KR100414132B1 - 다결정성 실리콘 박막, 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스, 집적 태양 전지, 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

1:1 이상의 종횡비(d/t)를 갖는(d는 그레인 직경, t는 그레인 두께) 실리콘 그레인을 포함하는 다결정성 실리콘 필름이 발표된다. 다결정성 실리콘 필름은 필름의 동일 표면 또는 반대 표면상에 형성된 저항 접촉부를 갖는 단일체 집적 태양전지와 같은 전자 디바이스 형성에 사용될 수 있다. 복수의 태양전지는 단일체 집적되어서 서로 물리적으로 분리되게 기판상에 배치된 태양전지와 전지 절연성 기판을 포함하는 태양전지 모듈러스를 형성하도록 단일체 집적된다. 필름, 태양전지 및 태양전지 모듈 제조방법도 발표된다. 단순화된 구조 및 방법은 필름의 실리콘 그레인이 높은 종횡비를 갖기 때문에 대량 생산시 비용을 크게 감소시킨다.

Description

다결정성 실리콘 박막, 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스, 집적 태양 전지, 태양전지 모듈 및 그 제조방법{SILICON THIN-FILM, SILICON THIN-FILM ELECTRONIC DEVICE, INTEGRATED SOLAR CELL, MODULE, AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME}
태양전지라 불리는 광기전 반도체 디바이스는 태양빛을 전기로 전환시킨다. 이론적으로 태양전지는 무한대의 재생가능한 에너지를 제공할 수 있다. 태양전지 기술에 대한 관심은 1970년대 오일쇼크동안 최고조였다. 그 이후에 몇몇 회사가 태양전지 기술에 대한 연구 및 개발을 하였지만 대부분의 제작자는 광기전 반도체 재료의 고유한 전환 비효율성과 관련된 경제적 이유 때문에 이 기술을 포기하였다. 태양전지 기술에 여전히 헌신하는 회사들은 태양전지 및 모듈 디자인에서 상당한 개선을 시킴으로써 출력효율을 증가시키고 제조단가를 감소시켰다. 그러나 개선의 여지는 남아있다.
전형적인 태양전지는 확산된 상부 n타입(형) 영역을 갖는 p타입 실리콘웨이퍼로 구성된다. p타입 실리콘과 n타입 실리콘간의 계면에 인접한 영역이 디바이스의 p-n 접합부를 형성한다. 단일 금속전극이 p타입 실리콘웨이퍼의 하부에 증착되고 빗모양의 금속전극이 n타입 실리콘 영역의 상부표면상에 증착되어서 태양전지가 태양광에 노출될 때 p-n 접합부에서 발생된 전하를 수집한다.
태양전지의 고유한 문제점 중 하나는 개별 태양전지가 상당한 입준의 전압을 발생할 수 없다는 것이다. 예컨대 요즈음 시판되는 대부분의 개별 태양전지는 전지 한 개 당 약 1/2볼트를 발생한다. 결과적으로 상당한 정격전압의 태양전지 모듈을 제공하기 위해서는 직렬 연결된 배열로 복수의 태양전지를 배열할 필요가 있다.
이산된, 직렬 연결된 태양전지 모듈이 당해 산업에서 널리 채택될지라도 이러한 디자인에는 몇 가지 문제가 있다. 첫째 예컨대 18볼트의 정격전압을 갖는 태양전지 모듈을 제공하기 위해서 36개의 이산 1/2볼트 태양전지를 별도로 제조하고 이후에 필요한 정격 전압 달성을 위해서 전지를 직렬로 연결시킬 필요가 있다. 개별 태양전지 성능의 변화는 전체 모듈의 성능을 허용할 수 없게 만들고 게다가 단일 태양전지의 고장이 전체 모듈의 고장을 초래할 수 있다.
둘째, 18볼트의 정격전압을 갖는 단일 태양전지 모듈을 구축하는데 36개의 분리된 태양전지를 취급할 필요성은 모듈 제조 비용을 증가시킨다.
셋째, 개별 전지를 하나로 연결시키기 위해서 용접 또는 납땜된 외부금속 "탭(tabs)"을 사용할 필요가 있다.
이러한 금속화된 상호연결부는 태양전지 모듈 고장의 90% 이상 원인이 된다.
특히 재료 분야에서 태양전지 모듈의 전체 단가를 감소시키려는 시도가 진행되었다. 예컨대 A.M Branett에 의해 발표된 SILICON-FILMRM태양전지(미국특허5,057,163)와 같은 박막 태양전지를 사용함으로써 태양전지 비용이 많이 감소되었다. SILICON-FILMRM기술은 고유한 미소구조의 다결정성 실리콘 박막을 제공하는 가열단계를 사용하여, 이러한 다결정성 실리콘 필름을 사용하는 태양전지의 성능을 향상시킨다. 미국특허 5,336,335 및 5,496,416과 미국특허출원 09/033,155(1996. 3. 2 출원)에서 이러한 성장 기술이 발표된다.
SILICON-FILMRM(상표) 및 성장기술이 실리콘 태양전지 모듈 제조비용을 상당히 감소시켰지만 단일 모듈 제조를 위해서 많은 수의 분리된 전지를 취급하고 이산 태양전지를 연결시키는데 필요한 단계와 관련된 문제는 여전히 고전압 모듈의 대규모 저가 생산에 장애가 된다.
위와 같은 고유 문제를 인식하고 당해 산업은 복수의 분리된 태양전지가 단일 기판상에 집적된 방식으로 형성된 단일체 디자인을 제공할 시도를 행했다. 예컨대 미국특허 3,994,012(Warner)는 단일 기판상에 서로 분리된 복수의 태양전지를 포함한 단일체 광기전 반도체 디바이스를 발표한다. 그러나 이러한 디바이스 제조에 사용된 복잡한 제조공정은 비실용적이며 대량생산시 비용에 있어서 문제가 된다.
미국특허 4,173,496(Chiang)는 복수의 태양전지가 단결정 실리콘 기판상에 서로 물리적으로 분리되어 형성된 집적 태양전지 배열을 발표한다. 그러나 Warner의 공정처럼 Chiang공정의 복잡성은 대량생산시 디바이스 제조비용이 비싸다. 게다가 단결정 실리콘 사용시 고유한 비용문제는 디바이스 대량 생산을 어렵게 만든다.
미국특허 5,266,125(Rand)는 Warner 및 Chiang에 의해 발표된 디바이스 및 공정에 비해서 개선되었지만 여전히 복잡한 디바이스 제조단계를 필요로 한다. 예컨대 Rand의 디바이스(제1도)는 각 태양전지를 분리시키는 다이스-분리 트렌치에 배치된 복수의 금속 상호연결부를 필요로 한다. 이러한 금속 스트립을 설치하기 곤란하며 비쌀 뿐만 아니라 트렌치의 폭 자체가 입사광선과 상호작용하는데 이용가능한 모듈의 상부 표면적을 감소시킨다. Rand의 디바이스(제4도)는 Rand의 디바이스(제1도)의 금속 스트립을 필요로 하지 않지만 인접한 전지를 직렬연결시키기 위해서 서브-기판 전도영역을 필요로 한다. 이것은 Rand의 디바이스(제4도)를 제조하는 전체 공정을 꽤 복잡하게 만들며 특히 대량생산시 매우 비싸다.
따라서 고전압 태양전지 모듈을 개선시킬 여지가 있다. 전자 디바이스의 소형화는 디바이스 배터리를 재충전시키는데 사용되는 태양전지 모듈의 소형화를 요구한다. 고정된 면적의 태양전지는 관련 전자 디바이스의 전압 조건을 충족시키는데 필요한 수의 분리된 태양전지로 분리될 수 있으므로 단일체 태양전지 모듈 디자인은 매우 매력적이다. 그러나 지금까지는 저렴한 비용으로 고효율 단일체 태양전지 모듈을 제공하지 못하였다.
한가지 방법은 단결정 또는 비결정질 실리콘 대신에 다결정 실리콘을 사용하는 것이다. 그러나 그레인 경계-유발 소수 캐리어 재조합을 방지시키기에 충분한 폭을 가지는 실리콘 그레인을 만들기 위해, 다결정 실리콘 사용시 비교적 두꺼운 활성층을 사용할 필요가 있다. 그런데 앞서 설명된 성장기술로는, 1 이상의 종횡비(d:t)를 갖는 실리콘 그레인을 형성시키는 것이 곤란하다. 가령 40마이크론의 직경을 갖는 실리콘 그레인은 40마이크론의 활성층 두께를 필요로 하였다.
발명의 요약
태양전지와 같은 디바이스용으로 비교적 얇높은 전자적으로 효과적인 활성층의 형성을 허용하는 고 종횡비의 실리콘 그레인을 갖는 다결정 실리콘 필름을 제공하는 것이 본 발명의 제 1 목적이다.
대량 생산이 용이하고 값이 싼 단일체 집적 태양전지를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
또한 탁월한 성능 및 신뢰성을 갖는 단일체 집적 태양전지 모듈을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
본 발명의 제 1 측면에 따라서 다결정 실리콘 필름에 1:1 이상의 종횡비(d/t)를 갖는 실리콘 그레인이 제공된다. "d"는 그레인 직경이고 "t"는 그레인 두께이다. 실리콘 그레인의 종횡비는 5:1 이상, 특히 10:1 이상, 더더욱 20:1 이상이다. 이렇게 높은 종횡비는 박막 형성기술을 상기 설명된 성장 기술과 조합함으로써 달성된다. 이러한 높은 종횡비는 태양전지와 같은 전자디바이스에서 효과적으로 작동하기에 충분히 넓은 그레인을 갖는 비교적 얇은 활성층 형성을 허용함으로써 재료비용 절감을 가져온다.
본 발명의 제 2 측면에 따라서 (a) 전기절연성 기판, (b)기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부층, (c) 제 1 저항 접촉부층상에 형성된 제 1 도핑된 반도체 재료층, (d) 제 1 도핑된 반도체 재료층상에 형성된 제 2 도핑된 반도체 재료층, (e) 제 2 도핑된 반도체 재료층상에 제 1 저항 접촉부층으로부터 분리되어 형성된 제 2 저항 접촉부층을 포함하는 단일체 집적 태양전지가 제공된다.
이러한 태양전지는 전기 절연성 기판상에 제 1 저항 접촉부층을 형성하고 제1 저항 접촉부층상에 제1 도핑된 반도체 재료층을 형성하고 제 1 도핑된 반도체 재료층상에 제2 도핑된 반도체 재료층을 형성하고 제 2 도핑된 반도체 재료층상에 제 1 저항 접촉부층과 물리적으로 분리되게 제 2 저항 접촉부층을 형성함으로써 제조된다.
이와 같이 단순화된 구조 및 방법은 대량 생산시 제조비용을 크게 감소시킨다. 제조비용은 위에서 설명된 박막 성장 기술을 사용하여 태양전지에 비교적 얇높은 전자 효율적인 활성층을 형성함으로써 더욱 절감된다.
본 발명의 제 3 측면에 따라서 서로 물리적으로 분리되게 기판상에 배치된 두 개 이상의 태양전지와 전기 절연성 기판을 포함하는 단일체 집적 태양전지 모듈이 제공된다. 각 태양전지는 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부층, 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부층, 제 1 저항 접촉부층 상에 형성된 제 1 도핑된 반도체 재료층, 제 1 도핑된 반도체 재료층상에 형성된 제 2 도핑된 반도체 재료층, 제 2 도핑된 반도체 재료층상에 제 1 저항 접촉부층으로부터 분리되어 형성된 제2 저항 접촉부층을 포함한다. 제 1 도핑된 반도체 재료층은 제 1 전도도를 가지며 제 2 도핑된 반도체 재료층은 제 1 층의 전도도와 반대의 전도도를 가져서 제 1 도핑된 반도체 재료층과 제 2 도핑된 반도체 재료층간에 p-n 접합부가 형성된다. 전자 전도성 상호연결부는 두 태양전지를 물리적으로 서로 분리되게 하면서 한 태양전지의 제 2 저항 접촉부층과 다른 태양전지의 제 1 저항 접촉부층간의 전기 연결을 제공한다.
이와 같이 단순화된 태양전지 모듈 구조는 매우 저렴한 가격으로 고신뢰성으로 제조될 수 있다. 추가적으로 서로 물리적 분리를 유지하면서 두 태양전지간에 전기 연결을 제공하는 전자 전도성 상호연결부의 사용은 성능을 개선시킨다. 특히 전지를 물리적으로 서로 연결시키는 금속 상호연결부를 수용할 넓은 트렌치가 필요없기 때문에 기판상에 인접한 전지가 매우 가깝게 형성될 수 있다. 태양광을 받는 태양전지모듈의 상부 표면적은 인접한 태양전지간의 분리영역 크기를 감소시킴으로써 증가된다.
본 발명의 제 4 측면에 따라서 (a) 전기 절연성 기판, (b) 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부, (c) 제 1 저항 접촉부와 병렬로 기판상에 형성된 제 2 저항 접촉부, (d) 제 1 및 제 2 저항 접촉부상에 배치된 도핑된 반도체 재료층을 포함하는 단일제 집적 태양전지가 제공된다. 도핑된 반도체 재료층은 제 1 저항 접촉부에 인접한 상부 p영역 및 하부 n영역이나 제 2 저항 접촉부에 인접한 상부 n영역 및 하부 p영역을 포함하며 상부영역과 하부영역간에 p-n 접합이 형성된다.
이러한 태양전지 구조는 제조공정을 개선시키며 전지의 활성층 아래에 있는 두 저항 접촉부를 분리시킨다. 이러한 특징은 입사광선을 받아들이는 전지의 전체 상부 표면을 자유롭게 하며 또한 환경에 노출로 인한 손상으로부터 저항 접촉부를 보호한다.
본 발명이 제 5 측면에 따르면 전기 절연성 기판과 기판상에 배치된 두 개 이상의 태양전지를 포함하는 단일체 집적 태양전지 모듈이 제공된다. 각 태양전지는 (a) 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부, (b) 제 1 저항 접촉부와 병렬로 기판상에 형성된 제 2 저항 접촉부, 및 (c) 제 1 및 제 2 저항 접촉부에 배치된 도핑된 반도체 재료층을 포함한다. 도핑된 반도체 재료층은 제 1 저항 접촉부에 인접한 상부 p영역 및 하부 n영역이다. 제 2 저항 접촉부에 인접한 상부 n영역 및 하부 p영역을 포함하며 상부영역과 하부영역사이에 p-n접합이 형성된다. 태양전지는 한 태양전지의 제 1 저항 접촉부 및 다른 태양전지의 제 2 저항 접촉부의 측부 말단 부위에서만 물리적 및 전기적으로 연결된다. 이러한 모듈은 모듈 전체 활성 영역의 그리드 밀폐가 없기 때문에 최대의 입사 표면적을 보인다.
본 발명은 단일체 집적 태양전지 모듈, 특히 높은 종횡비(aspect ratio)(그레인의 직경 대 두께 비)의 실리콘 그레인을 갖는 활성 다결정성 실리콘층을 함유한 복수의 집적 태양전지를 포함하는 모듈에 관계한다.
도 1 은 본 발명의 한 구체예에 따라서 단일체 집적된 태양전지의 단면도.
도 2a-2f는 도 1 태양전지의 제조방법을 도시한 도면.
도 2f는 본 발명의 또다른 구체예에 따라서 단일체 집적된 태양전지 모듈을 도시한 도면.
도 3 은 본 발명의 또다른 한 구체예에 따른 단일체 집적 태양전지의 단면도.
도 4a-4e는 도 3 태양전지의 제조방법을 도시한 도면.
도 4e는 본 발명의 또다른 구체예에 따라 단일체 집적된 태양전지 모듈을 도시한 도면.
도 5 는 파장의 함수로서 외부 양자 효율을 보여주는 그래프.
* 부호설명
1 기판 1a 제 1 층
1b 상부층 2 제 1 저항 접촉부(층)
3 영역 4 층
4a 얇은 영역 4b 하부영역
8 제 2 저항 접촉부(층) 8a 스파인
8b 핑거 20 상부표면
21 층 22 탭
23 제 1 측면 24, 25 층
26 절연영역 30 태양전지
31,81 태양전지 모듈 51 기판
51a,51b 영역 52 제 1 저항 접촉부
53 장벽층 54 층
54a n타입(형) 영역 54b p타입(형) 영역
56 영역 58 제 2 저항 접촉부
60 표면 영역(패시베이션층) 70 상부 표면
71a, 71b 전극 72 단부 탭
73 제 1 측면 74,75 층
76 분리(절연) 영역 80 태양전지
85 스파인 86 핑거
도 1 은 본 발명의 한 구체예에 따라서 단일체로 집적된 태양전지의 단면도이다. 태양전지는 지지기판(1)상에 형성된다. 기판(1)은 태양전지에 대한 기계적 지지를 하며 태양전지 형성에 사용되는 반도체 재료에 일치하거나 적어도 근접한 (10% 이내)열팽창계수를 갖기에 충분한 두께를 가져야 하며 전기 절연성이어야 한다. 또한 기판은 화학적으로 불활성이며 광학적으로 반사성이 선호된다. 기판(1)재료는 태양전지 형성에 사용되는 제조 공정의 온도를 견디도록 충분한 내화성을 가져야 한다.
도1 에 도시된 대로 기판 표면층(1b)이 베이스 기판(1a)상에 형성된 2층 기판 구조를 사용할 수 있다. 이 경우에 기판 표면층(1b)은 기계적 강도를 제외하고는 위에서 거론된 기준을 만족시켜야 하며, 이는 베이스 기판(1a)에 의해 만족될 수 있다. 즉, 기판 표면층(1b)은 전기 절연성을 제공하며 베이스 기판(1b)과 디바이스의 다른층간의 화학적 확산을 방지한다. 필요할 경우에 기판 표면층(1b)은 디바이스의 활성층을 통해 입사광을 반사시킬 수도 있다.
일반적으로 위에서 열거된 모든 기준을 만족시키는 단층 기판을 사용하는 것이 좋다. 선호되는 재료는 알루미늄-실리케이트의 물라이트 계열이지만 알루미나 또는 실리카 역시 사용될 수도 있다. 단층 기판의 두께는 5 내지 50mils이며 두께는 제조비용 및 디바이스 중량과 같은 다른 결정요소에 따라 위에서 열거된 기준에 달려있다.
이중층 기판의 경우에, 제 1 층(1a)은 일반적으로 기계적 지지부 및 전기 절연부 역할을 한다. 이를 위해서 물라이트 계열의 재료가 선호된다. 상부층 또는 기판 표면층(1b)은 확산 장벽 및 광 반사기 역할을 한다. 적당한 재료로는 질화 티타늄, 옥시질화 실리콘, 질화 알루미늄 및 질화 실리콘을 포함한다.
고도핑된 반도체 재료로 된 제 1 저항 접촉부층(2)이 지지기판(1)의 상부 표면상에 형성된다. 고 도핑된 반도체 재료는 3×1018㎝-3이상의 도핑제 농도를 가지는 재료이다. 이해의 편이를 위해서 제 1 저항 접촉부층(2)은 고 도핑된 p타입 층으로 설명되며, 이의 농도는 "p+"로 표기되지만 고 도핑된 n+타입 재료로 사용될 수 있기도 하다(이러한 상호교환성은 이후의 모든 반도체층에 적용된다). 제 1 저항 접촉부층(2)은 태양전지의 활성영역에서 나온 전류를 운반하는 접촉부 역할을 한다. 제 1 저항 접촉부층(2)은 금속일 수 있지만 태양전지 제조에 사용되는 고온을 견디도록 높은 전자 전도성 재료가 선호된다. 선호되는 재료는 실리콘이지만 카바이드(붕소 카바이드, 실리콘 카바이드), 실리사이드, 전도성 질화물, 및 흑연과 같은 다른 재료도 재료의 저항이 도 1 의 평면으로 제 1 저항 접촉부층(2)을 따라 측부방향으로 적절한 전자 전도를 허용할 경우에 사용될 수 있다. 제 1 저항 접촉부층(2)두께에 대한 한계는 없지만 5 내지 50 마이크론 정도가 선호된다.
부호(3)는 특수층이기보다는 영역이다. 즉 한 구체예에서 영역(3)은 패시베이션층(passivation layer)으로 작용하는 기능성 물질(예, 이산화실리콘)을 포함하며 다른 구체예에서는 의도된 기능성에 따라 부분적으로 존재하거나 존재하지 않는다. 제 1 구체예에서 제 1 저항 접촉부층(2)의 상부표면상에 장벽층(3)이 형성되어서 그 위에 형성될 태양전지의 활성층에 대한 패시베이션층(반도체 칩 표면 보호막) 역할을 한다. 또다른 구체예에서 영역(3)은 제 1 저항 접촉부층(2)의 재료가 태양전지의 상부활성층 재료와 혼합되는 것을 방지하는 기계적 장벽 역할을 한다. 영역(3)은 또한 태양전지의 활성층을 통과하는 입사 광선에 대해 반사층으로 기능을 할 수 있다. 또한 사용된 재료, 다른층의 두께에 따라서 영역(3)은 모든 기능을 수행할 수 있다.
상기 영역(3)의 재료는 제한적이지 않지만 패시베이션(보호막 특성), 반사성 및 기타 기준을 충족시켜야 한다. 적당한 재료의 예는 실리콘 옥사이드, 이산화 실리콘, 시알론, 질화 실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥시카바이드를 포함한다. 이들 재료는 공지 증착 기술이나 하부층(제 1 저항 접촉부층)(2)의 화학적 처리(실리콘으로 하부층이 형성된 경우)에 의해 증착될 수 있다. 영역(3) 재료의 주요 제약은 인접한 반도체층 재료에 쉽게 용해되서는 안된다는 것이다. 반도체층은 태양전지 제조동안 용융될 수 있으므로 상기 영역(3)의 재료는 인접한 반도체층을 구성하는 용융 재료에 쉽게 용해되서는 안된다.
상기 영역(3)의 두께는 의도한 기능에 따라 가변적이다. 영역(3)은 태양전지 활성층으로부터 영역(3)아래 배치된 제 1 저항 접촉부층(2)으로 전자 전도를 허용해야 한다. 이러한 전도를 허용하기 위해서 영역(3)을 통한 바이어스(vias)를 사용하는 것이 좋지만, 매우 얇은 층으로 적용되어 바이어스없이 필요한 전도도를 달성할 수도 있다. 그러나 동시에 영역(3)의 두께는 기계적지지 및 패시베이션을 적어도 충족시키도록 충분해야 한다. 영역(3)의 두께는 200Å(Angstrom) 내지 2㎛(Micron), 특히 1 내지 2㎛이다.
제 1 저항 접촉부층(2)재료가 고 도핑된 p+형 반도체 재료일 경우에 층(4)재료는 도핑된 p타입 반도체 재료(1014내지 1017㎝-3의 도핑제 농도를 갖는)이어야 한다. 층(4)두께에 대한 한계는 없지만 5 내지 150㎛가 선호된다. 얇은 층(비용 절감을 위해서)과 두꺼운 층(흡광도를 최대화하기 위해서)간의 균형은 공지이며 상술되지는 않을 것이다. 추가로 층(2,4)두께는 사용되는 재료와 추구한 궁극적 구성에 따라 선택된다. 예컨대
(1) 층(2,4)이 플라즈마 스프레이(spray)될 경우 영역(3)은 두 재료의 혼합을 방지하는 이산층으로서 필요하며;
(2) 용융 및 재성장 공정이 제 1 저항 접촉부층(2)형성에 사용되어 필요한 종횡비의 그레인을 달성하고 이후에 CVD를 써서 층(4)이 증착되면
(a) 층(4)이 비교적 얇을 경우(30㎛정도) 필요한 종횡비 달성에 후속 용융 및 재성장이 요구되면 영역(3)에서 이산층이 필요하고; 층(4)이 제 1 저항 접촉부층(2)으로부터 서드(seed)되어서 에피택셜 성장할 경우 영역(3)이 불필요하고,
(b) 층(4)이 비교적 두꺼울 경우(150㎛정도)광을 포획할 필요없이 재료가 수집을 하기에 충분히 두꺼우므로 영역(3)에서 이산층이 불필요하고;
(3) 제 1 저항 접촉부층(2)이 연속층으로서 형성될 경우에 아래에 놓인 기판(1)의 조성에 따라 영역(3)에서 이산 재료가 필요할 수도 필요하지 않을 수도 있다.
얇은 영역(4a)은 층(4)의 상부표면으로 확산에 의해 생성된다. 층(4)의 하부 영역이 도핑된 p타입 반도체 재료이면 상부 영역(4a)은 p-n 접합부(7)를 제공하기 위해서 도핑된 n타입 반도체 재료가 된다. 상부 영역(4a)의 두께는 0.03 내지 2.0㎛이어야 한다.
상부영역(4a)의 상측 표면상에 제 2 저항 접촉부층(8)이 형성되어서 태양전지가 부하에 연결될 때 영역(4a)에서 나오는 전류를 전달하는 역할을 한다. 제 2 저항 접촉부층(8)은 각각의 전극이 태양전지를 가로질러 측면방향 연장되며, 도 1의 평면속으로 들어가는 방향으로(도 2f 참조) 나란하게 배치되는 빗-모양의 전극 형태이다. 전극은 도 1 평면속으로 들어가는 방향으로 연장되는 스파인(8a)과 스파인(8a)에 수직으로 연장되는 복수의 핑거(8b)를 포함한다.
도2a-2f는 단일체 집적 태양전지 모듈(31)형태로 도1에 도시된 복수의 태양전지를 형성하는 단계를 보여주는 사시도이다.
적당한 재료가 지지기판(1)으로 작용하도록 제공된다. 단층 기판이 도면에 도시될지라도 2층 기판이 사용될 수 있다. 고 도핑된 p타입 실리콘층(21)이 기판(1)의 상부표면(20)상에 증착된다(도2b). 층(21)은 마스크를 통해 플라즈마 분무되어서 기판(1)의 제 1 측면(23) 가까이에서 층(21)로부터 측부방향으로 외향 연장되는 다수의 탭(tap)(22)을 갖는 패턴화 된 층을 형성한다. 전자 비임 증착 및 스퍼터링과 같은 PVD박막 기술과 CVD기술이 제 1 저항 접촉부층(2)형성에 사용될 수 있다.
필요할 경우에 장벽 영역(도1의 부호(3))형성을 위한 재료가 층(주요부)(21)상에 연속층(24)(도1의 부호(3)으로서 증착되고 탭 부위(22)는 노출된 채로 유지된다(도2c). 이후에 p타입 실리콘층(25)(도1의 부호(4a) 및 (4b))이 층(24)위에 증착되고 탭부위(22)는 노출된 채 유지되고 층의 상부표면은 열/화학처리를 받아서 상부 n타입 영역을 형성한다(도2d).
기판(1)의 제 1 측면(23)으로부터 대향하는 제 2 측면까지 가로질러 측부방향으로 복수의 분리영역(26)이 형성되어서 물리적으로 분리된 복수의 태양전지(30)가 형성된다(도2e). 이후에 빗모양의 전극(8)이 각 태양전지의 측부 연장부를 따라 증착되고(예, 스크린 인쇄)상호연결 연장부(27)가 인접한 말단 탭(22)상에 형성되어서 각 태양전지의 직렬 상호연결을 제공한다(도2f). 결과는 직렬로 연결된 복수의 단일체 집적 태양전지(30)를 갖는 단일체 집적 태양전지 모듈(31)이다.
본 발명의 한 구체예에 따라서 층(25)(도1의 (4a) 및 (4b))이 층(24)(도1의(3))상에 형성된 이후에 그리고 상부 n타입 영역이 층(25)으로 확산되기 이전에 모듈 서브-어셈블리는 성장 공정 처리를 받는다. 특히 본 발명자는 공지 특허의 성장 공정을 사용하여 초기 실리콘층이 플라즈마 분무와 같은 박막 기술에 의해 증착되면 결과의 실리콘 그레인의 종횡비(또는 애스펙트비)를 증가시킴을 발견하였다. 그러나 성장기술을 사용하기 위해서 층(25)의 상부표면상에 옥시질화 실리콘, 질화 실리콘으로 된 캡층이 먼저 형성되어야 한다. 이러한 캡층은 성장공정동안 층(21,24,25)의 형태를 유지시킨다. 그렇지 않으면 성장 공정동안 층두께가 비교적 얇기 때문에 이들 층은 파괴될 것이다. n타입 영역이 층(25)의 상부표면에 확산되기 전에 캡(cap)층은 제거할 필요가 있다.
층(25)이 플라즈마 분무되고 이후에 성장처리를 받으면 활성 p층(25)에서 그레인(grain)의 종횡비는 5:1을 초과한다(즉, 직경:두께의 비). 이렇게 높은 종횡비는 그레인 경계-유발(boundary-induced) 소수 캐리어 재조합을 방지하는데 필요한 매우 넓은 그레인을 갖는 매우 얇은 활성 p층을 형성시킨다. 이러한 얇은 층은 전자적으로 효과적인 태양전지 형성에 필요한 다결정 실리콘 원료의 양을 크게 감소시킨다.
성장 공정의 세부사항은 도시계류중인 출원 번호 09/033, 155에 발표된다.
도3은 본 발명의 또다른 구체예에 따라서 단일체 집적된 태양전지의 단면도이다. 태양전지는 지지기판(51)상에 형성된다. 도1의 태양전지처럼 기판(51)은 1층 또는 2층 구조이다. 기판(51)과 영역(51a,51b)의 세부사항은 도1의 기판(1)에 대해 설명된 것과 동일하다.
고 도핑된 반도체 재료(예, p+형 재료)로 된 제 1 접촉부(52)가 기판(51)의 상부표면상에 형성된다. 반대 전하를 가지며 고 도핑된 반도체 재료(예, n+형 재료)로 된 제 2 접촉부(58)역시 p+접촉층(52)와 병렬로 기판(51)상부 표면상에 형성된다. 접촉부(52)가 n+형 재료이고 접촉부(58)가 p+형 재료일 수 있다. 접촉부(52,58)의 세부사항은 도 1 의 접촉부(2)에 대한 것과 동일하다. 추가로 접촉부(52,58)는 임의의 형태를 취할 수 있지만 서로 맞물린 전극으로 형성되는 것이 선호된다.
구성, 재료 및 다른층에 사용된 가공기술에 따라서 접촉부(52,58)를 덮는 영역(53)이 기판(51)의 상부 표면상에 형성된다. 장벽영역(53)은 도 1 의 장벽영역(3)과 동일한 기능을 하므로 장벽영역(53)의 세부사항은 도 1 의 장벽영역(3)에 대해 기술된 것과 동일하다.
p-n접합을 형성하는 태양전지의 활성영역은 장벽층(53)상에 반도체 재료층(54)을 증착시켜 형성된다. 층(54)의 재료는 디바이스가 p타입인가 또는 n타입인가에 따라 도핑된 p타입 또는 n타입 반도체 재료(도핑제 농도는 1014내지 1017㎝-3)일 수 있다. 일관성을 위해서 층(54)은 p타입 재료로 기술하며 디바이스는 n타입 디바이스로 기술할 것이다.
층(54)은 p타입 재료로서 증착되고 후속 열처리동안 n+접촉부(58)에 인접하여 얇은 n타입 영역(54a)이 형성된다. 영역(54a)과 층(54)의 나머지 p타입 영역은 디바이스의 p-n접합을 형성한다. n타입 디바이스에서 층(54)은 n타입 재료로서 증착되고 후속 열처리동안 p+접촉부(52)에 인접하여 얇은 p타입 영역이 형성된다. 영역(54a)형성에 사용된 기술을 제외하고 층(54)의 세부사항은 도1의 층(4)에 대한 것과 동일하다.
층(54)의 상부표면에 확산함으로써 얇은 영역(60)이 형성되어서 디바이스의 활성층에 대한 패시베이션층 역할을 한다. 상부영역(60)의 두께는 0.1 내지 1.0이다.
도 3 에 도시된 태양전지는 접촉부층 위치에 있어서 도 1 의 태양전지와 구별된다. 즉 도 1의 전지에서 두 접촉부 중 하나는 디바이스의 활성층 아래에 형성되지만, 도 3 의 전지에서는 접촉부 둘 다가 디바이스 활성층 아래에 형성된다. 이것은 그리드 밀폐(grid obscuration)를 0으로 감소시키고 환경에 대한 접촉부 노출을 최소화시킨다.
도4a-4e는 단일체 집적 태양전지 모듈(81)형태로 도 3 에 도시된 복수의 태양전지를 형성하는 단계를 보여주는 사시도이다.
적당한 재료로 된 기판이 제공되어서 지지기판(51)역할을 한다. 단일층 기판이 도시되지만 2층 기판이 사용될 수도 있다. 복수의 상호 맞물린 전극세트(71a,71b)가 기판(51)의 상부표면(70)상에 형성된다. 전극은 제 1 측면(72)으로부터 이의 대향하는 측면까지 측부방향으로 연장된 스파인(85)과 스파인(85)에 대해 수직으로 연장된 복수의 핑거(86)를 갖는 빗 모양의 형태를 가진다. 각 전극의 단부탭(72)은 제 1 측면(73)의 가장자리까지 연장된다.
예컨대 전극(71a)은 고 도핑된 p+형 실리콘으로 형성되고 전극(71b)은 고 도핑된 n+형 실리콘으로 형성된다. 전극(71a)의 핑거(86)는 전극(71b)의 핑거(86)와 병렬로 상호 맞물린다. 제 1 전극세트에 있는 전극(71b)의 단부탭(72)은 제2 전극세트에 있는 전극(71a)의 단부탭에 접촉하여서 인접한 태양전지의 직렬 상호연결을제공한다. 전극은 도2b와 동일한 방식으로 형성된다.
장벽층(53) 형성을 위한 재료가 전극(71a,71b)의 주요부상에 연속층(74)으로서 증착되고 단부 탭 부위(22)는 노출된 채로 유지된다(도4c). 이후에 p타입 실리콘층(75)이 층(74)위에 증착되고 탭부위(72)는 노출된 채 유지되고 서브-어셈블 리가 열처리를 n+전극/접촉부(71b)에 인접한 층(75)에 얇은 n타입 재료영역(도3에서 영역(54a))을 형성한다. 영역(54a)은 도2a-2f의 실리콘 그레인 성장단계동안 형성된다.
이후에 층(75)의 상부표면은 열/화학 처리를 받아서 도2a-2f단계동안 상부 n타입 영역이 형성된 것과 동일한 방식으로 상부 n타입 패시베이션 영역을 형성한다.
기판(51)의 제 1 측면(73)으로부터 대향하는 제 2 측면까지 가로질러 측부방향으로 복수의 분리영역(76)이 형성되어서 물리적으로 분리된 복수의 태양전지(80)가 형성된다(도4e). 인접한 태양전지의 직렬 상호연결을 유지시키기 위해서 분리영역(76)은 단부탭(72) 앞에서 중단된다. 결과는 직렬로 연결된 복수의 단일체 집적 태양전지(80)를 갖는 단일체 집적 태양전지 모듈(81)이다.
도2a-2f와 도4a-4e를 비교해 보면 후자 방법이 전자 방법의 전극 금속화 및 상호연결 단계 필요성을 제거함을 알 수 있다. 또한 도 4a-4e의 방법으로 형성된 태양전지는 그리드 밀폐가 0이며 두 접촉부를 환경에 직접 노출로부터 차폐시킨다.
본 발명의 태양전지가 AstroPower 및 National Renewable Energy Laboratory에서 태양 시뮬레이터 하에서 테스트된다. 결과는 유사하지 않은 기판상에 증착된-수준의 두께로 된 실리콘층에서 달성된 최고의 전류일 수 있는 높은 단락회로 전류 25.8mA/㎠를 보여준다. 이러한 전류 밀도는 6% 금속 피복을 포함한 디바이스 총면적에 대한 것이다. 양자 효율 측정으로 디바이스가 적외선 스펙트럼에 강한 반응을 함을 알 수 있다. 이러한 반응은 디바이스가 양호한 소수 캐리어 성질, 표면 패시베이션 및 광포획성을 가짐을 보여준다.
외부양자효율 데이터가 도 5 에 도시된다. 이들 실험 데이터와 함께 PC-1D[3]모델을 써서 곡선이 생성된다. 곡선1은 탁월한 소수 캐리어 벌크성질(수명 = 3.5㎲, 확산길이 = 100㎛)을 가지지만 뒷면에서 높은 수준의 재조합(Sb=06㎝/s)을 하며 내부 반사가 없는 얇은 실리콘층의 반응을 보여준다. 곡선2는 탁월한 배면 패시베이션(Sb=0㎝/s)을 갖는 디바이스에 대한 것이다. 곡선3은 디바이스에 광포획성을 추가한다. 전면 및 배면 둘 다가 90% 확산 반사로 모델링된다. 이러한 디바이스 특성을 사용하여 모델은 디바이스 두께의 3배 이상으로 효과적인 확산 길이를 예측한다. 곡선 3과 실험데이터의 비교로 디바이스가 높은 수명, 높은 수준의 표면 패시베이션, 및 양호한 광포획성을 가짐을 알 수 있다. 이들 특성은 장파장 반응 및 고전류의 원인이 된다.

Claims (45)

  1. 5:1 이상의 종횡비(d/t)를 갖는(d: 그레인 직경, t: 그레인 두께) 실리콘 그레인을 포함하며 두께가 5 내지 150미크론(㎛)인 다결정성 실리콘 박막(4).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 종횡비가 10:1 이상임을 특징으로 하는 다결정성 실리콘 박막(4).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 그레인이 원주형이며 상기 필름의 평면에 대해 수직으로 연장됨을 특징으로 하는 다결정성 실리콘 박막(4).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 그레인이 90㎛ 내지 3㎜의 직경을 가지며 30 내지 50의 두께를 가짐을 특징으로 하는 다결정성 실리콘 박막(4).
  5. 박막 증착기술을 사용하여 기판(1)상에 다결정성 실리콘층(4)을 형성하고,
    상기 다결정성 실리콘층(4)을 열처리하여 용융시키고 실리콘 그레인을 재성장시키는 단계를 포함하는, 5:1 이상의 종횡비(d/t)를 갖는 실리콘 그레인을 포함하며 두께가 5 내지 150㎛인 다결정성 실리콘 박막 제조방법.
  6. 기판(1),
    상기 기판상에 형성되며 종횡비(d/t)가 5:1이상인 (d:그레인 직경, t:그레인 두께)실리콘 그레인을 포함하는 5 내지 150㎛두께의 다결정성 실리콘층(4), 그리고
    상기 다결정성 실리콘층과 전기 연결되게 형성된 전극(2,8)을 포함하는 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 종횡비가 10:1이상임을 특징으로 하는 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 기판(1)이 베이스 기판(1a)과 그 위에 형성된 기판 표면층(1b)을 포함하며, 상기 기판 표면층이 전기 절연성임을 특징으로 하는 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스.
  9. 박막 증착기술을 사용하여 기판(1)상에 다결정성 실리콘층(4)을 형성하고,
    상기 다결정성 실리콘층을 열처리하여 용융시키고 실리콘 그레인을 재성장시키고,
    그리고 상기 기판상에 형성되며 종횡비(d/t)가 5:1이상인 (d:그레인 직경, t:그레인 두께)실리콘 그레인을 포함하는 5 내지 150㎛두께의 다결정성 실리콘층과 전기 연결되는 전극(2,8)을 형성시키는 단계를 포함하는 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스 제조방법.
  10. 전기 절연성 기판(1),
    상기 절연성 기판상의 제 1 저항 접촉부(2),
    상기 절연성 기판상의 상기 제 1 저항 접촉부(2)와 떨어져 형성되는 제 2 저항 접촉부(8), 그리고
    상기 제 1 및 제 2 저항 접촉부(2,8)와 전자적 연결을 이루며, p-n 접합(7)을 포함하고, 종횡비(d/t)가 5:1 이상인(d: 그레인 직경, t: 그레인 두께) 실리콘 그레인을 포함하는 5 내지 150㎛두께의 다결정성 실리콘층(4)을 포함하는 집적 태양 전지.
  11. 전기 절연성 기판(1)상에 제 1 저항 접촉부(2)를 형성하고,
    상기 제 1 저항 접촉부(2)와 이격되게 상기 기판상에 제 2 저항 접촉부(8)를 형성시키며,
    박막 증착기술을 사용하여 제 1 및 제 2 저항 접촉부와 전자 연결되게 다결정성 실리콘층(4)을 형성하고,
    상기 다결정성 실리콘층(4)을 열처리하여 용융시키고 실리콘 결정을 재성장시키는 단계를 포함하는 제 10 항의 집적 태양전지.
  12. (a) 전기 절연성 기판(1),
    (b) 상기 기판상에 형성되며, 제 1 전도타입을 가지며, 실리사이드 및 카바이드로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 높은 전자전도성 재료를 포함하는 제 1 저항 접촉부층(2),
    (c) 상기 제 1 저항 접촉부층(2)상에 형성되며 제 1 저항 접촉부층과 동일한 제1 전도타입 재료를 포함한 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b),
    (d) 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)상에 형성되며 제1 도핑된 반도체 재료층과 반대의 전도타입 재료를 포함하는 제2 도핑된 반도체 재료층(4a), 상기 제 1 및 제 2 도핑된 반도체 재료는 p-n접합(7)을 형성하고,
    (e) 상기 제 1 저항 접촉부층(2)과 물리적으로 분리되게 제 2 도핑된 반도체 재료층(4a)상에 형성된 제 2 저항 접촉부층(8)을 포함하는 집적 태양전지.
  13. 제 12 항에 있어서, 제 1 저항 접촉부층 재료(2)가 실리사이드 또는 카바이드, 특히 Si, SiC, B4C 또는 흑연으로 구성된 그룹에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 저항 접촉부층(2)의 조성이 상기 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)의 조성과 동일하고 상기 태양전지가 제 1 저항 접촉부층(2)과 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b) 사이에 장벽층(3)을 더욱 포함함을 더욱 특징으로 하는 집적 태양전지.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 장벽층(3)이 ⅰ) 태양전지 제조동안 제 1 저항 접촉부층(2)을 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)으로부터 물리적으로 분리시키며,
    ⅱ) 태양전지 작동동안 장벽층을 통하여 전자전도성을 제공하기에 충분한 두께를 가짐을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 장벽층(3)이 실리콘 산화물, 이산화실리콘, 시알론, 질화실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 옥시카바이드에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  17. (a) 전기 절연성 기판(1)상에 제1 전도타입 높은 전자전도성 재료를 포함하는 제 1 저항 접촉부층(2)을 형성하고,
    (b) 상기 제 1 저항 접촉부층(2)상에 제 1 저항 접촉부층과 동일한 제1 전도타입 재료를 포함한 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)을 형성시키며,
    (c) 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)상에 제1 도핑된 반도체 재료층과 반대의 전도타입 재료를 포함하는 제2 도핑된 반도체 재료층(4a)을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 도핑된 반도체 재료간에 p-n접합을 형성하며,
    (d) 상기 제 1 저항 접촉부층(2)과 물리적으로 분리되게 제 2 도핑된 반도체 재료층(4a)상에 제 2 저항 접촉부층(8)을 형성하는 단계를 포함하는 제 12항의 집적 태양전지(30) 제조방법.
  18. (a) 전기 절연성 기판(1),
    (b) (ⅰ) 상기 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부층(2),
    (ⅱ) 제 1 저항 접촉부층(2)상에 형성되며 제 1 전도타입인 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b),
    (ⅲ) 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)상에 형성되며 제 1 도핑된 반도체 재료층과 반대되는 전도타입이어서 제 1 및 제 2 도핑된 반도체 재료층간에 p-n접합을 형성시키는 제 2 도핑된 반도체 재료층(4a),
    (ⅳ) 제 1 저항 접촉부층(2)과 물리적으로 분리되도록 제 2 도핑된 반도체 재료층(4a) 상에 형성된 제 2 저항 접촉부층(8)을 포함하며, 상기 제 1 저항 접촉부층(2)의 조성이 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)의 조성과 동일하고, 태양전지가 사이에 형성된 장벽층(3)을 더욱 포함하는 서로 물리적으로 분리되게 기판상에 배치된 두개 이상의 집적 태양전지(30),
    (c) 두 태양전지를 서로 물리적으로 분리되게 하면서 한 태양전지의 제 2 저항 접촉부층(8)과 다른 태양전지의 제 1 저항 접촉부층(2)간의 전기 연결을 제공하는 전자 전도성 상호연결부(27)를 포함하는 태양전지 모듈(31).
  19. 삭제
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 장벽층(3)이 태양전지 모듈 제조동안 제 1 저항 접촉부층(2)을 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)으로부터 물리적으로 분리시키며, 태양전지 모듈 작동동안 전자전도성을 제공하기에 충분한 두께를 가짐을 특징으로 하는 태양전지 모듈(31).
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 장벽층(3)이 실리콘 산화물, 이산화실리콘, 시알론, 질화실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 옥시카바이드에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 모듈(31).
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 저항 접촉부층(2)이 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)과 동일한 제 1 전도타입 높은 전자 전도성 재료를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 모듈(31).
  23. 제 22 항에 있어서, 제 1 저항 접촉부층(2)이 실리사이드 또는 카바이드에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 모듈(31).
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 저항 접촉부층(2)이 Si, SiC, B4C 또는 흑연에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 모듈(31).
  25. (a) 전기 절연성 기판(1)상에 형성된 제 1 저항 접촉부층(2)을 형성하고,
    (b) 제 1 저항 접촉부층(2)상에 형성되며 제 1 전도타입인 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)을 형성시키며,
    (c) 제 1 도핑된 반도체 재료층(4b)상에 제 1 도핑된 반도체 재료층과 반대되는 전도타입이어서 제 1 및 제 2 도핑된 반도체 재료층간에 p-n접합을 형성시키는 제 2 도핑된 반도체 재료층(4a)을 형성하고,
    (d) 제 1 저항 접촉부층(2)과 물리적으로 분리되도록 제 2 도핑된 반도체 재료층(4a) 상에 제 2 저항 접촉부층(8)을 서로 물리적으로 분리되게 형성시키며,
    (e) 제 1 저항 접촉부층, 제 1 및 제 2 도핑된 반도체 재료층, 및 제 2 저항 접촉부층에 걸쳐 분리 영역(26)을 형성시켜 서로 물리적으로 분리된 집적 태양전지(30)를 형성하고,
    (f) 두 태양전지(30)를 서로 물리적으로 분리시키면서 한 태양전지의 제 2 저항 접촉부층(8)과 다른 태양전지의 제 1 저항 접촉부층(2)간의 전기 연결을 제공하는 전자 전도성 상호연결부(27)를 제공하는 단계를 포함하는 제 18 항의 태양전지 모듈 제조방법.
  26. (a) 전기 절연성 기판(51),
    (b) 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부(52),
    (c) 상기 제 1 저항 접촉부와 병렬로 이격되게 상기 기판상에 형성된 제 2 저항 접촉부(58),
    (d) 상기 제 1 및 제 2 저항 접촉부상에 배치되며 (ⅰ) 상기 제 1 저항 접촉부(52)와 인접한 하측 n타입영역(54a) 및 상측 p타입영역(54b) 또는
    (ⅱ) 상기 제 2 저항 접촉부(58)와 인접한 하측 p영역 및 상측 n영역을 포함하여서 상기 상측영역과 하측영역 사이에 p-n 접합(57)을 형성시키는 도핑된 반도체 재료층을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 저항 접촉부(52)(58)와 도핑된 반도체 재료층(54)사이에 장벽층(53)을 더욱더 포함하는 집적 태양전지(30).
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 저항 접촉부(52)가 n타입 전도도의 높은 전자 전도성 재료를 포함하고, 상기 제 2 저항 접촉부(58)가 p타입 전도도의 높은 전자 전도성 재료를 포함함을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 저항 접촉부(52)가 실리사이드 또는 카바이드에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 저항 접촉부(52)가 Si, SiC, B4C 또는 흑연에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  30. 삭제
  31. 제 26 항에 있어서, 상기 장벽층(53)이, ⅰ) 태양전지 제조동안 제 1 및 제 2 저항 접촉부를 도핑된 반도체 재료층(54)으로부터 물리적으로 분리시키고,
    ⅱ) 태양전지 작동동안 전자 전도성을 제공하기에 충분한 두께를 가짐을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  32. 제 26 항에 있어서, 상기 장벽층(53)이 실리콘 산화물, 이산화실리콘, 시알론, 질화실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 옥시카바이드에서 선택된 재료를 포함함을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  33. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 저항 접촉부(52)(58)가 스파인(85)과 스파인에 수직연장되는 복수의 핑거(86)를 포함하고, 상기 제 1 저항 접촉부(52)의 핑거가 제 2 저항 접촉부(58)의 핑거와 상호 맞물림을 특징으로 하는 집적 태양전지.
  34. 제 26 항에 있어서, 도핑된 반도체 재료층(54)에서, 상기 상측영역(54b)과 반대의 전도도를 가지는 표면영역(60)을 더욱 포함하는 집적 태양전지.
  35. (a) 전기 절연성 기판상에 제 1 저항 접촉부(52)를 형성하고,
    (b) 제 1 저항 접촉부와 병렬로 이격되게 기판상에 제 2 저항 접촉부(58)를 형성시키며,
    (c) 제 1 저항 접촉부(52)에 인접한 하측 n타입(54a) 및 상측 p타입(54b) 또는 제 2 저항 접촉부(58)에 인접한 하측 p타입영역 및 상측 n타입영역을 포함하는 도핑된 반도체 재료층(54)을 제1 및 제 2 저항 접촉부상에 형성시키고, 상기 상측영역(54b)과 하측영역(54a) 사이에 p-n접합이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 제 26항의 집적 태양전지 제조방법.
  36. (a) 전기 절연성 기판(51)
    (b) ⅰ) 상기 기판상에 형성된 제 1 저항 접촉부(52),
    ⅱ) 상기 제 1 저항 접촉부와 병렬로 이격되게 상기 기판상에 형성된 제 2 저항 접촉부(58), 그리고
    ⅲ) 상기 제 1 및 제 2 저항 접촉부상에 배치되며 ① 상기 제 1 저항 접촉부와 인접한 하측 n타입영역(54a) 및 상측 p타입영역(54b) 또는 ② 상기 제 2 저항 접촉부와 인접한 하측 p타입영역(54a) 및 상측 n타입영역(54b)을 포함하며,
    상기 상측영역(54b)과 하측영역(54a) 사이에 p-n 접합이 형성되도록 하는 도핑된 반도체 재료층(54)으 포함하는 각각의 태양전지가 상기 기판(51)상에 배치되는 두개이상의 태양전지(80)를 포함하며,
    상기 태양전지(80)가 한 태양전지의 제 1 저항 접촉부(52) 및 다른 태양전지의 제 2 저항 접촉부(58)의 말단 단부탭(72)에서만 물리적 및 전기적으로 연결되고,
    상기 도핑된 반도체 재료층(54)에 일정 경계가 정하여지며 상기 말단 단부탭(72)이 이같은 경계 바깥에 위치하여지게 되는 태양전지 모듈.
  37. (a) 전기 절연성 기판(51)상에 두개 이상의 제 1 저항 접촉부(52)를 형성하고,
    (b) 상기 제 1 저항 접촉부 각각과 병렬로 이격되게 상기 기판상에 제 2 저항 접촉부(58)를 형성시키며,
    (c) 상기 제 1 및 제 2 저항 접촉부상에 (ⅰ) 상기 제 1 저항 접촉부 각각과 인접한 하측 n타입영역(54a) 및 상측 p타입영역(54b) 또는 (ⅱ) 상기 제 2 저항 접촉부 각각과 인접한 하측 p타입영역(54a) 및 상측 n타입영역(54b)을 포함하며, 상기 상측영역(54b)과 하측영역(54a) 사이에 p-n 접합이 형성되도록 하는 도핑된 반도체 재료층(54)을 형성시키고, 그리고
    (d) 한 태양전지의 제 1 저항 접촉부 및 다른 태양전지의 제 2 저항 접촉부의 말단 단부탭(72) 측부에서만 물리적 및 전기적으로 연결된 두개 이상의 태양전지(80)를 형성하도록, 도핑된 반도체 재료층(54) 분리영역(76)을 형성하는 단계를 포함하는 제 36항의 집적 태양전지 모듈 제조방법.
  38. (a) 전기 절연성 기판(51),
    (b) (ⅰ) 상기 기판상에 형성된 빗-모양의 n+타입 접촉부(58),
    (ⅱ) 상기 n+타입 접촉부와 맞물리도록 상기 기판상에 형성된 빗모양의 p+타입 접촉부(52),
    (ⅲ) 상기 n+타입 및 p+타입 접촉부상에 형성된 장벽층(53),
    (ⅳ) 상기 장벽층 상에 배치되며 ① 상기 n+ 타입 접촉부에 인접한 하측 n 타입영역(54a) 및 상측 p타입영역(54b) 또는 ② 상기 P+ 타입접촉부에 인접한 하측 p타입영역(54a) 및 상측 n타입영역(54b)을 포함하며, 상기 상측영역(54b)과 하측영역(54a)사이에 p-n 접합이 형성되도록 하는 도핑된 반도체 재료층(54)을 포함하는 각각의 태양전지가 상기 기판(51) 상에 배치되는 두개 이상의 태양전지(80)를 포함하는 각각의 태양전지(80)가 한 태양전지의 p타입 접촉부 및 다른 태양전지의 n타입 접촉부의 말단 단부탭(72)에서만 물리적 및 전기적으로 연결되고, 상기 도핑된 반도체 재료층(54)에 일정 경계가 정해지며 상기 말단 단부탭(72)이 이같은 경계 바깥에 위치하여지게 되는 태양전지 모듈.
  39. (a) 전기 절연성 기판(51)상에 두개 이상의 빗-모양의 n+타입 접촉부(58)를 형성하고,
    (b) 상기 n+타입 접촉부 각각과 맞물리도록 상기 기판상에 빗모양의 p+타입 접촉부(52)를 형성시키며,
    (c) n+타입 및 p+타입 접촉부상에 장벽층(53)을 형성하고,
    (d) 상기 장벽층 상에 ① 상기 n+타입 접촉부 각각에 인접한 하측 n타입영역(54a) 및 상측 p타입영역(54b) 또는 ② 상기 p+타입 접촉부 각각에 인접한 하측 p타입영역(54a) 및 상측 n타입영역(54b)을 포함하며, 상기 상측영역(54b)과 하측영역(54a) 사이에 p-n 접합이 형성되도록 하는 도핑된 반도체 재료층(54)을 형성시키고, 그리고
    (e) 한 태양전지의 p+타입 접촉부 및 다른 태양전지의 n+타입 접촉부의 말단 단부탭(72) 측부에서만 물리적 및 전기적으로 연결된 두개 이상의 태양전지(80)를 형성하도록, 도핑된 반도체 재료층(54)과 장벽층(53) 분리영역(76)을 형성하는 단계를 포함하는 제 38 항의 태양전지 모듈 제조방법.
  40. 삭제
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