JP2012532444A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る太陽電池は、太陽電池セルの上に形成された高分子樹脂層、及び上記高分子樹脂層の上に配置された上部基板を含み、上記高分子樹脂層はパターニングされたものを含む。
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。
最近、エネルギーの需要が増加するにつれて、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる太陽電池に対する開発が進められている。
特に、ガラス基板、金属後面電極層、ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ型ウィンドウ層などを含む基板構造のｐｎヘテロ接合装置であるＣＩＧＳ系太陽電池が広く使われている。
ＣＩＧＳ系太陽電池に入射される光のうち、光起電力効果のない地域である非活性領域（Non-active area）に外部太陽光が入射されている。
モジュールのサイズが増加すれば、非活性領域が占める比率が全体モジュールに相当な部分を占めるようになる。
このような太陽電池の性能を向上させるために、入光効率を向上させるための研究が進行中である。
本発明の目的は、太陽電池セル領域に入射される光量を増加させて効率を向上させることができる太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る太陽電池は、太陽電池セルの上に形成された高分子樹脂層、及び上記高分子樹脂層の上に配置された上部基板を含み、上記高分子樹脂層はパターニングされたものを含む。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、太陽電池セルの上に高分子樹脂層を形成するステップ、上記高分子樹脂層にパターンを形成するステップ、及び上記パターンが形成された高分子樹脂層の上に上部基板を位置させるステップを含む。
他の本発明に係る太陽電池の製造方法は、太陽電池セルの上に高分子樹脂層を形成するステップ、及び上記高分子樹脂層に突出部が形成された上部基板を位置させて上記高分子樹脂層に凹部を含むパターンを形成するステップを含む。
本発明に係る太陽電池及びその製造方法は、側壁が傾斜した溝パターンが形成されたＥＶＡフィルムを太陽電池セルと上部基板との間に形成して、溝パターンに入射される光の光経路が変更できる。
特に、太陽電池セルの非活性領域（Non-active area）に入射される光経路を変更して、セル領域に入射させることで、太陽電池の効率を向上させることができる。
本発明を説明するに当たって、各基板、層、膜、または電極などが各基板、層、膜、または電極などの“上（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の構成要素を介して（indirectly）”形成されることを全て含む。また、各構成要素の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。図面において、各構成要素のサイズは説明のために誇張することがあり、実際に適用されるサイズを意味するのではない。
図１乃至図９は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法を示す断面図である。
まず、図１に示すように、基板１００の上に後面電極２０１を形成する。
上記基板１００は、ガラス（glass）が使われており、アルミナのようなセラミック基板、ステンレススチール、チタニウム基板、またはポリマー基板なども使用できる。
ガラス基板にはソーダライムガラス（sodalime glass）を使用することができ、ポリマー基板にはポリイミド（polyimide）を使用することができる。
また、上記基板１００は、リジッド（rigid）またはフレキシブル（flexible）である。
上記後面電極２０１は、金属などの導電体で形成される。
例えば、上記後面電極２０１はモリブデン（Ｍｏ）ターゲットを使用して、スパッタリング（sputtering）工程により形成される。
これは、モリブデン（Ｍｏ）が有する高い電気伝導度、光吸収層とのオーミック（ohmic）接合、Ｓｅ雰囲気下での高温安全性のためである。
また、図面に図示してはいないが、上記後面電極２０１は少なくとも１つ以上の層に形成される。
上記後面電極２０１が複数個の層に形成される時、上記後面電極２０１をなす層は互いに異なる物質で形成される。
そして、図２に示すように、上記後面電極２０１にパターニング工程を進行して後面電極パターン２００を形成する。
また、上記後面電極パターン２００は、ストライプ（stripe）形態またはマトリックス（matrix）形態に配置され、各々のセルに対応することができる。
しかしながら、上記後面電極パターン２００は上記の形態に限定されず、多様な形態に形成される。
次に、図３に示すように、上記後面電極２０１の上に、光吸収層３００、及びバッファ層４００を形成する。
上記光吸収層３００は、ｂ−ｂ−ｂ系化合物で形成される。
より詳しくは、上記光吸収層３００は、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２、ＣＩＧＳ系）化合物を含む。
これとは異なり、上記光吸収層３００は、銅−インジウム−セレナイド系（ＣｕＩｎＳｅ２、ＣＩＳ系）化合物、または銅−ガリウム−セレナイド系（ＣｕＧａＳｅ２、ＣＧＳ系）化合物を含むことができる。
例えば、上記光吸収層３００を形成するために、銅ターゲット、インジウムターゲット、及びガリウムターゲットを使用して、上記後面電極パターン２００上にＣＩＧ系金属プリカーソル（precursor）膜が形成される。
以後、上記金属プリカーソル膜は、セレン化（selenization）工程によって、セレニウム（Ｓｅ）と反応してＣＩＧＳ系光吸収層３００が形成される。
また、上記金属プリカーソル膜を形成する工程及びセレン化工程の間に、上記基板１００に含まれたアルカリ（alkali）成分が上記後面電極パターン２００を通じて、上記金属プリカーソル膜及び上記光吸収層３００に拡散される。
アルカリ（alkali）成分は、上記光吸収層３００のグレーン（grain）サイズを向上させ、結晶性を向上させることができる。
また、上記光吸収層３００は、銅、インジウム、ガリウム、セレン（Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ）を同時蒸着法（co-evaporation）により形成することもできる。
上記光吸収層３００は外部の光の入射を受けて、電気エネルギーに変換させる。上記光吸収層３００は光電効果によって光起電力を生成する。
上記バッファ層４００は少なくとも１つの層に形成され、上記後面電極パターン２００が形成された上記基板１００の上に硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ｉ−ＺｎＯのうち、いずれか１つまたはこれらの積層により形成される。
上記バッファ層４００は、透明な電極で形成される。
この際、上記バッファ層４００はｎ型半導体層であり、上記光吸収層３００はｐ型半導体層である。したがって、上記光吸収層３００及びバッファ層４００はｐｎ接合を形成する。
即ち、上記光吸収層３００と第２電極は、格子定数とエネルギーバンドギャップの差が大きいため、バンドギャップが２物質の中間に位置する上記バッファ層４００を挿入して良好な接合を形成することができる。
本実施形態では、１つのバッファ層を上記光吸収層３００の上に形成したが、これに限定されず、上記バッファ層は２つ以上の層に形成されることもできる。
そして、図４に示すように、上記光吸収層３００及びバッファ層４００を貫通するコンタクトパターン３１０を形成する。
上記コンタクトパターン３１０は、機械的（Mechanical）な方法により形成したり、レーザー（laser）を照射（irradiate）して形成することができ、上記コンタクトパターン３１０の形成により上記後面電極パターン２００の一部が露出する。
次に、図５に示すように、上記バッファ層４００の上に透明な導電物質を積層して、第２電極である前面電極５００及び接続配線３５０を形成する。
上記透明な導電物質を上記バッファ層４００の上に積層させる時、上記透明な導電物質が上記コンタクトパターン３１０の内部にも挿入されて、上記接続配線３５０を形成することができる。
上記後面電極パターン２００と前面電極５００は、上記接続配線３５０により電気的に連結される。
上記前面電極５００は、上記基板１００の上にスパッタリング工程を進行してアルミニウムでドーピングされた酸化亜鉛で形成される。
上記前面電極５００は、上記光吸収層３００とｐｎ接合を形成するウィンドウ（window）層であって、太陽電池の前面の透明電極の機能をするため、光透過率が高く、電気伝導性の良い酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成される。
この際、上記酸化亜鉛にアルミニウムをドーピングすることで、低い抵抗値を有する電極を形成することができる。
上記前面電極５００である酸化亜鉛薄膜は、ＲＦスパッタリング方法によりＺｎＯターゲットを使用して蒸着する方法と、Ｚｎターゲットを用いた反応性スパッタリング、そして有機金属化学蒸着法等により形成される。
また、電気光学的特性に優れるＩＴＯ（Indium tin Oxide）薄膜を酸化亜鉛薄膜の上に蒸着した２重構造を形成することもできる。
そして、図６に示すように、上記光吸収層３００及びバッファ層４００を貫通する分離パターン３２０を形成する。
上記分離パターン３２０は機械的（Mechanical）な方法により形成したり、レーザー（laser）を照射（irradiate）して形成することができ、上記後面電極パターン２００の上面が露出するように形成することができる。
上記バッファ層４００及び前面電極５００は、上記分離パターン３２０により区分され、上記分離パターン３２０により各々のセルは互いに分離される。
上記分離パターン３２０により上記バッファ層４００及び光吸収層３００はストライプ形態またはマトリックス形態に配置される。
上記分離パターン３２０は、上記の形態に限定されず、多様な形態に形成される。
この際、上記分離パターン３２０の幅を大きくして、太陽電池の透明開口部を広く形成することができる。
上記分離パターン３２０により上記後面電極パターン２００、光吸収層３００、バッファ層４００、及び前面電極５００を含むセルが形成される。
この際、上記接続配線３５０により各々のセルは互いに電気的に連結される。即ち、上記接続配線３５０は、第２セルの後面電極パターン２００と上記第２セルに隣接する上記第１セルの前面電極５００とを電気的に連結する。
上記分離パターン３２０を形成することによって、基板１００、後面電極パターン２００、光吸収層３００、バッファ層４００、及び前面電極５００からなる太陽電池セル１０が形成される。
次に、図７に示すように、上記前面電極５００上に透明な高分子樹脂層であるＥＶＡ（Ethylene Vinyle Acetate）フィルム６００を形成し、上記ＥＶＡフィルム６００に凹部パターン６５０を形成する。
上記凹部パターン６５０は、モールド７００を用いて、上記ＥＶＡフィルム６００に圧力を与えて形成される。
しかしながら、上記凹部パターン６５０の形成方法はこれに限定されず、熱圧搾機（hot press）による圧力でも形成できる。
上記モールド７００は支持部７１０及び複数個の突起７２０を含み、上記突起７２０は上記支持部７１０から突出するように形成される。
この際、上記突起７２０は、上記支持部７１０と接する部分は広く、上記支持部７１０と遠ざかるほど小さくなる、断面が三角である構造からなることができる。
上記突起７２０を用いて上記ＥＶＡフィルム６００に圧力を加えれば、上記突起７２０の形状に上記ＥＶＡフィルム６００に凹部パターン６５０が形成される。
上記凹部パターン６５０は、太陽電池セルの非有効部である非活性領域（Non-active area；ＮＡＡ）の上に形成される。
上記凹部パターン６５０は、上記突起７２０の形状のように、上部が広く、下部が小さくなる、断面が三角構造で形成されて、上記凹部パターン６５０は側壁が傾斜するように形成される。即ち、凹部パターン６５０は断面がＶ字のノッチ形状を有することができる。
この際、上記凹部パターン６５０の側壁が傾斜するように形成されて、上記凹部パターン６５０に入射される光の光経路が変更できる。
図８は太陽電池セルに入射される光を図示したものであって、上記凹部パターン６５０の側壁が傾斜するように形成されて、非活性領域（ＮＡＡ）に入射される光が活性領域（Active area；ＡＡ）に入射される。
即ち、太陽電池セルの非活性領域（ＮＡＡ）に入射される光経路を変更して、セル領域に入射させることによって、太陽電池の効率を向上させることができる。
そして、図９に示すように、上記凹部パターン６５０が形成された上記ＥＶＡフィルム６００の上に上部基板８００を形成する。
上記上部基板８００は、低鉄分強化ガラスまたは半強化ガラスで形成される。
この際、上記ＥＶＡフィルム６００に形成された上記凹部パターン６５０によって、上記ＥＶＡフィルム６００と上部基板８００との間にはエアーギャップ（air gap）６７０が形成される。
図９を参照して前述した実施形態の太陽電池の製造方法により製造された太陽電池を説明すれば、次の通りである。
実施形態に係る太陽電池は、太陽電池セル１０の上にＥＶＡ（Ethyl Vinyl Acetate）フィルム６００、及び上記ＥＶＡフィルム６００の上に配置された上部基板８００を含む。
高分子樹脂層である上記ＥＶＡフィルム６００は、凹部パターン６５０を含むパターンが形成され、上記凹部パターン６５０の側壁は傾斜するように形成される。
この際、上記凹部パターン６５０は上部が下部より広く形成されるものを含み、上記ＥＶＡフィルム６００のパターンにより上記ＥＶＡフィルム６００と上部基板との間には空気（air）が挿入される。
以上、説明した実施形態に係る太陽電池及びその製造方法は、側壁が傾斜した凹部パターンが形成されたＥＶＡフィルムを太陽電池セルと上部基板との間に形成して、凹部パターンに入射される光の光経路が変更できる。
特に、太陽電池セルの非活性領域（Non-active area）に入射される光経路を変更して、セル領域に入射させることによって、太陽電池の効率を向上させることができる。
以下、第２及び第３実施形態に係る太陽電池及びその製造方法を説明する。第１実施形態と同一または類似な構成に対しては具体的な説明を省略し、異なる構成に対してのみ詳細に説明する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池を示す断面図である。
本実施形態では、凹部パターン６５２の断面が曲面構造を有するものを図示した。即ち、凹部パターン６５２の断面は、円形の一部、楕円の一部などの形状を有することができる。その他にも多様な形状を有することはもちろんである。この凹部パターン６５２の内には空気（air）が位置してエアーギャップが形成される。
このような凹部パターン６５２を形成するステップは、第１実施形態と同一または類似しているので、詳細な説明を省略する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る太陽電池を示す断面図である。
図１１を参照すれば、本実施形態では、上部基板８０２に凹部パターン６５０に対応する突出部８０４が形成され、該突出部８０４が凹部パターン６５０に挿入される。これによって、外部の圧力などがある場合にも凹部パターン６５０を同一な状態に維持することができ、これによって、入射される光の経路を変更して効率を向上させる役割を続けて遂行することができる。
この際、図７に示すような突起が形成されたモールド（mold）に圧力を加えたり、または熱圧搾機（hot press）を用いて凹部パターン６５０を形成した後、上部基板８０２の突出部８０４を凹部パターン６５０に挿入しながら上部基板８０２を位置させることも可能である。
または、太陽電池セルの上に高分子樹脂層６００を形成した後、該高分子樹脂層６００に突出部８０４が形成された上部基板８０２を位置させて、高分子樹脂層６００に凹部パターン６５０を形成することができる。これによれば、上部基板８０２を位置させるステップで凹部パターン６５０を形成し、凹部パターン６５０を形成するための別途のステップが要求されないので、工程を単純化することができる。
この際、突出部８０４が太陽電池セルの非活性領域の上部に位置して凹部パターン６５０が太陽電池セルの非活性領域に位置することができる。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
Claims (19)
- 太陽電池セルの上に形成された高分子樹脂層と、
前記高分子樹脂層の上に配置された上部基板と、を含み、
前記高分子樹脂層はパターニングされたものを含むことを特徴とする太陽電池。 - 前記高分子樹脂層と上部基板との間には空気（air）が挿入されたものを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
- 前記高分子樹脂層に形成されたパターンは、凹部を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
- 前記凹部の側壁は傾斜するように形成されるものを含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
- 前記凹部は上部が下部より広く形成されるものを含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
- 前記凹部は断面がノッチ形状または曲面形状であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
- 前記凹部は太陽電池セルの非活性領域の上部に位置することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
- 前記凹部の内に空気が位置することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
- 前記上部基板に前記凹部に対応する突出部が形成されて前記凹部に前記突出部が挿入されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
- 前記高分子樹脂層はＥＶＡ（Ethyl Vinyl Acetate）であるものを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
- 太陽電池セルの上に高分子樹脂層を形成するステップと、
前記高分子樹脂層にパターンを形成するステップと、
前記パターンが形成された高分子樹脂層の上に上部基板を位置させるステップと、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記パターンを形成するステップは、突起が形成されたモールド（mold）に圧力を加えたり、または熱圧搾機（hot press）を用いることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記高分子樹脂層と上部基板との間には空気（air）が挿入されたものを含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記高分子樹脂層に形成されたパターンは凹部を含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記凹部は太陽電池セルの非活性領域の上部に位置することを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記凹部の内に空気が位置することを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記上部基板を位置させるステップでは、前記上部基板に前記凹部に対応する突出部が形成されて前記凹部に前記突出部を挿入することを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
- 太陽電池セルの上に高分子樹脂層を形成するステップと、
前記高分子樹脂層に突出部が形成された上部基板を位置させて前記高分子樹脂層に凹部を含むパターンを形成するステップと、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記突出部は太陽電池セルの非活性領域の上部に位置することを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
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