JP7659641B2 - タンデム太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、タンデム太陽電池に関し、より詳細にはペロブスカイト太陽電池を含むタンデム太陽電池に関する。
タンデム太陽電池は、２つの太陽電池を上下に積層することで電池効率を向上させた太陽電池である。
従来には、ペロブスカイト化合物を用いた太陽電池をタンデム太陽電池に適用しようする試みがあった。その一環として基板型太陽電池を製造し、前記基板型太陽電池上にペロブスカイト化合物を用いた太陽電池を蒸着工程またはコーティング工程で積層してタンデム太陽電池を製造する案が提示された。
しかしながら、このような従来のタンデム太陽電池の製造方法は、製造工程が複雑であり、基板型太陽電池とペロブスカイト化合物を用いた太陽電池との間の電流マッチング(current matching)が難しいという問題があった。
本発明は、上述した従来の問題点を解決するために考案されたものであり、本発明は、製造工程が単純で、基板型太陽電池とペロブスカイト化合物を用いた太陽電池との間の電流マッチングが容易な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。
前記目的を達成するために、本発明は、基板上に第１導電性電荷伝達層、光吸収層、および第２導電性電荷伝達層を含むペロブスカイト太陽電池を準備する工程、前記ペロブスカイト太陽電池に分離部を形成して、第１ペロブスカイト単位太陽電池および第２ペロブスカイト単位太陽電池を形成する工程、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池にコンタクト部を形成し、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の所定領域を露出させる工程、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池および第２ペロブスカイト単位太陽電池のそれぞれの上面にバッファ層を形成する工程、複数の第２太陽電池を準備する工程、前記バッファ層上に前記複数の第２太陽電池を合着し、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池と前記バッファ層と前記第２太陽電池が順に積層した第１単位タンデム太陽電池、及び前記第２ペロブスカイト単位太陽電池と前記バッファ層と前記第２太陽電池が順に積層した第２単位タンデム太陽電池を形成する工程、および、前記第１単位タンデム太陽電池と前記第２単位タンデム太陽電池を電気的に連結する工程を含む、タンデム太陽電池の製造方法を提供する。
前記ペロブスカイト太陽電池を準備する工程は、前記基板上に前記第１導電性電荷伝達層、前記光吸収層、及び前記第２導電性電荷伝達層を順に形成する工程を含むことができる。
前記分離部を形成する工程は、前記第１導電性電荷伝達層、前記光吸収層、及び前記第２導電性電荷伝達層の所定領域を除去して前記基板の上面を露出させる工程を含むことができる。
前記コンタクト部を形成する工程は、前記光吸収層および前記第２導電性電荷伝達層の所定領域を除去して前記第１導電性電荷伝達層の上面を露出させる工程を含むことができる。
前記バッファ層を形成する工程は、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池及び前記第２ペロブスカイト単位太陽電池それぞれの上面に複数のホールを具備したフィルムを形成する工程、及び前記フィルムに具備された複数のホール内部を導電層で充たす工程を含むことができる。
前記複数のホールを具備したフィルムを形成する工程は、前記フィルムを半乾燥状態で形成する工程を含み、前記第１単位タンデム太陽電池及び前記第２単位タンデム太陽電池を形成する工程は、前記第２太陽電池を前記バッファ層上に配置した後、前記半乾燥状態のフィルムを硬化させる工程を含むことができる。
前記フィルムに具備された複数のホールは、前記フィルムを貫通して第１方向に延びる複数の第１ホール、および前記フィルムを貫通しながら前記第１方向と交差する第２方向に延びる複数の第２ホールとを含み、前記導電層は、前記第１及び第２ペロブスカイト単位太陽電池の上面、及び前記第２太陽電池の下面と接することができる。
前記フィルムは、前記コンタクト部と重畳せず、前記フィルムによって前記コンタクト部を覆うことなく露出することができる。
前記第１単位タンデム太陽電池と前記第２単位タンデム太陽電池を電気的に連結する工程は、連結ラインを介して前記第２単位タンデム太陽電池の第２太陽電池の上面に具備された電極パターンと前記第１単位タンデム太陽電池の前記コンタクト部に露出した前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第１導電性電荷伝達層間を電気的に連結することができる。
前記連結ラインは、前記第２単位タンデム太陽電池の第２太陽電池の側面及びその下のバッファ層の側面に沿って延び、前記分離部を横切って前記コンタクト部の一側に具備された前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の第２導電性電荷伝達層の上面と側面及び光吸収層の側面に沿って延び、前記コンタクト部に露出した前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第１導電性電荷伝達層の上面まで延長することができる。
前記複数の第２太陽電池を準備する工程は、前記導電層と同一パターンの電極パターンを形成する工程を含み、前記複数の第２太陽電池を合着する工程は、前記導電層と前記電極パターンを重畳させる工程を含むことができる。
本発明はまた、基板上に具備された第１ペロブスカイト単位太陽電池、バッファ層、および第２太陽電池が順に積層された第１単位タンデム太陽電池、前記基板上に具備され、分離部によって前記第１単位タンデム太陽電池と離隔していて、第２ペロブスカイト単位太陽電池、バッファ層、及び第２太陽電池が順に積層された第２単位タンデム太陽電池、および、前記第１単位タンデム太陽電池と前記第２単位タンデム太陽電池を連結する連結ラインを含むタンデム太陽電池を提供する。
前記第１ペロブスカイト単位太陽電池は、前記基板上に具備された第１導電性電荷伝達層、前記第１導電性電荷伝達層上に形成された光吸収層、前記光吸収層上に形成された第２導電性電荷伝達層、および前記光吸収層と前記第２導電性電荷伝達層の所定領域を除去して前記第１導電性電荷伝達層の上面を露出させるコンタクト部を含んでなり、前記第２太陽電池の上面には電極パターンが具備されていて、前記連結ラインは、前記第２単位タンデム太陽電池の第２太陽電池の上面に具備された電極パターンと、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池のコンタクト部に露出した前記第１導電性電荷伝達層の間を連結することができる。
前記コンタクト部は、前記バッファ層と重畳しないことがあり得る。
前記連結ラインは、前記第２単位タンデム太陽電池の第２太陽電池の側面及びその下のバッファ層の側面に沿って延び、前記分離部を横切って前記コンタクト部の一側に具備された前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の第２導電性電荷伝達層の上面と側面及び光吸収層の側面に沿って延び、前記コンタクト部に露出した前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第１導電性電荷伝達層の上面まで延長することができる。
前記バッファ層は、第１方向に延びる複数の第１ホール、および前記第１方向と交差する第２方向に延びる複数の第２ホールを含む複数のホールを具備したフィルム、および前記複数のホール内部に充たされた導電層を含んでなり、前記導電層は、前記第１および第２ペロブスカイト単位太陽電池の上面および前記第２太陽電池の下面と接することができる。
前記第２太陽電池の上面には、前記導電層と同じパターンの電極パターンが具備されていて、前記電極パターンは、前記導電層と重畳することができる。
以上のような本発明によれば、次のような効果がある。
本発明の一実施例によれば、複数のペロブスカイト単位太陽電池上にバッファ層を形成し、別途作製した第２太陽電池を前記バッファ層上に積層する工程を通じてタンデム太陽電池を製造するため、製造工程が単純であり、ペロブスカイト単位太陽電池と第２太陽電池の間の電流マッチングが容易である。
図１Ａは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 図１Ｂは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 図１Ｃは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 図１Ｄは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 図１Ｅは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 図１Ｆは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 図１Ｇは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。 本発明の一実施例によるバッファ層の概略平面図である。 本発明の一実施例による第２太陽電池の概略断面図である。 本発明の他の実施例による第２太陽電池の概略断面図である。 本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の平面図である。 本発明の一実施例による第２太陽電池の概略平面図である。 本発明の他の実施例によるタンデム太陽電池の概略断面図である。
本発明の利点および特徴、ならびにそれらを達成する方法は、添付の図と共に詳細に後述される実施例を参照することによって明らかになるであろう。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で具現されるものであり、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に、発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は特許請求の範囲によって定義されるだけである。
本発明の実施例を説明するための図に開示された形状、大きさ、比率、角度、数などは例示的なものであり、本発明が図に示された事項に限定されるものではない。明細書全体にわたって、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。なお、本発明の説明において、関連する公知技術に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。本発明上で言及する「含む」、「有する」、「からなる」などが使用される場合、「～のみ」が使用されない限り、他の部分が追加され得る。構成要素を単数で表現した場合に、特に明示的な記載事項がない限り、複数を含む場合を含む。
構成要素を解釈するにおいて、別途の明示的な記載がなくても、誤差範囲を含むものと解釈する。
位置関係に対する説明である場合、例えば、「～上に」、「～上部に」、「～下部に」、「～横に」などで２つの部分の位置関係が説明される場合、「すぐ」または「直接」が使用されていない限り、２つの部分の間に１つ以上の他の部分が位置することもできる。
時間関係に対する説明の場合、例えば、「～後に」、「～に続き」、「～の次に」、「～前に」などで時間的先後関係が説明される場合、「すぐ」または「直接」が使用されていない限り、連続的でない場合も含むことができる。
第１、第２などは、様々な構成要素を説明するために使用されるが、これらの構成要素は、これらの用語によって限定されない。これらの用語は、単に一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素でもあり得る。
本発明のいくつかの実施例の各々の特徴は、部分的または全体的に互いに結合または組み合わせ可能であり、技術的に様々な連動および駆動が可能であり、各実施例は互いに対して独立して実施することもでき、連関関係で一緒に実施することもできる。
以下、図を参照して本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図１Ａ～図１Ｇは、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。
まず、図１Ａから分かるように、基板１００上にペロブスカイト（Perovskite）太陽電池層２００を形成する。
前記基板１００は、シリコンウエハのように半導体材料からなることもでき、ガラスまたはプラスチックからなることもできる。
前記ペロブスカイト（Perovskite）太陽電池層２００は、前記基板１００上に第１導電性電荷伝達層２１０を形成し、前記第１導電性電荷伝達層２１０上に光吸収層２２０を形成し、そして、前記光吸収層２２０上に第２導電性電荷伝達層２３０を形成する工程を通じて形成することができる。
前記第１導電性電荷伝達層２１０が電子伝達層からなる場合、前記第２導電性電荷伝達層２３０は正孔伝達層からなり、前記第１導電性電荷伝達層２１０が正孔伝達層からなる場合、前記第２導電性電荷伝達層２３０は電子伝達層からなる。
前記電子伝達層は、ＢＣＰ（Bathocuproine）、Ｃ６０、またはＰＣＢＭ（Phenyl-C61-butyric acid methyl ester）などの当業界で公知された様々なＮ-type有機物、ZnO、c-TiO2/mp-TiO2、SnO2、またはＩＺＯなどの当業界で公知の様々なＮ-type金属酸化物、およびその他の当業界で公知の様々なＮ-type有機または無機物を含むことができる。
前記正孔伝達層は、Spiro-MeO-TAD、Spiro-TTB、ポリアニリン、ポリピノール、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ネート（PEDOT-PSS）、またはポリ-［ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン］（ＰＴＡＡ）、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)(P3HT)等のような当業界で公知の様々なＰ-type有機物、Ｎｉ酸化物、Ｍｏ酸化物、あるいは、Ｖ酸化物、Ｗ酸化物、Ｃｕ酸化物などの当業界で公知の様々なＰ-type金属酸化物、およびその他の当業界で公知の様々なＰ-type有機または無機物を含むことができる。
前記光吸収層２２０は、ペロブスカイト化合物からなる。
次に、図１Ｂから分かるように、前記ペロブスカイト太陽電池層２００に分離部（Ｐ）を形成して複数のペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）を形成する。
前記分離部（Ｐ）は、前記ペロブスカイト太陽電池層２００を構成する第１導電性電荷伝達層２１０、光吸収層２２０、及び第２導電性電荷伝達層２３０の所定領域を除去して形成する。前記分離部（Ｐ）は、一次スクライビング工程、特にレーザスクライビング工程を介して形成することができる。前記分離部（Ｐ）が形成された領域では、前記基板１００の上面が露出する。
前記分離部（Ｐ）によって第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）が互いに離隔した状態で得られる。ここで、前記第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）のそれぞれは、前記第１導電性電荷伝達層２１０、光吸収層２２０、及び第２導電性電荷伝達層２３０を含む。
前記分離部（Ｐ）は、第１幅（Ｗ１）を有するように形成することができる。
次に、図１Ｃから分かるように、前記第１および第２ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２）のそれぞれにコンタクト部（Ｃ）を形成する。前記コンタクト部（Ｃ）は、前記分離部（Ｐ）と離隔する。前記コンタクト部（Ｃ）は、前記光吸収層２２０および前記第２導電性電荷伝達層２３０の所定領域を除去して形成する。
前記コンタクト部（Ｃ）は、前記第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）間を直列に連結するためのものである。前記コンタクト部（Ｃ）は、二次スクライビング工程、特にレーザスクライビング工程を介して形成することができる。前記コンタクト部（Ｃ）が形成された領域では、前記第１導電性電荷伝達層２１０の上面が露出する。複数のペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）のうちの一側端に、例えば右側端に位置する第３単位太陽電池（ＵＣ３）には、前記コンタクト部（Ｃ）の形成を省略することができる。
前記コンタクト部（Ｃ）は、第２幅（Ｗ２）を有するように形成することができる。ここで、前記コンタクト部（Ｃ）の第２幅（Ｗ２）は、前記分離部（Ｐ）の第１幅（Ｗ１）よりも大きく形成することにより、後述する図１Ｇ工程を容易に行うことができる。
次に、図１Ｄから分かるように、第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）のそれぞれの上面に複数のホール（Ｈ）を具備した前記フィルム３１０を形成する。
すなわち、第１ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１）の上面に複数のホール（Ｈ）を具備した１つのフィルム３１０を形成し、第２ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ２）の上面に複数のホール（Ｈ）を具備した異なる１つのフィルム３１０を形成し、第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ３）の上面に複数のホール（Ｈ）を具備したまた異なる１つのフィルム３１０を形成する。ここで、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１）の上面に形成された１つのフィルム３１０、前記第２ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ２）の上面に形成された異なる１つのフィルム３１０、および前記第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ３）の上面に形成されたまた異なる１つのフィルム３１０は、互いに接することなく離隔している。
前記フィルム３１０は、有機高分子化合物からなることができるが、必ずしもそれに限定されるものではない。ここで、前記有機高分子化合物からなる前記フィルム３１０は、半乾燥状態で形成することができる。前記半乾燥状態とは、完全に硬化する前の状態を意味するものであり、以後の硬化工程によって他の構成要素と別途の接着層なしで接着することができる状態を意味する。
前記複数のホール（Ｈ）は、前記フィルム３１０を貫通するように形成され、それによって、前記複数のホール（Ｈ）を介して前記第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）それぞれの前記第２導電性電荷伝達層２３０の上面が露出する。
前記フィルム３１０は、前記コンタクト部（Ｃ）と重畳しないように形成することにより、前記フィルム３１０によって前記コンタクト部（Ｃ）が遮られずに露出していて、それによって後述する図１Ｇ工程を円滑に行うことができる。
一方、前記フィルム３１０は、前記分離部（Ｐ）と重畳しないように形成することができるが、必ずしもそれに限定されるものではなく、前記分離部（Ｐ）と重畳するように形成することも可能であり、この場合、後述する図１Ｇ工程において連結ライン５００を短縮することができる。
次に、図１Ｅから分かるように、第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）それぞれの上面に具備されたフィルム３１０の複数のホール（Ｈ）内部を導電層３２０で充たす。これにより、前記フィルム３１０および導電層３２０からなる前記バッファ層３００が、前記第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）のそれぞれの上面に形成される。
前記導電層３２０は、金属物質で形成することができるが、必ずしもそれに限定されるものではない。前記導電層３２０は、印刷工程を通じて前記フィルム３１０の複数のホール（Ｈ）の内部に充たすことができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
前記導電層３２０は、前記複数のホール（Ｈ）の下部で前記第２導電性電荷伝達層２３０の上面と接することになる。
このような導電層３２０が形成された状態でも、前記フィルム３１０は半乾燥状態を維持することができる。
前記バッファ層３００について、図２を参照して説明すると以下の通りである。
図２は、本発明の一実施例による前記バッファ層３００の概略平面図であり、図２から分かるように、本発明の一実施例によるバッファ層３００は、複数のホール（Ｈ１、Ｈ２）を具備したフィルム３１０、および前記複数のホール（Ｈ１、Ｈ２）に充たされた導電層３２０を含むことができる。
前記複数のホール（Ｈ１、Ｈ２）は、第１方向、例えば横方向に配列された複数の第１ホール（Ｈ１）、および第２方向、例えば縦方向に配列された複数の第２ホール（Ｈ２）を含む。前記複数の第１ホール（Ｈ１）と前記複数の第２ホール（Ｈ２）は、互いに交差するように形成され、それによって全体として格子構造のホール（Ｈ１、Ｈ２）パターンを形成することができる。
前記導電層３２０は、前記複数のホール（Ｈ１、Ｈ２）全体の内部を充たすように具備され、それにより、前記導電層３２０は、全体として格子構造のパターンで形成することができる。
次に、図１Ｆから分かるように、前記バッファ層３００上に第２太陽電池４００を位置させた後、硬化工程を通じて前記バッファ層３００を構成するフィルム３１０を硬化させることにより、前記フィルム３１０と前記第２太陽電池４００の間を接着させる。これにより、複数の単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１、ＵＴＣ２、ＵＴＣ３）が形成される。
すなわち、第１ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１）、バッファ層３００及び第２太陽電池４００が順に積層された第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）、第２ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ２）、バッファ層３００及び第２太陽電池４００が順に積層された第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）、及び第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ３）、バッファ層３００及び第２太陽電池４００が順に積層された第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）が互いに離隔した状態で形成される。
ここで、前記第２太陽電池４００は、個別の太陽電池として製造された状態で前記バッファ層３００上に位置させて付着する。
前記第２太陽電池４００は、第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）それぞれの上面上に個別に形成され、前記個別に形成された各々の第２太陽電池４００は、互いに離隔している。
これにより、前記バッファ層３００を挟んでその下側には第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）が形成され、その上側には前記第２太陽電池４００が形成される。
ここで、前記バッファ層３００内の導電層３２０によって、前記第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）および前記第２太陽電池４００を互いに電気的に連結することができる。前記導電層３２０は、前記第１～第３ペロブスカイト単位太陽電池（ＵＣ１、ＵＣ２、ＵＣ３）の第２導電性電荷伝達層２３０の上面および前記第２太陽電池４００の下面とそれぞれ接する。
前記第２太陽電池４００は、基板型太陽電池からなることができ、これについて図３～図４を参照して説明すると以下の通りである。
図３は、本発明の一実施例による第２太陽電池４００の概略断面図である。
図３から分かるように、本発明の一実施例による第２太陽電池４００は、半導体基板４１０、第１半導体層４２０、第２半導体層４３０、及び電極パターン４７０を含む。
前記半導体基板４１０は、Ｎ型またはＰ型の半導体ウェハからなることができる。具体的には図に示していないが、前記半導体基板４１０の上面と下面のうち、少なくとも１つの面には凸凹構造を形成することができ、この場合、前記第１半導体層４２０及び前記第２半導体層４３０もまた、前記半導体基板４１０の凸凹構造に対応する凸凹構造で形成することができる。
前記第１半導体層４２０は、前記半導体基板４１０の上面に形成し、所定の極性を有するように形成し、前記第２半導体層４３０は、前記半導体基板４１０の下面に形成して、前記第１半導体層４２０と異なる極性を有するように形成する。
特に、前記第２太陽電池４００の下面を構成する前記第２半導体層４３０は、前述したバッファ層３００内の導電層３２０と接するようになり、前記第２導電性電荷伝達層２３０の極性と異なる極性を有するように形成する。例として、前記第２導電性電荷伝達層２３０が電子伝達層からなる場合には、前記第２半導体層４３０はＰ型極性を有し、前記第１半導体層４２０はＮ型極性を有するように形成し、前記第２導電性電荷伝達層２３０が正孔伝達層からなる場合には、前記第２半導体層４３０はＮ型極性を有し、前記第１半導体層４２０はＰ型極性を有するように形成することができる。
前記第１半導体層４２０及び前記第２半導体層４３０は、それぞれ前記半導体基板４１０の上面及び下面に所定のドーパントをドーピングして形成することができ、この場合、前記第１半導体層４２０及び前記第２半導体層４３０は、前記半導体基板４１０と同様に半導体ウェハからなることができる。
前記電極パターン４７０は、前記第１半導体層４２０の上面にパターン形成されている。前記電極パターン４７０は、スクリーン印刷などの当業界に公知の工程を介して形成することができる。
図４は、本発明の他の実施例による第２太陽電池４００の概略断面図である。
図４から分かるように、本発明の他の実施例による第２太陽電池４００は、半導体基板４１０、第１半導体層４２０、第２半導体層４３０、第３半導体層４４０、第４半導体層４５０、及び電極パターン４７０を含む。
前記半導体基板４１０は、Ｎ型またはＰ型の半導体ウェハからなることができる。具体的には図に示していないが、前記半導体基板４１０の上面と下面のうち、少なくとも１つの面には凸凹構造を形成することができ、この場合、前記第１～第４半導体層４２０、４３０、４４０、４５０もまた、前記半導体基板４１０の凸凹構造に対応する凸凹構造で形成することができる。
前記第１半導体層４２０は、前記半導体基板４１０の上面に化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）又は原子層蒸着法（Atomic Layer Deposition；ＡＬＤ）等のような薄膜蒸着工程を通じて形成することができ、真性半導体層からなることができる。ただし、場合によっては、前記第１半導体層４２０は、微量のドーパントがドーピングされた半導体層からなることができる。
前記第２半導体層４３０は、前記第１半導体層４２０の上面に形成する。前記第２半導体層４３０は薄膜蒸着工程を通じて形成され、多量のドーパントがドーピングされた半導体層からなることができる。前記半導体基板４１０の極性と同じ極性のドーパントを微量ドーピングして前記第１半導体層４２０を形成した後、続いて前記ドーパントを多量にドーピングして前記第２半導体層４３０を形成することができる。
前記第３半導体層４４０は、前記半導体基板４１０の下面に形成する。前記第３半導体層４４０は、薄膜蒸着工程を通じて形成され、真性半導体層からなることができる。ただし、場合によっては、前記第３半導体層４４０は、微量のドーパントがドーピングされた半導体層からなることもできる。ここで、前記第３半導体層４４０にドーピングされたドーパントの極性は、前記第１半導体層４２０にドーピングされたドーパントの極性と反対である。
前記第４半導体層４５０は、前記第３半導体層４４０の下面に形成する。前記第４半導体層４５０は、薄膜蒸着工程を通じて形成され、多量のドーパントがドーピングされた半導体層からなることができる。ここで、前記第４半導体層４５０にドーピングされたドーパントの極性は、前記第２半導体層４３０にドーピングされたドーパントの極性と反対である。前記半導体基板４１０の極性と異なる極性のドーパントを微量にドーピングして前記第３半導体層４４０を形成し、続いて前記ドーパントを多量にドーピングして前記第４半導体層４５０を形成することができる。
前記第２太陽電池４００の下面を構成する前記第４半導体層４５０は、前述したバッファ層３００内の導電層３２０と接するようになり、前記第２導電性電荷伝達層２３０の極性と異なる極性を有するように形成する。例として、前記第２導電性電荷伝達層２３０が電子伝達層からなる場合には、前記第４半導体層４５０はＰ型極性を有するように形成し、前記第２導電性電荷伝達層２３０が正孔伝達層からなる場合には、前記第４半導体層４５０はＮ型極性を有するように形成することができる。
前記電極パターン４７０は、前記第２半導体層４３０の上面にパターン形成されている。前記電極パターン４７０は、スクリーン印刷などの当業界にに公知の工程を介して形成することができる。
次に、図１Ｇから分かるように、連結ライン５００を介して複数の単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１、ＵＴＣ２、ＵＴＣ３）間を電気的に連結する。
具体的には、１つの連結ライン５００を介して第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）間を直列に連結するとともに、他の１つの連結ライン５００を介して第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）と第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）の間を直列に連結することができる。
前記１つの連結ライン５００は、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）のコンタクト部（Ｃ）に露出した前記第１導電性電荷伝達層２１０及び前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の第２太陽電池４００の上面間を電気的に連結する。ここで、前記１つの連結ライン５００と連結する前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の第２太陽電池４００の上面は、上述した図３及び図４の電極パターン４７０からなることができる。ここで、前記電極パターン４７０の下に具備された図３の第１半導体層４２０または図４の第２半導体層４３０の極性は、前記第１導電性電荷伝達層２１０の極性と反対であり、それによて、第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の間が直列に連結される。
前記１つの連結ライン５００は、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の第２太陽電池４００の上面と側面およびその下の前記バッファ層３００の側面に沿って延び、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の間の前記分離部（Ｐ）を横切って前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）でバッファ層３００と重畳せずにコンタクト部（Ｃ）の一側、具体的に右側に具備された前記第２導電性電荷伝達層２３０の上面と側面及び光吸収層２２０の側面に沿って延び、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）のコンタクト部（Ｃ）に露出した第１導電性電荷伝達層２１０の上面まで延びる。ここで、前記１つの連結ライン５００の端部は、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）において、前記コンタクト部（Ｃ）の他側、具体的には左側に具備された光吸収層２２０とは接しない。
図５本発明の一実施例によるタンデム太陽電池の平面図であり、これは、上述した図１Ａ～図１Ｇによる製造方法で製造されたタンデム太陽電池に関するものである。したがって、同じ構成に対しては同じ図面符号を付与した。
図５から分かるように、本発明の一実施例によるタンデム太陽電池は、第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）、第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）、及び第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）を含む。前記単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１、ＵＴＣ２、ＵＴＣ３）の数および配置は、様々に変更することができる。
前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の間、及び前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）と前記第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）の間には、分離部（Ｐ）が形成されている。したがって、複数の単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１、ＵＴＣ２、ＵＴＣ３）は、前記分離部（Ｐ）によって互いに離隔されている。前記分離部（Ｐ）は、第１方向、例えば上下方向に形成することができる。
また、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）及び前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）のそれぞれは、コンタクト部（Ｃ）を具備している。前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）に具備されたコンタクト部（Ｃ）は、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の間の分離部（Ｐ）近傍で、前記分離部（Ｐ）と同じ前記第１方向に形成されている。同様に、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）に具備されたコンタクト部（Ｃ）は、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）と前記第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）の間の分離部（Ｐ）近傍で前記分離部（Ｐ）と同じ前記第１方向に形成されている。
前記第１～第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１、ＵＴＣ２、ＵＴＣ３）のそれぞれの上面には、電極パターン４７０ａ、４７０ｂが形成されている。前記電極パターン４７０ａ、４７０ｂは、前記第１方向に延びる複数の第１電極パターン４７０ａ、および前記第１方向とは異なる第２方向、例えば左右方向に延びる第２電極パターン４７０ｂを含むことができる。前記第２電極パターン４７０ｂは、前記複数の第１電極パターン４７０ａと交差しながら前記複数の第１電極パターン４７０ａ間を電気的に連結する。
前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）は、１つの連結ライン５００を介して電気的に連結し、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）と前記第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）は、他の１つの連結ライン５００を介して電気的に連結する。特に、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）と前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）は、１つの連結ライン５００を介して直列に連結し、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）と前記第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）は、他の１つ連結ライン５００を介して直列に連結する。
前記１つの連結ライン５００は、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の電極パターン４７０ａ、４７０ｂから前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）のコンタクト部（Ｃ）まで延びていて、前記他の１つの連結ライン５００は、前記第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）の電極パターン４７０ａ、４７０ｂから前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）のコンタクト部（Ｃ）まで延びている。
ここで、前記１つの連結ライン５００は、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）の複数の第１電極パターン４７０ａのうちの少なくとも１つおよび第２電極パターン４７０ｂと重畳しながら前記重畳する少なくとも１つの第１電極パターン４７０ａおよび第２電極パターン４７０ｂと直接に連結し、前記第２電極パターン４７０ｂの延長方向と同じ第２方向に延びることができ、前記他の１つの連結ライン５００は、前記第３単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ３）の複数の第１電極パターン４７０ａのうちの少なくとも１つ及び第２電極パターン４７０ｂと重畳しながら前記重畳する少なくとも１つの第１電極パターン４７０ａおよび第２電極パターン４７０ｂと直接に連結し、前記第２電極パターン４７０ｂの延長方向と同じ第２方向に延びることができる。
また、前記１つの連結ライン５００は、前記第１単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ１）のコンタクト部（Ｃ）の一端（Ｃ１）、例えば右側端をとおり過ぎるが、前記コンタクト部（Ｃ）の他端（Ｃ２）、例えば左側端まで延びずに、前記コンタクト部（Ｃ）の他端（Ｃ２）とは接しない。同様に、前記他の１つの連結ライン５００は、前記第２単位タンデム太陽電池（ＵＴＣ２）のコンタクト部（Ｃ）の一端（Ｃ１）、例えば右側端をとおり過ぎるが、前記コンタクト部（Ｃ）の他端（Ｃ２）、一例として、左側端まで延びずに、前記コンタクト部（Ｃ）の他端（Ｃ２）とは接しない。
図６は、本発明の一実施例による第２太陽電池４００の概略平面図であり、これは、第２太陽電池４００の一実施例による電極パターン４７０の構造を示すものである。
図６から分かるように、前記電極パターン４７０は、前記第２太陽電池４００の最上部に具備されていて、複数の電極パターン４７０が第１方向、例えば横方向に配列するとともに第２方向、例えば縦方向に配列することによって、前記電極パターン４７０を全体として格子構造のパターンとして形成することができる。
このような電極パターン４７０は、上述した図２の導電層３２０のパターンと同様に形成することができる。すなわち、前記電極パターン４７０の格子構造は、上述した図２の導電層３２０の格子構造と同じ構造で形成することができ、それにより、第２太陽電池４００の合着工程時に電極パターン４７０と導電層３２０が互いに重畳するように形成することができるが、これについて図７を参照して説明すると以下の通りである。
図７は、本発明の他の実施例によるタンデム太陽電池の概略断面図である。
図７から分かるように、基板１００上にペロブスカイト太陽電池層２００が形成されていて、前記ペロブスカイト太陽電池層２００上にバッファ層３００が形成されていて、前記バッファ層３００上に第２太陽電池４００が形成されている。
前記ペロブスカイト太陽電池層２００は、第１導電性電荷伝達層２１０、光吸収層２２０、及び第２導電性電荷伝達層２３０を含んでなり、これらの構成は、上述したものと同じであるので、反復説明は省略することにする。
前記バッファ層３００は、フィルム３１０および導電層３２０とを含んでなり、これらの構成も上述したものと同様であるので、反復説明は省略するおとにする。
前記第２太陽電池４００の上部には電極パターン４７０が形成されていて、前記電極パターン４７０の下には具体的には図に示していないが、上述した図３のように半導体基板４１０、第１半導体層４２０、及び第２半導体層４３０を具備することができ、上述した図４のように半導体基板４１０、第１半導体層４２０、第２半導体層４３０、第３半導体層４４０、及び第４半導体層４５０を具備することもできる。
ここで、前記第２太陽電池４００の前記電極パターン４７０は、前記バッファ層３００の導電層３２０と重畳するように形成する。このように、前記電極パターン４７０と前記導電層３２０が互いに重畳するように形成することにより、太陽電池内部に入射する太陽光の光量損失を最小限に抑えることができる。
以上、添付の図を参照して本発明の実施例をさらに詳細に説明したが、本発明は必ずしもこのような実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない範囲内で多様に変形して実施することができる。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。したがって、以上で記述した実施例はすべての点で例示的なものであり、限定的なものではないと理解されなければならない。本発明の保護範囲は、請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
１００：基板
２００：ペロブスカイト太陽電池層
２１０：第１導電性電荷伝達層
２２０：吸収層
２３０：第２導電性電荷伝達層
３００：バッファ層
３１０：フィルム
３２０：導電層
４００：第２太陽電池
４１０：半導体基板
４２０、４３０、４４０、４５０：第１、第２、第３、第４半導体層
４７０：電極パターン
５００：連結ライン

Claims (13)

  1. 基板上に第１導電性電荷伝達層、光吸収層、および第２導電性電荷伝達層を含むペロブスカイト太陽電池を準備する工程、
    前記ペロブスカイト太陽電池に分離部を形成して、第１ペロブスカイト単位太陽電池および第２ペロブスカイト単位太陽電池を形成する工程、
    前記第１ペロブスカイト単位太陽電池にコンタクト部を形成し、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の所定領域を露出させる工程、
    前記第１ペロブスカイト単位太陽電池および第２ペロブスカイト単位太陽電池のそれぞれの上面にバッファ層を形成する工程、
    複数の第２太陽電池を準備する工程、
    前記バッファ層上に前記複数の第２太陽電池を合着し、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池と前記バッファ層と前記第２太陽電池が順に積層した第１単位タンデム太陽電池、及び前記第２ペロブスカイト単位太陽電池と前記バッファ層と前記第２太陽電池が順に積層した第２単位タンデム太陽電池を形成する工程、および
    前記第１単位タンデム太陽電池と前記第２単位タンデム太陽電池を電気的に連結する工程を含む、タンデム太陽電池の製造方法であって、
    前記バッファ層を形成する工程が、前記第１ペロブスカイト単位太陽電池及び前記第２ペロブスカイト単位太陽電池それぞれの上面に複数のホールを具備したフィルムを形成する工程、及び前記フィルムに具備された複数のホール内部を導電層で充たす工程を含み、
    前記フィルムが、前記コンタクト部と重畳することなく、前記フィルムによって前記コンタクト部が遮られずに露出する、
    タンデム太陽電池の製造方法。
  2. 前記ペロブスカイト太陽電池を準備する工程が、前記基板上に前記第１導電性電荷伝達層、前記光吸収層、及び前記第２導電性電荷伝達層を順に形成する工程を含む、請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  3. 前記分離部を形成する工程が、前記第１導電性電荷伝達層、前記光吸収層、及び前記第２導電性電荷伝達層の所定領域を除去して前記基板の上面を露出させる工程を含む、請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  4. 前記コンタクト部を形成する工程が、前記光吸収層及び前記第２導電性電荷伝達層の所定領域を除去して前記第１導電性電荷伝達層の上面を露出させる工程を含む、請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  5. 前記複数のホールを具備したフィルムを形成する工程が、前記フィルムを半乾燥状態で形成する工程を含み、
    前記第１単位タンデム太陽電池及び前記第２単位タンデム太陽電池を形成する工程は、前記第２太陽電池を前記バッファ層上に位置させた後、前記半乾燥状態のフィルムを硬化させる工程を含み、
    前記半乾燥状態とは、完全に硬化する前の状態を意味し、前記フィルムが、別途の接着層なしで前記硬化によって前記第２太陽電池上に接着されることが可能な状態を意味する、
    請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  6. 前記フィルムに具備された複数のホールが、前記フィルムを貫通して第１方向に延びる複数の第１ホール、および前記フィルムを貫通しながら前記第１方向と交差する第２方向に延びる複数の第２ホールとを含み、
    前記導電層は、前記第１及び第２ペロブスカイト単位太陽電池の上面、及び前記第２太陽電池の下面に接する、請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  7. 前記第１単位タンデム太陽電池と前記第２単位タンデム太陽電池を電気的に連結する工程が、連結ラインを介して前記第２単位タンデム太陽電池の前記第２太陽電池の上面に具備された電極パターンと前記第１単位タンデム太陽電池の前記コンタクト部に露出した前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第１導電性電荷伝達層の間を電気的に連結する、請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  8. 前記連結ラインが、前記第２単位タンデム太陽電池の前記第２太陽電池の側面及び前記第２太陽電池の下の前記バッファ層の側面に沿って延び、前記分離部を横切って前記コンタクト部の一側に具備された前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第２導電性電荷伝達層の上面と側面および前記光吸収層の側面に沿って延び、前記コンタクト部に露出した前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第１導電性電荷伝達層の上面まで延びる、請求項７に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  9. 前記複数の第２太陽電池を準備する工程が、前記導電層と同じパターンの電極パターンを形成する工程を含み、
    前記複数の第２太陽電池を合着する工程は、前記導電層と前記電極パターンを重畳させる工程を含む、請求項１に記載のタンデム太陽電池の製造方法。
  10. 基板上に具備された第１ペロブスカイト単位太陽電池、バッファ層、及び第２太陽電池が順に積層された第１単位タンデム太陽電池、
    前記基板上に具備され、分離部によって前記第１単位タンデム太陽電池と離隔していて、第２ペロブスカイト単位太陽電池、バッファ層、及び第２太陽電池が順に積層された第２単位タンデム太陽電池、および
    前記第１単位タンデム太陽電池と前記第２単位タンデム太陽電池の間を連結する連結ラインを含む、タンデム太陽電池であって、
    前記第１ペロブスカイト単位太陽電池が、前記基板上に具備された第１導電性電荷伝達層、前記第１導電性電荷伝達層上に形成された光吸収層、前記光吸収層上に形成された第２導電性電荷伝達層、および前記光吸収層と前記第２導電性電荷伝達層の所定領域が除去され、前記第１導電性電荷伝達層の上面を露出させるコンタクト部を含み、
    前記第２太陽電池の上面には電極パターンが具備され、
    前記連結ラインは、前記第２単位タンデム太陽電池の前記第２太陽電池の上面に具備された前記電極パターンと前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記コンタクト部に露出した前記第１導電性電荷伝達層の間を連結し、
    前記コンタクト部が、前記バッファ層と重畳しない、
    タンデム太陽電池。
  11. 前記連結ラインが、前記第２単位タンデム太陽電池の前記第２太陽電池の側面及び前記第２太陽電池の下の前記バッファ層の側面に沿って延び、前記分離部を横切って前記コンタクト部の一側に具備された前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第２導電性電荷伝達層の上面と側面および前記光吸収層の側面に沿って延び、前記コンタクト部に露出した前記第１ペロブスカイト単位太陽電池の前記第１導電性電荷伝達層の上面まで延びた、請求項１０に記載のタンデム太陽電池。
  12. 前記バッファ層が、第１方向に延びる複数の第１ホール、および前記第１方向と交差する第２方向に延びる複数の第２ホールを含む複数のホールを具備したフィルム、および前記複数のホール内部に充たされた導電層を含み、
    前記導電層は、前記第１及び第２ペロブスカイト単位太陽電池の上面及び前記第２太陽電池の下面と接する、請求項１０に記載のタンデム太陽電池。
  13. 前記第２太陽電池の上面には、前記導電層と同じパターンの前記電極パターンが具備されていて、
    前記電極パターンが、前記導電層と重畳する、請求項１２に記載のタンデム太陽電池。
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