KR101898996B1 - 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 도전형 실리콘 기판과,제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 위치하는 제 2 도전형 실리콘층과, 제 2 도전형 실리콘층의 상면이 산화 처리되어 형성되는 화학적 산화층과, 화학적 산화층의 상면에 형성되는 알루미나막과, 알루미나막의 상면에 전이 금속 산화물로 형성되는 상부 전하 선택 박막과, 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 형성되는 진성 비정질 실리콘 박막과, 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 형성되는 제 1 도전형 실리콘 박막과, 상부 전하 선택 박막의 상면에 형성되는 상부 투명 전극 및 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 형성되는 하부 투명 전극을 포함하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지를 개시한다.
Description
본 발명은 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(Diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양 전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양 전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되어 전자-정공쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이때 태양 전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
태양 전지는 일반적으로 n형 실리콘 기판 상에 p형 실리콘 박막(p형 반도체층)이 형성된 구조를 이루는데, 이때 p형 실리콘 박막은 p형 불순물의 도핑에 의해 형성된다. 이에, 실리콘 기판의 하층부는 n형 반도체층으로 남고, 상층부는 p형 반도체층을 이루게 되어 p-n 접합부를 구성한다. 그리고 실리콘 기판의 전후면에는 p-n 접합부에 의해 광생성된 정공 및 전자를 포집하기 위한 금속 전극이 형성된다.
태양 전지는 실리콘 기판 표면의 패시베이션 특성을 향상시켜 전자 또는 정공과 같은 전하의 재결합율을 최소화시킴으로써 태양 전지의 광전변환 효율을 극대화시키는 것이 중요하다.
본 발명은 전하 선택 박막과 실리콘 사이의 계면 결함을 감소시켜 효율 특성을 향상시킬 수 있는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지는 제 1 도전형 실리콘 기판과, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 위치하는 제 2 도전형 실리콘층과, 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면이 산화 처리되어 형성되는 화학적 산화층과, 상기 화학적 산화층의 상면에 형성되는 알루미나막과, 상기 알루미나막의 상면에 전이 금속 산화물로 형성되는 상부 전하 선택 박막과, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 형성되는 진성 비정질 실리콘 박막과, 상기 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 형성되는 제 1 도전형 실리콘 박막과, 상기 상부 전하 선택 박막의 상면에 형성되는 상부 투명 전극 및 상기 제 1 도전형 실리콘 박막의 하면에 형성되는 하부 투명 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화학적 산화층은 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면이 SC-1 솔루션, SC-2 솔루션, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 습식 화학적 산화 처리되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 화학적 산화층은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 알루미나막은 원자층 증착 공정으로 형성되며, 1 ~ 2nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전이 금속 산화물은 WO3, V2O5 또는 MoOx(1<x<3)일 수 있다.
또한, 상기 상부 전하 선택 박막은 1 ~ 7nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 화학적 산화층과 상기 알루미나막 및 상기 상부 전하 선택 박막의 전체 두께는 10nm 이하가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지는 제 1 도전형 실리콘 기판과, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 위치하는 제 2 도전형 실리콘층과, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면이 산화 처리되어 형성되는 화학적 산화층과, 상기 화학적 산화층의 하면에 형성되는 알루미나막과, 상기 알루미나막의 하면에 전이 금속 산화물로 형성되는 하부 전하 선택 박막과, 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면에 형성되는 진성 비정질 실리콘 박막과, 상기 진성 비정질 실리콘 박막의 상면에 형성되는 상부 투명 전극 및 상기 하부 전하 선택 박막의 하면에 형성되는 하부 투명 전극을 포함할 수 있다.
상기 전이 금속 산화물은 Cu2O, SnO2 또는 TiO2일 수 있다.
본 발명의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지는 전하 선택 박막과 실리콘 계면에 화학적 산화막과 알루미나막을 형성함으로써 전하 선택 박막과 실리콘의 계면에서의 계면 결함을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지는 전하 선택 박막과 실리콘 계면에 화학적 산화막과 알루미나막을 형성함으로써 계면에서의 계면 트랩 전하 밀도가 증가되고 계면 특성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지는 전하 선택 박막이 전하를 선택적으로 터널링시키면서 패시베이션 특성을 향상시켜 효율 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조를 도시한 수직 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 제 1 도전형 실리콘 기판(110)과, 제 2 도전형 실리콘층(120)과, 화학적 산화층(130)과, 알루미나막(140)과, 상부 전하 선택 박막(150)과, 진성 비정질 실리콘 박막(160)과, 제 1 도전형 실리콘 박막(170)과 상부 투명 전극(180)과, 상부 금속 전극(185)과, 하부 투명 전극(190) 및 하부 금속 전극(195)을 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 빛이 입사되는 방향이 상면, 하면 또는 상면 및 하면인가에 따라 상부 금속 전극(185), 하부 투명 전극(190) 또는 하부 금속 전극(195)의 어느 하나가 생략될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 화학적 산화층(130)과, 알루미나막(140) 및 상부 전하 선택 박막(150)이 전하 선택 접합을 형성하여 계면 결함이 감소되고, 전하를 터널링시켜 전기 전도도가 우수하고, 패시베이션 특성이 우수하여 발전 효율이 향상될 수 있다.
상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)은 대략 평평한 상면과, 이의 반대면으로서 대략 평평한 하면을 포함하는 반도체 기판으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)은 n형 불순물을 포함하는 결정질 실리콘 기판이며, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 한편, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)은 p형 불순물을 포함하는 반도체 기판일 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)은 반사율을 감소시키고 광 포집 효율을 향상시키기 위하여 상면 또는 상면과 하면에 미세한 텍스처 구조를 구비할 수 있다. 상기 텍스처 구조는 산성 에칭과 같은 습식 에칭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면 또는 하면이 텍스처 구조로 형성되는 경우에, 상면 또는 하면에 추가로 형성되는 박막들오 동일하게 텍스처 구조로 형성될 수 있다.
상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은 제 1 도전형 실리콘 기판(110)에서 빛이 입사되는 면에 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 도전형 타입과 반대인 제 2 도전형 타입의 박막으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)에서 빛이 입사되는 면은 상면 또는 상면과 하면일 수 있다. 따라서, 상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은, 도 1을 기준으로, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면에 위치할 수 있다. 상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은 p형 불순물을 포함하는 반도체 층으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은 에미터층으로 작용할 수 있다. 상기 제 2 도전형 실리콘층(120)은 p형 불순물로 도핑된 비정질 실리콘(p-type a-Si:H) 재질로서 제 1 도전형 실리콘 기판(110)과 p-n 접합을 구성할 수 있다. 한편, 상기 제 1 도전형 실리콘 기판(110)이 p형의 결정질 실리콘 기판을 사용하는 경우에, 제 2 도전형 실리콘층(120)은 n형으로 도핑된 비정질 실리콘(n-type a-Si:H) 재질로서 제 1 실리콘 기판과 n-p 접합을 형성할 수 있다.
상기 화학적 산화층(130)은 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면이 산화 처리되어 형성될 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은 실리콘 산화막(SiO2)을 포함할 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은 제 2 도전형 실리콘층(120)의 표면을 습식 화학적 산화(wet chemical oxidation) 처리하여 형성할 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은 상부 전하 선택 박막(150)의 증착을 위한 핵 성장 위치(nucleation cite)를 증가시켜, 상부 전하 선택 박막(150)이 균일하게 증착될 수 있도록 한다. 또한, 상기 화학적 산화층(130)은 상부에 형성되는 알루미나막(140)의 박막 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 화학적 산화층(130)은 알루미나막(140)의 계면 특성을 향상시키고, 알루미나막(140)의 박막 밀도를 증가시킬 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은, 예를 들면, SC-1 솔루션, SC-2 솔루션, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 제 2 도전형 실리콘층(120)을 습식 화학적 산화 처리하여 형성될 수 있다. 상기 습식 화학적 산화 처리는 1분 내지 5분 동안 진행될 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)의 두께가 너무 얇으면, 알루미나막(140)의 박막 특성의 향상 정도가 낮을 수 있다. 상기 화학적 산화층(130)의 두께가 너무 두꺼우면, 전하의 터널링이 감소되어 발전 효율이 감소될 수 있다. 또한, 상기 화학적 산화층(130)의 두께가 너무 두꺼우면, 상대적으로 알루미나막(140)과 상부 전하 선택 박막(150)의 두께가 감소되어야 하며 알루미나막(140)과 상부 전하 선택 박막(150)의 기능이 저하될 수 있다.
상기 알루미나막(140)은 화학적 산화층(130)의 상면에 박막으로 형성될 수 있다. 상기 알루미나막(140)은 계면 결함을 감소시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 알루미나막(140)은 상부에 형성되는 상부 전하 선택 박막(150)과의 계면에서의 계면 결함을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 알루미나막(140)은 패시베이션 작용을 할 수 있다. 상기 알루미나막(140)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 소스로 Al(OC2H5)3 (Tri Methyl Aluminum; TMA)를 사용하며, 산소 공급원으로 수증기(H2O) 또는 오존(O3)를 사용하며, 공정 온도 100℃∼450℃에서 진행될 수 있다. 상기 알루미나막(140)은 1 ~ 2nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 알루미나막(140)의 두께가 너무 얇으면, 패시베이션 작용이 떨어질 수 있고, 계면 결함을 감소시키는 정도가 작을 수 있다. 상기 알루미나막(140)의 두께가 너무 두꺼우면, 전하 터널링이 감소되어 발전 효율이 감소될 수 있다.
상기 상부 전하 선택 박막(150)은 알루미나막(140)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막(150)은 전이 금속 산화물(Transition Metal Oxide; TMO)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 전하 선택 박막(150)은 WO3, V2O5 또는 MoOx(1<x<3)로 형성될 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막(150)은 전하인 정공(또는 홀(hole))을 선택적으로 터널링시키면서 패시베이션 작용을 할 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막(150)이 직접 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에 형성되는 경우에, 실리콘과의 계면에서 계면 트랩 전하 밀도가 감소하여 계면 결함이 발생될 수 있다. 이에 비하여 상기 상부 전하 선택 박막(150)은 화학적 산화막인 실리콘 산화막(SiO2)과 알루미나막(140)의 상면에 형성되므로 실리콘에 직접 형성되는 경우에 비하여 계면 결함이 감소될 수 있다.
상기 상부 전하 선택 박막(150)은 1 ~ 7nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 상부 전하 선택 박막(150)의 두께가 너무 두꺼우면 접촉 저항이 증가될 수 있다. 또한, 상기 상부 전하 선택 박막(150)의 두께가 너무 얇으면 패시베이션 특성이 약해질 수 있다.
한편, 상기 상부 전하 선택 박막(150)과 알루미나막(140) 및 화학적 산화층(130)을 포함하는 터널링 산화막의 전체 두께는 10nm이하가 되도록 형성될 수 있다. 상기 터널링 산화막의 두께가 너무 두꺼우면 전자 또는 정공의 터널링 효과가 감소될 수 있다.
상기 상부 전하 선택 박막(150)은 원자층 증착 공정에 의하여 형성될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 상부 전하 선택 박막(150)을 얇은 두께로 형성할 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은, 상부 전하 선택 박막(150)이 MoOx로 형성되는 경우에, Mo의 프리커서(precursor)로 Mo(Co)6를 사용하고, 산화제로 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 사용할 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 초기에 화학적 산화막인 실리콘 산화막과 알루미나막(140)의 상면에 Mo의 핵 생성과 Mo의 밀도를 증가시켜 계면 트랩 전하 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 화학적 산화층(130)과 알루미나막(140)의 상면에 증착시키므로 증착 속도가 증가될 수 있다.
상기 진성 비정질 실리콘 박막(160)은 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(160)은 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, a-Si:H를 포함할 수 있다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(160)은 전자-정공의 재결합을 억제하는 패시베이션층 역할을 한다. 상기 진성 비정질 실리콘 박막(160)은 전자-정공의 개수가 현저히 적으므로, 전자-정공의 재결합이 억제되어 열의 발생을 감소시키고, 전류의 손실을 감소시킬 수 있다. 한편, 상기 진성 비정질 실리콘 박막(160)은 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에도 형성될 수 있다.
상기 진성 비정질 실리콘 박막(160)은 통상의 화학적 기상증착법(CVD), 상압 화학적 기상증착법(APCVD), 저압 화학적 기상증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 화학적 기상증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD), 물리적 기상증착법(PVD), 스퍼터링 또는 고온증발 증착법 등으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 도전형 실리콘 박막(170)은 진성 비정질 실리콘 박막(160)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 박막(170)은 n형으로 도핑된 비정질 실리콘(n-type a-Si:H) 재질로서 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형 실리콘 박막(170)은 후면 전계층으로 작용할 수 있다.
상기 상부 투명 전극(180)은 상부 전하 선택 박막(150)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 상부 투명 전극(180)은 반사 방지 역할을 하는 동시에 전극 역할을 수행할 수 있다. 상기 상부 투명 전극(180)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, ITO(indium tin oxide) 또는 도핑된 ZnO 박막으로 형성될 수 있다. 상기 상부 투명 전극(180)은, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 상면이 텍스처 구조를 갖는 경우에, 마찬가지로 텍스처 구조를 포함하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 상부 금속 전극(185)은 상부 투명 전극(180)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(185)은 그리드 형태로 형성될 수 있다. 상기 상부 금속 전극(185)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 하부 투명 전극(190)은 제 1 도전형 실리콘 박막(150)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 하부 투명 전극(190)은 반사 방지 역할을 하면서 전극 역할을 수행할 수 있다. 상기 하부 투명 전극(190)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, ITO(indium tin oxide) 또는 도핑된 ZnO 박막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 투명 전극(190)은, 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하면이 텍스처 구조를 갖는 경우에, 마찬가지로 텍스처 구조를 포함하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 하부 금속 전극(195)은 하부 투명 전극(190)의 하부에 형성될 수 있다. 상기 하부 금속 전극(195)은 그리드 형태로 형성될 수 있다. 상기 하부 금속 전극(195)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐의 단독 또는 합금으로 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는 제 1 도전형 실리콘 기판(110)과, 제 2 도전형 실리콘층(120)과, 화학적 산화층(230)과, 알루미나막(240)과, 하부 전하 선택 박막(250)과, 진성 비정질 실리콘 박막(260)과, 상부 투명 전극(180)과, 상부 금속 전극(185)과, 하부 투명 전극(190) 및 하부 금속 전극(195)을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는 도 1의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)와 대비하여 상부 전하 선택 박막(150) 대신에 하부 전하 선택 박막(250)이 형성되는 점에서 차이가 있다. 또한, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)는 화학적 산화층(230)과 알루미나막(240) 및 진성 비정질 실리콘 박막(260)의 형성 위치가 도 1의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)와 대비하여 차이가 있다.
이하에서는 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)에 대하여 도 1의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)와 동일 또는 유사한 구성에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하며 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 상기 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)에 대하여 도 1의 일 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)와 대비하여 차이가 있는 구성을 중심으로 설명한다.
상기 화학적 산화층(230)은 제 1 도전형 실리콘 기판(110)의 하면이 산화되어 형성될 수 있다. 상기 화학적 산화층(230)은 도 1의 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)의 화학적 산화층(130)과 대비하여 형성되는 위치를 제외하고 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 상기 화학적 산화층(230)은 습식 화학적 산화 처리에 의하여 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 알루미나막(240)은 화학적 산화층(230)의 하면에 박막으로 형성될 수 있다. 상기 알루미나막(240)은 도 1의 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)의 알루미나막(140)과 대비하여 형성되는 위치를 제외하고 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 상기 알루미나막(240)은 원자층 증착 공정에 의하여 1 ~ 2nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 하부 전하 선택 박막(250)은 알루미나막(240)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 하부 전하 선택 박막(250)은 전이 금속 산화물(Transition Metal Oxide; TMO)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 전하 선택 박막(250)은 Cu2O, SnO2 또는 TiO2로 형성될 수 있다. 상기 하부 전하 선택 박막(250)은 전하인 전자(electron)을 선택적으로 받아들이면서 패시베이션 작용을 할 수 있다.
상기 하부 전하 선택 박막(250)은 1 ~ 7nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 하부 전하 선택 박막(250)의 두께가 너무 두꺼우면 접촉 저항이 증가될 수 있다. 또한, 상기 상부 전하 선택 박막(150)의 두께가 너무 얇으면 패시베이션 특성이 약해질 수 있다.
한편, 상기 하부 전하 선택 박막(250)과 알루미나막(240) 및 화학적 산화층(230)을 포함하는 터널링 산화막은 전체 두께가 10nm이하가 되도록 형성될 수 있다. 상기 터널링 산화막의 전체 두께가 너무 두꺼우면 전자 또는 전하의 터널링 효과가 감소될 수 있다.
상기 하부 전하 선택 박막(250)은 원자층 증착 공정에 의하여 형성될 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은, 하부 전하 선택 박막(250)이 Cu2O로 형성되는 경우에, Cu의 프리커서(precursor)로 copper (II) acetylacetonate (Cu(acac)2), bis-(dimethylamino-2-propoxide)copper[Cu(dmap)2], bis(tri-n-butylphosphane) copper(I)acetylacetonate-[(nBu3P)2Cu(acac)](nBu=n-butyl), Cu(II) b-diketonate, Cu(I) b-diketonate중에서 선택되는 어느 하나를 선택하여 사용하고, 산화제로 수증기(H2O) 또는 오존(O3)을 사용할 수 있다. 상기 원자층 증착 공정은 초기에 화학적 산화막인 실리콘 산화막과 알루미나막(240)의 상면에 Cu의 핵 생성과 Cu의 밀도를 증가시켜 계면 트랩 전하 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 원자층 증착 공정은 화학적 산화막인 실리콘 산화막과 알루미나막(240)의 상면에 증착시키므로 증착 속도가 증가될 수 있다.
상기 진성 비정질 실리콘 박막(260)은 제 2 도전형 실리콘층(120)의 상면에 형성될 수 있다.
상기 상부 투명 전극(180)은 진성 비정질 실리콘 박막(260)의 상면에 형성될 수 있다.
상기 하부 투명 전극(180)은 하부 전하 선택 박막(250)의 하면에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지들은 , 구체적으로 도시하지 않았지만, 태양 전지를 구성하는 각 층들 사이에 추가로 다른 층들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 제 1 도전형 실리콘 기판(110)과 제 2 도전형 실리콘층(120) 사이에 추가로 진성 비정질 실리콘 박막이 더 형성될 수 있다.
또한, 도 1 에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 제 1 도전형 실리콘 박막(170) 대신에 도 2의 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(200)의 하부 전하 선택 박막(250)이 형성될 수 있다. 이때는 상기 하부 전하 선택 박막(과 진성 비정질 실리콘 박막(160) 사이에 화학적 산화층(140)이 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지(100)는 상부 즉, 상부 금속 전극(185)의 방향에서 광이 입사하는 구조 또는 상부 금속 전극(185)과 하부 금속 전극(195)의 방향에서 모두 광이 입사하는 구조로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200: 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지
110: 제 1 도전형 실리콘 기판 120: 제 2 도전형 실리콘층
130, 230: 화학적 산화층 140, 240: 알루미나막
150: 상부 전하 선택 박막 250: 하부 전하 선택 박막
160: 진성 비정질 실리콘 박막 180: 상부 투명 전극
185: 상부 금속 전극 190: 하부 투명 전극
195: 하부 금속 전극
110: 제 1 도전형 실리콘 기판 120: 제 2 도전형 실리콘층
130, 230: 화학적 산화층 140, 240: 알루미나막
150: 상부 전하 선택 박막 250: 하부 전하 선택 박막
160: 진성 비정질 실리콘 박막 180: 상부 투명 전극
185: 상부 금속 전극 190: 하부 투명 전극
195: 하부 금속 전극
Claims (9)
- 제 1 도전형 실리콘 기판과,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 위치하는 제 2 도전형 실리콘층과,
상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면이 산화 처리되어 형성되는 화학적 산화층과,
상기 화학적 산화층의 상면에 형성되는 알루미나막과,
상기 알루미나막의 상면에 전이 금속 산화물로 형성되는 상부 전하 선택 박막과,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면에 형성되는 진성 비정질 실리콘 박막과,
상기 진성 비정질 실리콘 박막의 하면에 형성되는 제 1 도전형 실리콘 박막과,
상기 상부 전하 선택 박막의 상면에 형성되는 상부 투명 전극 및
상기 제 1 도전형 실리콘 박막의 하면에 형성되는 하부 투명 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 산화층은 상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면이 SC-1 솔루션, SC-2 솔루션, 질산, 염산, 황산, 인산 또는 불산으로 습식 화학적 산화 처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 산화층은 0.1 ~ 1nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 알루미나막은 원자층 증착 공정으로 형성되며, 1 ~ 2nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 전이 금속 산화물은 WO3, V2O5 또는 MoOx(1<x<3)인 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 전하 선택 박막은 1 ~ 7nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 화학적 산화층과 상기 알루미나막 및 상기 상부 전하 선택 박막의 전체 두께는 10nm 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 1 도전형 실리콘 기판과,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 상면에 위치하는 제 2 도전형 실리콘층과,
상기 제 1 도전형 실리콘 기판의 하면이 산화 처리되어 형성되는 화학적 산화층과,
상기 화학적 산화층의 하면에 형성되는 알루미나막과,
상기 알루미나막의 하면에 전이 금속 산화물로 형성되는 하부 전하 선택 박막과,
상기 제 2 도전형 실리콘층의 상면에 형성되는 진성 비정질 실리콘 박막과,
상기 진성 비정질 실리콘 박막의 상면에 형성되는 상부 투명 전극 및
상기 하부 전하 선택 박막의 하면에 형성되는 하부 투명 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 전이 금속 산화물은 Cu2O, SnO2 또는 TiO2인 것을 특징으로 하는 전하 선택 접합 실리콘 태양 전지.
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| KR (1) | KR101898996B1 (ko) |
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