KR101034122B1 - Photovoltaic Cell of having electrodes formed on same Plane - Google Patents

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Abstract

동일 평면 상에 형성된 전극들을 가진 태양전지 및 이의 제조방법이 개시된다. 기판 상에 양극 및 음극이 형성되며, 양극 및 음극은 상호간에 번갈아가며 배치된다. 음극과 양극의 이격공간에는 유기물이 포함된 광발전층이 형성된다. 광발전층은 입사광에 의해 전자-정공 쌍을 형성하는 전자-정공 쌍 형성체, 전자를 음극에 전달하는 전자전달매체 및 정공을 양극에 전달하는 정공전달매체를 가진다. 동일 평면 상에 형성된 전극들에 의해 태양전지는 대량 생산이 가능해지며, 발전효율을 증가시킬 수 있다.A solar cell having electrodes formed on the same plane and a method of manufacturing the same are disclosed. An anode and a cathode are formed on the substrate, and the anode and the cathode are alternately disposed. A photovoltaic layer containing an organic material is formed in the space between the cathode and the anode. The photovoltaic layer has an electron-hole pair former that forms an electron-hole pair by incident light, an electron transfer medium that transfers electrons to the cathode, and a hole transfer medium that transfers holes to the anode. The electrodes formed on the same plane can be mass-produced and increase power generation efficiency.

태양전지, 전극, 광활성층, 광발전층 Solar cell, electrode, photoactive layer, photovoltaic layer

Description

동일 평면 상에 형성된 전극들을 가지는 태양전지{Photovoltaic Cell of having electrodes formed on same Plane}Photovoltaic Cell of having electrodes formed on same Plane

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일한 평면 상에 2종의 전극이 형성된 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a solar cell in which two kinds of electrodes are formed on the same plane.

태양전지는 태양광발전의 핵심소자이며, 광기전력효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 소자이다.Solar cells are the core elements of photovoltaic power generation and convert solar energy directly into electrical energy using the photovoltaic effect.

통상적인 태양전지의 동작은 반도체에 입사되는 태양광에 의한 전자-정공 쌍(EHP)의 생성, 전자와 정공이 각각 분리되어 양단의 전극으로의 이동으로 이루어진다. 즉, 초기의 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체의 접합을 통해 구현되었다. 그러나, 최근에는 기술의 진보에 따라 실리콘과 같은 무기 소재로 구성된 무기 태양전지, 유기물을 채용한 유기 태양전지 등이 출현하고 있다.The operation of a conventional solar cell consists of generation of an electron-hole pair (EHP) by sunlight incident on a semiconductor, and movement of electrons and holes to separate electrodes. In other words, early solar cells were implemented through the junction of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. However, in recent years, with the advances in technology, inorganic solar cells made of inorganic materials such as silicon, organic solar cells employing organic materials, and the like have emerged.

무기 태양전지로는 실리콘계 태양전지와, CIS, CdTe, GaAs 등과 같은 화합물 반도체 태양전지 등이 있다. 무기 태양전지는 n형 반도체와 p형 반도체 물질을 접합하여 제조하며, n형 반도체는 전자가 p형 반도체는 정공이 전하 운반체 역할을 수행한다. 반도체 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 가지는 빛이 입사되면, p-n 접합 계 면 근처에서 빛이 흡수되고 전자-정공 쌍이 생성된다. 또한, 내부 전기장에 의해 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동하고, 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하여 단락전류(short-circuit current, Isc)를 발생하고, 개방전압(open-circuit voltage, Voc)은 두 반도체의 밴드갭 에너지 차이에 의해 결정된다. Inorganic solar cells include silicon-based solar cells and compound semiconductor solar cells such as CIS, CdTe, and GaAs. An inorganic solar cell is manufactured by bonding an n-type semiconductor and a p-type semiconductor material, and an n-type semiconductor serves as a charge carrier for electrons and a p-type semiconductor for holes. When light with energy greater than the semiconductor bandgap energy is incident, light is absorbed near the p-n junction interface and electron-hole pairs are generated. In addition, due to the internal electric field, holes move toward the p-type semiconductor, electrons move toward the n-type semiconductor to generate a short-circuit current (Isc), and open-circuit voltage (Voc) It is determined by the band gap energy difference of.

유기 태양전지는 염료감응형과 유기분자형으로 나누어진다. 염료감응형은 염료분자를 이용하여 전자-정공 쌍을 형성하며, 유기분자형은 전자주개(electron donor) 특성과 전자받개(electron acceptor) 특성을 갖는 유기물로 구성된다.Organic solar cells are divided into dye-sensitized and organic molecules. Dye-sensitized forms electron-hole pairs using dye molecules, and organic molecular forms are composed of organic materials having electron donor and electron acceptor properties.

출원일 현재 태양전지는 무기 태양전지가 상용화되어 적용되고 있는 상황이다. As of the filing date, solar cells have been commercially applied to inorganic solar cells.

대부분의 태양전지는 상하부에 전극을 구비하며, 전극들 사이에 전자-정공 쌍을 형성하는 광활성층과 전자전달층, 정공전달층 등이 개재되는 양상을 가진다. 즉, 태양전지는 수직으로 적층된 구조를 이루며, 양극으로는 투명전극인 ITO가 사용된다. 투명전극을 양극으로 사용하는 이유는 태양전지 상부로부터 태양광이 입사되어야하기 때문이다. 그러나, 상술한 수직형 구조에서는 태양광이 적층구조물들을 통과하면서 광의 반사 및 일부 흡수에 의해 충분할 정도의 태양광이 광활성층에 도달하지 못한다는 문제가 생긴다.Most solar cells have electrodes on the upper and lower sides, and have an aspect in which a photoactive layer, an electron transport layer, a hole transport layer, etc. forming an electron-hole pair are interposed between the electrodes. That is, the solar cell has a vertically stacked structure, and the transparent electrode ITO is used as the anode. The reason why the transparent electrode is used as the anode is that sunlight must be incident from the top of the solar cell. However, in the above-described vertical structure, there is a problem in that sunlight does not reach the photoactive layer by the light reflection and partial absorption while passing through the laminated structures.

특히, 유기물을 기반으로 제작되는 유기 태양전지에서는 수직 적층구조는 제조상의 취약점을 노출한다. 즉, 광활성층을 유기물로 형성하고, 유기물 상부에 금속전극이 형성되는 바, 금속전극의 형성시에 외부환경에 취약한 유기물이 손상을 입게 된다. 또한, 금속전극 대신 ITO를 사용한다 하더라도 통상의 금속전극보다 높은 저항으로 인해 광활성층의 전력효율을 떨어뜨리는 일 요인이 된다.In particular, in the organic solar cell manufactured based on the organic material, the vertical stacked structure exposes manufacturing weaknesses. That is, since the photoactive layer is formed of an organic material and a metal electrode is formed on the organic material, organic materials vulnerable to the external environment are damaged when the metal electrode is formed. In addition, even if ITO is used instead of the metal electrode, it is a factor that lowers the power efficiency of the photoactive layer due to the higher resistance than the conventional metal electrode.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 동일 평면 상에 형성되는 전극들을 가지는 태양전지를 제공하는데 있다.A first object of the present invention for solving the above problems is to provide a solar cell having electrodes formed on the same plane.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적을 달성하기 위한 태양전지의 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solar cell for achieving the first object.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 절연성 재질의 기판; 상기 기판 상에 형성되고 정공을 축적하는 양극; 상기 기판 상에 형성되고 전자를 축적하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극의 이격공간에 형성되고, 전자-정공 쌍을 형성하여 상기 전자를 상기 음극에 전달하고, 상기 정공을 상기 양극에 전달하는 광발전층을 포함하는 태양전지를 제공한다.The present invention for achieving the first object, the substrate of the insulating material; An anode formed on the substrate and accumulating holes; A cathode formed on the substrate and accumulating electrons; And a photovoltaic layer formed in a space between the anode and the cathode, forming an electron-hole pair to transfer the electrons to the cathode, and transferring the holes to the anode.

또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 열 증착을 통해 양극을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 열 증착을 통해 음극을 형성하는 단계; 및 상기 양극과 상기 음극이 형성된 기판 상에 광발전층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 양극과 상기 음극은 동일한 평면 상에 형성되고, 상호간에 교번적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the second object, forming an anode through thermal deposition on a substrate; Forming a cathode on the substrate through thermal deposition; And forming a photovoltaic layer on the substrate on which the anode and the cathode are formed, wherein the anode and the cathode are formed on the same plane and alternately formed with each other. Provide a method.

상술한 본 발명에 따르면, 양극 및 음극은 동일한 기판 상에 형성되고, 동일 층 상에 형성된다. 따라서, 기존의 태양전지와 같이 상부전극 및 하부전극의 구조 가 채용되지 않으며, 기판의 상부 또는 하부로부터 태양광이 직접 입사되는 양상을 가진다. 따라서, 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 광발전층을 한 번의 스핀 코팅에 의해 형성함에 따라 대량 생산을 달성할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention described above, the anode and the cathode are formed on the same substrate and are formed on the same layer. Therefore, the structure of the upper electrode and the lower electrode is not employed as in the conventional solar cell, and the solar light is directly incident from the upper or lower portion of the substrate. Therefore, it is possible to improve the energy efficiency, there is an advantage that can achieve mass production by forming the photovoltaic layer by one spin coating.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

실시예Example

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 태양전지는 기판(100), 광발전층(200), 양극(300) 및 음극(400)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the solar cell includes a substrate 100, a photovoltaic layer 200, an anode 300, and a cathode 400.

기판(100)은 절연성을 띤 재질로 구성된다. 예컨대 상기 기판(100)은 무기물로 구성될 수 있는데, Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al2O3, InGaAs, InGaP, CdZnTe, HgCdTe 또는 InGaAsP로 구성될 수 있다. 특히, 상기 기판(100)은 투명재질로 구성됨이 바람직하다.The substrate 100 is made of an insulating material. For example, the substrate 100 may be formed of an inorganic material, and Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al 2 O 3 , InGaAs, InGaP, CdZnTe , HgCdTe or InGaAsP. In particular, the substrate 100 is preferably composed of a transparent material.

이외에도 상기 기판(100)은 절연성 유기물로 구성될 수 있다. 즉, PVP(Polyvinylpyrrolidone), PMMA(Polymethyl methacrylate), PS(Polystyrene), PI(Polyimide) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate) 등이 기판(100)으로 사용될 수 있다.In addition, the substrate 100 may be formed of an insulating organic material. That is, polyvinylpyrrolidone (PVP), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyimide (PI), or polyethylene terephthalate (PET) may be used as the substrate 100.

상기 기판(100) 상에는 광발전층(200)이 형성된다. 상기 광발전층(200)은 태양광의 조사에 의해 전자-정공 쌍을 형성한다. 바람직하게는 상기 광발전층(200)은 유기물을 포함한다. 또한, 상기 광발전층(200)은 전자-정공 쌍 형성체, 전자전달매체 및 정공전달매체로 구성된다.The photovoltaic layer 200 is formed on the substrate 100. The photovoltaic layer 200 forms an electron-hole pair by irradiation of sunlight. Preferably, the photovoltaic layer 200 includes an organic material. In addition, the photovoltaic layer 200 is composed of an electron-hole pair former, an electron transfer medium, and a hole transfer medium.

본 실시예에서 전자-정공 쌍 형성체는 나노입자를 사용하며, 전자전달매체는 탄소나노튜브가 사용되고, 정공전달매체로는 PEDOT:PSS가 사용된다.In the present embodiment, the electron-hole pair forming body uses nanoparticles, the electron transporting medium uses carbon nanotubes, and the PEDOT: PSS is used as the hole transporting medium.

예컨대 상기 광발전층(200)은 나노입자가 부착된 탄소나노튜브와 PEDOT:PSS로 구성될 수 있다. 즉, 탄소나노튜브의 표면에는 다수의 나노입자가 부착되고, 다 수의 탄소나노튜브들은 상호간에 연결되며, PEDOT:PSS는 상호 연결된 탄소나노튜브의 외곽을 감싸는 형태로 구성될 수 있다.For example, the photovoltaic layer 200 may be composed of carbon nanotubes to which nanoparticles are attached and PEDOT: PSS. That is, a plurality of nanoparticles are attached to the surface of the carbon nanotubes, a plurality of carbon nanotubes are connected to each other, PEDOT: PSS may be configured to surround the outer surface of the interconnected carbon nanotubes.

탄소나노튜브에 나노입자를 부착하는 방법은 다음의 과정을 통해 구현된다.Attaching nanoparticles to carbon nanotubes is implemented through the following process.

먼저, 불순물이 제거된 탄소나노튜브를 클로로포름 용액에 섞은 후, 5시간 동안 약 60℃의 온도로 가열하여 반응시킨다. 상기 과정을 통해 탄소나노튜브의 표면에는 카르복실기가 형성되며, 카르복실기와 나노입자는 서로 결합하게 된다. 따라서, 탄소나노튜브의 표면에는 다수의 나노입자들이 분산되어 배치된다.First, the carbon nanotubes from which impurities are removed are mixed with a chloroform solution, and then reacted by heating to a temperature of about 60 ° C. for 5 hours. Through the above process, a carboxyl group is formed on the surface of the carbon nanotube, and the carboxyl group and the nanoparticle are bonded to each other. Therefore, a plurality of nanoparticles are dispersed and disposed on the surface of the carbon nanotubes.

또한, 상기 나노입자는 태양광의 조사에 의해 전자-정공 쌍을 형성할 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, Al2O3, BaCO3, Bi2O3, B2O3, CaCO3, CeO2, Cr2O3, Cu2O, CuO, ZnO, Fe2O3, Ga2O3, In2O3, Li2CO3, LiCoO2, MgO, MnCO3, MnO2, Mn3O4, Nb2O5, PbO, Sb2O3, SnO2, SrCO3, Ta2O5, TiO2, BaTiO3, V2O5, WO3, ZrO2, PbTiO3, PbxZr1-xTiO3 또는 ZrTiO3 가 나노입자로 사용될 수 있다.In addition, the nanoparticles may be any material that can form electron-hole pairs by irradiation of sunlight. For example, Al 2 O 3 , BaCO 3 , Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , CaCO 3 , CeO 2 , Cr 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, ZnO, Fe 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Li 2 CO 3 , LiCoO 2 , MgO, MnCO 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , Nb 2 O 5 , PbO, Sb 2 O 3 , SnO 2 , SrCO 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , BaTiO 3 , V 2 O 5 , WO 3 , ZrO 2 , PbTiO 3 , Pb × Zr 1-x TiO 3 or ZrTiO 3 may be used as the nanoparticles.

이외에서 상기 나노입자는 코어-쉘 구조의 형태를 가질 수 있다. 이러한 코어-쉘 구조의 나노입자로는 CdSe/ZnTe, CdSe/ZnS, InP/ZnSe, InP/ZnS, InP/ZnTe, CdSe/ZnSe, InP/GaAs, InGaAs/GaAs 또는 PbTe/PbS 등이 사용될 수 있다.In addition, the nanoparticles may have the form of a core-shell structure. As the core-shell nanoparticles, CdSe / ZnTe, CdSe / ZnS, InP / ZnSe, InP / ZnS, InP / ZnTe, CdSe / ZnSe, InP / GaAs, InGaAs / GaAs, or PbTe / PbS may be used. .

이어서, 나노입자가 부착된 탄소나노튜브는 PEDOT:PSS 용액에 투입된다. 탄소나노튜브의 분산을 위해 초음파 교반기를 사용하여 용액을 교반시킨다. 기판 상에 도입된 탄소나노튜브가 포함된 PEDOT:PSS 용액은 열을 가해 용매가 제거되면 광발전층(200)으로 형성된다.Subsequently, the carbon nanotubes to which the nanoparticles are attached are added to the PEDOT: PSS solution. To disperse the carbon nanotubes, the solution is stirred using an ultrasonic stirrer. The PEDOT: PSS solution containing the carbon nanotubes introduced on the substrate is formed into the photovoltaic layer 200 when the solvent is removed by applying heat.

따라서, 광발전층(200)은 PEDOT:PSS, 다수의 탄소나노튜브, 탄소나노튜브 표면에 부착된 나노입자로 구성된다. Therefore, the photovoltaic layer 200 is composed of PEDOT: PSS, a plurality of carbon nanotubes, and nanoparticles attached to the surface of the carbon nanotubes.

또한, 2개의 전극인 양극(300)과 음극(400)은 기판(100) 상에 형성된다. 특히, 양극(300)과 음극(400)은 동일한 표면 상에 형성되며, 상호간에 서로 교번적으로 배치된다. 즉, 제1방향으로 신장된 양극(300)은 제2방향으로 신장된 다수의 가지를 가지고, 이는 음극(400)도 동일하다. 다만, 양극(300)과 음극(400)의 가지들은 제2방향으로 신장되되, 서로 번갈아가며 배치된다.In addition, two electrodes, the anode 300 and the cathode 400, are formed on the substrate 100. In particular, the anode 300 and the cathode 400 are formed on the same surface, and are alternately arranged with each other. That is, the anode 300 extending in the first direction has a plurality of branches extending in the second direction, which is the same as the cathode 400. However, the branches of the anode 300 and the cathode 400 extend in the second direction, and are alternately arranged.

특히, 상기 양극(300)과 음극(400)은 금속전극으로 구성된다. 양극(300)으로는 Au 또는 Pt 등이 사용될 수 있으며, 음극(400)으로는 Al 또는 Mg:Ag 합금이 사용될 수 있다.In particular, the anode 300 and the cathode 400 are composed of a metal electrode. Au or Pt may be used as the anode 300, and Al or Mg: Ag alloy may be used as the cathode 400.

상기 도 1에서 기판(100) 상에 양극(300)과 음극(400)의 2개의 전극들이 배치되고, 광발전층(200)은 기판(100) 상에 형성되되, 양극(300)과 음극(400) 이외의 공간에 도포되는 양상을 가진다.In FIG. 1, two electrodes of the anode 300 and the cathode 400 are disposed on the substrate 100, and the photovoltaic layer 200 is formed on the substrate 100, and the anode 300 and the cathode ( 400) is applied to a space other than.

도 2는 상기 도 1에 도시된 태양전지를 AA'방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 1 cut along the AA ′ direction.

도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 양극(300)과 음극(400)이 서로 번갈아가며 형성된다. 또한, 양극(300)과 음극(400)의 이격공간에는 광발전층(200)이 매립되는 구조가 된다.2, the anode 300 and the cathode 400 are alternately formed on the substrate 100. In addition, the photovoltaic layer 200 is buried in the space between the anode 300 and the cathode 400.

도 3 내지 도 5는 상기 도 1에 도시된 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell shown in FIG. 1.

도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 제1 패턴 마스크(305)를 도입하여 양 극(300)을 형성한다. 즉, 열 증착법을 이용하여 양극(300)을 형성한다. 제1 패턴 마스크(305) 상에 형성된 패턴을 통과한 증류된 금속은 소정의 패턴으로 형성된다. 따라서, 기판(100) 상에는 양극의 패턴이 형성된다.Referring to FIG. 3, the first pattern mask 305 may be introduced onto the substrate 100 to form the anode 300. That is, the anode 300 is formed using a thermal evaporation method. The distilled metal passing through the pattern formed on the first pattern mask 305 is formed in a predetermined pattern. Therefore, a pattern of an anode is formed on the substrate 100.

도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 제2 패턴 마스크(405)를 도입하여 음극(400)을 형성한다. 음극(400)의 형성시에도 열 증착법을 이용한다. 도 4에 적용되는 제2 패턴 마스크(405)는 도 1에 도시된 음극(400)의 패턴이 형성된 것으로, 패턴을 통과한 증류된 금속은 음극의 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 4, the cathode 400 is formed by introducing a second pattern mask 405 on the substrate 100. The thermal evaporation method is also used to form the cathode 400. The second pattern mask 405 applied to FIG. 4 has a pattern of the cathode 400 illustrated in FIG. 1, and the distilled metal passing through the pattern forms a pattern of the cathode.

계속해서, 도 5를 참조하면, 탄소나노튜브가 분산된 PEDOT:PSS 용액을 스핀코팅을 통해 전극들이 형성된 기판(100) 상에 도포한다. 이어서, 열을 가하여 용매를 제거하여 광발전층(200)을 형성한다. 형성된 광발전층(200)의 두께는 증착된 전극의 두께보다 작게 설정된다. 이는 양극(300)과 음극(400)의 전기적인 단락현상을 방지하기 위해서이다.Subsequently, referring to FIG. 5, a PEDOT: PSS solution in which carbon nanotubes are dispersed is coated on the substrate 100 on which electrodes are formed through spin coating. Subsequently, heat is removed to remove the solvent to form the photovoltaic layer 200. The thickness of the formed photovoltaic layer 200 is set smaller than the thickness of the deposited electrode. This is to prevent the electrical short circuit between the positive electrode 300 and the negative electrode 400.

또한, 상기 도 3 내지 도 5에서 양극이 먼저 형성되고, 음극이 형성되는 것으로 도시하였으나, 양극과 음극의 형성은 순서를 바꾸어 진행될 수 있다.In addition, although the anode is formed first and the cathode is formed in FIGS. 3 to 5, the formation of the anode and the cathode may be performed in a reverse order.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.6 is a schematic view for explaining the operation of the solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 기판(100) 상에는 양극과 음극이 구비되고, 양극과 음극의 이격공간에는 광발전층이 형성된다.Referring to FIG. 6, an anode and a cathode are provided on the substrate 100, and a photovoltaic layer is formed in the space between the anode and the cathode.

광발전층은 전자-정공 쌍 형성체, 전자전달매체 및 정공전달매체로 구성된다.The photovoltaic layer is composed of an electron-hole pair former, an electron transfer medium, and a hole transfer medium.

전자-정공 쌍 형성체는 나노입자 또는 코어-쉘 구조의 나노입자로 구성된다. 입사광에 의해 나노입자는 전자-정공 쌍을 형성한다. 또한, 상기 전자-정공 쌍 형성체는 전자전달매체 표면 상에 부착된 형태로 구비된다.Electron-hole pair formers consist of nanoparticles or nanoparticles of core-shell structure. The incident light forms nanoparticles with electron-hole pairs. In addition, the electron-hole pair former is provided in a form attached on the surface of the electron transport medium.

전자전달매체는 바람직하게는 탄소나노튜브로 구성된다. 탄소나노튜브 표면에는 전자-정공 쌍 형성체가 형성되며, 전자-정공 쌍 형성체에 의해 형성된 전자는 탄소나노튜브를 통해 음극으로 전달된다. 상호간에 연결된 탄소나노튜브는 음극까지 연결된 구조를 가지므로, 음극에는 전자가 이동되고, 전하의 축적이 일어난다.The electron transfer medium is preferably composed of carbon nanotubes. Electron-hole pair formers are formed on the surface of the carbon nanotubes, and electrons formed by the electron-hole pair formers are transferred to the cathode through the carbon nanotubes. Since the carbon nanotubes connected to each other have a structure connected to the cathode, electrons are transferred to the cathode, and charges are accumulated.

정공전달매체는 전자전달매체의 외곽을 감싸면서 형성된다. 상기 정공전달매체는 PEDOT:PSS로 구성됨이 바람직하다. PEDOT:PSS 내를 정공은 이동하여 양극에 축적된다.The hole transport medium is formed by surrounding the outer periphery of the electron transport medium. The hole transport medium is preferably composed of PEDOT: PSS. PEDOT: Holes in the PSS move and accumulate in the anode.

각각의 전극들은 기판 상에 형성된다. 즉, 동일한 층 상에 형성되는 양상을 취한다. 예컨대, 양극은 금(Au)로 구성되며, 기판 상에 돌출된 형상으로 구비되며, 음극은 양극에 대향하여 형성되며, 예컨대 알루미늄(Al)으로 구성된다. 양극에는 입사광에 의해 정공의 축적이 일어나고, 음극에는 입사광에 의해 전자의 축적이 일어난다.Each electrode is formed on a substrate. That is, it takes the aspect formed on the same layer. For example, the anode is made of gold (Au), is provided in a shape protruding on the substrate, the cathode is formed to face the anode, for example made of aluminum (Al). Holes accumulate in the anode by incident light, and electrons accumulate in the cathode by incident light.

본 발명에서는 동일한 층 상에 양극과 음극이 구비된다. 즉, 동일한 평면상에 상호 교번적으로 양극과 음극이 배치된다. 이를 통해 태양전지의 전면을 통해 태양광을 흡수할 수 있으며, 유기물 용액을 스핀코팅을 통해 형성하여 양산성을 향상할 수 있다. 또한, 동일층 상에 형성되는 전극들에 의해 기존의 상부전극을 태양광이 통과함에 따른 광손실을 최소화할 수 있다.In the present invention, the anode and the cathode are provided on the same layer. That is, the anode and the cathode are alternately arranged on the same plane. Through this, it is possible to absorb sunlight through the front surface of the solar cell, and improve the mass productivity by forming an organic solution through spin coating. In addition, by the electrodes formed on the same layer it is possible to minimize the light loss due to the sunlight passing through the existing upper electrode.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 상기 도 1에 도시된 태양전지를 AA'방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell illustrated in FIG. 1 cut along the AA ′ direction.

도 3 내지 도 5는 상기 도 1에 도시된 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the solar cell shown in FIG. 1.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.6 is a schematic view for explaining the operation of the solar cell according to an embodiment of the present invention.

Claims (13)

절연성 재질의 기판;An insulating material substrate; 상기 기판 상에 형성되고 정공을 축적하는 양극;An anode formed on the substrate and accumulating holes; 상기 기판 상에 형성되고, 상기 양극과 동일 평면 상에 형성되며, 상기 양극과 교번적으로 배치되고, 전자를 축적하는 음극; 및A cathode formed on the substrate, formed on the same plane as the anode, disposed alternately with the anode, and accumulating electrons; And 상기 양극과 상기 음극의 이격공간에 형성되고, 전자-정공 쌍을 형성하여 상기 전자를 상기 음극에 전달하고, 상기 정공을 상기 양극에 전달하는 광발전층을 포함하는 태양전지.And a photovoltaic layer formed in the space between the anode and the cathode to form an electron-hole pair to transfer the electrons to the cathode, and to transfer the holes to the anode. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 양극은 Au 또는 Pt를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The solar cell of claim 1, wherein the anode comprises Au or Pt. 제1항에 있어서, 상기 음극은 Al 또는 Mg:Ag 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The solar cell of claim 1, wherein the cathode comprises Al or Mg: Ag alloy. 제1항에 있어서, 상기 기판은 Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al2O3, InGaAs, InGaP, CdZnTe, HgCdTe, InGaAsP, PVP, PMMA, PS, PI 또는 PET인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 1, wherein the substrate is Si, GaAs, InP, InSb, AlAs, AlSb, CdTe, ZnTe, ZnS, CdSe, CdSb, GaP, SiC, Al 2 O 3 , InGaAs, InGaP, CdZnTe, HgCdTe, InGaAsP, Solar cell, characterized in that PVP, PMMA, PS, PI or PET. 제1항에 있어서, 상기 광발전층은,The method of claim 1, wherein the photovoltaic layer, 상기 전자-정공 쌍을 형성하기 위한 전자-정공 쌍 형성체; An electron-hole pair former for forming the electron-hole pair; 상기 전자를 상기 음극에 전달하기 위한 전자전달매체; 및 An electron transfer medium for transferring the electrons to the cathode; And 상기 정공을 상기 양극에 전달하기 위한 정공전달매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.A solar cell comprising a hole transfer medium for transferring the hole to the anode. 제6항에 있어서, 상기 전자-정공 쌍 형성체는 상기 전자전달매체의 표면에 부착되고, 나노입자 또는 코어-쉘 구조의 나노입자인 것을 특징으로 하는 태양전지.The solar cell of claim 6, wherein the electron-hole pair former is attached to a surface of the electron transfer medium and is a nanoparticle or a nano-particle having a core-shell structure. 제7항에 있어서, 상기 나노입자는 Al2O3, BaCO3, Bi2O3, B2O3, CaCO3, CeO2, Cr2O3, Cu2O, CuO, ZnO, Fe2O3, Ga2O3, In2O3, Li2CO3, LiCoO2, MgO, MnCO3, MnO2, Mn3O4, Nb2O5, PbO, Sb2O3, SnO2, SrCO3, Ta2O5, TiO2, BaTiO3, V2O5, WO3, ZrO2, PbTiO3, PbxZr1-xTiO3 또는 ZrTiO3를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 7, wherein the nanoparticles are Al 2 O 3 , BaCO 3 , Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , CaCO 3 , CeO 2 , Cr 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, ZnO, Fe 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , Li 2 CO 3 , LiCoO 2 , MgO, MnCO 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , Nb 2 O 5 , PbO, Sb 2 O 3 , SnO 2 , SrCO 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , BaTiO 3 , V 2 O 5 , WO 3 , ZrO 2 , PbTiO 3 , Pb x Zr 1-x TiO 3 or ZrTiO 3 . 제7항에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 나노입자는 CdSe/ZnTe, CdSe/ZnS, InP/ZnSe, InP/ZnS, InP/ZnTe, CdSe/ZnSe, InP/GaAs, InGaAs/GaAs 또는 PbTe/PbS인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 7, wherein the core-shell structured nanoparticles are CdSe / ZnTe, CdSe / ZnS, InP / ZnSe, InP / ZnS, InP / ZnTe, CdSe / ZnSe, InP / GaAs, InGaAs / GaAs, or PbTe / PbS Solar cell characterized in that the. 제6항에 있어서, 상기 전자전달매체는 탄소나노튜브이고, 상기 정공전달매체는 PEDOT:PSS인 것을 특징으로 하는 태양전지.The solar cell of claim 6, wherein the electron transfer medium is carbon nanotubes, and the hole transfer medium is PEDOT: PSS. 기판 상에 열 증착을 통해 양극을 형성하는 단계;Forming an anode on the substrate through thermal deposition; 상기 기판 상에 열 증착을 통해 음극을 형성하는 단계; 및Forming a cathode on the substrate through thermal deposition; And 상기 양극과 상기 음극이 형성된 기판 상에 상기 양극과 상기 음극의 이격공간을 매립하는 광발전층을 형성하는 단계를 포함하되,And forming a photovoltaic layer filling the space between the anode and the cathode on the substrate on which the anode and the cathode are formed. 상기 양극과 상기 음극은 동일한 평면 상에 형성되고, 상호간에 교번적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The anode and the cathode are formed on the same plane, and the solar cell manufacturing method, characterized in that formed alternately with each other. 제11항에 있어서, 상기 광발전층을 형성하는 단계는,The method of claim 11, wherein the forming of the photovoltaic layer, 나노입자가 부착된 탄소나노튜브가 포함된 PEDOT:PSS 용액을 상기 기판 상에 스핀코팅으로 형성하는 단계; 및Forming a PEDOT: PSS solution including carbon nanotubes to which nanoparticles are attached by spin coating on the substrate; And 상기 PEDOT:PSS 용액에 열을 가하여 용매를 증발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The method of manufacturing a solar cell comprising the step of evaporating the solvent by applying heat to the PEDOT: PSS solution. 제11항에 있어서, 상기 양극과 상기 음극의 두께는 상기 광발전층의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.The method of claim 11, wherein the anode and the cathode have a thickness greater than that of the photovoltaic layer.
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