JP2013507765A - 太陽光発電装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

太陽光発電装置及びその製造方法が提供される。太陽光発電装置は、支持基板、上記支持基板の上に配置される裏面電極層、上記裏面電極層の第１露出領域を露出するように上記裏面電極層を覆う光吸収層、及び上記光吸収層の第２露出領域を露出するように上記光吸収層を覆うウィンドウ層を含む。各々の層は１つのマスクが所定のピッチで移動しながら形成される。これによって、各々の層は段差を形成し、所定のピッチだけずれるように積層される。太陽光発電装置は１つのマスクで形成されるため、非常に容易に形成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置及びその製造方法に関するものである。
光電変換効果を用いて光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電モジュールは、地球環境の保全に寄与する無公害エネルギーを得る手段として広く使われている。
太陽電池の光電変換効率が改善されるによって、太陽光発電モジュールを備えた多くの太陽光発電システムが居住用途だけでなく、建物の外装材にまで設置されるに至った。
本発明は、容易に、かつ大量に太陽光発電装置を製造できる製造方法及び太陽光発電装置を提供することをその目的とする。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置は、支持基板と、上記支持基板の上に配置される裏面電極層と、上記裏面電極層の第１露出領域を露出するように上記裏面電極層を覆う光吸収層と、上記光吸収層の第２露出領域を露出するように上記光吸収層を覆うウィンドウ層と、を含む。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置の製造方法は、マスクを使用して、支持基板の上に裏面電極層を形成するステップと、上記マスクを上記支持基板に対し、１次相対移動させた後、上記マスクを使用して、上記裏面電極層の上に光吸収層を形成するステップと、上記マスクを上記支持基板に対し、２次相対移動させた後、上記光吸収層の上にウィンドウ層を形成するステップと、を含む。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置は、支持基板と、上記支持基板の上に配置され、第１貫通溝が形成される裏面電極層と、上記裏面電極層の上に配置され、上記第１貫通溝の横に第２貫通溝が形成される光吸収層と、上記光吸収層の上に配置され、上記第２貫通溝と重畳される第３貫通溝が形成されるウィンドウ層と、を含み、上記第１貫通溝の幅、上記第２貫通溝の幅、及び上記第３貫通溝の幅は、互いに対応する。
本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、１つのマスクを使用して、裏面電極層、光吸収層、及びウィンドウ層を形成することができる。したがって、本発明に係る太陽光発電装置は、各々の層を形成するために、マスクを取り替える必要がない。
特に、本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、マスクの移動を無線で操縦して、裏面電極層、光吸収層、及びウィンドウ層を一回の真空工程により連続蒸着して形成することができる。
即ち、本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、一回の真空状態で、１つのマスクを使用して、多数個のセルに区分される太陽光発電装置を容易に製造することができる。
したがって、本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、容易に、自動化工程を適用して、大量に太陽電池パネルなどの太陽光発電装置を製造することができる。
本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造するためのマスクを示す平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造する過程を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造する過程を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造する過程を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造する過程を示す断面図である。
本発明を説明するに当たって、各基板、膜、電極、溝、または層が、各基板、膜、電極、溝、または層の“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“他の層を介して（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ものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造するためのマスクを示す平面図である。図２乃至図５は、本発明の実施形態に係る太陽光発電装置を製造する過程を示す断面図である。
図１及び図２を参照すると、支持基板１００の上にマスク１０が配置される。
上記支持基板１００はプレート形状を有する。上記支持基板１００は絶縁体である。上記支持基板１００は、ガラス基板、プラスチック基板、または金属基板でありうる。
より詳しくは、上記支持基板１００はソーダライムガラス（soda lime glass）基板でありうる。上記支持基板１００は透明でありうる。上記支持基板１００はリジッド（rigid）またはフレキシブル（flexible）でありうる。
図１に示すように、上記マスク１０はマスクフレーム１１及び多数個のマスクパターン１２を含む。
上記マスクフレーム１１は四角枠形状を有し、平面視して、閉ループ形状を有することができる。平面視して、上記マスクフレーム１１は上記支持基板１００より大きい。
上記マスクフレーム１１は耐熱性の高い金属を含むことができる。
上記マスクパターン１２は上記マスクフレーム１１の内側に配置される。また、上記マスクパターン１２は上記マスクフレーム１１に連結される。上記マスクパターン１２は互いに離隔して、並んで配置される。
上記マスクパターン１２は第１方向に延びる形状を有し、上記マスクパターン１２の幅（Ｗ１）は、例えば約１０μｍ乃至約２００μｍでありうる。上記マスクパターン１２は互いに一定の間隔で離隔する。また、上記マスクパターン１２は互いに平行するように配置される。
図１及び図２に示すように、上記マスクフレーム１１が上記支持基板１００の外郭領域を覆う。即ち、上記マスクフレーム１１は上記支持基板１００の側面が配置される領域に対応して配置される。
図３を参照すると、上記マスク１０を使用して、上記支持基板１００の上に裏面電極層２００が形成される。即ち、上記マスク１０を通じて、上記支持基板１００の上にモリブデンなどの金属が蒸着し、上記裏面電極層２００が形成される。
上記裏面電極層２００は、蒸発法、スパッタリング工程、または化学気相蒸着工程などの多様な方法により形成できる。この際、モリブデンなどの金属は上記マスクフレーム１１及び上記マスクパターン１２が位置しない領域に蒸着する。
これによって、上記裏面電極層２００には第１貫通溝ＴＨ１が形成される。上記第１貫通溝ＴＨ１は上記マスクパターン１２に対応する位置に各々形成される。
上記第１貫通溝ＴＨ１の幅（Ｗ２）は上記マスクパターン１２の幅（Ｗ１）に対応する。即ち、上記第１貫通溝ＴＨ１の幅（Ｗ２）は上記マスクパターン１２の幅と実質的に同一である。
例えば、上記第１貫通溝ＴＨ１は上記支持基板１００の上面を露出して、約１０μｍ乃至１００μｍの幅を有することができる。
図４を参照すると、上記マスク１０は上記支持基板１００に対し、第２方向に相対移動する。即ち、上記マスク１０が上記第２方向に移動したり、上記支持基板１００が上記第２方向へ移動する。
この際、上記マスク１０は上記第１貫通溝ＴＨ１の幅（Ｗ２）より多いピッチ（Ｐ１）で移動する。即ち、上記マスク１０が移動した後、上記マスクパターン１２は上記第１貫通溝ＴＨ１の横に移動する。
以後、上記マスク１０を使用して、上記裏面電極層２００の上に光吸収層３００、バッファ層４００、及び高抵抗バッファ層５００が順次に形成される。
上記光吸収層３００はスパッタリング工程または蒸発法等により形成される。
例えば、上記光吸収層３００を形成するために、銅、インジウム、ガリウム、セレニウムを同時に、または区分して蒸発させながら銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２；ＣＩＧＳ系）の光吸収層３００を形成する方法と金属プリカーソル膜を形成させた後、セレニゼーション（Selenization）工程により形成させる方法が幅広く使われている。
金属プリカーソル膜を形成させた後、セレニゼーションすることを細分化すれば、銅ターゲット、インジウムターゲット、ガリウムターゲットを使用するスパッタリング工程により、上記裏面電極２００の上に金属プリカーソル膜が形成される。
以後、上記金属プリカーソル膜はセレニゼーション（selenization）工程により、銅−インジウム−ガリウム−セレナイド系（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２；ＣＩＧＳ系）の光吸収層３００が形成される。
これとは異なり、上記銅ターゲット、インジウムターゲット、ガリウムターゲットを使用するスパッタリング工程及び上記セレニゼーション工程は同時に進行できる。
これとは異なり、銅ターゲット及びインジウムターゲットのみを使用したり、銅ターゲット及びガリウムターゲットを使用するスパッタリング工程及びセレニゼーション工程によりＣＩＳ系またはＣＩＧ系の光吸収層３００が形成される。
以後、上記光吸収層３００の上に硫化カドミウムがスパッタリング工程などにより蒸着し、上記バッファ層４００が形成される。
以後、上記バッファ層４００の上にジンクオキサイドがスパッタリング工程などにより蒸着し、上記高抵抗バッファ層５００が形成される。
この際、上記マスク１０により、上記光吸収層３００、上記バッファ層４００、及び上記高抵抗バッファ層５００に第２貫通溝ＴＨ２が形成される。より詳しくは、上記マスクパターン１２に各々対応して、上記第２貫通溝ＴＨ２が形成される。
上記第２貫通溝ＴＨ２の幅（Ｗ３）は上記マスクパターン１２の幅（Ｗ１）と実質的に同一である。上記第２貫通溝ＴＨ２は、上記光吸収層３００、上記バッファ層４００、及び上記高抵抗バッファ層５００を貫通する。上記第２貫通溝ＴＨ２により上記裏面電極層２００の上面が露出する。
図５を参照すると、上記マスク１０は上記支持基板１００に対し、上記第２方向に相対移動する。即ち、上記マスク１０が上記第２方向に移動したり、上記支持基板１００が上記マスク１０と反対方向に移動する。
この際、上記マスクパターン１２は上記第２貫通溝ＴＨ２の幅（Ｗ３）より小さいピッチ（Ｐ２）で移動する。即ち、上記第２貫通溝ＴＨ２及び上記マスクパターン１２が互いに重畳されるように移動する。例えば、上記マスクパターン１２は、上記第２貫通溝ＴＨ２の幅（Ｗ３）の半分ぐらいの距離に移動する。
以後、上記マスク１０を使用して、上記高抵抗バッファ層５００の上にウィンドウ層６００が形成される。上記ウィンドウ層６００を形成するために、上記マスク１０を通じて、上記高抵抗バッファ層５００の上に透明な導電物質が積層される。上記透明な導電物質の例としては、アルミニウムがドーピングされたジンクオキサイド（aluminum doped Zinc oxide；ＡＺＯ）などが挙げられる。
上記マスクパターン１２は上記第２貫通溝ＴＨ２と一部重畳される。これによって、上記マスクパターン１２により上記第２貫通溝ＴＨ２の一部に上記透明導電物質が詰められる。
特に、上記ウィンドウ層６００は上記第２貫通溝ＴＨ２の一部に詰められた透明導電物質により上記裏面電極層２００と接続される。
また、上記マスク１０により上記ウィンドウ層６００に第３貫通溝ＴＨ３が形成される。即ち、上記マスクパターン１２により上記第３貫通溝ＴＨ３が形成される。
上記第３貫通溝ＴＨ３の幅（Ｗ４）は上記マスクパターン１２の幅（Ｗ１）と実質的に同一である。また、上記第３貫通溝ＴＨ３は上記第２貫通溝ＴＨ２と一部重畳される。
また、上記第３貫通溝ＴＨ３は上記高抵抗バッファ層５００の上面５０１を露出させる。この際、上記第３貫通溝ＴＨ３は機械的なスクライビングまたはレーザーにより形成されない。したがって、上記第３貫通溝ＴＨ３により露出した高抵抗バッファ層５００の上面５０１は、上記ウィンドウ層６００により覆われた高抵抗バッファ層５００の上面と同一な平面５０２に配置される。
また、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、上記バッファ層４００、上記高抵抗バッファ層５００、及び上記ウィンドウ層６００は、上記第１貫通溝ＴＨ１、上記第２貫通溝ＴＨ２、及び上記第３貫通溝ＴＨ３により区分されて、多数個の太陽電池セルを形成する。
前述したように、上記第１貫通溝ＴＨ１、上記第２貫通溝ＴＨ２、及び上記第３貫通溝ＴＨ３は、同一なマスクパターン１２により形成されるため、互いに対応する幅を有する。即ち、上記第１貫通溝ＴＨ１、上記第２貫通溝ＴＨ２、及び上記第３貫通溝ＴＨ３は、実質的に同一な幅を有する。
また、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、及び上記ウィンドウ層６００は、上記マスクフレーム１１により階段形状に積層される。
即ち、上記裏面電極層２００の外郭部分及び上記光吸収層３００の外郭部分は一致せず、一定の間隔でずれるように配置される。即ち、上記裏面電極層２００及び上記光吸収層３００は互いに完全に重畳されず、一部重畳される。
これによって、上記光吸収層３００は上記裏面電極層２００の上面の全体を覆わず、上記裏面電極層２００の上面の一部（以下、第１露出領域）２０１を露出させる。この際、上記第１露出領域２０１の幅（Ｗ６）は上記第１貫通溝ＴＨ１及び上記第２貫通溝ＴＨ２の間のピッチ（Ｐ１）に対応する。
即ち、上記第１露出領域２０１の幅（Ｗ６）は上記裏面電極層２００及び上記光吸収層３００がずれた程度である。これによって、上記裏面電極層２００の一外側面及び上記光吸収層３００の一外側面の間の距離は上記第１露出領域２０１の幅（Ｗ６）に対応する。
同様に、上記光吸収層３００の外郭領域及び上記ウィンドウ層６００の外郭領域は互いに一致せず、一定の間隔でずれるように配置される。即ち、上記光吸収層３００及び上記ウィンドウ層６００は互いに完全に重畳されず、一部重畳される。
これによって、上記ウィンドウ層６００は上記光吸収層３００の上面の全体を覆わず、上記光吸収層３００の上面の一部（以下、第２露出領域）３０１を露出させる。この際、上記第２露出領域３０１の幅（Ｗ７）は上記第２貫通溝ＴＨ２及び上記第３貫通溝ＴＨ３の間のピッチ（Ｐ２）に対応する。
即ち、上記第２露出領域３０１の幅（Ｗ７）は上記光吸収層３００及び上記ウィンドウ層６００がずれた程度である。これによって、上記光吸収層３００の一外側面及び上記ウィンドウ層６００の一外側面の間の距離は上記第２露出領域３０１の幅（Ｗ７）に対応する。
上記第１露出領域２０１は上記裏面電極層２００の一外郭部分に定義される。また、上記第２露出領域３０１０は上記光吸収層３００の一外郭部分に定義される。
また、全体から見て、上記光吸収層３００は上記裏面電極層２００と第１段差を成し、上記裏面電極層２００の上に配置される。また、上記ウィンドウ層は上記光吸収層３００と第２段差を成し、上記光吸収層３００の上に配置される。
この際、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、及び上記ウィンドウ層６００は、同一なマスク１０により積層される。これによって、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、及び上記ウィンドウ層６００は、互いに対応する平面積を有する。即ち、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、及び上記ウィンドウ層６００は、実質的に同一な平面積を有する。
また、上記光吸収層３００は上記裏面電極層２００の一外側面２０２を覆う。また、上記ウィンドウ層６００は上記光吸収層３００の一外側面３０２を覆う。
本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、１つのマスク１０を使用して、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、及び上記ウィンドウ層６００を形成する。したがって、本発明に係る太陽光発電装置は、各々の層２００・・・６００を形成するために、マスク１０を取り替える必要がない。
特に、本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、上記マスク１０の移動を無線で操縦して、上記裏面電極層２００、上記光吸収層３００、及び上記ウィンドウ層６００を一回の真空工程により連続蒸着して形成することができる。
即ち、本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、一回の真空状態で、１つのマスク１０を使用して、多数個のセルに区分される太陽光発電装置を容易に製造することができる。
したがって、本発明に係る太陽光発電装置の製造方法は、容易に、自動化工程を適用して、大量に太陽電池パネルなどの太陽光発電装置を製造することができる。
本実施形態の図面では、各々の層の側面及び各々の貫通溝の内側面は支持基板１００に対し、垂直になるように図示されているが、実際の工程では、このように正確に垂直な形状に製造されないことがある。例えば、各々の層の側面及び各々の貫通溝の内側面は上記支持基板１００に対して傾斜するように配置されることがあり、曲面に形成されることがある。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
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。
本発明に係る太陽光発電装置は、太陽光発電分野に利用できる。

Claims (20)

  1. 支持基板と、
    前記支持基板の上に配置される裏面電極層と、
    前記裏面電極層の第１露出領域を露出するように前記裏面電極層を覆う光吸収層と、
    前記光吸収層の第２露出領域を露出するように前記光吸収層を覆うウィンドウ層と、
    を含むことを特徴とする、太陽光発電装置。
  2. 前記裏面電極層、前記光吸収層、及び前記ウィンドウ層は、互いに対応する平面積を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  3. 前記光吸収層は前記裏面電極層の外側面を覆い、前記ウィンドウ層は前記光吸収層の外側面を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  4. 前記裏面電極層には第１方向に延びる多数個の第１貫通溝が形成され、
    前記光吸収層には前記第１方向に延び、前記第１貫通溝に各々隣接する多数個の第２貫通溝が形成され、
    前記ウィンドウ層には前記第１方向に延び、前記第２貫通溝と各々重畳される多数個の第３貫通溝が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  5. 各々の第１貫通溝及び各々の第２貫通溝の間のピッチは前記第１露出領域の幅に対応することを特徴とする、請求項４に記載の太陽光発電装置。
  6. 各々の第２貫通溝及び各々の第３貫通溝の間のピッチは前記第２露出領域の幅に対応することを特徴とする、請求項４に記載の太陽光発電装置。
  7. 前記第１露出領域は前記裏面電極層の外郭部分に定義され、
    前記第２露出領域は前記光吸収層の外郭部分に定義されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  8. 前記光吸収層は前記裏面電極層に対応する平面形状を有し、
    前記光吸収層は前記裏面電極層と所定の間隔でずれるように前記裏面電極層の上に積層され、
    前記ウィンドウ層は前記光吸収層に対応する平面形状を有し、
    前記ウィンドウ層は前記光吸収層と所定の間隔でずれるように前記光吸収層の上に積層されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  9. 前記裏面電極層の外側面及び前記光吸収層の外側面の間の距離は前記第１露出領域の幅に対応し、
    前記光吸収層の外側面及び前記ウィンドウ層の外側面の間の距離は前記第２露出領域の幅に対応することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  10. 前記光吸収層及び前記ウィンドウ層の間に介されるバッファ層を含み、
    前記バッファ層は前記光吸収層と対応する平面形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
  11. マスクを使用して、支持基板の上に裏面電極層を形成するステップと、
    前記マスクを前記支持基板に対し、１次相対移動させた後、前記マスクを使用して、前記裏 面電極層の上に光吸収層を形成するステップと、
    前記マスクを前記支持基板に対し、２次相対移動させた後、前記光吸収層の上にウィンドウ層を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする、太陽光発電装置の製造方法。
  12. 前記マスクは第１方向に延びる多数個のマスクパターンを含み、
    前記マスクは前記第１方向と交差する第２方向に前記支持基板に対し、１次及び２次相対移動することを特徴とする、請求項１１に記載の太陽光発電装置の製造方法。
  13. 前記裏面電極層を形成するステップにおいて、
    前記マスクにより前記裏面電極層に第１貫通溝が形成され、
    前記光吸収層を形成するステップにおいて、
    前記マスクにより前記光吸収層に第２貫通溝が形成され、
    前記ウィンドウ層を形成するステップにおいて、
    前記マスクにより前記ウィンドウ層に第３貫通溝が形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の太陽光発電装置の製造方法。
  14. 前記第２貫通溝は前記第１貫通溝の横に形成され、
    前記第３貫通溝は前記第２貫通溝に重畳されることを特徴とする、請求項１３に記載の太陽光発電装置の製造方法。
  15. 前記第１貫通溝、前記第２貫通溝、及び前記第３貫通溝は、互いに並んでいることを特徴とする、請求項１３に記載の太陽光発電装置の製造方法。
  16. 前記第１貫通溝、前記第２貫通溝、及び前記第３貫通溝は、同一なマスクパターンにより形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の太陽光発電装置の製造方法。
  17. 支持基板と、
    前記支持基板の上に配置され、第１貫通溝が形成される裏面電極層と、
    前記裏面電極層の上に配置され、前記第１貫通溝の横に第２貫通溝が形成される光吸収層と、
    前記光吸収層の上に配置され、前記第２貫通溝と重畳される第３貫通溝が形成されるウィンドウ層と、を含み、
    前記第１貫通溝の幅、前記第２貫通溝の幅、及び前記第３貫通溝の幅は、互いに対応することを特徴とする、太陽光発電装置。
  18. 前記光吸収層及び前記ウィンドウ層の間に介されるバッファ層と、
    前記バッファ層及び前記ウィンドウ層の間に介される高抵抗バッファ層と、を含み、
    前記高抵抗バッファ層の上面の一部は前記第３貫通溝により露出されることを特徴とする、請求項１７に記載の太陽光発電装置。
  19. 前記光吸収層は前記裏面電極層の上に階段形状に積層され、
    前記露出した裏面電極層の上面の幅は前記第１貫通溝及び前記第２貫通溝の間のピッチに対応することを特徴とする、請求項１７に記載の太陽光発電装置。
  20. 前記ウィンドウ層は前記光吸収層の上面に階段形状に積層され、
    前記露出された光吸収層の上面の幅は前記第２貫通溝及び前記第３貫通溝の間のピッチに対応することを特徴とする、請求項１７に記載の太陽光発電装置。
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