KR100798836B1 - 적층형 태양 전지 - Google Patents

Abstract

4개의 태양 전지 모듈을 내장하여 일체로 적층한 적층형 태양 전지(200)는, 상이한 감도 파장 대역을 가지는 4종류의 태양 전지 모듈(90, 100, 70, 60)로서, 감도 파장 대역에서의 중심 파장이 짧은 모듈일수록 태양광의 입사측에 위치하도록 적층된 4종류의 태양 전지 모듈(90, 100, 70, 60)을 가지고, 3종류의 태양 전지 모듈(90, 100, 70)의 각각은, 복수행 복수열로 정렬된, 대략 구형인 복수의 솔라셀(30, 40, 10)을 가지는 셀그룹 모듈로 구성되며, 최하층의 태양 전지 모듈(60)은 평면 수광 모듈로 구성된다.

태양 전지, 적층, 수광, 솔라셀, 투명 유리, 스펙트럼, 솔라셀

Description

적층형 태양 전지{MULTILAYER SOLAR CELL}

본 발명은, 태양광의 스펙트럼 중 넓은 범위의 파장 성분을 효과적으로 이용하기 위하여, 감도 파장 대역이 상이한 2종류 이상의 태양 전지 모듈을 적층한 적층형 태양 전지로서, 적어도 1종류의 태양 전지 모듈로서 복수의 구형 솔라셀을 내장한 셀그룹 모듈을 내장한 적층형 태양 전지에 관한 것이다.

태양광의 스펙트럼은, 지상에서는 600nm부근을 피크로 하여 자외선부터 원적외선까지 넓은 파장 영역을 가지고 있다. 이와 같은 태양광을 수광하고, 효율적으로 전기 에너지로 변환하기 위해서는, 단일 에너지 밴드갭에 의존하는 태양 전지에서는, 이용할 수 있는 스펙트럼 범위가 한정되어서, 광전 변환의 효율을 높이는 데에는 한계가 있다. 그러므로, 태양광의 스펙트럼을 복수의 감도 파장 대역으로 분할하고, 각각의 감도 파장 대역별로 효율적으로 광전 변환할 수 있는 여러 종류의 태양 전지 모듈(또는, 요소 태양 전지, 또는 태양 전지층)을 만들어, 그것들을 태양광의 입사측으로부터 감도 파장 대역의 중심 파장이 짧은(밴드갭이 큰) 순서로 적층하고, 광범위한 태양광 스펙트럼을 흡수하여 광전 변환하는 구조를 가지는 태양 전지가 제안되어 있다.

지금까지 제안된 종래의 태양 전지는 다음과 같다.

(a) 광학적 필터 미러를 통해 복수의 파장 대역으로 분할하고, 각각의 감도 파장 대역에 적합한 복수 종류의 독립된 태양 전지 모듈을 각 광로 상에 배치한 태양 전지. 이것은, N.S.Alvi, C.E.Bakus and G.W.Madesen, “Potential For Increasing the Efficiency of Photovoltaic Systems by Using Multiples Cell Concept”, Conf. Proc. 12th IEEE Photovoltaic Specialist Conference 957(1976)에 기재되어 있다.

(b) 공통 기판상에 에너지 밴드갭이 상이한 복수의 반도체층을 축차적으로 결정 성장시켜서 2층의 태양 전지층을 일체로 적층한 태양 전지.

(c) 감도 파장 대역(밴드갭)이 상이한 반도체를 사용하여 복수 종류의 태양 전지 패널을 개별적으로 만들어, 태양광의 광로 상에 이들 태양 전지 패널을 배치한 태양 전지.

상기 (b)와 (c)는, A.W.Bett, F.Dimroth, G.Stollwerck, O.V.Sulima “III－V Compounds For Solar Cell Applications” Appl.Phys.A69, 119-129(1999)에 기재되어 있다.

상기 (a) ~ (c)에서, 적층형 태양 전지를 구성하는 요소 태양 전지는, 모두 평면형의 반도체 웨이퍼 또는 반도체층에 pn접합이 형성되어 있다. 상기 (a)의 태양 전지는, 필터 미러의 광학적 손실에 의한 성능 저하와 비용이 많이 들며, 복수의 요소 태양 전지 사이의 공간이 크고, 그들의 위치 결정과 고정 등이 곤란한 문제점이 있다.

상기 (b)의 태양 전지는, 하나의 기판상에 결정 성장 가능한 반도체의 종류 가 결정 구조나 격자 상수의 차이에 의해 제약을 받고, 밴드갭이 상이한 바람직한 형태의 pn접합 형성이 곤란하다. 게다가, 적층된 태양 전지층 사이에 전류가 흐르도록 터널 접합이 필요하지만, 상기 터널 접합의 부분의 저항이 높다. 또한, 적층된 복수의 태양 전지층의 광 전류의 크기가 고르지 않기 때문에, 태양 전지 전체의 출력 전류가 가장 낮은 쪽의 태양 전지층에 의하여 제한되는 문제점이 있다.

상기 (c)의 태양 전지는, (b)의 태양 전지와 같은 결정 성장상의 제약은 없지만, 태양광 입사측의 요소 태양 전지에는, 상기 요소 태양 전지로 흡수하지 않는 파장 대역의 광을 통하는 창이 필요하다. 요소 태양 전지의 적층 수나 수광 면적을 증가시키면, 빗형의 전극 부분의 면적 증가, 요소 태양 전지끼리의 위치가 어긋나서 유효한 수광 면적이 감소되는 결점이 있다. 또, (b)의 태양 전지의 경우와 마찬가지로, 단일 pn접합으로 이루어지는 요소 태양 전지를 적층하기 위해, 각 요소 태양 전지의 출력 전류의 크기가 고르지 않고 태양 전지 전체의 출력이 출력 전류가 적은 요소 태양 전지에 의해 재한되는 문제점이 남게 된다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해소하여 태양광의 광전 변환 효율을 현저하게 개선할 수 있는 적층형 태양 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 적층형 태양 전지는, 복수 종류의 태양 전지 모듈을 내장하여 일체로 적층한 적층형 태양 전지에 있어서, 상이한 감도 파장 대역을 가지는 복수 종류의 태양 전지 모듈로서, 감도 파장 대역에 있어서의 중심 파장이 짧은 모듈일수록 태양광의 입사측에 위치하도록 적층된 복수 종류의 태양 전지 모듈을 가지고, 적어도 1종류의 태양 전지 모듈은, 복수행 복수열로 정렬된 대략 구형인 복수의 솔라셀을 셀그룹 모듈로 구성된 것을 특징으로 한다. 상이한 감도 파장 대역을 가지는 복수 종류의 태양 전지 모듈을 가지므로, 태양광 스펙트럼 중 넓은 파장 범위의 태양광을 이용하여 발전할 수 있다. 파장이 짧은 광일수록 투과성이 약하기 때문에, 전술한 바와 같이 감도 파장 대역에서의 중심 파장이 짧은 태양 전지 모듈일수록 태양광의 입사측에 위치하도록 적층함으로써, 각 태양 전지 모듈의 광전 변환 효율을 높일 수 있다.

대략 구형인 복수의 솔라셀을 내장한 셀그룹 모듈에서는, 복수의 솔라셀을 직병렬 접속하는 회로에서의 직렬 접속 수와 병렬 접속 수를 변경함으로서, 출력 전류를 용이하게 변경할 수 있다. 그러므로, 적어도 1개의 셀그룹 모듈의 출력 전류를 변경함으로써, 복수 종류의 태양 전지 모듈의 출력 전류를 정렬하기 용이하므로, 태양 전지의 광전 변환 효율을 용이하게 높일 수 있다.

셀그룹 모듈에서의 솔라셀은, 대략 구면형의 pn접합을 가지므로, 복수의 솔라셀의 배치를 조밀하게 함으로써, 셀그룹 모듈에서의 pn접합의 합계 면적을 크게 하여, 광전 변환 효율을 높이는 것이 가능하다. 또, 셀그룹 모듈의 각 솔라셀은, 대략 구면형의 pn접합을 가지므로, 각 솔라셀에 입사하는 입사광이 pn접합에 2회 조우할 기회가 있기 때문에, 광전 변환 효율을 용이하게 높일 수 있다. 또, 각 솔라셀이 광 가두기 작용을 얻을 수 있도록 구성할 수 있으므로, 광전 변환 효율을 용이하게 높일 수 있다. 또, 구면에서 반사한 광은 광로를 바꾸어 다른 솔라셀에 입사할 수 있어서, 전체적으로 광의 흡수성이 향상된다.

각 셀그룹 모듈의 솔라셀은, 다른 태양 전지 모듈의 pn접합을 구성하는 반도체의 격자 정수 등의 영향을 받지 않고 독립적으로 제작할 수 있다.

여기서, 상기의 구성에 더하여, 다음과 같은 구성을 적절하게 채용해도 된다.

1) 적어도 1종류의 태양 전지 모듈은 평면형의 공통의 pn접합을 가지는 평면 수광 모듈로 구성된다.

2) 4종류의 태양 전지 모듈을 가지고, 3종류의 태양 전지 모듈은, 각각 복수행 복수열로 정렬된, 대략 구형인 복수의 솔라셀을 가지는 셀그룹 모듈로 구성되며, 1종류의 태양 전지 모듈은, 평면형의 공통의 pn접합을 가지는 평면 수광 모듈로 구성된다.

3) 상기 셀그룹 모듈에서의 복수행 복수열로 정렬된 솔라셀은, 행 방향 또는 열 방향으로 연장하여 외부에 도출된 리드선을 통하여 전기적으로 접속된다.

4) 상기 각 셀그룹 모듈은, 상기 복수의 리드선을 통하여 복수의 솔라셀을 직병렬로 접속하는 직병렬 접속 회로를 구비하고 있다.

5) 복수 종류의 태양 전지 모듈을 직렬 접속하는 직렬 접속 회로를 가지고, 각 셀그룹 모듈의 출력 전류가 상기 평면 수광 모듈의 출력 전류와 대략 동일하게 되도록, 각 셀그룹 모듈의 직병렬 접속 회로가 구성된다.

6) 상기 각 셀그룹 모듈은, 평면상에 복수행 복수열로 정렬된 복수의 구형 솔라셀의 층을 2개 가지고, 이들 2개 층의 솔라셀은 태양광의 입사 방향으로부터 본 평면에서 중복되지 않고 접근하도록 배치된다.

7) 상기 평면 수광 모듈은, 복수의 셀그룹 모듈의 하방에 위치하도록 최하층에 배치되고, 상기 평면 수광 모듈의 하부 또는 하면 측에 태양광을 반사 가능한 반사 부재가 설치된다.

8) 태양광의 입사 방향에서 가장 입사측에 있는 태양 전지 모듈 이외의 모든 태양 전지 모듈에서, 상기 태양 전지 모듈의 표면에, 그보다 상측의 태양 전지 모듈에서 흡수되기 쉬운 감도 파장 대역의 광을 반사하는 미러막을 형성한다.

9) 상기 셀그룹 모듈에서는, 복수의 솔라셀이 투명한 유리 또는 합성 수지 재료의 내부에 매립 상태로 수용된다.

10) 태양광의 입사 방향에서 가장 입사측에 있는 태양 전지 모듈의 상면에 투명한 유리 또는 합성 수지로 이루어지는 투명 부재가 고착된다.

11) 상기 평면 수광 모듈은, 복수의 셀그룹 모듈로부터 하방의 최하층에 배치되고, 3종류의 셀그룹 모듈은, 태양광의 입사측으로부터 순서대로 적층되는 제1 ~ 제3 셀그룹 모듈을 가지고,

제1 셀그룹 모듈은 대략 구형의 GaP 단결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지고, 제2 셀그룹 모듈은 대략 구형의 GaAs 단결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지고, 제3 셀그룹 모듈은 대략 구형의 Si 단결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가진다.

12) 상기 11)에서의 상기 평면 수광 모듈은, n형 InP 반도체 기판상에 형성한 InGaAs 반도체층 내에 형성한 평면형의 공통의 pn접합을 가진다.

13) 상기 평면 수광 모듈은, 복수의 셀그룹 모듈보다 상측의 최상층에 배치되고, 3종류의 셀그룹 모듈은, 태양광의 입사측으로부터 순서대로 적층되는 제1 ~ 제3의 셀그룹 모듈을 가지고,

제1 셀그룹 모듈은 대략 구형의 GaAs 단결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 태양 전지 광셀을 가지고, 제2 셀그룹 모듈은 대략 구형의 Si 단결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지고, 제3 셀그룹 모듈은 대략 구형의 Ge단결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가진다.

14) 상기 13)에서의 상기 평면 수광 모듈은, n형 GaP 반도체 기판상에 형성한 GaAsP 반도체층 내에 형성한 평면형의 공통의 pn접합을 가진다.

15) 2종류의 평면 수광 모듈을 가지고, 이들 2종류의 평면 수광 모듈 사이에, 하나 또는 복수의 셀그룹 모듈이 내장된다.

16) 복수 종류의 태양 전지 모듈이 원통형으로 형성되고, 상기 태양 전지 모듈이 동심원 형상으로 적층된다.

도 1a ~ 1g는 구형의 Si 솔라셀을 제조하는 복수 공정에서의 Si 단결정 등의 단면도이다.

도 2는 구형의 Ge 솔라셀의 단면도이다.

도 3은 GaP 솔라셀을 제조하는 복수 공정에서의 GaP 단결정 등의 단면도이다.

도 4는 GaAlAs/GaAs 솔라셀을 제조하는 복수 공정에서의 GaAs 단결정 등의 단면도이다.

도 5는 Si 셀그룹 모듈의 평면도이다.

도 6은 도 5의 VI－VI선 단면도이다.

도 7은 도 5의 VII －VII선 단면도이다.

도 8은 InGaAs/InP 평면 수광 모듈의 평면도이다.

도 9는 도 8의 IX－IX선 단면도이다.

도 10은 GaAsP/GaP 평면 수광 모듈의 평면도이다.

도 11은 도 10의 XI－XI선 단면도이다.

도 12는 제1 예에 따른 적층형 태양 전지의 평면도이다.

도 13은 도 12의 적층형 태양 전지의 단면도이다.

도 14는 태양광의 상대 에너지 밀도와 제1 예의 태양 전지에 내장한 솔라셀 등의 상대 분광 감도의 그래프이다.

도 15는 제1 예의 태양 전지에서의 입사, 반사 및 흡수 등을 설명하는 설명도이다.

도 16은 제1 예의 태양 전지에서의 직병렬 접속 회로와 직렬 접속 회로의 개략 회로도이다.

도 17은 제2 예의 태양 전지의 단면도이다.

도 18은 제2 예의 태양 전지의 단면도이다.

도 19도는 태양광의 상대 에너지 밀도와 제2 예의 태양 전지에 내장한 솔라 셀 등의 상대 분광 감도의 그래프이다.

도 20은 다른 실시예에 따른 적층형 태양 전지의 사시도이다.

도 21은 도 20의 태양 전지의 단면도이다.

본 발명의 적층형 태양 전지를 구성하는 요소 셀로서 기능하는 4종류의 대략 구형인 솔라셀, 다음에 구형의 솔라셀을 내장한 셀그룹 모듈, 평면 수광 모듈, 그 후 복수의 셀그룹 모듈과 1개의 평면 수광 모듈을 내장하여 구성한 태양 전지에 대하여 각각 설명한다. 그 후 또한, 복수의 원통형의 셀그룹 모듈을 동심형으로 적층한 원통형의 태양 전지에 대하여 설명한다.

구형의 솔라셀은, 본원의 발명자가 이미 일본 특허 제3262174호에서 제안한 것과 마찬가지의 것이다. 상기 솔라셀(구면 수광형 셀)을 제작하는 경우, 구형의 반도체 결정을 제작하고, 상기 반도체 결정의 표층부에 대략 구면형의 pn접합을 형성하고, 반도체 결정의 중심을 협지하여 대향하는 표면 위치에 + -의 전극을 설치하고, 이들 + -의 전극을 pn접합의 양쪽 전극에 접속한다.

상기 솔라셀은, 태양광의 입사 방향을 지향하는 지향성이 거의 없기 때문에 태양 직사광의 입사 각도가 변화해도 우수한 수광 능력을 나타내고, 주위의 반사광에 대해서도 우수한 수광 능력을 나타낸다. 입사광이 솔라셀 내에 갇히기 쉽고, 구면형의 pn접합에 의해 효과적으로 광전 변환되는 특징을 가진다.

상기 구형의 솔라셀을 제조하는 경우에, 반도체 재료의 로스를 적게 하기 위해, 솔라셀의 크기와 비슷한 구형의 반도체 결정을 사용하는 것이 바람직하다. 상 기 구형의 반도체 결정의 제조법으로서는, 예를 들면, 본 발명자가, 이미 일본 특허 제3231244호에서 제안한 방법을 적용할 수 있다. 즉, 용융 상태의 반도체의 액적(液滴)을 낙하관의 상부로부터 자유낙하시켜서, 낙하 도중에 구형화된 액적을 과냉각하고, 외부로부터 자극을 부여하여 응고시켜서 구형 또는 입상의 단결정을 만든다.

증기압이 높은 원소를 포함하는 화합물 반도체를 채용하는 경우는, 예를 들면 본원의 발명자가 일본 특허 제3287579호에서 제안한 방법을 적용할 수 있다. 이 방법에서, 화합물 반도체의 원료와 그것을 구성하는 원소 중 증기압이 높은 원소를 분위기 가스와 함께 밀폐한 앰플 중에 수용하여, 이것을 낙하관의 상부로부터 낙하시키고 용융 상태의 반도체 원료를 자유낙하 중에 상기와 마찬가지 방법으로 응고시킴으로써, 구형 또는 입상의 단결정을 만든다. 다만, 전술한 방법에 따르지 않고 , 큰 단결정으로부터 솔라셀의 체적에 가까운 입방체를 잘라내서, 그 입방체를 기계적/화학적 수단에 의해 진구형으로 가공함으로써 구형의 단결정을 만들 수도 있다. 이들 구형의 단결정을 사용하여 구형 또는 대략 구형의 솔라셀을 만들어, 다수의 솔라셀을 사용하여, 태양광에 대한 특유의 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈(셀그룹 모듈)을 제작한다. 본원의 스펙트럼 분할형 태양 전지(적층형 태양 전지)는, 상이한 감도 파장 대역을 가지는 2종류 이상의 태양 전지 모듈을 조합시켜 복합화한 것이며, 필요에 따라 평면 형태 pn접합 수광 모듈(평면 수광 모듈)도 조합시켜 복합화할 수도 있다.

처음에, 본 발명의 적층형 태양 전지에 내장되는 복수 종류의 솔라셀(요소 솔라셀)의 구조와 제법에 대하여 설명한다. 여기에 말하는 솔라셀은 상기의 공지 기술 또는 그 외의 공지 기술에 의해 제조할 수 있으므로 간단하게 설명한다. 도 1 a ~ g는, 태양광 스펙트럼 중 중간 파장역(약 500 ~ 1100nm)의 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈에 내장되는 Si 솔라셀로서, 대략 구형의 실리콘(Si) 단결정(11)을 주체로하여 제작되는 대략 구형의 Si 솔라셀(10)을 제조하는 경우의 제조 공정을 나타낸다. Si는 에너지 밴드갭이 1.12eV인 간접 천이형 반도체이다.

도 1a에 나타낸 입상의 p형 실리콘 단결정(11)를 제작하는 경우, 불활성 가스를 흘린 낙하관의 상부로부터 일정량의 Si의 액적을 자유낙하시켜, 낙하 중에 표면 장력에 의해 구형화하고, 낙하 도중에 과냉각 상태로부터, 액적의 일점에 접촉 등의 물리적인 자극을 가하여 급속하게 응고시켜서, 직경 약 1.2mm의 p형 실리콘 단결정(11)을 얻는다.

p형 실리콘 단결정(11)의 돌기 부분은, 응고의 최종 단계에 형성되는 것이다. 상기 돌기 부분을 도 1b에 나타낸 바와 같이 평면적으로 잘라서 기준면(12)으로 한다. 상기 기준면(12)은 직경 약 0.3mm정도의 평탄면이다. 상기 기준면(12)은, 이후의 공정에서의 불순물 확산, 전극 형성, 출력 특성 측정, 배선 등의 공정에서 위치 결정용으로 이용된다. 다음에 도 1c에 나타낸 바와 같이, 전체 표면에 실리콘 산화막(13)이 형성된다. 다음에 도 1d에 나타낸 바와 같이, 기준면(12)과 그 외주 근방에 실리콘 산화막(13)을 확산 마스크로서 남겨두고, 그 이외의 실리콘 산화막(13)을 제거한다. 다음에 도 1e에 나타낸 바와 같이, 도 1d의 실리콘 단결정(11)을 가열하여 n형 불순물로서 인(P) 또는 비소(As)를 확산함으로써 n형 확산 층(14)을 형성하고, p형 Si단결정(11)과 n형 확산층(14) 사이에 대략 구면형의 pn접합(15)을 형성한다. 상기 n형 불순물의 확산 시에 얇은 Si 산화막(16)도 형성된다. 기준면(12)과 그 근방에는 p형 Si 단결정(11)의 표면이 확산층(14)으로 덮이지 않고 남아 있다. 다음에 도 1f에 나타낸 바와 같이, 에칭하여 Si 산화막(13, 16)을 일단 제거하고, 다시 전체면에 얇은 Si 산화막으로 이루어지는 반사 방지막(17)을 형성한다. 다음에 도 1g에 나타낸 바와 같이, 기준면(12)을 표시로 삼아서 기준면(12)으로부터 p형 Si 단결정(11)에 노출되는 표면의 중심부와, n형 확산층(14)의 표면의 중심부에 은을 포함하는 페이스트를 도트 상태로 도포하여 소성 하면, 은이 얇은 Si 산화막(17)(반사 방지막)을 관통하여 p형 Si단결정(11), n형 확산층(14)의 표면에 각각 오믹 접촉(ohmic contact)한 + 전극(18)과 - 전극(19)을 얻을 수 있다. 이들 전극(18, 19)은 Si 단결정(11)의 중심을 협지하여 대향하는 위치에 있으므로, 광 입력 및 광 기전력의 분포의 대칭성이 유지되어 전류 분포의 편향이 적고, pn접합(15)이 효과적으로 기능한다.

도 2는, 태양광 스펙트럼 중 장파장역(약 800 ~ 1600nm)의 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈에 내장되는 Ge 솔라셀로서, 대략 구형의 게르마늄(Ge) 단결정을 주체로 하여 제작된 Ge 솔라셀(20)의 단면도이다. 게르마늄은, 에너지 밴드갭이 0.66eV인 간접 천이형의 반도체이며, 상기 Ge 솔라셀(20)은 상기 Si 솔라셀(10)과 마찬가지의 공정을 거쳐 제조할 수 있다.

도 2에는, 직경 약 1.2mm의 p 형 게르마늄 단결정(21), 기준면(22), n형 불순물(인 또는 비소)을 열확산 해 형성한 n형 확산층(24), pn접합(25), 반사 방지 막(26), 인듐을 소량 포함하는 주석에 의해 형성되고 또한 p형 Ge단결정(21)에 오믹 접촉하는 + 전극(27), 안티몬을 소량 포함하는 주석에 의해 형성되고 n형 확산층(24)에 오믹 접촉하는 부전극(28)이 도시되어 있다.

도 3a ~ g는, 태양광 스펙트럼 중 단파장역(약 300 ~ 600nm의) 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈에 내장되는 GaP 솔라셀로서, 구형의 갈륨 인(GaP) 단결정을 주체로하여 제작되는 대략 구형인 GaP 솔라셀(30)을 제조하는 경우의 제조 공정을 나타낸다. 갈륨 인(GaP)은, 에너지 밴드갭이 약 2.25eV인 간접 천이형 반도체이다. 상기 GaP 솔라셀(30)은, 태양광 스펙트럼 중 단파장 중의 감도 파장 대역을 가진다. 상기 솔라셀(30)을 제작하는 경우, 처음에 n형 GaP 단결정 잉곳으로부터 한 변이 약 1.6mm의 입방체를 잘라내고, 이것을 기계적/화학적 연마법으로 가공하여, 도 3a에 나타낸 바와 같은 직경 약 1.2mm의 구형의 n형 GaP 단결정(31)을 제작한다. 다음에, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 구형의 n형 GaP 단결정(31)의 하단부를 잘라서 기준면(32)을 형성한다. 다음에 도 3c에 나타낸 바와 같이, GaP 단결정(31)의 전체 표면에 실리콘 질화막(33)(Si3N4)을 형성한다. 다음에 도 3d에 나타낸 바와 같이, 기준면(32)과 그 외주 근방의 실리콘 질화막(33)을 확산 마스크로서 남기고, 그 이외의 실리콘 질화막(33)을 제거한다.

다음에, 도 3e에 나타낸 바와 같이, 아연(Zn) 등의 p형 불순물을 확산하여 p형 GaP로 이루어지는 확산층(34)과, 상기 확산층(34)과 n형 GaP 단결정(31)의 경계인 대략 구면형의 pn접합(35)을 형성한다. 확산층(34)과 pn접합(35)를 형성한 후에, 확산 마스크로서 이용한 실리콘 질화막(33)을 완전히 제거한다. 다음에, 도 3f에 나타낸 바와 같이, 전체 표면에 얇은 실리콘 산화막으로 이루어지는 반사 방지막(36)을 형성한다. 다음에, 도 3g에 나타낸 바와 같이, 기준면(32)을 표시로 삼아서 p형 확산층(34)의 표면의 중심과 기준면(32)으로부터 n형 GaP 단결정(31)에 면하는 표면의 중심부에, 금을 주체로하여 각각 아연, 게르마늄을 불순물로서 함유하는 페이스트를 도트 상태로 도포하고, 고온으로 단시간 가열 처리하면, 금 등의 금속이 얇은 실리콘 산화막을 관통하고, p형 GaP층(34)과 n형 GaP 단결정(31)에 각각 오믹 접촉한 + 전극(37)과 - 전극(38)이 형성된다.

도 4a ~ d는, 태양광 스펙트럼 중 단파장역(약 500 ~ 850nm)의 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈에 내장되는 GaAs 솔라셀로서, 대략 구형의 갈륨 비소(GaAs)단결정을 주체로하여 제작되는 대략 구형의 GaAlAs/GaAs 솔라셀(40)을 제조하는 제조 공정을 나타낸다. 갈륨 비소(GaAs)는, 에너지 밴드갭이 1.43eV인 직접 천이형 반도체이며, 상기의 Si와 GaP 사이의 에너지 밴드갭을 가진다.

처음에, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 직경이 약 1.2mm의 대략 구형의 n형 GaAs 단결정(41)을 제작한다. 상기 GaAs 단결정(41)은 상기 GaP 단결정(31)과 같이 기계적/화학적 기법을 사용하여 구형으로 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 원재료의 로스를 적게하면서, 양호한 단결정을 얻기 위해 본원의 발명자가 일본 특허 제3287579호에서 제안한 방법으로 제작할 수 있다. 이 방법은, n형 GaAs 원재료와 소량의 As를 석영 앰플에 진공 밀봉하고, 내부의 GaAs 원재료를 외부로부터 가열 용융한 상태에서 자유낙하시키면서 냉각하고 응고시켜 만든다. 자유낙하 중의 미소 중력 상태에서 GaAs 융액이 표면 장력에 의해 구형화하고 냉각 상태에서 물리적 인 자극(트리거)를 부가함으로써 급속히 응고시켜서, 도 4a에 나타낸 대략 구형의 GaAs 단결정(41)을 제작한다. 다음에 도 4b에 나타낸 바와 같이, n형 GaAs 단결정(41)의 표면에 p형 Ga0.2 Al0.8 As층(49)(3원 혼정 반도체)를 액상 에피택셜법으로 박막 성장시킨다. 이 경우, Ga 융액에 GaAs 소스와 불순물인 아연을 소량 첨가한 Ga융액집 중에 고온으로 n형 GaAs 단결정(41)을 침지(浸漬)하여 단시간 유지한 후 냉각하고, 표면에 p형 Ga0.2 Al0.8 As층(49)을 에피택셜 성장시킨다. Ga0.2 Al0.8 As의 결정 성장 시에 아연이 n형 GaAs 단결정(41) 측으로 확산하여, p형 GaAs층(44)이 형성되고, 상기 GaAs층(44)의 표면에 pn접합(45)이 형성된다.

다음에, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 표면에 실리콘 산화막으로 이루어지는 반사 방지막(46)을 형성한 후, n형 GaAs 단결정(41)의 표면의 돌기부를 수평으로 컷하고, 직경 약 0.3mm정도의 기준면(42)을 형성한다. 다음에, 도 4d에 나타낸 바와 같이, 기준면(42)을 표시로 삼아서 p형 GaAlAs층(49)에 노출되는 표면의 중심과, 기준면(42) 측으로부터 n형 GaAs 단결정(41)에 면하는 표면의 중심부에, 금을 주체로 하여 각각 아연, 게르마늄을 불순물로서 함유하는 페이스트를 도트 상태로 도포하고, 고온으로 단시간 가열 처리한다. 상기 가열 처리에 의해 금 등의 금속이 얇은 실리콘 산화막(46)(반사 방지막)을 관통하여 p형 GaAlAs층(49)과, n형 GaAs 단결정(41)에 각각 오믹 접촉한 + 전극(47)과 - 전극(48)이 형성된다.

그리고, 상기 GaAlAs/GaAs 솔라셀(40)의 제작 시에, pn접합(45)을 GaAlAs층(49) 내에 형성하거나, GaAlAs층(49)의 조성비를 바꾸어 에너지 밴드갭을 변경함으로써 감도 파장 대역을 단파장 측으로 시프트시킬 수 있다. 또, GaAlAs층(49)을 마련하지 않고, 구형의 n형 GaAs 단결정(41)에 불순물을 확산하여 호모 접합형의 pn접합을 형성해도 된다.

도 5 ~ 도 7은, 복수의 Si 솔라셀(10)을 복수행 복수열로 내장한 Si 셀그룹 모듈(70)(Si 태양 전지 모듈)을 나타낸다. 도 5 ~ 도 7에는, 개념적으로 100개의 셀을 내장한 모듈의 예를 도시하고 있지만, 실제 Si 셀그룹 모듈에서는, 수백 또는 수천 개의 Si 솔라셀(10)이 내장된다.

도 5 ~ 도 7에 따라 상기 Si 셀그룹 모듈(70)의 구조와 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저 처음에, 10개의 솔라셀(10)을 한 쌍의 리드선(직경 0.1mm정도의 동선에 은도금 한것) 사이에 동일 피치로 병렬 접속한 Si 솔라셀 어레이(71)를 제작한다.

+극 리드선(73)을 솔라셀(10)의 + 전극(18)에, -극 리드선(74)를 솔라셀의 - 전극(19)에 각각 납땜하고, 이러한 솔라셀 어레이(71)를 10개 제작한다. 5개의 어레이(71)를 상층에 등간격으로 평행으로 배치하고, 5개의 어레이(71)를 하층에 등간격으로 평행으로 배치하고, 상층의 어레이(71)의 사이에 하층의 어레이(71)를 위치시켜, 평면에서 볼 때, 상하의 솔라셀(10)이 중복되지 않게 접근하도록 배치하고, 전체를 투명한 합성 수지(75a)(예를 들면, 유연성이 있는 실리콘 수지)로 몰드한다. 그리고, 상하의 솔라셀(10)은, 측면에서 보아도 겹치지 않고 접근하고 있다. 상층에는 5행 10열의 솔라셀(10)이 평면적으로 배치되고, 하층에도 5행 10열의 솔라셀(10)이 평면적으로 배치된다. 다수의 솔라셀(10)을 복수행 복수열의 매트릭 형상으로 내장한 실제의 Si 셀그룹 모듈(70)은, 얇은 가요성(可撓性)이 있는 패널 상태 구조체가 된다. 단, 가요성이 없는 모듈로 구성해도 된다.

상기의 합성 수지(75a)의 하면에는, 투명 유리 시트(76)(두께 0.2mm정도)를 접착한다. 상기 투명 유리 시트(76)는, Si 태양 전지 모듈(70)의 기계적 강도를 유지하면서 다른 태양 전지 모듈과 접합하기 위한 기준 평면으로서 이용한다. 수지 몰드 후의 +극 리드선(73) 및 -극 리드선(74)의 양단은, 다른 솔라셀 어레이 및 다른 태양 전지 모듈과 전기적 접속을 행하기 위해, 투명 합성 수지(75a)의 외부까지 연장되어 있다. 10개의 +극 리드선(73)과 10개의 -극 리드선(74)을 사용하여, 100개의 Si 솔라셀(10)을 직병렬 접속하는 직병렬 접속 회로(75)(도 16 참조)가 형성되지만, 상기 직병렬 접속 회로(75)에 대해서는, 도 16에 기초하여 후술한다.

상기 Si 셀그룹 모듈(70)을 제작하는 것과 마찬가지로 하여, Si 솔라셀(10) 대신 Ge 솔라셀(20)을 내장함으로써, 셀그룹 모듈(80)(태양 전지 모듈)(도 17 참조)을 제작할 수 있다. Si 솔라셀(10) 대신 GaP 솔라셀(30)을 내장함으로써 셀그룹 모듈(90)(태양 전지 모듈)(도 13 참조)을 제작할 수 있다. Si 솔라셀(10) 대신 GaAlAs/GaAs 솔라셀(40)을 내장함으로써 셀그룹 모듈(100)(태양 전지 모듈)(도 13, 도 17 참조)을 제작할 수 있다. 이들 모듈(80, 90, 100)에서의 직병렬 접속 회로에 대하여도, Si 셀그룹 모듈(70)의 직병렬 접속 회로(75)와 마찬가지로 후술한다.

그리고, 이와 같은 구형의 복수의 솔라셀을 내장한 태양 전지 모듈에 대해서는, 본원의 발명자가 국제 공개 공보 WO2004/001858호 등에 이미 개시되고 있다.

다음에, 도 8, 도 9는, 본원의 적층형 태양 전지에 내장되는 태양 전지 모듈로서, 태양광에서의 장파장역(약 900 ~ 1700nm)의 스펙트럼에 감도 파장 대역을 가 지는 태양 전지 모듈(요소 모듈)의 일례인 InGaAS/InP 평면 수광 모듈(60)을 나타낸다.

n형 InP 기판(61)의 표면에 n형 In 0.53 Ga 0.47 As층(62)을 에피택셜 성장시켜서, 그 n형층의 위로부터 p형 불순물로서의 아연을 확산하여 p형 In 0.53 Ga 0.47 As층(64)을 형성하고, 평면형의 공통의 pn접합(65)을 형성한다. 이러한 확산 시에 확산 마스크로서 Si3N4를 사용하고, n형 In 0.53 Ga 0.47 As층(62)의 주변을 남겨서 선택적으로 확산하여 p형층(64)을 형성해도 된다.

그리고, 도시하지 않지만, InGaAs층(64)의 위에 이보다 에너지 밴드갭이 큰 n형 InP를 에피택셜 성장시킨 후, 그 표면으로부터 p형 불순물을 확산하여 InGaAs층(64) 내에 pn접합을 형성해도 된다. 윈도우층로서의 InP층을 형성함으로써 표면에서의 재결합 속도를 줄여서 광전 변환 효율의 개선을 행할 수 있다. 또, 상기의 In와 Ga의 조성비는, 예시에 지나지 않고 변경할 수 있다.

다음에, 수광면이 되는 p형 InGaAs층(64)의 표면에 도 8에 나타낸 바와 같이 콜드 미러막(66)을 형성한다. 콜드 미러막(66)은, 파장이 약 1100nm 이하의 광을 반사하고, 그 이상의 광을 투과하도록 설정한 유전체 다층막으로 구성된다. 유전체 다층막은, 고굴절률의 유전체(TiO2나 Ta2O5 등)의 막과 저굴절률의 유전체(SiO2)의 막을 교대로 적층한 것으로, 각각의 두께와 막수는 반사하는 파장 및 반사율을 고려하여 설정된다.

n형 InP 기판(61)의 하면의 전체면에 부 전극(68)(소량의 게르마늄, 니켈을 함유하는 금)을 오믹 접촉하도록 설치하고, p형 InGaAs층(64)의 표면에는, 수광 면 적을 많이 확보하기 위하여 스트라이프형으로 한 + 전극(67)(소량의 아연을 함유하는 금)을 오믹 접촉하여 설치한다. 상기 평면 수광형 모듈(60)은, 공지된 InGaAS/InP에 의한 장파장 포토 다이오드의 제조 기술 등에 따라서 제조 가능하다. 다음에, 동선에 은도금 한 리드선(직경 0.1mm)으로 이루어지는 +극 리드(67a)와 -극 리드(68a)를, 각각 + 전극(67)과 - 전극(68)에 납땜하여 접속한다.

도 10 및 도 11은, 본원의 적층형 태양 전지에 내장되는 태양 전지 모듈로서, 태양광의 스펙트럼 중 단파장역(약 300 ~ 600nm)에 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈(요소 모듈)의 일례인 GaAsP/GaP 평면 수광 모듈(50)의 평면도 및 단면도이다.

n형 GaP 기판(51) 상에, 공지된 기상 에피택셜 성장법을 사용하여 n형 GaAs 0.1 P 0.9 층(52)을 형성한다. 이 조성의 경우, GaAsP는 에너지 밴드갭이 약 2.21eV인 간접형 천이 반도체이다. 다음에 GaAsP층(52)의 위로부터 p형 불순물인 아연을 확산하여 p형 GaAs 0.1 P 0.9 층(54)을 형성하고, 상기 GaAsP층(54) 내에 pn접합(55)을 형성한다. 도시하지 않지만 n형 GaAsP층(52)의 표면 주위둘레에 확산 마스크 Si3N4 막을 설치하여 아연 확산을 행하고, planar형 pn접합을 형성한다. 이 방법은, 공지의 황색 발광 다이오드(LED)의 제조법에서도 이용되고 있다.

p형 GaAsP층(54)과 n형 GaP 기판(51)의 표면에 각각 오믹 접촉하는 + 전극(57)(소량의 아연을 함유하는 금)과 - 전극(58)(소량의 게르마늄, 니켈을 함유하는 금)을 설치한다. 평면 수광 모듈(50)의 수광 면적을 많이 확보하기 위하여, + 전극(57)과 - 전극(58)은, 도시한 바와 같이 가는 스트라이프형으로 형성하여 양쪽 의 위치를 정렬한다. 스트라이프형의 전극(57)으로 둘러싸인 수광창의 표면에는 투명한 반사 방지막(56)을 설치한다. 그리고, 상기 p형 GaAsP층(54)은, GaAsP/GaP 평면 수광 모듈(50)의 수광 표면이 되고, 후술하는 태양 전지(300)(도 17참조)의 경우에는, GaAsP/GaP 평면 수광 모듈(50)을 투과한 긴 파장의 광은 상기 모듈(50)의 하방에 배치되는 3층의 태양 전지 모듈에 입사한다. 다음에, 동선에 은도금한 리드선(직경 0.1mm)을 사용하여 + 전극(57)과 - 전극(58)의 양단에 +극 리드선(57a)과 -극 리드선(58a)을 각각 납땜하여 전기적으로 접속하고, 이들 리드선(57a, 58a)을 평면 수광 모듈(50)의 외부로 도출한다.

다음에, 제1 예의 적층형 태양 전지(200)에 대하여 설명한다.

도 12 및 도 13은, GaP 셀그룹 모듈(90), GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(100), Si 셀그룹 모듈(70), 및 InGaAs/InP 평면 수광 모듈(60)의 4종류의 4개의 태양 전지 모듈로 구성한 적층형 태양 전지(200)의 평면도와 단면도이다.

상기 적층형 태양 전지(200)에 있어서는, 태양광 스펙트럼에 대해서 상이한 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈(90, 100, 70, 60)을, 감도 파장 대역에서의 중심 파장이 짧은 모듈일수록 태양광의 입사측에 위치하도록 적층되어 있다. 도 14에서도 알 수 있는 바와 같이, 태양 전지 모듈(90, 100, 70, 60)의 감도 파장 대역 에있어서의 중심 파장은, 모듈(90)의 중심 파장(약 450nm) ＜ 모듈(100)의 중심 파장(약 700nm) ＜ 모듈(70)의 중심 파장(약 800nm) ＜ 모듈(60)의 중심 파장(약 1300nm)의 관계가 된다. 그러므로, 최하층에 질화 알루미늄 기판(201)을 배치하고, 그 위에, 투명 합성 수지(202) 내에 내장한 InGaAs/InP 평면 수광 모듈(60), Si 셀그룹 모듈(70), GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(100), GaP 셀그룹 모듈(90)의 순서로 적층하여 투명한 접착으로 접합하고, 태양광을 수광하는 수광면을 형성하는 최상층에 투명 유리 커버(203)를 중첩하여 투명한 접착제로 접합하고 있다.

모듈(60)의 +/- 극 리드선(67a, 68a), 모듈(70)의 +/- 극 리드선(73, 74), 모듈(100)의 +/- 극 리드선(103, 104), 모듈(90)의 +/- 극 리드선(93, 94)은, 각각 모듈의 외부까지 연장되어, 각각의 모듈(70, 100, 90)의 직병렬 접속 회로(75, 105, 95)(도 16참조)를 구성하고 있다.

도 14는, 태양광 스펙트럼 분석 장치로 얻어진 태양광 스펙트럼과 적층형 태양 전지(200)의 분광 감도 특성(실선)과 이것을 구성하는 솔라셀(30, 40, 10) 등의 단독 사용 시의 분광 감도 특성을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 14에서, 태양광 스펙트럼과 적층형 태양 전지(200)의 분광 감도 특성의 갭 부분(도면의 사선 부분)은, 상기 태양 전지(200)에서는 광전 변환할 수 없는 에너지 미이용 부분이며, 태양 전지(200)의 분광 감도 특성의 감도 파장역을 초과하는 장파장의 스펙트럼 부분은, 상기 태양 전지(200)을 투과하는 에너지 미이용 부분이다. 이들은 모두 광전 변환할 수 없는 손실 에너지이므로 최소화하는 것이 바람직하다.

각각의 모듈(90, 100, 70, 60) 단독으로는, 감도 파장 대역이 좁을 뿐만 아니라, 수광하고 광의 에너지가 밴드 갭보다 너무 큰 에너지는, 출력으로서 효과적으로 이용할 수 없다. 도 14는, 에너지 밴드갭(이것은 감도 파장 대역과 대응한다)이 상이한 태양 전지 모듈을 적층하여 조합함으로써 이용 가능한 파장역(도면의 흰 바탕 부분)이 넓어져서 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있는 것을 나타낸다.

도 15는, 적층형 태양 전지(200)에서의 입사광의 광로와 반사광의 광로, 반사와 흡수의 측면에 대한 다음 3가지 방법에 대하여 설명하는 설명도이다. 도 15로부터, 구형 또는 대략 구형의 솔라셀(30, 40, 10)을 내장한 태양 전지(200)의 효과를 알 수 있다.

케이스 1: 투명 커버 유리(203)에 수직으로 입사한 태양광이 광로 위의 각 솔라셀(30, 40, 10)과 모듈(60)에 수직으로 진행하는 경우.

굴절률이 상이한 각각의 계면을 반사하는 광과 각각의 솔라셀 이외의 물질에서 흡수되는 광을 제외하고, 직진하는 태양광은, 기본적으로 에너지 밴드갭을 반영한 솔라셀의 특성에 따라 흡수되고 광전 변환에 기여한다. 상기 태양 전지(200)에서, 솔라셀(30, 40, 10)과 모듈(60)을, 태양광의 입사측으로부터 에너지 밴드갭이 높은 순서대로 배치하고 있으므로, 파장의 짧은 광으로부터 긴 광의 순서대로 솔라셀(30, 40, 10)과 모듈(60)에 의해 흡수된다. 입사측의 상측의 셀에서 다 흡수되지 못한 광은, 그 하방의 다음 단의 솔라셀에 입사되고, 거기서 흡수되지 않은 광은 그 하방의 그 다음 단의 솔라셀에 입사되고, 마지막 모듈(60)에서 흡수되지 않는 광은 투과손이 된다.

이와 같이 상방의 솔라셀은 하방의 솔라셀이나 모듈(60)에 대해서 필터의 역할을 하기 때문에, 과도한 광 에너지를 받아 열에너지로 변환되는 비율이 저감된다. 감도 파장 대역이 가장 긴 InGaAS/InP 평면 수광 모듈(60)의 상측 표면에 형성된 콜드 미러(66, cold mirror)는, Si 솔라셀(10)에서 광전 변화할 수 있는 최장 파장의 광보다 짧은 파장역의 광을 반사하고, 그보다 긴 파장역의 광을 투과하는 필터로서 기능한다. 이와 같이 하여, InGaAS/InP 평면 수광 모듈(60)이 과도하게 큰 광 에너지를 흡수하는 것을 방지하고, 평면 수광 모듈(60)의 온도 상승이 억제되고, 그 내구성이 향상된다. 이와 마찬가지로, 상방의 솔라셀이, 하방의 솔라셀에 대해서 과도한 에너지를 가지는 광을 흡수하고, 광전 변환하기 때문에, 솔라셀(100, 70)의 온도 상승도 억제된다.

대략 구형의 솔라셀에서는, 상기 솔라셀을 광이 투과할 때에, 광 에너지의 크기에 따라 입사점으로부터 진행 방향에 걸쳐서 광의 흡수가 일어나지만, 솔라셀의 중심에 대하여 반대측에도 동일한 pn접합이 있기 때문에, 감도 파장 대역 내의 긴 파장의 광이 흡수되어 감도 파장 대역이 넓어지는 되는 특징이 있다.

케이스 2: 입사광이 솔라셀의 표면에서 반사되는 경우.

도 15에 나타낸 바와 같이, 구형의 솔라셀(30, 40, 10)의 표면에서 반사된 광이 다른 솔라셀에 입사하여 그 광학적 특성에 따라 흡수나 투과가 일어난다. 광의 반사는, 솔라셀뿐만 아니고 솔라셀의 +/- 극 리드선이나 투명 유리 시트(96, 106, 76)에 의해서도 생긴다. 반사광은, 모듈(90, 100, 70, 60)의 내부에서 반사를 반복하고, 광이 전체로 확산된다. 그러므로 직사 광이 닿지 않는 솔라셀의 하방(수광측과 반대측)에도 광이 입사하고, 솔라셀 전체의 출력을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 이 효과는, 상부의 솔라셀 사이를 통과한 광을 하부의 솔라셀이나 투명 유리나 TiO2 등 필러의 배치의 방법에 따라서 더욱 높일 수 있다.

케이스 3: 표면에 경사형으로 입사된 태양광이 솔라셀 내부에 포착되고 갇히 는 경우. 솔라셀(30, 40, 10)의 굴절률이 크기 때문에, 입사된 태양광의 각도에 따라서는, 솔라셀 내에 전반사에 의한 광 가두기 작용이 생기고, 솔라셀 내의 pn접합에 의해 광전 변환되는 성분이 발생하고, 출력이 높아지는 효과도 기대할 수 있다.

케이스 4: 투명 커버 유리(203)와 모듈(60)의 콜드 미러(66) 사이에서 광이 갇혀서, 광의 흡수성, 광전 변환의 효율이 향상된다.

도 16은, 상기의 수광부 표면적이 동일한 모듈(90, 100, 70, 60)을 적층한 상기 적층형 태양 전지(200)에서, 모듈(90, 100, 70, 60)을 직렬 접속시킨 직렬 접속 회로(205)와, 태양 전지(200)의 출력을 최대화하도록, 각 모듈(90, 100, 70)에서 복수의 솔라셀(30, 40, 10)을 직병렬 접속시킨 최적 직병렬 접속 회로(95, 105, 75)의 일례를 나타낸다. 기본적으로, 직병렬 접속 회로(95, 105, 75)는, 모듈(90, 100, 70)의 출력 전류가, 각각, 출력 전류가 가장 작은 모듈(60)의 출력 전류와 동일하게 되도록 구성되며, 직병렬 접속 회로(95, 105, 75)는 상기 +/- 극 리드선(93, 95, 103, 104, 73, 74, 67a, 68a)를 활용하여 구성된다.

InGaAs/InP 평면 수광 모듈(60)의 최대 출력 전류를 I라 하면, GaP 셀그룹 모듈(90)의 전부의 솔라셀(30)을 병렬 접속한 경우의 최대 출력 전류를 2I, GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(100)의 전부의 솔라셀(40)을 병렬 접속한 경우의 최대 출력 전류를 3I, Si셀그룹 모듈(70)의 전부의 솔라셀(10)을 병렬 접속한 경우의 최대 출력 전류를 4I로 가정한 경우를 예로 설명한다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 모듈(90)에서는 직병렬 접속 회로(95)의 직렬 접 속 수를 2로 설정하면 출력 전류가 I가 된다. 모듈(100)에서는 직병렬 접속 회로(105)의 직렬 접속 수를 3으로 설정하면 출력 전류가 I가 된다. 모듈(70)에서는 직병렬 접속 회로(75)의 직렬 접속 수를 4로 설정하면 출력 전류가 I가 된다. 이와 같이 하여, 모듈(90, 100, 70)의 출력 전류가 각각 I가 되고, 모듈(60)의 출력 전류 I와 동일하게 된다. 이와 같이, 모듈(90, 100, 70, 60)의 출력 전류가 동일하게 되도록 구성하면, 모듈(90, 100, 70)은 최대의 발전 능력을 발휘한다.

더 구체적으로 설명하면, 1개의 솔라셀(30, 40, 10)의 최대 출력 전류를 각각 i30, i40, i10이라 하고, 복수의 솔라셀(30, 40, 10)의 병렬 접속 수를 각각 N30, N40, N10이라 하고, 모듈(60)의 출력 전류를 I라 한다.

i30 × N30 = i40 × N40 =i10 × N10 = I의 식이 대략 성립하도록 병렬 접속 수를 설정하면, 모듈(90, 100, 70, 60)의 출력 전류가 대략 동일한 값이 된다.

그리고, 1개의 솔라셀(30, 40, 10)의 최대 출력 전압을 각각 v30, v40, v10이라 하고, 복수의 솔라셀(30, 40, 10)의 직렬 접속 수를 각각 M30, M40, M10이라 하고, 모듈(60)의 출력 전압을 v60라 하면, 적층형 태양 전지(200)의 출력 전압 V는, V = (v30 × M30) + (v40 × M40) + (v10 × M10) + v60이 된다.

이와 같이 적층형 태양 전지(200)를 구성하는 복수의 모듈(90, 100, 70, 60)에서 솔라셀을 직병렬 접속하는 병렬수와 직렬수를 조정함으로써, 적층형 태양 전지(200) 전체의 출력(전력)을 최대화할 수 있다.

이와 같은 직병렬 접속 회로(95, 105, 75)는, 솔라셀 어레이의 단자인 +/- 극 리드선을 통하여 구성할 수 있지만, 태양광의 스펙트럼이나 입사광의 변동에 대 응하여 출력이 최대가 되도록 전자 스위치 회로에 의해 직병렬 접속 회로(95, 105, 75)를 전환하고, 직렬 접속 수와 병렬 접속 수를 변경하도록 구성해도 된다. 각각의 모듈(90, 100, 70)에서, 복수의 솔라셀을 병렬 접속하여 구성된 솔라셀 어레이를 리드선을 통하여 직렬 접속하므로, 복수의 솔라셀에 특성에 불균일이 생겨도, 불균일에 따른 전류 분담이 이루어지고 모듈의 출력 저하가 최소가 된다. 그리고, 종래의 적층형 태양 전지에서는, 평면 수광 모듈만을 사용하므로, 본원의 적층형 태양 전지(200)와 같이 직병렬 접속에 의한 출력 전류의 정합을 도모하기 곤란하다.

이상 설명한 적층형 태양 전지(200)에서는, 셀그룹 모듈(90, 100, 70)을 상방으로부터 순서대로 적층하고, 최하층에 평면 수광 모듈(60)을 배치하고, 감도 파장 대역에서의 중심 파장이 짧을수록 태양광의 입사측에 위치하도록 배치했으므로, 짧은 파장의 투과성이 낮은 광은 상층에서 흡수시키고, 긴 파장의 투과성이 높은 광은 하층에서 흡수 시킬 수 있으므로, 태양 전지(200)의 광전 변환 효율을 높일 수 있다.

상측의 3층에 셀그룹 모듈(90, 100, 70)을 내장하고, 최하층에 평면 수광 모듈(60)을 내장하였으므로, 평면 수광 모듈(60)에서 반사한 반사광을 상방의 모듈에서 용이하게 광전 변환시킬 수 있다. 특히, 모듈(60)에는, 모듈(90, 100, 70)에서 광전 변환하기 쉬운 1100nm 이하의 파장의 광을 반사하는 콜드 미러(66)를 설치하였으므로, 반사광을 활용하여 광전 변환 효율을 용이하게 높일 수 있다. 각각의 셀그룹 모듈(90, 100, 70)은, 그 하방의 모듈에(100, 70, 60)에 대해서 필터로서 기능하므로, 그 하방의 모듈이 쉽게 과열되지 않고, 광전 변환 효율을 용이하게 높일 수 있다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 모듈(90, 100, 70, 60)의 감도 파장 대역을 적절히 설정했기 때문에, 태양광 스펙트럼이 넓은 범위의 광을 광전 변환에 제공할 수 있고, 상기 태양 전지(200)의 광전 변환 효율은 50% 이상까지 높일 수 있을 가능성이 있다.

또한, 도 16에 나타낸 바와 같이, 모듈(90, 100, 70)의 각각의 출력 전류가, 모듈(60)의 출력 전류와 동일하게 되도록 직병렬 접속 회로(95, 105, 75)를 설치하므로, 태양 전지(200)의 발전 기능을 충분히 발휘시켜서, 광전 변환 효율을 높일 수 있다.

또한, 모듈(90, 100, 70)에 내장되는 솔라셀(30, 40, 10)에는, 각각, 반사 방지막(36, 46, 17)이 형성되므로, 셀 자신이 경사 방향의 입사광을 반사 확산하고, 광의 흡수 효과가 증가하며, 또한, 태양 전지(200)의 내부에서의 광의 가두는 효과도 증가하고, 광전 변환 효율의 향상에 효과적으로 작용한다.

모듈(90, 100, 70)에서는, 솔라셀(30, 40, 10)을 2층으로 배치하고, 평면에서 볼 때도 측면에서 볼 때도, 솔라셀(30, 40, 10)을 조밀하게 배치하고 있으므로, pn접합의 합계 면적이 크게 되어, 광전 변환 효율이 개선된다.

또한, 각각의 솔라셀(30, 40, 10)에서, +/-의 전극을 연결하는 방향을 수평 방향이 되도록 하였으므로, 상방으로부터 입사되는 광은 각각의 솔라셀에 입사된 경우, pn접합에 적어도 2회 조우할 기회가 있기 때문에, 광전 변환 효율이 개선된다. 또한, 하방으로부터 솔라셀에 입사되는 반사광에 의해도 광전 변환 효율이 개 선된다.

또한, 각각의 모듈(90, 100, 70)에 내장되는 솔라셀(30, 40, 10)은, 다른 태양 전지 모듈의 반도체의 격자 정수 등의 영향을 받지 않고, 독립적으로 제작할 수 있으므로, 설계와 제작을 자유롭게 할 수 있다.

다음에, 제2 예의 적층형 태양 전지(300)에 대하여 설명한다. 단, 이 태양 전지(300)에 채용한 모듈의 종류는 태양 전지(200)의 모듈과 일부가 상이하지만, 태양 전지(200)와 마찬가지의 구조이므로 간단하게 설명한다.

도 17 및 도 18은, GaAsP/GaP 평면 수광 모듈(50), GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(100), Si 셀그룹 모듈(70), 및 Ge 셀그룹 모듈(80)의 4종류의 4개의 태양 전지 모듈로 구성된 적층형 태양 전지(300)의 단면도이다.

상기 태양 전지(300)에서는, 태양광 스펙트럼에 대해서 상이한 감도 파장 대역을 가지는 태양 전지 모듈(50, 100, 70, 80)을, 감도 파장 대역에서의 중심 파장이 짧은 모듈일수록 태양광의 입사측에 위치하도록 적층되어 있다. 도 19로부터도 알 수 있는 바와 같이, 태양 전지 모듈(50, 100, 70, 80)의 감도 파장 대역에서의 중심 파장은, 모듈(50)의 중심 파장(약 450nm) ＜ 모듈(100)의 중심 파장(약 700nm) ＜ 모듈(70)의 중심 파장(약 800nm) ＜ 모듈(80)의 중심 파장(약 1200nm)의 관계가 되어 있다. 그러므로, 최하층에 질화 알루미늄 기판(301)을 배치하고, 그 위에 Ge 셀그룹 모듈(80), Si 셀그룹 모듈(70), GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(100), GaAsP/GaP 평면 수광 모듈(50)의 순으로 적층 하여 투명한 접착제로 접합하고, 태양광을 수광하는 수광면을 형성하는 최상층에 투명 유리 커버(304)를 중첩하여 투 명한 접착제로 접착되어 있다.

모듈(80)의 +/- 극 리드선(83, 84), 모듈(70)의 +/- 극 리드선(73, 74), 모듈(100)의 +/- 극 리드선(103, 104), 모듈(50)의 +/- 극 리드선(57a, 58a)은, 각각 모듈의 외부까지 연장되어, 각각의 모듈의 직병렬 회로(도시 생략)을 구성하고 있다.

상기 태양 전지(300)에서는, 가장 입사측에 있는 GaAsP/GaP 평면 수광 모듈(50)이 단파장역의 광을 광전 변환하고, 상기 모듈(50)을 투과한 광이 그 아래의 모듈(100)의 GaAlAs/GaAs 솔라셀(40)에서 광전 변환되고, 상기 모듈(100)을 투과한 광이 그 아래의 모듈(70)의 Si 솔라셀(10)에서 광전 변환되고, 상기 모듈(70)을 투과한 긴 파장의 광이 Ge 솔라셀(20)에서 광전 변환된다.

Ge 솔라셀(20)의 아래에는, 알루미늄 반사막(302)를 코팅한 질화 알루미늄 기판(301)이 투명 접착제에 의하여 고착된다. 알루미늄 반사막(302)은, 상부의 솔라셀 사이를 빠져나간 광이나 모듈 내부에서 반사된 광을 재반사하여 태양광의 미이용분을 줄이는 작용을 한다.

각각의 모듈(100, 70, 80)의 솔라셀(40, 10, 20) 사이에서는, 도 15에 따라 설명한 바와 마찬가지로 광의 반사, 산란이 생기고, 솔라셀의 아래쪽에도 입사하여 광전 변환에 제공된다. 도 16에 따라 설명한 바와 마찬가지로, 모듈(100, 70, 80)의 출력 전류를 모듈(50)의 출력 전류와 각각 동일하게 하기 위해, 각각의 솔라셀(40, 10, 20)의 출력 특성에 따라 각각의 모듈(100, 70, 80)의 병렬 직렬 접속 회로에서 최적인 직렬 접속 수와 병렬 접속 수가 설정된다.

이상 설명한 적층형 태양 전지(300)에서도, 기본적으로 태양 전지(200)와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있지만, 태양 전지(200)와 상이한 점에 대하여 간단하게 설명한다. 구형의 솔라셀로 구성하는 것이 곤란한 반도체로서, 태양광 스펙트럼의 단파장역에 감도 파장 대역을 가지는 GaAsP 화합물 반도체를 주체로하는 평면 수광 모듈(50)을 효과적으로 활용하여, 적층형 태양 전지(300)를 구성할 수 있다. 또, 최상층의 평면 수광 모듈(50)에 형성되는 반사 방지막(56)에 의해, 태양 전지(300)의 내부로의 광의 가두기 작용을 강화시킬 수 있다.

이상 설명한 실시예에서는, 태양 스펙트럼의 단파장 측의 고에너지밴드 또는 장파장 측의 저에너지밴드에 대해서 평면 수광 모듈(60, 50)을 이용한다. 이와 같은 파장역에서 높은 광전 변환을 실현하는 화합물 반도체를 이용한 태양 전지 모듈에서는, 반드시 구형의 솔라셀을 채용하지 않아도 되고, 제작상 용이한 평면 수광 모듈을 채용하면, 비용 대비 효과의 면에서 유리하게 된다.

다음에, 다른 실시예에 따른 적층형 태양 전지에 대하여 설명한다.

도 20 및 도 21에 나타낸 바와 같이, 적층형 태양 전지(400)는 원통형의 2종류의 태양 전지 모듈(410, 420)을 동심원 형상으로 밀착하여 적층하고, 최외층에 얇은 투명 유리 또는 합성 수지제의 투명 원통체(401)를 씌우고, 최내층에도 마찬가지로 얇은 투명 유리 또는 합성 수지제의 투명 원통체(402)를 장착한 구조를 가진다.

상기 태양 전지(400)의 중심부에는 유체 통로(403)가 형성되고, 상기 유체 통로(403)에 유통시키는 액체나 기체에 태양 전지(400)로부터의 열을 받아서 태양 전지(400)를 냉각시키도록 되어 있다.

내측의 태양 전지 모듈(410)은, 복수의 상기 Ge 솔라셀(20)을 복수행 복수열로 정렬시켜서 원통형으로 구성한 Ge 셀그룹 모듈이다. 이것은, 상기 Ge 셀그룹 모듈(80)을 원통형으로 구성한 것과 마찬가지의 것이다. 외측의 태양 전지 모듈(420)은, 복수의 상기의 GaAlAs/GaAs 솔라셀(40)을 복수행 복수열로 정렬시켜서 원통형으로 구성한 GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈이다. 이것은, 상기의 GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(100)을 원통형으로 구성한 것과 마찬가지의 것이다.

각각의 모듈(410, 420)에서, 각 솔라셀 어레이의 +/- 극 리드선(404, 405)이 모듈(410, 420)의 양 단부로부터 외부로 돌출되어 있지만, 각각의 솔라셀 어레이는, 솔라셀(20, 80)의 +/-의 전극을 연결하는 선이 태양광의 입사 방향과 직교하는 방향이 되도록 배치하는 것이 바람직하다.

각각의 태양 전지 모듈(410, 420)에 있어서, +/- 극 리드선(404, 405)을 통하여 복수의 솔라셀(20, 80)이 직병렬로 접속되고, 태양 전지 모듈(410, 420)의 출력 전류가 동일하게 되도록 직병렬 접속 회로가 구성되며, 태양 전지 모듈(410, 420)은 직렬로 접속되어 있다.

태양광은 외부로부터 입사되므로, 감도 파장 대역의 중심 파장이 긴 쪽의 Ge 셀그룹 모듈(410)이 내측에 배치되고, 감도 파장 대역의 중심 파장이 짧은 쪽의 GaAlAs/GaAs 셀그룹 모듈(420)이 외측에 배치되어 있다.

상기 적층형 태양 전지(400)는 태양 전지 모듈(410, 420)을 적층한 2개 층 구조의 태양 전지이지만, 상방으로부터 화살표럼 입사된는 태양광은, 4개 층 구조 의 태양 전지에 입사되고, 태양 전지(400)의 좌우의 양 측부에 대해서는 4개 층 이상의 태양 전지에 입사되기 때문에, 태양광이 솔라셀에 조우할 기회가 많아지므로, 광전 변환 효율이 높아진다.

또한, 상기 적층형 태양 전지(400)에서는, 외형이 원통형이므로, 태양광의 입사 방향에 대한 지향성이 없고, 여러 방향으로부터 입사되는 태양광을 흡수하기 쉽다. 또한, 내부에서 유통되는 유체에 의해 냉각할 수 있기 때문에, 광전 변환 효율이 높아지고, 열에 의한 열화가 억제되어 내구성도 개선된다.

그리고, 본 실시예에서는, 2개 층 구조의 태양 전지의 예를 설명하였으나, 3종류 이상의 원통형의 태양 전지 모듈을 동심원 형상으로 적층한 3개 층 구조, 4개 층 구조, 5개 층 구조의 적층형 태양 전지도 실현 가능하다.

다음에, 상기의 실시예를 부분적으로 변경한 변경 형태에 대하여 설명한다.

1］ 적층형 태양 전지에 내장되는 태양 전지 모듈의 종류는, 2종류나, 3종류일 수도 있고, 5종류 이상일 수도 있지만, 적어도 1종류의 태양 전지 모듈은 복수의 솔라셀을 가지는 셀그룹 모듈로 구성되는 것으로 하고, 적어도 1종류의 태양 전지 모듈은 평면 수광 모듈로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 감도 파장 대역의 중심 파장이 짧은 것 모듈일수록 태양광의 입사측이 되도록 배치한다.

예를 들면, 1종류의 평면 수광 모듈과 1종류의 셀그룹 모듈을 설치하고, 평면 수광 모듈을 입사측의 상층에 배치하고, 셀그룹 모듈을 하층에 배치한다. 그와 반대로, 셀그룹 모듈을 입사측의 상층에 배치하고, 평면 수광 모듈을 하층에 배치한다.

예를 들면, 1종류의 평면 수광 모듈과 2종류의 셀그룹 모듈을 설치하고, 1개의 평면 수광 모듈을 입사측의 상층에 배치하고, 1개의 셀그룹 모듈을 중 단층에 배치하고, 1개의 셀그룹 모듈을 하층에 배치한다. 그와 반대로, 1개의 셀그룹 모듈을 입사측의 상층에 배치하고, 1개의 셀그룹 모듈을 중 단층에 배치하고, 1개의 평면 수광 모듈을 하층에 배치한다.

예를 들면, 2종류의 평면 수광 모듈과 2종류의 셀그룹 모듈을 설치하고, 2개의 셀그룹 모듈을 중 단층에 배치하고, 그들을 상하로부터 끼우듯이 상층과 하층에 각각 평면 수광 모듈을 배치한다.

2］ 최상층에 배치하는 평면 수광 모듈(태양 전지 모듈)을, 질화 갈륨(GaN) 단결정이나 탄화규소(SiC) 단결정 등의 자외선을 흡수하여 발전하는 반도체를 사용하여 구성한다. 그 경우, 높은 광 에너지의 자외선을 효과적으로 활용하여 발전할 수 있기 때문에, 적층형 태양 전지의 광전 변환 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 하방의 태양 전지 모듈이 자외선에 의한 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.

3］ 솔라셀을 상기 반도체 이외의 광전 변환이 가능한 실리콘 등의 아몰퍼스(amorphous) 반도체, Ⅲ－Ⅴ족계 화합물 반도체(예를 들면, InGaN, InGaP 등), Ⅱ－Ⅵ족계 화합물 반도체(예를 들면, ZnO, Cd-Te 등), VI족 원소(S, Se, Te 등)를 포함하는 카르코게나이트 화합물 반도체(예를 들면, CuInGaSe2)를 재료로 하여 제조해도 된다.

4］ 적층형 태양 전지에 내장되는 복수의 태양 전지 모듈을 모두 셀그룹 모듈로 구성한다. 이 경우, 최하층의 태양 전지 모듈의 하부 또는 하면에 광을 반사 하는 기능을 가지는 반사막이나 반사 부재를 설치하는 것이 바람직하다.

5］ 상기 투명 유리 커버(76)나 질화 알루미늄 기판(201, 301) 등과 같은 단단한 재료 대신 유연성이 있는 투명한 시트를 적용하여, 플렉시블 적층형 태양 전지를 형성한다.

6］ 상기 모듈(70, 80, 90, 100)의 투명한 합성 수지(75a) 대신, 투명한 절연성 유리를 채용해도 된다.

7］ 상기 모듈(70, 80, 90, 100) 내부의 광투과 부분에 투명하면서도 굴절률이 그보다 큰 유리, TiO2 등의 산란재(필러)를 혼입하고, 광투과 부분의 광 성능을 높인다.

본 발명에 따른 적층형 태양 전지는 종래의 미러의 광학적 손실에 의한 성능 저감과 고비용의 문제점 등을 해결한 것으로서, 광전 변환 효율을 현저하게 개선한 것이다.

Claims (17)

1. 복수의 태양 전지 모듈을 내장하여 일체로 적층한 적층형 태양 전지에 있어서,

   상이한 감도 파장 대역을 가지는 복수 종류의 태양 전지 모듈로서, 감도 파장 대역에서의 중심 파장이 짧은 모듈일수록 태양광의 입사측에 위치하도록 적층된 복수 종류의 태양 전지 모듈을 가지고,

   적어도 1종류의 태양 전지 모듈은, 복수행 복수열로 정렬된, 구형인 복수의 솔라셀(solar cell)을 가지는 셀그룹 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
2. 제1항에 있어서,

   적어도 1종류의 태양 전지 모듈은, 상기 복수 종류의 태양 전지 모듈 중 상기 셀그룹 모듈과는 다른, 평면형인 공통의 pn접합을 가지는 평면 수광 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
3. 제1항에 있어서,

   4종류의 태양 전지 모듈을 가지고,

   3종류의 태양 전지 모듈은, 각각 복수행 복수열로 정렬된, 구형인 복수의 솔라셀을 가지는 셀그룹 모듈로 구성되며,

   1종류의 태양 전지 모듈은, 평면형인 공통의 pn접합을 가지는 평면 수광 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 셀그룹 모듈에서의 복수행 복수열로 정렬된 솔라셀은, 행 방향 또는 열 방향으로 연장되어 외부로 도출된 복수의 리드선을 통하여 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
5. 제4항에 있어서,

   각각의 셀그룹 모듈은, 상기 복수의 리드선을 통하여, 각 행의 복수의 솔라셀을 병렬로 접속하고 또한 각 열의 복수의 솔라셀을 직렬로 접속하는, 직병렬 접속 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
6. 제5항에 있어서,

   복수 종류의 태양 전지 모듈을 직렬로 접속하는 직렬 접속 회로를 가지고,

   각각의 셀그룹 모듈의 출력 전류가 상기 평면 수광 모듈의 출력 전류와 동일하게 되도록, 각각의 셀그룹 모듈의 직병렬 접속 회로가 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
7. 제6항에 있어서,

   각각의 상기 셀그룹 모듈은, 평면상에 복수행 복수열로 정렬된 복수의 구형 솔라셀의 층을 2개 가지고, 이들 2개 층의 솔라셀은 평면에서 볼 때 중복되지 않고 접근하도록 배치된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
8. 제4항에 있어서,

   상기 평면 수광 모듈은, 복수의 셀그룹 모듈의 하방에 위치하도록 최하층에 배치되고, 상기 평면 수광 모듈의 하부 또는 하면 측에 태양광을 반사할 수 있는 반사 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
9. 제7항에 있어서,

   태양광의 입사 방향에서의 입사측에 가장 가까운 태양 전지 모듈 이외의 모든 태양 전지 모듈에 있어서, 상기 모든 태양 전지 모듈의 표면에, 그보다 상방의 태양 전지 모듈에서 흡수되는 감도 파장 대역의 광을 반사하는 미러막(mirror film)을 형성한 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
10. 제7항에 있어서,

    상기 셀그룹 모듈에서는, 복수의 솔라셀이 투명한 유리 또는 합성 수지 재료의 내부에 매립 상태로 수용된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
11. 제7항에 있어서,

    태양광의 입사 방향에 있어서 입사측에 가장 가까운 태양 전지 모듈의 상면에 투명한 유리 또는 합성 수지로 이루어지는 투명 부재가 고착된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
12. 제3항에 있어서,

    상기 평면 수광 모듈은, 복수의 셀그룹 모듈보다 하방의 최하층에 배치되고, 3종류의 셀그룹 모듈은, 태양광의 입사측으로부터 순서대로 적층되는 제1 ~ 제3 셀그룹 모듈을 가지고,

    상기 제1 셀그룹 모듈은 구형인 GaP 단결정의 표층부에 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지고, 상기 제2 셀그룹 모듈은 구형인 GaAs 단결정의 표층부에 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지고, 상기 제3 셀그룹 모듈은 구형인 Si 단결정의 표층부에 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
13. 제12항에 있어서,

    상기 평면 수광 모듈은, n형 InP 반도체 기판 상에 형성한 InGaAs 반도체층 내에 형성한 평면형인 공통의 pn접합을 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
14. 제3항에 있어서,

    상기 평면 수광 모듈은, 복수의 셀그룹 모듈보다 상방의 최상층에 배치되고, 3종류의 셀그룹 모듈은, 태양광의 입사측으로부터 순서대로 적층되는 제1 ~ 제3 셀그룹 모듈을 가지고,

    상기 제1 셀그룹 모듈은 구형인 GaAs 단결정의 표층부에 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 태양 전지 광 셀을 가지고, 상기 제2 셀그룹 모듈은 구형인 Si 단결정의 표층부에 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지고, 상기 제3의 셀그룹 모듈은 구형인 Ge 단결정의 표층부에 구면형의 pn접합을 형성한 복수의 솔라셀을 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
15. 제14항에 있어서,

    상기 평면 수광 모듈은, n형 GaP 반도체 기판상에 형성한 GaAsP 반도체층 내에 형성한 평면형인 공통의 pn접합을 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
16. 제2항에 있어서,

    2종류의 평면 수광 모듈을 가지고, 상기 2종류의 평면 수광 모듈 사이에, 하나 또는 복수의 셀그룹 모듈이 내장된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.
17. 제1항에 있어서,

    복수 종류의 태양 전지 모듈이 원통형으로 형성되고,

    상기 태양 전지 모듈이 동심원 형상으로 적층된 것을 특징으로 하는 적층형 태양 전지.

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