KR102564282B1 - Tandem solar cell and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상부 태양전지 및 하부 태양전지의 전류밀도를 증가시켜 효율을 개선한 텐덤 태양전지 및 텐덤 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 태양전지; 상기 제1 태양전지보다 작은 밴드갭을 가지는 제2 태양전지; 상기 제1 태양전지와 제2 태양전지 사이에 위치하며, SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 기재 내에서 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지를 전기적으로 연결하는 도핑된 미세결정 실리콘이 포함된 중간층;을 포함하는 텐덤 태양전지를 통해 효율을 개선시킬 수 있다.The present invention relates to a tandem solar cell having improved efficiency by increasing current densities of an upper solar cell and a lower solar cell, and a method for manufacturing the tandem solar cell.
According to the present invention, a first solar cell; a second solar cell having a smaller band gap than the first solar cell; Located between the first solar cell and the second solar cell, an intermediate layer including a silicon oxide matrix having a SiOx composition and doped microcrystalline silicon electrically connecting the first solar cell and the second solar cell within the substrate Efficiency can be improved through a tandem solar cell including;
Description
본 발명은 텐덤 태양전지의 중간층을 새로운 소재 및 구조로 변경하여 전류밀도를 높여 효율을 개선한 텐덤 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a tandem solar cell in which efficiency is improved by increasing current density by changing an intermediate layer of the tandem solar cell to a new material and structure.
결정질 실리콘(crystalline silicon; c-Si) 태양전지는 대표적인 단일접합(single juction) 태양전지로서 널리 상용화되어 사용되고 있다.A crystalline silicon (c-Si) solar cell is widely commercialized and used as a typical single junction solar cell.
그러나 종래의 결정질 실리콘 태양전지의 광전 효율은 밴드갭보다 훨씬 높은 에너지를 갖는 광자가 입사될 때 발생하는 열화 손실(thermalization loss)과 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 포톤의 투과 손실로 인해 낮은 한계치를 갖는다.However, the photoelectric efficiency of conventional crystalline silicon solar cells has a low limit due to thermalization loss that occurs when photons with energy much higher than the bandgap are incident and transmission loss of photons with energy lower than the bandgap. .
단일접합 태양전지에 있어서 열화 손실을 줄이려면 적절한 크기의 밴드갭이 필요함과 동시에 낮은 에너지의 포톤이 기여할 수 있도록 하기 위해서는 밴드갭이 낮아야 하므로 서로 간에 트레이드-오프(trade-off) 관계가 성립된다.In a single junction solar cell, a bandgap of an appropriate size is required to reduce degradation loss, and at the same time, a bandgap must be low to allow low energy photons to contribute, so a trade-off relationship is established.
이러한 트레이드-오프 관계는 단일접합 태양전지로는 해결하기 곤란하기 때문에, 최근에는 텐덤 태양전지(tandem solar cell 또는 double-juction solar cell)와 같이 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 재료들을 이용함으로써 넓은 스펙트럼 영역의 광에너지를 효과적으로 이용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.Since this trade-off relationship is difficult to solve with single-junction solar cells, recently, materials with various energy band gaps, such as tandem solar cells or double-junction solar cells, have been used to produce a wide-spectrum solar cell. Attempts have been made to effectively use light energy.
일반적으로 텐덤 태양전지에서는 상대적으로 큰 밴드갭을 가지는 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 수광면에 위치하고 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 태양전지가 수광면의 반대면에 위치한다.In general, in a tandem solar cell, a single junction solar cell including an absorber layer having a relatively large band gap is positioned on a light receiving surface, and a single junction solar cell including an absorber layer having a relatively small band gap is positioned on a surface opposite to the light receiving surface.
이에 따라 텐덤 태양전지는 전면에서 단파장 영역의 광을 흡수하고 후면에서 장파장 영역의 광을 흡수함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있다. 결과적으로 텐덤 태양전지는 전체 흡수파장 영역을 넓게 이용할 수 있다는 이점이 있다.Accordingly, the tandem solar cell can move the threshold wavelength toward a longer wavelength by absorbing light in a short wavelength region on the front side and absorbing light in a long wavelength region on the rear side. As a result, the tandem solar cell has the advantage of being able to use a wide range of the entire absorption wavelength.
텐덤 태양전지에서는 전면에 위치하는 큰 밴드갭을 가지는 태양전지의 두께가 지나치게 두꺼우면 하부에 존재하는 밴드갭이 작은 태양전지로 태양광이 침투하지 못하게 되어 효율이 떨어지게 된다. 또한 텐덤 태양전지에서의 전면 태양전지의 두께를 얇게 하는 것은 공정 시간 및 재료 사용 등에서 유리한 측면이 있다.In a tandem solar cell, if the thickness of a solar cell with a large bandgap located on the front side is too thick, sunlight cannot penetrate into a solar cell with a small bandgap located on the lower side, resulting in a decrease in efficiency. In addition, thinning the thickness of the front solar cell in the tandem solar cell has advantages in terms of process time and material use.
이와는 달리, 텐덤 태양전지에서의 전면 태양전지의 두께가 얇게 되면 하부 태양전지 대비 전류 값이 낮아지게 된다. 이와 같이 텐덤 태양전지에서의 상부 태양전지와 하부 태양전지의 전류 값이 서로 다르게 되면, 최대 전류밀도(Jsc) 측면에서 불리하여 그로 인해 높은 효율을 얻을 수 없게 되는 문제가 있다.Contrary to this, when the thickness of the front solar cell in the tandem solar cell is thin, the current value is lowered compared to the lower solar cell. In this way, when the current values of the upper solar cell and the lower solar cell in the tandem solar cell are different from each other, it is disadvantageous in terms of maximum current density (Jsc), thereby making it impossible to obtain high efficiency.
결국 종래의 텐덤 태양전지에서는 상부 태양전지의 전류 특성과 재료공정 및 광투과율 특성은 상부 태양전지의 두께에 따라 서로 트레이드 오프 관계에 있게 되는 문제점이 있었다. As a result, in the conventional tandem solar cell, there is a problem in that current characteristics, material processing, and light transmittance characteristics of the upper solar cell are in a trade-off relationship with each other depending on the thickness of the upper solar cell.
한편 텐덤 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 단일접합 상부 태양전지와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 단일접합 하부 태양전지가 중간층을 매개로 하여 접합된다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the tandem solar cell includes an upper single junction solar cell including an absorber layer having a relatively large band gap and a lower single junction solar cell including an absorber layer having a relatively small band gap through an intermediate layer. are joined
이 때 중간층은 상부 태양전지와 하부 태양전지 사이에서 전하 캐리어(carrier)의 원활한 이동을 위해 도전성을 가져야 한다. 또한 중간층은 하부 태양전지로의 태양광이 전달될 수 있도록 투명성도 가져야 한다.At this time, the intermediate layer must have conductivity for smooth movement of charge carriers between the upper and lower solar cells. In addition, the intermediate layer must have transparency so that sunlight can be transmitted to the lower solar cell.
이와 같은 중간층에 요구되는 특성을 부합하는 재료로써 종래에는 투명 전극층이 주로 이용되었다.Conventionally, as a material meeting the characteristics required for such an intermediate layer, a transparent electrode layer has been mainly used.
그러나 종래의 투명 전극층은 비록 광학적으로는 투명하더라도 재료 자체적으로 태양광을 일부 흡수할 수 밖에 없는 단점을 가진다. 또한 종래의 투명 전극층은 전기적 특성에서도 상부 태양전지 및 하부 태양전지 사이에서 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로의 전도성도 가지므로 션트(shunt)가 발생할 수 있다는 근본적인 단점을 가진다.However, even though the conventional transparent electrode layer is optically transparent, the material itself has a disadvantage in that it cannot but absorb some sunlight. In addition, the conventional transparent electrode layer has a fundamental disadvantage in that a shunt may occur because it has conductivity in a horizontal direction as well as a vertical direction between an upper solar cell and a lower solar cell in terms of electrical characteristics.
본 발명과 관련된 종래기술로는 국제공개특허 WO2015-017885호(2015. 12. 02. 공개)가 있다. 상기 종래기술에서는 실리콘 태양전지와 페로브스카이트 태양전지가 투명전극층을 중간층으로 접합된 텐덤 태양전지가 개시되어 있다.As a prior art related to the present invention, there is International Publication No. WO2015-017885 (published on December 2, 2015). In the prior art, a tandem solar cell in which a silicon solar cell and a perovskite solar cell are bonded with a transparent electrode layer as an intermediate layer is disclosed.
본 발명은 상부 태양전지와 하부 태양전지가 중간층을 매개로 접합된 텐덤 태양전지에서 중간층에 새로운 구조 및 재료를 도입함으로써 상부 태양전지의 전류 밀도를 증가시켜 텐덤 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to improve the efficiency of a tandem solar cell by increasing the current density of the upper solar cell by introducing a new structure and material to the intermediate layer in a tandem solar cell in which an upper solar cell and a lower solar cell are bonded through an intermediate layer. do.
또한 본 발명에서의 텐덤 태양전지는 하부 태양전지로의 장파장 태양광의 흡수를 높여 하부 태양전지의 전류 밀도를 보다 증가시킴으로써 텐덤 태양전지의 효율을 개선하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the tandem solar cell of the present invention is to improve the efficiency of the tandem solar cell by increasing the current density of the lower solar cell by increasing absorption of long-wavelength sunlight into the lower solar cell.
더 나아가 본 발명에서의 탠덤 태양전지의 제조 방법은 중간층을 형성하는 공정에서도 텐덤 태양전지를 구성하는 하부 실리콘 태양전지 공정에서 사용하는 증착장비를 사용함으로써 공정 수를 줄여 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.Furthermore, the method of manufacturing a tandem solar cell in the present invention aims to improve productivity by reducing the number of processes by using deposition equipment used in the lower silicon solar cell process constituting the tandem solar cell even in the process of forming an intermediate layer. .
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 보다 구체적으로 중간층의 반사율을 낮추어서 상부 태양전지로 태양광을 반사시켜 상부 태양전지의 전류밀도를 증가시키고, 중간층에서의 장파장 태양광의 흡수를 감소시켜 하부 탱야전지로의 장파장 태양광의 흡수를 높여 하부 태양전지의 전류밀도를 증가시키기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 태양전지; 상기 제1 태양전지보다 작은 밴드갭을 가지는 제2 태양전지; 상기 제1 태양전지와 제2 태양전지 사이에 위치하며, SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 상기 기재 내에서 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지를 전기적으로 연결하는 도핑된 미세결정 실리콘이 포함된 중간층;을 포함하는 텐덤 태양전지가 제공된다.In order to solve the above-mentioned technical problem, more specifically, by lowering the reflectance of the middle layer, reflecting sunlight to the upper solar cell, increasing the current density of the upper solar cell, and reducing the absorption of long-wavelength sunlight in the middle layer to lower tanya cell. According to one aspect of the present invention, in order to increase the absorption of long-wavelength sunlight to increase the current density of the lower solar cell, the first solar cell; a second solar cell having a smaller band gap than the first solar cell; It is located between the first solar cell and the second solar cell, and includes a silicon oxide base having a SiOx composition and doped microcrystalline silicon electrically connecting the first solar cell and the second solar cell within the base. A tandem solar cell including an intermediate layer is provided.
바람직하게는, 상기 제1 태양전지는 페로브스카이트 태양전지이고, 상기 제2 태양전지는 결정실 실리콘 태양전지;인 것을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the tandem solar cell may be provided, wherein the first solar cell is a perovskite solar cell and the second solar cell is a crystalline silicon solar cell.
바람직하게는, 상기 제2 태양전지는, 결정질 실리콘 기판; 상기 기판의 제1면 및 제2면에 각각 위치하는 제1 패시베이션층 및 제2 패시베이션층; 상기 제1 패시베이션층 위에 위치하는 제1 도전형 영역; 및 상기 제2 패시베이션층 위에 위치하는 제2 도전형 영역;을 포함하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the second solar cell includes a crystalline silicon substrate; a first passivation layer and a second passivation layer respectively positioned on the first and second surfaces of the substrate; a first conductivity type region located on the first passivation layer; A tandem solar cell including a second conductivity type region positioned on the second passivation layer may be provided.
이 때, 상기 제1 도전형 영역 및/또는 제2 도전형 영역은 각각의 영역 내에서 도핑 농도가 적층 형태인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 패시베이션층(112) 및/또는 제2 패시베이션층(113)들의 손상을 예방할 수 있다.In this case, a tandem solar cell characterized in that the first conductivity type region and/or the second conductivity type region has a doping concentration in a stacked form in each region. Through this, damage to the
또는, 상기 기판은 n 타입이고; 상기 제1 도전형 영역은 p 타입의 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층의 에미터층이며; 상기 제2 도전형 영역은 n 타입의 비정질 실리콘(n-a-Si:H) 층의 후면전계층인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Alternatively, the substrate is n-type; the first conductivity type region is an emitter layer of a p-type amorphous silicon (p-a-Si:H) layer; The second conductive region is a back surface layer of an n-type amorphous silicon (n-a-Si:H) layer; a tandem solar cell may be provided.
또는, 상기 기판은 n 타입이고; 상기 제1 도전형 영역은 n 타입의 비정질 실리콘(n-a-Si:H) 층의 전계층이며; 상기 제2 도전형 영역은 p 타입의 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층의 에미터층인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Alternatively, the substrate is n-type; the first conductivity type region is an electric layer of an n-type amorphous silicon (n-a-Si:H) layer; The second conductive region is an emitter layer of a p-type amorphous silicon (p-a-Si:H) layer; a tandem solar cell may be provided.
특히, 상기 중간층과 상기 제1 태양전지 사이에 위치하는 p 타입의 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층;을 포함하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.In particular, a tandem solar cell including a p-type amorphous silicon (p-a-Si:H) layer positioned between the intermediate layer and the first solar cell may be provided.
바람직하게는, 상기 중간층의 도핑은 n 타입 도핑인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the doping of the intermediate layer is n-type doping; a tandem solar cell characterized in that can be provided.
바람직하게는, 상기 중간층의 굴절률은 1.5 내지 1.9인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the refractive index of the intermediate layer is 1.5 to 1.9; a tandem solar cell characterized in that can be provided.
바람직하게는, 상기 중간층의 두께는 5 내지 300㎚인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다. Preferably, the thickness of the intermediate layer is 5 to 300 nm; a tandem solar cell characterized in that it can be provided.
바람직하게는, 상기 제1 태양전지는, 상기 제2 태양전지 위에 위치하는 제2 도전형 전하 수송층; 상기 제2 도전형 전하 수송층 위에 위치하는 페로브스카이트 흡수층; 상기 페로브스카이트 흡수층 위에 위치하는 제1 도전형 전하 수송층(123); 을 포함하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다.Preferably, the first solar cell may include a second conductivity type charge transport layer positioned on the second solar cell; a perovskite absorption layer positioned on the second conductivity type charge transport layer; a first conductivity type charge transport layer 123 positioned on the perovskite absorption layer; A tandem solar cell including a may be provided.
특히, 상기 페로브스카이트 흡수층은 FA1- xCsxPbBryI3 -y 성분인 것;을 특징으로 하는 텐덤 태양전지가 제공될 수 있다. (단, 여기서 0 = x ≤= 1, 0 ≤= y ≤= 3 이다) In particular, the tandem solar cell may be provided, characterized in that the perovskite absorber layer is a FA 1- x Cs x PbBr y I 3 -y component. (However, 0 = x ≤= 1, 0 ≤= y ≤= 3)
한편, 공정 수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는, 본 발명의 다른 측면에 따른 텐덤 태양전지의 제조 방법은, 제2 태양전지를 형성하는 단계; 제2 태양전지 상에 SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 기재 내에서 상기 제2 태양전지와 후속 제1 태양전지를 전기적으로 연결하는 도핑된 미세결정 실리콘이 포함된 중간층을 형성하는 단계; 상기 중간층 상에 상기 제2 태양전지보다 더 큰 밴드갭을 가지는 제1 태양전지를 형성하는 단계;를 포함하는 텐덤 태양전지의 제조 방법이 제공될 수 있다.Meanwhile, a method for manufacturing a tandem solar cell according to another aspect of the present invention, which can improve productivity by reducing the number of processes, includes forming a second solar cell; forming a silicon oxide substrate of SiOx composition on the second solar cell and an intermediate layer containing doped microcrystalline silicon electrically connecting the second solar cell and subsequent first solar cells within the substrate; A method of manufacturing a tandem solar cell including forming a first solar cell having a larger bandgap than the second solar cell on the intermediate layer may be provided.
본 발명에 따르면, 제1 태양전지와 제2 태양전지 사이의 중간층에 SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 도핑된 미세결정 실리콘을 포함함으로써 중간층의 굴절률을 감소시키는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to reduce the refractive index of the intermediate layer by including a SiOx composition silicon oxide matrix and doped microcrystalline silicon in the intermediate layer between the first solar cell and the second solar cell.
이로 인해 본 발명은 중간층에서 상부의 제1 태양전지로 태양광을 다시 반사시켜 제1 태양전지 내의 광경로를 증가시키는 것이 가능하다.Accordingly, according to the present invention, it is possible to increase an optical path within the first solar cell by reflecting sunlight back from the middle layer to the upper first solar cell.
특히 본 발명은 광투과도의 손실 없이도 제1 태양전지에서의 증가된 광경로를 통해 제1 태양전지의 전류밀도를 증가시켜 제1 태양전지 및 텐덤 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In particular, the present invention can improve the efficiency of the first solar cell and the tandem solar cell by increasing the current density of the first solar cell through the increased light path in the first solar cell without loss of light transmittance.
또한 본 발명은 SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 도핑된 미세결정 실리콘을 포함한 중간층에서 장파장 영역대의 흡수율이 감소됨으로써 하부의 제2 태양전지로의 장파장 가시광선의 흡수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve the absorption of long-wavelength visible light into the lower second solar cell by reducing the absorption rate in the long-wavelength region in the middle layer including the silicon oxide base of the SiOx composition and the doped microcrystalline silicon.
이를 통해 본 발명은 밴드갭이 상대적으로 작은 제2 태양전지에서의 전류밀도를 증가시킬 수 있어 텐덤 태양전지의 효율을 개선시킬 수 있다.Through this, the present invention can increase the current density in the second solar cell having a relatively small band gap, thereby improving the efficiency of the tandem solar cell.
한편 본 발명의 제조 방법은 하부의 제2 태양전지의 제조 공정에서 사용된 증착장비를 중간층의 제조 공정에서도 동일하게 적용함으로써 장비 및 공정 수를 줄여 생산성 및 경제성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the manufacturing method of the present invention can improve productivity and economy by reducing the number of equipment and processes by applying the same deposition equipment used in the manufacturing process of the lower second solar cell to the manufacturing process of the middle layer.
도 1은 일반적인 텐덤 태양전지의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 비정질 실리콘(a-Si), 마이크로결정 실리콘(μc-Si) 및 다결정 실리콘(poly-Si)의 라만 분광 측정 결과를 나타낸 것이다..
도 4는 본 발명에서의 중간층(120)을 관찰한 전자 현미경 사진(a)과, 본 발명에서의 중간층(120)의 구조를 설명하는 단면도(b)이다.
도 5는 본 발명의 미세결정 실리콘(μC-Si)을 포함하는 실리콘 산화물 SiOx로 이루어진 중간층(120)과 종래의 TCO로 이루어진 중간층의 파장에 따른 광흡수율을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 다른 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.
도 7 내지 12, 15 내지 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 13은 R-ratio가 일정한 조건에서 CO2/SiH4 비에 따른 미세결정 실리콘 결정 분율과 전기 전도도를 나타낸 것이다.
도 14는 CO2/SiH4 비가 일정한 조건에서 R-ratio에 따른 미세결정 실리콘 결정 분율, 전기 전도도 및 굴절률을 나타낸 것이다.
도 19는 중간층의 굴절률 변화에 따른 전류 밀도의 변화를 도시한 것이다.1 schematically shows a cross section of a typical tandem solar cell.
2 shows a cross section of a tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 shows Raman spectroscopic measurement results of amorphous silicon (a-Si), microcrystalline silicon (μc-Si), and polycrystalline silicon (poly-Si).
Figure 4 is an electron micrograph (a) of observing the
Figure 5 shows the light absorption rate according to the wavelength of the
6 shows a cross section of a tandem solar cell according to another embodiment of the present invention.
7 to 12 and 15 to 18 show a method of manufacturing a tandem solar cell according to an embodiment of the present invention.
13 shows the microcrystalline silicon crystal fraction and electrical conductivity according to the CO 2 /SiH 4 ratio under a constant R-ratio condition.
14 shows the microcrystalline silicon crystal fraction, electrical conductivity, and refractive index according to the R-ratio under the condition that the CO 2 /SiH 4 ratio is constant.
19 illustrates a change in current density according to a change in the refractive index of an intermediate layer.
이하, 본원에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탠덤 태양전지와 이를 제조하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a tandem solar cell and a method for manufacturing the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed below and can be implemented in various different forms, but only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete and the scope of the invention completely covered by those skilled in the art. It is provided to inform you.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification. In addition, some embodiments of the present invention are described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same components may have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description may be omitted.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, sequence, order, or number of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is or may be directly connected to that other element, but intervenes between each element. It will be understood that may be "interposed", or each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.
또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.In addition, in implementing the present invention, components may be subdivided for convenience of explanation, but these components may be implemented in one device or module, or one component may be implemented in a plurality of devices or modules. It may be implemented by dividing into .
[텐덤 태양전지][Tandem Solar Cell]
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 텐덤 태양전지의 단면을 나타낸 것이다.2 shows a cross section of a tandem solar cell according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 텐덤 태양전지는 상대적으로 큰 밴드갭을 갖는 흡수층을 포함하는 제1 태양전지(130)와 상대적으로 밴드갭이 작은 흡수층을 포함하는 제2 태양전지(110)가 중간층(120)을 매개로 하여 직접적으로 터널 접합된 2-단자 텐덤 태양전지의 구조를 가진다.Referring to FIG. 2 , the tandem solar cell according to the first embodiment of the present invention includes a first
이에 따라, 텐덤 태양전지로 입사된 광 중 단파장 영역의 광은 상부에 배치된 제1 태양전지(130)에 흡수되어 전하를 생성하며, 제1 태양전지를 투과하는 장파장 영역의 광은 하부에 배치된 제2 태양전지(110)에 흡수되어 전하를 생성하게 된다.Accordingly, among the light incident to the tandem solar cell, the light in the short wavelength region is absorbed by the first
상술한 구조를 가지는 텐덤 태양전지는 상부에 배치된 제1 태양전지(130)에서 단파장 영역의 광을 흡수하여 발전하고, 하부에 배치된 제2 태양전지(110)에서 장파장 영역의 광을 흡수하여 발전함으로써 문턱 파장(threshold wavelength)을 장파장 쪽으로 이동시킬 수 있으며, 결과적으로 전체 태양전지가 흡수하는 파장대를 넓힐 수 있다는 이점이 있다.In the tandem solar cell having the above structure, the first
본 발명의 텐덤 태양전지에서 상기 제1 태양전지와 제2 태양전지로 사용될 수 있는 태양전지로는, 비한정적인 예로써, 페로브스카이트 태양전지와 결정질 실리콘 태양전지가 있다. 그러나 본 발명에서의 제1 태양전지가 페로브스카이트 태양전지로, 그리고 제2 태양전지가 결정질 실리콘 태양전지로만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 텐덤 태양전지에서는, 상부 태양전지의 밴드갭이 하부 태양전지의 밴드갭 대비 크기만 하다면, 어느 태양전지든 무방하다. Solar cells that can be used as the first solar cell and the second solar cell in the tandem solar cell of the present invention include, but are not limited to, a perovskite solar cell and a crystalline silicon solar cell. However, the first solar cell in the present invention is not limited to a perovskite solar cell and the second solar cell is not limited to a crystalline silicon solar cell. In the tandem solar cell of the present invention, any solar cell may be used as long as the band gap of the upper solar cell is larger than that of the lower solar cell.
다만, 이하에서는 설명의 편의상 페로브스카이트 태양전지 및 결정질 실리콘 태양전지의 텐덤 태양전지를 기반으로 본 발명의 특징들을 설명하기로 한다.However, hereinafter, for convenience of description, features of the present invention will be described based on a tandem solar cell of a perovskite solar cell and a crystalline silicon solar cell.
한편 단일접합 태양전지가 결정질 실리콘 태양전지인 경우, 표면에서의 입사광의 반사율을 줄이고 태양전지로 입사된 광의 경로를 증가시키기 위해 표면에 텍스쳐 구조를 도입하는 것이 일반적이다. 따라서 본 발명의 탠덤 태양전지(100)에서의 결정질 실리콘 태양전지(110)도 실리콘 기판(111)의 제1면 및/또는 제2면에 반사를 방지할 수 있도록 텍스쳐링(texturing)에 의한 요철을 가질 수 있다. 일 예로, 요철은 특정한 결정면들로 구성될 수 있다. 예를 들어, {111}면인 4개의 외면에 의하여 형성되는 대략적인 피라미드 형상을 가질 수 있다. 왜냐하면 실리콘은 결정구조가 다이아몬드 큐빅(diamond cubic)으로 면심 입방 격자(fcc)를 가지는데, 격자구조가 면심 입방 구조의 경우 {111}면이 조밀면으로 가장 안정하기 때문이다.Meanwhile, when the single junction solar cell is a crystalline silicon solar cell, it is common to introduce a texture structure to the surface in order to reduce the reflectance of incident light on the surface and increase the path of light incident to the solar cell. Therefore, the crystalline silicon solar cell 110 in the tandem
이와 같이 기판(111)의 표면에 텍스쳐링에 의한 요철이 형성되면 반도체 기판(111)으로 입사하는 광의 반사를 방지할 수 있어 광 손실을 효과적으로 감소할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도2와는 달리, 기판(111)의 표면에 요철이 형성되지 않을 수도 있다.In this way, when irregularities are formed on the surface of the
먼저, 결정질 실리콘 기판(111)은 베이스 도펀트인 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 낮은 도핑 농도로 도핑되어 제1 또는 제2 도전형을 가지는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 기판(111)은 단결정 또는 다결정 반도체(일예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 기판(111)은 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같은 높은 결정성을 가지며 결함이 적은 반도체 기판(111)을 기반으로 태양 전지(110)를 제조하게 되면, 단결정 고유의 낮은 결함으로 인해 전하(전자 또는 정공)와 기판과의 낮은 간섭으로 인한 낮은 전기적 손실로 인해 태양 전지(111)가 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.First, the
이 때 본 발명에서 하부 태양전지로 예시한 결정질 실리콘 태양전지(110)의 경우, 이종접합(hetero-junction) 실리콘 태양전지 또는 동종접합(homo-junction) 실리콘 태양전지로 구현될 수 있다.At this time, in the case of the crystalline silicon solar cell 110 exemplified as the lower solar cell in the present invention, it may be implemented as a hetero-junction silicon solar cell or a homo-junction silicon solar cell.
보다 구체적으로 이종접합 실리콘 태양전지인 경우, 결정질 실리콘 태양전지는, 제1면 및/또는 제2면에 텍스쳐 구조를 가지는 결정질 실리콘 기판(111), 상기 결정질 실리콘 기판의 제1면 및 제2면에 각각 위치하는 제1 패시베이션층(112) 및 제2 패시베이션층 (113); 상기 제1 패시베이션층(112) 상에 위치하는 제1 도전형 영역(114); 및 상기 제2 패시베이션층 상에 위치하는 제2 도전형 영역(115)을 포함한다.More specifically, in the case of a heterojunction silicon solar cell, the crystalline silicon solar cell includes a
먼저 실리콘 기판(111)의 제1면 상에는 제1 패시베이션층(112)이 위치하고, 기판(111)의 제2면 상에는 제2 패시베이션층(113)이 위치한다.First, a
이와 같은 제1 및 제2 패시베이션층에 의하여, 본 발명에서의 태양 전지의 패시베이션 특성을 향상할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 패시베이션층(112, 113)은 기판(111)의 제1면 및 제2면에 각기 전체적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 우수한 패시베이션 특성을 가지면서 별도의 패터닝 없이 쉽게 형성될 수 있다. 전하 캐리어(carrier)가 제1 또는 제2 패시베이션층(112, 113)을 통과하여 제1 또는 제2 도전형 영역(114, 115)에 수송되므로, 제1 및 제2 패시베이션층(112, 113)의 각각의 두께는 제1 도전형 영역(114) 및 제2 도전형 영역(115) 각각의 두께보다 작은 것이 바람직하다.By such first and second passivation layers, the passivation characteristics of the solar cell in the present invention can be improved. In this case, the first and second passivation layers 112 and 113 may be entirely formed on the first and second surfaces of the
일 예로, 제1 및 제2 패시베이션막(112, 113)이 진성 비정질 실리콘 층(i-a-Si)층으로 이루어질 수 있다. 그러면 제1 및 제2 패시베이션막(112, 113)이 실리콘 기판(111)과 동일한 반도체 물질을 포함하여 유사한 특성을 가지기 때문에 패시베이션 특성을 좀더 효과적으로 향상할 수 있다.For example, the first and second passivation layers 112 and 113 may be formed of an intrinsic amorphous silicon (i-a-Si) layer. Then, since the first and
비정질 실리콘층은, 1.1 eV 정도의 에너지 밴드갭을 가지는 결정질 실리콘층 대비, 0.6~0.7 eV 정도 에너지 밴드갭이 큰 물질이고 이에 더하여 증착 과정시 매우 얇게 형성할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같은 비정질 실리콘층의 장점은 결국 단파장 영역에서의 광흡수 손실을 최소화하여 광이용률을 증가시킬 수 있으며, 높은 개방전압과 후면 전계 효과를 가져갈 수 있다.The amorphous silicon layer is a material having a large energy band gap of about 0.6 to 0.7 eV compared to a crystalline silicon layer having an energy band gap of about 1.1 eV, and has the advantage of being able to be formed very thinly during the deposition process. The advantage of such an amorphous silicon layer is that it can increase light utilization by minimizing light absorption loss in a short wavelength region, and can bring a high open-circuit voltage and back surface field effect.
일반적으로 밴드 갭이 서로 다른 이종접합의 경우, 서로 다른 물질 간의 격자불일치(lattice mismatch)가 발생할 가능성이 매우 높다. 하지만 비정질 실리콘층을 사용하게 되면, 비정질은 결정질과 달리 결정격자가 규칙성이 없이 이루어져 있으므로 격자불일치가 발생하지 않는다. 그 결과 결정질 실리콘 기판 위에 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si)을 증착하면, 실리콘 기판 표면의 재결합을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 장점도 있다.In general, in the case of heterojunctions having different band gaps, there is a very high possibility of lattice mismatch between different materials. However, when an amorphous silicon layer is used, lattice mismatch does not occur because the crystal lattice of amorphous silicon is composed of non-regularity unlike crystalline silicon layer. As a result, when the intrinsic amorphous silicon layer (i-a-Si) is deposited on the crystalline silicon substrate, recombination on the surface of the silicon substrate can be effectively reduced.
이 때 본 발명에서의 진성 비정질 실리콘층은 수소화된 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이는 수소화(hydrogenation) 반응에 의해 비정질 실리콘 내에 수소가 들어가서 비정질 실리콘의 미결합 상태(dangling bond)와 에너지 밴드 갭 내의 국부화된(localized) 에너지 상태를 감소시킬 수 있기 때문이다.At this time, it is more preferable to use a hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer (i-a-Si:H) as the intrinsic amorphous silicon layer in the present invention. This is because hydrogen enters the amorphous silicon by a hydrogenation reaction, thereby reducing a dangling bond of the amorphous silicon and a localized energy state within an energy band gap.
다만 수소화된 진성 비정질 실리콘층(i-a-Si:H)을 사용하는 경우 후속 공정온도는 250℃ 이하, 보다 바람직하게는 200℃ 이하로 제한된다. 이는 공정온도가 200℃보다 높은 경우, 비정질 실리콘 내부의 수소결합이 파괴되기 때문이다.However, in the case of using the hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer (i-a-Si:H), the subsequent process temperature is limited to 250°C or less, more preferably 200°C or less. This is because when the process temperature is higher than 200 ℃, the hydrogen bond inside the amorphous silicon is broken.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및/또는 제2 패시베이션층(112, 113)이 진성 비정질 실리콘 탄화물(i-a-SiCx)층 또는 진성 비정질 실리콘 산화물(i-a-SiOx)층 또는 진성 비정질 실리콘 질화물(i-a-SiNx)을 포함할 수도 있다. 이에 의하면 넓은 에너지 밴드갭에 의한 효과가 향상될 수 있으나, 패시베이션 특성은 진성 비정질 실리콘(i-a-Si)층을 포함하는 경우보다 다소 낮을 수 있다.However, the present invention is not limited thereto. The first and/or
상기 제1 패시베이션층(112) 상에는 제1 도전형 영역(114)이 위치하고, 상기 제2 패시베이션층(113) 상에는 제2 도전형 영역(115)이 위치한다.A first
본 발명에서의 제1 도전형 영역(114) 및/또는 제2 도전형 영역(116)은 비정질 실리콘(a-Si), 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx), 비정질 실리콘 탄화물(a-SiCx), 비정질 실리콘 질화물(a-SiNx) 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the first
이때 본 발명에서의 제1 도전형 영역(114) 및/또는 제2 도전형 영역(116)으로 사용 가능한 비정질 실리콘(a-Si), 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx), 비정질 실리콘 탄화물(a-SiCx), 비정질 실리콘 질화물(a-SiNx) 들은 p형 도펀트 또는 n형 도펀트로 도핑을 통해 사용 가능하다.At this time, amorphous silicon (a-Si), amorphous silicon oxide (a-SiOx), amorphous silicon carbide (a- SiCx), amorphous silicon nitride (a-SiNx) can be used through doping with a p-type dopant or an n-type dopant.
제1 또는 제2 도전형 도펀트로 사용되는 p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 들 수 있고, n형 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 들 수 있다. 이 외에도 다양한 도펀트가 제1 또는 제2 도전형 도펀트로 사용될 수 있다.Examples of the p-type dopant used as the first or second conductivity-type dopant include Group 3 elements such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In), and the n-type dopant includes Group 5 elements such as phosphorus (P), arsenic (As), bismuth (Bi), and antimony (Sb) are exemplified. In addition to this, various dopants may be used as the first or second conductivity type dopant.
일 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(114, 115)이 비정질 실리콘층을 포함할 수 있다. 이에 의하면 제1 및 제2 도전형 영역(114, 115)이 실리콘 기판(111)과 동일한 반도체 물질(즉, 실리콘)을 포함하여 기판(111)과 유사한 특성을 가질 수 있다. 이에 의하여 캐리어의 이동이 좀더 효과적으로 이루어지고 안정적인 구조를 구현할 수 있다.For example, the first and second
한편 본 발명에서의 상기 제1 패시베이션층(112) 상에 위치하는 제1 도전형 영역 및/또는 상기 제2 패시베이션층(113) 상면에 위치하는 제2 도전형 영역(115)은 단일 층으로 형성할 필요는 없다.Meanwhile, in the present invention, the first conductive region located on the
비한정적인 예로써, 상기 제1 도전형 영역(114)은 상기 제1 패시베이션층(112) 상에 p 타입으로 도핑된 제1 도전형 영역(114-1)과 이 위에 다시 p+의 고농도로 도핑된 제1 도전형 영역(114-2)의 적층 형태로 존재할 수 있다. 또한 이 경우 상기 제2 도전형 영역(115)은, 제2 패시베이션층(112) 상에 n 타입으로 도핑된 제2 도전형 영역(115-1)과 이 위에 다시 n+의 고농도로 도핑된 제2 도전형영역(115-2)의 적층 형태로 존재할 수 있다. 물론, 이와 반대 타입으로 도핑된 적층 형태도 가능하다.As a non-limiting example, the first conductivity-
본 발명에서 상기 제1 도전형 영역(114) 및/또는 제2 도전형 영역(115)을 복수 개의 적층형태로 구성하는 것은, 높은 농도의 1 도전형 영역(114) 및/또는 제2 도전형 영역(115)이 제1 패시베이션층(112) 및/또는 제2 패시베이션층(113)과 직접 컨택될 경우 상기 패시베이션층들이 손상되기 쉽기 때문이다.In the present invention, configuring the first conductivity-
한편, 본 발명에서의 상기 제1 도전형 영역(114) 및 제2 도전형 영역(115)의 두께는 10~100㎚ 인 것이 바람직하다. Meanwhile, in the present invention, the thickness of the first
상기 도전형 영역들의 두께가 10㎚보다 얇은 경우, 각각의 도전형 영역의 두께가 지나치게 얇아 패시베이션의 기능을 담보할 수 없어 불순물과 재결합하는 전자의 비율이 증가하여 단락전류(Jsc) 및 곡선 인자(fill factor)가 감소하게 된다. 반면, 제1 도전형 영역(114) 및 제2 도전형 영역(115)의 두께가 100㎚ 이상인 경우, 각각의 도전형 영역(114, 115)에서 재결합(recombination)되어 사라지는 전자-정공의 양이 증가하여 그 결과 양자 효율(quantum efficiency)이 감소함으로써 전류가 줄어들게 된다.When the thickness of the conductive regions is less than 10 nm, the thickness of each conductive region is too thin to ensure the passivation function, so the ratio of electrons recombination with impurities increases, resulting in short circuit current (Jsc) and curve factor ( fill factor) is reduced. On the other hand, when the thickness of the first
한편 비한정적인 예로써, 먼저 n 타입 결정질 실리콘 기판의 제1 및 제2면에 매우 얇은 비정질 진성 실리콘(i-a-Si:H)이 패시배이션(passivation) 층으로 형성되고 기판과 다른 p 타입의 고농도 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층의 에미터층이 제1 도전형 영역(114)으로 제1 패시베이션층(112) 상에 형성되며, 제2면에는 n 타입의 고농도 비정질 실리콘(n+-a-Si:H) 층의 후면전계(back surface field, 이하 BSF라 함) 층이 제2 도전형 영역(115)으로 제2 패시베이션층(113) 상에 형성되는 구조를 가질 수 있다. On the other hand, as a non-limiting example, first, a very thin amorphous intrinsic silicon (ia-Si:H) is formed as a passivation layer on the first and second surfaces of an n-type crystalline silicon substrate, and a p-type An emitter layer of a high-concentration amorphous silicon (pa-Si:H) layer is formed on the
한편 본 발명에서의 실리콘 태양전지(110)는 동종접합(homo-juction) 결정질 실리콘 태양전지로 구현될 수도 있다. 예를 들어 앞에서 설명한 예와 동일하게 전면 에미터층 및 후면 전계층을 가지는 동종접합 결정질 실리콘 태양전지의 경우, 에미터층(114)으로는 결정질 실리콘 기판(111)과 상이한 도전형을 갖는 불순물 도핑층이 사용되고 전계층(115)으로는 결정질 실리콘 기판(111)과 동일한 도전형을 갖는 불순물 도핑층이 사용됨으로써 동종접합 결정질 실리콘 태양전지(110)를 구현할 수도 있다.Meanwhile, the silicon solar cell 110 in the present invention may be implemented as a homo-junction crystalline silicon solar cell. For example, in the case of a homojunction crystalline silicon solar cell having a front emitter layer and a back surface electric layer as in the example described above, the
만일 상기 실리콘 태양전지가 동종접합 실리콘 태양전지인 경우, 비정질 진성 실리콘으로 된 패시배이션층(112, 113)은 포함시킬 필요가 없다.If the silicon solar cell is a homojunction silicon solar cell, it is not necessary to include
한편 제1 도전형 영역(114) 위에는 중간층이 위치하고(일 예로, 접촉), 제2 도전형 영역(115) 위에는 이에 전기적으로 연결되는 제2 전극(140)이 위치(일 예로, 접촉)한다.Meanwhile, an intermediate layer is positioned on the first conductive region 114 (eg, contact), and a
먼저 제2 전극(140)은 제2 도전형 영역 (115)과 제2 금속 전극층(117) 사이에 위치하는 제2 투명 전극층(116)을 더 포함할 수 있다. First, the
여기서 제2 투명 전극층(116)은 제2 도전형 영역(115) 위에서 전체적으로 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 전체적으로 형성된다고 함은, 빈 공간 또는 빈 영역 없이 제2 도전형 영역(115)의 전체를 덮는 것뿐만 아니라 불가피하게 일부 부분이 형성되지 않는 경우를 포함할 수 있다. Here, the second
이와 같이 제2 투명 전극층(116)이 제2 도전형 영역 (115) 위에 전체적으로 형성되면, 캐리어가 제2 투명 전극층(116)을 통하여 쉽게 제2 금속 전극층(117)까지 도달 할 수 있어, 수평 방향에서의 저항을 줄일 수 있다. 특히 만일 제2 도전형 영역(115)이 비정질 실리콘 등으로 구성되는 경우 제2 도전형 영역(115)의 결정성이 상대적으로 낮아 캐리어의 이동도(mobility)가 낮을 수 있으므로, 제2 투명 전극층(116)을 구비하여 캐리어가 수평 방향으로 이동할 때의 저항을 저하시키는 것이다.In this way, when the second
이와 같이 제2 투명 전극층(116)이 제2 도전형 영역(115) 위에서 전체적으로 형성되므로 광을 투과할 수 있는 물질(투과성 물질)로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 투명 전극층(116)은 인듐-틴 산화물(indium tin oxide, ITO), 알루미늄-아연 산화물(aluminum zinc oxide, AZO), 보론-아연 산화물(boron zinc oxide, BZO), 인듐-텅 스텐 산화물(indium tungsten oxide, IWO) 및 인듐-세슘 산화물(indium cesium oxide, ICO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 투명 전극층(116) 그 외의 다양한 물질을 포 함할 수 있다.As such, since the second
이때, 본 실시예의 제2 투명 전극층(116)은 상술한 물질을 주요 물질로 하면서 수소를 포함할 수 있다. 이와 같이 제2 투명 전극층(116)이 수소를 포함하면 전자 또는 정공의 이동도(mobility)가 개선될 수 있으며 투과도가 향상될 수 있다.In this case, the second
제2 투명 전극층(116) 위에 위치하며 모듈 공정시 버스 리본과 연결되는 제2 금속 전극층(117)은 금속과 가교 수지를 포함 할 수 있다. 제2 금속 전극층(117)은 금속을 포함하여 캐리어 수집 효율, 저항 저감 등의 특성을 향상할 수 있다. 이와 같이 제2 금속 전극층(117)은 금속을 포함하여 광의 입사를 방해할 수 있으므로 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있도록 일정한 패턴을 가질 수 있다. 이에 의하여 제2 금속 전극층(117)이 형성되지 않은 부분으로 광이 입사할 수 있도록 한다.The second
다음으로, 상기 제1 도전형 영역(114) 위에는 중간층(120)이 위치한다. Next, an
종래의 텐덤 태양전지에서의 중간층(120)은 제2 태양 전지(130)를 투과하는 장파장의 광을 투과 손실 없이 하부의 제1 태양 전지(110)로 입사될 수 있도록 투명 전도성 산화물, 탄소질 전도성 소재, 또는 금속성 소재를 사용하였다.In a conventional tandem solar cell, the
구체적으로 투명 전도성 산화물로는 ITO (Indium Tin Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide), GIO (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO (Fluorine Tin Oxide) 또는 ZnO 등이 사용되었다.Specifically, as the transparent conductive oxide, ITO (Indium Tin Oxide), IWO (Indium Tungsten Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide) , GIO (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO (Aluminum doped Zinc Oxide), FTO (Fluorine Tin Oxide) or ZnO were used.
탄소질 전도성 소재로는 그래핀 또는 카본나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 금속성 소재로는 금속(Ag) 나노 와이어, Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti와 같은 다층 구조의 금속 박막이 사용되었다.As the carbonaceous conductive material, graphene or carbon nanotubes may be used, and as the metallic material, metal (Ag) nanowires and multi-layered metal thin films such as Au/Ag/Cu/Mg/Mo/Ti may be used. .
그런데 중간층(120)으로 사용되는 종래의 투명한 재료들은 굴절률이 상당히 높다는 특징이 있다. 일례로 ITO의 경우 가시광선 영역인 550㎚ 근방에서의 굴절률은 약 1.922인 것으로 알려져 있다.However, conventional transparent materials used as the
이에 반해 유사한 투명도를 가지는 실리콘 산화물인 SiOx의 경우는 가시광선 영역인 550㎚ 근방에서의 굴절률은 약 1.46인 것으로 알려져 있다. 만일 중간층(120)의 굴절률이 낮게 된다면, 이는 텐덤 태양전지의 광학적 특성 내지는 광전 변환 효율 측면에서 매우 유리하게 된다. On the other hand, in the case of SiOx, which is a silicon oxide having similar transparency, it is known that the refractive index in the vicinity of 550 nm, which is a visible ray region, is about 1.46. If the refractive index of the
보다 구체적으로 살펴보면, 만일 빛이 매질을 진행할 때 매질의 굴절률이 변화하게 되면, 빛은 일반적으로 매질의 굴절률이 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 반사된다. 따라서 만일 본 발명의 텐덤 태양전지에서 밴드갭이 큰 제1 태양전지(130)가 상부에 위치하고 수광면이 상부인 경우, 중간층(120)의 굴절률을 작게 하면 중간층(120)에서 제2 태양전지(130) 방향을 향해 빛의 반사가 일어난다. 결국 제2 태양전지(130)을 투과한 빛은 중간층(120)에서 반사되어 다시 제2 태양전지(130)를 통과하게 되므로, 본 발명의 텐덤 태양전지는 빛의 경로가 증가하게 되고 제2 태양전지의 전류밀도를 증가시켜 효율을 증가시킬 수 있다.Looking more specifically, if the refractive index of the medium changes as light travels through the medium, the light is generally reflected from the lower refractive index of the medium to the higher one. Therefore, if the first
다만 실리콘 산화물인 SiOx는 전기적으로 부도체이다. 따라서 만일 실리콘 산화물로만 중간층(120)이 이루어진다면, 제1 태양전지(130)와 제2 태양전지(110) 사이에서 태양광에 의해 생성된 전하 캐리어(carrier)는 제1 태양전지(130)와 제 2 태양전지(110) 사이를 이동할 수 없게 된다는 문제가 발생한다.However, silicon oxide, SiOx, is electrically insulator. Therefore, if the
이러한 문제를 해결하고자, 본 발명에서는 중간층(120)으로 SiOx 기지(matrix)에 미세결정 실리콘(μC -Si)이 포함된 층을 도입하였다. To solve this problem, in the present invention, a layer containing microcrystalline silicon (μC-Si) in a SiOx matrix is introduced as the
먼저 본 발명에서의 미세결정 실리콘(μC -Si)은 본 발명에서 패시베이션층으로 사용된 비정질 실리콘(a-Si) 및 통상적인 다결정 실리콘(poly-Si)과 대비할 때, 화학적으로는 모두 동일한 성분이므로 구분이 어렵지만, 물리적인 방법에 의해서는 명확히 구분이 가능하다.First, microcrystalline silicon (μC -Si) in the present invention is chemically the same component when compared to amorphous silicon (a-Si) and conventional polycrystalline silicon (poly-Si) used as a passivation layer in the present invention. It is difficult to distinguish, but it can be clearly distinguished by physical methods.
도 3은 라만(RAMAN) 분광 측정에 의해, 비정질 실리콘(a-Si), 마이크로결정 실리콘(μC-Si) 및 다결정 실리콘(poly-Si)이 각각 어떻게 구분되는지를 명확히 도시하고 있다.FIG. 3 clearly shows how amorphous silicon (a-Si), microcrystalline silicon (μC-Si) and polycrystalline silicon (poly-Si) are distinguished by Raman (RAMAN) spectroscopic measurement, respectively.
본 발명에서의 라만 스펙트럼은 Jasco社 NRS-3200 마이크로 라만 시스템을 이용하여 측정하였다. 보다 구체적으로, 여기 소스로 Nd:YAG 레이저 (532 nm)를 사용하여 출력(power) 10~20mW의 범위의 조건에서 대상물인 Si 박막들을 측정하였다.The Raman spectrum in the present invention was measured using a Jasco NRS-3200 micro-Raman system. More specifically, using a Nd:YAG laser (532 nm) as an excitation source, Si thin films, which are objects, were measured under conditions in a power range of 10 to 20 mW.
먼저 비정질 실리콘의 경우, 라만 분광법의 측정 결과 480㎝-2에서 넓은(broad) 피크가 관찰된다. 이에 반해, 일반적으로 결정립 크기가 수십 ㎚ 수준이라고 알려진 마이크로 결정 실리콘의 경우, 480㎝-2(비정질 상)과 510㎝-2 (결함이 많은 실리콘 결정상)및 520㎝-2(실리콘 결정상)의 피크가 혼재된 것으로 측정된다. 마지막으로 결정질 실리콘은 결정립 크기가 1~1,000㎛ 수준이며 520㎝-2(실리콘 결정상)의 피크만이 관찰된다. 따라서 라만 분광 측정을 통해, 비정질 실리콘(a-Si), 마이크로결정 실리콘(μC-Si) 및 다결정 실리콘(poly-Si)은 상호 구분될 수 있다.First, in the case of amorphous silicon, a broad peak is observed at 480 cm -2 as a result of Raman spectroscopy. On the other hand, in the case of microcrystalline silicon, which is generally known to have a grain size of several tens of nm, peaks of 480 cm -2 (amorphous phase), 510 cm -2 (silicon crystal phase with many defects) and 520 cm -2 (silicon crystal phase) are measured as mixed. Finally, crystalline silicon has a grain size of 1 to 1,000 μm, and only a peak of 520 cm -2 (silicon crystal phase) is observed. Therefore, through Raman spectroscopic measurement, amorphous silicon (a-Si), microcrystalline silicon (μC-Si), and polycrystalline silicon (poly-Si) can be distinguished from each other.
도 4는 본 발명에서의 중간층(120)을 관찰한 전자 현미경 사진(도 4의 (a))과, 본 발명에서의 중간층(120)의 구조를 설명하는 단면도(도 4의 (b))이다.4 is an electron micrograph (FIG. 4(a)) of observing the
먼저 도 4의 전자 현미경 사진을 살펴보면, 기지인 실리콘 산화물 SiOx과 일부 나노 크기의 미세결정 실리콘(μC -Si)이 본 발명에서의 중간층(120)에서 공존하는 것을 알 수 있다. 특히 나노 크기의 미세결정 실리콘(μC -Si)은 삽도에서 나타난 바와 같이 그 크기가 매우 미세하고 SADP(selected area diffraction pattern)에서 알 수 있듯이 거의 비정질과 유사한 회절 패턴을 가지는 것을 알 수 있다. 그러나 앞서 도 3에서 설명한 바와 같이, 라만(RAMAN) 분석 결과 본 발명의 미세결정 실리콘(μC -Si)은 여러 피크가 혼재된 피크를 특징적으로 나타내었다.First, looking at the electron micrograph of FIG. 4 , it can be seen that the known silicon oxide SiOx and some nano-sized microcrystalline silicon (μC-Si) coexist in the
이와 같은 본 발명에서의 중간층(120)의 구조는 도 4의 (b)에 잘 나타나 있다. 본 발명에서의 중간층(120)은 기지인 실리콘 산화물 SiOx과 상기 기지 내에 위치하는 미세결정 실리콘(μC -Si)이 공존한다.The structure of the
이 때 기지인 실리콘 산화물 SiOx은 결정질 또는 비정질 모두 가능하다. 왜냐하면 기지인 실리콘 산화물 SiOx의 결정구조가 전기 전도도나 광투과도, 그리고 굴절률에 별다른 영향을 주지 않기 때문이다. 다만, 공정의 편의성 및 생산성 등을 감안한다면 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)이 바람직하다.At this time, the base silicon oxide SiOx can be either crystalline or amorphous. This is because the crystal structure of the known silicon oxide SiOx does not significantly affect electrical conductivity, light transmittance, or refractive index. However, considering the convenience and productivity of the process, amorphous silicon oxide (a-SiOx) is preferable.
다음으로 미세결정 실리콘(μC-Si)은 중간층(120)의 기지인 실리콘 산화물 SiOx의 일부분에 존재하며 중간층(120)의 두께 방향으로 위치한다. 본 발명에서 미세결정 실리콘(μC-Si)은 본 발명의 중간층(120)의 전기 전도도를 위해 위치한다. 따라서 본 발명의 중간층(120)은 전기 전도성을 가지는 상기 미세결정 실리콘(μC-Si)을 통해 제1 태양전지(130)와 제2 태양전지(110) 사이에서 수직 방향으로만 전하 캐리어가 이동을 하게 된다. Next, microcrystalline silicon (μC-Si) is present in a portion of silicon oxide SiOx, which is the base of the
이와 같은 본 발명의 중간층(120)의 미세구조로 인해, 본 발명의 중간층은 종래의 텐덤 태양전지의 중간층 대비 수평 방향으로의 전하 이동을 방지함으로써 shunt를 방지할 수 있다는 또 다른 이점을 가진다. Due to the microstructure of the
한편 미세결정 실리콘(μC-Si)은 기지인 실리콘 산화물 SiOx 대비 매우 높은 굴절률을 가진다. 구체적으로 가시광선 영역인 550㎚ 근방에서의 미세결정 실리콘(μC-Si) 굴절률은 약 4 정도인 것으로 알려져 있다.On the other hand, microcrystalline silicon (μC-Si) has a very high refractive index compared to the base silicon oxide SiOx. Specifically, it is known that the refractive index of microcrystalline silicon (μC-Si) in the vicinity of 550 nm, which is a visible ray region, is about 4.
따라서 본 발명에서의 중간층(140)에서의 실리콘 산화물 SiOx과 미세결정 실리콘(μC-Si)의 부피 비율(또는 단면적 기준으로 면적 비율)은 중간층(140)이 가져야 하는 전기 전도도와 굴절률 값에 의해 결정된다.Therefore, the volume ratio (or area ratio based on cross-sectional area) of silicon oxide SiOx and microcrystalline silicon (μC-Si) in the
본 발명의 중간층(120)에서의 미세결정 실리콘(μC-Si)의 면적 비율은 전체 중간층(120)의 면적 대비 5~25%가 바랍직하다.The area ratio of microcrystalline silicon (μC-Si) in the
만일 미세결정 실리콘(μC-Si)의 면적 비율이 5%보다 작다면, 중간층(120)의 전기 전도도가 지나치게 낮아 광전효과로 생성된 전자와 정공의 재결합 비율이 증가하여 전체 효율이 감소하게 된다.If the area ratio of microcrystalline silicon (μC-Si) is less than 5%, the electrical conductivity of the
반면 미세결정 실리콘(μC-Si)의 면적 비율이 25%보다 크다면, 중간층(120)의 굴절률이 투명 전극과 유사한 수준으로 증가하여 제2 태양전지로의 빛의 반사가 충분하지 않아 전체 효율의 개선효과가 미미해 진다.On the other hand, if the area ratio of microcrystalline silicon (μC-Si) is greater than 25%, the refractive index of the
또한 본 발명에서의 중간층(120)의 굴절률은 1.5 내지 1.9인 것이 바람직하다.In addition, the refractive index of the
만일 굴절률이 1.5보다 낮게 되면, 중간층(120) 상부의 제1 태양전지(130)로의 반사율은 높아지지만 중간층(120)에서의 전기 전도도가 지나치게 낮아지는 문제가 발생한다.If the refractive index is lower than 1.5, the reflectance of the upper portion of the
반면 굴절률이 1.9를 초과하게 되면, 종래의 ITO 등과 비교해서 굴절률의 차이가 크기 않아 제1 태양전지(130)로의 반사율이 높지 않게 된다.On the other hand, when the refractive index exceeds 1.9, the difference in refractive index is not large compared to conventional ITO, etc., so that the reflectance of the first
한편, 본 발명의 중간층(120)에서의 상기 미세결정 실리콘(μC-Si)은 전기 전도도를 증가시키기 위해 도핑된 미세결정 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때 p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 들 수 있고, n형 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 들 수 있다. 이 외에도 다양한 도펀트가 미세결정 실리콘(μC-Si)의 도펀트로 사용될 수 있다.Meanwhile, the microcrystalline silicon (μC-Si) in the
다만 본 발명의 중간층(120)에서의 미세결정 실리콘(μC-Si)은 n 또는 n+ 도핑이 보다 바람직하다. 왜냐하면 p형 도펀트인 보론(B)을 도핑하는 경우, 도핑이 되면서 실리콘의 결정구조가 쉽게 파괴되어 그 결과 미세결정 실리콘(μC-Si)이 파괴되어 비정질 실리콘(a-Si)이 형성되기 쉽기 때문이다.However, microcrystalline silicon (μC-Si) in the
도 5는 본 발명의 미세결정 실리콘(μC-Si)을 포함하는 실리콘 산화물 SiOx로 이루어진 중간층(120)과 종래의 TCO로 이루어진 중간층의 파장에 따른 광흡수도율을 도시한 것이다.FIG. 5 shows light absorption rates according to wavelengths of an
도 5에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중간층은 종래의 TCO 대비 장파장대의 흡수율이 낮음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 중간층은 종래의 TCO 대비 하부의 제2 태양전지(110)쪽으로 장파장의 태양광을 더 많이 투과시킴을 의미한다. 이로 인해 본 발명의 텐덤 태양전지에서의 제2 태양전지는 종래의 텐덤 태양전지 대비 보다 많은 태양광을 흡수할 수 있어 그 결과 전류 밀도를 보다 높일 수 있는 장점을 가진다.As shown in FIG. 5, it can be seen that the intermediate layer according to the present invention has a lower absorption rate in the long wavelength band compared to the conventional TCO. This means that the middle layer of the present invention transmits more long-wavelength sunlight toward the lower second solar cell 110 compared to the conventional TCO. As a result, the second solar cell in the tandem solar cell of the present invention can absorb more sunlight than the conventional tandem solar cell, and as a result, has an advantage of higher current density.
본 발명의 중간층(120)의 두께는 5 내지 300㎚인 것이 바람직하다.The thickness of the
만일 본 발명의 중간층(120)의 두께가 5㎚ 보다 얇은 경우, 본 발명의 텐덤 태양전지의 상부의 제1 태양전지(130)로의 태양광의 반사 비율이 낮아질 뿐만 아니라, 중간층(120)의 또 다른 부가적인 기능 중의 하나인 패시베이션 역할을 불충분해질 수 있다.If the thickness of the
반면 중간층(120)의 두께가 300㎚ 보다 두꺼운 경우, 전하 캐리어가 하부의 제2 태양전지(110)와 상부의 제1 태양전지(130) 사이에서 이동하기 위한 저항이 지나치게 높아진다. 이에 따라 전하 케리어의 재결합비율이 증가하고 텐덤 태양전지의 효율은 저하된다. 또한 중간층(120)의 지나치게 두꺼운 두께로 인해 하부의 제2 태양전지(110)로의 태양광의 투과 효율은 감소하고 텐덤 태양전지의 효율은 저하될 가능성이 높아진다.On the other hand, when the thickness of the
본 발명의 중간층(120) 상에는 제1 태양전지(130)가 위치한다.The first
본 발명에서의 제1 태양전지(130)가 페로브스카이트 태양전지인 경우, 하부의 제2 태양전지(110) 위에 위치하는 제2 도전형 전하 수송층(131); 상기 제2 도전형 전하 수송층 위에 위치하는 페로브스카이트 흡수층(132); 상기 페로브스카이트 흡수층(132) 위에 위치하는 제1 도전형 전하 수송층(133); 및 상기 제1 도전형 전하 수송층 위에 위치하는 제1 전극(150);을 포함한다.When the first
비한정적인 예로써, 결정질 실리콘 기판(111)이 n형 단결정 실리콘 기판인 경우, 제1 도전형 영역(114)은 기판과 다른 p 타입의 고농도 비정질 실리콘(p+-a-Si:H) 층의 에미터층으로 작용하고 제2 도전형 영역(115)은 n 타입의 고농도 비정질 실리콘(n+-a-Si:H) 층의 후면전계(back surface field, 이하 BSF라 함) 층이 될 수 있다. 그리고 이 때 제1 태양 전지(130)에서의 제2 도전형 전하 수송층(131)은 상기 제2 도전형 영역(115)과 동일한 n형의 전자 수송층이고, 상기 페로브스카이트 흡수층(132) 위에 위치하는 제1 도전형 전하 수송층(133)은 제1 도전형 영역(114)와 동일한 p형의 정공 수송층(133)이 된다. 이러한 배치의 제2 태양 전지는 페로브스카이트 태양 전지가 되고, 그 중에서도 보통(normal)의 적층 구조를 가지는 페로브스카이트 태양 전지에 해당한다.As a non-limiting example, when the
본 발명에서 적용 가능한 전자 수송층은 전자 전도성 유기물층, 전자 전도성 무기물층 또는 실리콘(Si)을 포함한 층으로 형성될 수 있다.The electron transport layer applicable in the present invention may be formed of an electron conductive organic material layer, an electron conductive inorganic material layer, or a layer including silicon (Si).
전자 전도성 유기물은 통상의 태양 전지에서 n형 반도체로 사용되는 유기물일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 전자 전도성 유기물은 풀러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C95), PCBM([6,6]-phenyl-C61butyric acid methyl ester)) 및 C71-PCBM, C84-PCBM, PC70BM([6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester)을 포함하는 풀러렌-유도체 (Fulleren-derivative), PBI(polybenzimidazole), PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F4-TCNQ(tetra uorotetracyanoquinodimethane) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The electron conductive organic material may be an organic material used as an n-type semiconductor in a conventional solar cell. As a specific and non-limiting example, the electron conductive organic material is fullerene (C 60 , C 70 , C 74 , C 76 , C 78 , C 82 , C 95 ), PCBM ([6,6]-phenyl-C61butyric acid methyl ester )) and fullerene-derivatives including C71-PCBM, C84-PCBM, PC70BM ([6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester), PBI (polybenzimidazole), PTCBI (3,4, 9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole), F4-TCNQ (tetra urorotetracyanoquinodimethane), or a mixture thereof.
전자전도성 무기물은 통상의 양자점 기반 태양 전지 또는 염료 감응형 태양 전지에서, 전자 수송을 위해 통상적으로 사용되는 금속산화물일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 금속산화물은 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Ba 산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산 화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물 및 SrTi산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(composite)를 들 수 있다.The electron-conductive inorganic material may be a metal oxide commonly used for electron transport in a conventional quantum dot-based solar cell or dye-sensitized solar cell. As a specific and non-limiting example, metal oxides include Ti oxide, Zn oxide, In oxide, Sn oxide, W oxide, Nb oxide, Mo oxide, Mg oxide, Ba oxide, Zr oxide, Sr oxide, Yr oxide, La oxide, One or more materials selected from V oxide, Al oxide, Y oxide, Sc oxide, Sm oxide, Ga oxide, In oxide and SrTi oxide may be mentioned, and a mixture thereof or a composite thereof may be mentioned. .
한편 실리콘(Si)을 포함하는 층으로 이루어진 전자 수송층은, 보다 구체적으로, 비정질 실리콘(n-a-Si), 비정질 실리콘 산화물(n-a-SiO), 비정질 실리콘 질화물(n-a-SiN), 비정질 실리콘 탄화물(n-a-SiC), 비정질 실리콘 산질화물(n-a-SiON), 비정질 실리콘 탄질화물(n-a-SiCN), 비정질 실리콘 게르마늄(n-a-SiGe), 마이크로결정 실리콘(n-uc-Si), 마이크로결정 실리콘 산화물(n-uc-SiO), 마이크로결정 실리콘 탄화물(n-uc-SiC), 마이크로결정 실리콘 질화물(n-uc-SiN), 마이크로결정 실리콘 게르마늄(n-uc-SiGe) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 재료로 이루어진다.On the other hand, the electron transport layer made of a layer containing silicon (Si), more specifically, amorphous silicon (n-a-Si), amorphous silicon oxide (n-a-SiO), amorphous silicon nitride (n-a-SiN), amorphous silicon carbide (n-a -SiC), amorphous silicon oxynitride (n-a-SiON), amorphous silicon carbonitride (n-a-SiCN), amorphous silicon germanium (n-a-SiGe), microcrystalline silicon (n-uc-Si), microcrystalline silicon oxide (n -uc-SiO), a material containing one or more of microcrystalline silicon carbide (n-uc-SiC), microcrystalline silicon nitride (n-uc-SiN), and microcrystalline silicon germanium (n-uc-SiGe) made up of
본 발명에서 적용 가능한 정공 수송층은 정공 전도성 유기물층, 정공 전도성 금속 산화물 또는 실리콘(Si)을 포함한 층으로 형성될 수 있다.The hole transport layer applicable in the present invention may be formed of a layer including a hole conductive organic material layer, a hole conductive metal oxide, or silicon (Si).
정공 전도성 유기물은 통상의 염료 감응형 태양 전지 또는 유기 태양 전지에서 정공 수송을 위해 통상적으로 사용되는 유기 정공수송물질이면 사용 가능하다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 전자 전도성 유기물은 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 폴리-3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설포네이트(PEDOT-PSS), 폴리-[비스(4-페닐)(2,4,6-트리메틸페닐)아민](PTAA), 폴리아닐린-캄포설폰산(PANI-CSA), 펜타센(pentacene), 쿠마린 6(coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), ZnPC(zinc phthalocyanine), CuPC(copper phthalocyanine), TiOPC(titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)- 9,9'-spirobifluorene), F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro- 29H,31H-phthalocyanine), SubPc(boron subphthalocyanine chloride) 및 N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'- bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II))중에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질을 포함할 수 있다.The hole-conducting organic material may be any organic hole-transport material commonly used for hole transport in a conventional dye-sensitized solar cell or organic solar cell. As a specific and non-limiting example, the electron conductive organic material is polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly-3,4-ethylenedioxythiophene-polystyrenesulfonate (PEDOT-PSS), poly-[bis(4-phenyl) (2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA), polyaniline-camphorsulfonic acid (PANI-CSA), pentacene, coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-( diethylamino)coumarin), ZnPC (zinc phthalocyanine), CuPC (copper phthalocyanine), TiOPC (titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD (2,2',7,7'-tetrakis (N,N-p-dimethoxyphenylamino)- 9,9 '-spirobifluorene), F16CuPC (copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine ), SubPc (boron subphthalocyanine chloride) and N3 (cis-di (thiocyanato) -bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) -ruthenium (II)), a substance selected from one or more than two can include
한편 금속 산화물은 Ni 산화물, Mo 산화물, V 산화물 등이 있다. 이때, 정공 수송층은 필요에 따라 n형 또는 p형 도펀트를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, metal oxides include Ni oxide, Mo oxide, and V oxide. In this case, the hole transport layer may further include an n-type or p-type dopant as needed.
본 발명에서의 실리콘(Si)을 포함하는 정공 수송층은, 보다 구체적으로, 비정질 실리콘(p-a-Si), 비정질 실리콘 산화물(p-a-SiO), 비정질 실리콘 질화물(p-a-SiN), 비정질 실리콘 탄화물(p-a-SiC), 비정질 실리콘 산질화물(p-a-SiON), 비정질 실리콘 탄질화물(p-a-SiCN), 비정질 실리콘 게르마늄(p-a-SiGe), 마이크로결정 실리콘(p-uc-Si), 마이크로결정 실리콘 산화물(p-uc-SiO), 마이크로결정 실리콘 탄화물(p-uc-SiC), 마이크로결정 실리콘 질화물(p-uc-SiN), 마이크로결정 실리콘 게르마늄(p-uc-SiGe) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 재료로 이루어진다.The hole transport layer containing silicon (Si) in the present invention is, more specifically, amorphous silicon (p-a-Si), amorphous silicon oxide (p-a-SiO), amorphous silicon nitride (p-a-SiN), amorphous silicon carbide (p-a -SiC), amorphous silicon oxynitride (p-a-SiON), amorphous silicon carbonitride (p-a-SiCN), amorphous silicon germanium (p-a-SiGe), microcrystalline silicon (p-uc-Si), microcrystalline silicon oxide (p -uc-SiO), microcrystalline silicon carbide (p-uc-SiC), microcrystalline silicon nitride (p-uc-SiN), microcrystalline silicon germanium (p-uc-SiGe), or a material containing more than one made up of
페로브스카이트 흡수층(132)은 제2 도전형 전하 수송층(131) 상에 위치한다.The
본 발명에서의 페로브스카이트 흡수층(132)은 현재 널리 사용되는 소위 말하는 MA(Methylamminium)계 또는 FA(Formamidinium)계 페로브스카이트 화합물 모두 사용 가능하다.The
먼저 밴드 갭 특성 측면을 고려한다면, 약 1.55~1.6eV의 밴드 갭을 가지는 MA(Methylamminium)계의 대표적인 페로브스카이트 화합물인 MAPbI3이 약 1.45eV의 밴드 갭을 가지는 FA(Formamidinium)계의 대표적인 페로브스카이트 화합물인 FAPbI3보다 밴드 갭이 크므로, MA계 페로브스카이트 화합물이 단파장의 빛을 보다 잘 흡수할 수 있다는 장점이 있어 보다 유리하다.First, considering the band gap characteristics, MAPbI 3 , which is a representative perovskite compound of the MA (Methylamminium) system having a band gap of about 1.55 ~ 1.6 eV, is a representative of the FA (Formamidinium) system having a band gap of about 1.45 eV. Since the band gap is larger than that of the perovskite compound, FAPbI 3 , the MA-based perovskite compound has the advantage of being able to better absorb short-wavelength light, which is more advantageous.
그런데 FA계 페로브스카이트 화합물은 MA계 페로브스카이트 화합물 대비 고온 안정성이 우수하다는 특유의 장점도 있다. 이에 더하여 최근 들어, 상기 FA계 페로브스카이트 화합물에 Br을 도핑하게 되면 페로브스카이트 화합물의 밴드 갭이 증가됨이 확인되었다. 또한 Cs의 첨가는 원하지 않는 델타(δ)상 FA계 화합물의 생성을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.However, the FA-based perovskite compound also has a unique advantage in that it has excellent high-temperature stability compared to the MA-based perovskite compound. In addition, recently, it was confirmed that the band gap of the perovskite compound is increased when Br is doped into the FA-based perovskite compound. It was also confirmed that the addition of Cs can suppress the formation of unwanted delta (δ) phase FA compounds.
이에 따라 본 발명에서는 페로브스카이트 흡수층으로 FA(Formamidinium) 성분을 사용하는 경우, FA1- xCsxPbBryI3 -y가 보다 바람직하다(단, 여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3 이다).Accordingly, in the present invention, when the FA (Formamidinium) component is used as the perovskite absorption layer, FA 1- x Cs x PbBr y I 3 -y is more preferable (where 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3).
Br의 첨가는 FA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드 갭을 기존 MA계 페로브스카이트 흡수층의 밴드 갭과 유사한 정도로 크게 할 수 있다. 밴드 갭 에너지가 높은 범위까지 증가하게 되면, 기존 실리콘 태양 전지 대비 높은 밴드 갭을 가지는 페로브스카이트층은 단파장의 빛을 흡수함으로써 광자 에너지와 밴드갭과의 차이로 생기는 열적 손실을 줄여 높은 전압을 발생시킬 수 있다. 그로 인해 태양 전지의 효율은 종국적으로 높아지게 된다.The addition of Br can increase the band gap of the FA-based perovskite absorber layer to a similar extent to that of the conventional MA-based perovskite absorber layer. When the band gap energy is increased to a high range, the perovskite layer with a higher band gap than conventional silicon solar cells absorbs short-wavelength light to reduce thermal loss caused by the difference between photon energy and band gap, thereby generating high voltage. can make it As a result, the efficiency of the solar cell eventually increases.
제1 도전형 전하 수송층(133)은 상기 페로브스카이트 흡수층(132) 상에 위치한다.The first conductivity type
다음으로 제1 전극(150)은 본 발명에서의 제1 도전형 전하 수송층(133) 상에 위치한다.Next, the
이때 상기 제1 전극(150)은 먼저 제1 투명 전극층(134)을 포함한다. 상기 제1 투명 전극층(134)은 페로브스카이트 태양 전지(130)의 상면 전체에 형성되어, 페로브스카이트 태양 전지(130)에서 생성된 전하를 포집하는 역할을 한다. At this time, the
이러한 제1 투명 전극층(134)은 다양한 투명 전도성 소재로서 구현될 수 있다. 제1 및 제2 투명 전극층으로 이용될 수 있는 투명 전도성 산화물로는 ITO (Indium Tin Oxide), IWO(Indium Tungsten Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide), GITO (Gallium Indium Tin Oxide), GIO (Gallium Indium Oxide), GZO (Gallium Zinc Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), FTO (Fluorine Tin Oxide) 또는 ZnO 등이 이용될 수 있다.The first
다음으로 제1 금속 전극층(135)이 제1 투명 전극층(134) 상에 위치하며, 제1 투명 전극층(134) 중 일부 영역에 배치된다.Next, the first
제1 전극(150)의 제1 금속 전극층(135)은 유리 프릿을 포함하지 않는 제1 전극 페이스트를 선택적으로 도포한 후, 제1 온도에서 저온 소성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 이러한 제1 전극 페이스트는 금속 입자와 저온소성용 바인더인 유기물이 포함되어 있을 수 있으며, 제1 전극 페이스트에는 유리 프릿이 포함되지 않는다. 특히, 제1 온도는 250℃ 이하, 보다 구체적으로는 100 ~ 200℃일 수 있다.The first
본 발명의 상기 일 실시예에서의 제1 전극(150)의 제1 금속 전극층(135)과 상기 제2 전극(140)의 제2 금속 전극층(117)은 제1 전극(150)을 형성할 때 동시에 형성될 수도 또는 제2 전극(140)을 형성한 후 제1 태양 전지 형성 후 제1 전극(150)을 형성할 수도 있다. When the first
만일 상기 제1 전극(150)의 제1 금속 전극층(135)과 상기 제2 전극(140)의 제2 금속 전극층(117)이 동시에 형성된다면, 이 때 상기 제1 전극(150) 및 상기 제2 전극(140)은 모두 250℃ 이하의 저온 소성 공정으로 형성된다.If the first
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 텐덤 태양전지를 도시한 것이다.6 shows a tandem solar cell of another embodiment according to the present invention.
도 6에 따른 본 발명의 텐덤 태양전지는 도 2에서의 텐덤 태양전지와 비교할 때, 제1 및 제2 도전형 영역(114', 115')의 극성이 달라지고 또한 제1 태양전지(130')와 제2 태양전지(110') 사이에 중간층(120)과 함께 제3 도전형 영역(118)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.Compared to the tandem solar cell of FIG. 2, the tandem solar cell of the present invention according to FIG. 6 has different polarities of the first and second conductivity type regions 114' and 115', and also the first solar cell 130' ) and the second solar cell 110', together with the
구체적으로 살펴보면, 도 6에서의 텐덤 태양전지는 결정질 실리콘 기판(111); 상기 결정질 실리콘 기판의 제1면 및 제2면에 각각 위치하는 제1 패시베이션층(112) 및 제2 패시베이션층 (113); 상기 제1 패시베이션층(112) 상에 위치하는 제1 도전형 영역(114'); 및 상기 제2 패시베이션층 상에 위치하는 제2 도전형 영역(115')을 포함한다.Specifically, the tandem solar cell in FIG. 6 includes a
비한정적인 예로써, n 타입 결정질 실리콘 기판의 제1 및 제2면에 비정질 진성 실리콘(i-a-Si:H)을 패시배이션(passivation) 층으로 형성하고, 제1면상에는 기판과 동일한 n 타입의 고농도 비정질 실리콘(n+-a-Si:H) 층 제1 도전형 영역(114')로 형성하고, 제2면 상에는 기판과 다른 p 타입의 고농도 비정질 실리콘(p+-a-Si:H) 층 제2 도전형 영역(115')로 형성을 형성한다. As a non-limiting example, amorphous intrinsic silicon (ia-Si:H) is formed as a passivation layer on the first and second surfaces of an n-type crystalline silicon substrate, and the same n-type substrate as the substrate is formed on the first surface. A high-concentration amorphous silicon (n + -a-Si:H) layer of the first conductivity type region 114' is formed, and on the second surface, a p-type high-concentration amorphous silicon (p + -a-Si:H ) layer to form the second conductivity type region 115'.
상기와 같은 구성의 도 6의 텐덤 태양전지는 도2에서의 태양전지와는 달리 에미터가 제2면 방향으로 위치하는 후면 에미터 구조이다.Unlike the solar cell of FIG. 2, the tandem solar cell of FIG. 6 having the above configuration has a rear emitter structure in which the emitter is positioned in the direction of the second surface.
다음으로 도 6에서의 텐덤 태양전지는 도 2에서의 텐덤 태양전지와 동일하게, 기지인 실리콘 산화물 SiOx과 상기 기지 내에 위치하며 n+로 도핑된 미세결정 실리콘(μC -Si)의 중간층(120)이 위치한다.Next, the tandem solar cell in FIG. 6 has, like the tandem solar cell in FIG. Located.
도 6에서의 텐덤 태양전지는 상기 중간층(120) 위에 선택적으로 제3 도전형 영역(118)을 추가로 포함할 수 있다.The tandem solar cell in FIG. 6 may optionally further include a third
이 때 제3 도전형 영역(118)은 제2 도전형 영역(115')과 동일한 도전형을 가진다. 다시 말하면, 제3 도전형 영역(118)은 제2 도전형 영역(115)과 동일하게 p+로 도핑된 고농도 비정질 실리콘(p+-a-Si:H) 층으로 형성될 수 있다. 이와 같은 제3 도전형 영역(118)이 중간층(120)과 서로 반대 타입으로 도핑되면, 제3 도전형 영역(118)과 중간층(120)은 하나의 접합(junction)을 이루게 되어, 전하 케리어의 이동에 보다 유리해진다.At this time, the third
[텐덤 태양전지의 제조 방법][Manufacturing method of tandem solar cell]
도 7 내지 15는 도 2에서 도시한 본 발명에서의 텐덤 태양 전지의 제조 방법을 단계적으로 도시한 단면도이다.7 to 15 are cross-sectional views showing the method of manufacturing a tandem solar cell according to the present invention shown in FIG. 2 step by step.
먼저 도 7에 도시된 바와 같이, 결정질 실리콘 기판(111)의 전면 및 후면을 평탄화한 후, 필요에 따라 제1면 및/또는 제2면 중 적어도 하나 이상을 텍스처링하여 텍스처링 패턴을 형성한다.First, as shown in FIG. 7 , after planarizing the front and rear surfaces of the
본 발명에서는 이와는 달리, 평탄화된 평판한 결정질 실리콘 기판(111)을 사용할 수도 있다.Alternatively, in the present invention, a planarized flat
이때, 결정질 실리콘 기판(111)의 텍스처 구조 도입은 습식화학 에칭법, 건식화학 에칭법, 전기화학 에칭법, 기계적 에칭법 중 어느 하나의 방법이 이용될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 결정질 실리콘 기판(111)의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나 이상을 염기성 수용액 내에서 식각하여 텍스쳐 구조를 도입할 수 있다.At this time, any one of a wet chemical etching method, a dry chemical etching method, an electrochemical etching method, and a mechanical etching method may be used to introduce the texture structure of the
구체적인 일 실시예로써, 먼저 본 발명에서는 (100)면을 따라 슬라이스한 두께 수십~수백 ㎛의 n형 실리콘 단결정 기판을 준비하였다. 다음으로 상온~150℃의 온도 범위에서 1~5 중량%의 수산화나트륨(NaOH) 수용액 또는 수산화칼륨(KOH) 수용액에 유기용제, 인산염, 반응 조절제 및/또는 계면활성제 등의 첨가제를 포함한 수용액을 이용하여 기판 표면을 식각하였다.As a specific embodiment, in the present invention, first, an n-type silicon single crystal substrate having a thickness of tens to hundreds of μm sliced along a (100) plane was prepared. Next, an aqueous solution containing additives such as organic solvents, phosphates, reaction regulators and/or surfactants is used in a 1 to 5% by weight aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) or an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) in the temperature range of room temperature to 150 ° C. The surface of the substrate was etched.
상기 유기용제는 2-메틸-2,4-펜탄디올(2-methyl-2,4-pentanediol), 프로필렌 글리콜(Propylene glycol), 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올(2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol), 1,3-부탄디올(1,3-butanediol), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 1,6-헥산디올(1,6-hexanediol), 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(2,2-dimethyl-1,3-propanediol), 하이드로퀴논(Hydroquinone), 1,4-사이클로헥산디올(1,4-cyclohexanediol), 및 N-메틸 프로필(N-methyl proline) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The organic solvent is 2-methyl-2,4-pentanediol, propylene glycol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol (2, 2,4-trimethyl-1,3-pentanediol), 1,3-butanediol (1,3-butanediol), 1,4-butanediol (1,4-butanediol), 1,6-hexanediol (1,6- hexanediol), 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, hydroquinone, 1,4-cyclohexanediol, And it may be at least any one of N-methyl propyl (N-methyl proline).
또한 상기 인산염은 K3PO4 및 K2HPO4 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Also, the phosphate may be at least one of K 3 PO 4 and K 2 HPO 4 .
상기 식각을 통해 실리콘 단결정 기판에는 피라미드 형상의 요철을 가지는 텍스쳐가 형성되었다. 수산화나트륨 수용액에 대한 기판의 식각속도는 {111} 면이 가장 느리게 되어, 결과적으로 식각 후 실리콘 기판은 {111} 면을 따라 이방성 식각이 발생한다. 그 결과 실리콘 기판 상에는 깊이 0.1~10㎛ 수준의 텍스쳐가 전면에 균일하게 형성되었다.Through the above etching, a texture having pyramidal irregularities was formed on the silicon single crystal substrate. The etching rate of the substrate with respect to the sodium hydroxide solution is the slowest on the {111} plane, and as a result, anisotropic etching occurs along the {111} plane after etching. As a result, a texture with a depth of 0.1 to 10 μm was uniformly formed on the entire surface of the silicon substrate.
다음으로, 도 8에서와 같이, 결정질 실리콘 기판(111)의 제1면과 제2 면에 각각 제1 패시베이션층(112) 및 제2 패시베이션층(113)을 형성한다. 이때, 상기 패시베이션층들(112, 113)은 상기 결정질 실리콘 기판(111)의 제1 면에만 먼저 형성된 후 제2 면에 그 다음 형성될 수도 있다. 또는 상기 패시베이션층들(112, 113)은 결정질 실리콘 기판(111)의 제1 면과 제2 면에 동시에 형성될 수도 있다.Next, as shown in FIG. 8 , a
상기 패시베이션층들(112, 113)은 통상적으로 사용되는 PECVD법에 의해서도 증착될 수 있다. 특히, 결정질 실리콘 기판(111)의 제1면과 제2면에 순차적으로 형성되는 경우 PECVD법 또는 열산화(thermal oxidation)법이 사용 가능하다.The passivation layers 112 and 113 may also be deposited by a conventionally used PECVD method. In particular, in the case of sequentially forming the first and second surfaces of the
이 중 PECVD법은 비교적 낮은 공정온도에서도 성막이 가능하며 생산성이 높다는 장점으로 인해, 실리콘을 이용한 디바이스 분야에서 널리 사용되는 공정이다. 그러나 박막의 두께 균일성, 단차피복성(step coverage) 및 초기 가동시 상압으로 사용할 때의 오염 등의 문제점을 극복하기 위해 최근에는 저압 영역에서 CVD 공정을 많이 진행한다. Among them, the PECVD method is a process widely used in the field of devices using silicon due to its advantages of being able to form a film at a relatively low process temperature and having high productivity. However, recently, in order to overcome problems such as thin film thickness uniformity, step coverage, and contamination when used at normal pressure during initial operation, CVD processes are frequently performed in a low pressure region.
특히 후속 도전형 영역들의 제조 방법에서도 PECVD를 그대로 사용할 수 있다는 점에서 본 발명에서는 패시베이션층들의 형성시부터 PECVD를 사용하는 것이 공정의 연속성 및 생산성 측면에서 보다 바람직하다.In particular, since PECVD can be used as it is in the manufacturing method of subsequent conductive regions, it is more preferable in terms of process continuity and productivity to use PECVD from the formation of passivation layers in the present invention.
본 발명의 패시베이션층들(112, 113)을 제조하기 위한 구체적인 제조 방법으로, 먼저 텍스쳐가 균일하게 형성된 n 타입 실리콘 결정질 기판(111) 양면에 패시베이션 층(112, 113)으로 비정질 진성 실리콘(i-a-Si:H)층을 실리콘 소스 물질(SiH4, Si2H6 등)과 수소(H2)를 이용하여 PECVD법으로 증착하였다. As a specific manufacturing method for manufacturing the passivation layers 112 and 113 of the present invention, first, amorphous intrinsic silicon (ia- A Si:H) layer was deposited by the PECVD method using a silicon source material (SiH 4 , Si 2 H 6 , etc.) and hydrogen (H 2 ).
이와 같이 패시베이션층들(112, 113)을 형성한 후에는, 상기 패시베이션층들(112, 113) 상에 각각 제1 도전형 영역(114)과 제2 도전형 영역(115)이 형성된다(도 9 및 10). After the passivation layers 112 and 113 are formed in this way, a first
본 발명에서 결정질 실리콘 기판(111) 상에 형성되는 제1 도전형 영역(114)은 실리콘 기판(111)의 도전형과 반대 타입을 가질 수도 있고(도 2), 실리콘 기판의 도전형과 동일한 도전형을 가질 수도 있다(도 6).In the present invention, the first
일례로써, 결정질 실리콘 기판(111)이 n형 단결정 실리콘 기판인 경우, 제1 도전형 영역(114)은 p형의 도전형 영역이다. 유사한 방식으로, 결정질 실리콘 기판(111)이 p형 단결정 실리콘 기판인 경우, 제1 도전형 영역(114)은 n형의 도전형 영역이 된다.As an example, when the
이와는 반대로, 결정질 실리콘 기판(111)이 n형 단결정 실리콘 기판인 경우, 제1 도전형 영역(114)도 n형의 도전형 영역이 될 수도 있다.Conversely, when the
보다 구체적으로 본 발명의 실시예에서는 PECVD 공정을 이용하여 SiH4, Si2H6, SiHCl3 및 SiH2Cl2로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 가스와 H2 가스, 그리고 도판트(dopant) 가스로서 B2H6 또는 PH3 가스를 반응물로 이용하여 제1 및 제2 도전영 영역을 형성하였다. 이 때 PECVD 공정의 온도 및 압력 조건은 비정질 진성 실리콘 층의 PECVD 조건과 동일하다고 할 수 있다.More specifically, in an embodiment of the present invention, one or more gases selected from the group consisting of SiH 4 , Si 2 H 6 , SiHCl 3 and SiH 2 Cl 2 using a PECVD process, H 2 gas, and a dopant gas. The first and second conductive regions were formed using B 2 H 6 or PH 3 gas as a reactant. At this time, the temperature and pressure conditions of the PECVD process can be said to be the same as the PECVD conditions of the amorphous intrinsic silicon layer.
한편 이와는 달리 이와는 달리 동종접합(homojunction) 실리콘 태양전지인 경우, 제1 도전형 영역(114)과 제2 도전형 영역(115)은 패시배이션층들(112, 113) 없이 임플란트 공정을 통해 형성될 수 있다. Meanwhile, in the case of a homojunction silicon solar cell, unlike this, the first
예를 들어 제1 도전형 영역(114)이 에미터층인 경우 도펀트로서 붕소(boron)가 도핑 되고, 제2 도전형 영역(115)은 후면 전계층으로 인(phosphorous)이 도핑 된다.For example, when the first
이와 같이 임플란트 공정에 의해 제1 도전형 영역(114)과 제2 도전형 영역(115)을 형성할 경우, 불순물의 활성화를 위해 700 ~ 1,200℃의 열처리를 수반하는 것이 바람직하다. 또한, 임플란트 공정 대신 BBr3 또는 PCl3 등을 사용하는 고온 확산 공정을 통해 제1 도전형 영역(114)과 제2 도전형 영역(115)을 형성하는 것도 가능하다.When the first
다음으로 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 도전형 영역(115) 위에 제2 전극(140)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 11 , a
만일 이종접합 실리콘 태양전지인 경우, 앞에서 설명한 바와 같이, 비정질 실리콘 내부의 수소결합 파괴를 방지하기 위해, 제2 전극(140)의 공정온도는 제1 전극(150)의 공정온도와 같이 250℃ 이하로 제한된다. 따라서 이 경우, 제2 전극(140)은 제1 전극(150)보다 먼저 형성되거나 또는 제2 전극(140)과 제1 전극(150)은 동시에 형성될 수 있다.In the case of a heterojunction silicon solar cell, as described above, the process temperature of the
제2 전극(140)에서는 상기 제2 도전형 영역(115) 위에 먼저 제2 투명 전극층(116)이 형성된다. 제2 투명전극층(116)은 투명전극층 재료로 ITO (Indium Tin Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), ZIO (Zinc Indium Oxide), ZTO (Zinc Tin Oxide) 등의 투명 전도성 산화물을 사용할 경우 스퍼터링을 통해 증착될 수 있다.In the
제2 금속 전극층(117)은 상기 제2 투명 전극층(116)을 형성한 후 형성된다. 물론 상기 제2 투명 전극층(116)을 형성하지 않고 제2 도전형 영역(115) 위에 바로 제2 금속 전극층(117)이 형성될 수도 있다. 그러나 비정질 실리콘은 금속 그리드를 통해 캐리어(carrier)를 모으기에는 상대적으로 캐리어(carrier) 이동도가 낮으므로 제2 투명 전극층(116)을 형성하는 것이 보다 바람직하다.The second
이 때 제2 금속 전극층(117)은 제2 투명 전극층(116) 상에 제2 전극 페이스트를 스크린 프린팅법으로 인쇄하고, 제2 온도(제1 온도와 동일)를 갖는 열처리에 의해 형성된다.At this time, the second
제2 전극(140)은 유리 프릿을 포함하지 않는 제2 전극 페이스트를 선택적으로 도포한 후 제2 온도에서 저온 소성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 여기서 이러한 제2 전극 페이스트는 금속 입자와 저온소성용 바인더인 유기물이 포함되어 있을 수 있으며, 제2 전극 페이스트에는 유리 프릿이 포함되지 않는다. 특히, 제2 온도는 250℃ 이하, 보다 구체적으로는 100 ~ 200℃일 수 있다.The
다음으로 제2 태양전지(110)의 제1 도전형 영역(114) 상에는, 제1 태양전지(130)과 제2 태양전지(110)를 전기적으로 연결할 수 있는 중간층(120)을 형성한다(도 12).Next, an
본 발명에서의 중간층(120)은, 앞에서 설명한 바와 같이, SiOx 기지(matrix)에 도핑된 미세결정 실리콘(μC -Si)이 포함된 층으로 이루어진다.As described above, the
이를 위해 본 발명에서는 앞에서의 패시베이션층들(112, 113)과 도전형영역들(114, 115)의 형성시 사용한 PECVD를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이는 동일한 증착 장비를 사용함으로써 공정 단수화를 통한 생산성 향상을 통해 제조 비용을 크게 줄일 수 있기 때문이다. To this end, in the present invention, it is more preferable to use PECVD, which was used in forming the passivation layers 112 and 113 and the
본 발명의 중간층에 사용되고 미세결정 실리콘(μc-Si)을 포함하고 있는 SiOx 박막은 일반적인 PECVD 공정을 이용하여 제작된다.The SiOx thin film used in the intermediate layer of the present invention and containing microcrystalline silicon (μc-Si) is fabricated using a general PECVD process.
구체적으로 PECVD 공정의 반응 가스는 이종접합(hetero-junction) 실리콘 태양전지 제작 시 사용되는 가스와 동일하며, SiOx 를 형성하기 위해 CO2, 혹은 N2O 를 추가적으로 사용하여 제작한다. p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 들 수 있고, n형 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 들 수 있다. 미세결정 실리콘을 제작하는 방법은 실리콘 소스 물질(SiH4, Si2H6 등)과 수소(H2)를 이용하여 R-ratio (H2 / (SiH4 or Si2H6)) 비율을 증가시켜 제작한다.Specifically, the reaction gas of the PECVD process is the same as the gas used in fabricating a hetero-junction silicon solar cell, and is produced by additionally using CO 2 or N 2 O to form SiOx. Examples of the p-type dopant include Group 3 elements such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In), and examples of the n-type dopant include phosphorus (P), arsenic (As), and bismuth. Group 5 elements such as (Bi) and antimony (Sb) are exemplified. A method of manufacturing microcrystalline silicon is to increase the R-ratio (H2 / (SiH 4 or Si 2 H 6 )) ratio using a silicon source material (SiH 4 , Si 2 H 6 , etc.) and hydrogen (H 2 ). produce
도 13은 R-ratio 300 조건에서 CO2/SiH4 가스 비율에 따른 미세결정 실리콘 결정 분율과 전기 전도도를 나타낸 것이다. 생성된 박막의 굴절률, 전기 전도도, 미세결정 분율은 CO2/ SiH4 가스 비율이 증가할수록 낮아짐을 확인 할 수 있다. 이때 측정된 전기 전도도는 수평방향을 측정한 것으로 태양전지에 적용 시 상/하부 전기 전도는 대략 10~100 배 정도 높아지게 된다. 이는 SiOx matrix 내에 분포되어 있는 미세결정 실리콘(μc-Si)이 수직 방향으로 분포 되어 있기 때문이다.13 shows the microcrystalline silicon crystal fraction and electrical conductivity according to the CO 2 /SiH 4 gas ratio under the R-ratio 300 condition. It can be seen that the refractive index, electrical conductivity, and microcrystal fraction of the resulting thin film decrease as the CO 2 / SiH 4 gas ratio increases. At this time, the measured electrical conductivity is measured in the horizontal direction, and when applied to a solar cell, the upper and lower electrical conductivities increase by about 10 to 100 times. This is because microcrystalline silicon (μc-Si) distributed in the SiOx matrix is distributed in the vertical direction.
도 14는 CO2/SiH4 가스 비율을 고정하고 R-ratio를 변화시킬 때 측정된 미세결정 실리콘 결정 분율, 전기 전도도 및 굴절률를 측정한 결과이다. H2의 분율이 400까지 증가될수록 결정성이 증가되는 것을 확인 할 수 있으며 또한 굴절률이 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 이것은 H2 가스에 의해 CO2의 반응성이 증가된 것이다. R-ratio 가 500 이상인 경우 결정 분율 감소로 인해 전기 전도도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있다. 낮은 굴절율에서 전기 전도도를 향상 시키기 위해서는 도핑 농도를 증가 시켜야 한다.14 is a result of measuring microcrystalline silicon crystal fraction, electrical conductivity, and refractive index measured when the R-ratio is varied while the CO 2 /SiH 4 gas ratio is fixed. As the fraction of H 2 increases up to 400, it can be confirmed that the crystallinity increases and also the refractive index decreases. This is because the reactivity of CO 2 is increased by H 2 gas. When the R-ratio is more than 500, it can be confirmed that the electrical conductivity is lowered due to the decrease in the crystal fraction. In order to improve the electrical conductivity at low refractive index, the doping concentration should be increased.
상기 중간층(120) 상에는 제2 도전형 전하 수송층(131)이 형성된다(도 15). 앞서 살펴본 바와 같이 제2 태양 전지(110)의 구조와 제1 도전형 영역(114) 및 제2 도전형 영역(115)의 도전형에 따라, 제2 도전형 전하 수송층(121)은 p형의 정공 수송층 또는 n형의 전자 수송층이 될 수 있다.A second conductivity type
상기 제1 도전형 전하 수송층(121)이 전자 수송층인 경우, 본 발명에서의 전자 수송층의 구체적인 하나의 실시예로써 C60을 일반적인 용액법을 사용하여 제조하였다.When the first conductivity-type charge transport layer 121 is an electron transport layer, C 60 was prepared using a general solution method as a specific example of the electron transport layer in the present invention.
본 발명에서 말하는 종래의 용액 공정은 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅 및 슬롯-다이 코팅 등의 공정을 말한다.Conventional solution processes referred to in the present invention refer to processes such as inkjet printing, gravure printing, spray coating, doctor blade, bar coating, gravure coating, brush painting and slot-die coating.
구체적인 하나의 실시예로써, 먼저 C60을 포함하는 플러렌 유도체를 용매에 녹인 후, 스핀 코팅법을 이용하여 10~30초간 스핀 코팅한 후, 상온에서 1~3시간 유지하여 전자 수송층을 형성하였다.As a specific example, first, a fullerene derivative containing C 60 was dissolved in a solvent, followed by spin coating for 10 to 30 seconds using a spin coating method, and then maintained at room temperature for 1 to 3 hours to form an electron transport layer.
한편, 본 발명의 제1 도전형 전하 수송층(121)은 상기 용액 공정 이외에도 evaporator 등을 이용한 진공 증착에 의해서도 형성될 수 있다.Meanwhile, the first conductivity type charge transport layer 121 of the present invention may be formed by vacuum deposition using an evaporator or the like in addition to the above solution process.
보다 구체적으로 본 발명에서는 Knudsen effusion cell에서 C60을 진공 챔버에서 약 300℃에서 수시간 동안 유지한 후 증발(evaporation) 시킴으로써 전자 수송층 박막을 형성할 수 있었다.More specifically, in the present invention, in a Knudsen effusion cell, an electron transport layer thin film could be formed by maintaining C 60 in a vacuum chamber at about 300° C. for several hours and then evaporation.
이와는 달리 제2 도전형 전하 수송층(131)이 p형의 정공 수송층인 경우, 본 발명에서는 상기 p형의 정공 수송층 재료로 Spiro-OMeTAD를 종래의 용액법을 이용하여 제조하였다.In contrast, when the second conductivity-type
구체적인 실시예로써, 상기 제1 도전형 전하 수송층(121) 상에 1mL 무수 클로로벤젠(Aldrich, 99.8%) 중의 45.7mM 2,2’,7,7’-테트라키스(N,N-p-디메톡시페닐아민)-9,9’-스피로플루오렌(스피로-OMeTAD, Merck), 220mM 4-tert-부틸피리딘(TBP, Aldrich, 96%) 및 20mM 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드 리튬염(LiClO4, Aldrich, 99.95%)으로 이루어진 정공수송 재료(HTM)를 코팅하여 정공 수송층을 형성하였다.As a specific example, 45.7 mM 2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenyl) in 1 mL anhydrous chlorobenzene (Aldrich, 99.8%) was applied to the first conductivity-type charge transport layer 121. amine)-9,9′-spirofluorene (spiro-OMeTAD, Merck), 220 mM 4-tert-butylpyridine (TBP, Aldrich, 96%) and 20 mM bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt (LiClO4 , Aldrich, 99.95%) was coated with a hole transport material (HTM) to form a hole transport layer.
상기 제2 도전형 전하 수송층(131) 상에는, 도 16에서 도시된 바와 같이, 페로브스카이트 흡수층(132)이 형성된다.On the second conductivity type
본 발명에서의 페로브스카이트 흡수층(132)의 재료로써는 현재 널리 사용되는 소위 말하는 MA(Methylamminium)계 또는 FA(Formamidinium)계 페로브스카이트 화합물 모두 사용 가능하다. 또한 본 발명에서의 페로브스카이트 흡수층(132)의 형성 방법으로는 종래의 용액공정 이외에 박막 공정으로도 형성이 가능하다.As the material of the
이와 같은 용액 공정은 용액의 도포 및 건조라는 극히 간단하고 용이하며 저가인 공정을 통해 광활성화층을 이루는 광흡수체를 형성할 수 있다는 장점이 있다. 이에 더하여, 도포된 용액의 건조에 의해 자발적으로 결정화가 이루어져 조대 결정립의 광흡수체 형성이 가능하며, 특히 전자와 정공 모두에 대한 전도도가 우수하다는 장점도 있다.Such a solution process has an advantage in that a light absorber constituting a light activation layer can be formed through an extremely simple, easy, and inexpensive process of application and drying of the solution. In addition, crystallization occurs spontaneously by drying the applied solution, so that a light absorber having coarse crystal grains can be formed, and in particular, it has excellent conductivity for both electrons and holes.
반면 용액공정은 용액 공정 고유의 특성상 페로브스카이트 흡수층(132) 하부의 텍스쳐 형상을 유지하면서 동시에 동일한 두께를 가지는 페로브스카이트 흡수층을 형성하기 어렵다. 따라서 이와 같은 두께 및 형상의 편차로 인해 텐덤 태양 전지의 특성 저하가 발생할 가능성이 있다.On the other hand, in the solution process, it is difficult to form a perovskite absorber layer having the same thickness while maintaining the texture shape of the lower portion of the
본 발명에서는 구체적인 실시예로써, 상기 제2 도전형 전하 수송층(131) 상에 FA1- xCsxPbBryI3 -y (단, 여기서 0 = x ≤= 1, 0 ≤= y ≤= 3 이다) 성분의 페로브스카이트 흡수층(132)을 형성하였다.In the present invention, as a specific embodiment, FA 1- x Cs x PbBr y I 3 -y on the second conductivity type charge transport layer 131 (where 0 = x ≤= 1, 0 ≤= y ≤= 3 is) to form a
본 발명에서는 먼저 상기 제2 도전형 전하 수송층(131) 상에 무기물 층을 코팅하였다. 본 발명에서의 무기물 층은 PbI2를 사용하여 용액법으로 제조하였다. 먼저 4mmol의 PbI2 (Sigma-Aldrich, 99%)를 4㎖의 N,N-dimethylformamide(DMF)(Sigma-Aldrich, 99.8%)에서 용해시켜 PbI2 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 PbI2 용액 40㎖를 스핀 코팅법을 이용하여, 상기 제2 도전형 전하 수송층(131)이 형성된 기판 위에 500~5,000 rpm의 속도로 30초 동안 회전시켜 무기물 층을 코팅하였다. 그 다음 상기 무기물 층이 코팅된 기판은 100℃에서 15분간 건조되었다.In the present invention, an inorganic layer is first coated on the second conductivity type
다음으로 상기 무기물 층 상에 유기물 층을 코팅하였다. 상기 유기물 층은 2-프로판올(Sigma-Aldrich, 99.5%)에서 0.01g/㎖ (CH(NH2)2)Br 용액을 이용하여 상기 무기물층 형성된 기판을 침지하였고, 그 다음 최대 3,000rpm에서 30초 동안 회전시킨 후 100℃에서 15분간 건조되었다.Next, an organic material layer was coated on the inorganic material layer. The organic layer was immersed in a 0.01 g/ml (CH(NH 2 ) 2 )Br solution in 2-propanol (Sigma-Aldrich, 99.5%), and then the substrate on which the inorganic layer was formed was immersed for 30 seconds at a maximum of 3,000 rpm. After rotating for 15 minutes at 100 ℃ was dried.
한편 본 발명에서의 페로브스카이트 흡수층(132)은 상기 용액 공정 이외에도, 스퍼터링이나 전자빔 등을 이용한 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착에 의해 형성된다. 이 때, 상기 페로브스카이트 흡수층은 단일 단계(Single step) 증착 또는 순차적 단계(sequential step) 증착 어느 것으로도 형성될 수 있으나, 단일 단계로는 균일한 박막 형태 제조의 어려움으로 인해 순차적 단계가 보다 바람직하다.Meanwhile, the
상기와 같은 페로브스카이트 흡수층(132)을 형성한 후 이를 페로브스카이트 물질로 전환시키기 위해, 본 발명에서는 후열처리 공정을 수행하였다. 상기 후열처리 공정은 상온~200℃의 온도 범위에서, 약 3시간 이내에서 수행된다. 후열처리 온도의 하한은 특별한 제한은 없으며, 200℃보다 높아질 경우 페로브스카이트 흡수층인 고분자 물질이 열적으로 퇴화될 수 있다. 또한 증착공정의 경우, 전구체 층끼리 반응하여 페로브스카이트 층을 형성하기 전에 각각의 전구체 층이 열분해 되거나 또는 열분해에 의한 조성 변화가 생길 수도 있다.After forming the
다음으로 도 17에서와 같이, 상기 페로브스카이트 흡수층(132) 위에는 제1 도전형 전하 수송층(133)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 17 , a first conductivity type
앞서 설명한 바와 같이, 만일 상기 제2 도전형 전하 수송층(131)이 n형의 전자 수송층인 경우 상기 제1 도전형 전하 수송층(133)으로는 p형의 정공 수송층이 형성되며, 이와는 반대로 상기 제2 도전형 전하 수송층(131)이 p형의 정공 수송층인 경우 상기 제1 도전형 전하 수송층(133)은 n형의 전자 수송층이 된다.As described above, if the second conductivity-type
이와 같이 상기 제1 도전형 전하 수송층(133)을 형성한 후에, 본 발명에서는 제1 전극(150)을 위한 제1 투명 전극층(134)을 형성한다(도 18).After forming the first conductivity type
이때, 제1 투명 전극층(134)은 페로브스카이트 태양 전지(130)의 상면 전체에 형성되어, 페로브스카이트 태양 전지(130)에서 생성된 전하를 포집하는 역할을 한다. 이러한 제1 투명 전극층(134)은, 앞에서의 제2 투명 전극층(116)과 동일하게, 다양한 투명 전도성 소재로서 구현될 수 있다. At this time, the first
이 때, 제1 전극(150)의 제1 금속 전극층(135)은 제1 투명 전극층(134) 상에 배치되며, 제1 투명 전극층(134) 중 일부 영역에 배치된다.At this time, the first
제1 전극(150)의 제1 금속 전극층(135)은 유리 프릿을 포함하지 않는 제1 전극 페이스트를 선택적으로 도포한 후, 제1 온도에서 저온 소성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 이러한 제1 전극 페이스트는 금속 입자와 저온소성용 바인더인 유기물이 포함되어 있을 수 있으며, 제1 전극 페이스트에는 유리 프릿이 포함되지 않는다. 특히, 제1 온도는 250℃ 이하, 보다 구체적으로는 100 ~ 200℃일 수 있다. 이는 열에 취약한 페로브스카이트 흡수층(132)를 후속 고온 공정으로부터 보호하기 위함이다.The first
도 19는 중간층의 굴절률 변화에 따른 전류 밀도의 변화를 도시한 것이다. 중간층의 굴절률 변화에 따른 전류 밀도의 변화를 도시한 것이다. 상부 태양전지의 전류 밀도는 중간층의 굴절률이 2.1에서 1.7로 감소함에 따라 증가하는 반면, 하부 태양전지의 전류 밀도는 감소함을 알 수 있다. 그러나 전체 텐덤 태양전지의 전류 밀도는 중간층의 굴절률이 감소함에 따라 증가하게 되므로, 텐덤 태양전지의 전체 효율은 굴절률의 감소에 따라 증가할 것으로 예상된다.19 illustrates a change in current density according to a change in the refractive index of an intermediate layer. It shows the change in current density according to the change in the refractive index of the intermediate layer. It can be seen that the current density of the upper solar cell increases as the refractive index of the middle layer decreases from 2.1 to 1.7, whereas the current density of the lower solar cell decreases. However, since the current density of the entire tandem solar cell increases as the refractive index of the intermediate layer decreases, the overall efficiency of the tandem solar cell is expected to increase as the refractive index decreases.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the drawings illustrated, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications are made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that variations can be made. In addition, although the operational effects according to the configuration of the present invention have not been explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the corresponding configuration should also be recognized.
Claims (13)
상기 제1 태양전지보다 작은 밴드갭을 가지는 제2 태양전지;
상기 제1 태양전지와 제2 태양전지 사이에 위치하며, SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 기재 내에서 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지를 전기적으로 연결하는 도핑된 미세결정 실리콘이 포함된 중간층;을 포함하고,
상기 미세결정 실리콘은 상기 중간층의 두께 방향에 위치하며,
상기 미세결정 실리콘의 면적은 상기 중간층의 면적의 5% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
a first solar cell;
a second solar cell having a smaller band gap than the first solar cell;
Located between the first solar cell and the second solar cell, an intermediate layer including a silicon oxide matrix having a SiOx composition and doped microcrystalline silicon electrically connecting the first solar cell and the second solar cell within the substrate including;
The microcrystalline silicon is located in the thickness direction of the intermediate layer,
The tandem solar cell, characterized in that the area of the microcrystalline silicon is 5% to 25% of the area of the intermediate layer.
상기 제1 태양전지는 페로브스카이트 태양전지이고, 상기 제2 태양전지는 결정실 실리콘 태양전지;
인 것을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 1,
The first solar cell is a perovskite solar cell, and the second solar cell is a crystalline silicon solar cell;
A tandem solar cell, characterized in that.
상기 제2 태양전지는,
결정질 실리콘 기판;
상기 기판의 제1면 및 제2면에 각각 위치하는 제1 패시베이션층 및 제2 패시베이션층;
상기 제1 패시베이션층의 전면에 위치하는 제1 도전형 영역; 및
상기 제2 패시베이션층의 후면에 위치하는 제2 도전형 영역;
을 포함하는 텐덤 태양전지.
According to claim 1,
The second solar cell,
a crystalline silicon substrate;
a first passivation layer and a second passivation layer respectively positioned on the first and second surfaces of the substrate;
a first conductivity type region located on the front surface of the first passivation layer; and
a second conductivity type region located on the rear surface of the second passivation layer;
A tandem solar cell comprising a.
상기 제1 도전형 영역 및/또는 제2 도전형 영역은 각각의 영역 내에서 도핑 농도가 적층 형태인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 3,
The first conductivity type region and/or the second conductivity type region have a doping concentration in a stacked form in each region;
A tandem solar cell characterized by
상기 기판은 n 타입이고;
상기 제1 도전형 영역은 p 타입의 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층의 에미터층이며;
상기 제2 도전형 영역은 n 타입의 비정질 실리콘(n-a-Si:H) 층의 후면전계층인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 3,
the substrate is n-type;
the first conductivity type region is an emitter layer of a p-type amorphous silicon (pa-Si:H) layer;
the second conductive region is a back surface layer of an n-type amorphous silicon (na-Si:H) layer;
A tandem solar cell characterized by
상기 기판은 n 타입이고;
상기 제1 도전형 영역은 n 타입의 비정질 실리콘(n-a-Si:H) 층의 후면전계층이며;
상기 제2 도전형 영역은 p 타입의 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층의 에미터층인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 3,
the substrate is n-type;
the first conductive region is a back surface layer of an n-type amorphous silicon (na-Si:H) layer;
that the second conductivity type region is an emitter layer of a p-type amorphous silicon (pa-Si:H) layer;
A tandem solar cell characterized by
상기 중간층과 상기 제1 태양전지 사이에 위치하는 p 타입의 비정질 실리콘(p-a-Si:H) 층;
을 포함하는 텐덤 태양전지.
According to claim 6,
a p-type amorphous silicon (pa-Si:H) layer positioned between the intermediate layer and the first solar cell;
A tandem solar cell comprising a.
상기 중간층의 도핑은 n 타입 도핑인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 1,
Doping of the intermediate layer is n-type doping;
A tandem solar cell characterized by
상기 중간층의 굴절률은 1.5 내지 1.9인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 1,
The refractive index of the intermediate layer is 1.5 to 1.9;
A tandem solar cell characterized by
상기 중간층의 두께는 5 내지 300㎚인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
According to claim 1,
The intermediate layer has a thickness of 5 to 300 nm;
A tandem solar cell characterized by
상기 제1 태양전지는,
상기 제2 태양전지 위에 위치하는 제2 도전형 전하 수송층;
상기 제2 도전형 전하 수송층 위에 위치하는 페로브스카이트 흡수층;
상기 페로브스카이트 흡수층 위에 위치하는 제1 도전형 전하 수송층(123);
을 포함하는 텐덤 태양전지.
According to claim 1,
The first solar cell,
a second conductivity-type charge transport layer positioned on the second solar cell;
a perovskite absorption layer positioned on the second conductivity type charge transport layer;
a first conductivity type charge transport layer 123 positioned on the perovskite absorption layer;
A tandem solar cell comprising a.
상기 페로브스카이트 흡수층은 FA1- xCsxPbBryI3 -y 성분인 것;
을 특징으로 하는 텐덤 태양전지.
(단, 여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3 이다)
According to claim 11,
The perovskite absorber layer is a FA 1- x Cs x PbBr y I 3 -y component;
A tandem solar cell characterized by
(However, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 3)
상기 제2 태양전지를 형성하는 단계;
상기 제2 태양전지 상에 상기 SiOx 조성의 실리콘 산화물 기지와 기재 내에서 상기 제2 태양전지와 후속하는 상기 제1 태양전지를 전기적으로 연결하는 도핑된 미세결정 실리콘이 포함된 상기 중간층을 형성하는 단계;
상기 중간층 상에 상기 제2 태양전지의 밴드갭보다 더 큰 밴드갭을 가지는 상기 제1 태양전지를 형성하는 단계;
를 포함하는 텐덤 태양전지의 제조 방법.
In the method of manufacturing the tandem solar cell of claim 1,
forming the second solar cell;
Forming a silicon oxide base of the SiOx composition on the second solar cell and the intermediate layer including doped microcrystalline silicon electrically connecting the second solar cell and the subsequent first solar cell within the substrate. ;
forming the first solar cell having a bandgap greater than that of the second solar cell on the intermediate layer;
A method for manufacturing a tandem solar cell comprising a.
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