KR20110026628A - 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents
고효율 태양전지 및 그의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110026628A KR20110026628A KR1020090084365A KR20090084365A KR20110026628A KR 20110026628 A KR20110026628 A KR 20110026628A KR 1020090084365 A KR1020090084365 A KR 1020090084365A KR 20090084365 A KR20090084365 A KR 20090084365A KR 20110026628 A KR20110026628 A KR 20110026628A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transparent conductive
- conductive layer
- solar cell
- etching
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 56
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 19
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical group [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M sodium;oxocalcium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Ca]=O HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- 230000003471 anti-radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
- H10F10/174—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising monocrystalline or polycrystalline materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/10—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass the devices comprising amorphous semiconductor material
- H10F71/103—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass the devices comprising amorphous semiconductor material including only Group IV materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/138—Manufacture of transparent electrodes, e.g. transparent conductive oxides [TCO] or indium tin oxide [ITO] electrodes
- H10F71/1385—Etching transparent electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/244—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/30—Coatings
- H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
- H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
- H10F77/315—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
- H10F77/707—Surface textures, e.g. pyramid structures of the substrates or of layers on substrates, e.g. textured ITO layer on a glass substrate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 투명도전층, 상기 투명도전층 상에 형성된 비정질 PIN 반도체층 및 상기 비정질 PIN 반도체층 상에 형성된 후면전극을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 투명도전층이 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 1 투명도전층과 상기 제 1 투명도전층 위에 형성되고 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 2 투명도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 광 포획 효과를 최대화하고, 저비용으로 고효율 태양전지를 제공할 수 있다.
박막형 태양전지, 실리콘, 기판, 투명도전층, 식각부, 개각
Description
본 발명은, 태양 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 투명도전층이 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 1 투명도전층과 상기 제 1 투명도전층 위에 형성되고 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 2 투명도전층을 포함하여 광전변환효율이 향상된 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다. 태양전지를 그 기판 재료에 따라서 분류하면, 크게 나누어, 실리콘 결정계 태양전지, 비정질 실리콘계 태양전지, 화합물 반도체계 태양전지의 3종류로 구분할 수 있다.
종래의 다결정 실리콘 박막형 태양 전지는 기판, 활성층, 전면 전극 및 배면 전극을 포함한다. 기판의 전면에 다결정 실리콘 박막이 증착되고, 다결정 실리콘 박막의 전면에 다결정 실리콘 박막이 증착되어, 활성층이 이루어진다. 다결정 실리콘 박막의 전면에는 도전체가 결합되어 전면전극이 이루어진다. 기판의 배면에는 도전체가 결합되어 배면 전극이 이루어진다.
기존 박막형 태양전지 효율을 개선하기 위하여 TCO(transparent conductivity oxide)의 빛의 가둠 효과를 높이는 것이 중요하다. 이를 위하여 TCO 표면 텍스쳐링(texturing)을 통하여 빛 산란 효과 즉, 빛의 가둠 효과를 증대시킴으로써 태양전지 효율을 개선해 왔다. 그러나 이러한 텍스쳐링 방법은 빛의 산란 특성을 나타내는 헤이즈(Haze)값의 한계를 가지기 때문에 고효율의 태양전지를 구현하는데 한계가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 입사하는 태양광의 투과율 및 헤이즈 특성이 증진된 고효율 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입사하는 태양광의 투과율 및 헤이즈 특성을 향상시겨 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명도전층; 상기 투명도전층 상에 형성된 비정질 PIN 반도체층; 및 상기 비정질 PIN 반도체층 상에 형성된 후면전극을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 투명도전층이 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 1 투명도전층과 상기 제 1 투명도전층 위에 형성되고 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 2 투명도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은
기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 제 1 투명 도전층을 형성한 후 1차 식각하여 제1 투명 도전층을 형성하는 단계;
상기 제 1 투명도전층 위에 제2 투명도전층을 형성한 후에 2차 식각하는 단계;
상기 제 2 투명도전층 상에 비정질의 N형 실리콘층, I형 실리콘층, P형 실리콘층을 순차적으로 형성하여 비정질 PIN 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 비정질 비정질 PIN 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 투명도전층의 표면 식각은 플라즈마 에칭 또는 화학에칭 등의 에칭 방법 또는 기계적 가공에 의해 실시될 수 있다.
본 발명을 통하여 빛의 가둠 효과를 증대시켜 투과율 및 헤이즈 특성이 증진되어 태양전지 효율을 향상시킬 수 있으며 한정된 빛에서 태양전지의 효율을 극대화할 수 있다. 이는 태양광의 경로가 다양하게 변경되고 태양광이 받는 면적을 넓힘으로써 태양전지의 내부로 전달되는 광량이 증가되고 수직입사광의 반사율을 최소화할 수 있기 때문이다. 즉, 입사되는 태양광의 투과율을 최대화하기 위해서는 태양광의 경로를 다양하게 변경함과 더불어 입사되는 태양광이 반사되어 손실되는 것을 방지하는 것이 중요한데, 본 발명에서는 2 단계 식각(Two-step etching)을 통하여 산란되는 빛의 양을 증진시킴으로써 태양광의 반사를 최소화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 관련도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지 및 그 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 또한, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
또한, 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어 들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.
본 발명의 일실시예의 태양전지는 전면전극의 투명전도층이 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 1 투명도전층과 상기 제 1 투명도전층 위에 형성되고 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 2 투명도전층을 포함한다. 이와 같이 투명도전층이 2단의 식각부를 포함하기 때문에 태양광의 경로를 다양하게 변경함과 더불어 입사되는 태양광이 반사되어 손실되는 것을 방지하여 입사되는 태양광의 투과율을 최대화하고 그에 따라서 태양전지의 광전변환효율을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지를 나타낸 단면개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 태양전지는 기판(100); 상기 기판 상에 형성된 투명도전층(200); 상기 투명도전층 상에 형성된 비정질 PIN 반도체층(300); 및 상기 비정질 PIN 반도체층 상에 형성된 투명도전층(400)을 포함하는 후면전극(500)을 포함하고, 상기 투명도전층(200)이 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 1 투명도전층(230)과 상기 제 1 투명도전층(230) 위에 형성되고 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 2 투명도전층(250)을 포함한다.
상기 식각부의 요철 구조는 주로 태양전지의 수광면의 반사방지를 위해 형성되는 것으로, 상기 식각부의 요철 구조의 형태는 특별히 제한되지 않고, 장방형, 사다리꼴, 피라미드형 등의 임의의 형태일 수 있다.
또한, 상기 요철 구조는 에칭 또는 기계적 가공에 의해서 형성될 수 있다. 에칭에 의해 상기 식각부의 요철 구조를 형성하는 경우에는 투명도전층을 플라즈마에칭하거나 염산, 히드라진 수용액, 수산화나트륨 등의 에칭액을 사용하여 화학에칭에 의해 형성할 수 있다. 기계적 가공에 의해 요철 구조를 형성하는 경우에는 절삭가공에 의해 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투명도전층(230)의 식각부의 개각(opening angle)과 상기 제2 투명도전층(250)의 식각부의 개각은 서로 상이하게 형성되는데, 태양광의 투과율을 최대화하기 위해서 상기 제 1 투명도전층(230)의 식각부의 개각(opening angle)이 상기 제2 투명도전층(230)의 식각부의 개각보다 크다.
태양광이 태양 전지에 입사시 투명도전층에 개각이 작으면 헤이즈 특성은 좋아지나, 개각이 너무 작게 되면 헤이즈 특성은 좋아지지만 투과도는 감소하게 된다. 이는 개각이 너무 작게 되면 산란된 빛이 글래스를 투과하는게 아니라 오히려 빛의 경로를 이탈하게 되어 투과도는 감소하게 된다. 따라서 최적의 개각을 찾아 헤이즈와 투과도가 최적이 되는 때를 찾는 것이 필요하다. 본 발명에서는 제 1 투명도전층의 개각을 크게 하여 최대의 투과도를 갖는 확보하였으며 제 2 투명도전층의 개각을 통해 투과도가 유지되면서 최대의 헤이즈 특성을 갖는 투명도전층을 형성한 것이다.
개각의 크기는 공정 압력과 에칭 시간에 따라 달라질 수 있는데 공정압력이 높을수록 에칭시 개각이 커진다. 즉, 막의 밀도가 작기 때문에 에치이 잘 되고, 공정압력이 낮을수록 에칭시 개각이 작아진다. 즉, 막의 밀도가 크기 때문에 에칭이 잘 되지 않는다.
상기 제 1 투명도전층(230)의 식각부의 개각은 120~130도이고, 상기 제2 투명도전층(250)의 식각부의 개각은 52 ~ 92도의 범위 내이고, 이러한 범위 내에서 상기 제 1 투명도전층(230)의 식각부의 개각(opening angle)이 상기 제2 투명도전층(250)의 식각부의 개각보다 크다.
상기 기판(100)은 유리, 수정, 산화알루미늄, 흑연, 또는 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기 기판일 수 있다. 상기 기판(100) 위에 투명도전층(200)이 형성되어 전면 전극을 형성한다.
투명도전층(200)은 외부로부터 입사되는 빛을 비정질 PIN 반도체층(300)으로 통과시키기 위해 투명 전극으로 구성되고, 빛을 통과시키기 위해 상기 기판 상에 코팅되는 전도성 물질로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이러한 투명도전층은 스퍼터링 공정 또는 진공증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 비정질 PIN 반도체층(300)은 상기 제 2 투명도전층(250) 위에 형성되고, N형, I형 및 P형 실리콘층이 접합된 PIN 접합층으로서 플라즈마 CVD 공정 또는 유도결합형 플라즈마 CVD 공정 등의 CVD 공정에 의하여 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 비정질 PIN 반도체층(300)은 상기 제2 투명도전층(250) 상에 N형 실리콘층을 형성한 후에, 상기 N형 실리콘층 상에 I형 실리콘층을 형성한다음 상기 I형 실리콘층 상에 P형 실리콘층을 형성하여 구성될 수 있다. 상기 N형 실리콘층은 인, 질소 등과 같이 N형의 불순물이 도핑된 층이고, 상기 P형 실리콘층은 붕소 등의 제3족 원소인 P형 불순물이 도핑된 층이다. 또한, 상기 비정질 PIN 반도체층(300)은 CuInGaSe 또는 CdTe 화합물 반도체층으로 형성할 수 있다.
반도체층은 태양광에 의해 정공(hole) 및 전자(electron)를 생성하고 생성된 정공 및 전자가 각각 P층 및 N층에서 수집되는데, 이와 같은 정공 및 전자의 수집효율을 증진시키기 위해서는 P층과 N층만으로 이루어진 PN 구조에 비하여 PIN 구조가 보다 바람직하다. 상기 제1반도체층을 PIN 구조로 형성하게 되면, I층이 P층과 N층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P층 및 N층에서 수집된다.
상기 비정질 PIN 반도체층(300) 위에는 전도성 물질의 투명도전층(400)이 형성된다. 이러한 투명도전층은 외부로부터 입사되는 빛을 상기 비정질 PIN 반도체층(300)으로 통과시키기 위해 투명 전극을 사용하여 형성하고, 빛을 통과시키기 위해 ITO 전극 사용하여 상부전극(140)을 형성하는 것이 바람직하며, 이의 형성은 스퍼터링(spattering) 공정 또는 진공증착법을 이용할 수 있다.
본 발명의 태양전지에서 후면전극(500)의 투명도전층(400)은 도전성 물질이면 어느 것이나 사용가능하다. 상기 후면전극층(400, 500)은 Ag, Al과 같은 금속을 이용하여 형성되며, 상기 전면전극(100, 200) 및 반도체층(300)을 통과한 태양광은 상기 후면전극층(400, 500)에서 반사되어 상기 반도체층(300)으로 재입사 된다.
이상과 같이 구성된 태양전지는 다음과 같이 동작한다. 외부에서 빛이 태양전지에 입사되면 비정질 PIN 반도체층(300)에서 입사된 광에너지에 의해 전자와 정 공이 발생되고, 상기 전자는 N형 실리콘층으로 상기 정공은 P형 실리콘층으로 각기 확산하게 된다. 하전 캐리어의 분극이 일어나면, 반도체의 양측에는 전위차가 생긴다. 이때, 상기 N형 실리콘층과 P형 실리콘층을 결선하게 되면 상기 전자 및 정공의 이동에 의해 전력이 생성되게 된다.
본 발명의 다른 양상은 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에 의해 태양전지를 제조하는 경우에는 먼저 기판을 준비하고; 상기 기판 상에 제 1 투명 도전층을 형성한 후 1차 식각하여 제1 투명 도전층을 형성한다. 이어서 상기 제 1 투명도전층 위에 제2 투명도전층을 형성한 후에 2차 식각하고, 상기 제 2 투명도전층 상에 비정질의 N형 실리콘층, I형 실리콘층, P형 실리콘층을 순차적으로 형성하여 비정질 PIN 반도체층을 형성한다. 이어서 상기 비정질 비정질 PIN 반도체층 상에 후면전극을 형성한다.
상기 제 1 투명도전층 및 제 2 투명도전층 식각 단계에서는 상기 제 1 투명도전층의 식각부의 개각이 상기 제2 투명도전층의 식각부의 개각보다 크도록 식각을 행한다.
본 발명에서는 상기 후면전극 상에 반사방지막을 형성할 수 있다. 상기 방사방지막은 예를 들면 실리콘질화막, 수소를 포함한 실리콘질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF2, ZnS, MgF2, TiO2 및 CeO2 로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함할 수 있다. 상기 반사방지막은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코 팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의해서 태양전지를 제조하는 경우에는 먼저 기판을 준비한다. 우선, 전처리로서 뒤에 형성될 박막과의 접합력을 증대시키기 위하여 유리기판(100)의 표면에 잔존하는 여러 불순물들을 제거한다. 이때, 일례로 습식세정의 방법으로 유리기판(100) 상에 존재하는 불순물들을 제거하고, 소정 가스 분위기에서 건조시킬 수 있다.
상기 제1투명도전층(230) 및 제2 투명도전층(250)은 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, ZnO-Ga, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등 과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법등을 이용하여 형성할 수 있으며, 그 두께는 500 내지 10000Å 범위가 바람직하다.
상기 제1반도체층(300)은 실리콘계, CuInSe2계, CdTe계 등의 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 반도체물질을 P층, I층, 및 N층으로 적층한 PIN 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제1반도체층(300)을 PIN 구조로 형성할 경우, 상기 제 1 투명전극층(250) 위에 P층을 형성하고, 상기 P층 위에 I층을 형성하고, 상기 I층 위에 N층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P층을 수광면에 가 깝게 형성하기 위함이다.
상기 투명도전층 400은 전술한 제1투명전극층(230) 및 제 2 투명도전층(250)과 마찬가지로 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 후면전극(500)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 스퍼터링법 또는 인쇄법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
실시예
실시예
1
소다석회 기판 위에 전면전극으로서 ZnO:Ga 층을 스퍼터링법을 이용하여 7pa의 압력으로 증착하였다. 형성된 전면전극인 ZnO:Ga층을 0.5% HCl로 20초간 1회 에칭한 후 다시 ZnO:Ga 층을 스퍼터링법을 이용하여 전면에 증착한 후 여러 압력 조건에서 증착 후 0.5% HCl로 15 ~ 30초간 에칭하였다.
상기 전면전극 상에 CCP(capacitively coupled plasma) 전극 형태를 갖는 플라즈마화학기상증착법을 이용하여 비정질 반도체층인 PIN 반도체층을 증착하였다. 상기 비정질 PIN 반도체층 위에 AZO(Al-doped ZnO) 타겟을 스퍼터링법으로 증착하여 투명도전층을 형성하였다. 상기 투명도전층 위에 Al 타겟을 스퍼터링법으로 증 착하여 후면전극을 형성하여 태양전지를 제조하였다.
상기 표면에 기판 위에 형성된 전면전극을 통해 입사한 태양광의 투과율과 헤이즈 특성은 UV 분광광도계 V-600를 이용하여 ASTM D1003 표준 시험 방법에 따라 측정하였다. 상기 표면에 기판 위에 형성된 전면전극을 통해 입사한 태양광의 투과율과 헤이즈 특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예
1
제 1 투명도전층만을 형성하고 제 2 투명도전층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 태양전지를 제조하고, 태양광의 투과율과 헤이즈 특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예
2-3
제 1 투명도전층의 개각을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 달리 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 태양전지를 제조하였다. 구체적으로 소다석회 기판위에 전면전극으로서 ZnO:Ga 층을 스퍼터링법을 이용하여 전면에 증착한 후 7pa의 압력으로 증착 후 0.5% HCl로 20초간 에칭한 후 다시 ZnO:Ga 층을 스퍼터링법을 이용하여 전면에 증착한 후 0.1과 10 pa의 압력 조건에서 증착 후 0.5% HCl로 15 ~ 30초간 에칭하였다. 수득된 태양전지의 태양광의 투과율과 헤이즈 특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예
1-6
제 1 투명도전층의 개각을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 달리 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 태양전지를 제조하였다. 개각을 달리하기 위해서 소다석회 기판위에 전면전극으로서 ZnO:Ga 층을 스퍼터링법을 이용하여 전면에 증착한 후 7pa의 압력으로 증착 후 0.5% HCl로 20초간 에칭한 후 다시 ZnO:Ga 층을 스퍼터링법을 이용하여 전면에 증착한 후 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 pa 의 압력 조건에서 증착 후 0.5% HCl로 15 ~ 30초간 에칭하였다.
수득된 태양전지의 태양광의 투과율과 헤이즈 특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
| 공정 압력 (Pa): 제 2투명도전층 | 제1투명 도전층의 개각(도) |
투과율 T(%) |
헤이즈 특성(%) | ||
| 비교예1 | 1 단계 에칭 전면전극 1 | 2차 식각 시행하지 않음 | 80.5 | 15.4 | |
| 비교예2 | 2 단계에칭 전면전극 1 | 0.1 | 32 | 77.1 | 17.7 |
| 실시예1 | 2 단계에칭 전면전극 2 | 0.5 | 62 | 80.8 | 45.0 |
| 실시예2 | 2 단계에칭 전면전극 3 | 1 | 54 | 81.9 | 47.0 |
| 실시예3 | 2 단계에칭 전면전극 4 | 2 | 67 | 83 | 47.5 |
| 실시예4 | 2 단계에칭 전면전극 5 | 3 | 70 | 81.8 | 44.2 |
| 실시예5 | 2 단계에칭 전면전극 6 | 4 | 80 | 80.9 | 42.3 |
| 실시예6 | 2 단계에칭 전면전극 7 | 5 | 92 | 80.8 | 40.0 |
| 비교예3 | 2 단계에칭 전면전극 8 | 10 | 181 | 74.1 | 21.4 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 기판 위에 형성된 전면전극을 통해 입사한 태양광의 투과율 및 헤이즈 특성은 투과율 80.8 ~ 81%와 헤이즈 값은 40~47.5%로 전면전극을 통해 입사한 태양광보다 우수함을 확인하였다. 또한, 개각을 52~92도로 조절하여 2 단계 에칭한 전면전극의 경우 이 범위를 벗어나서 1 단계 에칭 전면전극 보다 태양광의 투과율 및 헤이즈 특성이 우수하게 나타남을 확인하였다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 태양전지를 설명하기 위한 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. 예를 들어, 본 발명은 단일 접합 구조의 태양전지 뿐만 아니라 이중접합구조의 태양전지에도 적용가능하며, 광전변환 효율을 향상시키기 위해서, PIN형 아모르포스 실리콘(PIN-type amorphous silicon)과 PIN형 폴리실리콘(PIN-type polysilicon, 다결정 실리콘을 적층한 하이브리드형(hybrid type) 또는 PIN형 폴리실리콘만을 이용한 폴리실리콘형(polysilicon type) 태양전지에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 태양전지의 단면개략도이고,
도 2는 도 1의 태양전지에서 제1 투명도전층과 제2 투명도전층의 식각부의 개각을 설명하기 위한 모식도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 기판
200: 제 1투명도전층(전면전극)
201: 제 2 투명도전층(전면전극)
300: 비정질 PIN 반도체층
400: 투명도전층 500: 후면전극
β: 제 1 투명도전층의 식각부의 개각(opening angle)
α: 제 2 투명도전층의 식각부의 개각(opening angle)
Claims (9)
- 기판; 상기 기판 상에 형성된 투명도전층; 상기 투명도전층 상에 형성된 비정질 PIN 반도체층; 및 상기 비정질 PIN 반도체층 상에 형성된 후면전극을 포함하는 태양전지에 있어서, 상기 투명도전층이 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 1 투명도전층과 상기 제 1 투명도전층 위에 형성되고 표면상에 요철구조의 식각부를 포함하는 제 2 투명도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 투명도전층의 식각부의 개각(opening angle)이 상기 제2 투명도전층의 식각부의 개각보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 2항에 있어서, 상기 제 1 투명도전층의 식각부의 개각은 120~130도이고, 상기 제2 투명도전층의 식각부의 개각은 52~92도인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판은 유리, 수정, 산화알루미늄, 흑연, 또는 유기 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 식각부는 플라즈마에칭 또는 화학에칭의 의하여 식각된 것임을 특징으로 하는 태양전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 태양전지가 후면전극 상에 형성된 반사방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 제 1 투명 도전층을 형성한 후 1차 식각하여 제1 투명 도전층을 형성하는 단계;상기 제 1 투명도전층 위에 제2 투명도전층을 형성한 후에 2차 식각하는 단계;상기 제 2 투명도전층 상에 비정질의 N형 실리콘층, I형 실리콘층, P형 실리콘층을 순차적으로 형성하여 비정질 PIN 반도체층을 형성하는 단계; 및상기 비정질 비정질 PIN 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 1 투명도전층의 식각부의 개각이 상기 제2 투명도전층의 식각부의 개각보다 크도록 식각을 행하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 방법이 상기 후면전극 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090084365A KR20110026628A (ko) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090084365A KR20110026628A (ko) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110026628A true KR20110026628A (ko) | 2011-03-16 |
Family
ID=43933580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090084365A Ceased KR20110026628A (ko) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110026628A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012134000A1 (ko) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | 주성엔지니어링(주) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20120111873A (ko) * | 2011-03-29 | 2012-10-11 | 주성엔지니어링(주) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 |
-
2009
- 2009-09-08 KR KR1020090084365A patent/KR20110026628A/ko not_active Ceased
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012134000A1 (ko) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | 주성엔지니어링(주) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20120111873A (ko) * | 2011-03-29 | 2012-10-11 | 주성엔지니어링(주) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 |
| TWI568002B (zh) * | 2011-03-29 | 2017-01-21 | 周星工程有限公司 | 薄膜型太陽能電池及其製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109004053B (zh) | 双面受光的晶体硅/薄膜硅异质结太阳电池及制作方法 | |
| EP2996163B1 (en) | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
| CN101904013B (zh) | 用于获得沉积于高度纹理化基板上的高性能薄膜装置的方法 | |
| US9023681B2 (en) | Method of fabricating heterojunction battery | |
| US6825408B2 (en) | Stacked photoelectric conversion device | |
| CN103907205B (zh) | 光电变换装置及其制造方法、以及光电变换模块 | |
| US20120318340A1 (en) | Back junction solar cell with tunnel oxide | |
| KR20130050163A (ko) | 광전변환소자 및 그 제조 방법 | |
| KR20080002657A (ko) | 반도체 구조, 태양 전지 및 광 전지 디바이스 제조 방법 | |
| JP2009503848A (ja) | 組成傾斜光起電力デバイス及び製造方法並びに関連製品 | |
| TWM527159U (zh) | 異質接面太陽能電池結構 | |
| CN207282509U (zh) | 双面受光的晶体硅/薄膜硅异质结太阳电池 | |
| US20110308606A1 (en) | Solar cell of improved photo-utilization efficiency | |
| WO2009022853A2 (en) | Thin film type solar cell and method for manufacturing the same | |
| US8652871B2 (en) | Method for depositing an amorphous silicon film for photovoltaic devices with reduced light-induced degradation for improved stabilized performance | |
| CN103999236B (zh) | 太阳能电池及其制造方法 | |
| KR20110079107A (ko) | 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법 | |
| CN104900730A (zh) | 一种基于金纳米颗粒表面等离子激元的晶硅hit太阳能电池 | |
| US20240065008A1 (en) | Solar battery | |
| US20110120534A1 (en) | Thin film solar cell and manufacturing method thereof | |
| KR20110026628A (ko) | 고효율 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| CN102403406A (zh) | 一种背接触硅太阳能电池的制备方法 | |
| CN102117847A (zh) | 太阳能电池及其制造方法 | |
| KR20110077923A (ko) | 박막 태양전지의 전면 전극 및 그를 포함하는 박막 실리콘 태양전지 | |
| US20140073083A1 (en) | Manufacturing method for solar cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20090908 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110316 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20110523 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20110316 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |