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KR20120053403A - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

박막형 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20120053403A
KR20120053403A KR1020100114652A KR20100114652A KR20120053403A KR 20120053403 A KR20120053403 A KR 20120053403A KR 1020100114652 A KR1020100114652 A KR 1020100114652A KR 20100114652 A KR20100114652 A KR 20100114652A KR 20120053403 A KR20120053403 A KR 20120053403A
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South Korea
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layer
solar cell
light
film solar
light absorbing
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KR1020100114652A
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English (en)
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베소노프 알렉산더
조영태
정승재
박은아
황은수
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삼성전자주식회사
삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

태양광의 산란율 및 투과율을 향상시켜 전지의 효율을 증가시킨 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다. 박막형 태양전지는 기판, 기판 상에 형성되는 광산란층, 광산란층 상에 형성되는 제1전극층, 제1전극층 상에 형성되는 복수의 광흡수층 및 광흡수층 상에 형성되는 제2전극층을 포함한다.

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{THIN FILM SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
박막형 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광의 산란율 및 투과율을 향상시켜 전지의 효율을 증가시킨 박막형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로,　태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있다.
태양전지에 태양광이 입사되면, 반도체 내에서 정공과 전자가 발생하고, PN접합으로 발생한 전기장에 의해서 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.　박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.　
박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 전면전극 위에 반도체로 이루어진 광흡수층을 형성하고, 광흡수층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다.
종래의 박막형 태양전지는 전면전극을 형성하는 투명 도전막이 단파장의 태양광을 산란시켜 단파장의 태양광을 광흡수층으로 효율적으로 투과할 수 있으나, 장파장의 태양광에 대해서는 낮은 산란효율을 보여 장파장의 태양광을 광흡수층으로 효율적을 투과할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 기판 상에 장파장의 태양광을 산란시킬 수 있는 광산란층을 형성하여 광 투과율을 향상시킨 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 박막형 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 광산란층; 상기 광산란층 상에 형성되는 제1전극층; 상기 제1전극층 상에 형성되는 복수의 광흡수층; 상기 광흡수층 상에 형성되는 제2전극층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
광산란층은 폴리머로 이루어질 수 있다.
광산란층은 투명도전성산화물 나노입자를 포함하는 폴리머로 이루어질 수 있다.
투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄과 붕소가 도핑된 ZnO, ZrO2,　In2O3　및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
폴리머는 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 및 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
광산란층은 미세패턴을 가지며, 상기 미세패턴은 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열될 수 있다.
제1전극층은 투명도전성산화물로 이루어질 수 있다.
투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄이 도핑된 ZnO, 붕소가 도핑된 ZnO 및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
광흡수층은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 광흡수층 및 비정질 실리콘-게르마늄과 마이크로 크리스탈 실리콘 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 광흡수층이 차례로 적층되어 이루어질 수 있다.
광흡수층은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 광흡수층, 비정질 실리콘-게르마늄으로 이루어진 제2 광흡수층 및 마이크로 크리스탈 실리콘으로 이루어진 제3 광흡수층이 차례로 적층되어 이루어질 수 있다.
광흡수층은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 광흡수층, 마이크로 크리스탈 실리콘으로 이루어진 제2 광흡수층 및 비정질 실리콘-게르마늄으로 이루어진 제3 광흡수층이 차례로 적층되어 이루어질 수 있다.
제2전극층은 알루미늄과 은을 포함하는 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막형 태양전지의 제조방법은 기판상에 폴리머를 도포하고; 상기 폴리머에 미세패턴이 형성된 몰드를 가압하고; 상기 몰드가 가압된 상태에서 상기 폴리머를 경화하고; 상기 몰드를 상기 폴리머로부터 이형시켜 미세패턴이 형성된 광산란층을 형성하고; 상기 광산란층 상에 투명도전성산화물을 코팅하여 제1전극층을 형성하고; 상기 제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 광흡수층을 형성하고; 상기 광흡수층 상에 도전성물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
기판상에 폴리머를 도포하는 것은, 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 및 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 중 어느 하나로 이루어진 폴리머를 도포하는 것일 수 있다.
기판상에 폴리머를 도포하는 것은, 투명도전성산화물 나노입자를 포함하는 폴리머 조성물을　도포하는 것일 수 있다.
투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄과 붕소가 도핑된 ZnO, ZrO2,　In2O3　및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
폴리머에 미세패턴이 형성된 몰드를 가압하는 것은, 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 미세패턴이 형성된 몰드를 상기 폴리머에 가압하여, 상기 폴리머에 상기 미세패턴을 전사하는 것일 수 있다.
미세패턴은 800~1200nm 범위일 수 있다.
폴리머를 경화하는 것은, 상기 폴리머를 열과 자외선 중 어느 하나로 경화하는 것일 수 있다.
제1전극층을 형성하는 것은, 스퍼터링 방법 및 저압화학기상증착법(LPCVD) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 미세패턴이 형성된 상기 광산란층에 상기 투명도전성산화물을 코팅하는 것일 수 있다.
투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄이 도핑된 ZnO, 붕소가 도핑된 ZnO 및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 광흡수층을 형성하는 것은, 상기 제1전극층 상에 비정질 실리콘을 증착하여 제1 광흡수층을 형성하고, 상기 제1 광흡수층 상에 비정질 실리콘-게르마늄과 마이크로 크리스탈 실리콘 중에서 선택된 어느 하나를 증착하여 제 2광흡수층을 형성하는 것일 수 있다.
제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 광흡수층을 형성하는 것은, 상기 제1전극층 상에 비정질 실리콘을 증착하여 제1 광흡수층을 형성하고, 상기 제1 광흡수층 상에 비정질 실리콘-게르마늄을 증착하여 제2 광흡수층을 형성하고, 상기 제2 광흡수층 상에 마이크로 크리스탈 실리콘을 증착하여 제3 광흡수층을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 박막형 태양전지의 제조방법은 800nm이상의 장파장 영역의 태양광을 산란시킬 수 있도록 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 및 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 중 어느 하나를 기판상에 도포한 후, 임프린팅 방식을 이용하여 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 텍스쳐를 가지는 광산란층을 형성하고; 200~800nm의 단파장 영역의 태양광을 산란시킬 수 있도록 투명도전성산화물을 스퍼터링 방법 및 저압화학기상증착법 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 텍스쳐를 가지는 제1전극층을 상기 광산란층 상에 형성하고; 상기 제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 복수의 광흡수층을 형성하고, 상기 광흡수층 상에 도전성물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 장파장대의 태양광의 산란율을 향상시켜 태양광의 광 경로의 길이를 증가시킴으로써, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 태양광의 반사로 인한 광 손실을 감소시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1a, b는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막형 태양전지의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광산란층의 미세패턴에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광산란층의 미세패턴에 대한 원자현미경(AFM)의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광산란층의 태양광의 산란형태를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광산란층의 단면을 원자현미경으로 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제1전극층의 미세패턴에 대한 주사전자현미경의 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 박막형 태양전지의 제조방법을 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a, b는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막형 태양전지의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 박막형 태양전지는 기판(1), 기판(1) 전면에 형성된 광산란층(2), 광산란층(2)의 전면에 형성된 제1전극층(4), 제1전극층(4)의 전면에 형성된 광흡수층(5)을 포함한다.
기판(1)으로는 투명한 유리기판 또는 폴리에틸렌 수지(PET, Polyethylene Terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene Naphthalate), 폴리에테르 술폰(PES, Polyether Sulfone), 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함하는 플라스틱 기판(1)이 이용될 수 있다. 기판(1)은 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
　
광산란층(2)은 폴리머로 이루어지고, 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography)공정을 통해 기판(1)의 전면에 형성된다. 광산란층(2)을 이루는 폴리머는 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 또는 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지일 수 있다. 또한 광산란층(2)을 이루는 폴리머는 투명도전성산화물(TCO, Transparent Conductive Oxide) 나노입자(3)가 도핑된 폴리머일 수 있다. 투명도전성산화물 나노입자(3)의 크기는 20~500nm일 수 있다.
이와 같은 투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르(F)가 도핑(doping)된 SnO2, 알루미늄(Al)과 붕소(B)가 도핑된 ZnO, ZrO2,　In2O3, TiO2 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
　
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광산란층(2)의 미세패턴에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광산란층(2)의 미세패턴에 대한 원자현미경(AFM)의 사진이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광산란층(2)은 임프린팅 공정에 의해 형성된 미세패턴을 가지는데 이 미세패턴은 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 형태일 수 있다. 이와 같은 광산란층(2)의 미세패턴은 기판(1)을 통해 입사한 태양광, 특히 800nm 이상의 파장을 가지는 장파장 영역의 태양광을 효율적으로 산란시킬 수 있다(도 4 참조). 또한 투명도전성산화물 나노입자(3)을 포함하는 폴리머로 형성된 광산란층(2)의 경우, 폴리머 내부의 투명도전성산화물 나노입자(3)에 의해 태양광을 보다 효율적으로 산란시킬 수 있다(도 4 참조).
또한 태양광의 반사로 인한 광손실을 줄이기 위해, 광산란층을 구성하는 폴리머의 굴절율은 587nm의 태양광에 대해 1.5~1.7이고, 투명도전성산화물 나노입자가 도핑된 폴리머는 587nm의 태양광에 대해 1.5~1.9의 굴절율을 가지며, 투명도전성산화물 나노입자는 587nm의 태양광에 대해 1.5~2.5의 굴절율을 가지는 것이 바람직하다. 　　
광산란층(2)의 미세패턴의 폭방향 크기(lateral feature size)는 800~1200nm 범위의 크기를 가질 수 있고, 표면거칠기(surface roughness)는 100~300nm 범위의 값을 가질 수 있다(도 5참조).
　
일반적으로 나노 임프린트 리소그래피 공정은 기판(1) 위에 열 경화성 수지나 광 경화성 수지를 도포한 후, 나노 크기의 미세패턴이 형성된 몰드로 기판(1)에 도포된 수지를 가압한 상태에서 수지를 경화시켜 몰드에 형성된 미세패턴을 기판(1) 상의 수지에 형성하는 공정이다. 기판(1) 위에 임프린트용 수지를 도포하는 방법으로는 스핀 코팅 방법, 슬릿 코팅방법 및 디스펜싱 방법을 이용할 수 있다.
　
제1전극층(4)은 투명도전성산화물로 이루어지고, 투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르(F)가 도핑된 SnO2, 알루미늄(Al)이 도핑된 ZnO, 붕소(B)가 도핑된 ZnO, TiO2 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
제1전극층(4)은 미세패턴이 형성된 광산란층(2) 상에 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 저압화학기상증착법(LPCVD)을 통해 형성될 수 있다. 제1전극층(4)은 광산란층(2)과 마찬가지로 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 형태의 미세패턴을 가질 수 있다(도 6참조).
태양광의 반사로 인한 광손실을 줄이기 위해, 투명도전성산화물로 이루어진 제1전극층은 587nm의 태양광에 대해 1.8~2.5의 굴절율을 가지는 것이 바람직하다.
미세패턴의 폭방향 크기(lateral feature size)는 50~200nm 범위의 크기를 가질 수 있고, 표면거칠기(surface roughness)는 10~100nm 범위의 값을 가질 수 있다(도 6참조). 제1전극층(4)은 200~800nm 범위의 파장을 가지는 단파장 영역의 태양광을 효율적으로 산란시킬 수 있다.
전술한 것처럼, 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 미세패턴을 가지는 광산란층(2)과 제1전극층(4)으로 구성된 이중 텍스쳐(double texture)구조는 200~800nm의 단파장대의 태양광 뿐만 아니라 800nm의 장파장대의 태양광 또한 효율적으로 산란시킬 수 있다.
따라서 태양전지 내에서 태양광의 광 경로의 길이를 증가시키고, 광흡수층(5)으로의 광투과율을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
　
광흡수층(5)은 실리콘과 같은 반도체물질로 이루어지고, 제1전극층(4)의 전면에 형성된다. 보다 구체적으로 광흡수층(5)은 P(positive)형 반도체층, I(intrinsic)형 반도체층 및 N(negative)형 반도체층으로 이루어진 소위 PIN구조로 형성된다.
예를 들면, 기판(1)을 통과하여 광흡수층(5)에 입사한 태양광이 P형 비정질 실리콘층을 투과하여 I형 비정질 실리콘층에 흡수되고, I형 비정질 실리콘층 내에서 비정질 실리콘의 광학적 밴드갭(band gap)보다 큰 에너지를 가지는 태양광에 의해 전자와 정공이 생성된다. I형 비정질 실리콘층에서 발생된 전자와 정공은 내부 전계에 의해 P형 비정질 실리콘층과 N형 비정질 실리콘층으로 수집되고 전극인 제1전극층(4)과 제2전극층을 통해 외부회로로 공급된다.
광흡수층(5)은 제1광흡수층과 제1광흡수층의 전면에 형성된 제2광흡수층으로 구성될 수 있다.
제1광흡수층은 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수 있고, 제2광흡수층은 비정질 실리콘-게르마늄(a-Si:Ge) 또는 마이크로 크리스탈 실리콘(μc-Si)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수 있다.
광흡수층(5)은 또한 제1광흡수층과 제1광흡수층의 전면에 형성된 제2광흡수층 그리고 제2광흡수층의 전면에 형성된 제3광흡수층으로 구성될 수 있다.
제1광흡수층은 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수 있고, 제2광흡수층은 비정질 실리콘-게르마늄(a-Si:Ge)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수 있으며, 제3광흡수층은 마이크로 크리스탈 실리콘(μc-Si)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수 있다. 또한 제2광흡수층이 마이크로 크리스탈 실리콘(μc-Si)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수 있고, 제3광흡수층이 비정질 실리콘-게르마늄(a-Si:Ge)으로 이루어진 PIN구조로 구성될 수도 있다.
전술한 광흡수층(5)의 탠덤(tandem)구조에서, 제1광흡수층은 200~800nm의 단파장 영역의 태양광을 흡수할 수 있고, 제2 또는 제3광흡수층은 　800nm이상의 장파장 역역의 태양광을 흡수할 수 있다.
따라서 전술한 광산란층(2)을 통해 산란된 800nm이상의 장파장 영역의 태양광은 제2 또는 제3광흡수층에서 흡수되고, 제1전극층(4)을 통해 산란된 200~800nm의 단파장 영역의 태양광은 제1광흡수층에서 흡수되어, 단파장 영역의 태양광 뿐만 아니라 장파장 영역의 태양광까지 고르게 흡수되어 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
제2전극층(미도시)은 광흡수층(5)의 전면에 형성될 수 있고, 태양광의 반사율이 우수한 알루미늄(Al)과 은(Ag)을 포함하는 도전성물질로 이루어질 수 있다.
　
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 박막형 태양전지의 제조방법을 순서대로 나타낸 모식도이다.
도 7을 참조하면, 기판(1)에 임프린트용 폴리머를 도포한다.
폴리머는 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 또는 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지일 수 있다. 또한 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄과 붕소가 도핑된 ZnO, ZrO2,　In2O3, TiO2 또는 이들의 혼합물로 이루어진 투명도전성산화물 나노입자(3)가 도핑된 폴리머일 수 있다. 이와 같은 폴리머는 스핀 코팅 방법, 슬릿 코팅방법 및 디스펜싱 방법을 이용하여 기판(1) 상에 도포될 수 있다.
　
폴리머를 기판(1) 상에 도포한 후, 몰드를 폴리머에 가압한다.
몰드는 미세패턴이 각인되어 있는 미세구조물로, 양각부와 음각부가 불규칙적으로 형성된 미세패턴을 가질 수 있다. 이러한 미세패턴은 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 형태일 수 있다. 미세패턴이 기판(1) 위에 도포된 임프린트용 폴리머의 전면부 표면을 향하게 한 상태에서 몰드를 가압한다. 이와 같은 몰드의 가압은 0.8Mpa의 압력과 0.05m/s의 속도로 이동하는 롤러를 통해 이루어질 수 있다. 또한 임프린트에 앞서 정밀한 미세패턴을 폴리머 상에 복제하기 위해 몰드 표면을 접착방지 코팅 처리할 수 있다.
　
폴리머에 몰드를 가압한 후, 열 또는 자외선을 투과하여 폴리머를 경화시킨다. 자외선을 투과하는 방법을 적용 시 몰드는 자외선이 투과할 수 있는 재질로 만든다. 그리고 자외선 투과를 통한 경화는 30~90초 동안 이루어 질 수 있고, 투과광원으로는 365nm 파장과 2.3mW/cm2의 강도를 갖는 자외선 램프가 이용될 수 있다.
　
폴리머가 경화되면, 몰드를 기판(1) 상의 폴리머로부터 이형시킨다.
몰드를 이형시키면, 폴리머의 표면에 몰드의 양각부에 대응하는 음각부가 형성되고, 또한 몰드의 음각부에 대응하는 양각부가 형성된다. 따라서 몰드의 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 미세패턴이 폴리머에 형성된다(도 2참조). 이와 같은 미세패턴의 폭방향 크기(lateral feature size)는 800~1200nm 범위의 크기를 가질 수 있고, 표면거칠기(surface roughness)는 100~300nm 범위의 값을 가질 수 있다. 몰드가 이형되면, 미세패턴이 형성된 폴리머는 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol)에 의해 세척된 후, 200℃의 온도에서 2시간 동안 베이킹(baking)과정을 거칠 수 있다.
기판(1) 상의 폴리머에 미세패턴이 형성되어 광산란층(2)이 형성되면, 투명도전성산화물을 광산란층(2)의 전면에 코팅한다.
투명도전성산화물로는 SnO2, 플루오르(F)가 도핑된 SnO2, 알루미늄(Al)이 도핑된 ZnO, 붕소(B)가 도핑된 ZnO, TiO2 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이와 같은 투명도전성산화물이 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 저압화학기상증착법(LPCVD)을 통해 광산란층(2)의 전면에 증착되어, 광산란층(2)과 마찬가지로 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 형태의 미세패턴을 가지는 제1전극층(4)이 형성된다. 미세패턴의 폭방향 크기(lateral feature size)는 50~200nm 범위의 크기를 가질 수 있고, 표면거칠기(surface roughness)는 10~100nm 범위의 값을 가질 수 있다.
이와 같은 이중 텍스쳐 구조는 단파장과 장파장의 태양광을 모두 산란시킴으로써 태양광의 광경로을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시키게 된다.
　
제1전극층(4)이 형성되면, 제1전극층(4)의 상면에 광흡수층(5)을 형성한다. 광흡수층(5)은 비정질 실리콘, 비정질 실리콘-게르마늄 및 마이크로 크리스탈 실리콘 등의 반도체 물질로 이루어질 수 있고, 다중(multiple)의 탠덤(tandem)구조를 가질 수 있다. 전술한 제1광흡수층과 제2광흡수층이 제1전극층(4)의 전면에 차례로 적층될 수 있고, 3중 구조를 가지는 경우에는, 제2광흡수층의 전면에 제3광흡수층이 더 적층될 수 있다. 이러한 광흡수층(5)은 화학기상증착법을 포함하는 여러 증착법을 이용하여 제1전극층(4)의 전면에 차례로 형성될 수 있다.
광흡수층(5)이 형성되면, 광흡수층(5)의 전면에 알루미늄이나 은과 같은 반사율이 높은 도전성물질로 제2전극층이 형성된다.
1 : 기판 2 : 광산란층
3 : 투명도전성산화물 나노입자 4 : 제1전극층
5 : 광흡수층

Claims (24)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 광산란층;
    상기 광산란층 상에 형성되는 제1전극층;
    상기 제1전극층 상에 형성되는 복수의 광흡수층;
    상기 광흡수층 상에 형성되는 제2전극층을 포함하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광산란층은 폴리머로 이루어진 박막형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광산란층은 투명도전성산화물 나노입자를 포함하는 폴리머로 이루어진 박막형 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄과 붕소가 도핑된 ZnO, ZrO2,　In2O3　및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 박막형 태양전지.
  5. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머는 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 및 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 박막형 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광산란층은 미세패턴을 가지며, 상기 미세패턴은 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 박막형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극층은 투명도전성산화물로 이루어진 박막형 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄이 도핑된 ZnO, 붕소가 도핑된 ZnO 및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 박막형 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수층은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 광흡수층 및 비정질 실리콘-게르마늄과 마이크로 크리스탈 실리콘 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 제2 광흡수층이 차례로 적층되어 이루어진 박막형 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수층은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 광흡수층, 비정질 실리콘-게르마늄으로 이루어진 제2 광흡수층 및 마이크로 크리스탈 실리콘으로 이루어진 제3 광흡수층이 차례로 적층되어 이루어진 박막형 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수층은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1 광흡수층, 마이크로 크리스탈 실리콘으로 이루어진 제2 광흡수층 및 비정질 실리콘-게르마늄으로 이루어진 제3 광흡수층이 차례로 적층되어 이루어진 박막형 태양전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극층은 알루미늄과 은을 포함하는 도전성 물질로 이루어진 박막형 태양전지.
  13. 기판상에 폴리머를 도포하고;
    상기 폴리머에 미세패턴이 형성된 몰드를 가압하고;
    상기 몰드가 가압된 상태에서 상기 폴리머를 경화하고;
    상기 몰드를 상기 폴리머로부터 이형시켜 미세패턴이 형성된 광산란층을 형성하고;
    상기 광산란층 상에 투명도전성산화물을 코팅하여 제1전극층을 형성하고;
    상기 제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 광흡수층을 형성하고;
    상기 광흡수층 상에 도전성물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    기판상에 폴리머를 도포하는 것은,
    자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 및 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 중 어느 하나로 이루어진 폴리머를 도포하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    기판상에 폴리머를 도포하는 것은,
    투명도전성산화물 나노입자를 포함하는 폴리머를　도포하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄과 붕소가 도핑된 ZnO, ZrO2,　In2O3　및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 박막형 태양전지의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 폴리머에 미세패턴이 형성된 몰드를 가압하는 것은,
    피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 미세패턴이 형성된 몰드를 상기 폴리머에 가압하여, 상기 폴리머에 상기 미세패턴을 전사하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 미세패턴은 800~1200nm 범위인 박막형 태양전지의 제조방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 폴리머를 경화하는 것은,
    상기 폴리머를 열과 자외선 중 어느 하나로 경화하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제1전극층을 형성하는 것은,
    스퍼터링 방법 및 저압화학기상증착법(LPCVD) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 미세패턴이 형성된 상기 광산란층에 상기 투명도전성산화물을 코팅하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 투명도전성산화물은 SnO2, 플루오르가 도핑된 SnO2, 알루미늄이 도핑된 ZnO, 붕소가 도핑된 ZnO 및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 박막형 태양전지의 제조방법.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 광흡수층을 형성하는 것은,
    상기 제1전극층 상에 비정질 실리콘을 증착하여 제1 광흡수층을 형성하고, 상기 제1 광흡수층 상에 비정질 실리콘-게르마늄과 마이크로 크리스탈 실리콘 중에서 선택된 어느 하나를 증착하여 제 2광흡수층을 형성하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 광흡수층을 형성하는 것은,
    상기 제1전극층 상에 비정질 실리콘을 증착하여 제1 광흡수층을 형성하고, 상기 제1 광흡수층 상에 비정질 실리콘-게르마늄을 증착하여 제2 광흡수층을 형성하고, 상기 제2 광흡수층 상에 마이크로 크리스탈 실리콘을 증착하여 제3 광흡수층을 형성하는 것인 박막형 태양전지의 제조방법.
  24. 　800nm이상의 장파장 영역의 태양광을 산란시킬 수 있도록 자외선 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 및 열 경화성 아크릴레이트 기반의 수지 중 어느 하나를 기판상에 도포한 후, 임프린팅 방식을 이용하여 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 텍스쳐를 가지는 광산란층을 형성하고;
    200~800nm의 단파장 영역의 태양광을 산란시킬 수 있도록 투명도전성산화물을 스퍼터링 방법 및 저압화학기상증착법 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 피라미드 형상 또는 사다리꼴 형상의 요철형태가 불규칙적으로 배열된 텍스쳐를 가지는 제1전극층을 상기 광산란층 상에 형성하고;
    상기 제1전극층 상에 반도체물질을 증착하여 복수의 광흡수층을 형성하고, 상기 광흡수층 상에 도전성물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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