KR20120064268A - Thin film solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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안세원
이홍철
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Abstract

PURPOSE: A thin film solar cell and a manufacturing method thereof are provided to reduce an amount of light absorbed on a light reflective surface by forming the roughness of a light reflective surface to be smaller than that of a light scattering surface. CONSTITUTION: A first electrode(120) includes a light scattering surface(122). A light conversion part(130) is arranged on the light scattering surface of the first electrode. A second electrode(160) is arranged on the light conversion part. A first reflecting layer(170) includes a light reflective surface(172). The light reflective surface reflects light penetrating the light conversion part to the light conversion part.

Description

박막 태양전지 및 이의 제조 방법{THIN FILM SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Thin film solar cell and manufacturing method thereof {THIN FILM SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 반사 성능을 극대화한 제1 반사층을 갖는 박막 태양전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film solar cell having a first reflective layer maximized reflection performance and a method of manufacturing the same.

태양전지는 거의 무한한 에너지원인 태양을 에너지원으로 하고, 발전 과정에서 공해 물질을 거의 생성하지 않으며, 수명이 20년 이상으로 매우 길다는 장점과 더불어, 관련 산업분야로의 파급 효과가 크다는 장점으로 인해 매우 주목받고 있으며, 그로 인해 많은 국가에서 태양전지를 차세대 주요산업으로 육성하고 있다. Solar cells use the sun, which is an almost unlimited energy source, as an energy source, generate little pollutants in the power generation process, have a long life span of more than 20 years, and have a high ripple effect in related industries. It is attracting much attention, and as a result, many countries are fostering solar cells as the next generation major industries.

현재 태양전지의 90% 이상은 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 기반으로 하여 제작 판매되고 있으며, 이외에 박막형 실리콘 기반의 태양전지가 소규모로 제작 판매되고 있다. Currently, more than 90% of solar cells are manufactured and sold based on single crystal or polycrystalline silicon wafers (Si wafer), and thin-film silicon-based solar cells are manufactured and sold on a small scale.

태양전지의 가장 큰 문제점은 발전 단가가 타 에너지원에 비해 매우 높다는 것이다. 따라서 차후 청정에너지의 수요를 충족시키기 위해서는 발전단가를 큰 폭으로 낮춰야 한다. The biggest problem of solar cells is that the cost of power generation is very high compared to other energy sources. Therefore, in order to meet the demand for clean energy in the future, the cost of power generation must be drastically reduced.

하지만, 현재 단결정 혹은 다결정 실리콘 웨이퍼를 기반으로 한 이른바 벌크(bulk)형 실리콘 태양전지는 필요한 원재료 양이 최소 150㎛ 두께 이상이므로, 원가의 많은 부분을 재료비, 즉 실리콘 원재료가 차지하고 있는데, 원재료의 공급이 급격히 늘어나는 수요를 따라가지 못해 원가를 낮출 수 있는 가능성이 용이하지 않은 실정이다.However, at present, so-called bulk silicon solar cells based on monocrystalline or polycrystalline silicon wafers require at least 150 µm in thickness, so a large part of the cost is accounted for by material costs, that is, silicon raw materials. The possibility of lowering costs is not easy because it cannot keep up with the rapidly increasing demand.

이에 비해, 박막형 태양전지는 그 두께가 2㎛ 이내이므로 벌크형 태양전지에 비해 원재료의 사용량이 매우 적어 재료비를 비약적으로 낮출 수 있다. 따라서 발전 단가 면에서 벌크형 태양전지에 비해 큰 장점을 가지고 있다. 하지만 박막형 태양전지는 벌크형 태양전지에 비해 같은 면적 대비 발전 성능이 절반 정도로 매우 낮다. On the contrary, since the thin film type solar cell has a thickness of 2 μm or less, the amount of raw materials used is very small compared to the bulk type solar cell, thereby significantly reducing the material cost. Therefore, it has a great advantage compared to bulk solar cells in terms of power generation cost. However, thin-film solar cells have about half the power generation performance as compared to bulk solar cells.

일반적으로 태양전지의 효율을 표현할 때는 100㎽/㎠의 광량에서 얻을 수 있는 전력의 크기를 %로 나타내는데, 벌크형 태양전지의 효율은 12% 내지 20%이지만, 박막형 태양전지의 효율은 8% 내지 9% 정도이다. 따라서 박막형 태양 전지의 효율은 벌크형 태양전지에 비해 낮은 편이다.In general, when expressing the efficiency of solar cells, the amount of power that can be obtained at 100 ㎽ / ㎠ light amount is expressed in%. The efficiency of bulk solar cells is 12% to 20%, but the efficiency of thin film solar cells is 8% to 9 About%. Therefore, the efficiency of thin film solar cells is lower than that of bulk solar cells.

이에 따라, 박막형 태양전지의 효율을 높이기 위해 많은 노력을 기울이고 있는데, 이러한 노력의 결과로 개발된 것이 이중 접합형 또는 삼중 접합형 박막 태양전지이다.Accordingly, many efforts have been made to increase the efficiency of thin film solar cells. As a result of these efforts, a double junction type or triple junction type thin film solar cell has been developed.

박막형 태양전지의 가장 기본적인 모델은 단일 접합(single junction)형의 구조를 갖는다. 여기에서 단일 접합형 박막 태양전지는 전면 전극 및 후면 전극 사이에 광전 변환부를 배치하고, 광 흡수용 진성층(intrinsic layer)과, 광 생성된 전하 분리를 위한 내부 전계를 형성하기 위해 진성층의 상부 및 하부에 각각 배치되는 p형 도핑층 및 n형 도핑층으로 상기 광전 변환부를 구성한 태양전지를 말한다.The most basic model of a thin film solar cell has a single junction type structure. Here, the single junction thin film solar cell has a photoelectric conversion portion disposed between the front electrode and the rear electrode, and an upper portion of the intrinsic layer to form an intrinsic layer for absorbing light and an internal electric field for separating light generated charge. And a solar cell including the p-type doping layer and the n-type doping layer respectively disposed at the lower portion of the photoelectric conversion unit.

그런데 상기 단일 접합형 박막 태양전지는 효율이 낮은 편이다. 따라서 효율을 높이기 위해 상기 전면 전극 및 후면 전극 사이에 2개의 광전 변환부를 적층한 이중 접합(tandem 또는 double junction)형 및 3개의 광전 변환부를 적층한 삼중 접합(triple junction)형 박막 태양전지가 개발되고 있다.However, the single junction thin film solar cell has a low efficiency. Therefore, in order to increase the efficiency, a double junction (tandem or double junction) type in which two photoelectric conversion parts are stacked between the front electrode and the rear electrode and a triple junction type thin film solar cell in which three photoelectric conversion parts are stacked are developed. have.

상기한 이중 접합형 및 삼중 접합형은, 태양광이 먼저 흡수되는 쪽, 예를 들어 전면 전극 쪽에는 광학 밴드갭(Eg: bandgap)이 높은 반도체 물질(예를 들어, 비정질 실리콘)로 제1 광전 변환부를 형성하여 주로 단파장의 태양광을 흡수하고, 나중에 흡수되는 쪽, 예를 들어 후면 전극 쪽에는 광학 밴드갭이 낮은 반도체 물질(예를 들어, 미세결정 실리콘)로 제2 광전 변환부를 형성하여 주로 장파장의 태양광을 흡수하도록 구성한 것으로, 단일 접합형의 박막 태양전지에 비해 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.The double-junction and triple-junction types described above include a first photovoltaic material having a semiconductor material (for example, amorphous silicon) having a high optical bandgap (Eg) on a side where sunlight is first absorbed, for example, a front electrode side. The second photoelectric conversion unit is mainly formed of a semiconductor material (for example, microcrystalline silicon) having a low optical bandgap on the side to be absorbed mainly, and then absorbing sunlight having a short wavelength, for example, the rear electrode side. It is configured to absorb long wavelength solar light, there is an advantage that can increase the efficiency compared to the single-junction thin film solar cell.

한편, 상기한 박막 태양전지의 효율을 개선하기 위해서는 태양전지에 흐르는 전류밀도를 증가시키는 것이 요구된다. 따라서 박막 태양전지에서는 진성층을 투과한 태양광을 상기 진성층으로 반사하여 상기 반사된 태양광이 진성층에서 흡수되도록 함으로써 진성층의 광 흡수율을 높이기 위한 제1 반사층을 구비하여 전류밀도를 증가시키고 있다. 이때, 제1 반사층은 후면 전극 쪽에 위치한다.On the other hand, in order to improve the efficiency of the thin film solar cell is required to increase the current density flowing through the solar cell. Accordingly, the thin film solar cell includes a first reflective layer for increasing light absorption of the intrinsic layer by reflecting sunlight transmitted through the intrinsic layer to the intrinsic layer to absorb the reflected solar light in the intrinsic layer, thereby increasing the current density. have. In this case, the first reflective layer is positioned on the rear electrode side.

그리고, 빛이 입사하는 전면 전극의 표면에서 산란 효과를 얻을 수 있도록 하기 위해 상기 전면 전극의 한쪽 표면, 예를 들어 광전 변환부와 마주하는 표면은 요철 표면으로 형성된다. 이러한 구조에 따르면, 상기 산란 효과로 인해 광 흡수 특성이 향상된다.In order to obtain a scattering effect on the surface of the front electrode to which light is incident, one surface of the front electrode, for example, a surface facing the photoelectric conversion unit is formed as a concave-convex surface. According to this structure, the light absorption characteristic is improved due to the scattering effect.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사 성능을 극대화한 제1 반사층을 갖는 박막 태양전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a thin film solar cell having a first reflective layer with maximized reflection performance and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지는, 기판; 기판의 한쪽 면에 위치하며, 광 산란 표면을 구비하는 제1 전극; 제1 전극의 광 산란 표면 위에 위치하는 적어도 하나의 광전 변환부; 광전 변환부 위에 위치하는 제2 전극; 및 광전 변환부를 투과한 빛을 광전 변환부로 반사하는 광 반사 표면을 구비하는 제1 반사층을 포함하며, 광 산란 표면의 거칠기(roughness)와 광 반사 표면의 거칠기가 서로 다르게 형성된다.Thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, the substrate; A first electrode on one side of the substrate, the first electrode having a light scattering surface; At least one photoelectric converter disposed on the light scattering surface of the first electrode; A second electrode on the photoelectric conversion unit; And a first reflecting layer having a light reflecting surface for reflecting light transmitted through the photoelectric converting part to the photoelectric converting part, wherein the light scattering surface is roughly formed differently from the light reflecting surface.

광 반사 표면의 거칠기는 광 산란 표면의 거칠기보다 작게 형성된다. 예를 들어, 광 산란 표면은 표면 거칠기가 40㎚ 이상으로 형성되며, 광 반사 표면은 표면 거칠기가 40㎚ 미만으로 형성된다. 이때, 광 반사 표면은 표면 거칠기가 15㎚ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.The roughness of the light reflecting surface is formed smaller than the roughness of the light scattering surface. For example, the light scattering surface has a surface roughness of 40 nm or more, and the light reflecting surface has a surface roughness of less than 40 nm. At this time, the light reflecting surface is preferably formed with a surface roughness of 15 nm or less.

이때, 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)에 의해 측정된 rms(root-mean-square) 값을 기준으로 한 것이다.In this case, the surface roughness is based on a root-mean-square (RMs) value measured by an atomic force microscope (AFM).

제2 전극은 광전 변환부와 제1 반사층의 사이에 위치할 수 있다. 즉, 제1 반사층은 제2 전극의 상부 또는 하부에 위치하는 후면 반사층일 수 있다.The second electrode may be positioned between the photoelectric converter and the first reflective layer. That is, the first reflective layer may be a rear reflective layer positioned above or below the second electrode.

상기 광전 변환부는 단일 접합형, 이중 접합형 또는 삼중 접합형 중 하나일 수 있다.The photoelectric conversion unit may be one of a single junction type, a double junction type, and a triple junction type.

단일 접합형의 경우, 광전 변환부의 진성층은 비정질 실리콘 또는 미세 결정 실리콘으로 형성될 수 있다.In the case of a single junction type, the intrinsic layer of the photoelectric conversion portion may be formed of amorphous silicon or microcrystalline silicon.

이중 접합형의 경우, 제1 전극 위에 위치하는 제1 광전 변환부의 진성층은 비정질 실리콘으로 형성되고, 제1 광전 변환부 위에 위치하는 제2 광전 변환부의 진성층은 미세 결정 실리콘으로 형성될 수 있다.In the case of the double junction type, the intrinsic layer of the first photoelectric converter positioned on the first electrode may be formed of amorphous silicon, and the intrinsic layer of the second photoelectric converter disposed on the first photoelectric converter may be formed of fine crystal silicon. .

삼중 접합형의 경우, 제1 전극 위에 위치하는 제1 광전 변환부 및 제1 광전 변환부 위에 위치하는 제2 광전 변환부의 진성층들은 비정질 실리콘으로 형성되고, 제2 광전 변환부 위에 위치하는 제3 광전 변환부의 진성층은 미세 결정 실리콘으로 형성될 수 있다.In the triple junction type, the intrinsic layers of the first photoelectric converter disposed on the first electrode and the second photoelectric converter disposed on the first photoelectric converter are formed of amorphous silicon, and the third layer positioned on the second photoelectric converter. The intrinsic layer of the photoelectric conversion part may be formed of fine crystal silicon.

광전 변환부가 이중 접합형 또는 삼중 접합형 중 하나인 경우, 광전 변환부 사이에는 적어도 하나의 제2 반사층이 위치할 수 있으며, 이때, 제2 반사층도 광 반사 표면이 40㎚ 미만의 표면 거칠기를 갖도록 형성될 수 있다.When the photoelectric conversion unit is either a double junction type or a triple junction type, at least one second reflection layer may be positioned between the photoelectric conversion parts, wherein the second reflection layer also has a surface roughness of less than 40 nm. Can be formed.

제2 전극과 광전 변환부의 계면은 광 반사 표면과 동일한 크기의 거칠기를 가질 수 있으며, 제1 전극 및 제2 전극은 투명 도전 산화막(TCO)으로 이루어질 수 있다.An interface between the second electrode and the photoelectric conversion part may have roughness of the same size as that of the light reflection surface, and the first electrode and the second electrode may be made of a transparent conductive oxide film (TCO).

이러한 구성의 박막 태양전지는, 기판의 한쪽 면에 제1 전극을 형성하는 단계; 제1 전극 위에 적어도 하나의 광전 변환부를 형성하는 단계; 광전 변환부의 노출된 표면을 평탄화하는 단계; 및 광전 변환부의 평탄화된 표면 위에 제2 전극 및 제1 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.A thin film solar cell having such a configuration may include forming a first electrode on one surface of a substrate; Forming at least one photoelectric converter on the first electrode; Planarizing the exposed surface of the photoelectric conversion portion; And forming a second electrode and a first reflective layer on the planarized surface of the photoelectric conversion unit.

제1 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판의 한쪽 면에 투명 도전 산화막을 증착하는 단계; 및 상기 투명 도전 산화막의 표면을 식각하는 단계를 포함할 수 있으며, 이때, 식각 단계에서는 상기 투명 도전 산화막의 표면 거칠기를 40㎚ 이상으로 형성할 수 있다.The forming of the first electrode may include depositing a transparent conductive oxide film on one surface of the substrate; And etching the surface of the transparent conductive oxide film, wherein in the etching step, the surface roughness of the transparent conductive oxide film may be formed to be 40 nm or more.

다른 예로, 제1 전극을 형성하는 단계는 저압식 화학기상증착법(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 기판의 한쪽 면에 투명 도전 산화막을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 저압식 화학기상증착법은 장비의 특성상 투명 도전 산화막의 표면이 일정한 크기, 예를 들면 40㎚ 이상의 거칠기를 갖게 된다. 따라서, 표면 거칠기를 일정한 크기(40㎚ 이상)로 형성하기 위해 별도의 식각 공정을 실시하지 않아도 된다.As another example, the forming of the first electrode may include depositing a transparent conductive oxide film on one surface of the substrate by using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). In the low pressure chemical vapor deposition method, the surface of the transparent conductive oxide film has a certain size, for example, roughness of 40 nm or more, due to the characteristics of the equipment. Therefore, in order to form the surface roughness to a certain size (40 nm or more), it is not necessary to perform a separate etching process.

광전 변환부의 표면을 평탄화하는 단계에서는 광전 변환부의 표면을 40㎚ 미만, 특히 15㎚ 이하의 거칠기로 형성한다.In the step of planarizing the surface of the photoelectric conversion portion, the surface of the photoelectric conversion portion is formed with a roughness of less than 40 nm, in particular 15 nm or less.

상기 광전 변환부 위에 제2 전극 및 제1 반사층을 형성하는 단계는 광전 변환부 위에 제2 전극을 형성하는 단계; 및 제2 전극 위에 제1 반사층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the second electrode and the first reflective layer on the photoelectric converter may include forming a second electrode on the photoelectric converter; And forming a first reflective layer on the second electrode.

이중 접합 또는 삼중 접합의 경우, 광전 변환부 사이에 제2 반사층을 더 형성할 수 있으며, 이 경우, 제2 반사층의 광 반사 표면과 마주하는 광전 변환부의 표면 역시 40㎚ 미만, 특히 15㎚ 이하의 거칠기를 갖도록 평탄화할 수 있다.In the case of double junction or triple junction, a second reflective layer can be further formed between the photoelectric conversion sections, in which case the surface of the photoelectric conversion section facing the light reflection surface of the second reflective layer is also less than 40 nm, in particular 15 nm or less. It can be flattened to have roughness.

제2 전극을 형성하는 단계는 상기 광전 변환부 위에 투명 도전 산화막을 증착하는 것을 포함할 수 있다.The forming of the second electrode may include depositing a transparent conductive oxide film on the photoelectric converter.

이러한 특징에 따르면, 제1 반사층의 광 반사 표면이 제1 전극의 광 산란 표면에 비해 작은 크기의 표면 거칠기를 가지므로, 광 반사 표면에서 흡수되는 빛의 양을 줄일 수 있고, 반사도를 증가시킬 수 있다. 따라서 광 반사 표면에서 손실되는 전류량이 감소되고, 이로 인해 박막 태양전지의 효율이 향상된다.According to this feature, since the light reflecting surface of the first reflecting layer has a small surface roughness compared to the light scattering surface of the first electrode, the amount of light absorbed by the light reflecting surface can be reduced, and the reflectance can be increased. have. Thus, the amount of current lost at the light reflective surface is reduced, thereby improving the efficiency of the thin film solar cell.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 태양전지의 개략도로서, 단일 접합형 박막 태양전지의 부분 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 제1 전극의 제조 방법에 따른 광 산란 표면의 SEM 사진이다.
도 4는 도 1에 도시한 제1 반사층의 광 반사 표면의 표면 상태에 따른 반사율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시한 제1 반사층의 광 반사 표면의 표면 상태에 따른 빛 흡수도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시한 제1 반사층의 광 반사 표면의 표면 상태에 따른 전류 손실 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 태양전지의 개략도로서, 이중 접합형 박막 태양전지의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 태양전지의 개략도로서, 삼중 접합형 박막 태양전지의 부분 단면도이다.1 is a schematic diagram of a thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a single junction thin film solar cell.
2 and 3 are SEM images of the light scattering surface according to the method of manufacturing the first electrode shown in FIG.
4 is a graph showing a change in reflectance according to the surface state of the light reflecting surface of the first reflecting layer shown in FIG. 1.
FIG. 5 is a graph showing a change in light absorbency according to a surface state of a light reflecting surface of the first reflecting layer shown in FIG. 1.
FIG. 6 is a graph showing current loss data according to the surface state of the light reflection surface of the first reflective layer shown in FIG. 1.
7 is a schematic view of a thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a double junction thin film solar cell.
8 is a schematic view of a thin film solar cell according to a third embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a triple junction thin film solar cell.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. 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 order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted, and like reference numerals are given to similar portions throughout the specification.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. When a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case directly above another portion but also the case where there is another portion in between. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.An embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 태양전지의 개략도로서, 단일 접합형 태양전지의 부분 단면도이다.1 is a schematic view of a thin film solar cell according to a first embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a single junction solar cell.

도 1을 참고로 하면, 본 실시예에 따른 단일 접합형 박막 태양전지는 기판(110)을 통해 빛이 입사되는 상판(superstrate)형 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, the single junction thin film solar cell according to the present exemplary embodiment has a superstrate-type structure in which light is incident through the substrate 110.

좀 더 자세히 설명하면, 단일 접합형 박막 태양전지는 유리 또는 투명 플라스틱 등으로 이루어진 기판(110), 기판(110) 위에 위치하는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 위에 위치하는 제1 광전 변환부(130), 제1 광전 변환부(130) 위에 위치하는 제2 전극(160), 그리고 제2 전극(160) 위에 위치하는 제1 반사층(170)을 구비한다. 이때, 제1 전극(120) 및 제2 전극(160)은 투명 도전 산화막(transparent conductive oxide, TCO)으로 이루어진다.In more detail, the single junction thin film solar cell includes a substrate 110 made of glass or transparent plastic, a first electrode 120 disposed on the substrate 110, and a first electrode disposed on the first electrode 120. A photoelectric converter 130, a second electrode 160 positioned on the first photoelectric converter 130, and a first reflective layer 170 positioned on the second electrode 160 are provided. In this case, the first electrode 120 and the second electrode 160 are made of a transparent conductive oxide (TCO).

제1 전극(120)은 기판(110)의 한쪽 면 전체에 형성되어 있으며, 제1 광전 변환부(130)와 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 제1 전극(120)은 빛에 의해 생성된 캐리어(carrier) 중 하나, 예를 들어 정공을 수집하여 출력한다. 제1 전극(120)은 또한 반사 방지막의 기능도 수행할 수 있다.The first electrode 120 is formed on one side of the substrate 110 and is electrically connected to the first photoelectric converter 130. Therefore, the first electrode 120 collects and outputs one of the carriers generated by light, for example, holes. The first electrode 120 may also function as an antireflection film.

제1 전극(120)은 제1 반사층(170)에서 반사된 빛을 산란시켜 빛 흡수율을 향상시키기 위해 광 산란 표면(122)을 구비한다.The first electrode 120 has a light scattering surface 122 to scatter light reflected from the first reflective layer 170 to improve light absorption.

광 산란 표면(122)은 제1 전극(120)의 한쪽 표면에 복수 개의 요철을 형성하여 이 표면(122)의 표면 거칠기를 일정한 크기, 예를 들면 40㎚ 내지 120㎚의 크기로 형성한 것으로, 이때, 상기 표면 거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope)에 의해 측정된 rms(root-mean-square) 값을 기준으로 한 것이다.The light scattering surface 122 is formed by forming a plurality of irregularities on one surface of the first electrode 120 to form a surface roughness of the surface 122 in a constant size, for example, 40 nm to 120 nm. In this case, the surface roughness is based on a root-mean-square (RMs) value measured by an atomic force microscope (AFM).

도 2 및 도 3은 제1 전극의 제조 방법에 따라 다른 형태로 형성된 광 산란 표면(122)의 SEM 사진을 도시한 것으로, 도 2는 스퍼터링법에 의해 투명 도전 산화막을 형성한 후, 이 산화막의 표면을 습식 식각하여 형성한 제1 전극(120)의 광 산란 표면(122)의 SEM 사진이고, 도 3은 저압식 화학기상증착법(Low Pressure CVD, LPCVD)을 이용하여 형성한 제1 전극(120)의 광 산란 표면(122)의 SEM 사진이다.2 and 3 show SEM images of the light scattering surface 122 formed in different shapes according to the method of manufacturing the first electrode, and FIG. 2 shows a transparent conductive oxide film formed by sputtering. SEM image of the light scattering surface 122 of the first electrode 120 formed by wet etching the surface, Figure 3 is a first electrode 120 formed using a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD) Is a SEM image of the light scattering surface 122.

상기 저압식 화학기상증착법은 증착 장비 및/또는 증착 방법의 특성상 제1 전극(120)의 표면에 복수의 요철이 자동적으로 형성된다. 따라서 광 산란 표면(122)을 형성하기 위해 별도의 식각법을 실시할 필요가 없다.In the low pressure chemical vapor deposition method, a plurality of irregularities are automatically formed on the surface of the first electrode 120 due to the characteristics of the deposition equipment and / or the deposition method. Thus, there is no need to perform a separate etching method to form the light scattering surface 122.

도 2 및 도 3에 도시한 광 산란 표면(122)들의 요철 형태(폭, 높이, 형상 등)는 서로 다르지만, 요철의 높이는 약 1㎛ 내지 10㎛로 형성되며, 위에서 설명한 바와 같이 광 산란 표면(122)에 위치하는 복수의 요철로 인해 상기 광 산란 표면(122)의 표면 거칠기는 40㎚ 내지 120㎚에 속하게 된다.Although the irregularities (width, height, shape, etc.) of the light scattering surfaces 122 shown in FIGS. 2 and 3 are different from each other, the height of the irregularities is formed to be about 1 μm to 10 μm, and as described above, the light scattering surface ( Due to the plurality of irregularities located at 122), the surface roughness of the light scattering surface 122 falls between 40 nm and 120 nm.

이와 같이, 제1 전극(120)의 광 산란 표면(122)이 상기한 표면 거칠기를 갖도록 하면, 제1 반사층(170)에서 반사된 빛이 광 산란 표면(122)에서 산란되어 제1 광전 변환부(130)에서의 빛의 흡수율이 증가된다.As such, when the light scattering surface 122 of the first electrode 120 has the above-described surface roughness, the light reflected from the first reflecting layer 170 is scattered at the light scattering surface 122, and thus, the first photoelectric conversion unit. The absorbance of light at 130 is increased.

제1 전극(120)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 잘 흐를 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도가 요구된다.The first electrode 120 requires a high light transmittance and a high electrical conductivity so that most of the light passes through and the electricity flows well.

이러한 제1 전극(120)을 형성하는 투명 도전 산화막(TCO)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어질 있다. 제1 전극(120)의 비저항 범위는 약 10-2Ω㎝ 내지 10-11Ω㎝일 수 있다.The transparent conductive oxide film TCO forming the first electrode 120 may be formed of indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2, etc.), AgO, ZnO— (Ga 2 O 3, or Al 2 O). 3 ), fluorine tin oxide (FTO) and any one selected from the group consisting of a mixture thereof. The specific resistance range of the first electrode 120 may be about 10 −2 cm to 10 −11 cm.

제1 광전 변환부(130)는 도핑된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon: a-Si:H)으로 이루어질 수 있으며, 약 1.7eV의 광학 밴드갭을 갖고, 근자외선, 보라, 파랑 등과 같은 단파장 대역의 빛을 주로 흡수한다.The first photoelectric converter 130 may be formed of doped amorphous silicon (a-Si: H), has an optical bandgap of about 1.7 eV, and may have a short wavelength band such as near ultraviolet light, violet, blue, or the like. Mainly absorb light.

이러한 제1 광전 변환부(130)는 제1 전극(120) 위에 순차적으로 적층된 제1 도전성 타입의 반도체층인 제1 p형 도핑층, 제1 진성층, 그리고 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 반도체층인 제1 n형 도핑층을 포함한다.The first photoelectric converter 130 may include a first p-type doping layer, a first intrinsic layer, and a first conductive type opposite to the first conductive type semiconductor layers sequentially stacked on the first electrode 120. And a first n-type doped layer which is a semiconductor layer of a two conductivity type.

제1 p형 도핑층은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1 p형 도핑층은 a-Si: H 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.The first p-type doped layer may be formed by mixing a source gas containing silicon (Si) with a gas containing impurities of trivalent elements such as boron, gallium, and indium. In this embodiment, the first p-type doped layer may be formed of a-Si: H or another material.

제1 진성층은 캐리어의 재결합률을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것으로, 전자와 정공과 같은 캐리어가 이곳에서 주로 생성된다. 이러한 제1 진성층은 a-Si: H로 형성될 수 있고, 약 200nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. The first intrinsic layer is for reducing the recombination rate of the carrier and absorbing light, and carriers such as electrons and holes are mainly generated therein. This first intrinsic layer may be formed of a-Si: H, and may have a thickness of about 200 nm to 300 nm.

제1 진성층은 미세 결정 실리콘(μc-Si), 수소화된 미세 결정 실리콘(μc-Si: H), 또는 수소화된 미세 결정 실리콘 게르마늄((μc-SiGe: H)으로 이루어질 수도 있다.The first intrinsic layer may be made of microcrystalline silicon (μc-Si), hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si: H), or hydrogenated microcrystalline silicon germanium ((μc-SiGe: H).

제1 n형 도핑층은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다.The first n-type doping layer may be formed by mixing a gas containing impurities of pentavalent elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) with a source gas including silicon.

이러한 제1 광전 변환부(130)는 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있다. The first photoelectric converter 130 may be formed by chemical vapor deposition (CVD), such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

제1 광전 변환부(130)의 제1 p형 도핑층 및 제1 n형 도핑층과 같은 도핑층은 제1 진성층을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인한 광기전력 효과(photovoltatic effect)에 의하여 제1 진성층에서 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다.Doped layers such as the first p-type doped layer and the first n-type doped layer of the first photoelectric conversion unit 130 form a pn junction with the first intrinsic layer interposed therebetween, thereby causing a photovoltaic effect. The electrons and holes generated in the first intrinsic layer are separated by the contact potential difference and moved in different directions.

예를 들어, 정공은 제1 p형 도핑층을 통해 제1 전극(120)쪽으로 이동하고, 전자는 제1 n형 도핑층을 통해 제2 전극(160)쪽으로 이동한다. For example, holes move toward the first electrode 120 through the first p-type doped layer, and electrons move toward the second electrode 160 through the first n-type doped layer.

도 4는 도 1에 도시한 제1 반사층의 광 반사 표면의 표면 상태에 따른 반사율의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 도 1에 도시한 제1 반사층의 광 반사 표면의 표면 상태에 따른 빛 흡수도의 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a change in reflectance according to the surface state of the light reflection surface of the first reflection layer shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a light absorption according to the surface state of the light reflection surface of the first reflection layer shown in FIG. It is a graph showing a change in degrees.

도 4를 참조하면, 제1 반사층(170)의 반사율은 제1 반사층(170)의 광 반사 표면(172)의 거칠기가 클수록 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 표면 거칠기가 106㎚인 경우(점선으로 도시함)의 반사율은 표면 거칠기가 14㎚인 경우(실선으로 도시함)에 비해 낮은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the reflectance of the first reflective layer 170 decreases as the roughness of the light reflective surface 172 of the first reflective layer 170 increases. In other words, it can be seen that the reflectance of the case where the surface roughness is 106 nm (shown by the dotted line) is lower than that when the surface roughness is 14 nm (shown by the solid line).

그리고 도 5를 참조하면, 제1 반사층(170)의 광 반사 표면(172)에서 흡수되는 빛 흡수율은 표면 거칠기가 큰 경우(점선으로 도시함)의 빛 흡수율이 표면 거칠기가 작은 경우(실선으로 도시함)의 빛 흡수율보다 높은 것을 알 수 있다. 도 4 및 도 5에서, 가로축은 빛의 파장을 나타낸다.Referring to FIG. 5, the light absorbance absorbed at the light reflecting surface 172 of the first reflective layer 170 is shown when the light absorptivity when the surface roughness is large (shown by the dotted line) is small when the surface roughness is shown by the solid line (see the solid line). It can be seen that higher than the light absorption of the). In Figures 4 and 5, the abscissa represents the wavelength of light.

반사율 및 빛 흡수율은 제1 반사층(170)의 반사 특성을 나타내므로, 도 4 및 도 5에 따르면 광 반사 표면(172)의 표면 거칠기가 큰 경우에는 표면 거칠기가 작은 경우에 비해 반사 특성이 저하되는 것으로 말할 수 있다.Since the reflectance and the light absorption rate reflect the reflection characteristics of the first reflection layer 170, according to FIGS. 4 and 5, when the surface roughness of the light reflection surface 172 is large, the reflection characteristics are lowered than when the surface roughness is small. I can say that.

따라서, 반사 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해서는 광 반사 표면(172)의 표면 거칠기를 광 산란 표면(122)의 표면 거칠기보다 작게 형성하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to prevent the reflection characteristic from deteriorating, it is preferable to form the surface roughness of the light reflection surface 172 smaller than the surface roughness of the light scattering surface 122.

도 6은 도 1에 도시한 제1 반사층의 광 반사 표면의 표면 상태에 따라 반사 특성이 저하되는 수준을 대입하여 박막 태양 전지의 전류 손실을 계산한 것으로, 도 6을 참조하면, 광 반사 표면(172)의 표면 거칠기를 40㎚ 미만으로 형성하면 전류 손실을 대략 1.5 ㎃/㎠ 이하로 줄일 수 있는 것을 알 수 있었다. FIG. 6 calculates a current loss of a thin film solar cell by substituting a level at which reflection characteristics are deteriorated according to a surface state of a light reflection surface of the first reflection layer shown in FIG. 1. Referring to FIG. When the surface roughness of 172) was formed to be less than 40 nm, it was found that the current loss could be reduced to approximately 1.5 mA / cm 2 or less.

도 6에 따르면 광 반사 표면(172)의 표면 거칠기가 17㎚ 이하인 경우 대략 1.0 ㎃/㎠ 이하로 전류 손실을 줄일 수 있으므로, 광 반사 표면(172)의 표면 거칠기는 40㎚ 미만, 바람직하게는 17㎚ 이하로 형성하는 것이 바람직하다.According to FIG. 6, when the surface roughness of the light reflecting surface 172 is 17 nm or less, the current loss can be reduced to about 1.0 mA / cm 2 or less, so that the surface roughness of the light reflecting surface 172 is less than 40 nm, preferably 17 It is preferable to form below nm.

통상적으로는, 제1 전극(120)의 광 산란 표면(122)이 40㎚ 내지 120㎚의 표면 거칠기를 갖는 경우, 제1 전극(120)에 적층된 제1 광전 변환부(130), 제2 전극(160) 및 제1 반사층(170)은 광 산란 표면(122)의 표면 거칠기와 동일 내지 유사한 표면 거칠기를 갖게 된다.Typically, when the light scattering surface 122 of the first electrode 120 has a surface roughness of 40 nm to 120 nm, the first photoelectric conversion unit 130 and the second stacked on the first electrode 120. The electrode 160 and the first reflective layer 170 have a surface roughness that is the same as or similar to that of the light scattering surface 122.

따라서, 제1 반사층(170)의 광 반사 표면(172)이 광 산란 표면(122)보다 작은 크기의 표면 거칠기를 갖도록 하기 위해서는 제1 광전 변환부(130)의 표면을 평탄화하는 것이 바람직하다.Therefore, in order for the light reflection surface 172 of the first reflective layer 170 to have a surface roughness of a smaller size than the light scattering surface 122, it is preferable to planarize the surface of the first photoelectric conversion unit 130.

이와 같이, 제1 광전 변환부(130)의 표면을 평탄화 하면, 제1 광전 변환부(130) 위에 적층된 제2 전극(160) 및 제1 반사층(170)이 평탄화된 제1 광전 변환부(130)의 표면 거칠기와 동일 내지 유사한 크기의 표면 거칠기를 갖게 된다.As such, when the surface of the first photoelectric converter 130 is planarized, the first photoelectric converter having the second electrode 160 and the first reflective layer 170 stacked on the first photoelectric converter 130 may be flattened. It has a surface roughness of the same or similar size to the surface roughness of 130).

따라서, 광 반사 표면(172)이 40㎚ 미만의 표면 거칠기를 갖도록 하기 위해, 제1 광전 변환부(130)의 표면은 실질적으로 평탄하게 형성된다.Thus, in order for the light reflecting surface 172 to have a surface roughness of less than 40 nm, the surface of the first photoelectric converter 130 is formed to be substantially flat.

여기에서, "실질적으로 평탄"은 표면 거칠기가 40㎚ 미만인 경우를 의미한다.Here, "substantially flat" means the case where the surface roughness is less than 40 nm.

제2 전극(160)은 제1 광전 변환부(130)의 실질적으로 평탄한 표면에 위치하며, 전기적으로 제1 n형 도핑층과 연결되어 있다. 이러한 제2 전극(170)은 p-n 접합을 통해 생성된 캐리어 중 전자를 수집하여 출력하며, 2.5 이하의 굴절률을 갖는 투명 도전 산화막, 예컨대 ZnO 또는 n-SiOx로 이루어질 수 있다.The second electrode 160 is positioned on a substantially flat surface of the first photoelectric converter 130 and is electrically connected to the first n-type doping layer. The second electrode 170 collects and outputs electrons among carriers generated through a p-n junction, and may be formed of a transparent conductive oxide film having a refractive index of 2.5 or less, such as ZnO or n-SiOx.

제1 반사층(170)은 제1 광전 변환부(130)와 제2 전극(160)을 통과한 빛을 제1 광전 변환부(130)쪽으로 반사시키기 위하여 광 반사 표면(172)을 구비하며, 은(Ag)과 같은 금속 물질로 이루어진다.The first reflective layer 170 includes a light reflecting surface 172 to reflect light passing through the first photoelectric converter 130 and the second electrode 160 toward the first photoelectric converter 130, and It is made of a metal material such as (Ag).

도시하지는 않았지만, 제1 광전 변환부(130) 위에 제1 반사층이 위치하고 제1 반사층 위에 제2 전극이 위치하는 경우에는 제1 반사층이 도핑된 산화아연(ZnO: Al)과 같은 물질로 이루어질 수 있다.Although not shown, when the first reflective layer is positioned on the first photoelectric converter 130 and the second electrode is positioned on the first reflective layer, the first reflective layer may be formed of a material such as zinc oxide (ZnO: Al) doped. .

위에서 설명한 바와 같이, 제1 광전 변환부(130)는 광 산란 표면(122)의 표면 거칠기보다 작은 크기의 표면 거칠기, 예를 들어 40㎚ 미만의 표면 거칠기를 갖는다.As described above, the first photoelectric converter 130 has a surface roughness of less than the surface roughness of the light scattering surface 122, for example, a surface roughness of less than 40 nm.

따라서, 제1 광전 변환부(130) 위에 적층된 제2 전극(160) 및 제1 반사층(170)도 제1 n형 도핑층(133)의 표면 거칠기와 동일 내지 유사한 크기의 표면 거칠기를 갖게 된다.Therefore, the second electrode 160 and the first reflective layer 170 stacked on the first photoelectric converter 130 also have surface roughness of the same or similar to that of the first n-type doped layer 133. .

따라서, 제1 반사층(170)의 광 반사 표면(172) 역시 40㎚ 미만의 표면 거칠기를 가지므로, 본 실시예의 박막 태양전지는 반사 특성이 향상되어 전류 손실이 저감된다.Accordingly, since the light reflecting surface 172 of the first reflecting layer 170 also has a surface roughness of less than 40 nm, the thin film solar cell of the present embodiment improves reflection characteristics and reduces current loss.

이상에서는 단일 접합형 박막 태양전지에 대해 살펴 보았으나, 본 실시예는 이중 접합형 박막 태양전지 및 삼중 접합형 박막 태양전지에도 적용이 가능하다.In the above, a single junction thin film solar cell has been described, but the present embodiment may be applied to a double junction thin film solar cell and a triple junction thin film solar cell.

이를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 이하의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.This will be described with reference to FIGS. 7 and 8. In the following embodiments, the same components as those in the above-described first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 태양전지의 개략도로서, 이중 접합형 박막 태양전지의 부분 단면도를 도시한 것이다.7 is a schematic diagram of a thin film solar cell according to a second embodiment of the present invention, and shows a partial cross-sectional view of a double junction thin film solar cell.

본 실시예의 박막 태양전지는 제1 광전 변환부(130)와 제2 전극(160) 사이에 위치하는 제2 광전 변환부(140)를 더 포함한다.The thin film solar cell of the present exemplary embodiment further includes a second photoelectric converter 140 positioned between the first photoelectric converter 130 and the second electrode 160.

제2 광전 변환부(140)는 도핑된 미세 결정 실리콘을 이용한 미세 결정 실리콘 셀로서, 약 1.1eV의 광학 밴드갭을 갖고 적색에서 근적외선까지의 장파장 대역의 빛을 주로 흡수한다. 제2 광전 변환부(140)는 도핑된 미세 결정 실리콘 이외의 다른 물질로도 형성할 수 있다.The second photoelectric converter 140 is a microcrystalline silicon cell using doped microcrystalline silicon, and has an optical bandgap of about 1.1 eV and mainly absorbs light in a long wavelength band from red to near infrared. The second photoelectric converter 140 may be formed of a material other than the doped fine crystalline silicon.

제2 광전 변환부(140)는 제1 광전 변환부(130)와 유사하게 제1 광전 변환부(130)의 제1 n형 도핑층 위에 순차적으로 형성된 제2 p형 도핑층, 제2 진성층, 그리고 제2 n형 도핑층을 포함하며, 이들 층은 제1 광전 변환부(130)와 동일하게 PECVD와 같은 CVD로 형성될 수 있다.The second photoelectric converter 140 is a second p-type doped layer and a second intrinsic layer sequentially formed on the first n-type doped layer of the first photoelectric converter 130, similarly to the first photoelectric converter 130. And a second n-type doped layer, which may be formed by CVD such as PECVD in the same manner as the first photoelectric converter 130.

제2 p형 도핑층은 제1 p형 도핑층과 유사하게 실리콘을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성된다.Similar to the first p-type doped layer, the second p-type doped layer is formed by mixing a source gas containing silicon with a gas containing impurities of trivalent elements such as boron, gallium, indium, and the like.

제2 진성층은 제1 진성층과 유사하게 캐리어의 재결합률을 줄이고 광을 흡수하기 위한 것이다. 이로 인해, 제2 진성층은 인가되는 장파장 대역의 빛을 주로 흡수하여 전자와 전공을 이곳에서 주로 생성한다. The second intrinsic layer is for reducing the recombination rate of the carrier and absorbing light similarly to the first intrinsic layer. As a result, the second intrinsic layer mainly absorbs light in the applied long wavelength band, thereby mainly generating electrons and electrons.

본 실시예에서, 제2 진성층은 도핑된 미세 결정 실리콘(μc- Si: H)으로 형성되며, 약 1500㎚ 내지 2000㎚의 두께를 가질 수 있다. 그리고 제2 진성층의 두께는 장파장 성분의 태양광을 충분히 흡수하기 위해 제1 진성층의 두께보다 두꺼울 수 있다.In this embodiment, the second intrinsic layer is formed of doped fine crystalline silicon (μc-Si: H), and may have a thickness of about 1500 nm to 2000 nm. And the thickness of the second intrinsic layer may be thicker than the thickness of the first intrinsic layer to sufficiently absorb the sunlight of the long wavelength component.

제2 n형 도핑층은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다.The second n-type doped layer may be formed by mixing a source gas containing silicon with a gas containing impurities of pentavalent elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb).

제1 광전 변환부(130)와 유사하게, 제2 광전 변환부(140)의 제2 p형 및 제2 n형 도핑층은 제2 진성층을 사이에 두고 p-n 접합을 형성하고, 이로 인하여 생성된 정공은 제2 p형 도핑층을 통해 도전성 투명 전극(120)쪽으로 이동하여 수집되고, 생성된 전자는 제2 n형 도핑층을 통해 후면 전극(170)쪽으로 이동하여 수집된다.Similar to the first photoelectric conversion section 130, the second p-type and second n-type doping layers of the second photoelectric conversion section 140 form a pn junction with a second intrinsic layer interposed therebetween. The holes are collected by moving toward the conductive transparent electrode 120 through the second p-type doping layer, and the generated electrons are collected by moving toward the rear electrode 170 through the second n-type doping layer.

제1 광전 변환부(130)와 제2 광전 변환부(140) 사이에는 제2 반사층(180)이 위치한다. 제2 반사층(180)은 단파장의 태양광 성분을 제1 광전 변환부(130)를 향해 반사하는 한편, 장파장의 태양광 성분은 제2 광전 변환부(140)쪽으로 투과한다. The second reflective layer 180 is positioned between the first photoelectric converter 130 and the second photoelectric converter 140. The second reflective layer 180 reflects the short wavelength solar component toward the first photoelectric converter 130, while the long wavelength solar component passes toward the second photoelectric converter 140.

이러한 작용을 하는 제2 반사층(180)은 도핑된 산화아연으로 형성될 수 있으며, 광전 변환부의 두께, 굴절률 등의 다른 요소(factor)들에 따라 여러 물질 중 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다.The second reflective layer 180 having such a function may be formed of doped zinc oxide, and an appropriate one among various materials may be selected and used according to other factors such as thickness and refractive index of the photoelectric conversion unit.

도시한 바와 같이, 제1 광전 변환부(130)의 상부 표면이 제1 전극(120)의 광 산란 표면(122)과 동일 내지 유사한 표면 거칠기로 형성되면, 제2 반사층(180) 역시 광 산란 표면(122)과 동일 내지 유사한 표면 거칠기로 형성될 수 있다. As illustrated, when the upper surface of the first photoelectric converter 130 is formed with the same or similar surface roughness as the light scattering surface 122 of the first electrode 120, the second reflective layer 180 also has a light scattering surface. It may be formed with a surface roughness the same as or similar to the (122).

하지만 이 경우에도 제2 광전 변환부(140)의 상부 표면은 실질적으로 평탄한 표면으로 형성되며, 제1 반사층(170)의 광 반사 표면(172) 역시 실질적으로 평탄한 표면으로 구조로 형성된다.However, even in this case, the upper surface of the second photoelectric converter 140 is formed as a substantially flat surface, and the light reflecting surface 172 of the first reflective layer 170 is also formed as a substantially flat surface.

이와는 달리, 제1 광전 변환부(130)의 상부 표면이 평탄화된 경우, 제2 반사층(180)은 제1 반사층(170)과 마찬가지로 양쪽 표면이 실질적으로 평탄하게 형성될 수 있다.On the contrary, when the upper surface of the first photoelectric converter 130 is planarized, both surfaces of the second reflective layer 180 may be formed to be substantially flat, similar to the first reflective layer 170.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 태양전지의 개략도로서, 삼중 접합형 박막 태양전지의 부분 단면도이다.8 is a schematic view of a thin film solar cell according to a third embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view of a triple junction thin film solar cell.

본 실시예의 박막 태양전지는 제2 광전 변환부(140)와 제2 전극(160) 사이에 위치하는 제3 광전 변환부(150)를 더 포함한다.The thin film solar cell of the present exemplary embodiment further includes a third photoelectric converter 150 positioned between the second photoelectric converter 140 and the second electrode 160.

제3 광전 변환부(150)는 도핑된 미세 결정 실리콘을 이용한 미세 결정 실리콘 셀로서, 약 1.1eV의 광학 밴드갭을 갖고 적색에서 근적외선까지의 장파장 대역의 빛을 주로 흡수한다. 제3 광전 변환부(150)는 도핑된 미세 결정 실리콘 이외의 다른 물질로도 형성할 수 있다.The third photoelectric converter 150 is a microcrystalline silicon cell using doped microcrystalline silicon, and has an optical bandgap of about 1.1 eV and mainly absorbs light in a long wavelength band from red to near infrared. The third photoelectric converter 150 may be formed of a material other than the doped fine crystalline silicon.

제3 광전 변환부(150)는 제2 광전 변환부(140)의 제2 n형 도핑층 위에 순차적으로 형성된 제3 p형 도핑층, 제3 진성층, 그리고 제3 n형 도핑층을 포함하며, 이들 층은 제1 및 제2 광전 변환부(130, 140)와 동일하게 PECVD와 같은 CVD로 형성될 수 있다.The third photoelectric converter 150 includes a third p-type doped layer, a third intrinsic layer, and a third n-type doped layer sequentially formed on the second n-type doped layer of the second photoelectric converter 140. These layers may be formed by CVD, such as PECVD, in the same manner as the first and second photoelectric converters 130 and 140.

제3 p형 도핑층은 실리콘을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성되고, 제3 진성층은 도핑된 미세 결정 실리콘(μc- Si:H)으로 형성되며, 제3 n형 도핑층은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 혼합하여 형성될 수 있다.The third p-type doped layer is formed by mixing a source gas containing silicon with a gas containing impurities of trivalent elements such as boron, gallium, indium, etc., and the third intrinsic layer is doped fine crystalline silicon (μc-Si: H), and the third n-type doped layer may be formed by mixing a gas containing impurities of pentavalent elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) with a source gas containing silicon. have.

제3 진성층이 도핑된 미세 결정 실리콘(μc- Si:H)으로 형성되는 경우, 제2 진성층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성될 수 있다.When the third intrinsic layer is formed of doped fine crystalline silicon (μc-Si: H), the second intrinsic layer may be formed of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H).

그리고 제1 내지 제3 광전 변환부(130, 140, 150)의 사이에는 적어도 한 개의 제2 반사층(180)이 위치한다. 도면에는 제2 광전 변환부(140)와 제3 광전 변환부(150) 사이에 제2 반사층(180)이 형성된 것을 도시하고 있지만, 제2 반사층(180)은 제1 광전 변환부(130)와 제2 광전 변환부(140)의 사이에 형성될 수도 있으며, 제1 광전 변환부(130)와 제2 광전 변환부(140) 사이 및 제2 광전 변환부(140)와 제3 광전 변환부(150) 사이에 각각 하나씩 형성될 수도 있다.At least one second reflective layer 180 is positioned between the first to third photoelectric converters 130, 140, and 150. Although the second reflective layer 180 is formed between the second photoelectric converter 140 and the third photoelectric converter 150 in the drawing, the second reflective layer 180 may be formed of the first photoelectric converter 130. It may be formed between the second photoelectric converter 140, between the first photoelectric converter 130 and the second photoelectric converter 140, and the second photoelectric converter 140 and the third photoelectric converter ( 150 may be formed between each one.

그리고 2개의 제2 반사층이 형성되는 경우, 두 개의 제2 반사층은 서로 동일한 물질로 이루어지거나, 서로 다른 물질로 이루어질 수도 있다.When two second reflective layers are formed, the two second reflective layers may be made of the same material or different materials.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

110: 기판 120: 제1 전극
122: 광 산란 표면 130: 제1 광전 변환부
140: 제2 광전 변환부 150: 제3 광전 변환부
160: 제2 전극 170: 제1 반사층
172: 광 반사 표면 180: 제2 반사층110: substrate 120: first electrode
122: light scattering surface 130: first photoelectric conversion portion
140: second photoelectric converter 150: third photoelectric converter
160: second electrode 170: first reflective layer
172: light reflecting surface 180: second reflecting layer

Claims (14)

기판;
상기 기판의 한쪽 면에 위치하며, 광 산란 표면을 구비하는 제1 전극;
상기 제1 전극의 광 산란 표면 위에 위치하는 적어도 하나의 광전 변환부;
상기 광전 변환부 위에 위치하는 제2 전극; 및
상기 광전 변환부를 투과한 빛을 상기 광전 변환부로 반사하는 광 반사 표면을 구비하는 제1 반사층
을 포함하며,
상기 광 산란 표면의 거칠기(roughness)와 상기 광 반사 표면의 거칠기가 서로 다르게 형성되는 박막 태양전지.Board;
A first electrode on one side of the substrate, the first electrode having a light scattering surface;
At least one photoelectric converter disposed on the light scattering surface of the first electrode;
A second electrode on the photoelectric converter; And
A first reflective layer having a light reflecting surface that reflects light transmitted through the photoelectric conversion section to the photoelectric conversion section
/ RTI >
And a roughness of the light scattering surface and a roughness of the light reflecting surface are different from each other. 제1항에서,
상기 광 반사 표면의 거칠기가 상기 광 산란 표면의 거칠기보다 작게 형성되는 박막 태양전지.In claim 1,
The thin film solar cell having a roughness of the light reflection surface is formed smaller than the roughness of the light scattering surface. 제2항에서,
상기 광 산란 표면의 거칠기가 40㎚ 이상인 박막 태양전지.In claim 2,
The thin film solar cell whose roughness of the light scattering surface is 40 nm or more. 제2항에서,
상기 광 반사 표면의 거칠기가 40㎚ 미만인 박막 태양전지.In claim 2,
The thin film solar cell having a roughness of the light reflecting surface is less than 40nm. 제4항에서,
상기 광 반사 표면의 거칠기가 15㎚ 이하인 박막 태양전지.5. The method of claim 4,
The thin film solar cell whose roughness of the said light reflection surface is 15 nm or less. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
상기 제2 전극은 상기 광전 변환부와 제1 반사층의 사이에 위치하는 박막 태양전지.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The second electrode is a thin film solar cell positioned between the photoelectric conversion unit and the first reflective layer. 제6항에서,
상기 제2 전극과 상기 광전 변환부의 계면은 상기 광 반사 표면과 동일한 크기의 거칠기를 갖는 박막 태양전지.The method of claim 6,
The interface of the second electrode and the photoelectric conversion portion has a roughness of the same size as the light reflection surface. 제7항에서,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 투명 도전 산화막(TCO)으로 이루어지는 박막 태양전지.In claim 7,
The first electrode and the second electrode is a thin film solar cell consisting of a transparent conductive oxide film (TCO). 기판의 한쪽 면에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 위에 적어도 하나의 광전 변환부를 형성하는 단계;
상기 광전 변환부의 노출된 표면을 평탄화하는 단계; 및
상기 광전 변환부의 평탄화된 표면 위에 제2 전극 및 제1 반사층을 형성하는 단계
를 포함하는 박막 태양전지의 제조 방법.Forming a first electrode on one side of the substrate;
Forming at least one photoelectric converter on the first electrode;
Planarizing an exposed surface of the photoelectric conversion unit; And
Forming a second electrode and a first reflective layer on the planarized surface of the photoelectric conversion part;
Method of manufacturing a thin film solar cell comprising a. 제9항에서,
상기 제1 전극을 형성하는 단계는,
상기 기판의 한쪽 면에 투명 도전 산화막을 증착하는 단계; 및
상기 투명 도전 산화막의 표면을 식각하는 단계
를 포함하며,
상기 식각 단계에서 상기 투명 도전 산화막의 표면 거칠기를 40㎚ 이상으로 형성하는 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 9,
Forming the first electrode,
Depositing a transparent conductive oxide film on one side of the substrate; And
Etching the surface of the transparent conductive oxide film
Including;
A method of manufacturing a thin film solar cell to form a surface roughness of the transparent conductive oxide film of 40nm or more in the etching step. 제9항에서,
상기 제1 전극을 형성하는 단계는 저압식 화학기상증착법(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 기판의 한쪽 면에 투명 도전 산화막을 증착하는 것을 포함하는 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 9,
The forming of the first electrode may include depositing a transparent conductive oxide film on one surface of a substrate by using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
상기 광전 변환부의 표면을 평탄화하는 단계에서는 상기 광전 변환부의 표면을 40㎚ 미만의 거칠기로 형성하는 박막 태양전지의 제조 방법.The method according to any one of claims 9 to 11,
In the planarizing the surface of the photoelectric conversion portion, the surface of the photoelectric conversion portion to form a thin film solar cell with a roughness of less than 40nm. 제12항에서,
상기 광전 변환부 위에 제2 전극 및 제1 반사층을 형성하는 단계는,
상기 광전 변환부 위에 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 전극 위에 제1 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 태양전지의 제조 방법.The method of claim 12,
Forming a second electrode and a first reflective layer on the photoelectric conversion unit,
Forming a second electrode on the photoelectric converter; And
A method of manufacturing a thin film solar cell comprising forming a first reflective layer on the second electrode. 제13항에서,
상기 제2 전극을 형성하는 단계는 상기 광전 변환부 위에 투명 도전 산화막을 증착하는 것을 포함하는 박막 태양전지의 제조 방법.In claim 13,
The forming of the second electrode may include depositing a transparent conductive oxide film on the photoelectric converter.
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