KR101128972B1 - 집적형 박막 광전 변환 장치와 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 높은 변환 특성의 적층형 박막 광전 변환 장치가, 고생산성 또한 낮은 코스트로 제공된다. 본 발명의 집적형 박막 광전 변환 장치는, 투광성 기판 상에 순차적으로 적층된 투명 도전층, 레이저광 흡수층, 이면 전극층, 반도체 광전 변환층, 및 투명 전극층을 포함한다. 레이저광 흡수층은 제1종 분할선 홈에 의해 복수의 영역으로 분할되고, 광전 변환층은 레이저광 흡수층, 이면 전극층, 및 광전 변환층을 관통하는 제3종 분할선 홈에 의해 복수의 광전 변환 영역으로 분할되고, 투명 전극층은 레이저광 흡수층, 이면 전극층, 광전 변환층, 및 투명 전극층을 관통하는 제4종 분할선 홈에 의해 복수의 투명 전극 영역으로 분할되고, 서로 인접하는 광전 변환 셀 사이에서 일방의 셀의 이면 전극 영역은 제1종 분할선 홈, 투명 도전층, 및 제3종 분할선 홈을 통해 타방의 셀의 이면 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있다. 실시형태 1에서, 이면 전극층은 투명 도전층, 레이저광 흡수층, 및 이면 전극층을 관통하는 제2종 분할선 홈에 의해 복수의 수광면측 투명 전극 영역으로 분할되어 있다.

Description

집적형 박막 광전 변환 장치와 그 제조 방법{MULTILAYER THIN-FILM PHOTOELECTRIC CONVERTER AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 기판 상의 박막 광전 변환층이 복수의 셀로 분할되고 또한 그들 셀이 전기적으로 직렬 접속된 집적형 박막 광전 변환 장치(薄膜光電變換裝置)와 그 제조 방법의 개선에 관한 것이다.
최근에는, 박막 광전 변환 장치의 전형예인 박막 태양 전지도 다양화되며, 종래의 비정질 박막 태양 전지 외에 결정질 박막 태양 전지도 개발되고, 이들을 적층한 하이브리드형(적층형의 일종) 박막 태양 전지도 실용화되고 있다.
박막 태양 전지는, 일반적으로 적어도 표면이 절연성의 기판 상에 순서대로 적층된 투명 도전막, 1 이상의 반도체 박막 광전 변환 유닛, 및 이면 전극을 포함하고 있다. 그리고, 하나의 광전 변환 유닛은, p형층과 n형층으로 샌드위치(sandwich)된 i형층을 포함하고 있다.
광전 변환 유닛의 두께의 대부분은 실질적으로 진성의 반도체층인 i형층에 의해 차지되고, 광전 변환 작용은 주로 이 i형층 내에서 생긴다. 따라서, 광전 변환층인 i형층의 막두께는 광 흡수를 위해 두꺼운 쪽이 바람직하지만, 필요 이상으로 두껍게 하면 그 퇴적을 위한 코스트와 시간이 증대하게 된다.
한편, p형이나 n형의 도전형층은 광전 변환 유닛 내에 확산 전위를 생기게 하는 역할을 하고, 이 확산 전위의 크기에 의해 박막 태양 전지의 중요한 특성의 하나인 개방단 전압의 값이 좌우된다. 그러나, 이들 도전형층은 광전 변환에는 기여하지 않는 불활성인 층이며, 도전형층에 도프(dope)된 불순물에 의해 흡수되는 광은 발전(發電)에 기여하지 않고 손실로 된다. 따라서, p형과 n형의 도전형층의 막두께는, 충분한 확산 전위를 생기게 하는 범위 내에서 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 광전 변환 유닛은, 거기에 포함되는 p형과 n형의 도전형층이 비정질인지 결정질인지에 관계없이, i형의 광전 변환층이 비정질인 것은 비정질 광전 변환 유닛이라 하고, i형층이 결정질의 것은 결정질 광전 변환 유닛이라 한다. 비정질 광전 변환 유닛을 포함하는 박막 태양 전지의 일례로서, i형 광전 변환층으로 비정질 실리콘을 이용한 비정질 박막 실리콘 태양 전지를 들 수 있다. 또한, 결정질 광전 변환 유닛을 포함하는 박막 태양 전지의 일례로서, i형 광전 변환층으로 미(微)결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용한 결정질 박막 실리콘 태양 전지를 들 수 있다.
일반적으로, 광전 변환층에 이용되고 있는 반도체에 있어서는, 광의 파장이 길어짐에 따라 광 흡수 계수가 작아진다. 특히, 광전 변환 재료가 박막일 경우에는, 흡수 계수가 작은 파장 영역에서 충분한 광 흡수가 생기지 않기 때문에, 광전 변환량이 광전 변환층의 막두께에 의해 제한되게 된다. 그래서, 광전 변환 장치 내에 입사한 광이 외부로 나가기 어려운 광 산란 구조를 형성함으로써, 실질적인 광로 길이를 길게 해서 충분한 흡수를 생기게 하고, 이에 의해 큰 광 전류를 발생시키는 연구가 이루어지고 있다. 예를 들면, 광 산란 투과를 생기게 하기 위해서, 표면 요철 형상을 포함하는 텍스처 투명 도전막이 이용되고 있다.
그런데, 대면적의 박막 광전 변환 장치는, 통상적으로는 집적형 박막 광전 변환 모듈로서 형성된다. 즉, 집적형 박막 광전 변환 모듈은, 지지 기판 상에서 소면적으로 구획된 복수의 광전 변환 셀을 전기적으로 직렬 접속한 구조를 가지고 있다. 각각의 광전 변환 셀은, 일반적으로는, 제 1 전극층, 1 이상의 반도체 박막 광전 변환 유닛, 및 제 2 전극층의 형성과 레이저빔에 의한 패터닝을 순차적으로 행함으로써 형성되고 있다.
즉, 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 레이저빔에 의한 가공 기술이 그 광전 변환 장치의 생산성이나 광전 변환 성능에 중요한 영향을 미친다. 일반적으로, 이 레이저빔 가공 기술에서, 레이저광을 흡수하기 쉬운 반도체 광전 변환층을 복수의 영역으로 분할 가공하는 것은 용이하다. 한편, 레이저광을 반사하는 금속층이나 레이저광을 투과하기 쉬운 투명 도전층에서는, 그들을 단독으로 분할 가공하는 것은 용이하지 않다.
도 6은, 특허문헌 1에 개시된 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작 방법을 모식적 단면도로 도해하고 있다. 또한, 본원의 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일 부분 또는 대응 부분을 나타내고 있다. 또한, 본원의 도면에서는, 길이, 폭, 두께 등의 치수 관계는 도면의 명료화와 간략화를 위해 적당하게 변경되어 있어, 실제의 치수 관계를 나타내는 것은 아니다. 특히 두께 관계가, 적당하게 변경되어 그려져 있다.
도 6의 (a)에서, 우선 투명 글래스 기판(1) 상에 투명한 산화주석층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4)이 순차적으로 적층된다. 투명 산화주석층(2)은, 열 CVD법에 의해 퇴적될 수 있다. 그러한 투명 산화주석층(2)은 미세한 요철을 포함하는 표면 텍스처 구조를 가지고, 그 표면 텍스처 구조를 이면 전극층(4)의 표면에 전해서 그 표면에서의 광 난반사에 의해 반도체 광전 변환층 내에서의 광 흡수 효율을 높이기 위해 설치된다. 레이저광 흡수층(3)으로서는, 비정질 실리콘(a-Si)층이 플라스마 CVD법에 의해 퇴적된다. 이면 전극층(4)으로서는, 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 Ag층이 퇴적된다.
도 6의 (b)에서, 스퍼터링 반응실로부터 취출된 기판은 X-Y테이블 상에 세트되고, 투명 글래스 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB1)을 이용해서 복수의 분할선 홈(D1)을 형성함으로써, 투명 산화주석층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 금속의 이면 전극층(4)의 적층이 복수의 영역으로 분할된다. 레이저빔(LB1)은 투명 글래스 기판(1) 및 투명 산화주석층(2)을 통해 레이저광 흡수층(3)에 의해 효율적으로 흡수되어 발열을 일으키므로, 투명 산화주석층(2) 및 이면 전극층(4)을 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다. 이렇게 형성된 복수의 분할선 홈(D1)은 서로 평행하며, 도면의 지면에 직교하는 방향으로 연장되고 있다.
도 6의 (c)에서, 분할된 이면 전극층(4) 및 분할선 홈(D1)을 덮도록, 반도체 광전 변환층(5)이 플라스마 CVD 장치를 이용하여 퇴적된다.
도 6의 (d)에서, 플라스마 CVD 반응실로부터 취출된 기판은 X-Y테이블 상에 세트되고, 반도체 광전 변환층(5)측으로부터 입사되는 YAG 레이저빔(LB2)을 이용해서 복수의 분할선 홈(D2)을 형성함으로써, 그 반도체 광전 변환층(5)이 복수의 광전 변환 영역으로 분할된다. 이들 분할선 홈(D2)의 각각은, 분할선 홈(D1)에 근접하고 또한 그에 평행하다.
도 6의 (e)에서, 분할된 반도체 광전 변환층(5)과 분할선 홈(D2)을 덮도록, 수광면 투명 전극층(6)이 퇴적된다. 이 수광면 투명 전극층(6)은, 전자빔 증착 장치 내에서 ITO(인듐주석산화물)층을 퇴적함으로써 형성될 수 있다.
최후로, 도 6의 (f)에서, 전자빔 증착 장치로부터 취출된 기판은 X-Y테이블 상에 세트되고, 수광면 투명 전극층(6)측으로부터 입사되는 YAG 레이저빔(LB3)을 이용해서 복수의 분할선 홈(D3)을 형성함으로써, 그 수광면 투명 전극층(6)이 복수의 영역으로 분할된다. 이 경우, 수광면 전극층(6)은 투명이지만, 하층에 레이저광을 흡수하기 쉬운 반도체 광전 변환층(5)이 존재하고 있으므로, 그 반도체 광전 변환층(5)으로부터의 발열도 이용하여, 그 수광면 투명 전극층(6)을 비교적 용이하게 분할 가공할 수 있다. 이렇게 해서, 집적형 박막 광전 변환 장치가 완성된다.
특허문헌 1 : 일본국 특개평10-79522호 공보
상술한 특허문헌 1에 의하면, 도 6의 (b)에서와 같이, 레이저빔(LB1)은 투명 글래스 기판(1) 및 투명 산화주석층(2)을 통해 레이저광 흡수층(3)에 의해 효율적으로 흡수되어 발열을 일으키므로, 투명 산화주석층(2)과 금속의 이면 전극층(4)을 비교적 용이하게 동시에 분할해서 분할선 홈(D1)을 형성할 수 있다.
또한, 도 6의 (d)에서와 같이, 레이저빔(LB2)은 반도체 광전 변환층(5)측으로부터 입사되므로, 반도체 광전 변환층(5)을 비교적 용이하게 분할해서 분할선 홈(D2)을 형성할 수 있다. 그러나, 분할선 홈(D2) 내에서, 반도체 광전 변환층(5)으로부터의 발열이나 이면 전극층(4)에 도달한 레이저빔(LB2)에 의해, 이면 전극층(4)이 대미지를 받을 경우가 있을 수 있다. 그 경우, 완성 후의 박막 광전 변환 장치에서, 션트(shunt) 저항의 저하나 시리즈 저항의 증대를 일으켜 광전 변환 성능의 저하를 초래하는 경우도 있다.
또한, 도 6의 (f)에서와 같이, 레이저빔(LB3)은 수광면 투명 전극층(6)을 통해 반도체 광전 변환층(5)에 조사되므로, 그 반도체 광전 변환층(5)으로부터의 발열도 이용하여, 수광면 투명 전극층(6)을 비교적 용이하게 분할해서 분할선 홈(D3)을 형성할 수 있다. 그러나, 분할선 홈(D3)의 깊이를 반도체 광전 변환층(5)의 도중에서 멈추는 것은 곤란하다. 따라서, 분할선 홈(D2)의 경우와 유사하게, 분할선 홈(D3) 내에서도, 반도체 광전 변환층(5)으로부터의 발열이나 이면 전극층(4)에 도달한 레이저빔(LB3)에 의해, 이면 전극층(4)이 대미지를 받는 경우가 있을 수 있다. 그리고, 완성 후의 박막 광전 변환 장치에서, 션트 저항의 저하나 시리즈 저항의 증대를 일으켜 광전 변환 성능의 저하를 초래하는 경우도 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1에서의 문제를 회피하기 위해서는, 레이저 파워의 안정성이나 높은 조사 위치 정밀도 등이 요청되어, 고정밀도의 레이저 발진기나 복잡한 광학계가 필요하다. 한편, 이러한 레이저 가공에서의 곤란성을 감안하여, 레이저 패터닝을 대신하여 화학 에칭이나 리프트 오프(lift off)법 등이 이용되는 경우도 있다. 그러나, 그 경우에는, 공정의 복잡화나 분할선 홈의 정밀도의 저하가 염려된다. 그리고, 이들 중 어느 경우에 있어서도, 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 코스트의 상승도 초래하게 된다.
상술한 바와 같은 선행 기술에서의 상황을 감안하여, 본 발명은, 모든 분할선 홈을 레이저 가공에 의해 높은 생산성으로 행하는 것이 가능하고, 또한 광전 변환 특성, 및 신뢰성이 우수한 적층형 박막 광전 변환 장치를 낮은 코스트로 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치는, 투광성 기판(1) 상에 순차적으로 적층된 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)을 포함하고, 이들 층의 각각은 평행하게 설치된 복수의 각 분할선 홈에 의해 복수의 스트립 형상 광전 변환 셀 영역으로 분할되어 있고, 또한 그들 복수의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치이다.
본 발명의 광전 변환 장치에서, 레이저광 흡수층(3)은 레이저광 흡수층(3)을 관통하는 복수의 제1종 분할선 홈(D0)에 의해 복수의 스트립 형상 영역으로 분할되어 있다. 반도체 광전 변환층(5)은 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 및 반도체 광전 변환층(5)을 관통하는 복수의 제3종 분할선 홈(D2)에 의해 복수의 스트립 형상 광전 변환 영역으로 분할되어 있다. 수광면 투명 전극층(6)은 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)을 관통하는 복수의 제4종 분할선 홈(D3)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 전극 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 서로 인접하는 광전 변환 셀 사이에서, 일방의 셀의 이면 전극 영역은 제1종 분할선 홈(D0), 투명 도전층(2), 및 제3종 분할선 홈(D2)을 통해 타방의 셀의 수광면 투명 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 그들의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있다.
본 발명의 실시형태 1에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 이면 전극층(4)은 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하는 복수의 제2종 분할선 홈(D1)에 의해 복수의 스트립 형상 전극 영역으로 분할되어 있다.
한편, 본 발명의 실시형태 2에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이면 전극층(4)은, 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하는 복수의 제6종 분할선 홈(D5)에 의해 복수의 스트립 형상 전극 영역으로 분할되어 있다. 그리고, 투명 도전층(2)은 투명 도전층(2)을 관통하는 복수의 제5종 분할선 홈(D4)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 도전 영역으로 분할되어 있다. 즉, 상기 실시형태 1에서는, 제2종 분할선 홈(D1)이 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하는 것에 대해, 본 발명의 실시형태 2는, 제2종 분할선 홈(D1) 대신에, 투명 도전층(2)을 관통하는 제5종 분할선 홈(D4)과, 투명 도전층(2)을 관통하지 않고 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하는 제6종 분할선 홈(D5)을 가지고 있다.
본 발명의 실시형태 2에서는, 복수의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되는 관점으로부터, 상기의 각 분할 홈은, 제6종 분할선 홈(D5), 제5종 분할선 홈(D4), 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제1종 분할선 홈(D0)의 순서, 혹은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제6종 분할선 홈(D5), 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제1종 분할선 홈(D0), 제5종 분할선 홈(D4)의 순서로 나열해 있는 것을 들 수 있다.
또한, 도 7 ~ 도 11에 나타낸 바와 같이, 제5종 분할선 홈(D4)과, 제6종 분할선 홈(D5)이 접속되어 있고, 이것에 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제1종 분할선 홈(D0)의 순서로 나열해 있는 것도, 본 발명의 실시형태 2에 포함된다. 이렇게, 제5종 분할선 홈(D4)과, 제6종 분할선 홈(D5)이 접속되었을 경우, 이들 분할선 홈은 실시형태 1에서의 제2종 분할선 홈(D1)과 등가인 것으로 된다. 한편, 실시형태 1에서는, 제2종 분할선 홈(D1)이, 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하도록 형성되는 것에 대해, 실시형태 2에서는, 투명 도전층(2)을 관통하는 제5종 분할선 홈(D4)과, 레이저광 흡수층(3) 및 이면 전극층(4)을 관통하는 제6종 분할선 홈(D5)이 별도로 형성된다. 그 때문에, 실시형태 2에서는, 분할선 홈(D4, D5) 주변부의 가공 단면이 변질되거나, 그 변질에 기인해서 상기 분할선 홈 주변부의 막이 부풀어오르는 등의 문제가 억제되어, 광전 변환 장치의 곡선 인자(Fill Factor)를 높게 유지하는 것이 가능해진다. 이러한 실시형태의 구성 및 제조 예에 대해서는, 후의 실시예에서, 보다 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명의 실시형태 2B에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 분할선 홈은, 제6종 분할선 홈(D5), 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제1종 분할선 홈(D0), 제5종 분할선 홈(D4)의 순서로 나열되어 있다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 레이저광 흡수층(3)은 반도체의 pn접합 또는 pin접합을 포함하고, 레이저광 흡수층(3)의 pn접합 또는 pin접합과, 반도체 광전 변환층(5)의 pin접합은, 이면 전극층(4)을 사이에 끼워, 역도전형층 상호간이 대향하도록 형성되어 있다.
상기 실시형태 2B에 의하면, 광전 변환 셀 영역이 전기적으로 직렬 접속되고, 또한 일방의 광전 변환 셀 영역의 이면 전극 영역은, 제1종 분할선 홈(D0), 투명 도전층(2), 및 레이저광 흡수층(3)을 통해 타방의 광전 변환 셀 영역의 이면 전극 영역에 전기적으로 접속된다. 그 때문에, 각 광전 변환 셀 영역 내에 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)이 접속된 다이오드 영역이 형성되고, 상기 다이오드 영역과, 동일 광전 변환 셀 영역 내의 광전 변환 영역이, 전기적으로 병렬 또한 역방향의 정류 특성을 가지도록 접속되어 있다.
또한, 본 발명에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치는 수광면 투명 전극층(6) 상에 그리드 금속 전극 배선(7)을 부가적으로 포함할 수도 있고, 그 경우에는 제4종 분할선 홈(D3)은 그리드 금속 전극 배선(7)도 관통하고 있다.
본 발명에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치를 제조하는 방법에서는, 분할선 홈의 전체가 투광성 기판(1)측으로부터 레이저빔을 조사함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 일 방향으로부터 레이저빔을 조사함으로써, 서로 다른 레이저 가공 사이에서 기판의 표리를 반전시킬 필요가 없어지고, 기판 반전을 위한 장치와 작업이 필요해지지 않는 것에 더해서, 위치 맞춤을 용이하게 하고, 가공 정밀도의 향상에도 기여할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 분할선 홈의 형성에서, 투광성 기판(1)이, 투명 도전층(2)보다 연직 상방에 위치한 상태에서, 모든 분할선 홈이 형성된다. 이렇게 투광성 기판(1)이 상방으로 되도록 하면, 레이저빔을 상방으로부터 조사하게 되어, 이면 전극층 등의 각 층을 가공할 때에 생기는 비말은, 레이저에 의해 광전 변환 장치의 외부로 배출되는 동시에, 중력에 의해 하방으로 낙하하기 때문에, 광전 변환 장치에 되돌아오는 것이 억제된다. 그 때문에, 비말에 의한 쇼트 등의 광전 변환 성능의 저하가 억제된다.
또한, 본 발명의 제조 방법의 일 실시형태에서는, 투명 도전층(2)을 관통하지 않는 홈, 즉 실시형태 1에서는 제1종, 제3종, 및 제4종의 분할선 홈(D0, D2, D3), 실시형태 2에서는 제1종, 제3종, 제4종 및 제6종의 분할선 홈(D0, D2, D3, D5)이, 투명 도전층(2)을 투과하는 레이저빔을 이용하여 형성된다. 이러한 실시형태의 일례에서, 레이저광 흡수층(3)이 실리콘계 반도체를 포함하고, 이들 투명 도전층(2)을 관통하지 않는 홈은 예를 들면 YAG 레이저의 제2고조파의 빔을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법의 다른 일 실시형태에서는, 투명 도전층(2)을 관통하는 홈, 즉 실시형태 1에서는 제2종 분할선 홈(D1), 실시형태 2에서는 제5종 분할선 홈(D4)이, 투명 도전층(2)에 흡수되는 레이저빔을 이용하여 형성된다. 이러한 실시형태의 일례에서, 투명 도전층(2)이 투명 도전성 산화물을 포함하고, 투명 도전층(2)을 관통하는 홈은 YAG 레이저의 기본파의 빔을 이용하여 형성될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 이면 전극층에 대미지를 주지 않고 레이저빔 가공에 의해 집적형 박막 광전 변환 장치를 얻을 수 있고, 그 광전 변환 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 제조 방법에 의하면, 레이저빔 가공에서 기판측으로부터의 빔 조사만이 행해지므로, 이에 의해서도 가공 정밀도와 광전 변환 특성이 개선된 집적형 박막 광전 변환 장치를 높은 생산성과 낮은 코스트로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태 2B에 의하면, 레이저광 흡수층에 정류 특성을 갖게 해서 바이패스 다이오드로서 이용할 수 있기 때문에, 각 광전 변환 셀 영역 내에서, 상기 바이패스 다이오드 영역과 광전 변환 영역이, 전기적으로 병렬 또한 역방향의 정류 특성을 가지도록 접속되어, 핫스폿(hot spot) 현상에 의한 외관 열화나, 성능 저하가 생기기 어렵고, 신뢰성이 높은 집적형 박막 광전 변환 장치를 용이하게 낮은 코스트로 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 의한 적층형 박막 광전 변환 장치의 일례를 나타내는 모식적 사시도.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 의한 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 4는 본 발명의 실시형태 2B에 의한 적층형 박막 광전 변환 장치에서의 레이저광 흡수층 및 반도체 광전 변환층의 적층 형태를 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 5는 본 발명의 실시형태 2B에 의한 적층형 박막 광전 변환 장치의 모식적 단면도 (a) 및 그 등가회로 (b).
도 6은 종래의 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 7은 실시예 6에서의 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 8은 실시예 7에서의 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 9는 실시예 8에서의 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 10은 실시예 9에서의 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
도 11은 실시예 12에서의 적층형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도.
[실시형태 1]
도 1에서, 본 발명의 실시형태 1에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작 방법의 일례가 모식적인 단면도로 도해되어 있다.
우선, 도 1의 (a)에서, 글래스 등의 투광성 기판(1) 상에 투명 도전층(2)과 레이저광 흡수층(3)이 순차적으로 적층된다. 투명 도전층(2)은, 예를 들면 산화아연, 산화주석, 산화인듐 등의 투명 도전성 산화물(TCO)로 형성될 수 있다. 또한, 레이저광 흡수층(3)은, 예를 들면 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 합금, 미(微)결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 반도체에 의해 형성될 수 있다.
도 1의 (b)에서, 레이저광 흡수층(3)은, 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB0)에 의해 형성되는 복수의 제1종 분할선 홈(D0)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 이렇게 형성된 복수의 제1종 분할선 홈(D0)은 서로 평행하며, 도면의 지면에 직교하는 방향으로 연장되고 있다.
도 1의 (c)에서, 분할된 레이저광 흡수층(3) 및 제1종 분할선 홈(D0)을 덮도록 이면 전극층(4)이 적층된다. 이 이면 전극층(4)은, 예를 들면 은, 알루미늄 등의 금속을 이용해서 형성될 수 있다. 또한 이면 전극층(4)은, 레이저광 흡수층(3)에 가까운 측으로부터, 제 1 투명 도전층, 금속층, 및 제 2 투명 도전층을 순차적으로 포함하는 것이 바람직하다. 이렇게, 투명 도전층을 가짐으로써, 이면 전극층(4)과 레이저광 흡수층(3) 및, 이면 전극층(4)과 반도체 광전(光電) 변환층(5)의 밀착력이 높아지고, 광전 변환 특성을 향상할 수 있다. 투명 전극층(4)을 형성하는 제 1 투명 도전층 및 제 2 투명 도전층으로서는, 주로 산화아연을 포함하는 것을 적합하게 사용할 수 있다.
도 1의 (d)에서, 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)은, 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB1)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 이 때, 레이저빔(LB1)은, 투명 도전층(2) 및 레이저광 흡수층(3)에 흡수되어 발열을 일으킨다. 그리고, 그 발열에 의해 이면 전극층(4)이 비교적 용이하게 분할되어서, 제2종 분할선 홈(D1)이 형성될 수 있다. 이렇게 해서 형성된 복수의 제2종 분할선 홈(D1)의 각각은, 제1종 분할선 홈(D0)에 대하여 평행하게 연장되고 있다.
도 1의 (e)에서, 분할된 이면 전극층(4) 및 제2종 분할선 홈(D1)을 덮도록, 반도체 광전 변환층(5)이 적층된다. 이 반도체 광전 변환층(5)은, 그 주면에 평행한 반도체 접합(도시 생략)을 포함하고 있다.
도 1의 (f)에서, 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 및 반도체 광전 변환층(5)은, 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB2a)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 이 때, 레이저빔(LB2a)은, 레이저광 흡수층(3)에 흡수되어 발열을 일으킨다. 그리고, 그 발열에 의해, 이면 전극층(4)과 반도체 광전 변환층(5)이 비교적 용이하게 분할될 수 있다. 이렇게 해서 형성된 복수의 제3종 분할선 홈(D2a)의 각각은, 제2종 분할선 홈(D1)에 대하여 근접하고 또한 평행하게 연장되고 있다.
도 1의 (g)에서, 분할된 반도체 광전 변환층(5) 및 제3종 분할선 홈(D2a)을 덮도록, 수광면 투명 전극층(6)이 퇴적된다.
최후로, 도 1의 (h)에서, 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)은, 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB3a)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 이 때, 레이저빔(LB3a)은, 레이저광 흡수층(3)에 흡수되어 발열을 일으킨다. 그리고, 그 발열에 의해, 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)이 비교적 용이하게 분할될 수 있다. 이렇게 해서 형성된 복수의 제4종 분할선 홈(D3a)의 각각은, 제3종 분할선 홈(D2a)에 대하여 근접하고 또한 평행하게 연장되고 있다.
이상과 같이 해서, 1개의 투광성 기판(1) 상에, 복수의 가늘고 긴 스트립 형상의 박막 광전 변환 셀이 형성된다. 1개의 셀의 이면 전극층(4)은 제1종 분할선 홈(D0)을 통해 투명 도전층(2)에 접속되어 있고, 또한 수광면 투명 전극층(6)은 제3종 분할선 홈(D2a)을 통해 인접하는 셀의 투명 도전층(2)에 접속되어 있다. 즉, 인접하는 스트립 형상의 셀은, 서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 도 1의 (h)에서는 도면의 간략화를 위해 1개의 기판 상에 한정된 수의 광전 변환 셀만이 나타나 있지만, 통상은 보다 많은 광전 변환 셀이 형성된다. 또한, 도면의 명료화를 위해, 각 층의 두께가 적당하게 또한 현저하게 확대되어 나타나 있는 것에 유의한다.
상술한 바와 같이, 도 1에 나타낸 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 레이저광 흡수층(3)을 분할하는 제1종 분할선 홈(D0)을 구비하고 있으므로, 그 분할선 홈(D0)을 통해 투명 도전층(2)과 이면 전극층(4)이 전기적으로 접속될 수 있다. 이로써, 반도체 광전 변환층(5)을 분할하기 위한 레이저빔(LB2a) 및 수광면 투명 전극층(6)을 분할하기 위한 레이저빔(LB3a)을 투광성 기판(1)측으로부터 입사시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 본 발명의 실시형태 1에서는, 선행 기술에 의한 도 6의 (d)에서와 같은 분할선 홈(D2) 내에서 이면 전극층(4)에의 대미지를 회피할 수 있고, 도 6의 (f)에서와 같이 분할선 홈(D3)의 깊이를 반도체 광전 변환층(5)의 도중까지 설정할 필요도 없고 또한 분할선 홈(D3)에 따라 이면 전극층(4)에 대미지를 줄 일도 없다.
또한, 본 발명의 실시형태 1에서는, 이용되는 모든 레이저빔(LB0, LB1, LB2a, LB3a)을 투광성 기판(1)측으로부터 입사시킬 수 있으므로, 서로 다른 레이저 가공의 사이에서 기판의 표리(表裏)를 반전시킬 필요가 없다. 그리고, 기판 반전을 위한 장치와 작업이 필요하지 않은 것은, 특히 대면적의 기판 상에 집적형 박막 광전 변환 장치를 제작할 경우에, 생산성의 개선과 코스트 저감에 기여할 수 있다. 또한, 서로 다른 레이저 가공의 사이에서 기판을 반전시킬 필요가 없는 것은, 서로 다른 레이저 가공의 사이에서의 위치 맞춤을 용이하게 하고, 가공 정밀도의 향상에도 기여할 수 있다.
특히 대면적의 광전 변환 장치의 제작에서는, 기판의 표리를 반전시키기 위해서 규모가 큰 장치를 필요로 하고 게다가, 고정밀도의 위치 맞춤이 곤란하기 때문에, 표리를 반전시킬 필요가 없는 본원 발명의 구성을 적용하는 것의 이점이 크다. 이러한 관점으로부터, 본 발명의 광전 변환 장치는 대면적인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판 사이즈는 910mm×455mm(0.41㎡) 이상, 바람직하게는, 0.5㎡ 이상, 더 바람직하게는 1000mm×1000mm(1.0㎡) 이상, 더 바람직하게는 1000mm×1300mm(1.3㎡) 이상, 혹은 1000mm×1400mm(1.4㎡) 이상, 특히 바람직하게는 1200mm×1200mm (1.44㎡) 이상이다. 적용할 수 있는 기판 사이즈에 상한은 없고, 예를 들면 2000mm×2000mm(4.0㎡) 이상의 기판에 본 발명의 구성을 적용하는 것도 가능하다.
또한, 도 1의 (a) ~ (h)에서는, 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 공정의 이해를 용이하게 하는 관점으로부터, 투광성 기판(1)이 투명 도전층(2)보다 하방으로 되도록 도시했지만, 본 발명에서는, 레이저빔의 조사를, 투광성 기판(1)이, 투명 도전층(2)보다 연직 상방에 위치하는 상태에서 분할선 홈의 형성을 행하는 것이 바람직하다. 레이저빔의 조사에 의해 분할선 홈을 형성할 때에, 이면 전극층 등의 각 층의 가공에 의해 생긴 비말(飛沫)은, 레이저에 의해 광전 변환 장치의 외부로 배출되지만, 투광성 기판(1)측을 상방으로 해서, 상방으로부터 레이저빔을 조사함으로써, 비말은 중력에 의해 하방으로 낙하하여, 광전 변환 장치 내에 되돌아오는 것이 억제된다. 그 때문에, 가공시의 비말에 기인하는 쇼트 등의 광전 변환 성능의 저하가 억제된다.
본 발명의 실시형태 1의 일 응용예에 의하면, 도 2의 모식적 사시도에 나타낸 바와 같은 집적형 박막 광전 변환 장치를 제작하는 것도 가능하다. 이 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작에서는, 수광면 투명 전극층(6) 상에 그리드 금속 전극 배선(7)을 형성한 후에, 투광성 기판(1)측으로부터 레이저빔(LB3a)을 입사함으로써 제4종 분할선 홈(D3a)을 형성하고, 이에 의해 그리드 금속 전극 배선(7)이 셀마다 분할된다. 도 2의 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 비교적 저항률이 높은 수광면 투명 전극층(6)으로부터 그리드 금속 전극 배선(7)에 전하를 집전해서 효율적으로 수송할 수 있으므로, 직렬 저항 성분의 저감이 가능해지고, 각 셀의 폭을 넓게 하는 것도 가능해진다. 그리고, 각 셀의 폭을 넓게 하는 것은, 분할선 홈(D0, D1, D2a, D3a)의 개수를 저감시키는 것으로 되어, 레이저 가공이 간략화될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태 1에 의하면, 광전 변환 특성이 우수한 적층형 박막 광전 변환 장치가, 높은 가공 정밀도, 높은 생산 효율, 및 낮은 코스트로 제공될 수 있다.
[실시형태 2]
도 3에서, 본 발명의 실시형태 2에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작 방법이 모식적인 단면도로 도해되어 있다.
실시형태 2는, 실시형태 1과 마찬가지로, 투광성 기판(1) 상에 순차적으로 적층된 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)을 포함하고, 이들 층의 각각은 평행하게 설치된 복수의 각 분할선 홈에 의해 복수의 스트립 형상 광전 변환 셀 영역으로 분할되어 있고, 또한 그들 복수의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있다.
그리고, 레이저광 흡수층(3)이 레이저광 흡수층(3)을 관통하는 복수의 제1종 분할선 홈(D0)에 의해 복수의 스트립 형상 영역으로 분할되어 있는 점, 반도체 광전 변환층(5)이 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 및 반도체 광전 변환층(5)을 관통하는 복수의 제3종 분할선 홈(D2)에 의해 복수의 스트립 형상 광전 변환 영역으로 분할되어 있는 점, 수광면 투명 전극층(6)이 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)을 관통하는 복수의 제4종 분할선 홈(D3)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 전극 영역으로 분할되어 있는 점, 및 서로 인접하는 광전 변환 셀 사이에서, 일방(一方)의 셀의 이면 전극 영역이 제1종 분할선 홈(D0), 투명 도전층(2), 및 제3종 분할선 홈(D2)을 통해 타방(他方)의 셀의 수광면측 투명 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있는 점에서, 실시형태 1과 구성이 공통되고 있다.
실시형태 2에서, 투광성 기판(1), 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)은, 실시형태 1의 설명에서 기재한 것과 동일한 것을 동일한 방법에 의해 형성할 수 있다.
상기 실시형태 1에서는, 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하는 제2종 분할선 홈(D1)에 의해 이면 전극층(4)이 복수의 스트립 형상 전극 영역으로 분할되어 있는 것에 대해, 실시형태 2에서는, 이것을 대신하여, 투명 도전층(2)을 관통하는 제5종 분할선 홈(D4)과, 레이저광 흡수층(3) 및 상기 이면 전극층(4)을 관통하는 제6종 분할선 홈(D5)을 가지고 있다. 그리고, 투명 도전층(2)은, 복수의 제5종 분할선 홈(D4)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 도전 영역으로 분할되어 있고, 이면 전극층(4)은, 복수의 제6종 분할선 홈(D5)에 의해 복수의 스트립 형상 전극 영역으로 분할되어 있다.
도 3에서, 본 발명의 실시형태 2에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작 방법의 일례가 모식적인 단면도로 도해되어 있다. 이하, 도 3에서의 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작 방법에 관하여 설명한다. 또한, 도 3에서, 도 1과 동일한 참조 부호는 상기 실시형태 1과 동일 부분 또는 대응 부분을 나타내고 있다. 이하의 설명에서, 상기 실시형태 1과 중복되는 내용에 관한 기재는 생략되어 있다.
우선, 도 3의 (a)에서, 글래스 등의 투광성 기판(1) 상에 투명 도전층(2)이 적층된다. 그 후, 투명 도전층(2)은 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB4)에 의해 형성되는 제5종 분할선 홈(D4)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 여기에서 사용되는 레이저빔(LB4)은 투명 도전층(2)에 흡수되는 것이며, 이에 따라 투명 도전층(2)은 비교적 용이하게 분할 가공되어 제5종 분할선 홈(D4)이 형성된다. 이렇게 형성된 복수의 분할선 홈(D4)은 서로 평행하며, 도면의 지면에 직교하는 방향으로 연장되고 있다.
도 3의 (b)에서, 분할된 투명 도전층(2) 및 제5종 분할선 홈(D4)을 덮도록 레이저광 흡수층(3)이 적층된다.
그 후, 레이저광 흡수층(3)은 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB0)에 의해 형성되는 제1종 분할선 홈(D0)에 의해 복수의 영역으로 분할된다.
도 3의 (c)에서 분할된 레이저광 흡수층(3)을 덮도록 이면 전극층(4)이 적층된다.
도 3의 (d)에서, 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4)은 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB5)에 의해 형성되는 제6종 분할선 홈(D5)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 여기에서 사용되는 레이저빔(LB5)은 투명 도전층(2)에 흡수되지 않고, 레이저광 흡수층(3)에 흡수되어 발열하고, 이에 따라 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4)은 비교적 용이하게 분할 가공되어 제6종 분할선 홈(D5)이 형성된다. 이렇게 해서 형성된 복수의 분할선 홈(D5)의 각각은 평행하게 연장되고 있다.
도 3의 (e)에서, 분할된 이면 전극층(4) 및 제6종 분할선 홈(D5)을 덮도록, 반도체 광전 변환층(5)이 적층된다.
도 3의 (f)에서, 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 및 반도체 광전 변환층(5)은, 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB2a)에 의해 복수의 영역으로 분할된다.
도 3의 (g)에서, 분할된 반도체 광전 변환층(5) 및 분할선 홈(D2a)을 덮도록, 수광면 투명 전극층(6)이 퇴적된다.
최후로, 도 3의 (h)에서, 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)은, 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 레이저빔(LB3a)에 의해 복수의 영역으로 분할된다.
또한, 본 발명의 실시형태 2에서는, 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 제3종 분할선 홈(D2) 내에서 이면 전극층(4)에의 대미지를 회피할 수 있고, 또한 제4종 분할선 홈(D3)을 따라 이면 전극층(4)에 대미지를 줄 일도 없다.
또한, 이용되는 모든 레이저빔(LB4, LB0, LB5, LB2a, LB3a)을 투광성 기판(1)측으로부터 입사시킬 수 있기 때문에, 레이저빔의 조사를, 투광성 기판(1)이, 투명 도전층(2)보다 연직 상방으로 되도록 해서 분할선 홈의 형성을 행함으로써, 가공시의 비말에 의한 쇼트 등의 광전 변환 성능의 저하가 억제된다.
또한, 실시형태 1과 마찬가지로, 수광면 투명 전극층(6) 상에 그리드 금속 전극 배선(7)을 형성한 후에, 투광성 기판(1)측으로부터 레이저빔(LB3a)을 입사시킴으로써 제4종 분할선 홈(D3a)을 형성하고, 이에 의해 그리드 금속 전극 배선(7)을 셀마다 분할함으로써, 비교적 저항률이 높은 수광면 투명 전극층(6)으로부터 그리드 금속 전극 배선(7)에 전하를 집전해서 효율적으로 수송할 수 있어, 직렬 저항 성분의 저감이 가능해진다.
[실시형태 2A]
실시형태 2의 일례로서, 상기 제5종 분할선 홈(D4)과, 상기 제6종 분할선 홈(D5)이 접속한 실시형태 2A를 채용하는 것도 가능하다. 이렇게, 제5종 분할선 홈(D4)과, 제6종 분할선 홈(D5)이 접속했을 경우, 이들 분할선 홈은 실시형태 1에서의 제2종 분할선 홈(D1)과 등가인 것으로 된다. 한편, 실시형태 1에서는, 제2종 분할선 홈(D1)이, 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 관통하도록 형성되는 것에 대해, 실시형태 2에서는, 투명 도전층(2)을 관통하는 제5종 분할선 홈(D4)과, 레이저광 흡수층(3) 및 이면 전극층(4)을 관통하는 제6종 분할선 홈(D5)이 별도로 형성된다. 그 때문에, 실시형태 2에서는, 분할선 홈(D4, D5) 주변부의 가공 단면이 변질되거나, 그 변질에 기인해서 상기 분할선 홈 주변부의 막이 부풀어오르는 등의 문제가 억제되어, 곡선 인자를 높게 유지하는 것이 가능해진다. 이러한 실시형태의 구성 및 제조 예에 대해서는, 후의 실시예에서, 보다 상세하게 설명한다.
[실시형태 2B]
실시형태 2의 다른 예인 실시형태 2B에 관하여 설명한다. 실시형태 2B에서는, 레이저광 흡수층(3)은 반도체의 pn접합 또는 pin접합을 포함하고 있다. 즉, 도 3의 (b)에서, 레이저광 흡수층(3)은 pn접합, 또는 pin접합을 포함하여, 정류 특성을 가지도록 형성된다. 이 레이저광 흡수층(3)의 pn접합, 또는 pin접합은, 반도체 광전 변환층(5)의 pin접합과 역도전형층 상호간이 대향하도록 형성된다. 즉, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 반도체 광전 변환층(5)의 pin접합이, n형층(5n)을 이면 전극층(4)측으로 되도록 형성되는 것일 경우, 레이저광 흡수층(3)의 pn접합 또는 pin접합은, p형층(3p)이 이면 전극층(4)측으로 되도록 형성된다. 반대로, 반도체 광전 변환층(5)의 pin접합이, p형층(5p)을 이면 전극층(4)측으로 되도록 형성되는 것인 경우, 레이저광 흡수층(3)의 pn접합 또는 pin접합은, n형층(3n)이 이면 전극층(4)측으로 되도록 형성된다. 또한, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에서, 각 분할선 홈은 생략되어 있다. 또한, 도시 생략했지만, 광전 변환층(5)이 복수의 pin접합을 가지는 탠덤형의 광전 변환층인 경우에는, 광전 변환층 중의 이면 전극층(4)에 가장 근접하는 pin접합과, 레이저광 흡수층의 pn접합 또는 pin접합이, 역도전형층 상호간이 대향하도록 형성되어 있으면 된다.
실시형태 2B에서는, 각 분할선 홈은 순서대로 제6종 분할선 홈(D5), 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제1종 분할선 홈(D0), 제5종 분할선 홈(D4)의 순서로 나열되어 있다.
실시형태 2B의 박막 광전 변환 장치의 모식적 단면도는 도 5의 (a)에 나타낸다. 이 박막 광전 변환 장치의 각 광전 변환 셀 영역(A)에서는, 이면 전극 영역, 광전 변환 영역, 및 수광면 투명 전극 영역이 순서대로 적층된 광전 변환 기능 영역(B)을 형성하고 있다. 그리고, 서로 인접하는 광전 변환 셀 영역 사이에서, 일방의 광전 변환 셀 영역(A1)의 이면 전극 영역은 제1종 분할선 홈(D0), 투명 도전층(2), 및 제3종 분할선 홈(D2)을 통해 인접하는 광전 변환 셀 영역(A2)의 수광면 투명 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 복수의 광전 변환 셀 영역이 전기적으로 직렬 접속되어 있다.
레이저광 흡수층(3)이 반도체의 pn접합 또는 pin접합을 포함하므로, 각 광전 변환 셀 영역 중의 투명 도전 영역, 레이저광 흡수 영역, 이면 전극 영역이, 다이오드 영역(C)을 형성하고 있다. 일방의 광전 변환 셀 영역(A1)의 이면 전극 영역은, 제1종 분할선 홈(D0), 투명 도전층(2), 및 레이저광 흡수층(3)을 통해, 광전 변환 셀 영역(A2)의 이면 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 복수의 광전 변환 셀 영역이, 레이저광 흡수층(3)을 통해 인접하는 광전 변환 셀에 전기적으로 접속된다. 다이오드 영역(C) 중의 레이저광 흡수 영역의 pn접합 또는 pin접합과, 광전 변환 기능 영역(B) 중의 반도체 광전 변환 영역의 pin접합은, 역도전형층 상호간이 대향하도록 형성되어 있기 때문에, 동일한 광전 변환 셀 영역 내에서는, 광전 변환 기능 영역(B1)과 다이오드 영역(C1)이 전기적으로 병렬 접속된다. 그 결과, 다이오드 영역(C1)은, 동일 셀 내의 광전 변환 기능 영역(B1)과 정류 특성이 역방향으로 되어 있어, 다이오드 영역(C1)은 바이패스 다이오드로서 기능한다.
이러한 실시형태 2B의 집적형 박막 광전 변환 장치의 등가회로의 일례가 도 5의 (b)에 나타나 있다. 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실시형태 2B의 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 각 광전 변환 셀 영역(A)의 광전 변환 기능 영역(B) 각각에 바이패스 다이오드 영역(C)이 접속되어 있다. 다이오드 영역(C)의 pn접합 또는 pin접합과, 광전 변환 셀 영역(A)의 pin접합은, 예를 들면 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 반도체 광전 변환층(5)이 이면 전극층(4)측으로부터, n형층(5n), i형층(5i), p형층(5p)으로 순서대로 적층된 반도체 접합일 경우, 레이저광 흡수층(3)을, 투명 도전층(2)측으로부터 n형층(3n), i형층(3i), p형층(3p)으로 순서대로 적층된 반도체 접합으로 하면 된다. 또 반대로, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반도체 광전 변환층(5)이 이면 전극층(4)측으로부터, p형층(5p), i형층(5i), n형층(5n)으로 순서대로 적층된 반도체 접합일 경우, 레이저광 흡수층(3)을, 투명 도전층(2)측으로부터 p형층(3p), i형층(3i), n형층(3n)으로 순서대로 적층된 반도체 접합으로 하면 된다. 이에 의해, 다이오드 영역(C)의 pn접합 또는 pin접합과, 광전 변환 기능 영역(B)의 pin접합은, 역도전형층 상호간이 대향하도록 배치된다. 여기에서 레이저광 흡수층(3)은 적당한 방향의 정류 특성을 가지고 있으면 충분하고, i형층(3i)이 존재하지 않는 pn접합, np접합도 적당하게 선택될 수 있다.
상기한 특허문헌 1(일본국 특개평10-79522호 공보)과 같은 종래의 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 일부의 셀에 태양광이 조사되지 않는 그림자가 생겼을 경우, 그 셀에는 다른 셀이 발생하는 전압이 역방향으로 인가되기 때문에, 국소적으로 역내전압(逆耐電壓)을 넘어서 절연이 파괴되어, 단락 상태로 되고 대전류가 흘러 발열을 일으키는, 소위 「핫스폿 현상(hot spot)」이 일어날 경우가 있다. 이러한 핫스폿 현상이 생기면, 집적형 박막 광전 변환 장치 전체의 외관의 열화나, 출력 특성의 저하를 초래한다. 이러한 문제를 회피하기 위해서, 직렬 접속된 복수의 광전 변환 셀에 대하여 바이패스 다이오드를 병렬 접속하는 것이 공지되어 있고, 상기 구성에 의하면, 일부의 광전 변환 셀에 그림자가 생겼을 때라도, 그 셀과는 역방향으로 병렬 접속된 바이패스 다이오드의 작용에 의해, 그 셀에 직렬 접속된 다른 셀에서 발생한 출력 전류를, 셀의 절연파괴 없이 흘릴 수 있기 때문에, 핫스폿 현상의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 광전 변환 장치의 집적 구조에 새롭게 바이패스 다이오드층을 제막(製膜)하고, 그것을 각 광전 변환 셀에 병렬 접속하는 것은, 집적 구조의 복잡화나, 제막 시간의 대폭적인 증가에 의한 코스트의 증가를 초래한다고 하는 문제가 있었다.
이에 대하여 본 발명의 실시형태 2B에 의하면, 집적형 박막 광전 변환 장치를 제작하기 위한 레이저광 흡수층(3)이 바이패스 다이오드층을 겸비하기 때문에, 핫스폿 현상에 의한 외관 열화나, 성능 저하가 생기기 어렵고, 신뢰성이 높은 집적형 박막 광전 변환 장치를 용이하게 낮은 코스트로 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태 2에 의하면, 광전 변환 특성이 우수한 적층형 박막 광전 변환 장치가, 높은 가공 정밀도, 높은 생산 효율, 및 낮은 코스트로 제공될 수 있다. 또한 본 발명의 실시형태 2B에 의하면, 핫스폿 현상에 의한 외관 열화나, 성능 저하가 생기기 어렵고, 신뢰성이 높은 집적형 박막 광전 변환 장치가, 높은 가공 정밀도, 높은 생산 효율, 및 낮은 코스트로 제공될 수 있다.
실시예
전술한 바와 같은 본 발명에 의한 실시형태에 대응하는 구체적인 예로서, 이하에서 몇몇의 실시예가 비교예와 함께 설명된다. 또한, 본 발명이 이하의 실시예로 한정되지 않는 것은 당연하다.
[실시형태 1에 관한 실시예]
(실시예 1)
본 발명의 실시예 1에서는, 도 1에 대응해서 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다. 우선, 도 1의 (a)에서, 투명 글래스 기판(1) 상에 산화주석의 투명 도전층(2)과 레이저광 흡수층(3)을 순차적으로 적층했다. 그 투명 도전층(2)은, 열 CVD법에 의해 약 800nm의 두께로 퇴적되었다. 이렇게 해서 퇴적된 투명 도전층(2)은, 미세한 요철을 포함하는 표면 텍스처 구조를 가지고 있다. 이 표면 텍스처 구조는, 후에 퇴적되는 이면 전극층(4) 중의 금속층 표면에 전해진다. 그리고, 그 금속층 표면에서의 미세한 표면 요철은, 광의 난반사를 일으키고, 반도체 광전 변환층(5) 내의 광 흡수 효율을 높이도록 작용할 수 있다.
레이저광 흡수층(3)으로서는, 비정질 실리콘(a-Si)층이 플라스마 CVD법에 의해 200nm의 두께로 퇴적되었다. 또한, 레이저광 흡수층(3)은 후의 모든 레이저빔 가공을 가능하게 하는 두께를 가지고 있으면 되고, 이 전제 하에서 적당하게 선택된 두께를 가질 수 있다.
도 1의 (b)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB0)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사함으로써, 레이저광 흡수층(3)을 가공해서 분할선 홈(D0)을 형성했다. 여기에서 사용되는 레이저빔(LB0)은, 투명 도전층(2)에 대미지를 주지 않고 레이저광 흡수층(3)을 분할 가공할 수 있으면 된다. 예를 들면 YAG 레이저와 관련해서, a-Si의 레이저광 흡수층(3)은 제2고조파(파장 532nm)의 광을 잘 흡수할 수 있다. 한편, 투명 도전층(2)은, YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 적외선 빔을 잘 흡수한다. 그러나, YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 광과 관련해서는, 투명 도전층(2)은 거의 투명하여 약간 흡수할 뿐이다. 따라서, 예를 들면 YAG 레이저의 제2고조파이며 12kW/㎠의 파워 밀도와 60㎛의 단면 직경을 가지는 레이저빔(LB0)을 조사함으로써, 투명 도전층(2)에 대미지를 주지 않고 레이저광 흡수층(3)만을 분할 가공할 수 있다.
이렇게, 투명 도전층(2)에 대미지를 주지 않고 레이저광 흡수층(3)을 분할 가공하기 위한 레이저빔으로서는, 투명 도전층(2)에 대하여 거의 투명하고, 또한 레이저광 흡수층(3)에 흡수되는 것이 바람직하고, YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm) 외에, 예를 들면 이것과 동일한 파장의 레이저광을 출사하는 YVO4(이트륨?바나데이트(Yttrium?vanadate)) 레이저의 제2고조파나, 대략 동일한 파장의 레이저를 사출(射出)할 수 있는 파이버 레이저(fiber laser) 등을 사용할 수 있다.
도 1의 (c)에서, 분할된 레이저광 흡수층(3) 및 분할선 홈(D0)을 덮도록 이면 전극층(4)을 퇴적시켰다. 이면 전극층(4)으로서는, 스퍼터링법을 이용하여 제 1 투명 전극층인 두께 90nm의 산화아연층, 금속층인 두께 200nm의 은층, 및 제 2 투명 전극층인 두께 90nm의 산화아연층을 순차적으로 적층시켰다. 이면 전극층(4)에 포함되는 산화아연층은, 레이저광 흡수층(3) 및 후에 퇴적되는 반도체 광전 변환층(5)과 은층의 밀착 강도 향상 및 은의 반사율을 높이기 때문에 바람직하다.
도 1의 (d)에서, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 적외선 레이저빔(LB1)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사하여, 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 가공해서 분할선 홈(D1)을 형성했다. 전술한 바와 같이 투명 도전층(2)은 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 적외선 광을 흡수해서 발열할 수 있으므로, 레이저빔(LB1)에 의한 투명 도전층(2) 및 레이저광 흡수층(3)의 발열에 의해, 그들 층 및 이면 전극층(4)을 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다.
이렇게, 투명 도전층(2) 및 그 외의 층을 분할 가공하기 위한 레이저빔(LB1)으로서는, 투명 도전층(2)에 흡수되는 것이 바람직하고, YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm) 외에, 예를 들면 이것과 동일한 파장의 레이저광을 출사하는 YVO4 레이저의 기본파나, 대략 동일한 파장의 레이저를 사출할 수 있는 파이버 레이저 등을 이용할 수 있다.
도 1의 (e)에서, 분할된 이면 전극층(4) 및 분할선 홈(D1)을 덮도록, 반도체 광전 변환층(5)을 플라스마 CVD법에 의해 퇴적했다. 그 반도체 광전 변환층(5)은, 순차적으로 적층된 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층, 두께 약 300nm의 i형 a-Si:H(H를 포함하는 a-Si)층, 및 두께 약 15nm의 p형 a-SiC:H(H를 포함하는 a-SiC)층을 포함하고 있다. 즉, 본 실시예 1에서의 반도체 광전 변환층(5)은, 그 주면에 평행한 한 세트의 nip접합으로 이루어지는 단일인 광전 변환 유닛을 포함하고 있다.
도 1의 (f)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB2a)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사해서 분할선 홈(D2a)을 형성했다. 그 파장 532nm의 레이저빔(LB2a)은 레이저광 흡수층(3) 및 반도체 광전 변환층(5)에 의해 효율적으로 흡수되어 발열을 일으키므로, 그들 층 및 이면 전극층(4)을 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다.
도 1의 (g)에서, 분할된 반도체 광전 변환층(5) 및 분할선 홈(D2a)을 덮도록, 전자빔 증착법에 의해 산화인듐의 수광면 투명 전극층(6)을 약 80nm의 두께로 퇴적했다.
도 1의 (h)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB3a)을 투명 글래스 기판(1)으로부터 조사해서 분할선 홈(D3a)을 형성했다. 파장 532nm의 레이저빔(LB3a)은 레이저광 흡수층(3) 및 반도체 광전 변환층(5)에 의해 효율적으로 흡수되어 발열을 일으키므로, 그들 층과 함께 이면 전극층(4) 및 수광면 투명 전극층(6)도 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다.
본 실시예 1에서 얻어진 집적형 박막 광전 변환 장치에 리드선을 접속하고, 환경온도 25도에서, 솔라(solar) 시뮬레이터을 이용하여 AM 1.5의 광을 100mW/㎠의 강도로 조사해서 광전 변환 특성을 측정한 바, 단락 전류 밀도가 16.21mA/㎠, 한 셀당의 개방단 전압이 0.891V, 곡선 인자 0.727, 그리고 광전 변환 효율이 10.5%였다.
(실시예 2)
본 발명의 실시예 2에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치도 도 1에 도해되어 있는 공정에 의해 제작되었지만, 실시예 1과 비교하여, 하기 사항 (1)과 (2)에서만 변경되어 있다.
(1) 도 1의 (a)의 공정에서, 레이저광 흡수층(3)의 두께가 200nm가 아니고 400nm의 두께로 증대되었다.
(2) 도 1의 (e)의 공정에서, 반도체 광전 변환층(5)은, 하단의 nip접합으로 이루어지는 하단 광전 변환 유닛과 상단의 nip접합으로 이루어지는 상단 광전 변환 유닛을 포함하는 탠덤형으로 변경되었다. 이 하단 광전 변환 유닛으로서, 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층, 두께 약 2㎛의 i형 미결정 실리콘 광전 변환층, 그리고 두께 약 15nm의 p형 미결정 Si층이 순차적으로 적층되었다. 한편, 상단 광전 변환 유닛은, 실시예 1에서의 광전 변환 유닛과 동일한 조건에서 형성되었다.
(실시예 3)
본 발명의 실시예 3에서는, 도 2에 대응하는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다. 그리고, 본 실시예 3의 집적형 박막 광전 변환 장치의 제작에서는, 실시예 2와 비교하여, 도 1의 (g)의 공정에서 수광면 투명 전극층(6) 상에 알루미늄의 그리드 금속 전극 배선(7)이 증착법에 의해 부가적으로 형성된 것에서만 달라 있다. 즉, 본 실시예 3에서의 반도체 광전 변환층(5)도, 실시예 2의 경우와 동일한 탠덤형이다.
(실시예 4)
본 발명의 실시예 4에서는, 도 1에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 도 1의 (d)의 공정에서, 레이저빔(LB1)으로서, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)를 이용하는 대신에, 파워 밀도 60kW/㎠의 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)를 이용한 점에서 실시예 2와 달라 있다.
실시예 1의 도 1의 (b)의 공정 등에서는, 12kW/㎠의 파워 밀도를 가지는 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB0)에 의해, 투명 도전층(2)에 대미지를 주지 않고 레이저광 흡수층(3)만을 분할 가공해서 제1종 분할선 홈(D0)이 형성되었다. 이에 대하여, 실시예 4에서는, 60kW/㎠의 파워 밀도를 가지는 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔을 이용함으로써, 투명 도전층(2)도 관통하는 홈(D1)이 형성되었다. 이에 대해, 투명 도전층(2)은, YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 광에 대해서는 거의 투명해서, 흡수는 적기 때문에, YAG 레이저의 제2고조파의 파워 밀도가 12kw/㎠인 경우에는 투명 도전층(2)이 가공되지 않는 것에 대해, YAG 레이저의 제2고조파의 파워 밀도가 60kW/㎠로 높을 경우에는, 투명 도전층에 흡수되는 Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)를 이용한 경우와 마찬가지로, 투명 도전층(2)이 분할 가공되는 것을 알 수 있다.
(실시예 5)
본 발명의 실시예 5에서는, 도 1에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 도 1의 (c)의 공정에서, 이면 전극층(4)의 제 1 투명 도전층이 MOCVD법에 의해 제작된 점에서 실시예 2와 달라 있다.
[실시형태 2A에 관한 실시예]
(실시예 6)
본 발명의 실시예 6에서는, 도 7에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 하기의 점에서 실시예 2와 달라 있다.
실시예 2에서의 도 1의 (d)의 공정 대신에, 도 7의 (d1)과 같이 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)에 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 레이저빔(LB4a)에 의해 분할선 홈(D4a)이 형성되었다. 또한, 도 7의 (d2)와 같이 분할선 홈(D4a) 상으로부터, 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 레이저빔(LB4a)보다 빔 직경이 큰 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB5a)이 조사되어 분할선 홈(D5a)이 형성되었다.
이들 공정에 의해, 제5종 분할선 홈(D4a) 및 제6종 분할선 홈(D5a)이 형성되어, 도 7의 (f)에 나타낸 바와 같이 제5종 분할선 홈(D4a)과, 제6종 분할선 홈(D5a)이 접속되어 있고, 제5종 분할선 홈(D4a)은, 제6종 분할선 홈(D5a)보다 홈의 폭이 좁고, 또한 제6종 분할선 홈(D5a)의 내측에 형성되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
(실시예 7)
본 발명의 실시예 7에서는, 도 7에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 하기의 점에서 실시예 2와 달라 있다.
실시예 2에서의 도 1의 (d)의 공정 대신에, 도 8의 (d1)과 같이 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)에 투광성 기판(1)측으로부터 입사되는 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB5b)에 의해 분할선 홈(D5b)이 형성되었다. 또한, 도 8의 (d2)와 같이 분할선 홈(D5b) 상으로부터, 투명 도전층(2)을 레이저빔(LB5b)보다 빔 직경이 작은 Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 레이저빔(LB4b)이 조사되어 분할선 홈(D4b)이 형성되었다.
이들 공정에 의해, 제5종 분할선 홈(D4b) 및 제6종 분할선 홈(D5b)이 형성되어, 도 8의 (f)에 나타낸 바와 같이 제5종 분할선 홈(D4b)과, 제6종 분할선 홈(D5b)이 접속되어 있고, 제5종 분할선 홈(D4b)은, 제6종 분할선 홈(D5b)보다 홈의 폭이 좁고, 또한 제6종 분할선 홈(D5b)의 내측에 형성되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
(실시예 8)
본 발명의 실시예 8에서는, 도 9에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 실시예 2와 비교하여, 하기의 (1), (2)에서 달라 있다.
(1) 실시예 2에서의 도 1의 (a)의 공정 대신에, 도 9의 (a1)과 같이 투광성 기판(1) 상에 투명 도전층(2)이 퇴적된 후에, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 레이저빔(LB4c)에 의해 분할선 홈(D4c)이 형성되고, 그 후 도 9의 (a2)와 같이 레이저광 흡수층(3)이 퇴적되었다.
(2) 실시예 2에서의 도 1의 (d)의 공정 대신에, 도 9의 (d)와 같이 분할선 홈(D4c) 상으로부터, 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)에 레이저빔(LB4c)보다 빔 직경이 큰 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB5c)이 조사되어 분할선 홈(D5c)이 형성되었다.
이들 공정에 의해, 제5종 분할선 홈(D4c) 및 제6종 분할선 홈(D5c)이 형성되어, 도 9의 (f)에 나타낸 바와 같이 제5종 분할선 홈(D4c)과, 제6종 분할선 홈(D5c)이 접속되어 있고, 제5종 분할선 홈(D4c)은, 제6종 분할선 홈(D5c)보다 홈의 폭이 좁고, 또한 제6종 분할선 홈(D5c)의 내측에 형성되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
(실시예 9)
본 발명의 실시예 9에서는, 도 10에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 실시예 2와 비교하여, 하기의 (1), (2)에서 달라 있다.
(1) 실시예 2에서의 도 1의 (a)의 공정 대신에, 도 10의 (a1)과 같이 투광성 기판(1) 상에 투명 도전층(2)이 퇴적된 후에, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 레이저빔(LB4d)에 의해 분할선 홈(D4d)이 형성되고, 그 후 도 10의 (a2)와 같이 레이저광 흡수층(3)이 퇴적되었다.
(2) 실시예 2에서의 도 1의 (d)의 공정 대신에, 도 10의 (d)와 같이 분할선 홈(D4d) 상으로부터, 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 레이저빔(LB4d)보다 빔 직경의 작은 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB5d)이 조사되어 분할선 홈(D5d)이 형성되었다.
이들 공정에 의해, 도 10의 (f)에 나타낸 바와 같이 제5종 분할선 홈(D4d)과, 제6종 분할선 홈(D5d)이 접속되어 있고, 제6종 분할선 홈(D5d)은, 제5종 분할선 홈(D4d)보다 홈의 폭이 좁고, 또한 제5종 분할선 홈(D4d)의 내측에 형성되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
(실시예 10)
본 발명의 실시예 10에서는, 도 8에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 7과 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 도 8의 (d2)의 공정에서, 레이저빔(LB4b)으로서, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)를 이용하는 대신에, 파워 밀도 60kW/㎠ Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)를 이용한 점에서 실시예 7과 달라 있다.
(실시예 11)
본 발명의 실시예 11에서는, 실시예 7과 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 도 8의 (g)의 공정에서 수광면 투명 전극층(6) 상에 알루미늄의 그리드 금속 전극 배선(7)이 증착법에 의해 부가적으로 형성된 점에서 실시예 7과 달라 있다.
이에 의해, 수광면 투명 전극층 상에 그리드 금속 전극 배선을 포함하고, 제4종 분할선 홈이 그리드 금속 전극 배선을 관통하고 있는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
(실시예 12)
본 발명의 실시예 12에서는, 도 11에 도해되어 있는 공정에 의해, 실시예 2와 마찬가지로 반도체 광전 변환층(5)이 탠덤형인 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 실시예 2와 비교하여, 하기의 (1), (2)에서 달라 있다.
(1) 실시예 2에서의 도 1의 (a)의 공정 대신에, 도 11의 (a1)과 같이 투광성 기판(1) 상에 투명 도전층(2)이 퇴적된 후에, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 레이저빔(LB4e)에 의해 분할선 홈(D4e)이 형성되고, 그 후 도 11의 (a2)와 같이 레이저광 흡수층(3)이 퇴적되었다.
(2) 실시예 2에서의 도 1의 (d)의 공정 대신에, 도 11의 (d)와 같이 제5종 분할선 홈(D4e)의 근방에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB5e)이 조사되어 제6종 분할선 홈(D5e)이 형성되었다. 이들 공정에 의해, 도 11의 (h)에 나타낸 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
실시예 2 ~ 12에서 얻어진 집적형 박막 광전 변환 장치에 리드선을 접속하고, 실시예 1의 경우와 동일하게 해서 광전 변환 특성을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시형태 2B에 관한 실시예]
(실시예 13)
본 발명의 실시예 13에서는, 도 3에 대응해서 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다. 우선, 도 3의 (a)에서, 투명 글래스 기판(1) 상에 산화주석의 투명 도전층(2)을 적층했다. 투명 도전층(2)은, 열 CVD법에 의해 약 800nm의 두께로 퇴적되었다. 이렇게 해서 퇴적된 투명 도전층(2)은, 미세한 요철을 포함하는 표면 텍스처 구조를 가지고 있다. 이 표면 텍스처 구조는, 후에 퇴적되는 이면 전극층(4) 중의 금속층 표면에 전해진다. 그리고, 그 금속층 표면에서의 미세한 표면 요철은, 광의 난반사를 일으키고, 반도체 광전 변환층(5) 내의 광 흡수 효율을 높이도록 작용할 수 있다.
그 후, Q스위치 YAG 레이저의 기본파(파장 1064nm)의 적외선 레이저빔(LB4)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사함으로써, 투명 도전층(2)을 가공해서 분할선 홈(D4)을 형성했다.
도 3의 (b)에서, 분할된 투명 도전층(2) 및 분할선 홈(D4)을 덮도록 레이저광 흡수층(3)을 퇴적시켰다. 이 레이저광 흡수층(3)은, 플라스마 CVD법에 의해 순차적으로 적층된 두께 약 20nm의 n형 a-Si층, 두께 약 400nm의 i형 a-Si층, 및 두께 약 15nm의 p형 a-Si층을 포함하고 있다. 즉, 본 실시예에서의 레이저광 흡수층(3)은 pin접합으로 이루어지는 다이오드를 포함하고 있다. 또한, 여기에서 레이저광 흡수층(3)은 후의 모든 레이저빔 가공을 가능하게 하는 두께를 가지고 있고, 또한 pn접합 또는 pin접합을 포함하여 정류 특성을 나타내고 있으면 되고, 이 전제 하에서 적당하게 선택된 두께를 가질 수 있다.
그 후, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB0)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사함으로써, 레이저광 흡수층(3)을 가공해서 분할선 홈(D0)을 형성했다. 여기에서 사용되는 레이저빔(LB0)은, 투명 도전층(2)에 대미지를 주지 않고 레이저광 흡수층(3)을 분할 가공할 수 있으면 된다.
도 3의 (c)에서, 분할된 레이저광 흡수층(3) 및 분할선 홈(D0)을 덮도록 이면 전극층(4)을 퇴적시켰다. 이면 전극층(4)으로서는, 스퍼터링법을 이용하여 제 1 투명 도전층인 두께 90nm의 산화아연층, 금속층인 두께 200nm의 은층, 및 제 2 투명 도전층인 두께 90nm의 산화아연층을 순차적으로 적층시켰다. 이면 전극층(4)에 포함되는 산화아연층은, 레이저광 흡수층(3) 및 후에 퇴적되는 반도체 광전 변환층(5)과 은층의 밀착 강도 향상 및 은의 반사율을 높이기 때문에 바람직하다.
도 3의 (d)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB5)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사하여, 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)을 가공해서 분할선 홈(D5)을 형성했다. 레이저빔(LB5)은 레이저광 흡수층(3)에서 흡수되어 발열하고, 그에 의해 레이저광 흡수층(3) 및 이면 전극층(4)을 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다.
도 3의 (e)에서, 분할된 이면 전극층(4) 및 분할선 홈(D5)을 덮도록, 반도체 광전 변환층(5)을 플라스마 CVD법에 의해 퇴적했다. 그 반도체 광전 변환층(5)은, 순차적으로 적층된 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층, 두께 약 2㎛의 i형 미결정 실리콘 광전 변환층, 및 두께 약 15nm의 p형 미결정 실리콘으로 이루어지는 하단 광전 변환 유닛과, 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층, 두께 약 300nm의 i형 a-Si:H(H를 포함하는 a-Si)층, 및 두께 약 15nm의 p형 a-SiC:H(H를 포함하는 a-SiC)층으로 이루어지는 상단 광전 변환 유닛을 포함하는 탠덤형이다.
도 3의 (f)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB2a)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사하여, 분할선 홈(D2a)을 형성했다. 상술한 바와 같이 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB2a)은 레이저광 흡수층(3) 및 반도체 광전 변환층(5)에 의해 효율적으로 흡수되어 발열을 일으키므로, 그들 층 및 이면 전극층(4)을 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다.
도 3의 (g)에서, 분할된 반도체 광전 변환층(5) 및 분할선 홈(D2a)을 덮도록, 전자빔 증착법에 의해 산화인듐의 수광면 투명 전극층(6)을 약 80nm의 두께로 퇴적했다.
도 3의 (h)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB3a)을 투명 글래스 기판(1)측으로부터 조사하여, 분할선 홈(D3a)을 형성했다. 전술한 바와 같이 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB3a)은 레이저광 흡수층(3) 및 반도체 광전 변환층(5)에 의해 효율적으로 흡수되어 발열을 일으키므로, 그들 층과 함께 이면 전극층(4) 및 수광면 투명 전극층(6)을 비교적 용이하게 동시에 분할 가공할 수 있다.
본 실시형태 13에서, 얻어진 집적형 박막 광전 변환 장치는 도 5에 나타낸 것과 동등하다. 즉, 도 3의 (a) ~ (h)의 공정에 의해, 도 5에 나타낸 바와 같이, 복수의 광전 변환 셀 영역(A)의 각각의 광전 변환 기능 영역(B)에 바이패스 다이오드 영역(C)이 바이패스 다이오드로서 병렬 접속되게 된다.
(실시예 14)
본 발명의 실시예 14에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치도, 실시예 13과 마찬가지로, 도 3에 도해되어 있는 공정에 의해, 바이패스 다이오드 영역을 가지는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 실시예 13과 비교하여, 하기의 (1), (2)에서 달라 있다.
(1) 도 3의 (b)에서 레이저광 흡수층(3)의 구성이, 투명 도전층(2)측으로부터 순서대로, 두께 약 15nm의 p형 a-Si층, 두께 약 400nm의 i형 a-Si층, 두께 약 20nm의 n형 a-Si층으로 되도록 적층되었다. 즉 실시예 13과 비교해 레이저광 흡수층의 정류 특성이 역방향으로 되어 있다.
(2) 도 3의 (e)에서 반도체 광전 변환층(5)의 구성이, 이면 전극층(4)측으로부터 순서대로, 두께 약 15nm의 p형 미결정 Si층, 두께 약 2㎛의 i형 미결정 실리콘 광전 변환층, 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층의 순으로 이루어지는 하단 광전 변환 유닛과, 두께 약 15nm의 p형 a-SiC:H(H를 포함하는 a-SiC)층, 두께 약 300nm의 i형 a-Si:H(H를 포함하는 a-Si)층, 및 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층의 순으로 이루어지는 상단 광전 변환 유닛을 포함하는 탠덤형으로 되어 있다. 즉 실시예 13과 비교해서 반도체 광전 변환층(5)의 정류 특성이 역방향으로 되어 있었다.
(실시예 15)
본 발명의 실시예 15에 의한 집적형 박막 광전 변환 장치도, 실시예 13과 마찬가지로, 도 3에 도해되어 있는 공정에 의해, 바이패스 다이오드 영역을 가지는 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 실시예 13과 비교하여, 하기의 점에서 달라 있다.
도 3의 (b)에서 레이저광 흡수층(3)의 구성이, 투명 도전층(2)측으로부터 순서대로, 두께 약 400nm의 n형 a-Si층, 약 15nm의 p형 a-Si층으로 되도록 적층되었다. 즉 실시예 13과 비교해 레이저광 흡수층(3)의 i형층이 없는 구성으로 되어 있다.
본 실시형태 13 ~ 15에서 얻어진 집적형 박막 광전 변환 장치에 리드선을 접속하고, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 하여 광전 변환 특성을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
상술한 다양한 실시예와의 대비를 위한 비교예 1로서, 도 6에 대응해서 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었다.
우선, 도 6의 (a)에서, 투명 글래스 기판(1) 상에 투명 산화주석층(2), 두께가 200nm의 레이저광 흡수층(3), 및 이면 전극층(4)이, 실시예 1의 경우와 동일한 조건에서 퇴적되었다.
도 6의 (b)에서, 실시예 1의 경우의 도 1의 (d)의 공정과 동일한 조건하에서 레이저빔(LB1)을 조사해서 분할선 홈(D1)을 형성했다.
도 6의 (c)에서, 실시예 1의 경우의 도 1의 (e)의 공정과 동일한 조건하에서, 분할된 이면 전극층(4) 및 분할선 홈(D1)을 덮도록 반도체 광전 변환층(5)을 퇴적했다.
도 6의 (d)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB2)을 반도체 광전 변환층(5)측으로부터 조사해서 분할선 홈(D2)을 형성했다.
도 6의 (e)에서, 실시예 1의 경우의 도 1의 (g)의 공정과 동일한 조건하에서, 분할된 반도체 광전 변환층(5) 및 분할선 홈(D2)을 덮도록 수광면 투명 전극층(6)을 퇴적했다.
도 6의 (f)에서, Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)의 레이저빔(LB3)을 수광면 투명 전극층(6)측으로부터 조사해서 분할선 홈(D3)을 형성했다.
(비교예 2)
비교예 2로서, 비교예 1과 마찬가지로, 도 6에 대응해서 집적형 박막 광전 변환 장치가 제작되었지만, 비교예 1과 비교하여, 하기 사항 (1)과 (2)에서만 변경되어 있었다.
(1) 도 6의 (a)의 공정에서, 레이저광 흡수층(3)의 두께가 200nm가 아니고 400nm의 두께로 증대되었다.
(2) 도 1의 (c)의 공정에서, 반도체 광전 변환층(5)은, 하단의 nip접합으로 이루어지는 하단 광전 변환 유닛과 상단의 nip접합으로 이루어지는 상단 광전 변환 유닛을 포함하는 탠덤형으로 변경되었다. 이 하단 광전 변환 유닛으로서, 두께 약 20nm의 n형 미결정 Si층, 두께 약 2㎛의 i형 미결정 실리콘 광전 변환층, 그리고 두께 약 15nm의 p형 미결정 Si층이 순차적으로 적층되었다. 한편, 상단 광전 변환 유닛은, 비교예 1에서의 광전 변환 유닛과 동일한 조건에서 형성되었다.
비교예 1, 2에서 얻어진 집적형 박막 광전 변환 장치에 리드선을 접속하고, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 하여 광전 변환 특성을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112010036628707-pct00001
[광전 변환 특성의 대비]
표 1로부터 명확한 바와 같이, 단일의 광전 변환 유닛을 포함하고 있는, 비교예 1과 실시예 1을 대비하면, 본 발명의 적층형 박막 광전 변환 장치는, 어느 광전 변환 특성에서도 우수한 것을 알 수 있다. 또한, p형층측으로부터 광이 입사하는 구조를 가지고 있는 탠덤형의 광전 변환 유닛을 포함하는 비교예 2와 실시예 2 ~ 13, 15를 대비하면, 이들 실시예의 적층형 박막 광전 변환 장치는, 비교예 2의 적층형 박막 광전 변환 장치에 비해, 광전 변환 효율이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 일반적으로는 광전 변환 효율이 작아지는 n형층측에서 광이 입사하는 구조를 가지고 있는 실시예 14의 광전 변환 장치도, p형층측으로부터 광이 입사하는 구조를 가지고 있는 비교예 2의 광전 변환 장치와 동일한 광전 변환 효율을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
실시예 2와 실시예 4를 비교하면, 어느 광전 변환 특성에서도 거의 동등한 특성이므로, 투명 도전층(2)에 흡수되지 않고 투과하는 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)에서도 파워 밀도가 충분히 높으면, 투명 도전층(2)을 분리하여, 분할선 홈(D1)을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
실시예 2와 실시예 6 ~ 12를 비교하면, 실시예 6 내지 실시예 12의 집적형 박막 광전 변환 장치는, 실시예 2의 광전 변환 장치와 비교하여, 곡선 인자, 광전 변환 효율에서 우수하다. 이것은, 실시예 2에서는, 제2종 분할선 홈(D1)을 1종류의 레이저빔(YAG 레이저의 기본파)에 의해 한번에 형성하는 것에 대해, 실시예 6 ~ 실시예 12에서는, 제5종 분할선 홈(D4)과, 제6종 분할선 홈(D5)이 다른 레이저빔에 의해 형성되기 때문에, 분할선 홈(D1) 주변부의 변질이 경감된 것으로 추측된다.
실시예 7과 실시예 10을 비교하면, 어느 광전 변환 특성에서도 거의 동등한 특성이므로, 투명 도전층(2)에 흡수되지 않고 투과하는 Q스위치 YAG 레이저의 제2고조파(파장 532nm)에서도 파워 밀도가 충분히 높으면, 투명 도전층(2)을 분리하여, 분할선 홈(D1)을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
실시예 14와, 실시예 13 및 15를 비교하면, 광전 변환 셀에 p형층측으로부터 광이 입사하는 구조를 가지고 있는 실시예 13 및 15의 집적형 박막 광전 변환 장치는, 광전 변환 셀에 n형층측으로부터 광이 입사하는 구조를 가지고 있는 실시예 14의 집적형 박막 광전 변환 장치와 비교하여, 각 광전 변환 성능이 우수한 것을 알 수 있다.
[핫스폿 시험]
실시예 12 ~ 15에서 얻어진 집적형 박막 광전 변환 장치에 대하여 핫스폿 시험을 행했다. 핫스폿 시험으로서는 모듈 중 1개의 셀에 흑색의 비닐테이프를 부착해서 차광하고, 옥외에서 전천일사계(全天日射計) 측정으로 방사 조도 80 ~ 100mW/㎠(0.8 ~ 1SUN)일 때에, 모듈의 글래스 기판면으로의 태양광의 입사 각도가 80도 이상으로 되도록 모듈을 설치해서 1분간 방치했다. 이러한 핫스폿 시험은, 차광되는 셀을 바꾸면서 1개의 모듈에 대해서 10회 행해졌다. 그 후, 글래스 기판면측에서 볼 때 대강 흑색의 셀면의 외관이 회색 또는 백색으로 변색된 점의 발생의 유무가 관찰되었다. 또한, 핫스폿 시험시의 기온은 15 ~ 30℃였다.
이 핫스폿 시험을 행한 결과, 실시예 12의 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 셀면의 외관에서 회색 또는 백색으로 변색되어 있는 점이 보였다. 이에 대해, 실시예 13 ~ 16의 집적형 박막 광전 변환 장치에서는, 셀면의 외관에서 회색 또는 백색으로 변색되어 있는 점은 보이지 않았다.
또한, 핫스폿 시험 후의 각 집적형 박막 광전 변환 장치에 관하여, 다시 실시예 1의 경우와 마찬가지로 하여 광전 변환 특성을 측정했다. 핫스폿 시험 전후에서의 광전 변환 특성을 표 2에 나타낸다.
Figure 112010036628707-pct00002
실시예 12와 실시예 13을 비교하면, 실시예 12의 집적형 박막 광전 변환 장치는 실시예 13의 집적형 박막 광전 변환 장치와 반도체 광전 변환층(5)의 구성이 동일하고, 핫스폿 시험 전은, 어느 광전 변환 특성에서도 거의 동등한 특성으로 되어 있다. 한편, 본 발명의 실시형태 2B와 관련한 실시예 13의 집적형 박막 광전 변환 장치는, 바이패스 다이오드 기능을 가지기 때문에, 핫스폿 시험 후에서도, 셀면의 외관에서 회색 또는 백색으로 변색되어 있는 점은 보이지 않고, 또한 높은 광전 변환 특성을 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 14, 15의 집적형 박막 광전 변환 장치에서도, 실시예 13과 마찬가지라 할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 이면 전극층에 대미지를 주지 않고 레이저빔 가공에 의해 집적형 박막 광전 변환 장치를 얻을 수 있고, 그 광전 변환 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 레이저빔 가공에서 기판측으로부터의 빔 조사만이 행해지므로, 이에 의해서도 가공 정밀도와 변환 특성이 개선된 집적형 박막 광전 변환 장치를 높은 생산성과 낮은 코스트로 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 레이저광 흡수층에 다이오드 기능을 갖게 함으로써, 핫스폿 현상에 대해 신뢰성이 높은 집적형 박막 광전 변환 장치를 낮은 코스트로 얻을 수 있다.
1 ; 투광성 기판 2 : 투명 도전층
3 : 레이저광 흡수층 4 : 이면 전극층
5 : 반도체 광전 변환층 6 : 수광면 투명 전극층
7 : 그리드 금속 전극 배선 LB0 ~ LB5 : 레이저빔
D0 ~ D5 : 분할선 홈 A : 광전 변환 셀 영역
B : 광전 변환 기능 영역 C : 다이오드 영역

Claims (15)

  1. 투광성 기판(1) 상에 순차적으로 적층된 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면(裏面) 전극층(4), 반도체 광전(光電) 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)을 포함하고, 이들 층의 각각은 복수의 스트립 형상 광전 변환 셀 영역으로 분할되어 있고, 또한 그들 복수의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치로서,
    상기 레이저광 흡수층(3)은, 복수의 제1종 분할선 홈(D0)에 의해 복수의 스트립 형상 영역으로 분할되어 있고,
    상기 이면 전극층(4)은, 상기 투명 도전층(2), 상기 레이저광 흡수층(3), 및 상기 이면 전극층(4)을 관통하고 또한 상기 제1종 분할선 홈(D0)에 평행한 복수의 제2종 분할선 홈(D1)에 의해 복수의 스트립 형상 이면 전극 영역으로 분할되어 있고,
    상기 반도체 광전 변환층(5)은, 상기 레이저광 흡수층(3), 상기 이면 전극층(4), 및 상기 반도체 광전 변환층(5)을 관통하고 또한 상기 제1종 분할선 홈(D0)에 평행한 복수의 제3종 분할선 홈(D2)에 의해 복수의 스트립 형상 광전 변환 영역으로 분할되어 있고,
    상기 수광면 투명 전극층(6)은, 상기 레이저광 흡수층(3), 상기 이면 전극층(4), 상기 반도체 광전 변환층(5), 및 상기 수광면 투명 전극층(6)을 관통하고 또한 상기 제1종 분할선 홈(D0)에 평행한 복수의 제4종 분할선 홈(D3)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 전극 영역으로 분할되어 있고,
    서로 인접하는 상기 광전 변환 셀 사이에서, 일방(一方)의 셀의 상기 이면 전극 영역은 상기 제1종 분할선 홈(D0), 상기 투명 도전층(2), 및 상기 제3종 분할선 홈(D2)을 통해 타방(他方)의 셀의 상기 수광면 투명 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 그들의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치.
  2. 투광성 기판(1) 상에 순차적으로 적층된 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4), 반도체 광전 변환층(5), 및 수광면 투명 전극층(6)을 포함하고, 이들 층의 각각은 복수의 스트립 형상 광전 변환 셀 영역으로 분할되어 있고, 또한 그들 복수의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있는 집적형 박막 광전 변환 장치로서,
    상기 투명 도전층(2)은 투명 도전층(2)을 관통하는 복수의 제5종 분할선 홈(D4)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 도전 영역으로 분할되어 있고,
    상기 레이저광 흡수층(3)은 레이저광 흡수층(3)을 관통하고 또한 제5종 분할선 홈(D4)에 평행한 복수의 제1종 분할선 홈(D0)에 의해 복수의 스트립 형상 레이저광 흡수 영역으로 분할되어 있고,
    상기 이면 전극층(4)은, 상기 레이저광 흡수층(3), 및 상기 이면 전극층(4)을 관통하고 또한 상기 제1종 분할선 홈(D0)에 평행한 복수의 제6종 분할선 홈(D5)에 의해 복수의 스트립 형상 이면 전극 영역으로 분할되어 있고,
    상기 반도체 광전 변환층(5)은, 상기 레이저광 흡수층(3), 상기 이면 전극층(4), 및 상기 반도체 광전 변환층(5)을 관통하고 또한 상기 제1종 분할선 홈(D0)에 평행한 복수의 제3종 분할선 홈(D2)에 의해 복수의 스트립 형상 광전 변환 영역으로 분할되어 있고,
    상기 수광면 투명 전극층(6)은, 상기 레이저광 흡수층(3), 상기 이면 전극층(4), 상기 반도체 광전 변환층(5), 및 상기 수광면 투명 전극층(6)을 관통하고 또한 상기 제1종 분할선 홈(D0)에 평행한 복수의 제4종 분할선 홈(D3)에 의해 복수의 스트립 형상 수광면 투명 전극 영역으로 분할되어 있고,
    서로 인접하는 상기 광전 변환 셀 사이에서, 일방의 셀의 상기 이면 전극 영역은 상기 제1종 분할선 홈(D0), 상기 투명 도전층(2), 및 상기 제3종 분할선 홈(D2)을 통해 타방의 셀의 상기 수광면 투명 전극 영역에 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 그들의 광전 변환 셀이 전기적으로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저광 흡수층(3)은 반도체의 pn접합 또는 pin접합을 포함하고, 상기 레이저광 흡수층의 pn접합 또는 pin접합과, 상기 반도체 광전 변환층(5)의 pin접합은, 이면 전극층(4)을 사이에 끼워 역도전형층 상호간이 대향하도록 형성되어 있고,
    상기 각 분할선 홈이 제6종 분할선 홈(D5), 제3종 분할선 홈(D2), 제4종 분할선 홈(D3), 제1종 분할선 홈(D0), 제5종 분할선 홈(D4)의 순서로 평행하게 나열해 있음으로써,
    각 광전 변환 셀 영역 내에 투명 도전층(2), 레이저광 흡수층(3), 이면 전극층(4)이 접속된 다이오드 영역이 형성되고, 상기 다이오드 영역과, 동일 광전 변환 셀 내의 광전 변환 영역이, 전기적으로 병렬 또한 역방향의 정류 특성을 가지도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제5종 분할선 홈(D4)과, 상기 제6종 분할선 홈(D5)이 접속되어 있고, 제6종 분할선 홈(D5)은, 제5종 분할선 홈(D4)보다 홈의 폭이 좁고, 또한 제5종 분할선 홈(D4)의 내측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제5종 분할선 홈(D4)과, 상기 제6종 분할선 홈(D5)이 접속되어 있고, 제5종 분할선 홈(D4)은, 제6종 분할선 홈(D5)보다 홈의 폭이 좁고, 또한 제6종 분할선 홈(D5)의 내측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수광면 투명 전극층(6) 상에 그리드 금속 전극 배선(7)을 더 포함하고, 상기 제4종 분할선 홈(D3)은 상기 그리드 금속 전극 배선(7)도 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 집적형 박막 광전 변환 장치를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 분할선 홈의 전체가 상기 투광성 기판측으로부터 레이저빔을 조사함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 투광성 기판(1)이, 상기 투명 도전층(2)보다 연직 상방에 위치한 상태에서, 모든 분할선 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 기재된 집적형 박막 광전 변환 장치를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 분할선 홈의 전체가 상기 투광성 기판측으로부터 레이저빔을 조사함으로써 형성되고,
    상기 제2종 분할선 홈(D1)이, 파장 및 파워 밀도 중 적어도 어느 한쪽이 다른 2종류의 레이저빔을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  10. 제 2 항에 기재된 집적형 박막 광전 변환 장치를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 분할선 홈의 전체가 상기 투광성 기판측으로부터 레이저빔을 조사함으로써 형성되고,
    상기 제5종 분할선 홈(D4)이, 상기 제6종 분할선 홈(D5)을 형성하는 레이저빔과는, 파장 및 파워 밀도 중 적어도 어느 한쪽이 다른 레이저빔에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 투명 도전층(2)을 관통하지 않는 분할선 홈이, 투명 도전층(2)을 투과하는 레이저빔을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 레이저광 흡수층(3)이 실리콘계 반도체를 포함하고, 또한 상기 투명 도전층(2)을 투과하는 레이저빔이 YAG 레이저의 제2고조파의 빔인 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 투명 도전층(2)을 관통하는 분할선 홈이, 투명 도전층(2)에 흡수되는 레이저빔을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투명 도전층(2)은 투명 도전성 산화물을 포함하고, 상기 투명 도전층(2)을 관통하는 분할선 홈은 YAG 레이저의 기본파의 빔을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 투명 도전층(2)을 관통하는 분할선 홈과, 상기 투명 도전층(2)을 관통하지 않는 분할선 홈이, 동일 파장의 레이저빔을 이용하여 형성되고, 상기 투명 도전층(2)을 관통하는 분할선 홈을 형성하기 위한 레이저빔은, 상기 투명 도전층(2)을 관통하지 않는 분할선 홈을 형성하기 위한 레이저빔보다 파워 밀도가 높은 것을 특징으로 하는 집적형 박막 광전 변환 장치의 제조 방법.
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