KR100970428B1 - 전극을 구비한 유리 기판, 및 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 금속 산화물을 주성분으로 하는 투명 전도 층(3)으로 이루어진 전극을 구비한 유리 기판(1)으로서. 상기 층이 적어도 3nm, 특히 적어도 5nm의 RMS 조도, 및/또한 적어도 50nm의 RMS 조도를 위한 평균 특징부 (feature) 크기를 가지는 유리 기판에 관한 것이다.

Description

전극을 구비한 유리 기판, 및 태양 전지{GLASS SUBSTRATE PROVIDED WITH AN ELECTRODE, AND A SOLAR CELL}
본 발명은, 특히 유리로 만들어지고, 전극을 구비한 투명 기판에 관한 것이다. 이러한 전도성 기판은, 보다 구체적으로는 태양 전지의 일부를 형성하기 위한 것이다. 이는, 특히 상기 기판을 태양 전지의 "전면(front face)", 다시 말해서 전기로 변환하기 위하여 태양 복사열에 직접 노출되는 면으로서 이용하는 것을 포함한다.
본 발명은 특히 Si 또는 CiS 타입의 태양 전지에 유용하다. 이의 구조는 간단하게 요약될 것이다.
이런 타입의 제품은 일반적으로 두 개의 유리와 같은 투명하고 단단한 기판들 사이에서 연속적으로 연결되어 위치하는 태양 전지들의 형태로 판매된다. 상기 전지들은 하나 (또는 하나 이상)의 중합체 재료(들) 사이에서 고정된다. 특허 EP-739 042에 개시된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양 전지는 두 개의 기판 사이에 놓여질 수 있고, 그리고 나서 상기 기판들 사이의 공동부 (hollow space)는 경화 주조(curable cast) 중합체, 특히 지방족 이소시아네이트 예비중합체의 반응에서 얻은 폴리우레탄과 폴리에테르 폴리올 주성분 중합체로 채워진다. 상기 중합체는 뜨겁게(30 내지 50℃), 또한 필요시, 예를 들어 오토클레이브(autoclave)에서 작은 압력으로 경화될 수 있다. 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 같은 다른 중합체들이 사용될 수 있고, 또한 다른 마운팅 (mounting) (예를 들어, 하나 이상의 열가소성 중합체 시트를 사용하는 태양 전지의 두 개의 유리판 사이에 증착 물질을 갖는)들도 가능하다.
기판들, 중합체 및 태양 전지들의 이러한 조립체는 "태양광 모듈(solar module)"이라는 명칭으로 지칭되고 판매된다.
그리하여, 본 발명은 또한 상기 모듈에 관한 것이다.
태양광 모듈이 제곱 미터 단위로 팔리지 않고, 전달된 전력 (대략, 단위 제곱 미터의 태양 전지는 약 130와트를 제공할 수 있다고 평가될 수 있다)에 의해 판매된다는 것이 알려지자, 추가 효율의 각 백분율 점은 주어진 크기를 갖는 태양광 모듈의 전기적 성능, 이에 따른 가격을 증가시킨다.
그래서, 본 발명의 목적은, 이러한 모듈의 광전기 변환 효율을 개선하기 위한 수단, 보다 구체적으로는, 위에서 언급된 전극을 구비한 "전면" 유리판에 관계되는 수단을 찾아내는 것이다. 다행히도, 산업적 규모로 실현하기가 간단하고, 또한 이런 타입의 제품의 알려진 구조 및 형상을 변화시키지 않는 수단이 얻어질 것이다.
가장 먼저, 본 발명의 주제는 하나 이상의 금속 산화물에 근거한 적어도 하나의 투명한 전도 층을 포함하는 전극을 구비한 유리 기판이고, 상기 층은 적어도 3nm의 RMS 조도(RMS roughness)를 갖는다. 상기 층의 조도는 적어도 5nm, 특히 최대 30nm인 것이 바람직하다. 바람직한 조도 범위는 5 내지 15nm의 범위에 위치한다.
이러한 타입의 전도 층은, "투명한 전도성 산화물 (transparent conductive oxide)"의 약칭인 TCO로 알려져 있다. 이는 태양 전지 및 전자 부품 업계에서 널리 사용된다.
상기 RMS 조도는 "제곱근(root mean square)" 조도를 의미한다. 이는 조도의 평균 제곱 편차 값의 측정으로 이루어지는 측정을 포함한다. 특히, 이 RMS 조도는 그에 따라 중간 크기에 대하여, 조도의 최대값과 최소값(trough)의 평균 크기를 계량화한다. 그래서, 3nm의 RMS 조도는 최대 진폭의 두 배를 의미한다.
이는 다양한 방법들로, 예를 들어, 원자력 현미경 검사로, 기계적인 기록계 시스템으로 (예를 들어, DEKTAK이라는 상표명으로 Veeco 사에 의해 판매되는 측정 장치를 사용하여), 또한 광 간섭계로 측정될 수 있다. 상기 측정은 일반적으로 원자력 현미경 검사의 경우에는 단위 제곱 마이크로미터에 대해 이루어지고, 또한 기계적인 기록계 시스템의 경우에는 약 50 마이크로미터 내지 2 밀리미터의 더 넓은 표면적에 대해 이루어진다.
약 3 또는 5nm의 RMS 조도는 상대적으로 높은 값이다. 본 발명에 따른 전도 층의 화학적 특성은 알려져 있고, 이것은 도핑된 금속 산화물 타입의 특성이다. 다른 한편, 매우 조도가 높은 특수한 특징부(feature)를 갖는다. 이것은 특정한 기하 구조(geometry)의 특징부를 갖지 않는다는 점에서, 이 조도는 무작위적인 것이 바람직하다. 게다가, 측정 면적의 사이에 따라서, 차이가 난다.
대안적으로 또는 점증적으로, 이 전도 층의 조도는 또한 이러한 조도를 갖는 특징부의 평균 크기가 적어도 50nm가 되게 선택될 수 있고, 측정은 상기 기판의 표면에 평행한 차원에서 행해진다. 유용하게도, 적어도 100nm, 또한 바람직하게는 최대 500nm가 선택된다. 200 내지 400nm의 평균 특징부 크기가 선호된다. 이 평균 크기는 특히 전자 현미경을 스캐닝함으로써 평가될 수 있다. 층의 조도가, 원주형 성장을 갖는 결정질 층의 경우, 피크 형태 (불규칙한 형상의)일 때, 이러한 평균 크기는 이러한 피크의 밑면 크기(최대 치수)에 해당한다.
이러한 특정 조도(RMS 조도 및/또는 특징부 크기)는 매우 효과적임이 증명되었다. 이는, 상기 층과 이를 둘러싸는 상기 재료 사이의 경계면에서, 이것이 상기 재료가 태양 전지를 통한 보다 긴 경로를 따르게 "강제하는", 입사광의 발산을 증가하게 하기 때문이다.
이러한 방식으로 상기 광 경로를 연장함으로써, 상기 전지의 활성 요소에 의해 광이 흡수될 가능성은 증가하고, 또한 상기 태양 전지의 광전기 변환 효율은 개선된다. 그래서 광은 더 잘 모인다.
위에서 한정된 조도는 몇 가지 대안적인 또는 점진적인 수단에 의해, 산업계 차원에서는 손쉽게 얻어질 수 있다.
무엇보다도 먼저, 상기 층은 놓여지고, 그리고 나서, 예를 들어 화학적 에칭 또는 모래 분사(sandblasting)에 의해 연마될 수 있다. 상기 층은, 태양 전지를 형성하는 다양한 층을 쌓는 일련의 단계 중에 추가적이고 불연속적인 처리 단계를 피할 수 있기 때문에 산업계의 관점에서는 보다 유용한, 정밀하지 못한 방식으로 직접 쌓일 수도 있을 것이다.
두 시나리오에서, 상기 층을 다양한 테크닉에 의해 쌓는 것이 가능하다. 예를 들어 열분해, 특히 CVD(chemical vapor deposition)(화학적 증기 증착)에 의해 상기 층을 쌓는 것이 가능하다. 이 테크닉은 증착 변수의 적절한 조정이 어느 정도의 조도를 획득하는 것을 가능케 하기 때문에 본 발명에 유용하다.
또한 상기 층을 진공 증착법, 특히 자성 강화 스퍼터링(magnetically enhanced sputtering)에 의해 증착하는 것도 가능하다. 상기 스퍼터링은 화성 스퍼터링{산화 대기 속에서, 금속 또는 아산화물 타깃(target)으로부터 시작하는} 또는 비활성 스퍼터링(비산화 대기 속에서, 세라믹 타깃으로부터 시작하는)일 수 있다.
여기서 다시 말하면, 증착 변수의 변경은 어는 정도의 다공성 및/또는 조도를 획득할 수 있게 한다. 그래서 증착 챔버 내의 압력을 적절하게 조절하는 것이 가능하다: 상대적으로 높은 압력은 일반적으로 매우 다공성의 또는 거친 표면을 갖는 층을 얻을 수 있게 한다. 하나의 가능성은 증착 중 이러한 변수를 변경해서, 상기 층이 특정한 두께에 대하여 상대적으로 고밀도이고, 또한 그리고 나면 표면에서 보다 다공성이 되거나/거칠어지게 되는 것에 있다.
또한 그 자체로 거친 표면, 특히 그 자체로 어느 정도의 조도를 갖는 유리 상에 전도성 층을 증착함으로써 상기 전도성 층의 조도를 야기하거나 증가시키는 것이 가능하고, 또한 이는 다음에 상세하게 설명될 것이다.
전도 층은 최대 1000 이거나 700 또는 650nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그 두께는 특히 적어도 400nm, 또한 예를 들어 400 내지 800nm이다.
전도 층은 유용하게도 다음의 재료들로부터 선택될 수 있다: 특히 플루오르 또는 안티몬으로 도핑된 주석 산화물 {CVD에 의한 증착의 경우에 사용될 수 있는 선구물질은 플루오르화 수소산 또는 트리플루오르아세트산 (trifluoroacetic acid)과 같은 플루오르 선구물질과 혼합된 유기금속 또는 주석 할로겐화물 형태일 수 있다}, 특히 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물 (CVD에 의한 증착의 경우에 사용될 수 있는 선구물질은 유기금속 또는 주석 및 알루미늄 할로겐화물 타입일 수 있다), 또는 이와 달리 특히 주석으로 도핑된 인듐 산화물 (CVD에 의한 증착의 경우에 사용될 수 있는 선구물질은 유기금속 또는 주석 및 인듐 할로겐화물 타입일 수 있다).
일 변형에 따르면, 가장 구체적으로는 전도 층의 증착과 동시에 또는 그 후에 있는 열처리의 경우에 있어서, 유리, 특히 알칼리 금속으로부터 발산할 수 있는 종(species)에 대한 장벽으로 사용될 수 있는 변형체가 가능하다. 그 역할은 역시 일 수 있다. 상기 기판으로부터 반사된 광의 레벨을 감소시킴으로써, 상기 층을 통해 투과되는 광을 증가시킨다.
상기 층은 규소 산화물, 옥시카바이드 (oxycarbide), 옥시질화물 (oxynitride) 또는 질화물을 주성분으로 하는 층일 수 있다. 예를 들어, CVD 또는 스퍼터링과 같은 전도 층과 동일한 타입의 테크닉에 의해, 알려진 방식으로 증착할 수 있다.
이것이 어느 정도의 조도를 갖도록 증착하는 것 또한 가능하다.
유용하게도, 전도 층은 최대 30 옴/스퀘어(ohm/square), 특히 최대 20 옴/스퀘어, 바람직하게는 최대 10 또는 15 옴/스퀘어의 단위 면적 당 저항을 가진다. 일반적으로는 5 내지 12 옴/스퀘어이다.
앞서 언급한 바대로, 본 발명의 특히 유용한 변형체는 전도 층이 직간접적으로 증착되는 {앞서 언급된 장벽 층들과 같은 (하나의) 다른 층(들)을 통해서} 유리 기판의 면(A)으로서, 그 자체가 특정 조도를 갖는 것에 있다.
이 면(A)의 RMS 조도는 100nm 내지 5000nm의 범위일 수 있고 유용하게는 100 내지 2000nm이고 바람직하게는 적어도 500 또는 1000nm인데, 램버티안 표면(Lambertian surface)으로 문헌에 언급되어 있다. 이 RMS 조도는 앞서 기술된 전도 층의 조도와 동일 정도의 중요성을 갖으며 동일한 방법으로 측정될 수 있다. 대안적 또는 점증적으로, 이 면(A)의 조도는 기판의 표면에 평행한 차원을 따라서 측정된 것으로, 특징부의 평균 크기가 적어도 5 마이크로미터이다. 유용하게도, 5 내지 100마이크로미터이고, 특히 10 내지 50마이크로미터이다.
이 조도는 균일하지 않고, 또한 임의적인 것이 바람직하다. 유리의 표면에 규칙적인 특징부는 없으나, 전 표면에 걸쳐서 임의로 퍼진 유리 표면의 융기 및/또는 함몰(trough)의 크기는 다양하다. 유용하게도, 이 강도는 상기 기판에 의해 투과되는 광이 상당한 수준으로 확산되게 할 것이고, 또한 우세하게는 "전방" 방향, 즉 광을 확산시키는 방법으로, 그러나 우세하게는 태양 전지를 향해 확산되게 할 것이다.
여기서 다시 말하면, 목표는 가능한 한 많은 입사광 복사열을 "가두는 것(trap)"이고, 이를 다양한 방법으로 행하는 것이다.
확산 경계면 (diffuse interface)은, 유리와, 상기 재료 사이에서 형성되고 그 사이에서 연속적이며, 또한 이 조도는, 부분적으로라도, 거친 표면에 연속적으 로 증착될 층들에 대해 전달될 것이다: 상기 층은 그 층이 증착되는 기판의 조도를 근사적으로 따르는 경향이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 기판의 조도는 상기 층 자체가 가질 수 있는 조도보다 더 큰 것이다. 그래서, 거친 표면에 증착된 상기 층은 두 가지 종류(order)의 조도를 갖는다.
거친 표면을 형성함으로써, 그에 따라 연속해서 다른 연속적인 확산 경계면을 형성하고, 그에 따르는 층들의 각각은 이 조도를 보다 근사적으로 또는 이보다 덜 근사적으로 따르게 하는 것이 가능하다. 그 자체가 타고난 또는 유도된 조도를 또한 가질 수 있는 전도 층으로 윤빼기 공정을 거친 (delustered) 유리 기판을 결합하는 것은, 상기 전기 내부에서 투과된 광 확산에 대한 기여를 매우 크게 증가시킬 수 있다. 이는 명백하게 개선된 변환 효율, 하나로 합쳐진 다양한 재료들의 조도, 및 매우 유용한 방식으로의 조합을 제공한다.
그에 따라 광을 "가두는 것"은 개선될 수 있는데, 이는 전도 층의 불규칙한 표면 구조가 이러한 전방 방향 확산 (전도 층과 그에 따르는 규소 주성분 층 사이에 존재하는 굴절률의 차이와 협력하여)을 형성하고, 및/또는 상기 유리의 어떤 불규칙한 표면이 또한 전방 방향 확산을 형성 (상기 유리와 전도 층 사이에 또한 존재하는 굴절률의 차이와 협력하여)하기 때문이다.
유리 기판의 면(A)의 조도는 다양한 타입의 연마, 예를 들어 모래 분사 또는 화학적 에칭에 의해 얻어질 수 있다. 화학적 에칭의 경우에 있어서, 수산화나트륨과 하이드로플루오르 산, 또는 하이드로플루오르산만으로 이루어진 용액을 사용하는 윤빼기 작업 (delustering)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 연속적이거나 연속적이지 않을 수 있는, 일련의 "크레이터"와 유사한 외관은 산(acid)을 이용하는 이러한 타입의 윤빼기 작업을 통해 얻어진다. 이러한 윤빼기 작업은, 몇 단계로 이루어질 수 있고, 상기 면이 다양한 용액과 접촉하여 연속적으로 처리되게 한다. 보다 약한 윤빼기 작업을 위해서는, 오직 하이드로플루오르산의 용액만 사용될 수 있다. 에칭 동안, 용액에서의 활성 요소의 농도 및/또는 상기 면의 담금 시간 및/또는 공정 개수는 유리 표면상에 형성되는 "구멍"의 깊이와 크기를 조정할 수 있게 한다. 유용하게도, 적어도 이 면에서는 "거친" 유리 표면은 발광물질(D65) 하에서 전체적으로 적어도 70 또는 75%, 특히 약 80%의 광을 투과한다. 확산 투과율은 적어도 40 내지 45%, 특히 약 50%일 수 있다.
다시 한번 유용하게도, 전도 층의 대부분은 특히 5 내지 200nm, 특히 50 내지 150nm의 평균 결정 크기를 갖는 결정질이다.
전의 변형체에 대하여 점증적이거나 대안적일 수 있은 변형체에 따르면, 유리 기판의 면(B) {앞서 언급한 면(A)에 대향하는 면}을 선택해서 이것이 또한 어느 정도의 조도를 갖게 하는 것이 가능하다. 이 조도는 앞서 기술된 면(A)의 조도에 유사하게, 임의적 또는 불균일할 수 있다. 그러나, 또한 균일한 것으로 선택되어서, 균일한 타입의 특징부를 가질 수 있다. 텍스처(texture)라는 용어는, 기판의 텍스처 면의 전체적인 평면에 대하여 또렷한 원추형 또는 볼록형인 복수의 기하학적 특징부를 의미하는 것으로 이해된다.
하나의 유용한 텍스처 타입은 다음과 같이 정의될 수 있다. 기판은 그 면 중 적어도 한 면이 상기 면의 일반 평면에 대해 다수의 기하학적인 릴리프 특징부에 의해 텍스처되고, 상기 텍스처 면은 광이 수용되는 면에 위치하며, 상기 특징부 각각의 표면은, 두 개의 점 중 하나의 점을 각각 포함하고,
- 이러한 평면은 판의 텍스처 면의 일반 평면에 수직이고,
- 이러한 평면은 각각, 상기 표면에 수직이고 상기 두 개의 점 중 하나의 점을 지나는 두 개의 직선 중 하나의 직선을 포함한다는
두 가지 조건을 만족시키는 두 개의 상호 교차 평면이 존재하도록, 적어도 두 개의 점을 포함한다.
유용하게도, 각각의 점은 다른 평탄 면에 있고, 특징부는 꼭지점에서 반각(half angle)을 갖는 피라미드이다.
피라미드의 밑면은 정사각형일 수 있다. 특징부는 또한 예를 들어 70° 또는 60°보다 낮거나, 특히 25 내지 50°의 꼭지점 반각을 갖는 원추일 수 있다.
유용하게도, 특징부의 밑면을 포함할 수 있는 가장 작은 원은 0.001mm 내지 5mm의 직경을 갖는 원 내에 내접된다.
기판의 텍스처 면의 전체적인 평면으로부터 가장 멀리 떨어진 특징부의 끝단은 유용하게도 0.25D에서 D의 범위를 갖는 간격에 의해 상기 평면으로부터 떨어지는데, 여기서 D는 기판의 텍스처 면의 전체적인 평면에 포함되고 상기 특징부의 밑면을 포함할 수 있는 가장 작은 원의 직경을 나타낸다.
텍스처 면은 연속적인 특징부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 텍스처 면은 하나의 점에서 끝나는 연속적인 특징부를 포함할 수 있다.
유용하게도, 유리 기판은 특수 투명 (extra-clear) 타입, 다시 말해서 철 산화물 같은 산화물 안료에 매우 기운(lean) 타입의 기판일 수 있다. 하나의 예로는 생-코뱅 유리(Saint-Gobain Glass)사에 의해 디아만트(DIAMANT)라는 이름으로 팔리는 유리를 들 수 있다. 그러한 유리의 이점은, 이것이 태양 전지 내에서 태양광의 가능한 한 가장 높은 투과를 가능하도록 돕는 매우 높은 광 투과를 갖는다는 것이다.
본 발명의 주제는 또한 태양 전지에 위에서 기술된 기판의 사용하는 것, 또한 태양 전지 그 자체, 또한 일부일 수 있는 태양광 모듈이다.
본 발명은 비 제한적인 예들 및 뒤따르는 도면들의 도움으로 아래에서 상세하게 기술될 것이다.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는, 본 발명에 따른 샘플의 SEM (scanning electronic microscopy)(주사 전자 현미경)에 의해 얻어진 플레이트를 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 두 개의 변형체에 따른 태양 전지의 일부의 단순화된 개략적 단면도.
도 2a 및 도 2b는 매우 개략적으로 도시되어 있고, 그 이해를 용이하게 하기 위하여 치수를 고려하지 않았고, 또한 단면에서, "전면" 유리가 거칠거나(도2a) 매 끄러운(도2b) 태양전지는 자신의 내면 상에 있다. "내면"이라는 용어는 상기 전지의 모든 층들이 차례로 발견되는 면을 지칭한다.
양 경우에서, 연속한다:
- 투명 유리로 만든 유리판(1)은 1 내지 3mm 두께를 갖는다;
- 플루오르 도핑 주석 산화물을 주성분으로 하는 전도 층(3)은 선구물질로부터 열분해에 의해 얻어진다(층은 600℃로 가열된 유리판에 수반하는 공정으로 CVD 에 의해, 알려진 방식으로 증착되었다);
- 규소 주성분 및 게르마늄 주성분 코팅(4)은 다음 층들이 중첩된 것이다: pa-Si/ia-Si/na-Si/pa-SiGe/ia-SiGe/na-SiGe;
- 은 층(5).
실시예 1
유리판(1)은 표준 이산화 규소 소다 석회 유리이고, 특별한 처리는 되지 않은 것으로 프랑스의 Saint-Gobain Glass 사에 의해 PLANILUX라는 상표명으로 판매되고 있다.
F:SnO2 층(3)은 500㎚의 두께를 가진다. 또한 대략 5 ±2nm의 RMS 조도를 가진다.
실시예 2
실시예 1과 비교해서, 유리판(1)은, 윤빼기 가공되고 면(B)을 에칭함으로써 확산된 유리판이다. 상기 에칭은 다음과 같이 이루어졌다. 본 면은 1시간 내지 1시 간 30분 동안 pH 2에서 수산화나트륨/염화수소의(또는 염화수소만의) 수용액으로 에칭되었다. 상당히 연속적인 크레이터와 유사한 특징부 형태의 윤빼기 처리(delustering)가 얻어졌고, 유리 표면에 날카로운 에지들을 형성했다. 약 1.8마이크로미터의 RMS 조도 및 약 50마이크로미터의 특징부 크기가 측정되었다.
실시예 3
유리판의 면(A)을 윤빼기 가공하고/확산시킨 점을 제외하고 {이전 예의 면(B)에 관해서}, 실시예 2와 동일하다. 이 시나리오에 있어서, 결과적으로 상기 거친 유리에 증착되고, 특히 그 증착 변수를 조절함으로써 변경될 수 있는 자신의 고유 조도뿐 아니라, 부분적으로라도, 이 조도를 "따르는" 것은 바로 F:SiO2 층이다.
도 1a 및 도 1b는 실시예 1 및 실시예 2에 따라서, 매끄러운 기판에 증착된 때, 그 두께를 통해서 보이고(1a) 또한 위에서 본(1b) F:SiO2 층을 나타낸다: 본질적으로 원주형 성장(columnar growth)을 갖는 양호한 결정질 층, 및 평균적으로 대략 200 내지 300nm인 특징부 (feature) 크기 (상기 층을 갖는 유리판에 평행한 평면을 따라 측정된)를 갖는 거친 표면을 볼 수 있다.
도 1c 및 도 1d는 실시예 3에 따른 F:SiO2 층으로 코팅된 유리의 거친 표면을 나타내는데, 도 1c는 위에서 본 것이고 도 1d는 그 두께 방향으로 본 것이다: 상기 층을 "따르고", 그 자체로서 일정 조도를 가지나 훨씬 작은 크기를 갖는, 연속적으로 의도된 특징부를 갖는 유리의 조도의 분화구와 유사한 프로파일을 볼 수 있다: 그러므로 이는 상기 층에 2차수 조도를 제공한다.
아래의 표 1은 3개의 실시예 각각에 대하여 다음의 데이타를 가져온다: (상기 전기의 상기 3개의 실시예에 대해 알려지고 동일한 방식으로 연결한 후에)
- Jsc: 0 볼트에서, 태양광 모듈에 의해 발생되는 mA/㎠ 단위의 전류 밀도 값(다시 말해 단락에 상응하는 전류 밀도);
- FF(%): 이것은 "필 팩터(fill factor)"에 대한 약자이고, 이는 Jsc 값과 "개방 회로 전압(open circuit voltage)"의 약자인 Voc에 의해 나뉘는 최대 전지 전력에 의해 정의된다;
- η(%): 이는 상기 전지의 태양 효율이고, 1000 W/㎡, 25℃에서, 그리고 AM 1.5 스펙트럼을 갖는 상기 전지의 최대 광 전력에 의해 나뉘는 최대 전지 전력으로서 정의된다.
J FF η
비교 실시예 1 12.8 73.2 7.6
본 발명에 따른 실시예 2 13.7 73.9 8.1
본 발명에 따른 실시예 3 14.0 73.3 8.4
이 면들 중 적어도 하나가 거친 유리판을 사용하면 효율이 무시하지 못할 정도로 상승함을 볼 수 있다. 최상의 결과는 전도 층이 이 거친 면에 증착될 때 얻어진다: 사실상 그런 결과가 왜 유리판의 조도와 전도 층의 본래의 조도 사이의 상기 면을 나타내는 이유를 전체적으로 설명하지 않지만, 매우 바람직한 시너지 효과가 있다. 그래서 유리판(1)에 의해 투과된 광의 최대량은 확산되어, 상기 광이, 광전기 변환이 일어나는 규소 주성분 재료들을 통해서, 다양한 입사각으로 몇 번에 걸 쳐서 지나갈 수 있게 한다.
본 발명은 CiS, CdTe, GaAs 또는 GaInP, Ge, GaSb, InP, GaxInyAs, 또는 CuInSe2와 같은 규소를 주성분으로 하는 반도체 외의 반도체를 사용하는 태양 전지들에 동일한 방법으로 적용될 수 있음은 두말할 나위도 없다.
본 발명은 유리판에 의해 투과된 광의 비율을 더욱 증가시키기 위하여, 유리판(1)으로 특수 투명 유리 (extra-clear glass)를 또한 사용할 수 있다.
결과적으로 본 발명은 유리판(1)은 거칠지 않고 전도 층(3)이 거칠거나, 또한 그 역의 경우인 전극에 관련된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 이들의 조도를 결합시키는데 있다.
실시예 3에서와 같이, 두 개의 조도가 중첩되었을 때, 그 때는, 태양 전지의 전체 성능에 대하여, 전도층의 표면상에서, 상기 기판에 의해 부여된 조도와, 상기 층이 동일한 조건이지만 매끄러운 유리판에 증착되었다면 가지게 될 조도를 구별하는 것은 어려워질 것이다: 이것이 진정 효과들의 결합이다. 특히 알루미늄으로 도핑된 산화아연으로 만들어진 전도 층은 실시예들에서 사용된 플루오르 도핑 주석 산화물에 대신하여 매우 유용하다.
본 발명은 위에서 기술된 예시적인 실시예들에 제한되는 것이 아니며, 다음의 변형체들을 또한 포함한다:
- 상기 유리, 특히 밑면으로부터 확산할 수 있는 종에 대한 장벽으로서의 기능, 및/또는 광학적 기능을 갖는 적어도 하나의 층(2)이 유리 기판(1)과 전도 층(3)사이에 놓인다.
- 그 표면상에 전도 층(3)이 직접 또는 다른 방식으로 위치하는 유리 기판(1)의 면(A)은 그 자체로 적어도 100nm이며, 1000 내지 5000nm 이고, 특히 1500 및 2000nm 사이인 RMS 조도를 갖는다.
게다가, 하나 이상의 금속 산화물을 주성분으로 하는 적어도 하나의 투명 전도 층(3)으로 이루어진 전극을 구비한 이 유리 기판(1)은, 그 위에 전도 층(3)이 직접 또는 다른 방식으로 증착되는 유리 기판(1)의 면(A)이, 적어도 1000nm, 특히 1000 및 5000nm 사이의 RMS 조도, 및/또는 평균 특징부 크기가 적어도 5㎛, 특히 5 내지 100㎛가 되게 하는 조도를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 면(B)의 조도는, 특히 삼각형 또는 사각형 밑면을 갖는 원추 또는 피라미드의 형상을 특징부를 갖는, 직사각형 텍스처를 갖고, 상기 특징부는 오목 또는 볼록하다는 것을 주목하라.
상술한 바와 같이, 본 발명은 태양 전지, 태양광 모듈 등에 사용되는 기판에 관한 것으로서 그 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (30)

  1. 하나의 금속 산화물을 포함하는 투명 전도 층(3)으로 이루어진 전극을 구비한 유리 기판(1)으로서,
    상기 투명 전도 층(3)이 적어도 3nm의 RMS 조도, 또는 이러한 RMS 조도를 위한 적어도 50nm의 평균 특징부(feature) 크기를 가지며, 상기 투명 전도 층(3)은 상기 유리 기판(1)의 한 면(A)상에 놓여지며, 상기 유리 기판(1)의 한 면(A)은 그 자체로 적어도 100nm의 RMS 조도를 가지며, 상기 유리 기판(1)의 조도가 상기 투명 전도 층(3)의 조도 보다 크며, 그로 인해 상기 투명 전도 층(3)은 두 가지 종류(order)의 조도를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)의 RMS 조도는 3nm와 30nm 사이인 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)의 조도 특징부는 적어도 100nm의 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)의 조도 특징부는 200과 400nm 사이의 평균 크기를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)은 열분해(pyrolysis)에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)은 스퍼터링에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)은 플루오르 또는 안티몬으로 도핑된 주석 산화물, 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물, 및 주석으로 도핑된 인듐 산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 기판(1)과 상기 투명 전도 층(3) 사이에 상기 유리로부터 확산할 수 있는 종(species)에 대한 장벽의 기능, 또는 광학적인 기능을 갖는 하나의 장벽 층(2)이 위치하는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 장벽 층(2)은 규소 산화물, 옥시카바이드, 옥시질화물 또는 질화물을 포함하고, 열분해나 스터퍼링에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)은 최대 30 또는 20 Ω/스퀘어의 스퀘어 당 저항을 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)은 최대 1000nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  12. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)은 그 자체로 100 내지 5000nm의 RMS 조도를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)이 증착되는 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)은 그 자체로서 적어도 5㎛의 평균 특징부 크기를 갖는 조도를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)은 5㎛ 내지 100㎛의 평균 특징부 크기를 가지는 조도를 갖는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  15. 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 하나의 투명 전도 층(3)으로 이루어지는 전극을 구비한 유리 기판(1)에 있어서,
    상기 투명 전도 층(3)이 증착되는 상기 유리 기판(1)의 면(A)은 적어도 100nm의 RMS 조도, 또는 평균 특징부 크기가 적어도 5㎛가 되게 하는 조도를 가지며, 상기 면(A)에 대한 유리 기판(1)의 대향 면(B)도 또한 조도를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)의 조도는 화학적 에칭, 또는 모래 분사(sandblasting) 타입의 기계적인 연마에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  18. 삭제
  19. 제15항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 상기 면(B)의 조도는 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)의 조도와 동일한 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  20. 제15항에 있어서, 상기 면(B)의 조도는, 원추 또는 삼각형 또는 사각형 밑면을 갖는 피라미드 형상의 특징부를 갖는 규칙적인 텍스쳐(regular texture)를 갖고, 상기 특징부는 오목 또는 볼록한 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  21. 제15항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 면(A)은 전방 방향으로 투과된 광 확산을 야기하는 조도를 갖고, 상기 유리 기판(1)은 적어도 40 내지 45%의 확산 광 투과를 포함하는 전체적으로 적어도 70 내지 75%의 광 투과를 갖는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  22. 제15항에 있어서, 상기 투명 전도 층(들)(3)은 결정질인 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  23. 삭제
  24. 태양 전지로서,
    제1항 또는 제15항에 따른 유리 기판(1)을 포함하는, 태양 전지.
  25. 삭제
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)의 조도는 화학적 에칭, 또는 모래 분사 타입의 기계적인 연마에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  27. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(3)이 증착되는 상기 면(A)에 대한 상기 유리 기판(1)의 대향 면(B)도 또한 조도를 가지는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  28. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 대향 면(B)의 조도는 상기 유리 기판(1)의 상기 면(A)의 조도와 동일한 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  29. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 기판(1)의 면(A)은 전방 방향으로 투과된 광 확산을 야기하는 조도를 갖고, 상기 유리 기판(1)은 적어도 40 내지 45%의 확산 광 투과를 포함하는 전체적으로 적어도 70 내지 75%의 광 투과를 갖는 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
  30. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 전도 층(들)(3)은 결정질인 것을 특징으로 하는, 유리 기판.
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