KR100324450B1 - 광기전력소자,이의제조방법및산화아연박막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화아연층이 탄수화물을 함유하는, 순차적으로 적층된 이면 반사층, 산화아연층 및 반도체층을 기판 상에 포함하는 광기전력 소자로서 상기 산화아연층이 탄수화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 광기전력 소자를 제공한다. 탄수화물 함량은 바람직하게는 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤이다. 이로써 산화아연층을 충분한 광차폐 효과(optical confinement effect)를 달성하기 위한 요철 표면을 갖기 위해 이상 성장부 없이 형성시킬 수 있고, 광기전력 소자는 내구성 및 광전변환 효율이 향상된다.

Description

광기전력 소자, 이의 제조 방법 및 산화아연 박막{Photovoltaic Device, Process for Production Thereof, and Zinc Oxide Thin Film}
본 발명은 규소계 비(非) 단결정 반도체 재료로 이루어진 광기전력 소자, 및광기전력 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 광전변환 효율이 높은 저렴한 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 산화아연 박막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
근년에 발전설비로서 성장하는 태양 전지에 대한 수요가 높아져 왔다. 특히, 일반 민가의 지붕 상에 설치되는 약 3 ㎾의 태양 전지 모듈에 의해 수행되고 시판되는 전력 공급계와 연결됨으로써 전력을 시판계통에 시판하거나 시판계통으로부터 수매하는 광발전이 주목받고 있다. 정부 보조금 제도가 이미 시작되었다. 이러한 상황하에서, 광발전은 발전 비용이 상업적 발전을 완결시키기에는 너무 많이 든다는 문제점, 및 생산능력이 전력 수요를 만족시키기에는 낮다는 문제점이 있다. 태양 전지가 상기의 문제들을 극복하기 위해서는 광전변환 효율이 높을 필요가 있고 약 20년 이상의 장시간 동안 발전능력이 안정화될 필요가 있고 전력 생산능력이 높을 필요가 있고 비용/전력 성능이 적을 필요가 있다. 현재, 태양전지에 대한 재료에는 결정 규소(c-Si), 다결정 규소(폴리-Si), 무정형 규소(a-Si), GaAs 및 CdS가 포함된다. 이들 중에서 무정형 규소 태양 전지는 생산 능력 및 비용/전력 성능의 점에서 유리하다. 1995년의 고베-오사카 담로(淡路) 대지진 후 지붕재의 경량화가 요구되어 오고 있다. 이와 관련하여, 경량의 무정형 규소 태양 전지는 유리하다. 또한, 만곡면 상에 무정형 규소 태양 전지를 설치하는 것도 유리하다. 그러나, 무정형 태양 전지가 당장 결정 규소 태양 전지의 높은 광전변환 효율을 달성하지 않으며, 광전변환 효율은 강한 광조사에 의해 자연히 저하된다.
따라서, 비 단결정 규소계 태양 전지의 개선을 하기에 광범위하게 연구한다. 예를 들면, 무정형 규소계 재료에 대해서는 Ge 또는 Sn을 1 내지 50%의 양으로 i형 층에 첨가함으로써 띠 간격(bandgap)을 좁힘으로써 빛의 수집 효율을 높이기 위한 시도, 또는 C, N, O 등을 0.1 내지 10%의 양으로 첨가함으로써 띠 간격을 넓힘으로써 개회로(open circuit) 전압을 상승시키기 위한 시도를 수행하고 있다. 광입사측에서 개회로 전압을 보다 많이 갖는 원자 및 이면에서 개회로 전압을 보다 적게 갖는 원자를 적층시킴으로써 보다 광범위한 빛을 수집하기 위한 기타의 시도가 수행되고 있다. 적층형 태양 전지의 경우, i형 층 두께를 보다 얇게 제조하여 광열화를 억제하도록 시도한다. 예를 들면, 광열화 후 9.5%의 광전변환 효율은 a-Si/a-SiGe/a-SGe 또는 a-Si/a-Si/a-SiGe의 구성을 갖는 태양 전지에 의해 달성되었다[참조: S. Guha, J. Yang: Technical Digest of 7th International Photovoltaic Science and Engineering Conference Nov. 1993, NAGOYA JAPAN, p43 "Progress in Multijunction Amorphous Silicon Alloy-Based Solar Cells and Modules"]. 광열화 후 10.2%의 광전변환 효율은 a-SiC/a-SiGe/a-SiGe의 구성을 갖는 태양 전지에 의해 달성되었다[참조: K. Nomoto, Y. Yamamoto: Technical Digest of 7th International Photovoltaic Science and Engineering Conference Nov. 1993, NAGOYA JAPAN, p43 "Progress in Multijunction Amorphous Silicon Alloy-Based Solar Cells and Modules". "a-Si Alloy Three-Stacked Solar Cells with High Stabilized-Efficiency"].
문헌[참조: K. Saito, I. Kajita: Journal of Non-Crystalline Solids 146내지 166 (1993), p689 내지 692, "High efficiency a-Si:H alloy cell deposited at high deposition rate"]에 의해 마이크로파 플라스마 CVD법을 이용하여 a-Si 층 및 a-SiGe 층을 형성시켜 퇴적 속도를 보다 신속하게 함으로써 전력 비용을 절감시키려고 시도하였다. 상기 보고에 따라, 75 A/초의 퇴적 속도로 형성된 a-Si 및 100 A/초의 퇴적 속도로 형성된 a-SiGe를 사용하여 a-Si/a-SiGe/a-SiGe의 구성에 의해 11.6%의 광전변환 효율이 달성되었다.
일본 특허원 공개 제(평) 05-121331호에는 로울 대 로울(roll-to-roll) 방식을 이용하여 상이한 도전형 반도체층을 연속적으로 형성하는 플라스마 CVD 장치가 개시되었다. 이 장치는 다수의 퇴적실을 갖고, 벨트상 가용성 기판은 경로를 따라 배치되어 연속적으로 퇴적실을 통해 통과된다. 목적하는 도전형 반도체층이 각 퇴적실에 형성되는 반면, 기판은 그의 종방향으로 운송됨으로써, p-i-n 접합을 갖는 광기전력 소자를 연속적으로 제조한다. 상기에 기재된 장치는 원자가 전자 제어제를 반도체층으로 혼입시키기 위한 원료 가스의 또다른 퇴적실로의 분산을 방지함으로써 또다른 반도체층의 오염을 방지하는 가스 게이트(gas gate)를 사용한다. 구체적으로, 퇴적실을 슬리트상 분리 통로로 분리시키고, 여기에서 Ar, H2및 He과 같은 소기용(sweeping) 가스를 유입시켜 원료 가스의 상호 확산을 방지함으로써 목적하는 p-i-n 접합을 형성시킨다. 상기의 로울 대 로울 방식에 의한 박막 형성 방법은 적층 구조를 갖는 광기전력 소자의 생산 능력을 현저하게 향상시킨다.
요철 구조(텍스쳐 구조)의 표면을 갖는 투명 도전층은 빛의 수집 효율을 향상시키는 것으로 공지되어 있다. 예를 들면, 문헌[참조: Preprint of 51th Applied Physics Society Meeting p747 (1990 Autumn), 29p-MF-2 "Optical Confinement Effect in a-SiGe Solar Cell on Stainless Steel Substrate"; 및 Sannomiya 등, Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japan, p.387, 1987]은 은으로 이루어진 이면 반사층 및 산화아연으로 이루어진 투명층을 적당한 표면 텍스쳐 구조로 형성함으로써 단락 광전류의 향상을 개시한다. 문헌[참조: T. Tiedje 등: Proc. 16th IEEE Photovoltainc Specialist Conf. (1982), p1423, 및 H. Deckman 등: Proc. 16th IEEE Photovoltaic Specialist Conf. (1982), p1425]은 이면 전극을 빛의 파장 정도 크기의 요철 형상(텍스쳐 구조)으로 형성시켜 반도체층에 흡수되지 않은 장파장 빛을 산란시키고 반도체층 내의 광로 길이를 연장시킴으로써 장파장 빛에 대한 광기전력 소자의 감도를 향상시켜 단락 광전류를 증대시킴으로써 광전변환 효율을 향상시키는 기술을 개시한다.
산화아연은 플라스마에 대한 내성이 산화주석 및 산화인듐보다 크고, 산화아연이 수소를 함유하는 플라스마에 노출될 때 수소에 의해 환원되지 않는다. 무정형 규소로 이루어진 반도체층을 플라스마 CVD법으로 산화아연 상에 형성시킬 경우, 산화아연은 투명 도전층으로서 적극적으로 사용된다.
일본 특허원 공개 제60-84888호(에너지 변환 소자)는 이면 전극과 반도체층 사이에 투명 도전층을 삽입시켜 반도체층의 흠결 영역을 통해 통과하는 전류를 감소시키는 기술을 기재한다.
일본 특허원 공개 제(평) 7-23775호 및 문헌[참조: Masanobu Izaki, TakashiOmi: Journal of Electrochemical Soc. Vol. 143, No. 3 "Electrolyte Optimization for Cathodic Growth of Zinc Oxide Films"]은 질산아연 수용액 중에 침지된 대향 전극들 사이에 전류를 인가함으로써 투명한 산화아연 박막의 전기화학적 석출을 기재한다. 이 방법은 고가의 진공 장치도 고가의 표적도 필요로 하지 않음으로써 산화아연의 제조 비용을 현저하게 삭감시킨다. 이 방법은 큰 면적의 기판 상에 퇴적시키기 위해 이용할 수 있고, 따라서 태양 전지와 같은 큰 면적의 광기전력 소자에 대해 유망하다.
상기에 언급한 기재로부터 이해한 바와 같이, 산화아연은 텍스쳐 구조를 표면 상에 갖는 투명 도전층으로서 사용하기에 바람직하다. 종래의 산화아연 박막의 제조 방법으로는 진공 증착법, 스퍼터링(sputtering)법, 이온-플레이팅법 및 CVD법이 포함된다. 이들 방법은 고가의 진공 장치를 사용하고, 증착원은 고가이며, 600 내지 1,000 nm의 광파장에서 충분한 광차폐 효과를 나타내지 않는다. 기타 방법으로는 분무-열분해법과 같은 습식 방법, 및 솔-겔법이 포함된다. 습식 방법에서, 기판을 300 내지 800 ℃의 온도까지 가열시킬 필요가 있어서, 유용한 기판이 한정된다. 그러한 다수의 연구에도 불구하고, 공지의 광기전력 소자는 고 광도전 특성, 고 내구성, 고 생산 수율 및 저렴한 비용이라는 특성을 모두 만족시키지 않는다.
<발명의 개요>
본 발명의 목적은 상기의 문제점들을 해결한 광기전력 소자를 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 또다른 목적은 산화아연으로 이루어진 투명 도전층을 이상 성장부없이 충분한 밀착을 갖도록 도전성 기판 상에 형성시킴으로써 광기전력 제공하는 것이다.
본 발명의 여전히 또다른 목적은 전력을 저렴한 전력 발생 비용으로 장시간 동안 발생시킬 수 있는 유연한 경량 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 추가 목적은 일반 주택의 지붕 상에 설치되는 광기전력 소자로 이루어진 태양 전지 모듈의 사용에 의한 광기전력의 발생 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 여전한 추가 목적은 시판되는 전선으로부터 분리된, 공원 및 도로의 야간 조명 장치, 안내등 및 실내 환기 설비를 제공하는 것이다.
상기의 문제점들을 해결하기 위해서는 본 발명이 기판 상에 이 순서로 적층된 이면 반사층, 산화아연층 및 반도체층을 포함하는 광기전력 소자를 제공하고, 상기 산화아연층은 탄수화물을 함유한다.
산화아연층 중의 탄수화물 함량은 바람직하게는 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤이다. 본 발명의 광기전력 소자 내의 산화아연층으로 혼입된 탄수화물은 종래의 광기전력 소자와 비교할 때 산화아연층과, 인접 이면 반사층 또는 중간층과 같은 인접 하지층으로의 밀착을 현저하게 향상시킨다. 또한, 산화아연으로 혼입된 탄수화물은 산화아연 결정 성장을 적합하게 제어하여 적합한 표면 요철을 제공함으로써, 600 내지 1,000 nm의 파장에서 광차폐를 유도하거나 빛을 산란시켜 본 발명의 광기전력 소자의 우수한 특성을 수득한다.
상기에 언급한 이면 반사층은 금, 은, 알루미늄 또는 구리로부터 형성시킬수 있다. 알루미늄을 이면 반사층을 위해 사용할 경우, 도전성 투명 중간층을 바람직하게는 스퍼터링법 등의 방법으로 알루미늄층 상에 제공된다.
본 발명은 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 함량으로 탄수화물을 함유하는 산화아연 박막을 제공한다.
본 발명은 또한, 적어도 아연 이온 및 탄수화물을 함유하는 수용액 중에 침지된, 도전성 기판과 대향 전극 사이에 전류를 인가함으로써 산화아연층을 전기화학적으로 형성시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한, 산화아연층을 형성하기 위한 상기 방법을 이용하여 광기전력 소자의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 전기화학적 방법에 의한 제조 비용은 스퍼터링법과 비교할 때 약 1/100배이다.
도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차는 바람직하게는 0.1 내지 30 V로 제어된다. 이러한 조건하에, 탄수화물은 산화아연층에 적합하고 안정되게 혼입되어 이상 결정 성장을 유의하게 억제함으로써 수율을 향상시킬 수 있다.
상기에 언급한 수용액은 바람직하게는 적어도 아연 이온, 탄수화물 및 질산염 이온을 함유하거나; 적어도 아연 이온, 탄수화물, 암모늄 이온, 및 아연 암모니아 착이온(아민 착이온을 포함함)과 같은 착이온을 함유하거나; 또는 적어도 아연 이온, 탄수화물, 및 아연산수소 이온 또는 아연산염 이온을 함유한다.
도 1a는 본 발명의 광기전력 소자 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 1b는 광입사측으로부터 취한 광기전력 소자의 개략적 평면도.
도 2는 산화아연 층(박막)의 형성용 장치의 개략적 단면도.
도 3은 본 발명의 광기전력 소자의 반도체층의 층구성 예의 개략적 단면도.
도 4a는 본 발명의 광기전력 소자 모듈의 개략적 분해 조립도.
도 4b는 광입사측으로부터 취한 본 발명의 광기전력 소자 모듈의 개략적 평면도.
도 5는 중간층을 갖지 않는 본 발명의 광기전력 소자를 도시하는 개략적 단면도.
도 6a는 산화아연층 중의 사카로스 함량 및 광전변환 효율의 관계를 도시하는 그래프.
도 6b는 산화아연층 중의 사카로스 함량 및 산화아연층의 박리 상황의 관계를 도시하는 그래프.
도 7은 산화아연 층(박막)을 연속적으로 형성하기 위한 장치의 개략적 설명도.
도 8a는 산화아연층 중의 덱스트린 함량 및 광전변환 효율의 관계를 도시하는 그래프.
도 8b는 산화아연층 중의 덱스트린 함량 및 산화아연층의 박리 상황의 관계를 도시하는 그래프.
도 9a는 산화아연층 형성 시의 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차 및 광전변환 효율의 관계를 도시하는 그래프.
도 9b는 산화아연층 형성 시의 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차 및 산화아연층의 박리 상황의 관계를 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 도전성 기판
102 : 이면 반사층
103 : 중간층
104 : 투명 도전층
105 : 반도체층
106 : 상부 투명 전극층
107, 415 : 집전 전극
108 : 모선(母線)
109 : 양면 테입
201 : 도전성 기판
202 : 대향 전극
203 : 본 발명의 산화아연 박막의 형성용 전해 수용액
204 : 용기
205, 710 : 전원
206 : 절연 테입
207 : 부하 저항
208, 705, 709, 714, 721 : 가열기
209 : 자기 교반기
210 : 회로
301 : 제1도프층
302 : 제1 i층
303 : 제2도프층
304 : 제3도프층
305 : 제2 i층
306 : 제4도프층
307 : 제5도프층
308 : 제3 i층
309 : 제6도프층
401 : 지지 기판
402, 404, 409, 411 : EVA
403 : 나일론 수지
405, 408, 410, 412 : 유리 부직포
406 : 바이패스(by-pass) 다이오드
407 : 광기전력 소자
413 : 불소 수지
701 : 기판
702 : 세정조
703, 713, 720 : 초음파 진동판
704, 707, 712, 719 : 순환 장치
706 : 전석조(電析槽)
708 : 아연 전극
711 : 제2세정조
718 : 제3세정조
731 : 건조실
732 : 운송 로울
733 : 공급 로울
734 : 권취 로울
산화아연 박막, 산화아연 박막의 형성 방법, 산화아연 박막을 사용하는 광기전력 소자 및 광기전력 소자의 제조 방법은 하기에 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 광기전력 소자 예의 개략적 단면도이다. 도 1a에서 스테인리스강 등으로부터 제조된 도전성 기판(101)은 소자를 지지한다. 이면 반사층(102)은 주성분으로서 금, 은, 구리 또는 알루미늄으로 이루어진다. 투명 도전층(104)은 탄수화물을 함유하는 본 발명의 산화아연층이며, 이는 반도체층(105) 중에 흡수되지 않은 빛을 반도체층으로 복귀시키는 기능을 갖고, 빛을 확산시켜 반도체층 내부의 광행로를 신장시키고, 내부의 빛을 차폐시키고, 단락을 방지한다. 반도체층(105)은 1개 이상의 p-i-n 접합을 갖는 비 단결정 규소 재료로 구성되며, 광전변환 기능을 갖는다. 상부 투명 전극층(106)은 빛을 반도체층으로 효과적으로 도입시키고 발생된 광전류를 집전 전극으로 공급한다. 집전 전극(107)은 광전류를 수집하고, 빛을 반도체층으로 효율적으로 도입시키기 위한 빛의 입사 방향으로부터 관측할 때 빗(comb) 형상으로 배열된다. 도 1b는 광입사 방향으로부터 취한, 도 1a에 도시한 광기전력 소자의 개략적 평면도이다. 다수의 집전 전극은 소자 표면 상에서 교차되지 않으면서 배치되고, 집전 전극 말단부는 모선(108)과 전기적으로 접촉된다. 모선(108)은 집전 전극(107) 상에 구리판과 같이 양호한 도전성 금속 재료로부터 형성된다. 모선은 절연성 양면 테입이 삽입된 상부 투명 전극에 밀착되도록 제조된다.
도 2는 탄수화물을 함유하는 본 발명의 산화아연 층을 형성하기 위한 장치를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 2에서 숫자 201은 도전성 기판을 나타낸다. 대향 전극(202)은 도전성을 가지며 탄소, 백금, 백금 도금된 티탄, 또는 아연으로부터 제조된다. 산화아연층 형성용 전해 수용액(203)은 본 발명의 탄수화물을 함유한다. 전해 수용액은 적어도 아연 이온, 탄수화물 및 질산염 이온을 함유하거나; 적어도 아연 이온, 탄수화물, 암모늄 이온, 및 아연 암모니아 착이온과 같은 착이온(아민 착이온을 포함함)과 같은 착이온을 함유하거나; 또는 적어도 아연 이온, 탄수화물, 및 아연산수소 이온 또는 아연산염 이온을 함유한다. 용액의 구체적인 예로는 질산아연 및 사카로스의 수용액; 산화아연 및 덱스트린의 암모니아 수용액; 아세트산아연 및 포도당의 암모니아 수용액; 옥살산아연 및 덱스트린의 암모니아 수용액; 및 산화아연, 아세트산 및 덱스트린의 암모니아 수용액이 포함된다. 용기(204)는 플래스틱 비이커와 같은 내산성 및 내알칼리성 재료로부터 제조된다. 직류 전원(205)은 바람직하게는 기준 전극에 대한 전위를 설정할 수 있다. 그러나, 공업적으로는 어떠한 통상의 직류 전원도 유용하고, 전기 극성을 고려할 때 적합하게 접속된다. 절연 테입(206)은 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연으로 구성된 광투과성 도전층이 도전성 기판의 양면 상에 형성되지 않도록 방지한다. 투명 도전층을 양면 상에 형성시킬 경우, 절연 테입을 사용하지 않는다. 회로(210)는 부하 저항(207)을 갖는다. 장치는 수용액을 가열하기 위한 가열기(208), 및 자기 교반기(209)를 갖는다. 이 장치의 사용 방법을 하기에 구체적으로 설명한다. 용기(204)에서는 본 발명의 탄수화물 및 상기에 언급한 이온을 함유하는 수용액(203)이 제조된다: 예를 들면, 산화아연, 아세트산 및 덱스트린의 암모니아 수용액. 수용액(203)을 자기 교반기(209)를 사용하여 잘 교반하고 수용액을 가열기(208)를 사용하여 소정 온도까지 가열한다. 이어서, 대향 전극(202), 및 여기에 부착되는 절연 테입(206)을 갖는 도전성 기판(201)을 전원(20)과 접속시켜, 수용액(203)을 포함하는 회로(210)를 형성시키고, 전압을 일정한 전류 양태로 회로(210)에 인가한다. 이로써, 본 발명의 탄수화물을 함유하는 투명 산화아연층이 음극 도전성 기판 표면 상에 석출된다. 소정 두께의 투명 도전층(산화아연층)이 형성되었을 때, 전압 인가를 중단한다. 상부에 형성된 투명 도전층을 갖는 도전성 기판을 즉시 취하여, 순수한 물로 세정한다. 상기에 언급한 산화아연 및 아세트산의 암모니아 수용액; 아세트산아연의 암모니아 수용액; 옥살산아연의 암모니아 용액; 수산화아연 및 아세트산의 암모니아 용액 등을 아연 이온, 과량의 암모늄 이온, 및 아연산수소 이온 및 아연산염 이온과 같은 착이온의 공급원으로서 사용한 경우, 수용액 중의 아연 농도는 바람직하게는 0.001 내지 3.0 몰/ℓ이다. 산화아연층 중에 함유된 탄수화물은 단당류, 이당류 및 다당류 중 어느 것일 수도 있고, 바람직하게는 농도가 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤이다. 아마도, 소량의 탄수화물은 산화아연층 중에서 열경화성 가교재로서 작용하여 반도체층 형성 동안의 플라스마 중에서조차 산화아연층을 안정화시킨다. 수용액의 수소 이온 지수(pH)는 바람직하게는 pH 4.5 내지 12 내로 제어한다. 용액의 온도는 바람직하게는 50 ℃ 이상이다. 도전성 기판 표면의 전류 밀도는 바람직하게는 0.1 내지 100 mA/㎠이다. 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차는 0.1 내지 30 V이다. 아마도, 소량의 탄수화물은 산화아연 성장을 제어함으로써 산화아연층 중에 안정하고 균일하게 혼입된다. 상기의 성막 조건은 이면 반사층의 종류, 단면 형상 및 결정 상태에 의존하며, 한정적으로 결정할 수 없다. 일반적으로, 아연산수소 이온 및 아연산염 이온과 같은 착이온의 보다 높은 농도 및 질산아연 이온의 보다 높은 농도에서, 산화아연의 결정립은 보다 커지는 경향이 있고 층표면은 보다 요철이 되는 경향이 있다. 산화아연의 결정립은 보다 낮은 성막 온도에서 보다 커지는 경향이 있다. 또한, 표면 요철은 보다 큰 전류 밀도에서 감소되는 경향이 있다. 그러나, 성막 속도는 전류 밀도와 거의 비례하기 때문에, 산화아연으로 구성된 투명 도전층의 비용을 삭감시키기 위해서는 바람직하게는 보다 큰 전류 밀도에서 표면을 요철을 형성시킨다.
본 발명의 성막시, 사카로스 및 덱스트린과 같은 소량의 탄수화물을 수용액에 첨가하여, 형성된 산화아연층은 탄수화물을 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤으로 함유할 수 있다. 통상적으로, 산화아연 박막 형성시, 보다 높은 전류 밀도가 공업적으로 유리하지만, 5 mA/㎠ 이상의 전류 밀도에서 이상 성장이 10 ㎛ 이상의 상승 판상으로 현저하게 발생할 수 있다. 그러한 상승 판상의 이상 성장에 의해 반도체층이 이상 성장 부위에서 국소적으로 보다 얇아져 과도한 전류 누출을 발생시켜 소자를 무용하게 한다. 그러나, 사카로스 또는 덱스트린을 본 발명의 산화아연 박막으로 도입시키면 이상 성장이 거의 완전히 방지되고, 하지 기판에의 밀착성 및 층의 열안정성을 현저하게 향상시킨다. 고분자량 사카로스 또는 덱스트린은 아마도, 수용액으로 용출되어 산화아연 성장을 적합하게 억제시키고 산화아연층으로 적합하게 혼입된다. 이러한 형성 방법은 광기전력 소자의 광기전력 특성, 수율 및 내구성을 향상시킨다. 사카로스 및 덱스트린 이외의 탄수화물을 사용할 수 있거나, 사카로스 및 덱스트린을 혼합하여 사용할 수 있다. 산화아연층 중의 탄수화물 함량이 1 ㎍/㎤ 미만이면 비효과적이다. 한편, 100 ㎎/㎤보다 많은 탄수화물 함량은 산화아연막 표면을 편평하게 하며 표면의 요철에는 부적합하며 광 투과율을 800 nm에서저하시키고 열안정성을 손상시켜 가열에 의해 흑갈색으로 변색시킨다.
알루미늄을 이면 반사층에 대한 재료로서 사용할 경우, 알루미늄이 파장 600 내지 1,000 nm의 빛에 대해 높은 반사율을 갖고 전기화학적 이동을 유도하지 않기 때문에, 알루미늄은 광기전력 소자의 이면 반사층을 위해 가장 적합하다. 그러나, 상기에 언급한 수용액 중의 알루미늄 상에 산화아연을 직접 전기화학적으로 성장(전기 도금)시키는 것은 곤란하다. 따라서, 본 발명에서는 극도로 얇은 투명 도전층을 알루미늄 상에 중간층으로서 형성시킨다. 이러한 중간층은 파장 600 내지 1,000 nm의 빛에 대해 투명해야 하고 특정 정도까지 도전성이어야 한다. 중간층에 대한 재료로는 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3), ITO(SnO2+In2O3), 산화아연(ZnO), 산화인듐아연 및 산화주석아연이 포함된다. 그러한 산화물은 스퍼터링법, CVD법 또는 진공 증착법에 의해 형성될 수 있다. 그러한 중간층 상에는 산화아연의 투명 도전층을 본 발명의 방법에 따라 형성시킬 수 있다. 중간층 상에 형성된 산화아연층은 파장 600 내지 1,000 nm의 빛을 광차폐 또는 산란시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 광기전력 소자는 품질이 높으며 전력을 저비용으로 발생시킬 수 있다.
도 3은 수소를 함유하는 비 단결정 규소계 재료로 이루어지고 내부에 1개 이상의 p-i-n 접합을 갖는 반도체층(105)의 층구성 예를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 3에 도시한 반도체층은 3개의 p-i-n 접합을 갖는다. 도 3에서 제1도프층(301)은 제1투명 도전층 상에 형성되고 p형 또는 n형 도전성을 갖는다. 반도체층은 도면에 도시한 바와 같이 연속적으로 적층된, 수소를 함유하는 비 단결정 규소 재료층으로 구성된다. 이 예에서, 제1도프층(301), 제3도프층(304) 및 제5도프층(307)은 동일한 유형의 도전성을 가지며, 제2도프층(303), 제4도프층(306) 및 제6도프층(309)은 상기 층들과는 상이한 또다른 유형의 도전성을 갖는다. 제1 i형 층(302), 제2 i형 층(305) 및 제3 i형 층(308)은 고유 도전성을 갖는다. 빛의 보다 큰 수집 효율은 바람직하게는 제1 i형 층의 띠 간격 < 제2 i형 층의 띠 간격 < 제3 i형 층의 띠 간격의 관계를 필요로 한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 광기전력 소자 모듈의 한 양태를 도시한다. 도 4a는 이의 개략적 분해 조립도이다. 도 4b는 이의 개략적 평면도이다. 도 4a 및 4b에서, 다수의 광기전력 소자는 직렬로 배열되며 바이패스 다이오드(406)는 각 광기전력 소자와 병렬로 접속된다. 이로써, 1개의 광기전력 소자가 그늘질 경우에서조차 나머지 광기전력 소자에 의해 발생된 모든 전압이 그늘진 소자에 인가되지 않는다. 본 발명의 광기전력 모듈은 도 4a에 도시한 바와 같은 순서(EVA 층(402, 404, 409, 411; 나일론 수지층(403), 광기전력 소자(407); 유리 부직포 시트(405, 408, 410, 412))로 층을 배열함으로써 형성된 다음, 불소수지(413) 및 지지 기판(401)으로 밀봉시켜 습기의 침입을 억제한다. 이 예에서 광기전력 모듈에 사용한 집전 전극(415)은 얇은 구리 전선 상에 은 피복층, 및 아크릴계 수지를 결합제로서 갖는 탄소층을 형성시키고, 그것을 상부 투명 전극층 상에 융합 접착시킴으로써 제조된다. 은 피복층은 구리 전선에 의한 접촉 저항을 저하시킨다. 아크릴계 수지를 결합제로서 갖는 탄소층을 상부 투명 전극층과 밀착 접촉시켜 은 피복층의 접촉 저항을 저하시켜 은이 은 피복층으로부터 반도체층으로 확산되지 않도록 방지시킨다.
도 5는 중간층을 갖지 않는 본 발명의 광기전력 소자의 개략적 단면도이다. 소자는 기판(101)과 유사한 도전성 기판(501), 층(102)과 유사한 이면 반사층(502), 산화아연층(투명 도전층)(503), 층(105)과 유사한 반도체층(505), 층(106)과 유사한 상부 투명 전극층(506) 및 전극(107)과 유사한 집전 전극(507)을 포함한다.
각 부품은 하기에 보다 상세히 설명한다.
<도전성 기판(101, 501)>
본 발명에서 사용한 도전성 기판은 단체(單??)일 수 있거나, 또는 그 위에 형성된 1개 이상의 박막을 가질 수 있다. 기판 자체는 절연재일 수 있으며, 단 그의 표면중 하나는 도전성이다. 도전성을 갖는 재료로는 구리, 니켈, 크롬, 철, 알루미늄, 크롬, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈, 바나늄, 티탄, 로듐 등과 같은 금속 및 이들의 합금이 포함된다. 그러한 재료 자체를 기판 기재로서 사용할 수 있다. 특히, 스테인리스강, 철 등은 가공성, 강도, 화학적 안정성 및 가격의 견지에서 적합하다. 기판에 대한 절연성 기재로는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리카르보네이트, 셀룰로스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌 및 폴리아미드와 같은 합성 수지; 유리; 및 세라믹스가 포함된다. 절연재 표면 중 한면 이상을 상기에 언급한 도전성 재료로 구성된 박막으로 코팅시켜 도전성 기판을 형성시킨다. 상기 재료를 기판으로서 사용할 때, 이들은 바람직하게는 원통체 상에 권취된 시트상 형태 또는 벨트상 형태로 로울로 사용한다. 기재 상에 박막을 형성하는 기판의 경우, 진공 증착법, 스퍼터링법, 스크린 인쇄법, 침지법,플라스마 CVD법, 전기도금법, 무전계 도금법 등과 같은 방법으로 수행한다. 기판 표면의 평활성은 바람직하게는 중심선 평균 표면 조도 Ra가 3.0 ㎛ 이하인 것이다. 표면 요철을 형성한 경우, 기판 표면을 HNO3, HF, HCl 및 H2SO4와 같은 산 용액을 사용하여 적합하게 부식시킬 수 있다. 기판이 유연성일 필요가 있을 경우, 기판 두께는 가능하면 지지체로서 기능할 수 있을만큼 얇도록 제조한다. 지지체의 제조, 취급 및 기계적 강도의 관점에서 두께는 통상적으로 10 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 기판 표면은 바람직하게는 이면 반사층 또는 투명 도전층의 박리 방지용 표면 계면활성제 또는 유기 물질로 세정한다.
<이면 반사층(102, 502)>
본 발명에서 사용한 이면 반사층은 단층(單層) 또는 다수층으로 구성될 수 있고, 금, 은, 구리, 알루미늄 등을 함유한다. 상기에 언급한 바와 같이 투명 도전층을 알루미늄 상에 직접 용이하게 형성시킬 수 없어서, 투명한 도전성 중간층을 알루미늄층 상에 형성시킨다. 어떠한 경우에서도, 전체 두께가 0.01 내지 0.5 ㎛인 것이 바람직하다. 이면 반사층은 바람직하게는 진공 증착법, 스퍼터링법 또는 수용액으로부터의 전기화학적 석출 방법(전기 도금법)에 의해 형성된다. 이면 반사층은 편평한 표면 또는 요철 표면을 가질 수 있다. 스퍼터링법으로 이면 반사층을 형성시킬 경우, 기판 온도를 바람직하게는 150 ℃ 이상까지 설정하여 도전성 기판에의 밀착성을 향상시키기 위해 표면을 요철화시킨다.
<반도체층(105, 505)>
이 층은 중요한데, 그것이 광기전력 소자의 광전변환 효율, 개회로 전압 및 단락 광전류와 같은 광전적 성질을 직접 좌우하기 때문이다. 본 발명의 반도체층은 1개 이상의 p-i-n 접합을 가지며 비 단결정 규소계 재료로 구성된다. p-i-n 접합은 pn 접합 상에 형성된다. 비 단결정 규소계 재료는 주로 무정형 구조(a-), 미세결정 구조(μc-) 또는 다결정 구조(폴리-)를 갖고, 특히 a-Si, a-SiGe, a-SiSn, a-SiC, a-SiO, a-SiN, μc-Si, μc-SiC 및 폴리-Si를 포함한다. p형 재료를 상기 재료로부터 수득하기 위해서는 B 및 Al과 같은 원소를 첨가하는 반면, 이로부터 n형 재료를 수득하기 위해서는 P, As 및 Sb와 같은 원소를 첨가한다. 무정형 또는 미세결정 재료의 경우, H, F 또는 Cl과 같은 원소를 첨가하여 미결합 손과 같은 흠결을 보상해야 한다. 이로써, 광기전력 소자의 충전 인자(fill factor)는 현저하게 개선된다. 기판 측으로부터 n형 층, i형 층 및 p형 층이 이 순서로 또는 반대로 p형 층, i형 층 및 n형 층 순서로 형성될 수 있다. pn 접합을 사용할 경우, 층 순서는 n-p/n-i-p 또는 p-n/p-i-n일 수 있다. p-i-n 접합이 단일 구조의 것일 수 있지만, 바람직하게는 광기전력 소자의 광열화를 억제시키기 위해 2개 이상의 p-i-n 접합이 제공되다: 광열화란 강력한 광조사에 의해 초래된 충전 인자 및 개회로 전압의 저하에 의해 시간 경과에 따라 광전변환 효율의 저하를 초래하는 현상을 의미한다. 도 3은 3개의 접합을 갖는 소자를 도시한다: 예를 들면, 제1 i형 층으로서 a-SiGe:H, 제2 i형 층으로서 a-SiGe:H 층 및 제3 i형 층으로서 a-Si:H 층. i형 층은 단층 구조의 것일 수 있거나, 또는 a-Si/a-Si 또는 a-Si/a-SiGe/a-Si와 같은 적층 구조의 것일 수 있다. i형 층을 보다 진성으로 제조하기 위해서는, B 등을층에 첨가할 수 있다. pn 접합을 형성시킬 경우, p형 또는 n형에 대해 상기의 원소가 첨가된 폴리-Si 또는 μc-Si를 바람직하게 사용한다. 이들 재료는 상기에 언급한 광열화를 겪지 않기 때문에 야외에서 장시간 동안 사용하기에 바람직하다. 가시광의 흡수 계수가 무정형 재료보다 작은 이들 재료는 0.5 ㎛ 이상의 막 두께로 형성된다.
n형 층 및 p형 층은 바람직하게는 광흡수 계수가 가능한한 작은 재료로부터 형성되고, 이때 재료로는 a-Si, a-SiC, a-SiO, a-SiN, μc-Si, μc-SiC 및 폴리-Si가 포함된다.
a-Si, a-SiC, a-SiO, a-SiN, μc-Si, μc-SiC 또는 폴리-Si의 상기 재료와 같은 비 단결정 규소 재료로 구성된 p-i-n 접합은 통상적으로 플라스마 CVD법을 이용하여 형성된다. 특히, i형 층 형성의 경우, 다량의 퇴적을 수행할 수 있는 마이크로파 플라스마 CVD법이 바람직하다. 기판 상의 폴리-Si 형성은 a-Si를 플라스마 CVD법, 스퍼터링법 등과 같은 방법으로 기판 상에 형성시킨 후, 그것을 레이저 조사, 고주파 전력 인가 등과 같은 방법으로 다결정으로 제조함으로써 수행될 수 있다. RF 플라스마 CVD법을 이용한 무정형 규소층 형성의 경우, 원료 가스는 바람직하게는 Ar, H2, He 등으로 1 내지 100배까지 희석시킨다. 유사한 방법으로 미세결정 구조를 갖는 비 단결정 규소층을 형성할 경우, 원료 가스를 바람직하게는 Ar, H2, He 등으로 10 내지 1,000배까지 희석시킨다.
<상부 투명 전극층(106, 506)>
이 층은 빛을 반도체층에 효과적으로 도입시키고 광전류를 손실없이 집전 전극으로 도입시키기 위해 중요하다. 빛 흡수를 저하시키고 반사 방지효과를 향상시키기 위해서는, 층 두께를 충분한 재현성으로 제어해야 하고, 저항률을 최소화시켜야 한다. 이에 적합한 재료로는 SnO2, In2O3및 ITO(인듐-산화주석)가 포함된다. 이 층 상에 MgF2, TiO2등을 적층시켜 반사 방지효과를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상부 투명 전극층에 대한 ITO를 바람직하게는 700 내지 800 Å의 두께로 형성시켜 가시광을 반도체층으로 효과적으로 도입시킨다.
상기 재료로부터, 상부 전극을 통상적으로는 진공 증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 통상적으로는 100 내지 300 ℃의 온도에서 반도체층 상에 형성시켜 저 저항률의 투명층을 수득한다. 공업적으로 스퍼터링법은 바람직한데, 그것이 보다 큰 면적을 갖는 층을 보다 신속한 퇴적 속도로 형성시킬 수 있기 때문이다. 비용의 견지에서, In, Sn 또는 InSn(Sn: 5 중량%)을 목표로 하여, Ar 및 O2를 퇴적실로 도입시키면서 층을 형성시키는 반응성 스퍼터링법이 적합하다.
<집전 전극(107, 507)>
집전 전극은 바람직하게는 광전류의 손실을 저하시키고 빛을 반도체층에 효율적으로 도입시키기 위해, 광입사 방향으로 관측할 때 도 1b에 도시한 바와 같이 빗 형이다. 통상, 집전 전극은 Au, Ag, Cu 및 Al과 같은 고 도전률의 재료로부터 제조된다. 본 발명의 집전 전극은 단체 금속층으로 구성될 수 있거나, 또는 상기 금속층과 또다른 금속의 또다른 층의 조합물로 구성될 수 있다. 그러나, 이동을초래할 Au, Ag, Cu 또는 Al을 사용할 경우, 이동을 방지해야 한다. 구체적으로는, 상기 금속의 전선에 시클로헥사논 중에 용해된 우레탄 수지를 결합제로서 함유하는 탄소 페이스트를 도포시키고, 도포된 전선을 바람직하게는, 상부 전극 상에 두고 건조시킨다. 건조시킴으로써 시클로헥사논이 전선으로부터 증발되고, 전선은 상부 투명 전극에 융합 접착되어 접촉 저항을 충분히 낮아진다. 또는, 탄소 페이스트를 스크린 인쇄법으로 상기에 언급한 전극 형상으로 도포시키고, 상기 금속을 스크린 인쇄시켜 그 위에 도포시킨다. 단체 Al층, 또는 Cr/Al/Cr과 같은 다수의 금속층은 증착면을 피복시키는 마스크에 의한 진공 증착법, 또는 스퍼터링법을 이용하여 형성시킬 수 있다. 화학적 안정성을 향상시키기 위해, 티탄, 망간, 규소, 몰리브덴 등을 약 0.1 내지 약 10%의 양으로 첨가한다. 도 1b에 도시한 바와 같이 구리판 모선을 전류 밀도가 높은 면적 상에서 동시에 융합 접착시킬 수 있다. 기판이 도전성일 경우, 모선을 기판의 이면에 융합 접착시킬 수 있다.
<실시예>
본 발명은 산화아연막의 형성 방법, 및 산화아연막을 사용하는 태양 전지를 참조하여 구체적으로 설명된다. 그러나, 본 발명이 이들로 한정되지 않는다.
<실시예 1>
본 발명의 산화아연층 형성 방법에 대한 실험에서는 도 2에 도시한 바와 같은 장치를 사용하였다. 음극으로서의 도전성 기판(201)은 두께 300 nm로 스퍼터링되었고 이면 상에서 절연 테입(206)으로 피복된 은을 갖는 두께 0.15 ㎜의 스테인리스강 430BA 판이었다. 양극 상의 대향 전극(202)은 두께 1 ㎜의 4-N 아연판이었다. 수용액(203)은 0.23 몰/ℓ의 질산아연 수용액 중의 사카로스를 탄수화물로서 10 g/ℓ의 농도로 용해시킴으로써 제조하였고, 83 ℃ 및 pH 4.9로 유지시켰다. 산화아연층 형성의 경우, 전류를 1.0 내지 3.0 mA/㎠(0.1 내지 0.3 A/d㎡)의 전류 밀도로 인가하였고, 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차는 1 V이었다. 10분 동안 전류를 인가시켜 두께 1 ㎛의 산화아연층을 형성시켰다. 수득한 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층(투명 전극) 상에 도 3에 도시한 바와 같은 3개의 p-i-n 접합을 갖는 도 5에 도시한 바와 같은 구조를 갖는 태양 전지를 제조하였다. 구체적으로는, 수득한 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층 상에 괄호 안에 나타낸 각 재료를 사용하여, 제1도프층(n형 a-Si:H:P)/제1 i형 층(a-SiGe:H)/제2도프층(p형 μc-Si:H:B)/제3도프층(n형 a-Si:H:P)/제2 i형 층(a-SiGe:H)/제4도프층(p형 μc-Si:H:B)/제5도프층(n형 a-Si:H:P)/제3 i형 층(a-Si:H)/제6도프층(p형 μc-Si:H:B)/상부 투명 전극층(ITO)/집전 전극(Cu 전선/Ag/C)을 형성시켜 태양 전지를 제조한다. 제1 i형 층 및 제2 i형 층은 상기에 언급한 마이크로파(MW) 플라스마 CVD법을 이용하여 형성시켰고, 기타 층은 표 1에 나타낸 조건하에 RF 플라스마 CVD법을 이용하여 형성시켰다. 상부 투명 전극층은 스퍼터링법으로 형성시켰다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 층들이 상부 투명 전극층까지 형성된 기판의 한 말단측 상에 시판되는 절연성 양면 테입, 구리판, 구리 전선/은/탄소 구성의 배선(집전 전극) 및 모선을 배치시켰고 가열 건조시켜 융합 접착시켰다. 12개의 태양 전지를 제조하였다(검체 1-1 내지 1-12).
각 반도체층 형성 방법 성막 온도(℃) 층 두께(㎛)
제1도프층 n형 a-Si:H:P RFCVD 300 0.02
제1 i층 a-SiGe:H 마이크로파 CVD 275 0.1
제2도프층 p형 μc-Si:H:B RFCVD 250 0.01
제3도프층 n형 a-Si:H:P RFCVD 250 0.01
제2 i층 a-SiGe:H 마이크로파 CVD 270 0.07
제4도프층 p형 μc-Si:H:B RFCVD 245 0.01
제5도프층 n형 a-Si:H:P RFCVD 230 0.01
제3 i층 a-Si:H RFCVD 200 0.1
제6도프층 p형 μc-Si:H:B RFCVD 165 0.01
<비교예 1>
탄수화물을 첨가하지 않았다는 것을 제외하고는, 12개의 태양 전지(비교 검체 1-1 내지 1-12)를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1에서 형성된 산화아연 박막은 층 중의 탄수화물을 분석하였다. 탄수화물을 함유하는 산화아연층을 2% 아세트산 수용액 중에 용해시켰고, 용액을 고속 액체 크로마토그래프법을 이용하여 분석하였다. 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층으로부터 탄수화물이 약 0.1 ㎎/㎤의 사카로스에 상응하는 양으로 검출되었다. 비교예 1의 산화아연층으로부터, 어떠한 탄수화물도 동일한 분석 작동에 의해 검출되지 않았다. 산화아연층을 박리 시험하였다. 구체적으로는, 산화아연막이 실시예 1 또는 비교예 1에서 형성되었을 때, 다이아몬드 절단기를 사용하여 100 g의 중량을 그 위에 인가함으로써 길이 5 ㎜의 정사각형으로 36개의 스크래치를 만들었다. 스크래칭된 시험 검체를 60 ℃ 온수 중에서 3일 동안 침지시켰고 폴리이미드 테입으로 박리 시험하였다.
결과적으로, 본 발명의 실시예 1의 탄수화물을 함유하는 산화아연층은 거의 박리되지 않았던 반면, 비교예 1의 산화아연층은 2곳의 스크래칭된 부위에서 박리되었다. 이는 실시예 1의 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층이 하지 기판에 충분히 접착되어 광기전력 소자의 내구성을 추가로 향상시키는 것을 나타낸다.
실시예 1의 태양 전지(검체 1-1 내지 1-12) 및 비교예 1의 태양 전지(비교 검체 1-1 내지 1-12)를 초기 특성(광도전 특성 및 단락 전류)에 대해 시험하였다. 구체적으로는, 태양 자극기(AM 1.5, 100 ㎽/㎠, 표면 온도 25 ℃)를 사용하여 광전변환 효율 및 단락 광전류를 측정하였다. 결과적으로, 실시예 1의 광기전력 소자는 이들 특징에 있어서 비교예 1의 것들보다 각각 1.1배 및 1.15배까지 우수하였다. 이어서, 검체를 가속 시험으로서 HH-시험(고온 다습 시험)하였다. 2종류의 태양 전지를 환경시험 상자에 투입시켜 84 ℃의 온도 및 85%의 습도에서 250시간 동안 유지시켰다. 이어서, 환경시험 상자의 온도 및 습도를 25 ℃ 및 50%에서 1시간 동안 설정하였다. 12개의 태양 전지를 취하였고 광전변환 효율 및 단락 광전류에 대해 상기에 기술한 바와 동일한 방법으로 시험하였다. 결과적으로, 실시예 1의 소자는 이들 특성에서 비교예 1의 것들보다 각각 평균 1.09배 및 1.13배까지 우수하였다. 연속하여, 검체 1-6 내지 1-12 및 비교 검체 1-6 내지 1-12를 광조사 시험하였다. 상기에 언급한 태양 자극기(AM 1.5, 100 ㎽/㎠, 표면 온도 50 ℃)에서 950시간의 광조사 후, 시험한 모든 검체 각각의 외관이 전혀 손상되지 않은 것으로 밝혀졌다. 광전변환 효율은 광조사 시험에 의해 저하되었다. 노출 시험 전 및 그 후의 광전변환 효율의 비(시험 후/시험 전)는 검체 1-6 내지 1-12에 대해 평균 0.88이었고, 비교 검체 1-6 내지 1-12에 대해 동일한 비는 평균 0.83이었다.
상기에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광기전력 소자는 종래의 것보다 우수하다.
<실시예 2>
실시예 2에서, 음측 전극으로서의 도전성 기판(201)은 두께 80 nm로 스퍼터링된 알루미늄 및 그 위에 두께 100 nm로 스퍼터링된 산화아연을 갖는 두께 0.15 ㎜의 스테인리스강 430BA 판이었다. 전극의 이면을 절연 테입(206)으로 피복시켰다. 양측 대향 전극(202)은 두께 1 ㎜의 4-N 아연판이었다. 수용액(203)은 0.18 몰/ℓ의 질산아연 수용액 중에 탄수화물로서 사카로스를 7 g/ℓ의 농도로 용해시킴으로써 제조하였고 85 ℃ 및 pH 4.8에서 유지시켰다. 산화아연층 형성 동안, 0.8 내지 2.0 mA/㎠(0.08 내지 0.2 A/d㎡)의 전류 밀도로 전류를 인가하였고, 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차는 1.3 V이었다. 수득한 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층 상에 3개의 p-i-n 접합을 갖는 도 1에서 도시한 구조를 갖는 태양 전지를 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하였다. 15개의 태양 전지를 제조하였다(검체 2-1 내지 2-15).
<비교예 2>
탄수화물을 수용액 중에 함유하지 않았던 것을 제외하고는, 15개의 태양 전지(비교예 2-1 내지 2-15)를 실시예 2에서와 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 2 및 비교예 2에서 형성된 산화아연 박막에 대해 층 중의 탄수화물 함량을 분석하였다. 탄수화물을 함유하는 산화아연층을 1% 아세트산 수용액 중에 용해시켰고, 용액을 고속 액체 크로마토그래프법을 이용하여 분석하였다. 실시예 2의 탄수화물을 함유하는 산화아연층으로부터 약 0.05 ㎎/㎤의 사카로스에 상응하는 양의 탄수화물을 검출하였다. 동일한 분석을 수행하여 비교예 2의 산화아연층으로부터는 어떠한 탄수화물도 검출되지 않았다. 산화아연층을 박리 시험하였다. 구체적으로는, 산화아연막을 실시예 2 또는 비교예 2에서 형성되었을 때, 다이아몬드 절단기를 사용하여 150 g의 중량을 그 위에 인가함으로써 길이 5 ㎜의 정사각형으로 49개의 스크래치를 만들었다. 스크래칭된 시험 검체를 65 ℃ 온수 중에서 3일 동안 침지시켰고 캅톤(Capton) 테입으로 박리 시험하였다.
결과적으로, 본 발명의 실시예 2의 탄수화물을 함유하는 산화아연층이 거의 박리되지 않았던 반면, 비교예 2의 산화아연층은 3곳의 스크래칭된 부위에서 박리되었다. 이는 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층이 하지 기판에 충분히 접착되어 광기전력 소자의 내구성을 추가로 향상시키는 것을 나타낸다.
실시예 2의 태양 전지(검체 2-1 내지 2-15) 및 비교예 2의 태양 전지(비교 검체 2-1 내지 2-15)를 초기 특성(광도전 특성 및 단락 전류)에 대해 시험하였다. 구체적으로는, 태양 자극기(AM 1.5, 100 ㎽/㎠, 표면 온도 25 ℃)를 사용하여 광전변환 효율 및 단락 광전류를 측정하였다. 결과적으로, 실시예 2의 광기전력 소자는 이들 특성에 있어서 비교예 2의 것들보다 각각 1.13배 및 1.16배까지 우수하였다. 이어서, 검체를 가속 시험으로서 HH-시험(고온 다습 시험)하였다. 2종류의 태양 전지를 환경시험 상자에 투입시켜 85 ℃의 온도 및 85%의 습도에서 350시간 동안 유지시켰다. 이어서, 환경시험 상자의 온도 및 습도를 25 ℃ 및 50%로 설정하여 1시간 동안 방치시켰다. 15개의 태양 전지를 취하였고 광전변환 효율 및 단락 광전류에 대해 시험하였다. 결과적으로, 실시예 2의 소자는 비교예 2의 것보다각각 1.08배 및 1.12배까지 우수하였다. 이어서, 검체 2-6 내지 2-15 및 비교 검체 2-6 내지 2-15를 광조사 시험하였다. 상기에 언급한 태양 자극기(AM 1.5, 100 ㎽/㎠, 표면 온도 50 ℃)에서 1,000시간 동안 조사시킨 후, 시험한 검체 각각의 외관에서 어떠한 결함도 발견되지 않았다. 광전변환 효율은 광조사 시험에 의해 저하되었다. 조사 전 및 그 후의 광전변환 효율의 비(시험 후/시험 전)는 검체 2-6 내지 2-15에 대해 평균 0.87이었고, 비교 검체 2-6 내지 2-15에 대한 동일한 비는 평균 0.83이었다.
상기에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광기전력 소자는 종래의 것보다 우수하다.
<실시예 3>
산화아연층 형성용 수용액 중의 사카로스 농도를 실험시 변화시켰다. 산화아연층 형성용 수용액 중의 사카로스 농도를 변화시켜 산화아연층 중의 탄수화물 함량을 0 내지 1,000 ㎎/㎤로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다. 결과적으로, 광전변환 효율은 도 6a에 도시한 바와 같이 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 사카로스 함량에서 최고이었다. 실시예 1에서와 동일한 방법으로 박리 시험을 수행하였다. 결과적으로, 도 6b에서 도시한 바와 같이 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 사카로스 함량에서 박리가 거의 억제될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이 박리 시험 후 태양 전지의 박리된 부분 단면을 SEM으로 관찰하였다. 1 ㎍/㎤ 미만의 사카로스 함량에서 박리는 하지 기판과 산화아연층 사이에서 발생하는 경향이 있었던 반면, 100 ㎎/㎤보다 많은 사카로스 함량에서는 박리가 태양 전지와 투명 도전층(산화아연층) 사이에서 발생하는 경향이 있었다. 투명 도전층 단면의 SEM 관찰에 따라, 이상하게 성장하는 다수의 상승 판상 결정이 1 ㎍/㎤ 미만의 사카로스 함량에서 관찰되었고, 이는 다량의 전류 누출을 초래하여 광전변환 효율을 저하시키는 것처럼 보인다. 한편, 100 ㎎/㎤보다 많은 사카로스 함량에서는 층 형상이 극도로 편평하여 광차폐 및 광 확산이 불충분하게 되었고, 이는 광전변환 효율을 저하시켰던 것처럼 보인다.
<실시예 4>
산화아연층 형성용 수용액 중의 덱스트린 농도를 실험시 변화시켰다. 태양 전지는 덱스트린을 사카로스의 대신으로 사용하였고 덱스트린 농도를 변화시켜 산화아연층 중의 탄수화물 함량을 0 내지 1,000 ㎎/㎤로 변화시켰던 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하였다. 결과적으로, 광전변환 효율은 도 8a에서 도시한 바와 같이 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 덱스트린 함량에서 최고이었다. 박리 시험은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하였다. 결과적으로, 박리는 도 8b에서 도시한 바와 같이 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 덱스트린 함량에서 거의 억제될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 박리 시험 후 태양 전지의 박리된 부분 단면을 SEM으로 관찰하였다. 1 ㎍/㎤ 미만의 덱스트린 함량에서, 박리는 하지 기판과 투명 도전층(산화아연층) 사이에서 발생하는 경향이 있었던 반면, 100 ㎎/㎤보다 많은 덱스트린 함량에서는 박리가 태양 전지와 투명 도전층(산화아연층) 사이에 발생하는 경향이 있었다. 투명 도전층 단면의 SEM 관찰 결과, 이상하게 성장한 다수의 상승 판상 결정이 1 ㎍/㎤ 미만의 덱스트린 함량에서 관찰되었고, 이는광전변환 효율을 저하시키는 다량의 전류 누출을 초래한 것처럼 보인다. 한편, 100 ㎎/㎤보다 많은 덱스트린 함량에서는 층 형상이 극도로 편평하여 광차폐 및 광 확산이 불충분하게 되었고, 이는 광전변환 효율을 저하시키는 것처럼 보인다.
<실시예 5>
도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차를 산화아연층 형성 실험시 변화시켰다. 태양 전지는 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차를 0.01 내지 100 V로 변화시켰던 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조하였다. 결과적으로, 광전변환 효율은 도 9a에서 도시한 바와 같이 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차 0.1 내지 30 V에서 최고이었다. 박리 시험은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 수행하였다. 결과적으로, 도 9b에서 도시한 바와 같이 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차 0.1 내지 30 V에서 박리가 거의 억제될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이 박리 시험 후의 태양 전지의 박리된 부분 단면을 SEM으로 관찰하였다. 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차 0.1 V 미만에서, 하지 기판과 투명 도전층 사이에서 박리가 발생하는 경향이 있었던 반면, 30 V보다 큰 전위차에서는 박리가 태양 전지와 투명 도전층 사이에서 발생하는 경향이 있었다. 투명 도전층 단면을 SEM으로 관찰하였다. 0.1 V 미만의 전위차에서는 강력하게 c축으로 배향된 6각 기둥이 광차폐 및 광 확산에 부적합한 편평한 형상으로 규칙적으로 배열되고, 이는 광전변환 효율을 저하시켰던 것으로 보인다. 한편, 30 V보다 큰 전위차에서는 이상 성장한 다수의 거대 결정이 관찰되었고 층 형상은 광차폐 및 광 확산에 부적합한 극도의 평면이었고, 이는 전류 누출을 증대시켜 광전변환 효율을 저하시켰던 것처럼 보인다.
<실시예 6>
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같은 태양 전지 모듈은 또다른 양태로서 제조하였다. 광기전력 소자는 도 1a 및 1b에 도시한 바와 같은 층 구성을 가졌다. 반도체층은 실시예 1에서와 같이 3개의 p-i-n 접합을 가졌다. 긴 시트를 기판으로서 사용하였다. 긴 시트 상에서, 모든 층을 고 생산성의 로울 대 로울 방식으로 순차적으로 형성시켰다. 방법을 하기에 상세히 설명한다. 우선, 두께 0.05 ㎛의 알루미늄층 및 산화아연으로 구성된 두께 0.1 ㎛의 중간층을 로울 대 로울 방식을 이용하여 스퍼터링법으로 두께 0.15 ㎜의 SUS 430BA 시트 상에 형성시켰다. 그 위에 도 7에 도시한 장치를 사용하여 탄수화물을 함유하는 산화아연층(투명 도전층)을 전기화학적으로 형성시켰다.
도 7에서 장치(700)는 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층을 긴 시트상 기판(701)(ZnO/Al/SUS) 표면 상에 연속적으로 형성시킨다. 스테인리스강 시트와 같은 긴 유연성 기판을 기판(701)으로서 사용할 수 있다. 도면에 도시하지 않은 절연 테입을 이의 이면 상에 접착시킨다. 기판을 공급 로울(733)로 권취시키고 운송 로울(732)을 사용하여 권취 로울(734)까지 권취될 각 조를 통해 운송된다. 각 로울의 직경은 도전성 기판(101)의 재질에 따라 결정하여 기판의 소성 변형을 방지해야 한다. 예를 들면, 두께 0.15 ㎜의 SUS 430BA의 경우, 로울러 직경은 40 ㎝ 이상이다. 제1세정조(702)는 초음파 유기 용매 세정을 수행하고, 분진 제거를 위해 내장된 필터를 갖는 순환 장치(704)와 접속시킨다. 세정조를 초음파진동판(703) 및 가열기(705)와 함께 내부에 설비한다. 전석조(706)는 산화아연층을 형성시킨다. 이 조는 또한, 분진 제거를 위해 내장된 필터를 갖는 순환 장치(707)와 접속된다. 전석조는 아연 전극(708) 및 가열기(709)를 갖는다. 전극(708)은 조 외부 상의 일정 전류 전원(710)과 접속된다. 전석조에 9 g/ℓ 농도의 사카로스를 함유하는 질산아연 수용액을 충전시킨다. 순환 장치(707)로 질산아연 수용액 농도를 모니터링하고 질산아연을 적합하게 다시 채운다. 제2세정조(711)에서 순수한 물로 초음파 세정하고, 분진 제거를 위해 내장된 필터를 갖는 순환 장치(712)와 접속시킨다. 제2세정조는 또한 내부에 초음파 진동판(713) 및 가열기(714)를 갖도록 설비된다. 제3세정조(718)는 순수한 물을 알콜 등으로 대체하고, 분진 제거를 위해 내장된 필터를 갖는 순환 장치(719)와 접속시킨다. 제3세정조(718)는 또한 내부에 초음파 진동판(720) 및 가열기(721)를 갖도록 설비한다. 처리된 기판을 건조실(731)을 통해 통과시킴으로써 온풍 건조를 수행하여 건조시킨다.
이 장치의 사용 방법을 하기에 기술한다. 각 조에 소정의 용액을 반복적으로 충전시키고, 순환 장치, 가열기 및 초음파 진동기를 구동시킨다. 제1세정층의 온도는 전해조의 온도와 동등할 가열기로 제어하고, 제2세정조의 온도는 약 80 ℃가 되도록 제어한다. 기판(ZnO/Al/SUS)을 공급 로울로부터 공급하고, 제1세정조, 전석조, 제2세정조, 제3세정조 및 건조실을 통해 권취 로울로 소정의 속도로 운송시킨다. 이어서, 소정의 전류 밀도를 일정한 전류 전원(710)으로부터 인가시켜 투명 도전층의 연속 형성을 개시한다. 길이 800 m의 기판을 투명 도전층 형성을 위해 처리하였을 때, 기판의 운송, 전석 전원 공급, 가열 및 초음파 진동을 중단시킴으로써 작동을 중단시키고, 그 위에 형성된 산화아연층을 갖는 기판을 수득한다.
산화아연층을 표 2에 나타낸 조건하에 상기 방법으로 형성시켰다.
공정 투명 도전층의 형성
수용액 종류 질산아연 수용액
수용액 농도(몰/ℓ) 0.12
수용액 온도(℃) 82
전류 밀도(mA/㎠) 0.5 내지 0.8
전극 간의 전위차(V) 1.6
사카로스 함량(g/ℓ)** 9
층 두께(㎛) 1.3
**: 산화아연층 중의 사카로스 함량은 0.1 ㎎/㎤임.
결론적으로, 일본 특허원 공개 제(평) 06-181325호에 나타낸 바와 같은 로울 대 로울 방식을 이용하여 형성된 투명 도전층 상에 반도체층 및 투명 도전층을 형성시켰다. 구체적으로, 제1도프층(n형 a-Si:H:P)/제1 i형 층(a-SiGe:H)/제2도프층(p형 μc-Si:H:B)/제3도프층(n형 a-Si:H:P)/제2 i형 층(a-SiGe:H)/제4도프층(p형 μc-Si:H:B)/제5도프층(n형 a-Si:H:P)/제3 i형 층(a-Si:H)/제6도프층(p형 μc-Si:H:B)/상부 투명 전극층(ITO)을 표 1에 나타낸 조건하에 형성시켰다.
ITO 층으로 적층되었던 수득한 태양 전지 로울로부터 태양 전지를 30 x 30 ㎠의 크기로 절단하였다. 여기에 실시예 1에서의 것들과 유사한 집전 전극 및 모선을 도 1b에 도시한 바와 같이 고정시켰다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 4개의 태양 전지를 직렬로 접속시켰고 바이패스 다이오드를 태양 전지와 병렬로 접속시켰다. 이어서, 두께 0.3 ㎜의 지지 기재 판 상에 EVA, 나일론 수지, EVA, 유리 부직포, 직렬로 접속된 태양 전지, 유리 부직포, EVA, 유리 부직포, EVA, 유리 부직포 및 불소 수지의 적층된 층이었다. 적층된 층을 가열 진공으로 밀봉시켰다.
상기에서 제조한 35 x 130 ㎠ 크기의 태양 전지 모듈(검체 6)을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 측정 및 시험하였다. 결과적으로 특성은 초기 특성 측정, HH 시험 및 광조사 시험에 의해 우수한 것으로 밝혀졌다.
또한, 태양 전지는 JIS C-8917에 따라 연신 시험하였다. 이 시험에서 3 ㎝ 변위의 트위스트를 3개의 모서리가 고정된 1개의 모서리보다 100배로 인가하였다. 모든 모서리에 대해 동일한 시험을 수행하였다. 광도전 특성, 전류 누출 및 저 조도의 개회로 전압을 측정하였고 연신 시험 전의 값에 비해 각각 0.99, 1.09 및 0.96인 것으로 밝혀졌다.
상기에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광기전력 모듈은 우수한 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
<실시예 7>
탄수화물을 함유하는 산화아연층은 도 2에 도시한 바와 같은 장치를 사용하여 형성되었다. 도전성 기판(201)은 음측 전극으로서 두께 300 nm의 은으로 스퍼터링된 두께 0.15 ㎜의 스테인리스강 430BA이었고, 이면을 절연 테입(206)으로 피복시켰다. 양측 상의 대향 전극(202)은 두께 1 ㎜의 4-N 아연판이다. 수용액은 8 g/ℓ의 사카로스를 pH 10.4의 탄수화물로서 함유하는 10% 암모니아 수용액 중의 0.04 몰/ℓ의 수산화아연 용액이었고, 68 ℃에서 유지시켰다. 1.1 내지 2.2 mA/㎠(0.11 내지 0.22 A/d㎡)의 전류를 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차0.8 V에서 인가하였다. 각각이 3개의 p-i-n 접합을 갖는 도 1에 도시한 바와 같은 15개의 태양 전지를 실시예 1에서와 동일한 조건하에, 수득한 탄수화물을 함유하는 산화아연층 상에 제조하였다(검체 7-1 내지 7-15).
<비교예 3>
탄수화물을 수용액 중에 함유하지 않았던 것을 제외하고는, 15개의 태양 전지(비교 검체 3-1 내지 3-15)를 실시예 7에서와 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 7 및 비교예 3에서 형성된 산화아연층은 층 중의 탄수화물 함량을 분석하였다. 탄수화물을 함유하는 산화아연층을 1% 아세트산 수용액 중에 용해시켰고, 용액을 고속 액체 크로마토그래프법을 이용하여 분석하였다. 실시예 7의 탄수화물을 함유하는 산화아연층으로부터, 탄수화물이 약 0.04 ㎎/㎤의 사카로스에 상응하는 양으로 검출되었다. 동일한 분석을 수행하여 비교예 3의 산화아연층으로부터 어떠한 탄수화물도 검출되지 않았다. 산화아연층을 박리 시험하였다. 구체적으로는, 산화아연막이 실시예 7 또는 비교예 3에서 형성되었을 때, 다이아몬드 절단기를 사용하여 250 g의 중량을 그 위에 인가함으로써 길이 5 ㎜의 정사각형으로 64개의 스크래치를 제조하였다. 스크래칭된 시험 검체를 65 ℃ 온수 중에서 5일 동안 침지시켰고 캅톤 테입으로 박리 시험하였다.
결과적으로, 본 발명의 실시예 7의 탄수화물을 함유하는 산화아연층이 거의 박리되지 않았던 반면, 비교예 3의 산화아연층은 5곳의 스크래칭된 부위에서 박리되었다. 이는 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층이 하지 기판에 충분히 접착되어 광기전력 소자의 내구성을 추가로 향상시키는 것을 나타낸다.
또한, 실시예 7의 태양 전지를 비교예 3의 것과 비교하기 위해 실시예 2에서와 동일한 방법으로 초기 특성(광도전 특성 및 단락 전류), HH 시험(고온 다습 시험)의 가속 시험 및 광조사 시험을 수행하였다.
결과적으로, 본 발명의 광기전력 소자는 종래의 것들보다 우수한 것으로 밝혀진다.
<실시예 8>
수용액이 5 g/ℓ의 사카로스를 탄수화물로서 함유하고 pH 10.5인 12% 암모니아 수용액 중의 0.03 몰/ℓ의 수산화아연 용액이었던 것을 제외하고는, 도 1에 도시한 바와 같은 구성의 15개의 태양 전지(검체 8-1 내지 8-15)를 실시예 7에서와 동일한 방법으로 제조하였고 65 ℃에서 유지시켰다. 1.4 내지 2.6 mA/㎠(0.14 내지 0.26 A/d㎡)의 밀도 전류를 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차 2.5 V에서 인가하였다.
<비교예 4>
탄수화물이 수용액 중에 함유되지 않았던 것을 제외하고는, 15개의 태양 전지(비교 검체 4-1 내지 4-15)를 실시예 8에서와 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 8 및 비교예 4에서 형성된 산화아연층은 층 중의 탄수화물 함량을 분석하였다. 탄수화물을 함유하는 산화아연층을 1% 아세트산 수용액 중에 용해시켰고, 용액을 고속 액체 크로마토그래프를 이용하여 분석하였다. 실시예 8의 탄수화물을 함유하는 산화아연층으로부터 탄수화물은 약 0.03 ㎎/㎤의 사카로스에 상응하는 양으로 검출되었다. 동일한 분석의 수행에 의해 비교예 4의 산화아연층으로부터는 어떠한 탄수화물도 검출되지 않았다. 산화아연층을 박리 시험하였다. 구체적으로는, 실시예 8 또는 비교예 4의 산화아연막 상에, 다이아몬드 절단기를 사용하여 200 g의 중량을 그 위에 인가함으로써 길이 5 ㎜의 정사각형으로 64개의 스크래치를 제조하였다. 스크래칭된 시험 검체를 65 ℃ 온수 중에 5일 동안 침지시켰고 캅톤 테입으로 박리 시험하였다.
결과적으로, 본 발명의 실시예 8의 탄수화물을 함유하는 산화아연층은 거의 박리되지 않았던 반면, 비교예 4의 산화아연층은 4곳의 스크래칭된 부위에서 박리되었다. 이는 본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층이 하지 기판에 충분히 접착되어 광기전력 소자의 내구성을 추가로 향상시키는 것을 나타낸다.
또한, 실시예 8의 태양 전지를 비교예 4의 것들과 비교하기 위해 실시예 2에서와 동일한 방법으로 초기 특성(광도전 특성 및 단락 전류), HH 시험(고온 다습 시험)의 가속 시험 및 광조사 시험을 수행하였다.
결과적으로, 본 발명의 광기전력 소자는 종래의 것들보다 우수한 것으로 밝혀진다.
본 발명의 탄수화물을 함유하는 산화아연층을 사용하는 광기전력 소자는 하지 기판에의 밀착성을 향상시킬 수 있고, 열안정성을 향상시킬 수 있고, 산화아연 형상을 제어할 수 있다. 이 결과, 광전변환 효율, 단락 광전류 및 전류 누출과 같은 광도전 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광기전력 소자는 야외조사시험, HH(고온다습 환경) 시험 및 장시간의 광조사 시의 내구성이 향상될 수 있다. 산화아연층은 대폭적으로 절감된 제조 비용으로 전기화학적으로 형성됨으로써 태양전지의 전력 비용을 절감시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 이면 반사층, 산화아연층 및 반도체층이 기판 상에 순차적으로 적층되어 있으며, 상기 산화아연층이 탄수화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  2. 제1항에 있어서, 탄수화물이 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 함량으로 함유된 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  3. 제1항에 있어서, 도전성 기판 및 대향 전극을 적어도 아연 이온 및 탄수화물을 함유하는 수용액에 침지시키고, 상기 대향 전극과 상기 도전성 기판 사이에 전압을 인가함으로써, 산화아연층을 전기화학적으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  4. 제1항에 있어서, 이면 반사층이 알루미늄 또는 이의 화합물로 이루어지고, 투명한 도전성 중간층이 상기 이면 반사층과 산화아연층 사이에 제공된 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  5. 제4항에 있어서, 중간층이 스퍼터링(sputtering)법으로 형성된 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  6. 제3항에 있어서, 수용액이 적어도 아연 이온, 탄수화물 및 질산염 이온을 함유하거나, 또는 적어도 아연 이온, 탄수화물 및 암모늄 이온 및 아연-암모니아 착이온을 함유하거나, 또는 아연 이온, 탄수화물 및 아연산수소 이온 또는 아연산염 이온을 함유하는 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  7. 제1항에 있어서, 반도체층이 비 단결정 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 소자.
  8. 도전성 기판 및 대향 전극을 적어도 아연 이온 및 탄수화물을 함유하는 수용액에 침지시키고, 상기 도전성 기판과 상기 대향 전극 사이에 전압을 인가하여, 산화아연 박막을 전기화학적으로 형성시키는 것을 포함하며, 상기 도전성 기판과 대향 전극 사이의 전위차가 0.1 내지 30 V인 것을 특징으로 하는 산화아연 박막의 제조 방법.
  9. 제8항에 기재한 방법으로 산화아연 박막을 제조하는 단계 및 반도체층을 상기 산화아연 박막 상에 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 소자의 제조 방법.
  10. 탄수화물을 1 ㎍/㎤ 내지 100 ㎎/㎤의 함량으로 함유하는 것을 특징으로 하는 산화아연 박막.
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