KR101562191B1 - 고효율 태양전지 - Google Patents

고효율 태양전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101562191B1
KR101562191B1 KR1020080080215A KR20080080215A KR101562191B1 KR 101562191 B1 KR101562191 B1 KR 101562191B1 KR 1020080080215 A KR1020080080215 A KR 1020080080215A KR 20080080215 A KR20080080215 A KR 20080080215A KR 101562191 B1 KR101562191 B1 KR 101562191B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
generation unit
solar cell
photovoltaic power
film
power generation
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.)
Active
Application number
KR1020080080215A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100021540A (ko
Inventor
위순임
Original Assignee
에프원소프트 주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에프원소프트 주식회사 filed Critical 에프원소프트 주식회사
Priority to KR1020080080215A priority Critical patent/KR101562191B1/ko
Publication of KR20100021540A publication Critical patent/KR20100021540A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101562191B1 publication Critical patent/KR101562191B1/ko
Assigned to 주식회사 뉴파워프라즈마 reassignment 주식회사 뉴파워프라즈마 권리의 전부이전등록 Assignors: 에프원소프트 주식회사
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • 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
    • 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
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 고효율 태양전지는 광 흡수에 의해 전하를 생성하는 광기전력 발생부, 상기 광기전력 발생부에서 생성된 광기전력을 외부 부하로 출력하기 위한 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극, 및 상기 광기전력 발생부에서 흡수되지 않는 자외선을 가시광선으로 변환하여 상기 광기전력 발생부로 다시 제공하기 위한 변환층을 포함한다. 본 발명의 고효율 태양전지는 상기 광기전력 발생부로 부가된 전기장을 인가하기 위한 바이어스 전극을 더 포함한다. 본 발명의 고효율 태양전지에 의하면, 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 변환층을 구비하여 광전 변환 효율을 보다 높일 수 있다. 또한 바이어스 전극을 구비하여 바이어스 전극에 인가되는 바이어스 전압에 의해 생성된 전하가 신속히 유동되어 수집됨으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다.
태양전지, 효율, 자외선, 가시광선, 바이어스, 재결합,

Description

고효율 태양전지{HIGH EFFICIENCY SOLAR CELLS}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 변환층을 구비하여 광전 변환 효율을 높일 수 있으며 빛에 의해 생성된 전하가 신속히 유동되어 수집되도록 태양전지에 바이어스 전압을 인가함으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있는 향상된 고효율 태양전지에 관한 것이다.
태양광발전은 태양광으로부터 전기를 생산하는 무한ㅇ청정 발전기술이다. 태양광 발전 시스템은 태양광을 받아 전기를 발생하는 태양전지(모듈)와 발생된 직류 전기를 교류로 변환시키는 전력조절장치 및 생성된 전기를 저장하는 축전지 등의 주변장치(BOS: balance of system)로 구성된다. 태양전지는 기본적으로 pn접합으로 구성된 다이오드로서, 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다. 광 흡수층으로 실리콘을 이용하는 태양전지는 결정질 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분된다. 또한 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지를 대표적인 태양전지로 꼽을 수 있다.
박막 태양전지는 사용되는 광 흡수층 물질에 따라 실리콘계, CuInSe2계, CdTe 박막 태양전지를 들 수 있는데, 이러한 박막 태양전지의 장점은 고가의 실리콘 기판대신 유리나 금속판과 같은 저가의 기판을 사용할 수 있고 두께 수 마이크론 내외의 박막 증착을 통해 물질 소모량을 최소화 하여 태양전지를 저가로 제조할 수 있다는 것이다. 또한 대면적의 모듈을 연속(in-line) 공정을 이용하여 제조함으로써 생산성 향상 및 제조단가의 저가화가 가능한 것도 또 하나의 장점으로 들 수 있다. 실리콘 박막 태양전지의 종류는 박막 증착 온도, 사용되는 기판의 종류(유리, 금속판, 세라믹, 실리콘 기판 등) 및 증착방법에 따라 다양하게 분류된다. 광 흡수층의 결정특성에 따라서는 크게 비정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 실리콘 박막 태양전지로 분류되며, 결정질 실리콘 박막 태양전지는 다시 결정의 크기, 광 흡수층의 두께에 따라 분류되기도 한다.
비정질 실리콘(a-Si:H) 박막 태양전지는 물질 자체의 특성으로 인해 케리어의 확산거리(diffusion length)가 단결정(또는 다결정) 실리콘 기판에 비해 매우 낮아 np 구조로 제조될 경우 빛에 의해 생성된 전자-정공 쌍(electron-hole pairs)의 수집효율이 매우 낮다. 그럼으로 일반적으로 비정질 실리콘 박막 태양전지는 불순물이 첨가되지 않은 진성(intrinsic) 반도체층으로 구성된 광 흡수층을 높은 도우핑 농도를 갖는 p형 반도체층과 n형 반도체층 중간에 삽입한 pin 구조를 갖는다. 이러한 구조에서 광 흡수층은 상하의 높은 도우핑 농도를 갖는 p층과 n층에 의해 공핍(depletion)이 되며 내부에 전기장(electric field)이 발생하게 된다. 따라서 입사광에 의해 광 흡수층으로부터 생성된 전자-정공쌍은 확산(diffusion)이 아닌 내부 전기장에 의한 유동(drift)에 의해 n층과 p층으로 수집되어 전류를 발생하게 된다.
이상적인 소자의 경우 내부에 전기장이 균일하게 발생하여 전자-정공쌍의 유동이 원활하게 발생한다. 그러나 실 소자에서는 광 흡수층의 내부에 존재하는 결함(defects)에 의해 pi 및 ni 계면에서 공간 전하(space charge) 밀도가 증가하게 되고 광 흡수층에서 전기장이 감소하는 현상이 발생한다. 일반적으로 태양전지는 빛에 노출될 경우 특성 열화현상(Staebler-Wronski Effect)이 나타나는데, 광 흡수층의 두께 및 물성에 따라 최대 30%까지 태양전지의 특성이 감소한다. 또한 라이트 소우킹(light-soaking)에 의해 광 흡수층 내부의 댕글링 본드(dangling bonds) 밀도가 증가하고 내부 전기장이 감소하여 빛에 의해 발생된 전자-정공쌍의 재결합이 더욱더 가속화되어 태양전지의 특성 열화가 일어난다.
한편, 나노 결정(nc-Si:H) 실리콘 박막 태양전지는 비정질과 단결정 실리콘의 경계물질로서 흔히 미세결정(microcrystalline) 실리콘(μc-Si:H)으로 불리기도 하는 나노 결정 실리콘을 광 흡수층으로 사용한다. 나노 결정 실리콘은 증착방법에 따라 수십 nm에서 수백 nm의 결정크기를 가지며, 결정경계(grain boundary)에는 흔히 비정질 상이 존재하며 높은 결합 밀도로 인해 대부분의 케리어 재결합(recombination)이 결정경계에서 발생한다. 그러나 비정질 실리콘 박막 태양전지에서 나타나는 열화현상은 없는 장점을 가지고 있다. 이와 같은 나노 결정 실리콘 박막 태양전지도 비정질 실리콘 박막 태양전지와 동일하게 pin 구조로 제조되는데, 이는 나노 결정 실리콘의 그래인 사이즈(grain size)가 작고 비정질 매트릭스 를 많이 포함하고 있어 케리어의 확산거리가 비정질 실리콘 보다는 크지만 np 구조만으로는 확산에 의한 케리어 수집을 하기에는 부족하기 때문이다.
태양광발전 시스템의 구성요소별 가격을 살펴보면 모듈(60%), 주변장치(25%), 설치비(15%)로 모듈이 전체 시스템 가격의 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 알려져 있다. 전체 시스템 가격의 60%를 차지하는 모듈 가격은 다시 기판(40%, 실리콘), 태양전지 제조공정(25%), 모듈 조립(35%)으로 구성된다. 실리콘 기판 태양전지의 시장점유율이 매우 높음을 감안할 때, 현재 태양광발전시스템의 높은 가격은 태양광 모듈의 높은 가격 즉, 태양전지를 구성하는 실리콘 기판의 높은 가격 비중에 기인한다. 태양광발전 기술이 현재 앉고 있는 가장 큰 문제점은 시스템의 높은 가격에 의한 높은 발전단가로서 태양광 발전이 대량으로 보급되는데 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 그럼으로 태양전지에 있어서 에너지 변환 효율은 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 변환층을 구비하여 광전 변환 효율을 보다 높일 수 있으며 빛에 의해 생성된 전하가 신속히 유동되어 수집되도록 태양전지에 바이어스 전압을 인가함으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있는 향상된 고효율 태양전지를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 고효율 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 고효율 태양전지는: 광 흡수에 의해 전하를 생성하는 광기전력 발생부; 상기 광기전력 발생부에서 생성된 광기전력을 외부 부하로 출력하기 위한 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극; 및 상기 광기전력 발생부에서 흡수되지 않는 자외선을 가시광선으로 변환하여 상기 광기전력 발생부로 다시 제공하기 위한 변환층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 변환층에서 발생되는 가시광선을 상기 광지전력 발생부로 반사시키는 반사막을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광기전력 발생부로 부가된 전기장을 인가하기 위한 바이어스 전극을 더 포함하고, 상기 광기전력 발생부에서 생성된 전하는 내부 전기장 및 상기 바이어스 전극에 인가되는 바이어스 전압에 의한 부가된 전기장으로 인하여 상기 제1 및 제2 전극을 향하여 보다 신속히 유동되어 수집되어 됨으로서 전자-정공쌍의 재결합을 방지하여 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이어스 전극을 전기적으로 절연시키기 위한 절연막을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광기전력 발생부는 진성의 비정질계 반도체막과 진성의 미세결정계 반도체막이 교대적으로 반복된 다중 레이어 구조의 광 흡수층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광기전력 발생부는 진성 박막을 갖는 이종 접합(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer: HIT) 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극은 집적된 후면 접촉(Integrated backside contact: IBC) 구조를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 광기전력 발생부는 하나의 다공성 반사 방지막 또는 둘 이상의 다공성 반사 방지막이 중첩된 다중 레이어 구조의 반사 방지막을 포함한다.
본 발명의 고효율 태양전지에 의하면, 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 변환층을 구비하여 광전 변환 효율을 보다 높일 수 있다. 또한 바이어스 전극을 구비하여 바이어스 전극에 인가되는 바이어스 전압에 의해 생성된 전하가 신속히 유동되어 수집됨으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다. 본 발명의 고효율 태양전지는 여러 종류의 비정질계 또는 결정계 실리콘 박막형 태양전지나 단결정계 또는 다결정계 실리콘 기판을 이용한 기판형 태양전지에도 모두 적용이 가능하다. 또한 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등에도 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 변환층과 바이어스 전극을 추가하여 고효율 태양전지를 구현할 수 있다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서 는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 태양전지(40)는 pin 슈퍼스트레이트(superstrate)구조의 박막 태양전지(40)에 자외선을 가시광선으로 변환하기 위한 변환층(90)을 구비하여 고효율 태양전지를 구현한다. 박막 태양전지(40)는 기판(47) 위에 후면 반사막(92)과 그 위에 변환층(90)이 증착되며 그 상부에는 광기전력 발생부(41)가 구성된다. 광기전력 발생부(41)는 광 흡수층(42)(예를 들어, 진성 비정질계 실리콘막)과 이를 사이에 두고 상부에 제1 도전형 반도체막(43)(예를 들어, p형)이 하부에 제2 도전형 반도체막(44)(예를 들어, n형)을 구비한다. 제1 및 제2 도전형 반도체막(43, 44)은 예를 들어, a-Si 또는 mc-Si 또는 a-Si/mc-Si에서 선택될 수 있다. 광 흡수층(42)은 진성 비정질계 반도체막으로 하는 단일막으로 구성될 수 있지만, 진성의 비정질계 반도체막과 진성의 미세결정계 반도체막을 교대적으로 반복된 다중 레이어 구조로 구성될 수 있다. 제1 도전형 반도체막(43)의 상부에는 투명 전도막(45)이 제1 전극으로 구비되고, 제2 도 전형 반도체막(44)의 아래로 다른 투명 전도막(46)이 제2 전극으로 구비된다. 제1 및 제2 전극은 외부 부하(36) 예를 들어, 발생된 광기전력을 저장하기 위한 적력충전장치 또는 광기전력을 소비하는 전력소비장치에 전기적으로 연결된다.
투명전극(45)과 제1 도전형 반도체막(43)을 통하여 광 흡수층(42)으로 빛이 입사되면 전자-정공쌍이 발생하고 각기 제1 도전형 반도체막(43)과 제2 도전형 반도체막(44)으로 분리되어 유동한다. 이때, 광 흡수층(42)에서 흡수되지 않은 자외선은 변환층(90)에서 가시광선으로 변환되고 후면 반사막(92)에서 반사되어 다시 광 흡수층(42)을 향하여 입사된다. 그럼으로 광기전력 발생부(41)의 광전 변환 효율을 높일 수 있다. 제2 전극으로 기능하는 투명 전도막(46)을 생략하고 후면 반사막(92)을 제2 전극으로 사용할 수도 있다. 이러한 경우 후면 반사막(92)은 높은 전도성과 반사율을 갖는 물질로 구성되며 엠보싱 또는 굴곡 형태와 같이 반사 면적을 증가할 수 있도록 텍스처링된 구조를 갖도록 한다.
상술한 바와 같은 pin 슈퍼스트레이트 구조의 박막 태양전지(40)는, 도 2에 도시된 바와 같은, nip 서브스트레이트 구조의 박막 태양전지(50)에 변환층(90)을 구비하여 고효율 태양전지를 구현할 수 있다. nip 서브스트레이트 구조의 박막 태양전지(50)는 상술한 pin 슈퍼스트레이트 구조의 박막 태양전지(40)와 기본적으로 동일한 구성과 동작 특성을 갖는다. 다만, nip 서브스트레이트 구조의 박막 태양전지(50)는 기판(57)의 후면을 통하여 광입사가 이루지기 때문에 광기전력 발생부(51)를 구성하는 각 반도체막들의 적층 순서가 반대로 구성된다. 즉, 기판(57)(이 기판은 광투과성 기판으로 예를 들어, 유리로 구성된다) 위에 투명 전도 막(55)이 적층되고 그 위에 제1 도전형 반도체막(53)과 광 흡수층(52) 그리고 제2 도전형 반도체막(54)이 순차적으로 적층된다. 그리고 그 위에 투명 전도막(56)이 적층되고 변환층(90)과 후면 반사막(92)이 순차적으로 적층된다.
한편, 일반적인 태양전지는 광 입력에 반응하여 광기전력 발생부에서 생성된 전자-정공쌍은 대부분 내부 전기장(p층과 n층의 공핍에 의해 발생되는 전기장)에 의해 유동(drift)되어 수집된다. 그러나 내부 전기장에 의해 유동되는 전자-전공쌍은 유동되는 과정에서 여러 원인에 의해 재결합(recombination)되는데 이러한 재결합 비율이 높을수록 에너지 변환 효율은 낮아진다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명의 고효율 태양전지는 빛에 의해 생성된 전하가 신속히 유동되어 수집되도록 태양전지에 바이어스 전압에 의한 부가된 전기장을 인가함으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 높은 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
먼저, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예의 하나로 pin 슈퍼스트레이트(superstrate)구조의 박막형 태양전지(40)에 바이어스 전극(34)을 구비하여 고효율 태양전지를 구현한다. 박막 태양전지(40)는 기판(47) 위에 바이어스 전극(34)을 증착하고 그 위에 절연막(32)을 증착한다. 절연막(32)의 상부에는 후면 반사막(92)과 변환층(90) 그리고 광기전력 발생부(41)가 구성된다. 광기전력 발생부(41)의 구조는 도 1을 참조하여 설명된 구조와 동일하다.
투명전극(45)과 제1 도전형 반도체막(43)을 통하여 광 흡수층(42)으로 빛이 입사되면 전자-정공쌍이 발생하고 각기 제1 도전형 반도체막(43)과 제2 도전형 반도체막(44)으로 분리되어 유동한다. 이때, 바이어스 전극(34)은 바이어스 전원(30)으로부터 전압을 인가받아 구동되며 제1 및 제2 도전형 반도체막(43, 44) 사이에 발생되는 내부 전기장에 바이어스 전압에 의한 전기장을 부가하게 된다. 따라서 발생된 전자-정공쌍은 내부 전기장과 바이어스 전압에 의해 부가된 전기장에 의하여 신속하게 유동되어 분리 수집됨으로서 전자-정공쌍이 재결합되는 것이 최대한 방지된다. 이때, 광기전력 발생부(41)를 통과한 자외선은 변환층(90)에서 가시광선으로 변환되고 후변 반사막(92)에서 반사되어 광 흡수층(42)로 입사된다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 태양전지(40)는 자외선을 가시광선으로 변환하여 광 흡수층으로 반사시켜 광 흡수율을 높일 수 있으며 바이어스 전압에 의해 부가된 전기장으로 생성된 전하를 신속히 분리 유동하여 수집함으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 전체적인 광전 변환 효율을 극대화 할 수 있다. 상술한 바와 같은 pin 슈퍼스트레이트 구조의 박막 태양전지(40)는, 도 4에 도시된 바와 같은, nip 서브스트레이트 구조의 박막 태양전지(50)에 변환층(90)을 구비하여 고효율 태양전지를 구현할 수 있다. 이러한 변형 구조는 이미 도 2에서 설명하였음으로 반복된 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 HIT 구조의 기판형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예로 진성 박막을 갖는 이종 접합(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer: HIT) 구조의 결정질 기판형 태양전 지(60)에 변환층(90, 94)과 바이어스 전극(34)을 구비하여 고효율 태양전지를 구현한다. HIT 구조의 기판형 태양전지(60)는 결정계 반도체 기판(68)(예를 들어, n형 단결정 실리콘 기판)의 광이 입사되는 일면에 진성 반도체막(69)(예를 들어, 진성의 비정질 실리콘막)과 그 위에 반사 방지막(80)이 순차적으로 구성된다. 광 흡수율을 높이기 위하여 반사 방지막(80)은 피라미드 구조의 텍스처링된 표면에 다공성 구조를 갖는 다공성 실리콘(Porous silicon)으로 구성된다. 반사 방지막(80)은 하나의 다공성 반사 방지막으로 구성될 수 있지만 광 흡수율을 높이기 위하여 굴절율이 서로 동일하거나 다른 둘 이상의 다공성 반사 방지막이 중첩된 다중 레이어 구조로 구성될 수도 있다.
기판(68)의 이면으로는 광기전력 발생부(61)와 제1 및 제2 전극을 구성하기 위한 반도체막들이 간격을 두고 인접하여 설치된다. 제1 전극을 구성하기 위하여 기판(68)의 이면 일 영역에 순차적으로 진성 반도체막(63)(예를 들어, 진성의 비정질 실리콘막), 제1 도전형 반도체막(65)(예를 들어, p형 비정질 실리콘막), 및 제1 전극으로 기능하는 전도막(67)(예를 들어, 투명 전도막)이 적층된다. 제2 전극을 구성하기 위하여 기판(68)의 이면 다른 일 영역에 순차적으로 진성 반도체막(62)(예를 들어, 진성 비정질 실리콘막), 제2 도전형 반도체막(64)(예를 들어, n형 비정질 실리콘막) 그리고 제2 전극으로 기능하는 전도막(66)(예를 들어, 투명 전도막)이 적층된다. 제1 및 제2 전극으로 기능하는 전도막(67, 66)은 예를 들어, ITO, SnO2, ZnO 등과 같은 투명 전도 산화막(TCO)으로 구성될 수 있다. 그리고 도면에는 도시하지 않았으나 각각의 전도막(67, 66)은 각기 집전극으로 Al, Ag와 같 은 금속 전극이 구성될 수 있다.
이와 같은 HIT 구조의 기판형 태양전지(60)는 pn 접합 특성을 개선하기 위해서 n형 단결정 실리콘으로 구성되는 기판(68)과 p형 비정질 실리콘막으로 구성되는 제1 도전형 반도체막(65)의 사이에 진성의 비정질 실리콘막으로 구성되는 진성 반도체막(63)을 마련한 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer) 구조를 갖는다. 그리고 n형 단결정 실리콘으로 구성되는 기판(68)의 이면에 진성 비정질 실리콘막으로 구성되는 진성 반도체막(62) 및 n형 비정질 실리콘막으로 구성되는 제2 도전형 반도체막(64)이 구비된 BSF(Back Surface Field) 구조를 갖는다. 제1 및 제2 전극으로 기능하는 투명 전도막(67, 66)에는 각기 변환층(94, 90)과 후면 반사막(96, 92)이 적층되고, 하나의 후면 반사막(92)의 아래로 다시 절연막(32)과 바이어스 전극(34)이 순차적으로 적층되어 구성된다.
반사 방지막(80)과 진성 반도체층(69)을 통하여 기판(68)으로 빛이 입사되면 전자-정공쌍이 발생하고 각기 제1 도전형 반도체막(65)과 제2 도전형 반도체막(64)으로 분리되어 유동한다. 이때, 바이어스 전극(34)은 바이어스 전원(30)으로부터 전압을 인가받아 구동되며 제1 및 제2 도전형 반도체막(65, 64) 사이에 발생되는 내부 전기장에 바이어스 전압에 의한 전기장을 부가하게 된다. 따라서 발생된 전자-정공쌍은 내부 전기장과 바이어스 전압에 의해 부가된 전기장에 의하여 신속하게 유동되어 분리 수집됨으로서 전자-정공쌍이 재결합되는 것이 최대한 방지된다. 이때, 광기전력 발생부(41)를 통과한 자외선은 변환층(90)에서 가시광선으로 변환되고 후변 반사막(92)에서 반사되어 광 흡수층(42)로 입사된다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고효율 태양전지(60)는 자외선을 가시광선으로 변환하여 광 흡수층으로 반사시켜 광 흡수율을 높일 수 있으며 바이어스 전압에 의해 부가된 전기장으로 생성된 전하를 신속히 분리 유동하여 수집함으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 전체적인 광전 변환 효율을 극대화 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 BIC 구조의 기판형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예로 집적된 후면 접촉(Integrated backside contact: IBC) 구조를 갖는 결정질 기판형 태양전지(70)에 변환층(90, 94)과 바이어스 전극(34)을 구비하여 고효율 태양전지를 구현한다. IBC 구조의 기판형 태양전지(70)는 결정계 반도체 기판(78)(예를 들어, n형 단결정 실리콘 기판)이 제공된다. 기판(78)은 일면에서 이면에 이르도록 비아 홀(77)이 형성된다. 기판(78)의 일면과 이면 그리고 비아 홀(77)의 측면에 진성 반도체막(72)(예를 들어, 진성 비정질 실리콘막)이 적층되며, 기판(78)의 일면에 구성된 진성 반도체막(72)의 상부와 비아 홀(77)을 통하여 기판(78)의 이면에 이르도록 제1 도전형 반도체막(74)(예를 들어, p형 비정질 실리콘막)이 구성된다. 기판(78)의 이면으로는 비아 홀(77)을 중심으로 간격을 두고 제2 도전형 반도체막(73)(예를 들어, n형 비정질 실리콘막)이 구성된다. 기판(78)의 일면에 구성된 제1 도전형 반도체막(74)의 상부에는 반사 방지막(80)이 구성된다. 그리고 기판(78)의 이면에 구성된 제2 도전형 반도체막(73)의 아래와 그리고 비아 홀(77)의 하부로 연장된 제1 도전형 반도 체막(78)의 아래로 각기 반사 방지막(75, 76)이 구성된다. 기판(78)의 하부에서 제1 도전형 반도체막(74)의 아래에 적층된 반사 방지막(76)은 제1 전극으로 기능하며, 제2 도전형 반도체막(73)의 아래에 적층된 반사 방지막(75)은 제2 전극으로 기능한다. 그리고 도면에는 도시하지 않았으나 각각의 반사 방지막(76, 75)은 각기 집전극으로 Al, Ag와 같은 금속 전극이 구성될 수 있다. 제1 및 제2 전극으로 기능하는 반사 방지막(76, 75)의 아래로 변환층(90, 94)과 후면 반사막(92, 96)이 순차적으로 구비되며, 제2 전극으로 기능하는 반사 방지막(75)의 하부에 위치하는 후면 반사막(96)의 아래로 절연막(32)과 바이어스 전극(34)이 순차적으로 적층되어 구성된다.
반사 방지막(80)과 제1 도전형 반도체층(74)을 통하여 기판(78)으로 빛이 입사되면 전자-정공쌍이 발생하고 각기 제1 도전형 반도체막(74)과 제2 도전형 반도체막(73)으로 분리되어 유동한다. 이때, 바이어스 전극(34)은 바이어스 전원(30)으로부터 전압을 인가받아 구동되며 제1 및 제2 도전형 반도체막(74, 73) 사이에 발생되는 내부 전기장에 바이어스 전압에 의한 전기장을 부가하게 된다. 따라서 발생된 전자-정공쌍은 내부 전기장과 바이어스 전압에 의해 부가된 전기장에 의하여 신속하게 유동되어 분리 수집됨으로서 전자-정공쌍이 재결합되는 것이 최대한 방지된다. 이때, 광기전력 발생부(71)를 통과한 자외선은 변환층(90, 94)에서 가시광선으로 변환되고 후변 반사막(92, 96)에서 반사되어 광 흡수층(42)로 입사된다.
이와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고효율 태양전지(70)는 자외선을 가시광선으로 변환하여 광 흡수층으로 반사시켜 광 흡수율을 높일 수 있으며 바이어스 전압에 의해 부가된 전기장으로 생성된 전하를 신속히 분리 유동하여 수집함으로서 전자-정공쌍의 재결합을 최대한 방지하여 전체적인 광전 변환 효율을 극대화 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 고효율 태양전지는 상술한 실시예 이외에도 여러 종류의 비정질계 또는 결정계 실리콘 박막형 태양전지나 단결정계 또는 다결정계 실리콘 기판을 이용한 기판형 태양전지에도 모두 적용이 가능하다. 또한 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등에도 바이어스 전극을 추가하여 고효율 태양전지를 구현할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 고효율 태양전지의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 HIT 구조의 기판형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 BIC 구조의 기판형 태양전지를 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 태양전지 12: 광기전력 발생부
14: 제1 전극 16: 제2 전극
18: 부하 20: 태양전지
22: 광기전력 발생부 24: 제1 전극
26: 제2 전극 30: 바이어스 전원
32: 절연막 34: 바이어스 전극
36: 부하 40: 태양전지
41: 광기전력 발생부 42: 광 흡수층
43: 제1 도전형 반도체막 44: 제2 도전형 반도체막
45: 투명 전도막 46: 후면 반사막
47: 기판 50: 태양전지
51: 광기전력 발생부 52: 광 흡수층
53: 제1 도전형 반도체막 54: 제2 도전형 반도체막
55: 투명 전도막 56: 후면 반사막
57: 기판 60: 태양전지
61: 광기전력 발생부 62: 진성 반도체막
63: 진성 반도체막 64: 제2 도전형 반도체막
65: 제1 도전형 반도체막 66: 전도막
67: 전도막 68: 결정계 반도체 기판
69: 진성 반도체막 70: 태양전지
71: 광기전력 발생부 72: 진성 반도체층
73: 제2 도전형 반도체막 74: 제1 도전형 반도체막
75: 반사 방지막 76: 반사 방지막
78: 결정계 반도체 기판 80: 반사 방지막
90: 변환층 92: 후면 반사막
94: 변환층 96: 후면 반사막

Claims (8)

  1. 광 흡수에 의해 전하를 생성하는 광기전력 발생부;
    상기 광기전력 발생부에서 생성된 광기전력을 외부 부하로 출력하기 위해 상기 광기전력 발생부의 상,하면에 각각 구비되고 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극;
    상기 광기전력 발생부에서 흡수되지 않는 자외선을 가시광선으로 변환하여 상기 광기전력 발생부로 다시 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 전극의 일측 방향에 형성된 변환층;
    상기 변환층에 대응하여 구비되어 상기 광기전력 발생부로 전기장을 인가하기 위한 바이어스 전극; 및
    상기 변환층과 상기 바이어스 전극 사이에 구비되어 상기 바이어스 전극을 전기적으로 절연시키기 위한 절연막;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환층에서 발생되는 가시광선을 상기 광기전력 발생부로 반사시키는 반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광기전력 발생부는
    진성의 비정질계 반도체막과 진성의 미세결정계 반도체막이 교대적으로 반복된 다중 레이어 구조의 광 흡수층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광기전력 발생부는
    진성 박막을 갖는 이종 접합(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer: HIT) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 집적된 후면 접촉(Integrated backside contact: IBC) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 태양 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광기전력 발생부는 하나의 다공성 반사 방지막 또는 둘 이상의 다공성 반사 방지막이 중첩된 다중 레이어 구조의 반사 방지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양 전지.
KR1020080080215A 2008-08-16 2008-08-16 고효율 태양전지 Active KR101562191B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080080215A KR101562191B1 (ko) 2008-08-16 2008-08-16 고효율 태양전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080080215A KR101562191B1 (ko) 2008-08-16 2008-08-16 고효율 태양전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100021540A KR20100021540A (ko) 2010-02-25
KR101562191B1 true KR101562191B1 (ko) 2015-10-22

Family

ID=42091188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080080215A Active KR101562191B1 (ko) 2008-08-16 2008-08-16 고효율 태양전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101562191B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101325646B1 (ko) 2010-09-16 2013-11-20 한국전자통신연구원 태양전지 및 그 형성방법
WO2015064959A1 (ko) * 2013-10-31 2015-05-07 전영권 태양전지 및 그 제조방법
US20190140115A1 (en) 2016-05-06 2019-05-09 Rensselaer Polytechnic Institute High absorption photovoltaic material and methods of making the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003142716A (ja) 2001-11-02 2003-05-16 Seiko Epson Corp 光電変換装置
JP2007027271A (ja) 2005-07-13 2007-02-01 Univ Of Electro-Communications 太陽光発電モジュール
JP2007265629A (ja) 2006-03-27 2007-10-11 Sekisui Jushi Co Ltd 色素増感型太陽電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003142716A (ja) 2001-11-02 2003-05-16 Seiko Epson Corp 光電変換装置
JP2007027271A (ja) 2005-07-13 2007-02-01 Univ Of Electro-Communications 太陽光発電モジュール
JP2007265629A (ja) 2006-03-27 2007-10-11 Sekisui Jushi Co Ltd 色素増感型太陽電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100021540A (ko) 2010-02-25

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
CN204928739U (zh) 双面太阳能面板和双面太阳能电池
JP2022058069A (ja) 太陽電池及び太陽電池モジュール
US10084107B2 (en) Transparent conducting oxide for photovoltaic devices
US20090255569A1 (en) Method to improve pv aesthetics and efficiency
KR20120070312A (ko) 박막 태양전지
CN207282509U (zh) 双面受光的晶体硅/薄膜硅异质结太阳电池
US20130000695A1 (en) Light harvesting in photovoltaic systems
Zeman Thin-film silicon PV technology
CN101246927A (zh) 非晶锗薄膜的光伏应用
US20100037940A1 (en) Stacked solar cell
KR101411996B1 (ko) 고효율 태양전지
JPH0644638B2 (ja) 異質単位セル同士のスタック形光起電力素子
US20120266933A1 (en) Solar cell
KR101584376B1 (ko) 실리콘 박막 태양전지
JP5266375B2 (ja) 薄膜太陽電池及びその製造方法
KR20110003802A (ko) 탠덤형 박막 태양전지 및 그의 제조방법
KR20100021540A (ko) 고효율 태양전지
I Kabir et al. A review on progress of amorphous and microcrystalline silicon thin-film solar cells
WO2010112129A1 (en) Bifacial multi-junction solar module
KR101062486B1 (ko) 발열체를 이용한 저열화 실리콘 박막 태양 전지
JP2012038783A (ja) 光電変換素子
KR20100030549A (ko) 태양 전지 및 태양전지 제조방법
CN101345270B (zh) 太阳能电池
CN117321776A (zh) 多结太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

N231 Notification of change of applicant
PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

N231 Notification of change of applicant
PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

N231 Notification of change of applicant
PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000

PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R14-asn-PN2301

P14-X000 Amendment of ip right document requested

St.27 status event code: A-5-5-P10-P14-nap-X000

P16-X000 Ip right document amended

St.27 status event code: A-5-5-P10-P16-nap-X000

Q16-X000 A copy of ip right certificate issued

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q16-nap-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R17-oth-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

L13-X000 Limitation or reissue of ip right requested

St.27 status event code: A-2-3-L10-L13-lim-X000

U15-X000 Partial renewal or maintenance fee paid modifying the ip right scope

St.27 status event code: A-4-4-U10-U15-oth-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191015

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20201016

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20211008

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20221007

Year of fee payment: 8

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 8

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 9

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 10

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 11

U11 Full renewal or maintenance fee paid

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-4-4-U10-U11-OTH-PR1001 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Year of fee payment: 11