KR101072473B1 - 광기전력 장치 및 광기전력의 제조 방법 - Google Patents

광기전력 장치 및 광기전력의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 기판상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에, 진성 반도체층을 포함하는 제1 유닛을 형성하는 단계; 제1 주파수를 지닌 전압과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 지닌 전압을 교번되게 공급하여 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제1 부층과 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제2 부층이 교대로 적층된 중간반사막을 상기 제1 유닛 상에 형성하는 단계; 상기 중간반사막 상에 진성 반도체층을 포함하는 제2 유닛을 형성하는 단계; 및 상기 제2 유닛 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
수소 희석, 실란, 광기전력

Description

광기전력 장치 및 광기전력의 제조 방법{Photovoltaic Device and Method for Manufacturing the same}
본 발명은 광기전력 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 과도한 CO2 배출량으로 기후온난화와 고 유가로 인하여 에너지가 앞으로 인류의 삶을 좌우할 가장 큰 문제로 대두되고 있다. 풍력, 바이오 연료, 수소/연료전지 등 많은 신재생 에너지 기술들이 있으나, 모든 에너지의 근원인 태양에너지는 거의 무한한 청정에너지이기 때문에 태양광을 이용하는 광기전력 장치가 각광받고 있다.
지구 표면에 입사되는 태양광은 120,000TW에 해당하기 때문에, 이론적으로 10% 광-전 변환효율(conversion efficiency)의 광기전력 장치로 지구 육지면적의 0.16%만 덮는다면 한해 글로벌 에너지 소모량의 2배인 20 TW의 전력을 생산할 수 있다.
실제로 지난 10년간 전세계 태양광 시장은 매년 성장률 40%에 육박하는 폭발적인 성장을 보여왔다. 현재, 광기전력 장치 시장의 90%는 단결정(single-crystalline)이나 다결정(multi-crystalline or poly-crystalline) 실리콘과 같은 벌크(bulk)형 실리콘 광기전력 장치가 점유하고 있다. 하지만, 주 원료인 태양전지급 실리콘 웨이퍼(solar-grade silicon wafer) 생산이 폭발적인 수요를 따라가지 못하여 전 세계적으로 품귀현상이 발생하게 되므로, 생산단가를 낮추는데 있어서 커다란 불안요소가 되고 있다.
이에 반해, 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)을 바탕으로 한 수광층을 사용하는 박막(thin-film) 실리콘 광기전력 장치는 벌크형 실리콘 광기전력 장치에 비해서 실리콘의 두께를 100분의 1이하로 줄일 수 있을 뿐 아니라, 대면적 저가 생산이 가능하다.
한편, 단일접합(single-junction) 박막 실리콘 광기전력 장치는 달성할 수 있는 성능의 한계가 있기 때문에, 복수의 유닛을 적층한 이중접합 박막 실리콘 광기전력 장치나, 삼중접합 박막 실리콘 광기전력 장치가 개발되어 고 안정화 효율(stabilized efficiency)의 달성을 추구하고 있다.
이중접합 또는 삼중접합 박막 실리콘 광기전력 장치를 탄뎀형 광기전력 장치라 하고, 탄뎀형 광기전력 장치의 개방전압은 각 단위전지의 합이고 단락전류는 각 단위전지의 단락전류 중 최소값에 의하여 결정된다.
탄템형 광기전력 장치의 경우, 유닛들 사이에 내부 반사를 강화하여 효율을 높일 수 있는 중간반사막에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 광기전력 장치의 효율을 높일 수 있는 광기전력 장치 및 광기전력 장치의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 기판상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에, 진성 반도체층을 포함하는 제1 유닛을 형성하는 단계, 제1 주파수를 지닌 전압과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 지닌 전압을 교번되게 공급하여 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제1 부층과 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제2 부층이 교대로 적층된 중간반사막을 상기 제1 유닛 상에 형성하는 단계, 상기 중간반사막 상에 진성 반도체층을 포함하는 제2 유닛을 형성하는 단계, 및 상기 제2 유닛 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 광기전력 제조 장치의 제조 방법은 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에, 진성 반도체층을 포함하는 제1 유닛을 형성하는 단계, 제1 주파수를 지닌 전압을 계속하여 공급하고 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 지닌 전압의 공급 및 차단을 반복하여 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제1 부층과 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제2 부층이 교대로 적층된 중간반사막을 상기 제1 유닛 상에 형성하는 단계, 상기 중간반사막 상에 진성 반도체층을 포함하는 제2 유닛을 형성하는 단계 및 상기 제2 유닛 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 주파수 변환을 통하여 굴절률 매칭과 수직 전기 전도도가 우수한 중간반사막을 형성할 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명된다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(100)이 준비된다. 기판(100)은 절연성 투명기판이거나 절연성 불투명기판일 수 있다. 절연성 투명기판은 p-i-n 타입 광기전력 장치에 포함될 수 있으며, 절연성 불투명기판은 n-i-p 타입 광기전력 장치에 포함될 수 있다. p-i-n 타입 광기전력 장치 및 n-i-p 타입 광기전력 장치에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 제1 전극(210)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 제1 전극(210)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 형성될 수 있으며, 산화주석(SnO2)이나 산화아연(ZnO)과 같은 투명 전도성 산화물(TCO : Transparent Conductive Oxide)로 이루어질 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 레이저가 제1 전극(210) 측이나 기판(100)측으로 조사되어 제1 전극(210)이 스크라이브(scribe)된다. 이에 의하여 제1 전극(210)에 제1 분리홈(220)이 형성된다. 즉, 제1 분리홈(220)은 제1 전극(210)을 관통하므로 인접한 제1 전극들(210) 사이의 단락이 방지된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 유닛(230)은 CVD법으로 제1 전극(210) 상에 적층된다. 이 때 제1 유닛(230)은 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층을 포함한다. p 타입 반도체층의 형성을 위하여 모노 실란(SiH4)과 같이 실리콘을 포함하는 원료 가스와 B2H6와 같이 3족 원소를 포함하는 도핑가스가 반응챔버에 혼입되면 CVD법에 따라 p 타입 반도체층이 형성된다. 이후 실리콘을 포함하는 원료 가스가 반응챔버에 유입되면 CVD법에 따라 진성 반도체층이 p 타입 반도체층 상에 형성된다. PH3와 같이 5족 원소를 포함하는 도핑가스와 실리콘을 포함하는 원료 가스가 혼입되면 CVD법에 따라 n 타입 반도체층이 진성 반도체층 상에 적층된다. 이에 따라 제1 전극(210) 상에 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층이 순차적으로 적층된다.
본 발명의 실시예에서는 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층이 순차적으로 적층될 수도 있고, n 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 p 타입 반도체층이 순차적으로 적층될 수도 있다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 제1 유닛(230)의 n 타입 반도체층 또는 p타입 반도체층 상에 중간반사막(235)이 플라즈마 화학 기상 증착법에 따라 형성된다. 중간반사막(235)의 형성을 위하여 반응챔버 내로 산소원료가스, 탄소원료가스 또는 질 소원료가스와 같은 비실리콘계 원료가스와, 실리콘을 포함하는 원료가스 그리고 n 타입 도핑가스가 유입된다.
중간반사막(235)의 형성을 위하여 반응챔버에 제1 주파수(f1)와 제2주파수(f2) 사이의 변화를 반복하는 전압이 공급될 수 있다. 이 때 제1 주파수(f1)를 지닌 전원과 제2 주파수(f2)를 지닌 전원이 교대로 전압을 공급할 수도 있고, 제1 주파수(f1)와 제2주파수(f2) 사이를 변화하는 전압이 하나의 전원에 의하여 공급될 수도 있다.
또한 제1 주파수(f1)를 지닌 제1 전압은 계속하여 공급되고 제1 주파수(f1)보다 높은 제2 주파수(f2)를 지닌 제2 전압은 교번되게 공급될 수도 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 중간반사막(235)은 다층 구조를 가지며, 수소화된 n 타입 나노결정질 산화실리콘(n-nc-SiO:H) 또는 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘 카바이드(n-nc-SiC:H) 또는 수소화된 n 타입 나노결정질 질화실리콘(n-nc-SiN:H)을 포함한다.
중간반사막(235)에 대한 설명은 이후 보다 상세하게 이루어진다.
도 1f에 도시된 바와 같이, 중간반사막(235) 상에 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층을 포함하는 제2 유닛(240)이 형성된다. 또한 제1 유닛(230)이 순서대로 적층된 n 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 p 타입 반도체층을 포함하면, 제2 유닛(240) 역시 순서대로 적층된 n 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 p 타입 반도체층을 포함한다.
도 1g에 도시된 바와 같이, 제1 유닛(230), 중간반사막(235) 및 제2 유 닛(240)을 관통하는 제2 분리홈이 형성된 후 제2 분리홈이 채워지도록 제2 유닛(240) 상에 제2 전극(250)이 형성된다.
도 1a 내지 도 1g에 도시된 본 발명의 실시예는 두 개의 유닛으로 이루어진 이중접합 광기전력 장치이나 세 개의 유닛으로 이루어진 삼중접합 광기전력 장치일 수도 있다.
다음으로 도면을 참조하여 중간반사막(235)의 제조 방법이 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 중간반사막을 형성하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210) 및 제1 유닛(230)이 형성된 기판(100)이, 전극 역할을 하는 플레이트(300) 상에 위치한다.
제1 유닛(230)은 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층을 포함할 수 있다. 이 때 n 타입 반도체층은 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘(n-nc-Si:H)을 포함할 수 있으며, n 타입 나노결정질 실리콘 형성하기 위한 원료가스는 사일렌(SiH4), 수소(H2), 및 포스핀(PH3)을 포함할 수 있다.
수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘을 포함하는 n 타입 반도체층이 형성된 후, 반응챔버(310)로 유입되는 원료가스의 유량, 증착 온도, 증착 압력 등이 유지되고 산소원료가스 또는 탄소원료가스 또는 질소원료가스와 같은 비실리콘계 원료가스가 반응챔버로 유입된다.
이 때 반응챔버(310) 내에서 원료가스의 유량, 증착 온도, 증착 압력 등이 유지되고, 비실리콘계 원료가스가 반응챔버(310) 내로 유입되므로, 제1 유닛(230) 의 n 타입 반도체층 및 중간반사막(235)은 동일 반응챔버(310) 내에서 형성될 수 있다.
n 타입 반도체층 및 중간반사막(235)이 동일 반응챔버(310)에서 형성되는 것은 본 발명의 실시예에 따른 p-i-n 타입 광기전력 장치뿐만 아니라 n-i-p 타입 광기전력 장치에도 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 수소(H2), 실란(SiH4) 및 포스핀(PH3)과 같은 원료 가스들은 유량 조절기들(MFC1, MFC2, MFC3) 및 노즐이 형성된 전극(340)을 통하여 반응챔버(310) 내로 유입된다.
또한 비실리콘계 원료가스는 유량 조절기(MFC4) 및 전극(340)의 노즐을 통하여 반응챔버(310) 내로 유입된다. 비실리콘계 원료가스가 산소원료가스인 경우 산소원료가스는 산소 또는 이산화탄소를 포함할 수 있으며, 비실리콘계 원료가스가 탄소원료가스인 경우 탄소원료가스는 CH4, C2H4, 또는 C2H2를 포함할 수 있고, 비실리콘계 원료가스가 질소원료가스인 경우 질소원료가스는 NH4, N2O, 또는 NO를 포함할 수 있다.
이 때 앵글 밸브(330)는 반응챔버(310)의 압력이 일정하게 유지되도록 제어된다. 반응챔버(310)의 압력이 일정하게 유지될 경우 반응챔버(310) 내의 와류 발생으로 인한 실리콘 파우더의 생성이 방지되고, 증착 조건이 일정하게 유지된다. 수소는 실란의 희석을 위하여 유입되며 스테블러-론스키 효과 (Staebler-Wronski effect)를 감소시킨다.
상기 원료가스들과 함께 비실리콘계 원료가스가 유입되고 제1 전원(E1) 및 제2 전원(E2)이 각각 제1 전압 및 제2 전압을 공급하면 전극(340)과 플레이트(300) 사이에 전위차가 발생하므로 반응챔버(310) 내의 가스들은 플라즈마 상태가 되어 제1 유닛(230)의 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘 상에 증착된다. 이에 따라 중간반사막(235)이 형성된다.
산소원료가스가 유입된 경우, 중간반사막(235)은 수소화된 n 타입 나노결정질 산화실리콘(n-nc-SiO:H)을 포함한다. 탄소원료가스가 유입된 경우, 중간반사막(235)은 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘 카바이드(n-nc-SiC:H)를 포함한다. 질소원료가스가 유입된 경우, 중간반사막(235)은 수소화된 n 타입 나노결정질 질화실리콘(n-nc-SiN:H)을 포함한다.
이와 같이 중간반사막(235)은 빛이 입사되는 유닛의 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘과 유사한 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 물질을 포함하므로 중간반사막(235)은 빛이 입사되는 유닛과 원활하게 접합될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 중간반사막을 형성하기 위하여 반응챔버(310)에 공급되는 제1 전원(E1) 및 제2 전원(E2)의 주파수 변화를 나타낸다.
본 발명의 실시예에서 반응챔버로 유입되는수소의 유량, 실란의 유량 및 비실리콘계 원료가스의 유량은 증착 시간(T)의 변화에 따라 일정하다.
이 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전원(E1) 및 제2 전원(E2) 각각은 제1 주파수(f1)를 지닌 제1 전압과 제2 주파수를 지닌 제2 전압을 교번되게 공급한다. 제1 주파수(f1)를 지닌 제1 전압이 공급되는 시간(t1)에 대한 제2 주파수(f2)를 지 닌 제2 전압이 공급되는 시간(t2)의 비는 일정하다. 이에 따라 중간반사막(235)에 포함된 제1 부층 및 제2 부층의 두께의 비는 일정하다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전원(E1)은 제1 주파수(f1)를 지닌 전압을 증착시간(T)에 따라 계속하여 공급하고, 제2 전원(E2)은 제2 주파수(f2)를 지닌 전압을 불연속적으로 공급한다. 즉, 제2 전원(E2)는 전압의 공급 및 공급 차단을 반복적으로 수행한다. 이 때 제2 주파수(f2)를 지닌 제2 전압이 차단되는 시간, 즉 제1 전압만 공급되는 시간(t1)에 대한 제2 주파수(f2)를 지닌 제2 전압이 공급되는 시간(t2)의 비는 일정하다. 이에 따라 중간반사막(235)에 포함된 제1 부층 및 제2 부층의 두께의 비는 일정하다.
중간반사막(235)의 제1 부층 및 제2 부층에 대해서는 이후에 상세히 설명된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 주파수를 지닌 제1 전압 및 제2전압이 공급되면, 도 5와 같이 복수의 부층들(sub-layers)(235a, 235b)을 포함하는 중간반사막(235)이 제1 유닛(230)의 n 타입 반도체층 상에 형성된다.
이와 같이 증착 시간(T)의 변화에 따라 수소의 유량(A)과 실란의 유량(B)은 일정하므로 실란의 유량에 대한 수소 유량의 비인 수소 희석비는 일정하다.
중간반사막(235)의 부층들(235a, 235b)은 결정질 실리콘 입자(crystalline silicon grain)를 포함하는 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 부층(hydrogenated nano-crystalline silicon based sub-layer)(235b)과, 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 부층(hydrogenated nano-crystalline silicon based sub-layer)(235a)으로 이루어진다.
복수의 부층들(235a, 235b)에 포함된 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 물질은 비정질 실리콘계 물질이 결정질 실리콘계 물질로 상변이 경계에서 생성된다. 이하에서 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 부층은 제1 부층(235a)이라 하고, 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 부층은 제2 부층(235b)이라 한다.
반응챔버에 공급되는 전압의 주파수가 작을수록 결정성이 떨어지고 증착속도가 감소하는 반면, 반응챔버에 공급되는 전압의 주파수가 클수록 결정성 및 증착속도는 증가하다. 이에 따라 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 주파수(f1)을 지닌 전압이 공급되는 동안에는 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 부층인 제1 부층(235a)이 형성되고, 제1 주파수(f1)보다 높은 제2 주파수(f2)를 지닌 전압이 공급되는 동안에는 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘계 부층인 제2 부층(235b)이 형성된다.
제2 부층(235b)의 결정질 실리콘 입자는 제2 부층(235b)의 결정체적분율을 변화시키고 비실리콘계 원료가스는 굴절률을 변화시킨다. 즉, 제1 주파수(f1)을 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 제1 부층(235a)의 결정체적분율은 제1 주파수(f1)보다 높은 제2 주파수(f2)를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 제2 부층(235b)의 결정체적분율보다 작다. 결정체적분율은 단위 체적에 대한 결정이 차지하는 체적의 비율이다.
이에 따라 도 3과 같이 제1 주파수(f1)을 지닌 전압과 제2 주파수(f2)를 지 닌 전압이 교번되게 공급되거나, 도 4와 같이 제1 주파수(f1)을 지닌 전압은 계속하여 공급되고 제2 주파수(f2)를 지닌 전압이 공급되거나 차단될 때, 제1 부층(235a) 및 제2 부층(235b)은 수소화된 n 타입 나노결정질 산화실리콘(n-nc-SiO:H)를 포함하고, 제2 부층(235b)은 수소화된 n 타입 나노결정질 산화실리콘으로 둘러싸인 결정질 실리콘 입자를 포함한다.
탄소원료가스와 같은 비실리콘계 원료가스가 공급될 경우, 제1 부층(235a) 및 제2 부층(235b)은 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘 카바이드(n-nc-SiC:H)를 포함하고, 제2 부층(235b)은 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘 카바이드로 둘러싸인 결정질 실리콘 입자를 포함한다.
질소원료가스와 같은 비실리콘계 원료가스가 공급될 경우, 제1 부층(235a) 및 제2 부층(235b)은 수소화된 n 타입 나노결정질 질화실리콘(n-nc-SiN:H)을 포함하고, 제2 부층(235b)은 수소화된 n 타입 나노결정질 질화실리콘으로 둘러싸인 결정질 실리콘 입자를 포함한다.
이와 같이 결정체적분율이 굴절률다른 부층들(235a, 235b)이 교대로 적층되며, 각 부층(235a, 235b)이 waveguide의 역할을 하므로 중간반사막(235)에 의한 빛의 반사가 극대화될 수 있다. 이 때 결정체적분율이 제1 부층(235a) 보다 큰 제2 부층(235b), 즉 결정질 실리콘 입자를 포함하는 제2 부층(235b)은 제1 부층(235a)에 비하여 큰 수직 전기전도도를 가진다. 이에 따라 중간반사막(235)은 제1 유닛(230)과 제2 유닛(240) 사이의 전류 흐름을 원활히 한다.
또한 결정질 실리콘 입자를 포함하는 제2 부층(235b)은 제1 부층(235a)에 비 하여 굴절률이 크다. 따라서 제2 부층(235b)에 비하여 굴절률이 낮은 제1 부층(235a)은 빛이 입사되는 유닛과의 굴절률을 매칭시키므로 500 nm 내지 700 nm 파장의 빛과 같이 에너지 밀도가 높은 단파장 영역의 빛의 반사를 증가시킨다.
제2 부층(235b)의 결정질 실리콘 입자의 크기는 3 nm 이상 10 nm 이하일 수 있다. 크기가 3nm 보다 작은 결정질 실리콘 입자의 형성은 수직 전기 전도도를 감소시킨다. 또한 결정질 실리콘 입자의 크기가 10 nm 보다 클 경우 결정질 실리콘 입자 둘레의 결정 입계(grain boundary)의 체적이 과도하게 증가함에 따라 재결합 또한 증가하여 효율이 떨어질 수 있다.
한편, 앞서 언급된 바와 같이 본 발명의 실시예들에서 수소 희석비 및 챔버(310) 내의 압력은 일정하다. 챔버(310) 내에 공급되는 수소 및 실란의 유량과 비실리콘계 원료가스의 유량은 일정하다. 이에 따라 챔버(310) 내에서 수소와 실란 및 비실리콘계 원료가스의 와류가 발생 가능성이 줄어들어 중간반사막(235)의 막질이 향상된다.
한편 앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 실시예들에서는 photo-CVD 대신에 플라즈마 화학 기상 증착 방법이 이용된다. photo-CVD의 경우 대면적 광기전력 장치의 제조에 적합하지 않을 뿐만 아니라 증착이 진행될수록 photo-CVD의 장치의 석영창에 박막이 증착되어 투과되는 UV 광이 줄어든다.
이에 따라 증착률이 점차 낮아져 제1 부층(235a) 및 제2 부층(235b)의 두께가 점차 감소한다. 반면에 플라즈마 화학 기상 증착 방법은 이와 같은 photo-CVD 방법의 단점을 극복할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 플라즈마 화학 기상 증착 방법에서 제1 전원(E1) 및 제2 전원(E2)이 공급하는 전압들의 주파수들은 13.56 MHz 이상일 수 있다. 전압의 주파수가 13.56 MHz 이상일 경우 중간반사막(235)의 증착 속도가 증가한다. 또한 제2 주파수(f2)가 27.12 MHz 이상일 경우 증착률이 향상되고 결정질 실리콘 입자 형성이 원활하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 중간반사막(235)의 두께는 30 nm 이상 200 nm 이하일 수 있다. 중간반사막(235)의 두께가 30 nm 이상일 경우, 빛이 입사되는 유닛과 중간반사막(235) 사이의 굴절률 매칭이 이루어지면서 내부 반사가 원활히 이루어질 수 있다. 또한 중간반사막(235)의 두께가 200 nm 이하일 경우, 중간반사막(235)의 두께 증가로 인한 중간반사막(235) 자체의 과도한 빛의 흡수가 방지된다.
제1 부층(235a) 또는 제2 부층(235b)의 두께는 10 nm 이상 50 nm 이하일 수 있다. 제1 부층(235a) 또는 제2 부층(235b)의 두께는 10 nm 이상인 경우 굴절률 매칭이 이루어지고 결정질 실리콘 입자가 충분히 형성될 수 있다.
또한 제1 부층(235a) 또는 제2 부층(235b)의 두께가 50 nm보다 크면 부층이 너무 두꺼워져 중간반사막(235)이 포함하는 부층들의 개수가 작아질 수 있다. 이에 따라 중간반사막(235)에 의한 내부 반사가 줄어들 수 있다. 따라서 제1 부층(235a) 또는 제2 부층(235b)의 두께가 50 nm 이하이면 중간반사막(235)이 포함하는 부층의 개수가 적절하게 되어 빛의 반사가 원활하게 이루어질 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 중간반사막(235)의 두께는 30 nm 이상 200 nm 이하이고, 제1 부층(235a) 또는 제2 부층(235b)의 두께는 10 nm 이상 50 nm 이하이므로 중간반사막(235)에 포함된 부층들의 개수는 3개 이상일 수 있다.
한편, 제1 부층(235a) 및 제2 부층(235b)을 포함하는 중간반사막(235)의 굴절률은 1.7 이상 2.2 이하일 수 있다. 중간반사막(235)의 굴절률이 1.7 이상이면, 수직 전기 전도도(conductivity)가 커져 다중 접합 광기전력 장치의 FF (Fill Factor)가 향상되어 효율이 높아진다. 또한 중간반사막(235)의 굴절률이 2.2 이하이면 500 nm 내지 700 nm 파장 영역의 빛을 원활하게 반사하여 제1 유닛(230)의 단락전류가 증가하므로 효율이 높아진다.
비실리콘계 원료가스에 의하여 중간반사막(235)에 함유되는 비실리콘계 원소의 평균함유량은 10 atomic % 이상 30 atomic % 이하일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 비실리콘계 원소는 산소, 탄소 또는 질소일 수 있다. 비실리콘계 원소의 평균함유량은 10 atomic % 이상인 경우 빛이 입사되는 유닛과 중간반사막(235) 사이에 굴절률 매칭이 이루어져 내부 반사가 원활하게 이루어진다.
또한 비실리콘계 원소의 평균함유량이 불필요하게 크면 부층들의 결정체적분율이 감소하므로 수직 전기전도도가 감소할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서 비실리콘계 원소의 평균함유량은 30 atomic % 이하인 경우 중간반사막(235)의 평균결정체적분율이 적절하게 유지되어 중간반사막(235)이 비정질화되는 것이 방지되므로 전기 전도도가 향상된다.
중간반사막(235)의 평균수소함유량은 10 atomic % 이상 25 atomic % 이하일 수 있다. 중간반사막(235)의 평균수소함유량은 10 atomic % 이상인 경우 미결합손(dangling bond)이 패시베이션되어 중간반사막(235)의 막질이 향상된다. 중간반 사막(235)의 평균수소함유량이 불필요하게 크면 중간반사막(235)의 결정체적분율이 줄어들어 전기 전도도가 낮아진다. 따라서 중간반사막(235)의 평균수소함유량이 25 atomic % 이하인 경우 중간반사막(235)의 결정체적분율의 저하에 따른 비정질화를 방지하므로 수직 전기 전도도가 증가한다.
중간반사막(235)의 평균실리콘 결정체적분율은 4 % 이상 30 % 이하일 수 있다. 중간반사막(235)의 평균실리콘 결정체적분율은 4 % 이상이면 터널링 접합 특성이 향상되고, 중간반사막(235)의 평균실리콘 결정체적분율은 30 % 이하이면 비실리콘계 물질의 함량이 유지되므로 굴절률 매칭 특성 저하가 방지된다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 중간반사막(235)은 수직 전기 전도도가 우수한 n 타입 나노결정질 실리콘을 포함하므로 빛이 입사되는 유닛의 n 타입 반도체층을 대신할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치는 p 타입 반도체층 및 진성 반도체층을 포함하는 제1 유닛과, 중간반사막(235), 및 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 그리고 n 타입 반도체층을 포함하는 제2 유닛을 포함할 수 있다. 중간반사막(235)이 빛이 입사되는 유닛의 n 타입 반도체층을 대신할 경우, 광기전력 장치의 제조 시간 및 제조 비용이 줄어든다.
제1 유닛(230)을 통하여 빛이 입사되는 p-i-n 타입 광기전력 장치일 경우, 중간반사막(235)은 제1 유닛(230)의 n 타입 반도체층을 대신할 수 있다. 또한 제2 유닛(240)을 통하여 빛이 입사되는 n-i-p 타입 광기전력 장치일 경우, 중간반사막(235)은 제2 유닛(230)의 n 타입 반도체층을 대신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 기판(100) 상에 형성된 제1 유닛(230)을 통하여 빛 이 입사되는 p-i-n 타입 광기전력 장치에 대하여 기재되었으나, 본 발명은 기판(100)의 맞은 편으로 빛이 입사되는 n-i-p 타입 광기전력 장치에 대해서도 적용될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, n-i-p 타입 광기전력 장치는 기판(100)의 맞은 편으로부터 빛이 입사되고, 제1 전극(210) 상에 n 타입 반도체층(230n'), 진성 반도체층(230i') 및 p 타입 반도체층(230p')가 순차적으로 적층된 제1 유닛(230')이 형성된다. 중간반사막(235')은 제1 유닛(230') 상에 형성된다. 또한 n 타입 반도체층(240n'), 진성 반도체층(240i') 및 p 타입 반도체층(240p')이 순차적으로 적층된 제2 유닛(240')이 중간반사막(235') 상에 형성된다. 제2 전극(250)은 제2 유닛(240') 상에 형성된다.
중간반사막(235')은 빛이 입사되는 제2 유닛(240')과의 굴절률 매칭을 형성해야 하며, 중간반사막(235')은 제2 유닛(240')의 n 타입 반도체층과 접촉한다. 따라서 제1 유닛(230')의 p 타입 반도체층이 형성된 후, n 타입 나노결정질 실리콘계 물질을 포함하는 중간반사막(235')이 형성된다. 이 때 공급되는 전압의 주파수에 따라 중간반사막(235')은 복수의 부층들을 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 광기전력 장치는 복수의 유닛을 포함하는 탄뎀 구조에서 효율을 높이기 위해서 중간반사막(235)을 포함하며, 중간반사막(235)과 더불어 복수의 유닛들의 전류가 조절됨으로써 보다 나은 효율을 제공할 수 있다.
일반적으로 탄뎀 구조의 광기전력 장치에 포함된 복수의 유닛 사이의 전류 매칭(matching) 설계는 광기전력 장치의 동작 온도가 중요한 요인으로 작용한다.
예를 들어, 고온 지역이나 자외선이 강한 지역에 설치되는 광기전력 장치는 빛이 먼저 입사되는 유닛의 단락전류에 따라 광기전력 장치의 단락전류가 결정되도록 광기전력 장치가 설계된다. 빛이 먼저 입사되는 유닛의 단락전류에 따라 광기전력 장치의 단락전류가 결정되는 광기전력 장치인 경우 광기전력 장치의 온도 계수(temperature coefficient: 온도 1 도 상승 시 광기전력 장치의 효율 저하 비율)가 작으므로 광기전력 장치의 온도가 상승하더라도 효율 저하가 작기 때문이다.
반면에 저온 지역이나 자외선이 강하지 않은 지역에 설치되는 광기전력 장치는 빛이 먼저 입사되지 않는 유닛의 단락전류에 따라 광기전력 장치의 단락전류가 결정되도록 광기전력 장치가 설계된다. 빛이 먼저 입사되지 않는 유닛의 단락전류에 따라 광기전력 장치의 단락전류가 결정되는 광기전력 장치인 경우 광기전력 장치의 온도 계수(temperature coefficient: 온도 1 도 상승 시 광기전력 장치의 효율 저하 비율)는 크지만 열화율이 작다. 저온 지역에 설치되는 광기전력 장치의 경우 온도 계수에 상대적으로 영향을 덜 받으므로 빛이 먼저 입사되지 않는 유닛의 단락전류에 따라 광기전력 장치의 단락전류가 결정되도록 설계된다.
이와 같이 설계되는 광기전력 장치의 정력 출력(효율)은 표준시험조건(STC; Standard Test Conditions)에 따라 실내에서 측정되며, 표준시험조건은 다음의 조건들을 포함한다.
AM1.5(AIR MASS 1.5)
일사강도 1000 W·m-2
광기전력 장치의 온도: 25 ℃
그러나 옥외에 광기전력 장치가 설치될 경우 광기전력 장치의 온도가 25 도 보다 높으면, 광기전력 장치의 온도계수로 인하여 광기전력 장치의 효율은 표준시험조건에 따른 광기전력 장치의 정격 효율에 비해서 낮게 나타난다.
즉, 광기전력 장치가 동작할 때 흡수한 빛에너지의 대부분이 열에너지로 변환되며, 이에 따라 광기전력 장치의 실제 동작 온도는 표준시험조건에서의 광기전력 장치의 온도 25 도보다 쉽게 높아진다. 따라서 광기전력 장치의 온도계수로 인하여 광기전력 장치의 효율은 표준시험조건에 따른 광기전력 장치의 정격 효율에 비해서 낮게 나타난다.
이와 같은 문제점 때문에 표준시험조건의 광기전력 장치의 온도 25 도를 기준으로 탄뎀 구조의 광기전력 장치의 전류 매칭이 설계되나 모듈의 외부 환경에서의 실제 동작 온도를 고려하지 않으면 원하는 광기전력 장치의 효율이 얻어지지 않을 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 전류 매칭 설계는 광기전력 장치의 실제 설치 조건과 유사한 표준기준환경(Standard Reference Environment) 하에서 얻어지는 공칭 태양전지 동작 온도를 고려하여 이루어진다. 표준기준환경은 다음의 조건들을 포함한다.
광기전력 장치의 경사각(tilt angle): 수평선상에서부터 45°
총 일사강도(total irradiance): 800 W·m-2
주위 온도(circumstance temperature): 20 ℃
풍속(wind speed): 1m·s-1
전기 부하(electric load): 없음(개방 상태)
공칭 태양전지 동작 온도는 개방형 선반형 가대(open rack)에 장착된 광기전력 장치가 표준기준환경 하에서 동작할 때의 온도이다. 광기전력 장치는 다양한 실제 환경에서 사용되므로 광기전력 장치의 실제 설치 조건과 유사한 표준기준환경 하에서 측정된 공칭 태양전지 동작 온도를 고려하여 탄뎀 구조의 광기전력 장치의 전류 매칭이 설계될 경우 설치 환경에 맞는 광기전력 장치의 제조가 가능하다. 제1 유닛(230) 또는 제2 유닛(240) 중 빛이 입사되는 유닛과 다른 하나의 유닛의 단락전류가 조절되도록 제1 유닛(230) 및 제2 유닛(240)의 i형 광전변환층의 두께 및 광학적 밴드갭이 조절되면 광기전력 장치의 효율이 증가될 수 있다.
이와 같은 이유로 본 발명의 실시예에서는 광기전력 장치의 공칭 태양전지 동작 온도가 섭씨 35도 이상일 경우, 제1 유닛(230) 또는 제2 유닛(240) 중 빛이 먼저 입사되는 유닛의 단락전류가 다른 하나의 유닛의 단락전류보다 작거나 같도록 빛이 입사되는 유닛의 i형 광전변환층의 두께와 광학적 밴드갭이 설정될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 전체 단락전류는 빛이 입사되는 유닛의 단락전류에 의하여 결정된다.
이와 같이 빛이 입사되는 유닛의 단락전류가 다른 하나의 유닛의 단락전류보 다 작거나 같아질 경우 온도계수가 작아져서 광기전력 장치의 실제 온도가 높아지더라도 효율감소에 의한 발전성능 저하가 작아진다. 예를 들어, 빛이 입사되는 유닛의 단락전류가 다른 하나의 유닛의 단락전류보다 작거나 같아지도록 설계된 광기전력 장치가 태양광의 자외선이 강하여 푸른색 계역의 단파장이 강한 지역이나 온도가 높은 지역에 설치될 경우 온도계수가 작아져서 광기전력 장치의 실제 온도가 높아지더라도 효율감소에 의한 발전성능 저하가 작아진다.
반대로, 공칭 태양전지 동작 온도가 섭씨 35도 미만인 경우, 제1 유닛(230) 또는 제2 유닛(240) 중 빛이 입사되는 하나의 유닛 외의 다른 하나의 유닛의 단락전류가 빛이 입사되는 유닛의 단락전류보다 작거나 같아지도록 다른 하나의 유닛의 i형 광전변환층의 두께와 광학적 밴드갭이 설정될 수 있다. 다시 말해서 공칭 태양전지 동작 온도가 섭씨 35도 미만인 경우, 제1 유닛(230) 또는 제2 유닛(240) 중 빛이 입사되는 유닛의 단락전류는 다른 하나의 유닛의 단락전류보다 크거나 같도록 다른 하나의 유닛의 i형 광전변환층의 두께와 광학적 밴드갭이 설정될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 전체 단락전류는 빛이 나중에 입사되는 다른 하나의 유닛의 단락전류에 의하여 결정된다. 이 경우 광기전력 장치의 온도계수는 높지만 열화율이 작아진다. 광기전력 장치의 실제 동작온도가 상대적으로 낮기 때문에 온도계수에 의한 발전성능 저하보다는 열화율 감소에 의한 발전성능 개선이 가능하다. 특히, Fill Factor의 열화가 작기 때문에 주위 온도가 STC 조건인 25 도 보다 낮은 환경에서는 옥외 발전성능이 뛰어나다.
본 실시예와 같이 공칭 태양전지 동작 온도에 따라 전류 매칭 설계가 이루어 지는 광기전력 장치의 단락전류는 표준시험조건 하에서 측정될 수 있다.
i형 광전변환층의 두께가 클수록 그리고 광학적 밴드갭이 작을수록 유닛의 단락전류는 증가하므로 i형 광전변환층의 두께 및 광학적 밴드갭의 설정에 의하여 단락전류가 조절될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 중간반사막을 형성하기 위한 플라즈마 화학 기상 증착장치를 나타낸다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 중간반사막을 형성하기 위하여 반응챔버에 공급되는 제1 전원 및 제2 전원의 주파수 변화를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 포함된 중간반사막을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전력 장치를 나타낸다.

Claims (31)

  1. 기판상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에, 진성 반도체층을 포함하는 제1 유닛을 형성하는 단계;
    제1 주파수를 지닌 전압과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 지닌 전압을 교번되게 공급하여 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제1 부층과 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제2 부층이 교대로 적층된 중간반사막을 상기 제1 유닛 상에 형성하는 단계;
    상기 중간반사막 상에 진성 반도체층을 포함하는 제2 유닛을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 유닛 상에 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  2. 기판상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에, 진성 반도체층을 포함하는 제1 유닛을 형성하는 단계;
    제1 주파수를 지닌 전압을 계속하여 공급하고 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 지닌 전압의 공급 및 차단을 반복하여 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제1 부층과 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제2 부층이 교대로 적층된 중간반사막을 상기 제1 유닛 상에 형성하는 단계;
    상기 중간반사막 상에 진성 반도체층을 포함하는 제2 유닛을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 유닛 상에 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    일정한 유량을 지닌 비실리콘계 원료가스를 유입하여 상기 중간반사막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    일정한 유량을 지닌 산소원료가스, 탄소원료가스 또는 질소원료가스를 유입하여 상기 중간반사막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막은 산소원료가스, 탄소원료가스 또는 질소원료가스를 유입하여 형성되며,
    상기 산소원료가스는 산소 또는 이산화탄소를 포함하며,
    상기 탄소원료가스는 CH4, C2H4, 또는 C2H2를 포함하며,
    질소원료가스는 NH4, N2O, 또는 NO를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막은 수소화된 n 타입 나노결정질 산화실리콘 또는 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘 카바이드 또는 수소화된 n 타입 나노결정질 질화실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    빛이 입사되는 상기 제1 유닛 또는 상기 제2 유닛은 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘을 포함하는 n 타입 반도체층을 포함하며,
    상기 n 타입 반도체층과 접촉하는 상기 중간 반사막은 n 타입 나노결정질 실리콘계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    빛이 입사되는 상기 제1 유닛 또는 상기 제2 유닛은 수소화된 n 타입 나노결정질 실리콘을 포함하는 n 타입 반도체층이 형성된 후 상기 n 타입 반도체층의 형성을 위하여 반응챔버로 유입되는 원료가스의 유량, 증착 온도, 증착 압력 등이 유지되고 상기 중간 반사막의 형성을 위한 비실리콘계 원료가스가 상기 반응챔버로 유입되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막 형성시 수소의 유량 및 실란의 유량은 증착 시간의 변화에 따라 일정한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수를 지닌 전압이 공급되는 시간과 상기 제2 주파수를지닌 전압의 공급되는 시간의 비는 일정한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제2 주파수를 지닌 전압이 공급되는 시간과 상기 제2 주파수를지닌 전압이 차단되는 시간의 비는 일정한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 상기 결정질 실리콘 입자를 포함하는 수소화된 n 타입 나노 결정질 실리콘계 제2 부층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 상기 제1 부층의 결정체적분율은 상기 제2 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 상기 제2 부층의 결정체적분율보다 작은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제2 주파수를 지닌 전압이 차단될 때 형성되는 상기 제1 부층의 결정체적분율은 상기 제2 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 상기 제2 부층의 결정체적분율보다 작은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 상기 제1 부층의 전기전도도는 상기 제2 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 상기 제2 부층의 전기전도도보다 작은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 제2 주파수를 지닌 전압이 차단될 때 형성되는 상기 제1 부층의 전기전도도는 상기 제2 주파수를 지닌 전압이 공급될 때 형성되는 상기 제2 부층의 전기전도도보다 작은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 결정질 실리콘 입자의 크기는 3 nm 이상 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막은 플라즈마 화학 기상 증착 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 13.56 MHz 이상인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수보다 높은 상기 제2 주파수는 27.12 MHz 이상인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막의 두께는 30 nm 이상 200 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조방법.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 부층의 두께는 10 nm 이상 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막은 3개 이상의 부층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기 전력 장치의 제조 방법.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막의 굴절률은 1.7 이상 2.2 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  25. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막에 함유되는 비실리콘계 원소의 평균함유량은 10 atomic % 이상 30 atomic % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막의 평균수소함유량은 10 atomic % 이상 25 atomic % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  27. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중간반사막의 평균실리콘 결정체적분율은 4 % 이상 30 % 이하인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  28. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    빛이 입사되는 유닛은 p 타입 반도체층 및 진성 반도체층을 포함하며,
    상기 중간반사막은 상기 빛이 입사되는 유닛의 상기 진성 반도체층과 접촉하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  29. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 유닛 및 상기 제2 유닛은 순차적으로 적층된 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  30. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공칭 태양전지 동작 온도가 섭씨 35도 이상인 경우, 상기 제1 유닛 또는 상기 제2 유닛 중 빛이 입사되는 유닛의 단락전류는 다른 하나의 유닛의 단락전류보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
  31. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공칭 태양전지 동작 온도가 섭씨 35도 미만인 경우, 상기 제1 유닛 또는 상기 제2 유닛 중 빛이 입사되는 유닛의 단락전류는 다른 하나의 유닛의 단락전류보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101074291B1 (ko) * 2009-09-11 2011-10-18 한국철강 주식회사 광기전력 장치 및 광기전력의 제조 방법
KR101043219B1 (ko) * 2010-04-05 2011-06-22 한국철강 주식회사 플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법
KR101350749B1 (ko) * 2011-12-07 2014-01-17 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 광기전력 모듈
USD769808S1 (en) 2014-07-29 2016-10-25 Solaero Technologies Corp. Solar cell
USD784253S1 (en) 2016-02-16 2017-04-18 Solaero Technologies Corp. Solar cell
USD784919S1 (en) 2016-07-06 2017-04-25 Solaero Technologies Corp. Mosaic solar cell
USD785560S1 (en) 2016-07-06 2017-05-02 Solaero Technologies Corp. Mosaic solar cell
USD784255S1 (en) 2016-07-18 2017-04-18 Solaero Technologies Corp. Mosaic solar cell
USD784256S1 (en) 2016-07-18 2017-04-18 Solaero Technologies Corp. Mosaic solar cell

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100876613B1 (ko) * 2008-05-27 2008-12-31 한국철강 주식회사 탄뎀 박막 실리콘 태양전지 및 그 제조방법
KR100906748B1 (ko) * 2008-05-26 2009-07-09 (주)지이앤 태양 전지 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1154773A (ja) * 1997-08-01 1999-02-26 Canon Inc 光起電力素子及びその製造方法
AU2003220852B2 (en) * 2002-04-09 2008-12-11 Kaneka Corporation Method for fabricating tandem thin film photoelectric converter
US7595096B2 (en) * 2003-07-30 2009-09-29 Oc Oerlikon Balzers Ag Method of manufacturing vacuum plasma treated workpieces
JP2006319068A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Kaneka Corp 多接合型シリコン系薄膜光電変換装置、及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100906748B1 (ko) * 2008-05-26 2009-07-09 (주)지이앤 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR100876613B1 (ko) * 2008-05-27 2008-12-31 한국철강 주식회사 탄뎀 박막 실리콘 태양전지 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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