KR101119459B1 - 광전 변환 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
저비용으로 더욱 높은 성능을 얻을 수 있는 광전 변환 장치 및 그 제조 방법을 제공한다. 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층 (93) 을 구비한 광전 변환 장치 (90) 가, 상기 중간층 (93) 의 표면에 플라즈마 내성 보호층 (93A) 을 갖는다.
광전 변환 장치
Description
기술분야
본 발명은 광전 변환 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
박막형 태양 전지는 출력 전력을 증가시키기 위해서, 전압?전류의 양면에서 여러 가지 연구가 이루어져 왔다. 특히 입사광을 유효하게 흡수하여 전류로 하고, 개방 전압을 증가시키기 위해서, 적층형 (텐덤형) 구조가 제안되어 있다. 또한 광입사측 (상부) 광전 변환층으로부터의 전류를 증가시키기 위해서, 예를 들어, 비특허 문헌 1 과 같이 상부의 아모르퍼스 실리콘 광전 변환층과 하부의 다결정 박막 광전 변환층 사이에 막 두께를 최적화한 투명 도전막 구조 (중간 반사층, 줄여서 중간층) 가 제안되었다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-308354호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2002-118273호
비특허 문헌 1 : 제 2 회 태양광 발전 세계 회의 (2nd world conference and exhibition on photovoltaic solar energy conversion, 1998, Vienna, Austria) 스위스 Neuchatel 대학으로부터의 보고 (pp728-731)
비특허 문헌 2 : 미나미 타다츠구, 세라믹, Vol.42, No.1 (2007), 「ZnO 계 대체 재료의 우위성과 문제점」 도 4
발명의 개시
그러나, 중간층이 상부 광전 변환층에 반사되는 광파장역을 최적화하고 또한, 상부 광전 변환층의 전류를 증가시킬 필요가 있어, 예를 들어, 특허 문헌 1 과 같이 복수층의 중간층을 형성하여 반사광의 선택성을 향상시키는 기술이 있는데, 증가하는 전류량이 수지가 맞지 않는 비용 증가로 연결되어 있었다.
또 다른 문제로서, 예를 들어, 특허 문헌 2 와 같이 중간층을 도입한 경우, 모듈화하여 직렬 접속 회로를 구성했을 때, 중간층이 전류 리크 경로가 되어 모듈 특성이 열화되는 것이 알려져 있다. 특허 문헌 2 에서는 중간층의 도전율의 최적화로 이 현상을 방지하고 있지만, 열화 억제에는 한계가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 저비용으로 보다 높은 성능을 얻을 수 있는 광전 변환 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제에 대하여 본 발명자들이 예의 검토를 한 결과, 상부 광전 변환층의 형성 후의 중간층 형성 후에, 플라즈마 CVD 제막 장치에 의한 하부 광전 변환층을 형성하는 프로세스 (예를 들어 수소 플라즈마 노출) 의 영향에 의해, 중간층이 하부 광전 변환층에 접하는 표면 상에 광 흡수가 증가하는 표면층이 형성되는 것을 알 수 있었다. 또, 이 광흡수가 증가하는 표면층은, 중간층 재료인 Ga 도프 ZnO (GZO) 등의 ZnO 계 재료가 수소로 환원된 변질층인 것을 알 수 있었다. 이로써 중간층에서의 광흡수 로스가 발생하여, 태양 전지 전체의 발전 능력이 저하되 었다.
그래서, 플라즈마 내성이 높은, SiO2 에 의해 구성된 얇은 피막을 보호층으로서 중간층 표면에 형성함으로써, 중간층 표면의 변성을 방지할 수 있는 것을 알아내었다. 통상 SiO2 는 절연성이 높으나, 연구의 결과, SiC 타겟에 대한 Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해, 도전성이 있고 또한 광학적으로 투명한 SiO2-xCy 가 적용된다 (또한, x 와 y 는 작은 값이다. 이후, 간단히 SiO2 라고 표기한다).
또, ZnO 는 막 두께 감소로 저항률을 증가시키는 특성이 있어, 상기 기술을 이용함으로써 중간층의 고저항화를 위해서 중간층 막 두께를 감소시킬 수 있게 되어, 면내 방향의 전기 도전성을 저하시킴으로써 전류 리크 경로를 줄이는 효과가 있는 것도 알아내었다.
상기 기술은 특허 문헌 2 이상의 전류 리크 방지 기능을 갖고, 또한 동 특허 문헌 2 에서 전혀 대책이 이루어져 있지 않은 중간층의 플라즈마에 의한 열화도 방지한다.
또, 중간층을 갖는 박막 텐덤형 태양 전지에서 발생하는, 중간층을 통한 전류 리크를 방지하는 데에는, 중간층의 고저항화가 유효한 것을 알 수 있었다. 그러나, 특허 문헌 2 에서는, 중간층 재료인 Ga 도프 ZnO (GZO) 의 Ga 도프량의 조정?산소 농도의 증가로 GZO 의 고저항화를 도모하고 있지만, 고저항화에는 한계가 있었다. 비특허 문헌 2 의 도 4 에 의하면, ZnO 막 두께의 감소에 수반되어, ZnO 의 저항률이 감소하는 것을 나타내고 있다. 이것은 막 두께 감소와 함께, 박막을 구성하는 ZnO 결정 입자의 입경이 감소하기 때문이다. 따라서, 중간층에서의 전류 리크 방지에는, ZnO 막 두께를 가능한 한 얇게 하면 된다. 그러나, 중간층의 역할인, 광입사측 (상부) 광전 변환층으로부터의 전류를 증가시키기 위한, 특정 파장광의 선택적 반사율 증가에는, 정해된 막 두께의 ZnO 이어야 한다.
그래서, ZnO 가 얇은 채, 원하는 광학 특성을 갖는 막 두께를 갖기 위해서, ZnO / SiO2 / ZnO 라는 ZnO 박막에 의한 적층 구조를 취하면 된다. 이렇게 하면, 도전성을 갖는 ZnO 의 막 두께를 얇게 유지함으로써 고저항률이 만족되어, SiO2 의 존재에 의해 특정 파장광의 선택적 반사율 증가도 실현할 수 있다.
또한, ZnO 가 얇은 채, 원하는 광학 특성을 갖는 막 두께를 갖는 위해서, ZnO / SiO2 / ZnO / SiO2 / ZnO 라는 합계 5 층의 적층 구조를 취하면, 도전성을 갖는 ZnO 의 막 두께를 얇게 유지시킴으로써 고저항률을 만족시키고, 보다 양호한 특정 파장광의 선택적 반사율 증가도 실현할 수 있다.
또는, 보호층을 형성한, ZnO / SiO2 / ZnO / SiO2 라는 합계 4 층의 적층 구조를 취함으로써, 도전성을 갖는 ZnO 의 막 두께를 얇게 유지시킴으로써 고저항률이 만족되어, 플라즈마 노출에 의한 광흡수층의 형성을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명에 있어서는 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제 1 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접 속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서, 상기 중간층 표면에 플라즈마 내성 보호층을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 플라즈마 내성 보호층은 SiO2 를 주로 함유하는 것으로 할 수 있다.
또, 상기 제 1 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 플라즈마 내성 보호층은 Si, O, C 를 함유하는 층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인 층으로 할 수 있다.
상기 제 1 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 플라즈마 내성 보호층은 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해, 상기 중간층 표면에 플라즈마 내성 보호층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서, 상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 3 층의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명 도전막은 ZnO 를 함유하는 재료에 의해 구성할 수 있다.
상기 제 3 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 SiO2 를 주로 함유하는 층으로 할 수 있다.
또, 상기 제 3 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 Si, O, C 를 함유하는 층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인 층으로 할 수 있다.
상기 제 3 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명 도전막은 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 할 수 있다.
상기 제 3 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서, 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 3 층의 적층 구조를 갖고, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 상기 투명막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서, 상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 5 층의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 5 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명 도전막은 ZnO 를 함유하는 재료에 의해 구성할 수 있다.
상기 제 5 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막을 SiO2 를 주로 함유하는 층으로 할 수 있다.
또, 상기 제 5 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 Si, O, C 를 함유하는 층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이5 ％ 이상 30 ％ 이하인 층으로 할 수 있다.
상기 제 5 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명 도전막은 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 할 수 있다.
상기 제 5 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 제 6 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서, 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 5 층의 적층 구조를 갖고, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 상기 투명막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 7 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서, 상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막의 합계 4 층의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 7 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명 도전막은 ZnO 를 함유하는 재료에 의해 구성할 수 있다.
상기 제 7 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 SiO2 를 주로 함유하는 플라즈마 내성 보호층으로 할 수 있다.
또, 상기 제 7 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 Si, O, C 를 함유하는 플라즈마 내성 보호층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인 층으로 할 수 있다.
상기 제 7 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명 도전막은 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 할 수 있다.
상기 제 7 양태에 관련된 광전 변환 장치에 있어서, 상기 투명막은 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 제 8 양태는, 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과, 상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막의 합계 4 층의 적층 구조를 갖고, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 상기 투명막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광전 변환 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 중간층에 의한 특정 파장광의 선택적 반사율 증가도 실현하면서, 모듈화에 의한 중간층을 통한 전류 리크를 방지할 수 있다. 따라서, 저비용으로 더욱 높은 성능을 얻을 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2 는 동 광전 변환 장치의 제조 방법의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 3 은 동 광전 변환 장치의 제조 방법의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 4 는 동 광전 변환 장치의 제조 방법의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 5 는 동 광전 변환 장치의 제조 방법의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 8 은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
부호의 설명
50 … 태양 전지 패널,
90 … 광전 변환 장치,
91 … 제 1 셀층,
92 … 제 2 셀층,
93 … 중간층,
93A … 플라즈마 내성 보호층,
101 … 기판,
102 … 투명 전극층,
103 … 광전 변환층,
104 … 이면 전극층,
190 … 광전 변환 장치,
191 … 제 1 셀층,
192 … 제 2 셀층,
193 … 중간층,
193A … 투명 도전막,
193B … 투명막,
193C … 투명 도전막,
201 … 기판,
202 … 투명 전극층,
203 … 광전 변환층,
204 … 이면 전극층,
290 … 광전 변환 장치,
291 … 제 1 셀층,
292 … 제 2 셀층,
293 … 중간층,
293A … 투명 도전막,
293B … 투명막,
293C … 투명 도전막,
293D … 투명막,
293E … 투명 도전막,
301 … 기판,
302 … 투명 전극층,
303 … 광전 변환층,
304 … 이면 전극층,
390 … 광전 변환 장치,
391 … 제 1 셀층,
392 … 제 2 셀층,
393 … 중간층,
393A … 투명막,
393B … 투명 도전막,
393C … 투명막,
393D … 투명 도전막
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 광전 변환 장치 (90) 는 실리콘계 태양 전지로서, 기판 (1), 투명 전극층 (2), 태양 전지 광전 변환층 (3) 으로서의 제 1 셀층 (제 2 광전 변환층 ; 91) 그리고 제 2 셀층 (제 1 광전 변환층 ; 92), 및 이면 전극층 (4) 을 구비한다. 본 실시형태에 있어서 제 1 셀층 (91) 은 아모르퍼스 실리콘계 광전 변환층이며, 제 2 셀층 (92) 은 결정질 실리콘계 광전 변환층이다.
또한, 여기에서 실리콘계란 실리콘 (Si) 이나 실리콘 카바이트 (SiC) 나 실리콘 게르마늄 (SiGe) 을 포함하는 총칭이다. 또, 결정질 실리콘계란, 아모르퍼스 실리콘계 즉 비정질 실리콘계 이외의 실리콘계를 의미하는 것으로서, 미(微)결정 실리콘이나 다결정 실리콘계도 포함된다.
제 1 셀층 (91) 및 제 2 셀층 (92) 사이에는, 투명 도전막으로 이루어지는 중간층 (93) 을 형성한다. 중간층 (93) 의 보텀층측 표면에는 SiO2-xCy 에 의해 구성된 플라즈마 내성 보호층 (93A) 이 형성된다.
다음으로, 본 실시형태에 의한 태양 전지 패널의 제조 방법에 대하여 설명한다. 여기에서는, 기판 (1) 으로서의 유리 기판 상에 태양 전지 광전 변환층 (3) 으로서 아모르퍼스 실리콘계 광전 변환층 및 결정질 실리콘계 광전 변환층을 순차적으로 적층시키는 예에 대하여 설명한다. 도 2 ～ 도 5 는 본 실시형태에 의한 태양 전지 패널의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.
(1) 도 2(a)
기판 (1) 으로서 소다 플로트 유리 기판 (1.4 m × 1.1m × 판 두께 : 4 ㎜) 을 사용한다. 기판 단면 (端面) 은 파손 방지를 위해 코너 모따기나 R 모따기 가공되어 있는 것이 바람직하다.
(2) 도 2(b)
상기 실시형태에 기초하여, 기판 (1) 상에 투명 전극층 (2) 을 제막하고, 투명 전극이 있는 기판을 형성한다. 투명 전극층 (2) 으로서, 투명 전극막에 추가로, 기판 (1) 과 투명 전극막 사이에 알칼리 배리어막 (도시하지 않음) 을 형성해도 된다. 알칼리 배리어막은 산화 실리콘막 (SiO2) 을 50 ㎚ 이상 150 ㎚ 이하, 열 CVD 장치로 약 500℃ 에서 제막 처리한다.
(3) 도 2(c)
그 후, 기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하여, YAG 레이저의 제 1 고조파 (1064 ㎚) 를, 도면의 화살표로 나타내는 바와 같이 투명 전극막의 막면측으로부터 입사시킨다. 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 투명 전극막을 발전 셀의 직렬 접속 방향에 대하여 수직인 방향으로 기판 (1) 과 레이저 광을 상대 이동시켜, 홈 (10) 을 형성하도록 폭 약 6 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 직사각형 형상으로 레이저 에칭한다.
(4) 도 2(d)
플라즈마 CVD 장치에 의해, 감압 분위기 : 30 ㎩ 이상 150 ㎩ 이하, 기판 온도 : 약 200 ℃ 에서 광전 변환층 (3) 의 제 1 셀층 (톱층 ; 91) 으로서, 아모르퍼스 실리콘 박막으로 이루어지는 p 층막 / i 층막 / n 층막을 순차 제막한다. 제 1 셀층 (91) 은 SiH4 가스와 H2 가스를 주원료로, 투명 전극층 (2) 상에 제막된다. 태양광이 입사되는 측으로부터 p 층, i 층, n 층이 이 순서로 적층된다.
본 실시형태에 있어서 제 1 셀층 (91) 의 p 층은 SiH4, H2, CH4, B2H6 가스를 RF 플라즈마로 반응 생성시킨 비정질의 B 도프 SiC 막으로서, 막 두께는 4 ㎚ 이상 16 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 제 1 셀층 (91) 의 i 층은 SiH4 와 H2 를 RF 플라즈마로 반응 생성시킨 비정질 Si 막으로서, 막 두께는 100 ㎚ 이상 400 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 제 1 셀층 (91) 의 n 층은 SiH4, H2, PH3 가스를 RF 플라즈마로 반응 생성시킨, 결정 성분을 함유하는 Si 막으로서, n 층 단막의 라만비는 2 이상이며, 막 두께는 10 ㎚ 이상 80 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 「라만비」 란 라만 분광 평가에서 520 ㎝-1 인 결정 Si 의 강도와 480 ㎝-1 인 a-Si 의 강도의 비 (결정 Si 의 강도 / a-Si 의 강도) 를 말한다 (이하 동일). 상기 p 층막과 i 층막 사이에는 계면 특성의 향상을 위해서 버퍼층 (도시하지 않음) 을 형성해도 된다.
다음으로 제 1 셀층 (91) 상에, 플라즈마 CVD 장치에 의해, 감압 분위기 : 3000 ㎩ 이하, 기판 온도 : 약 200 ℃, 플라즈마 발생 주파수 : 40 ㎒ 이상 100 ㎒이하로, 제 2 셀층 (보텀층 ; 92) 으로서의 미결정 실리콘 박막으로 이루어지는 미결정 p 층막 / 미결정 i 층막 / 미결정 n 층막을 순차 제막한다.
제 2 셀층 (92) 은 본 실시형태에서는, 제 2 셀층 (92) 의 p 층은 SiH4, H2, B2H6 가스를 RF 플라즈마로 반응 생성시킨, 결정 성분을 함유하는 Si 막으로서, p 층 단막의 라만비는 2 이상이며, 막 두께는 10 ㎚ 이상 60 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 제 2 셀층 (92) 의 i 층은, SiH4 와 H2 를 RF 플라즈마로 반응 생성시킨, 결정 성분을 함유하는 Si 막으로서, 이 i 층을 1.5 ㎛ 막 두께로 적층시켰을 때의 라만비는 5 이상 (본 실시형태에서는 8) 이며, 막 두께는 1000 ㎚ 이상 2000 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 제 2 셀층 (92) 의 n 층은, SiH4, H2, PH3 가스를 RF 플라즈마로 반응 생성시킨, 결정 성분을 함유하는 Si 막으로서, n 층 단막의 라만비는 2 이상이며, 막 두께는 10 ㎚ 이상 80 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
미결정 실리콘 박막, 특히 미결정 i 층막을 플라즈마 CVD 법으로 형성하는 데 있어서, 플라즈마 방전 전극과 기판 (1) 표면의 거리 d 는, 3 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 3 ㎜ 보다 작은 경우, 대형 기판에 대응하는 제막실 내의 각 구성 기기 정밀도로부터 거리 d 를 일정하게 유지시키기 어려워짐과 함께, 지나치게 가까워 방전이 불안정해질 우려가 있다. 10 ㎜ 보다 큰 경우, 충분한 제막 속도 (1 ㎚/s 이상) 를 얻기 어려워짐과 함께, 플라즈마의 균일성이 저 하되어 이온 충격에 의해 막질이 저하된다. 제 2 셀층 (92) 의 i 층은, RF 주파수 40 ㎒ 이상 200 ㎒ 이하, 가스 압력 500 ㎩ 이상 3000 ㎩ 이하, 제막 속도 1 ㎚/s 이상 3 ㎚/s 이하로 제막되는 것이 바람직하고, 본 실시형태에 있어서는 RF 주파수 60 ㎒, 가스 압력 1.6 k㎩, 제막 속도 2 ㎚/s 로 제막된다.
제 1 셀층 (91) 과 제 2 셀층 (92) 사이에 전류 정합성을 취하기 위해서 반(半) 반사막이 되는 것을 목적으로, 중간층 (93) 으로서, 막 두께 10 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하인 ZnO 계 막을 스퍼터링 장치에 의해 제막하여 형성한다. 이 중간층 (93) 은 ZnO 단막에서의 광흡수율이 λ = 450 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하인 범위에서 1 ％ 미만인 것이 바람직하다.
또한, 중간층 (93) 의 표면에, SiC 타겟에 대한 Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해, 플라즈마 내성 보호층 (93A) 을 형성한다. 이로써, 도전성이 있고 또한 광학적으로 투명한 SiO2 - xCy 를 형성할 수 있다.
상기 x, y 는 작은 값이며, C 의 비율은 5 ～ 30 ％ 인 경우에 바람직한 보호층이 얻어진다 (Si : 1, O : 2, C : 0.15 ～ 0.9 (x = 0, y = 0.15 ～ 0.9)).
플라즈마 내성 보호층 (93A) 의 스퍼터 제막 조건은 이하와 같다.
가스압 : 5 × 10-3 Torr
가스 조성 : Ar ＋ O2
파워 : 1 W/㎠
장치명 : DC 스퍼터, SiC ＋ Si 타겟
막 조성은 Ar / O2 가스비로 조절할 수 있다. 아르곤 : 산소비가 50 ～ 1000, 특히 100 ～ 400 인 경우에, 적절한 C 비율을 갖는 SiO2-xCy 를 얻을 수 있다.
플라즈마 내성 보호층 (93A) 의 막 두께는 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하이며, 바람직하게는 5 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 경우에 양호한 결과가 얻어진다. 최소값인 2 ㎚ 는 확실히 피복되어, 피복률을 올리는 관점에서 설정하고, 또 도전율의 면에서 SiO2 가 지나치게 두꺼우면 전기 전도가 없어지는 점에서 최대값을 30 ㎚ 로 한다.
플라즈마 내성 보호층 (93A) 이 형성되어 있지 않은, 유리 / GZO / p-Si 에 의한 광흡수율 (평균 0.3 ％, 파장역 600 ～ 1100 ㎚) 과 비교하여, 광흡수율이 파장역 600 ～ 1100 ㎚ 에 있어서 평균 0.1 ％ 이하가 되어, 실질적으로 광흡수를 없앨 수 있다.
또한, 중간층 (93) 의 형성은 투명 도전막 / 플라즈마 내성 보호층 (투명막 ; 93A) 의 순서로 타겟을 설치한 연속 스퍼터 제막이어도 되고, 투명 도전막 / 플라즈마 내성 보호층 (투명막 ; 93A) 에서 개별 스퍼터실을 준비한 배치 (batch) 식 스퍼터 제막이어도 된다.
(5) 도 2(e)
기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하여, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제2 고조파 (532 ㎚) 를, 도면의 화살표로 나타내는 바와 같이 광전 변환층 (3) 의 막면측으로부터 입사시킨다. 펄스 발진 : 10 ㎑ 이상 20 ㎑ 이하로 하여 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 투명 도전층 (2) 의 레이저 에칭 라 인의 약 100 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하의 가로측을 목표로 하여, 홈 (11) 을 형성하도록 레이저 에칭한다. 레이저 에칭 라인의 위치는 역전되어 있지 않으면 문제가 없지만, 위치 결정의 공차를 고려하여 상기 수치를 노린 것이다.
(6) 도 3(a)
이면 전극층 (4) 으로서 Ag 막을 스퍼터링 장치에 의해 감압 분위기, 약 150 ℃ 에서 순차 제막한다. 이면 전극층 (4) 은 본 실시형태에서는, Ag 막을 막 두께 150 ㎚ 이상으로 제막하고, 또한 n 층과 이면 전극층 (4) 의 접촉 저항 저감과 광반사 향상을 목적으로, 광전 변환층 (3) 과 이면 전극층 (4) 사이에 막 두께 10 ㎚ 이상의 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO (Ga 도프 ZnO) 막) 을 스퍼터링 장치에 의해 제막하여 형성한다.
(7) 도 3(b)
기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하여, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제2 고조파 (532 ㎚) 를, 도면의 화살표에 나타내는 바와 같이 기판 (1) 측으로부터 입사시킨다. 레이저 광이 광전 변환층 (3) 에서 흡수되고, 이 때 발생하는 높은 가스 증기압을 이용하여 이면 전극층 (4) 이 폭렬하여 제거된다. 펄스 발진 : 1 ㎑ 이상 10 ㎑ 이하로 하여 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 투명 도전층 (2) 의 레이저 에칭 라인의 약 250 ㎛ 이상 400 ㎛ 이하의 가로축을 노려, 홈 (12) 을 형성하도록 레이저 에칭한다. 레이저 에칭 라인의 위치는, 역전되어 있지 않으면 문제가 없지만, 위치 결정의 공차를 고려하여 상기 수치를 노린 것이다.
(8) 도 3(c)
발전 영역을 구분하여, 기판 단 (端) 주변의 막 단부에 있어서 레이저 에칭에 의한 직렬 접속 부분이 단락되기 쉬운 영향을 제거한다. 기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하여, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제 2 고조파 (532 ㎚) 를 기판 (1) 측으로부터 입사시킨다. 레이저 광이 투명 전극층 (2) 과 광전 변환층 (3) 에서 흡수되고, 이 때 발생하는 높은 가스 증기압을 이용하여 이면 전극층 (4) 이 폭렬하여, 이면 전극층 (4) / 광전 변환층 (3) / 투명 전극층 (2) 이 제거된다. 펄스 발진 : 1 ㎑ 이상 10 ㎑ 이하로 하여 가공 속도에 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 기판 (1) 의 단부로부터 5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하의 위치를, X 방향 절연 홈 (15) 을 형성하도록 레이저 에칭한다. 이 때, Y 방향 절연 홈은 후공정에서 기판 (1) 주위 영역의 막면 연마 제거 처리를 하기 때문에 형성할 필요가 없다.
절연 홈 (15) 은 기판 (1) 의 단으로부터 5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하인 위치에서 에칭을 종료시킴으로써, 태양 전지 패널 단부로부터의 태양 전지 모듈 (6) 내부로의 외부 습분 침입의 억제에 유효한 효과를 나타내므로 바람직하다.
(9) 도 4(a)
후공정의 EVA 등을 개재한 백 시트와의 건재한 접착?시일면을 확보하기 위해서, 기판 (1) 주변 (주위 영역 (14)) 의 적층막은, 단차가 있음과 함께 박리되기 쉽기 때문에 이 막을 제거한다. 먼저, 기판의 단으로부터 5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하에서, 전술한 도 3(c) 공정에서 형성된 절연 홈 (15) 보다 기판 단측에 있어서의 이면 전극층 (4) / 광전 변환층 (3) / 투명 도전층 (2) 에 있어서, 지석 (砥石) 연마나 블라스트 연마 등을 이용하여 제거한다.
연마 찌꺼기나 지립 (砥粒) 은 기판 (1) 을 세정 처리하여 제거하였다.
(10) 도 4(b)
단자함이 장착된 부분은 백 시트에 개구 관통창을 형성하여 집전판을 꺼낸다. 이 개구 관통창 부분에는 절연재를 복수 층 설치하여 외부로부터의 습분 등의 침수를 억제한다.
직렬로 나열된 일방 단의 태양 전지 발전 셀과, 타방 단부의 태양 전지 발전 셀로부터 구리박을 사용하여 집전하여 태양 전지 패널 이면측의 단자함 부분으로부터 전력을 꺼낼 수 있도록 처리한다. 구리박은 각 부와의 단락을 방지하기 위해서 구리박 폭보다 넓은 절연 시트를 배치한다.
집전용 구리박 등이 소정 위치에 배치된 후에, 태양 전지 모듈 (6) 의 전체를 덮고, 기판 (1) 으로부터 비어져 나오지 않도록 EVA (에틸렌아세트산비닐 공중합체) 등에 의한 충전재 시트를 배치한다.
EVA 상에, 방수 효과가 높은 백 시트 (21) 를 설치한다. 백 시트 (21) 는 본 실시형태에서는 방수 방습 효과가 높도록 PTE 시트 / AL 박 / PET 시트의 3 층 구조로 이루어진다.
백 시트 (21) 까지를 소정 위치에 배치한 것을, 라미네이터에 의해 감압 분위기에서 내부를 탈기하여 약 150 ℃ 이상 160 ℃ 이하에서 프레스하면서, EVA 를 가교시켜 밀착시킨다.
(11) 도 5(a)
태양 전지 모듈 (6) 의 이면측 (24) 에 단자함을 접착제에 의해 장착시킨다.
(12) 도 5(b)
구리박과 단자함의 출력 케이불 (23) 을 땜납 등에 의해 접속시키고, 단자함 내부를 봉지제 (포팅제) 로 충전하여 밀폐한다. 이것으로 태양 전지 패널 (50) 이 완성된다.
(13) 도 5(c)
도 5(b) 까지의 공정에서 형성된 태양 전지 패널 (50) 에 대하여 발전 검사 그리고, 소정의 성능 시험을 한다. 발전 검사는 AM 1.5, 전천일사 (全天日射) 기준 태양광 (1000 W/㎠) 의 솔러 시뮬레이터를 이용하여 실시한다.
(14) 도 5(d)
발전 검사 (도 5(c)) 전후에, 외관 검사를 비롯하여 소정의 성능 검사를 실시한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (90) 에 의하면, 중간층 (93) 의 표면에 플라즈마 내성이 높은 SiO2 의 얇은 피막을 플라즈마 내성 보호층 (93A) 으로서 제막함으로써, 중간층 표면의 변성을 방지하여, 중간층 (93) 에서의 광흡수 로스를 억제할 수 있다. 따라서, 더욱 저비용으로 높은 성능의 광전 변환 장치 (90) 를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 6 은 본 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 광전 변환 장치 (190) 는 실리콘계 태양 전지로서, 기판 (101), 투명 전극층 (102), 태양 전지 광전 변환층 (103) 으로서의 제 1 셀층 (제 2 광전 변환층 ; 191) 그리고 제 2 셀층 (제 1 광전 변환층 ; 192), 및 이면 전극층 (104) 을 구비한다. 본 실시형태에 있어서 제 1 셀층 (191) 은 아모르퍼스 실리콘계 광전 변환층이며, 제 2 셀층 (192) 은 결정질 실리콘계 광전 변환층이다.
또한, 여기에서, 실리콘계란 실리콘 (Si) 이나 실리콘 카바이트 (SiC) 나 실리콘 게르마늄 (SiGe) 을 포함하는 총칭이다. 또, 결정질 실리콘계란, 아모르퍼스 실리콘계 즉 비정질 실리콘계 이외의 실리콘계를 의미하는 것으로서, 미결정 실리콘이나 다결정 실리콘계도 포함된다.
제 1 셀층 (191) 및 제 2 셀층 (192) 사이에는, 중간층 (193) 을 형성한다. 중간층 (193) 은 투명 도전막 (193A) / 투명막 (193B) / 투명 도전막 (193C) 의 합계 3 층으로 이루어진다. 투명막 (193B) 은 SiO2-xCy 에 의해 구성된 층이다.
본 실시형태에 의한 태양 전지 패널의 제조 방법에 대해서는, 상기 제 1 실시형태와 공통되는 공정은 그 자세한 설명을 생략한다.
본 실시형태에 있어서는 제 1 셀층 (191) 과 제 2 셀층 (192) 사이에 전류 정합성을 취하기 위해서 반반사막이 되는 것을 목적으로, 중간층 (193) 의 투명 도전막 (193A 및 193C) 으로서 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO (Ga 도프 ZnO) 막) 를 스퍼터링 장치에 의해 제막하여 형성한다. 이 중 간층 (193) 은 ZnO 단막에서의 광흡수율이 λ = 450 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하인 범위에서 1 ％ 미만인 것이 바람직하다. 또 투명막 (193B) 을, SiC 타겟에 대한 Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 형성한다. 이로써, 도전성이 있고 또한 광학적으로 투명한 SiO2-xCy 를 형성할 수 있다.
상기 x, y 는 작은 값이며, C 의 비율은 5 ～ 30 ％ 인 경우에 바람직한 결과가 얻어진다 (Si : 1, O : 2, C : 0.15 ～ 0.9 (x = 0, y = 0.15 ～ 0.9)).
투명막 (193B) 의 스퍼터 제막 조건은 이하와 같다.
가스압 : 5 × 10-3 Torr
가스 조성 : Ar ＋ O2
파워 : 1 W/㎠
장치명 : DC 스퍼터, SiC ＋ Si 타겟
막 조성은 Ar / O2 가스비로 조절할 수 있다. 아르곤 : 산소비가 50 ～ 1000, 특히 100 ～ 400 인 경우에, 적절한 C 비율을 갖는 SiO2-xCy 를 얻을 수 있다.
투명막 (193B) 의 막 두께는 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하이며, 바람직하게는 5 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 경우에 양호한 결과가 얻어진다. 최소값인 2 ㎚ 는 확실히 피복되어, 피복률을 올리는 관점에서 설정하고, 또 도전율의 면에서 SiO2 가 지나치게 두꺼우면 전기 전도가 없어지는 점에서 최대값을 30 ㎚ 로 한다. 투명 도전막 (193A, 193C) 의 치수는 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 한다.
투명막 (193B) 이 형성되어 있지 않은, 유리 / GZO / p-Si 에서의 광흡수율 (평균 0.3 ％, 파장역 600 ～ 1100 ㎚) 과 비교하여, 광흡수율이 파장역 600 ～ 1100 ㎚ 에 있어서 평균 0.1 ％ 이하가 되어, 실질적으로 광흡수를 없앨 수 있다.
또한, 중간층 (193) 의 형성은, 투명 도전막 (193C), 투명막 (193B), 투명 도전막 (193A) 의 순서로 타겟을 설치한 연속 스퍼터 제막이어도 되고, 투명 도전막 (193A, 193C), 투명막 (193B) 으로 개별 스퍼터실을 준비한 배치식 스퍼터 제막이어도 된다.
이상과 같이 본 실시형태의 광전 변환 장치 (190) 에 의하면, 중간층 (193) 이 투명 도전막 (193A) / 투명막 (193B) / 투명 도전막 (193C) 인 3 층의 적층 구조를 가짐으로써, 투명 도전막이 얇은 채 원하는 광학 특성을 얻을 수 있어 중간층의 고저항성이 만족되고, 중간층을 통한 전류 리크를 방지할 수 있어 중간층에 의한 특정 파장광의 선택적 반사율 증감도 실현할 수 있다. 즉, 중간층의 광학 특성을 열화시키지 않고 전기 특성 (고저항성) 을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 상기 특허 문헌 2 의 1 × 10-3Ω?㎝ 이상의 저항률을 갖는 중간층을 실현할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 7 은 본 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 광전 변환 장치 (290) 는 실리콘계 태양 전지로서, 기판 (201), 투명 전극층 (202), 태양 전지 광전 변환층 (203) 으로서의 제 1 셀층 (제 2 광전 변환층 ; 291) 그리고 제 2 셀층 (제 1 광전 변환층 ; 292), 및 이면 전극층 (204) 을 구비한다. 본 실시형태에 있어서 제 1 셀층 (291) 은 아모르퍼스 실리콘계 광전 변환층이며, 제 2 셀층 (292) 은 결정질 실리콘계 광전 변환층이다.
또한, 여기에서 실리콘계란 실리콘 (Si) 이나 실리콘 카바이트 (SiC) 나 실리콘 게르마늄 (SiGe) 을 포함하는 총칭이다. 또, 결정질 실리콘계란, 아모르퍼스 실리콘계 즉 비정질 실리콘계 이외의 실리콘계를 의미하는 것으로서, 미결정 실리콘이나 다결정 실리콘계도 포함된다.
제 1 셀층 (291) 및 제 2 셀층 (292) 사이에는, 중간층 (293) 을 형성한다. 중간층 (293) 은 투명 도전막 (293A) / 투명막 (293B) / 투명 도전막 (293C) / 투명막 (293D) / 투명 도전막 (293E) 의 합계 5 층으로 이루어진다. 투명막 (293B, 293D) 은 SiO2-xCy 에 의해 구성된 층이다.
본 실시형태에 의한 태양 전지 패널의 제조 방법에 대해서는, 상기 제 1 실시형태와 공통된 공정은 그 자세한 설명을 생략한다.
제 1 셀층 (291) 과 제 2 셀층 (292) 사이에 전류 정합성을 취하기 위해서 반반사막이 되는 것을 목적으로, 중간층 (293) 의 투명 도전막 (293A, 293C, 293E) 으로서, 각각 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO (Ga 도프 ZnO) 막) 을 스퍼터링 장치에 의해 제막하여 형성한다. 이 중간층 (293) 은 ZnO 단막에서의 광흡수율이 λ = 450 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하인 범위에서 1 ％ 미만인 것이 바람직하다. 또 투명막 (293B, 293D) 을, SiC 타겟에 대한 Ar / O2 가 스 조성의 스퍼터에 의해 형성한다. 이로써, 도전성이 있고 또한 광학적으로 투명한 SiO2-xCy 를 형성할 수 있다.
상기 x, y 는 작은 값이며, C 의 비율은 5 ～ 30 ％ 인 경우에 바람직한 결과가 얻어진다 (Si : 1, O : 2, C : 0.15 ～ 0.9 (x = 0, y = 0.15 ～ 0.9)).
투명막 (293B, 293D) 의 스퍼터 제막 조건은 이하와 같다.
가스압 : 5 × 10-3 Torr
가스 조성 : Ar ＋ O2
파워 : 1 W/㎠
장치명 : DC 스퍼터, SiC ＋ Si 타겟
막 조성은 Ar / O2 가스비로 조절할 수 있다. 아르곤 : 산소비가 50 ～ 1000, 특히 100 ～ 400 인 경우에, 적절한 C 비율을 갖는 SiO2-xCy 를 얻을 수 있다.
투명막 (293B, 293D) 의 막 두께는 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하이며, 바람직하게는 5 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 경우에 양호한 결과가 얻어진다. 최소값인 2 ㎚ 는 확실히 피복되어, 피복률을 올리는 관점에서 설정하고, 또 도전율의 면에서 SiO2 가 지나치게 두꺼우면 전기 전도가 없어지는 점에서 최대값을 30 ㎚ 로 한다. 투명 도전막 (293A, 293C, 293E) 의 치수는 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 한다.
투명막 (293B, 293D) 이 형성되어 있지 않은, 유리 / GZO / p-Si 에서의 광흡수율 (평균 0.3 ％, 파장역 600 ～ 1100 ㎚) 과 비교하여, 광흡수율이 파장역 600 ～ 1100 ㎚ 에 있어서 평균 0.1 ％ 이하가 되어, 실질적으로 광흡수를 없앨 수 있다.
또한, 중간층 (293) 의 형성은, 투명 도전막 (293E), 투명막 (293D), 투명 도전막 (293C), 투명막 (293B), 투명 도전막 (293A) 의 순서로 타겟을 설치한 연속 스퍼터 제막이어도 되고, 투명 도전막, 투명막으로 개별 스퍼터실을 준비한 배치 식 스퍼터 제막이어도 된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (290) 에 의하면, 중간층 (293) 이 투명 도전막 (293A) / 투명막 (293B) / 투명 도전막 (293C) / 투명막 (293D) / 투명 도전막 (293E) 의 5 층의 적층 구조를 가짐으로써 중간층의 고저항성이 만족되고, 중간층을 통한 전류 리크를 방지할 수 있어 중간층에 의한 특정 파장광의 선택적 반사율 증감도 실현할 수 있다. 즉, 중간층의 광학 특성을 열화시키지 않고 전기 특성 (고저항성) 을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 상기 특허 문헌 2 의 1 × 10-3 Ω?㎝ 이상의 저항률을 갖는 중간층을 실현할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 8 은 본 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 광전 변환 장치 (390) 는 실리콘계 태양 전지로서, 기판 (301), 투명 전극층 (302), 태양 전지 광전 변환층 (303) 으로서의 제 1 셀층 (제 2 광전 변환층 ; 391) 그리고 제 2 셀층 (제 1 광전 변환층 ; 392), 및 이면 전극층 (304) 을 구비한다. 본 실시형태에 있어서 제 1 셀층 (391) 은 아모르퍼스 실리콘계 광전 변 환층이며, 제 2 셀층 (392) 은 결정질 실리콘계 광전 변환층이다.
또한, 여기에서 실리콘계란 실리콘 (Si) 이나 실리콘 카바이트 (SiC) 나 실리콘 게르마늄 (SiGe) 을 포함하는 총칭이다. 또, 결정질 실리콘계란, 아모르퍼스 실리콘계 즉 비정질 실리콘계 이외의 실리콘계를 의미하는 것으로서, 미결정 실리콘이나 다결정 실리콘계도 포함된다.
제 1 셀층 (391) 및 제 2 셀층 (392) 사이에는 중간층 (393) 을 형성한다. 중간층 (393) 은 보텀층측으로부터, 투명막 (393A) / 투명 도전막 (393B) / 투명막 (393C) / 투명 도전막 (393D) 의 합계 4 층으로 이루어진다. 투명막 (393A, 393C) 은 SiO2 - xCy 에 의해 구성된 플라즈마 내성 보호층이다.
본 실시형태에 의한 태양 전지 패널의 제조 방법에 대해서는, 상기 제 1 실시형태와 공통되는 공정은 그 자세한 설명은 생략한다.
제 1 셀층 (391) 과 제 2 셀층 (392) 사이에 전류 정합성을 취하기 위해서 반반사막이 되는 것을 목적으로, 중간층 (393) 의 투명 도전막 (393B, 393D) 으로서, 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO (Ga 도프 ZnO) 막) 을 스퍼터링 장치에 의해 제막하여 형성한다. 이 중간층 (393) 은 ZnO 단막에서의 광흡수율이 λ = 450 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하인 범위에서 1 ％ 미만인 것이 바람직하다. 또 투명막 (393A, 393C) 을 SiC 타겟에 대한 Ar / 02 가스 조성의 스퍼터에 의해 형성한다. 이로써, 도전성이 있고 또한 광학적으로 투명한 SiO2-xCy 를 형성할 수 있다.
상기 x, y 는 작은 값이며, C 의 비율은 5 ～ 30 ％ 인 경우에 바람직한 결과가 얻어진다 (Si : 1, O : 2, C : 0.15 ～ 0.9 (x = 0, y = 0.15 ～ 0.9)).
투명막 (393A, 393C) 의 스퍼터 제막 조건은 이하와 같다.
가스압 : 5 × 10-3 Torr
가스 조성 : Ar ＋ O2
파워 : 1 W/㎠
장치명 : DC 스퍼터, SiC ＋ Si 타겟
막 조성은 Ar / O2 가스비로 조절할 수 있다. 아르곤 : 산소비가 50 ～ 1000, 특히 100 ～ 400 인 경우에, 적절한 C 비율을 갖는 SiO2-xCy 를 얻을 수 있다.
투명막 (393A, 393C) 의 막 두께는 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하이며, 바람직하게는 5 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 경우에 양호한 결과가 얻어진다. 최소값인 2 ㎚ 는 확실히 피복하고, 피복율을 올리는 관점에서 설정하고, 또 도전율의 면에서 SiO2 가 지나치게 두꺼우면 전기 전도가 없어지는 점에서 최대값을 30 ㎚ 로 한다. 투명 도전막 (393B, 393D) 의 치수는 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 한다.
투명막 (393A, 393C) 이 형성되어 있지 않은, 유리 / GZO / p-Si 에서의 광흡수율 (평균 0.3 ％, 파장역 600 ～ 1100 ㎚) 과 비교하여, 광흡수율이 파장역 600 ～ 1100 ㎚ 에 있어서 평균 0.1 ％ 이하가 되어, 실질적으로 광흡수를 없앨 수 있다.
또한, 중간층 (393) 의 형성은 투명 도전막 (393D), 투명막 (393C), 투명 도전막 (393B), 투명막 (393A) 의 순서로 타겟을 설치한 연속 스퍼터 제막이어도 되고, 투명 도전막, 투명막으로 개별 스퍼터실을 준비한 배치식 스퍼터 제막이어도 된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (390) 에 의하면, 중간층 (393) 이, 플라즈마 내성이 높은 SiO2 의 얇은 피막을 보호층으로 한, 투명막 (393A) / 투명 도전막 (393B) / 투명막 (393C) / 투명 도전막 (393D) 의 4 층의 적층 구조를 가짐으로써, 투명 도전막이 얇은 채 원하는 광학 특성을 얻을 수 있어 중간층의 고저항성이 만족되고, 중간층을 통한 전류 리크를 방지할 수 있어 중간층에 의한 특정 파장광의 선택적 반사율 증감도 실현할 수 있다. 또, 투명막이 보호층이 되어, 광전 변환층에 대하여 투명 도전막이 직접 접하지 않아 광흡수가 증가하는 표면층의 형성을 억제할 수 있다. 즉, 중간층의 광학 특성을 열화시키지 않고 전기 특성 (고저항성) 을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 상기 특허 문헌 2 의 1 × 10-3 Ω?㎝ 이상의 저항률을 갖는 중간층을 실현할 수 있다.
시험예 1
상기 각 실시형태의 구성 요소인 SiO2-xCy 의 조성에 대하여 검토하였다.
표 1 에 나타내는 각 조성을 갖는 SiO2-xCy 막 (막 두께 10 ㎚) 을 2 층의 GZO 막 (막 두께 각 40 ㎚) 으로 사이에 끼운 구조를 갖는 3 층의 적층 구조로 이루어지는 시료 (a) ～ (d) 를 제막하고, 각 시료의 막면 수직 방향의 저항 및 광학 적 흡수를 조사하였다. 결과도 표 1 에 나타낸다. 또한, 비교 대상으로서, 중간층의 기존예인 GZO 단막 (막 두께 40 ㎚) 의 막면 수직 방향의 저항은 6 Ω이었다.
| 시료 | (a) | (b) | (c) | (d) |
| SiO2-xCy 중의 Si 조성 (％) | 50 | 42 | 35 | 34 |
| SiO2-xCy 중의 O 조성 (％) | 15 | 33 | 59 | 66 |
| SiO2-xCy 중의 C 조성 (％) | 35 | 25 | 6 | 0 |
| 수직 방향의 저항 (Ω) | - | 4 | 6 | 14 |
| 광학적 흡수 | 있음 | 없음 | 없음 | 없음 |
제작한 시료 (a) ～ (d) 의 특징을 검토한 결과, 표 1 과 같이, 기호 (a) 의 시료는 광학적 흡수가 있기 때문에 중간층에는 사용할 수 없는 것이었다. 또, 기호 (d) 의 시료는 기존예의 GZO 단막보다 저항이 높아 중간층에는 사용할 수 없는 것이었다.
따라서, 중간층의 수직 방향의 저항 및 광학적 흡수를 고려한 경우, 상기 각 실시형태의 중간층을 구성하는 SiO2 - xCy 의 조성은, 산소 조성 : 20 ～ 60 ％, 탄소 조성 : 30 ~ 5 ％ 에서 바람직한 결과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 시험예의 SiO2-xCy 막은, 제 2 실시형태의 3 층 구조의 구성 요소인 투명막 (193B) 과 동일하게 배치된 것인데, 상기 바람직한 조성을 갖는 SiO2-xCy 는 다른 구조에 있어서의 투명막 (제 1 실시형태의 플라즈마 내성 보호층 (93A) 그리고 제 3 실시형태 및 제 4 실시형태의 복수 적층 구조에 있어서의 투명막 (293B, 293D, 393A, 393C) 등) 에도 적용할 수 있다.
시험예 2
상기 각 실시형태의 구성 요소인 GZO 로 이루어지는 단막의 저항률의 막 두께 의존성에 대하여 검토하였다.
저온의 제막 온도 조건 (A) 그리고 고온의 제막 온도 조건 (B) 에서, 각각 표 2 에 나타낸 2 종류의 막 두께의 GZO 를 제막하여 얻어진 각 시료에 대하여, 면내 방향의 저항률을 측정하였다. 결과도 표 2 에 나타낸다.
| 온도 조건 | (A) | (B) | ||
| 막 두께 | 50 ㎚ | 80 ㎚ | 40 ㎚ | 80 ㎚ |
| 면내 방향의 저항률 (Ω㎝) | 1.3E5 | 5.5E4 | 6.7E2 | 1.8E2 |
표 2 에 나타낸 결과로부터, 제막 온도 조건에 관계없이, GZO 의 막 두께가 얇아지면 저항률이 올라가는 점에서, 중간층을 통한 전류 리크를 방지하기 위해서는 GZO 의 박막화가 유효한 것을 알 수 있다.
변형예 1
상기 제 2 실시형태에서는, 중간층 (193) 의 투명 도전막 (193A 및 193C) 으로서 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO 막) 을 제막하여 형성하고, 투명막 (193B) 으로서 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하, 바람직하게는 5 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 SiO2-xCy 막을 제막하여 형성하는 구성으로 하였는데, 이것 대신에, 투명 도전막 (193A 및 193C) 으로서 막 두께 10 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO 막) 을 제막하여 형성하고, 투명막 (193B) 으로서 막 두께 10 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인 SiO2-xCy 막을 제막하여 형성하는 구성으로 해도 된다.
여기에서는, 기존의 중간층인 단막 GZO (막 두께 50 ～ 100 ㎚) 로 구성되는 구조를 변경하여 면내 방향의 저항률을 증가시키기 위해서, 단막 GZO 막 두께를 감소시키는 것 대신에, 2 층의 GZO 사이에 SiO2-xCy 를 삽입하여, 광학 해석에 의해 원하는 광학 특성이 얻어지도록 SiO2-xCy 막 두께를 조정한다. 그 때문에, GZO 의 면내 방향의 도전성은 매우 낮다.
변형예 2
상기 제 2 실시형태에서는 중간층 (193) 의 투명 도전막 (193A 및 193C) 으로서 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO 막) 을 제막하여 형성하고, 투명막 (193B) 으로서 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하, 바람직하게는 5 ㎚ 이상 20 ㎚ 이하인 SiO2-xCy 막을 제막하여 형성하는 구성으로 하였는데, 이것 대신에, 투명 도전막 (193A 및 193C) 으로서 막 두께 5 ㎚ 이하인 ZnO 계 막 (예를 들어 GZO 막) 을 제막하여 형성하고, 투명막 (193B) 으로서 막 두께 10 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인 SiO2-xCy 막을 제막하여 형성하는 구성으로 해도 된다.
여기에서는, 기존의 중간층인 단막 GZO (막 두께 50 ～ 100 ㎚) 로 구성되는 구조를 변경하여 면내 방향의 저항률을 증가시키기 위해서, 단막 GZO 막 두께를 감소시키는 것 대신에, 2 층의 GZO 사이에 SiO2 - xCy 를 삽입하여 광학 해석에 의해 원하는 광학 특성이 얻어지도록 SiO2-xCy 막 두께를 조정한다. 여기에서 GZO 는 수직 방향 전기 전도의 컨택트층의 기능을 가질 뿐이다.
Claims (29)
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서,상기 중간층 표면에 플라즈마 내성 보호층을 갖고,상기 플라즈마 내성 보호층이 SiOC 를 함유하는, 광전 변환 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마 내성 보호층이 Si, O, C 를 함유하는 층으로서, O 의 비율이20 ％ 이상 6O ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 플라즈마 내성 보호층이, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서,Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해, 상기 중간층 표면에 플라즈마 내성 보호층을 형성하고,상기 플라즈마 내성 보호층이 SiOC 를 함유하는, 광전 변환 장치.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서,상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 3 층의 적층 구조를 갖고,상기 투명막이 SiOC 를 함유하는 층인, 광전 변환 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 투명 도전막이, ZnO 를 함유하는 재료에 의해 구성된, 광전 변환 장치.
- 삭제
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 투명막이, Si, O, C 를 함유하는 층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 투명 도전막이, 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 투명막이, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서,상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 3 층의 적층 구조를 갖고, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 상기 투명막을 형성하고,상기 투명막이 SiOC 를 함유하는 층인, 광전 변환 장치의 제조 방법.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서,상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 5 층의 적층 구조를 갖고,상기 투명막이 SiOC 를 함유하는 층인, 광전 변환 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 투명 도전막이, ZnO 를 함유하는 재료에 의해 구성된, 광전 변환 장치.
- 삭제
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 투명막이 Si, O, C 를 함유하는 층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,상기 투명 도전막이, 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 투명막이, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서,상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막의 합계 5 층의 적층 구조를 갖고, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 상기 투명막을 형성하고,상기 투명막이 SiOC 를 함유하는 층인, 광전 변환 장치의 제조 방법.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치로서,상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막의 합계 4 층의 적층 구조를 갖고,상기 투명막이 SiOC 를 함유하는 플라즈마 내성 보호층인, 광전 변환 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 투명 도전막이, ZnO 를 함유하는 재료에 의해 구성된, 광전 변환 장치.
- 삭제
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,상기 투명막이 Si, O, C 를 함유하는 플라즈마 내성 보호층으로서, O 의 비율이 20 ％ 이상 60 ％ 이하이며, C 의 비율이 5 ％ 이상 30 ％ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,상기 투명 도전막이, 막 두께 5 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 20 항에 있어서,상기 투명막이, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 적층된 적어도 2 층의 광전 변환층과,상기 2 층의 광전 변환층 사이에 개재되고, 그 2 층의 광전 변환층을 전기적 및 광학적으로 접속시키는 중간층을 구비한 광전 변환 장치를 제조하는 방법으로서,상기 중간층이, 투명 도전막 / 투명막 / 투명 도전막 / 투명막의 합계 4 층의 적층 구조를 갖고, Ar / O2 가스 조성의 스퍼터에 의해 상기 투명막을 형성하고,상기 투명막이 SiOC 를 함유하는 플라즈마 내성 보호층인, 광전 변환 장치의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 투명막이, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 투명막이, 막 두께 2 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인, 광전 변환 장치.
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