KR101353350B1 - High-efficient Solar Cell using wide-band absorption and energy transfer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지를 제공한다. 이 태양전지는 N형 반도체층 및 P형 반도체층을 포함하는 제1 태양전지, 및 상기 제1 태양전지 상에 배치되고, 코어(core) 및 코어를 감싸는 셀(shell)을 가지는 이종 접합 양자점을 포함한다. 이종 접합 양자점은 태양광을 흡수하여 형성된 전자-전공 쌍을 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer;FRET)을 통하여 제1 태양 전지에 전달한다.The present invention provides a solar cell. The solar cell includes a first solar cell including an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer, and a heterojunction quantum dot having a core and a shell surrounding the core. Include. Heterojunction quantum dots absorb electrons and transfer electron-electron pairs formed to the first solar cell via Foster resonance energy transfer (FRET).
Description
본 발명의 태양전지에 관한 것으로, 더 구체적으로 양자 우물 구조를 가진 양자점을 이용한 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell of the present invention, and more particularly, to a solar cell using a quantum dot having a quantum well structure.
태양광 발전 시스템에 있어서, 태양전지 모듈 가격이 차지하는 비중이 크다. 한편, 태양광 발전 시스템을 설치할 때 드는 설치비용, 설치에 필요한 땅값, 유지 관리비 등 태양 전지 모듈 이외의 비용은 태양 전지의 총 면적에 비례한다. 따라서, 태양전지의 효율 증가는 태양광 발전 시스템의 제조 단가를 낮추는 효과 및 발전 단가를 낮출 수 있다. 따라서, 고효율의 태양전지가 요구된다.In the photovoltaic power generation system, the share of solar cell module prices is large. On the other hand, costs other than solar cell modules, such as installation cost, land price required for installation, and maintenance cost, are in proportion to the total area of the solar cell. Therefore, increasing the efficiency of the solar cell can lower the production cost and the effect of lowering the manufacturing cost of the photovoltaic system. Therefore, a high efficiency solar cell is required.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 양자점을 이용한 고효율 태양전지를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide a high efficiency solar cell using a quantum dot.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 N형 반도체층 및 P형 반도체층을 포함하는 제1 태양전지; 및 상기 제1 태양전지 상에 배치되고, 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 셀(shell)을 가지는 이종 접합 양자점을 포함한다. 상기 이종 접합 양자점은 태양광을 흡수하여 형성된 전자-전공 쌍을 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer;FRET)을 통하여 상기 제1 태양 전지에 전달한다.A solar cell according to an embodiment of the present invention includes a first solar cell including an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer; And a heterojunction quantum dot disposed on the first solar cell and having a core and a shell surrounding the core. The heterojunction quantum dot absorbs sunlight and transfers an electron-electron pair formed to the first solar cell through Poster resonance energy transfer (FRET).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코어는 II-VI 족 화합물 또는 III-V 족 화합물을 포함하고, 상기 셀은 적어도 한 쌍의 상기 코어를 감싸는 베리어층 및 상기 베이어층을 감싸는 양자우물층을 포함하고, 상기 베리어층의 밴드갭은 상기 코어 및 양자우물층의 밴드갭보다 크고, 상기 양자우물층의 밴드갭은 상기 코어의 밴드갭보다 클 수 있다.In one embodiment of the present invention, the core comprises a group II-VI compound or group III-V compound, the cell is a barrier layer surrounding at least one pair of the core and the quantum well layer surrounding the Bayer layer The band gap of the barrier layer may be greater than the band gap of the core and quantum well layers, and the band gap of the quantum well layer may be greater than the band gap of the core.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 셀은 상기 코어를 감싸는 제1 베리어층; 상기 제1 베리어층을 감싸는 제1 양자우물층; 상기 제1 양자우물층을 감싸는 제2 베리어층;및 상기 제2 베리어층을 감싸는 제2 양자우물층을 포함할 수 있다. 상기 제2 양자우물층의 밴드갭은 상기 제1 양자우물층의 밴드갭보다 클 수 있다.In one embodiment of the present invention, the cell comprises: a first barrier layer surrounding the core; A first quantum well layer surrounding the first barrier layer; It may include a second barrier layer surrounding the first quantum well layer; and a second quantum well layer surrounding the second barrier layer. The band gap of the second quantum well layer may be larger than the band gap of the first quantum well layer.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코어는 PbS이고, 상기 제1 베리어층 및 제2 베리어층은 ZnS이고, 상기 제1 양자우물층은 CdSe이고, 상기 제2 양자우물층은 CdS일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the core may be PbS, the first barrier layer and the second barrier layer is ZnS, the first quantum well layer is CdSe, the second quantum well layer may be CdS. .
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 태양전지는 III-V 족 화합물, IV 족 반도체, 및 유기물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first solar cell may be a group III-V compound, a group IV semiconductor, and an organic material.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 태양전지는 상기 N형 반도체층과 상기 P형 반도체층 사이에 배치된 진성 반도체층을 더 포함하고, 상기 진성 반도체층은 Si 양자점, Ge 양자점, InAs 양자점, 또는 InGaAs 양자점을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first solar cell further comprises an intrinsic semiconductor layer disposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, the intrinsic semiconductor layer is Si quantum dots, Ge quantum dots, InAs Quantum dots, or InGaAs quantum dots.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 N형 반도체층 또는 상기 P 형 반도체층은 상기 이종 접합 양자점과 접촉하도록 배치되고, 상기 N형 반도체층 또는 상기 P형 반도체의 두께는 수 나노미터(nm)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the N-type semiconductor layer or the P-type semiconductor layer is disposed in contact with the heterojunction quantum dots, the thickness of the N-type semiconductor layer or the P-type semiconductor is several nanometers (nm) Can be.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 양자점을 감싸는 보호막을 더 포함하고, 상기 제1 태양 전지의 밴드갭은 상기 코어의 밴드갭보다 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, further comprising a protective film surrounding the quantum dot, the band gap of the first solar cell may be smaller than the band gap of the core.
본 발명의 일시예에 따른 다른 물질로 이루어진 반도체 이종접합 구조를 가진 콜로이달(Colloidal) 반도체 양자점의 합성은 복잡한 성장 장비나 어려운 공정을 하지 않는다. 따라서, 반도체 양자점의 합성은 저렴하게 수행될 수 있다. 상기 양자점은 밴드갭의 큰 차이를 가진 이종접합구조를 포함한다. 따라서, 상기 양자점은 광대역 파장의 빛을 용이하게 흡수할 수 있다.Synthesis of a colloidal semiconductor quantum dot having a semiconductor heterojunction structure made of another material according to one embodiment of the present invention does not require complicated growth equipment or a difficult process. Therefore, the synthesis of the semiconductor quantum dots can be performed inexpensively. The quantum dot includes a heterojunction structure having a large difference in band gap. Thus, the quantum dot can easily absorb light of a wideband wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 자외선에서 적외선에 이르는 광대역파장의 빛을 흡수하고, 하나의 광자로 두 개 이상의 전자-정공 쌍을 형성하고, 전자-정공 쌍을 효율적으로 전류로 변환할 수 있다.A solar cell according to an embodiment of the present invention absorbs light having a broad wavelength ranging from ultraviolet rays to infrared rays, forms two or more electron-hole pairs with one photon, and efficiently converts the electron-hole pairs into currents. Can be.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지는 경제적인 제작비용, 공정의 용이성과 고효율 태양에너지 변환 등과 같은 장점으로 우수한 녹색 에너지자원으로 활용될 수 있다.The solar cell according to an embodiment of the present invention may be utilized as an excellent green energy resource with advantages such as economical manufacturing cost, ease of process, and high efficiency solar energy conversion.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 설명하는 도면이다.
도 2a는 도 1의 이종 접합 양자점을 설명하는 도면이다.
도 2b는 도 2a의 이종 접합 양자점의 밴드 다이어그램이다.1 is a view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram illustrating the heterojunction quantum dot of FIG. 1. FIG.
FIG. 2B is a band diagram of the heterojunction quantum dots of FIG. 2A. FIG.
통상적인 태양전지의 광전 변환 방법은 흡수되는 광자의 에너지에는 무관하고 오직 흡수된 광자의 수에 비례하여 전자-정공 쌍을 생성한다. 따라서, 높은 에너지를 가진 광자의 남는 에너지는 열로 손실되어 비효율적이다.Conventional photovoltaic conversion methods of solar cells produce electron-hole pairs that are independent of the energy of photons that are absorbed and are only proportional to the number of photons that are absorbed. Thus, the remaining energy of photons with high energy is lost as heat and is inefficient.
태양전지 기술은 1세대 단일접합 구조에서 2세대 탠덤(tandem)형 다중접합 구조로 변화하고 있다. 2세대 탠덤(tandem)형 다중접합 구조는 광대역 파장 흡수를 이용한 고효율 태양전지 기술이다. Solar cell technology is changing from the first generation single junction structure to the second generation tandem type multijunction structure. The second-generation tandem multijunction structure is a high efficiency solar cell technology using broadband wavelength absorption.
최근의 다중 엑시톤 발생(multiple exciton generation;MEG) 태양전지는 높은 에너지의 광자를 흡수하여 1 개의 전자-정공 쌍을 형성하고, 여기 상태에서 생성된 전자와 정공이 낮은 에너지 상태로 천이하면서 다른 1 개의 전자-정공 쌍을 생성하여 2 개 이상의 전자-정공 쌍을 생성할 수 있다.Recent multiple exciton generation (MEG) solar cells absorb high energy photons to form one electron-hole pair, and the other electrons and holes generated in the excited state transition to a lower energy state Electron-hole pairs can be generated to produce two or more electron-hole pairs.
고효율 태양전지는 자외선에서 적외선에 이르는 광대역 파장의 빛을 흡수하는 것, 2) 하나의 광자로 두 개 이상의 전자-정공 쌍을 형성하는 것, 3) 생성된 전자-정공 쌍을 효율적으로 전류로 변환하는 것을 요구한다. 이종접합 양자점을 이용한 태양전지는 위의 조건을 만족한다.High-efficiency solar cells absorb light at a broad wavelength from ultraviolet to infrared light, 2) form two or more electron-hole pairs with one photon, and 3) efficiently convert the generated electron-hole pairs into current. Requires to do. Solar cells using heterojunction quantum dots satisfy the above conditions.
화학적 합성으로 만들어지는 콜로이달(colloidal) 반도체 양자점은 경제성, 용이성, 응용성 측면에서 월등한 소재로 인정되어 많은 분야에서 응용되고 산업화되고 있다. 또한 콜로이달(Colloidal) 반도체 양자점은 복잡한 성장 장비나 어려운 공정 없이도 다른 물질로 이루어진 반도체 이종접합 구조를 저렴하게 합성할 수 있다. 이 이종 접합 구조는 하나의 양자점에 밴드갭이 많이 차이나는 물질을 합성하여 형성된다. 이에 따라, 이종접합 구조의 양자점은 광대역 파장의 빛을 용이하게 흡수할 수 있다. 이 양자점은 태양광을 흡수하여 복수의 전자-정공 쌍을 형성하고, 이 전자-전공 쌍은 비복사 공명 전달(non-radiative resonant transfer) 과정을 통하여 태양 전지에 전달된다. 따라서, 상기 태양 전지는 효율적으로 동작할 수 있다. Colloidal semiconductor quantum dots made by chemical synthesis are recognized as superior materials in terms of economy, ease, and applicability, and are being applied and industrialized in many fields. Colloidal semiconductor quantum dots can also inexpensively synthesize semiconductor heterojunction structures made of different materials without complicated growth equipment or difficult processes. This heterojunction structure is formed by synthesizing a material in which a band gap is significantly different in one quantum dot. Accordingly, the quantum dot of the heterojunction structure can easily absorb the light of the broadband wavelength. The quantum dots absorb sunlight to form a plurality of electron-hole pairs, which are transferred to the solar cell through a non-radiative resonant transfer process. Thus, the solar cell can operate efficiently.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 도 1의 이종 접합 양자점을 설명하는 도면이다.FIG. 2A is a diagram illustrating the heterojunction quantum dot of FIG. 1. FIG.
도 2b는 도 2a의 이종 접합 양자점의 밴드 다이어그램이다.FIG. 2B is a band diagram of the heterojunction quantum dots of FIG. 2A. FIG.
도 1, 도 2a 및 도 2b을 참조하면, 태양전지(200)는 n형 반도체층(232) 및 p 형 반도체층(236)을 포함하는 제1 태양전지(230), 및 제1 태양전지(230) 상에 배치되고 코어(core;210) 및 상기 코어(210)를 감싸는 셀(shell;220)을 가지는 이종 접합 양자점(202)을 포함한다. 상기 이종 접합 양자점(202)은 태양광을 흡수하여 형성한 전자-전공 쌍을 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer;FRET)을 통하여 상기 제1 태양 전지(230)에 전달한다.1, 2A, and 2B, the
제1 태양전지(230)는 종래의 PN 접합 태양 전지일 수 있다. 또는 상기 제1 태양 전지(230)는 N형 반도체층(232)과 P형 반도체층(236) 사이에 배치된 진성 반도체층(미도시)을 더 포함하는 PIN 구조일 수 있다. 상기 P형 반도체층의 두께는 수 나노미터(nm)일 수 있다.The first
상기 제1 태양 전지(230)는 상기 이종 접합 양자점(202)으로부터 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer;FRET)을 통하여 에너지를 전달받는다. 상기 코어(210)의 전자-정공 쌍은 FRET 상호 작용을 통하여 제1 태양 전지(230)에 에너지를 전달할 수 있다. 상기 제1 태양 전지(230)는 비복사 공명 전달(non-radiative resonant transfer) 과정을 통하여 에너지를 획득하여 전자-정공 쌍을 형성할 수 있다. 따라서, 태양광을 직접 받지 않고 상기 제1 태양 전지의 전류가 흐를 수 있다. 상기 제1 태양 전지의 밴드갭은 상기 코어(210)의 밴드갭보다 작아야 한다.The first
상기 제1 태양 전지(230)는 반도체( 실리콘, 게르마늄, III-V족 화합물계, II-VI족 화합물계) 또는 유기물 태양전지일 수 있다.The first
상기 제1 태양 전지(230)는 차례로 적층된 하부 전극(231), N 형 반도체층(232), P형 반도체층(236), 및 상부 전극(237)를 포함할 수 있다. 상기 하부 전극(231)은 상기 N형 반도체층(232)과 오옴익 콘택할 수 있다. 상기 상부 전극(237)은 상기 P형 반도체층(236)과 오옴익 콘택할 수 있다.The first
상기 P형 반도체층(236) 상에 라인 형상 또는 패드 형상의 상기 상부 전극(237)이 배치된다. 상기 상부 전극(237)이 배치되지 않은 영역에는 상기 이종 접합 양자점들(202)이 배치된다. 이종 접합 양자점들(202)과 접촉하는 상기 P형 반도체층(236) 또는 N형 반도체층은 수십 nm 이내일 수 있다. 이에 따라, 비복사 공명 전달을 통하여 전자-전공 쌍은 PN 접합 영역에 도달할 수 있다.The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 태양전지는 PbTe, PbSe, InAs일 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first solar cell may be PbTe, PbSe, InAs.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 태양전지는 차례로 적층된 하부 전극, P 형 반도체층, N형 반도체층, 및 상부 전극를 포함할 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the first solar cell may include a lower electrode, a P-type semiconductor layer, an N-type semiconductor layer, and an upper electrode sequentially stacked.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 태양전지는 진성 반도체층을 포함할 경우 진성 반도체층에 Si 양자점, Ge 양자점, In(Ga)As 양자점을 포함할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, when the first solar cell includes an intrinsic semiconductor layer, the intrinsic semiconductor layer may include Si quantum dots, Ge quantum dots, and In (Ga) As quantum dots.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 태양전지는 차례로 적층된 하부 전극, P 형 반도체층, 진성 반도체층, N형 반도체층, 및 상부 전극를 포함할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first solar cell may include a lower electrode, a P-type semiconductor layer, an intrinsic semiconductor layer, an N-type semiconductor layer, and an upper electrode which are sequentially stacked.
본 발명의 변형될 실시예에 따르면, 상기 제1 태양 전지는 CuInSe2 계열일 수 있다. p 형 반도체층은 CuInSe2일 수 있고, n형 반도체층은 CdS일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first solar cell may be a CuInSe 2 series. The p-type semiconductor layer may be CuInSe 2, and the n-type semiconductor layer may be CdS.
본 발명의 변형될 실시예에 따르면, 상기 제1 태양 전지는 III-V 족 계열로, p 형 반도체층은 n형 GaAs이고, n형 반도체층은 n형 GaAs일 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first solar cell is a group III-V series, the p-type semiconductor layer may be n-type GaAs, the n-type semiconductor layer may be n-type GaAs.
상기 이종 접합 양자점(202)은 상기 코어(210) 및 상기 코어(210)를 감싸는 셀(220)을 포함할 수 있다. 상기 코어(210)는 II-VI 족 화합물 또는 III-V 족 화합물을 포함할 수 있다. 상기 셀(220)은 적어도 한 쌍의 상기 코어(210)를 감싸는 베리어층(221,223) 및 상기 베이어층(221,223)을 감싸는 양자우물층(222,224)을 포함할 수 있다. 상기 베리어층(221,223)의 밴드갭은 상기 코어(210)의 밴드갭 및 양자우물층(222,24)의 밴드갭보다 크고, 상기 양자우물층(222,224)의 밴드갭은 상기 코어(210)의 밴드갭보다 클 수 있다.The
상기 셀(220)은 상기 코어(210)를 감싸는 제1 베리어층(221), 상기 제1 베리어층(221)을 감싸는 제1 양자우물층(222), 상기 제1 양자우물층(222)을 감싸는 제2 베리어층(223), 및 상기 제2 베리어층(223)을 감싸는 제2 양자우물층(224)을 포함할 수 있다. 상기 제2 양자우물층(224)의 밴드갭은 상기 제1 양자우물층(222)의 밴드갭보다 클 수 있다.The
구체적으로, 상기 코어(210)는 PbS이고, 상기 제1 베리어층(221) 및 제2 베리어층(223)은 ZnS이고, 상기 제1 양자우물층(222)은 CdSe이고, 상기 제2 양자우물층(224)은 CdS일 수 있다. 이 경우, 태양광의 자외선(UV) 성분 또는 파란색 성분은 상기 제2 양자우물층(224)에 흡수되어 가전자대(Valence Band;VB)에 정공(hole)을 형성하고, 전도대(Conduction Band;CV)에 전자를 형성할 수 있다(A1). 이어서, 상기 전자는 터널링을 통하여 상기 제2 베리어층(223), 제1 양자우물층(222), 및 제1 베리어층(221)을 통과하여 상기 코어(210)에 도달할 수 있다(A2). 또한, 상기 코어(210)에 도달한 전자는 중간 에너지 상태로 천이(transition)할 수 있다. 상기 천이는 상기 코어에 전자- 정공 쌍을 형성할 수 있다(A4). 또한, 상기 제2 양자우물층(224)의 상기 가전자대에 있던 정공은 터널링을 통하여 상기 제2 베리어층(223), 제1 양자우물층(222), 및 제1 베리어층(221)을 통과하여 상기 코어(210)에 도달할 수 있다(A5). 또한, 상기 코어(210)의 중간 에너지 상태에 있던 전자는 낮은 에너지 상태로 천이할 수 있다(A6). 상기 낮은 에너지 상태로 천이하는 전자는 상기 코어에 전자- 정공 쌍을 형성할 수 있다(A7). Specifically, the
이종접합 구조 양자점(202)에 흡수된 빛 중에 UV 및 파란색 파장을 갖는 광자(photon)은 하나 당 두 개 이상의 전자-정공 쌍을 형성할 수 있다. 즉, 이종접합 구조 양자점은 MEG(Multiple Exciton Generation)을 수행할 수 있다.Photons having UV and blue wavelengths in the light absorbed by the heterojunction structure
태양광의 녹색 성분은 제1 양자우물층(222)에 흡수되어 전자-정공 쌍을 형성한다(B1). 상기 전자는 터널링을 통하여 상기 제1 베리어층(221)을 통과하여 상기 코어(210)의 중간 에너지 상태에 도달할 수 있다(B2). 상기 중간 에너지 상태의 전자는 낮은 에너지 상태로 천이할 수 있다(B3). 상기 천이는 상기 코어(210)에 전자-정공 쌍을 형성할 수 있다(B5). 또한, 상기 제1 양자우물층(222)의 정공은 터널링을 통하여 상기 제1 베리어층(221)을 통과하여 상기 코어(210)에 도달할 수 있다.The green component of sunlight is absorbed by the first
적색을 포함한 1 μm이하의 적외선 대역의 광자는 상기 코어(210)에서 전자-전공 쌍을 형성할 수 있다. 한편, 1 μm 이상의 적외선 대역의 광자는 이종접합 구조 양자점에서 흡수되지 않고, 제1 태양 전지에 직접조사될 수 있다. 이 경우, 제1 태양 전지는 II-VI 화합물, III-V 화합물 및 IV 족 반도체 및 유기물일 수 있다. 제1 태양 전지는 1 μm 이상의 적외선 대역의 광자를 흡수할 수 있다.Photons in the infrared band of 1 μm or less, including red, may form electron-electron pairs in the
상기 이종 접합 양자점(202)은 복수의 양자 우물 구조(quantum well structure)를 가질 수 있다. 즉, 상기 양자 우물 구조는 서로 다른 영역에서 각각 UV, 파란색, 녹색을 흡수할 수 있다. 또한 상기 코어는 적색을 포함한 1 μm 이하의 적외선을 흡수할 수 있다. 상기 이종 접합 양자점(202)은 태양광의 거의 모든 파장에 대하여 전자-정공 쌍을 형성할 수 있다. 또한, 상기 이종 접합 양자점(202)은 UV, 파란색 및/또는 녹색에 대하여 2 개 이상의 전자- 정공 쌍을 형성할 수 있다.The
상기 이종 접합 양자점(202)에 의하여 형성된 전자- 정공 쌍은 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer;FRET)을 통하여 상기 제1 태양 전지(230)에 에너지를 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 태양 전지(230)의 광전 변환 효율은 증가될 수 있다. 상기 이종 접합 양자점은 PbS/ZnS/CdSe/ZnS/CdS 구조일 수 있다. 따라서 상기 이종 접합 양자점은 양자점-양자우물 (QD-QW)구조로 합성되어, 자외선 (300 nm)에서 적외선 (1000 nm) 영역에 이르는 태양광을 흡수할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 태양전지의 광전 변환 효율은 기존의 태양전지에 비하여 50 퍼센트 정도 증가할 수 있다.The electron-hole pair formed by the
보호막(203)은 상기 양자점(202)을 감쌀 수 있다. 상기 보호막(202)은 이미 가공된 양자점들을 상기 제1 태양 전지(230) 상에 도포하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 보호막(203)은 trioctylphosphine(TOP) 또는 trioctylphosphine oxide(TOPO)일 수 있다. The
상기 양자점을 상기 제1 태양전지에 모노레이어(monolayer)로 도포하기 위하여 LB 증착(Langmuir-Blodgett deposition) 기술 , LBL(layer by layer) 기술이 사용될 수 있다. 이종접합 양자점(202)은 제1 태양전지(230) 상에 모노레이어(monolayer)로 도포될 수 있다. 이에 따라, 이종접합 양자점(202)은 광대역 파장을 흡수하고 MEG을 통하여 다수의 전자-정공쌍을 생성한다. 생성된 전자-정공쌍은 제1 태양전지(230)에 FRET을 통하여 전달된다.In order to apply the quantum dot to the first solar cell as a monolayer, a Langmuir-Blodgett deposition (LB) technique and a layer by layer (LBL) technique may be used. The
이종접합 양자점(202)이 도포되는 상기 제1 태양 전지(230)의 표면은 피라미드 등과 같은 형태일 수 있다. 이에 따라, 이종접합 양자점(202)이 도포되는 표면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 태양 전지(230)의 표면에서 반사 또는 산란되는 태양광은 재흡수되어 광효율이 증가될 수 있다.The surface of the first
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.
202: 양자점
230: 제1 태양 전지
210: 코어
220: 셀202: quantum dots
230: first solar cell
210: core
220: cell
Claims (8)
상기 제1 태양전지 상에 배치되고, 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 셀(shell)을 가지는 이종 접합 양자점을 포함하고,
상기 이종 접합 양자점은 태양광을 흡수하여 형성된 전자-전공 쌍을 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer;FRET)을 통하여 상기 제1 태양 전지에 전달하고,
상기 셀은:
상기 코어를 감싸는 제1 베리어층;
상기 제1 베리어층을 감싸는 제1 양자우물층;
상기 제1 양자우물층을 감싸는 제2 베리어층;및
상기 제2 베리어층을 감싸는 제2 양자우물층을 포함하고,
상기 제2 양자우물층의 밴드갭은 상기 제1 양자우물층의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지.A first solar cell including an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer; And
A heterojunction quantum dot disposed on the first solar cell and having a core and a shell surrounding the core;
The heterojunction quantum dot absorbs sunlight and transfers an electron-electron pair formed to the first solar cell through Poster resonance energy transfer (FRET),
The cell is:
A first barrier layer surrounding the core;
A first quantum well layer surrounding the first barrier layer;
A second barrier layer surrounding the first quantum well layer; and
A second quantum well layer surrounding the second barrier layer,
The band gap of the second quantum well layer is larger than the band gap of the first quantum well layer.
상기 코어는 II-VI 족 화합물 또는 III-V 족 화합물을 포함하고,
상기 제1 베리어층의 밴드갭은 상기 코어 및 제1 양자우물층의 밴드갭보다 크고,
상기 제1 양자우물층의 밴드갭은 상기 코어의 밴드갭보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지.The method of claim 1,
The core comprises a Group II-VI compound or a Group III-V compound,
The bandgap of the first barrier layer is greater than the bandgap of the core and the first quantum well layer,
The band gap of the first quantum well layer is larger than the band gap of the core.
상기 코어는 PbS이고,
상기 제1 베리어층 및 제2 베리어층은 ZnS이고,
상기 제1 양자우물층은 CdSe이고,
상기 제2 양자우물층은 CdS인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
The core is PbS,
The first barrier layer and the second barrier layer is ZnS,
The first quantum well layer is CdSe,
The second quantum well layer is a solar cell, characterized in that the CdS.
상기 제1 태양전지는 III-V 족 화합물, IV 족 반도체, 및 유기물인 것을 특징으로 하는 태양전지.5. The method of claim 4,
The first solar cell is a group III-V compound, a group IV semiconductor, and an organic material, characterized in that the solar cell.
상기 제1 태양전지는:
상기 N형 반도체층과 상기 P형 반도체층 사이에 배치된 진성 반도체층을 더 포함하고,
상기 진성 반도체층은 Si 양자점, Ge 양자점, InAs 양자점, 또는 InGaAs 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
The first solar cell is:
Further comprising an intrinsic semiconductor layer disposed between the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer,
The intrinsic semiconductor layer includes a Si quantum dot, a Ge quantum dot, an InAs quantum dot, or an InGaAs quantum dot.
상기 N형 반도체층 또는 상기 P 형 반도체층은 상기 이종 접합 양자점과 접촉하도록 배치되고,
상기 N형 반도체층 또는 상기 P형 반도체의 두께는 수 나노미터(nm)인 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
The N-type semiconductor layer or the P-type semiconductor layer is disposed in contact with the heterojunction quantum dot,
The N-type semiconductor layer or the thickness of the P-type semiconductor is a solar cell, characterized in that several nanometers (nm).
상기 양자점을 감싸는 보호막을 더 포함하고,
상기 제1 태양 전지의 밴드갭은 상기 코어의 밴드갭보다 작은 것을 특징으로 하는 태양전지.The method according to claim 1,
And a protective film surrounding the quantum dots,
Wherein a band gap of the first solar cell is smaller than a band gap of the core.
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