KR101193810B1 - 다중접합 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

다중접합 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중접합 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 다중접합 태양전지는 제1 베이스 기판과, 상기 제1 베이스 기판 상에 증착 또는 성장된 제1 태양전지 셀층과, 상기 제1 베이스 기판과는 다른 종류의 제2 베이스 기판과, 상기 제2 베이스 기판 상에 증착 또는 성장된 제2 태양전지 셀층과, 상기 제1 베이스 기판 또는 상기 제1 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층과, 상기 제2 베이스 기판 또는 상기 제2 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층을 직접 본딩하며, 일부 또는 전체가 광학적으로 투명하게 형성되는 본딩층으로 이루어짐으로써, 이종의 기판에 각각 격자 정합된 물질을 성장시킨 후 상기 기판을 본딩하여 격자 부정합에 의한 각 셀의 캐리어 수명감소를 최소화하여 3중접합 이상의 다중접합 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

다중접합 태양전지 및 그 제조방법{Multijunction Solar Cell and a Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 다중접합 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종의 기판에 각각 격자 정합된 물질을 성장시킨 후, 상기 기판을 본딩하여 격자 부정합에 의한 각 셀의 캐리어 수명감소를 최소화함으로써, 다중접합 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 다중접합 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광발전의 핵심소자이며, 광기전력효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 소자이다.
통상적인 태양전지의 동작은 반도체에 입사되는 태양광에 의한 전자-정공 쌍의 생성, 전자와 정공이 각각 분리되어 양단의 전극으로의 이동으로 이루어진다. 즉, 초기의 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체의 접합을 통해 구현되었다. 그러나, 최근에는 기술의 진보에 따라 실리콘과 같은 무기 소재로 구성된 무기 태양전지, 유기물을 채용한 유기 태양전지 등이 출현하고 있다.
무기 태양전지로는 실리콘계 태양전지와, CIS, CdTe, GaAs 등과 같은 화합물 반도체 태양전지 등이 있다.
실리콘계 태양전지는 화합물반도체 태양전지에 비해 재료를 구하기가 용이하고 저렴하여 저가의 태양전지를 공급할 수 있는 장점이 있으나, 화합물반도체 태양전지에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다. 현재 일부 3?5족 화합물반도체 다중접합 전지는 27%를 넘는 에너지 효율을 갖는 반면, 실리콘 기술은 일반적으로 단지 약 17% 효율성에 그친다.
따라서, 실리콘을 기판으로 사용하면서도 태양전지의 효율을 높일 수 있는 기술이 요구되는 실정이고, 이를 위하여 다중접합 기술이 활용될 수 있는데, 일반적인 다중접합 태양전지 구조에서는 기판과 격자 상수가 상이한 박막을 성장할 경우 캐리어 수명이 감소하여 태양전지 효율이 감소하는 문제가 있다. 이를 부분적으로 완화하기 위해 버퍼를 성장하는 방법이 활용되고 있다.
도 1은 종래의 일반적인 본딩 기술을 이용하여 다중접합 태양전지를 구현한 사례인 Melissa J. Archer 외 "GaInP/GaAs dual junction solar cells on Ge/Si epitaxial templates"(APPLIED PHYSICS LETTERS 92, 103503 2008)로서, 본딩 기술을 이용하여 이종접합 태양전지를 구현한 단면도를 나타낸다.
그러나, 이와 같이 버퍼를 성장하여 다중접합 태양전지를 구현한 경우에도 관통 전위가 다중접합(tandem) 셀에 모두 관통되어 전체 효율이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
한편, 도 2는 종래의 3중 내지 6중 접합별 이론치 효율 특성을 나타내는 자료로서, 3중 접합일 경우의 효율이 34%인데 반해, 4중 접합은 51%, 5중 접합은 54%, 6중 접합은 57%로서, 4중 이상의 다중접합의 효율이 3중 접합에 비해 매우 높음을 알 수 있다.
따라서, 태양전지의 효율을 높이기 위해서 다중접합 기술이 요구되지만, 단일 기판에 다중접합 태양전지를 구현하기 위해서는 격자 부정합에 의한 물질 파라미터 희생이 수반되어 전체 태양전지 효율은 감소할 가능성이 크다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 다중접합 태양전지에 있어서 격자 및 전류 정합을 위한 물질의 선택폭을 넓힐 수 있도록 이종의 기판에 각각 격자 정합된 물질을 성장시킨 후 본딩을 하여 격자 부정합에 의한 각 셀의 캐리어 수명 감소를 최소화함으로써, 다중접합 태양전지의 효율을 크게 향상할 수 있는 다중접합 태양전지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적을 달성하기 위한 다중접합 태양전지 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 제1 베이스 기판과, 상기 제1 베이스 기판 상에 증착 또는 성장된 제1 태양전지 셀층과, 상기 제1 베이스 기판과는 다른 종류의 제2 베이스 기판과, 상기 제2 베이스 기판 상에 증착 또는 성장된 제2 태양전지 셀층과, 상기 제1 베이스 기판 또는 상기 제1 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층과, 상기 제2 베이스 기판 또는 상기 제2 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층을 직접 본딩하며, 일부 또는 전체가 광학적으로 투명하게 형성되는 본딩층으로 이루어지는 다중접합 태양전지가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 베이스 기판과 제2 베이스 기판은 원소주기율 상 4족, 3-5족, 2-6족 원소의 조합 및 Mo, SixOy의 물질들 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 제3 베이스 기판 내지 제n 베이스 기판이 더 포함되며, 각각의 베이스 기판 상에 태양전지 셀층이 증착 또는 성장되어 형성되고, 제n 베이스 기판이 포함되는 경우, 상기 본딩층은 n-1개로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 본딩층의 하부에 상기 제1 베이스 기판이 위치하고, 상기 본딩층의 상부에 상기 제2 베이스 기판이 위치하며, 상기 제1 베이스 기판은 Si 또는 InP로 이루어지고, 상기 제2 베이스 기판은 GaAs로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 베이스 기판 상에 형성되는 제1 태양전지 셀층은 기판보다 밴드갭이 낮은 물질을 성장하여 이종접합 태양전지를 형성하며 전류 제한이 일어나지 않게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 베이스 기판은 Si로 이루어지고, 상기 제1 태양전지 셀층은 SiGe 또는 Ge로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 베이스 기판은 InP로 이루어지고, 상기 제1 태양전지 셀층은 InGaAs로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2 베이스 기판은 GaAs로 이루어지고, 상기 제2 태양전지 셀층은 InGaP로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 태양전지 셀층과 제2 태양전지 셀층은 단일 또는 다중접합 태양전지 셀로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 본딩층은 상부에 위치하는 기판과 p-ohmic 접촉을 하고, 하부에 위치하는 기판과 n-ohmic 접촉을 한다.
본 발명에 있어서, 상기 본딩층은 ITO, ATO, IZO, AZO로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 본딩층은 금속 물질로 이루어지는 본딩부와, 상기 본딩부 사이에 충진되는 투명부로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 투명부는 굴절률 1.4 내지 5.0을 가지는 물질로 이루어진다.
또한, 상기 투명부는 전도성을 갖는 물질이 포함될 수 있다.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 제1 베이스 기판 상에 제1 태양전지 셀층을 형성하는 단계와, 제2 베이스 기판 상에 제2 태양전지 셀층을 형성하는 단계와, 상기 제1 베이스 기판 또는 상기 제1 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층과, 상기 제2 베이스 기판 또는 상기 제2 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층을 직접 본딩하여 본딩층을 형성하는 접합단계로 이루어지는 다중접합 태양전지의 제조방법이 제공된다. 오믹 층은 물질 성장 시 또는 기판에 직접 불순물을 주입하여 형성할 수 있다.
상기 제1 태양전지 셀층과 제2 태양전지 셀층은 기판 상에 증착 또는 성장시켜 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이종의 기판에 각각 격자 정합된 태양전지 셀층을 형성하고, 이를 본딩 공정을 통해 하나의 다중접합 태양전지를 구성시킴으로써, 특히, 3중 접합 이상의 태양전지에서 효율이 크게 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 기판 선택에 자유도를 주어 새로운 다중접합 태양전지 설계와 실현이 가능하다.
또한, 이종의 기판에 각각에 전류 정합이 될 뿐만 아니라 타기판에도 전류 정합이 되는 단일 또는 다중 태양전지를 성장하고, 이를 본딩 기술을 이용하여 붙임으로써, 단일 기판으로는 실현이 어려운 고효율의 5중 이상 접합 태양전지를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 본딩 기술을 이용하여 다중접합 태양전지를 구현한 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 3중 내지 6중 접합별 효율 특성을 나타내는 자료이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 것으로, 제1, 제2 베이스 기판과 이에 성장된 제1, 제2 태양전지 셀층을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 본딩 후의 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 본딩층을 나타내는 평면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다중접합 태양전지의 실험에 대한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 있어서 "~상에"라 함은 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 본 기재에 있어서 "PN 접합"이라 함은 P형 반도체와 N형 반도체가 접합된 구조를 의미하는 것으로 P형 반도체와 N형 반도체 사이에 I형 반도체가 개재된 PIN접합을 포함하는 넓은 의미의 PN 접합으로 정의한다. 또한, 기판 물질 중 반도체의 경우 도핑이 되어 있을 수 있으며, 기판 자체에 PN 접합을 형성할 수 있다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
첨부한 도 3은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 것으로, 제1, 제2 베이스 기판과 이에 성장된 제1, 제2 태양전지 셀층을 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 본딩 후의 태양전지를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 본딩층을 나타내는 평면도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 태양전지는 하나 이상의 이종(異種) 기판을 이용하며, 이종의 기판(10)(20)에 각각 격자 정합된 태양전지 셀층을 형성하고, 이를 본딩 공정을 통해 수직 스택(vertical stack) 구조의 다중접합 태양전지를 구성한다.
구체적으로, 본 발명의 태양전지는 제1 베이스 기판(10)과, 상기 제1 베이스 기판(10)의 일면에 형성된 제1 태양전지 셀층(12)과, 상기 제1 베이스 기판(10)과는 다른 종류의 재질로 이루어지는 제2 베이스 기판(20)과, 상기 제2 베이스 기판(20)의 일면에 형성된 제2 태양전지 셀층(22)을 구비한다.
상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)은 전도성이 있는 물질로 반도체의 경우 도핑되어 있어야 하며, 상기 제1 태양전지 셀층(12)과 제2 태양전지 셀층(22)은 각각의 기판(10)(20) 상에 증착 또는 성장시켜 형성된다. 본 발명에서는 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)으로 Si 기판 또는 GaAs 기판을 제시하였는데, 이외에도 유리기판 등이 사용될 경우 상기 제1 태양전지 셀층(12)과 제2 태양전지 셀층(22)은 증착공정을 통해 형성될 수 있다.
이와 같이 각각 태양전지 셀층이 형성된 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)은 본딩을 통해 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20) 사이에 본딩층(30)을 형성함으로써, 수직 스택(vertical stack) 구조의 다중접합 태양전지를 구성한다.
여기서, 상기 제1 베이스 기판(10) 또는 상기 제1 태양전지 셀층(12)에 형성된 오믹 층과, 상기 제2 베이스 기판(20) 또는 상기 제2 태양전지 셀층(22)에 형성된 오믹 층을 직접 본딩하여 상기 본딩층(30)을 형성한다.
본 발명에서 실시예로 제시한 태양전지는 상기 기판(10)(20)들을 본딩하여 본딩층(30)을 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 상기 태양전지 셀층(12)(22)에 오믹 층이 형성되는 경우, 셀층과 기판 또는 셀층과 셀층을 직접 본딩하여 접합하는 것도 가능하다.
상기 본딩층(30)은 일부 또는 전체가 광학적으로 투명하게 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 본딩층(30)은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 본딩층(30)은 ITO, ATO, IZO, AZO로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 본딩층(30)은 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)을 연결하는 별도의 금속 물질이 형성되어 각각의 기판들을 연결하도록 구성할 수 있다.
본 발명에서 실시예로 제시한 본딩층(30)은 도 5에서 보는 바와 같이, 금속 물질로 이루어지는 본딩부(32)와, 상기 본딩부(32) 사이에 충진되는 투명부(34)로 이루어진다.
상기 본딩부(32)는 금속 물질로 이루어져서 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)을 연결한다.
본 발명에서, 상기 투명부(34)는 굴절률 1.4 내지 5.0을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 투명부(34)의 굴절률에 대한 수치한정과 관련하여, 상기 하한치에 미달하면 구현하기가 어렵고 오히려 반사가 더 잘 일어나 무반사막으로서의 역할을 할 수 없으며, 상기 상한치를 초과하면 무반사막 자체의 흡수로 인한 광전효율이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명에서 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)은 원소주기율 상 4족, 3-5족, 2-6족 원소의 조합 및 Mo, SixOy의 물질 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어진다.
여기서, 상기 본딩층(30)을 중심으로 상기 본딩층(30)의 하부에 위치하는 기판은 상부에 위치하는 기판보다 낮은 밴드갭을 갖는 기판으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이를 위해 본 발명의 제1 실시예에서는 본딩층(30)의 하부에 위치한 상기 제1 베이스 기판(10)이 Si 기판으로 구성되고, 본딩층(30)의 상부에 위치한 상기 제2 베이스 기판(20)은 GaAs 기판으로 구성된다.
또한, 본 발명의 다중접합 태양전지를 형성함에 있어서, 상기 본딩층(30)의 하부에 위치한 기판의 태양전지 셀층은 기판보다 밴드갭이 낮은 물질을 성장함으로써, 이종접합(heterojunction) 태양전지를 형성하며 전류 제한이 일어나지 않게 한다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에서 상기 본딩층(30)의 하부에 위치한 기판인 상기 제1 베이스 기판(10)의 제1 태양전지 셀층(12)은 제1 베이스 기판(10)보다 밴드갭이 낮은 물질을 성장시켜 이종접합 태양전지를 형성하며 전류 제한이 일어나지 않게 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 제1 태양전지 셀층(12)이 Si 기판보다 밴드갭이 낮은 물질로 이루어지어야 하며, SiGe 또는 Ge로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제2 베이스 기판(20) 위에 성장되는 상기 제2 태양전지 셀층(22)은 InGaP로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에서 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)은 p-n 접합을 형성시켜 셀로 활용할 수 있다.
또한, 상기 본딩층(30)은 상부에 위치한 제2 베이스 기판(20)과 p-ohmic 접촉을 하고, 상기 본딩층(30)의 하부에 위치한 제1 베이스 기판(10)과 n-ohmic 접촉을 하도록 한다.
이와 같은 본 발명의 태양전지는 이종의 기판, 즉, 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20)이 각각 셀로 작용을 하며, 시간이 오래 걸리는 기판 재사용 기술을 사용하지 않는다는 점에서 장점이 있다.
또한, 다중접합 태양전지에서 쓰이는 Ge은 고가이며 대구경화가 어려운 반면 본 발명의 제1 실시예에서 기판으로 적용된 GaAs, Si 등은 저가이며 대구경화가 용이하므로, 본 발명에 따른 다중접합 태양전지에 의하면 태양전지를 생산하는데 드는 비용을 절감할 수 있으면서도 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이와 같은 본 발명의 다중접합 태양전지를 제조하는 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1 베이스 기판(10) 상에 격자 정합된 제1 태양전지 셀층(12)을 형성한다.
이때, 상술한 바와 같이, 제1 태양전지 셀층(12)은 제1 베이스 기판보다 밴드갭이 낮은 물질을 성장시켜 형성한다.
본 발명의 제1 실시예에서는 상기 제1 베이스 기판(10)으로 Si 기판을 적용하고, Si 기판에 SiGe 또는 Ge를 성장하여 제1 태양전지 셀층(12)을 형성한다.
또한, 제1 베이스 기판(10)과는 다른 종류의 제2 베이스 기판(20) 상에 격자 정합된 제2 태양전지 셀층(22)을 형성한다.
이와 같이, 이종의 기판 위에 각각 태양전지 셀층을 형성하여 2개의 이중접합 태양전지를 구성하고, 상기 제1 베이스 기판(10)과 제1 태양전지 셀층(12) 중 굴절률이 높은 면과, 상기 제2 베이스 기판(20)과 상기 제2 태양전지 셀층(22) 중 굴절률이 낮은 면을 직접 본딩하여 상기 제1 베이스 기판(10)과 제2 베이스 기판(20) 사이에 본딩층(30)을 형성하여 수직 스택 구조의 다중접합 태양전지를 완성한다.
이때, 상기 제1 베이스 기판(10)이 본딩층(30)의 하부에 위치하도록 하고, 제2 베이스 기판(20)이 본딩층(30)의 상부에 위치하도록 접합한다.
본 발명의 제1 실시예에서는 상기 제1 베이스 기판(10)인 Si 기판에 SiGe 또는 Ge를 성장하여 제1 태양전지 셀층(12)을 형성하고, 제2 베이스 기판(20)으로 GaAs 기판을 적용하였는데, 이와 같이 구성된 태양전지는 Si 기판에 SiGe 또는 Ge를 성장하여 상기 제2 베이스 기판(20)을 통과하고 난 파장인 980nm~1700nm까지를 흡수할 수 있도록 한다.
이는 GaAs 기판에 형성되는 이중접합 태양전지는 약 10 mA/cm2의 높은 전류를 흘릴 수 있는데 반해 Si 자체만으로는 1000nm~1100nm까지 약 3.2 mA/cm2의 전류만을 생성할 수 있기 때문에 전류 정합을 위해서는 추가적으로 장파장의 흡수 물질이 필요하기 때문이다.
본 발명의 본딩층(30)은 양 기판에 오믹 특성을 얻도록 한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다중접합 태양전지의 실험에 대한 그래프이다.
본 발명의 다중접합 태양전지의 출력특성은 도 7에서 보는 바와 같이, 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp가 그래프 상의 면적으로 나타나므로, 매우 출력이 높은 것을 알 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도로서, 도 8에 도시한 다중접합 태양전지는 제2 베이스 기판(120)으로 GaAs 상에 다중 태양전지 셀층(122)(124)(126)을 형성하였다.
여기서, 다중 태양전지 셀층으로 InGaAs를 성장시키고, InGaP 및 AlInGaP을 성장시켜 4중 접합 태양전지를 구성한 후, 본딩공정을 통해 6중의 다중접합 태양전지를 구성한 예를 도시하였다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, 기판의 선택, 에피성장, 본딩공정 등은 상술한 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9에 도시한 다중접합 태양전지는 제1 베이스 기판(210)이 InP로 이루어지고, 상기 제1 태양전지 셀층(212)은 InGaAs로 이루어지는 한편, 제2 베이스 기판(220)으로 GaAs 상에 다중 태양전지 셀층(222)(224)(226)을 형성하였다.
여기서, 다중 태양전지 셀층으로 AlInGaAs를 성장시키고, InGaP 및 AlInGaP을 성장시켜 4중 접합 태양전지를 구성한 후, 본딩공정을 통해 6중의 다중접합 태양전지를 구성한 예를 도시하였다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, 기판의 선택, 에피성장, 본딩공정 등은 상술한 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서는 2개의 베이스 기판을 본딩하여 태양전지를 형성하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 다수개의 베이스 기판을 사용하여 다중접합 태양전지를 구성하는 것도 가능하다.
즉, 본 발명의 다중접합 태양전지는 제3 베이스 기판 내지 제n 베이스 기판이 더 포함될 수 있으며, 이 경우 각각의 베이스 기판 상에 태양전지 셀층이 증착 또는 성장되어 형성되고, 각각의 베이스 기판 또는 태양전지 셀층의 오믹 층을 직접 본딩함으로써, 태양전지를 구성할 수 있다.
예를 들어, 제n 베이스 기판이 포함되는 경우, 상기 본딩층은 n-1개로 형성되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 다중접합 태양전지에 의하면 효율이 크게 향상될 뿐 아니라, 태양전지를 생산하는데 드는 비용을 절감할 수 있으면서도 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
10 : 제1 베이스 기판 12 : 제1 태양전지 셀층
20 : 제2 베이스 기판 22 : 제2 태양전지 셀층
30 : 본딩층 32 : 본딩부
34 : 투명부

Claims (18)

  1. 제1 베이스 기판;
    상기 제1 베이스 기판 상에 증착 또는 성장된 제1 태양전지 셀층;
    상기 제1 베이스 기판과는 다른 종류의 제2 베이스 기판;
    상기 제2 베이스 기판 상에 증착 또는 성장된 제2 태양전지 셀층; 및
    상기 제1 베이스 기판 또는 상기 제1 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층과, 상기 제2 베이스 기판 또는 상기 제2 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층을 직접 본딩하며, 일부 또는 전체가 광학적으로 투명하게 형성되는 본딩층;
    으로 이루어지는 다중접합 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 베이스 기판과 제2 베이스 기판은 원소주기율 상 4족, 3-5족, 2-6족 원소의 조합 및 Mo, SixOy의 물질들 중 어느 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제3 베이스 기판 내지 제n 베이스 기판이 더 포함되며,
    각각의 베이스 기판 상에 태양전지 셀층이 증착 또는 성장되어 형성되고,
    제n 베이스 기판이 포함되는 경우, 상기 본딩층은 n-1개로 형성되는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩층의 하부에 상기 제1 베이스 기판이 위치하고, 상기 본딩층의 상부에 상기 제2 베이스 기판이 위치하며,
    상기 제1 베이스 기판은 Si 또는 InP로 이루어지고,
    상기 제2 베이스 기판은 GaAs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 베이스 기판 상에 형성되는 제1 태양전지 셀층은 기판보다 밴드갭이 낮은 물질을 성장하여 이종접합 태양전지를 형성하며 전류 제한이 일어나지 않게 하는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 베이스 기판은 Si로 이루어지고, 상기 제1 태양전지 셀층은 SiGe 또는 Ge로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 베이스 기판은 InP로 이루어지고, 상기 제1 태양전지 셀층은 InGaAs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 베이스 기판은 GaAs로 이루어지고, 상기 제2 태양전지 셀층은 InGaP로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 태양전지 셀층과 제2 태양전지 셀층은 단일 또는 다중접합 태양전지 셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩층은 상부에 위치하는 기판과 p-ohmic 접촉을 하고, 하부에 위치하는 기판과 n-ohmic 접촉을 하는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩층은 ITO, ATO, IZO, AZO로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩층은 금속 물질로 이루어지는 본딩부와,
    상기 본딩부 사이에 충진되는 투명부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 투명부는 굴절률 1.4 내지 5.0을 가지는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  14. 제 12 항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 투명부는 전도성을 갖는 물질이 포함되는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지.
  15. 제1 베이스 기판 상에 제1 태양전지 셀층을 형성하는 단계;
    제2 베이스 기판 상에 제2 태양전지 셀층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 베이스 기판 또는 상기 제1 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층과, 상기 제2 베이스 기판 또는 상기 제2 태양전지 셀층에 형성된 오믹 층을 직접 본딩하여 본딩층을 형성하는 접합단계;
    로 이루어지는 다중접합 태양전지의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 태양전지 셀층과 제2 태양전지 셀층은 기판 상에 증착 또는 성장시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 태양전지 셀층과 제2 태양전지 셀층은 단일 또는 다중접합 태양전지 셀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 본딩층은 금속 물질로 이루어지는 본딩부와,
    상기 본딩부 사이에 충진되며, 굴절률 1.4 내지 5.0을 가지는 물질로 이루어지는 투명부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중접합 태양전지의 제조방법.

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