KR101520036B1 - Nano solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀은, 기판 상에 형성된 복수의 수직형 나노 와이어 구조체를 구비하는 것으로서, 상기 나노 와이어 구조체는, 상기 기판 상에서 성장된 수직형 나노와이어의 형태를 갖는 제1 도전형 반도체; 상기 제1 도전형 반도체의 축 방향으로 성장된 다중 양자우물 구조 층; 상기 다중 양자우물 구조 층 내에 형성되는 것으로서, 드롭렛 형태를 갖는 양자점; 상기 나노 와이어 구조체의 표면에 형성되는 것으로서, 드롭렛 형태를 갖는 나노 메탈; 및 상기 다중 양자우물 구조 층의 상단으로부터 성장되는 제2 도전형 반도체를 포함한다.
본 발명에 따르면, 나노 솔라 셀의 광 흡수에 이용되는 표면적이 증가되고, 내부 양자효율의 증가 및 반사율의 억제 등이 실현됨으로써 솔라 셀의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.A nanosolar cell according to an embodiment of the present invention includes a plurality of vertical nanowire structures formed on a substrate, wherein the nanowire structure includes a first nanowire having a shape of vertical nanowires grown on the substrate, A conductive semiconductor; A multi quantum well structure layer grown in the axial direction of the first conductive semiconductor; A quantum dot formed in the multi quantum well structure layer, the quantum dot having a droplet shape; A nanometal having a droplet shape formed on the surface of the nanowire structure; And a second conductivity type semiconductor grown from the top of the multiple quantum well structure layer.
According to the present invention, it is possible to improve the energy efficiency of the solar cell by increasing the surface area used for light absorption of the nanosolar cell, increasing the internal quantum efficiency, suppressing the reflectance, and the like.

Description

나노 솔라 셀 및 그 제조방법{Nano solar cell and method for manufacturing the same}NANO SOLAR CELLS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 나노 솔라 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 양자우물 구조 내에서 전자와 홀의 생성률을 높이고 외부에서 입사되는 빛을 표면 플라즈몬 효과를 통해 효과적으로 전달할 수 있는 구조를 가져 보다 높은 에너지 효율을 나타내는 나노 솔라 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanosolar cell and a method of manufacturing the nanosolar cell, and more specifically, it has a structure capable of increasing electron and hole generation rate in a quantum well structure and effectively transmitting light incident from the outside through a surface plasmon effect, And a method of manufacturing the same.

전 세계 각 국에서는 화석연료에 대한 의존도를 줄이기 위해, 환경에 악영향을 끼치지 않으면서도 고갈될 염려도 없는 새로운 에너지원인 대체에너지 및 청정에너지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행 중이다.In order to reduce dependence on fossil fuels, research and development on alternative energy and clean energy, which are new energy sources, are being actively carried out in countries around the world, which do not cause exhaustion without adversely affecting the environment.

한때, 원자력발전이 현실성 있는 대체에너지로 개발되어 높은 기여도를 보이기도 하였지만, 불안정성과 사고로 인한 심각한 피해 등의 문제가 제기됨으로써, 점차 이에 대한 의존도를 줄이는 추세이며, 그 대신 청정의 무한한 에너지원이라는 측면에서 태양에너지를 현실적으로 활용할 수 있는 방안이 더욱 각광받고 있다.At one time, nuclear power was developed as a viable alternative energy and showed a high contribution, but it is gradually decreasing its reliance on it due to instability and serious damage caused by accidents, And the possibility of utilizing solar energy realistically is getting more and more popular.

이러한 태양에너지를 활용할 수 있는 방법 중 하나로서, 솔라 셀(Solar cell)의 연구/개발이 활발히 진행되고 있는데, 솔라 셀의 개발에 있어서 가장 큰 관심사 중 하나는 입사되는 태양광을 얼마나 효율적으로 흡수하여 이를 우리가 필요로 하는 에너지로 활용할 수 있는가 하는 부분이다.One of the ways to utilize such solar energy is research and development of solar cell. One of the biggest concerns in the development of solar cell is how to efficiently absorb incident solar light This is what we can use as energy we need.

그러나, 태양광의 흡수 과정에서 적지 않은 양이 반사 등에 의해 소실될 수 밖에 없므로 에너지 효율을 일정 수준 이상 올리는 것은 결코 용이한 것이 아니며, 이를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되는 실정이다.However, since a considerable amount of sunlight can not be absorbed by the reflection or the like during the absorption process of the sunlight, raising the energy efficiency beyond a certain level is not easy, and a solution is desperately needed.

본 발명은 상술한 기술적 요구를 충족시키기 위해 창안된 것으로서, 나노 와이어 형태의 솔라 셀을 구현함에 있어서 광 흡수 면적의 증가, 내부 양자효율의 증가 및 반사율의 억제 등을 통해 광 흡수 효율을 증가시키는 것을 일 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described technical needs, and it is an object of the present invention to increase the light absorption efficiency by increasing the light absorbing area, increasing the internal quantum efficiency and suppressing the reflectance in the nanowire- For the purpose of.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other technical subjects not mentioned above can be understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.

상술한 기술적 요구를 충족시키기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀은, 기판 상에 형성된 복수의 수직형 나노 와이어 구조체를 구비하는 것으로서, 상기 나노 와이어 구조체는, 상기 기판 상에서 성장된 수직형 나노와이어의 형태를 갖는 제1 도전형 반도체; 상기 제1 도전형 반도체의 축 방향으로 성장된 다중 양자우물 구조 층; 상기 다중 양자우물 구조 층 내에 형성되는 것으로서, 드롭렛 형태를 갖는 양자점; 상기 나노 와이어 구조체의 표면에 형성되는 것으로서, 드롭렛 형태를 갖는 나노 메탈; 및 상기 다중 양자우물 구조 층의 상단으로부터 성장되는 제2 도전형 반도체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a nanowire cell including a plurality of vertical nanowire structures formed on a substrate, the nanowire structure including a plurality of vertical nanowire structures formed on the substrate, A first conductivity type semiconductor having a form of a nanowire; A multi quantum well structure layer grown in the axial direction of the first conductive semiconductor; A quantum dot formed in the multi quantum well structure layer, the quantum dot having a droplet shape; A nanometal having a droplet shape formed on the surface of the nanowire structure; And a second conductivity type semiconductor grown from the top of the multiple quantum well structure layer.

상기 기판은 Si로 이루어질 수 있다.The substrate may be made of Si.

상기 제1 도전형 반도체는, n-타입 GaN으로 이루어질 수 있다.The first conductivity type semiconductor may be made of n-type GaN.

상기 다중 양자우물 구조는, 교호적으로 형성되는 베리어 층 및 웰 층을 포함할 수 있다.The multiple quantum well structure may include a barrier layer and a well layer alternately formed.

상기 베리어 층은, GaN으로 이루어질 수 있다.The barrier layer may be made of GaN.

상기 웰 층은, InGaN으로 이루어질 수 있다.The well layer may be made of InGaN.

상기 양자점은, InN으로 이루어질 수 있다.The quantum dot may be made of InN.

상기 나노 메탈은, Ag, Ni, Au, Pt, Cu 및 Fe을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속으로 이루어질 수 있다.The nano metal may be composed of a metal selected from the group consisting of Ag, Ni, Au, Pt, Cu, and Fe.

상기 제2 도전형 반도체는, P-타입 GaN으로 이루어질 수 있다.The second conductivity type semiconductor may be made of P-type GaN.

상기 나노 솔라 셀은, 상기 제2 도전형 반도체가 외부로 노출되도록 상기 복수의 나노 와이어 구조체 사이에 형성된 공간을 충진하는 충진재를 더 포함할 수 있다.The nanosolar cell may further include a filler filling a space formed between the plurality of nanowire structures so that the second conductivity type semiconductor is exposed to the outside.

상기 충진재는, 폴리이미드 재질로 이루어질 수 있다.The filler may be made of a polyimide material.

상기 나노 솔라 셀은, 상기 제2 도전형 반도체에 접합되는 투명 전극을 더 포함할 수 있다.The nanosolar cell may further include a transparent electrode connected to the second conductive semiconductor.

상기 투명 전극은, ITO로 이루어질 수 있다.The transparent electrode may be made of ITO.

상기 나노 솔라 셀은, 상기 투명 전극에 접합되는 제1 금속 콘택트; 및 상기 기판의 하면에 접합되는 제2 금속 콘택트를 더 포함할 수 있다.Wherein the nanosil cell comprises: a first metal contact bonded to the transparent electrode; And a second metal contact bonded to a lower surface of the substrate.

상기 제1 금속 콘택트 및 제2 금속 콘택트는, Au 또는 Ni 재질로 이루어질 수 있다.The first metal contact and the second metal contact may be made of Au or Ni.

한편, 상술한 기술적 요구를 충족시키기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀의 제조방법은, 기판 상에 적어도 하나의 수직형 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것으로서, 상기 수직형 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계는, (a) 상기 기판 상에 수직형 나노와이어의 형태를 갖는 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계; (b) 상기 제1 도전형 반도체의 축 방향으로 다중 양자우물 구조 층을 성장시키는 단계; (c) 상기 다중 양자우물 구조 층 내에 드롭렛 형태의 양자점을 형성시키는 단계; (d) 상기 나노 와이어 구조체의 표면에 드롭렛 형태의 나노 메탈을 형성시키는 단계; 및 (e) 상기 다중 양자우물 구조 층의 상단으로부터 제2 도전형 반도체를 성장시키는 단계를 포함한다.Meanwhile, in order to meet the above-described technical requirements, a method of fabricating a nanosolar cell according to an embodiment of the present invention includes forming at least one vertical nanowire structure on a substrate, The step of forming the wire structure includes the steps of: (a) growing a first conductivity type semiconductor having a shape of vertical nanowires on the substrate; (b) growing a multiple quantum well structure layer in an axial direction of the first conductivity type semiconductor; (c) forming a droplet-shaped quantum dot in the multiple quantum well structure layer; (d) forming a droplet-shaped nanometal on the surface of the nanowire structure; And (e) growing a second conductivity type semiconductor from the top of the multiple quantum well structure layer.

상기 (b)단계는, (b1) 750℃ 내지 980℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 Ga의 소스인 TMGa와 N의 소스인 NH3를 번갈아 공급하여 GaN 베리어 층을 성장시키는 단계; 및 (b2) 650℃ 내지 850℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 In의 소스인 TMIn, Ga의 소스인 TMGa, 및 N의 소스인 NH3를 번갈아 공급하여 InGaN 웰 층을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step (b) comprises the steps of: (b1) alternately supplying TMGa as a source of Ga and NH 3 as a source of N to form a GaN barrier layer at a temperature of 750 ° C to 980 ° C and a pressure of 350 torr to 760 torr; And (b2) alternately supplying TMIn as a source of In, TMGa as a source of Ga, and NH 3 as a source of N under a temperature of 650 to 850 DEG C and a pressure of 350 torr to 760 torr to grow an InGaN well layer can do.

상기 (c)단계는, 상기 (b)단계의 진행 중간에 650℃ 내지 850℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 In의 소스인 TMIn, 및 N의 소스인 NH3를 공급하되, TMIn 을 공급하는 경우 NH3의 공급을 중단하고, NH3를 공급하는 경우에는 TMIn의 공급을 중단하는 방식으로 이루어질 수 있다.In step (c), TMIn as a source of In and NH 3 as a source of N are supplied at a temperature of 650 ° C. to 850 ° C. and a pressure of 350 torr to 760 torr in the middle of the step (b) The supply of NH 3 may be stopped, and in the case of supplying NH 3 , the supply of TMIn may be stopped.

상기 (d)단계는, 상기 나노 와이어 구조체의 표면에 상기 나노 메탈을 증착시킨 후 어닐링 하는 단계일 수 있다.In the step (d), the nanomaterial may be deposited on the surface of the nanowire structure and then annealed.

상기 (e)단계는, 800℃ 내지 1000℃의 온도 및 300torr 내지 760torr의 압력 하에서 Ga의 소스인 TMGa와 N의 소스인 NH3를 동시에 공급하여 상기 다중 양자우물 구조 층의 상단으로부터 P-타입 GaN 층을 성장시키는 단계;를 포함할 수 있다.In the step (e), TMGa which is a source of Ga and NH 3 which is a source of N are simultaneously supplied at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. and a pressure of 300 torr to 760 torr to form P-type GaN And growing the layer.

상기 나노 솔라 셀의 제조방법은, 상기 복수의 나노 와이어 구조체 사이에 형성된 공간에 수지 성분으로 이루어진 충진재를 충진시키는 단계; 및 상기 충진재의 상부를 통해 상기 제2 도전형 반도체가 노출되도록 상기 충진재를 에칭하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a nanosolar cell includes filling a space formed between the plurality of nanowire structures with a filler made of a resin component; And etching the filler to expose the second conductive semiconductor through the top of the filler.

상기 나노 솔라 셀의 제조방법은, 상기 제2 도전형 반도체에 투명 전극을 접합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of fabricating a nanosolar cell may further include bonding a transparent electrode to the second conductive semiconductor.

상기 나노 솔라 셀의 제조방법은, 상기 투명 전극에 제1 금속 콘택트를 접합시키는 단계; 및 상기 기판의 하면에 제2 금속 콘택트를 접합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of fabricating a nanosolar cell includes: bonding a first metal contact to the transparent electrode; And bonding a second metal contact to a lower surface of the substrate.

본 발명에 따르면, 나노 솔라 셀의 광 흡수에 이용되는 표면적이 증가되고, 내부 양자효율의 증가 및 반사율의 억제 등이 실현됨으로써 솔라 셀의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the energy efficiency of the solar cell by increasing the surface area used for light absorption of the nanosolar cell, increasing the internal quantum efficiency, suppressing the reflectance, and the like.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 GaN 결정의 격자 구조를 통해 제1 도전형 반도체의 성장 방향을 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 도전형 반도체 상에서 다중 양자우물 구조 층을 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.
도 7은 다중 양자우물 구조 층 내에 양자점을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 8은 나노 와이어 구조체의 표면에 나노 메탈을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 9는 다중 양자우물 구조 층 상에서 제2 도전형 반도체를 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 다중 양자우물 구조 층이 성장된 나노 와이어 구조체의 구조를 나타내는 TEM 분석 사진이다.
도 12는 충진재, 투명 전극 및 금속 콘텍트를 형성함으로써 도 1에 도시된 나노 솔라 셀을 완성하는 공정을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a view illustrating a nanosolar cell according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are views showing a process of growing a first conductivity type semiconductor on a substrate.
5 is a view showing the growth direction of the first conductivity type semiconductor through the lattice structure of the GaN crystal.
6 is a view showing a process of growing a multiple quantum well structure layer on a first conductivity type semiconductor.
7 is a view showing a process of forming quantum dots in the multiple quantum well structure layer.
8 is a view showing a process of forming a nano-metal on the surface of the nanowire structure.
9 is a view showing a process of growing a second conductivity type semiconductor on a multiple quantum well structure layer.
10 and 11 are TEM photographs showing the structure of a nanowire structure in which a multiple quantum well structure layer is grown.
12 is a view showing a process of completing the nanosolar cell shown in FIG. 1 by forming a filler, a transparent electrode and a metal contact.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀(100)의 개략적인 구조를 설명하기로 한다.First, a schematic structure of a nanosolar cell 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀을 나타내는 도면이다.1 is a view illustrating a nanosolar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔라 셀(100)는 기판(10), 기판(10) 상에 형성되는 복수의 나노 와이어 구조체(20), 복수의 나노 와이어 구조체(20) 사이에 형성되는 공간을 채우는 충진재(30), 충진재(30)의 외측으로 노출되는 나노 와이어 구조체(20)에 접합되는 투명 전극(40), 투명 전극(40)에 접합되는 제1 금속 콘텍트(50) 및 기판(10)의 하면에 접합되는 제2 금속 콘텍트(60)를 포함한다. 한편, 상기 나노 솔라 셀(100)는, 나노 와이어 구조체(20)의 제2 도전형 반도체(23, 도 9 참조)와 기판(10) 사이의 접촉을 방지하기 위해 기판(10)과 나노 와이어 구조체(20) 사이에 형성되는 접촉 방지 층(10a)을 더 포함할 수도 있다.1, a nanosolar cell 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10, a plurality of nanowire structures 20 formed on the substrate 10, a plurality of nanowire structures 20 A transparent electrode 40 bonded to the nanowire structure 20 exposed to the outside of the filler 30; a first metal contact (not shown) bonded to the transparent electrode 40; 50 and a second metal contact 60 bonded to a lower surface of the substrate 10. The nanosolar cell 100 includes a substrate 10 and a nanowire structure 20 to prevent contact between the second conductivity type semiconductor 23 (see FIG. 9) of the nanowire structure 20 and the substrate 10, (10a) formed between the first electrode (20) and the second electrode (20).

여기서, 상기 나노 와이어 구조체(20)는, 후술할 바와 같이 제1 도전형 반도체(21), 내부에는 양자점(Q)이 형성되고 표면 상에는 나노 메탈(N)이 형성된 다중 양자우물 구조 층(multi quantum well layer)(22), 및 제2 도전형 반도체(23)를 포함하는 하나의 구조체를 의미한다.The nanowire structure 20 includes a first quantum well structure layer 21 having a quantum dot Q formed therein and a nanometal N formed on the surface thereof, a well layer 22, and a second conductivity type semiconductor 23.

상기 나노 솔라 셀(100)의 구체적인 구조에 대해서는 그 제조공정에 대한 설명과 함께 이하 더욱 상세하게 설명하기로 한다.The specific structure of the nano-solar cell 100 will be described in more detail below with reference to its manufacturing process.

먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여 나노 와이어 구조체(20)의 기초 골격을 이루는 제1 도전형 반도체(21, 도 4 참조)를 성장시키는 공정에 대해서 설명하기로 한다.First, referring to FIGS. 2 to 4, a process of growing a first conductive semiconductor 21 (see FIG. 4) constituting the basic framework of the nanowire structure 20 will be described.

도 2 내지 도 4는 기판 상에서 제1 도전형 반도체를 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.2 to 4 are views showing a process of growing a first conductivity type semiconductor on a substrate.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 제1 도전형 반도체(21)를 성장시키는 공정은, 금속 촉매 층(F)을 형성시키는 단계(a1), 나노 드롭렛(D, nano droplet)을 형성시키는 단계(a2) 및 제1 도전형 반도체(21)를 성장시키는 단계(a3)를 포함한다.2 to 4, the step of growing the first conductivity type semiconductor 21 includes the steps of forming a metal catalyst layer F, forming a nano droplet D, (A2) and growing the first conductivity type semiconductor 21 (a3).

도 2를 참조하면, 상기 a1단계는, 예를 들어 GaN으로 이루어지는 나노와이어를 기판(10) 상에서 대략 수직한 방향으로 성장 시키기 위해 금속 촉매법을 이용하고자 하는 경우에 요구되는 준비단계이다. 금속 촉매법의 촉매 금속으로는 Au, Ni, Ag, Pt, Cu, Fe 등 다양한 금속이 이용될 수 있으며, 본 발명에서는 예를 들어 Au를 촉매 금속으로 이용할 수 있다. 이러한 촉매 금속은 DC 스퍼터링에 의해 기판 상에 증착됨으로써 하나의 촉매 금속 층(F)을 이룰 수 있다. 여기서, 이용되는 기판(10)은 Si 기판이 사용될 수 있으며, 결정의 성장 방향과 관련해서는 (111), (100), (110), (112) 등 다양한 기판이 이용될 수 있다.Referring to FIG. 2, step a1 is a preparation step required when the metal catalyst method is used to grow, for example, GaN nanowires on the substrate 10 in a substantially perpendicular direction. As the catalyst metal of the metal catalyst method, various metals such as Au, Ni, Ag, Pt, Cu, and Fe can be used. In the present invention, for example, Au can be used as a catalyst metal. This catalytic metal can be deposited on the substrate by DC sputtering to form a single catalytic metal layer (F). Here, the substrate 10 to be used may be a Si substrate, and various substrates such as (111), (100), (110), and (112) may be used in relation to crystal growth direction.

상기 촉매 금속 층(F)의 증착 두께는 대략 1nm 내지 100nm(증착 시간: 대략 10초 내지 1000초)로 다양하게 형성될 수 있다. 이러한 촉매 금속 층(F)의 증착 시간에 따른 두께는 이후에 성장되는 나노 드롭렛(D)의 크기를 결정하게 되고, 이렇게 결정된 나노 드롭렛(D)의 크기는 제1 도전형 반도체(21)의 직경에 큰 영향을 미치게 된다.The deposition thickness of the catalytic metal layer (F) can be variously set to approximately 1 nm to 100 nm (deposition time: approximately 10 seconds to 1000 seconds). The thickness of the catalyst metal layer F according to the deposition time determines the size of the nano droplet D to be grown thereafter and the size of the nano droplet D thus determined is determined by the thickness of the first conductivity type semiconductor 21, And the diameter of the outer circumferential surface.

도 3을 참조하면, 상기 a2 단계는, 제1 도전형 반도체(21)의 성장을 위한 시드(seed)를 형성시키는 어닐링(annealing) 단계이다. 이 단계에서는, 촉매 금속 층(F)을 어닐링 함으로써 대략 반구 형상의 나노 드롭렛(D)을 형성하게 되고, 어닐링의 온도 조건(대략 300℃ 내지 800℃)에 따라 드롭렛(D)의 크기가 결정된다. 상기 드롭렛(D)의 사이즈를 조절하기 위해 수소 분위기 하에서 대략 650℃의 온도를 대략 10분간 유지하였을 경우, 촉매 금속 층(F)의 두께에 비례하여 드롭렛(D)의 직경이 증가하게 된다. 즉, 이러한 조건을 유지할 때, 상기 촉매 금속 층(F)의 두께가 각각 1nm, 5nm, 10nm, 20nm, 30nm 인 경우 드롭렛(D)의 직경은 각각 10nm, 50nm, 100nm, 200nm, 300nm로 형성된다.Referring to FIG. 3, step a2 is an annealing step for forming a seed for growing the first conductivity type semiconductor 21. In this step, the catalyst metal layer F is annealed to form an approximately hemispherical nano droplet D, and the size of the droplet D is changed according to the annealing temperature condition (approximately 300 ° C. to 800 ° C.) . When the temperature of the droplet D is maintained at about 650 ° C. for about 10 minutes under a hydrogen atmosphere to adjust the size of the droplet D, the diameter of the droplet D increases in proportion to the thickness of the catalyst metal layer F . That is, when these conditions are maintained, when the thickness of the catalytic metal layer F is 1 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, and 30 nm, the diameter of the droplet D is 10 nm, 50 nm, 100 nm, 200 nm, do.

또한, 상기 제1 도전형 반도체(21)를 성장시키기 이전에 기판(10) 상에 NH3와 SiH4를 흘려줌으로써 Si 표면에 SiNx 로 이루어지는 접촉 방지 층(10a)을 더 형성할 수도 있다. 이러한 접촉 방지 층(10a)은, 기판(10)과 추후에 성장되는 제2 도전형 반도체(23) 사이의 접촉을 방지하는 것으로서, 대략 500℃ 내지 900℃의 온도 및 200torr 내지 600torr 의 압력 하에서 약 10분 내지 60분 동안 성장되어 대략 100nm의 두께를 가질 수 있다.In addition, NH 3 and SiH 4 may be flowed on the substrate 10 before the growth of the first conductivity type semiconductor 21 to further form the contact prevention layer 10 a made of SiN x on the Si surface. The contact preventive layer 10a prevents contact between the substrate 10 and the second conductivity type semiconductor 23 to be grown later and is formed at a temperature of about 500 DEG C to 900 DEG C and a pressure of about 200 torr to 600 torr, Can be grown for 10 minutes to 60 minutes to have a thickness of about 100 nm.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 상기 기판(10)과 제1 도전형 반도체(21)는 n-타입 도전형 반도체의 성질을 가지며, 후술할 제2 도전형 반도체(23)는 P-타입 도전형 반도체의 성질을 갖는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.In the meantime, in describing the present invention, the substrate 10 and the first conductivity type semiconductor 21 have properties of an n-type conductivity type semiconductor, and the second conductivity type semiconductor 23 to be described later is a P- Type semiconductor is used as an example.

도 4를 참조하면, 상기 a3 단계는, a2 단계에서 형성된 나노 드롭렛(D)을 시드로 하여 기판(10)과 대략 수직한 방향으로 제1 도전형 반도체(21)를 성장시키는 단계이다. 여기서, 상기 제1 도전형 반도체(21)는 n-타입 GaN으로 이루어진 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 나노 드롭렛(D)의 성장 단계에 의해 조절된 드롭렛의 사이즈에 따라 두께가 일정하고 성장 길이가 비슷한 수직성을 가진 적어도 하나의 GaN 나노 와이어(21)가 성장될 수 있다.Referring to FIG. 4, step a3 is a step of growing the first conductivity type semiconductor 21 in a direction substantially perpendicular to the substrate 10 using the nano droplets D formed in step a2 as seeds. Here, the first conductivity type semiconductor 21 is made of n-type GaN, for example. At least one GaN nanowire 21 having a uniform thickness and a perpendicular growth with a constant growth length may be grown according to the droplet size controlled by the growth step of the nano droplet D.

여기서, n-타입 GaN을 형성하기 위해, SiH4를 이용하여 제1 도전형 반도체(21)의 성장 동안에 Si를 주입할 수 있다. 이 때의 성장 조건은, 온도는 대략 800℃ 내지 1000℃이고, 압력은 대략 300torr 내지 600torr 이다. 성장된 제1 도전형 반도체(21)의 두께는 촉매 금속 필름(F)의 두께에 의해 컨트롤 되는 나노 드롭렛(D)의 크기에 의존하게 되고, 그 길이는 성장 시간에 비례하여 증가하게 된다.Here, in order to form n-type GaN, Si can be injected during the growth of the first conductivity type semiconductor 21 by using SiH 4 . The growth condition at this time is a temperature of about 800 to 1000 占 폚 and a pressure of about 300 to 600 torr. The thickness of the grown first conductivity type semiconductor 21 depends on the size of the nano droplet D controlled by the thickness of the catalyst metal film F and the length thereof increases in proportion to the growth time.

한편, 상기 제1 도전형 반도체(21)는, 기판(10)에 대략 수직한 방향, 즉 GaN 결정에 있어서 c-plane 방향(도 5 참조)을 따라 성장함으로써 수직형 나노 와이어 형태를 가질 수 있다.On the other hand, the first conductivity type semiconductor 21 may have a vertical nanowire shape by growing along a direction substantially perpendicular to the substrate 10, that is, along a c-plane direction (see FIG. 5) in GaN crystal .

다음은, 도 6을 참조하여 수직형 나노 와이어의 형태로 성장된 제1 도전형 반도체(21) 상에서 다중 양자우물 구조 층(22)을 성장시키는 공정에 대해서 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 6, a process of growing the multiple quantum well structure layer 22 on the first conductivity type semiconductor 21 grown in the form of a vertical nanowire will be described.

도 6은 제1 도전형 반도체 상에서 다중 양자우물 구조 층을 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.6 is a view showing a process of growing a multiple quantum well structure layer on a first conductivity type semiconductor.

도 6을 참조하면, 본 공정은 나노 솔라 셀(100)의 활성 층을 형성하는 공정으로서, 제1 도전형 반도체(21) 상에서 베리어 층(22a, barrier layer) 및 웰 층(22b, well layer)을 교대로 성장시켜 빛의 흡수를 위한 다중 양자우물 구조 층(22, multi quantum well layer)을 형성하는 단계이다. Referring to FIG. 6, the process of forming an active layer of a nanosolar cell 100 includes forming a barrier layer 22a and a well layer 22b on the first conductive semiconductor layer 21, Are alternately grown to form a multi quantum well layer 22 for absorption of light.

상기 베리어 층(22a)은, 예를 들어 GaN 으로 이루어질 수 있다. 상기 베리어 층(22a)은, Ga의 소스에 해당하는 TMGa(Trimethylgallium)과 N의 소스에 해당하는 NH3를 펄스(pulse) 방법에 따라 번갈아 공급하되, 대략 750℃ 내지 980℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 공급하는 저온 성장법에 의해 형성될 수 있다. The barrier layer 22a may be made of, for example, GaN. The barrier layer 22a is formed by alternately supplying TMGa (trimethylgallium) corresponding to the source of Ga and NH 3 corresponding to the source of N according to a pulse method at a temperature of approximately 750 ° C to 980 ° C, Lt; RTI ID = 0.0 > 760 torr. ≪ / RTI >

또한, 상기 웰 층(22b)은, 예를 들어 InGaN로 이루어질 수 있다. 상기 웰 층(22b)은, In의 소스에 해당하는 TMIn(Trimethylindium), Ga의 소스에 해당하는 TMGa 및 N의 소스인 NH3를 번갈아 공급하되, 대략 650℃ 내지 850℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 공급하는 저온 성장법에 의해 형성될 수 있다.The well layer 22b may be made of, for example, InGaN. The well layer 22b is formed by alternately supplying TMIn (Trimethylindium) corresponding to a source of In, TMGa corresponding to a source of Ga, and NH 3 as a source of N, and at a temperature of approximately 650 DEG C to 850 DEG C and a temperature of approximately 350 torr to 760 torr Lt; RTI ID = 0.0 > of < / RTI >

상기 다중 양자우물 구조 층(22)은, 낮은 속도의 케리어 가스와 높은 압력 조건 하에서 성장됨으로써 나노 와이어, 즉 제1 도전형 반도체(21)의 성장방향(이하, 축 방향이라 칭하기로 함)과 일치하는 c-plane 방향으로 성장(도 5 참조)하며, 제1 도전형 반도체(21) 상단으로부터 균일한 두께로 성장될 수 있다.The multi-quantum well structure layer 22 is grown under low pressure carrier gas and high pressure conditions, so that the nanowire, that is, the growth direction of the first conductivity type semiconductor 21 (hereinafter referred to as axial direction) (See FIG. 5), and may be grown to have a uniform thickness from the top of the first conductivity type semiconductor 21.

다음은, 도 7을 참조하여 나노 와이어의 축 방향으로 성장되는 다중 양자 우물구조 층(22) 내에 양자점(quantum dot)(Q)을 형성시키는 공정에 대해 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 7, a process of forming quantum dots Q in the multiple quantum well structure layer 22 grown in the axial direction of the nanowire will be described.

도 7은 다중 양자우물 구조 층 내에 양자점을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a process of forming quantum dots in the multiple quantum well structure layer.

도 7을 참조하면, 본 공정은 다중 양자우물 구조 층(22, multi quantum well layer)을 성장시키는 공정의 중간에, 예를 들어 InN 으로 이루어지는 양자점을 형성하는 단계이다.Referring to FIG. 7, the process is a step of forming a quantum dot made of, for example, InN in the middle of a process of growing a multi quantum well layer (22).

상기 양자점(Q)은 In의 소스에 해당하는 TMIn, 그리고 N의 소스에 해당하는 NH3를 펄스 방법에 따라 교대로 공급함으로써 형성될 수 있는데, 소스의 공급은 TMIn을 공급하는 동안에는 NH3의 공급을 중단하고, 반대로 NH3를 공급하는 동안에는 TMIn의 공급을 중단하는 방식(펄스 방식)으로 이루어질 수 있다. 이처럼, 소스를 번갈아 공급함으로써 박막 형태가 아닌 작은 드롭렛 형태의 양자점 형성을 유도할 수 있다.The quantum point Q may be formed by alternately supplying TMIn corresponding to the source of In and NH 3 corresponding to the source of N according to the pulse method. The supply of the source may include supplying NH 3 (Pulse method) in which supply of TMIn is stopped while NH 3 is supplied, on the contrary. Thus, by alternately supplying the source, it is possible to induce formation of a small droplet type quantum dot rather than a thin film form.

상기 양자점(Q) 형성을 위해 소스를 번갈아 주입할 때, 각 소스의 주입 시간은 대략 10초 내지 60초 이며, 성장 시의 온도 조건은 대략 650℃ 내지 850℃이고, 압력 조건은 대략 350torr 내지 760torr 범위일 수 있다. 여기서 케리어 가스의 속도는 낮게 설정되며, 소스의 주입 시간은 양자점(Q)의 크기에 영향을 미친다. When the sources are alternately injected for forming the quantum dots Q, the injection time of each source is approximately 10 seconds to 60 seconds, the growth temperature condition is approximately 650 DEG C to 850 DEG C, the pressure conditions are approximately 350 torr to 760 torr Lt; / RTI > Here, the velocity of the carrier gas is set to be low, and the injection time of the source affects the size of the quantum dot Q.

이처럼, 상기 다중 양자우물 구조 층(22)과 양자점(Q)의 형성 공정을 교대로 반복하는 경우 양자점(Q)이 나노 와이어의 축 방향으로 성장된 다중 양자우물 구조 층(22) 내에 형성되고, 그 크기와 분포는 온도와 성장 시간에 비례하여 증가하게 된다. 또한, 상기 양자점(Q)의 사이즈는 10nm 내지 200nm로 다양하게 형성될 수 있다.When the multi quantum well structure layer 22 and the quantum dot Q are alternately repeated, the quantum dot Q is formed in the multiple quantum well structure layer 22 grown in the axial direction of the nanowire, Its size and distribution increase in proportion to temperature and growth time. In addition, the size of the quantum dot Q may be varied from 10 nm to 200 nm.

한편, 상기 다중 양자우물 구조 층(20) 내에 양자점(Q)을 삽입하여 그 성장이 끝난 후에, 온도를 900℃ 내지 1000℃까지 올려 나노 와이어 구조체(20)의 측면에 불규칙하게 형성될 수 있는 양자점을 제거하는 공정을 더 거칠 수도 있다.After the growth of the quantum dots Q is completed by inserting the quantum dots Q into the multi quantum well structure layer 20, the temperature is raised to 900 to 1000 ° C., and the quantum dots QD, which can be irregularly formed on the sides of the nanowire structure 20, May be further roughened.

이와 같이 상기 다중 양자우물 구조 층(22) 내에 형성된 양자점(Q)은, 전자와 홀의 생성률을 더욱 높여줌으로써 광 흡수 효율을 더욱 높여줄 수 있다.As described above, the quantum dot Q formed in the multi quantum well structure layer 22 can further increase the light absorption efficiency by further increasing the generation rate of electrons and holes.

다음은, 도 8을 참조하여 나노 와이어 구조체(20)의 표면에 드롭렛 형태의 나노 메탈(N)을 형성시키는 공정에 대해 설명하기로 한다.Next, a process of forming a droplet-shaped nano-metal (N) on the surface of the nanowire structure 20 will be described with reference to FIG.

도 8은 다중 양자우물 구조 층 상에 나노 메탈을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.8 is a view showing a process of forming a nano-metal on the multi quantum well structure layer.

도 8을 참조하면, 본 공정은 다중 양자우물 구조 층(22)이 형성된 나노 와이어 구조체(20)의 표면에 전체적으로 드롭렛 형태의 나노 메탈(N)을 형성시키는 단계이다.Referring to FIG. 8, the process is a step of forming a droplet-shaped nano-metal (N) on the surface of the nanowire structure 20 on which the multiple quantum well structure layer 22 is formed.

상기 나노 메탈(N)로 사용될 수 있는 금속은 Ag, Ni, Au, Pt, Cu, Fe 등으로 다양하다. 이러한 나노 메탈(N)의 증착 방법으로는 물리적인 증착 방법인 이온 스퍼터링(Ion sputtering)이나 화학적 방법인 금속 콜로이드를 이용하는 방법 등이 이용될 수 있다.The metals that can be used as the nano-metal (N) include various metals such as Ag, Ni, Au, Pt, Cu, and Fe. As a method of depositing the nano metal (N), ion sputtering which is a physical vapor deposition method or a method using a metal colloid which is a chemical method can be used.

이온 스퍼터링을 이용하는 경우, 대략 2mA 내지 10mA의 전류로 10초 내지 90초 동안 증착을 수행함으로써 나노 메탈(N)의 사이즈를 조절할 수 있으며, 사이즈는 시간과 전류에 비례하여 증가하게 된다.When ion sputtering is used, the size of the nanometal (N) can be controlled by performing the deposition for about 10 to 90 seconds at a current of about 2 mA to 10 mA, and the size increases in proportion to the time and the current.

금속 콜로이드를 이용하는 경우, 나노 메탈(N)로 이용될 금속의 콜로이드를 다중 양자우물 구조 층(22) 상에 도포하거나 반대로 다중 양자우물 구조 층(22)이 형성된 나노 와이어 구조체(20)를 금속의 콜로이드에 담금으로써 표면에 나노 메탈(N)을 증착시킬 수 있다.When a metal colloid is used, a nanowire structure 20 in which a colloid of a metal to be used as a nano metal (N) is applied on the multiple quantum well structure layer 22 or, conversely, a multi quantum well structure layer 22 is formed, The nanomaterial (N) can be deposited on the surface by immersion in colloid.

이 때, 다양한 방법에 의해 증착된 나노 메탈(N)을 어닐링 함으로써 나노 드롭렛 형태로 만든다. 이 때의 어닐링 시간과 온도에 따라서 나노 메탈(N)의 크기와 인접한 나노 메탈(N) 사이의 거리가 결정된다(예를 들어, 대략 400℃ 내지 650℃ 에서 약 1분 내지 10분 동안 어닐링 할 수 있음). 이와 같은 공정을 통해 형성된 나노 메탈(N)의 사이즈는 대략 1nm 내지 30nm 범위로 다양하게 형성될 수 있다.At this time, the nano metal (N) deposited by various methods is annealed to form nano droplets. Depending on the annealing time and the temperature at this time, the size of the nanometal (N) and the distance between the adjacent nanometals (N) are determined (e.g., annealed for about 1 minute to 10 minutes at about 400 ° C to 650 ° C Lt; / RTI > The size of the nanometal (N) formed through such a process may be variously formed in the range of approximately 1 nm to 30 nm.

상기 나노 와이어 구조체(20)의 표면에 이와 같이 형성된 드롭렛 형태의 나노 메탈(N)은 표면 플라즈몬 효과(surface Plasmon effect)를 통해 광 흡수의 효율성을 더욱 높여줄 수 있다.The droplet-shaped nano-metal (N) formed on the surface of the nanowire structure 20 can further increase the light absorption efficiency through a surface plasmon effect.

다음은, 도 9를 참조하여 표면에 나노 메탈(N)이 형성된 다중 양자우물 구조 층(22) 상에 제2 도전형 반도체(23)를 성장시키는 공정에 대해서 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 9, a process of growing the second conductivity type semiconductor 23 on the multi-quantum well structure layer 22 in which the nano metal (N) is formed on the surface will be described.

도 9는 다중 양자우물 구조 층 상에서 제2 도전형 반도체를 성장시키는 공정을 나타내는 도면이다.9 is a view showing a process of growing a second conductivity type semiconductor on a multiple quantum well structure layer.

도 9를 참조하면, 본 공정은 다중 양자우물 구조 층(22)의 표면에 전체적으로, 예를 들어 p-타입의 GaN 로 이루어지는 제2 도전형 반도체(23)를 성장시키는 단계이다. 이처럼, 상기 제2 도전형 반도체(23)로서 P-타입 GaN을 이용하고자 하는 경우, 다중 양자우물 구조 층(22) 상에서 GaN 층을 성장시키는 동안에 Cp2Mg를 이용하여 Mg를 주입 할 수 있다.Referring to FIG. 9, the present step is a step of growing a second conductivity type semiconductor 23 made of, for example, p-type GaN as a whole on the surface of the multiple quantum well structure layer 22. In the case of using the P-type GaN as the second conductivity type semiconductor 23, Mg can be implanted using Cp 2 Mg while growing the GaN layer on the multiple quantum well structure layer 22.

상기 제2 도전형 반도체(23)를 이루는 P-타입 GaN 층은, Ga의 소스에 해당하는 TMGa 및 N의 소스에 해당하는 NH3를 동시에 주입함으로써 다중 양자우물 구조 층(22)의 상단으로부터 대략 10분 내지 60분의 시간 동안 성장될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체(23)의 성장은, 나노 와이어 구조체(20)의 길이 방향, 즉 도 9를 기준으로 볼 때 윗쪽 방향으로 일어나며, 이 때의 성장 온도는 대략 800℃ 내지 1000℃이고 압력은 대략 300torr 내지 760torr 범위로 설정될 수 있다.The P-type GaN layer constituting the second conductivity type semiconductor 23 is formed by injecting TMGa corresponding to the source of Ga and NH 3 corresponding to the source of N simultaneously, And can be grown for a time of 10 minutes to 60 minutes. The growth of the second conductivity type semiconductor 23 occurs in the longitudinal direction of the nanowire structure 20, that is, in the upward direction with reference to FIG. 9. The growth temperature at this time is about 800 ° C. to 1000 ° C., May be set in the range of approximately 300 torr to 760 torr.

한편, 도 10 및 도 11을 참조하면, 수직형 나노 와이어 형태를 갖는 제1 도전형 반도체(21)의 상단으로부터 축 방향으로 다중 양자우물 구조 층(22)을 성장시킴으로써 얻어진 구조체에 대한 TEM 분석 사진이 나타나 있다.10 and 11, TEM analysis photographs of a structure obtained by growing the multiple quantum well structure layer 22 in the axial direction from the top of the first conductivity type semiconductor 21 having a vertical nanowire shape .

다음은, 도 12를 참조하여 충진재(30), 투명 전극(40) 및 금속 콘텍트(50,60)를 형성하는 공정에 대해 설명하기로 한다.Next, the process of forming the filler 30, the transparent electrode 40, and the metal contacts 50 and 60 will be described with reference to FIG.

도 12는 충진재, 투명 전극 및 금속 콘텍트를 형성함으로써 도 1에 도시된 나노 솔라 셀을 완성하는 공정을 나타내는 도면이다.12 is a view showing a process of completing the nanosolar cell shown in FIG. 1 by forming a filler, a transparent electrode and a metal contact.

도 12를 참조하면, 본 공정은 기판(10) 상에 형성된 복수의 나노 와이어 구조체(20) 사이에 형성된 공간에 폴리이미드와 같은 수지로 이루어진 충진재(30)를 충진시키는 단계, 에칭을 통해 제2 도전형 반도체(23)가 충진재(30)의 외부로 노출되도록 하는 단계, 노출된 제2 도전형 반도체(23)에 투명 전극투명 전극(40)을 접합시키는 단계, 및 투명 전극(40)에는 제1 금속 콘텍트(50)를 접합시키고 기판(10)의 하면에는 제2 금속 콘텍트(60)를 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.12, the process includes the steps of filling a space formed between a plurality of nanowire structures 20 formed on a substrate 10 with a filler 30 made of a resin such as polyimide, A step of exposing the conductive semiconductor 23 to the outside of the filler 30, a step of bonding the transparent electrode transparent electrode 40 to the exposed second conductivity type semiconductor 23, 1 metal contact 50 and bonding the second metal contact 60 to the lower surface of the substrate 10. [

상기 투명 전극(40)으로는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 재질이 이용될 수 있으며, 이러한 투명 전극(40)은 충진재(30)를 통해 노출된 제2 도전형 반도체(23) 상에서 스퍼터링에 의해 성장될 수 있다. 또한, 상기 금속 콘택트(50,60)는, 예를 들어 Au 또는 Ni 재질로 이루어질 수 있다.The transparent electrode 40 may be made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide). The transparent electrode 40 may be formed on the second conductive semiconductor 23 exposed through the filler 30, Lt; / RTI > The metal contacts 50 and 60 may be made of, for example, Au or Ni.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 솔라 셀(100,200)는, 다중 양자우물 구조의 성장 방향을 나노 와이어의 축 방향인 c-plane 방향으로 적용함으로써 광 흡수를 위한 표면적이 증가되어 우수한 에너지 효율을 가질 수 있다. As described above, the nano-solar cell 100, 200 according to the present invention increases the surface area for light absorption by applying the growth direction of the multiple quantum well structure in the c-plane direction which is the axial direction of the nanowire, Lt; / RTI >

또한, 상기 나노 솔라 셀(100,200)는, 이러한 다중 양자우물 구조의 성장 방향을 채택함으로써 내부 양자효율이 증대되는 효과를 얻을 수 있고, 다중 양자우물 구조 내에 형성된 양자점을 구비함으로써 전자와 홀의 결합율을 더욱 높일 수 있을 뿐만 아니라, 나노 와이어 구조체의 표면에 형성된 나노 메탈을 구비함으로써 솔라 셀의 내부로 흡수되는 빛을 표면 플라즈몬 효과를 통해 더욱 효과적으로 전달함으로써 에너지 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.In addition, the nanosolar cells 100 and 200 can obtain the effect of increasing the internal quantum efficiency by adopting the growth direction of the multiple quantum well structure. By providing the quantum dots formed in the multiple quantum well structure, In addition, since the nano metal formed on the surface of the nanowire structure is provided, the energy absorbed by the inside of the solar cell is more effectively transmitted through the surface plasmon effect, thereby further enhancing energy efficiency.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.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 to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

100,200: 나노 솔라 셀
10: 기판 10a: 접촉 방지 층
20: 나노 와이어 구조체 21: 제1 도전형 반도체
22: 다중 양자우물 구조 층 22a: 베리어 층
22b: 웰 층 23: 제2 도전형 반도체
Q: 양자점 N: 나노 메탈
30: 충진재 40: 투명 전극
50: 제1 금속 콘텍트 60: 제2 금속 콘텍트100,200: Nanosolar cell
10: substrate 10a: contact prevention layer
20: nanowire structure 21: first conductive semiconductor
22: multiple quantum well structure layer 22a: barrier layer
22b: well layer 23: second conductivity type semiconductor
Q: Quantum dot N: Nano metal
30: filling material 40: transparent electrode
50: first metal contact 60: second metal contact

Claims (23)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판 상에 적어도 하나의 수직형 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 나노 솔라 셀의 제조방법에 있어서,
상기 수직형 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계는,
(a) 상기 기판 상에 수직형 나노와이어의 형태를 갖는 제1 도전형 반도체를 성장시키는 단계;
(b) 상기 제1 도전형 반도체의 축 방향으로 다중 양자우물 구조 층을 성장시키는 단계;
(c) 상기 다중 양자우물 구조 층 내에 드롭렛 형태의 양자점을 형성시키는 단계;
(d) 상기 다중 양자우물 구조 층 상에 드롭렛 형태의 나노 메탈을 형성시키는 단계; 및
(e) 상기 다중 양자우물 구조 층 및 나노 메탈 상에 제2 도전형 반도체를 성장시키는 단계를 포함하며,
상기 다중 양자우물 구조 층은 교호적으로 형성되는 베리어 층 및 웰 층을 포함하되 상기 베리어 층 및 웰 층을 이루는 화합물은 도핑이 되어 있지 않고,
상기 (b)단계는, (b1) 750℃ 내지 980℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 Ga의 소스인 TMGa와 N의 소스인 NH3를 번갈아 공급하여 GaN 베리어 층을 성장시키는 단계; 및 (b2) 650℃ 내지 850℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 In의 소스인 TMIn, Ga의 소스인 TMGa, 및 N의 소스인 NH3를 번갈아 공급하여 InGaN 웰 층을 성장시키는 단계를 포함하며,
상기 (c)단계는, 상기 (b)단계의 진행 중간에 650℃ 내지 850℃의 온도 및 350torr 내지 760torr의 압력 하에서 In의 소스인 TMIn, 및 N의 소스인 NH3를 공급하되, TMIn 을 공급하는 경우 NH3의 공급을 중단하고, NH3를 공급하는 경우에는 TMIn의 공급을 중단하는 방식으로 이루어지며,
상기 수직형 나노 와이어 구조체를 형성하는 단계는, 상기 양자점의 성장이 끝난 이 후에 온도를 900℃ 내지 1000℃ 까지 올려 나노 와이어 구조체의 측면에 형성되는 양자점을 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 솔라 셀의 제조방법.A method of fabricating a nanosolar cell, comprising: forming at least one vertical nanowire structure on a substrate,
Wherein forming the vertical nanowire structure comprises:
(a) growing a first conductivity type semiconductor having a shape of vertical nanowires on the substrate;
(b) growing a multiple quantum well structure layer in an axial direction of the first conductivity type semiconductor;
(c) forming a droplet-shaped quantum dot in the multiple quantum well structure layer;
(d) forming a droplet-shaped nano-metal on the multi-quantum well structure layer; And
(e) growing a second conductivity type semiconductor on the multi-quantum well structure layer and the nano metal,
Wherein the multiple quantum well structure layer includes a barrier layer and a well layer alternately formed, wherein the compound forming the barrier layer and the well layer is not doped,
Wherein the step (b) comprises the steps of: (b1) alternately supplying TMGa as a source of Ga and NH 3 as a source of N to form a GaN barrier layer at a temperature of 750 ° C to 980 ° C and a pressure of 350 torr to 760 torr; And (b2) alternately supplying TMIn as a source of In, TMGa as a source of Ga, and NH 3 as a source of N under a temperature of 650 to 850 DEG C and a pressure of 350 torr to 760 torr to grow an InGaN well layer In addition,
In step (c), TMIn as a source of In and NH 3 as a source of N are supplied at a temperature of 650 ° C. to 850 ° C. and a pressure of 350 torr to 760 torr in the middle of the step (b) The supply of NH 3 is stopped, and in the case of supplying NH 3 , the supply of TMIn is stopped.
The step of forming the vertical nanowire structure further includes a step of raising the temperature to 900 ° C. to 1000 ° C. after the growth of the quantum dots to remove the quantum dots formed on the sides of the nanowire structure Method of manufacturing nanosolar cell. 삭제delete 삭제delete 제16항에 있어서,
상기 (d)단계는,
상기 나노 와이어 구조체의 표면에 상기 나노 메탈을 증착시킨 후 어닐링 하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노 솔라 셀의 제조방법.17. The method of claim 16,
The step (d)
And annealing the nanomaterial after depositing the nanomaterial on the surface of the nanomolecule structure. 제16항에 있어서,
상기 (e)단계는,
800℃ 내지 1000℃의 온도 및 300torr 내지 760torr의 압력 하에서 Ga의 소스인 TMGa와 N의 소스인 NH3를 동시에 공급하여 상기 다중 양자우물 구조 층의 상단으로부터 P-타입 GaN 층을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 솔라 셀의 제조방법.17. The method of claim 16,
The step (e)
Growing a P-type GaN layer from the top of the multiple quantum well structure layer by simultaneously supplying TMGa as a source of Ga and NH 3 as a source of N under a temperature of 800 to 1000 ° C and a pressure of 300 torr to 760 torr; Wherein the method comprises the steps of: 제16항에 있어서,
상기 복수의 나노 와이어 구조체 사이에 형성된 공간에 수지 성분으로 이루어진 충진재를 충진시키는 단계; 및
상기 충진재의 상부를 통해 상기 제2 도전형 반도체가 노출되도록 상기 충진재를 에칭하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 솔라 셀의 제조방법.17. The method of claim 16,
Filling a space formed between the plurality of nanowire structures with a filler made of a resin component; And
And etching the filler material to expose the second conductive semiconductor through an upper portion of the filler. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI > 제16항에 있어서,
상기 제2 도전형 반도체에 투명 전극을 접합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 솔라 셀의 제조방법.17. The method of claim 16,
And bonding a transparent electrode to the second conductive type semiconductor. 제22항에 있어서,
상기 투명 전극에 제1 금속 콘택트를 접합시키는 단계; 및
상기 기판의 하면에 제2 금속 콘택트를 접합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 솔라 셀의 제조 방법.23. The method of claim 22,
Bonding a first metal contact to the transparent electrode; And
And bonding the second metal contact to the lower surface of the substrate.
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