KR102582124B1 - Solar cell and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
복수의 홀을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 태양전지의 일 표면에 위치하는 광학 필름을 포함하고, 상기 복수의 홀은 상기 태양전지 및 광학필름을 동시에 관통하도록 연장되는 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.A solar cell including a plurality of holes, including an optical film positioned on one surface of the solar cell, wherein the plurality of holes extend to simultaneously penetrate the solar cell and the optical film, and a method of manufacturing the same. It's about.
Description
태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.It relates to solar cells and methods of manufacturing solar cells.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 에너지 전환소자로서 각광받고 있다.Recently, as the depletion of existing energy resources such as oil and coal is expected, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells are attracting attention as a next-generation energy conversion device that directly converts solar energy into electrical energy using semiconductor devices.
현재 상용화에 성공한 태양전지는 결정질 실리콘 기판을 사용하며, 특히, 높은 효율을 얻기 위하여 150 ㎛ 이상의 두께를 갖는 결정질 실리콘 기판이 사용된다. 결정질 실리콘계 태양전지는 본질적으로 불투명성을 갖는 결정질 실리콘을 사용하기 때문에 투명한 태양전지를 제작하기 어려운 한계점을 가지고 있다.Currently commercialized solar cells use crystalline silicon substrates, and in particular, crystalline silicon substrates with a thickness of 150 ㎛ or more are used to achieve high efficiency. Crystalline silicon-based solar cells have limitations that make it difficult to manufacture transparent solar cells because they use crystalline silicon, which is inherently opaque.
한편, 투명 태양전지를 제작하기 위하여, 최근에는 염료감응형 태양전지, 유기 태양전지, 페로브스카이트 태양전지를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 하지만, 낮은 광전변환 효율, 낮은 안정성 및 무색 반투명 구현의 어려움이 여전히 존재한다.Meanwhile, in order to produce transparent solar cells, research has recently been conducted focusing on dye-sensitized solar cells, organic solar cells, and perovskite solar cells. However, difficulties in realizing low photoelectric conversion efficiency, low stability, and colorless translucency still exist.
따라서, 고효율의 투명 태양전지에 관한 요구가 존재한다.Accordingly, there is a need for highly efficient transparent solar cells.
본 발명의 목적은 일 측면에 따라 투광성 및 높은 광전변환 효율을 갖는 태양전지를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a solar cell with light transmission and high photoelectric conversion efficiency according to one aspect.
일 측면에 따라, 복수의 홀을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 태양전지의 일 표면에 위치하는 광학 필름을 포함하고, 상기 복수의 홀은 상기 태양전지 및 광학필름을 동시에 관통하도록 연장되는 태양전지가 제공된다.According to one aspect, a solar cell including a plurality of holes includes an optical film positioned on one surface of the solar cell, and the plurality of holes extend to simultaneously penetrate the solar cell and the optical film. is provided.
일 구현예에 있어서, 상기 복수의 홀들 각각의 크기는 1㎛ 내지 1㎜일 수 있다. 복수의 홀 각각의 크기가 상기 범위를 만족함에 따라 가시광선 파장 영역을 갖는 광들이 홀들을 통과할 수 있으므로, 무색을 나타낼 수 있다.In one embodiment, the size of each of the plurality of holes may be 1 μm to 1 mm. As the size of each of the plurality of holes satisfies the above range, light having a visible light wavelength range can pass through the holes, and thus can appear colorless.
일 구현예에 있어서, 상기 광학 필름은 상기 복수의 홀들 사이의 태양전지의 일 표면 전체를 덮도록 배치될 수 있다. 광학 필름이 복수의 홀들을 실질적으로 막지 않음으로써 태양전지의 투광성을 유지할 수 있으며, 홀을 제외한 태양전지의 표면을 덮음으로써 태양전지의 적외선 영역, 예를 들어 700 nm 이상의 파장 대역의 광의 흡수율이 상승하고, 그 결과 태양전지의 광흡수율 및 광전효율이 향상될 수 있다.In one embodiment, the optical film may be disposed to cover the entire surface of the solar cell between the plurality of holes. The optical film can maintain the light transparency of the solar cell by not substantially blocking the plurality of holes, and by covering the surface of the solar cell excluding the holes, the absorption rate of light in the infrared region of the solar cell, for example, the wavelength band of 700 nm or more, increases. And, as a result, the light absorption rate and photoelectric efficiency of the solar cell can be improved.
일 구현예에 있어서, 상기 광학 필름은 표면에 다각형의 구조체를 포함할 수 있다. 광학 필름 표면에 다각형의 구조체를 포함함에 의하여 광 반사율의 감소에 따른 광전효율 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 각도로 입사되는 입사광의 우수한 흡수율을 갖는다.In one embodiment, the optical film may include a polygonal structure on the surface. By including a polygonal structure on the surface of the optical film, not only can it be expected to improve photoelectric efficiency by reducing light reflectance, but it also has excellent absorption of incident light incident at various angles.
일 구현예에 있어서, 상기 광학 필름은 열경화성 수지를 포함할 수 있다. In one embodiment, the optical film may include a thermosetting resin.
일 구현예에 있어서, 상기 광학 필름은 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 에틸렌바이닐아세테이트(EVA), 폴리이미드(PI), 광경화 폴리머 (UV Curing Epoxy) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In one embodiment, the optical film is polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene terephthalate (PET), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), photocuring polymer (UV Curing Epoxy), or a combination thereof. It can be included.
일 구현예에 있어서, 상기 광학 필름은 표면에 점착방지 코팅층(anti-stiction coating)을 더 포함할 수 있다. 점착방지 코팅층에 의하여 외부 이물질의 부착에 따른 광흡수율 저하를 방지할 수 있다.In one embodiment, the optical film may further include an anti-stiction coating on the surface. The anti-adhesion coating layer can prevent a decrease in light absorption due to the attachment of external foreign substances.
일 구현예에 있어서, 상기 점착방지 코팅층은 자가-조립형 단층 코팅층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the anti-adhesion coating layer may include a self-assembled single layer coating layer.
일 구현예에 있어서, 상기 복수의 홀을 포함하는 태양전지는, 결정질 실리콘 기판; 상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면 상에 위치하고, 상기 결정질 실리콘 기판과 P-N 접합을 이루는 제1 층; 상기 제1 층 상에 위치하고, 상기 제1 층과 접속된 제1 전극부; 상기 제1 면과 반대면인 상기 결정질 실리콘 기판의 제2 면 상에 위치하는 제2 층; 상기 제2 층 상에 위치하고, 상기 제2 층과 접속된 제2 전극부;를 포함할 수 있고, 상기 광학 필름은 제1 층 상에 위치하고, 상기 복수의 홀들은 상기 제1 층, 상기 제2 층, 상기 제2 전극부, 및 상기 광학 필름을 관통하도록 연장될 수 있다. 이러한 구조를 통해, 투명하고도 고효율의 태양전지의 제공이 가능하다.In one embodiment, the solar cell including the plurality of holes includes a crystalline silicon substrate; a first layer located on a first side of the crystalline silicon substrate and forming a P-N junction with the crystalline silicon substrate; a first electrode portion located on the first layer and connected to the first layer; a second layer located on a second side of the crystalline silicon substrate opposite the first side; A second electrode portion located on the second layer and connected to the second layer, wherein the optical film is located on the first layer, and the plurality of holes are located on the first layer and the second layer. It may extend through the layer, the second electrode portion, and the optical film. Through this structure, it is possible to provide a transparent and highly efficient solar cell.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 층 상에 반사방지막을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극부는 상기 반사방지막을 관통하여 상기 제1 층과 접속한다.In one embodiment, an anti-reflection layer may be further included on the first layer, and the first electrode portion penetrates the anti-reflection layer and connects to the first layer.
일 구현예에 있어서, 상기 반사방지막은 상기 복수의 홀들의 내측면들 상에 형성될 수 있다.In one implementation, the anti-reflection film may be formed on inner surfaces of the plurality of holes.
일 구현예에 있어서, 상기 결정질 실리콘 기판은 제1 도전형을 가지고, 상기 제1층은 제1 도전형과 반대인 제2 도전형을 가지는 불순물이 도핑된 에미터층이고, 상기 제2층은 상기 제1 도전형을 가지는 불순물이 도핑된 후면 전계층일 수 있다.In one embodiment, the crystalline silicon substrate has a first conductivity type, the first layer is an emitter layer doped with an impurity having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and the second layer is the It may be a rear full layer doped with an impurity having a first conductivity type.
일 구현예에 있어서, 상기 제1층 및 제2층 중 어느 하나는 전자 수송 물질을 포함하는 전자 수송층이고, 상기 제1층 및 제2층 중 다른 하나는 정공 수송 물질을 포함하는 정공 수송층일 수 있다.In one embodiment, one of the first layer and the second layer may be an electron transport layer containing an electron transport material, and the other of the first layer and the second layer may be a hole transport layer containing a hole transport material. there is.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 전극부는 상기 복수의 홀들 사이에 위치하는 마이크로 그리드 패턴을 가질 수 있다.In one embodiment, the first electrode unit may have a microgrid pattern located between the plurality of holes.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부는 투광성 전극층들일 수 있다.In one embodiment, the first electrode portion and the second electrode portion may be light-transmitting electrode layers.
다른 측면에 있어서, 복수의 홀을 포함하는 태양전지를 제공하는 단계; 상기 태양전지의 일 표면에 광학 필름을 제공하는 단계; 상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 복수의 홀들은 상기 태양전지 및 광학 필름을 동시에 관통하도록 연장되는, 태양전지의 제조 방법이 제공된다.In another aspect, providing a solar cell including a plurality of holes; providing an optical film on one surface of the solar cell; Removing the optical film located on the plurality of holes, wherein the plurality of holes extend to simultaneously penetrate the solar cell and the optical film.
일 구현예에 있어서, 상기 복수의 홀들 각각은 원기둥 형상을 가지며, 상기 복수의 홀들 각각의 지름은 1㎛ 내지 1㎜로 형성될 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of holes has a cylindrical shape, and each of the plurality of holes may have a diameter of 1 μm to 1 mm.
일 구현예에 있어서, 상기 태양전지 상에 광학 필름을 제공하는 단계는 태양전지의 일 표면에 열경화성 수지를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, providing an optical film on the solar cell may include applying a thermosetting resin to one surface of the solar cell.
일 구현예에 있어서, 상기 열경화성 수지의 표면을 텍스쳐된 금형(textured mold)으로 프레스하여 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of surface treatment by pressing the surface of the thermosetting resin with a textured mold may be further included.
일 구현예에 있어서, 상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계는 진공 챔버에서 홀을 석션하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, removing the optical film located on the plurality of holes may include suctioning the holes in a vacuum chamber.
일 구현예에 있어서, 상기 복수의 홀을 포함하는 태양전지를 제공하는 단계는: 서로 반대면인 결정질 실리콘 반도체 기판의 제1 면과 제2 면에 각각 제1 층과 제2 층을 형성하는 단계; 상기 제1 층, 상기 결정질 실리콘 반도체 기판, 및 상기 제2 층을 관통하는 복수의 홀들을 형성하는 단계; 및 상기 제1 층 상에 상기 제1 층과 접속하는 제1 전극부와, 상기 제2 층 상에 상기 제2 층과 접속하는 제2 전극부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 층은 상기 결정질 실리콘 반도체 기판과 P-N 접합을 형성하며, 상기 복수의 홀들은 상기 제1층, 상기 제2 층, 및 상기 제2 전극부를 동시에 관통하도록 연장될 수 있다. In one embodiment, providing a solar cell including the plurality of holes includes: forming a first layer and a second layer on first and second surfaces of a crystalline silicon semiconductor substrate, respectively, which are opposite sides of each other. ; forming a plurality of holes penetrating the first layer, the crystalline silicon semiconductor substrate, and the second layer; And forming a first electrode portion on the first layer connected to the first layer, and forming a second electrode portion connected to the second layer on the second layer, wherein the first layer A P-N junction is formed with the crystalline silicon semiconductor substrate, and the plurality of holes may extend to simultaneously penetrate the first layer, the second layer, and the second electrode portion.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 전극부를 형성하기 전, 상기 제1 층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전극부는 상기 반사방지막을 관통하여 상기 제1 층과 접속할 수 있다.In one embodiment, before forming the first electrode part, the step of forming an anti-reflection film on the first layer may be further included, wherein the first electrode part may penetrate the anti-reflection film and be connected to the first layer. there is.
일 구현예에 있어서, 상기 결정질 실리콘 반도체 기판은 제1 도전형을 가지고, 상기 제1 층은 상기 제1 도전형과 반대인 제2 도전형을 가지는 불순물을 상기 결정질 실리콘 반도체 기판에 도핑하여 형성하고, 상기 제2 층은 상기 제1 도전형을 가지는 불순물을 상기 결정질 실리콘 반도체 기판에 도핑하여 형성할 수 있다.In one embodiment, the crystalline silicon semiconductor substrate has a first conductivity type, and the first layer is formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate with an impurity having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and , the second layer may be formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate with an impurity having the first conductivity type.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 전극부는 상기 복수의 홀들 사이에 위치하는 마이크로 그리드 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.In one embodiment, the first electrode unit may be formed to have a microgrid pattern located between the plurality of holes.
일 구현예에 있어서, 상기 결정질 실리콘 반도체 기판은 N타입 반도체 기판이고, 상기 제1 층은 상기 제1 면 상에 정공 수송 물질을 증착하여 형성하고, 상기상기 제2 층은 상기 제2 면 상에 전자 수송 물질을 증착하여 형성할 수 있다.In one embodiment, the crystalline silicon semiconductor substrate is an N-type semiconductor substrate, the first layer is formed by depositing a hole transport material on the first side, and the second layer is on the second side. It can be formed by depositing an electron transport material.
일 측면에 따라 제공된 태양전지는 가시광 영역의 모든 광을 투과시켜 특정 색이 발현되지 않으며, 결정질 실리콘을 사용함으로서 우수한 광전 변환 효율을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 홀을 가로막지 않는 광학 필름을 표면에 배치함에 따라 홀 형성에 따라 감소된 광흡수율의 손실분을 보상함으로써, 투명성 및 고효율을 동시에 갖는다.According to one aspect, the provided solar cell transmits all light in the visible light region so that no specific color is expressed, and by using crystalline silicon, not only can it have excellent photoelectric conversion efficiency, but an optical film that does not block holes is placed on the surface. By compensating for the loss of light absorption rate reduced due to hole formation, transparency and high efficiency are achieved at the same time.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 태양전지의 저면을 개략적으로 도시한 저면도이다.
도 4는 태양전지의 수광면과 홀을 모두 막히도록 배치된 광학필름을 포함하는 태양전지(비교예 1)와, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(실시예 1)에 대하여 혼탁비율(haze ratio)을 측정한 그래프이다.
도 5는 광학 필름 유무에 따른 태양전지의 광 투과율을 측정한 그래프이다.
도 6(a)는 투과율이 20%로 동일한 태양전지 중 광학필름을 포함하지 않는 태양전지 및 광학필름을 포함하는 태양전지의 전류-전압 곡선이고, 도 6(b)는 파장 영역에 따른 광전변환효율 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 7은 평면 결정질 실리콘계 태양전지, 투명 결정질 실리콘계 태양전지(광학 필름 無) 및 투명 결정질 실리콘계 태양전지(광학 필름 有)의 광 입사 각도에 따른 단락 전류 비율을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 구현예에 따른 태양전지의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지 중 점착방지 코팅층의 유무에 따른 표면의 소수성 차이를 보여주는 사진이다.
도 10은 도 2에서 광학 필름을 제외한 태양전지의 일 구현예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 15는 도 10의 태양전지의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 16은 도 2에서 광학 필름을 제외한 태양전지의 다른 구현예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 17 내지 도 19는 도 16의 태양전지의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도들이다.1 is a plan view schematically showing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing section II' of Figure 1.
Figure 3 is a bottom view schematically showing the bottom of the solar cell of Figure 1.
4 shows the turbidity ratio ( This is a graph measuring the haze ratio.
Figure 5 is a graph measuring the light transmittance of a solar cell depending on the presence or absence of an optical film.
Figure 6(a) is the current-voltage curve of a solar cell without an optical film and a solar cell including an optical film among solar cells with the same transmittance of 20%, and Figure 6(b) is the photoelectric conversion according to the wavelength range. This is a graph showing the efficiency curve.
Figure 7 is a graph showing the short-circuit current ratio according to the light incident angle of a planar crystalline silicon-based solar cell, a transparent crystalline silicon-based solar cell (without an optical film), and a transparent crystalline silicon-based solar cell (with an optical film).
Figure 8 is a schematic diagram of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 is a photograph showing the difference in hydrophobicity of the surface of a solar cell according to an embodiment of the present invention depending on the presence or absence of an anti-adhesion coating layer.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the solar cell in FIG. 2 excluding the optical film.
Figure 11 is a diagram schematically showing a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figures 12 to 15 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the solar cell of Figure 10.
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the solar cell in FIG. 2 excluding the optical film.
Figures 17 to 19 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the solar cell of Figure 16.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are used only to distinguish one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 각 도면에서, 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Additionally, in each drawing, components are exaggerated, omitted, or schematically depicted for convenience and clarity of explanation, and the size of each component does not entirely reflect the actual size.
각 구성요소의 설명에 있어서, 상(on)에 또는 하(under)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(on)과 하(under)는 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 형성되는 것을 모두 포함하며, 상(on) 및 하(under)에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of each component, when it is described as being formed on or under, both on and under are formed directly or through other components. Included, and the standards for on and under are explained based on the drawings.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical or corresponding components will be assigned the same drawing numbers and overlapping descriptions thereof will be omitted. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 태양전지의 저면을 개략적으로 도시한 저면도이다.Figure 1 is a plan view schematically showing a solar cell according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing the II' cross section of Figure 1, and Figure 3 is a schematic bottom view of the solar cell of Figure 1. This is a bottom view shown as .
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(10)는 복수의 홀(H)을 포함하고; 상기 태양전지의 일 표면, 예를 들어 수광면(A1)에 위치하는 광학필름(18)을 포함하고, 상기 복수의 홀(H)은 상기 태양전지(10) 및 광학필름(18)을 동시에 관통하도록 연장될 수 있다. 또한, 태양전지(10)의 수광면에는 제1전극(14)이 홀을 가리지 않도록 배치되고, 태양전지(10) 후면에는 제2전극(15)이 홀을 가리지 않도록 배치된다.First, referring to FIGS. 1 to 3, the solar cell 10 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of holes H; It includes an optical film 18 located on one surface of the solar cell, for example, the light-receiving surface A1, and the plurality of holes H simultaneously penetrate the solar cell 10 and the optical film 18. It can be extended to do so. In addition, the first electrode 14 is placed on the light-receiving surface of the solar cell 10 so as not to block the hole, and the second electrode 15 is placed on the back of the solar cell 10 so as not to block the hole.
상기 복수의 홀(H)들 각각의 크기는 1㎛ 내지 1㎜일 수 있다. 홀들의 직경이 상기 범위를 만족하는 경우에, 적어도 가시광 영역의 모든 광을 통과시키고, 포토리소그래피 공정으로 제작 가능하도록 1㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 여기서, 홀(H)의 크기는, 홀(H)이 다각 기둥인 경우, 다각 기둥의 밑면을 이루는 다각형에서 두 개의 꼭지점을 잇는 선분 중 가장 큰 값을 의미하고, 홀(H)이 원기둥인 경우는 원기둥의 밑면을 이루는 원의 지름을 의미한다. 한편, 홀(H)의 크기가 지나치게 크면 태양전지(10)의 수광 면적이 감소하므로, 태양전지(10)의 효율이 감소할 수 있으며, 홀(H)이 시각적으로 인식되지 않도록 홀(H)의 크기는 1㎜ 이하로 형성할 수 있다. 홀이 시각적으로 인식되지 않음으로써, 태양전지(10) 후면에 위치하는 대상물을 전체적으로 인식할 수 있다.The size of each of the plurality of holes (H) may be 1㎛ to 1mm. When the diameter of the holes satisfies the above range, they can be formed to be 1㎛ or more to allow at least all light in the visible light region to pass through and to be manufactured through a photolithography process. Here, the size of the hole (H) means the largest value among the line segments connecting two vertices in the polygon forming the base of the polygonal column, if the hole (H) is a polygonal column, and if the hole (H) is a cylinder means the diameter of the circle forming the base of the cylinder. On the other hand, if the size of the hole (H) is too large, the light-receiving area of the solar cell (10) decreases, so the efficiency of the solar cell (10) may decrease, and the hole (H) may be removed so that the hole (H) is not visually recognized. The size can be formed to be 1 mm or less. Since the hole is not visually recognized, the object located on the back of the solar cell 10 can be recognized as a whole.
또한, 복수의 홀(H)이 태양전지(10) 및 광학 필름(18)을 동시에 관통하는 구조를 가짐으로써, 복수의 홀(H)로 입사하는 입사광의 굴절 또는 산란 현상이 발생하지 않는다. 따라서, 태양전지 후면에 위치하는 대상물을 명확히 인식할 수 있다. In addition, by having a structure in which the plurality of holes (H) simultaneously penetrate the solar cell 10 and the optical film 18, refraction or scattering of incident light incident on the plurality of holes (H) does not occur. Therefore, objects located on the back of the solar cell can be clearly recognized.
이를 확인하기 위하여, 태양전지의 수광면과 홀을 모두 막히도록 배치된 광학필름을 포함하는 태양전지(비교예 1)와, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(실시예 1)에 대하여 혼탁비율(haze ratio)를 전체 투과율(total transmitannce; Tt)에 대한 분산 투과율(diffuse transmittance; Td)의 비율(Td/Tt)을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지는 혼탁비율이 거의 0%로서, 광학필름이 홀(H) 내로 입사하는 광에 어떠한 영향을 미치지 않음을 알 수 있는 반면에, 태양전지의 수광면과 홀이 모두 막히도록 배치된 광학필름을 포함한 태양전지는 약 95% 이상의 혼탁률을 보였다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지는 복수의 홀(H)이 태양전지(10) 및 광학필름(18)을 동시에 관통하는 구조를 가짐을 확인할 수 있다.In order to confirm this, cloudiness was measured for a solar cell (Comparative Example 1) including an optical film arranged to block both the light-receiving surface and holes of the solar cell and a solar cell (Example 1) according to an embodiment of the present invention. The haze ratio was measured as the ratio (T d /T t ) of the diffuse transmittance (T d ) to the total transmittance (T t ), and the results are shown in FIG. 4. Referring to FIG. 4, the solar cell according to one embodiment of the present invention has a turbidity ratio of almost 0%, and it can be seen that the optical film does not have any effect on the light incident into the hole H. Solar cells containing optical films arranged to block both the light-receiving surface and holes of the cell showed a turbidity rate of over 95%. Accordingly, it can be confirmed that the solar cell according to one embodiment of the present invention has a structure in which a plurality of holes H penetrate the solar cell 10 and the optical film 18 simultaneously.
상기 광학 필름(18)은 상기 복수의 홀들 사이의 태양전지(10)의 일 표면 전체를 덮도록 배치될 수 있다. 태양전지(10) 표면에 광학 필름을 직접 형성하는 것에 의하여, 광학 필름이 태양전지(10)의 일 표면 전체를 덮도록 배치될 수 있다.The optical film 18 may be disposed to cover the entire surface of the solar cell 10 between the plurality of holes. By forming the optical film directly on the surface of the solar cell 10, the optical film can be arranged to cover the entire surface of the solar cell 10.
종래에는, 태양전지의 일 표면에 광학 필름을 부착하는 것에 의하여 광흡수율을 높일 수 있었으나, 복수의 홀을 포함하는 태양전지의 표면 전체에 광학 필름을 부착하는 것은 일부 홀이 막히거나, 홀의 존재로 인한 균일한 코팅의 어려움 등의 문제점이 있었다. 광학 필름을 복수의 홀을 포함하는 태양전지의 표면에 대응되도록 제작하여 부착시키는 방법이 예상될 수 있으나, 이러한 방법은 태양전지 표면의 홀들을 막지 않기 위하여 고도의 정밀도가 요구될 뿐만 아니라 외부 환경에 노출되는 경우 쉽게 분리되는 한계점이 존재하였다. Conventionally, the light absorption rate could be increased by attaching an optical film to one surface of a solar cell. However, attaching an optical film to the entire surface of a solar cell including a plurality of holes may result in some holes being blocked or due to the presence of holes. There were problems such as difficulty in uniform coating. A method of manufacturing and attaching an optical film to correspond to the surface of a solar cell containing a plurality of holes can be expected, but this method not only requires a high degree of precision to not block the holes on the surface of the solar cell, but also protects against the external environment. There was a limit where it could easily be separated when exposed.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(10)는 복수의 홀(H)을 포함하는 태양전지(10) 표면(A1)에서 직접 광학 필름(18)이 형성되기 때문에 복수의 홀(H)들의 막힘이 방지될 뿐만 아니라, 태양전지(10)와 광학 필름(18)이 화학적 결합을 형성하여 부착되므로 외부 환경에 노출되어도 쉽게 분리되지 않는 우수한 내구성을 갖는다. 구체적인 제조방법에 대해서는 후술하기로 한다.Meanwhile, in the solar cell 10 according to one embodiment of the present invention, the optical film 18 is formed directly on the surface A1 of the solar cell 10 including a plurality of holes H. ) Not only is clogging prevented, but the solar cell 10 and the optical film 18 are attached by forming a chemical bond, so they have excellent durability and are not easily separated even when exposed to the external environment. The specific manufacturing method will be described later.
상기 광학 필름(18)은 표면에 다각형의 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다각형의 구조체는 원통형, 피라미드형, 사각기둥형 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 다각형의 구조체를 표면에 포함함으로써, 태양전지(10), 예를 들어 태양전지에 입사하는 입사광의 반사율을 감소시키고, 다양한 각도로 입사되는 입사광의 흡수가 용이하여, 광흡수율이 증가하여 광전변환효율의 향상을 가져온다. The optical film 18 may include a polygonal structure on its surface. For example, the polygonal structure may include a cylindrical shape, a pyramid shape, a square pillar shape, or a combination thereof. By including the polygonal structure on the surface, the reflectance of incident light incident on the solar cell 10, for example, a solar cell, is reduced, and incident light incident at various angles is easily absorbed, thereby increasing the light absorption rate and photoelectric conversion. Brings about improvement in efficiency.
상기 광학 필름(18)은 700 nm 이상의 파장 대역의 광, 예를 들어 적외선 광을 흡수할 수 있다. 이에 의하여, 복수의 홀에 의하여 감소된 광 흡수율이 보상됨으로써, 종래의 결정질 실리콘계 태양전지의 광전변환효율을 유지하면서도 투광성을 가질 수 있다.The optical film 18 may absorb light in a wavelength band of 700 nm or more, for example, infrared light. As a result, the light absorption rate reduced by the plurality of holes is compensated, so that the photoelectric conversion efficiency of a conventional crystalline silicon-based solar cell can be maintained while maintaining light transmission.
상기 광학 필름(18)은 열경화성 수지 또는 자외선 경화수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 필름은 폴리디메틸실록산(PDMS),폴리에틸렌테레프탈레이트(PET),에틸렌바이닐아세테이트(EVA), 폴리이미드(PI), 광경화 폴리머 (UV Curing Epoxy), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The optical film 18 may include thermosetting resin or ultraviolet curing resin. For example, the optical film includes polydimethylsiloxane (PDMS), polyethylene terephthalate (PET), ethylene vinyl acetate (EVA), polyimide (PI), photocuring polymer (UV Curing Epoxy), or a combination thereof. can do.
본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지는 복수의 홀이 태양전지 및 광학 필름을 동시에 관통하도록 연장됨으로써, 도 5에서 확인하는 바와 같이 광학 필름의 유무에 관계없이 모든 광 파장대역에서 일정한 광 투과율을 보인다.The solar cell according to one embodiment of the present invention has a plurality of holes extending through the solar cell and the optical film at the same time, thereby maintaining a constant light transmittance in all light wavelength bands regardless of the presence or absence of the optical film, as seen in FIG. 5. see.
또한, 광학 필름의 유무에 따른 태양전지의 광전변환효율의 차이를 평가하기 위하여 동일한 광 투과율, 예를 들어 20%의 광 투과율을 보이며, 광학 필름을 포함하는 태양전지 및 광학 필름을 포함하지 않는 태양전지를 각각 제작하였으며, 이들에 대하여 전압에 대한 전류밀도, 및 파장 영역에 따른 광전변환효율을 측정하여, 하기 표 1, 및 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내었다.In addition, in order to evaluate the difference in photoelectric conversion efficiency of solar cells depending on the presence or absence of an optical film, solar cells with the same light transmittance, for example, 20%, and including an optical film and solar cells without an optical film were compared. Each battery was manufactured, and the current density versus voltage and photoelectric conversion efficiency according to wavelength range were measured for each of them, and are shown in Table 1 below and Figures 6(a) and 6(b).
상기 표 1, 도 6(a) 및 도 6(b)를 참고하면, 단락전류(Jsc), Fill factor 및 효율에 있어서, 광학 필름을 포함하는 경우에 포함하지 않는 경우에 비해 높게 나타났다. 이는 광학 필름이 입사광의 반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 적외선 영역의 광 흡수율을 높이기 때문에 전체적인 광 흡수율이 상승한 결과이다.또한, 광학 필름은 표면에 제공된 다각형의 구조체에 의하여 다양한 각도로입사되는 광의 흡수율이 일정하게 유지될 수 있으며, 이러한 점은 도 7에서 보는 바와 같이, 평면 결정질 실리콘계 태양전지, 투명 결정질 실리콘계 태양전지(광학 필름 無) 및 투명 결정질 실리콘계 태양전지(광학 필름 有)의 광 입사 각도에 따른 단락 전류 비율을 계산함으로서 확인할 수 있다.Referring to Table 1 and FIGS. 6(a) and 6(b), the short-circuit current (J sc ), fill factor, and efficiency were higher when the optical film was included than when it was not included. This is the result of an increase in the overall light absorption rate because the optical film not only reduces reflection of incident light, but also increases the light absorption rate in the infrared region. In addition, the optical film has a polygonal structure provided on the surface, which increases the absorption rate of light incident at various angles. It can be maintained constant, and as shown in FIG. 7, this point varies depending on the light incident angle of the planar crystalline silicon-based solar cell, transparent crystalline silicon-based solar cell (without optical film), and transparent crystalline silicon-based solar cell (with optical film). This can be confirmed by calculating the short-circuit current ratio.
도 8은 일 구현예에 따른 광학 필름(88)을 포함한 태양전지(80)의 개략도이다. 도 8을 참고하면, 상기 광학 필름(88)은 표면에 점착방지 코팅층(89)을 더 포함할 수 있다. 상기 점착방지 코팅층(89)은 외부 물질이 광학 필름(88)에 부착되는 것을 방지한다. 광학 필름에 외부 물질, 예를 들어 먼지가 부착되는 경우 흡광능이 저해될 수 있다. Figure 8 is a schematic diagram of a solar cell 80 including an optical film 88 according to one implementation. Referring to FIG. 8, the optical film 88 may further include an anti-adhesion coating layer 89 on the surface. The anti-adhesion coating layer 89 prevents external substances from attaching to the optical film 88. If external substances, such as dust, adhere to the optical film, the light absorption ability may be impaired.
상기 점착방지 코팅층(89)은 자가-조립형 단층 코팅층을 포함할 수 있다. 자가-조립형 단층 코팅층은 표면에서 자발적으로 형성되는 단분자막을 의미한다. 자가-조립형 단층 코팅층은 수 nm 내지 수십 nm의 두께를 가질 수 있다. 이렇게 얇은 코팅층으로 인해 자가-조립형 단층 코팅층을 부가하여도 광흡수율이 낮아지지 않으며, 점착방지 코팅층에 의한 광흡수율 저하가 방지될 수 있다.The anti-adhesion coating layer 89 may include a self-assembled single layer coating layer. A self-assembled monolayer coating layer refers to a monomolecular film that forms spontaneously on a surface. The self-assembled single layer coating layer may have a thickness of several nanometers to tens of nanometers. Due to this thin coating layer, the light absorption rate does not decrease even if a self-assembled single-layer coating layer is added, and a decrease in light absorption rate due to the anti-adhesion coating layer can be prevented.
일반적으로, 자가-조립형 단층 코팅층을 형성하는 분자는 기질 표면과 결합하는 반응기, 단층의 형성을 가능하게 하는 알칸 사슬, 및 코팅층의 물성을 결정하는 작용기로 구성된다. 이러한 자가-조립형 단층 코팅층은 반응기에 의하여 기질 표면과 직접적인 화학결합을 형성하여 매우 강건한 코팅층을 형성한다. 여기서, 반응기는 기질과의 상호작용에 따라 이온 결합, 전하-이동 복합물(charge-transfer complex), 또는 공유결합을 형성할 수 있다. 이온 결합을 형성하는 자가-조립형 분자는 예를 들어, 알칸산을 포함할 수 있다. 전하-이동 복합물을 형성하는 자가-조립형 분자는 예를 들어, 유기황을 포함할 수 있다. 공유결합을 형성하는 자가-조립형 분자는 예를 들어, 유기규소를 포함할 수 있다.In general, the molecules that form the self-assembled monolayer coating layer are composed of a reactive group that binds to the substrate surface, an alkane chain that enables the formation of a monolayer, and a functional group that determines the physical properties of the coating layer. This self-assembled single-layer coating layer forms a very strong coating layer by forming a direct chemical bond with the substrate surface through a reactor. Here, the reactive group may form an ionic bond, a charge-transfer complex, or a covalent bond depending on the interaction with the substrate. Self-assembled molecules that form ionic bonds may include, for example, alkanoic acids. Self-assembled molecules that form charge-transfer complexes may include, for example, organosulfur. Self-assembled molecules that form covalent bonds may include, for example, organosilicons.
자가-조립형 단층 코팅층은 유기규소계 분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기규소계 자가-조립형 분자는 플루오로-옥틸-트리클로로-실란을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The self-assembled single layer coating layer may include organosilicon-based molecules. For example, the organosilicon-based self-assembled molecule may include fluoro-octyl-trichloro-silane, but is not limited thereto.
자가-조립형 단층 코팅층은 소수성일 수 있다. 이에 따라, 오염 물질에 대한 자가 세척 기능이 우수하다. 본 발명의 일 구현예에 따른 자가-조립형 단층 코팅층을 포함하는 태양전지 및 자가-조립형 단층 코팅층을 포함하지 않는 태양전지에 대한 물방울 접촉각을 측정하여 소수성을 판단하였다. 도 9을 참고하면, 자가-조립형 단층 코팅층은 물방울 접촉각이 110ㅀ로서, 높은 소수성을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 자가-조립형 단층 코팅층은 광학 필름 표면에 오염물질이 부착되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 소수성으로 인해 자가 세척 기능이 우수하다.The self-assembled monolayer coating layer may be hydrophobic. Accordingly, the self-cleaning function for contaminants is excellent. Hydrophobicity was determined by measuring the water droplet contact angle for a solar cell including a self-assembled single-layer coating layer and a solar cell not including a self-assembled single-layer coating layer according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 9, it can be seen that the self-assembled single-layer coating layer has a water droplet contact angle of 110ㅀ and has high hydrophobicity. Therefore, the self-assembled single layer coating layer not only prevents contaminants from attaching to the optical film surface, but also has an excellent self-cleaning function due to its hydrophobicity.
도 10는 도 2에서 태양전지 부분을 더욱 구체화한 도면이다. 도 10를 참고하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 복수의 홀을 포함하는 태양전지를 더욱 구체적으로 설명한다.FIG. 10 is a more detailed view of the solar cell portion in FIG. 2. With reference to FIG. 10, a solar cell including a plurality of holes according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(100)는 결정질 실리콘 기판(110); 상기 결정질 실리콘 기판의 제1 면(S1) 상에 위치하고, 상기 결정질 실리콘 기판과 P-N 접합을 이루는 제1 층(120); 상기 제1 층 상에 위치하고, 상기 제1 층과 접속된 제1 전극부(140); 상기 제1 면과 반대면인 상기 결정질 실리콘 기판의 제2 면(S2) 상에 위치하는 제2 층(130); 상기 제2 층 상에 위치하고, 상기 제2 층과 접속된 제2 전극부(150)를 포함할 수 있다. 또한, 태양전지(100)은 제1 층(120) 상에 위치하는 반사방지막(160), 보호막(170)을 더 포함할 수 있다. 더 나아가, 태양전지(100)은 제1 층(120) 상에 위치하는 광학 필름(180)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 상기 광학 필름(180) 상에 점착방지 코팅층을 더 포함할 수 있다.A solar cell 100 according to an embodiment of the present invention includes a crystalline silicon substrate 110; a first layer (120) located on the first side (S1) of the crystalline silicon substrate and forming a P-N junction with the crystalline silicon substrate; A first electrode portion 140 located on the first layer and connected to the first layer; a second layer 130 located on a second side S2 of the crystalline silicon substrate, which is opposite to the first side; It may include a second electrode portion 150 located on the second layer and connected to the second layer. Additionally, the solar cell 100 may further include an anti-reflection film 160 and a protective film 170 located on the first layer 120. Furthermore, the solar cell 100 may further include an optical film 180 positioned on the first layer 120. In addition, although not shown, an anti-adhesion coating layer may be further included on the optical film 180.
일 구현예에 따르면, 상기 광학필름(180)은 상기 제1 층(120) 상에 위치하며, 제1 전극부(140), 및 반사방지막(170)을 모두 커버하도록 배치될 수 있다.According to one embodiment, the optical film 180 is located on the first layer 120 and may be arranged to cover both the first electrode portion 140 and the anti-reflection film 170.
결정질 실리콘 기판(110)는 단결정 또는 다결정 실리콘으로 형성될 수 있으며, 제1 도전형을 가질 수 있다. 일 예로, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)에는 N형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 도핑될 수 있다. 다른 예로, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)은 P형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 도핑 되어 P형으로 구현될 수 있다.The crystalline silicon substrate 110 may be formed of single crystal or polycrystalline silicon and may have a first conductivity type. For example, the crystalline silicon semiconductor substrate 110 may be doped with Group 5 elements such as P, As, and Sb as N-type impurities. As another example, the crystalline silicon semiconductor substrate 110 may be implemented as a P-type by doping it with Group 3 elements B, Ga, In, etc. as P-type impurities.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 수광면은 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 형태의 요철구조(미도시)를 포함할 수 있다. 요철구조(미도시)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)으로 입사하는 광의 반사율을 감소시켜, 태양전지(100)의 광전변환효율이 향상될 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawing, the light-receiving surface of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 may include uneven structures (not shown) of various shapes such as pyramids, squares, and triangles. The uneven structure (not shown) reduces the reflectance of light incident on the crystalline silicon semiconductor substrate 110, thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 100.
제1 층(120)은 결정질 실리콘 반도체 기판(110)과 P-N접합을 형성할 수 있다. 일 예로, 제1 층(120)은 결정질 실리콘 반도체 기판(110)에 제2 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 에미터층일 수 있다. 따라서, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 제1 면(S1)은 명확하게 구분되는 영역이 아니며, P-N접합이 이루어지는 영역으로 이해될 수 있다.The first layer 120 may form a P-N junction with the crystalline silicon semiconductor substrate 110. As an example, the first layer 120 may be an emitter layer formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate 110 with an impurity having a second conductivity type. Accordingly, the first surface S1 of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 is not a clearly defined area and can be understood as an area where a P-N junction is formed.
예를 들어, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)이 N형 불순물로 도핑된 경우, 제1 층(120)은 P형 불순물로 도핑될 수 있으며, 반대로 결정질 실리콘 반도체 기판(110)이 P형 불순물로 도핑된 경우, 제1 층(120)은 N형 불순물로 도핑될 수 있다. 이와 같이 에미터층인 제1 층(120)과 결정질 실리콘 반도체 기판(110)이 서로 반대의 도전형을 가지면, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)과 제1 층(120)의 계면에 P-N접합(junction)이 형성되고, P-N접합에 광이 조사되면 광전효과에 의해 광기전력이 발생할 수 있다.For example, when the crystalline silicon semiconductor substrate 110 is doped with an N-type impurity, the first layer 120 may be doped with a P-type impurity, and conversely, the crystalline silicon semiconductor substrate 110 may be doped with a P-type impurity. In this case, the first layer 120 may be doped with N-type impurities. In this way, if the first layer 120, which is an emitter layer, and the crystalline silicon semiconductor substrate 110 have opposite conductivity types, a P-N junction is formed at the interface between the crystalline silicon semiconductor substrate 110 and the first layer 120. is formed, and when light is irradiated to the P-N junction, photovoltaic power can be generated by the photoelectric effect.
제2 층(130)은 일 예로, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)에 제1 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 후면전계층(BSF)일 수 있다. 따라서, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 제2 면(S2)은 명확하게 구분되는 영역이 아니며, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)에서 후면전계층(BSF)을 구획하는 영역으로 이해될 수 있다.For example, the second layer 130 may be a backside electric field layer (BSF) formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate 110 with an impurity having a first conductivity type. Therefore, the second surface S2 of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 is not a clearly defined area, and can be understood as an area that partitions the back surface layer (BSF) in the crystalline silicon semiconductor substrate 110.
후면전계층(BSF)인 제2 층(130)은 캐리어가 결정질 실리콘 기판(110)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 의해 태양전지(100)의 개방전압(Voc)이 상승하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.The second layer 130, which is the back surface layer (BSF), can prevent carriers from moving to the back of the crystalline silicon substrate 110 and recombining, thereby increasing the open-circuit voltage (Voc) of the solar cell 100. Thus, the efficiency of the solar cell 100 can be improved.
제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)는 광의 조사에 의해 생성된 캐리어를 수집하며, 태양전지(100)와 전기적으로 연결된 외부의 전자장치로 캐리어가 이동하는 이동 경로가 된다. The first electrode unit 140 and the second electrode unit 150 collect carriers generated by irradiation of light, and become a path along which the carriers move to an external electronic device electrically connected to the solar cell 100.
제1 전극부(140)는 태양전지(100)의 수광면에 위치할 수 있는데, 이때 제1 전극부(140)는 마이크로 그리드 패턴을 가질 수 있다. 일 예로, 마이크로 그리드 패턴의 선폭은 수㎛ 내지 1㎜일 수 있으며, 이에 의해 제1 전극부(140)의 개구율은 90%이상으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 전극부(140)에 의해 입사되는 광이 가려지는 현상을 최소화할 수 있다. 반면에, 제2 전극부(150)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 제2 면(S2)과 동일한 형상을 가지고, 태양전지(100)의 저면 전체에 형성될 수 있다.The first electrode unit 140 may be located on the light-receiving surface of the solar cell 100. In this case, the first electrode unit 140 may have a microgrid pattern. For example, the line width of the microgrid pattern may be several μm to 1 mm, and thus the opening ratio of the first electrode portion 140 may be formed to be 90% or more. Accordingly, it is possible to minimize the phenomenon in which light incident on the first electrode unit 140 is obscured. On the other hand, the second electrode portion 150 has the same shape as the second surface S2 of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 and may be formed on the entire bottom of the solar cell 100.
한편, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)은 제1 면(S1)에서부터 제2 면(S2)까지 결정질 실리콘 반도체 기판(110)을 관통하는 복수의 홀(H)들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 홀(H)들은 적어도 제1 층(120), 제2 층(130), 및 제2 전극부(150)를 관통하도록 연장될 수 있다. 이때, 마이크로 그리드 패턴을 가지는 제1 전극부(140)는 복수의 홀(H)들 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 태양전지(100)로 입사되는 광 중 일부는 복수의 홀(H)들을 통과하여 태양전지(100)는 투광성을 가질 수 있다. Meanwhile, the crystalline silicon semiconductor substrate 110 may include a plurality of holes H penetrating the crystalline silicon semiconductor substrate 110 from the first surface S1 to the second surface S2. The plurality of holes H may extend to penetrate at least the first layer 120, the second layer 130, and the second electrode portion 150. At this time, the first electrode unit 140 having a microgrid pattern may be located between the plurality of holes (H). Accordingly, some of the light incident on the solar cell 100 passes through the plurality of holes H, so that the solar cell 100 may have light transparency.
전술한 바와 같이, 홀 형성에 의한 실리콘 반도체 기판의 면적 감소에 따른 효율 감소분은 태양전지 표면에 배치된 광학 필름에 의하여 보상되어, 투광성 및 우수한 광전변환효율을 가질 수 있다.As described above, the decrease in efficiency due to a decrease in the area of the silicon semiconductor substrate due to hole formation is compensated by the optical film disposed on the surface of the solar cell, so that the solar cell can have light transmission and excellent photoelectric conversion efficiency.
복수의 홀(H)들은 균일한 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 일 예로, 복수의 홀(H)들은 마이크로 그리드 패턴에 의해 복수의 그룹으로 나뉘며, 복수의 그룹에 속한 복수의 홀(H)들은 서로 일정간격 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 태양전지(100)는 전체적으로 균일한 광투광성 및 투명성을 가질 수 있다. 또한, 태양전지(100)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 두께와 무관하게 투명하게 형성될 수 있는바, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 두께를 빛의 전파장 흡수가 가능하도록 200㎛ 이상으로 형성하여, 태양전지(100)의 효율을 극대화할 수 있다.The plurality of holes H may be formed to have a uniform pattern. For example, the plurality of holes (H) are divided into a plurality of groups by a microgrid pattern, and the plurality of holes (H) belonging to the plurality of groups may be arranged at a certain distance from each other. Accordingly, the solar cell 100 may have uniform light transmittance and transparency as a whole. In addition, the solar cell 100 can be formed transparently regardless of the thickness of the crystalline silicon semiconductor substrate 110, and the thickness of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 is set to 200 ㎛ or more to enable absorption of the full wavelength of light. By forming this, the efficiency of the solar cell 100 can be maximized.
다시 도 10을 참조하면, 태양전지(100)는 제1 층(120) 상에 위치하는 반사방지막(160)을 포함할 수 있다. 또한, 태양전지(100)는 반사방지막(160) 하부에 보호막(170)을 더 포함할 수 있다. 이때 제1 전극부(140)는 반사방지막(160)과 보호막(170)을 관통하여 제1 층(120)과 접속할 수 있다.Referring again to FIG. 10 , the solar cell 100 may include an anti-reflection film 160 located on the first layer 120 . Additionally, the solar cell 100 may further include a protective film 170 below the anti-reflection film 160. At this time, the first electrode unit 140 may penetrate the anti-reflection film 160 and the protective film 170 and connect to the first layer 120.
반사방지막(160)은 제1 층(120) 즉, 에미터층의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화하고 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킬 수 있다. 에미터층에 존재하는 결함이 부동화되면, 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지(100)의 개방전압(Voc)이 증가한다. 또한, 태양광의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달되는 광량이 증대되어 태양전지(100)의 단락전류(Isc)가 증가한다. 따라서, 태양전지(100)의 광전변환효율이 향상될 수 있다.The anti-reflection film 160 can passivate defects existing in the surface or bulk of the first layer 120, that is, the emitter layer, and reduce the reflectance of incident sunlight. When defects present in the emitter layer are passivated, recombination sites of minority carriers are removed, thereby increasing the open-circuit voltage (Voc) of the solar cell 100. Additionally, when the reflectance of sunlight is reduced, the amount of light reaching the P-N junction increases, thereby increasing the short-circuit current (Isc) of the solar cell 100. Accordingly, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 100 can be improved.
반사방지막(160)은 예를 들면, 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 반사방지막(160)은 제1 층(120)의 상면뿐만 아니라, 복수의 홀(H)들의 내측면들을 덮도록 형성되어, 홀(H)을 통과하는 광의 반사를 감소시키고 태양전지(100)로의 흡수를 유도할 수 있다.The anti-reflection film 160 is, for example, a single film or two or more films selected from the group consisting of a silicon nitride film, a hydrogen-containing silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, MgF2, ZnS, TiO2, and CeO2 . It may have a combined multilayer film structure. The antireflection film 160 is formed to cover not only the upper surface of the first layer 120 but also the inner surfaces of the plurality of holes H, thereby reducing reflection of light passing through the holes H and preventing the light from flowing into the solar cell 100. Absorption can be induced.
반사 방지막(160)은 표면에 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 요철 형태의 표면 구조체를 포함할 수 있다. 표면 구조체는 건식 식각 등과 같은 다양한 방법에 의해 반사 방지막(160)의 표면 거칠기를 증가시키는 방법 등에 의해 형성할 수 있으며, 반사 방지막(160)의 표면 구조체는 입사하는 광의 반사를 감소시켜, 태양전지(100)의 광전변화효율을 향상시킬 수 있다. The anti-reflection film 160 may include surface structures in various uneven shapes, such as pyramids, squares, and triangles. The surface structure can be formed by increasing the surface roughness of the anti-reflection film 160 by various methods such as dry etching, and the surface structure of the anti-reflection film 160 reduces the reflection of incident light, solar cells ( 100) can improve the photoelectric conversion efficiency.
보호막(170)은 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 수광면에 형성되어, 태양광 입사에 의해 생성된 광 전하의 재결합을 방지하고, 반사방지막(160)이 직접 결정질 실리콘 반도체 기판(110) 상에 형성됨에 따른 격자 부정합에 의한 결함(Defect)을 감소시킬 수 있다. 이러한 보호막(170)은 a-Si, a-SiOx 또는 a-SiC를 포함하여 형성될 수 있다. 특히, a-SiOx와 a-SiC는 1.8eV 이상의 밴드갭 에너지를 가지므로, 광의 흡수 계수가 작은바, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)으로 입사하는 광량이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 보호막(170)은 Al2O3 등의 무기막으로 형성될 수 있다. 보호막(170)은 반사방지막(160)과 마찬가지로 복수의 홀(H)들의 측면을 덮도록 형성될 수 있다.The protective film 170 is formed on the light-receiving surface of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 to prevent recombination of photo charges generated by incident sunlight, and the anti-reflection film 160 is formed directly on the crystalline silicon semiconductor substrate 110. Defects caused by lattice mismatch as it is formed can be reduced. This protective film 170 may be formed including a-Si, a-SiOx, or a-SiC. In particular, a-SiOx and a-SiC have a bandgap energy of 1.8 eV or more, and therefore have a small absorption coefficient of light, thereby preventing a decrease in the amount of light incident on the crystalline silicon semiconductor substrate 110. However, the present invention is not limited to this, and the protective film 170 may be formed of an inorganic film such as Al 2 O 3 . The protective film 170 may be formed to cover the side surfaces of the plurality of holes (H), like the anti-reflection film 160.
반사 방지막(160) 상에 광학 필름(180)이 배치될 수 있으며, 광학 필름에 관한 내용은 전술한 바를 참고한다.An optical film 180 may be disposed on the anti-reflection film 160, and for information regarding the optical film, refer to the above.
도 11은 도 1의 태양전지의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram schematically showing the manufacturing process of the solar cell of FIG. 1.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은, 복수의 홀을 포함하는 태양전지를 제공하는 단계; 상기 태양전지의 일 표면에 광학 필름을 제공하는 단계; 및 상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 복수의 홀들은 상기 태양전지 및 광학 필름을 동시에 관통하도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 11, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes providing a solar cell including a plurality of holes; providing an optical film on one surface of the solar cell; and removing the optical film positioned on the plurality of holes, wherein the plurality of holes may extend to simultaneously penetrate the solar cell and the optical film.
상기 광학 필름은 복수의 홀을 포함하는 태양전지의 일 표면에 광학 필름 형성용 재료, 예를 들어 열경화성 수지를 도포하는 것에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 필름 형성용 재료를 용매와 혼합한 조성물을 태양전지 표면에 직접 도포하는 직접 도포법, 상기 조성물을 복수의 홀을 포함하는 태양전지 표면에 분사하는 분무 코팅법, 상기 조성물 용액에 태양전지를 침지시키는 침지법 등 다양한 방법으로 복수의 홀을 포함하는 태양전지 표면에 직접 광학 필름을 형성할 수 있다. 이러한 방법 중, 복수의 홀을 포함하는 태양전지 일 표면에만 광학 필름을 일정 두께 이상으로 형성하기 위하여 직접 도포법이 이용될 수 있다.The optical film may be provided by applying an optical film forming material, for example, a thermosetting resin, to one surface of a solar cell including a plurality of holes. For example, a direct application method of directly applying a composition obtained by mixing the optical film forming material with a solvent to the surface of a solar cell, a spray coating method of spraying the composition onto the surface of a solar cell including a plurality of holes, and a solution of the composition. An optical film can be formed directly on the surface of a solar cell containing a plurality of holes using various methods, such as an immersion method in which the solar cell is immersed in the solar cell. Among these methods, a direct application method can be used to form an optical film of a certain thickness or more on only one surface of a solar cell including a plurality of holes.
상기 복수의 홀을 포함하는 태양전지의 일 표면에 광학 필름을 제공하는 단계 이후, 상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계 이전에, 선택적으로(optionally) 텍스쳐된 금형으로 상기 광학 필름을 프레스 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 광학 필름 표면에 다양한 구조체를 형성할 수 있다.After providing an optical film on one surface of the solar cell including the plurality of holes and before removing the optical film positioned on the plurality of holes, the optical film is optionally formed into a textured mold. It may further include the step of pressing. Through this, various structures can be formed on the surface of the optical film.
상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계는 진공 챔버 내에서 복수의 홀을 석션하는 단계를 포함할 수 있다. 진공 챔버에서 복수의 홀에 진공을 걸어 석션함으로써, 복수의 홀 상에 배치된 광학 필름만을 선택적으로 제거할 수 있다. 그 결과 태양전지와 광학 필름을 동시에 관통하도록 연장하는 복수의 홀을 구비한 태양전지의 제작이 가능하다. The step of removing the optical film positioned on the plurality of holes may include suctioning the plurality of holes within a vacuum chamber. By applying a vacuum to a plurality of holes in a vacuum chamber and suctioning them, only the optical film disposed on the plurality of holes can be selectively removed. As a result, it is possible to manufacture a solar cell with a plurality of holes extending through the solar cell and the optical film simultaneously.
여기서, 진공이란 매질이 실질적으로 존재하지 않는 공간을 의미하며, 대략 1/1000 mmHg 이하의 압력을 의미한다.Here, vacuum refers to a space in which a medium does not substantially exist, and refers to a pressure of approximately 1/1000 mmHg or less.
복수의 홀을 포함하는 태양전지를 제공하는 단계는 이하에서 도 12 내지 15를 참고하여 구체적으로 설명한다.The step of providing a solar cell including a plurality of holes will be described in detail below with reference to FIGS. 12 to 15.
이하에서는, 광학 필름을 형성하기 이전 단계로서, 본 발명의 일 구현예에 따른 복수의 홀을 포함하는 태양전지의 제조방법에 대하여 도 12 내지 15를 참고하여 설명한다.Hereinafter, as a step before forming the optical film, a method of manufacturing a solar cell including a plurality of holes according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 15.
도 12 내지 도 15를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 복수의 홀을 포함하는 태양전지는, 서로 반대면인 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)에 각각 제1 층(120)과 제2 층(130)을 형성하는 단계, 제1 층(120), 결정질 실리콘 반도체 기판(110), 및 제2 층(130)을 관통하는 복수의 홀(H)들을 형성하는 단계, 및 제1 층(120) 상에 제1 층(120)과 접속하는 제1 전극부(140)와, 제2 층(130) 상에 제2 층(130)과 접속하는 제2 전극부(150)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극부(140)를 형성하기 전에, 제1 층(120) 상에 보호막(170)과 반사방지막(160)을 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 12 to 15, a solar cell including a plurality of holes according to an embodiment of the present invention has a first side (S1) and a second side (S1) of a crystalline silicon semiconductor substrate 110 that are opposite sides to each other. Forming a first layer 120 and a second layer 130 in S2), respectively, a plurality of holes penetrating the first layer 120, the crystalline silicon semiconductor substrate 110, and the second layer 130 forming (H), and forming a first electrode portion 140 connected to the first layer 120 on the first layer 120, a second layer 130 on the second layer 130, and It may include forming a second electrode portion 150 to be connected. In addition, before forming the first electrode portion 140, a step of sequentially forming a protective film 170 and an anti-reflective film 160 on the first layer 120 may be further included.
제1 층(120)은 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 도전형과 반대의 도전형을 가지는 불순물을 도핑하여 형성할 수 있고, 제2 층(130)은 결정질 실리콘 반도체 기판(110)과 동일한 도전형을 가지는 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.The first layer 120 may be formed by doping an impurity with a conductivity type opposite to that of the crystalline silicon semiconductor substrate 110, and the second layer 130 may have the same conductivity as the crystalline silicon semiconductor substrate 110. It can be formed by doping with impurities having a certain type.
일 예로, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)이 N형인 경우, 제1 층(120)은 P형의 불순물을 결정질 실리콘 반도체 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있으며, 제2 층(130)은 N형의 불순물을 결정질 실리콘 반도체 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다. 따라서, 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 제1 층(120)과 제2 층(130)의 형성시에 나타나는 경계로써, 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1 층(120)과 제2 층(130)을 형성하기 위한 불순물의 도핑은 확산법, 스프레이법, 또는 프린팅 공정법 등의 방법에 의할 수 있다.For example, when the crystalline silicon semiconductor substrate 110 is N-type, the first layer 120 may be formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate 110 with a P-type impurity, and the second layer 130 may be formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate 110 with an N-type impurity. It can be formed by doping type impurities into the crystalline silicon semiconductor substrate 110. Accordingly, the first surface (S1) and the second surface (S2) of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 are boundaries that appear when forming the first layer 120 and the second layer 130, and can have various shapes. there is. Doping of impurities to form the first layer 120 and the second layer 130 may be done by a diffusion method, a spray method, or a printing method.
복수의 홀(H)들은 제1 층(120)과 제2 층(130)이 형성된 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 어느 한 면에 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 에칭 공정 등을 통해 형성할 수 있다. A plurality of holes (H) are formed through an etching process, etc. after placing a mask (not shown) on one side of the crystalline silicon semiconductor substrate 110 on which the first layer 120 and the second layer 130 are formed. can do.
복수의 홀(H)들은 마스크(미도시)에 형성된 개구의 형상에 의하여 다양한 형상을 가질 수 있으며, 복수의 홀(H)들 각각은 1㎛ 이상 1mm 이하로 형성될 수 있다. 또한, 태양전지(100)의 광전변환효율 및 광 투과성을 고려하여 복수의 홀(H)들의 전체 면적은 결정질 실리콘 반도체 기판(110) 면적의 5% 초과 60% 이하로 형성될 수 있다.The plurality of holes H may have various shapes depending on the shape of the opening formed in the mask (not shown), and each of the plurality of holes H may be formed to be 1 μm or more and 1 mm or less. Additionally, considering the photoelectric conversion efficiency and light transmittance of the solar cell 100, the total area of the plurality of holes H may be formed to be greater than 5% and less than 60% of the area of the crystalline silicon semiconductor substrate 110.
보호막(170)은, 스퍼터링(sputtering), 전자빔 증착법(e-beam evaporation), 화학적 기상 증착법(CVD; chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착법(PVD; physical vapor deposition), 금속 유기 화학적 기상 증착법(MOCVD; metal-organic chemical vapor deposition), 분자빔 에피택시(MBE; molecular beam epitaxy), 및 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition) 등의 방법으로 형성할 수 있다.The protective film 170 is formed by sputtering, e-beam evaporation, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). It can be formed by methods such as metal-organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy (MBE), and atomic layer deposition.
반사방지막(160)은 스퍼터링, 전자빔 증착법, 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법, 또는 원자층 증착법 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The antireflection film 160 may be formed by a method such as sputtering, electron beam deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or atomic layer deposition, but is not limited thereto.
한편, 보호막(170)과 반사방지막(160)은 제1 면(S1) 상에 형성될 뿐 아니라, 복수의 홀(H)들의 측면들을 덮도록 형성될 수 있다.Meanwhile, the protective film 170 and the anti-reflective film 160 may be formed not only on the first surface S1 but also to cover the side surfaces of the plurality of holes H.
제1 전극부(140)는 일 예로, 제1 전극 형성용 페이스트를 스탬핑 또는 롤링하여 제1 전극부(140)가 형성될 위치에 제1 전극 형성용 페이스트를 인쇄한 후, 열처리 공정 등을 통해 형성할 수 있다. 따라서, 제1 전극부(140)는 수㎛ 내지 수십㎛의 폭을 가지는 마이크로 그리드 패턴을 가지더라도 제1 전극부(140)의 얼라인을 용이하게 맞출 수 있으며, 열처리시 발생하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 제1 전극부(140)는 반사방지막(160)과 보호막(170)을 관통하여 제1 층(120)과 접속할 수 있다. For example, the first electrode portion 140 is formed by stamping or rolling the first electrode forming paste, printing the first electrode forming paste at the position where the first electrode portion 140 is to be formed, and then performing a heat treatment process. can be formed. Therefore, even if the first electrode portion 140 has a microgrid pattern with a width of several μm to tens of μm, the alignment of the first electrode portion 140 can be easily achieved, and the fire through that occurs during heat treatment can be easily adjusted. Through the phenomenon, the first electrode unit 140 can penetrate the anti-reflection film 160 and the protective film 170 and connect to the first layer 120.
제2 전극부(150)는 일 예로, 제2 전극 형성용 페이스트를 제2 층(130) 상에 도포한 후, 이를 열처리 하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의해 형성할 수 있다.For example, the second electrode portion 150 may be formed by applying a paste for forming a second electrode on the second layer 130 and then heat treating it, but the second electrode portion 150 is not limited to this and can be formed by various methods. there is.
한편, 이상에서는 복수의 홀(H)을 제1 층(120)과 제2 층(130)을 형성한 다음 형성하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한하는 것은 아니며, 복수의 홀(H)들은 태양전지(100)의 제조 단계 중 어느 단계에서 형성하더라도 무방하다. 예를 들어, 복수의 홀(H)은 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)를 형성한 다음, 반사방지막(160)에서부터 제2 전극부(150)를 관통하도록 형성할 수도 있다.Meanwhile, in the above, it has been described that the plurality of holes (H) are formed after forming the first layer 120 and the second layer 130, but the present invention is not limited to this, and the plurality of holes (H) are It may be formed at any stage during the manufacturing process of the solar cell 100. For example, after forming the first electrode part 140 and the second electrode part 150, a plurality of holes H may be formed to penetrate the second electrode part 150 from the anti-reflection film 160. there is.
도 16는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 홀을 포함하는 태양전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.Figure 16 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell including a plurality of holes according to another embodiment of the present invention.
도 16를 참조하면, 본 발명에 따른 복수의 홀을 포함하는 태양전지(200)는, 결정질 실리콘 반도체 기판(210), 결정질 실리콘 반도체 기판(210)의 제1 면(S1) 상에 위치하는 제1 층(220), 제1 면(S1)과 반대면인 결정질 실리콘 반도체 기판(210)의 제2 면(S2) 상에 위치하는 제2 층(230), 제1 층(220) 상에 위치하고 제1 층(220)과 접속된 제1 전극부(240), 및 제2 층(230) 상에 위치하고 제2 층(230)과 접속된 제2 전극부(250)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 16, the solar cell 200 including a plurality of holes according to the present invention includes a crystalline silicon semiconductor substrate 210 and a first surface S1 of the crystalline silicon semiconductor substrate 210. A first layer 220, a second layer 230 located on the second side S2 of the crystalline silicon semiconductor substrate 210, which is the opposite side from the first side S1, and a second layer 230 located on the first layer 220, It may include a first electrode portion 240 connected to the first layer 220, and a second electrode portion 250 located on the second layer 230 and connected to the second layer 230.
일 구현예에 따르면, 상기 광학 필름(280)은 제1 전극부(240) 상에 배치될 수 있다.According to one embodiment, the optical film 280 may be disposed on the first electrode portion 240.
결정질 실리콘 반도체 기판(210)은 단결정 또는 다결정 실리콘으로 형성될 수 있으며, N형 또는 P형의 불순물이 도핑될 수 있다. 또한, 결정질 실리콘 반도체 기판(210)은 제1 면(S1)에서부터 제2 면(S2)까지 결정질 실리콘 반도체 기판(210)을 관통하는 복수의 홀(H)들을 포함할 수 있다. 복수의 홀(H)들은 적어도 제1 층(220), 제2 층(230) 및 제2 전극부(250)를 관통하도록 홀(H)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 복수의 홀(H)들은 가시광 영역의 모든 광들을 통과시킬 수 있고, 이에 따라 태양전지(200)는 특정 색이 발현되지 않아 무색 즉, 투명한 성질을 가질 수 있다.The crystalline silicon semiconductor substrate 210 may be formed of single crystal or polycrystalline silicon and may be doped with N-type or P-type impurities. Additionally, the crystalline silicon semiconductor substrate 210 may include a plurality of holes H penetrating the crystalline silicon semiconductor substrate 210 from the first surface S1 to the second surface S2. The plurality of holes H may extend along the longitudinal direction of the holes H to penetrate at least the first layer 220, the second layer 230, and the second electrode portion 250. The plurality of holes H can pass all light in the visible light region, and accordingly, the solar cell 200 does not display a specific color and can be colorless, that is, transparent.
한편, 태양전지(200)의 광전변환효율 및 광 투과성을 고려하여 복수의 홀(H)들 각각은 1㎛ 이상 1mm 이하로 형성될 수 있으며, 복수의 홀(H)들의 전체 면적은 결정질 실리콘 반도체 기판(110) 면적의 5% 보다 크고, 60% 이하로 형성될 수 있다.Meanwhile, in consideration of the photoelectric conversion efficiency and light transmittance of the solar cell 200, each of the plurality of holes (H) may be formed to be 1㎛ or more and 1mm or less, and the total area of the plurality of holes (H) may be that of a crystalline silicon semiconductor. It may be formed to be greater than 5% and less than 60% of the area of the substrate 110.
복수의 홀(H)들의 측면은 보호막(260)에 의해 덮혀 보호될 수 있다. 보호막(260)은 Al2O3, a-Si, a-SiOx 또는 a-SiC 등을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 태양전지(200)는 반사방지막을 더 포함할 수 있다.The sides of the plurality of holes H may be covered and protected by a protective film 260. The protective film 260 may be formed including Al 2 O 3 , a-Si, a-SiOx, or a-SiC. In addition, although not shown in the drawing, the solar cell 200 may further include an anti-reflection film.
제1 층(220)과 제2 층(230) 중 어느 하나는 전자 수송 물질을 포함하는 전자 수송층이고, 제1 층(220)과 제2 층(230) 중 다른 하나는 정공 수송 물질을 포함하는 정공 수송층일 수 있다. 예를 들어, 결정질 실리콘 반도체 기판(210)이 N타입 반도체 기판인 경우, 태양전지(200)의 수광면 측에 위치하는 제1 층(220)은 정공 수송층이고, 제2 층(230)은 전자 수송층일 수 있다. 이때, 정공 수송층인 제1 층(220)은 결정질 실리콘 반도체 기판(210)과 P-N접합을 형성하며, 전자 수송층인 제2 층(230)은 후면 전계층과 동일한 역할을 수행할 수 있다.One of the first layer 220 and the second layer 230 is an electron transport layer containing an electron transport material, and the other of the first layer 220 and the second layer 230 is an electron transport layer containing a hole transport material. It may be a hole transport layer. For example, when the crystalline silicon semiconductor substrate 210 is an N-type semiconductor substrate, the first layer 220 located on the light-receiving surface side of the solar cell 200 is a hole transport layer, and the second layer 230 is an electron transport layer. It may be a transport layer. At this time, the first layer 220, which is a hole transport layer, forms a P-N junction with the crystalline silicon semiconductor substrate 210, and the second layer 230, which is an electron transport layer, can perform the same role as the back surface layer.
정공 수송층은 높은 일함수를 가진 전이금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정공 수송층은 Molybdenum oxide(MoOx), Vanadium oxide(V2Ox), Tungsten oxide(WOx), Nickel oxide(NiOx) 등을 포함할 수 있다. The hole transport layer may include a transition metal oxide with a high work function. For example, the hole transport layer may include molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (V 2 O x ), tungsten oxide (WO x ), nickel oxide (NiO x ), etc.
전자 수송층은 낮은 일함수를 가진 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송층은 Lithium fluoride(LiF), Cesium fluoride(CsF), Cesium oxide(Cs2O), Calcium/Aluminium(Ca/Al) 등을 포함할 수 있다.The electron transport layer may include an alkali metal compound with a low work function. For example, the electron transport layer may include Lithium fluoride (LiF), Cesium fluoride (CsF), Cesium oxide (Cs 2 O), Calcium/Aluminium (Ca/Al), etc.
제1 전극부(240)와 제2 전극부(250)는 일 예로, 도 2에 도시된 제1 전극부(도 2의 140) 및 제2 전극부(도 2의 150)와 각각 동일한 구성을 가질 수 있다. 선택적 실시예로, 제1 전극부(240)와 제2 전극부(250)는 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성된 투광성 전극층들일 수 있다. 제1 전극부(240)와 제2 전극부(250)가 투광성 전극층인 경우, 복수의 홀(H)들은 제1 전극부(240)까지 포함하여 태양전지(200) 전체를 관통하는 형태를 가질 수 있으며, 태양전지는 양면 수광형으로 동작할 수 있다.As an example, the first electrode portion 240 and the second electrode portion 250 have the same configuration as the first electrode portion (140 in FIG. 2) and the second electrode portion (150 in FIG. 2) shown in FIG. You can have it. In an optional embodiment, the first electrode portion 240 and the second electrode portion 250 may be made of ITO, IZO (In-ZnO), GZO (Ga-ZnO), AZO (Al-ZnO), or AGZO (Al-Ga ZnO). ), IGZO (In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, and Ni/IrOx/Au/ITO. When the first electrode portion 240 and the second electrode portion 250 are light-transmitting electrode layers, the plurality of holes (H) will have a shape that penetrates the entire solar cell 200, including the first electrode portion 240. The solar cell can operate in a double-sided light receiving type.
도 17 내지 19은 도 16의 태양전지의 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도들이다.Figures 17 to 19 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the solar cell of Figure 16.
도 17 내지 도 19을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 홀을 포함하는 태양전지(200)의 제조 방법은, 결정질 실리콘 반도체 기판(210)에 복수의 홀(H)들을 형성하는 단계, 홀(H)들이 형성된 결정질 실리콘 반도체 기판(210)의 표면에 보호막(260)을 형성하는 단계, 결정질 실리콘 반도체 기판(210)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 노출시킨 후, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)에 각각 제1 층(220)과 제2 층(230)을 형성하는 단계, 및 제1 층(220)과 접속하는 제1 전극부(240)와 제2 층(230)과 접속하는 제2 전극부(250)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.17 to 19, the method of manufacturing a solar cell 200 including a plurality of holes according to an embodiment of the present invention includes forming a plurality of holes H in a crystalline silicon semiconductor substrate 210. Step, forming a protective film 260 on the surface of the crystalline silicon semiconductor substrate 210 on which the holes H are formed, exposing the first side (S1) and the second side (S2) of the crystalline silicon semiconductor substrate 210 After doing so, forming a first layer 220 and a second layer 230 on the first surface (S1) and the second surface (S2), respectively, and a first electrode portion connected to the first layer (220) It may include forming a second electrode portion 250 connected to 240 and the second layer 230.
홀(H)을 형성하는 방법과 보호막(260)을 형성하는 방법은 도 11 내지 도 14에서 설명한 바와 동일한 방법에 의할 수 있으므로, 반복하여 설명하지 않는다.Since the method of forming the hole H and the method of forming the protective film 260 may be the same as those described in FIGS. 11 to 14, the description will not be repeated.
제1 층(220)과 제2 층(230)은 결정질 실리콘 반도체 기판(210)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 상에 형성된 보호막(260)을 제거하여 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 노출시킨 후, 증착물질을 증착하여 형성할 수 있다.The first layer 220 and the second layer 230 are formed by removing the protective film 260 formed on the first side (S1) and the second side (S2) of the crystalline silicon semiconductor substrate 210. ) and the second surface (S2) can be exposed and then deposited to form a deposition material.
예를 들어, 결정질 실리콘 반도체 기판(210)이 N형인 경우, 제1 층(220)은 제1 면(S1) 상에 제1 층(220)은 정공 수송물질을 증착하여 형성할 수 있으며, 제2 층(230)은 전자 수송물질을 증착하여 형성할 수 있다. 정공 수송물질이 증착되어 형성된 제1 층(220)은 결정질 실리콘 반도체 기판(210)과 P-N접합을 형성하며, 전자 수송물질이 증착되어 형성된 제2 층(230)은 후면 전계층과 동일한 역할을 수행할 수 있다.For example, when the crystalline silicon semiconductor substrate 210 is N-type, the first layer 220 may be formed by depositing a hole transport material on the first surface (S1). The second layer 230 can be formed by depositing an electron transport material. The first layer 220 formed by depositing a hole transport material forms a P-N junction with the crystalline silicon semiconductor substrate 210, and the second layer 230 formed by depositing an electron transport material plays the same role as the back electric field layer. can do.
전자 수송물질과 정공 수송물질의 증착은, 스퍼터링, 전자빔 증착법, 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법, 금속 유기 화학적 기상 증착법, 분자빔 에피택시, 및 원자층 증착법 등의 방법으로 형성할 수 있다.The deposition of the electron transport material and the hole transport material can be formed by methods such as sputtering, electron beam deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, metal organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, and atomic layer deposition.
즉, 본 발명에 의하면, 불순물의 도핑과정 없이 결정질 실리콘 반도체 기판(210)에 전자 수송물질과 정공 수송물질을 증착하는 것에 의하여 P-N접합의 형성이 가능한바, 태양전지(200)의 제조 공정이 단순화할 수 있다.That is, according to the present invention, it is possible to form a P-N junction by depositing an electron transport material and a hole transport material on the crystalline silicon semiconductor substrate 210 without a doping process of impurities, thereby simplifying the manufacturing process of the solar cell 200. can do.
제1 전극부(240)와 제2 전극부(250)는 일 예로, 도 10에 도시된 제1 전극부(도 2의 140) 및 제2 전극부(도 2의 150)와 각각 동일하게 형성될 수 있다. 다른 예로, 제1 전극부(240)와 제2 전극부(250)는 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO 등을 증착하여 형성할 수 있다.As an example, the first electrode portion 240 and the second electrode portion 250 are formed identically to the first electrode portion (140 in FIG. 2) and the second electrode portion (150 in FIG. 2) shown in FIG. 10, respectively. It can be. As another example, the first electrode portion 240 and the second electrode portion 250 are made of ITO, IZO (In-ZnO), GZO (Ga-ZnO), AZO (Al-ZnO), AGZO (Al-Ga ZnO), It can be formed by depositing IGZO (In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO, etc.
한편, 이상에서는 복수의 홀(H)을 먼저 형성한 후, 제1 층(220)과 제2 층(230)을 형성하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한하는 것은 아니며, 복수의 홀(H)들은 태양전지(200)의 제조 단계 중 어느 단계에서 형성하더라도 무방하다. 예를 들어, 도 11 내지 도 14에서 설명한 방법, 즉 결정질 실리콘 반도체 기판(210)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)에 먼저 제1 층(220)과 제2 층(230)을 형성한 다음, 복수의 홀(H)들을 형성할 수 있다. Meanwhile, in the above, it has been explained that the plurality of holes (H) are first formed and then the first layer 220 and the second layer 230 are formed. However, the present invention is not limited to this, and the plurality of holes (H) are formed first. ) may be formed at any stage during the manufacturing stage of the solar cell 200. For example, the method described in FIGS. 11 to 14, that is, first forming the first layer 220 and the second layer 230 on the first surface S1 and the second surface S2 of the crystalline silicon semiconductor substrate 210. After forming, a plurality of holes (H) can be formed.
이상에서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely examples, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
100, 200: 태양전지
110, 210: 결정질 실리콘 반도체 기판
120, 220: 제1 층
130, 230: 제2 층
140, 240: 제1 전극부
150, 250: 제2 전극부
180: 광학 필름100, 200: solar cell
110, 210: Crystalline silicon semiconductor substrate
120, 220: first layer
130, 230: second layer
140, 240: first electrode unit
150, 250: second electrode unit
180: optical film
Claims (22)
상기 태양전지의 일 표면에 광학 필름을 제공하는 단계;
상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 홀 상에 위치하는 광학 필름을 제거하는 단계는 진공 챔버에서 홀을 석션하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 홀들은 상기 태양전지 및 광학 필름을 동시에 관통하도록 연장되고,
상기 광학 필름은 700nm 이상의 파장 대역의 광을 흡수하는, 태양전지의 제조 방법.Providing a solar cell including a plurality of holes;
providing an optical film on one surface of the solar cell;
Comprising: removing the optical film located on the plurality of holes,
Removing the optical film located on the plurality of holes includes suctioning the holes in a vacuum chamber,
The plurality of holes extend to simultaneously penetrate the solar cell and the optical film,
A method of manufacturing a solar cell, wherein the optical film absorbs light in a wavelength band of 700 nm or more.
상기 복수의 홀들 각각은 원기둥 형상을 가지며, 상기 복수의 홀들 각각의 지름은 1㎛ 내지 1㎜로 형성되는 태양전지의 제조 방법.According to clause 14,
Each of the plurality of holes has a cylindrical shape, and each of the plurality of holes has a diameter of 1 μm to 1 mm.
상기 태양전지 상에 광학 필름을 제공하는 단계는 태양전지의 일 표면에 열경화성 수지를 도포하는 단계를 포함하는, 태양전지의 제조 방법.According to clause 14,
A method of manufacturing a solar cell, wherein providing an optical film on the solar cell includes applying a thermosetting resin to one surface of the solar cell.
상기 열경화성 수지의 표면을 textured mold로 프레스하여 표면 처리하는 단계를 더 포함하는, 태양전지의 제조 방법.According to clause 16,
A method of manufacturing a solar cell further comprising the step of surface treating the surface of the thermosetting resin by pressing it with a textured mold.
상기 복수의 홀을 포함하는 태양전지를 제공하는 단계는:
서로 반대면인 결정질 실리콘 반도체 기판의 제1 면과 제2 면에 각각 제1 층과 제2 층을 형성하는 단계;
상기 제1 층, 상기 결정질 실리콘 반도체 기판, 및 상기 제2 층을 관통하는 복수의 홀들을 형성하는 단계; 및
상기 제1 층 상에 상기 제1 층과 접속하는 제1 전극부와, 상기 제2 층 상에 상기 제2 층과 접속하는 제2 전극부를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 층은 상기 결정질 실리콘 반도체 기판과 P-N 접합을 형성하며,
상기 복수의 홀들은 상기 제1층, 상기 제2 층, 및 상기 제2 전극부를 동시에 관통하도록 연장되는, 태양전지의 제조 방법.According to clause 14,
The steps of providing a solar cell including the plurality of holes are:
forming a first layer and a second layer on first and second surfaces of a crystalline silicon semiconductor substrate, respectively, which are opposite sides to each other;
forming a plurality of holes penetrating the first layer, the crystalline silicon semiconductor substrate, and the second layer; and
Comprising: forming a first electrode part connected to the first layer on the first layer, and forming a second electrode part connected to the second layer on the second layer,
The first layer forms a PN junction with the crystalline silicon semiconductor substrate,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the plurality of holes extend to simultaneously penetrate the first layer, the second layer, and the second electrode portion.
상기 제1 전극부를 형성하기 전, 상기 제1 층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 전극부는 상기 반사방지막을 관통하여 상기 제1 층과 접속하는 태양전지의 제조 방법.According to clause 18,
Before forming the first electrode portion, it further includes forming an anti-reflection film on the first layer,
A method of manufacturing a solar cell in which the first electrode portion penetrates the anti-reflection film and connects to the first layer.
상기 결정질 실리콘 반도체 기판은 제1 도전형을 가지고,
상기 제1 층은 상기 제1 도전형과 반대인 제2 도전형을 가지는 불순물을 상기 결정질 실리콘 반도체 기판에 도핑하여 형성하고,
상기 제2 층은 상기 제1 도전형을 가지는 불순물을 상기 결정질 실리콘 반도체 기판에 도핑하여 형성하는 태양전지의 제조 방법.According to clause 18,
The crystalline silicon semiconductor substrate has a first conductivity type,
The first layer is formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate with an impurity having a second conductivity type opposite to the first conductivity type,
A method of manufacturing a solar cell in which the second layer is formed by doping the crystalline silicon semiconductor substrate with an impurity having the first conductivity type.
상기 제1 전극부는 상기 복수의 홀들 사이에 위치하는 마이크로 그리드 패턴을 가지도록 형성되는 태양전지의 제조 방법.According to clause 18,
A method of manufacturing a solar cell wherein the first electrode portion is formed to have a microgrid pattern located between the plurality of holes.
상기 결정질 실리콘 반도체 기판은 N타입 반도체 기판이고,
상기 제1 층은 상기 제1 면 상에 정공 수송 물질을 증착하여 형성하고, 상기상기 제2 층은 상기 제2 면 상에 전자 수송 물질을 증착하여 형성하는 태양전지의 제조 방법.According to clause 18,
The crystalline silicon semiconductor substrate is an N-type semiconductor substrate,
The method of manufacturing a solar cell wherein the first layer is formed by depositing a hole transport material on the first side, and the second layer is formed by depositing an electron transport material on the second side.
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