JP5220069B2 - 光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本実施例は、光起電力装置及びその製造方法に関する。
一般に光起電力装置は、半導体性質を用いて太陽光を電気エネルギーに変換する素子を意味し、実質的には単位セルからなる。それぞれの単位セルは、電気的に直列連結されてモジュール化されることにより、高い電圧を外部に供給することができる。
このような光起電力装置としては、用いられる材料によって大きくシリコン系光起電力装置、化合物系光起電力装置及び有機物系光起電力装置に分類される。このうち、シリコン系光起電力装置は、半導体の相(phase)によって単結晶(single crystalline)シリコン、多結晶(poly crystalline)シリコン、非晶質(amorphous)シリコン光起電力装置に分類される。
また、光起電力装置は、半導体の厚さによってバルク(基板)型の光起電力装置と薄膜型光起電力装置に分類されるが、薄膜型光起電力装置は、半導体層の厚さが数十μm乃至数μm以下の光起電力装置である。シリコン系光起電力装置において単結晶及び多結晶シリコン光起電力装置は、バルク型に属し、非晶質シリコン光起電力装置は薄膜型に属する。
一方、化合物系光起電力装置は、III-V族のGaAs(Gallium Arsenide)とInP(Indium Phosphide)等のバルク型とII-VI族のCdTe(Cadmium Telluride)及びI-III-VI族のCulnSe２(CIS；Copper Indium Diselenide)等の薄膜型に分類され、有機物系光起電力装置は、大きく有機分子型と有無機複合型がある。この他、色素増感型光起電力装置があり、これら全てが薄膜型に属する。
このような光起電力装置は、光起電力として機能しない無効領域を減らし、有効領域を広げることにより、光電変換効率を増加させなければならない。また、光起電力装置が所望の大きさの電圧を供給しなければならない。
本発明の一態様は、光起電力装置の製造方法である。
当該方法は、
複数のトレンチが形成された基板が設けられる段階；
第１導電性物質を前記基板に対して一方の側から斜めに蒸着して前記基板の前記トレンチ各々の底面の一部、前記トレンチ各々の前記基板に対して他方の側の一側面、及び前記トレンチ各々を挟んで他方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に第１電極層を連続して形成する段階；
前記第１電極層より小さい電気抵抗を有して前記第１電極層の一部の領域と接触して前記第１電極層の上または下に位置するように補助電極層を前記基板の前記トレンチ各々の底面の一部及び前記他方の側の一側面及び前記他方の側の隣接したトレンチ間の領域に形成する段階；
前記第１電極層または前記補助電極層上の前記基板の全面に光電変換層を形成する段階；
前記光電変換層上に第２導電性物質を前記他方の側から斜めに蒸着して前記トレンチ各々の前記一方の側の一側面と、前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に第２電極層を形成する段階；
前記第１電極層または前記補助電極層が露出するように前記第２電極層をマスクとして用いて前記トレンチ内部に形成された光電変換層をエッチングする段階；及び
前記領域のうち光によって電気が生成される、前記他方の側の隣接したトレンチ間の基板領域に形成された前記第１電極層または、前記補助電極層と、光によって電気が生成される、前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域に形成された前記第２電極層が前記トレンチ内部で電気的に連結されるように第３導電性物質を前記第２電極層上に前記他方の側から斜めに蒸着して導電層を形成する段階を含む光起電力装置の製造方法。
本発明の他の一形態は、光起電力装置の製造方法である。
当該方法は、
基板上に所定の厚さと幅を有した第１電極層を形成する段階；
前記第１電極層と接触されるように前記第１電極層より小さい電気抵抗を有した補助電極層を前記第１電極層の上または下に形成する段階；
前記第１電極層または、前記補助電極層上の領域と、前記隣接した第１電極層との間の領域に光電変換層を形成する段階；
前記光電変換層上に第２導電性物質を斜めに蒸着して第２電極層を形成する段階；
前記隣接した第２電極層の間の領域に位置する前記補助電極層が露出するように前記光電変換層をエッチングする段階；及び
前記隣接した第１電極層のうち一つの領域に形成された前記補助電極層と、他の一つの第１電極層領域に形成された前記第２電極層が電気的に連結されるように第３導電性物質を前記第２電極層上に斜めに蒸着して導電層を形成する段階を含む。
さらに、本発明の他の一態様は、光起電力装置であって、
複数のトレンチが形成された基板；
前記トレンチ各々の底面の一部、前記トレンチの一方の側の一側面、及び前記トレンチを挟んで前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に連続して形成された第１電極層；
前記第１電極層より小さい電気抵抗を有して前記第１電極層の一部と接触するように前記第１電極層の上または下に位置し、前記基板の前記トレンチ各々の底面の一部、前記トレンチ各々の前記一方の側の一側面、及び前記一方の側の隣接したトレンチ間の領域に形成された補助電極層；
前記第１電極層及び前記補助電極層上に位置する光電変換層；
前記光電変換層上に位置し、前記トレンチ各々を挟んで両側の隣接したトレンチ間の基板領域上及び前記トレンチ各々の他方の側の一側面に形成された第２電極層；及び
前記領域のうち光によって電気が生成される、前記トレンチを挟んで前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に形成された前記第１電極層または前記補助電極層と、光によって電気が生成される、前記トレンチ各々を挟んで前記他方の側の隣接したトレンチ間の基板領域に形成された前記第２電極層が前記トレンチ内部で電気的に連結されるようにする導電層
を含む光起電力装置である。
さらに、本発明の他の一形態は、光起電力装置であって、
基板；
前記基板上に位置して所定の厚さと幅を有した第１電極層；
前記第１電極層より小さい電気抵抗を有して、前記第１電極層と接触されるように前記第１電極層の上または下に位置する補助電極層；
前記第１電極層または、前記補助電極層上に位置し、前記隣接した第１電極層の間の領域に位置する光電変換層；
前記光電変換層上に位置する第２電極層；及び
前記隣接した第１電極層のうち一つの領域に形成された前記補助電極層と、他の一つの第１電極層領域に形成された第２電極層が電気的に連結されるようにする導電層、を含む光起電力装置である。
本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。 本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
以下においては、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
[第１実施例]
図１Ａ乃至図１Ｎは、本発明の第１実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図１Ａに図示されるように、トレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)が形成された基板(１００)が設けられる。
基板(１００)は、光が一次的に入射される部分であり、光の透過率が優れた透明絶縁性材質を用いることができる。例えば、基板(１００)は、ソーダ石灰ガラスや強化ガラス等のようなガラス基板、プラスチック基板またはナノ複合体(nano composite)基板のうちの一つであり得る。ナノ複合体は、分散媒質の中にナノ粒子が分散状に分散している系である。分散媒質は、有機溶剤、プラスチック、金属またはセラミックスであることができ、ナノ粒子は、プラスチック、金属またはセラミックスであり得る。分散媒質が有機溶剤の場合、熱処理によって有機溶剤が消え、ナノ粒子だけが残り得る。
トレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)は、ガラス基板やプラスチック基板またはナノ複合体基板等を溶融させた状態で、溶融された基板が固化する前に、エンボス加工(embossing)法でストライプ(stripe)の形態で形成される。これだけでなく、上記基板の溶融過程なしにホット-エムボシング(hot-embossing)法を用いてトレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)が形成されることもできる。
また、基板(１００)は、ガラス及びガラス上にコーティングされたプラスチックを含むことができる。または、基板(１００)は、ガラス及びガラス上に形成されたナノ複合体材質の薄膜を含むこともできる。この場合、ホットエンボス加工法を用いてプラスチックまたはナノ複合体材質の薄膜にトレンチが形成される。同時に、ガラス上にプラスチックまたはナノ複合体材質の薄膜がコーティングされる過程で、エンボス加工法を用いてプラスチックまたはナノ複合体材質の薄膜にトレンチが形成される。この時、プラスチックまたはナノ複合体材質は、熱硬化性またはUV硬化性材質を含むことができる。
ガラス上にコーティングされたプラスチックまたはナノ複合体材質の薄膜にトレンチが形成される場合、ガラスに直接トレンチを形成する場合よりトレンチが容易に形成される。
また、トレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)は、エンボス加工またはホットエンボス加工方法だけでなく、ウェットエッチング、ドライエッチング、研削または切削のような機械的加工で形成されることもでき、レーザースクライビングのような光学的加工で形成されることもできる。
上記にて説明された基板の材質及びトレンチ形成方法は、以後に説明される実施例に共通的に適用される。
図１Ａに図示されるように、第１導電性物質を基板(１００)上に角度θ１だけ、斜めに蒸着(ＯＤ１)して第１電極層(１１０)が形成される。これによって、蒸着の直進性によって第１導電性物質が基板(１００)のトレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)それぞれの底面の一部及び一方の側面と、トレンチとの間の基板(１００)領域上に第１電極層(１１０)が形成される。言い換えれば、基板(１００)上に形成されたトレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)の断面形状と傾斜蒸着角度θ１の相互関係によってトレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)の一部分には、第１導電性物質が蒸着されない。
このような傾斜蒸着のために電子ビーム、熱蒸着、スパッタ、またはスプレー等の直進性がある蒸着法を用いるが、これに限定されるものではない。このような第１導電性物質の蒸着方法は、以後の実施例にも適用することができる。第１導電性物質は、基板(１００)を通過した光が入射される部分であるため、光を透過させる必要がある。このために、第１導電性物質は、透明導電性物質から作られ、酸化亜鉛(Zinc Oxide：ZnO)、酸化錫(Tin Oxide：SnO2)または酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide：ITO)のうち、少なくとも一つであり得る。第１導電性物質の材質は、以後に説明される実施例にも適用される。
このような基板(１００)に第１電極層(１１０)と、第１電極層(１１０)より小さい電気抵抗を有し、上記第１電極層の一部の領域と接触する補助電極層(１２０)が隣接したトレンチの間の領域に形成される。この時、本発明の第１実施例においては、補助電極層(１２０)が第１電極層(１１０)上に形成され、第２実施例においては、補助電極層(１２０)が第１電極層(１１０)下に形成される。
図１Ｂに図示されるように、第１電極層(１１０)の一部の領域上に第１電極層(１１０)より電気抵抗が小さい補助電極層(１２０)が形成される。第１電極層(１１０)は、光を透過させることができるが、電気抵抗が相対的に大きくなる。従って、単位セル(ＵＣ)領域の幅が増加するほど、第１電極層(１１０)の幅も増加して第１電極層(１１０)の電気抵抗も増加する。このように、第１電極層(１１０)の電気抵抗が増加すると、光起電力装置の光電変換効率が劣る。単位セル(ＵＣ)領域は、光によって電気が生成される領域である。
光起電力装置の、一定の面積を有する基板(１００)に関する効率を高めるためには、基板(１００)全体の面積に対し、電流が生成されない無効領域の比を減らし、電流が生成される有効領域の比を増加させなければならない。基板(１００)全体の面積に対する有効領域の比を増やすためには、単位セル(ＵＣ)領域の幅が増加しなければならない。
第１電極層(１１０)より電気抵抗が小さい補助電極層(１２０)が形成されるとき、第１電極層(１１０)の電気抵抗による光起電力装置の効率の低下を相殺することができる。これに加えて、単位セル(ＵＣ)領域の幅を、効率の低下なしに増加することができるため、有効領域の増加による光起電力装置の効率を増加することができる。
このように有効領域の増加と関係なく、光起電力装置の効率を保証することができるため、基板(１００)上に形成された単位セル(ＵＣ)の個数の変化が容易である。
すなわち、第１電極層(１１０)だけが形成される場合、第１電極層(１１０)の電気抵抗が増加するので、単位セル(ＵＣ)領域の幅の増加には限界がある。従って、基板(１００)上に形成される単位セル(ＵＣ)の個数は、特定値以上ではなければならない。例えば、基板(１００)の幅が８０ｃｍであり、第１電極層(１１０)の電気抵抗を考慮して単位セル(ＵＣ)の幅を最大８ｍｍとする場合、基板(１００)には、最小１００個の単位セル(ＵＣ)が形成される。１００個の単位セル(ＵＣ)は、互いに電気的に直列連結されて一つの単位セル(ＵＣ)から０.９Ｖの電圧が生成される場合、８０ｃｍの基板(１００)上に形成された光起電力装置は、９０Ｖ未満の電圧を供給することができない。換言すると、第１電極層(１１０)だけが形成される場合、光起電力装置の電圧供給は柔軟に対応できない。
一方、本発明の第１実施例のように補助電極層(１２０)が第１電極層(１１０)と接触するように形成される場合、単位セル(ＵＣ)領域の幅に関係なく、光起電力装置の効率が保証されるため、基板(１００)上に形成される単位セル(ＵＣ)の個数も容易に変更される。すなわち、補助電極層(１２０)は光起電力装置の電圧供給は柔軟に対応できる。
このような補助電極層(１２０)の機能は、第１実施例だけでなく、以後に説明される残りの実施例にも適用される。
本発明の第１実施例において補助電極層(１２０)は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)またはクロム(Cr)のうち少なくとも一つを含むことができる。また、補助電極層(１２０)は、金属マスク(metal mask)を用いた蒸着法、インクジェット(ink jet)、ジェットスプレー(jet spray)、スクリーン印刷(screen printing)、ナノインプリント(nano imprint)またはスタンピング(stamping)のうちいずれか一つの方法を用いて形成される。
このような補助電極層(１２０)の材質及び形成方法は、第１実施例だけでなく、以後に説明される残りの実施例にも適用される。
一方、補助電極層(１２０)は、第１電極層(１１０)の電気抵抗を減らす役割をしながら、補助電極層(１２０)による陰効果(shadow effect)を減少させて光の通過を容易にする形状を有することができる。例えば、補助電極層(１２０)の形状は、図１Ｂに図示されたように、フォーク(fork)形状や図１Ｃに図示されたように台形状であることができ、これに限定されるものではない。例えば、補助電極層(１２０)の形状は、メッシュ(mesh)形状またはストライプ形状であり得る。
図１Ｄに図示されるように、トレンチ(１０１〜１０４)内部、第１電極層(１１０)及び補助電極層(１２０)上に光電変換層(１３０)が形成される。
光電変換層(１３０)は、光起電性物質からなる。光電変換層(１３０)は、太陽光が入射される時、電流が生成される物質で形成することができる。例えば、光電変換層(１３０)は、シリコン系列、化合物系列、有機物系列及び乾式色素増感系列の光起電性物質のいずれか一つで形成される。このうち、シリコン系列太陽電池は、非晶質シリコン単一接合太陽電池(amorphous silicon(a-Si：H)single junction solar cell)、非晶質シリコン多重接合太陽電池(a-Si：H/a-Si：H、a-Si：H/a-Si：H/a-Si：H multi-junction solar cell)、非晶質シリコンゲルマニウム単一接合太陽電池(amorphous silicon-germanium(a-SiGe：H)single junction solar cell)、非晶質シリコン/非晶質シリコンゲルマニウム二重接合太陽電池(a-Si：H/a-SiGe：H double junction solar cell)、非晶質シリコン/非晶質シリコンゲルマニウム/非晶質シリコンゲルマニウム三重接合太陽電池(a-Si：H/a-SiGe：H/a-SiGe：H triple junction solar cell)及び非晶質シリコン/マイクロ結晶シリコン(多結晶シリコン)二重接合太陽電池(amorphous silicon/microcrystalline(poly crystalline)silicon double junction solar cell)のうち一つを用いることができる。
一方、多重接合セルの場合、薄膜太陽電池の効率向上のために、多重接合セルを構成するセルの間に、中間層(１３５)が形成される。この場合、中間層(１３５)は、絶縁性または導電性物質からなり、透明な物質が用いられる。例えば、中間層(１３５)は、窒化ケイ素、ケイ素酸化物、炭化ケイ素、または金属酸化物のうち少なくとも一つを含むことができる。また、中間層(１３５)は、金属酸化物系列である酸化亜鉛(Zinc Oxide；ZnO)、酸化錫(Tin Oxide；SnO2)または酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide；ITO)のうち少なくとも一つを含むことができる。
このような光電変換層(１３０)は、以後の実施例にも適用される。
図１Ｅに図示されるように、光電変換層(１３０)上に第２導電性物質を斜めに蒸着(OD２)して第２電極層(１４０)を形成する。第２導電性物質が角度θ２だけ斜めに蒸着(OD２)されると、蒸着の直進性によって第２導電性物質が光電変換層(１３０)上に蒸着される。第２導電性物質が角度θ２だけ斜めに蒸着されるため、トレンチ(１０１乃至１０４)に形成された光電変換層(１３０)上の一部分には第２導電性物質が蒸着されない。第２導電性物質の蒸着は、電子ビーム、熱蒸着、スパッタまたはスプレー等の蒸着法を用いるが、これに限定されるのではない。第２導電性物質の蒸着法は、以後の実施例にも適用可能である。上述した方法によって、第２導電性物質によって自己整合(self-alignment)した第２電極層(１４０)が形成される。
第２導電性物質は、透明導電性物質、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)またはクロム(Cr)のうち少なくとも一つを含むことができる。この時、透明導電性物質はZnO、SnO2、またはITOを含むことができる。このような第２導電性物質の成分は、第１実施例だけでなく以後に説明される実施例にも適用される。
この時、第１導電性物質は、一方の側から角度θ１だけ斜めに蒸着できるが、第２導電性物質は、上記一方の側に対向する他方の側から角度θ２だけ斜めに蒸着される。このような過程を通じて光電変換層(１３０)のエッチングされるべき領域が設定される。
図１Ｆに図示されたように、トレンチ(１０１〜１０４)内部の補助電極層(１２０)が露出するように光電変換層(１３０)がエッチングされる。この時、第２電極層(１４０)をマスクとして用いて光電変換層(２３０)が実質的に垂直にエッチングされる。ここでエッチングされる部分は、第２導電性物質が形成されていない光電変換層(１３０)の一部分である。
エッチング方法としては、反応性イオンエッチング法(Reactive Ion Etching；RIE)等のようなドライエッチング工程を用いることが好ましいが、これに限定されるのではない。このように自己整合された第２電極層(１４０)によってマスクを必要とせずに光電変換層(１３０)の微小エッチングを行うことができる。
このようなエッチング方法は、第１実施例だけでなく以後に説明される実施例にも適用される。
図１Ｇに図示されるように、トレンチ(１０１、１０３)は絶縁物質(１５０)で埋められる。絶縁物質(１５０)は、金属酸化物、シリコン酸化物、エナメルまたはこれらの混合物質を含むことができ、プリンティング法、インクジェット、ジェットスプレー、スクリーン印刷、ナノインプリントまたはスタンピング方法によってトレンチ(１０１、１０３)が埋められる。絶縁物質(１５０)としてトレンチ(１０１、１０３)が埋められる理由は、以後に詳細に説明される。
図１Ｈに図示されるように、第３導電性物質が角度θ３だけ斜めに蒸着(OD３)されて第２電極層(１４０)上に導電層(１６０)が形成される。このように第３導電性物質の傾斜蒸着によって形成された導電層(１６０)が、絶縁物質が埋め込まれていないトレンチ(１０２、１０４)内部で、エッチングによって露出した補助電極層(１２０)と連結され、絶縁物質(１５０)上にも導電層(１６０)が形成される。これによって導電層(１６０)は、トレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)の間の領域のうち、光によって電気が生成される一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された補助電極層(１２０)と、光によって電気が生成される他の一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された第２電極層(１４０)をトレンチ内部で電気的に連結する。従って、導電層(１６０)によって隣接した単位セル(ＵＣ)が電気的に直列連結される。
隣接した単位セル(ＵＣ)は、トレンチ内部で電気的に直列連結されるため、隣接した単位セル(ＵＣ)の間の距離が数十μm乃至数μm程度で具現される。言い換えれば、無効領域が減少する。
これは、既存のプラズマを用いた化学的気化加工法とレーザービームを用いたレーザーパターニングに比べて無効領域が数１０分の一乃至数１００分の１に減少するため、光起電力装置の有効領域が極大化される。
この時、絶縁物質(１５０)で埋められたトレンチ(１０１、１０３)と絶縁物質(１５０)で埋められていないトレンチ(１０２、１０４)との間の距離が短いほど電流が生成されない無効領域は減る。
第３導電性物質の蒸着は、第２導電性物質の蒸着方法と同一の蒸着法を用いて蒸着される。第３導電性物質は透明導電性物質、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)またはクロム(Cr)のうち少なくとも一つを含むことができる。この時、透明導電性物質は、ZnO、SnO2またはITOを含むことができる。
第３導電性物質の蒸着方法及び材質は、以後に説明される実施例にも適用される。
トレンチ(１０１、１０３)が絶縁物質(１５０)で埋められると、中間層(１３５)と第２電極層(１４０)との間の短絡(short)が防止される。また、図１Ｈと異なってトレンチ(１０１、１０３)が絶縁物質(１５０)で埋められない場合、トレンチ(１０１、１０３)内に形成された第１電極層(１１０)と第２電極層(１４０)が導電層(１６０)を通じて電気的に直列に連結される。この場合、領域Ｒ２もまた領域Ｒ１と同様に太陽電池機能をするようになり、領域Ｒ２の太陽電池と領域Ｒ１の太陽電池は、電気的に互いに直列に連結される。
この時、領域Ｒ２が領域Ｒ１より小さいため、領域Ｒ２の太陽電池から発生した電流が領域Ｒ１の太陽電池から発生した電流より小さい。電気的に直列に連結された領域Ｒ１及び領域Ｒ２の太陽電池に流れる電流は、領域Ｒ２の太陽電池から発生した電流によって決まる。従って、領域Ｒ２の太陽電池によって全体の太陽電池の効率が悪くなる。しかし、本発明の第１実施例のようにトレンチ(１０１、１０３)が絶縁物質(１５０)として埋められる場合、領域Ｒ２は太陽電池の役割をしないため、太陽電池全体の効率を悪化させない。
図１Ｉに図示されたように、集積化された光起電力装置の基板(１００)一定の領域にある隣接したトレンチがバスバー領域に形成される。バスバー領域に該当する隣接トレンチの間の間隔(１０５、１０６)は、バスバー領域ではない有効領域に該当する隣接トレンチの間の間隔より狭くするとよい。すなわち、バスバー領域は、電気を生産しないため、バスバー領域のトレンチの間の間隔は、電気が生成される太陽電池領域のトレンチの間の間隔より小さくするとよい。
本発明の第１実施例では、基板(１００)の最外郭トレンチ(１０６)とこれに隣接したトレンチ(１０５)との間の領域がバスバー領域とすることができ、バスバー領域は３乃至５ｍｍであり得る。このようにバスバー領域のトレンチ(１０５、１０６)には、上記の図１Ａ乃至図１Ｆのような工程が成り立つ。バスバー領域の幅は、単位セル面積によって変わることがある。
この時、図１Ｉに図示されるように、複数個のトレンチ(１０５、１０６)が導電性ペースト(１７０)で埋められる場合、導電性ペースト(１７０)上に導電テープのようなバスバー(図示せず)が接着されて光電変換層(１３０)で形成された電流がバスバーを通じて外部に流れる。
このようなバスバーは、集積化された薄膜太陽電池から生成された電力を効率的に外部に供給する。また、トレンチの個数によりバスバー領域が変わり得るため、多様なバスバーの幅に対応することができ、バスバーの導電性ペーストの接着力も増加させることができる。
導電性ペーストは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)またはクロム(Cr)のうち少なくとも一つを含むことができる。このような導電性ペーストでトレンチ(１０５、１０６)を埋め込む方法としてプリンティング法、インクジェット、ジェットスプレー、スクリーン印刷、ナノインプリントまたはスタンピング方法等が用いられる。
このような方法は、マスク作業によるエッチング工程なしにパターン化されたバスバー領域を低温工程で直接形成することが可能である。また、工程が比較的簡単で高価の装備が不必要であるため、製造単価を節減することができる。本実施例によってバスバー領域を形成するとき、バスバー形成のためのレーザーパターニング工程が別途必要ではなくなり、迅速で簡便にバスバー領域を形成することができる。
また、バスバー領域に導電性ペーストの代りに超音波接着等の方法でバスバー(図示せず)を直接バスバー領域に形成することができる。
このようなバスバー領域の特徴は、以後に説明される実施例に共通的に適用される。
一方、第２電極層(１４０)が形成された後、電極層(１１０、１２０、１４０)が短絡されることを防止するための短絡防止層(１８０)が、光電変換層(１３０)のエッチング以前に形成される。
すなわち、図１Ｅ及び図１Ｆに図示されるように自己整合した第２電極層(１４０)をマスクとしてエッチングができれば、第２電極層(１４０)の端と、第１電極層(１１０)または補助電極層(１２０)のいずれか一方との間で短絡回路ができる。
このような短絡防止のために、図１Ｊに図示されるように、図１Ｅの第２導電性物質が蒸着される基板(１００)の一方の側に対抗する側から短絡防止物質が光電変換層(１３０)及び第２電極層(１４０)上に角度θ４だけななめに蒸着されて短絡防止層が形成される。短絡防止層(１８０)が第２電極層(１４０)の端を覆うことにより、第２電極層(１４０)の端と、第１電極層(１１０)または補助電極層(１２０)の間に短絡が防止される。このような短絡防止層(１８０)の役割は以後の実施例でも適用される。
以後、図１Ｋに図示されたように、自己整合した第２電極層(１４０)及び短絡防止層(１８０)によって補助電極層(１２０)が露出するように光電変換層(１３０)がエッチングされる。
この時、エッチングされる領域は、図１Ｆのエッチングされる領域より小さく、短絡防止層(１８０)が第２電極層(１４０)の端を覆うため、第２電極層(１４０)の端と、第１電極層(１１０)または補助電極層(１２０)の間の短絡が防止される。短絡防止層(１８０)は、第２電極層(１４０)と同一の物質からなる。
以後、図１１に図示されるように、トレンチが絶縁物質(１５０)で埋められ、図１Ｍに図示されるように、導電層(１６０)が形成され、図１Ｎに図示されるように、バスバー領域が設定され、バスバー領域のトレンチは、導電性ペースト(１７０)に埋められる。
以上に説明されるように、第１電極層(１１０)、光電変換層(１３０)、第２電極層(１４０)、エッチングされた光電変換層、短絡防止層(１８０)及び導電層(１６０)が別途のマスク工程なしに形成される。これによって光起電力装置の生産工程が単純になって生産時間が短縮される。
[第２実施例]
図２Ａ乃至図２Ｎは、本発明の第２実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図２Ａ乃至図２Ｃに図示されるように、第２実施例は、第１実施例と異なり、補助電極層(１２０)が第１電極層(１１０)に比べて先に基板(１００)上に形成される。補助電極層(１２０)上に第１電極層(１１０)が位置するため、光電変換層(１３０)のエッチング時、第１電極層(１１０)が露出する。これによって導電層(１６０)は補助電極層(１２０)上に位置した第１電極層(１１０)と連結される。
図２Ｄの光電変換層(１３０)の形成、図２Ｅの第２電極層(１４０)の形成、図２Ｆ及び図２Ｋの光電変換層(１３０)のエッチング、図２Ｇ及び図２Ｌの絶縁物質(１５０)による埋め込み、図２Ｈ及び図２Ｍの導電層(１６０)の形成、図２Ｉ及び図２Ｎのバスバー領域の形成、図２Ｊの短絡防止層(１８０)の形成は、第１実施例を通じて説明されたため、その詳細な説明は省略される。
このように補助電極層(１２０)が第１電極層(１１０)に比べて先に基板(１００)上に形成されるため、光電変換層(１３０)のエッチング時、トレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)内部で第１電極層(１１０)が露出する。これによってトレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)内部で導電層(１６０)と第１電極層(１１０)が連結される。
すなわち、導電層(１６０)は、トレンチ(１０１、１０２、１０３、１０４)の間の領域のうち、光によって電気が生成される一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された第１電極層(１１０)と、光によって電気が生成される他の一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された第２電極層(１４０)をトレンチ内部で電気的に連結する。
ここで、接触時の電気抵抗を減らすために、補助電極層(１２０)と導電層(１６０)が直接接触させることもできる。このために、図２Ｃにおいて第１導電性物質をθ１より小さい傾斜蒸着角度で蒸着して第１電極層を形成して、トレンチ内で補助電極端が露出され得るようにする。
このような特徴は、本発明の第４、第６及び第８実施例に共通に適用される。図面には図示されていないが、図２Ｃの梯子形状の補助電極層(１２０)が形成された後、第１電極層(１１０)が補助電極層(１２０)上に形成されず、基板(１００)の梯子形状の補助電極層(１２０)と重ならず、露出した単位セル(ＵＣ)領域の基板(１００)に第１電極層(１１０)が形成されることもできる。言い換えれば、梯子形状の内部に第１電極層(１１０)が形成されることもできる。このように第１電極層(１１０)が形成されることによって補助電極層(１２０)の側面と第１電極層(１１０)の側面が互いに接触されて電気的に連結される。
このような特徴は、本発明の第４、第６及び第８実施例に共通的に適用される。
[第３実施例]
図３Ａ乃至図３Ｊは、本発明の第３実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図３Ａに図示されるように、トレンチ(３０１、３０３、３０５)と、隣接したトレンチ(３０１及び３０３、３０３及び３０５)との間に位置した溝(３０２及び３０４)が形成された基板(３００)が準備される。溝(３０２、３０４)は、太陽光が透過される領域となる。一方、トレンチ(３０１、３０３、３０５)及び溝(３０２、３０４)は、上記にて説明された第１実施例のトレンチの形成方法で形成される。図面では、溝(３０２、３０４)が基板(３００)を貫通しないが、溝(３０２、３０４)は、基板(３００)を貫通してもよい。これによって光が溝(３０２、３０４)を通じてより円滑に透過される。
本発明の第３実施例においては、トレンチ(３０１、３０３、３０５)と溝(３０２、３０４)が予め形成された基板(３００)が用いられることもでき、基板(３００)にトレンチ(３０１、３０３、３０５)と溝(３０２、３０４)が形成される段階を含むこともできる。また、トレンチ(３０１、３０３、３０５)と溝(３０２、３０４)の形成は、同時に成り立つこともできる。
この時、溝(３０２、３０４)の幅に対する深みの比や溝(３０２、３０４)の直径に対する深みの比は、トレンチ(３０１、３０３、３０５)の幅に対する深みの比より大きくするとよい。例えば、図３Ａに図示されるように、溝(３０２、３０４)は、トレンチ(３０１、３０３、３０５)より幅が小さく、深みは、同一になるように形成される。または、図示されていないが、溝(３０２、３０４)は、トレンチ(３０１、３０３、３０５)より深みは深く、幅は、同一になるように形成することができる。このように形成する理由は、以後、第１、２及び３導電性物質を斜めに蒸着する工程を通じて溝(３０２、３０４)の底面に第１、２及び３導電性物質が蒸着されないようにするためである。これを通じて、溝(３０２、３０４)の底面で第１、２及び３導電性物質を除去するためのエッチング工程が不要となる。よって、以後の工程において溝(３０２、３０４)の底面に形成される光電変換層のエッチング工程を行うと、溝(３０２、３０４)の底面を通じて光が透過される。
一方、図３Ａに図示されるように、第１導電性物質を基板(３００)上に基板(３００)の一方の側から斜めに蒸着(ＯＤ１)して第１電極層(３１０)が形成される。第１導電性物質が角度θ１だけ斜めに蒸着されると、蒸着の直進性によって第１導電性物質が基板(３００)上に蒸着される。このような傾斜蒸着によってトレンチ(３０１、３０３、３０５)の一部分及び溝(３０２、３０４)の底面には第１導電性物質が蒸着されない。
溝(３０２、３０４)は、円型または多角形または楕円形形状を有することができる。
図３Ｂに図示されたように、第１電極層(３１０)の一部の領域上に第１電極層(３１０)より電気抵抗が小さい補助電極層(３２０)が形成される。補助電極層(３２０)の機能と効果については、第１実施例を通じて行われたため、これに関する説明は省略される。溝(３０２ａ、３０２ｂ、３０２c)は、隣接したトレンチ(３０１及び３０３、３０３及び３０５)の間に位置することができ、補助電極層(３２０)は、溝(３０２、３０４)を通じる光の透過を邪魔しないために溝(３０２ａ、３０２ｂ)の間に形成される。
一方、補助電極層(３２０)は、第１電極層(３１０)の電気抵抗を減らす役割をしながら補助電極層(３２０)による陰効果を減少させ、光の通過を容易にする形状を有することができる。例えば、補助電極層(３２０)の形状は、図３Ｂのフォーク(fork)形状や図３cの梯子形状であることができ、これに限定されるのではない。
上記にて説明されたように、補助電極層(３２０)は、溝(３０２ａ、３０２ｂ)の間に形成されるため、図３ＢのＡ−Ａを基準とした場合の断面とＢ−Ｂを基準とした場合の断面が異なる。これによって図３Ｄに図示されたように、Ａ−Ａを基準とした場合の断面には、トレンチ(３０１、３０３、３０５)の内部、第１電極層(３１０)及び補助電極層(３２０)上に光電変換層(３３０)が形成される。また、Ｂ−Ｂを基準とした場合の断面にはトレンチ(３０１、３０３、３０５)及び溝(３０２、３０４)の内部、第１電極層(３１０)及び補助電極層(３２０)上に光電変換層(３３０)が形成される。
図３Ｅに図示されたように、光電変換層(３３０)上に第２導電性物質を上記一方の側と対向する他方の側から斜めに蒸着(OD２)して第２電極層(３４０)が形成される。第２導電性物質が角度θ２だけ斜めに蒸着(OD２)すると、蒸着の直進性によって第２導電性物質が光電変換層(３３０)上に蒸着される。基板(３００)上に形成されたトレンチ(３０１、３０３、３０５)と角度θ２によってトレンチ(３０１、３０３、３０５)及び溝(３０２、３０４)に形成された光電変換層(３３０)の一部分上には、第２導電性物質が形成されない。
図３Ｆに図示されたように、トレンチ(３０１、３０３、３０５)の内部の補助電極層(３２０)が露出するようにトレンチ(３０１、３０３、３０５)に形成された光電変換層(３３０)がエッチングされ、溝(３０２、３０４)を通じて光が透過されるように溝(３０２、３０４)に形成された光電変換層(３３０)がエッチングされる。
光電変換層(３３０)のエッチングのために自己整合した第２電極層(３４０)がマスクとして用いられて光電変換層(３３０)が実質的に垂直にエッチングされる。ここでエッチングされる部分は第２導電性物質が形成されていないトレンチ(３０１、３０３、３０５)及び溝(３０２、３０４)底面の光電変換層(３３０)の一部分である。このように自己整合した第２電極層(３４０)がマスクとして用いられるため、別途のマスクが不要となる。
トレンチ(３０１、３０３、３０５)及び溝(３０２、３０４)に形成された光電変換層のエッチングは、実質的に同時に行うことができ、別々に行うこともできる。このような光電変換層のエッチングによって溝(３０２、３０４)の底面が露出して溝の底面を通じて光が透過される。
図３Ｇに図示されるように、一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された補助電極層(３２０)と上記一つの単位セル(ＵＣ)領域に隣接した他の一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された第２電極層(３４０)が電気的に直列に連結されるように第３導電性物質が第２電極層(３４０)上に斜めに蒸着(OD３)されて導電層(３５０)が形成される。これによってトレンチ内の補助電極層(３２０)と導電層(３５０)が互いに連結される。
第３導電性物質の蒸着方法は、第２導電性物質を蒸着する方法と同一の蒸着法が用いられる。すなわち、第３導電性物質が角度θ３だけ斜めに蒸着(OD３)されると、蒸着の直進性によってエッチングによって露出したトレンチ(３０１、３０３、３０５)の補助電極層(３２０)上に第３導電性物質が蒸着されて導電層(３５０)が形成される。この時、溝(３０２、３０４)の底面には第３導電性物質が蒸着されない。
これにより、一つの単位セル(ＵＣ)領域に形成された補助電極層(３２０)と隣接した単位セル(ＵＣ)領域の第２電極層(３４０)に形成された導電層(３５０)がトレンチ(３０１、３０３、３０５)で接続されるため、単位セル(ＵＣ)は、電気的に互いに直列に連結される。
図３Ｈに図示されるように、集積化された光起電力装置の基板(３００)の一定の領域にある隣接したトレンチがバスバー領域に形成される。バスバー領域及び導電性ペーストについては、上記にて実施例１を通じて説明されたため、その詳細な説明は省略される。
一方、図３Ｉに図示されるように、第２電極層(３４０)が形成された後、光電変換層(３３０)のエッチングに先立って電極層(３１０、３２０、３４０)の短絡を防止するための短絡防止層(３７０)が形成される。
すなわち、図３Ｅ及び図３Ｆに図示されるように、自己整合した第２電極層(３４０)をマスクとしてエッチングが行われると、第２電極層(３４０)の端と、第１電極層(３１０)または補助電極層(３２０)との間で短絡が生じる。
このような短絡防止のために、図３Ｉに図示されるように、第２導電性物質が放出された一方の側に対向する側から短絡防止物質が光電変換層(３３０)及び第２電極層(３４０)上に角度θ４だけ斜めに蒸着される。
以後、図３Ｊに図示されたように自己整合した第２電極層(３４０)及び短絡防止層(３７０)によって補助電極層(３２０)が露出するように光電変換層(３３０)がエッチングされる。この時、エッチングされる領域は、図３Ｆのエッチングされる領域より小さく、短絡防止層(３７０)が第２電極層(３４０)の端を覆うため、第２電極層(３４０)の端と、第１電極層(３１０)または補助電極層(３２０)の間の短絡が防止される。短絡防止層(３７０)は、第２電極層(３４０)と同一の物質からなることができる。
光電変換層(３３０)がエッチングされた後、導電層(３５０)がトレンチ(３０１、３０３、３０５)の補助電極層(３２０)と接触されるように第２電極層(３４０)上に形成される。これによって単位セルの電気的に直列に連結が形成される。
[第４実施例]
図４Ａ乃至図４Ｊは、本発明の第４実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図４Ａ乃至図４Ｃに図示されたように、第４実施例は、第３実施例と異なるように補助電極層(３２０)が第１電極層(３１０)に比べて先に基板(３００)上に形成される。補助電極層(３２０)上に第１電極層(３１０)が位置するため、光電変換層(３３０)のエッチング時、第１電極層(３１０)が露出する。これによって導電層(３５０)は、補助電極層(３２０)上に位置した第１電極層(３１０)と連結される。
図４Ｄの光電変換層(３３０)、図４Ｅの第２電極層(３４０)、図４Ｆ及び図４Ｊのエッチングされた光電変換層(３３０)、図４Ｇの導電層(３５０)の形成、図４Ｈのバスバー領域の形成、図４Ｉ及び図４Ｊの短絡防止層(３７０)の形成は、第３実施例を通じて説明されたため、その詳細な説明は省略される。
このように補助電極層(３２０)が第１電極層(３１０)に比べて先に基板(３００)上に形成されるため、光電変換層(３３０)のエッチング時、トレンチ(３０１、３０３、３０５)内部で第１電極層(３１０)が露出する。これによってトレンチ(３０１、３０３、３０５)内部で導電層(３５０)と第１電極層(３１０)が連結される。
第３実施例及び第４実施例のプロセスは、位置制御装置が必要なく自己整合(self-alignment)によって成され、これにより、比較的、簡単な工程を通じて集積型光起電力装置を製造することができる。第３実施例及び第４実施例による場合、光透過型(see through)集積型の光起電力装置が完成される。第３実施例及び第４実施例において透明プラスチックまたは透明ナノ複合体物質を基板(３００)として用いるようになると、住宅や自動車のガラス窓に付着して用いることができる柔軟な集積型光起電力装置を作ることができる。
第３実施例及び第４実施例では、光が透過される溝(３０２)が形成してもよいが、形成っしなくてもよい。
[第５実施例]
図５Ａ乃至図５Ｋは、本発明の第５実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図５Ａに図示されるように、所定の間隔離隔され、一方向に角度∠αだけ傾いたトレンチ(５０１、５０２)が形成された基板(５００)が設けられる。
この時、第５実施例によるトレンチ(５０１、５０２)は、トレンチ(５０１、５０２)の側面が基板(５００)の水平方向に対して角度αだけ一方向に傾くように形成される。これにより、第１乃至第４実施例では、第１電極層を形成するために傾斜蒸着工程が成り立つが、第５実施例では、傾斜蒸着なしに電子ビーム、熱蒸着、スパッタ、またはスプレー等を通じて第１電極層(５１０)が形成される。
図５Ａに図示されたように、基板(５００)のトレンチ(５０１、５０２)それぞれの底面の一部及び一方の側面に第１導電性物質として第１電極層(５１０)が形成される。上記にて説明されたように、傾斜蒸着工程なしに第１導電性物質は、基板(５００)上に電子ビーム、熱蒸着、スパッタ、またはスプレー等のような多様な蒸着法を用いて蒸着される。
基板(５００)の垂直方向から第１導電性物質が基板(５００)上に蒸着されると、一方向に傾いたトレンチ(５０１、５０２)によってトレンチ(５０１、５０２)の一部分には第１導電性物質が蒸着されない。
図５Ｂに図示されたように、第１電極層(５１０)の一部の領域上に第１電極層(５１０)より電気抵抗が小さい補助電極層(５２０)が形成される。補助電極層(５２０)は、第１電極層(５１０)の電気抵抗を減らす役割をしながら、補助電極層(５２０)による陰効果を減少させて光の通過を容易にできるように多様な形状を有することができる。例えば、補助電極層(５２０)は、図５Ｂ及び図５Ｃに図示されたように、フォーク(fork)形状や梯子形状を有することができる。図面に図示されていないが、補助電極層(５２０)はメッシュ形状やストライプ形状を有することができる。
図５Ｄに図示されたように、トレンチ(５０１、５０２)内部、第１電極層(５１０)及び補助電極層(５２０)上に光電変換層(５３０)が形成される。光電変換層(５３０)は、光起電性物質からなり、太陽光が入射される時、電流が生成される物質で形成することができる。
図５Ｅに図示されるように、光電変換層(５３０)上に第２導電性物質を斜めに蒸着(ＯＤ１)して第２電極層(５４０)が形成される。第２導電性物質が角度θ１だけ斜めめに蒸着されると、蒸着の直進性によって第２導電性物質が光電変換層(５３０)上に蒸着される。この時、第２導電性物質が角度θ１だけ斜めめに蒸着されるため、トレンチ(５０１、５０２)に形成された光電変換層(５３０)上の一部分には第２導電性物質が蒸着されない。上述した方法によって、第２導電性物質で自己整合した第２電極層(５４０)が形成される。
図５Ｆに図示されたように、トレンチ(５０１、５０２)内部の補助電極層(５２０)が露出するようにトレンチ(５０１、５０２)に形成された光電変換層(５３０)がエッチングされる。以前の工程において自己整合した第２電極層(５４０)をマスクとして用いて光電変換層(５３０)が実質的に垂直にエッチングされる。ここで、エッチングされる部分は、第２導電性物質が形成されていない光電変換層(５３０)上の一部分である。
図５Ｇに図示されたように、第３導電性物質が角度θ２だけ斜めに蒸着(OD２)されて第２電極層(５４０)上に導電層(５５０)が形成される。このように第３導電性物質の傾斜蒸着によってエッチングによって露出した補助電極層(５２０)と導電層(５５０)がトレンチ(５０１、５０２)内部で連結される。これによって隣接した単位セル(ＵＣ)が電気的に直列連結される。
この時、第３導電性物質は、第２導電性物質を蒸着する方法と同一の蒸着法を用いて蒸着される。第３導電性物質が斜めに蒸着されると、蒸着の直進性によってエッチングによって露出した補助電極層(５２０)上に第３導電性物質が蒸着される。
図５Ｈに図示されるように、集積化された光起電力装置の基板(５００)の一定の領域にある隣接したトレンチがバスバー領域に形成される。このようなバスバー領域のトレンチが導電性ペースト(５６０)で埋められる。
一方、図５Ｉに図示されたように、第２電極層(５４０)が形成された後、光電変換層(５３０)のエッチングに先立って電極層(５１０、５２０、５４０)の短絡を防止するための短絡防止層(５７０)が形成される。第２導電性物質が放出される一方の側に対向する側から短絡防止物質が光電変換層(５３０)及び第２電極層(５４０)上に角度θ３だけ斜めに蒸着される。
以後、図５Ｊに図示されたように、自己整合した第２電極層(５４０)及び短絡防止層(５７０)によって補助電極層(５２０)が露出するように光電変換層(５３０)がエッチングされる。この時、エッチングされる領域は、図５Ｆのエッチングされる領域より小さく、短絡防止層(５７０)が第２電極層(５４０)の端を覆うため、第２電極層(５４０)の端と、第１電極層(５１０)または補助電極層(５２０)の間に短絡が防止される。短絡防止層(５７０)は、第２電極層(５４０)と同一の物質からなることができる。
図５Ｋに図示されるように、集積化された光起電力装置の基板(５００)の一定の領域にある隣接したトレンチがバスバー領域に形成される。このようなバスバー領域のトレンチが導電性ペースト(５６０)により埋められる。
[第６実施例]
図６Ａ乃至図６Ｋは、本発明の第６実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図６Ａ乃至図６Ｃに図示されたように、第６実施例は、第５実施例と異なるように補助電極層(５２０)が第１電極層(５１０)の形成に比べて先に基板(５００)上に形成される。補助電極層(５２０)上に第１電極層(５１０)が位置するため、光電変換層(５３０)のエッチング時、第１電極層(５１０)が露出する。これによって導電層(５５０)は、補助電極層(５２０)上に位置した第１電極層(５１０)と連結される。
図６Ｄの光電変換層(５３０)の形成、図６Ｅの第２電極層(５４０)、図６Ｆ及び図６Ｊのエッチングされた光電変換層(５３０)、図６Ｇの導電層(５５０)の形成、図６Ｈのバスバー領域の形成、図６Ｉの短絡防止層(５７０)の形成及び図６Ｋのバスバー領域の形成は第５実施例を通じて説明されたため、その詳細な説明は省略される。
このように補助電極層(５２０)が第１電極層(５１０)に比べて先に基板(５００)上に形成されるため、光電変換層(５３０)のエッチング時、トレンチ(５０１、５０２)内部で第１電極層(５１０)が露出する。これによってトレンチ(５０１、５０２)内部で導電層(５５０)と第１電極層(５１０)が連結される。
以上の第１実施例乃至第６実施例は、基板にトレンチが形成されているが、以後の実施例では、基板にトレンチが形成されていない光起電力装置に関する。
この時、基板(７００)上に所定の厚さを有した第１電極層(７１０)と、上記第１電極層の間の一部の領域から上記第１電極層の一部の領域まで上記第１電極層と接触されるように補助電極層(７２０)が形成される。第７実施例では、補助電極層(７２０)が第１電極層(７１０)上に形成され、第８実施例では、補助電極層(７２０)が第１電極層(７１０)下に形成される。
[第７実施例]
図７Ａ乃至図７Ｋは、本発明の第７実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図７Ａに図示されるように、基板(７００)上に所定の厚さと幅を有した第１電極層(７１０)が所定の間隔程度離れて形成される。上記の実施例では、トレンチとトレンチとの間が単位セル領域になったが、第７実施例以後からは、第１電極層(７１０)が単位セル領域に該当される。基板(７００)の材質に関する説明は、上記にて記載されているため省略される。
第１電極層(７１０)は、第１電極層(７１０)を形成するための物質を含んだゾル-ゲル(sol-gel)溶液をインクのように用いるプリンティング(printing)法を用いて形成することができる。従って、マスクを用いたフォトレジスター法やプラスチックパターンの使用なしもゾル-ゲル溶液が基板(７００)上に直接塗布されることにより、第１電極層(７１０)が形成される。この時、ローラー等を用いてゾル-ゲル溶液が基板(７００)上に直接塗布することができるが、これに限定されない。一方、プリンティング法によって形成された第１電極層(７１０)は、電気抵抗が高いことがあるため、大気または窒素のようなガス雰囲気で熱処理される。
このような方法は、マスク作業によるエッチング工程なしに帯形状でパターン化された第１電極層(７１０)を直接形成することができる。このようにプリンティング(printing)法を用いて第１電極層(７１０)を形成すると、比較的工程が簡単で既存の工程のようにレーザーパターニングのための高価の装備が不必要であるため、製造単価を節減することができる。
このような第１電極層(７１０)の形成方法は、以後の実施例にも適用される。
図７Ｂに図示されたように、隣接した第１電極層(７１０)との間の一部の領域から第１電極層(７１０)の一部の領域まで補助電極層(７２０)が形成される。この時、第１電極層(７１０)の一部の領域上に形成される補助電極層(７２０)の形状は、光が透過できるように多様な形状を有することができる。例えば、図７Ｂに図示されたようにフォーク(fork)形状や図７Ｃに図示されたように梯子形状であることができ、これに限定されるのではない。例えば、補助電極層(７２０)は、メッシュ形状またはストライプ形状を有することができる。補助電極層(７２０)の機能及び効果に関する説明は、上記にて記載されているため、省略される。
図７Ｄに図示されるように、基板(７００)、第１電極層(７１０)及び補助電極層(７２０)上に光電変換層(７３０)が形成され、隣接した第１電極層(７１０)の間の領域に示された基板(７００)上に光電変換層(７３０)が形成される。光電変換層(７３０)に関する説明は、上記にて記載されているため、省略される。
図７Ｅに図示されたように、光電変換層(７３０)上に第２導電性物質を斜めに蒸着(ＯＤ１)して第２電極層(７４０)を形成する。第２導電性物質が角度θ１だけ斜めに蒸着(ＯＤ１)されると、蒸着の直進性によって第２導電性物質が光電変換層(７３０)上に蒸着される。これによって自己整合した第２電極層(７４０)が形成される。
図７Ｆに図示されたように、隣接した第２電極層(７４０)との間の領域に位置した補助電極層(７２０)が露出するように光電変換層(７３０)がエッチングされる。この時、自己整合した第２電極層(７４０)をマスクとして用いて光電変換層(７３０)が実質的に垂直にエッチングされる。ここで、エッチングされる部分は、第２導電性物質が形成されていない光電変換層(７３０)の一部分である。
図７Ｇに図示されたように、第３導電性物質が角度θ２だけ斜めに蒸着(OD２)されて第２電極層(７４０)上に導電層(７５０)が形成される。この時、第２導電性物質が基板(７００)の一方の側から斜めに蒸着できるが、第３導電性物質は、上記一側の反対側である基板(７００)の他方の側から斜めに蒸着される。これにより、隣接した第１電極層(７１０)のうち一つの領域に形成された補助電極層(７２０)と、他の一つの第１電極層(７１０)領域に形成された第２電極層(７４０)が導電層(７５０)によって電気的に連結されて隣接した単位セル(ＵＣ)が電気的に直列に連結される。
図７Ｈに図示されるように、バスバー領域は、第１電極層(７１０)全体のうち隣接した一部の第１電極層(７１０)の領域に該当し、導電性ペースト(７６０)は、バスバー領域に形成された導電層(７５０)と接触する。この時、バスバー領域の第１電極層(７１０)の幅(l１)は、有効領域に位置する第１電極層(７１０)の幅(l２)より小さくするとよい。バスバー領域は、電流が生成されない無効領域であるため、光起電力装置の効率を向上するためには、有効領域である第１電極層(７１０)の幅(l２)より小さくするとよい。また、バスバー領域に導電性ペーストの代りに超音波接着等の方法でバスバー(図示せず)を直接バスバー領域に形成することができる。
一方、図７Ｉに図示されたように、第２電極層(７４０)が形成された後、光電変換層(７３０)のエッチングに先立って電極層(７１０、７２０、７４０)の短絡を防止するための短絡防止層(７７０)が形成される。
図７Ｉに図示されたように、一方の側に対向する側から短絡防止物質が光電変換層(７３０)及び第２電極層(７４０)上に角度θ３だけ斜めに蒸着される。以後、図７jに図示されたように、自己整合した第２電極層(７４０)及び短絡防止層(７７０)によって補助電極層(７２０)が露出するように光電変換層(７３０)がエッチングされる。
この時、エッチングされる領域は、図７Ｆのエッチングされる領域より小さく、短絡防止層(７７０)が第２電極層(７４０)の端を覆うため、第２電極層(７４０)の端と第１電極層(７１０)との間の短絡や第２電極層(７４０)の端と補助電極層(７２０)の間の短絡が防止される。短絡防止層(７７０)は、第２電極層(７４０)と同一の物質からなることができる。
以後、図７Ｋに図示されたように、第３導電性物質が角度θ２だけ斜めに蒸着(OD２)されて短絡防止層(７７０)上に導電層(７５０)が形成され、これによって導電層(７５０)は、隣接した第１電極層(７１０)の間の領域に位置した補助電極層(７２０)と連結され、隣接した単位セル(ＵＣ)が電気的に直列に連結される。
[第８実施例]
図８Ａ乃至図８Ｋは、本発明の第８実施例による光起電力装置の製造方法を示す。
図８Ａ乃至図８Ｃに図示されたように、第８実施例は、第７実施例と異なるように補助電極層(７２０)が第１電極層(７１０)に比べて先に基板(７００)上に形成される。補助電極層(７２０)上に第１電極層(７１０)が位置して補助電極層(７２０)上に第１電極層(７１０)の側面が位置するため、光電変換層(７３０)のエッチング時、補助電極層(７２０)が露出する。これによって導電層(７５０)は、補助電極層(７２０)と連結される。
図８Ｄの光電変換層(７３０)の形成、図８Ｅの第２電極層(７４０)の形成、図８Ｆ及び図８Ｊのエッチングされた光電変換層(７３０)、図８Ｇ及び図８Ｋの導電層(７５０)の形成、図８Ｈのバスバー領域の形成、図８Ｉの短絡防止層(７７０)の形成は、第７実施例を通じて説明されたため、その詳細な説明は省略される。

Claims (18)

  1. 複数のトレンチ(１０１；１０２；１０３；１０４；３０１；３０２；３０３；３０４；５０１；５０２)が形成された基板(１００；３００；５００)が設けられる段階；
    第１導電性物質を前記基板に対して一方の側から斜めに蒸着して前記基板の前記トレンチ各々の底面の一部、前記トレンチ各々の前記基板に対して他方の側の一側面、及び前記トレンチ各々を挟んで他方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に第１電極層(１１０；３１０；５１０)を連続して形成する段階；
    前記第１電極層より小さい電気抵抗を有して前記第１電極層の一部の領域と接触して前記第１電極層の上または下に位置するように補助電極層(１２０；３２０；５２０)を前記基板の前記トレンチ各々の底面の一部及び前記他方の側の一側面及び前記他方の側の隣接したトレンチ間の領域に形成する段階；
    前記第１電極層または前記補助電極層上の前記基板の全面に光電変換層(１３０；３３０；５３０)を形成する段階；
    前記光電変換層上に第２導電性物質を前記他方の側から斜めに蒸着して前記トレンチ各々の前記一方の側の一側面と、前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に第２電極層(１４０；３４０；５４０)を形成する段階；
    前記第１電極層または前記補助電極層が露出するように前記第２電極層をマスクとして用いて前記トレンチ内部に形成された光電変換層をエッチングする段階；及び
    前記領域のうち光によって電気が生成される、前記他方の側の隣接したトレンチ間の基板領域に形成された前記第１電極層または、前記補助電極層と、光によって電気が生成される、前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域に形成された前記第２電極層が前記トレンチ内部で電気的に連結されるように第３導電性物質を前記第２電極層上に前記他方の側から斜めに蒸着して導電層(１６０；３５０；５５０)を形成する段階を含む光起電力装置の製造方法。
  2. 前記トレンチは、所定角度だけ傾いたことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
  3. 前記光電変換層をエッチングした後、前記トレンチのうち一つのトレンチを絶縁物質(１５０)で埋める段階をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装置の製造方法。
  4. 前記トレンチのうち一部の隣接したトレンチ間の間隔は、有効領域に該当する隣接トレンチ間の間隔より狭いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
  5. 前記隣接したトレンチ間に光が透過される孔(３０２；３０４)が位置し、
    前記補助電極層は、前記孔の間に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法。
  6. 前記孔の幅に対する深みの比または、前記孔の直径に対する深みの比は、前記トレンチの幅に対する深みの比より大きいことを特徴とする請求項５に記載の光起電力装置の製造方法。
  7. 前記孔に形成された前記光電変換層のエッチングを通じて前記孔の底面が露出することを特徴とする請求項５または６に記載の光起電力装置の製造方法。
  8. 前記孔(３０２；３０４)は、前記基板を貫通することを特徴とする請求項５に記載の光起電力装置の製造方法。
  9. 短絡防止物質を前記光電変換層及び前記第２電極層上に前記一方の側から斜めに蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
  10. 複数のトレンチ(１０１；１０２；１０３；１０４；３０１；３０２；３０３；３０４；５０１；５０２)が形成された基板；
    前記トレンチ各々の底面の一部、前記トレンチの一方の側の一側面、及び前記トレンチを挟んで前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に連続して形成された第１電極層(１１０；３１０；５１０)；
    前記第１電極層より小さい電気抵抗を有して前記第１電極層の一部と接触するように前記第１電極層の上または下に位置し、前記基板の前記トレンチ各々の底面の一部、前記トレンチ各々の前記一方の側の一側面、及び前記一方の側の隣接したトレンチ間の領域に形成された補助電極層(１２０；３２０；５２０)；
    前記第１電極層及び前記補助電極層上に位置する光電変換層(１３０；３３０；５３０)；
    前記光電変換層上に位置し、前記トレンチ各々を挟んで両側の隣接したトレンチ間の基板領域上及び前記トレンチ各々の他方の側の一側面に形成された第２電極層(１４０；３４０；５４０)；及び
    前記領域のうち光によって電気が生成される、前記トレンチを挟んで前記一方の側の隣接したトレンチ間の基板領域上に形成された前記第１電極層または前記補助電極層と、光によって電気が生成される、前記トレンチ各々を挟んで前記他方の側の隣接したトレンチ間の基板領域に形成された前記第２電極層が前記トレンチ内部で電気的に連結されるようにする導電層(１６０；３５０；５５０)
    を含む光起電力装置。
  11. 前記トレンチは、所定角度だけ傾いたことを特徴とする請求項１０に記載の光起電力装置。
  12. 前記トレンチのうち一つのトレンチを埋める絶縁物質(１５０)をさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の光起電力装置。
  13. 前記トレンチのうち一部の隣接したトレンチ間の間隔は、有効領域に該当する隣接トレンチ間の間隔より狭いことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の光起電力装置。
  14. 隣接した前記トレンチ間に光が透過される孔(３０２；３０４)が位置し、
    前記補助電極層は、前記孔の間に位置することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の光起電力装置。
  15. 前記孔の幅に対する深みの比または、前記孔の直径に対する深みの比は、前記トレンチの幅に対する深みの比より大きいことを特徴とする請求項１４に記載の光起電力装置。
  16. 前記孔の底面が露出することを特徴とする請求項１４または１５に記載の光起電力装置。
  17. 前記孔（３０２；３０４）は、前記基板を貫通することを特徴とする請求項１４に記載の光起電力装置。
  18. 第２電極層の端を覆う短絡防止層（１８０；３７０；５７０）をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の光起電力装置。
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