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KR101815169B1 - 태양전지 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

태양전지 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101815169B1
KR101815169B1 KR1020160081754A KR20160081754A KR101815169B1 KR 101815169 B1 KR101815169 B1 KR 101815169B1 KR 1020160081754 A KR1020160081754 A KR 1020160081754A KR 20160081754 A KR20160081754 A KR 20160081754A KR 101815169 B1 KR101815169 B1 KR 101815169B1
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최택집
김덕종
이학주
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한국기계연구원
재단법인 파동에너지 극한제어 연구단
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Abstract

본 발명은 태양전지 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 점(nano dot)을 이용하여 향상된 광전효과를 갖는 태양전지 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해 태양전지 소자는 기판; 기판의 상부에 증착되는 강유전체층; 강유전체층의 상부에 증착되는 상부 전극층; 및 강유전체층의 상부에 증착되는 나노 점(nano dot);을 포함한다.

Description

태양전지 소자 및 그 제조방법{SOLAR CELL DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양전지 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 나노 점(nano dot)을 이용하여 향상된 광전효과를 갖는 태양전지 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는, 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍이 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.
종래 태양전지의 효율을 높이기 위해 고안된 고효율 태양전지 구조의 하나인 함몰전극구조의 태양전지(BCSC : buried contact solar cell)에서는 태양전지의 전면에 홈을 형성하고 홈의 내부를 도전성 물질로 충진시킴으로써 전면의 금속전극이 함몰된 형태로 형성된 구조이다. 이러한 BCSC 구조에서는 표면의 부동화(passivation) 효과 및 반사방지(anti-reflection) 효과를 얻기 위해, 홈을 제외한 나머지 전면 상에 SiO2 를 증착한다. SiO2 증착 이외에도, 반사방지막으로는 TiO2, MgF2, ZnS, SiNx 등을 사용하기도 하고, 표면의 부동화를 위해서는 이온주입, 플라즈마에 의한 수소화처리, 플라즈마 화학기상증착(PECVD : plasma enhanced chemical vapor deposition)에 의한 SiNx 증착 등의 방법을 이용하기도 한다.
또한, BCSC 구조에서는 후면전극으로 Al을 증착하고 열처리하여 고농도로 도핑된 영역을 형성시킴으로써, 후면필드(back surface field : BSF) 효과에 의해 개방전압(open-circuit voltage)을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시킨다.
그러나, 상기 BCSC구조에서는 후면전극으로 증착된 Al의 열처리 과정에서 발생한 손상(damage)에 의해 표면에서의 전자-정공의 재결합이 증가하는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해 후면전극 역시 홈 형태로 함몰되도록 제조하는 양면함몰전극(DSBC : double side buried contact) 구조의 태양전지를 도입하였으나, DSBC 구조 또한 후면전극과 유리접합층(floating junction layer) 사이에 분로(shunt path)가 형성됨으로써 후면필드 효과가 줄어드는 문제점이 발생하였다.
그리하여 최근에는 기존의 실리콘 웨이퍼 기반의 pn 접합을 대체할 수 있는 저렴하고 효율이 높은 태양전지에 대한 기술의 필요성이 대두되고 있고, 그 하나의 방법으로, 강유전체 물질을 사용하는 기술이 제시되고 있다. 미국 특허 제4365106호는 강유전체 물질의 온도에 따른 분극량의 변화를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 기술을 제시하고 있다. 금속-절연체-반도체(MIS : metalinsulator-semiconductor) 구조에서 절연체로서 강유전체를 사용하는데 외부에서 들어온 빛에 의해서 강유전체의 온도가 바뀔 수 있고 이 경우 강유전체의 표면 분극 전하량이 변하면서 전하가 생성된다. 이렇게 생성된 전하는 강유전체와 반도체 사이에 강한 전기장을 형성하게 되고 반전층(inversion layer)이 형성되어 결국 pn 접합의 역할을 할 수 있게 된다. 따라서 또 다른 외부 빛에 의해서 생성된 전자와 정공의 쌍이 이렇게 생성된 내부 전기장에 의해서 분리되어 일반적인 태양전지와 같은 전력을 생산하게 된다. 그러나, 이러한 방법에서는 강유전체와 반도체의 pn 접합 계면에서 이종접합(hetero-junction)을 이루어 계면에서의 전자와 정공의 재결합에 의한 손실이 커질 뿐만 아니라 강유전체의 절연성으로 인해 실제로 전하가 잘 움직이지 못하여 태양전지의 효율이 매우 낮은 문제점을 가지고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0786855호에도 강유전체를 이용한 태양전지를 개시하고 있는데, 이러한 태양전지 또한 개방전압(Open-circuit voltage)은 우수하나, 광전류(단락전류, Short-circuit current)는 아주 낮다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 강유전체를 이용한 태양전지의 단점을 극복하여 보다 향상된 광전효과를 갖는 태양전지 소자 및 태양전지에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0786855호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 강유전체층과 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 하는 나노 점(nano dot)을 이용하여 효율이 향상된 태양전지 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 기판; 기판의 상부에 증착되는 강유전체층; 강유전체층의 상부에 증착되는 상부 전극층; 및 강유전체층의 상부에 증착되는 나노 점(nano dot);을 포함하는 태양전지 소자 또는 기판; 기판의 상부에 증착되는 하부 전극층; 하부 전극층의 상부에 증착되는 강유전체층; 강유전체층의 상부에 증착되는 상부 전극층; 및 강유전체층의 상부에 증착되는 나노 점(nano dot);을 포함하는 태양전지 소자에 의해 달성될 수 있다.
이때, 기판은 타이타늄산스트론튬(SrTiO3)으로 제조될 수 있고, 강유전체층은 비스무스철산화물(BiFeO3)로 제조될 수 있으며, 상부 전극층은 백금(Pt)으로 제조될 수 있다.
또한, 나노 점(nano dot)은 이산화바나듐(VO2)으로 제조될 수 있고, 하부 전극층은 La1-xSrxMnO3(LSMO)로 제조될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 기판의 상부에 강유전체층을 증착하는 단계; 강유전체층의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층을 전사하는 단계; 산화 알루미나층 상부에 나노 점(nano dot)을 증착하는 단계; 산화 알루미나층을 제거하는 단계; 및 강유전체층의 상부에 상부 전극층을 증착하는 단계;를 포함하는 태양전지 소자의 제조방법 또는 기판의 상부에 하부 전극층을 증착하는 단계; 하부 전극층의 상부에 강유전체층을 증착하는 단계; 강유전체층의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층을 전사하는 단계; 산화 알루미나층 상부에 나노 점(nano dot)을 증착하는 단계; 산화 알루미나층을 제거하는 단계; 및 강유전체층의 상부에 상부 전극층을 증착하는 단계;를 포함하는 태양전지 소자의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 강유전체층을 증착하는 단계는, 펄스 레이저 증착법(PLD)을 사용하여 강유전체층을 증착할 수 있고, 나노 점(nano dot)을 증착하는 단계는, 펄스 레이저 증착법(PLD)을 사용하여 나노 점(nano dot)을 증착할 수 있으며, 상부 전극층을 증착하는 단계는, 전자빔 증착법을 사용하여 상부 전극층을 증착할 수 있다.
또한, 하부 전극층을 증착하는 단계는, 펄스 레이저 증착법(PLD)을 사용하여 하부 전극층을 증착할 수 있다.
본 발명에 따르면, 강유전체층의 상부에 나노 점(nano dot)을 증착함으로써 광전류(단락전류, short-circuit current)가 증가되어 효율이 향상된 태양전지 소자를 제조할 수 있는 효과를 가진다.
구체적으로, 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 하는 나노 점(nano dot)을 강유전체층의 상부에 증착함으로써 상온 및 고온에서 태양전지 소자의 광전효과를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 효율이 향상된 태양전지를 생산할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수평방향)의 상온(a) 및 고온(b)에서의 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수직방향)의 상온(a) 및 고온(b)에서의 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(100)는 수평방향(in-plane) 태양전지 소자로서, 기판(10); 기판(10)의 상부에 증착되는 강유전체층(20); 강유전체층(20)의 상부에 증착되는 상부 전극층(30, 31); 및 강유전체층(20)의 상부에 증착되는 나노 점(nano dot)(40);을 포함한다. 종래의 태양전지 소자와 달리, 강유전체층(20)과 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 하는 나노 점(nano dot)(40)을 강유전체층(20)의 상부에 증착함으로써 단락전류를 개선할 수 있고, 이를 통해 우수한 효율을 갖는 태양전지를 생산할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 기판(10)은 높은 유전상수 값을 가지고, 강유전체층(20)과 격자상수가 비슷한 소재를 사용하여 제조할 수 있다. 이러한 성질을 갖는 물질이라면 공지의 여러 가지 물질을 사용할 수 있고, 후술하는 강유전체층(20)을 비스무스철산화물(BiFeO3, BFO)로 제조할 경우, 타이타늄산스트론튬(SrTiO3, STO)으로 제조하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 강유전체층(20)은 자연상태에서 전기편극을 가지고 있는 강유전체 물질을 이용하여 제조되는 것으로서, 기판(10)의 상부에 증착된다. 강유전체층(20)을 기판(10)의 상부에 증착할 때에는 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD)을 사용하여 증착할 수 있고, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 스퍼터링 등의 방법을 사용할 수도 있다. 강유전체층(20)은 공지의 다양한 강유전체 물질을 사용할 수 있지만, 기판(10)을 타이타늄산스트론튬(SrTiO3, STO)으로 제조할 경우, 격자상수가 비슷한 비스무스철산화물(BiFeO3, BFO)로 제조하는 것이 바람직하다. BFO는 2.8 eV의 밴드갭을 갖는 산화물 반도체로 가시광선을 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있으며, 자발 전기 분극을 가지고 있기 때문에 내부 전기장에 의한 광전기 효과를 보인다.
일 실시예에 있어서, 나노 점(nano dot)(40)은 나노 미터(nm) 수준의 입자 크기를 가지는 물질을 의미하고, 각각의 특성에 따라 감지용(sensing), 화상 형성용(imaging), 태양 전지용(solar), 광학 장치 등으로 이용되고 있으며, 태양전지 소자의 강유전체층(20)의 상부에 증착될 수 있다. 나노 점(nano dot)(40)은 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD)을 사용하여 증착할 수 있는데, 구체적으로, 강유전체층(20)의 상부에 다수의 기공을 갖는 산화 알루미나층을 전사한 후, PLD를 사용하여 나노 점(nano dot)(40)을 산화 알루미나층의 상부에 증착한 후, 산화 알루미나층을 물리적으로 제거함으로써 강유전체층(20)의 상부에 증착할 수 있다. 이때, 산화 알루미나층의 기공은 다양하게 설정할 수 있고, 100nm의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
나노 점(nano dot)(40)은 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 가지는 여러가지 물질을 사용하여 증착될 수 있고, 바람직하게는, 이산화바나듐(VO2)으로 제조될 수 있다. 이산화바나듐(VO2)은 상온(약 25℃)에서 반도체 성질을 가지고 있어 빛이 인가되었을 때, 전하주입층(charge carrier injection layer)의 역할을 수행하고, 고온(본 명세서에서 고온은 70℃ 이상을 의미한다.)에서는 금속 성질을 가지고 있어 빛이 인가되었을 때, 열전하주입층(hot carrier injection layer)의 역할을 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상부 전극층(30, 31)은 강유전체층(20)의 상부에 증착되는 것으로서, 나노 점(nano dot)(40)이 증착되지 않은 영역에 증착될 수 있다. 즉, 상술한 것처럼, 다수의 기공을 가지는 산화 알루미나층을 이용하여 나노 점(nano dot)(40)을 증착시킨 후, 산화 알루미나층을 제거하고, 나노 점(nano dot)(40)이 증착되어 있지 않은 영역에 상부 전극층(30, 31)을 형성한다. 상부 전극층(30, 31)은 다양한 물질을 이용하여 제조할 수 있고, 바람직하게는 백금 전극을 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수평방향)(100)의 상온(a) 및 고온(b)에서의 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여, 상술한 태양전지 소자(100)의 메커니즘을 설명한다. 이때, 기판(10)은 STO, 강유전체층(20)은 BFO, 나노 점(nano dot)(40)은 VO2로 제조된 것으로 설명한다.
PLD법을 이용하여 STO 기판(10) 위에 성장시킨 BFO는 기본적으로 아래 방향으로 분극을 갖는다. 빛이 소자에 인가되어 BFO에서 전자와 정공이 분리가 되고, 전자는 분극 방향으로, 전하는 분극 반대 방향으로 이동한다. VO2가 상온에서는 반도체 성질을 가지고, BFO보다 작은 밴드갭(band-gap)을 갖기 때문에 전자 밴드구조 정렬로 인하여 전하(정공)을 아래에 위치한 BFO로 주입하게 된다. 반면, VO2가 금속 성질을 가지는 고온에서는 빛이 VO2 나노 점(nano dot)(40)에서 표면 플라즈몬 효과(Surface plasmon effect)가 발생하여 열전하가 아래에 위치한 BFO 박막으로 전하(전자)를 주입해주게 된다. 이러한 원리들로 인하여 상온 및 고온에서 더 향상된 광전효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수평 방향)(100)의 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수평 방향)(100)의 제조방법은 기판(10)의 상부에 강유전체층(20)을 증착하는 단계; 강유전체층(20)의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층을 전사하는 단계; 산화 알루미나층 상부에 나노 점(nano dot)(40)을 증착하는 단계; 산화 알루미나층을 제거하는 단계; 및 강유전체층(20)의 상부에 상부 전극층(30, 31)을 증착하는 단계;를 포함한다. 태양전지 소자 각 구성에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 부분에 있어서는 생략한다.
일 실시예에 있어서, 기판(10)의 상부에 강유전체층(20)을 증착하는 단계는 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD)을 사용하여 증착할 수 있다. 이때, PLD 공정조건은 온도 520℃~600℃, 산소 분압 20~100 mTorr, 레이저 파워 1~ 2 J/cm2 및 10Hz인 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 강유전체층(20)의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층(Anodic Aluminium Oxide, AAO)을 전사하는 단계는 양극산화법으로 성장한 산화 알루미나층을 사용하여 전사할 수 있다. 구체적으로, 산화 알루미나층은 전해연마 과정, 1차 산화과정, 식각 과정, 2차 산화과정 및 기공 확장 과장을 통해 제조할 수 있고, 나노 점(nano dot)(40)을 증착하기 위하여 90~100nm의 직경을 갖는 기공을 형성하는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 산화 알루미나층 상부에 나노 점(nano dot)(40)을 증착하는 단계는 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD)을 사용하여 증착할 수 있다. 이때, PLD 공정조건은 온도 400℃~500℃, 산소 분압 1 ~ 50 mTorr, 레이저 파워 0.5~1 J/cm2 및 5Hz 인 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 산화 알루미나층을 제거하는 단계는 강유전체층(20) 상부에 나노 점(nano dot)(40)이 증착된 후, 상부 전극층(30, 31)을 형성하기 위하여 산화 알루미나층을 제거하는 단계로서, 물리적인 방법에 의해 제거할 수 있고, 산화 알루미나층을 제거한 후에는 전자빔 증착법(e-beam evaporator)을 사용하여 나노 점(nano dot)(40)이 증착되지 않은 강유전체층(20)의 상부 영역에 상부 영역에 상부 전극층(30, 31)을 증착할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(200)는 수직 방향(out-of-plane) 태양전지 소자로서, 기판(10); 기판(10)의 상부에 증착되는 하부 전극층(50); 하부 전극층(50)의 상부에 증착되는 강유전체층(20); 강유전체층(20)의 상부에 증착되는 상부 전극층(30, 31); 및 강유전체층(20)의 상부에 증착되는 나노 점(nano dot)(40);을 포함한다. 종래의 태양전지 소자와 달리, 강유전체층(20)과 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 하는 나노 점(nano dot)(40)을 강유전체층(20)의 상부에 증착함으로써 단락전류를 개선할 수 있고, 이를 통해 우수한 효율을 갖는 태양전지를 생산할 수 있다.
수직 방향 태양전지 소자(200)의 경우, 수평 방향 태양전지 소자와 달리, 기판(10)의 상부에 강유전체층(20)을 증착하기 전에 하부 전극층(50)을 증착한다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하되, 기판(10), 강유전체층(20), 상부 전극층(30, 31) 및 나노 점(nano dot)(40)에 대해서는 상술한 수평 방향 태양전지 소자에서 설명하였으므로 생략하고, 하부 전극층(50)에 대해서만 설명한다.
일 실시예에 있어서, 하부 전극층(50)은 기판(10) 및 강유전체층(20)의 사이에 위치할 수 있고, 하부 전극층(50)은 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD)을 사용하여 기판(10)의 상부에 증착할 수 있다. 하부 전극층(50)은 도전성 산화물을 이용하여 제조할 수 있고, La1-xSrxMnO3(LSMO)로 제조하는 것이 바람직하며, La0.8Sr0.2MnO3(LSMO)로 제조하는 것이 더욱 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수직 방향)(200)의 상온(a) 및 고온(b)에서의 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하여, 상술한 태양전지 소자(200)의 메커니즘을 설명한다. 이때, 기판(10)은 STO, 하부 전극층(50)은 La0.8Sr0.2MnO3(LSMO), 강유전체층(20)은 BFO, 나노 점(nano dot)(40)은 VO2로 제조된 것으로 설명한다.
PLD법을 이용하여 La0.8Sr0.2MnO3 박막 위에 성장시킨 BFO는 기본적으로 윗방향으로 분극을 갖는다. 빛이 소자에 인가되어 BFO에서 전자와 정공이 분리가 되고 전자는 분극 방향으로, 전하는 분극 반대 방향으로 이동한다. VO2가 상온에서는 반도체 성질을 가지기 때문에 전자 밴드구조 정렬로 인하여 전하(정공)을 아래에 위치한 BFO로 주입하게 된다. 반면, VO2가 금속 성질을 가지는 고온(70℃ 이상)에서는 빛이 VO2 나노 점(nano dot)(40)에서 표면 플라즈몬 효과(Surface plasmon effect)가 발생하여 열전하가 아래에 위치한 BFO 박막으로 전하(전자)를 주입해주게 된다. 이러한 원리들로 인하여 상온 및 고온에서 더 향상된 광전효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수직 방향)(200)의 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 소자(수직 방향)(200)의 제조방법은 기판(10)의 상부에 하부 전극층(50)을 증착하는 단계; 하부 전극층(50)의 상부에 강유전체층(20)을 증착하는 단계; 강유전체층(20)의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층을 전사하는 단계; 산화 알루미나층 상부에 나노 점(nano dot)(40)을 증착하는 단계; 산화 알루미나층을 제거하는 단계; 및 강유전체층(20)의 상부에 상부 전극층(30, 31)을 증착하는 단계;를 포함한다. 이하 구체적으로 설명하되, 태양전지 소자의 구성 및 수평 방향 태양전지 소자와 중복되는 부분은 생략하고, 하부 전극층(50)의 증착단계에 대해서만 설명한다.
일 실시예에 있어서, 기판(10)의 상부에 하부 전극층(50)을 증착하는 단계는 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD)을 사용하여 증착할 수 있다. 이때, PLD 공정조건은 온도 570~625℃, 산소 분압 20~100 mTorr, 레이저 파워 1~2 J/cm2 및 5~10Hz인 것이 바람직하다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
100 : 수평 방향 태양전지 소자
200 : 수직 방향 태양전지 소자
10 : 기판
20 : 강유전체층
30, 31 : 상부 전극층
40 : 나노 점(nano dot)
50 : 하부 전극층

Claims (13)

  1. 기판;
    기판의 상부에 증착되는 강유전체층;
    강유전체층의 상부에 증착되는 상부 전극층; 및
    강유전체층의 상부에 증착되고, 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 하는 나노 점(nano dot);을 포함하되,
    상부 전극층은 나노 점이 증착되지 않은 강유전체층의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  2. 기판;
    기판의 상부에 증착되는 하부 전극층;
    하부 전극층의 상부에 증착되는 강유전체층;
    강유전체층의 상부에 증착되는 상부 전극층; 및
    강유전체층의 상부에 증착되고, 온도에 따라서 금속성 및 반도체성으로 상변화를 하는 나노 점(nano dot);을 포함하되,
    상부 전극층은 나노 점이 증착되지 않은 강유전체층의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기판은 타이타늄산스트론튬(SrTiO3)으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    강유전체층은 비스무스철산화물(BiFeO3)로 제조되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상부 전극층은 백금(Pt)으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    나노 점(nano dot)은 이산화바나듐(VO2)으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  7. 제2항에 있어서,
    하부 전극층은 La0.8Sr0.2MnO3(LSMO)로 제조되는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자.
  8. 기판의 상부에 강유전체층을 증착하는 단계;
    강유전체층의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층을 전사하는 단계;
    산화 알루미나층에 형성된 기공에 나노 점을 증착하여 강유전체층의 상부에 나노 점(nano dot)을 증착하는 단계;
    산화 알루미나층을 제거하는 단계; 및
    나노 점이 증착되지 않은 강유전체층의 상부에 상부 전극층을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자의 제조방법.
  9. 기판의 상부에 하부 전극층을 증착하는 단계;
    하부 전극층의 상부에 강유전체층을 증착하는 단계;
    강유전체층의 상부에 다수의 기공을 포함하는 산화 알루미나층을 전사하는 단계;
    산화 알루미나층에 형성된 기공에 나노 점을 증착하여 강유전체층의 상부에 나노 점(nano dot)을 증착하는 단계;
    산화 알루미나층을 제거하는 단계; 및
    나노 점이 증착되지 않은 강유전체층의 상부에 상부 전극층을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자의 제조방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 강유전체층을 증착하는 단계는,
    펄스 레이저 증착법(PLD)을 사용하여 강유전체층을 증착하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자의 제조방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 나노 점(nano dot)을 증착하는 단계는,
    펄스 레이저 증착법(PLD)을 사용하여 나노 점(nano dot)을 증착하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자의 제조방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상부 전극층을 증착하는 단계는,
    전자빔 증착법을 사용하여 상부 전극층을 증착하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 하부 전극층을 증착하는 단계는,
    펄스 레이저 증착법(PLD)을 사용하여 하부 전극층을 증착하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 소자의 제조방법.
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