KR101169452B1 - 태양전지 - Google Patents

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KR101169452B1
KR101169452B1 KR1020107020351A KR20107020351A KR101169452B1 KR 101169452 B1 KR101169452 B1 KR 101169452B1 KR 1020107020351 A KR1020107020351 A KR 1020107020351A KR 20107020351 A KR20107020351 A KR 20107020351A KR 101169452 B1 KR101169452 B1 KR 101169452B1
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가즈야 사이토
다카시 고마츠
요시오 이데
신 아사리
유스케 미즈노
미호 시미즈
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

이 태양전지(10)는, 광투과성을 가진 기판(11)과, 광투과성을 가진 표면 전극(13)과, 광전변환층(14)과, 광반사성을 가진 이면 전극(15)을 포함하고, 상기 기판(11)상에 설치된 광전변환체(12)와, 상기 광전변환층(14)에 인접하고 상기 기판(11)과는 반대인 상기 광전변환층(14)의 면에 배치되고 상기 기판(11)에 대향하는 상기 광전변환층(14)의 면과는 반대인 면에 인접하여 광투과성을 가진 도전 재료로 이루어지고 굴절율이 2.0 이하인 저굴절 도전층(16)을 포함한다.

Description

태양전지{Solar cell}
본 발명은 태양전지에 관한 것이다.
삭제
최근 에너지의 효율적인 이용 관점에서 태양전지는 더욱더 널리 일반적으로 이용되고 있다.
이 태양전지로서는, 단결정 실리콘을 사용한 실리콘 태양전지, 폴리실리콘층을 사용한 폴리실리콘 태양전지, 아몰퍼스 실리콘을 사용한 아몰퍼스 실리콘 태양전지 등의 실리콘계 태양전지가 알려져 있다.
실리콘계 태양전지는, 예를 들면 유리 기판의 수광면쪽에 표면 전극으로서 형성된 TCO(transparent conducting oxide) 등으로 이루어진 투명 전극과, 표면 전극상에 형성된 실리콘으로 이루어진 반도체층(광전변환층)과, 이면 전극으로서 형성된 Ag박막이 적층된 광전변환체로 구성되어 있다.
반도체층은 광을 받으면 전자 및 홀을 발생하는 실리콘막(i형)이 p형 및 n형의 실리콘막에 의해 끼워진 pin접합이라고 불리는 층구조를 가진다.
그리고 유리 기판에 입사된 태양광은 우선 표면 전극을 통과하여 반도체층에 공급된다.
이 때, 태양광에 포함되는 광자라는 에너지 입자가 i형에 해당하면, 광기전력 효과에 의해 전자 및 홀이 발생하여 전자는 n형을 향해, 홀은 p형을 향해 이동한다.
이들 전자 및 홀을 표면 전극 및 이면 전극에 의해 각각 취출함으로써 광에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
한편 반도체층을 투과한 광은 이면 전극의 표면에서 반사되어 다시 반도체층에 공급됨으로써 반도체층에서 다시 전자 및 홀이 발생하여 광에너지를 전기 에너지로 변환한다.
그런데 전술한 태양전지에서는 반도체층을 투과하여 이면 전극에 입사되는 광 중 대부분의 광은 반도체층과 이면 전극과의 계면에서 반사되어 일부분의 광이 이면 전극에 약간 침입한다.
그 결과, 이면 전극에 침입하는 광에 의해 반도체층과 이면 전극과의 계면에서 흡수 손실이 발생하여 태양전지의 발전 효율이 낮아진다는 문제가 있다.
또 이면 전극을 반도체층상에 적층한 경우, 이면 전극의 구성 재료(예를 들면, Ag)가 반도체층에 확산될 우려가 있다.
그래서 반사율을 향상시키기 위해, 또는 이면 전극의 구성 재료가 반도체층에 확산되는 것을 방지하기 위해 이면 전극과 반도체층 사이에 GZO(Ga도핑 ZnO) 등의 투명 전극을 형성하는 경우가 있다.
이 경우, 반도체층을 투과한 태양광은, 반도체층과 투명 전극과의 계면에서 전반사되어 다시 반도체층에 공급되는 광과, 투명 전극을 투과하여 투명 전극과 이면 전극과의 계면에서 반사되어 다시 반도체층에 공급되는 광으로 나뉜다.
이로써 태양전지에 입사되는 광경로에서 이면 전극에 입사되는 앞단에서 태양광을 반사시킬 수 있기 때문에 반도체층과 이면 전극과의 계면에서 흡수 손실을 줄여 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다고 생각된다.
그러나 투명 전극의 굴절율(예를 들면, GZO의 굴절율은 n=2.05 이상)과, 반도체막의 굴절율(예를 들면, Si막의 굴절율은 n=3.8～4.0 정도)과의 차가 작아 반도체층과 투명 전극과의 계면에서의 전반사 비율이 낮다.
구체적으로는, 투명 전극에 대해 작은 입사각으로 입사되는 태양광은 반도체층과 투명 전극과의 계면에서 전반사 조건을 충족시키지 않고 굴절될 뿐이다. 따라서 굴절된 태양광이 투명 전극을 투과하여 이면 전극에 입사된다.
즉, 투명 전극에서의 반사율이 낮다는 문제가 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있는 것처럼 이면 전극과, GZO 등으로 이루어진 투명 전극과의 사이에, 투명 전극보다도 굴절율이 낮은 SiO2로 이루어지고 두께가 5㎚ 이상 25㎚ 이하인 굴절율 조정층이 삽입된 구성이 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본특개2007-266095호 공보
그러나 전술한 종래기술에서는, 굴절율 조정층의 막두께가 비교적 얇기 때문에 제조시에 굴절율 조정층의 막두께를, 반도체층에서 이면 전극까지의 광학적 거리 등을 고려한 막두께로 조정하기 힘들다.
아울러 굴절율 조정층에 의해 이면 전극의 구성 재료가 반도체층으로 확산되는 것을 막을 수 있지만, 전술한 굴절율 조정층의 막두께에 의해 반사율이 향상되는 광학적인 효과는 얻을 수 없다.
또 광전변환층과 이면 전극층 사이에 GZO 등으로 이루어진 투명 전극에 추가하여 굴절율 조정층을 삽입함으로써 태양전지의 제조 프로세스가 증가하여 제조 효율이 저하된다는 문제가 있다.
그래서 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 저굴절 도전층과 광전변환층과의 계면에서의 반사율을 향상시킴과 동시에 제조 프로세스의 증가를 억제할 수 있는 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 태양전지는 광투과성을 가진 기판과, 광투과성을 가진 표면 전극과, 광전변환층과, 광반사성을 가진 이면 전극을 포함하여 상기 기판상에 설치된 광전변환체와, 상기 광전변환층에 인접하여 상기 기판과는 반대인 상기 광전변환층의 면에 배치되고 광투과성을 가진 도전 재료로 이루어지고 굴절율이 2.0 이하인 저굴절 도전층을 포함한다.
이 구성에 의하면, 저굴절 도전층의 굴절율이 2.0 이하이므로 일반적인 투명 전극(굴절율이 n=2.05 이상)이 마련되어 있는 경우에 비해 광전변환층의 굴절율과 저굴절 도전층의 굴절율과의 차를 크게 할 수 있다.
이로써 광전변환층과 저굴절 도전층과의 계면에서의 전반사 비율을 향상시킬 수 있다.
따라서 저굴절 도전층에 대해 입사각이 작은 광도 전반사 조건을 충족하여 광전변환층과 저굴절 도전층과의 계면에서의 반사율을 향상시킬 수 있다.
따라서 광의 반사율을 향상시킬 수 있기 때문에 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또 본 발명의 태양전지에서는, 상기 저굴절 도전층은 상기 광전변환층과 상기 이면 전극과의 사이에 마련되고, 상기 광전변환층과 상기 이면 전극과의 사이에는 상기 저굴절 도전층만 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 태양전지에 입사되는 광경로에서 광전변환층을 투과하는 광이 이면 전극의 앞단에서 반사되고, 저굴절 도전층을 투과하여 이면 전극에 입사되는 광의 입사량을 억제할 수 있다. 따라서 이면 전극에서의 광의 흡수 손실을 줄일 수 있다.
이 구성에서, 광전변환층과 이면 전극과의 사이에 저굴절 도전층을 1층만 마련함으로써 광전변환층과 이면 전극과의 사이에 투명 전극에 추가하여 굴절율 조정층이 마련된 종래의 구성에 비해 제조 프로세스의 증가를 억제할 수 있어 제조 효율을 유지할 수 있다.
또 광전변환층에 인접하도록 저굴절 도전층이 설치되어 있기 때문에 이면 전극의 구성 재료가 광전변환층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또 본 발명의 태양전지에서는, 상기 저굴절 도전층은 SiO2에 도펀트가 혼입된 구성을 갖는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 저굴절 도전층의 재료로서 SiO2가 채용되고 있기 때문에 저굴절 도전층의 굴절율을 1.5 정도로 저하시킬 수 있다.
그리고 SiO2에 도펀트를 혼입함으로써 SiO2 자체에 도전성을 갖도록 할 수 있게 된다.
이로써 저굴절 도전층을 통해 광전변환층에 인접하는 층(예를 들면, 이면 전극)과 광전변환층간의 도통을 확보하기 위해 저굴절 도전층을 얇게 형성하거나, 양층간의 콘택을 취하기 위해 저굴절 도전층에 콘택홀 등을 형성할 필요가 없다.
따라서 저굴절 도전층과 광전변환층과의 계면에서의 반사율의 향상을 유지하면서 광학적 거리 등이 고려된 상태에서 용이하게 저굴절 도전층을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 저굴절 도전층의 굴절율이 2.0 이하로 설정되어 있기 때문에 일반적인 투명 전극(굴절율이 n=2.05 이상)이 마련되어 있는 경우에 비해 광전변환층의 굴절율과 저굴절 도전층과의 굴절율 차를 크게 할 수 있다.
이로써 광전변환층과 저굴절 도전층과의 계면에서의 전반사 비율을 향상시킬 수 있다.
따라서 저굴절 도전층에 대해 작은 입사각으로 입사되는 광도 전반사 조건을 충족하여 광전변환층과 저굴절 도전층과의 계면에서의 반사율을 향상시킬 수 있다.
따라서 광의 반사율을 향상시킬 수 있기 때문에 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에서의 아몰퍼스 실리콘형의 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2는, 시뮬레이션 시험 조건1의 측정 결과를 도시하고 있으며 파장(㎚)에 대한 반사율(%)을 도시한 도면이다.
도 3은, 시뮬레이션 시험 조건2의 측정 결과를 도시하고 있으며 파장(㎚)에 대한 반사율(%)을 도시한 도면이다.
도 4는, 시뮬레이션 시험 조건3의 측정 결과를 도시하고 있으며 파장(㎚)에 대한 반사율(%)을 도시한 도면이다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관한 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
(태양전지)
도 1은, 아몰퍼스 실리콘형의 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 것처럼 태양전지(10)는, 이른바 싱글형 태양전지로서, 투명한 절연성 기판(11)의 한쪽 면(11a)(이하, 이면(11a)이라고 한다)에 형성된 광전변환체(12)를 가진다.
기판(11)은, 예를 들면 유리 또는 투명 수지 등 태양광의 투과성이 우수하고 또한 내구성이 있는 절연 재료로 형성되어 있으며, 한 변의 길이는 예를 들면 3500㎜ 정도이다.
이 태양전지(10)에서는, 광전변환체(12)가 대향하는 기판면의 반대쪽, 즉 기판(11)의 다른쪽 면(11b)(이하, 표면(11b)이라고 한다)에 태양광이 입사된다.
광전변환체(12)는, 표면 전극(13)과 이면 전극(15) 사이에 반도체층(광전변환층)(14)이 개재되도록 구성되어 있으며, 기판(11)의 이면(11a)의 외주를 제외한 전역에 형성되어 있다.
표면 전극(13)은, 광투과성을 가진 금속 산화물, 예를 들면 GZO, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 이른바 TCO(transparent conducting oxide)로 구성되어 있고, 기판(11)의 이면(11a)상에 형성되어 있다.
표면 전극(13)상에는 반도체층(14)이 형성되어 있다.
이 반도체층(14)은, 예를 들면 p형 아몰퍼스 실리콘막(미도시)과 n형 아몰퍼스 실리콘막(미도시) 사이에 i형 아몰퍼스 실리콘막(미도시)이 끼워진 pin접합 구조를 가진다.
이 pin접합 구조에서는, 표면 전극(13)쪽부터 p형 아몰퍼스 실리콘막, i형 아몰퍼스 실리콘막, n형 아몰퍼스 실리콘막이 차례대로 적층되어 있다.
이 반도체층(14)에 태양광이 입사되고, 태양광에 포함되는 에너지 입자가 i형 아몰퍼스 실리콘막에 입사되면 광기전력 효과에 의해 전자 및 홀이 발생한다.
그러면 전자는 n형 아몰퍼스 실리콘막, 홀은 p형 아몰퍼스 실리콘막을 향해 이동한다.
이들 전자 및 홀을 표면 전극(13) 및 이면 전극(15)에 의해 각각 취출함으로써 광에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다(광전변환).
이면 전극(15)은 반도체층(14)에 대해 표면 전극(13)의 반대쪽에 적층되어 있다.
이면 전극(15)은 Ag,Cu 등의 도전성 금속막으로 구성되어 있고, 예를 들면 저온 소성형 나노 잉크 메탈(Ag)이 적합하게 사용되어 형성되어 있다.
이면 전극(15)은 반도체층(14)을 투과한 태양광을 반사시켜 다시 반도체층(14)에 공급하기 위한 반사층으로서의 기능도 가진다.
또 도시되지 않았으나 전술한 광전변환체(12)는 각 층의 표면 및 이면에 미세 요철이 형성된 텍스쳐 구조를 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 각 층에 입사된 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와, 광을 가두는 효과를 달성할 수 있기 때문에 태양전지(10)의 광에너지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
여기에서 반도체층(14)과 이면 전극(15) 사이에는 저굴절 도전층(16)이 마련되어 있다.
다시 말하면, 저굴절 도전층(16)은 광전변환층(12)에 인접하고 기판(11)과는 반대인 광전변환층(12)의 면에 배치되어 있다.
이 저굴절 도전층(16)은 반도체층(14)의 n형 아몰퍼스 실리콘막상의 전면에 형성되어 있다.
반도체막(14)과 이면 전극(15) 사이에는 저굴절 도전층(16)만이 형성되어 있다.
저굴절 도전층(16)에 채용하는 재료로서는, 이면 전극(15)의 구성 재료가 반도체층(14)에 확산되는 것을 방지하는 확산 배리어성, 이면 전극(15)과 반도체층(14)과의 도통을 유지하기 위한 도전성을 가지고 저저항인 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또 저굴절 도전층(16)의 굴절율n은, 반도체층(14)과 저굴절 도전층(16)과의 계면에서의 전반사 비율을 높이기 위해 2.0 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 굴절율n을 1.4 이상 1.9 이하, 또한 막두께d(도 1 참조)를 40㎚ 이상 80㎚ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또 굴절율n을 1.44 이상 1.50 이하, 또한 막두께d를 50㎚ 이상 75㎚ 이하로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이 저굴절 도전층(16)의 굴절율n을 2.0 이하로 형성함으로써 반도체층(14)의 굴절율(n=3.8～4.0)과 저굴절 도전층(16)의 굴절율과의 차를 크게 할 수 있다.
이로써 반도체층(14)과 저굴절 도전층(16)과의 계면에서의 전반사 비율을 향상시킬 수 있다.
따라서 저굴절 도전층(16)에 대해 입사각이 작은 광도 전반사 조건을 충족하여 저굴절 도전층(16)에 입사되는 태양광을 반도체층(14)과 저굴절 도전층(16)과의 계면에서 효율적으로 반사시킬 수 있다.
또 저굴절 도전층(16)의 막두께d를 40㎚ 이상으로 형성함으로써 제조시에 저굴절 도전층(16)의 막두께를, 반도체층(14)에서 이면 전극(15)까지의 광학적 거리 등을 고려한 막두께로 용이하게 조정할 수 있다.
또 이면 전극(15)에서 반도체층(14)으로 확산되는 것을 방지하여 저굴절 도전층(16)에 의한 반사율의 향상을 꾀할 수 있다.
한편 저굴절 도전층의 막두께를 80㎚ 이하로 형성함으로써 저굴절 도전층(16)에서의 태양광의 투과율을 유지할 수 있다.
이로써 저굴절 도전층(16)에서 태양광이 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 본 실시형태의 저굴절 도전층(16)의 구성 재료로서 SiO2가 적합하게 사용되고 있으며 SiO2에 도펀트를 혼입함으로써 도전성을 얻었다.
저굴절 도전층(16)이 반도체층(14)의 n형 아몰퍼스 실리콘막상에 형성되어 있기 때문에, 저굴절 도전층(16)의 SiO2에 혼입되는 도펀트로서는 n형의 도펀트가 바람직하고 이로써 반도체층(14)으로의 확산을 방지할 수 있다.
n형의 도펀트로서는, 예를 들면 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi), 리튬(Li), 마그네슘(Mg) 등을 들 수 있다.
아울러 저굴절 도전층(16) 또는 이면 전극(15)의 형성시에 고온으로 소성하지 않는 경우에는 도펀트가 반도체층(14)에 확산될 염려가 적기 때문에 n형의 도펀트 대신에 p형의 도펀트를 혼입해도 좋다.
p형의 도펀트로서는, 예를 들면 붕소(B), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In), 탈륨(Tl), 베릴륨(Be) 등을 들 수 있다.
이와 같이 저굴절 도전층(16)의 구성 재료로서 SiO2를 사용함으로써 확산을 방지하는 확산 배리어성과 도전성을 가지고 저굴절 도전층(16)의 굴절율n을 1.46 정도로 설정할 수 있다.
아울러 전술한 저굴절 도전층(16)의 성막 방법으로서는, 반도체층(14)까지 형성된 기판(11)에 스퍼터링법, CVD법(Chemical Vapor Deposition), 증착법 등을 들 수 있다.
또 기타 페이스트형 재료를 도포한 후에 소성하는 방법도 적용할 수 있다.
스퍼터링법에 의해 성막하는 경우에는 사전에 도펀트가 혼입된 타겟을 사용하는 것이 바람직하다.
또 CVD법의 경우에는 챔버내에 도펀트의 재료 가스를 도입하면서 성막하는 것이 바람직하다.
또 페이스트형 재료를 사용할 경우에는 저굴절 도전층(16)의 구성 재료와 전술한 이면 전극(15)의 구성 재료를 도포한 후에 양자를 일괄적으로 소성할 수 있다.
또 전술한 저굴절 도전층(16)의 조건을 충족하는 재료로서는, SiO2 외에 SiO, MgF2(n=1.37), Al2O3(n=1.65) 등에 전술한 도펀트를 혼입한 재료를 들 수 있다.
(시뮬레이션 시험)
여기에서 발명자는 반도체층과 이면 전극간의 층을 형성하는 조건을 다양하게 설정하고, 이들 각 조건에 의해 형성된 태양전지의 반사율을 측정하는 시뮬레이션 시험을 하여 각 시뮬레이션 결과를 비교하였다.
본 시험의 태양전지는, 반도체층과 이면 전극 사이에 ZnO로 이루어진 투명 전극이 마련된 구성, 또는 투명 전극 대신에 SiO2에 n형의 도펀트가 혼입된 저굴절 도전층이 마련된 구성으로 하였다.
아울러 반사율이란, 반도체층을 투과한 광에 대한, 반도체층과 투명 전극 또는 저굴절 도전층과의 계면에서 반사된 광, 및 투명 전극 또는 저굴절 도전층과 이면 전극과의 계면에서 반사된 광의 비율을 나타낸다.
본 시험의 시험 조건은 이하와 같다.
아울러 조건1의 태양전지는 종래의 태양전지의 구성을 나타내고, 조건3의 태양전지는 본 실시형태의 태양전지의 구성을 나타내고 있다.
이에 반해, 조건2의 태양전지는 조건3의 태양전지에 대해 막두께를 변화시킨 구성을 나타내고 있다.
조건1: 층구성(기판/표면 전극/반도체층/투명 전극(ZnO)/이면 전극)
투명 전극의 굴절율n=2.05
투명 전극의 막두께d=80.0㎚
조건2: 층구성(기판/표면 전극/반도체층/저굴절 도전층(SiO2에 n형의 도펀트를 혼입)/이면 전극)
저굴절 도전층의 굴절율n=1.46
저굴절 도전층의 막두께d=8.0㎚
조건3: 층구성(기판/표면 전극/반도체층/저굴절 도전층(SiO2에 n형의 도펀트를 혼입)/이면 전극)
저굴절 도전층의 굴절율n=1.46
저굴절 도전층의 막두께d=54.5㎚
도 2(a)～도 4(b)는, 파장(㎚)에 대한 반사율(%)을 도시한 도면이다. 도 2(a), 도 3(a) 및 도 4(a)는 입사각0°인 경우의 반사율을 나타내고, 도 2(b), 도 3(b) 및 도 4(b)는 입사각45°인 경우의 반사율을 나타낸다.
도 2(a),(b)는 조건1인 경우의 반사율을 나타내고, 도 3(a),(b)는 조건2인 경우의 반사율을 나타내고, 도 4(a),(b)는 조건3인 경우의 반사율을 나타낸다.
우선, 조건1의 시뮬레이션 결과에서는, 도 2(a)에 도시한 것처럼 저파장 영역(예를 들면, 파장300～500㎚)에서 반사율이 95% 이하로 낮고 고파장 영역(예를 들면, 파장600㎚ 이상)을 향하면서 반사율이 높아진다.
저파장 영역에서 반사율이 낮아지는 이유는, 투명 전극과 반도체층과의 계면에서 반사되는 광과, 이면 전극과 투명 전극과의 계면에서 반사되는 광과의 위상차에 의해 양자가 간섭하여 서로 부정하여 반도체층에 공급되지 않았기 때문이라고 생각된다.
또 반사율이 100%가 되지 않은 이유는, 투명 전극을 투과하여 이면 전극에 입사되는 광 중 대부분의 광은 투명 전극과 이면 전극과의 계면에서 반사되지만 일부분의 광이 이면 전극에 얼마간 침입하여 이면 전극에 흡수되는 흡수 손실이 있기 때문이라고 생각된다.
한편 입사각45°에서의 반사율은, 도 2(b)에 도시한 것처럼 파장이 500㎚ 부근에서 급격하게 감소되었다.
그 이유는, 전술한 것처럼 투명 전극과 반도체층과의 계면에서 반사되는 광과, 투명 전극과 이면 전극과의 계면에서 반사되는 광과의 위상차에 의한 간섭, 또는 이면 전극에서의 흡수 손실 등이 원인이라고 생각된다.
다음으로, 조건2의 시뮬레이션 결과로는, 도 3(a)에 도시한 것처럼 저파장 영역에서, 저파장 영역에서 고파장 영역에 이르기까지 거의 일정한 반사율을 얻을 수 있지만, 조건1에 비해 반사율이 낮다.
한편 입사각45°에서의 반사율은, 도 3(b)에 도시한 것처럼 저파장 영역에서 고파장 영역에 이르기까지 전체적으로 반사율이 낮고 불균일하다.
이것은, 이면 전극에서의 흡수 손실 이외에 막두께가 비교적 얇은 경우에는 전술한 바와 같은 투명 전극과 반도체층과의 계면에서 반사되는 광과, 투명 전극과 이면 전극과의 계면에서 반사되는 광과의 위상차에 의한 간섭이 쉽게 일어나기 때문이라고 생각된다.
즉, 막두께가 8㎚ 정도인 경우에는, 전술한 것처럼 저굴절 도전층의 막두께를 반도체층에서 이면 전극까지의 광학적 거리 등을 고려한 막두께로 조정하기 힘들어 반사율이 향상되는 광학적인 효과는 얻을 수 없다.
다음으로, 조건3의 시뮬레이션 결과로는, 도 4(a)에 도시한 것처럼 입사각0°인 경우에는 저파장 영역에서 고파장 영역에 이르기까지 전체적으로 균일한 반사율을 얻을 수 있고, 구체적으로는 반사율이 약 99% 정도가 되었다.
한편 입사각45°에서의 반사율은, 도 4(b)에 도시한 것처럼 저파장 영역에서 고파장 영역에 이르기까지 전체적으로 거의 100%의 반사율을 얻을 수 있었다.
아울러 저굴절 도전층을 조건1의 막두께(80㎚)와 동등하게 설정한 경우(미도시)에 대한 시뮬레이션 결과는, 조건1에 비해 반사율이 향상되어 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
이와 같이 본 실시형태의 태양전지(10)는 반도체층(14)과 이면 전극(15)과의 사이에 굴절율n이 2.0 이하인 저굴절 도전층(16)이 마련된 구성을 가진다.
이 구성에 의하면, 반도체층(14)과 이면 전극(15)과의 사이에 저굴절 도전층(16)을 마련함으로써 이면 전극(15)의 구성 재료가 반도체층(14)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
특히 저굴절 도전층(16)의 굴절율을 2.0 이하로 설정함으로써 일반적인 투명 전극(굴절율이 n=2.05 이상)이 마련되어 있는 경우에 비해 반도체층(14)의 굴절율과 저굴절 도전층(16)과의 굴절율 차를 크게 할 수 있다.
이로써, 반도체층(14)과 저굴절 도전층(16)과의 계면에서의 전반사 비율을 향상시킬 수 있다.
따라서 저굴절 도전층(16)에 대해 입사각이 작은 광도 전반사 조건을 충족시키고, 이로써 반도체층(14)과 저굴절 도전층(16)과의 계면에서의 반사율을 향상시킬 수 있다.
또 태양전지에 입사되는 광경로에서 반도체층(14)을 투과하는 광을 이면 전극(15)보다 전단에서 반사시킴으로써 저굴절 도전층(16)을 투과하여 이면 전극(15)에 입사되는 광의 입사량을 억제할 수 있다.
이로써 이면 전극(15)에서의 광의 흡수 손실을 줄일 수 있다.
따라서 태양전지(10)의 반사율을 향상시킬 수 있기 때문에 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또 반도체층(14)과 이면 전극(15) 사이에 저굴절 도전층(16)을 1층만 마련함으로써, 종래와 같이 반도체층(14)과 이면 전극(15) 사이에 투명 전극에 추가하여 굴절율 조정층을 마련하는 경우에 비해 제조 프로세스의 증가를 억제할 수 있어 제조 효율을 유지할 수 있다.
또한 본 실시형태의 저굴절 도전층(16)과 같이 SiO2에 도펀트를 혼입함으로써 SiO2 자체에 도전성을 갖도록 할 수 있게 된다.
이로써, 이면 전극(15)과 반도체층(14)과의 도통을 확보하기 위해 저굴절 도전층을 얇게 형성하거나, 반도체층(14)과 이면 전극(15)과의 콘택을 취하기 위해 저굴절 도전층에 콘택홀 등을 형성할 필요가 없다.
따라서 저굴절 도전층(16)과 반도체층(14)과의 계면에서의 반사율의 향상을 유지한 후에 광학적 거리 등을 고려한 상태에서 용이하게 저굴절 도전층(16)을 형성할 수 있다.
아울러 본 발명의 기술범위는 전술한 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시형태에 다양한 변경을 추가한 것을 포함한다.
즉, 전술한 실시형태에서 언급한 구성 등은 일례이며, 적절히 변경할 수 있다.
예를 들면, 전술한 실시형태에서는 아몰퍼스 실리콘형 태양전지에 대해서 설명하였으나, 미결정 실리콘형 태양전지 또는 결정 실리콘(단결정 실리콘, 다결정 실리콘) 타입의 태양전지에 채용할 수도 있다.
또 전술한 실시형태에서는 싱글형 태양전지에 대해서 설명하였으나, 한쌍의 전극간에 아몰퍼스 실리콘과 미결정 실리콘이 협지된 탄뎀형 태양전지에 채용할 수도 있다.
탄뎀형 태양전지에서는, 단파장광을 제1 반도체층(예를 들면, 아몰퍼스 실리콘)이 흡수하고, 장파장광을 제2 반도체층(예를 들면, 미결정 실리콘)이 흡수함으로써 발전 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또 각 반도체층 사이에 중간 전극을 마련함으로써 제1 반도체층을 통과하여 제2 반도체층에 도달하는 광의 일부가 중간 전극에서 반사되어 다시 제1 반도체층에 입사되기 때문에 광전변환체의 감도 특성이 향상되어 발전 효율의 향상에 기여한다.
이 경우, 이면 전극과 반도체층과의 사이에 저굴절 도전층이 마련된 구성을 적용할 수 있다.
또 아몰퍼스 실리콘과 미결정 실리콘과의 사이에 마련된 중간 전극 대신에 본 발명의 저굴절 도전층이 마련된 구성도 적용 가능하다.
<산업상 이용 가능성>
이상 전술한 것처럼 본 발명은 저굴절 도전층과 광전변환층과의 계면에서의 반사율을 향상시킴과 동시에 제조 프로세스의 증가를 억제할 수 있는 태양전지에 유용하다.
10…태양전지 11…기판 12…광전변환체 13…표면 전극 14…반도체층(광전변환층) 15…이면 전극 16…저굴절 도전층

Claims (4)

  1. 태양전지로서,
    광투과성을 가진 기판,
    광투과성을 가진 표면 전극과, 광전변환층과, 광반사성을 가진 이면 전극을 포함하여 상기 기판상에 설치된 광전변환체,
    상기 광전변환층에 인접하여 상기 기판과는 반대인 상기 광전변환층의 면에 배치되고 광투과성을 가진 도전 재료로 이루어진 저굴절 도전층,
    을 포함하고,
    상기 저굴절 도전층은 상기 광전변환층과 상기 이면 전극과의 사이에 마련되고,
    상기 광전변환층과 상기 이면 전극과의 사이에는 상기 저굴절 도전층만 마련되어 있으며,
    상기 저굴절 도전층의 막두께는 40㎚ 이상 80㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 기재된 태양전지로서,
    상기 저굴절 도전층은 SiO2에 도펀트가 혼입된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 삭제
  4. 1항에 기재된 태양전지로서,
    파장 450㎚ 이상 1000㎚ 이하인 광에 대해, 상기 저굴절 도전층의 굴절율은 1.4 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
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