태양전지의 반사방지막, 태양전지, 태양전지의 제조방법 document_id A220623061606

지구상의 화석연료가 고갈되어가고 있고, 또한 화석연료의 사용으로 인해 지구환경의 오염이 심각해지고 있다. 이에 따라, 에너지 문제는 지구 상에서 급히 해결해야 할 가장 중요한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 화석연료를 대체할 수 있는 청정한 신 재생 에너지에 대한 요구가 절실해지고 있는데 가장 유망한 것이 바로 태양광이다. 태양광은 태양과 지구가 존재하는 한 지속적으로 공급되며, 또한 대기오염을 일으키지 않는 가장 이상적인 재생 에너지이다. 태양전지는 태양광을 이용하여 빛을 전기로 바꾸는 전지를 말하는데, 정공에 의해 전도가 발생하는 p형 반도체와 전자에 의해 전도가 발생하는 n형 반도체를 접합시켜 빛에 의하여 전자와 정공 전하가 생성되어 전류가 흐르게 되면서 광기전력이 발생되는 원리를 이용한 것이 바로 태양광 전지이다. 태양전지의 출력은 단락전류 Isc와 개방전압 Voc의 곱으로 구성되는데, 태양에서 전해오는 모든 빛을 전기로 변환하는 변환효율은 단락전류나 개방전압을 높이거나 출력전류전압 곡선이 정사각형(Isc×Voc)에 가까운 정도를 나타내는 fill factor (FF)를 높여야 한다. 이 중 단락전류를 높여서 효율을 향상시키는 방법은 태양전지의 광흡수층에서 빛이 얼마나 흡수되는 가와 그 표면에서 빛이 반사되지 않고 전달되는 반사율 감소와 밀접한 관련이 있다. 따라서 박막 태양전지의 경우 유리 기판 위에 반사방지막을 증착하여 빛이 최대한 광흡수층에 전달되도록 하는 방법을 사용하며, 불투명 전면전극의 면적을 최소화한다. 또한, 전면전극은 투명전극(TCO)을 사용하고, 실리콘 질화물이나 타이타늄-실리콘 산화막을 반사방지막으로 사용하여 반사를 방지하고 효율을 높이려 하였다. 하지만, 광대역의 파장에 걸친 반사방지 특성이나 다양한 입사각에 대한 반사방지 특성을 확보하는 데에 미흡하다. 다양한 입사각에 대한 반사방지 특성을 확보하기 위하여 투명전극이나 실리콘 웨이퍼의 전면을 알칼리 용액으로 식각하여 요철을 형성하여 반사율을 감소시키는 방법이 제안되었으며, 이를 텍스쳐링(texturing)이라 한다. 그러나, 다결정 실리콘 웨이퍼에서는 결정면에 따른 식각 속도의 차이로 인해 표면 텍스쳐링이 불균일하여 텍스쳐링에 의한 반사율 감소 효과는 그다지 큰 것이 아니었다. 이를 해결하고자 하는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔으며, 최근에는 cross-linking 구조를 이용하여 polymer로 광포획층을 만들기도 하였다. 하지만, 박막 실리콘 태양전지에서 이것이 얼마나 효과적으로 반사방지 기능을 할 수 있는지는 미지수이며, 광대역의 파장에 대한 반사방지 특성을 확보하기에는 미흡하다. 또한 후면전극을 이용하여, 이를 texturing하기도 하여 후면의 반사도를 높이는데 활용되기도 하지만, 금속 전극의 경우 빛을 일부 흡수하기도 하여, 그리 큰 도움이 되지 못하였다. 최근에 유리 기판에 대한 반사방지막으로 SiO2와 TiO2를 스퍼터링 방식으로 lamination 즉, 미세하게 다층으로 구성하여 굴절율 기울기를 갖게 하여 제조한 기술이 개시되고 있으나, SiO2와 TiO2의 화합물 형태가 아닌 혼합층으로 구성하였으며, 제조공정이 매우 복잡하고, 반사방지 역할은 유리 기판에만 국한되어 있다는 단점이 있다.