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KR20060003277A - 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20060003277A
KR20060003277A KR1020040052097A KR20040052097A KR20060003277A KR 20060003277 A KR20060003277 A KR 20060003277A KR 1020040052097 A KR1020040052097 A KR 1020040052097A KR 20040052097 A KR20040052097 A KR 20040052097A KR 20060003277 A KR20060003277 A KR 20060003277A
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Abstract

본 발명은 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 산화아연에 수소화 처리를 하여 박막 태양전지의 특성을 향상할 수 있는 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 산화아연 박막을 가지는 태양전지는 투명기판; 상기 투명기판 상에 위치하고 수소화된 산화아연 박막으로 구성된 제 1 투명 전도막; 상기 제 1 투명 전도막 상에 위치하고 비정질 실리콘으로 구성된 상부 셀; 상기 상부 셀 상에 위치하고 수소화된 산화아연 박막으로 구성된 제 2 투명 전도막; 상기 제 2 투명 전도막 상에 위치하고 금속막으로 구성된 배면 반사판 및 상기 제 2 투명 전도막과 배면 반사판 사이에 위치하고 마이크로 결정질 실리콘으로 구성된 하부 셀로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법은 종래의 실리콘 박막 태양전지의 전극 또는 반사막으로 사용되는 산화주석 박막 대신에 산화아연 박막을 증착하여 산화아연 박막의 특성을 향상시키고 열화 문제를 해결할 수 있는 장점이 있고, 실리콘 박막 태양전지의 효율 향상과 태양전지에서 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
산화아연, 박막, 수소, 태양전지

Description

산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법{Solar cell with zinc oxide thin film and fabricating method thereof}
도 1은 종래의 비정질/마이크로 결정질 적층형 실리콘 박막의 태양전지를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화아연 박막을 가지는 태양전지를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 투명 전도막의 수소 플라즈마 처리를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 투명 전도막의 수소 플라즈마 처리를 나타내는 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100. 투명기판 110. 제 1 투명 전도막
120. 상부 셀 130. 제 2 투명 전도막
140. 하부 셀 150. 배면 반사판
본 발명은 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 산화아연에 수소화 처리를 하여 박막 태양전지의 특성을 향상할 수 있는 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 크게 태양열 전지와 태양광 전지로 나눌 수 있다. 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는 데 필요한 증기를 발생시키는 장치는 태양열 전지이고, 태양빛을 반도체의 성질을 이용하여 전기에너지로 변환시키는 장치가 태양광 전지이다.
산화아연(Zinc Oxide, ZnO) 박막은 투명 전극(Transparent electrode), 태양 전지, 디스플레이의 윈도우 물질(Window Material), 배리스터 소자(Varistors) 또는 소리 음향파 소자(Sound Acoustic Wave Device) 등의 광소자 분야에 널리 사용되어 온 물질이다.
실리콘 박막을 이용하는 태양전지는 비정질 실리콘 박막 태양전지, 마이크로 결정질 실리콘 박막 태양전지, 실리콘-게르마늄 박막 태양전지 및 비정질/마이크로 결정질 적층형 실리콘 박막 태양전지 등이 있는데, 최근에는 비정질/마이크로 결정질 적층형 실리콘 박막 태양전지를 많이 사용한다.
도 1은 종래의 비정질/마이크로 결정질 적층형 실리콘 박막의 태양전지를 나 타내는 모식도이다. 도 1을 참조하면, 증착 방법은 SiH4, H2 가스를 기본으로 하는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방법 또는 핫와이어(Hot Wire) 화학기상증착 방법이 주로 사용된다.
이때 전극으로 사용되는 투명 전도막 중에서 비정질 실리콘 박막의 경우에는 산화주석(SnO2) 박막을 적용하고, 마이크로 결정질 실리콘 박막의 경우에는 산화아연 박막을 적용하고 있다.
그러나 SiH4 가스를 기본으로 사용하기 때문에 SiH4 가스에 포함된 수소가 산화주석의 특성을 저하시켜 최근에는 유리기판 위의 투명 전도막 및 적층형 실리콘 박막 태양전지의 중간 반사막에 산화아연 박막을 적용하게 되는데, 상기와 같이 투명 전도막으로 사용되는 산화주석 박막은 수소 플라즈마에 노출되었을 경우에 비저항이 증가하고, 산화아연 박막은 수소 플라즈마에는 안정적이나 산화주석 박막에 비해 비저항이 높고 시간이 지남에 따라 산소와 결합하여 비저항이 높아지는 등 특성이 열화되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 실리콘 박막 태양전지의 전극 또는 반사막으로 사용되는 산화주석 박막 대신에 산화아연 박막을 증착한 후 수소화 처리를 하여 수소가 N-형 불순물로 작용해 비저항을 감소시키고 산소의 흡착을 막아 시간에 따른 특성저하를 감소시킬 수 있는 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 투명기판; 상기 투명기판 상에 위치하고 수소화된 산화아연 박막으로 구성된 제 1 투명 전도막; 상기 제 1 투명 전도막 상에 위치하고 비정질 실리콘으로 구성된 상부 셀; 상기 상부 셀 상에 위치하고 수소화된 산화아연 박막으로 구성된 제 2 투명 전도막; 상기 제 2 투명 전도막 상에 위치하고 금속막으로 구성된 배면 반사판 및 상기 제 2 투명 전도막과 배면 반사판 사이에 위치하고 마이크로 결정질 실리콘으로 구성된 하부 셀을 포함하여 구성된 산화아연 박막을 가지는 태양전지에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 투명기판 상에 산화아연 박막을 형성한 후 수소 플라즈마를 도핑하여 제 1 투명 전도막을 형성하는 단계; 상기 제 1 투명 전도막 상에 비정질 실리콘으로 구성된 상부 셀을 형성하는 단계; 상기 상부 셀 상에 산화아연 박막을 형성한 후 수소 플라즈마를 도핑하여 제 2 투명 전도막을 형성하는 단계; 상기 제 2 투명 전도막 상에 마이크로 결정질 실리콘으로 구성된 하부 셀을 형성하는 단계 및 상기 하부 셀 상에 금속막으로 구성된 배면 반사판을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 산화아연 박막을 가지는 태양전지를 나타내는 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 제 1 투명 전도막의 수소 플라즈마 처리를 나타내는 모식도이며, 도 4는 본 발명에 따른 제 2 투명 전도막의 수소 플라즈마 처리를 나타내는 모식도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에서의 박막 제조 방법은 다음과 같다. 먼저 투명기판(100) 상에 제 1 투명 전도막(110)을 형성한다. 상기 제 1 투명 전도막(110)은 산화아연 박막을 증착한 후 수소화 처리를 하여 수소가 N-형 불순물로 작용해 비저항을 감소시키고 산소의 흡착을 막아 시간에 따른 특성저하를 감소하기 위한 것이다. 상기 제 1 투명 전도막(110)은 산화아연 또는 산화주석을 포함한다.
상기 수소화 처리는 수소 플라즈마 처리 또는 수소 열처리를 통해 산화아연에 수소를 도핑하는 것으로, 상기 수소 플라즈마 처리는, RF 파워를 인가해서 플라즈마를 발생시킨 후, 진공 챔버 내에서 시편을 수소 플라즈마만을 이용하거나 DC 바이어스를 인가해 수행할 수도 있다. 상기 수소 열처리는 열처리 노(Furnace)에서 수소 가스를 흘려주면서 어닐링(Annealing)하는 것이다.
이것은 산화아연 박막을 형성한 후 수소 플라즈마에 노출시켜 수소가 충분히 도핑되게 처리하는 것으로 수소 플라즈마에 노출시켜도 특성 저하가 발생하지 않으며, 시간이나 공정조건의 변화에 따라 수소 도핑 농도를 조절할 수 있어 원하는 특 성을 가진 산화아연 박막을 형성할 수 있다.
그 후에 상기 제 1 투명 전도막(110) 상에 비정질 실리콘으로 구성된 상부 셀(120)을 형성하고, 상기 상부 셀(120) 상에 상기 제 1 투명 전도막(110)과 같은 방법으로 제 2 투명 전도막(130)을 형성한다. 상기 상부 셀(120)은 1.7eV(electronic Volt)를 가지고, 상기 제 2 투명 전도막(130)은 산화아연 또는 산화주석을 포함한다.
마지막으로 제 2 투명 전도막(130) 상에 마이크로 결정질 실리콘으로 구성된 하부 셀(140)을 형성하고, 상기 하부 셀(140) 상에 배면 반사판(150)을 형성한다. 상기 하부 셀(140)은 1.1eV를 가지고, 상기 배면 반사판(150)은 금속막 또는 금속막으로 구성된 투명 전도막 구조로 되어 있다.
상기와 같은 제조 방법은 적층형 구조로 제작한 것을 나타내고, 단일접합형 구조로 제작할 경우에는 상기 제 2 투명 전도막(130)을 형성하는 과정까지는 같으나 상기 제 2 투명 전도막(130) 상에 금속막으로 구성된 배면 반사판(150)을 형성하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지의 단일접합형 구조는 투명기판(100) 상에 산화아연 박막을 수소로 도핑한 제 1 투명 전도막(110)이 있고, 그 위에 비정질 실리콘인 상부 셀(120)이 위치해 있다. 상기 상부 셀(120) 위에 산화아연 박막을 수소로 도핑한 제 2 투명 전도막(130)이 있고, 그 위에 금속막으로 구성된 배면 반사판(150)의 구조를 가지고, 적층형 구조는 투명기판(100) 상에 산화아연 박막을 수소로 도핑한 제 1 투명 전도막(110)이 있고, 그 위에 비정질 실리콘인 상부 셀 (120)이 위치해 있다. 상기 상부 셀(120) 위에 산화아연 박막을 수소로 도핑한 제 2 투명 전도막(130)이 있고, 그 위에 마이크로 결정질 실리콘인 하부 셀(140)이 위치하며, 그 위에 금속막으로 구성된 배면 반사판(150)의 구조를 가진다.
또한 본 발명에서는 종래에 널리 사용되고 있는 산화주석/투명기판(Asahi U-형 투명기판)에도 산화아연 박막을 얇게 증착하고 수소화 처리를 할 수 있어 종래의 공정과도 호환이 가능하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 산화아연 박막을 가지는 태양전지 및 그 제조 방법은 종래의 실리콘 박막 태양전지의 전극 또는 반사막으로 사용되는 산화주석 박막 대신에 산화아연 박막을 증착하여 산화아연 박막의 특성을 향상시키고 열화 문제를 해결할 수 있는 장점이 있고, 실리콘 박막 태양전지의 효율 향상과 태양전지에서 발생하는 전력 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 산화아연 박막을 가지는 태양전지에 있어서,
    투명기판;
    상기 투명기판 상에 위치하고 수소화된 산화아연 박막으로 구성된 제 1 투명 전도막;
    상기 제 1 투명 전도막 상에 위치하고 비정질 실리콘으로 구성된 상부 셀;
    상기 상부 셀 상에 위치하고 수소화된 산화아연 박막으로 구성된 제 2 투명 전도막; 및
    상기 제 2 투명 전도막 상에 위치하고 금속막으로 구성된 배면 반사판
    을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 투명 전도막과 배면 반사판 사이에 위치하고 마이크로 결정질 실리콘으로 구성된 하부 셀을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지.
  3. 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법에 있어서,
    (a) 투명기판 상에 산화아연 박막을 형성한 후 수소 플라즈마를 도핑하여 제 1 투명 전도막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제 1 투명 전도막 상에 비정질 실리콘으로 구성된 상부 셀을 형성하는 단계;
    (c) 상기 상부 셀 상에 산화아연 박막을 형성한 후 수소 플라즈마를 도핑하여 제 2 투명 전도막을 형성하는 단계;
    (d) 상기 제 2 투명 전도막 상에 금속막으로 구성된 배면 반사판을 형성하는 단계
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 (c) 단계 후 제 2 투명 전도막 상에 마이크로 결정질 실리콘으로 구성된 하부 셀을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 수소 플라즈마 도핑은 수소 플라즈마 처리 또는 수소 열처리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수소 플라즈마 처리는 DC 바이어스를 인가하는 것을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 수소 플라즈마 도핑은 수소 도핑 농도를 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 산화아연 박막을 가지는 태양전지의 제조 방법.
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