JP2011530830A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽電池は、基板100;基板100上に形成される下部電極111a;下部電極111a上に形成され、多数の多結晶半導体層211a、212a、213aが積層される多結晶光電素子210と、多結晶光電素子210上に形成され、多数の非晶質半導体層221、222、223が積層される非晶質光電素子220を含む光電素子部200a;及び光電素子部200a上に形成される上部電極400を含む。
【選択図】図2D

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関するものである。より詳細には、多結晶(polycrystalline)半導体層を含む光電素子と非晶質(amorphous)半導体層が積層されたタンデム型太陽電池及びその製造方法に関するものである。また、本発明は、光電変換効率及び信頼性を向上させると共に、製造コストの低い多数のタンデム(tandem)型太陽電池単位セルを直列方式で連結した太陽電池及びその製造方法に関するものである。
一般的に、従来の薄膜型太陽電池は、光電変換効率が高くても10%程度に過ぎないため、実際に商用化するには様々な難しさがあった。
このような問題点を克服するために、多数の単一接合型光電素子を積層させたタンデム型太陽電池や、多数の単一接合型光電素子を直列に連結させた直列連結型太陽電池が提案された。
まず、タンデム型太陽電池は、光吸収層のバンドギャップ(band gap)が互いに異なる多数の光電素子を互いに積層させた構造を採用することによって、より多様な波長帯を有する光を吸収して、より多量の電気を生産することができる。例えば、Saitoh等がプラズマ化学気相蒸着法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)を使用して製造したp、i、n型非晶質シリコン(amorphous Si;a−Si)/微小結晶質シリコン(microcrystalline Si;μc−Si)タンデム型のシリコン太陽電池の場合、1cm当りの初期変換効率は9.4%、安定化後の変換効率は8.5%であった。
しかしながら、Saitoh等が開発したタンデム型のシリコン太陽電池は、PECVDを利用して微小結晶質シリコンを製造する際、低い蒸着圧力と高い蒸着パワー条件が要求される。したがって、PECVD工程時間が非常に長くなり、PECVD工程条件も合せることが難しくて生産性が低下する問題点があった。
次に、直列連結型太陽電池は、光吸収層のバンドギャップが互いに同一の多数の光電素子を直列方式で連結させた構造を採用することによって、光吸収層の面積を増加させてより多量の電気を生産することができる。
図1は、従来の直列連結型太陽電池の構成を示す図面である。
まず、図面に示すように、従来の直列連結型太陽電池は、多数の単位セル領域a´と単位セル領域a´との間に位置する多数の配線領域b´を含む基板10が提供される。続いて、基板10上の単位セル領域a´には下部電極層11が形成され、下部電極層11上には半導体層が積層された光電素子部20が形成され、光電素子部20上には上部電極30が形成されることにより、1つの太陽電池単位セルを構成する。このとき、上部電極30は、隣接した他の太陽電池単位セルの下部電極層11と配線領域b´で接続されて連結されることによって、多数の光電素子部20が電気的に直列方式で連結される。
しかしながら、従来の直列連結型太陽電池は、配線領域b´において太陽電池単位セル同士を連結させる際、光電素子部20の側面と上部電極30とが短絡(short circuit)して不要に漏洩電流が発生するという問題点があった。また、従来の直列連結型太陽電池は、互いに隣接する太陽電池単位セルの下部電極層11間に配置される光電素子部20が、不純物のドーピングにより抵抗が低いn型またはp型半導体層から形成されるため、太陽電池単位セル間で短絡現象が発生する恐れがあり、それにより太陽電池の光電変換効率が低下するという問題点があった。
前述したような従来技術の諸問題点を解決するためになされた本発明は、多結晶光電素子と非晶質光電素子を積層した構造を採用し、積層された光電素子毎に互いに異なる波長の光を受光して光電変換効率を向上させる太陽電池及びその製造方法を提供することにその目的がある。
また、本発明の他の目的は、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する光電素子と上部電極との間の短絡現象を防止する太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明のまた他の目的は、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する太陽電池単位セルの下部電極層間の短絡現象を防止する太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、太陽電池単位セルの直列連結に必要とされる製造工程及び工程時間を短縮させて製造コストを節減する太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
前述した目的を達成するための本発明に係る太陽電池は、基板、前記基板上に形成される下部電極、前記下部電極上に形成され、多数の多結晶半導体層が積層される多結晶光電素子と、前記多結晶光電素子上に形成され、多数の非晶質半導体層が積層される非晶質光電素子を含む光電素子部、及び前記光電素子部上に形成される上部電極を含むことを特徴とする。
また、前述した目的を達成するための本発明に係る太陽電池の製造方法は、基板上に下部電極を形成する段階、前記下部電極上に光電素子部を形成する段階、及び前記光電素子部上に上部電極を形成する段階を含み、前記光電素子部は、前記下部電極上に形成される多数の多結晶半導体層が積層された多結晶光電素子と、前記多結晶光電素子上に形成される多数の非晶質半導体層が積層された非晶質光電素子とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、多結晶光電素子と非晶質光電素子とを積層した構造を採用することによって、光電素子毎に互いに異なる波長の光を受光することができ、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
また、本発明によれば、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する光電素子と上部電極との間の短絡現象を防止することができる。
また、本発明によれば、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する太陽電池単位セルの下部電極層間の短絡現象を防止することができる。
また、本発明によれば、太陽電池単位セルの直列連結に必要とされる製造工程及び工程時間を短縮させて製造コストを節減することができる。
従来の直列連結型太陽電池の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる六番目のステップを示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる六番目のステップを示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池の側壁絶縁層と電極接続層の製造方法に含まれる一番目のステップを示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池の側壁絶縁層と電極接続層の製造方法に含まれる二番目のステップを示す概略図である。
以下、本発明を実施できる特定実施形態を例示として示す添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。後述するこれらの実施形態は当業者が本発明を十分に実施できるように詳細に説明する。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要はないと理解しなければならない。例えば、ここに記載されている特定形状、構造及び特性は一実施形態に関連して本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱せずに他の実施形態として具現することができる。また、ここに開示したそれぞれの実施形態のうち、個別構成要素の位置または配置は、本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱せずに変更できることを理解するべきである。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味で扱うものでなく、本発明の技術的範囲は、適切に説明されるならば、その請求項に記載された本発明と均等な全ての技術的範囲と共に添付した特許請求範囲によって定められる。
タンデム型太陽電池の構造
図2Aから図2Dは、本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
以下では、説明の便宜のために、多数の単位セル領域aと、各単位セル領域a間に配置された配線領域bとを含む基板100における単位セル領域aを中心に説明する。
まず、図2Aを参照すれば、基板100を用意する。基板100の材質としては、透明材質または不透明材質両方が可能であり、基板100の素材は、グラス、プラスチック、シリコン、金属、SUS(ステンレス鋼)などを含むことができる。
このとき、基板100の表面は、テクスチャリング(texturing)処理を受けることができる。テクスチャリングとは、太陽電池の基板表面に入射される光の反射による光学的損失により、その特性が低下する現象を防止するために行われる表面処理であって、基板の表面を粗化すること、すなわち基板表面に凹凸状のパターンを形成することを含む。テクスチャリングで基板の表面が粗くなると、表面から一度反射された光が再反射されて入射光の反射率を減少させることにより、表面に入射する光量が増加して太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
また、基板100上には反射防止層(不図示)を形成することができる。反射防止層は、基板100を通じて入射された太陽光がシリコン層に吸収されることなく直ぐに外部に反射することによって、太陽電池の光電変換効率が低下する現象を防止する役割をする。反射防止層の素材としては、シリコン酸化物(SiO)、シリコン窒化物(SiN)を使用してもよいが、必ずしもこれに限定されるものではない。反射防止層の形成方法としては、低圧化学気相蒸着法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition;LPCVD)及びプラズマ化学気相蒸着法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)等を含むことができる。
続いて、基板100上に、導電性材料からなる下部電極111aを形成する。下部電極111aの素材は、接触抵抗が低いながら高温工程を進行しても電気的特性が低下しないモリブデン(Mo)、タングステン(W)、モリブデン−タングステン(MoW)、及びこれらの合金からなる群から選択されるいずれかであることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、一般的な導電性材料である銅、アルミニウム、チタニウム等、及びこれらの合金を含むことができる。下部電極の形成方法としては、熱蒸着法(Thermal Evapotraion)、電子ビーム蒸着法(E-beam Evaporation)、スパッタリング(Sputtering)のような物理気状蒸着法(Physical Vapor Deposition;PVD)及びLPCVD、PECVD、金属有機化学気相蒸着法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD)のような化学気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition;CVD)を含むことができる。
一方、下部電極111a上には透明導電性材料からなる反射層(不図示)をさらに形成することができる。すなわち、反射層は、下部電極111aと後に形成される多結晶光電素子210との間に位置する。反射層は、下部電極111aと電気的に接続されながらも、基板100の上側に入射される太陽光を反射して太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。反射層は、ZnOにAlが少量添加されたAZO(ZnO:Al)であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、通常的な透明導電性材料であるITO(Indium Tin Oxide)、ZnO(Zinc Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、及びSnOにフッ素(F)が少量ドーピングされたFSO(SnO:F)等を含むことができる。反射層の形成方法としては、スパッタリングのような物理気状蒸着法、及びLPCVD、PECVD、MOCVDのような化学気相蒸着法などを含むことができる。
また、下部電極111aの表面は、基板100の表面と同様に、太陽電池の光電変換効率を向上させるために前述したようなテクスチャリング処理を行うことができる。
次に、図2Bを参照すれば、下部電極111a上にはp型とn型の半導体層が積層されたり、p型、i型、n型の半導体層が積層されたりすることができる。本発明では一例として、p型、i型、n型の半導体層を順に形成することができ、形成物質としては通常に主に使用される半導体物質であるシリコンを利用することができる。すなわち、3層の非晶質シリコン層211、212、213を形成することができる。
より詳細に説明すると、下部電極111a上に第1の下部非晶質シリコン層211を形成し、第1の下部非晶質シリコン層211上に第2の下部非晶質シリコン層212を形成し、第2の下部非晶質シリコン層212上に第3の下部非晶質シリコン層213を形成することにより、1つの光電素子を構成することができる。このとき、第1、第2、第3の下部非晶質シリコン層211、212、213を形成するために、PECVDまたはLPCVDのような化学気相蒸着法を利用することができる。
次に、図2Cを参照すれば、第1、第2、第3の下部非晶質シリコン層211、212、213を結晶化させる。すなわち、第1の下部非晶質シリコン層211は第1の下部多結晶シリコン層211aに、第2の非晶質シリコン層212は第2の多結晶シリコン層212aに、第3の下部非晶質シリコン層213は第3の多結晶シリコン層213aにそれぞれ結晶化される。
最終的に、下部電極111a上に、第1、第2、第3多結晶シリコン層211a、212a、213aで構成される多結晶光電素子210が形成される。例えば、多結晶光電素子210は、多結晶シリコン層が積層された構造で、受光により発生する光起電力で電力を生産するp型、i型、n型の多結晶シリコン層が順に積層されたp、i、nダイオードの構造である。ここで、i型は、不純物がドーピングされない真性(intrinsic)を意味する。
一方、n型またはp型ドーピングは、非晶質シリコン層の形成の際に、不純物をイン-シチュー(in−situ)方式でドーピングすることが好ましい。p型ドーピングの際の不純物としてはボロン(B)を、n型ドーピングの際の不純物としてはリン(P)または砒素(As)を使用することが一般的であるが、これに限定されるものではなく、公知の技術を制限なく使用することができる。
このとき、非晶質シリコン層の結晶化方法は、固相晶析法(Solid Phase Crystallization:SPC)、エキシマ・レーザ・アニール法(Excimer Laser Annealing:ELA)、逐次的横方向結晶化法(Sequential Lateral Solidification:SLS)、金屬誘導結晶法(Metal Induced Crystallization:MIC)、及び金屬誘導横方向結晶化法(Metal Induced Lateral Crystallization:MILC)のうちのいずれかの方法を用いることができる。前述した非晶質シリコンの結晶化方法は、公知の技術であるので、本明細書ではこれについての詳細な説明を省略する。
一方、以上では第1、第2、第3の下部非晶質シリコン層211、212、213を全て形成した後に、これらの層を同時に結晶化させる例を説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、1つの下部非晶質シリコン層毎に結晶化工程を別途に行うことができ、また、2つの下部非晶質シリコン層に対する結晶化工程を同時に行い、残り1つの下部非晶質シリコン層に対する結晶化工程を別途に行うようにすることもできる。
また、多結晶シリコンの性質をより向上させるために、第1の多結晶シリコン層211a、第2の多結晶シリコン層212a、第3の多結晶シリコン層213aに対して欠陥除去処理をさらに行うことができる。本発明では、多結晶シリコン層を高温熱処理したり水素プラズマ処理したりすることにより、多結晶シリコン層内に存在する欠陥(例えば、不純物及びダングリングボンド(dangling bond)等)を除去することができる。
最後に、図2Dを参照すれば、多結晶光電素子210上に、3層の非晶質シリコン層221、222、223をさらに形成する。より詳細に説明すると、第3の多結晶シリコン層213a上に第1の上部非晶質シリコン層221を形成し、続いて第1の上部晶質シリコン層221上に第2の上部非晶質シリコン層222を形成し、続いて第2の上部非晶質シリコン層222上に第3の上部非晶質シリコン層223を形成することにより、p、i、nダイオード構造の非晶質光電素子220を構成する。第1、第2、第3の上部非晶質シリコン層221、222、223を形成するためには、PECVDまたはLPCVDのような化学気相蒸着法を利用することができる。
続いて、第3の上部非晶質半導体層223上に、透明導電性材料からなる上部電極400を形成する。上部電極400の材料は、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnO(Zinc Oxide)、AZO(ZnO:Al)、及びFSO(SnO:F)からなる群から選択されるいずれかであることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。上部電極400の形成方法としては、スパッタリングのような物理気状蒸着法や、LPCVD、PECVD、MOCVDのような化学気相蒸着法などを含むことができる。
これによって、本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池に用いられる、多結晶シリコン層から構成される多結晶光電素子210と非晶質シリコン層から構成される非晶質光電素子220とを含む光電素子部200aを得ることができる。
一方、図示しなかったが、第3の多結晶シリコン層213aと第1の非晶質シリコン層221との間に、透明導電性材料からなる連結層をさらに形成することができる。このような連結層は、第3の多結晶シリコン層213aと第1の上部非晶質半導体層221との間にトンネル接合(Tunnel Jucntion)をなすことによって、より優れた光電変換効率を期待することができる。連結層の材料は、ITO、ZnO、IZO、AZO(ZnO:Al)、及びFSO(SnO:F)からなる群から選択されるいずれかであることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。連結層の形成方法としては、スパッタリングのような物理気状蒸着法、及びLPCVD、PECVD、MOCVDのような化学気相蒸着法などを含むことができる。
以上で説明した多結晶光電素子210は、多結晶シリコン層から構成されるので長波長の光に対する光電変換効率に優れ、非晶質光電素子220は、非晶質シリコン層から構成されるので短波長の光に対する光電変換効率に優れる。したがって、本発明の一実施形態に係るタンデム構造の太陽電池は、多様な波長帯の光を吸収することができるので、光電変換効率性を向上させることもできる。
また、本発明のタンデム構造の太陽電池は、高品質の多結晶シリコンを採用することによって、微小結晶質シリコンを採用する既存のタンデム構造の太陽電池より劣化(aging)特性に優れる(劣化の進行が難しい)という長所がある。すなわち、シリコンの特性上、非晶質シリコンは劣化特性が低下し、微小結晶質シリコンとは異なって、多結晶シリコン内には非晶質シリコンがほとんど存在しないため、本発明のタンデム構造の太陽電池を使用しても特性の低下が殆ど発生しない。
タンデム型太陽電池の導電型
本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池において、多結晶、非晶質光電素子210、220で構成される光電素子部220aは、好ましくは、次のような4種類の導電型配列を有することができる。以下で、+と−の意味は、ドーピング濃度の相対的な差を示し、+が−より高濃度のドーピング濃度を有することを意味する。例えば、n+は、n−よりハイドーピングされることを意味する。また、+または−の表示がない場合は、ドーピング濃度に特別な制限がないことを意味する。
第1に、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれn、i、pで、第1、第2、第3の上部非晶質シリコン層221、222、223は、導電型がそれぞれn、i、pで構成されてもよい。このとき、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれn+、i、p+であることがより好ましい。
第2に、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれn、n、pで、第1、第2、第3の上部非晶質シリコン層221、222、223は導電型がそれぞれn、i、pで構成されてもよい。このとき、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれn+、n−、p+であることがより好ましい。
第3に、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれp、i、nで、第1、第2、第3の上部非晶質シリコン層221、222、223は、導電型がそれぞれp、i、nで構成されてもよい。このとき、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれp+、i、n+であることがより好ましい。
第4に、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれp、p、nで、第1、第2、第3の上部非晶質シリコン層221、222、223は導電型がそれぞれp、i、nで構成されてもよい。このとき、第1、第2、第3の多結晶シリコン層211a、212a、213aは、導電型がそれぞれp+、p−、n+であることがより好ましい。
以上の詳細な説明では、光電素子部として、多結晶、非晶質光電素子210、220が二重に積層されたタンデム型太陽電池を一例として説明したが、必要に応じて多結晶、非晶質光電素子210、220を三重以上に積層することもできる。
直列連結型太陽電池
以下の詳細な説明では前述した本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池単位セルを多数含む直列連結型太陽電池の構成及びその製造方法について調べて見ることにする。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池の単位セル領域aの構成は、前述したタンデム型太陽電池の単位セル領域aの構成と同様である。したがって、以下の第1の実施形態では説明の重複を避けるために単位セル領域aに含まれる構成要素についての詳細な説明は省略する。
図3Aから図3Fは、本発明の第1の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
まず、図3Aを参照すれば、多数の単位セル領域aと、各単位セル領域a間に位置する配線領域bとを含む基板100を用意する。
このとき、基板100上に、入射した太陽光が吸収されなくて直ちに外部に反射されることにより光電変換効率が低下する現象を防止するための反射防止層(不図示)をさらに形成することができる。
続いて、基板100上に、導電性材料からなる下部導電層110を形成する。下部導電層110は、前述したタンデム型太陽電池の下部電極111aと同一の材質及び方法により形成することができる。
次に、図3Bを参照すれば、下部導電層110をパターニングして、所定パターンの下部電極層111:111a、111bを形成する。一例として、レーザー光源を利用したエッチング方法であるレーザースクライビング法(laser scribing)を使用することができる。以下では、太陽電池の動作回路と等価的に説明するために、単位セル領域aに形成された下部電極層111を下部電極111aとし、配線領域bに形成された下部電極層111を下部連結電極111bとして互いに区別して説明する。すなわち、下部電極111aは、以後形成される光電素子部の電極の役割を果たし、下部連結電極111bは、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と連結させる接続部の役割を果たす。したがって、基板100上の単位セル領域aには下部電極111aが形成され、これと同時に、基板100上の配線領域bには下部電極111aの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極111bが形成される。
下部電極111a上には、透明導電性材料からなる反射層(不図示)をさらに形成することができる。すなわち、この反射層は、下部電極111aと以後形成される光電素子部との間に位置することができる。反射層は、下部電極111aと電気的に接続されながらも、基板100の上側で入射される太陽光を反射させて太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。反射層は、前述したタンデム型太陽電池の反射層と同一の材質及び方法で形成することができる。
下部電極111aの表面は、基板100の表面と同様に、太陽電池の光電変換効率を向上させるために、前述したようなテクスチャリング処理を受けることができる。
次に、図3Cを参照すれば、基板100の上側全面に、p型とn型の半導体層を積層したり、p型、i型、n型の半導体層を積層したりすることができる。一例として、本発明の第1の実施形態では、p型、i型、n型の半導体層200を順に形成する。半導体層200の材質としては、通常に使用されるシリコンを使用してもよい。このようなシリコン層200は、PECVDまたはLPCVDのような化学気相蒸着法で形成することができ、以後の工程によって受光して光起電力(電力)を生産する光電素子の機能を果たす。
次に、図3Dを参照すれば、シリコン層200を所定パターンでパターニングする。パターニングには、特に、レーザー光源を利用したエッチング方法であるレーザースクライビング法を使用することができる。以下では、太陽電池の動作回路と等価的に説明するために、単位セル領域aにパターニングしたシリコン層200は光電素子部200aとし、配線領域bにパターニングしたシリコン層200はダミー光電素子部部200bとして、互いに区別して説明する。すなわち、光電素子部200aは、受光により発生した電子(electron)及び正孔(hole)が、下部電極111aと以後形成される上部電極400に移動しながら光起電力(電力)を生産するが、ダミー光電素子部200bは、実質的に光起電力(電力)を生産することができない。したがって、下部電極111a上には光電素子部200aが形成され、これと同時に基板100上の配線領域b上にはダミー光電素子部200bを形成される。ここで、ダミー光電素子部200bは、光電素子部200aの一側と同一層に連結される。
以上の本発明の第1の実施形態において、光電素子部200aの構成は、図2Aから図2Dを参照して前述したタンデム型太陽電池の光電素子部200aの構成と同様に理解することができる。すなわち、本発明の第1の実施形態では光電素子部200aがp型、i型、n型の半導体層200が積層された構造として図示されたが、これに限定されるものではない。例えば、図2に示すように光電素子部200aは、p型、i型、n型の多結晶半導体層とp型、i型、n型の非晶質半導体層が積層された構造を有することができる。このような光電素子部の多様な構成は、以下の実施形態においても同一に適用されることができる。
次に、図3Eを参照すれば、ダミー光電素子部200bの側面に、側壁絶縁層300が形成される。例えば、側壁絶縁層300は、シリコン窒化膜(SiN)またはシリコン酸化膜(SiO)のうちいずれかであるか、これらの積層膜である。側壁絶縁層300の形成方法は、ノズルを備えたヘッドを通じてインクを噴射するインクジェット印刷法を用いることができる。このような側壁絶縁層300によって、光電素子部200aと連結されるダミー光電素子部200bの側面を電気的に絶縁することができる。
最後に、図3Fを参照すれば、基板100の上側全面に、導電性材料の上部導電層(不図示)を形成する。上部導電層は、前述したタンデム型太陽電池の上部電極400と同一の材質及び方法で形成されることができる。
続いて、上部導電層をパターニングして所定パターンの上部電極400を形成する。パターニングは、特に、レーザー光源を利用したエッチング方法であるレーザースクライビング法を用いて行うことが好ましい。このとき、単位セル領域aの上部電極400は、光電素子部200aにおける電極の役割を果たし、配線領域bの上部電極400は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と連結させる(すなわち、太陽電池単位セル同士を直列に連結させる)配線の役割を果たす。
一方、上部導電層のパターニングの際に、下部連結電極111b上に形成されたシリコン層200を同時にパターニングすることにより、側壁ダミー光電素子部200cを形成することができる。すなわち、側壁ダミー光電素子部200cは、下部連結電極111b上に、光電素子部200a及びダミー光電素子部200bと所定間隔を隔てて形成することができる。
本発明の第1の実施形態では、側壁絶縁層300が、基板100上の配線領域b上に形成される。この側壁絶縁層300が、光電素子部200aと同一層に連結されるダミー光電素子部200bの側面と、上部電極400との間に位置することによって、光電素子部200aと上部電極400とが短絡して電流の漏洩が発生することを効率的に防止することができる。
また、本発明の第1の実施形態では、基板100上の配線領域b上に形成されるダミー光電素子部200bが下部連結電極111bに対して接続されていないので、互いに隣接する太陽電池単位セル間における下部電極111aと下部連結電極111bとの間での短絡現象を防止することができる。
また、本発明の第1の実施形態では、太陽電池単位セル間の直列連結の際に、上部電極400は、下部連結電極111bの上面に対してだけでなく下部連結電極111bの側面に対しても接続されるので、接続面積が増加すると共に、太陽電池の信頼性が向上する。
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池の構成は、配線領域bを除いて、前述した第1の実施形態の直列連結型太陽電池の構成と同様である。したがって、以下の第2の実施形態では第1の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
図4Aから図4Fは、本発明の第2の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
まず、図4Aを参照すれば、多数の単位セル領域aと、各単位セル領域a間に位置する配線領域bとを含む基板100を用意する。
続いて、基板100上に、導電性材料からなる下部導電層110を形成する。
次に、図4Bを参照すれば、下部導電層110をパターニングして所定パターンの下部電極層111:111a、111bを形成する。すなわち、基板100上の単位セル領域aには下部電極111aが形成され、これと同時に、基板100上の配線領域bには下部電極111aの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極111bが形成される。次に、図4Cを参照すれば、基板100の上側全面に、p型、i型、n型の半導体層200を順に形成する。例えば、半導体層200の材質は、通常に使用されるシリコンである。
次に、図4Dを参照すれば、シリコン層200を所定パターンでパターニングする。したがって、下部電極111a上には光電素子部200aが形成され、これと同時に、基板100上の配線領域b上には、下部連結電極111bと離間対向し、かつ光電素子部200aの一側と同一層に連結されるダミー光電素子部200bが形成される。
次に、図4Eを参照すれば、ダミー光電素子部200bの側面に、側壁絶縁層300を形成する。側壁絶縁層300は、光電素子部200aと連結されるダミー光電素子部200bの側面を電気的に絶縁することができる。
最後に、図4Fを参照すれば、基板100の上側全面に、導電性材料からなる上部導電層(不図示)を形成する。
続いて、上部導電層をパターニングして、所定パターンの上部電極400を形成する。このとき、単位セル領域aの上部電極400は、光電素子部200aにおける電極の役割を果たし、配線領域bの上部電極400は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と互いに接続させる(すなわち、太陽電池単位セル同士を直列に連結させる)配線の役割を果たす。
本発明の第2の実施形態は、別の側壁ダミー光電素子部(第1の実施形態における側壁ダミー光電素子部200c)を含んでいないので、太陽電池の構造及び製造工程が簡単である。また、受光領域である単位セル領域aの面積を増大させることができるので、同一基板面積当りの生産できる電力量の増加を期待することができる。勿論、本発明の第2の実施形態は、前述した第1の実施形態から得られる全ての利点を全て得ることができる。
[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池の構成は、配線領域bを除いて、前述した第1の実施形態の直列連結型太陽電池の構成と同様である。したがって、以下の第3の実施形態では第1の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
図5Aから図5Eは、本発明の第3の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
まず、図5Aを参照すれば、多数の単位セル領域aと、各単位セル領域a間に位置する配線領域bとを含む基板100を用意する。
続いて、基板100上に、導電性材料の下部導電層(不図示)を形成する。
続いて、下部導電層上に、p型、i型、n型の半導体層200を順に形成する。このとき、シリコン層200:201、202、203は、抵抗が最大のシリコン層以外のシリコン層のうちのいずれかの層を先に形成する。例えば、半導体層200の材質は、通常に使用されるシリコンでる。
続いて、下部導電層と先ほど形成したシリコン層とを同時にパターニングして、所定パターンの下部電極層111:111a、111bと、第1のシリコン層201とを形成する。このとき、基板100上の単位セル領域aには下部電極111aが形成され、これと同時に、基板100上の配線領域bには、下部電極111aの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極111bが形成される。
次に、図5Bを参照すれば、基板100の上側全面に、第2及び第3のシリコン層202、203を順に形成する。これによって、図5Aのステップで形成された第1シリコン層201のようなシリコン層200が完成される。
次に、図5Cを参照すれば、シリコン層200:201、202、203を所定パターンでパターニングする。したがって、下部電極111a上に光電素子部200aが形成され、これと同時に、基板100上の配線領域b上には、下部連結電極111bと対向し、かつ光電素子部200aの一側と同一層に連結されるダミー光電素子部200bが形成される。
一方、本実施形態において、ダミー光電素子部200bに含まれるシリコン層200のうち、基板100上の配線領域b上に形成される第2シリコン層202は、第1及び第3のシリコン層201、203よりも抵抗が大きいシリコン層にするべきである。これは、抵抗が最も大きい第2シリコン層202を下部電極111aと下部連結電極111bとの間に配置することにより、下部電極111aと下部連結電極111bとの間の電流の漏洩の発生を効果的に防止するためである。
次に、図5Dを参照すれば、ダミー光電素子部200bの側面に、側壁絶縁層300を形成する。側壁絶縁層300は、光電素子部200aと連結されるダミー光電素子部200bの側面を電気的に絶縁することができる。
最後に、図5Eを参照すれば、基板100の上側全面に、導電性材料からなる上部導電層(不図示)を形成する。
続いて、上部導電層をパターニングして、所定パターンの上部電極400を形成する。このとき、単位セル領域aの上部電極400は、光電素子部200aにおける電極の役割を果たし、配線領域bの上部電極400は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と互いに接続させる(すなわち、太陽電池単位セル間を直列に連結させる)配線の役割を果たす。
一方、上部導電層のパターニングの際に、下部連結電極111b上に形成されたシリコン層200を同時にパターニングすることにより、側壁ダミー光電素子部200cを形成することができる。すなわち、側壁ダミー光電素子部200cは、下部連結電極111b上に、光電素子部200a及びダミー光電素子部200bと所定間隔を隔てて形成することができる。
本発明の第3の実施形態では、ダミー光電素子部200bを構成するシリコン層200のうちの抵抗が最大のシリコン層202を基板100上の配線領域b上に形成(すなわち、下部電極111aと下部連結電極111bとの間に形成)することによって、互いに隣接する太陽電池単位セル間における下部電極111aと下部連結電極111bとの短絡現象を防止することができる。
また、本発明の第3の実施形態では、下部連結電極111b上にダミー光電素子部200b及び側壁絶縁層300が配置されるようにすることによって、上部電極400のステップカバレッジを良好にすることができ、それにより、太陽電池の信頼性を向上させることができる。
勿論、前述した長所以外にも本発明の第3の実施形態は、前述した第1の実施形態と同様に、側壁絶縁層300により得られる利点を期待することができる。
[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池の構成は、配線領域bを除いて、前述した第1の実施形態の直列連結型太陽電池の構成と同様である。したがって、以下の第4の実施形態では第1の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
図6Aから図6Eは、本発明の第4の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
まず、図6Aを参照すれば、多数の単位セル領域aと、各単位セル領域a間に位置する配線領域bとを含む基板100を用意する。
続いて、基板100上に、導電性材料からなる下部導電層110を形成する。
次に、図6Bを参照すれば、下部導電層110をパターニングして所定パターンの下部電極層111:111a、111bを形成する。すなわち、基板100上の単位セル領域aに下部電極111aを形成すると共に、基板100上の配線領域bに下部電極111aの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極111bを形成する。
次に、図6Cを参照すれば、基板100の上側全面に、p型、i型、n型の半導体層200を順に形成する。例えば、半導体層200の材質は、通常に使用されるシリコンである。
続いて、基板100の上側全面に、導電性材料からなる上部導電層410を形成する。
次に、図6Dを参照すれば、上部導電層410とシリコン層200とを同時にパターニングして、所定パターンの上部電極400とシリコン層200a、200bとを同時に形成する。したがって、下部電極111a上に光電素子部200aを形成すると共に、基板100上の配線領域b上に、下部接続接続電極111bと離間対向し、かつ光電素子部200aの一側と同一層に連結されるダミー光電素子部200bを形成する。
最後に、図6Eを参照すれば、ダミー光電素子部200bの側面に、側壁絶縁層300を形成する。側壁絶縁層300は、光電素子部200aと連結されるダミー光電素子部200bの側面を電気的に絶縁することができる。続いて、側壁絶縁層300上に、電極接続層500を形成する。電極接続層500は、上部電極400と下部連結電極111bとを電気的に接続する。したがって、上部電極400は、光電素子部200aにおける電極の役割を果たし、電極接続層500は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と互いに接続させる(すなわち、太陽電池単位セル同士を直列に連結させる)配線の役割を果たす。
一方、側壁絶縁層300と電極接続層500は、単一工程で同時に形成されることが好ましい。このとき、材質が互いに異なるインクを噴射する2つのノズルを使用するインクジェット印刷法を使用することができる。
側壁絶縁層300は、公知の絶縁性材質のインクを制限なく使用することができる。一例としての絶縁性材質のインクは、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸化物(SiO)のうちいずれかである。電極接続層500は、公知の導電性材料であるインクを制限なく使用して形成することができる。一例としての導電性材料のインクは、(Ag)、炭素ナノチューブ(Carbon Nano Tube;CNT)のうちいずれかである。
したがって、一度の工程で、光電素子部200aと連結されるダミー光電素子部200bの側面を電気的に絶縁させると共に、隣接した他の光電素子部と直列に連結させることができる。ここで、2つのノズルを使用するインクジェット印刷法は、図7A及び図7Bを参照して以下でより詳細に理解することができる。
図7A及び図7Bは、本発明の一実施形態に係る太陽電池の側壁絶縁層と電極接続層の製造方法を示す概略図である。
図7A及び図7Bを参照すれば、工程チャンバー1000内に位置する2つのノズル1210、1220は互いに異なるノズル先端高さHを有し、所定の間隔Dでスキャン部1100に配置される。
2つのノズル1210、1220は、一定の速度でスキャン方向1300に沿って基板100上に相違する材質のインクを噴射する。このとき、第1ノズル1210と第2ノズル1220の間隔Dとノズル先端高さの差Hによって、基板100上に形成されるパターンの位置と形態が変化する。すなわち、基板100上に側壁絶縁層300が形成され、この側壁絶縁層300を覆うようにして電極接続層500が形成されて、2つのパターンを同時に形成できるようになる。したがって、1つの工程で2つの相違するパターンを同時に形成することができるので、工程段階と工程時間を短縮させることができ、1つの工程チャンバー1000で同時に工程が進行されるので、側壁絶縁層300と電極接続層500との間に粒子(particle)のような異物の流入を防止することができる。
一方、インクジェット印刷法を利用して側壁絶縁層300と電極接続層500とを形成した後に、側壁絶縁層300と電極接続層500とを熱硬化(thermal curing)したり、紫外線硬化(UV curing)したりすることにより層内に存在する溶媒などを除去することができる。このとき、紫外線硬化方式を使用することがより好ましく、このためには、スキャン部1100に紫外線照射器(不図示)を含むことができる。これによって、1つの工程チャンバー1000内で側壁絶縁層300と電極接続層500の印刷及び紫外線硬化を同時に行うことができる。
一方、前述の実施形態では、側壁絶縁層300と電極接続層500とを同時に形成する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、側壁絶縁層300と電極接続層500とを順に、すなわち側壁絶縁層300をまず形成してから、一定の時差をおいて、電極接続層500を形成することもできる。
以上のように、本発明によれば、多結晶光電素子と非晶質光電素子とを積層した構造を採用することによって、光電素子毎に互いに異なる波長の光を受光することができ、太陽電池の光電変換効率を向上させることができ、太陽電池単位セルの直列連結の際、配線領域で発生する光電素子と上部電極との間の短絡現象を防止することができ、太陽電池単位セルの直列連結の際、配線領域で発生する太陽電池単位セルの下部電極層間の短絡現象を防止することができ、太陽電池単位セルの直列連結の際、製造工程及び工程時間を短縮させて製造コストを節減することができる。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。
以上、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形できる。よって、本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
100 基板
111 下部電極層
111a 下部電極
111b 下部連結電極
211a 第1の多結晶シリコン層
212a 第2の多結晶シリコン層
213a 第3の多結晶シリコン層
221 第1の上部非晶質シリコン層
222 第2の上部非晶質シリコン層
223 第3の上部非晶質シリコン層
210 非晶質光電素子
220 多結晶光電素子
200a 光電素子部
200b ダミー光電素子部
200c 側面ダミー光電素子部
300 側壁絶縁層
400 上部電極
500 電極接続層
1000 工程チャンバー
1210 第1のノズル
1220 第2のノズル
1300 スキャン方向

Claims (30)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された下部電極と、
    前記下部電極上に複数の多結晶半導体層を積層させて形成した多結晶光電素子及び、前記多結晶光電素子上に複数の非晶質半導体層を積層させて形成した非晶質光電素子を含む光電素子部と、
    前記光電素子部上に形成された上部電極とを含むことを特徴とする太陽電池。
  2. 複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
    前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
    前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
    前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
    前記基板の前記配線領域上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
    前記下部連結電極上に形成され、前記ダミー光電素子部及び前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて配置された側壁ダミー光電素子部と、
    前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成され、前記ダミー光電素子部に隣接する前記下部電極における側面を含む部分に接続される上部電極と、
    前記基板の前記配線領域上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層とを含むことを特徴とする太陽電池。
  3. 複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
    前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
    前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
    前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
    前記基板の前記配線領域上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
    前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成され、前記ダミー光電素子部にに隣接する前記下部電極における側面を含む部分に接続される上部電極と、
    前記基板の前記配線領域上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層とを含むことを特徴とする太陽電池。
  4. 複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
    前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
    前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
    前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
    前記基板の前記配線領域上及び前記下部連結電極上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
    前記下部連結電極上に形成され、前記ダミー光電素子部及び前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて配置された側壁ダミー光電素子部と、
    前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成され、前記ダミー光電素子部に隣接する前記下部電極の上部に接続される上部電極と、
    前記下部連結電極上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層とを含むことを特徴とする太陽電池。
  5. 複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
    前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
    前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
    前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
    前記基板の前記配線領域上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
    前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成された上部電極と、
    前記基板の前記配線領域上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層と、
    前記側壁絶縁層上に形成され、前記上部電極を、前記側壁絶縁層に隣接する前記下部電極に接続する電極接続層とを含むことを特徴とする太陽電池。
  6. 前記光電素子部が、
    前記下部電極上に形成された第1の多結晶半導体層と、
    前記第1の多結晶半導体層上に形成された第2の多結晶半導体層と、
    前記第2の多結晶半導体層上に形成された第3の多結晶半導体層とを含むことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の太陽電池。
  7. 前記光電素子部が、
    前記下部電極上に形成された第1の多結晶半導体層と、
    前記第1の多結晶半導体層上に形成された第2の多結晶半導体層と、
    前記第2の多結晶半導体層上に形成された第3の多結晶半導体層と、
    前記第3の多結晶半導体層上に形成された第1の非晶質半導体層と、
    前記第1の非晶質半導体層上に形成された第2の非晶質半導体層と、
    前記第2の非晶質半導体層上に形成された第3の非晶質半導体層とを含むことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の太陽電池。
  8. 前記多結晶半導体層が多結晶シリコン層であり、前記非晶質半導体層が非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項7に記載の太陽電池。
  9. 前記多結晶半導体層が、固相晶析法(Solid Phase Crystallization:SPC)、エキシマ・レーザ・アニール法(Excimer Laser Annealing:ELA)、逐次的横方向結晶化法(Sequential Lateral Solidification:SLS)、金屬誘導結晶法(Metal Induced Crystallization:MIC)及び金屬誘導横方向結晶化法(Metal Induced Lateral Crystallization:MILC)のうちのいずれかの方法を用いて結晶化されたことを特徴とする請求項7に記載の太陽電池。
  10. 前記側壁絶縁層が、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸化膜(SiO)、またはそれらの積層膜であることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の太陽電池。
  11. 前記ダミー光電素子部に含まれる半導体層のうちの抵抗が最も大きい半導体層を前記基板の前記配線領域上に形成するようにしたことを特徴とする請求項4に記載の太陽電池。
  12. 前記電極接続層が導電性材料からなることを特徴とする請求項5に記載の太陽電池。
  13. 前記側壁絶縁層及び前記電極接続層を、2つのノズルを使用するインクジェット印刷法を用いて形成したことを特徴とする請求項5に記載の太陽電池。
  14. 前記下部電極と前記光電素子部との間に、透明導電性材料からなる反射層をさらに含むことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の太陽電池。
  15. 前記多結晶光電素子と前記非晶質光電素子との間に、透明導電性材料からなる連結層をさらに含むことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載の太陽電池。
  16. 太陽電池の製造方法であって、
    基板上に下部電極を形成するステップと、
    前記下部電極上に光電素子部を形成するステップと、
    前記光電素子部上に上部電極を形成するステップとを含み、
    前記光電素子部が、前記下部電極上に複数の多結晶半導体層を積層させて形成した多結晶光電素子及び前記多結晶光電素子上に複数の非晶質半導体層を積層させて形成した非晶質光電素子を含むことを特徴とする方法。
  17. 太陽電池の製造方法であって、
    複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
    前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
    前記下部電極及び前記下部連結電極上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上にダミー光電素子部を形成するステップと、
    前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成するステップと、
    前記基板の上側全面に上部導電層を形成するステップと、
    前記半導体層及び前記上部導電層を同時にパターニングして、前記下部電極上に位置する光電素子部及び前記下部連結電極上に前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて位置する側壁ダミー光電素子部を前記半導体層から形成すると共に、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続するための上部電極を前記上部導電層から形成するステップとを含む方法。
  18. 太陽電池の製造方法であって、
    複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
    前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
    前記下部電極上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上にダミー光電素子部を形成するステップと、
    前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成するステップと、
    前記基板の上側全面に上部導電層を形成するステップと、
    前記上部導電層をパターニングして、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続するための上部電極を形成するステップとを含む方法。
  19. 太陽電池の製造方法であって、
    複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
    前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
    前記基板上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成するステップと、
    前記半導体層をパターニングして前記配線領域及び前記下部連結電極上にダミー光電素子を形成する段階、
    前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成するステップと、
    前記基板の上側全面に上部導電層を形成するステップと、
    前記半導体層及び前記上部導電層を同時にパターニングして、前記下部電極上に位置する光電素子部及び前記下部連結電極上に前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて位置する側壁ダミー光電素子部を前記半導体層から形成すると共に、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続するための上部電極を前記上部導電層から形成するステップとを含む方法。
  20. 太陽電池の製造方法であって、
    複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
    前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
    前記下部電極上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成するステップと、
    前記基板の前記配線領域上にダミー光電素子部を形成すると共に、前記光電素子部及び前記ダミー光電素子上に上部電極を形成するステップと、
    前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成すると共に、前記側壁絶縁層上に、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続させるための電極接続層を形成するステップとを含む方法。
  21. 前記光電素子部が、
    前記下部電極上に形成された第1の多結晶半導体層と、
    前記第1の多結晶半導体層上に形成された第2の多結晶半導体層と、
    前記第2の多結晶半導体層上に形成された第3の多結晶半導体層とを含むことを特徴とする請求項17から請求項20のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  22. 前記光電素子部が、
    前記下部電極上に形成された第1の多結晶半導体層と、
    前記第1の多結晶半導体層上に形成された第2の多結晶半導体層と、
    前記第2の多結晶半導体層上に形成された第3の多結晶半導体層と、
    前記第3の多結晶半導体層上に形成された第1の非晶質半導体層と、
    前記第1の非晶質半導体層上に形成された第2の非晶質半導体層と、
    前記第2の非晶質半導体層上に形成された第3の非晶質半導体層とを含むことを特徴とする請求項17から請求項20のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  23. 前記多結晶半導体層が多結晶シリコン層であり、前記非晶質半導体層が非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項22に記載の太陽電池の製造方法。
  24. 前記多結晶半導体層が、固相晶析法(Solid Phase Crystallization:SPC)、エキシマ・レーザ・アニール法(Excimer Laser Annealing:ELA)、逐次的横方向結晶化法(Sequential Lateral Solidification:SLS)、金屬誘導結晶法(Metal Induced Crystallization:MIC)、及び金屬誘導横方向結晶化法(Metal Induced Lateral Crystallization:MILC)のうちのいずれかの方法を用いて結晶化されたことを特徴とする請求項22に記載の太陽電池の製造方法。
  25. 前記側壁絶縁層が、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸化膜(SiO)、またはそれらの積層膜であることを特徴とする請求項17から請求項20のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  26. 前記ダミー光電素子部に含まれる半導体層のうちの抵抗が最も大きい半導体層を前記基板の前記配線領域上に形成するようにしたことを特徴とする請求項19に記載の太陽電池の製造方法。
  27. 前記電極接続層が導電性材料からなることを特徴とする請求項20に記載の太陽電池の製造方法。
  28. 前記側壁絶縁層及び前記電極接続層を、2つのノズルを使用するインクジェット印刷法で形成するようにしたことを特徴とする請求項20に記載の太陽電池の製造方法。
  29. 前記下部電極と前記光電素子部との間に、透明導電性材料からなる反射層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項17から請求項20のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
  30. 前記多結晶光電素子と前記非晶質光電素子との間に、透明導電性材料からなる連結層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項17から請求項20のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210031508A (ko) * 2018-07-20 2021-03-19 다이슨 테크놀러지 리미티드 에너지 저장 디바이스
KR20210031512A (ko) * 2018-07-20 2021-03-19 다이슨 테크놀러지 리미티드 에너지 저장 디바이스용 스택

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101420773B1 (ko) 2009-07-15 2014-07-17 주성엔지니어링(주) 전기광학소자 및 이의 제작 방법
TWI423456B (zh) * 2010-07-27 2014-01-11 Au Optronics Corp 光電轉換元件
US8088990B1 (en) * 2011-05-27 2012-01-03 Auria Solar Co., Ltd. Color building-integrated photovoltaic (BIPV) panel
TW201248881A (en) * 2011-05-20 2012-12-01 Axuntek Solar Energy Solar battery module and manufacturing method thereof
CN102255006B (zh) * 2011-08-18 2015-07-22 无锡成敏光伏技术咨询有限公司 一种厚膜太阳能电池的制备方法
TW201314921A (zh) * 2011-09-16 2013-04-01 Axuntek Solar Energy 太陽能電池模組及其製造方法
KR101189309B1 (ko) * 2011-10-11 2012-10-09 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 태양전지 모듈
TW201318191A (zh) * 2011-10-25 2013-05-01 Axuntek Solar Energy 可撓式太陽能電池模組及其製造方法
US8907385B2 (en) * 2012-12-27 2014-12-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Surface treatment for BSI image sensors
CN103730519B (zh) * 2013-12-19 2017-04-26 北京汉能创昱科技有限公司 一种柔性薄膜太阳能电池组件及其制作方法
US9425337B2 (en) 2014-05-29 2016-08-23 Sunpower Corporation In-cell bypass diode
CN104362220A (zh) * 2014-11-13 2015-02-18 京东方科技集团股份有限公司 一种薄膜太阳能电池的制作方法及薄膜太阳能电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4342044A (en) * 1978-03-08 1982-07-27 Energy Conversion Devices, Inc. Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices
KR930011356B1 (ko) * 1988-12-23 1993-11-30 삼성전자 주식회사 비정질실리콘 태양전지 및 그 제조방법
JP4786010B2 (ja) * 2000-03-23 2011-10-05 株式会社カネカ 集積型ハイブリッド薄膜太陽電池の製造方法
JP2002076401A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd ハイブリッド太陽電池の製造方法
US6632993B2 (en) * 2000-10-05 2003-10-14 Kaneka Corporation Photovoltaic module

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210031508A (ko) * 2018-07-20 2021-03-19 다이슨 테크놀러지 리미티드 에너지 저장 디바이스
KR20210031512A (ko) * 2018-07-20 2021-03-19 다이슨 테크놀러지 리미티드 에너지 저장 디바이스용 스택
KR102526048B1 (ko) * 2018-07-20 2023-04-27 다이슨 테크놀러지 리미티드 에너지 저장 디바이스
KR102550475B1 (ko) * 2018-07-20 2023-07-03 다이슨 테크놀러지 리미티드 에너지 저장 디바이스용 스택

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