KR101523742B1 - Solar cell using surface plasmon effect and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 태양 전지는 i) 기판, ii) 기판의 전면 위에 위치하고, 기판의 전면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 뻗은 복수의 나노 구조체들, iii) 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체의 표면 위에 위치한 금속나노입자, 및 iv) 하나 이상의 나노 구조체의 상단을 덮어서 접촉하는 투명 도전층을 포함한다. 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는, i) 제1 도핑 영역, 및 ii) 전면에 평행인 방향으로 제1 도핑 영역을 둘러싸는 제2 도핑 영역을 포함한다.The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. A solar cell comprises i) a substrate, ii) a plurality of nanostructures located on a front surface of the substrate and extending in a direction substantially perpendicular to the front side of the substrate, iii) a plurality of nanostructures located on the surface of the at least one of the plurality of nanostructures, Nanoparticles, and iv) a transparent conductive layer that covers and contacts the tops of one or more nanostructures. At least one of the plurality of nanostructures includes a second doped region surrounding the first doped region in a direction that i) is a first doped region, and ii) is parallel to the front surface.

태양 전지, 표면 플라스몬 효과, 나노 구조체, 금속나노입자 Solar cells, surface plasmon effects, nanostructures, metal nanoparticles

Description

표면 플라즈몬 효과를 이용한 태양 전지 및 그 제조 방법 {SOLAR CELL USING SURFACE PLASMON EFFECT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a solar cell using a surface plasmon effect,

본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본발명은 표면 플라스몬 효과를 이용하여 광전변환효율을 향상시킨 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency by using a surface plasmon effect and a method of manufacturing the same.

최근 들어 자원 고갈 및 자원 가격 상승으로 인해 청정 에너지의 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 청정 에너지로는 태양 에너지, 풍력 에너지, 조력 에너지 등을 그 예로 들 수 있다. 특히, 태양 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 태양 전지의 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.In recent years, research and development of clean energy has been actively carried out due to resource depletion and rising resource prices. Examples of clean energy include solar energy, wind energy, and tidal energy. In particular, research and development of solar cells have been continuously carried out in order to utilize solar energy efficiently.

태양 전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 태양 전지에 태양광을 비추면 태양 전지의 내부에서 전자 및 정공이 발생한다. 발생된 전자 및 정공은 태양 전지에 포함된 P극 및 N극으로 이동하고, P극 및 N극 사이에 전위치가 발생하여 전류가 흐른다.Solar cells are devices that convert solar light energy into electrical energy. When sunlight is irradiated on a solar cell, electrons and holes are generated inside the solar cell. The generated electrons and holes move to the P and N poles included in the solar cell, and all the positions are generated between the P and N poles, and the current flows.

표면 플라스몬 효과를 이용하여 광전변환효율을 향상시킨 태양 전지를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 태양 전지의 제조 방법을 제공하고자 한다.And to provide a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency by using a surface plasmon effect. The present invention also provides a method of manufacturing the above-described solar cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는, i) 기판, ii) 기판의 전면 위에 위치하고, 기판의 전면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 뻗은 복수의 나노 구조체들, iii) 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체의 표면 위에 위치한 금속나노입자, 및 iv) 하나 이상의 나노 구조체의 상단을 덮어서 접촉하는 투명 도전층을 포함한다. 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는, i) 제1 도핑 영역, 및 ii) 전면에 평행인 방향으로 제1 도핑 영역을 둘러싸는 제2 도핑 영역을 포함한다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes i) a substrate, ii) a plurality of nanostructures located on the front surface of the substrate and extending in a direction substantially perpendicular to the front surface of the substrate, iii) a plurality of nanostructures Metal nanoparticles positioned on the surface of the one or more nanostructures, and iv) a transparent conductive layer that covers and contacts the tops of the one or more nanostructures. At least one of the plurality of nanostructures includes a second doped region surrounding the first doped region in a direction that i) is a first doped region, and ii) is parallel to the front surface.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 복수의 나노 구조체들 사이에 충전된 유전체층을 더 포함하고, 투명 도전층은 유전체층 위에 위치할 수 있다. 금속나노입자는 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 금속나노입자의 직경은 20nm 내지 200nm일 수 있다. 유전체층은 산화아연(ZnO), 산화실리콘(SiO2) 및 PDMS(polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 사용할 수 있다.A solar cell according to an embodiment of the present invention may further include a dielectric layer filled between a plurality of nanostructures, and a transparent conductive layer may be disposed on the dielectric layer. The metal nanoparticles may include one or more metals selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), and nickel (Ni) The diameter of the metal nanoparticles may be between 20 nm and 200 nm. As the dielectric layer, one or more materials selected from the group consisting of zinc oxide (ZnO), silicon oxide (SiO 2 ), and PDMS (polydimethylsiloxane, polydimethylsiloxane) can be used.

기판의 배면에 후면 전계층(back surface field, BSF)이 위치할 수 있다. 제2 도핑 영역은 n형으로 도핑될 수 있다. 투명 도전층과 접촉하는 나노 구조체의 길이에 대한 유전체층과 접촉하는 나노 구조체의 길이의 비는 5 내지 20일 수 있다. 투명 도전층과 접촉하는 나노 구조체의 길이는 100nm 내지 5000nm일 수 있다. 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 및 실리콘게르마늄(SiGe)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.A back surface field (BSF) may be located on the backside of the substrate. The second doped region may be doped with n-type. The ratio of the length of the nanostructure in contact with the dielectric layer to the length of the nanostructure in contact with the transparent conductive layer may be from 5 to 20. The length of the nanostructure in contact with the transparent conductive layer may be 100 nm to 5000 nm. At least one of the plurality of nanostructures may include one or more materials selected from the group consisting of silicon (Si), germanium (Ge), and silicon germanium (SiGe).

본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, i) 기판을 제공하는 단계, ii) 기판의 전면 위에 기판의 판면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 뻗은 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계, iii) 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체의 표면 위에 금속나노입자를 제공하는 단계, 및 iv) 하나 이상의 나노 구조체의 상단을 덮어서 나노 구조체와 접촉하는 투명 도전층을 제공하는 단계를 포함한다. 기판의 전면 위에 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계는, i) 복수의 나노 구조체들에 제1 도핑 영역을 형성하는 단계, 및 ii) 전면에 평행인 방향으로 제1 도핑 영역을 둘러싸는 제2 도핑 영역을 복수의 나노 구조체들에 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes the steps of: i) providing a substrate; ii) providing a plurality of nanostructures extending in a direction substantially perpendicular to the plate surface of the substrate on a front surface of the substrate, iii) providing metal nanoparticles on the surface of at least one of the plurality of nanostructures, and iv) covering the top of the at least one nanostructure to provide a transparent conductive layer in contact with the nanostructure. The step of providing a plurality of nanostructures on the front surface of the substrate may include the steps of i) forming a first doped region in the plurality of nanostructures, and ii) forming a second doped region surrounding the first doped region in a direction parallel to the front side And forming a region on the plurality of nanostructures.

제1 도핑영역을 형성하는 단계는, 나노 구조체를 기판 위에서 성장시키면서 나노 구조체의 도핑 가스 소스로서 B2H6 + SiH4 또는 BOCl3 + SiCl4를 사용할 수 있다. 제1 도핑영역을 형성하는 단계는, 나노 구조체를 기판 위에서 성장시킨 후 붕소(B)를 나노 구조체에 코팅시켜 주입할 수 있다. 제2 도핑 영역을 형성하는 단계는, 나노 구조체를 열처리하면서 인(P)을 제1 도핑영역이 형성된 나노 구조체에 주 입시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 붕소(B)를 주입하여 기판의 배면 위에 후면 전계층을 제공하는 단계를 더 포함하고, 후면 전계층을 제공하는 단계는 제2 도핑 영역을 형성하는 단계와 동시에 이루어질 수 있다. 제2 도핑영역을 형성하는 단계는 인이 주입된 나노 구조체를 플라스마 이온 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of forming the first doped region may use B 2 H 6 + SiH 4 or BOCl 3 + SiCl 4 as a doping gas source of the nanostructure while growing the nanostructure on the substrate. The step of forming the first doped region may include implanting boron (B) on the nanostructure by growing the nanostructure on the substrate. The step of forming the second doped region may include the step of implanting phosphorus (P) into the nanostructure formed with the first doped region while heat-treating the nanostructure. The method of fabricating a solar cell according to an embodiment of the present invention further comprises the step of injecting boron (B) to provide a back front layer on the back side of the substrate, wherein providing the back front layer comprises: Can be performed simultaneously with the forming step. The step of forming the second doped region may further include the step of doping the phosphorus-doped nanostructure with a plasma ion.

금속나노입자를 제공하는 단계는, 나노 구조체를 도금욕에 담지하여 나노 구조체의 표면 위에 금속나노입자를 제공할 수 있다. 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계는, 나노 구조체를 기판 위에서 성장시키면서 나노 구조체의 도핑 가스 소스로서 B2H6 + SiH4 또는 BOCl3 + SiCl4를 사용할 수 있다.In the step of providing the metal nanoparticles, the nanostructure may be supported on the plating bath to provide the metal nanoparticles on the surface of the nanostructure. Providing the plurality of nanostructures may use B 2 H 6 + SiH 4 or BOCl 3 + SiCl 4 as the doping gas source for the nanostructure while growing the nanostructure on the substrate.

복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계는, 기판을 에칭하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 투명 도전층을 제공하는 단계 전에 복수의 나노 구조체들 사이를 채우는 유전체층을 제공하는 단계를 더 포함하고, 투명 도전층을 제공하는 단계에서 투명 도전층은 유전체층을 덮어서 제공될 수 있다.Providing the plurality of nanostructures may be accomplished by etching the substrate. The method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention may further include the step of providing a dielectric layer between the plurality of nanostructures before the step of providing the transparent conductive layer, A layer may be provided covering the dielectric layer.

표면 플라즈몬 효과를 이용하여 태양 전지의 광전변환효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 소형화한 태양 전지로부터 큰 전력 에너지를 얻을 수 있다.The photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be improved by using the surface plasmon effect. Therefore, a large power energy can be obtained from a miniaturized solar cell.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부 분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.If a part is referred to as being "on" another part, it may be directly on the other part or it may be accompanied by another part. In contrast, when referring to a portion as being "on" another portion, there is no other portion involved.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second and third, etc. are used to describe various portions, components, regions, layers and / or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish any moiety, element, region, layer or section from another moiety, moiety, region, layer or section. Thus, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating relative space such as "below "," above ", and the like may be used to more easily describe the relationship to other portions of a portion shown in the figures. These terms are intended to include other meanings or acts of the apparatus in use, as well as intended meanings in the drawings. For example, when inverting a device in the figures, certain parts that are described as being "below" other parts are described as being "above " other parts. Thus, an exemplary term "below" includes both up and down directions. The device can rotate at 90 degrees or another angle, and the term indicating the relative space is interpreted accordingly.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

사시도와 단면도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 예를 들면, 편평하다고 도시되거나 설명된 영역은 일반적으로 거칠거나 거칠고 비선형인 특성을 가질 수 있다. 또한, 날카로운 각도를 가지는 것으로 도시된 부분은 라운드질 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.The embodiments of the present invention described with reference to the perspective and sectional views illustrate an ideal embodiment of the present invention. As a result, various variations of the illustration, for example variations in the manufacturing method and / or specification, are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture. For example, the regions shown or described as being flat may have characteristics that are generally coarse, coarse, and nonlinear. Also, the portion shown as having a sharp angle may be rounded. Thus, the regions shown in the figures are merely approximate, and their shapes are not intended to depict the exact shape of the regions, nor are they intended to limit the scope of the present invention.

명세서에 기재된 "나노"라는 용어는 나노 스케일을 의미하며, 마이크로 단위를 포함할 수도 있다. 또한, 명세서에 기재된 "나노 구조체"라는 용어는 나노 막대, 나노 튜브, 나노벽 및 나노 와이어 등 모든 구조를 포함한 나노 스케일의 객체 를 의미한다.The term "nano" in the specification refers to nanoscale and may include microunits. In addition, the term "nanostructure" as used in the specification means nanoscale objects including nanostructures, nanotubes, nanowalls, and nanowires including all structures.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지(100)의 개략적인 단면도이다. 도 1의 태양 전지(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell 100 according to a first embodiment of the present invention. The structure of the solar cell 100 of FIG. 1 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the structure of the solar cell 100 can be modified in other forms.

도 1에 도시한 바와 같이, 태양 전지(100)는 기판(10), 나노 구조체들(20), 금속나노입자(30) 및 투명 도전층(40)을 포함한다. 이외에, 태양 전지(100)는 기타 필요한 소자들을 더 포함할 수 있다. 촉매(50)는 나노 구조체(20)를 기판(10) 위에서 성장시키기 위하여 사용한다. 반면에, 촉매(50)를 사용하지 않고 나노 구조체(20)를 제조할 수도 있다.1, a solar cell 100 includes a substrate 10, nanostructures 20, metal nanoparticles 30, and a transparent conductive layer 40. In addition, the solar cell 100 may further include other necessary elements. The catalyst 50 is used to grow the nanostructure 20 on the substrate 10. On the other hand, the nanostructure 20 can be produced without using the catalyst 50. [

기판(10) 위에 마스크층(미도시)을 덮어서 복수의 나노 구조체들(20)을 선택 성장시킬 수 있다. 따라서 복수의 나노 구조체들(20)이 기판(10)의 전면(101) 위에 위치한다.A plurality of nanostructures 20 can be selectively grown by covering a mask layer (not shown) on the substrate 10. [ Accordingly, the plurality of nanostructures 20 are located on the front surface 101 of the substrate 10.

도 1에는 나노 막대 형상의 나노 구조체들(20)을 도시하였지만 이와 다른 형상으로 나노 구조체들(20)을 제조할 수도 있다. 복수의 나노 구조체들(20)은 기판(10)의 전면(101)에 대하여 실질적으로 수직인 방향, 즉 z축 방향을 향하여 뻗어 있다. 따라서 복수의 나노 구조체들(20)은 태양광을 잘 흡수할 수 있다.Although FIG. 1 shows nanostructures 20 in the form of nanorods, nanostructures 20 may be fabricated in different shapes. The plurality of nanostructures 20 extend in a direction substantially perpendicular to the front surface 101 of the substrate 10, that is, toward the z-axis direction. Therefore, the plurality of nanostructures 20 can absorb sunlight well.

나노 구조체(20)의 소재로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe) 등을 사용할 수 있다. 이러한 소재를 사용함으로써 나노 구조체(20)에 도핑영역을 형성할 수 있다.As the material of the nanostructure 20, silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), or the like can be used. By using such a material, a doped region can be formed in the nanostructure 20.

도 1에 도시한 바와 같이, 나노 구조체(20)는 제1 도핑 영역(201) 및 제2 도핑 영역(203)을 포함한다. 제2 도핑 영역(203)은 제1 도핑 영역(201)을 둘러싼다. 특히, 제2 도핑 영역(203)은 기판(10)의 전면(101)에 평행인 방향, 즉 xy 평면 방향을 따라 제1 도핑 영역(201)을 둘러싼다. 여기서, 제1 도핑 영역(201)은 n형으로 형성하고, 제2 도핑 영역(203)은 p형으로 형성할 수 있다. 따라서 입사된 태양광에 의해 제1 도핑 영역(201)에 전자가 결합되고, 제2 도핑 영역(203)에 정공이 결합되면 기전력이 발생한다.As shown in FIG. 1, the nanostructure 20 includes a first doped region 201 and a second doped region 203. A second doped region (203) surrounds the first doped region (201). In particular, the second doped region 203 surrounds the first doped region 201 in a direction parallel to the front face 101 of the substrate 10, that is, along the xy plane direction. Here, the first doped region 201 may be formed as an n-type, and the second doped region 203 may be formed as a p-type. Accordingly, electrons are coupled to the first doped region 201 by the incident sunlight, and electromotive force is generated when the holes are coupled to the second doped region 203.

도 1에 도시한 바와 같이, 금속나노입자(30)는 나노 구조체(20)의 표면 위에 위치한다. 반구 형상을 가지는 금속나노입자(30)는 나노 구조체(20)의 표면에 부착되어 표면 플라즈몬 효과를 유도한다. 플라즈몬은 금속내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자로서, 금속나노입자(30)의 표면에 부분적으로 존재한다.As shown in FIG. 1, the metal nanoparticles 30 are located on the surface of the nanostructure 20. The hemispherical metal nanoparticles 30 adhere to the surface of the nanostructure 20 to induce a surface plasmon effect. Plasmon is a similar particle in which free electrons in the metal collectively vibrate, and is partially present on the surface of the metal nanoparticles 30. [

금속나노입자(30)를 이용한 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 가시광선 영역의 높은 투과율을 구현할 수 있다. 따라서 태양 전지(100)의 광흡수율을 크게 증진시킬 수 있다. 예를 들면, 금속나노입자(30)의 소재로는 표면 플라즈몬 효과가 우수한 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 이러한 금속나노입자(30)의 소재는 표면 플라즈몬 효과가 우수하므로, 태양 전지(100)에 사용하기에 적합하다.A high transmittance in the visible light region can be realized by using the surface plasmon effect using the metal nano-particles 30. Therefore, the light absorptance of the solar cell 100 can be greatly increased. For example, silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or alloys thereof excellent in surface plasmon effect can be used as the material of the metal nanoparticles have. The material of the metal nanoparticles 30 is suitable for use in the solar cell 100 because of its excellent surface plasmon effect.

반구 형상의 금속나노입자(30)의 직경은 20nm 내지 200nm일 수 있다. 금속나노입자(30)의 직경이 너무 작은 경우, 그 표면적이 작아서 표면 플라즈몬 효과가 잘 발생하지 않는다. 또한, 금속나노입자(30)의 직경이 너무 큰 경우, 나노 구조 체(20) 위에 금속나노입자(30)를 형성하기 위한 제조 시간이 너무 길어진다.The hemispherical metal nanoparticles 30 may have a diameter of 20 nm to 200 nm. When the diameter of the metal nanoparticles 30 is too small, the surface area thereof is small and the surface plasmon effect does not occur well. Also, when the diameter of the metal nanoparticles 30 is too large, the manufacturing time for forming the metal nanoparticles 30 on the nanostructures 20 becomes too long.

도 1에 도시한 바와 같이, 투명 도전층(transparent conductive oxide, TCO)(40)은 나노 구조체(20)의 상단을 덮어서 나노 구조체(20)와 접촉한다. 태양광은 투명 도전층(40)을 투과하여 복수의 나노 구조체들(20)에 잘 입사된다. 따라서 태양 전지(100)의 광흡수율이 증대될 수 있다. 투명 도전층(40) 위에는 컨택층(미도시)을 형성하여 전력 공급이 필요한 수동 소자와 연결할 수 있다.1, a transparent conductive oxide (TCO) 40 covers the top of the nanostructure 20 and contacts the nanostructure 20. The sunlight penetrates the transparent conductive layer 40 and is incident on the plurality of nanostructures 20 well. Therefore, the light absorptance of the solar cell 100 can be increased. A contact layer (not shown) may be formed on the transparent conductive layer 40 to connect to a passive element requiring power supply.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지(200)의 개략적인 단면도이다. 도 2의 태양 전지(200)의 구조는 도 1의 태양 전지(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell 200 according to a second embodiment of the present invention. Since the structure of the solar cell 200 of FIG. 2 is similar to that of the solar cell 100 of FIG. 1, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

도 2에 도시한 바와 같이, 태양 전지(200)는 유전체층(60)을 더 포함한다. 금속나노입자(30)는 유전체층(60)과 접촉하여 표면 플라즈몬 효과를 더욱 극대화할 수 있다. 따라서 태양 전지(200)의 광흡수율이 더욱 증대된다. 예를 들면, 유전체층(60)의 소재로는 산화아연(ZnO), 산화실리콘(SiO2), PDMS(polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 2, the solar cell 200 further includes a dielectric layer 60. The metal nanoparticles 30 can be brought into contact with the dielectric layer 60 to further maximize the surface plasmon effect. Therefore, the light absorption rate of the solar cell 200 is further increased. For example, as the material of the dielectric layer 60, zinc oxide (ZnO), silicon oxide (SiO 2 ), PDMS (polydimethylsiloxane, polydimethylsiloxane) or a mixture thereof can be used.

한편, 투명 도전층(40)은 유전체층(60) 위에 위치한다. 투명 도전층(40)이 유전체층(60) 위에 위치하므로, 투명 도전층(40)을 통해 태양광을 투과시켜 나노 구조체(20)에 효율적으로 태양광을 전달할 수 있다. On the other hand, the transparent conductive layer 40 is located on the dielectric layer 60. Since the transparent conductive layer 40 is disposed on the dielectric layer 60, solar light can be transmitted through the transparent conductive layer 40 to efficiently transmit sunlight to the nanostructure 20.

도 2에 도시한 바와 같이, 투명 도전층(40)과 접촉하는 나노 구조체(20)의 길이(L1)와 유전체층(60)과 접촉하는 나노 구조체(20)의 길이(L2) 사이에는 일정한 관계가 성립한다. 즉, 나노 구조체(20)의 길이(L1)에 대한 나노 구조체(20)의 길이(L2)의 비는 5 내지 20일 수 있다. 나노 구조체(20)의 길이(L1)에 대한 나노 구조체(20)의 길이(L2)의 비가 너무 작은 경우, 투명 도전층(40)의 소재를 많이 사용해야 하므로, 태양 전지(200)의 제조 비용이 증가한다. 또한, 나노 구조체(20)의 길이(L1)에 대한 나노 구조체(20)의 길이(L2)의 비가 너무 큰 경우, 유전체층(60)이 나노 구조체(20)의 대부분의 표면과 접촉하여 태양 전지(200)의 광흡수율이 저하된다. 2, there is a constant relationship between the length L1 of the nanostructure 20 in contact with the transparent conductive layer 40 and the length L2 of the nanostructure 20 in contact with the dielectric layer 60 Respectively. That is, the ratio of the length L2 of the nanostructure 20 to the length L1 of the nanostructure 20 may be 5-20. If the ratio of the length L2 of the nanostructure 20 to the length L1 of the nanostructure 20 is too small, the material of the transparent conductive layer 40 must be used in a large amount, . When the ratio of the length L2 of the nanostructure 20 to the length L1 of the nanostructure 20 is too large, the dielectric layer 60 is in contact with most surfaces of the nanostructure 20, 200 is lowered.

좀더 구체적으로, 나노 구조체(20)의 길이(L1)는 100nm 내지 5000nm일 수 있다. 나노 구조체(20)의 길이(L1)가 너무 작은 경우, 태양 전지(200)의 광전변환효율이 저하된다. 또한, 나노 구조체(20)의 길이(L1)가 너무 큰 경우, 나노 구조체(20)의 지지 구조가 약해져서 나노 구조체(20)가 쓰러질 가능성이 있다.More specifically, the length L1 of the nanostructure 20 may be 100 nm to 5000 nm. When the length L1 of the nanostructure 20 is too small, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 200 is lowered. If the length L1 of the nanostructure 20 is too large, the supporting structure of the nanostructure 20 may be weakened and the nanostructure 20 may collapse.

도 2에 도시한 바와 같이, 기판(10)의 배면(103)에는 후면 전계층(70)이 위치한다. 후면 전계층(70)은 p형 도핑된 기판(10)보다 더 높은 농도로 p형 도핑되므로, 정공의 이송 효율을 높여서 태양 전지(200)의 광전 변환 효율을 더욱 증대시킨다. 후면 전계층(70)의 하부에는 컨택층(80)이 위치하여 외부의 수동 소자(미도시, 이하 동일)와 연결되므로, 수동 소자에 전력을 공급하여 수동 소자를 구동시킬 수 있다.As shown in FIG. 2, a rear front layer 70 is located on the backside 103 of the substrate 10. Since the rear front layer 70 is p-type doped at a higher concentration than the p-type doped substrate 10, the efficiency of transporting holes is increased to further increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 200. Since the contact layer 80 is positioned below the rear front layer 70 and is connected to an external passive element (not shown), power can be supplied to the passive element to drive the passive element.

도 3은 도 2의 태양 전지(200)의 제조 공정의 순서도를 개략적으로 나타내고, 도 4 내지 도 12는 도 3의 태양 전지(200)의 제조 공정 중 각 단계들을 개략적 으로 나타낸다. 이하에서는 도 3과 함께 도 4 내지 도 12를 참조하여 태양 전지(200)의 제조 공정을 순서대로 설명한다.Fig. 3 schematically shows a flow chart of the manufacturing process of the solar cell 200 of Fig. 2, and Figs. 4 to 12 schematically show the respective steps of the manufacturing process of the solar cell 200 of Fig. Hereinafter, the manufacturing process of the solar cell 200 will be described in order with reference to FIG. 3 and FIG. 4 to FIG.

먼저, 도 3의 단계(S10)에서는 챔버(미도시)내에 기판(10)(도 4에 도시)을 제공한다. 예를 들면, 도 4의 기판(10)의 소재로는 실리콘을 사용할 수 있다.First, in step S10 of FIG. 3, a substrate 10 (shown in FIG. 4) is provided in a chamber (not shown). For example, silicon can be used as the material of the substrate 10 in Fig.

다음으로, 도 3의 단계(S20)에서는 기판(10)(도 5에 도시)의 전면(101) 위에 복수의 나노 구조체들(20)(도 6에 도시)을 제공한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 마스크층을 사용하지 않고 기판(10)의 전면(101)에 촉매들(50)을 위치시킨다. 이와는 달리, 기판(10)을 마스크층(미도시, 이하 동일)으로 씌운 후, 마스크층을 패터닝하여 마스크층에 복수의 개구부들을 형성할 수도 있다. 그리고 복수의 개구부들에 촉매를 위치시킬 수 있다.Next, in step S20 of FIG. 3, a plurality of nanostructures 20 (shown in FIG. 6) are provided on the front surface 101 of the substrate 10 (shown in FIG. 5). As shown in FIG. 5, the catalysts 50 are placed on the front surface 101 of the substrate 10 without using a mask layer. Alternatively, a plurality of openings may be formed in the mask layer by patterning the mask layer after covering the substrate 10 with a mask layer (not shown). And the catalyst can be placed in the plurality of openings.

촉매(50)의 소재로는 백금 등을 사용할 수 있다. 챔버(미도시)내에는 반응 전구체를 주입한다. 따라서 도 5에 화살표로 도시한 바와 같이, 반응 전구체가 촉매(50) 아래에 위치한 기판(10) 위에 작용하여 도 6의 나노 구조체(20)를 제공한다. 복수의 나노 구조체들(20)의 상단에는 촉매(50)가 위치한다.As the material of the catalyst 50, platinum or the like can be used. A reaction precursor is injected into the chamber (not shown). Thus, as shown by the arrow in FIG. 5, a reaction precursor acts on the substrate 10 located below the catalyst 50 to provide the nanostructure 20 of FIG. The catalyst 50 is located on the top of the plurality of nanostructures 20.

이와는 달리, 기판(10) 위에 마스크층(미도시, 이하 동일)을 씌운 후, 마스크층을 패터닝하여 형성된 복수의 개구부들 각각에 은입자를 배치시킬 수 있다. 다음으로, 기판(10)을 에칭 용액에 담지하여 기판(10)을 에칭한다. 이 경우, 은입자가 배치된 부분만 에칭되므로, 복수의 나노 구조체들(20)을 제조할 수 있다.Alternatively, a silver layer may be disposed on each of the plurality of openings formed by patterning the mask layer after covering the substrate 10 with a mask layer (not shown). Next, the substrate 10 is etched by supporting the substrate 10 on the etching solution. In this case, since only the portion where silver particles are disposed is etched, a plurality of nanostructures 20 can be manufactured.

다음으로, 도 3의 단계(S30)에서는 나노 구조체(20)에 도핑 영역들을 형성한다. 좀더 구체적으로, 단계(S30)에서는 나노 구조체(20)에 제1 도핑 영역(201)을 형성한 후, 도 7의 기판(10)의 전면(101)에 평행인 방향으로 제1 도핑 영역(201)을 둘러싸는 제2 도핑 영역(203)(도 8에 도시)을 형성할 수 있다.Next, in step S30 of FIG. 3, doped regions are formed in the nanostructure 20. FIG. The first doped region 201 is formed in the nanostructure 20 in a direction parallel to the front surface 101 of the substrate 10 in FIG. A second doped region 203 (shown in FIG. 8) may be formed.

도 7에 도시한 바와 같이, 제1 도핑 영역(201)을 형성하기 위해서 기판(10) 위에서 성장시킨 나노 구조체(20)에 붕소를 코팅시켜 주입할 수 있다. 이 경우, 나노 구조체(20)의 표면에 코팅된 붕소가 열에 의해 나노 구조체(20)의 내부로 확산되면서 나노 구조체(20)가 전부 제1 도핑 영역(201)으로 바뀐다. 따라서 제1 도핑 영역(201)으로 균일하게 도핑된 나노 구조체(20)를 제조할 수 있다.As shown in FIG. 7, boron may be coated on the nanostructure 20 grown on the substrate 10 to form the first doped region 201. In this case, the boron coated on the surface of the nanostructure 20 is diffused into the nanostructure 20 by heat, and the nanostructure 20 is entirely changed into the first doped region 201. Thus, the uniformly doped nanostructure 20 can be fabricated in the first doped region 201.

한편, 전술한 공정과는 달리 나노 구조체(20)를 기판(10) 위에서 성장시키면서 나노 구조체(20)에 제1 도핑 영역(201)을 형성할 수도 있다. 즉, 나노 구조체(20)를 기판(10) 위에서 성장시키면서 챔버(미도시)내에 나노 구조체(20)의 도핑 가스로서 B2H6 + SiH4 또는 BOCl3 + SiCl4를 사용한다. 이러한 분위기 가스를 이용하여 붕소(B)로 도핑하여 제1 도핑 영역(201)을 형성한 나노 구조체(20)를 제조할 수 있다.The first doped region 201 may be formed on the nanostructure 20 while the nanostructure 20 is grown on the substrate 10, unlike the process described above. That is, B 2 H 6 + SiH 4 or BOCl 3 + SiCl 4 is used as a doping gas for the nanostructure 20 in a chamber (not shown) while the nanostructure 20 is grown on the substrate 10. The nano structure 20 in which the first doped region 201 is formed by doping with boron (B) using the atmospheric gas can be produced.

다음으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 도핑 영역(201)에 인(P)을 주입시킨다. 즉, 제1 도핑 영역(201)의 표면에 인을 코팅한 후에 제1 도핑 영역(201)을 열처리하는 경우, 인이 제1 도핑 영역(201)의 내부로 확산되면서 주입된다. 그리고 인이 주입된 제1 도핑 영역(201)을 플라스마 이온 도핑(plasma ion doping, PID)하여 나노 구조체(20)에 제2 도핑 영역(203)을 형성한다. 그 결과, 제1 도핑 영역(201)의 외부 영역이 제2 도핑 영역(203)으로 전환되면서 제2 도핑 영역(203) 이 제1 도핑 영역(201)을 둘러싼다. 한편, 제1 도핑 영역(201)이 제2 도핑 영역(203)으로 완전히 치환되는 현상을 방지하기 위하여 제2 도핑 영역(203) 형성을 위한 열처리 시간을 제1 도핑 영역(201) 형성을 위한 열처리 시간보다 짧게 유지한다.Next, phosphorus (P) is implanted into the first doped region 201 as shown in FIG. That is, when phosphorus is coated on the surface of the first doped region 201 and then the first doped region 201 is annealed, phosphorus is diffused into the first doped region 201 and implanted. The second doped region 203 is formed in the nanostructure 20 by performing plasma ion doping (PID) on the first doped region 201 doped with phosphorus. As a result, the second doped region 203 surrounds the first doped region 201 while the outer region of the first doped region 201 is switched to the second doped region 203. In order to prevent the first doped region 201 from being completely replaced with the second doped region 203, the heat treatment time for forming the second doped region 203 may be changed by a heat treatment for forming the first doped region 201 Keep it shorter than time.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 도핑 영역(203)을 형성하는 동시에 기판(10)의 배면(103)에는 후면 전계층(70)을 제공할 수 있다. 즉, 후면 전계층(70)을 형성하기 위하여 더미 기판(12) 위에 붕소 타켓(72)을 준비한 후, 스퍼터링을 통하여 기판(10)의 배면(103)에 후면 전계층(70)을 형성한다. 그 결과, 후면 전계층(70)을 제2 도핑 영역(203)과 함께 형성할 수 있으므로, 태양 전지(200)의 제조 공정 시간이 단축된다. 필요한 경우, 후면 전계층(70)의 아래에는 금속으로 된 컨택층(80)(도 9에 도시)을 증착할 수도 있다.8, the backside layer 70 may be provided on the backside 103 of the substrate 10 while the second doped region 203 is formed. That is, a boron target 72 is prepared on the dummy substrate 12 to form the rear front layer 70, and then the rear front layer 70 is formed on the rear surface 103 of the substrate 10 by sputtering. As a result, since the back front layer 70 can be formed together with the second doped region 203, the manufacturing process time of the solar cell 200 is shortened. If desired, a metal contact layer 80 (shown in FIG. 9) may be deposited under the back front layer 70.

다음으로, 도 3의 단계(S40)에서는 나노 구조체(20)의 표면 위에 금속나노입자(30)를 제공한다. 즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 챔버(미도시) 내에서 나노 구조체(20)의 표면 위에 은(Ag) 등의 타겟 소스를 이용하여 금속나노입자(30)를 증착시킨다.Next, in step S40 of FIG. 3, the metal nanoparticles 30 are provided on the surface of the nanostructure 20. That is, as shown in FIG. 9, the metal nanoparticles 30 are deposited on the surface of the nanostructure 20 in a chamber (not shown) using a target source such as silver (Ag).

이와는 달리, 나노 구조체(20)를 금속 도금액이 담긴 도금욕(미도시)에 담지함으로써 나노 구조체(20)의 표면 위에 금속나노입자(30)를 제공할 수 있다. 금속나노입자(30)는 무전해 도금법에 의해 나노 구조체(20)의 표면 위에 부착된다. 나노 구조체(20)를 건조하면, 금속나노입자(30)는 나노 구조체(20)의 표면 위에 반구 형상으로 부착된다.Alternatively, the metal nanoparticles 30 may be provided on the surface of the nanostructure 20 by supporting the nanostructure 20 on a plating bath (not shown) containing a metal plating solution. The metal nanoparticles 30 are attached to the surface of the nanostructure 20 by electroless plating. When the nanostructure 20 is dried, the metal nanoparticles 30 adhere to the surface of the nanostructure 20 in a hemispherical shape.

그리고 도 3의 단계(S50)에서는 복수의 나노 구조체들(20) 사이를 채우는 유전체층(60)을 제공한다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 유전체층(60)은 스핀 코팅 등의 방법을 이용하여 복수의 나노 구조체들(20) 사이에 형성될 수 있다. 한편, 유전체층(60)을 사용하지 않고, 투명 도전층(40)(도 1에 도시)만을 복수의 나노 구조체들(20) 사이에 형성할 수도 있다. 이 경우, 도 3의 단계(S50)는 생략할 수 있다.In step S50 of FIG. 3, a dielectric layer 60 filling between the plurality of nanostructures 20 is provided. That is, as shown in FIG. 10, the dielectric layer 60 can be formed between the plurality of nanostructures 20 by a method such as spin coating. On the other hand, only the transparent conductive layer 40 (shown in Fig. 1) may be formed between the plurality of nanostructures 20 without using the dielectric layer 60. [ In this case, step S50 of FIG. 3 may be omitted.

다음으로, 도 3의 단계(S60)에서는 나노 구조체(20)의 상단을 덮는 투명 도전층(40)을 제공한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 스핀 코팅 등의 방법을 통하여 투명 도전층(40)은 유전체층(60)을 덮어서 제공된다. 그 결과, 나노 구조체(20)의 상단은 투명 도전층(40)으로 덮인다. 전술한 방법을 통하여 태양 전지(200)를 제공할 수 있다. 투명 도전층(40)의 소재로는 비정질 실리콘 또는 산화아연(ZnO) 등을 사용할 수 있다.Next, in step S60 of FIG. 3, a transparent conductive layer 40 covering the top of the nanostructure 20 is provided. As shown in Fig. 11, the transparent conductive layer 40 is provided covering the dielectric layer 60 through a method such as spin coating. As a result, the upper end of the nanostructure 20 is covered with the transparent conductive layer 40. The solar cell 200 can be provided through the above-described method. As the material of the transparent conductive layer 40, amorphous silicon, zinc oxide (ZnO), or the like can be used.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 본발명의 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples. These experimental examples of the present invention are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실험예Experimental Example

전술한 본 발명의 실시예 2에 따른 태양 전지의 제조 방법과 동일한 방법을 이용하여 태양 전지를 제조하였다. 특히, 니켈 금속을 무전해 도금하여 나노 구조체의 표면에 증착하였다. 무전해 도금을 위하여 1M의 NiSO4 + 0.5M의 NH4F + 0.2M의 구연산나트륨을 포함하는 도금욕을 준비하고, 그 온도를 30℃ 내지 100℃로 유 지하였다. 태양 전지의 제조 방법의 세부적인 기타 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.A solar cell was manufactured using the same method as that of the solar cell according to Example 2 of the present invention. In particular, nickel metal was electroless plated and deposited on the surface of the nanostructure. For electroless plating, a plating bath containing 1M of NiSO4 + 0.5M of NH4F + 0.2M of sodium citrate was prepared, and the temperature was maintained at 30 to 100 占 폚. Other details of the manufacturing method of the solar cell can be easily understood by those having ordinary skill in the art, so that detailed description thereof will be omitted.

도 12는 본 발명의 실험예에 따라 제조한 태양 전지에 포함된 나노 구조체들의 주사전자현미경 사진이다.12 is a scanning electron microscope (SEM) image of nanostructures included in a solar cell manufactured according to an experimental example of the present invention.

도 12에 도시한 바와 같이, 약 6㎛의 직경을 가지는 나노 구조체들이 기판 위에 기판의 전면에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 성장한 것을 관찰할 수 있었다. 즉, 나노 구조체들의 상단에 위치한 촉매를 이용하여 기판 위에 나노 구조체들을 성장시켰다.As shown in Fig. 12, it was observed that nanostructures having a diameter of about 6 mu m were grown on the substrate in a direction substantially perpendicular to the front surface of the substrate. That is, nanostructures were grown on a substrate using a catalyst located at the top of the nanostructures.

도 13은 도 12의 나노 구조체를 확대한 주사전자현미경 사진이다.13 is a scanning electron microscope (SEM) image of the nanostructure of FIG. 12 enlarged.

도 13에 도시한 바와 같이, 나노 구조체의 표면에 은나노입자가 위치하는 것을 관찰할 수 있었다. 즉, 100nm 정도의 직경을 가지는 은나노입자를 나노 구조체의 측면에 증착시킬 수 있었다. 그 결과, 태양 전지에 태양광이 입사는 경우, 표면 플라즈몬 효과에 의해 나노 구조체의 광흡수율이 향상되었다. 이는 은나노입자가 전자를 가둬서 공명시키는 현상에 기인한다. 그 결과, 나노 구조체의 온도가 급속하게 증가하였다.As shown in Fig. 13, it was observed that silver nanoparticles were located on the surface of the nanostructure. That is, silver nanoparticles having a diameter of about 100 nm could be deposited on the side surface of the nanostructure. As a result, in the case where sunlight enters the solar cell, the light absorption rate of the nanostructure is improved by the surface plasmon effect. This is due to the phenomenon that silver nanoparticles resonate with electrons trapped. As a result, the temperature of the nanostructure rapidly increased.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 태양 전지의 제조 공정을 나타내는 개략적인 순서도이다.3 is a schematic flowchart showing a manufacturing process of the solar cell of FIG.

도 4 내지 도 11은 도 3의 각 단계들에 대응하는 태양 전지의 제조 공정들의 개략적인 도면이다.FIGS. 4 to 11 are schematic views of manufacturing processes of the solar cell corresponding to the respective steps of FIG. 3. FIG.

도 12는 본 발명의 실험예에 따라 제조한 태양 전지에 포함된 나노 구조체들의 주사전자현미경 사진이다.12 is a scanning electron microscope (SEM) image of nanostructures included in a solar cell manufactured according to an experimental example of the present invention.

도 13은 도 12의 나노 구조체의 확대 주사전자현미경 사진이다.13 is an enlarged scanning electron microscopic photograph of the nanostructure of FIG.

Claims (20)

기판,Board, 상기 기판의 전면 위에 위치하고, 상기 기판의 전면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 뻗은 복수의 나노 구조체들,A plurality of nanostructures located on a front surface of the substrate and extending in a direction substantially perpendicular to the front surface of the substrate, 상기 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체의 표면 위에 위치한 금속나노입자, 및Metal nanoparticles located on the surface of at least one of the plurality of nanostructures, and 상기 하나 이상의 나노 구조체의 상단을 덮어서 접촉하는 투명 도전층A transparent conductive layer which covers and contacts the upper end of the at least one nanostructure, 을 포함하고,/ RTI > 상기 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는,Wherein at least one of the plurality of nanostructures is a nanostructure, 제1 도핑 영역, 및A first doped region, and 상기 전면에 평행인 방향으로 상기 제1 도핑 영역을 둘러싸는 제2 도핑 영역A second doped region surrounding the first doped region in a direction parallel to the front surface 을 포함하는 태양 전지.≪ / RTI > 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수의 나노 구조체들 사이에 충전된 유전체층을 더 포함하고, 상기 투명 도전층은 상기 유전체층 위에 위치하는 태양 전지.Further comprising a dielectric layer filled between the plurality of nanostructures, wherein the transparent conductive layer is disposed on the dielectric layer. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 금속나노입자는 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 태양 전지.Wherein the metal nanoparticles include at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Al, Cu, and Ni. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 금속나노입자의 직경은 20nm 내지 200nm인 태양 전지.Wherein the diameter of the metal nanoparticles is 20 nm to 200 nm. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 유전체층은 산화아연(ZnO), 산화실리콘(SiO2) 및 PDMS(polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 사용한 태양 전지.Wherein the dielectric layer is formed of at least one material selected from the group consisting of zinc oxide (ZnO), silicon oxide (SiO 2 ), and PDMS (polydimethylsiloxane, polydimethylsiloxane). 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판의 배면에 후면 전계층(back surface field, BSF)이 위치하는 태양 전지.Wherein a back surface field (BSF) is located on the backside of the substrate. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제2 도핑 영역은 n형으로 도핑된 태양 전지.And the second doped region is doped n-type. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 투명 도전층과 접촉하는 나노 구조체의 길이에 대한 상기 유전체층과 접촉하는 나노 구조체의 길이의 비는 5 내지 20인 태양 전지.Wherein the ratio of the length of the nanostructure in contact with the dielectric layer to the length of the nanostructure in contact with the transparent conductive layer is 5 to 20. 제8항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 투명 도전층과 접촉하는 상기 나노 구조체의 길이는 100nm 내지 5000nm인 태양 전지.And the length of the nanostructure contacting the transparent conductive layer is 100 nm to 5000 nm. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 및 실리콘게르마늄(SiGe)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 소재를 포함하는 태양 전지.Wherein at least one of the plurality of nanostructures comprises at least one material selected from the group consisting of silicon (Si), germanium (Ge), and silicon germanium (SiGe). 기판을 제공하는 단계,Providing a substrate, 상기 기판의 전면 위에 상기 기판의 판면에 대하여 실질적으로 수직인 방향으로 뻗은 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계,Providing a plurality of nanostructures on a front surface of the substrate, the nanostructures extending in a direction substantially perpendicular to the plate surface of the substrate, 상기 복수의 나노 구조체들 중 하나 이상의 나노 구조체의 표면 위에 금속나노입자를 제공하는 단계, 및Providing metal nanoparticles on the surface of at least one of the plurality of nanostructures, and 상기 하나 이상의 나노 구조체의 상단을 덮어서 상기 나노 구조체와 접촉하는 투명 도전층을 제공하는 단계Providing a transparent conductive layer overlying the top of the one or more nanostructures to contact the nanostructure 를 포함하고,Lt; / RTI > 상기 기판의 전면 위에 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계는,Wherein providing a plurality of nanostructures on a front surface of the substrate comprises: 상기 복수의 나노 구조체들에 제1 도핑 영역을 형성하는 단계, 및Forming a first doped region in the plurality of nanostructures, and 상기 전면에 평행인 방향으로 상기 제1 도핑 영역을 둘러싸는 제2 도핑 영역을 상기 복수의 나노 구조체들에 형성하는 단계Forming a second doped region in the plurality of nanostructures surrounding the first doped region in a direction parallel to the front surface 를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the method comprises the steps of: 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 제1 도핑영역을 형성하는 단계는, 상기 나노 구조체를 상기 기판 위에서 성장시키면서 상기 나노 구조체의 도핑 가스 소스로서 B2H6 + SiH4 또는 BOCl3 + SiCl4를 사용하는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the forming of the first doped region uses B 2 H 6 + SiH 4 or BOCl 3 + SiCl 4 as a doping gas source of the nanostructure while growing the nanostructure on the substrate. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 제1 도핑영역을 형성하는 단계는, 상기 나노 구조체를 상기 기판 위에서 성장시킨 후 붕소(B)를 상기 나노 구조체에 코팅시켜 주입하는 태양 전지의 제조 방법.The forming of the first doped region may include growing the nanostructure on the substrate, and then boron (B) is coated on the nanostructure and injected. 제12항 또는 제13항에 있어서,The method according to claim 12 or 13, 상기 제2 도핑 영역을 형성하는 단계는, 상기 나노 구조체를 열처리하면서 인(P)을 상기 제1 도핑영역이 형성된 상기 나노 구조체에 주입시키는 단계를 포함 하는 태양 전지의 제조 방법.The forming of the second doped region includes implanting phosphorus (P) into the nanostructure formed with the first doped region while thermally treating the nanostructure. 제14항에 있어서,15. The method of claim 14, 붕소(B)를 주입하여 상기 기판의 배면 위에 후면 전계층을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 후면 전계층을 제공하는 단계는 상기 제2 도핑 영역을 형성하는 단계와 동시에 이루어지는 태양 전지의 제조 방법.The method of claim 1, further comprising injecting boron (B) to provide a backside layer on the backside of the substrate, wherein providing the backside front layer comprises: forming a second doped region . 제14항에 있어서,15. The method of claim 14, 상기 제2 도핑영역을 형성하는 단계는 상기 인이 주입된 상기 나노 구조체를 플라스마 이온 도핑하는 단계를 더 포함하는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the forming the second doped region further comprises plasma-ion doping the phosphor-implanted nanostructure. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 금속나노입자를 제공하는 단계는, 상기 나노 구조체를 도금욕에 담지하여 상기 나노 구조체의 표면 위에 상기 금속나노입자를 제공하는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the providing of the metal nanoparticles comprises: supporting the nanostructure on a plating bath to provide the metal nanoparticles on the surface of the nanostructure. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계는, 상기 나노 구조체를 상기 기판 위에서 성장시키면서 상기 나노 구조체의 도핑 가스 소스로서 B2H6 + SiH4 또는 BOCl3 + SiCl4를 사용하는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the providing of the plurality of nanostructures uses B 2 H 6 + SiH 4 or BOCl 3 + SiCl 4 as a doping gas source of the nanostructure while growing the nanostructure on the substrate. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 복수의 나노 구조체들을 제공하는 단계는, 상기 기판을 에칭하여 이루어지는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the providing of the plurality of nanostructures comprises etching the substrate. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 투명 도전층을 제공하는 단계 전에 상기 복수의 나노 구조체들 사이를 채우는 유전체층을 제공하는 단계를 더 포함하고, Further comprising the step of providing a dielectric layer between the plurality of nanostructures before the step of providing the transparent conductive layer, 상기 투명 도전층을 제공하는 단계에서 상기 투명 도전층은 상기 유전체층을 덮어서 제공되는 태양 전지의 제조 방법.Wherein the transparent conductive layer is provided to cover the dielectric layer in the step of providing the transparent conductive layer.
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