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KR102006074B1 - Solar cell including nanowire array and manufacturing method thereof - Google Patents

Solar cell including nanowire array and manufacturing method thereof Download PDF

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KR102006074B1
KR102006074B1 KR1020170138191A KR20170138191A KR102006074B1 KR 102006074 B1 KR102006074 B1 KR 102006074B1 KR 1020170138191 A KR1020170138191 A KR 1020170138191A KR 20170138191 A KR20170138191 A KR 20170138191A KR 102006074 B1 KR102006074 B1 KR 102006074B1
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solar cell
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나진영
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 나노 와이어 어레이를 포함하는 태양 전지 및 그의 제조 방법을 개시한다. 본 발명은 나노 와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층; 상기 제1 극성의 반도체층 상에 형성되고, 상기 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층; 및 상기 제2 극성의 반도체층 상에 형성되는 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 전극 및 상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)이고, 상기 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 상기 제1 극성의 반도체층 또는 상기 제2 극성의 반도체층과 동일한 극성을 갖는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a solar cell comprising a nanowire array and a method of manufacturing the same. A solar cell including a nanowire array includes: a semiconductor layer of a first polarity formed on a lower electrode; A semiconductor layer of a second polarity formed on the semiconductor layer of the first polarity and having a polarity different from the polarity of the first polarity; And an upper electrode formed on the second polarity semiconductor layer, wherein the lower electrode and the upper electrode are a nanowire array including at least one nanowire, and the nanowire array comprises: And has the same polarity as that of the first polarity semiconductor layer or the second polarity semiconductor layer which are directly in contact with each other.

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Description

나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL INCLUDING NANOWIRE ARRAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a solar cell including a nanowire array and a method of manufacturing the solar cell.

본 발명의 실시예는 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 비용을 절감할 수 있는 고효율의 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell including a nanowire array and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a solar cell including a highly efficient nanowire array capable of reducing manufacturing cost and a manufacturing method thereof .

오늘날 고유가와 환경오염으로 인하여 청정 대체 에너지 개발이 절실하다. 다양한 대체 에너지 가운데 태양 에너지를 사용하는 것이 가장 경제적인 방법으로 인식되고 있으며 광에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 태양 전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. Today, due to high oil prices and environmental pollution, development of clean alternative energy is urgent. Among various alternative energies, the use of solar energy is recognized as the most economical way, and there is a growing interest in solar cells that convert optical energy directly into electrical energy.

태양전지는 태양광을 이용하여 빛을 전기로 바꾸는 전지를 말하는데, 실리콘 태양전지의 구조는 실리콘 기판 위에 태양광이 내부로 흡수가 잘 되도록 하기 위한 반사방지막(AR 코팅)과 태양전지 내부(실리콘 기판, P층)에서 만들어진 전기를 외부로 보내는 양단의 전극으로 구성된다. 실리콘 태양전지는 p형 실리콘을 기본으로 하여 그 표면에 5족 원소를 확산시켜 n형 반도체를 형성함으로써 p-n 접합을 형성한다. 그리고, p-n 접합이 형성된 기판에 태양광이 흡수되면 전자정공쌍(electronholepair, EHP)이 형성되어 자유롭게 이동하다가 p-n 접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 정공 (+)은 p형으로 전자 (-)는 n형으로 이동하여 전위가 발생하고, 발생된 전자전공이 양단의 전극을 통하여 외부도선으로 전류가 흐르게 된다.The structure of a silicon solar cell is composed of an antireflection film (AR coating) for allowing solar light to be absorbed into the silicon substrate and an antireflection film (AR coating) inside the solar cell , And a P-layer). In a silicon solar cell, a p-type junction is formed by forming an n-type semiconductor by diffusing a Group 5 element on its surface based on p-type silicon. When the solar light is absorbed on the substrate where the pn junction is formed, an electronholepair (EHP) is formed and freely moves. When the electron enters the electric field generated by the pn junction, the hole (+) is p- the electrons move to the n-type and a potential is generated, and the generated electron mobility causes a current to flow to the external conductor through the electrodes at both ends.

태양전지는 다결정 또는 단결정 실리콘 웨이퍼를 기반으로 제작되고, 효율이 높은 태양전지를 위해 박막형 구조가 연구되고 있으나, 150mm 이상의 두께를 갖는 벌크형 태양전지는 제작 원가가 높다는 단점을 갖고 있으나, 박막형 태양전지의 두께는 2㎛ 이내 이므로 벌크형 태양전지에 비해 재료비를 낮출 수 있는 장점을 갖고 있다.Solar cells are fabricated on the basis of polycrystalline or monocrystalline silicon wafers, and thin-film structures are being studied for high efficiency solar cells. However, bulk solar cells with a thickness of 150 mm or more have a disadvantage of high manufacturing costs. However, Since the thickness is less than 2 탆, the material cost can be lowered compared with the bulk solar cell.

박막 태양전지는 PN 접합 형의 구조를 갖지만 벌크형 태양전지에 비해 효율이 낮다는 단점이 있으나, 이를 보완하기 위한 방법은 에칭을 통해 상부(빛이 들어오는 면)에 패턴을 만드는 기술 또는 다중 접합형 박막 태양전지 기술이 연구되고 있다. Thin film solar cells have a PN junction structure, but have a disadvantage in that they are less efficient than bulk solar cells. However, a method for complementing them is a technique of making a pattern on the top (light incoming side) by etching or a multi- Solar cell technology is being studied.

구체적으로, 태양전지의 효율을 향상시키는 방법으로서 태양광의 반사율을 억제하는 방안이 고안되고 있으며, 주로 기상법에 의한 건식 오목 볼록형의 텍스처를 형성시켜서 약 10~20%의 반사율 수준으로 감소시키고 있으나, 보다 효율을 향상시키기 위한 방법이 검토되고 있다.Specifically, as a method for improving the efficiency of a solar cell, a method of suppressing the reflectance of sunlight is being developed, and a dry concave convex texture is mainly formed by the vapor phase method to reduce the reflectance to about 10 to 20% A method for improving the efficiency is being studied.

종래에는 태양전지의 효율 증가를 위해 태양광 반사율 감소의 극대화에 의한 태양광 효율 특성을 개선하여 광 포획량을 증가시키기 위한 방법으로 태양전지 표면에 반사방지막을 형성하거나 나노 구조체를 형성하는 방법이 있다.Conventionally, there is a method of forming an antireflection film on a surface of a solar cell or forming a nanostructure on the surface of a solar cell by improving the photovoltaic efficiency characteristic by maximizing reduction of the solar light reflectance for increasing the efficiency of the solar cell.

반사방지막을 형성하는 방법으로는 화학기상증착(CVD)방법을 이용하여 태양전지의 수광부 상에 질화실리콘(SINx)을 증착하고, 플라즈마를 사용한 건식 식각법이나 습식 식각법으로 질화실리콘을 패터닝하여 반사방지막을 형성하는 방법을 대표적인 예로 들 수 있다. 건식 식각법과 습식 식각법 중에서 태양전지의 낮은 제조 단가를 위해 주로 습식 식각법이 검토되고 있으나, 건식 식각법이나 습식 식각법은 패턴 형성이 어렵고, 식각 공정에 의해 물질이 감소하여 효율이 저하되는 문제가 있다.As a method of forming the antireflection film, silicon nitride (SINx) is deposited on a light receiving portion of a solar cell by using a chemical vapor deposition (CVD) method, and silicon nitride is patterned by a dry etching method using plasma or a wet etching method A method of forming a protective film is a typical example. The wet etching method is mainly used for the low production cost of the solar cell among the dry etching method and the wet etching method. However, the dry etching method and the wet etching method are difficult to form a pattern, .

또한, 나노 구조체를 형성하는 방법으로는, 주로 나노 와이어를 성장시키면서 제조하는 VLS (Vapor-Liquid-solid) 법과 다공성 마스크를 이용하여 나머지 공간을 습건식 식각 공정에 의해 나노 구조체를 형성하는 방법이 있다.As a method of forming the nanostructure, there is a Vapor-Liquid-Solid (VLS) method, which is mainly manufactured by growing nanowires, and a method of forming a nanostructure by a wet-dry etching process using a porous mask .

종래의 VLS 방법에 의해 나노와이어가 제조되었을 경우, 나노와이어의 어레이가 불규칙하게 되고 최적화된 태양전지 후속공정(passivation, 도핑 및 TCO 공정)을 적용하더라도 성장 시 발생되는 나노와이어간 간섭에 의하여 고밀도화에 한계가 있어 나노와이어를 어레이 할 수 있는 방법으로 에칭법이 제안되고 있다. 여기서, 다공성 마스크를 이용하여 나노 구조를 형성하는 방법은 일정한 배열과 수직형 나노 구조를 형성할 수 있는 장점이 있으나 유리기판과 같은 저가형 기판에 다결정 실리콘 박막을 형성하는데 어려움이 있어 제한을 받는다.When the nanowire is manufactured by the conventional VLS method, the array of nanowires becomes irregular, and even if the optimized solar cell passivation (doping and TCO process) is applied, the nanowire arrays become denser due to the nano- An etching method has been proposed as a method for arraying nanowires with limitations. Here, the method of forming a nanostructure using a porous mask is advantageous in that it can form a uniform arrangement and a vertical nanostructure, but it is limited because it is difficult to form a polycrystalline silicon thin film on a low-cost substrate such as a glass substrate.

또한, 종래의 방법에 의해 제조된 실리콘 흡수층의 반사 방지층은 비교적 고가의 생산기술로서 소량 생산에 적합하며 태양광 효율에 직접적으로 영향을 주는 반사율의 저하에도 한계가 있음이 확인되고 있다.In addition, it has been confirmed that the antireflection layer of the silicon absorbing layer manufactured by the conventional method is suitable for small-scale production as a relatively expensive production technology and has a limit to the lowering of the reflectance which directly affects the solar light efficiency.

한국등록특허 제10-1100414호, "태양전지 및 그 제조 방법"Korean Patent No. 10-1100414, "Solar cell and its manufacturing method" 한국등록특허 제10-1401887호, "태양전지 및 그 제조방법"Korean Patent No. 10-1401887, "Solar cell and method for manufacturing the same" 한국등록특허 제 10-1465397호, " 태양전지"Korean Patent No. 10-1465397, "Solar cell"

본 발명의 실시예들의 목적은 성장 기판 상에 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이를 성장시킨 다음, 벌크층 상에 전이시킴으로서, 태양 전지의 제조 비용을 감소시키는 동시에 효율을 향상시키기 위한 것이다.An object of embodiments of the present invention is to improve the efficiency while reducing the manufacturing cost of a solar cell by growing a nanowire array including at least one nanowire on a growth substrate and then transferring it onto a bulk layer .

본 발명의 실시예들의 목적은 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이를 태양 전지의 무반사층 및 전극으로 사용함으로써, 태양 전지의 광흡수율을 향상시키기 위한 것이다.An object of embodiments of the present invention is to improve the light absorption rate of a solar cell by using a nanowire array including at least one nanowire as an anti-reflection layer and an electrode of a solar cell.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층; 상기 제1 극성의 반도체층 상에 형성되고, 상기 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층; 및 상기 제2 극성의 반도체층 상에 형성되는 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 전극 또는 상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)이고, 상기 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 상기 제1 극성의 반도체층 또는 상기 제2 극성의 반도체층과 동일한 극성을 갖는다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes: a first polarity semiconductor layer formed on a lower electrode; A semiconductor layer of a second polarity formed on the semiconductor layer of the first polarity and having a polarity different from the polarity of the first polarity; And an upper electrode formed on the second polarity semiconductor layer, wherein the lower electrode or the upper electrode is a nanowire array including at least one nanowire, And has the same polarity as the first polarity semiconductor layer or the second polarity semiconductor layer directly contacting.

상기 나노와이어 어레이는 입사되는 광을 무반사시킬 수 있다.The nanowire array can refract the incident light.

상기 나노와이어 어레이는 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되거나, 랜덤으로 배열될 수 있다.The nanowire arrays may be regularly arranged to have a constant period, or randomly arranged.

상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 공간 채움 비율은 10% 이상일 수 있다.The space filling ratio of the at least one nanowire may be 10% or more.

상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 직경은 10nm 내지 100nm일 수 있다.The diameter of the at least one nanowire may be between 10 nm and 100 nm.

상기 나노와이어 어레이는 다층으로 형성될 수 있다.The nanowire array may be formed in multiple layers.

상기 상부 전극의 상부에는 상기 상부 전극을 부분적으로 덮고 있는 서브 전극을 더 포함할 수 있다.The upper electrode may further include a sub electrode partially covering the upper electrode.

상기 하부 전극의 하부에는 서브 전극을 더 포함할 수 있다.The lower electrode may further include a sub electrode.

상기 적어도 하나 이상의 나노와이어는 IV족 반도체 반도체, III-V족 및 II-VI족 반도체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The at least one nanowire may include at least one of a group IV semiconductor semiconductor, a group III-V group, and a group II-VI semiconductor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층; 상기 제1 극성의 반도체층 상에 형성되는 상부 전극을 포함하고, 상기 하부 전극 또는 상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 상기 나노와이어 어레이는 상기 제1 극성의 반도체층과 다른 극성을 갖는 제2 극성을 가질 수 있다. A solar cell including a nanowire array according to another embodiment of the present invention includes: a first polarity semiconductor layer formed on a lower electrode; And an upper electrode formed on the semiconductor layer of the first polarity, wherein the lower electrode or the upper electrode is a nanowire array including at least one nanowire, the nanowire array includes a first polarity semiconductor layer, And may have a second polarity having a different polarity.

상기 나노와이어 어레이는 입사되는 광을 무반사시킬 수 있다.The nanowire array can refract the incident light.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법은 하부 전극 상에 제1 극성의 반도체층을 형성하는 단계; 상기 제1 극성의 반도체층 상에 상기 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이하는 단계를 포함하고, 상기 상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 상기 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 상기 제2 극성의 반도체층과 동일한 극성을 가진다.A method of fabricating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes forming a first polarity semiconductor layer on a lower electrode; Forming a second polarity semiconductor layer having a polarity different from the first polarity on the first polarity semiconductor layer; And transitioning an upper electrode on the second polarity semiconductor layer, wherein the upper electrode is a nanowire array comprising at least one nanowire, the nanowire array having a second polarity And has the same polarity as the semiconductor layer.

상기 제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이하는 단계는, 성장 기판 상에 제2 극성의 나노와이어를 성장시키는 단계; 상기 성장된 제2 극성의 나노와이어를 수득하는 단계; 및 상기 수득된 제2 극성의 나노와이어를 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of transitioning the upper electrode on the second polarity semiconductor layer includes growing a second polarity nanowire on the growth substrate; Obtaining the grown nanowires of the second polarity; And transferring the obtained second polarity nanowires onto a second polarity semiconductor layer to form a second polarity nanowire array.

상기 분리된 제2 극성의 나노와이어를 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성하는 단계는, 적어도 1회 이상 반복 진행될 수 있다.The step of transferring the separated second polarity nanowires on the second polarity semiconductor layer to form the nanowire array of the second polarity may be repeated at least once.

상기 제2 극성의 나노와이어는 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD), 기상-액상-고상법(vapor-liquid-solid method), 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition; T-CVD), 급속 열처리 화학기상증착법(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVD), 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 유도전류플라즈마 화학기상증착법(inductively coupled enhanced chemical vapor deposition; ICPCVD), 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 저압화학증기증착(low pressur chemical vapor deposition; LPCVD), 무촉매 유기금속 화학기상증착법(catalyst-free MOCVD), 상압화학증기증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 스퍼터링(sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(thermal or electron beamevaporation) 및 펄스레이저 증착법(pulse laser deposition) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 성장될 수 있다.The second polarity of the nanowire may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a vapor-liquid-solid method, a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) A rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), an inductively coupled enhanced chemical vapor deposition (ICPCVD), an organic metal chemical vapor deposition (MOCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), catalyst-free MOCVD, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) ), Sputtering, thermal or electron beam evaporation, and pulse laser deposition. Can to be stored.

상기 제2 극성의 나노와이어는 스핀코팅(Spin-Coating), 물리적 기상 전송법(Physical Vapor Transport), 드랍캐스팅(Drop-Casting), 용매 어닐링(Solvent Annealing), shear force transfer 및 contact printing 중 적어도 어느 하나의 방법으로 전이될 수 있다.The second polarity nanowire may be at least one of spin coating, physical vapor transport, drop casting, solvent annealing, shear force transfer, and contact printing. Can be transferred in one way.

본 발명의 실시예들에 따르면 성장 기판 상에 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이를 성장시킨 다음, 벌크층 상에 전이시킴으로서, 태양 전지의 제조 비용을 감소시키는 동시에 효율을 향상시킬 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the nanowire array including at least one nanowire on the growth substrate is grown, and then transferred onto the bulk layer, thereby reducing the manufacturing cost of the solar cell and improving the efficiency .

본 발명의 실시예들에 따르면 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이를 태양 전지의 무반사층 및 전극으로 사용함으로써, 태양 전지의 광흡수율을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, the nanowire array including at least one nanowire is used as an anti-reflection layer and an electrode of a solar cell, thereby improving the light absorption rate of the solar cell.

도 1a 및 도 1b는 상부에 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 하부에 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 나노와이어 어레이의 배열 구조를 도시한 평면도이다.
도4는 원형의 단면 구조를 갖는 나노와이어의 단면도를 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 상부에 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 6a는 나노와이어가 랜덤으로 배열된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이를 도시한 광학현미경이미지이다.
도 6b는 특정 영역에만 랜덤하게 배열된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이를 도시한 전자현미경이미지이다.
도 6c는 다층 구조로 배열된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이를 도시한 전자현미경이미지이다.
도 7a는 나노와이어의 축을 도시한 입체도이고, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 파장-반사율 특성을 도시한 그래프이다.
1A and 1B are cross-sectional views illustrating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention including a nanowire array on top.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention including a nanowire array at the bottom.
3A and 3B are plan views showing the arrangement structure of the nanowire array.
4 is a cross-sectional view of a nanowire having a circular cross-sectional structure.
5A and 5B are cross-sectional views illustrating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention including a nanowire array on top.
6A is an optical microscope image showing a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention in which the nanowires are randomly arranged.
FIG. 6B is an electron microscope image showing a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention randomly arranged in a specific region. FIG.
6C is an electron microscope image showing a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention arranged in a multilayer structure.
FIG. 7A is a three-dimensional diagram showing the axis of the nanowire, and FIGS. 7B and 7C are graphs showing the wavelength-reflectance characteristics of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예를 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the following description are chosen to be generic and universal in the art to which they are related, but other terms may exist depending on the development and / or change in technology, customs, preferences of the technician, and the like. Accordingly, the terminology used in the following description should not be construed as limiting the technical thought, but should be understood in the exemplary language used to describe the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be a term chosen arbitrarily by the applicant, in which case the detailed description of the meaning will be given in the corresponding description section. Therefore, the term used in the following description should be understood based on the meaning of the term, not the name of a simple term, and the contents throughout the specification.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.On the other hand, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration request, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like are included.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

이하에서는, 도 1a 및 도 2b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 2B.

태양 전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 PN 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 PN 접합이 구성되는 반도체층의 상/하면에 각각 하부 전극과 상부 전극이 형성되어 있다. 따라서, 태양전지는 반도체 입사되는 태양광에 의해 PN 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다.Solar cells generate electrical energy using the photoelectric effect of PN junctions that convert photons of sunlight into electricity. In a solar cell, a lower electrode and an upper electrode are formed on upper and lower surfaces of a semiconductor layer in which a PN junction is formed. Therefore, the solar cell induces the photoelectric effect of the PN junction by the solar light incident on the semiconductor, and the electrons generated therefrom provide a current flowing through the electrode to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110) 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층(121, 122), 제1 극성의 반도체층(121, 122) 상에 형성되고, 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층(131, 132) 및 제2 극성의 반도체층(131, 132) 상에 형성되는 상부 전극(140)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a first polarity semiconductor layer 121 and a second polarity semiconductor layer 122 formed on a lower electrode 110, And an upper electrode 140 formed on the semiconductor layers 131 and 132 of the second polarity and the semiconductor layers 131 and 132 of the second polarity,

하부 전극(110) 또는 상부 전극(140)은 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire; 141, 142)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)이고, 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 제1 극성의 반도체층(121, 122) 또는 제2 극성의 반도체층(131, 132)과 동일한 극성을 갖는다.The lower electrode 110 or the upper electrode 140 is a nanowire array including at least one nanowire 141 and 142 and the nanowire array includes a first polarity semiconductor layer 121, and 122 or the semiconductor layers 131 and 132 of the second polarity.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 나노와이어 어레이는 표면의 반사를 감소시키는 광학적 효과 및 표면을 따라 이동되는 전류의 흐름을 원활하게 하는 전기적인 효과를 나타내기 때문에, 나노와이어 어레이가 직접적으로 맞닿는 제1 극성의 반도체층(121, 122) 또는 제2 극성의 반도체층(131, 132)과 동일한 극성을 가짐으로써, 표면 저항을 감소시키고 전류 확산을 향상시킬 수 있다.Since a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention exhibits an optical effect that reduces the reflection of the surface and an electrical effect that smoothes the flow of electric current moving along the surface, By having the same polarity as the first polarity semiconductor layers 121 and 122 or the second polarity semiconductor layers 131 and 132 directly contacted by the nanowire array, the surface resistance can be reduced and the current diffusion can be improved.

도 1a 및 도 2b는 나노와이어 어레이가 상부 전극(도 1a 및 도 1b 참고) 또는 하부 전극(2a 및 도 2b 참고)으로 사용되는 것을 제외하면 동일한 구성요소를 포함하고 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 도 1a에서만 설명하기로 한다.Figures 1a and 2b show the same components, except that the nanowire array is used as an upper electrode (see Figure la and Figure 1b) or as a lower electrode (see 2a and Figure 2b) 1a.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 상부 전극/하부 전극(110, 140) 모두 나노와이어 어레이로 형성될 수 있다.In addition, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention may be formed of a nanowire array in all of the upper and lower electrodes 110 and 140.

도 1a 및 도 1b는 상부 전극으로 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention including a nanowire array as an upper electrode.

도 1a는 제1 극성이 p형이고, 상부 전극으로 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention, wherein the first polarity is p-type and includes a nanowire array as an upper electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a lower electrode 110.

하부 전극(110)은 투명한 물질로 형성될 수 있고, 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide) 또는 IZTO(indium zinc tin oxide)과 같은 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 그래핀 및 그래파이트 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있고, 금속은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.The lower electrode 110 may be formed of a transparent material and may be formed of a transparent conductive oxide such as a metal, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide (AZO), or indium zinc tin oxide (Al), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), titanium (Ti), and chromium (Cr). ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110) 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층(121)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a first polarity semiconductor layer 121 formed on a lower electrode 110.

제1 극성은 p형 또는 n형일 수 있고, 도 1a에서는 제1 극성은 p형이다.The first polarity may be p-type or n-type, and the first polarity is p-type in Fig.

따라서, 도 1a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제1 극성의 반도체층(121)은 p형 반도체층일 수 있다.Accordingly, the first polarity semiconductor layer 121 of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A may be a p-type semiconductor layer.

제1 극성의 반도체층(121)은 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제1 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The semiconductor layer 121 of the first polarity may be formed of a semiconductor compound including a group IV semiconductor such as Si and Ge, a group III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI group, A dopant of the first polarity may be doped.

제1 극성이 p형일 경우, 제1 극성의 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr 및 Ba 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.When the first polarity is p-type, the dopant of the first polarity is a p-type dopant and may include at least one of Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.

제1 극성의 반도체층(121)은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시(MBE), 스퍼터링 및 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The semiconductor layer 121 of the first polarity may be formed by a method of chemical vapor deposition (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering, and / or vapor phase epitaxy (HVPE).

예를 들면, 제1 극성의 반도체층(121)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 121 of the first polarity may be formed in the chamber such that the chamber contains a p-type impurity such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and magnesium Tin cyclopentadienyl magnesium (EtCp2Mg) {Mg (C2H5C5H4) 2} may be implanted to form a p-type GaN layer, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제1 극성의 반도체층(121) 상에 형성되는 제2 극성의 반도체층(131)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor layer 131 of a second polarity formed on a semiconductor layer 121 of a first polarity.

제2 극성은 p형 또는 n형일 수 있고, 도 1a에서는 제2 극성은 n형이다.The second polarity may be p-type or n-type, and the second polarity is n-type in Fig.

따라서, 도 1a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제2 극성의 반도체층(121)은 n형 반도체층일 수 있다.Accordingly, the second polarity semiconductor layer 121 of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A may be an n-type semiconductor layer.

제2 극성의 반도체층(131)은 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제2 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The semiconductor layer 131 of the second polarity may be formed of a semiconductor compound including a group IV semiconductor such as Si and Ge, a group III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI group, A dopant of the second polarity may be doped.

제2 극성이 n형일 경우, 제2 극성의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se 및 Te 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 대해 제한되지는 않는다.When the second polarity is n-type, the dopant of the second polarity is an n-type dopant and may include at least one of Si, Ge, Sn, Se and Te, but is not limited thereto.

제2 극성의 반도체층(131)은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시(MBE), 스퍼터링 및 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The semiconductor layer 131 of the second polarity may be formed by a method of chemical vapor deposition (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering, and / or vapor phase epitaxy (HVPE).

예를 들면, 제2 극성의 반도체층(131)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 실리콘(Si)과 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 n형 GaN층으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 131 of the second polarity may be formed of a silane containing an n-type impurity such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ) Gas (SiH 4 ) may be implanted to form the n-type GaN layer, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제2 극성의 반도체층(131) 상에 형성되는 상부 전극(140)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes an upper electrode 140 formed on a semiconductor layer 131 of a second polarity.

상부 전극(140)은 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 제2 극성의 반도체층(131)과 동일한 극성을 갖는다.The upper electrode 140 is a nanowire array including at least one nanowire 141 and the nanowire array has the same polarity as the second polarity semiconductor layer 131 to which the nanowire array directly contacts.

따라서, 도 1a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 n형 나노와이어를 포함할 수 있다.Accordingly, the nanowire array of a solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A may include n-type nanowires.

나노와이어(141)는 원형, 삼각형, 사각형, 오각형 및 육각형 중 적어도 하나의 단면 구조를 포함할 수 있다.The nanowire 141 may include at least one of a circular, triangular, square, pentagonal, and hexagonal cross-sectional structure.

바람직하게, 나노와이어(141)는 삼각형의 단면 구조를 가짐으로써, 상부로 갈수록 굴절률이 점진적으로 감소하여 반사율이 최소가 되는 점진적 인덱스(Graded Index) 효과가 향상될 수 있다.Preferably, the nanowire 141 has a triangular cross-sectional structure, so that the refractive index gradually decreases toward the upper part and the graded index effect that minimizes the reflectance can be improved.

나노와이어(141)는 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제2 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The nanowire 141 may be formed of a semiconductor compound including a Group IV semiconductor such as Si and Ge, a III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI, The dopant can be doped.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 나노와이어 어레이는 표면의 반사를 감소시키는 광학적 효과 및 표면을 따라 이동되는 전류의 흐름을 원활하게 하는 전기적인 효과를 나타내기 때문에, 나노와이어 어레이가 직접적으로 맞닿는 제2 극성의 반도체층(131) 과 동일한 극성을 가짐으로써, 표면 저항을 감소시키고 전류 확산을 향상시킬 수 있다.Since a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention exhibits an optical effect that reduces the reflection of the surface and an electrical effect that smoothes the flow of electric current moving along the surface, By having the same polarity as the semiconductor layer 131 of the second polarity to which the nanowire array is directly abutted, the surface resistance can be reduced and the current diffusion can be improved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 상부 전극(140)으로 나노와이어 어레이를 사용함으로써, 표면 반사가 감소되어 태양전지 내부에서 흡수될 수 있는 태양광의 양을 증가시킬 수 있고, 표면 저항을 감소시키며, 전류 확산을 향상시킬 수 있다.In addition, the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention uses the nanowire array as the upper electrode 140, thereby increasing the amount of sunlight that can be absorbed in the solar cell due to reduced surface reflection The surface resistance can be reduced, and the current diffusion can be improved.

또한, 나노와이어 어레이는 나노와이어가 제2 극성의 반도체층(131)에 배열될 때, 수평으로 누워있는 형태로 배열될 수 있다. 즉, 나노와이어의 축이 반도체 층의 평면 방향으로 놓여 있다(도 3a 및 도 3b를 참조하면, 나노와이어가 수평으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다).In addition, the nanowire arrays may be arranged in a horizontally laid-out configuration when the nanowires are arranged in the semiconductor layer 131 of the second polarity. That is, the axis of the nanowire lies in the plane direction of the semiconductor layer (see FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the nanowires are formed horizontally).

나노와이어 어레이는 입사되는 광을 무반사시키는 무반사층으로 사용될 수 있고, 따라서, 나노와이어 어레이는 입사되는 광의 반사를 방지함으로써, 태양 전지의 광 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.The nanowire array can be used as an anti-reflection layer that refracts incident light. Thus, the nanowire array can prevent the reflection of incident light, thereby improving the light absorption efficiency of the solar cell.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 p-n 접합 반도체층(121, 131) 상에 형성되는 나노와이어 어레이로 인해 표면 텍스처링 효과를 얻을 수 있으므로 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the solar cell including the nanowire array according to the embodiment of the present invention can obtain the surface texturing effect due to the nanowire array formed on the pn junction semiconductor layers 121 and 131, .

따라서, 도 1a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 제2 극성의 반도체층(131) 상에 전이되어 형성될 수 있다.Accordingly, the nanowire array of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A may be formed by being transferred on the semiconductor layer 131 of the second polarity.

나노와이어 어레이를 제2 극성의 반도체층(131) 상에 전이시키는 기술은 성장 기판 상에 나노와이어를 성장시킨 후, 성장된 나노와이어를 분리하여 제2 극성의 반도체층(131) 상에 전이하여 형성될 수 있고, 형성 방법에 대해서는 도 5a 및 도 5b에서 상세히 설명하기로 한다.The technique of transferring the nanowire array onto the semiconductor layer 131 of the second polarity includes growing the nanowires on the growth substrate, separating the grown nanowires and transferring them on the semiconductor layer 131 of the second polarity And the forming method will be described in detail in Figs. 5A and 5B.

나노와이어 어레이는 스핀코팅(Spin-Coating), 물리적 기상 전송법(Physical Vapor Transport), 드랍캐스팅(Drop-Casting), 용매 어닐링(Solvent Annealing), shear force transfer 및 contact printing 중 적어도 어느 하나의 방법으로 전이될 수 있다.The nanowire array can be fabricated by at least one of spin coating, physical vapor transport, drop casting, solvent annealing, shear force transfer, and contact printing Can be transferred.

따라서, 도 1a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 벌크형 제2 극성의 반도체층(131) 상에 나노와이어 어레이를 전이시켜 형성함으로서, 나노와이어 어레이를 형성하기 위한 식각 공정을 제거하는 동시에 광효율을 월등히 향상시킬 수 있다.Accordingly, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1A is formed by transferring a nanowire array on a bulk-type second polarity semiconductor layer 131 to form a nanowire array It is possible to remove the etching process and improve the light efficiency remarkably.

나노와이어 어레이는 나노와이어가 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되거나, 랜덤으로 배열될 수 있다.The nanowire arrays may be regularly arranged or randomly arranged such that the nanowires have a constant period.

나노와이어 어레이의 배열 구조에 대해서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다.The arrangement of the nanowire arrays will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.

도 3a 및 도 3b는 나노와이어 어레이의 배열 구조를 도시한 평면도이다.3A and 3B are plan views showing the arrangement structure of the nanowire array.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 도 3a에서와 같이 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)가 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되거나, 도 3b에서와 같이 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)가 랜덤으로 배열될 수 있다.As shown in FIG. 3A, the nanowire array of the solar cell including the nanowire array according to the exemplary embodiment of the present invention may be regularly arranged such that at least one nanowire 141 has a constant period, One or more nanowires 141 may be randomly arranged.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이가 도 3a에서와 같이 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)가 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되면, 주기적인 구조가 주는 빛의 회절 현상으로 인해 특정 파장에서 반사율이 추가적으로 감소하는 효과가 있다.As shown in FIG. 3A, when the nanowire array of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention is regularly arranged so that at least one nanowire 141 has a constant period, There is an effect that the reflectance is further reduced at a specific wavelength.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이(140)가 도 3b에서와 같이 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)가 랜덤으로 배열되면, 나노와이어 어레이의 공간 채움 정도가 특정 값까지 (바람직하게는 50% 근처) 증가함에 따라 표면 반사율이 감소되는 효과가 있다.When at least one or more nanowires 141 are randomly arranged as shown in FIG. 3B, the nanowire array 140 of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention may have a space filling degree of the nanowire array The surface reflectance is reduced as the refractive index increases to a specific value (preferably about 50%).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이가 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되고, 나노와이어가 빈 틈 없이 공간을 채우고 있다면, 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)의 주기는 10nm 내지 300nm일 수 있다.In addition, if the nanowire arrays of the solar cells including the nanowire arrays according to an embodiment of the present invention are regularly arranged to have a constant period and the nanowires fill the space without voids, at least one of the nanowires 141 ) May be 10 nm to 300 nm.

적어도 하나 이상의 나노와이어(141)의 직경(d)은 10nm 내지 300nm일 수 있고, 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)의 직경(d)이 10nm 미만이면 빛이 나노와이어(141)의 크기를 인지할 수 없어, 나노와이어 어레이에 의한 표면 반사 감소 효과가 발생되지 않는 문제가 있고, 300 nm를 초과하면 나노와이어 어레이에 의한 후방 산란 효과가 발생하여 표면 반사율이 오히려 증가하는 문제가 있다.The diameter d of the at least one nanowire 141 may be 10 nm to 300 nm and if the diameter d of the at least one nanowire 141 is less than 10 nm, There is a problem in that the surface reflection reduction effect by the nanowire array is not generated, and when it exceeds 300 nm, there arises a back scattering effect by the nanowire array and the surface reflectance is rather increased.

보다 구체적으로, 나노와이어(141)의 직경은 빛의 파장보다 크면 빛의 반사 특성이 더 강해지고, 빛의 파장보다 작으면 빛의 반사 특성이 줄어들게 된다.More specifically, if the diameter of the nanowire 141 is larger than the wavelength of light, the reflection characteristic of the light becomes stronger. If the diameter of the nanowire 141 is smaller than the wavelength of the light, the reflection characteristic of the light is reduced.

예를 들면, 나노와이어(141)의 굴절률을 n이라고 하고, 태양전지가 흡수할 수 있는 파장 범위를 300 nm 내지 1100 nm(Si 물질 기준)로 하였을 때, 태양전지가 흡수할 수 있는 최대 파장인 1100 nm를 기준으로 나노와이어(141)의 직경은 1100/n 이하가 되어야 한다. Si 물질의 굴절률은 빛의 파장에 따라 값이 달라지기는 하나, 평균적으로 약 4 정도로 볼 수 있기 때문에, 나노와이어(141)의 최대 직경은 300 nm인 것이 바람직하다.For example, when the refractive index of the nanowire 141 is n and the wavelength range that the solar cell can absorb is 300 nm to 1100 nm (based on Si material), the maximum wavelength that the solar cell can absorb The diameter of the nanowire 141 should be 1100 / n or less based on 1100 nm. Although the refractive index of the Si material changes depending on the wavelength of light, the nanowire 141 preferably has a maximum diameter of 300 nm because the refractive index of the Si material can be about 4 on average.

또한, 나노와이어(141)를 제작할 때, 10 nm 이하에서는 나노와이어(141)를 신뢰성 있게 제작하기에 어려움이 있으므로, 나노와이어(141)의 최소 직경은 10 nm일 수 있고, 빛의 입장에서 물체의 크기가 10 nm 이하로 작아지면 구조로 인지할 수 없기에 나노와이어(141)의 최대 직경은 10 nm인 것이 바람직하다.When fabricating the nanowire 141, it is difficult to reliably manufacture the nanowire 141 at a thickness of 10 nm or less. Therefore, the minimum diameter of the nanowire 141 may be 10 nm, The size of the nanowire 141 can not be recognized as a structure. Therefore, the maximum diameter of the nanowire 141 is preferably 10 nm.

바람직하게, 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)의 직경(d)은 30nm 내지 200nm일 수 있다. 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)의 직경(d)이 30nm 내지 200nm를 벗어나면, 나노와이어(141)에 의해 표면의 반사가 감소되는 효과가 점차 감소되기 시작한다.Preferably, the diameter d of the at least one nanowire 141 may be between 30 nm and 200 nm. When the diameter d of at least one nanowire 141 is out of the range of 30 nm to 200 nm, the effect of reducing the reflection of the surface by the nanowire 141 begins to gradually decrease.

또한, 적어도 하나 이상의 나노와이어(141)의 공간 채움 비율은 10% 이상일 수 있다. 나노와이어(141)의 공간 채움 비율이 10% 이상을 가짐으로써, 표면에서의 반사율을 월등히 감소시킬 수 있다. 또한, 나노와이어(141)의 공간 채움 비율의 최대 값은 밀집한(close packed) 구조를 갖는 경우를 의미한다.In addition, the space filling ratio of the at least one nanowire 141 may be 10% or more. Since the space filling ratio of the nanowire 141 is 10% or more, the reflectance at the surface can be significantly reduced. In addition, the maximum value of the space filling ratio of the nanowires 141 means a case having a close packed structure.

나노와이어(141)의 공간 채움 비율에 대해서는 도 4에서 설명하기로 한다.The space filling ratio of the nanowire 141 will be described with reference to FIG.

다시, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 다층으로 형성될 수 있다.Referring again to FIG. 1A, a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention may be formed in multiple layers.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이가 다층으로 형성되고, 각 층의 나노와이어 공간 밀도, 크기 또는 물질을 조절하면, 상부로 갈수록 굴절률이 점진적으로 감소하여 반사율이 최소가 되는 점진적 인덱스(Graded Index) 효과가 향상되어, 넓은 파장 범위에서 표면 반사를 0에 가깝게 줄일 수 있는 효과가 있다.Accordingly, when a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention is formed in multiple layers and the nanowire spatial density, size, or material of each layer is adjusted, the refractive index gradually increases toward the top And the graded index effect in which the reflectance is minimized is improved, so that the surface reflection can be reduced to nearly 0 in a wide wavelength range.

예를 들면, 제1층의 나노와이어 어레이(반도체층 상에 첫번째로 형성된 나노와어어 어레이), 제2 층의 나노와이어 어레이 및 제3 층의 나노와이어 어레이(반도체층에서 가장 멀리 형성된 나노와이어 어레이)를 포함하는 다층 구조의 나노와이어 어레이를 형성하는 경우, 제1 층의 나노와이어 어레이에서 제3 층의 나노와이어 어레이로 갈수록 각층의 나노와이어의 공간 밀도가 줄어들도록 형성(나노 와이어의 공간 밀도: 제1 층>제2 층>제3층)함으로써, 다층 구조의 나노와이어 어레이에서 상부로 갈수록 굴절률이 점진적으로 감소하여 반사율이 최소가 되는 점진적 인덱스(Graded Index) 효과가 나타나, 넓은 파장 범위에서 표면 반사를 0에 가깝게 줄일 수 있다.For example, a first layer of nanowire arrays (the first formed nanowire array on a semiconductor layer), a second layer of nanowire arrays and a third layer of nanowire arrays (a nanowire array furthest from the semiconductor layer ), The spatial density of the nanowires of each layer is reduced so that from the nanowire array of the first layer to the nanowire array of the third layer (the spatial density of the nanowires: The first layer> the second layer> the third layer), the refractive index gradually decreases from the nanowire array of the multi-layered structure to the upper portion, and a graded index effect is obtained in which the reflectance is minimized. The reflection can be reduced close to zero.

실시예에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire; 141)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)의 상부 전극(140)은 상부에 서브 전극(150)을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a top electrode 140 of a nanowire array including at least one nanowire 141, The sub electrode 150 may further include a sub electrode 150.

서브 전극(150)은 투명 전극 물질 또는 금속 물질을 포함할 수 있고, 금속 물질의 서브 전극(150)을 상부 전극(140)의 상부에 형성되는 경우, 태양광이 흡수될 수 있도록 금속 물질의 서브 전극(150)이 상부 전극(140)을 부분적으로 덮도록 형성하거나, 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire; 141)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)의 상부 전극(140)을 형성한 다음, 특정 영역에 나노와이어(nanowire; 141)가 제거되도록(배열되지 않도록) 패터닝한 후, 나노와이어(nanowire; 141)가 제거된 영역과 대응되도록 선택적(부분적)으로 금속 물질의 서브 전극(150)을 형성할 수 있다.The sub electrode 150 may include a transparent electrode material or a metal material. When the sub electrode 150 is formed on the upper electrode 140, the sub electrode 150 may serve as a sub- The electrode 150 may be formed to partially cover the upper electrode 140 or the upper electrode 140 may be formed of a nanowire array including at least one nanowire 141, The sub electrode 150 of the metal material is selectively (partially) formed so as to correspond to the area where the nanowire 141 is removed after the nanowire 141 is patterned so that the nanowire 141 is removed can do.

보다 구체적으로, 금속 물질의 서브 전극(150)이 상부 전극(140)을 모두 덮게 되면, 빛은 표면에서 모두 반사되어 p-n 접합 반도체층(121, 131)의 광흡수가 감소되는 문제가 발생되기 때문에, 서브 전극(150)이 상부 전극(140)의 일부의 면적만 덮도록 도입함으로써, 광흡수를 방해하지 않는 동시에, 전류 확산을 개선시킬 수 있다.More specifically, if the sub-electrode 150 of the metal material covers all of the upper electrode 140, light is reflected on the entire surface, and the light absorption of the pn junction semiconductor layers 121 and 131 is reduced And the sub electrode 150 covers only a part of the area of the upper electrode 140, it is possible to improve the current diffusion without interfering with the light absorption.

또한, 실시예에 따라, 상부 전극(140)과 서브 전극(150) 사이에 투명 전극을 더 포함할 수 있고, 투명 전극은 상부 전극(140)을 모두 덮도록 형성될 수 있다.In addition, according to the embodiment, a transparent electrode may be further included between the upper electrode 140 and the sub electrode 150, and the transparent electrode may be formed to cover the entire upper electrode 140.

도 1b는 제1 극성이 n형이고, 상부 전극으로 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.1B is a cross-sectional view of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention, wherein the first polarity is n-type and includes a nanowire array as an upper electrode.

도 2b는 제1 극성이 n형이고, 도 1b는 제1 극성이 p형인 것을 제외하면 모두 동일한 구성요소를 포함하고 있으므로, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.2B, the first polarity is the n-type, and the first polarity is the p-type except that the first polarity is the p-type. Therefore, the description of the same components will be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110) 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층(122)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a first polarity semiconductor layer 122 formed on a lower electrode 110.

제1 극성은 p형 또는 n형일 수 있고, 도 1b에서는 제1 극성은 n형이다.The first polarity may be p-type or n-type, and in Fig. 1b, the first polarity is n-type.

따라서, 도 1b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제1 극성의 반도체층(122)은 n형 반도체층일 수 있다.Accordingly, the first polarity semiconductor layer 122 of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1B may be an n-type semiconductor layer.

제1 극성의 반도체층(122)은 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제1 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The semiconductor layer 122 of the first polarity may be formed of a semiconductor compound including a group IV semiconductor such as Si and Ge, a group III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI group, A dopant of the first polarity may be doped.

제1 극성이 n형일 경우, 제1 극성의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se 및 Te 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 대해 제한되지는 않는다.When the first polarity is n-type, the dopant of the first polarity is an n-type dopant and may include at least one of Si, Ge, Sn, Se and Te, but is not limited thereto.

예를 들면, 제1 극성의 반도체층(122)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 실리콘(Si)과 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 n형 GaN층으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 122 of a first polarity is a silane containing n-type impurities such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3), nitrogen gas (N 2) and silicon (Si) into the chamber Gas (SiH 4 ) may be implanted to form the n-type GaN layer, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제1 극성의 반도체층(122) 상에 형성되는 제2 극성의 반도체층(132)을 포함한다.A solar cell comprising a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a second polarity semiconductor layer 132 formed on a first polarity semiconductor layer 122.

제2 극성은 p형 또는 p형일 수 있고, 도 1b에서는 제2 극성은 p형이다.The second polarity may be p-type or p-type, and in Fig. 1b, the second polarity is p-type.

따라서, 도 1b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제2 극성의 반도체층(132)은 p형 반도체층일 수 있다.Accordingly, the second polarity semiconductor layer 132 of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1B may be a p-type semiconductor layer.

제2 극성의 반도체층(132)은 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제2 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The semiconductor layer 132 of the second polarity may be formed of a semiconductor compound including a group IV semiconductor such as Si and Ge, a group III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI group, A dopant of the second polarity may be doped.

제2 극성이 p형일 경우, 제2 극성의 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr 및 Ba 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.When the second polarity is p-type, the dopant of the second polarity is a p-type dopant and may include at least one of Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.

예를 들면, 제2 극성의 반도체층(132)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 132 of the second polarity may be formed in the chamber such that the chamber contains a p-type impurity such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and magnesium Tin cyclopentadienyl magnesium (EtCp2Mg) {Mg (C2H5C5H4) 2} may be implanted to form a p-type GaN layer, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제2 극성의 반도체층(132) 상에 형성되는 상부 전극(140)을 포함한다.A solar cell comprising a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes an upper electrode 140 formed on a semiconductor layer 132 of a second polarity.

상부 전극(140)은 적어도 하나 이상의 나노와이어(142)를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 제2 극성의 반도체층(132)과 동일한 극성을 갖는다.The upper electrode 140 is a nanowire array that includes at least one nanowire 142 and the nanowire array has the same polarity as the second polarity semiconductor layer 132 that directly contacts.

따라서, 도 1b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 p형 나노와이어를 포함할 수 있다.Accordingly, the nanowire array of a solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1B may include a p-type nanowire.

나노와이어는 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제2 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The nanowire may be formed of a semiconductor compound including a Group IV semiconductor such as Si and Ge, a III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI groups, and the dopant of the second polarity may be doped .

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 나노와이어 어레이는 표면의 반사를 감소시키는 광학적 효과 및 표면을 따라 이동되는 전류의 흐름을 원활하게 하는 전기적인 효과를 나타내기 때문에, 나노와이어 어레이가 직접적으로 맞닿는 제2 극성의 반도체층(132)과 동일한 극성을 가짐으로써, 표면 저항을 감소시키고 전류 확산을 향상시킬 수 있다.Since a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention exhibits an optical effect that reduces the reflection of the surface and an electrical effect that smoothes the flow of electric current moving along the surface, By having the same polarity as the second polarity semiconductor layer 132 to which the nanowire array directly contacts, it is possible to reduce surface resistance and improve current diffusion.

나노와이어 어레이는 입사되는 광을 무반사시키는 무반사층으로 사용될 수 있고, 따라서, 나노와이어 어레이는 입사되는 광의 반사를 방지함으로써, 태양 전지의 광 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.The nanowire array can be used as an anti-reflection layer that refracts incident light. Thus, the nanowire array can prevent the reflection of incident light, thereby improving the light absorption efficiency of the solar cell.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 p-n 접합 반도체층(122, 132) 상에 형성되는 나노와이어 어레이로 인해 표면 텍스처링 효과를 얻을 수 있으므로 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention can obtain the surface texturing effect due to the nanowire array formed on the pn junction semiconductor layers 122 and 132, thereby improving the light extraction efficiency .

따라서, 도 1b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 제2 극성의 반도체층(132) 상에 전이되어 형성될 수 있다.Accordingly, the nanowire array of the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1B may be formed on the semiconductor layer 132 of the second polarity.

실시예에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire; 142)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)의 상부 전극(140)은 상부에 서브 전극(150)을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a top electrode 140 of a nanowire array including at least one nanowire 142, The sub electrode 150 may further include a sub electrode 150.

서브 전극(150)은 투명 전극 물질 또는 금속 물질을 포함할 수 있고, 금속 물질의 서브 전극(150)을 상부 전극(140)의 상부에 형성되는 경우, 태양광이 흡수될 수 있도록 서브 전극(150)이 상부 전극(140)을 부분적으로 덮도록 형성하거나, 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire; 142)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)의 상부 전극(140)을 형성한 다음, 특정 영역에 나노와이어(nanowire; 142)가 제거되도록(배열되지 않도록) 패터닝한 후, 나노와이어(nanowire; 142)가 제거된 영역과 대응되도록 선택적으로 금속 물질의 서브 전극(150)을 형성할 수 있다.The sub-electrode 150 may include a transparent electrode material or a metal material. When the sub-electrode 150 is formed on the upper electrode 140, the sub- May be formed to partially cover the upper electrode 140 or to form an upper electrode 140 of a nanowire array including at least one nanowire 142, After the nanowire 142 is patterned to be removed (not arranged), the sub electrode 150 of a metal material may be selectively formed to correspond to the area where the nanowire 142 is removed.

보다 구체적으로, 금속 물질의 서브 전극(150)이 상부 전극(140)을 모두 덮게 되면, 빛은 표면에서 모두 반사되어 p-n 접합 반도체층(122, 132)의 광흡수가 감소되는 문제가 발생되기 때문에, 서브 전극(150)이 상부 전극(140)의 일부의 면적만 덮도록 도입함으로써, 광흡수를 방해하지 않는 동시에, 전류 확산을 개선시킬 수 있다.More specifically, when the sub electrode 150 of a metal material covers all of the upper electrode 140, light is totally reflected on the surface, so that the light absorption of the pn junction semiconductor layers 122 and 132 is reduced And the sub electrode 150 covers only a part of the area of the upper electrode 140, it is possible to improve the current diffusion without interfering with the light absorption.

또한, 실시예에 따라, 상부 전극(140)과 서브 전극(150) 사이에 투명 전극을 더 포함할 수 있고, 투명 전극은 상부 전극(140)을 모두 덮도록 형성될 수 있다.In addition, according to the embodiment, a transparent electrode may be further included between the upper electrode 140 and the sub electrode 150, and the transparent electrode may be formed to cover the entire upper electrode 140.

도 2a 및 도 2b는 하부 전극으로 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention including a nanowire array as a lower electrode.

도 2a 및 도 2b는 나노와이어 어레이를 하부 전극으로 사용하는 것을 제외하면 도 1a 및 도 1b와 동일한 구성을 포함하고 있다.FIGS. 2A and 2B show the same configuration as FIG. 1A and FIG. 1B except that the nanowire array is used as a lower electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110) 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층(121, 122), 제1 극성의 반도체층(121, 122) 상에 형성되고, 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층(131, 132) 및 제2 극성의 반도체층(131, 132) 상에 형성되는 상부 전극(140)을 포함한다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes a first polarity semiconductor layer 121 and a second polarity semiconductor layer 122 formed on a lower electrode 110, And an upper electrode 140 formed on the semiconductor layers 131 and 132 of the second polarity and the semiconductor layers 131 and 132 of the second polarity,

하부 전극(110)은 적어도 하나 이상의 나노와이어(111, 112)를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 제1 극성의 반도체층(121, 122)과 동일한 극성을 갖는다.The lower electrode 110 is a nanowire array including at least one nanowire 111 and 112 and the nanowire array has the same polarity as the first polarity semiconductor layers 121 and 122 directly contacting.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 나노와이어 어레이는 표면의 반사를 감소시키는 광학적 효과 및 표면을 따라 이동되는 전류의 흐름을 원활하게 하는 전기적인 효과를 나타내기 때문에, 나노와이어 어레이가 직접적으로 맞닿는 제1 극성의 반도체층(121, 122)과 동일한 극성을 가짐으로써, 표면 저항을 감소시키고 전류 확산을 향상시킬 수 있다.Thus, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention is characterized in that the nanowire array exhibits an optical effect that reduces the reflection of the surface, and an electrical effect that smoothes the flow of electric current traveling along the surface Therefore, by having the same polarity as that of the first polarity semiconductor layers 121 and 122 to which the nanowire array is directly abutted, the surface resistance can be reduced and the current diffusion can be improved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110)으로 나노와이어 어레이를 사용함으로써, 나노와이어 어레이에서의 빛의 산란 효과가 강하게 발생하여 태양전지 내 빛의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention uses the nanowire array as the lower electrode 110, the scattering effect of light in the nanowire array is strongly generated, The absorption efficiency can be improved.

도 2a는 제1 극성이 p형이고, 하부 전극으로 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.2A is a cross-sectional view of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention, wherein the first polarity is p-type and includes a nanowire array as the bottom electrode.

도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제1 극성이 p형 또는 n형일 수 있고, 바람직하게는, 제1 극성은 p형일 수 있다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A may have a first polarity of p-type or n-type, and preferably a first polarity of p-type.

따라서, 도 2a에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제1 극성의 반도체층(121)으로 p형 반도체층이 사용되고, 제2 극성의 반도체층(131)으로 n형 반도체층이 사용되기 때문에, 적어도 하나 이상의 나노와이어(111)를 포함하는 나노와이어 어레이를 포함하는 하부 전극(110)은 이고, 직접적으로 맞닿는 제1 극성의 반도체층(121)과 동일한 극성을 갖는다.2A, a p-type semiconductor layer is used as the first polarity semiconductor layer 121, and a p-type semiconductor layer is used as the second polarity semiconductor layer 131. In the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention, Since the n-type semiconductor layer is used as the n-type semiconductor layer, the lower electrode 110 including the nanowire array including at least one nanowire 111 is the same in polarity as the first polarity semiconductor layer 121, Respectively.

따라서, 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 p형 나노와이어를 포함할 수 있다.Accordingly, the nanowire array of a solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A may include a p-type nanowire.

실시예에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110)의 하부에는 서브 전극(150)을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention may further include a sub electrode 150 below the lower electrode 110.

서브 전극(150)은 금속 물질을 포함할 수 있고, 하부 전극(110)의 하부에 형성되어 금속 거울로 사용됨으로써, 태양 전지의 집광도를 향상시켜, 태양 전지의 면적 및 제조 단가를 감소시킬 수 있다.The sub electrode 150 may include a metal material and may be formed as a metal mirror under the lower electrode 110 to improve the degree of light convergence of the solar cell and reduce the area and manufacturing cost of the solar cell. have.

도 2b는 제1 극성이 n형이고, 하부에 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지를 도시한 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention, wherein the first polarity is n-type and includes a nanowire array at the bottom.

도 2b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제1 극성이 p형 또는 n형일 수 있고, 바람직하게는, 제1 극성은 n형일 수 있다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2B may have a first polarity of p-type or n-type, and preferably a first polarity of n-type.

따라서, 도 2b에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 제1 극성의 반도체층(122)으로 n형 반도체층이 사용되고, 제2 극성의 반도체층(132)으로 p형 반도체층이 사용되기 때문에, 적어도 하나 이상의 나노와이어(112)를 포함하는 나노와이어 어레이로 형성된 하부 전극(110)은 직접적으로 맞닿는 제1 극성의 반도체층(122)과 동일한 극성을 갖는다.2B, an n-type semiconductor layer is used as the first polarity semiconductor layer 122, and a second polarity semiconductor layer 132 is used as the second polarity semiconductor layer 122. In the solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention, The lower electrode 110 formed of a nanowire array including at least one nanowire 112 has the same polarity as the first polarity semiconductor layer 122 directly contacting.

따라서, 도 2b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이는 n형 나노와이어를 포함할 수 있다.Accordingly, the nanowire array of a solar cell including the nanowire array according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2B may include n-type nanowires.

실시예에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 하부 전극(110)의 하부에는 서브 전극(150)을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention may further include a sub electrode 150 below the lower electrode 110.

서브 전극(150)은 금속 물질을 포함할 수 있고, 하부 전극(110)의 하부에 형성되어 금속 거울로 사용됨으로써, 태양 전지의 집광도를 향상시켜, 태양 전지의 면적 및 제조 단가를 감소시킬 수 있다.The sub electrode 150 may include a metal material and may be formed as a metal mirror under the lower electrode 110 to improve the degree of light convergence of the solar cell and reduce the area and manufacturing cost of the solar cell. have.

도4는 원형의 단면 구조를 갖는 나노와이어의 단면도를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a nanowire having a circular cross-sectional structure.

도 4는 상부에 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지에 대해 설명하고 있으나, 이에 제한되지 않고, 하부에 나노와이어 어레이를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지에도 동일하게 적용될 수 있다.FIG. 4 illustrates a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention including a nanowire array on the top, but the present invention is not limited thereto, The present invention can be similarly applied to a solar cell including a nanowire array according to an embodiment.

또한, 도 4는 원형의 단면을 갖는 나노와이어(141)에 대해 설명하고 있으나, 나노와이어(141)의 단면은 원형 외에, 삼각형, 사각형, 오각형 또는 육각형 같은 다각형 구조를 가질 수 있다.4 illustrates the nanowire 141 having a circular cross section, the cross section of the nanowire 141 may have a polygonal structure such as a triangle, a rectangle, a pentagon, or a hexagon in addition to a circular shape.

바람직하게, 나노와이어(141)가 삼각형의 단면을 가지면, 상부로 갈수록 굴절률이 점진적으로 감소하여 반사율이 최소가 되는 점진적 인덱스(Graded Index) 효과가 향상될 수 있다.Preferably, if the nanowire 141 has a triangular cross-section, the refractive index gradually decreases toward the upper portion, thereby improving the graded index effect that minimizes the reflectance.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지는 나노와이어의 직경(D)뿐만 아니라 나노와이어의 공간 채움 비율(fill fraction) 또한 반사율을 감소시킬 수 있다.A solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention can reduce the fill factor of the nanowire as well as the diameter (D) of the nanowire as well as the reflectivity.

도 4를 참조하면, 나노와이어(141)의 공간 채움 비율은 나노와이어(141)의 주기(A)를 나노와이어(141)의 직경(D)으로 나눈 값으로 계산될 수 있고, 나노와이어(141)의 공간 채움 비율은 10% 이상일 수 있다.4, the space filling ratio of the nanowire 141 can be calculated by dividing the period A of the nanowire 141 by the diameter D of the nanowire 141, ) May be at least 10%.

나노와이어(141)의 공간 채움 비율이 10% 이상을 가짐으로써, 표면 에서의 반사율을 월등히 감소시킬 수 있다. 또한, 나노와이어(141)의 공간 채움 비율의 최대 값은 밀집한(close packed) 구조를 갖는 경우를 의미한다.Since the space filling ratio of the nanowire 141 is 10% or more, the reflectance at the surface can be significantly reduced. In addition, the maximum value of the space filling ratio of the nanowires 141 means a case having a close packed structure.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.5A and 5B are flowcharts illustrating a method of manufacturing a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 상부 전극으로 나노와이어를 포함하는 기술에 대해 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않고, 하부 전극으로 나노와이어를 포함하는 기술 또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지 또한 동일한 방법으로 제조될 수 있다.5A and 5B illustrate techniques involving nanowires as top electrodes, but are not limited thereto, and may include nanowire arrays in accordance with a technique including nanowires as lower electrodes, or nanowire arrays in accordance with another embodiment of the present invention Solar cells can also be manufactured in the same way.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법은 하부 전극 상에 제1 극성의 반도체층을 형성하는 단계(S110), 제1 극성의 반도체층 상에 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층을 형성하는 단계(S120) 및 제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이하는 단계(S130)를 포함한다.A method of fabricating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes forming a first polarity semiconductor layer on a lower electrode (S110), forming a first polarity semiconductor layer on the first polarity semiconductor layer (S120) forming a second polarity semiconductor layer having a different polarity, and transferring an upper electrode (S130) on the second polarity semiconductor layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법은 하부 전극 상에 제1 극성의 반도체층을 형성한다.A method of manufacturing a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes forming a first polarity semiconductor layer on a lower electrode.

하부 전극은 투명한 물질로 형성될 수 있고, 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), AZO(aluminum zinc oxide) 또는 IZTO(indium zinc tin oxide)과 같은 투명전도성산화물(TCO), 도전성 폴리머, 그래핀 및 그래파이트 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있고, 금속은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.The lower electrode may be formed of a transparent material and may be formed of a transparent conductive oxide (TCO) such as a metal, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide (AZO) or indium zinc tin oxide (IZTO) (Ag), gold (Au), nickel (Ni), titanium (Ti), and chromium (Cr), and the metal may include at least one of a conductive polymer, And the like.

하부 전극은 하부 전극 자체가 기판으로 사용될 수도 있고, 기판 상에 화학증착방법(CVD), 물리증착방법(PVD), 스퍼터링, 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(depp coating) 및 드랍 캐스팅(drop casting) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The lower electrode may be a substrate as a lower electrode itself or may be formed on a substrate by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), sputtering, spin coating, dip coating and drop casting casting, or the like.

제1 극성의 반도체층은 p형 반도체층일 수 있고, 제1 극성의 반도체층은 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제1 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The first polarity semiconductor layer may be a p-type semiconductor layer, and the first polarity semiconductor layer may be a Group IV semiconductor such as Si or Ge, a III-V group semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI , And a dopant of the first polarity may be doped.

제1 극성이 p형일 경우, 제1 극성의 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr 및 Ba 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.When the first polarity is p-type, the dopant of the first polarity is a p-type dopant and may include at least one of Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.

제1 극성의 반도체층은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시(MBE), 스퍼터링 및 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The semiconductor layer of the first polarity may be formed by a method of chemical vapor deposition (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering, and / or vapor phase epitaxy (HVPE).

예를 들면, 제1 극성의 반도체층(121)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 마그네슘(Mg)과 같은 p 형 불순물을 포함하는 비세틸 사이클로 펜타디에닐 마그네슘(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}가 주입되어 p형 GaN층이 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 121 of the first polarity may be formed in the chamber such that the chamber contains a p-type impurity such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), and magnesium Tin cyclopentadienyl magnesium (EtCp2Mg) {Mg (C2H5C5H4) 2} may be implanted to form a p-type GaN layer, but the present invention is not limited thereto.

이후, 제1 극성의 반도체층 상에 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층을 형성한다.Then, a second polarity semiconductor layer having a polarity different from the first polarity is formed on the semiconductor layer of the first polarity.

제2 극성의 반도체층은 n형 반도체층일 수 있고, 제2 극성의 반도체층은 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제2 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The second polarity semiconductor layer may be an n-type semiconductor layer, and the second polarity semiconductor layer may be a Group IV semiconductor such as Si or Ge, a III-V group semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI , And a dopant of the second polarity may be doped.

제2 극성이 n형일 경우, 제2 극성의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se 및 Te 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 대해 제한되지는 않는다.When the second polarity is n-type, the dopant of the second polarity is an n-type dopant and may include at least one of Si, Ge, Sn, Se and Te, but is not limited thereto.

제2 극성의 반도체층은 화학증착방법(CVD), 분자선 에피택시(MBE), 스퍼터링 및 수산화물 증기상 에피택시(HVPE) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.The semiconductor layer of the second polarity may be formed by a method of chemical vapor deposition (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering, and / or vapor phase epitaxy (HVPE).

예를 들면, 제2 극성의 반도체층(131)은 챔버에 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2) 및 실리콘(Si)과 같은 n 형 불순물을 포함하는 실란 가스(SiH4)가 주입되어 n형 GaN층으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 131 of the second polarity may be formed of a silane containing an n-type impurity such as trimethyl gallium gas (TMGa), ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ) Gas (SiH 4 ) may be implanted to form the n-type GaN layer, but the present invention is not limited thereto.

마지막으로, 제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이한다.Finally, the upper electrode is transferred onto the semiconductor layer of the second polarity.

상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 제2 극성의 반도체층과 동일한 극성을 가진다.The upper electrode is a nanowire array comprising at least one nanowire and the nanowire array has the same polarity as the second polarity semiconductor layer directly contacting.

상부 전극을 전이하는 과정에 대해서는 도 5b를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.The process of transferring the upper electrode will be described in detail with reference to FIG. 5B.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법 중, 상부 전극을 전이하는 단계를 도시한 흐름도이다.FIG. 5B is a flowchart illustrating a step of transferring an upper electrode in a method of manufacturing a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention.

제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이하는 단계(S130)는, 성장 기판 상에 제2 극성의 나노와이어를 성장시키는 단계(S131), 성장된 제2 극성의 나노와이어를 수득하는 단계(S132) 및 수득된 제2 극성의 나노와이어를 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성하는 단계(S133)를 포함할 수 있다.The step of transferring the upper electrode on the semiconductor layer of the second polarity (S130) comprises the steps of growing (S131) nanowires of the second polarity on the growth substrate, obtaining nanowires of the grown polarity of the second polarity S132) and forming the nanowire array of the second polarity by transferring the obtained second polarity nanowire on the second polarity semiconductor layer (S133).

먼저, 성장 기판 상에 제2 극성의 나노와이어를 성장시킨다.First, nanowires of the second polarity are grown on the growth substrate.

성장 기판은 사파이어(sapphire), 갈륨 비소(GaAs; gallium arsenide), 스피넬(spinel), 실리콘(Si; silicon), 인화 인듐(InP; indium phosphide) 및 실리콘 카바이드(SiC; silicon carbide) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The growth substrate may include at least one of sapphire, gallium arsenide (GaAs), spinel, silicon (Si), indium phosphide (InP), and silicon carbide (SiC) Lt; / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제2 극성의 나노와이어 어레이는 n형 나노와이어를 포함할 수 있다.A second polarity nanowire array of a solar cell comprising a nanowire array according to an embodiment of the present invention may include n-type nanowires.

제2 극성의 나노와이어는 Si, Ge과 같은 IV족 반도체, InP 또는 GaAs과 같은 III-V족 반도체 및 CdS와 II-VI족 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 화합물로 형성될 수 있고, 제2 극성의 도펀트가 도핑될 수 있다.The nanowire of the second polarity may be formed of a semiconductor compound including a Group IV semiconductor such as Si and Ge, a III-V semiconductor such as InP or GaAs, and at least one of CdS and II-VI, May be doped.

제2 극성이 n형일 경우, 제2 극성의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se 및 Te 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 대해 제한되지는 않는다.When the second polarity is n-type, the dopant of the second polarity is an n-type dopant and may include at least one of Si, Ge, Sn, Se and Te, but is not limited thereto.

바람직하게, 제2 극성의 나노와이어는 질화 갈륨(GaN; gallium nitride), 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN; aluminium gallium nitride), 인듐 갈륨 질화물(InGaN; indium gallium nitride) 및 알루미늄 인듐 갈륨 질화물(AlInGaN; aluminum indium gallium nitride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 III-V족 반도체가 사용될 수 있다.Preferably, the nanowire of the second polarity is selected from the group consisting of gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium gallium nitride (InGaN) and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN) gallium nitride) may be used as the Group III-V semiconductor.

제2 극성의 나노와이어는 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD), 기상-액상-고상법(vapor-liquid-solid method), 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition; T-CVD), 급속 열처리 화학기상증착법(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVD), 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 유도전류플라즈마 화학기상증착법(inductively coupled enhanced chemical vapor deposition; ICPCVD), 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 저압화학증기증착(low pressur chemical vapor deposition; LPCVD), 무촉매 유기금속 화학기상증착법(catalyst-free MOCVD), 상압화학증기증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 스퍼터링(sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(thermal or electron beamevaporation) 및 펄스레이저 증착법(pulse laser deposition) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 성장될 수 있다.The nanowire of the second polarity may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) process, a vapor-liquid-solid process, a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) process, A rapid chemical vapor deposition (RTCVD), a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), an inductively coupled enhanced chemical vapor deposition (ICPCVD), an organic metal chemical vapor deposition metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), catalyst-free MOCVD, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) , Thermal sputtering, thermal or electron beam evaporation, and pulse laser deposition. Can.

예를 들면, 제2 극성의 나노와이어가 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD)으로 성장되면, 제2 극성의 나노와이어는 성장 기판을 반응기(퍼니스)에 장착하고, 특정 온도(예를 들어, 700 내지 900)이상의 온도에서 반응 가스 및 제2 반응 가스를 주입하는 경우, 주입된 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스는 혼합되어 성장 기판 상에 성장될 수 있다.For example, when a nanowire of a second polarity is grown by chemical vapor deposition (CVD), a second polarity nanowire may be formed by mounting the growth substrate to a reactor (furnace) 700 to 900), the injected first reaction gas and the second reaction gas may be mixed and grown on the growth substrate.

제1 반응 가스 및 제2 반응 가스는 제2 극성의 나노와이어를 형성하기 위한 전구체로, 제2 극성의 나노와이어로 III-V족 반도체가 사용되면, 제1 반응 가스는 갈륨소스(Trimethyl Gallium(TMGa) 및/또는 Ga 금속)가 사용될 수 있고, 제2 반응 가스는 암모니아 기체와 같은 V족 반응 가스가 사용될 수 있다.The first reaction gas and the second reaction gas are precursors for forming the nanowires of the second polarity. When a III-V semiconductor is used as the nanowire of the second polarity, the first reaction gas is a gallium source (Trimethyl Gallium TMGa) and / or Ga metal) may be used, and as the second reaction gas, a Group V reaction gas such as ammonia gas may be used.

예를 들면, 제2 극성의 나노와이어가 기상-액상-고상법(vapor-liquid-solid method)으로 성장되면, 제2 극성의 나노와이어는 금속 촉매가 증착된 성장 기판을 반응기(퍼니스)에 장착하고, 특정 온도(예를 들어, 500 내지 750)이상의 온도에서 반응 가스(제1 반응 가스 및/또는 제2 반응 가스)를 주입하는 경우, 주입된 반응 가스는 금속 촉매와 혼합되어 액체 상의 합금을 형성하게 되고, 고용 한계 이상으로 반응 가스가 혼합되면 반응 가스에 포함되어 있던 원소가 고체상으로 석출되어 성장 기판 상에 성장될 수 있다.For example, if the nanowire of the second polarity is grown in a vapor-liquid-solid method, the nanowire of the second polarity is formed by attaching a growth substrate on which the metal catalyst is deposited to the reactor (furnace) And the reaction gas (the first reaction gas and / or the second reaction gas) is injected at a temperature higher than a specific temperature (for example, 500 to 750), the injected reaction gas is mixed with the metal catalyst to form an alloy When the reaction gas is mixed at a solubility limit or higher, the element contained in the reaction gas can be precipitated in a solid phase and grown on the growth substrate.

반응 가스는 제2 극성의 나노와이어를 형성하기 위한 전구체로, 제2 극성의 나노와이어로 III-V족 반도체가 사용되면, 반응 가스는 갈륨소스(Trimethyl Gallium(TMGa) 및/또는 Ga 금속) 및/또는 암모니아 기체와 같은 V족 반응 가스가 사용될 수 있다.When a III-V semiconductor is used as a nanowire of a second polarity, the reaction gas is a gallium source (Trimethyl Gallium (TMGa) and / or Ga metal), and the reaction gas is a precursor for forming a second polarity nanowire. / RTI > and / or ammonia gas may be used.

금속 촉매는 금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 팔라듐, 백금, 루테늄, 코발트 및 갈륨 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal catalyst may include at least one of gold, silver, aluminum, copper, nickel, palladium, platinum, ruthenium, cobalt and gallium.

예를 들면, 제2 극성의 나노와이어를 무촉매 유기금속 화학기상증착법(catalyst-free MOCVD)을 사용하여 성장되면, 촉매를 사용하지 않음으로 인해 촉매에 의한 오염을 방지할 수 있고, 전기적, 광학적 성능이 우수한 나노와이어를 제조할 수 있다. For example, if the nanowire of the second polarity is grown using catalyst-free MOCVD, it is possible to prevent contamination by the catalyst due to the non-use of the catalyst, It is possible to manufacture nanowires having excellent performance.

이후, 성장된 제2 극성의 나노와이어를 수득한다.Thereafter, grown nanowires of the second polarity are obtained.

성장된 제2 극성의 나노와이어의 직경은 10nm 내지 300nm일 수 있고, 적어도 하나 이상의 나노와이어의 직경은 10nm 내지 300nm일 수 있고, 적어도 하나 이상의 나노와이어의 직경이 10nm 미만이면 빛이 나노와이어의 크기를 인지할 수 없어, 나노와이어 어레이에 의한 표면 반사 감소 효과가 발생되지 않는 문제가 있고, 300 nm를 초과하면 나노와이어 어레이에 의한 후방 산란 효과가 발생하여 표면 반사율이 오히려 증가하는 문제가 있다.The diameter of the grown second polarity nanowire may be between 10 nm and 300 nm, the diameter of the at least one nanowire may be between 10 nm and 300 nm, and if the diameter of the at least one nanowire is less than 10 nm, There is a problem in that the surface reflection reduction effect by the nanowire array is not generated. If it exceeds 300 nm, there arises a problem that the back surface scattering effect by the nanowire array occurs, and the surface reflectance is rather increased.

보다 구체적으로, 나노와이어의 직경은 빛의 파장보다 크면 빛의 반사 특성이 더 강해지고, 빛의 파장보다 작으면 빛의 반사 특성이 줄어들게 된다.More specifically, if the diameter of the nanowire is larger than the wavelength of light, the reflection characteristic of the light becomes stronger. If the diameter of the nanowire is smaller than the wavelength of light, the reflection characteristic of light is reduced.

예를 들면, 나노와이어의 굴절률을 n이라고 하고, 태양전지가 흡수할 수 있는 파장 범위를 300 nm 내지 1100 nm(Si 물질 기준)로 하였을 때, 태양전지가 흡수할 수 있는 최대 파장인 1100 nm를 기준으로 나노와이어의 직경은 1100/n 이하가 되어야 한다. Si 물질의 굴절률은 빛의 파장에 따라 값이 달라지기는 하나, 평균적으로 약 4 정도로 볼 수 있기 때문에, 나노와이어(141)의 최대 직경은 300 nm인 것이 바람직하다.For example, when the refractive index of the nanowire is n and the wavelength range that the solar cell can absorb is 300 nm to 1100 nm (based on Si material), the maximum wavelength that the solar cell can absorb is 1100 nm As a rule, the diameter of the nanowire should be less than 1100 / n. Although the refractive index of the Si material changes depending on the wavelength of light, the nanowire 141 preferably has a maximum diameter of 300 nm because the refractive index of the Si material can be about 4 on average.

또한, 나노와이어를 제작할 때, 10 nm 이하에서는 나노와이어를 신뢰성 있게 제작하기에 어려움이 있으므로, 나노와이어의 최소 직경은 10 nm일 수 있고, 빛의 입장에서 물체의 크기가 10 nm 이하로 작아지면 구조로 인지할 수 없기에 나노와이어의 최대 직경은 10 nm인 것이 바람직하다.Further, when fabricating nanowires, it is difficult to reliably manufacture nanowires at a wavelength of 10 nm or less. Therefore, the minimum diameter of the nanowires may be 10 nm, and when the size of the object is less than 10 nm Structure, the maximum diameter of the nanowire is preferably 10 nm.

또한, 바람직하게, 적어도 하나 이상의 나노와이어의 직경(d)은 30nm 내지 200nm일 수 있다. 적어도 하나 이상의 나노와이어의 직경(d)이 30nm 내지 200nm를 벗어나면, 나노와이어에 의해 표면의 반사가 감소되는 효과가 점차 감소되기 시작한다.Further, preferably, the diameter d of the at least one nanowire may be 30 nm to 200 nm. If the diameter d of at least one nanowire deviates from 30 nm to 200 nm, the effect of reducing the surface reflection by the nanowire begins to gradually decrease.

또한, 성장된 제2 극성의 나노와이어는 서로 다른 폭 또는 길이를 가질 수 있다.In addition, the nanowires of the grown second polarity may have different widths or lengths.

마지막으로, 수득된 제2 극성의 나노와이어를 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성한다.Finally, the obtained second polarity nanowires are transferred onto the second polarity semiconductor layer to form a nanowire array of the second polarity.

성장 기판으로부터 수득된 제2 극성의 나노와이어는 벌크의 제1 극성의 반도체층으로 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 전이될 수 있다.The second polarity nanowires obtained from the growth substrate can be transferred to the first polarity semiconductor layer of the bulk using physical or chemical methods.

바람직하게, 성장 기판으로부터 수득된 제2 극성의 나노와이어는 용매에 분산시킨 나노와이어를 용액 공정을 이용하여 벌크의 제2 극성의 반도체층 상에 전이시킨 다음, 약 50 내지 150의 온도에서, 약 1분 내지 30분간 건조시킴으로써, 제 2 극성의 나노와이어 어레이를 형성할 수 있다.Preferably, the second polarity nanowire obtained from the growth substrate is formed by transferring nanowires dispersed in a solvent onto a bulk second semiconductor layer of a polarity using a solution process, and then, at a temperature of about 50 to 150, By drying for 1 minute to 30 minutes, a nanowire array of the second polarity can be formed.

용매는 탈이온수, 아세트산, 에탄올, 메탄올, 다이클로로에틸렌, 트라이클로로에틸렌, 클로로포름, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 스타이렌, 다이메틸포름아마이드, 다이메틸설폭사이드, 자일렌, 톨루엔, 사이클로헥센, 이소프로필알콜, 테트라하이드로퓨란, 이소프로필알코올, 테르피네올, 에틸렌글리콜, 다이에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 아세토나이트릴 및 아세톤 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The solvent is selected from the group consisting of deionized water, acetic acid, ethanol, methanol, dichloroethylene, trichlorethylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, styrene, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, xylene, toluene, Propanol, propyl alcohol, tetrahydrofuran, isopropyl alcohol, terpineol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, acetonitrile and acetone.

제2 극성의 나노와이어는 스핀코팅(Spin-Coating), 물리적 기상 전송법(Physical Vapor Transport), 드랍캐스팅(Drop-Casting), 용매 어닐링(Solvent Annealing), shear force transfer 및 contact printing 중 적어도 어느 하나의 방법으로 전이될 수 있다.The nanowire of the second polarity may be formed by at least one of spin coating, physical vapor transport, drop casting, solvent annealing, shear force transfer, and contact printing Lt; / RTI >

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법은 성장 기판에서 제2 극성의 나노와이어를 성장시킨 후, 벌크의 제2 극성의 반도체층 상에 전이시킴으로써, 나노와이어를 형성하기 위한 식각 공정을 제거하여 층 손상을 방지하는 동시에 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, a method of fabricating a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention includes growing a nanowire of a second polarity on a growth substrate, and then transferring the nanowire on the bulk of the second polarity semiconductor layer, The etching process for forming the wires can be removed to prevent layer damage and to improve the efficiency of the solar cell.

또한, 기존에 150mm 이상의 두께를 갖는 벌크형 태양전지를 제조하기 위해서는 제작 원가가 높은 문제점이 있었으나, 본 발명은 성장 기판에서 제2 극성의 나노와이어를 성장시킨 후, 벌크의 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 벌크형 태양전지를 제조함으로써, 제조 비용을 감소시키는 동시에 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the conventional manufacturing method of a bulk solar cell having a thickness of 150 mm or more has a problem in that the production cost is high. However, in the present invention, the nanowire of the second polarity is grown on the growth substrate, The manufacturing cost can be reduced and the efficiency of the solar cell can be improved.

제2 극성의 나노와이어 어레이의 제2 극성의 나노와이어는 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되거나, 랜덤하게 배열될 수 있다.The nanowires of the second polarity of the nanowire array of the second polarity may be regularly arranged or randomly arranged to have a constant period.

제2 극성의 나노와이어 어레이의 제2 극성의 나노와이어가 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되고, 나노와이어가 공간을 빈틈없이 채운다면, 적어도 하나 이상의 나노와이어의 주기는 10nm 내지 300nm일 수 있다. The period of the at least one nanowire may be from 10 nm to 300 nm if the nanowires of the second polarity are arranged regularly with a constant period and the nanowires fill the space tightly.

또한, 성장 기판으로부터 분리된 제2 극성의 나노와이어를 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성하는 과정은 적어도 1회 이상 반복 진행될 수 있다.In addition, the process of forming the nanowire array of the second polarity by transferring the nanowires of the second polarity separated from the growth substrate onto the semiconductor layer of the second polarity may be repeated at least one time.

또한, 제2 극성의 나노와이어 어레이는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있고, 제2 극성의 나노와이어 어레이가 다층으로 형성되는 경우, 각 층에 포함되는 제2 극성의 나노와이어는 서로 다른 폭 또는 길이를 가질 수 있다.The nanowire arrays of the second polarity may be formed as a single layer or a multilayer, and when the nanowire arrays of the second polarity are formed in multiple layers, the nanowires of the second polarity included in each layer may have different widths or lengths Lt; / RTI >

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 제조 방법은 서로 다른 폭 또는 길이를 갖는 제2 극성의 나노와이어를 포함하는 제2 극성의 나노와이어 어레이를 상부 전극으로 사용함으로써, 표면 저항을 감소시키고 전류 확산을 향상시킬 수 있다.Accordingly, a method of manufacturing a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention uses a nanowire array of a second polarity including nanowires of a second polarity having different widths or lengths as an upper electrode Thereby reducing surface resistance and improving current diffusion.

도 6a는 나노와이어가 랜덤으로 배열된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이를 도시한 광학현미경이미지이다.6A is an optical microscope image showing a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention in which the nanowires are randomly arranged.

도 6a를 참조하면, p형 극성을 갖는 실리콘 기판 표면에 100nm의 직경을 갖는 p형 극성을 갖는 실리콘 나노와이어가 잘 형성되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6A, it can be seen that a silicon nanowire having a p-type polarity having a diameter of 100 nm is well formed on the surface of a silicon substrate having a p-type polarity.

또한, p형 극성을 갖는 실리콘 나노와이어가 p형 극성을 갖는 실리콘 기판 표면에 랜덤으로 배열되는 것을 확인할 수 있다.It is also confirmed that the silicon nanowires having the p-type polarity are randomly arranged on the surface of the silicon substrate having the p-type polarity.

도 6b는 특정 영역에만 랜덤하게 배열된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이를 도시한 광학현미경이미지이다.6B is an optical microscope image showing a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention randomly arranged in a specific region only.

도 6b를 참조하면, 특정 영역에는 p형 극성을 갖는 실리콘 나노와이어가 랜덤하게 배열되고, 또 다른 특정 영역에서는 p형 극성을 갖는 실리콘 나노와이어가 배열되지 않은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6B, it can be seen that the silicon nanowires having the p-type polarity are randomly arranged in the specific region and the silicon nanowires having the p-type polarity are not arranged in another specific region.

도 6c는 다층 구조로 배열된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 나노와이어 어레이를 도시한 광학현미경이미지이다.6C is an optical microscope image showing a nanowire array of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention arranged in a multi-layer structure.

도 6c를 참조하면, p형 극성을 갖는 실리콘 나노와이어가 여러층에 걸쳐 밀집되게 랜덤으로 배열된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6C, it is confirmed that the silicon nanowires having the p-type polarity are randomly arranged in a concentrated manner over several layers.

도 7a는 나노와이어의 축을 도시한 입체도이고, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 파장-반사율 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 7A is a three-dimensional diagram showing the axis of the nanowire, and FIGS. 7B and 7C are graphs showing the wavelength-reflectance characteristics of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 빛이 나노와이어에 수직 입사될 때, 편광 방향이 나노와이어 축에 수직(TE)인지, 평행(TM)인지 여부에 따라, TE/TM 편광으로 나눌 수 있고, 나노와이어의 축이 평행인 경우, TM 모드의 편광을 나타내고, 나노와이어의 축이 수직인 경우, TE 모드의 편광을 나타낸다. 또한, 편광에 따라 반사 특성이 달라질 수 있다.Referring to FIG. 7A, when light is vertically incident on the nanowire, it can be divided into TE / TM polarized light depending on whether the polarization direction is perpendicular (TE) or parallel (TM) to the nanowire axis, When the axis is parallel, it represents the TM mode polarized light, and when the nanowire axis is vertical, it represents the TE mode polarized light. Also, the reflection characteristic can be changed depending on the polarized light.

도 7b는 수직 입사된 TE 편광의 빛에 대한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 파장-반사율 특성을 도시한 것이고, 도 7c는 수평 입사된 TM 편광의 빛에 대한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 어레이를 포함하는 태양 전지의 파장-반사율 특성을 도시한 것이다.FIG. 7B shows the wavelength-reflectance characteristics of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention with respect to vertically incident TE polarized light, and FIG. The wavelength-reflectance characteristics of a solar cell including a nanowire array according to an embodiment of the present invention are shown.

도 7b 및 도 7c는 나노와이어의 공간 채움 비율(fill fraction)이 30%, 50%, 70% 및 100%일 때, 나노와이어의 직경(D)에 따라 파장-반사율을 측정하였다.7B and 7C show the wavelength-reflectance according to the nanowire diameter D when the fill fraction of the nanowire was 30%, 50%, 70% and 100%.

도 7b 및 도 7c를 참조하면, TM 모드의 편광 및 TE 모드의 편광 모두, 공간 채움 비율(fill fraction)이 특정 값 이상이 되면 반사율이 감소되는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 7B and 7C, it can be seen that both the polarization in the TM mode and the polarization in the TE mode decrease the reflectivity when the fill fraction is above a certain value.

또한, 나노와이어의 너비가 증가됨에 따라, 반사율이 감소되나, 나노와이어의 너비가 500nm인 경우, 오히려 반사율이 증가되는 것을 알 수 있다.Also, as the width of the nanowire increases, the reflectivity decreases, but when the width of the nanowire is 500 nm, the reflectance is rather increased.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

110: 하부 전극 111, 112: 나노와이어
121, 122: 제1 극성의 반도체층 131, 132: 제2 극성의 반도체층
140: 상부 전극 141, 142: 나노와이어
150: 서브 전극
110: lower electrode 111, 112: nanowire
121, 122: a first polarity semiconductor layer 131, 132: a second polarity semiconductor layer
140: upper electrode 141, 142: nanowire
150:

Claims (14)

하부 전극 상에 형성되는 제1 극성의 반도체층;
상기 제1 극성의 반도체층 상에 형성되고, 상기 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층; 및
상기 제2 극성의 반도체층 상에 형성되는 상부 전극
을 포함하고,
상기 하부 전극 또는 상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어(nanowire)를 포함하는 나노와이어 어레이(nanowire array)이고, 상기 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 상기 제1 극성의 반도체층 또는 상기 제2 극성의 반도체층과 동일한 극성을 가지며,
상기 나노와이어 어레이는 다층으로 형성되고,
상기 다층의 나노와이어 어레이는 상기 제1 극성의 반도체층 또는 상기 제2 극성의 반도체층과 멀어질수록 각층의 나노와이어의 공간 밀도를 감소시켜, 상기 다층의 나노와이어 어레이에서 상부로 갈수록 굴절률이 점진적으로 감소하여 반사율이 최소가 되는 점진적 인덱스(Graded Index) 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
A semiconductor layer of a first polarity formed on the lower electrode;
A semiconductor layer of a second polarity formed on the semiconductor layer of the first polarity and having a polarity different from the polarity of the first polarity; And
And an upper electrode formed on the second polarity semiconductor layer,
/ RTI >
Wherein the lower electrode or the upper electrode is a nanowire array including at least one nanowire and the nanowire array includes a first polarity semiconductor layer or a second polarity semiconductor layer directly contacting the first polarity semiconductor layer, Lt; RTI ID = 0.0 >
The nanowire array is formed in multiple layers,
Wherein the multilayer nanowire array reduces the spatial density of the nanowires of each layer as the distance from the first polarity semiconductor layer or the second polarity semiconductor layer increases so that the refractive index gradually increases from the multi- And a graded index effect in which the reflectance is minimized.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 어레이는 입사되는 광의 표면 반사를 감소시키거나 산란을 통해 반도체 층 내 광흡수 효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the nanowire array increases the light absorption efficiency in the semiconductor layer by reducing surface reflection of incident light or scattering.
제1항에 있어서,
상기 나노와이어 어레이는 일정한 주기를 갖도록 규칙적으로 배열되거나, 랜덤으로 배열되는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the nanowire arrays are regularly arranged or randomly arranged to have a constant period.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 공간 채움 비율은 10% 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the space filling ratio of the at least one nanowire is 10% or more.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 나노와이어의 직경은 10nm 내지 300nm인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the at least one nanowire is 10 nm to 300 nm.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 상부 전극의 상부에는 상기 상부 전극을 부분적으로 덮고 있는 서브 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the upper electrode further comprises a sub electrode partially covering the upper electrode.
제1항에 있어서,
상기 하부 전극의 하부에는 서브 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
And a sub-electrode below the lower electrode.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 나노와이어는 IV족 반도체 반도체, III-V족 및 II-VI족 반도체 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one nanowire comprises at least one of a group IV semiconductor semiconductor, a group III-V group, and a group II-VI semiconductor.
하부 전극 상에 제1 극성의 반도체층을 형성하는 단계;
상기 제1 극성의 반도체층 상에 상기 제1 극성과 다른 극성을 갖는 제2 극성의 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이하는 단계
를 포함하고,
상기 상부 전극은 적어도 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 어레이이고, 상기 나노와이어 어레이는 직접적으로 맞닿는 상기 제2 극성의 반도체층과 동일한 극성을 가지며,
상기 제2 극성의 반도체층 상에 상부 전극을 전이하는 단계는,
성장 기판 상에 제2 극성의 나노와이어를 성장시키는 단계;
상기 성장된 제2 극성의 나노와이어를 수득하는 단계; 및
상기 수득된 제2 극성의 나노와이어를 상기 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 수득된 제2 극성의 나노와이어를 제2 극성의 반도체층 상에 전이시켜 제2 극성의 나노와이어 어레이를 형성하는 단계는, 적어도 1회 이상 반복 진행하여 상기 제2 극성의 나노와이어 어레이를 다층으로 형성하며,
상기 다층의 제2 극성의 나노와이어 어레이는 상기 제2 극성의 반도체층과 멀어질수록 각층의 나노와이어의 공간 밀도를 감소시켜, 상기 다층의 제2 극성의 나노와이어 어레이에서 상부로 갈수록 굴절률이 점진적으로 감소하여 반사율이 최소가 되는 점진적 인덱스(Graded Index) 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
Forming a first polarity semiconductor layer on the lower electrode;
Forming a second polarity semiconductor layer having a polarity different from the first polarity on the first polarity semiconductor layer; And
Transferring the upper electrode onto the second polarity semiconductor layer
Lt; / RTI >
Wherein the upper electrode is a nanowire array comprising at least one nanowire, the nanowire array having the same polarity as the second polarity semiconductor layer directly contacting,
Wherein the step of transitioning the upper electrode on the second polarity semiconductor layer comprises:
Growing a nanowire of a second polarity on a growth substrate;
Obtaining the grown nanowires of the second polarity; And
And transferring the obtained second polarity nanowires onto the second polarity semiconductor layer to form a nanowire array of a second polarity,
The step of transferring the obtained second polarity nanowires onto a second polarity semiconductor layer to form a second polarity nanowire array comprises repeating at least one or more times to transfer the second polarity nanowire array to a multi- Respectively,
Wherein the multilayer second polarity nanowire array reduces the spatial density of the nanowires of each layer as it is further away from the second polarity semiconductor layer so that the refractive index progressively increases from the nanowire array of the second polarity to the top of the nanowire array of the second polarity And a graded index effect in which the reflectance is minimized.
삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 제2 극성의 나노와이어는 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD), 기상-액상-고상법(vapor-liquid-solid method), 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition; T-CVD), 급속 열처리 화학기상증착법(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVD), 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 유도전류플라즈마 화학기상증착법(inductively coupled enhanced chemical vapor deposition; ICPCVD), 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 저압화학증기증착(low pressur chemical vapor deposition; LPCVD), 무촉매 유기금속 화학기상증착법(catalyst-free MOCVD), 상압화학증기증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 스퍼터링(sputtering), 열 또는 전자빔 증발법(thermal or electron beamevaporation) 및 펄스레이저 증착법(pulse laser deposition) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 성장되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The second polarity of the nanowire may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a vapor-liquid-solid method, a thermal chemical vapor deposition (T-CVD) A rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), an inductively coupled enhanced chemical vapor deposition (ICPCVD), an organic metal chemical vapor deposition (MOCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), catalyst-free MOCVD, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) ), Sputtering, thermal or electron beam evaporation, and pulse laser deposition. Method for manufacturing a solar cell characterized in that the sheet.
제10항에 있어서,
상기 제2 극성의 나노와이어는 스핀코팅(Spin-Coating), 물리적 기상 전송법(Physical Vapor Transport), 드랍캐스팅(Drop-Casting), 용매 어닐링(Solvent Annealing), shear force transfer 및 contact printing 중 적어도 어느 하나의 방법으로 전이되는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The second polarity nanowire may be at least one of spin coating, physical vapor transport, drop casting, solvent annealing, shear force transfer, and contact printing. Wherein the transition is carried out by one method.
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