KR101425192B1 - Solar cell and method for menufaturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양 전지는 기판, 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되어 있으며 돌출부를 포함하는 금속산화층, 금속산화층 위에 형성되어 있는 활성층, 활성층 위에 형성되어 있는 완충층, 완충층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함한다. The solar cell of the present invention comprises a substrate, a first electrode formed on the substrate, a metal oxide layer formed on the first electrode and including a protrusion, an active layer formed on the metal oxide layer, a buffer layer formed on the active layer, And the second electrode.
Description
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로 특히, 유기 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to an organic solar cell and a manufacturing method thereof.
태양 전지는 광기전력 효과를 이용하여 빛에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 그 광활성층의 구성 물질에 따라 실리콘 태양전지, 화합물 반도체 태양 전지, 염료감응 태양전지 및 유기 태양 전지 등으로 구분할 수 있다. A solar cell is a semiconductor device that converts light energy directly into electric energy by using photovoltaic effect. Depending on the material of the photoactive layer, it can be classified into a silicon solar cell, a compound semiconductor solar cell, a dye- .
이 중, 유기 태양 전지는 광활성층으로 사용되는 유기 분자의 흡광계수가 높아 얇은 소자로 제작이 가능하고 간편한 제법과 낮은 설비 비용으로 제조할 수 있다. 유기물의 특성상 굽힘성 및 가공성 등이 좋아 다양한 분야에 응용할 수 있는 여러 장점이 있다. Of these, organic solar cells have high absorptivity of organic molecules used as a photoactive layer, and thus can be manufactured as thin devices, and can be manufactured with a simple manufacturing method and a low equipment cost. Due to the nature of the organic material, it has various advantages such as bending property and processability and can be applied to various fields.
이러한 이유로 유기 태양 전지가 개발되고 있으며 유기 태양 전지는 양극 전극, 유기물 활성층, 음극 전극 구조로 이루어지며, 높은 일함수를 갖는 투명한 ITO를 양극으로 하고 낮은 일함수를 갖는 Al이나 Ca 등을 음극으로 사용한다. For this reason, organic solar cells are being developed. Organic solar cells are composed of anode electrode, organic active layer and cathode electrode structure. They use transparent ITO having high work function as anode and Al or Ca having low work function as cathode do.
유기 활성층은 주로 P3HT:PCBM를 기반으로 하고 있으나 수직상분리(vertical phase separation)현상 및 광산화(photo oxide) 현상 등으로 인해서 전하 이동과 전하 수집 측면에서 이상적이지 못하였다. 그리고 완충층(buffer layer)로 사용하는 PDEOT:PSS가 강한 산성으로 되어 있어 ITO를 부식시켜 태양전지의 수명을 감소시킨다. The organic active layer is mainly based on P 3 HT: PCBM, but it is not ideal in terms of charge transfer and charge collection due to vertical phase separation phenomenon and photo oxide phenomenon. PDEOT: PSS, which is used as a buffer layer, has a strong acidity and corrodes the ITO to reduce the lifetime of the solar cell.
이로 인해, 계면의 안정성을 향상시키기 위해서 ITO를 음극으로 하고 일함수가 높은 금속(high work function(HWF))을 양극으로 하는 역구조 태양전지가 개발되었다. Therefore, in order to improve the stability of the interface, a reverse structure solar cell having ITO as a cathode and a high work function (HWF) as an anode has been developed.
따라서 본 발명은 태양 전지 소자 효율을 향상시키는 역구조 유기 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention provides a reverse structure organic solar cell that improves the efficiency of a solar cell element and a manufacturing method thereof.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 기판, 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되어 있으며 돌출부를 포함하는 금속산화층, 금속산화층 위에 형성되어 있는 활성층, 활성층 위에 형성되어 있는 완충층, 완충층 위에 형성되어 있는 제2 전극을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a solar cell including a substrate, a first electrode formed on the substrate, a metal oxide layer formed on the first electrode and including a protrusion, an active layer formed on the metal oxide layer, And a second electrode formed on the buffer layer.
상기 금속산화층 위에 형성되어 있으며 복수의 나노 와이어를 포함하는 나노층을 더 포함할 수 있다. And a nano layer formed on the metal oxide layer and including a plurality of nanowires.
상기 돌출부는 돌기 또는 오목부를 포함할 수 있고, 돌출부의 평면 모양은 선형, 원형, 다각형 및 망형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The protrusions may include protrusions or recesses, and the planar shape of the protrusions may include at least one of linear, circular, polygonal, and meshed.
상기 돌출부의 돌기의 높이 또는 오목부의 깊이는 수십 나노~ 수백나노 일 수 있고, 돌출부의 폭은 수십 나노~수백 나노이고, 간격은 수십 나노~수 마이크로 일 수 있다. The height of the protrusion of the protrusion or the depth of the recess may be from several tens nanometers to several hundreds of nanometers, and the width of the protrusion may be from several tens of nanometers to several hundreds of nanometers.
상기 금속산화층은 ZnO, TiO2로 이루어질 수 있다. The metal oxide layer may be composed of ZnO and TiO 2 .
상기한 다른 과제를 달성하기 위한 태양 전지의 제조 방법은 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 제1 전극 위에 코팅층을 형성하는 단계, 몰드로 코팅층을 가압하여 코팅층 상부에 돌출부를 형성하는 단계, 코팅층에 예비 열처리를 진행하는 단계, 몰드를 제거한 후 코팅층을 소성하여 금속산화층을 형성하는 단계, 금속산화층 위에 활성층을 형성하는 단계, 활성층 위에 완충층을 형성하는 단계, 활성층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, including: forming a first electrode on a substrate; forming a coating layer on the first electrode; forming a protrusion on the coating layer by pressing the coating layer with the mold; Forming a metal oxide layer by baking the coating layer after removing the mold, forming an active layer on the metal oxide layer, forming a buffer layer on the active layer, and forming a second electrode on the active layer, .
상기 예비 열처리는 10℃ 내지 100℃의 온도에서 10분 이하로 진행할 수 있고, 소성은 100℃ 내지 500℃의 온도로 10분 내지 180분 동안 진행할 수 있다. The preliminary heat treatment may be carried out at a temperature of 10 ° C to 100 ° C for 10 minutes or less, and the firing may be carried out at a temperature of 100 ° C to 500 ° C for 10 minutes to 180 minutes.
상기 코팅층은 ZnO 또는 TiO2 졸로 형성하고, 코팅층은 1㎛이하의 두께로 형성할 수 있다. The coating layer may be formed of ZnO or TiO 2 sol, and the coating layer may be formed to a thickness of 1 μm or less.
상기 금속산화층을 형성하는 단계 후, 금속산화층 위에 복수의 나노 와이어를 포함하는 나노층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. After forming the metal oxide layer, the method may further include forming a nano-layer including a plurality of nanowires on the metal oxide layer.
본 발명에서와 같이 돌출부를 형성하면 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 임프린트 공정을 이용하여 돌출부를 용이하게 형성할 수 있어 태양 전지의 제조 공정을 간소화할 수 있다. The efficiency of the solar cell can be increased by forming the projections as in the present invention. In addition, the projections can be easily formed by using the imprint process, and the manufacturing process of the solar cell can be simplified.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부의 평면 모양이다.
도 6은 도 2의 VI-VI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 7내지 도 11은 본 발명에 따른 태양 전지를 제조하는 방법을 순서대로 도시한 단면도이다.
도 12은 본 발명의 실시예에 따라서 형성한 돌출부의 SEM 사진이다.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법으로 형성한 돌출부의 간격 변화에 따른 전류 밀도를 도시한 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are plan views of protrusions according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in Fig.
7 to 11 are sectional views sequentially showing a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
12 is a SEM photograph of a protrusion formed according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing current densities according to changes in intervals of protrusions formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.
이하, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, a solar cell and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 돌출부의 평면 모양이고, 도 6은 도 2의 VI-VI선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are plan views of protrusions according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross- Fig.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지는 기판(100), 기판(100) 위에 형성되어 있는 제1 전극(110), 제1 전극(110) 위에 형성되어 있는 금속산화층(120), 금속산화층(120) 위에 형성되어 있는 나노층(130), 나노층(130) 위에 형성되어 있는 활성층(140), 활성층(140) 위에 형성되어 있는 완충층(150), 완충층(150) 위에 형성되어 있는 제2 전극(160)을 포함한다. 1, a solar cell according to an embodiment of the present invention includes a
기판(100)은 가요성 기판으로 PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 등에서 선택된 투명한 고분자 기판 일 수 있다. The
제1 전극(110)은 기판(110)을 통과한 빛이 활성층에 도달하도록 투명한 도전 물질이 바람직하며, 낮은 저항을 갖는 전도성 물질로서 태양 전지의 캐소드(cathode)일 수 있다. 제1 전극(110)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide) 중 선택된 하나일 수 있다. The
금속산화층(120)은 제1 전극(110)과 활성층(140) 사이에 위치하면서 활성층(140)에서 형성된 전자를 받아 제1 전극(110)으로 전달하는 전자 수송층(ETL, electro transfer layer) 역할을 한다. 그리고 금속산화층(120)은 활성층(140)으로 인해서 제1 전극(110)의 부식과 활성층(140)의 손상을 줄여주며 제1 전극(110)의 극성을 변화시켜 태양 전지의 전력 변환 효율과 수명을 증가시키는 물질로, 예를 들어 TiO2 또는 ZnO로 이루어질 수 있다.The
금속 산화층(120)은 제1 전극(110)으로부터 활성층 방향으로 돌출한 돌출부(200)를 포함한다. 돌출부(200)는 돌기 또는 오목부를 포함하며, 도 2에서와 같이 선형으로 형성하거나 도 3에서와 같이 복수의 선형을 교차하여 망형을 이루도록 형성할 수 있다. 또한, 도 4 및 5에서와 같이 원형 또는 다각형과 같이 다양한 평면 모양으로 형성되어 활성층(140)과의 접촉 면적을 넓힐 수 있다. 이처럼 돌출부(200)는 활성층과의 접촉 면적을 넓히기 위해서 다양한 평면 모양을 가지도록 형성할 수 있다. The
도 6을 참조하면, 돌출부의 폭(W)은 수십 nm 내지 수백 nm이고, 돌출부 사이의 간격(S)은 수십 nm 내지 수 um로 형성하고, 높이는 수십 nm 내지 수백 nm로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 6, it is preferable that the width W of the protrusions is several tens nm to several hundreds nm, the spacing S between the protrusions is several tens nm to several um, and the height is several tens nm to several hundreds nm.
이처럼 본 발명의 한 실시예에서와 같이 돌출부를 형성하면 빛의 입사에 의해 활성층(140)에서 생성된 전자의 수집 효율을 높일 수 있다. As described above, when the projections are formed as in the embodiment of the present invention, the efficiency of collecting electrons generated in the
나노층(130)은 나노 와이어(300)를 포함하며 금속산화층(110) 표면에서 돌출된 방향으로 성장되어 활성층(140)과의 접촉 면적을 더욱 넓힐 수 있다. The
활성층(140)은 금속 산화층의 돌출부 사이 및 나노층의 나노 와이어(300) 사이의 간극을 채우도록 형성되어 있다. 도 1에서는 이해를 돕기 위해서 활성층(140)과 나노층(130)을 구분하여 그렸으나 활성층(140)은 나노 와이어(300) 사이를 채운다. The
활성층(140)은 전자 주게(electron donor) 물질과 전자 받게(electron acceptor) 물질을 포함하며, 빛을 받아 전자 주게 물질에서 생성된 여기 상태의 전자-정공 쌍을 전자와 정공으로 분리시켜 전류를 만들어내는 태양 전지의 광전 변환층이 된다. The
전자 주게 물질은 고분자 유기 반도체 화합물 또는 저분자 유기 반도체 화합물에서 적절하게 선택할 수 있다. 고분자 유기 반도체 화합물은 P3HT(poly(3-hexylthiophene)), P3OT(poly(3-octylthiophene),P3DDT(poly(3-dodecylthiophene) 등의 폴리티오펜(polythiophene) 유도체, PVK(poly(Nvinylcarbazole), PCPDTBT(poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), PCDTBT(poly[N-9'-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)]), PFDTBT(poly(2,7-(9-(2'-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole))), MEH-PPV(poly-[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene) 또는 MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene vinylene]) 등 일 수 있다. 저분자 유기반도체 화합물은 CuPc(copper phthalocyanine), ZnPc(zinc phthalocyanine), PtOEP(platinum(II) octaethyl-porphyrin) 등 일 수 있다. The electron-donating substance can be appropriately selected from a polymeric organic semiconductor compound or a low-molecular organic semiconductor compound. Polymeric organic semiconductor compounds include polythiophene derivatives such as P3HT (poly (3-hexylthiophene)), P3OT (poly (3-octylthiophene) and P3DDT, poly (N- vinylcarbazole), PCPDTBT (poly [2,6- (4,4-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1- b; 3,4-b '] dithiophene) , 3-benzothiadiazole)], PCDTBT (poly [N-9'-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt- 5,5- (4 ', 7'-di- , 3'-benzothiadiazole]), PFDTBT (poly (2,7- (9- (2'-ethylhexyl) -9-hexyl- 2-thienyl-2 ', 1', 3'-benzothiadiazole)), MEH-PPV (poly- [2-methoxy- PPV (poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylene vinylene]). The low molecular weight organic semiconducting compound may be copper phthalocyanine (CuPc), zinc phthalocyanine platinum (II) octaethyl-porphyrin).
전자 받게 물질은 플러렌(fullerene, C60) 또는 플러렌이 유기 용매에 잘 녹도록 설계된 PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 PC70BM((6,6)-phenyl-C70-butyric acid methyl ester) 등의 풀러렌 유도체가 사용될 수 있으며, 그 외 페릴렌(perylene), PBI(polybenzimidazole) 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole) 등이 사용될 수 있다. The electron acceptor material is fullerene (C 60 ) or PCBM ((6,6) -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester) designed to dissolve fullerene in organic solvents or PC 70 BM ((6,6) phenyl-C 70 -butyric acid methyl ester), and other fullerene derivatives such as perylene, polybenzimidazole (PBI), and 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole Can be used.
완충층(150)은 활성층(140)과 제2 전극(160) 사이에 위치하며 활성층(140)에서 생성된 정공이 제2 전극(160)으로 용이하게 전달되도록 하는 정공 수송층(HTL, hole transfer layer)일 수 있다. The
완충층(150)은 폴리티오펜, 폴리스티렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리디페닐아세틸렌 및 그들의 유도체 PEDOT(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene):PSS(polystyrene sulfonate) 혼합물 또는 TDATA, m-MTDATA, 2-TNATA, TPTE, NPB, TPD 등을 사용할 수 있다. The
제2 전극(160)은 낮은 저항을 갖는 전도성 물질로서 그 하부에 위치한 활성층(140)으로부터 정공을 받는 태양 전지의 애노드(anode)일 수 있다. The
제2 전극(160)은 Al, Ag, Au, Cu, Pt, W, Ni, Zn, Ti, Zr, Hf, Cd, Pd 및 이들의 합금 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. The
이하에서는 도 1의 태양 전지를 제조하는 방법에 대해서 도 7 내지 도 11을 참조하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the solar cell of FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 11. FIG.
도 7내지 도 11은 본 발명에 따른 태양 전지를 제조하는 방법을 순서대로 도시한 단면도이다. 7 to 11 are sectional views sequentially showing a method of manufacturing a solar cell according to the present invention.
도 7에 도시한 바와 같이, 기판(100) 위에 투명 도전 물질로 제1 전극(110)을 형성한다. As shown in FIG. 7, a
기판(100)은 투명한 가요성 기판일 수 있으며, 제 1 전극(110)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide), FTO 일 수 있다. The
이후, 제1 전극(110) 위에 광반응성 금속-유기물 전구체 용액을 도포하여 코팅층(10)을 형성한다. 코팅층(10)은 1㎛이내의 두께로 형성한다. Thereafter, the
금속-유기물 전구체 용액은 Zn, Ti를 포함하며, 예를 들어 ZnO, TiO2 졸일 수 있다. The metal-organic precursor solution includes Zn and Ti, for example, ZnO, TiO 2 sol.
그리고 금속-유기물 전구체 용액은 전기전도도를 향상시키기 위해서 N형 또는 P형 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 도전형 불순물은 금속-유기물 전구체 용액의 10wt%이내로 포함하는 것이 바람직하다.And the metal-organic precursor solution may include N-type or P-type conductivity-type impurities to improve the electrical conductivity. It is preferable that the conductive impurity is contained within 10 wt% of the metal-organic precursor solution.
N형 도전형 불순물은 Al, Ga, In, Sn중 어느 하나일 수 있으며, Al(NO3)3·9H2O, AlCl3?6H2O를 금속-유기물 전구체 용액인 진크아세테이트(Zinc acetate) 용액에 첨가할 수 있다. P형 도전형 불순물은 Li, Na, K, N, P, Cu, Ag중 어느 하나일 수 있으며, 수산화나트륨(NaOH) 또는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide) 에 용해된 Ag-2에틸헥사노이트(Ag-2ethyl hexanoate)를 금속-유기물 전구체 용액인 진크아세테이트 용액에 첨가할 수 있다. The N-type conductivity-type impurity may be any one of Al, Ga, In, and Sn, and Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O, AlCl 3 ? 6H 2 O can be added to the zinc-acetate solution, which is a metal-organic precursor solution. The P-type conductive impurity may be any one of Li, Na, K, N, P, Cu and Ag and may be Ag-2 ethylhexanoate dissolved in sodium hydroxide (NaOH) or dimethyl sulfoxide Ag-2ethyl hexanoate) can be added to a solution of a metal-organic precursor solution, a zinc acetate solution.
그런 다음, 도 8에 도시한 바와 같이 몰드(20)로 코팅층을 가압하여 코팅층(10)의 상부에 복수의 돌출부(200)를 형성한다. 돌출부(200)는 돌기 또는 오목부를 포함하며, 선형, 원형 또는 점과 같이 다양한 평면 모양을 가질 수 있다. 이때, 가압은 0bar 내지 50bar의 압력으로 가압하는 것이 바람직하다. Then, as shown in FIG. 8, the coating layer is pressed by the
코팅층(10)을 가압하기 전 예비 열처리를 진행할 수 있다. 예비 열처리는 코팅층의 점도를 조절하여 몰드(20) 패턴의 내부로 코팅층의 이동을 용이하게 하면서 몰드(20)에 코팅층이 붙는 것을 방지할 수 있다. 예비 열처리는10℃ 내지 100℃의 온도에서 10분 이하로 진행할 수 있다. The preliminary heat treatment may be performed before the
이후, 열 또는 자외선으로 코팅층을 경화시켜 금속산화층(120)을 형성한다. 코팅층은 자외선에 광반응하는 고분자 또는 물질을 포함할 수 있으며, 광반응에 의해서 돌출부가 형성된다.Thereafter, the
그런 다음, 도 9에 도시한 바와 같이 몰드(20)를 제거하고 금속산화층(120)을 소성한다. Then, as shown in Fig. 9, the
소성은 금속산화층(120)의 결정화도를 높이고, 금속산화층(120)에 남겨진 유기물을 제거한다. 소성은 100℃ 내지 500℃의 온도로 10분 내지 180분 동안 진행할 수 있다. 100℃ 미만의 온도에서는 결정화도가 낮아 금속산화층(120)의 저항이 높아지고, 500℃ 초과의 온도에서는 제1 전극(110)이 손상될 수 있다. The firing increases the degree of crystallization of the
그런 다음, 도 10에서와 같이 금속산화층(120)의 상부에 나노층(130)을 형성한다. 나노층(130)은 복수의 나노 와이어(300)로 이루어지며, 수백 나노 이하의 두께로 형성한다. Then, a
나노층(130)은 금속산화층(120)이 형성된 기판을 Zn 전구체 용액에 담가서 금속산화층(120) 표면에 나노 와이어를 성장시켜 형성할 수 있다. 이때, Zn 전구체 용액의 온도, 시간, pH에 따라서 성장된 나노 와이어의 크기 및 형태를 조절할 수 있다. The
이후, 양자점(QD, quantum dot)을 도포하거나 전자빔, 플라스마, 표면 개질(SAM 증착)과 같은 후처리를 진행하여 표면 특성을 향상시킬 수 있다. Thereafter, the surface characteristics can be improved by applying a quantum dot (QD) or post-processing such as electron beam, plasma or surface modification (SAM deposition).
이러한 후처리는 금속산화층(120)의 모양을 더욱 불규칙하고, 더욱 미세한 나노 패턴을 가지도록 형성하여 후속 공정시 유기물층의 도포를 용이하게 한다. 그리고 양자점은 태양전지의 광흡수율을 증가시킨다. Such a post-treatment improves the shape of the
그런 다음, 도 11에서와 같이 나노층(130) 위에 활성층(140), 완충층(150)을 순서대로 적층한다. Then, the
활성층(140)은 P3HT:PC70B이 혼합된 용액일 수 있고, 완충층(150)은 PEDOT:PSS 또는 MoO3, VO2를 포함하는 용액일 수 있으며, 도포 후 각각 건조 공정을 진행한다. The
그런 다음, 도 1에서와 같이 완충층(150) 위에 제2 전극(160)을 형성한다. 제2 전극(160)은 스퍼터 또는 e-빔 증발기를 통해서 형성할 수 있다. Then, a
본 발명의 실시예에서와 같이 금속산화층(120)에 돌출부(200)를 형성하면, 돌출부(200)로 인해서 활성층(140)과의 접촉 면적이 증가하여 광흡수율을 증가시키는 구조로 작용하므로 태양 전지의 효율을 증가시킬 수 있다. When the
또한, 본 발명은 임프린트를 이용하여 용이하게 돌출부(200)를 형성함으로써 효율이 증가한 태양 전지의 제조 공정을 간소화할 수 있다. In addition, according to the present invention, the manufacturing process of a solar cell having an increased efficiency can be simplified by forming the projecting
도 12는 본 발명의 실시예에 따라서 형성한 돌출부의 SEM 사진이다. 12 is an SEM photograph of a protrusion formed according to an embodiment of the present invention.
도 12의 (A)는 오목부를 형성한 사진이고, 도 12의 (B)는 돌기의 형성한 사진으로, 평면 모양이 원형으로 임프린트 공정으로 형성하였다.FIG. 12A is a photograph showing a recessed portion, and FIG. 12B is a photograph of a protrusion formed in a planar shape by an imprint process. FIG.
도 12의 (A)에 도시한 바와 같이 오목부는 94.6nm의 깊이로 형성되고, 도 12의 (B)에 도시한 바와 같이 돌기는 108nm의 높이로 나노 크기의 돌출부가 형성되는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Fig. 12 (A), the concave portion was formed at a depth of 94.6 nm, and as shown in Fig. 12 (B), it was confirmed that the nano-sized protrusion was formed at a height of 108 nm.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법으로 형성한 돌출부의 간격 변화에 따른 전류 밀도를 도시한 그래프이다.13 is a graph showing current densities according to changes in intervals of protrusions formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 내지 제5 실시예들에서 돌출부는 선형의 돌기로 돌기의 길이는 100nm이고, 높이는 50nm로 동일하며, 돌기 사이의 간격은 각각 300nm(실시예1), 500nm(실시예2), 700nm(실시예3), 900nm(실시예4)로 변화시켰다. 그리고 실시예 5는 선형의 돌기의 길이는 100nm이고, 간격은 실시예2에서와 같이 500nm으로 동일하나 간격은 높이는 90nm이다. In the first to fifth embodiments of the present invention, the protrusions are linear protrusions, and the protrusions have a length of 100 nm and a height of 50 nm. The protrusions have intervals of 300 nm (Example 1), 500 nm (Example 2) , 700 nm (Example 3), and 900 nm (Example 4). In Example 5, the length of the linear protrusion is 100 nm, and the interval is the same as 500 nm as in Example 2, but the interval is 90 nm in height.
종래 기술에 따른 비교예는 돌출부를 포함하지 않는 태양 전지 이다. The comparative example according to the prior art is a solar cell that does not include protrusions.
도 13에 도시한 바와 같이, 실시예1은 비교예1과 비슷한 전류 밀도를 나타냈으나 실시예2 내지 실시예5는 비교예1보다 전류 밀도가 증가한 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 13, the current density of Example 1 was similar to that of Comparative Example 1, but it was confirmed that the current density of Examples 2 to 5 was higher than that of Comparative Example 1.
따라서 본 발명의 실시예에서와 같이 나노 크기의 돌출부를 형성하면 태양 전지의 전류 밀도를 증가시켜 효율이 증가된 태양 전지를 제조할 수 있다. Therefore, when the nano-sized protrusions are formed as in the embodiment of the present invention, the current density of the solar cell can be increased to manufacture a solar cell having increased efficiency.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
10: 코팅층 20: 몰드
100: 기판 110: 제1 전극
120: 금속산화층 130: 나노층
140: 활성층 150: 완충층
160: 제2 전극 200: 돌출부
300: 나노 와이어10: coating layer 20: mold
100: substrate 110: first electrode
120: metal oxide layer 130: nano layer
140: active layer 150: buffer layer
160: second electrode 200: protrusion
300: nanowire
Claims (13)
상기 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,
상기 제1 전극 위에 형성되어 있으며 돌기 또는 오목부를 포함하는 금속산화층,
상기 금속산화층의 상기 돌기 또는 오목부 위에 형성되어 있는 복수의 나노 와이어를 포함하는 나노층,
상기 나노 와이어 사이를 사이를 채우며 상기 나노층 위에 형성되어 있는 활성층,
상기 활성층 위에 형성되어 있는 완충층,
상기 완충층 위에 형성되어 있는 제2 전극
을 포함하는 태양 전지.Board,
A first electrode formed on the substrate,
A metal oxide layer formed on the first electrode and including protrusions or recesses,
A nano layer including a plurality of nanowires formed on the protrusions or recesses of the metal oxide layer,
An active layer formed between the nanowires and formed on the nano layer,
A buffer layer formed on the active layer,
The second electrode formed on the buffer layer
≪ / RTI >
상기 돌기 또는 오목부의 평면 모양은 선형, 원형, 다각형 및 망형 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지.The method of claim 1,
Wherein the planar shape of the protrusion or the concave portion includes at least one of linear, circular, polygonal, and meshed shapes.
상기 돌기의 높이 또는 오목부의 깊이는 수십 nm-수백 nm인 태양 전지.The method of claim 1,
Wherein a height of the projection or a depth of the recess is several tens nm to several hundreds of nm.
상기 돌기 또는 오목부의 폭은 수십 nm-수백 nm이고, 간격은 수 um 이내인 태양 전지. The method of claim 5,
Wherein the projections or recesses have a width of several tens of nm to several hundreds of nm and an interval of several um or less.
상기 금속산화층은 ZnO, TiO2로 이루어지는 태양 전지.The method of claim 1,
Wherein the metal oxide layer is made of ZnO and TiO 2 .
상기 제1 전극 위에 코팅층을 형성하는 단계,
몰드로 상기 코팅층을 가압하여 상기 코팅층 상부에 돌기 또는 오목부를 형성하는 단계,
상기 코팅층에 예비 열처리를 진행하는 단계,
상기 몰드를 제거한 후 상기 코팅층을 소성하여 금속산화층을 형성하는 단계,
상기 금속산화층 위에 복수의 나노 와이어를 성장시켜 나노층을 형성하는 단계,
상기 나노 와이어 사이를 채우도록 상기 나노층 위에 활성층을 형성하는 단계,
상기 활성층 위에 완충층을 형성하는 단계,
상기 활성층 위에 제2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.Forming a first electrode on the substrate,
Forming a coating layer on the first electrode,
Pressing the coating layer with a mold to form protrusions or depressions on the coating layer,
Subjecting the coating layer to a preliminary heat treatment,
Removing the mold and firing the coating layer to form a metal oxide layer,
Growing a plurality of nanowires on the metal oxide layer to form a nano-layer,
Forming an active layer on the nano layer to fill between the nanowires,
Forming a buffer layer on the active layer,
Forming a second electrode on the active layer
Wherein the method comprises the steps of:
상기 예비 열처리는 10℃ 내지 100℃의 온도에서 10분 이하로 진행하는 태양 전지의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the preliminary heat treatment is performed at a temperature of from 10 캜 to 100 캜 for 10 minutes or less.
상기 소성은 100℃ 내지 500℃의 온도로 10분 내지 180분 동안 진행하는 태양 전지의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the firing is performed at a temperature of 100 ° C to 500 ° C for 10 minutes to 180 minutes.
상기 코팅층은 ZnO 또는 TiO2 졸로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Method for manufacturing a solar cell for forming the coating layer is ZnO or TiO 2 sol.
상기 코팅층은 1㎛이하의 두께로 형성하는 태양 전지의 제조 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the coating layer is formed to a thickness of 1 占 퐉 or less.
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