KR102004650B1 - Meta-material electrode in solar cell and method of preparing the same - Google Patents
Meta-material electrode in solar cell and method of preparing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102004650B1 KR102004650B1 KR1020180024803A KR20180024803A KR102004650B1 KR 102004650 B1 KR102004650 B1 KR 102004650B1 KR 1020180024803 A KR1020180024803 A KR 1020180024803A KR 20180024803 A KR20180024803 A KR 20180024803A KR 102004650 B1 KR102004650 B1 KR 102004650B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- electrode
- metal
- metamaterial
- layer
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 98
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 98
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 18
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 15
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 6
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 Si 3 N 4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 abstract description 65
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 abstract description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 태양전지용 메타소재 전극 및 상기 태양전지용 메타소재 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell metamaterial electrode and a method for producing the solar cell metamaterial electrode.
단결정 실리콘을 기반으로 하는 태양전지는 저비용으로 제작이 가능한 광전 효율이 높은 태양전지로써 태양전지 분야에서 큰 비중을 차지하고 있다. 그러나, 실리콘 고유의 밴드갭 에너지로 인한 광흡수 효율 한계와 태양광에 의해 생성된 캐리어(전자 및 정공)가 재결합을 통해 전류로 변환되지 못하고 손실되는 등 해결해야 할 문제들이 여전히 존재한다.Solar cells based on single crystal silicon are photovoltaic high efficiency solar cells that can be manufactured at low cost, and take a large part in the solar cell field. However, there are still problems to be solved, such as the limitation of light absorption efficiency due to the inherent band gap energy and the loss of carriers (electrons and holes) generated by sunlight, which cannot be converted to current through recombination.
특히, 빛 고유의 에너지에 따라 물질 내부로 침투할 수 있는 깊이가 달라짐에 따른 손실도 존재하는데, 이는 빛의 에너지에 따라 태양전지 물질 내부에 전자-정공 쌍을 생성시키는 위치도 달라지기 때문이다. 기본적으로, 태양전지의 작동 원리는 생성된 전자-정공 쌍이 공핍층 영역 내에 생성된 내부 전기장에 의해 각각 분리되어 태양전지의 전극으로 수집되어 전류로 변환이 되는 것으로, 이때, p영역과 n영역에 생성된 전자-정공 쌍과 공핍층과의 거리가 캐리어들의 확산 거리보다 멀 경우, p 영역과 n 영역의 다수 캐리어인 정공과 전자와 벌크 재결합을 하여 빛 에너지가 전기 에너지로 변환되는데 손실이 발생한다. In particular, there is also a loss due to the depth that can penetrate into the material depending on the energy of the light, because the location of generating the electron-hole pair inside the solar cell material also depends on the energy of light. Basically, the operating principle of the solar cell is that the generated electron-hole pairs are separated by the internal electric field generated in the depletion layer region, collected by the electrodes of the solar cell, and converted into currents. If the distance between the electron-hole pair and the depletion layer is greater than the diffusion distance of the carriers, bulk recombination with holes and electrons, which are the majority carriers in p and n regions, causes loss of light energy converted into electrical energy. .
이러한 빛의 에너지에 따른 전자-정공 쌍이 생성되는 위치로 인한 손실 한계를 극복하고자 최근까지도 나노 기술을 적용한 태양전지나, 넓은 파장 대역에서의 광흡수가 가능하도록 다양한 물질을 교대로 적층시킨 적층형 태양전지에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 나노 기술을 적용한 태양전지의 경우, 실리콘 표면에 형성된 나노 구조로 인한 표면적 증가로 유효 캐리어 수명이 감소되어 캐리어 수집 효율이 약 15~21% 정도에 그친다는 문제점이 있다. 또한, 적층형 태양전지의 경우, 적층 물질 간 격자정합조건이 맞아야 하며, 각 층을 통과하며 생기는 빛의 투과 손실에 대한 문제점이 있어 물질 선택과 설계에 어려움이 있다. 따라서, 공핍층 내 캐리어의 수집 효율을 높이면서 동시에 빛의 투과 손실을 줄일 수 있는 전극의 제조가 요구된다.In order to overcome the loss limit due to the location where the electron-hole pairs are generated due to the energy of light, solar cells using nanotechnology until recently, or stacked solar cells in which various materials are alternately stacked to allow light absorption in a wide wavelength band. Research is ongoing. However, in the case of the solar cell to which the nanotechnology is applied, the effective carrier life is reduced due to the increase in the surface area due to the nanostructure formed on the silicon surface, so that the carrier collection efficiency is only about 15 to 21%. In addition, in the case of a stacked solar cell, the lattice matching conditions between the stacked materials must be met, and there is a problem in the transmission loss of light generated through each layer, thus making it difficult to select and design the material. Therefore, there is a need for manufacturing an electrode capable of increasing the collection efficiency of carriers in the depletion layer and simultaneously reducing the transmission loss of light.
이와 관련하여 대한민국 등록특허 제10-1783971호는 금속 디스크 어레이를 구비한 적층형 태양전지에 대하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent No. 10-1783971 discloses a stacked solar cell having a metal disk array.
본 발명의 목적은 태양전지 공핍층 내 광흡수 극대화를 위한 태양전지용 메타소재 전극 및 상기 태양전지 공핍층 내 광흡수 극대화를 위한 태양전지용 메타소재 전극의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a solar cell metamaterial electrode for maximizing light absorption in the solar cell depletion layer and a method for producing a solar cell metamaterial electrode for maximizing light absorption in the solar cell depletion layer.
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본원의 제 1 측면은,The first aspect of the present application,
p-n 접합이 형성된 실리콘 기재;a silicon substrate having a p-n junction formed thereon;
상기 실리콘 기재 상에 형성된 금속층; 및A metal layer formed on the silicon substrate; And
상기 금속층 상에 형성된 인덱스 매칭층;An index matching layer formed on the metal layer;
을 포함하고,Including,
상기 금속층은 금속 나노 홀 어레이를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극을 제공한다.The metal layer provides a metal material electrode for a solar cell, having a metal nano hole array.
또한, 본원의 제 2 측면은,In addition, the second aspect of the present application,
p-n 접합이 형성된 실리콘 기재 상에 이빔 레지스트 층을 코팅하는 단계(단계 1); coating an e-beam resist layer on a silicon substrate having a p-n junction formed (step 1);
상기 코팅된 이빔 레지스트 층 상에 나노 패턴을 형성하는 단계(단계 2); Forming a nano pattern on the coated e-beam resist layer (step 2);
상기 나노 패턴이 형성된 이빔 레지스트 층 상에 금속층을 증착하는 단계(단계 3); Depositing a metal layer on the nano-pattern formed e-beam resist layer (step 3);
상기 이빔 레지스트 층을 제거하는 단계(단계 4); 및 Removing the e-beam resist layer (step 4); And
상기 금속층 상에 인덱스 매칭층을 형성하는 단계(단계 5);를 포함하고, Forming an index matching layer on the metal layer (step 5);
상기 나노 패턴은 주기적인 어레이를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극의 제조방법을 제공한다.The nano-pattern has a periodic array, it provides a method for producing a solar cell metamaterial electrode.
본 발명에 따른 태양전지용 메타소재 전극은 금속 나노 홀 어레이를 포함함으로써 플라즈모닉 안테나 효과를 발생시켜 빛을 공핍층 영역으로 포획하여 공핍층 내 분리되는 전자-정공 쌍 효율을 증대시킬 수 있음과 동시에 나노 사이즈로 태양전지 표면에 주기적으로 위치한 금속으로 인해 태양전지 표면에 걸친 균일한 캐리어 수집이 가능하여 캐리어 수집 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 인덱스 매칭층을 포함하며, 상기 인덱스 매칭층은 금속과 외부 공기 사이의 큰 굴절률 차이로 인한 빛 반사를 방지하기 위하여 형성하는 것으로서 굴절률이 크지 않은 투명한 절연체를 사용하여 태양전지로의 빛의 입사를 방해하지 않는 효과가 있다. 더불어, 상기 금속 나노 홀의 홀 크기 및 주기를 변화시켜 가며 특정 파장의 빛을 선택적으로 극대화 시켜 공핍층 영역에 포획시킬 수 있다. 본 발명에 따른 메타소재 전극은 벌크 실리콘 외 박막 형태, 유무기물 등의 다양한 물질 기반 태양전지에 손쉽게 적용할 수 있으므로, 폭넓은 응용 가능성을 가진다.The meta-material electrode for solar cells according to the present invention includes a metal nano-hole array to generate a plasmonic antenna effect to capture light into the depletion layer region, thereby increasing the efficiency of electron-hole pairs separated in the depletion layer, and at the same time nano Metals periodically positioned on the surface of the solar cell in size allow for uniform carrier collection across the solar cell surface to increase carrier collection efficiency. In addition, the index matching layer, which is formed to prevent light reflection due to the large difference in refractive index between the metal and the outside air, the incident light of the solar cell using a transparent insulator having a small refractive index It does not interfere with the effect. In addition, by varying the hole size and period of the metal nano holes and selectively maximize the light of a specific wavelength can be captured in the depletion layer region. The metamaterial electrode according to the present invention can be easily applied to various material-based solar cells such as bulk silicon, thin film, organic and inorganic materials, and thus has a wide range of applications.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 메타소재 전극을 나타낸 개략도이고,
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 메타소재 전극의 제조방법을 나타낸 공정도이고,
도 3a 및 3b는 본원의 일 실시예에 따른 파장 대비 반사율과 투과율을 각각 나타낸 그래프이고,
도 4a 내지 4c는 본원의 실시예에 따른 금속 나노 홀의 크기 및 간격을 변화시켜가며 각각 전기장 세기를 계산한 그래프이고,
도 5a 내지 5c는 본원의 일 실시예에 따른 금속 나노 홀의 크기 및 간격을 변화시켜가며 각각 적색, 녹색, 청색의 전기장 세기(광흡수)를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view showing a metamaterial electrode according to an embodiment of the present application,
2 is a process chart showing a method of manufacturing a metamaterial electrode according to one embodiment of the present application;
3A and 3B are graphs showing reflectance and transmittance versus wavelength, respectively, according to an embodiment of the present disclosure;
4A to 4C are graphs of electric field intensities, respectively, varying in size and spacing of metal nanoholes according to an embodiment of the present disclosure;
5A to 5C are graphs showing electric field intensities (light absorption) of red, green, and blue, respectively, varying in size and spacing of metal nano holes according to an embodiment of the present disclosure.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a portion is "connected" to another portion, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is located "on" another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless specifically stated otherwise. As used throughout this specification, the terms "about", "substantially" and the like are used at, or in the sense of, numerical values when a manufacturing and material tolerance inherent in the stated meanings is indicated, Accurate or absolute figures are used to assist in the prevention of unfair use by unscrupulous infringers. As used throughout this specification, the term "step to" or "step of" does not mean "step for."
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the makushi form, wherein the constituents It means to include one or more selected from the group consisting of.
본원의 제 1 측면은,The first aspect of the present application,
p-n 접합이 형성된 실리콘 기재(100);a
상기 실리콘 기재 상에 형성된 금속층(200); 및A
상기 금속층 상에 형성된 인덱스 매칭층(300);An index matching
을 포함하고,Including,
상기 금속층은 금속 나노 홀 어레이를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극(1)을 제공한다.The metal layer provides a
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 메타소재 전극(1)을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 상기 도 1은 본원의 일 구현예에 불과한 것으로서 상기 도면에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 태양전지는 분류 기준에 따라 다양하나 일반적으로 실리콘 태양전지, 박막태양전지, 및 차세대 태양전지로 구분할 수 있다. 이때, 상기 실리콘 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지와 비결정질 실리콘 태양전지로 다시 구분할 수 있으며, 상기 결정질 실리콘 태양전지의 경우 제조 단가가 높은 단점이 있으나, 에너지 효율이 높아 널리 상용화 되어 있다. 이와 관련하여, 본원의 태양전지는 상기 결정질 실리콘 태양전지의 한 종류일 수 있다.In one embodiment of the present application, the solar cell varies depending on the classification criteria, but generally can be divided into silicon solar cells, thin film solar cells, and next-generation solar cells. In this case, the silicon solar cell can be divided into crystalline silicon solar cell and amorphous silicon solar cell again, the manufacturing cost of the crystalline silicon solar cell has the disadvantage of high manufacturing cost, but is widely commercialized due to high energy efficiency. In this regard, the solar cell of the present application may be one kind of the crystalline silicon solar cell.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실리콘은 단결정 실리콘일 수 있으며, 상기 단결정 실리콘을 기반으로 하는 태양전지는 상대적으로 저가이나, 광전 효율이 높아 널리 상용화 되어 있다.In one embodiment of the present application, the silicon may be a single crystal silicon, solar cells based on the single crystal silicon is relatively low cost, but the high photoelectric efficiency is widely commercialized.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present disclosure, the metal includes a metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), aluminum (Al), and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노 홀은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 또는 육각형의 형태를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the metal nano holes may be in the form of a circle, oval, triangle, square, pentagon, or hexagon, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노 홀의 크기는 약 100 nm 내지 약 1,500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 상기 금속 나노 홀의 크기는 나노 홀의 형태에 따라 그 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 상기 나노 홀이 원형일 경우 직경, 타원형일 경우 장축 또는 단축의 길이, 다각형의 형태일 경우 각 변의 길이를 의미하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 금속 나노 홀의 크기는 예를 들어, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 300 nm 내지 약 1,500 nm, 약 500 nm 내지 약 1,500 nm, 약 700 nm 내지 약 1,500 nm, 약 900 nm 내지 약 1,500 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,500 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 100 nm 내지 약 1,200 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 나노 홀의 크기가 100 nm 미만일 경우 금속 나노 홀 어레이를 투과하는 빛이 감소되어 태양전지로의 빛의 입사를 방해하는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 금속 나노 홀의 크기가 1,500 nm 초과일 경우 태양전지 표면에 걸쳐 균일하게 캐리어를 수집할 수 없는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the size of the metal nano holes may be about 100 nm to about 1,500 nm, but is not limited thereto. In this case, the size of the metal nano holes may vary depending on the shape of the nano holes, for example, the diameter of the nano hole is circular, the length of the long axis or short axis if the elliptical shape, the length of each side if the shape of the polygon It may mean, but is not limited thereto. In addition, the size of the metal nano hole is, for example, about 100 nm to about 1,500 nm, about 300 nm to about 1,500 nm, about 500 nm to about 1,500 nm, about 700 nm to about 1,500 nm, about 900 nm to about 1,500 nm, about 1,000 nm to about 1,500 nm, about 1,200 nm to about 1,500 nm, about 1,400 nm to about 1,500 nm, about 100 nm to about 1,400 nm, about 100 nm to about 1,200 nm, about 100 nm to about 1,000 nm, About 100 nm to about 900 nm, about 100 nm to about 700 nm, about 100 nm to about 500 nm, or about 100 nm to about 300 nm, but is not limited thereto. If the size of the metal nano holes is less than 100 nm, the light passing through the metal nano hole array may be reduced, which may cause a problem of preventing light from entering the solar cell. If the size of the metal nano holes is more than 1,500 nm, the solar cell The problem of not being able to collect the carrier evenly over the surface may occur, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노 홀 간의 간격은 약 150 nm 내지 약 2,000 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 나노 홀 간의 간격은 약 150 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 150 nm 내지 약 1,800 nm, 약 150 nm 내지 약 1,600 nm, 약 150 nm 내지 약 1,400 nm, 약 150 nm 내지 약 1,200 nm, 약 150 nm 내지 약 1,000 nm, 약 150 nm 내지 약 900 nm, 약 150 nm 내지 약 700 nm, 약 150 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 150 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 나노 홀 간의 간격이 150 nm 미만일 경우 금속 나노 홀 어레이를 투과하는 빛이 감소되어 태양전지로의 빛의 입사를 방해하는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 금속 나노 홀 간의 간격이 2,000 nm 초과일 경우 상기 금속 나노 홀의 크기가 작은 경우에는 투과도가 감소하는 문제가, 홀의 크기가 큰 경우에는 태양전지 표면에 걸쳐 균일하게 캐리어를 수집할 수 없는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present disclosure, the spacing between the metal nano holes may be about 150 nm to about 2,000 nm, but is not limited thereto. For example, the spacing between the metal nano holes is about 150 nm to about 2,000 nm, about 300 nm to about 2,000 nm, about 500 nm to about 2,000 nm, about 700 nm to about 2,000 nm, about 900 nm to about 2,000 nm , About 1,000 nm to about 2,000 nm, about 1,200 nm to about 2,000 nm, about 1,400 nm to about 2,000 nm, about 1,600 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 150 nm to about 1,800 nm, about 150 nm to about 1,600 nm, about 150 nm to about 1,400 nm, about 150 nm to about 1,200 nm, about 150 nm to about 1,000 nm, about 150 nm to about 900 nm, about 150 nm to about 700 nm, about 150 nm To about 500 nm, or about 150 nm to about 300 nm, but is not limited thereto. When the gap between the metal nano holes is less than 150 nm, the light transmitted through the metal nano hole array is reduced, which may cause a problem that interferes with the incident light to the solar cell, when the gap between the metal nano holes is more than 2,000 nm When the size of the metal nano holes is small, the problem of decreasing transmittance may occur, but when the size of the holes is large, a problem may occur in that carriers may not be uniformly collected over the surface of the solar cell.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노 홀의 깊이 즉, 금속 층의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 나노 홀의 깊이는 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 나노 홀의 깊이가 10 nm 미만일 경우 금속이 연속적인 필름 형태로 증착되지 않을 수 있어 표면 저항이 커지는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 금속 나노 홀의 깊이가 500 nm 초과일 경우 태양빛의 투과가 감소하는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the depth of the metal nano holes, that is, the thickness of the metal layer may be about 10 nm to about 500 nm, but is not limited thereto. For example, the depth of the metal nano holes may be about 10 nm to about 500 nm, about 50 nm to about 500 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 500 nm, About 400 nm to about 500 nm, about 10 nm to about 400 nm, about 10 nm to about 300 nm, about 10 nm to about 200 nm, about 10 nm to about 100 nm, or about 10 nm to about 50 nm However, it is not limited thereto. When the depth of the metal nano holes is less than 10 nm, the metal may not be deposited in a continuous film form, which may cause a problem of increasing surface resistance. When the depth of the metal nano holes is greater than 500 nm, the transmission of sunlight may decrease. Problems may occur, but are not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 인덱스 매칭층(300)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, MgF2, CaF2, 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate, PMMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 인덱스 매칭층(300)은 상기 금속층(200)의 금속과 외부 공기 사이 큰 굴절률 차이로 인한 빛 반사를 방지하기 위하여 형성하는 것으로서 굴절률이 크지 않은 투명한 절연체를 사용하여 태양전지로의 빛의 입사를 방해하지 않는 역할을 하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께가 10 nm 미만일 경우 금속과 공기 사이의 큰 굴절률 차이로 인한 빛 반사를 방지하는 역할에 문제가 발생할 수 있으며, 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께가 500 nm 초과일 경우 태양전지로 투과되는 빛이 감소하는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the thickness of the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 태양전지용 메타소재 전극을 채용함으로써 공핍층 내 분리되는 전자-정공 쌍 효율, 공핍층에서 분리된 전자와 정공이 전극까지 수송되는 효율, 전극까지 도달한 전자와 정공을 전극에서 수집하는 효율을 높을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 금속 나노 홀의 크기, 간격, 금속의 종류 등을 변화시켜 구조를 최적화하여 다양한 물질 기반 태양전지에 상기 전극을 적용할 수 있다.In one embodiment of the present application, the electron-hole pair efficiency separated in the depletion layer by using the metamaterial electrode for solar cells, the efficiency of transporting electrons and holes separated in the depletion layer to the electrode, electrons and holes reached to the electrode In addition to increasing the efficiency of collecting the electrode, the electrode may be applied to various material-based solar cells by optimizing the structure by changing the size, spacing, type of metal, etc. of the metal nano holes.
본원의 제 2 측면은,The second aspect of the present application,
p-n 접합이 형성된 실리콘 기재(100) 상에 이빔 레지스트 층(150)을 코팅하는 단계(단계 1); coating the e-beam resist
상기 코팅된 이빔 레지스트 층(150) 상에 나노 패턴을 형성하는 단계(단계 2); Forming a nano pattern on the coated e-beam resist layer 150 (step 2);
상기 나노 패턴이 형성된 이빔 레지스트 층(150) 상에 금속층(200)을 증착하는 단계(단계 3); Depositing a metal layer (200) on the e-beam resist layer (150) on which the nano-pattern is formed (step 3);
상기 이빔 레지스트 층(150)을 제거하는 단계(단계 4); 및 Removing the e-beam resist layer 150 (step 4); And
상기 금속층(200) 상에 인덱스 매칭층(300)을 형성하는 단계(단계 5);를 포함하고, Forming an
상기 나노 패턴은 주기적인 어레이를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극(1)의 제조방법을 제공한다.The nano-pattern has a periodic array, it provides a method for producing a solar cell metamaterial electrode (1).
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although detailed descriptions of portions overlapping with the first aspect of the present application are omitted, the descriptions of the first aspect of the present application may be equally applied even if the description is omitted from the second side.
이하, 본원의 제 2 측면에 따른 태양전지용 메타소재 전극(1)의 제조방법을 도 2를 참조하여 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
본원의 일 구현예에 있어서, 우선 상기 메타소재 전극(1)의 제조방법은 p-n 접합이 형성된 실리콘 기재(100) 상에 이빔 레지스트 층(150)을 코팅하는 단계(단계 1)를 포함한다.In one embodiment of the present application, first, the method of manufacturing the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실리콘은 단결정 실리콘일 수 있으며, 상기 단결정 실리콘을 기반으로 하는 태양전지는 상대적으로 저가이나, 광전 효율이 높아 널리 상용화 되어 있다.In one embodiment of the present application, the silicon may be a single crystal silicon, solar cells based on the single crystal silicon is relatively low cost, but the high photoelectric efficiency is widely commercialized.
본원의 일 구현예에 있어서, 다음으로 상기 메타소재 전극(1)의 제조방법은 상기 코팅된 이빔 레지스트 층(150) 상에 나노 패턴을 형성하는 단계(단계 2)를 포함한다.In one embodiment of the present application, next, the method of manufacturing the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 패턴은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 또는 육각형의 형태를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the nano-pattern may be in the form of a circle, oval, triangle, square, pentagon, or hexagon, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 패턴의 크기는 약 100 nm 내지 약 1,500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 상기 나노 패턴의 크기는 나노 패턴의 형태에 따라 그 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 상기 나노 패턴이 원형일 경우 직경, 타원형일 경우 장축 또는 단축의 길이, 다각형의 형태일 경우 각 변의 길이를 의미하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 나노 패턴의 크기는 예를 들어, 약 100 nm 내지 약 1,500 nm, 약 300 nm 내지 약 1,500 nm, 약 500 nm 내지 약 1,500 nm, 약 700 nm 내지 약 1,500 nm, 약 900 nm 내지 약 1,500 nm, 약 1,000 nm 내지 약 1,500 nm, 약 1,200 nm 내지 약 1,500 nm, 약 1,400 nm 내지 약 1,500 nm, 약 100 nm 내지 약 1,400 nm, 약 100 nm 내지 약 1,200 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 100 nm 내지 약 900 nm, 약 100 nm 내지 약 700 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 나노 패턴의 크기가 100 nm 미만일 경우 금속 나노 홀 어레이를 투과하는 빛이 감소되어 태양전지로의 빛의 입사를 방해하는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 나노 패턴의 크기가 1,500 nm 초과일 경우 태양전지 표면에 걸쳐 균일하게 캐리어를 수집할 수 없는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the size of the nano-pattern may be about 100 nm to about 1,500 nm, but is not limited thereto. In this case, the size of the nano-pattern may vary depending on the shape of the nano-pattern, for example, the diameter of the nano-pattern, the length of the long axis or short axis if the ellipse, the shape of each side in the form of a polygon It may mean the length, but is not limited thereto. In addition, the size of the nanopattern is, for example, about 100 nm to about 1,500 nm, about 300 nm to about 1,500 nm, about 500 nm to about 1,500 nm, about 700 nm to about 1,500 nm, about 900 nm to about 1,500 nm, about 1,000 nm to about 1,500 nm, about 1,200 nm to about 1,500 nm, about 1,400 nm to about 1,500 nm, about 100 nm to about 1,400 nm, about 100 nm to about 1,200 nm, about 100 nm to about 1,000 nm, About 100 nm to about 900 nm, about 100 nm to about 700 nm, about 100 nm to about 500 nm, or about 100 nm to about 300 nm, but is not limited thereto. When the size of the nanopattern is less than 100 nm, light passing through the metal nano hole array is reduced, which may cause a problem of preventing light from entering the solar cell. When the size of the nanopattern is greater than 1,500 nm, the solar cell The problem of not being able to collect the carrier evenly over the surface may occur, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 패턴 간의 간격은 약 150 nm 내지 약 2,000 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 나노 패턴 간의 간격은 약 150 nm 내지 약 2,000 nm, 약 300 nm 내지 약 2,000 nm, 약 500 nm 내지 약 2,000 nm, 약 700 nm 내지 약 2,000 nm, 약 900 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,000 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,200 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,400 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,600 nm 내지 약 2,000 nm, 약 1,800 nm 내지 약 2,000 nm, 약 150 nm 내지 약 1,800 nm, 약 150 nm 내지 약 1,600 nm, 약 150 nm 내지 약 1,400 nm, 약 150 nm 내지 약 1,200 nm, 약 150 nm 내지 약 1,000 nm, 약 150 nm 내지 약 900 nm, 약 150 nm 내지 약 700 nm, 약 150 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 150 nm 내지 약 300 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 나노 패턴 간의 간격이 150 nm 미만일 경우 금속 나노 홀 어레이를 투과하는 빛이 감소되어 태양전지로의 빛의 입사를 방해하는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 나노 패턴의 간격이 2,000 nm 초과일 경우 상기 나노 패턴의 크기가 작은 경우에는 투과도가 감소하는 문제가, 나노 패턴의 크기가 큰 경우에는 태양전지 표면에 걸쳐 균일하게 캐리어를 수집할 수 없는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the interval between the nano-pattern may be about 150 nm to about 2,000 nm, but is not limited thereto. For example, the spacing between the nanopatterns is about 150 nm to about 2,000 nm, about 300 nm to about 2,000 nm, about 500 nm to about 2,000 nm, about 700 nm to about 2,000 nm, about 900 nm to about 2,000 nm, About 1,000 nm to about 2,000 nm, about 1,200 nm to about 2,000 nm, about 1,400 nm to about 2,000 nm, about 1,600 nm to about 2,000 nm, about 1,800 nm to about 2,000 nm, about 150 nm to about 1,800 nm, about 150 nm to about 1,600 nm, about 150 nm to about 1,400 nm, about 150 nm to about 1,200 nm, about 150 nm to about 1,000 nm, about 150 nm to about 900 nm, about 150 nm to about 700 nm, about 150 nm to About 500 nm, or about 150 nm to about 300 nm, but is not limited thereto. When the interval between the nanopatterns is less than 150 nm, light passing through the metal nanohole array is reduced, which may cause a problem of preventing light from entering the solar cell. When the nanopattern intervals are greater than 2,000 nm, the nano When the size of the pattern is small, there is a problem that the transmittance decreases, and when the size of the nano pattern is large, a problem in that carriers may not be uniformly collected over the surface of the solar cell may occur, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 다음으로 상기 메타소재 전극(1)의 제조방법은 상기 나노 패턴이 형성된 이빔 레지스트 층(150) 상에 금속층(200)을 증착하는 단계(단계 3)를 포함한다.In one embodiment of the present application, next, the method of manufacturing the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present disclosure, the metal includes a metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), aluminum (Al), and combinations thereof. It may be, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속층(200)의 증착은 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 열증발증착, 또는 전자빔증발증착을 통하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the deposition of the
본원의 일 구현예에 있어서, 금속층(200)의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속층(200)의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속층(200)의 두께가 10 nm 미만일 경우 금속이 연속적인 필름 형태로 증착되지 않을 수 있어 표면 저항이 커지는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 금속층(200)의 두께가 500 nm 초과일 경우 태양빛의 투과가 감소하는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the thickness of the
본원의 일 구현예에 있어서, 다음으로 상기 메타소재 전극(1)의 제조방법은 상기 이빔 레지스트 층(150)을 제거하는 단계(단계 4)를 포함한다.In one embodiment of the present application, next, the method of manufacturing the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이빔 레지스트 층(150)을 제거함으로써 금속층(200)만이 상기 실리콘 기재 상에 형성되어 있으며, 상기 단계 2 및 3에서 이빔 레지스트 층(150)에 나노 패턴을 형성한 후 금속층(200)을 증착하였으므로, 상기 이빔 레지스트 층(150)을 제거하게 되면 상기 금속층(200)은 금속 나노 홀 어레이를 가지게 될 수 있다.In one embodiment of the present application, by removing the e-beam resist
본원의 일 구현예에 있어서, 다음으로 상기 메타소재 전극(1)의 제조방법은 상기 금속층(200) 상에 인덱스 매칭층(300)을 형성하는 단계(단계 5)를 포함한다.In one embodiment of the present application, next, the method of manufacturing the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 인덱스 매칭층(300)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, MgF2, CaF2, 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate, PMMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 인덱스 매칭층(300)은 상기 금속층(200)의 금속과 외부 공기 사이 큰 굴절률 차이로 인한 빛 반사를 방지하기 위하여 형성하는 것으로서 굴절률이 크지 않은 투명한 절연체를 사용하여 태양전지로의 빛의 입사를 방해하지 않는 역할을 하는 것이다.In one embodiment of the present application, the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께는 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 약 10 nm 내지 약 300 nm, 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께가 10 nm 미만일 경우 금속과 공기 사이의 큰 굴절률 차이로 인한 빛 반사를 방지하는 역할에 문제가 발생할 수 있으며, 상기 인덱스 매칭층(300)의 두께가 500 nm 초과일 경우 태양전지로 투과되는 빛이 감소하는 문제가 발생할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, the thickness of the
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제조된 메타소재 전극을 채용하면 공핍층 내 분리되는 전자-정공 쌍 효율, 공핍층에서 분리된 전자와 정공이 전극까지 수송되는 효율, 전극까지 도달한 전자화 정공을 전극에서 수집하는 효율을 높을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 금속 나노 홀의 크기, 간격, 금속의 종류 등을 변화시켜 구조를 최적화하여 다양한 물질 기반 태양전지에 상기 전극을 적용할 수 있다.In one embodiment of the present application, by employing the prepared metamaterial electrode, the electron-hole pair efficiency separated in the depletion layer, the efficiency of transporting electrons and holes separated in the depletion layer to the electrode, the electron hole reached to the electrode In addition to improving the efficiency of collecting at the electrode, the electrode may be applied to various material-based solar cells by optimizing the structure by changing the size, spacing, type of metal, etc. of the metal nano holes.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 통해 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, it will be described in more detail through Examples and Experimental Examples of the present invention.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are only illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following Examples and Experimental Examples.
[[ 실시예Example 1] One]
5 내지 10 Ωcm 의 p 타입 단결정 실리콘 기판에 p-n 접합을 형성하기 위해 비소(As)를 70 KeV의 에너지와 2 X 1015/cm2의 도즈로 이온주입 하였다. 비소가 실리콘 기판으로 침투된 깊이를 알기 위해, 반도체 성분 분석의 방법 중 하나인 SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)를 사용하였다. 그 결과, p 타입 단결정 실리콘의 농도는 2.09 X 1015 atoms/cm3 이었고, p-n 접합은 실리콘 기판 표면으로부터 197.3 nm 아래에 위치하고 있음을 알 수 있었다. 공핍층의 폭은 하기 식 1 및 2를 사용하여 계산하였다.Arsenic (As) was ion implanted with energy of 70 KeV and dose of 2 × 10 15 / cm 2 to form a pn junction on a 5-10 Ωcm p-type single crystal silicon substrate. In order to know the depth of arsenic penetration into the silicon substrate, Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), one of the methods of semiconductor component analysis, was used. As a result, it was found that the concentration of p-type single crystal silicon was 2.09 X 10 15 atoms / cm 3 , and the pn junction was located 197.3 nm below the surface of the silicon substrate. The width of the depletion layer was calculated using the following equations (1) and (2).
<식 1><
<식 2><Equation 2>
즉, 단결정 실리콘 기판에 형성된 단일 p-n 접합으로 인한 공핍층은 실리콘 표면으로부터 197.3 nm 아래부터 시작하여 755.52 nm의 폭을 가짐을 계산할 수 있었다.That is, it could be calculated that the depletion layer due to the single p-n junction formed on the single crystal silicon substrate has a width of 755.52 nm starting from 197.3 nm below the silicon surface.
금속은 은으로 선택하였고, 정사각형 모양이며 홀의 크기(D)가 400 nm이고, 간격(T)이 460 nm 이며, 높이가 30 nm인 사각 격자의 은 나노 홀 어레이를 p-n 접합이 제작된 단결정 실리콘 기판 위에 형성하였다. 또한, 50 nm 두께의 PMMA를 그 위에 코팅하여 인덱스 매칭층을 형성하였다.The metal was selected as silver, and the single crystal silicon substrate was fabricated by pn junction with silver nano hole array of square lattice with square shape, hole size (D) of 400 nm, spacing (T) of 460 nm, and height of 30 nm. Formed on top. In addition, 50 nm thick PMMA was coated thereon to form an index matching layer.
또한, 상기에서 제조한 전극과 다른 조건은 동일하게 하여 홀의 크기(D)가 500 nm이고, 간격(T)이 560 nm이며, 높이가 30 nm인 사각 격자의 은 나노 홀 어레이를 포함하는 메타소재 전극을 제조하였다.In addition, the metamaterial including a rectangular lattice array of silver nano holes having a hole size (D) of 500 nm, a gap (T) of 560 nm, and a height of 30 nm, under the same conditions as the electrode prepared above. An electrode was prepared.
[실시예 2] Example 2
0.1 내지 0.2 Ωcm의 p 타입 단결정 실리콘 기판에 p-n 접합을 형성하기 위해 인(P)을 50 KeV의 에너지와 2 X 1015/cm2의 도즈로 이온주입하였다. SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)를 사용하여 p 타입 단결정 실리콘의 농도는 2.18 X 1017 atoms/cm3 이고, p-n 접합은 실리콘 기판 표면으로부터 358.86 nm 아래에 위치하고 있음을 알 수 있었다. 공핍층 폭의 공식을 사용하여, 단결정 실리콘 기판에 형성된 단일 p-n 접합으로 인한 공핍층은 실리콘 표면으로부터 358.86 nm 아래부터 시작하여 77.906 nm의 폭을 가짐을 알 수 있었다.Phosphorus (P) was ion implanted with an energy of 50 KeV and a dose of 2 × 10 15 / cm 2 to form a pn junction on a 0.1-0.2 Ωcm p-type single crystal silicon substrate. By using SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy), the concentration of the p-type single crystal silicon was 2.18 X 10 17 atoms / cm 3 , and the pn junction was found to be 358.86 nm below the surface of the silicon substrate. Using the formula of the depletion layer width, it can be seen that the depletion layer due to the single pn junction formed on the single crystal silicon substrate has a width of 77.906 nm starting from 358.86 nm below the silicon surface.
금속을 은으로 선택하였고, 정사각형 모양이며 홀의 크기(D)가 400 nm이고, 간격(T)이 460 nm 이며, 높이가 30 nm인 사각 격자의 은 나노 홀 어레이를 p-n 접합이 제작된 단결정 실리콘 기판 위에 형성하였다. 또한, 50 nm 두께의 PMMA를 그 위에 코팅하여 인덱스 매칭층을 형성하였다.The metal was selected as silver, and the single crystal silicon substrate was fabricated by pn junction with a square lattice of silver nano hole array of square shape, hole size (D) of 400 nm, spacing (T) of 460 nm, and height of 30 nm. Formed on top. In addition, 50 nm thick PMMA was coated thereon to form an index matching layer.
[실험예 1] 메타소재 전극의 반사율 및 투과율 측정Experimental Example 1 Measurement of Reflectance and Transmittance of Metamaterial Electrode
실시콘 기판, 실리콘 기판 상에 인덱스 매칭층이 형성된 구조, 실리콘 기판 상에 금속 나노 홀 어레이를 형성하여 상기 실시예 1 및 2에 의해 제조된 홀이 정사각형 모양이며 홀의 크기(D)가 400 nm이고, 간격(T)이 460 nm 이며, 높이가 30 nm인 사각 격자의 은 나노 홀 어레이를 포함하고, 50 nm 두께의 인덱스 매칭층(PMMA)를 포함하는 메타소재 전극의 파장에 따른 반사율 및 투과율을 각각 도 3a 및 3b에 나타내었다. 도 3a에서 나타낸 바와 같이 본원 실시예에 따른 메타소재 전극의 경우 실리콘 기판 상에 금속층을 포함함에도 실리콘 기판 상에 인덱스 매칭층을 형성한 경우에 비하여 단파장대에서 반사율은 감소하고 투과율은 증가함을 확인할 수 있었다.An embodiment of the present invention, the structure in which the index matching layer is formed on the silicon substrate, the metal nano hole array is formed on the silicon substrate, and the holes manufactured according to the first and second embodiments are square in shape, and the hole size (D) is 400 nm. , Reflectance and transmittance according to the wavelength of the metamaterial electrode including an array of silver nano holes in a rectangular lattice having a spacing T of 460 nm and a height of 30 nm and including an index matching layer (PMMA) having a thickness of 50 nm. 3A and 3B, respectively. As shown in FIG. 3A, the metamaterial electrode according to the exemplary embodiment of the present disclosure shows that the reflectance decreases and the transmittance increases at a shorter wavelength band than when the index matching layer is formed on the silicon substrate even though the metal layer is included on the silicon substrate. Could.
[실험예 2] 메타소재 전극의 전기장 분포 측정Experimental Example 2 Measurement of Electric Field Distribution of Metamaterial Electrode
상기 실시예 1 및 2에서 제조한 메타소재 전극 구조가 태양전지의 효율을 높일 수 있음을 나타내기 위하여 금속 나노 홀의 중앙에서 실리콘 기판 방향으로 전기장의 분포를 계산하여 도 4a 내지 4c에 나타내었다. 상기 실시예 1에서 제조한 메타소재 전극의 경우 도 4a에 나타내었으며, 은 나노 홀 어레이의 플라즈모닉 안테나 효과에 의해 실리콘 기판 상에 50 nm 두께의 인덱스 매칭층이 형성된 경우보다 장파장대인 685 nm(적색)에서 약 2.4배, 532 nm(녹색)에서 약 2.4배, 473 nm(청색)에서 약 2.6배만큼 더 공핍층 영역으로 전기장을 집중시킬 수 있을 것으로 계산되었다. 이로 인해, 가시광 영역의 넓은 파장대역의 빛을 공핍층 영역에 효과적으로 가둘 수 있음을 증명하였고, 그로 인한 공핍층 내 분리되는 전자-정공 쌍 효율이 증가할 것이라 예측되었다. In order to show that the metamaterial electrode structures prepared in Examples 1 and 2 can increase the efficiency of the solar cell, the distribution of the electric field in the direction of the silicon substrate in the center of the metal nanoholes is shown in FIGS. 4A to 4C. The metamaterial electrode manufactured in Example 1 is shown in FIG. 4A, and has a longer wavelength of 685 nm (red) than the case where an index matching layer having a thickness of 50 nm is formed on the silicon substrate by the plasmonic antenna effect of the silver nano hole array. ), It was estimated that the electric field could be concentrated in the depletion layer region by about 2.4 times, about 2.4 times at 532 nm (green), and about 2.6 times at 473 nm (blue). As a result, it was proved that the light of the wide wavelength band of the visible region can be effectively trapped in the depletion layer region, thereby increasing the efficiency of electron-hole pair separation in the depletion layer.
또한, 상기 구조에서 은 나노 홀 어레이의 홀의 크기(D)를 500 nm, 간격(T)을 560 nm로 형성했을 경우(다른 조건은 동일)의 결과를 도 4b에 나타내었으며, 실리콘 기판 상에 50 nm 두께의 인덱스 매칭층이 형성된 경우보다 장파장대인 685 nm(적색)에서 약 3.19배, 532 nm(녹색)에서 약 2.4배, 473 nm(청색)에서 약 1.55배만큼 더 공핍층 영역으로 전기장을 집중시킬 수 있을 것으로 계산되었다. 상기 결과로 인해, 금속 나노 홀 어레이의 크기(D)와 간격(T)을 변화시킴으로써 특정 파장의 빛을 선택적으로 더 극대화시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, when the size (D) of the holes of the silver nano-hole array is 500 nm and the spacing (T) is 560 nm (other conditions are the same) in the above structure, the results are shown in FIG. Concentrates the electric field into the depletion layer region about 3.19 times longer at 685 nm (red), about 2.4 times higher at 532 nm (green), and about 1.55 times higher at 473 nm (blue) than when an nm-thick index matching layer was formed. It was calculated to be possible. As a result, it was confirmed that the light of a specific wavelength can be further maximized by changing the size (D) and the distance (T) of the metal nano hole array.
상기 실시예 2에서 제조한 메타소재 전극의 경우 도 4c에 나타내었으며, 은 나노 홀 어레이의 플라즈모닉 안테나 효과에 의해 실리콘 기판 상에 50 nm 두께의 인덱스 매칭층이 형성된 경우보다 장파장대인 685 nm(적색)에서 약 2.3배, 532 nm(녹색)에서 약 3배, 473 nm(청색)에서 약 3.9배만큼 더 공핍층 영역으로 전기장을 집중시킬 수 있을 것으로 계산되었다. 상기 결과는 표면에서 매우 가까운 p-n접합이 형성되었을 경우에도 메타소재 전극 구조의 플라즈모닉 안테나 효과에 의해 공핍층 영역에 가시광 영역의 넓은 파장대의 빛을 효과적으로 가둠으로 효율을 높일 수 있음을 나타내는 것이었다. 따라서, 얇은 필름 구조의 태양전지에 상기 메타소재 전극 구조를 도입했을 때 높은 효율을 나타낼 것으로 분석되었다.The metamaterial electrode manufactured in Example 2 is shown in FIG. 4C, and has a longer wavelength of 685 nm (red) than the case where a 50 nm thick index matching layer is formed on the silicon substrate by the plasmonic antenna effect of the silver nano hole array. It is calculated that the electric field can be concentrated in the depletion layer region by about 2.3 times, about 3 times at 532 nm (green), and about 3.9 times at 473 nm (blue). The above results indicate that even when a p-n junction very close to the surface is formed, the plasmonic antenna effect of the metamaterial electrode structure effectively increases the efficiency by confining light in a wide wavelength band in the visible region in the depletion layer region. Therefore, when the meta-material electrode structure is introduced into a thin film solar cell, it was analyzed to exhibit high efficiency.
[실험예 3] 금속 나노 홀의 크기에 따른 전기장 분포 측정Experimental Example 3 Measurement of Electric Field Distribution According to Metal Nano Hole Size
상기 메타소재 전극에서 은 나노 홀의 지름 크기 및 간격을 변화시켜 가며 실리콘 깊이에 따른 전기장 세기 분포를 측정하여 도 5a 내지 5c에 나타내었다. 상기 도 5a는 적색인 685 nm 파장대 빛을 측정한 것이고, 도 5b는 녹색인 532 nm, 도 5c는 청색인 473 nm 파장대 빛을 계산한 것이었다. 이때, 금속층의 두께는 30 nm 이었으며, 나노 홀의 중앙 위치에서 전기장 세기 분포를 계산하였다. 상기 도 5a 내지 5c에 나타낸 바와 같이 상기 메타소재 전극은 금속 나노 홀을 포함하지 않는 (실리콘 기판+인덱스 매칭층) 구조에 비하여 높은 전기장 세기를 나타내었으며, 나노 홀의 크기 및 간격을 변화시킴에 따라 실리콘 깊이에 따른 전기장 세기의 성질이 상이하게 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 나노 홀의 크기 및 간격을 변화시켜 다양한 물질 기반 태양전지에 최적화된 메타소재 전극 구조를 선택할 수 있으며, 태양전지에 활용할 수 있을 것으로 분석되었다.5A to 5C show the electric field intensity distribution according to the silicon depth while varying the diameter size and spacing of silver nano holes in the metamaterial electrode. FIG. 5A shows light of 685 nm wavelength in red, FIG. 5B shows light of 532 nm in green, and 473 nm in blue in FIG. 5C. In this case, the thickness of the metal layer was 30 nm, and the electric field intensity distribution was calculated at the central position of the nano holes. As shown in FIGS. 5A to 5C, the metamaterial electrode exhibited a higher electric field strength compared to the structure of (silicon substrate + index matching layer) that does not include metal nanoholes, and the silicon as the nanoholes were changed in size and spacing. It was confirmed that the properties of the electric field strength vary depending on the depth. Therefore, the meta-material electrode structure optimized for various material-based solar cells can be selected by changing the size and spacing of the nano-holes, and it can be analyzed that the solar cell can be utilized.
1: 메타소재 전극
100: 실리콘 기재
150: 이빔 레지스트 층
200: 금속층
300: 인덱스 매칭층1: metamaterial electrode
100: silicon substrate
150: e-beam resist layer
200: metal layer
300: index matching layer
Claims (10)
상기 실리콘 기재 상에 형성된 금속층; 및
상기 금속층 상에 형성된 인덱스 매칭층;
을 포함하고,
상기 금속층은 크기 100 nm 내지 700 nm, 간격 150 nm 내지 700 nm, 깊이 10 nm 내지 500 nm의 금속 나노 홀 어레이를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극이되,
상기 태양전지용 메타소재 전극은 금속 나노 홀 어레이가 상기한 크기, 간격, 깊이의 범위로 조절되는 것으로부터 공핍층 영역으로 전기장이 집중되는 것인, 태양전지용 메타소재 전극.
a silicon substrate having a pn junction formed thereon;
A metal layer formed on the silicon substrate; And
An index matching layer formed on the metal layer;
Including,
The metal layer has a metal nano hole array having a size of 100 nm to 700 nm, an interval of 150 nm to 700 nm, and a depth of 10 nm to 500 nm, and becomes a metamaterial electrode for a solar cell.
The metamaterial electrode for solar cell is a metamaterial electrode for solar cell that the electric field is concentrated in the depletion layer region from the metal nano hole array is adjusted to the above range of size, interval, depth.
상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것인, 태양전지용 메타소재 전극.
The method of claim 1,
The metal is a meta-material for a solar cell, including a metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), aluminum (Al), and combinations thereof. electrode.
상기 금속 나노 홀은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 또는 육각형의 형태를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극.
The method of claim 1,
The metal nano-holes are of the shape of a circle, oval, triangle, square, pentagon, or hexagon, solar cell metamaterial electrode.
상기 인덱스 매칭층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, MgF2, CaF2, 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate, PMMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인, 태양전지용 메타소재 전극.
The method of claim 1,
The index matching layer includes a material selected from the group consisting of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , MgF 2 , CaF 2 , polymethacrylate (PMMA), and combinations thereof. Phosphorus, solar cell metamaterial electrode.
상기 인덱스 매칭층의 두께는 10 nm 내지 500 nm인, 태양전지용 메타소재 전극.
The method of claim 1,
The thickness of the index matching layer is 10 nm to 500 nm, solar cell metamaterial electrode.
상기 코팅된 이빔 레지스트 층 상에 나노 패턴을 형성하는 단계;
상기 나노 패턴이 형성된 이빔 레지스트 층 상에 금속층을 증착하는 단계;
상기 이빔 레지스트 층을 제거하는 단계; 및
상기 금속층 상에 인덱스 매칭층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 나노 패턴은 주기적인 어레이를 갖는 것인, 태양전지용 메타소재 전극의 제조방법이되,
상기 금속층은 크기 100 nm 내지 700 nm, 간격 150 nm 내지 700 nm, 깊이 10 nm 내지 500 nm의 금속 나노 홀 어레이를 갖고,
상기 태양전지용 메타소재 전극은 금속 나노 홀 어레이가 상기한 크기, 간격, 깊이의 범위로 조절되는 것으로부터 공핍층 영역으로 전기장이 집중되는 것인, 태양전지용 메타소재 전극의 제조방법.
coating an e-beam resist layer on a silicon substrate having a pn junction formed thereon;
Forming a nano pattern on the coated e-beam resist layer;
Depositing a metal layer on the nano-pattern formed e-beam resist layer;
Removing the e-beam resist layer; And
Forming an index matching layer on the metal layer;
The nano-pattern is a method of manufacturing a metamaterial electrode for solar cells, having a periodic array,
The metal layer has an array of metal nano holes of size 100 nm to 700 nm, spacing 150 nm to 700 nm, depth 10 nm to 500 nm,
The solar cell metamaterial electrode is a method of manufacturing a metamaterial electrode for solar cell that the electric field is concentrated in the depletion layer region from the metal nano hole array is adjusted to the above range of size, interval, depth.
상기 금속층의 증착은 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 열증발증착, 또는 전자빔증발증착을 통하여 수행되는 것인, 태양전지용 메타소재 전극의 제조방법.
The method of claim 9,
The deposition of the metal layer is to be carried out through DC sputtering, RF sputtering, thermal evaporation, or electron beam evaporation, method of manufacturing a meta-material electrode for solar cells.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180024803A KR102004650B1 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Meta-material electrode in solar cell and method of preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180024803A KR102004650B1 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Meta-material electrode in solar cell and method of preparing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102004650B1 true KR102004650B1 (en) | 2019-10-01 |
Family
ID=68207370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180024803A KR102004650B1 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Meta-material electrode in solar cell and method of preparing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102004650B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111807690A (en) * | 2020-07-23 | 2020-10-23 | 暨南大学 | Preparation method of photovoltaic glass |
| WO2022126933A1 (en) * | 2020-12-14 | 2022-06-23 | 苏州大学 | Preparation method for photoelectric detector implementing wavelength selective response |
| CN115004386A (en) * | 2020-01-14 | 2022-09-02 | 金勋 | Surface plasma photonics electric field enhanced photoelectric detector and image sensor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090031232A (en) * | 2007-09-21 | 2009-03-25 | 가부시끼가이샤 도시바 | Light-permeable metal electrode having nanostructure and method for manufacturing the same |
| KR20120001684A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-04 | 성균관대학교산학협력단 | Transparent conducting film, preparing method for the same, and transparent electrode and devices using the same |
| KR20150142098A (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-22 | 재단법인대구경북과학기술원 | Transparent electrode having metal nano hole array and its manufacturing method |
| KR20160114580A (en) * | 2014-01-31 | 2016-10-05 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | Solar cell and solar cell manufacturing method |
-
2018
- 2018-02-28 KR KR1020180024803A patent/KR102004650B1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090031232A (en) * | 2007-09-21 | 2009-03-25 | 가부시끼가이샤 도시바 | Light-permeable metal electrode having nanostructure and method for manufacturing the same |
| KR20120001684A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-04 | 성균관대학교산학협력단 | Transparent conducting film, preparing method for the same, and transparent electrode and devices using the same |
| KR20160114580A (en) * | 2014-01-31 | 2016-10-05 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | Solar cell and solar cell manufacturing method |
| KR20150142098A (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-22 | 재단법인대구경북과학기술원 | Transparent electrode having metal nano hole array and its manufacturing method |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115004386A (en) * | 2020-01-14 | 2022-09-02 | 金勋 | Surface plasma photonics electric field enhanced photoelectric detector and image sensor |
| CN111807690A (en) * | 2020-07-23 | 2020-10-23 | 暨南大学 | Preparation method of photovoltaic glass |
| CN111807690B (en) * | 2020-07-23 | 2022-08-05 | 麦耀华 | Preparation method of photovoltaic glass |
| WO2022126933A1 (en) * | 2020-12-14 | 2022-06-23 | 苏州大学 | Preparation method for photoelectric detector implementing wavelength selective response |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Low‐dimensional plasmonic photodetectors: recent progress and future opportunities | |
| Kumar et al. | Fabrication of silicon nanowire arrays based solar cell with improved performance | |
| CN103943715B (en) | The reinforced graphite alkene waveguide photodetector of integrated distributed Blatt reflective grating | |
| KR102004650B1 (en) | Meta-material electrode in solar cell and method of preparing the same | |
| US20100175749A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing metal electrode layer to be used in the solar cell | |
| Hossain et al. | Non-resonant metal-oxide metasurfaces for efficient perovskite solar cells | |
| KR20140095553A (en) | Devices, systems and methods for electromagnetic energy collection | |
| US11437531B2 (en) | Photodetector | |
| Cansizoglu et al. | Enhanced photocurrent and dynamic response in vertically aligned In2S3/Ag core/shell nanorod array photoconductive devices | |
| WO2012024793A1 (en) | Apparatus for manipulating plasmons | |
| JP5475246B2 (en) | Solar cell | |
| Pudasaini et al. | Aluminum oxide passivated radial junction sub-micrometre pillar array textured silicon solar cells | |
| Kuang et al. | Dual-ultraviolet wavelength photodetector based on facile method fabrication of ZnO/ZnMgO core/shell nanorod arrays | |
| Chetri et al. | Improved photodetector performance of SnO2 nanowire by optimized air annealing | |
| Mei et al. | High sensitive position-dependent photodetection observed in Cu-covered Si nanopyramids | |
| Sharma et al. | Design analysis of heterojunction solar cells with aligned AZO nanorods embedded in p-type Si wafer | |
| WO2011085297A1 (en) | Nanostructured arrays for radiation capture structures | |
| Dhyani et al. | High speed MSM photodetector based on Ge nanowires network | |
| Xu et al. | Surface engineering in SnO2/Si for high-performance broadband photodetectors | |
| CN110690313A (en) | Si substrate MoS2Near-infrared light detector and preparation method thereof | |
| Chetri et al. | Modification of defects in SnO2 nanowire arrays by gallium doping for enhanced photodetection | |
| Li et al. | Optimizing the spacing of Ag nanoparticle layers to enhance the performance of ZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnO multilayer-structured UV photodetectors | |
| KR102555835B1 (en) | Substrate for photodetector comprising AgAu alloy nanoparticles and UV photodetector based on GaN using the same | |
| Schlykow et al. | Ge (Sn) nano-island/Si heterostructure photodetectors with plasmonic antennas | |
| KR102236186B1 (en) | Method for manufacturing photodetector using metal nanoparticles and transition metal chalcogen compounds |