JP2010517313A - 半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池 - Google Patents

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Abstract

結晶質シリコン薄膜を使用する半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池であって、透明基板と、反射防止膜と、第１透明電極と、発電領域と、第２透明電極と、絶縁膜とを含む半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池を提供する。発電領域は、結晶質シリコン薄膜を含む。したがって、半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池は、従来の非晶質薄膜を使用する半透明薄膜太陽電池に比べて製造工程が単純であり、そして、追加の装置なしに、結晶質薄膜の厚さを調節することにより透過率を調節することができる。

Description

本発明は、太陽電池に関するものであり、さらに詳細には、従来の不透明な薄膜太陽電池と同様な構造を有しつつ発電領域に結晶質シリコン薄膜を使用することで、製造方法を簡単にして製造工程時間を減らした半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池(semitransparent crystalline silicon thin film solar cell)に関するものである。
半透明の太陽電池は、主に建物の窓や屋根の素材として使われて、美観とエネルギーの獲得を同時に満足することができるシステムの核心を成す素材として、幅広い開発と適用がなされている。特に、外部光の一部を透過して外部の状況を建物の内部から見ることができ、透過しない光の部分を太陽発電システムに利用する。
図１は、従来の半透明薄膜太陽電池の構造を示す図面である。
図１を参照すると、従来の半透明薄膜太陽電池は、透明な硝子基板１１０の上に形成した反射防止膜１２０と、反射防止膜１２０上に形成した第１透明電極１３１、１３２及び太陽電池（セル）１４１、１４２と、その上に形成された第２透明電極１５１、１５２と、を含んでいる。また、必要に応じて、セルを電極から絶縁するための絶縁膜１６１、１６２を形成することができる。上述のような構造は、薄膜太陽電池の一般的な構造であり、その一般的な薄膜太陽電池を半透明化するためには、二つの透明電極が接続される領域１８０と、発電がなされる領域１７１、１７２との割合を調節して、光の透過率を調節する。
例えば、１０％の透過率が要求される場合、透明領域１８０と不透明領域１７１、１７２との割合を１:９の比率で調節する。この場合、透過光を通じて事物を見るためには、透明領域１８０の間の間隔を緻密にしなければならない。したがって、多くの場合、透明領域間の間隔は数ｍｍ以下にされる。このような透明領域間の緻密な間隔には、微細なパターンの形成が必要になるので、半透明太陽電池の製造時間と製造価格を上昇させる。
レーザースクライバー(laser scriber)を使用してパターンを形成し、透明領域と不透明領域との間隔が１ｍｍである場合、長さ１ｍの半透明太陽電池を製造するためには、レーザースクライバーにより１０００回以上の操作を行って、ラインを形成しなくてはならない。セルとセルとの間隔が１ｃｍ以下で、長さ１ｍの不透明な太陽電池を製造するために、レーザースクライバーによる約１００回程度の操作を行ってラインを形成する場合に比べると、不透明な薄膜太陽電池の製造に必要なレーザースクライバーに対して、多くの装置と、１０倍以上の製造工程時間とが要求される。
本発明は、不透明薄膜太陽電池の構造と同様の構造を有しつつ発電領域に結晶質シリコン薄膜を使用することにより、製造方法を単純にして、製造工程時間を減らした半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池を提供する。
本発明の態様によれば、透明基板上に形成された反射防止膜と、当該反射防止膜上に形成された第１透明電極と、当該第１透明電極上に形成された発電領域と、当該発電領域上に形成された第２透明電極と、前記第１透明電極、前記発電領域及び第２透明電極を互いに絶縁するための絶縁膜と、を含む半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池であって、前記発電領域は結晶質シリコン薄膜を含むことを特徴とする半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池を提供する。
半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池は、太陽電池の装置として結晶質シリコン薄膜を使用する。結晶質薄膜シリコンは、一般的な薄膜太陽電池で使われる非晶質シリコンに比べて低い光吸収特性を示す。２．２ｅＶのエネルギーを有する赤色光の場合、単結晶シリコンの吸収係数は６×１０３／ｃｍであり、非晶質シリコンの吸収係数は４×１０４／ｃｍである。２．６ｅＶのエネルギーを有する緑色光の場合、単結晶シリコンの吸収係数は３×１０４／ｃｍであり、非晶質シリコンの吸収係数は２×１０５／ｃｍである。
光が、屈折率ｎ１、吸収係数ａ、長さＬを有する媒質を通過して、屈折率ｎ２を有する媒質に入射する場合、透過率は以下の数式１により得られる。
Figure 2010517313
数式１を用いて赤色光の透過率を計算すると、１μｍの厚さを有する非晶質薄膜と酸化スズ（ＳｎＯ）とを含む層を透過する赤色光の透過率は約８％であり、１μｍの厚さを有する結晶質薄膜と酸化スズＳｎＯとを含む層を透過する赤色光の透過率は約５０％である。本発明では、上述のような結晶質シリコンの性質を利用している。
従来の半透明薄膜太陽電池の構造を示す図面である。 本発明の実施形態に係る半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池の構造を示す図面である。
＜発明を実施するための最良の形態＞
以下に、添付した図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を詳しく説明する。
図２は、本発明の実施例による半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池の構造を示す図面である。
図２を参照すると、本発明の実施形態に係る半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池は、透明基板２１０と、透明基板２１０の上に形成された反射防止膜２２０と、反射防止膜２２０の上に形成された第１透明電極２３１、２３２と、第１透明電極２３１、２３２の上に形成された結晶質太陽電池領域２４１、２４２及び第２透明電極２５１、２５２とを含んでいる。さらに、セルを電極から絶縁するために、絶縁膜２６１、２６２が形成されている。一般に、透明電極は高い電気抵抗を有するので、接触抵抗を低下するために導電層２７０を形成してもよい。上述の構造において、透明基板２１０を透過した光は、反射防止膜２２０を通過して結晶質太陽電池領域２４１、２４２に入射する。入射光の一部は、結晶質シリコン層である結晶質太陽電池領域２４１、２４２により透過され、残りの部分は第２透明電極２５１、２５２により完全に透過される。
したがって、上述の構造において光の半透過が生じる領域２８１、２８２は、太陽電池領域と一致するようになる。したがって、図１のような一般的な半透明の太陽電池に比べて、セルとセルとの間隔を広くすることができる。さらに、表面全体を導電層２７０で覆う場合には、半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池は、不透明薄膜太陽電池として使用可能である。したがって、追加のレーザースクライバーを用いてパターンの形成をせずに、不透明薄膜太陽電池と同じ構造を使用して、半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池を製造することができる。また、結晶質薄膜の厚さを調節することで、光の透過率を調節することが可能である。
本発明は、詳しく図示され、その例示的な実施形態を参照して説明されたが、当業者であれば、添付された特許請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形式上の及び詳細についての多様な変形が可能であることを理解するであろう。
半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池は、結晶質シリコン薄膜を使用して透過率を高めるので、非晶質薄膜を使用した半透明薄膜太陽電池の製造工程に比べて単純である。さらに、不透明な太陽電池と同じ製造工程を使用するので、追加の装置が必要ない。そして、結晶質薄膜の厚さを調節することで透過率を調節できるので、非晶質薄膜を用いた半透明薄膜太陽電池とは異なり、透過率による製造工程の変更を必要としない。

Claims (4)

  1. 半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池であって、
    透明基板上に形成された反射防止膜と、
    前記反射防止膜上に形成された第１透明電極と、
    前記第１透明電極上に形成された発電領域と、
    前記発電領域上に形成された第２透明電極と、
    前記第１透明電極、発電領域及び第２透明電極を互いに絶縁するための絶縁膜と、
    を含み、
    前記発電領域は、結晶質シリコン薄膜を含むことを特徴とする半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池。
  2. 前記結晶質シリコン薄膜の厚さを調節することにより、前記発電領域の透過率を調節することを特徴とする請求項１に記載の半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池。
  3. 前記第２透明電極を隣接するセルの第１透明電極と電気的に連結する導電層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池。
  4. 前記導電層の大きさを調節して、透過率を調節することを特徴とする請求項３に記載の半透明結晶質シリコン薄膜太陽電池。
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