JP2018093168A - タンデム太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ホモ接合（homo-junction）シリコン太陽電池で具現されるタンデム太陽電池において、ペロブスカイト太陽電池の特性劣化問題を改善するタンデム太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】タンデム太陽電池及びその製造方法に関し、シリコン太陽電池１１０上にペロブスカイト太陽電池１２０を積層して接合させたタンデム太陽電池１００及びこれを製造する方法に関する。ホモ接合シリコン太陽電池１１０で具現されるタンデム太陽電池１００において、第１のパッシベーションパターン１１４を導入し、第１のパッシベーションパターン１１４の下部のエミッタ層１１２の一部を露出させて、第２電極１５０を形成するための高温焼成の際に、第１のパッシベーションパターン１１４によりエミッタ層１１２が保護され、エミッタ層１１２の表面欠陷を減少させ、ペロブスカイト太陽電池１２０の特性劣化問題を改善することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、タンデム太陽電池及びその製造方法に関するものであり、より具体的には、シリコン太陽電池上にペロブスカイト太陽電池を積層して接合したタンデム太陽電池及びその製造方法に関する。
結晶シリコン（crystalline Silicon；ｃ−Ｓｉ）太陽電池は、代表的な単一接合（single junction）太陽電池であり、ここ数十年間太陽電池市場を支配してきた。
しかし、結晶シリコンのバンドギャップは、Ｓｈｏｃｋｌｅｙ−Ｑｕｅｉｓｓｅｒ限界を考慮するとき、ほとんど理想的であるにもかかわらず、シリコン基盤（基板）太陽電池の光電変換効率をＡｕｇｅｒ再結合により約３０％の水準に制限されているのが実情である。
すなわち、従来の結晶シリコン太陽電池の光電効率は、バンドギャップよりもずっと高いエネルギを有する光子が入射する際に発生する熱化損失（thermalization loss）と、バンドギャップよりも低いエネルギを有するフォトンの透過損失と、により低い限界値を有する。
ここで、熱化損失とは、太陽電池へ吸収された光の超過エネルギが格子振動の量子形態であるフォトンに転換せず、熱エネルギに損失されることを言い、透過損失とは、バンドギャップよりも低いエネルギを有する光子が電子を十分に励起させないことによる損失を意味する。
単一接合太陽電池において、熱化損失を減らすためには適切な大きさのバンドギャップが必要であると共に、低いエネルギのフォトンが寄与するためにはバンドギャップが低い必要があるため、互いにトレードオフ（trade-off）関係が成り立つ。
このようなトレードオフ関係は、単一接合太陽電池では解決が困難であるため、最近は、タンデム太陽電池（tandem solar cell又はdouble-junction solar cell）のように、多様なエネルギバンドギャップを有する材料等を用いることで、広いスペクトル領域の光エネルギを効果的に利用しようとする試みが行われている。
このような試みの一環として、異なるバンドギャップを有する吸収層を含む単一接合太陽電池を連結（接続）して、一つの太陽電池を構成するタンデム太陽電池が提案されたことがある。
一般に、タンデム太陽電池は、比較的大きいバンドギャップを有する吸収層を含む単一接合太陽電池が先に入射光を受けるように上部に位置し、比較的バンドギャップの小さい吸収層を含む単一接合太陽電池が下部に位置する。
これにより、タンデム太陽電池は、上部で短波長領域の光を吸収して、下部で長波長領域の光を吸収することで、限界波長（threshold wavelength）を長波長の方に移動することができ、結果的に全（全体）吸収波長の領域を広く利用することができるという利点がある。
また、全吸収波長の領域を二つの帯域に分けて利用することで、電子−正孔を生成する際に熱損失の減少を期待することができる。
このようなタンデム太陽電池は、単一接合太陽電池の接合形態及び電極の具備される位置によって、大きく２端子（two-terminal）タンデム太陽電池と４端子（four-terminal）タンデム太陽電池とに分類される。
具体的には、２端子タンデム太陽電池は、二つのサブ太陽電池がトンネル接合されて、タンデム太陽電池の上部及び下部にそれぞれ電極が具備された構造を有し、４端子タンデム太陽電池は、二つのサブ太陽電池が互いに離隔した状態で存在して、それぞれサブ太陽電池の上部及び下部に電極が具備された構造を有する。
４端子タンデム太陽電池の場合は、各サブ太陽電池が別の基板を必要とし、２端子タンデム太陽電池に比べて比較的多くの透明導電性接合を必要とするため抵抗が高く、必然的に光学損失が生じるため、２端子タンデム太陽電池が次世代太陽電池として注目されている。
図１は、一般的な２端子タンデム太陽電池を概略的に示した模式図である。
図１を参照すれば、一般的な太陽電池は、比較的大きいバンドギャップを有する吸収層を含む単一接合太陽電池と、比較的バンドギャップの小さい吸収層を含む単一接合太陽電池と、が接合層を媒介としてトンネル接合される。
多様な種類の２端子タンデム太陽電池のうち、比較的大きいバンドギャップを有する吸収層を含む単一接合太陽電池をペロブスカイト太陽電池として使用して、比較的バンドギャップの小さい吸収層を含む単一接合太陽電池を結晶シリコン太陽電池として使用したペロブスカイト／結晶シリコンタンデム太陽電池が、３０％以上の光電効率を達成できる有力な候補として注目されている。
ペロブスカイト／結晶シリコンタンデム太陽電池において、ペロブスカイト太陽電池は、結晶シリコン太陽電池上に接合層を形成した後、接合層上に蒸着することになる。
図面には詳しく示さないが、一般的なタンデム太陽電池は、結晶シリコン太陽電池の後面に後面金属電極が配置されて、ペロブスカイト太陽電池の前面に前面金属電極が配置される。
このとき、後面金属電極及び前面金属電極は、ガラスフリットが添加された電極ペーストをそれぞれ塗布した後、７００℃以上の高温で焼成して製造している。
すなわち、一般的なタンデム太陽電池の場合は、ペロブスカイト太陽電池を形成してからガラスフリットの添加された電極ペーストをそれぞれ塗布した後、７００℃以上の高温で焼成して、後面金属電極と前面金属電極とを同時に形成している。
この結果、一般的なタンデム太陽電池では、ペロブスカイト太陽電池を結晶シリコン太陽電池と接合させた後に後面金属電極及び前面金属電極を形成するため、ペロブスカイト太陽電池が７００℃以上の高温にそのまま露出することに起因してペロブスカイト太陽電池の特性が劣化する問題があった。
本発明は、ホモ接合（同種接合）（homo-junction）シリコン太陽電池で具現されるタンデム太陽電池において、第１のパッシベーションパターンを導入して、第１のパッシベーションパターンの下部のエミッタ層の一部を露出させることで、第２電極を形成するための高温焼成の際に、第１のパッシベーションパターンによりエミッタ層が保護されて、エミッタ層の表面欠陷を減少させ、ペロブスカイト太陽電池の特性劣化問題を改善するタンデム太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、第１のパッシベーションパターンの導入で、エミッタ層及び第１のパッシベーションパターンの上部に積層される接合層がエミッタ層の一部と直接接合されることにより、シリコン太陽電池とペロブスカイト太陽電池との電気的接合の信頼性を向上させるタンデム太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、結晶シリコン基板の第１面及び第２面のうち少なくとも一つに配置されたテクスチャリングパターンを有するテクスチャ構造を有するように設計することで、接合層とシリコン太陽電池との境界面における反射率を下げると共に、シリコン太陽電池において長波長光の利用率を向上させるタンデム太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
上述の技術的課題を解決するために本発明の一側面によれば、結晶シリコン基板の第１面に配置されたエミッタ層と、エミッタ層上に配置されて、エミッタ層の一部が露出する開口部を有するようにパターニングされた第１のパッシベーションパターンを有するシリコン太陽電池と、ペロブスカイト吸収層を有するペロブスカイト太陽電池と、シリコン太陽電池の第１のパッシベーションパターンと、開口部を通じて露出するエミッタ層上に配置されて、シリコン太陽電池とペロブスカイト太陽電池とを接合する接合層と、ペロブスカイト太陽電池上に配置された第１電極と、結晶シリコン基板の第２面に配置された第２電極と、を有するタンデム型太陽電池を提供することができる。
本発明の他の側面によれば、結晶シリコン基板の第１面にエミッタ層を形成して、シリコン太陽電池を形成する段階と、エミッタ層上に第１のパッシベーション層を形成する段階と、結晶シリコン基板の第２面に第２電極を形成する段階と、第１のパッシベーション層の一部をエッチングして、エミッタ層の一部を露出する開口部を有する第１のパッシベーションパターンを形成する段階と、開口部を通じて露出するエミッタ層及び第１のパッシベーションパターン上に接合層を形成する段階と、接合層上にペロブスカイト吸収層を形成して、ペロブスカイト太陽電池を形成する段階と、ペロブスカイト太陽電池上に第１電極を形成する段階と、を有するタンデム太陽電池の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、エミッタ層の上部に一定の間隔で離隔して配置されるように設計された第１のパッシベーションパターンを導入して、第１のパッシベーションパターンの下部のエミッタ層の一部が露出するようにした。
この結果、本発明によるタンデム太陽電池は、第２電極を形成するための高温焼成の際に、第１のパッシベーションパターンによりエミッタ層が保護されて、エミッタ層の表面欠陷を減少させるため、ペロブスカイト太陽電池の特性劣化問題を改善することができる。
さらに、本発明によるタンデム太陽電池は、第１のパッシベーションパターンの導入で、エミッタ層及び第１のパッシベーションパターンの上部に積層される接合層がエミッタ層の一部と直接接合されることにより、シリコン太陽電池とペロブスカイト太陽電池との電気的接合の信頼性を向上させることができる。
また、本発明によるタンデム太陽電池の製造方法は、第２電極と第１電極とを同時に形成するのではなく、ペロブスカイト太陽電池を形成する前に、７００℃以上の高温焼成工程で第２電極を形成して、ペロブスカイト太陽電池を形成した後、２５０℃以下の低温焼成工程で第１電極を形成する、二元化（二段階）方式で行われるため、ペロブスカイト太陽電池が７００℃以上の高温焼成工程で露出するおそれはなくなる。
この結果、本発明によるタンデム太陽電池の製造方法は、ペロブスカイト太陽電池が第１電極を形成するための２５０℃以下の低温焼成工程でのみ露出し、第２電極を形成するための７００℃以上の高温焼成工程では露出するおそれがないため、ペロブスカイト太陽電池が高温焼成により劣化する問題を未然に防ぐことができる。
一般的なタンデム太陽電池を概略的に示した模式図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池を示した断面図である。 図２のペロブスカイト太陽電池を詳細に示した断面図である。 本発明の第２実施例によるタンデム太陽電池を示した断面図である。 本発明の複数の太陽電池を直列に連結した第１実施例の概略図である。 本発明の複数の太陽電池を直列に連結した第２実施例の概略図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。 本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。
以下、本願に添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例によるタンデム太陽電池及びこれを製造する方法を詳しく説明する。
本発明は、以下に開示する実施例に限るものではなく、異なる多様な形態で具現することができるが、但、本実施例は、本発明の開示を完全なものにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものである。
［タンデム太陽電池］
第１実施例
図２は、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池を示した断面図であり、図３は、図２のペロブスカイト太陽電池を詳細に示した断面図である。
図２及び図３を参照すれば、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池１００は、比較的大きいバンドギャップを有する吸収層を含むペロブスカイト太陽電池１２０と比較的バンドギャップの小さい吸収層を含むシリコン太陽電池１１０とが、接合層１３０を媒介として直接トンネル接合された２端子タンデム太陽電池の構造を有する。
これにより、タンデム太陽電池１００に入射した光のうち、短波長領域の光は、上部に配置されたペロブスカイト太陽電池１２０に吸収されて電荷を生成し、ペロブスカイト太陽電池１２０を透過する長波長領域の光は、下部に配置されたシリコン太陽電池１１０に吸収されて電荷を生成する。
上述した構造を有するタンデム太陽電池１００は、上部に配置されたペロブスカイト太陽電池１２０で短波長領域の光を吸収して発電し、下部に配置されたシリコン太陽電池１１０で長波長領域の光を吸収して発電することで、限界波長（threshold wavelength）を長波長の方に移動させることができ、結果的に全太陽電池が吸収する波長帯を広げるという利点がある。
前述した本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池１００は、シリコン太陽電池１１０、ペロブスカイト太陽電池１２０、接合層１３０、第１電極１４０及び第２電極１５０を含む。
シリコン太陽電池１１０は、ホモ接合（homo-junction）結晶シリコン太陽電池で具現することができる。具体的には、シリコン太陽電池１１０は、結晶シリコン基板１１１の第１面に配置されたエミッタ層１１２を有する。また、シリコン太陽電池１１０は、結晶シリコン基板１１１の第２面に配置された後面電界層１１３をさらに有してもよい。すなわち、シリコン太陽電池１１０は、シリコン基板１１１及びエミッタ層１１２が順次積層された２層構造を有することができる。また、シリコン太陽電池１１０は、後面電界層１１３、シリコン基板１１１及びエミッタ層１１２が順次積層される３層構造を有してもよい。
ここで、エミッタ層１１２としては、結晶シリコン基板１１１と相違する導電型を有する不純物ドーピング層が用いられ、後面電界層１１３としては、結晶シリコン基板１１１と同じ導電型を有する不純物ドーピング層が用いられることで、ホモ接合結晶シリコン太陽電池１１０を具現することができる。
例えば、結晶シリコン基板１１１がｎ型の単結晶シリコン基板である場合は、エミッタ層１１２は、ｐ型の不純物でドーピングされた半導体層が用いられ、後面電界層１１３は、ｎ型の不純物でドーピングされた半導体層が用いられる。このとき、後面電界層１１３は、結晶シリコン基板１１１にドーピングされたｎ型の不純物の濃度よりさらに高濃度でドーピングされたｎ＋型の半導体層であってもよい。
また、結晶シリコン基板１１１としては、ｎ型の単結晶シリコン基板の代わりにｐ型の単結晶シリコン基板又は結晶シリコン太陽電池に通常使用される他の結晶シリコン基板を用いても構わない。同様に、エミッタ層１１２及び後面電界層１１３も、結晶シリコン基板１１１の導電型によって適切な導電型を有する不純物でドーピングされるように設計されてもよい。
ここで、シリコン太陽電池１１０の結晶シリコン基板１１１は、第１面及び第２面のうち少なくとも一つに配置されたテクスチャリングパターンを有するテクスチャ構造を有する。
このように、結晶シリコン基板１１１の第２面にテクスチャ構造を導入して、結晶シリコン基板１１１の第２面上に順次配置される後面電界層１１３及び第２のパッシベーション層１６０もテクスチャ構造を有する。また、結晶シリコン基板１１１の第１面にテクスチャ構造を導入することで、結晶シリコン基板１１１の第１面上に順次具備されるエミッタ層１１２、第１のパッシベーションパターン１１４、接合層１３０及びペロブスカイト太陽電池１２０もテクスチャ構造を有する。
これにより、タンデム太陽電池１００に入射する長波長光は、斜め方向にペロブスカイト太陽電池１２０を透過して、シリコン太陽電池１１０に入射することで、接合層１３０とシリコン太陽電池１１０との境界面における反射率を下げることができる。さらに、シリコン太陽電池１１０内における長波長光の移動経路が斜め方向になるにつれて光の経路が増加し、これを通じてシリコン太陽電池１１０で長波長光の利用率を向上させることができる。
このようなシリコン太陽電池１１０は、エミッタ層１１２上に配置されて、エミッタ層１１２の一部が露出する開口部Ｇを有するようにパターニングされた第１のパッシベーションパターン１１４をさらに有する。
このような第１のパッシベーションパターン１１４の材質としては、結晶シリコン基板１１１の欠陷を減らせる水素を含むＳｉＮｘ：Ｈが一般に用いられるが、水素を含む他の絶縁膜を用いることも可能であり、ＳｉＯx、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮy、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣx等から選択された１種以上の他の膜と多層構造で適用することもできる。
このとき、第１のパッシベーションパターン１１４は、長波長光の反射率を下げるためにその厚さを最大に薄く形成しなければならない。このために、第１のパッシベーションパターン１１４は、１０〜１００ｎｍの厚さを有することが望ましい。第１のパッシベーションパターン１１４の厚さが１０ｎｍ未満である場合は、その厚さが薄すぎることから、第２電極１５０の形成過程時にエミッタ層１１２を安定的に保護せず、エミッタ層１１２に表面欠陷を生成するおそれがある。逆に、第１のパッシベーションパターン１１４の厚さが１００ｎｍを超える場合は、長波長光の反射率を下げる問題を引き起こすので望ましくない。
ペロブスカイト太陽電池１２０は、ペロブスカイト吸収層１２２を有する。また、ペロブスカイト太陽電池１２０は、電子伝達（輸送）層１２１及び正孔伝達（輸送）層１２３をさらに含む。
このとき、電子伝達層１２１は、ペロブスカイト吸収層１２２の下部に配置されて、正孔伝達層１２３は、ペロブスカイト吸収層１２２の上部に配置されてもよい。このとき、電子伝達層１２１と正孔伝達層１２３との位置は、必要に応じて入れ替えてもよい。
電子伝達層１２１は、金属酸化物が用いられてもよい。電子伝達層１２１を構成する金属酸化物の非制限的な例としては、Ｔｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｗ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｙｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、Ｉｎ酸化物及びＳｒＴｉ酸化物等がある。より望ましくは、電子伝達層１２１は、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＷＯ3及びＴｉＳｒＯ3から選択される少なくとも１種の金属酸化物が用いられてもよい。
また、電子伝達層１２１上には、電子伝達層１２１と同一又は相違する金属酸化物を含むメソポーラス層１２５がさらに具備されてもよい。メソポーラス層１２５は、ペロブスカイト吸収層１２２で発生した正孔−電子対が電子又は正孔に分解された後、特に電子が後述の接合層１３０に伝達されることを容易にする役割を行う。また、光学的に散乱構造を形成することで、光の経路を増加させる役割を同時に行う。
ペロブスカイト吸収層１２２は、ペロブスカイト構造を有する化合物を含む光活性層であって、ペロブスカイト構造は、ＡＭＸ3（ここで、Ａは１価の有機アンモニウムカチオン又は金属カチオン、Ｍは２価の金属（金属）カチオン、Ｘはハロゲンアニオンを意味する）で表される。ペロブスカイト構造を有する化合物の非制限的な例としては、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩxＣｌ3-x、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩxＢｒ3-x、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＣｌxＢｒ3-x、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩ3、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩxＣｌ3-x、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩxＢｒ3-x、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＣｌxＢｒ3-x、（ＣＨ3ＮＨ3）（ＨＣ（ＮＨ2）2）1-yＰｂＩ3、（ＣＨ3ＮＨ3）（ＨＣ（ＮＨ2）2）1-yＰｂＩxＣｌ3-x、（ＣＨ3ＮＨ3）（ＨＣ（ＮＨ2）2）1-yＰｂＩxＢｒ3-x又は（ＣＨ3ＮＨ3）（ＨＣ（ＮＨ2）2）1-yＰｂＣｌxＢｒ3-x等がある（０≦ｘ、ｙ≦１）。ＡＭＸ３のＡに一部のＣｓがドーピングされる場合も含むことができる。
正孔伝達層１２３は、導電性高分子で具現することができる。すなわち、導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ−３，４−エチレンジオキシポリチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）、ポリ［ビス（４−フェニル）（２，４，６−トリメチルフェニル）アミン］（ＰＴＡＡ）、スピロ−ミオタード（Spiro-MeOTAD）又はポリアニリン−カンファースルホン酸（ＰＡＮＩ−ＣＳＡ）等が用いられる。このとき、正孔伝達層１２３は、必要によってｎ型又はｐ型のドーパントをさらに含むことができる。
接合層１３０は、シリコン太陽電池１１０の第１のパッシベーションパターン１１４及び開口部Ｇを通じて露出するエミッタ層１１２上に配置されて、シリコン太陽電池１１０とペロブスカイト太陽電池１２０とを接合する役割を行う。これにより、ペロブスカイト太陽電池１２０は、接合層１３０を媒介としてシリコン太陽電池１１０と電気的に連結される。
仮に、エミッタ層１１２の上部全面を覆う第１のパッシベーション層（未図示）を設計すると、第１のパッシベーション層によりエミッタ層１１２の全面が遮蔽されることに起因して、エミッタ層１１２と接合層１３０及びペロブスカイト太陽電池１２０とが電気的に接合されない問題を引き起こす。また、エミッタ層１１２上に第１のパッシベーションパターン１１４を配置することなく、接合層１３０及びペロブスカイト太陽電池１２０を直接形成する場合は、エミッタ層１１２の表面欠陥のためシリコン太陽電池１１０と接合されるペロブスカイト太陽電池１２０の特性が劣化する問題を引き起こす。
これを解決するために、本発明では、エミッタ層１１２の上部に一定の間隔で離隔して配置されるように設計された第１のパッシベーションパターン１１４を導入して、第１のパッシベーションパターン１１４の下部のエミッタ層１１２の一部が露出するようにした。この結果、本発明では、第２電極１５０を形成するための高温焼成の際に、第１のパッシベーションパターン１１４によりエミッタ層１１２が保護されて、エミッタ層１１２の表面欠陷を減少させることができ、ペロブスカイト太陽電池１２０の特性劣化問題を改善することができる。さらに、エミッタ層１１２及び第１のパッシベーションパターン１１４の上部に積層される接合層１３０がエミッタ層１１２の一部と直接接合されることにより、シリコン太陽電池１１０とペロブスカイト太陽電池１２０との電気的接合の信頼性を向上させることになる。
このように、接合層１３０は、シリコン太陽電池１１０とペロブスカイト太陽電池１２０とを電気的に連結する。また、接合層１３０は、ペロブスカイト太陽電池１２０を透過する長波長光を透過損失なく下部に配置されたシリコン太陽電池１１０に入射するように、透明導電性酸化物、炭素質導電性素材、金属性素材又は導電性高分子を用いて具現することができる。また、接合層１５０にｎ型又はｐ型の物質をドーピングして用いることができる。
このとき、透明導電性酸化物としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺＩＴＯ（Zinc Indium Tin Oxide）、ＺＩＯ（Zinc Indium Oxide）、ＺＴＯ（Zinc Tin Oxide）、ＧＩＴＯ（Gallium Indium Tin Oxide）、ＧＩＯ（Gallium Indium Oxide）、ＧＺＯ（Gallium Zinc Oxide）、ＡＺＯ（Aluminum doped Zinc Oxide）、ＦＴＯ（Fluorine Tin Oxide）又はＺｎＯ等が用いられる。炭素質導電性素材としては、グラフェン又はカーボンナノチューブ等が用いられるし、金属性素材としては、金属（Ａｇ）ナノワイヤ、Ａｕ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｍｇ／Ｍｏ／Ｔｉ等の多層構造の金属薄膜が用いられる。導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）、ポリ−［ビス（４−フェニル）（２，４，６−トリメチルフェニル）アミン］（ＰＴＡＡ）、スピロ−ミオタード（Spiro-MeOTAD）又はポリアニリン−カンファースルホン酸（ＰＡＮＩ−ＣＳＡ）等が用いられる。
また、接合層１３０は、異なる屈折率を有するシリコン層を複数回交互に積層させた複層構造で具現することもできる。このとき、複層構造は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された構造を有してもよい。これにより、接合層１３０を基準として短波長光は、ペロブスカイト太陽電池１２０側へ反射させて、長波長光は、シリコン太陽電池１１０側へ透過させることができる。これを通じて、ペロブスカイト／シリコンタンデム太陽電池１００の選択的な光の捕集を可能にすることができる。
ここで、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された構造を透明導電性酸化物層又はｎ＋型のシリコン層の上部又は下部に設けることで、上述した光の選択的な反射及び透過を具現することができる。
第１電極１４０は、ペロブスカイト太陽電池１２０上に配置される。このとき、第１電極１４０は、ペロブスカイト太陽電池１２０上でグリッド状に直接配置されてもよい。すなわち、第１電極１４０は、透明電極層１４２なしでペロブスカイト太陽電池１２０上に直接配置されたグリッド電極層１４４のみからなってもよい。
この場合、第１電極１４０は、ガラスフリットを含まない第１電極ペーストを選択的に塗布した後、２５０℃以下の低温で焼成することで製造されてもよい。このような第１電極ペーストは、焼成貫通用無機添加物を含むことができるが、必要によって省略してもよい。
また、第１電極１４０は、ペロブスカイト太陽電池１２０上に配置された透明電極層１４２と、透明電極層１４２上に配置されたグリッド電極層１４４と、を含むことができる。
このとき、透明電極層１４２は、ペロブスカイト太陽電池１２０の上面全体に形成されて、ペロブスカイト太陽電池１２０で生成された電荷を捕集する役割を行う。このような透明電極層１４２は、多様な透明導電性素材として具現することができる。すなわち、透明導電性素材としては、接合層１３０の透明導電性素材と同じものが用いられる。
グリッド電極層１４４は、透明電極層１４２上に配置されて、透明電極層１４２のうちの一部の領域に配置される。
第２電極１５０は、結晶シリコン基板１１１の第２面に配置される。このとき、シリコン結晶基板１１１の第２面には第２のパッシベーション層１６０がさらに配置されてもよいが、これは必ずしも配置すべきであるものではなく、必要によって省略してもよい。このような第２のパッシベーション層１６０には、ＳｉＯx、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮy、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣx等から選択された１種以上が用いられる。
ここで、第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０を貫通して、後面電界層１１３と電気的に連結される。このために、第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０の下部にガラスフリット及び焼成貫通用無機添加物を含む第２電極ペーストを選択的に塗布した後、７００℃以上の高温で焼成することにより、第２のパッシベーション層１６０を貫通して後面電界層１１３の下面に電気的に接地されることになる。
このとき、焼成貫通用無機添加物は、焼成温度で所定の膜を焼成貫通できる成分を言う。すなわち、焼成貫通とは、焼成の際に第２のパッシベーション層１６０をなす成分との化学反応により、第２のパッシベーション層１６０を貫通することを意味する。
このために、焼成貫通用無機添加物は、窒化物、酸化物又はこれらの組合（組合せ）より酸化力の大きい金属及びこれらの酸化物から選択された少なくとも一つを含むことができる。これにより、高温焼成により窒化物、酸化物又はこれらの組合は酸化されて、無機添加物は還元されることで、第２のパッシベーション層１６０を貫通することになる。
このために、焼成貫通用無機添加物としては、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）及びこれらの酸化物から選択された１種以上を含むことができる。
このような第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０の下面の一部の領域に配置されて、第２のパッシベーション層１６０を貫通して後面電界層１１３に電気的に接地される。
これにより、シリコン太陽電池１１０で生成された電荷は、第２電極１５０で捕集される。このとき、第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０の下面に全面的に配置させるのではなく、第２のパッシベーション層１６０の下面のうちの一部の領域にのみ選択的に配置させることで、シリコン太陽電池１１０の下面から太陽光が入射するように設計することが望ましい。
このとき、第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０の下面の全面積のうち１〜３０％を占めるように配置されることが望ましい。第２電極１５０の占有面積が１％未満である場合は、第２電極１５０によるシリコン太陽電池１１０で生成された電荷の捕集効果が足りないおそれがある。逆に、第２電極１５０の占有面積が３０％を超える場合は、第２電極１５０による占有面積が広すぎて、シリコン太陽電池１１０の後面から入射する光の利用率が低下するおそれがある。
このとき、本発明では、第１電極１４０と第２電極１５０とを同時に形成するのではなく、ガラスフリットを含まない第１電極ペーストを用いて２５０℃以下の低温焼成で第１電極１４０を形成する工程と、７００℃以上の高温焼成工程で第２電極１５０を形成する工程と、を二元化して行った。
特に、高温焼成工程で製造される第２電極１５０を先に形成してから、ペロブスカイト太陽電池１２０及び第１電極１４０を順次形成した。この結果、ペロブスカイト太陽電池１２０が第１電極１４０を形成するための２５０℃以下の低温焼成工程でのみ露出し、第２電極１５０を形成するための７００℃以上の高温焼成工程では露出するおそれがないため、ペロブスカイト太陽電池１２０が高温焼成により劣化する問題を未然に防ぐことができる。
今まで考察したように、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池は、エミッタ層の上部に一定の間隔で離隔して配置されるように設計された第１のパッシベーションパターンを導入して、第１のパッシベーションパターンの下部のエミッタ層の一部が露出するようにした。
この結果、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池は、第２電極を形成するための高温焼成の際に第１のパッシベーションパターンによりエミッタ層が保護されて、エミッタ層の表面欠陷を減少させるため、ペロブスカイト太陽電池の特性劣化問題を改善することができる。
さらに、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池は、第１のパッシベーションパターンの導入で、エミッタ層及び第１のパッシベーションパターンの上部に積層される接合層がエミッタ層の一部と直接接合されることにより、シリコン太陽電池とペロブスカイト太陽電池との電気的接合の信頼性を向上させることになる。
また、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池は、結晶シリコン基板の第１面及び第２面のうち少なくとも一つに配置されたテクスチャリングパターンを有するテクスチャ構造を有するように設計することで、接合層とシリコン太陽電池との境界面における反射率を下げると共に、シリコン太陽電池での長波長光の利用率を向上させることになる。
第２実施例
図４は、本発明の第２実施例によるタンデム太陽電池を示した断面図である。
図４を参照すれば、本発明の第２実施例によるタンデム太陽電池２００は、第１実施例によるタンデム太陽電池（図２の１００）と違っており、第１及び第２電極２４０、２５０構造において差異を表す。
第１電極２４０は、ペロブスカイト太陽電池２２０上に配置されて、凹凸構造を有する透明電極層２４２と、透明電極層２４２上に配置された第１のグリッド電極層２４４を含む。
第２電極２５０は、後面電界層２１３と接触する第２のグリッド電極層２５２を含む。
また、本発明の第２実施例によるタンデム太陽電池２００は、第１実施例によるタンデム太陽電池（図２の１００）と違って、第１電極２４０の透明電極層２４２を凹凸構造に形成することで、結晶シリコン基板２１１の下面にのみテクスチャリングパターンを有するテクスチャ構造を導入した。
このように、結晶シリコン太陽電池２１０の上面にテクスチャ構造を導入しなくても、ペロブスカイト太陽電池２２０を透過する長波長光は、透明電極層２４２により斜め方向に屈折し、シリコン太陽電池２１０に向けて入射することで、接合層２３０とシリコン太陽電池２１０との境界面で反射することを減少させることができる。
このとき、透明電極層２４２に具備された凹凸パターンは、透明電極層２４２と一体型に設計されたことを示したが、これに限られることではない。すなわち、凹凸パターンは、透明電極層２４２とは別の層として具備されてもよい。
このように、凹凸パターン構造を有する透明電極層２４２により、タンデム太陽電池２００に向けて垂直に入射する光が屈折し、ペロブスカイト太陽電池２２０及び結晶シリコン太陽電池２１０に向けて斜め方向に入射することができる。これにより、ペロブスカイト太陽電池２２０及び結晶シリコン太陽電池２１０を通過する入射光の経路が増加することになり、結果的に各太陽電池における光吸収率が向上する。
前述した本発明の第２実施例によるタンデム太陽電池は、第１電極の透明電極層を凹凸構造に形成することで、結晶シリコン基板２１１の下面にのみテクスチャリングパターンを有するテクスチャ構造を有するように設計される。
この結果、本発明の第２実施例によるタンデム太陽電池は、結晶シリコン太陽電池の上面にテクスチャ構造を導入しなくても、ペロブスカイト太陽電池を透過する長波長光が透明電極層により斜め方向に屈折し、シリコン太陽電池に向けて入射することで、接合層とシリコン太陽電池との境界面で反射することを減少させて光の吸収率を増加させることができる。
図５は、上記第１実施例又は第２実施例の複数の太陽電池を直列に連結したモジュール構造の第１実施例であって、隣り合う太陽電池の第１電極と第２電極とを導電性連結材で電気的に連結した構造である。上記直列連結セルは、前面包装材及び後面包装材により封止されて、前面基板及び後面基板がそれぞれ配置されてモジュールを構成することができる。
導電性連結材として金属ワイヤを用いる場合は、隣り合う複数の太陽電池のうち第１太陽電池の第１電極１４４、２４４と第２の太陽電池の第２電極１５０、２５０とにそれぞれ連結された複数の金属ワイヤを含む。
このとき、金属ワイヤは、円筒形又は楕円形の断面構造を有するものが望ましい。これにより、金属ワイヤに向けて垂直に入射する光を散乱させて、タンデム太陽電池２００に再び入射する確率を増加させることができる。また、断面が四角形である金属リボンを導電性連結材として用いることも可能である。
図６は、上記第１実施例又は第２実施例の複数の太陽電池を直列に連結したモジュール構造の第２実施例であって、導電性連結材なしで隣り合うセルの第１電極と第２電極とをオーバーラップして（重ねて）連結した構造であり、この場合は連結部位に導電性接着剤を形成する。
第１電極及び第２電極の構造は、モジュール連結のために導電性連結材が連結される位置又は第１電極と第２電極とが上記オーバーラップされる位置に、上記第１電極又は上記第２電極の上記グリッド電極以外にパッド電極を形成することができる。通常、パッド電極は、上記グリッド電極と交差する方向に形成されて、上記複数の導電性連結材と連結されるか、又は上記オーバーラップ部位で隣り合うセルの電極と直接又は導電性接着剤により接合して接着力を高める。
［タンデム太陽電池の製造方法］
図７ないし図１２は、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示した工程断面図である。
図７に示されたように、結晶シリコン基板１１１の第１面及び第２面を平坦化した後、第１及び第２面のうち少なくとも一つをテクスチャリングしてテクスチャリングパターンを形成する。
このとき、結晶シリコン基板１１１のテクスチャ構造の導入は、湿式化学エッチング法、乾式化学エッチング法、電気化学エッチング法、機械的エッチング法のうちいずれかの方法が用いられるが、必ずしもこれに限られるものではない。一例として、結晶シリコン基板１１１の第１面及び第２面のうち少なくとも一つを塩基性水溶液内でエッチングしてテクスチャ構造を導入することができる。
次いで、結晶シリコン基板１１１の第１面にエミッタ層１１２を形成する。このようなエミッタ層１１２を形成した後は、結晶シリコン基板１１１の第２面に後面電界層１１３をさらに形成することができる。
このとき、エミッタ層１１２及び後面電界層１１３は、インプラント工程を通じて形成することができる。エミッタ層１１２は不純物として硼素（boron）がドーピングされて、後面電界層１１３は不純物として燐（phosphorous）がドーピングされる。インプラント工程により、エミッタ層１１２及び後面電界層１１３を形成する場合は、不純物の活性化のために７００〜１，２００℃の熱処理を伴うことが望ましい。また、インプラント工程の代わりにＢＢｒ3又はＰＯＣｌ3等を用いる高温拡散工程を通じてエミッタ層１１２及び後面電界層１１３を形成することも可能である。
図８に示されたように、エミッタ層１１２上に第１のパッシベーション層１１５を形成する。このとき、第１のパッシベーション層１１５を形成した後、後面電界層１１３上に第２のパッシベーション層１６０をさらに形成することができる。これと違って、第２のパッシベーション層１６０は、第１のパッシベーション層１１５と同時に形成されてもよい。
このとき、第１及び第２のパッシベーション層１１５、１６０は、異なる厚さを有してもよい。ここで、第１のパッシベーション層１１５の材質としては、結晶シリコン基板１１１の欠陷を減らせる水素を含むＳｉＮｘ：Ｈが一般に用いられるが、水素を含む他の絶縁膜を用いることも可能であり、ＳｉＯx、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮy、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣx等から選択された１種以上の他の膜と多層構造に適用することもできる。そして、第２のパッシベーション層１６０は、ＳｉＯx、ＳｉＮx、ＳｉＯxＮy、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣx等から選択された１種以上に形成することが望ましい。
特に、第１のパッシベーション層１１５は、長波長光の反射率を下げるためにその厚さを最大に薄く形成するものが望ましい。このために、第１のパッシベーション層１１５は、１０〜１００ｎｍの厚さを有するものが望ましい。
図９に示されたように、結晶シリコン基板１１１の第２面に第２電極１５０を形成する。
すなわち、第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０上に第２電極ペーストをスクリーンプリンティング（スクリーン印刷）法で印刷して、第２温度を有する熱処理により第２のパッシベーション層１６０を貫通して後面電界層１１３に連結されてもよい。
このとき、第２電極ペーストは、Ａｇペースト及びＡｇ−Ａｌペーストのうちから選択されたいずれかであってもよい。また、第２電極ペーストは、ガラスフリット及び焼成貫通用無機添加物を含み、第２温度は７００℃以上、より具体的には７００〜１１００℃であってもよい。
焼成貫通用無機添加物は、焼成温度で所定の膜を焼成貫通できる成分を言う。すなわち、焼成貫通とは、焼成の際に第２のパッシベーション層１６０をなす成分との化学反応により、第２のパッシベーション層１６０を貫通することを意味する。
このために、焼成貫通用無機添加物は、窒化物、酸化物又はこれらの組合より酸化力の大きい金属及びこれらの酸化物から選択された少なくとも一つを含むことができる。これにより、高温焼成により窒化物、酸化物又はこれらの組合は酸化されて、無機添加物は還元されることで、第２のパッシベーション層１６０を貫通することができる。
このために、焼成貫通用無機添加物としては、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐt）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）及びこれらの酸化物から選択された１種以上を含むことができる。
このような第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０の下面に全面的に配置させるのではなく、第２のパッシベーション層１６０の下面のうちの一部の領域にのみ選択的に配置させることで、シリコン太陽電池１１０の下面から太陽光が入射するように設計することが望ましい。特に、第２電極１５０は、第２のパッシベーション層１６０の下面の全体面積のうち１〜３０％を占めるように配置されることが望ましい。
図１０に示されたように、第１のパッシベーション層（図９の１１５）の一部をエッチングして、エミッタ層１１２の一部を露出する開口部Ｇを有するようにパターニングされた第１のパッシベーションパターン１１４を有するシリコン太陽電池１１０を形成する。
このとき、エッチングは、乾式エッチングを用いることが望ましいが、これに限られるものではない。一例として、レーザを用いたエッチング工程は、第１のパッシベーション層の一部にのみレーザを照射して除去することにより、一定の間隔で開口部Ｇが配置される第１のパッシベーションパターン１１４が形成されてもよい。ここで、第１のパッシベーションパターン１１４は、ストライプ状、格子状及びホール状のうちいずれかの形状を有する開口部Ｇが一定の間隔で配置された構造を有してもよい。
このとき、上記開口部により露出する面積は、セル表面全体の０.１％〜３０％以下となるようにする。開口率が低すぎる場合は、電気的特性が低下し、高すぎるとパッシベーション効果が落ちるため効率低下を防ぎがたくなる。
このとき、本発明では、エミッタ層１１２の上部全体を覆う第１のパッシベーション層で保護した状態で第２電極１５０を形成するため、第２電極１５０を形成するための高温焼成の際に第１のパッシベーション層によりエミッタ層１１２を安定的に保護することが可能であり、エミッタ層１１２の表面に欠陷が発生するおそれがないため、ペロブスカイト太陽電池（図１１の１２０）の特性が劣化する問題を改善することができる。
さらに、第２電極１５０を形成するための高温焼成後は、エミッタ層１１２の一部が露出するよう第１のパッシベーション層の一部のみを選択的にエッチングして、第１のパッシベーションパターン１１４を形成するので、エミッタ層１１２及び第１のパッシベーションパターン１１４の上部に積層される接合層（図１１の１３０）がエミッタ層１１２の一部と直接接合されることにより、シリコン太陽電池１１０とペロブスカイト太陽電池との電気的接合の信頼性を向上させることになる。
図１１に示されたように、開口部Ｇを通じて露出するエミッタ層１１２及び第１のパッシベーションパターン１１４上に接合層１３０を形成する。
このとき、接合層１３０の材質としては、透明導電性酸化物、炭素質導電性素材、金属性素材又は導電性高分子が用いられる。また、接合層にｎ型又はｐ型の物質をドーピングして用いることができる。
このとき、接合層１３０としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺＩＴＯ（Zinc Indium Tin Oxide）、ＺＩＯ（Zinc Indium Oxide）、ＺＴＯ（Zinc Tin Oxide）等の透明導電性酸化物を用いる場合は、接合層１３０は、スパッタリングを通じて蒸着することができる。また、接合層１３０で透明導電性酸化物の代わりにｎ型の非晶質シリコン層をＰＥＣＶＤで蒸着して用いることも可能である。
次いで、接合層１３０上にペロブスカイト吸収層を有するペロブスカイト太陽電池１２０を形成する。
図３及び図１１に示されたように、ペロブスカイト太陽電池の形成段階は、接合層１３０上に電子伝達層１２１を形成する過程と、電子伝達層１２１上にペロブスカイト吸収層１２２を形成する過程と、ペロブスカイト吸収層１２２上に正孔伝達層１２３を形成する過程と、を含むことができる。
また、電子伝達層の形成過程とペロブスカイト吸収層の形成過程との間に、メソポーラス層を形成する過程がさらに含まれてもよい。電子伝達層１２１及びメソポーラス層１２５は、同じ金属酸化物で形成されてもよい。
例えば、電子伝達層１２１は５〜１００ｎｍの厚さ、メソポーラス層１２５は５００ｎｍ以下の厚さを有するＴｉＯ2層で形成されてもよい。メソポーラス層１２５の前面にはペロブスカイト吸収層１２２が形成されて、ペロブスカイト吸収層１２２はメソポーラス層１２５内のメソポーラスを満たした後、１００〜５００ｎｍの厚さで形成されてもよい。ペロブスカイト吸収層１２２の上部には導電性高分子を用いて正孔伝達層１２３を５〜１００ｎｍの厚さに形成することができる。
ペロブスカイト太陽電池１２０を構成する各層は、例えば、物理的蒸着法（物理蒸着法）、化学的蒸着法（化学蒸着法）又は印刷法等を通じて形成することができる。ここで、印刷法はインクジェットプリンティング（インクジェット印刷）、グラビアプリンティング（グラビア印刷）、スプレーコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、グラビアコーティング、ブラシペインティング及びスロットダイコーティング等を含む。
図１２に示されたように、ペロブスカイト太陽電池１２０上に第１電極１４０を形成する。
このとき、第１電極１４０は、ペロブスカイト太陽電池１２０上に配置された透明電極層１４２と、透明電極層１４２上に配置されたグリッド電極層１４４と、を含むことができる。
このとき、透明電極層１４２は、ペロブスカイト太陽電池１２０の上面全体に形成されて、ペロブスカイト太陽電池１２０で生成された電荷を捕集する役割を行う。このような透明電極層１４２は、多様な透明導電性素材として具現することができる。すなわち、透明導電性素材としては、接合層１３０の透明導電性素材と同じものが用いられる。
グリッド電極層１４４は、透明電極層１４２上に配置されて、透明電極層１４２のうちの一部の領域に配置される。
このとき、第１電極１４０は、ガラスフリットを含まない第１電極ペーストを選択的に塗布した後、第１温度で低温焼成することにより製造されてもよい。ここで、このような第１電極ペーストは、金属粒子及び低温焼成用バインダである有機物が含まれていてもよいし、第１電極ペーストにはガラスフリットは含まれない。特に、第１温度は２５０℃以下、より具体的には１００〜２００℃であってもよい。
このように、本発明では、第２電極１５０と第１電極１４０とが同時に形成されるのではなく、ペロブスカイト太陽電池１２０を形成する前に、７００℃以上の高温焼成工程で第２電極１５０を形成して、ペロブスカイト太陽電池１２０を形成した後は、２５０℃以下の低温焼成工程で第１電極１４０を形成する二元化方式で行われるため、ペロブスカイト太陽電池１２０が７００℃以上の高温焼成工程で露出するおそれはなくなる。
この結果、ペロブスカイト太陽電池１２０が第１電極１４０を形成するための２５０℃以下の低温焼成工程でのみ露出し、第２電極１５０を形成するための７００℃以上の高温焼成工程では露出するおそれがないため、ペロブスカイト太陽電池１２０が高温焼成により劣化する問題を未然に防ぐことができる。
上述したように、本発明では、新しい構造の第１のパッシベーションパターン１１４を用いることで、結晶シリコン基板１１１の表面上にある欠陷を減らすことができ、素子の特性が向上する。
前述した本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法は、第２電極と第１電極とを同時に形成するのではなく、ペロブスカイト太陽電池を形成する前に、７００℃以上の高温焼成工程で第２電極を形成して、ペロブスカイト太陽電池を形成した後は、２５０℃以下の低温焼成工程で第１電極を形成する二元化方式で行われるため、ペロブスカイト太陽電池が７００℃以上の高温焼成工程で露出するおそれがなくなる。
この結果、本発明の第１実施例によるタンデム太陽電池の製造方法は、ペロブスカイト太陽電池が第１電極を形成するための２５０℃以下の低温焼成工程でのみ露出し、第２電極を形成するための７００℃以上の高温焼成工程では露出するおそれがないため、ペロブスカイト太陽電池が高温焼成により劣化する問題を未然に防ぐことができる。
以上のように、本発明について例示した図面を参照して説明したが、本明細書に開示された実施例及び図面により本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で通常の技術者により多様な変形がなされることは自明である。さらに、上記本発明の実施例を説明しながら本発明の構成による作用効果を明示的に記載して説明しなかったとしても、当該構成により予測可能な効果も認められるべきである。
１００ タンデム太陽電池
１１０ シリコン太陽電池
１１１ 結晶シリコン基板
１１２ エミッタ層
１１３ 後面電界層
１１４ 第１のパッシベーションパターン
１１５ 第１のパッシベーション層
１２０ ペロブスカイト太陽電池
１２１ 電子伝達層
１２２ ペロブスカイト吸収層
１２３ 正孔伝達層
１２５ メソポーラス層
１３０ 接合層
１４０ 電極
１４２ 透明電極層
１４４ グリッド電極層
１５０ 電極
１６０ 第２のパッシベーション層
２００ タンデム太陽電池
２１０ シリコン太陽電池
２１１ 結晶シリコン基板
２１３ 後面電界層
２２０ ペロブスカイト太陽電池
２３０ 接合層
２４０ 電極
２４２ 透明電極層
２４４ グリッド電極層
２５０ 電極
２５２ グリッド電極層
Ｇ 開口部

Claims (19)

  1. 結晶シリコン基板の第１面に配置されたエミッタ層と、
    前記エミッタ層上に配置されて、前記エミッタ層の一部が露出する開口部を有するようにパターニングされた第１のパッシベーションパターンを有するシリコン太陽電池と、
    ペロブスカイト吸収層を有するペロブスカイト太陽電池と、
    前記シリコン太陽電池の第１のパッシベーションパターンと、前記開口部を通じて露出する前記エミッタ層上に配置されて、前記シリコン太陽電池と前記ペロブスカイト太陽電池とを接合する接合層と、
    前記ペロブスカイト太陽電池上に配置された第１電極と、
    前記結晶シリコン基板の第２面に配置された第２電極と、を有する、タンデム太陽電池。
  2. 前記結晶シリコン太陽電池は、
    前記結晶シリコン基板の第２面に配置された後面電界層をさらに有する、請求項１に記載のタンデム太陽電池。
  3. 前記ペロブスカイト太陽電池は、
    電子伝達層及び正孔伝達層をさらに有する、請求項１に記載のタンデム太陽電池。
  4. 前記第１電極は、
    前記ペロブスカイト太陽電池上に配置された透明電極層と、
    前記透明電極層上に配置されたグリッド電極層と、を有する、請求項１に記載のタンデム太陽電池。
  5. 前記透明電極層は、
    凹凸構造を有する、請求項４に記載のタンデム太陽電池。
  6. 前記結晶シリコン基板の第２面に配置された第２のパッシベーション層をさらに有する、請求項１又は請求項２に記載のタンデム太陽電池。
  7. 前記第２電極は、前記第２のパッシベーション層を貫通して前記後面電界層と電気的に連結される、請求項６に記載のタンデム太陽電池。
  8. 前記第１のパッシベーションパターンは、１０〜１００ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載のタンデム太陽電池。
  9. 前記第２電極は、ガラスフリット及び焼成貫通用無機添加物を有し、
    前記第１電極は、ガラスフリットを有しない、請求項１に記載のタンデム太陽電池。
  10. 前記結晶シリコン基板は、
    第１面及び第２面のうち少なくとも一つに配置されたテクスチャリングパターンを有する、請求項１に記載のタンデム太陽電池。
  11. 前記ペロブスカイト太陽電池は、
    前記電子伝達層とペロブスカイト吸収層との間に配置されたメソポーラス層をさらに有する、請求項３に記載のタンデム太陽電池。
  12. 結晶シリコン基板の第１面にエミッタ層を形成する段階と、
    前記エミッタ層上に第１のパッシベーション層を形成する段階と、
    前記結晶シリコン基板の第２面に第２電極を形成する段階と、
    前記第１のパッシベーション層の一部をエッチングして、前記エミッタ層の一部を露出する開口部を有するようにパターニングされた第１のパッシベーションパターンを有するシリコン太陽電池を形成する段階と、
    前記開口部を通じて露出するエミッタ層及び第１のパッシベーションパターン上に接合層を形成する段階と、
    前記接合層上にペロブスカイト吸収層を有するペロブスカイト太陽電池を形成する段階と、
    前記ペロブスカイト太陽電池上に第１電極を形成する段階と、を有する、タンデム太陽電池の製造方法。
  13. 前記エミッタ層を形成する段階において、前記結晶シリコン基板の第２面に後面電界層をさらに形成し、
    前記第１のパッシベーション層を形成する段階において、前記後面電界層上に第２のパッシベーション層をさらに形成する段階を有する、請求項１２に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  14. 前記第２電極は、前記第２のパッシベーション層上に塗布されて、第１温度を有する熱処理により前記第２のパッシベーション層を貫通して、前記後面電界層に連結される、請求項１３に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  15. 前記エミッタ層を形成する段階の前に、
    前記結晶シリコン基板の第１面及び第２面を平坦化した後、前記第１面及び第２面のうち少なくとも一つをテクスチャリングして、テクスチャリングパターンを形成する段階をさらに有する、請求項１２に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  16. 前記第１のパッシベーション層は、
    １０〜１００ｎｍの厚さに形成される、請求項１２に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  17. 前記第２電極の熱処理温度は７００℃以上であり、
    前記第１電極の熱処理温度は２５０℃以下である、請求項１２に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  18. 前記第２電極は、ガラスフリット及び焼成貫通用無機添加物を有する電極ペーストを用い、
    前記第１電極は、ガラスフリットを有しない電極ペーストを用いる、請求項１２に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  19. 前記ペロブスカイト太陽電池を形成する段階は、
    前記接合層上に電子伝達層を形成する段階と、
    前記電子伝達層上に前記ペロブスカイト吸収層を形成する段階と、
    前記ペロブスカイト吸収層上に正孔伝達層を形成する段階と、を有する、請求項１２に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
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