KR101254318B1 - 태양전지 및 태양전지의 제조방법 - Google Patents

태양전지 및 태양전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

이 태양전지는, 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체와, 상기 기판과 상기 제1 전극층 사이에 배치되고 가시광 영역에서 투명한 재료로 이루어지고 상기 제1 전극층과 접하는 면에 연속적인 요철 형상을 가진 텍스쳐층을 포함한다.

Description

태양전지 및 태양전지의 제조방법{Solar cell and solar cell manufacturing method therefor}
본 발명은 태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
본원은 2008년 9월 12일에 출원된 일본특원2008-235067호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
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.
예를 들면 실리콘계 태양전지는, 유리 기판상에 투명 전극으로서 형성된 표면 전극과, 표면 전극상에 실리콘으로 이루어진 반도체층(광전변환층)과 이면 전극이 되는 Ag박막이 적층된 광전변환체로 구성되어 있다. 반도체층은 광을 받으면 전자와 홀을 발생하는 실리콘막(i형)이 p형 및 n형의 실리콘막에 의해 끼워진 pin접합이라고 불리는 층구조에 의해 구성되어 있다.
그런데 상술한 태양전지의 구성에서는, 광에너지의 변환 효율을 향상시키기 위해 표면 전극과 반도체층과의 계면에 요철 구조를 가진 텍스쳐 구조가 채용되어 있는 것이 알려져 있다.
이 구성에 의하면 표면 전극과 반도체층과의 계면에서의 광반사율 저감을 꾀함으로써 표면 전극에 입사된 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과를 얻을 수 있어 광전류를 향상시킬 수 있다.
텍스쳐 구조를 채용한 태양전지로서, 예를 들면 이하에 나타내는 구성이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 도시한 것처럼 주석욕(浴), CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 SnO2로 이루어진 표면 전극(투명 도전막)을 형성하고 공정 중의 열을 이용하여 표면 전극의 표면에 요철을 형성하는 방법이 알려져 있다.
이 경우 CVD법에 의해 형성된 표면 전극을 유리(遊離) 숫돌을 사용한 습식 연마로 적절하게 연마하여 요철을 형성하는 방법도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
또한 예를 들면 특허문헌 3에 도시한 것처럼 기판과 표면 전극(도전층) 사이에 SnO2등으로 이루어진 반구형의 아일랜드형 층이 형성되어 있는 구성이 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본특개2000-340815호 공보 특허문헌 2: 일본특개2006-5021호 공보 특허문헌 3: 국제공개2005/27229호 특허문헌 4: 일본특개2004-31648호 공보 특허문헌 5: 일본특개2003-179241호 공보 특허문헌 6: 일본특개2008-53273호 공보 특허문헌 7: 일본특개2008-218191호 공보
그러나 상술한 특허문헌 1,2의 구성에서는 표면 전극 자체에 요철 형상을 형성하기 때문에 표면 전극의 막두께를 비교적 두껍게(예를 들면, 0.8㎛∼1㎛정도) 형성하여야 한다. 표면 전극의 막두께를 두껍게 형성하면 표면 전극의 광투과율이 저하되어 반도체층으로의 광입사량이 적어진다. 그 결과 반도체층에서의 태양광 흡수량이 저하되기 때문에 태양전지의 변환 효율이 저하된다는 문제가 있다.
또 특허문헌 3에서는, 고굴절율층 및 저굴절율층 위에 아일랜드형 층이 형성된 구성이 개시되어 있으며 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성하기 위한 공정이 필요했다. 그 결과 제조 비용을 줄이기 어렵다는 문제가 있었다.
또 종래의 텍스쳐 구조로서, 예를 들면 특허문헌 4,5에 개시된 구조가 알려져 있다.
또 종래의 텍스쳐 구조를 형성하는 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 6,7에 개시된 방법이 알려져 있다.
특허문헌 7에서는, 실리카로 이루어진 미립자가 분산 및 부착되어 형성된 요철면을 가진 형틀을 준비하고, 이 요철면을 가진 형틀을 기판에 프레스하고, 형틀의 요철면 형상을 기판에 직접적으로 전사함으로써 기판 표면을 변형시켜 기판에 텍스쳐 구조를 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그래서 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 제1 전극층에서의 광투과율을 향상시키면서 텍스쳐 구조를 가진 태양전지의 제조방법 및 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 태양의 태양전지는, 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체와, 상기 기판과 상기 제1 전극층 사이에 배치되고 가시광 영역에서 투명한 재료로 이루어지고 상기 제1 전극층과 접하는 면에 연속적인 요철 형상을 가진 텍스쳐층을 포함한다.
이 구성에 의하면, 기판과 제1 전극층과의 사이에 제1 전극층과는 별개의 텍스쳐층을 형성함으로써 텍스쳐층 위에 형성된 제1 전극층은 텍스쳐층의 형상을 모방하여 요철 형상을 가진다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등이 우수한 텍스쳐 구조의 태양전지를 제공할 수 있다.
따라서 종래와 같이 제1 전극층의 표면에 요철 형상을 형성하기 위해 제1 전극층의 막두께를 두껍게 형성할 필요가 없다.
즉, 제1 전극층의 막두께를 얇게 형성할 수 있기 때문에 제1 전극층에서의 광투과율을 향상시킬 수 있어 광전변환층으로의 태양광의 입사량을 증가시킬 수 있다.
따라서 광전변환층에서의 태양광의 흡수량을 증가시켜 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또 기판에 평행한 방향으로 연속적으로 요철 형상을 기판상에 형성함으로써 텍스쳐층 위에 형성된 제1 전극층에 평탄면이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이로써 기판의 전면에서 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등을 얻을 수 있기 때문에 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 전극층의 막두께를 얇게 형성함으로써 제1 전극층의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있고 제조 효율도 향상시킬 수 있다.
또 기판상에 텍스쳐층이 직접 형성되어 있기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 또 텍스쳐층의 요철 형상(요철부, 볼록부, 오목부)을 원하는 대로 조정함으로써 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
또 본 발명의 제1 태양의 태양전지에서는, 기판 표면을 변형시켜 텍스쳐층을 형성하지 않는다. 다시 말하면 기판과 텍스쳐층이 일체화되어 있는 텍스쳐층이 형성되어 있지 않다. 본 발명의 태양전지에서는, 기판상에 배치된 투명한 재료에 의해 텍스쳐층이 구성되어 있기 때문에 텍스쳐층이 되는 재료를 기판상에 배치하는 방법, 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
또 본 발명의 제1 태양의 태양전지에서는 상기 기판, 상기 텍스쳐층 및 상기 제1 전극층의 가시광 영역에서의 굴절율을 순서대로 n0,n1,n2로 정의한 경우 n0<n1<n2가 성립되는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 기판과 텍스쳐층과의 사이 및 텍스쳐층과 제1 전극층과의 계면에서의 입사광 반사를 억제할 수 있기 때문에 종래보다도 얇은 막두께임에도 불구하고 높은 광 수납 효과를 나타내는 제1 전극층에 의한 텍스쳐를 얻을 수 있어 보다 높은 변환 효율의 태양전지를 제작할 수 있다.
또 본 발명의 제1 태양의 태양전지의 상기 텍스쳐층에서는, 상기 텍스쳐층에서 서로 인접한 꼭지부의 간격이 0.1㎛이상 10㎛이하이고, 상기 제1 전극층의 막두께가 0.2㎛이상 0.5㎛이하인 것이 바람직하다.
꼭지부의 간격 및 높이를 모두 0.1㎛보다 작은 값으로 설정하면, 텍스쳐층 위에 형성되는 제1 전극층에 원하는 텍스쳐 구조를 형성할 수 없어 프리즘 효과 또는 광의 수납 효과를 기대할 수 없기 때문에 바람직하지 않다.
또 제1 전극층의 막두께를 0.2㎛보다 작게 하면 도전성을 확보할 수 없게 될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
한편 꼭지부의 간격을 10㎛보다 넓게, 꼭지부의 크기를 0.5㎛보다 높게, 제1 전극층의 막두께를 0.5㎛보다 두껍게 형성하면 제1 전극층 및 텍스쳐층의 막두께가 두꺼워져 광투과율이 저하될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
이에 반해 본 발명의 구성에 의하면, 제1 전극층에 원하는 텍스쳐 구조를 형성할 수 있어 제1 전극층의 도전성을 확보한 후에 제1 전극층 및 텍스쳐층에서의 광투과율을 향상시킬 수 있다.
또 본 발명의 제2 태양의 태양전지의 제조방법은, 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체를 가진 태양전지의 제조방법으로서, 상기 제1 전극층을 형성하기 전에 가시광 영역에서 투명한 재료를 사용하여 상기 기판상에 연속적인 요철 형상을 형성하는 텍스쳐층을 형성하는 공정을 가지고, 상기 텍스쳐층을 형성하는 공정은 상기 기판상에 상기 투명한 재료를 도포하는 공정과, 상기 기판상에 도포된 상기 투명한 재료에 대해 패턴을 가진 형틀을 누름으로써 상기 패턴을 상기 투명한 재료에 전사시켜 요철 형상을 형성하는 공정을 포함한다.
이 방법에 의하면, 기판상에 텍스쳐층을 형성한 후 텍스쳐층 위에 제1 전극층을 형성함으로써 제1 전극층은 텍스쳐층의 형상을 모방하여 요철이 형성된다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등이 우수한 텍스쳐 구조의 태양전지를 제조할 수 있다.
특히, 기판상에 도포된 투명 재료(액체 재료)에 대해 나노 임프린트법에 의해 텍스쳐층의 패턴을 전사함으로써 기판에 평행한 방향으로 연속적으로 또한 용이하게 텍스쳐층을 기판상에 형성할 수 있다.
따라서 종래와 같이 제1 전극층의 표면에 요철 형상을 형성하기 위해 제1 전극층의 막두께를 두껍게 형성할 필요가 없다.
즉, 제1 전극층의 막두께를 얇게 형성할 수 있기 때문에 제1 전극층에서의 광투과율을 향상시킬 수 있고 광전변환층으로의 태양광의 입사량을 증가시킬 수 있다.
따라서 광전변환층에서의 태양광의 흡수량을 증가시켜 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또 기판에 평행한 방향으로 연속적인 요철 형상을 기판상에 형성함으로써 텍스쳐층 위에 형성되는 제1 전극층에 평탄면이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이로써 기판의 전면에서 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등을 얻을 수 있기 때문에 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 전극층의 막두께를 얇게 형성함으로써 제1 전극층의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있고 제조 효율도 향상시킬 수 있다.
또 기판상에 텍스쳐층을 직접 형성하기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 또 텍스쳐층의 요철 형상(요철부)을 원하는 대로 조정함으로써 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
또 본 발명의 제2 태양의 태양전지의 제조방법에서는, 기판 표면을 변형시켜 텍스쳐층을 형성하지 않는다. 다시 말하면 기판과 텍스쳐층이 일체화되어 있는 텍스쳐층이 형성되어 있지 않다. 본 발명의 태양전지의 제조방법에서는, 기판상에 투명한 재료를 도포하고 기판상에 도포된 투명한 재료에 대해 패턴을 가진 형틀을 누름으로써 이 패턴을 투명한 재료에 전사시켜 요철 형상을 형성하였다. 따라서 형틀에 형성되는 패턴 형상(예를 들면 랜덤 패턴), 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
또 본 발명의 제3 태양의 태양전지의 제조방법은, 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체를 가진 태양전지의 제조방법으로서, 상기 제1 전극층을 형성하기 전에 가시광 영역에서 투명한 재료를 사용하여 상기 기판상에 연속적인 요철 형상을 형성하는 텍스쳐층을 형성하는 공정을 가지고, 상기 텍스쳐층을 형성하는 공정은 상기 기판상에 잉크젯 장치를 사용하여 상기 투명한 재료를 도포하여 연속적인 요철 형상을 형성한다.
이 방법에 의하면, 기판상에 텍스쳐층을 형성한 후 텍스쳐층 위에 제1 전극층을 형성함으로써 제1 전극층은 텍스쳐층의 형상을 모방하여 요철이 형성된다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등이 우수한 텍스쳐 구조의 태양전지를 제조할 수 있다.
특히 잉크젯 장치에 의해 투명 재료(액체 재료)의 액적을 도포함으로써 기판에 평행한 방향으로 연속적으로 또한 용이하게 텍스쳐층을 기판상에 형성할 수 있다.
또 기판상에 먼저 형성된 액적 위에 액적을 더 도포함으로써 기판면의 연직 방향으로 연속적으로 액적을 배치할 수 있다.
또 기판상에 텍스쳐층을 직접 형성하기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또 텍스쳐층의 요철 형상(요철부)을 원하는 대로 조정함으로써 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
또 본 발명의 제3 태양의 태양전지의 제조방법에서는, 기판 표면을 변형시켜 텍스쳐층을 형성하지 않는다. 다시 말하면 기판과 텍스쳐층이 일체화되어 있는 텍스쳐층이 형성되어 있지 않다. 본 발명의 태양전지의 제조방법에서는 잉크젯 장치를 사용하여 투명한 재료를 도포하여 연속적인 요철 형상을 형성하였다. 따라서 투명한 재료로 이루어진 액적의 토출량, 이 액적이 기판상에 배치되는 위치, 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
또 본 발명의 제4 태양의 태양전지의 제조방법은, 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체를 가진 태양전지의 제조방법으로서, 상기 제1 전극층을 형성하기 전에 가시광 영역에서 투명한 재료를 사용하여 상기 기판상에 연속적인 요철 형상을 형성하는 텍스쳐층을 형성하는 공정을 가지고, 상기 텍스쳐층을 형성하는 공정은 상기 기판상에 스프레이를 사용하여 상기 투명한 재료를 도포하여 요철 형상을 가진 상기 텍스쳐층을 형성한다.
이 방법에 의하면, 기판상에 텍스쳐층을 형성한 후 텍스쳐층 위에 제1 전극층을 형성함으로써 제1 전극층은 텍스쳐층의 형상을 모방하여 요철이 형성된다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등이 우수한 텍스쳐 구조의 태양전지를 제조할 수 있다.
특히 스프레이를 사용하여 투명 재료(액체 재료)의 액적을 도포함으로써 기판에 평행한 방향으로 연속적으로 또한 용이하게 텍스쳐층을 기판상에 형성할 수 있다.
또 기판상에 텍스쳐층을 직접 형성하기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 또 텍스쳐층의 요철 형상(요철부)을 원하는 대로 조정함으로써 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
또 본 발명의 제4 태양의 태양전지의 제조방법에서는, 기판 표면을 변형시켜 텍스쳐층을 형성하지 않는다. 다시 말하면 기판과 텍스쳐층이 일체화되어 있는 텍스쳐층이 형성되어 있지 않다. 본 발명의 태양전지의 제조방법에서는 스프레이를 사용하여 투명한 재료를 분무하여 요철 형상을 가진 텍스쳐층을 형성하였다. 따라서 분무되는 액적의 직경, 액체 분무 헤드(스프레이)와 기판과의 거리, 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판과 제1 전극층과의 사이에 제1 전극층과는 별개의 텍스쳐층을 형성함으로써 텍스쳐층 위에 형성된 제1 전극층은 텍스쳐층의 형상을 모방하여 요철 형상을 형성한다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등이 우수한 텍스쳐 구조의 태양전지를 제공할 수 있다.
따라서 종래와 같이 제1 전극층의 표면에 텍스쳐를 형성하기 위해 제1 전극층의 막두께를 두껍게 형성할 필요가 없다.
즉, 제1 전극층의 막두께를 얇게 형성할 수 있기 때문에 제1 전극층에서의 광투과율을 향상시킬 수 있고 광전변환층으로의 태양광의 입사량을 증가시킬 수 있다.
따라서 광전변환층에서의 태양광의 흡수량을 증가시켜 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또 기판에 평행한 방향으로 연속적으로 요철 형상을 기판상에 형성함으로써 텍스쳐층 위에 형성된 제1 전극층에 평탄면이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이로써 기판의 전면에서 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등을 얻을 수 있기 때문에 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 전극층의 막두께를 얇게 형성함으로써 제1 전극층의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있고 제조 효율도 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에서의 아몰퍼스 실리콘형 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2a는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 아몰퍼스 실리콘형 태양전지의 제조방법을 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2b는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 아몰퍼스 실리콘형 태양전지의 제조방법을 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2c는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 아몰퍼스 실리콘형 태양전지의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 2d는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 아몰퍼스 실리콘형 태양전지의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 3a는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 확대도로서, 실험에 의해 얻어진 텍스쳐층을 도시한 도면이다.
도 3b는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 도면으로서, 실험에 의해 얻어진 도 3a에 대응하는 프로파일을 도시한 도면이다.
도 3c는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 사시도로서, 실험에 의해 얻어진 텍스쳐층을 도시한 도면이다.
도 3d는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 사시도로서, 실험에 의해 얻어진 텍스쳐층을 도시한 도면이다.
도 4a는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정에서 사용하는 장치를 도시한 단면도이다.
도 4b는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정에서 사용하는 장치를 도시한 평면도이다.
도 5a는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정을 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 5b는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정을 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 5c는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정을 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 6a는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정의 변형예를 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 6b는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정의 변형예를 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 6c는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정의 변형예를 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 7a는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 측면도로서, 텍스쳐층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 측면도이다.
도 7b는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 평면도로서, 텍스쳐층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7c는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정의 제1 변형예를 설명하기 위한 평면도로서, 텍스쳐층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7d는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정의 제2 변형예를 설명하기 위한 측면도로서, 텍스쳐층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는, 텍스쳐층의 비교예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 도면이다.
(제1 실시형태)
이하 도면에 기초하여 본 발명의 태양전지 및 태양전지의 제조방법의 제1 실시형태에 대해서 설명하기로 한다.
아울러 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하였다.
(태양전지)
도 1은, 아몰퍼스 실리콘형 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 것처럼 태양전지(10)는 이른바 싱글형 태양전지로서, 투명한 절연성 기판(11)의 한쪽 면(11a)(제1면, 이하 이면(11a)라고 한다)에 광전변환체(12)가 형성된 구성을 가진다. 또 이면(11a)과 광전변환체(12) 사이에는 후술하는 텍스쳐층(17)이 배치되어 있다.
기판(11)은, 예를 들면 유리 또는 투명 수지 등 태양광의 투과성이 우수하고 또한 내구성이 있는 절연 재료로 형성되어 있다.
이 태양전지(10)에서는, 광전변환체(12)가 형성된 이면(11a)과는 반대쪽에, 즉 기판(11)의 다른쪽 면(11b)(제2면, 이하, 표면(11b)이라고 한다)쪽부터 태양광이 입사된다.
광전변환체(12)는 표면 전극(13)과 이면 전극(15) 사이에 반도체층(14)이 협지(挾持)된 구성을 가지고 기판(11)의 이면(11a)의 외주를 제거하는 전역에 배치되어 있다.
표면 전극(13)은 광투과성을 가진 금속 산화물로 이루어지고, 씨트 저항이 10Ω/□이하가 되도록 구성되어 있다. 구체적으로는 비저항 200μΩcm∼500μΩcm의 재료를 막두께 0.2㎛이상 0.5㎛이하 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 표면 전극(13)의 막두께를 0.2㎛보다 얇게 형성하면 표면 전극(13)의 도전성을 확보할 수 없게 될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편 표면 전극(13)의 막두께를 0.5㎛보다 두껍게 형성하면 표면 전극(13)에서의 광투과율이 저하될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
이에 반해 표면 전극(13)의 막두께를 0.2㎛이상 0.5㎛이하로 형성함으로써 표면 전극(13)의 도전성을 확보한 후에 표면 전극(13)에서의 광투과율을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 재료로서 제1 실시형태의 표면 전극(13)에서는, 예를 들면 SnO2가 적합하게 사용되고 있다.
아울러 SnO2 이외에 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ZnO 등 이른바 TCO(transparent conductive oxide)를 사용할 수도 있다.
표면 전극(13)위에는 반도체층(14)이 설치되어 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 가지고 있다. 반도체층(14)에서는 표면 전극(13)쪽부터 p형 아몰퍼스 실리콘막, i형 아몰퍼스 실리콘막 및 n형 아몰퍼스 실리콘막이 순서대로 적층되어 있다.
이 반도체층(14)에 태양광이 입사되고 태양광에 포함되는 에너지 입자가 i형 아몰퍼스 실리콘막에 닿으면 광기전력 효과에 의해 전자와 홀이 발생한다. 그러면 전자는 n형 아몰퍼스 실리콘막, 홀은 p형 아몰퍼스 실리콘막을 향해 이동한다. 이들 전자와 홀을 표면 전극(13)과 이면 전극(15)에 의해 각각 취출함으로써 광에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다(광전변환).
이면 전극(15)은 표면 전극(13)과는 반대인 반도체층(14)의 면위에 배치되어 있다. 이면 전극(15)은 Ag,Cu 등의 도전성 금속막으로 구성되어 있고, 예를 들면 저온 소성형 나노 잉크 메탈(Ag)을 적절하게 사용하여 형성되어 있다.
이면 전극(15)은 반도체층(14)을 투과한 태양광을 반사시켜 다시 반도체층(14)으로 공급하기 위한 반사층으로서의 기능도 가진다.
또 이면 전극(15)과 반도체층(14) 사이에는 TCO 등으로 이루어진 투명 전극(16)이 설치되어 있다. 이 투명 전극(16)은 이면 전극(15)과 반도체층(14)간의 배리어성, 반사율 등을 향상시키기 위한 전극이다.
여기에서 기판(11)과 표면 전극(13) 사이에는 텍스쳐층(17)이 형성되어 있다. 텍스쳐층(17)은 표면 전극(13)과 접하는 쪽에 기판에 평행한 방향으로 연속적으로 형성된 요철 형상을 가진다.
이 텍스쳐층(17)은 기판(11)의 이면(11a)상에서의 전면에 뿔모양의 볼록부(18)가 다수 연속하여 형성된 층으로서, 인접한 볼록부(18) 사이에는 인접한 볼록부(18)의 경사면에 의해 둘러싸인 단면에서 보아 V자형인 오목부(19)가 형성되어 있다. 따라서 텍스쳐층(17)에는 기판(11)의 이면(11a)에 평행한 평탄면은 존재하지 않는다.
아울러 텍스쳐층(17)에서의 볼록부(18)의 간격 P(피치)는, 예를 들면 0.1㎛이상 10㎛이하 정도로 형성되어 있으며 기판(11)의 이면(11a)에서 볼록부(18)의 꼭지부까지의 높이 h는, 예를 들면 0.1㎛이상 0.5㎛이하 정도로 형성되어 있다.
또 텍스쳐층(17)에서 이면(11a)에서 볼록부로 연장되는 면과 이면(11a)과의 각도는, 예를 들면 55°인 것이 바람직하다.
볼록부(18)의 간격 및 볼록부(18)의 높이 h를 0.1㎛보다 작은 값으로 설정하면, 텍스쳐층(17)위에 형성되는 표면 전극(13)에 원하는 텍스쳐 구조를 형성할 수 없어 프리즘 효과 또는 광의 수납 효과를 기대할 수 없게 될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
한편 볼록부(18)의 간격 P를 10㎛보다 넓게, 볼록부(18)의 꼭지부의 높이 h를 0.5㎛보다 높게 형성하면 텍스쳐층(17)에서의 광투과율이 저하될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
이에 반해 볼록부(18)의 간격 P 및 높이 h를 상술한 범위내로 설정함으로써 광투과율을 유지한 후에 표면 전극(13)에 원하는 텍스쳐 구조를 형성할 수 있다.
또 텍스쳐층(17)의 구성 재료로서는 가시광 영역에서 광투과성을 가진 투명 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 파장 400∼1100㎚의 범위에서 광투과율 70%이상을 가진 재료가 바람직하다.
또 기판(11), 텍스쳐층(17) 및 표면 전극(13)의 가시광 영역의 굴절율을 순서대로 n0,n1,n2로 정의하고, 또 반도체층(14)의 굴절율을 n3로 정의하면 n0<n1<n2가 성립되는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 기판(11)과 텍스쳐층(17) 사이 및 텍스쳐층(17)과 표면 전극(13) 사이의 계면에서의 입사광의 반사를 억제할 수 있기 때문에 종래보다도 얇은 막두께이면서도 높은 광 수납 효과를 나타내는 표면 전극(13)에 의한 텍스쳐를 얻을 수 있어 보다 높은 변환 효율의 태양전지(10)를 제작할 수 있다.
이 경우, 기판(11)에 예를 들면 유리 또는 투명 수지 등을 사용하면 n0≒1.4∼1.5가 되고, 표면 전극(13)에 예를 들면 SnO2,ITO,ZnO,TiO2 등을 사용하면 n2≒1.9∼2.5, 또 반도체층(14)에 예를 들면 Si를 사용하면 n3≒4가 되기 때문에 텍스쳐층(17)의 굴절율 n1≒1.5∼2.5 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같은 재료로서는, 예를 들면 SiO2(후술하는 실세스퀴옥산(Silsesquioxanes) 등), UV경화성 수지, 열경화성 수지 등 페이스트형 재료가 적합하게 사용된다.
아울러 기판(11), 텍스쳐층(17) 및 표면 전극(13)의 3층의 굴절율n0,n1,n2가 동일해지지 않는다면 n0≤n1<n2, n0<n1≤n2가 되어도 좋다.
그리고 상술한 광전변환체(12)의 각 층(표면 전극(13), 반도체층(14), 투명 전극(16) 및 이면 전극(15))은 텍스쳐층(17)의 표면 형상을 모방하여 형성됨으로써 오목부(18) 및 볼록부(19)의 형상과 동일한 요철 형상이 연속적으로 연속하여 형성된다. 이로써 텍스쳐 구조를 가진 태양전지(10)가 구성되어 있다.
이와 같은 태양전지(10)에서는 기판(11)의 표면(11b)에 입사된 태양광은 텍스쳐층(17)과 표면 전극(13)과의 계면에서 굴절된 후 표면 전극(13)을 투과하여 반도체층(14)에 입사된다.
반도체층(14)에 입사되는 태양광 중 대부분은 표면 전극(13)과 반도체층(14)과의 계면에서 굴절되어 반도체층(14)에 도입된다.
반도체층(14)에 도입된 태양광은 반도체층(14)안에서 흡수되어 상술한 광전변환이 이루어진다.
한편 반도체층(14)에 입사되는 광의 일부는 표면 전극(13)과 반도체층(14)과의 계면에서 반사된다.
이 때 제1 실시형태의 태양전지(10)가 텍스쳐 구조를 채용함으로써 표면 전극(13)과 반도체층(14)과의 계면에서 반사된 태양광은 표면 전극(13)안을 투과하여 다시 반도체층(14)과의 계면에 입사된다.
그리고 다시 반도체층(14)에 입사되는 광은 또, 반도체층(14)에 도입되는 태양광과, 표면 전극(13)과 반도체층(14)과의 계면에서 반사되는 태양광으로 나뉜다.
이와 같이 반도체층(14)안에 도입되지 않고 반사된 태양광은 표면 전극(13)과 반도체층(14) 사이에 반사·입사가 반복됨으로써 서서히 반도체층(14)안에 도입된다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과를 얻을 수 있어 반도체층(14)으로의 광의 입사량을 증가시킬 수 있다.
(태양전지의 제조방법)
다음으로 도 2a∼도 2d에 기초하여 상술한 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 2a∼도 2d는 태양전지의 제조방법을 도시한 공정도이다.
우선 도 2a에 도시한 것처럼 기판(11)의 이면(11a)상에 텍스쳐층(17)(도 1 참조)을 형성한다(텍스쳐층 형성 공정).
우선 기판(11)의 이면(11a)상의 전면에 텍스쳐층(17)의 구성 재료가 되는 투명 재료(17a)(액체 재료)를 스핀코팅법 등에 의해 도포한다.
텍스쳐층(17)의 구성 재료로서는, 예를 들면 규소를 포함한 새로운 중합체 재료가 사용된다. 제1 실시형태에서는 화학식 1에 나타내는 실세스퀴옥산(Silsesquioxanes)이 채용된다.
[화학식 1]
Figure 112011017182050-pct00001
다음으로 도 2b에 도시한 것처럼 투명 재료(17a)가 형성된 이면(11a)이 윗쪽을 향하도록 기판(11)을 뒤집는다. 그 후 기판(11)의 이면(11a)에 도포된 투명 재료(17a)(도 2a참조)에 요철을 형성한다.
제1 실시형태에서는, 나노 임프린트법을 사용하여 투명 재료(17a)에 요철을 형성한다. 나노 임프린트법이란, 전자선 노광 기술 및 전주(電鑄) 기술 등에 의해 형성된 몰드(100)(형)이라고 불리는 네거티브 패턴(패턴)을 제작하고 성막 재료에 대해 네거티브 패턴과 투명 재료(17a)가 접촉하도록 몰드(100)을 스탬핑함으로써(누름으로써) 몰드(100)의 패턴을 성막 재료에 전사하여 복제품을 다수 제조하는 방법이다. 나노 임프린트법을 사용함으로써 텍스쳐층(17)에 미세 가공을 할 수 있게 된다. 몰드(100)은 그 표면에 상술한 텍스쳐층(17)(도 1 참조)과 동등한 치수의 요철 패턴을 가지고 있다.
구체적으로 몰드(100)의 형성 방법으로서는 소정 범위 내에서 크기가 분포되어 있는 요철 형상이 랜덤한 간격으로 형성되어 있는 SnO2막이 부착된 유리 기판에 대해 전술한 SnO2막면에 전주법을 사용하여 Ni를 막두께 300㎛로 전착시키고 표면의 요철 형상을 전사하여 이것을 박리시킴으로써 네거티브 패턴(100)을 얻는 방법이 채용된다.
이 몰드(100)을 투명 재료(17a)에 스탬핑함으로써 몰드(100)의 요철 패턴이 투명 재료(17a)에 전사되어 투명 재료(17a)상에 요철이 형성된다. 이 방법을 사용함으로써 몰드에 사전에 형성된 텍스쳐층(17)의 패턴(랜덤 패턴)을 이면(11a)상에 형성된 투명 재료(17a)에 전사할 수 있다.
그 후 투명 재료(17a)를 경화시킴으로써 텍스쳐층(17)이 형성된다.
이와 같이 나노 임프린트법에 의해 몰드(100)의 요철 패턴을 투명 재료(17a)에 전사함으로써 기판(11)위에 연속적으로 또한 용이하게 텍스쳐층(17)을 형성할 수 있다.
다음으로 도 2c에 도시한 것처럼 스퍼터링법, CVD법, 아크 플라즈마법 등에 의해 텍스쳐층(17)위에 표면 전극(13)을 형성한다.
그러면 표면 전극(13)의 성막 재료의 입자가 텍스쳐층(17)의 표면 형상을 모방하여 적층된다.
이로써 텍스쳐층(17)의 표면 형상과 같은 형상의 요철이 형성된 표면 전극(13)이 형성된다.
그리고 도 2d에 도시한 것처럼 CVD법 등에 의해 표면 전극(13)위에 반도체층(14)를 형성한 후 CVD법 등에 의해 반도체층(14)위에 투명 전극(16) 및 이면 전극(15)을 적층한다.
이상에 의해 상술한 텍스쳐 구조를 가진 태양전지(10)(도 1참조)를 제조할 수 있다.
이와 같이 상술한 제1 실시형태의 태양전지는, 기판(11)과 표면 전극(13) 사이에 투명 재료로 이루어진 텍스쳐층(17)이 형성된 구성을 가진다.
또 상기 태양전지의 제조방법에 의하면, 기판(11)과 표면 전극(13) 사이에 표면 전극(13)과는 별개의 텍스쳐층(17)을 형성한 후, 텍스쳐층(17)위에 표면 전극(13)을 형성함으로써 텍스쳐층(17)의 표면 형상(요철 형상)을 모방한 형상을 표면 전극(13)의 표면에 설치할 수 있다.
이로써 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등이 우수한 텍스쳐 구조의 태양전지(10)를 제조할 수 있다.
따라서 종래와 같이 표면 전극의 표면에 요철 형상을 형성하기 위해 표면 전극의 막두께를 두껍게 형성할 필요가 없다.
즉 표면 전극(13)의 막두께를 얇게 형성할 수 있기 때문에 표면 전극(13)에서의 광투과율을 향상시킬 수 있어 반도체층(14)에의 태양광의 입사량을 증가시킬 수 있다.
따라서 반도체층(14)에서의 태양광의 흡수량을 증가시켜 태양전지(10)의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또 기판(11)위에 연속적으로 요철을 형성함으로써 텍스쳐층(17)위에 형성되는 표면 전극(13)에 평탄면이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이로써 기판(11)의 전면에서 태양광의 광경로를 늘리는 프리즘 효과와 광의 수납 효과 등을 얻을 수 있기 때문에 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 표면 전극(13)의 막두께를 얇게 형성함으로써 표면 전극(13)의 사용량을 줄일 수 있기 때문에 태양전지(10)의 제조 비용을 줄일 수 있고 제조 효율도 향상시킬 수 있다.
또 나노 임프린트법을 사용하여 기판(11)위에 텍스쳐층(17)이 직접 형성되어 있기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또 나노 임프린트법에서의 전사 조건을 조정함으로써 텍스쳐층(17)의 볼록부(18) 및 오목부(19)를 포함한 요철 형상을 조정할 수 있게 되어 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
또 제1 실시형태의 태양전지에서는 실세스퀴옥산으로 이루어진 텍스쳐층(17)(SiO2로 이루어진 텍스쳐층)을 형성할 수 있다.
또 제1 실시형태의 태양전지의 제조방법에서는 기판상에 투명한 재료를 도포하고 기판상에 도포된 투명한 재료에 대해 패턴을 가진 형틀을 누름으로써 이 패턴을 투명한 재료에 전사시켜 요철 형상을 형성하였다. 따라서 형틀로 형성되는 패턴 형상(예를 들면 랜덤 패턴), 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
아울러 전자선 노광 기술 등으로 제작한 규칙적 또는 주기적인 패턴을 가진 형틀을 사용함으로써 규칙적 패턴의 텍스쳐를 형성할 수도 있다.
또 상술한 실시형태에서는 아몰퍼스 실리콘형 태양전지에 대해서 설명하였으나, 미결정 실리콘형 등의 태양전지에 채용할 수도 있다.
또 상술한 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)에서 장파장광을 반도체층(예를 들면, 미결정 실리콘)에서 각각 흡수함으로써 변환 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또 각 반도체층 사이에 중간 전극을 설치함으로써 제1 반도체층을 통과하여 제2 반도체층에 도달하는 광의 일부가 중간 전극에서 반사되어 다시 제1 반도체층에 입사되기 때문에 광전변환체의 감도 특성이 향상되어 변환 효율의 향상에 기여한다.
(실험예)
다음으로 도 3a∼도 3d를 참조하여 제1 실시형태의 실험예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3a는 제1 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 확대 평면도로서, AFM에 의해 텍스쳐층(17)을 관찰한 결과를 도시하고 있다. 도 3b는 도 3a에 대응하는 도면으로서, 단면의 프로파일을 도시하고 있다. 도 3c 및 도 3d는 제1 실시형태에서의 텍스쳐층을 설명하기 위한 확대 사시도로서, 도 3c는 AFM에 의해 관찰한 결과를 도시하고 있으며, 도 3d는 텍스쳐층(17)의 SEM화상을 도시하고 있다.
도 3a의 부호B-B'로 도시된 단면에서의 막두께는, 도 3b의 부호B-B'로 도시된 분포를 가진다.
또 도 3a 및 도 3b에서 횡축은 기판(11)에 대해 횡방향의 거리를 가리킨다. 또 종축은 텍스쳐층(17)에 형성된 요철 형상을 나타내는 깊이를 가리킨다.
도 3a 및 도 3b에서 L(B와 B' 사이의 수평 거리)=1.86㎛, RMS(제곱 평균 거칠기)=26.77㎚, Ra(산술 평균 거칠기, 볼록부의 평균 중심선 거칠기)=19.46㎚, Rmax(곡선내 최대 높이, 볼록부의 기준면에서의 최대 거리)=109.44㎚, Rz(평균 높이)=55.56㎚였다.
(제2 실시형태)
다음으로 도면에 기초하여 본 발명의 태양전지 및 태양전지의 제조방법의 제2 실시형태에 대해서 설명하기로 한다.
제2 실시형태에서는 상기 제1 실시형태와 다른 구성 또는 방법에 대해서 설명하고 제1 실시형태와 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
제2 실시형태와 제1 실시형태는 텍스쳐층(17)의 형성 방법에 관하여 다르다. 구체적으로, 제2 실시형태에서는 잉크젯 장치를 사용하여 텍스쳐층(17)을 형성하였다.
(잉크젯 장치)
우선 도 4a 및 도 4b를 참조하여 잉크젯 장치의 구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 4a는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정에서 사용하는 잉크젯 장치를 도시한 단면도이다. 도 4b는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정에서 사용하는 잉크젯 장치를 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 것처럼 본 실시형태의 잉크젯 장치(21)는 흡기구(미도시)에서 외기가 도입되는 케이스(22)를 구비한다. 케이스(22)의 내부에는 본체(23)이 설치되고, 이 본체(23)의 상부에 지지대(24)가 설치되어 있다. 그리고 지지대(24) 위에는 예를 들면 기판(11)이 재치되도록 되어 있다. 지지대(24)의 윗쪽에는 지지대(24)에 대향하도록 잉크젯 헤드(26)가 설치되어 있다.
도 4b에 도시한 것처럼 잉크젯 헤드(26)는 기판(11)의 폭과 거의 같은 길이를 가지고 기판(11)위에 투명 재료(17a)를 토출하기 위한 여러 개의 노즐을 가진다. 또 잉크젯 헤드(26)는 기판(11)위에 투명 재료(17a)를 토출하면서 화살표P1 또는 화살표 P2 방향으로 직선 형태로 이동하도록 구성되어 있다.
제2 실시형태에서는 화살표 P1방향을 제1 방향, 화살표 P2방향을 제2 방향으로 한다. 케이스(22)안에는 관형 부재로 구성되는 제1 배기부(81)가 설치되어 있다. 제1 배기부(81)는 배기관(30)을 통해 진공 장치(미도시)에 접속되어 있고, 제1 배기부(81)의 상단부에 설치된 제1 배기구(91)를 통해 케이스(22)안의 분위기를 외부에 배출하도록 구성되어 있다.
제1 배기부(81)에는 제1 개폐 진공관(111)이 설치되어 있다. 제1 개폐 진공관(111)은 잉크젯 헤드(26)의 이동 방향에 따라 그 개폐 동작이 제어되어 있다.
케이스(22)안에는 관형 부재로 이루어진 제2 배기부(82)가 설치되어 있다. 제2 배기부(82)는 제1 배기부(81)와 같은 구성을 가지고 배기관(30)을 통해 미도시된 진공 장치에 접속되어 있으며 제2 배기부(82)의 상단부에 설치된 제2 배기구(92)를 통해 케이스(22)안의 분위기를 외부에 배출하도록 구성되어 있다.
제2 배기부(82)에는 제2 개폐 진공관(112)이 설치되어 있다. 제2 개폐 진공관(112)은 잉크젯 헤드(26)의 이동 방향에 따라 개폐가 제어되도록 되어 있다.
다음으로 도 4a 및 도 4b에 도시한 잉크젯 장치를 사용하여 텍스쳐층(17)을 형성하는 방법(이하 잉크젯법)에 대해서 설명하기로 한다.
도 5a∼도 5c는, 제2 실시형태에서의 텍스쳐층 형성 공정을 도시한 공정도로서, 텍스쳐층을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
우선 도 5a에 도시한 것처럼 기판(11)의 이면(11a)에서의 볼록부(18)(도 1 참조)의 형성 예정 영역에 투명 재료의 액적을 얇게 도포하여 경화시킨다. 투명 재료로 이루어진 액적(117a)은 대략 반구형(곡률을 가진 형상)을 가진다.
투명 재료를 도포할 경우 잉크젯 헤드(26)가 기판(11)위에 투명 재료를 토출하면서 화살표P1 또는 화살표P2방향으로 직선 형태로 이동함으로써 투명 재료가 기판(11)의 이면(11a)상에 도포된다. 또 잉크젯 헤드(26)의 위치와, 잉크젯 헤드(26)가 투명 재료를 토출하는 타이밍을 제어함으로써 소정의 위치에 액적(117a)가 토출된다. 따라서 여러 개의 액적(117a)의 피치가 원하는 대로 결정된다. 또 액적(117a)가 도포된 후에는 건조 처리·경화 처리에 의해 액적(117a)이 경화된다.
계속해서 도 5b 및 도 5c에 도시한 것처럼 볼록부(18)의 형성 예정 영역에서 투명 재료의 도포·경화를 여러 번 반복하여 여러 개의 투명 재료가 적층된 적층체를 형성한다.
이 때 기판(11)상에 첫번째(최초)로 형성되는 투명 재료의 토출량보다도 2번째로 형성되는 투명 재료의 토출량을 적게 한다. 또한 2번째로 형성되는 투명 재료의 토출량보다도 3번째로 형성되는 투명 재료의 토출량이 적어지도록 투명 재료를 토출한다. 이와 같이 토출량이 서서히 줄어들도록 투명 재료를 적층함으로써 투명 재료의 적층체가 끝단을 향하면서 점차 가늘어지도록 형성된다.
이로써 기판(11)의 이면(11a)에 주면이 만곡된 텍스쳐층(17)을 연속적으로 형성할 수 있다.
아울러 경화된 투명 재료를 용융시킴으로써 투명 재료의 적층체가 용융되어 매끄러운 곡선의 요철을 가진 텍스쳐층을 형성할 수도 있다.
이와 같은 제2 실시형태에서는 잉크젯 장치를 구동하기 위한 토출 데이터에 기초하여 액적이 토출되기 때문에 규칙적으로 요철 형상이 배열된 규칙 패턴을 가진 텍스쳐층(17)을 형성할 수 있다.
또 잉크젯 장치를 사용하여 기판(11)위에 텍스쳐층(17)이 직접 형성되어 있기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또 잉크젯 장치에서의 액적 토출 조건을 조정함으로써 텍스쳐층(17)의 볼록부 및 오목부를 포함한 요철 형상을 조정할 수 있게 되어 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
잉크젯 헤드(26)와 기판의 상대 위치를 랜덤으로 제어하면 랜덤 패턴을 가진 텍스쳐층(17)을 형성할 수 있다.
또 제2 실시형태의 태양전지의 제조방법에서는 잉크젯 장치를 사용하여 투명한 재료를 도포하여 연속적인 요철 형상을 형성하였다. 따라서 투명한 재료로 이루어진 액적의 토출량, 이 액적이 기판상에 배치되는 위치, 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
(제2 실시형태의 변형예)
다음으로 텍스쳐층(17)을 형성하기 위해 사용하는 잉크젯법의 변형예에 대해서 설명하기로 한다.
도 6a∼도 6c는 잉크젯법의 변형예를 도시한 도면으로서, 잉크젯법을 사용한 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
제2 실시형태의 변형예에서는 상기 제2 실시형태에서의 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
우선 도 6a에 도시한 것처럼 제1 공정으로서, 기판(11)의 이면(11b)상에 투명 재료로 이루어진 여러 개의 액적(217a)(제1 액적)을 피치Q로 이간시키도록 토출한다. 그 후 건조 처리·경화 처리에 의해 액적(217a)을 경화한다. 여기에서 피치Q의 크기는 서로 인접한 액적간의 거리와 액적의 직경이 동일해지도록 설정된 값이다.
다음으로 도 6b에 도시한 것처럼 제2 공정으로서, 피치Q로 이간되어 있는 액적(271a) 사이에 액적(217a)(제2 액적)을 토출하고 건조 처리·경화 처리에 의해 액적(217a)을 경화한다. 다시 말하면, 제1 액적인 액적(217a)이 형성된 후에 노출되어 있는 기판(11)위에 제2 액적인 액적(217a)을 토출한다.
또한 도 6c에 도시한 것처럼 제3 공정으로서, 기판(11)의 이면(11b)상에 형성된 여러 개의 액적(217a) 사이에, 또한 여러 개의 액적(217a)에 겹쳐지도록 액적(217b)(제3 액적)을 토출하여 건조 처리·경화 처리에 의해 액적(217b)을 경화한다.
이와 같은 도 6a∼도 6c에 도시한 공정에서는, 액적(217a),(217b)의 토출량이 일정하게 설정되어 있다. 따라서 도 5a∼도 5c에 도시한 적층체를 형성하지 않는 경우라 해도 기판(11)의 이면(11b)에 연속적인 요철 형상을 가진 텍스쳐층(17)을 형성할 수 있다.
또 제1 공정, 제2 공정 및 제3 공정의 각각에서 건조 처리·경화 처리가 이루어지기 때문에 서로 인접한 미경화 액적이 서로 결합되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 여러 개의 액적이 서로 결합됨에 기인한 텍스쳐층(17)의 레벨링(액적 도포에 의해 형성된 층의 표면이 평탄화되는 것)을 방지할 수 있다.
상기와 같이 제2 실시형태 및 변형예에 대해서 설명하였으나, 상술한 잉크젯법을 사용한 제조 조건은 적절하게 설정된다.
예를 들면, 기판(11)의 이면(11a)상에 토출된 액적의 형상, 또는 이면(11a)과 액적과의 접촉각을 적절하게 제어해도 좋다. 이 경우 기판(11)의 이면(11a)을 소정의 세정액을 사용하여 세정하거나 이면(11a)에 발액(撥液) 처리를 하거나 또는 친액(親液) 처리를 함으로써 원하는 액적의 형상 또는 원하는 접촉각을 얻을 수 있다.
또 도 6b에서는, 기판(11)의 노출면 전체에 투명 재료가 배치되도록 액적을 토출하였으나 기판(11)을 노출시키도록 액적을 토출해도 된다.
(제3 실시형태)
다음으로 도면에 기초하여 본 발명의 태양전지 및 태양전지의 제조방법의 제3 실시형태에 대해서 설명하기로 한다.
제3 실시형태에서는, 상기 제1 및 제2 실시형태와 다른 구성 또는 방법에 대해서 설명하고 제1 및 제2 실시형태와 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
제3 실시형태와 상술한 제1 및 제2 실시형태는 텍스쳐층(17)의 형성 방법에 관하여 다르다. 구체적으로 제3 실시형태에서는 스프레이법을 사용하여 텍스쳐층(17)을 형성하였다. 이하 스프레이를 사용하여 텍스쳐층(17)을 형성하는 방법을 스프레이법이라고 부른다.
우선 도 7a 및 도 7b를 참조하여 스프레이법에 대해서 설명하기로 한다.
도 7a는, 스프레이법을 사용한 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 측면도이다. 도 7b는, 스프레이법을 사용한 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7a에 도시한 것처럼 제3 실시형태의 스프레이법에서는, 액체와 기체를 혼합시켜 투명 재료(투명한 액체 재료)를 기판(11)위에 분무하기 위한 액체 분무 헤드(40)가 사용된다. 이와 같은 액체 분무 헤드(40)로서는, 예를 들면 2유체 노즐(일본 ATOMAX사제)를 들 수 있다.
액체 분무 헤드(40)에는 재료 공급관(41)과 기체 공급관(42)이 접속되어 있다. 또 액체 분무 헤드(40)는 재료를 분무하는 노즐(43)을 가진다. 텍스쳐층(17)의 구성 재료인 원재료는 재료 공급관(41)을 통해 액체 분무 헤드(40)에 공급된다. 텍스쳐층(17)의 구성 재료를 분무하기 위해 사용하는 기체는 기체 공급관(42)을 통해 액체 분무 헤드(40)에 공급된다. 텍스쳐층(17)의 구성 재료 및 기체는 액체 분무 헤드(40)안에서 혼합되고 노즐(43)을 통해 기판(11)의 이면(11a)을 향해 분무된다(부호44).
재료 공급관(41)에 의해 공급되는 투명 재료는 텍스쳐층(17)의 구성 재료와 용매를 포함한다. 텍스쳐층(17)의 구성 재료로서는 상술한 실세스퀴옥산을 사용해도 좋고 기타 주지의 투명 재료를 사용해도 좋다. 본 실시형태에서는 HSQ(Hydrogen Silsesquioxane:상품명 FOX-16 다우코닝제)를 사용하였다. 또 용매로서는 저비점의 용매가 사용된다.
또 기체 공급관(42)에 의해 공급되는 기체로서는 공기 또는 질소가 사용된다.
또 액체 분무 헤드(40)에서는 노즐(43)에서 분무되는 미세 액적의 입자 직경을 제어할 수 있다. 따라서 텍스쳐층(17)을 형성하기 위해 최적의 액적 직경을 얻을 수 있도록 액체 분무 헤드(40)는 조정된다.
또 제3 실시형태에서는 액체 분무 헤드(40)와 기판(11)과의 거리가 30∼50㎜로 설정되고, 액체 분무 헤드(40)와 기판(11)의 이면(11a)이 대향하여 배치되어 있다. 또 스프레이법이 수행되는 온도의 분위기로서 제3 실시형태에서는 실온으로 설정되어 있다.
또 도 7a에서는 액체 분무 헤드(40)와 기판(11)과의 거리를 유지하고 기판(11)의 평행한 방향으로 액체 분무 헤드(40)와 기판(11)을 상대적으로 이동시키면서(부호P3), 액체 분무 헤드(40)에서 투명 재료가 분무된다. 이로써 액체 분무 헤드(40)와 기판(11)을 소정 간격으로 이간시킨 상태에서 투명 재료(44)가 기판(11)의 이면(11a)상에 분무된다.
이로써 기판(11)의 이면(11a)상에는 대략 반구형의 형상(곡률을 가진 형상)을 가진 여러 개의 미세 액적(45)이 형성된다. 또 여러 개의 미세 액적(45)은 랜덤 패턴을 갖도록 기판(11)위에 도포된다.
아울러 도 7a에서는 기판(11)의 이면(11a)이 노출되지 않고 여러 개의 미세 액적(45)이 서로 인접한데, 실제로는 이면(11a)이 부분적으로 노출되도록 여러 개의 미세 액적(45)이 이면(11a)상에 분무된다.
상기와 같이 투명 재료(44)가 분무되어 기판(11)의 이면(11a)상에 미세 액적(45)이 형성된 후에는 미세 액적(45)을 건조시켜 경화시킨다. 건조 방법 및 경화 방법으로서는, 투명 재료의 종류(UV경화성 수지, 열경화성 수지)에 따라 자외선을 투명 재료에 조사하는 방법, 또는 투명 재료를 가열하는 방법이 채용된다.
제3 실시형태에서는, 도 7b에 도시한 X축방향 및 Y축방향으로 액체 분무 헤드(40)와 기판(11)을 상대적으로 이동시켰다. 액체 분무 헤드(40)를 고정하여 기판(11)을 이동시켜도 좋고 기판(11)을 고정하여 액체 분무 헤드(40)를 이동시켜도 좋다.
도 7b에서 부호47은, 기판(11)(이면(11a))위의, 액체 분무 헤드(40)에서 토출된 투명하 재료(44)가 분무되는 분무 영역을 가리킨다. 또 부호X1∼X5 및 부호Y1∼Y4는, 분무 영역(47)이 기판(11)위를 이동하는 경로를 가리킨다.
도 7b에 도시한 예에서는, 우선 분무 영역(47)은 주사 방향X1에 따라 기판(11)의 이면(11a)상을 이동하고, 그 후 분무 영역(47)은 주사 방향Y1에 따라 기판(11)의 이면(11a)상을 이동한다.
계속해서 분무 영역(47)은 주사 방향X1의 반대 방향인 주사 방향X2에 따라 기판(11)의 이면(11a)상을 이동하고, 그 후 분무 영역(47)은 주사 방향Y2에 따라 기판(11)위를 이동한다. 이하 상기와 같이 주사 방향X3,Y3,X4,Y4 및 X5의 순서대로 이동한다. 이로써 분무 영역(47)은 기판(11)의 이면(11a)의 전면을 주사하여 기판(11)의 이면(11a)의 전면에 투명 재료가 분무된다.
또 투명 재료가 분무된 후에는 건조 처리 및 경화 처리가 이루어진다.
상술한 스프레이법을 사용함으로써 이면(11a)에 평행한 방향으로 연속적인 요철 형상을 가진 텍스쳐층(17)을 이면(11a)상에 형성할 수 있다.
또 스프레이법을 사용하여 기판(11)위에 텍스쳐층(17)이 직접 형성되어 있기 때문에 특허문헌 3과 같은 고굴절율층 및 저굴절율층을 형성할 필요가 없어 태양전지의 제조 비용을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또 스프레이법에서의 액적 분무 조건을 조정함으로써 텍스쳐층(17)의 볼록부 및 오목부를 포함한 요철 형상을 조정할 수 있게 되어 바람직한 굴절율을 얻을 수 있기 때문에 텍스쳐층을 굴절율 조정층으로서 기능시킬 수 있다.
제3 실시형태의 태양전지의 제조방법에서는, 스프레이법을 사용하여 투명한 재료를 분무하여 요철 형상을 가진 텍스쳐층을 형성하였다. 따라서 분무되는 액적의 직경, 액체 분무 헤드와 기판과의 거리, 텍스쳐층의 재료의 종류 등을 적절하게 선택함으로써 원하는 변환 효율을 얻을 수 있도록 텍스쳐층의 구조를 적절하게 선택할 수 있다.
(제3 실시형태의 제1 변형예)
다음으로 텍스쳐층(17)을 형성하기 위해 사용하는 스프레이법의 제1 변형예에 대해서 설명하기로 한다.
도 7c는, 스프레이법의 제1 변형예를 도시한 도면으로서, 스프레이법을 사용한 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
제3 실시형태의 제1 변형예에서는, 상기 제3 실시형태에서의 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
상술한 도 7b의 분무 방법에서는, 주사 방향X1∼X5,Y1∼Y4에 따라 액체 분무 헤드(40)에 의한 분무 영역(47)을 주사함으로써 투명 재료를 기판(11)의 이면(11a)상에 분무하였다.
이에 반해 도 7c에서는, 여러 개의 액체 분무 헤드(40)가 선형으로 배치된 분무 라인 헤드(48)를 사용하여 투명 재료를 기판(11)의 이면(11a)상에 분무하였다.
구체적으로 도 7c에 도시한 X축방향에 일치하는 방향P4로 분무 라인 헤드(48)와 기판(11)을 상대적으로 이동시키면서 도 7a에 도시한 것처럼 투명 재료를 분무하였다. 분무 라인 헤드(48)를 고정하여 기판(11)을 이동시켜도 좋고, 기판(11)을 고정하여 분무 라인 헤드(48)를 이동시켜도 좋다.
이와 같은 분무 라인 헤드(48)를 사용하는 방법에 의하면, 액체 분무 헤드(40)의 분무 영역(47)을 X축방향 및 Y축방향에서 여러 번 이동시킬 필요가 없기 때문에 분무 영역(47)이 부분적으로 겹쳐짐에 기인한 도포 패턴의 얼룩 발생이 방지되어 얼룩이 없는 텍스쳐층(17)을 형성할 수 있다.
(제3 실시형태의 제2 변형예)
다음으로, 텍스쳐층(17)을 형성하기 위해 사용하는 스프레이법의 제2 변형예에 대해서 설명하기로 한다.
도 7d는, 스프레이법의 제2 변형예를 도시한 도면으로서, 스프레이법을 사용한 텍스쳐층 형성 공정을 설명하기 위한 측면도이다.
제3 실시형태의 제2 변형예에서는, 상기 제3 실시형태에서의 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
상술한 도 7a의 분무 방법에서는, 액체 분무 헤드(40)를 사용하여 텍스쳐층(17)의 구성 재료와 용매를 기판(11)위에 분무하였다.
이에 반해 도 7d에서는, 정전 스프레이를 사용한 일렉트로 스프레이 디포지션법(ESD법)을 사용하여 텍스쳐층(17)의 구성 재료와 용매를 기판(11)위에 분무하였다.
도 7d에 도시한 것처럼 ESD법에서는, 정전 분무 헤드(50)와 대향 전극(51)이 고압 직류 전원(52)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 또 대향 전극(51)에는 기판(11)이 재치되어 있다.
또 고압 직류 전원(52)에 의해 공급되는 정전 분무 헤드(50)와 대향 전극(51)간의 전압은 예를 들면 6∼8kV이고, 전류는 예를 들면 10∼20㎂이다.
또 정전 분무 헤드(50)에서 압출되는 투명 재료(17a)의 양은, 예를 들면 5μL/min이다.
또 노즐(53)과 기판(11)간의 거리는 30∼50㎜이다.
또 투명 재료(17a)의 재료로서는, 상술한 제3 실시형태에서 설명한 재료가 사용된다.
이 구성에서 정전 분무 헤드(50)에 충전된 투명 재료(17a)는 양의 전하가 대전된다. 그리고 정전 분무 헤드(50)안의 투명 재료(17a)를 기판(11)에 향해 압출함으로써 정전 분무 헤드(50)의 노즐(53)에서 투명 재료(17a)가 노출된다. 정전 분무 헤드(50)와 대향 전극(51) 사이에 공급된 전압에 의해 생긴 정전기의 작용에 의해 투명 재료(17a)는 잘게 분산되어 기판(11)을 향해 분무된다. 또 정전 분무 헤드(50)와 기판(11) 사이에서 비행중인 투명 재료(54)의 입자는 정전기의 작용에 의해 더욱 잘게 분산되어 기판(11)의 이면(11a)상에 도포된다.
또 기판(11)과 정전 분무 헤드(50)를 상대적으로 이동시키는 방법으로서는, 도 7b에 도시한 바와 같이 정전 분무 헤드(50)를 주사하는 방법, 또는 도 7c에 도시한 바와 같이 선형으로 배치된 정전 분무 헤드(50)를 사용하는 방법을 들 수 있다.
이와 같은 정전 분무 헤드(50)를 사용하는 ESD법에서는, 고압 직류 전원(52)에 의해 공급되는 고압 전력에 의해 투명 재료(17a)가 대전되고 정전기의 작용에 의해 투명 재료(17a)로 이루어진 미세 액적을 생성시켜 기판(11)위에 도포할 수 있다.
따라서 ESD법을 사용함으로써 이면(11a)에 평행한 방향으로 연속된 요철 형상을 가진 텍스쳐층(17)을 이면(11a)상에 형성할 수 있다.
상기와 같이 제3 실시형태(제1 변형예 및 제2 변형예를 포함)에 대해서 설명하였으나, 상술한 스프레이법 및 ESD법을 사용한 텍스쳐층(17)의 형성 조건은 적절하게 설정된다.
예를 들면 기판의 온도를 조정하기 위한 온조(溫調) 스테이지를 사용하여 온조 스테이지상에 배치된 기판의 온도를 관리한 상태에서 스프레이법에 의해 투명 재료를 분무하여 텍스쳐층(17)을 형성해도 좋다. 이 경우 기판에 분무된 투명 재료에 포함되는 용매의 증발 속도, 또는 기판에 분무된 투명 재료의 직경 등을 원하는 대로 제어할 수 있다.
또 소정 거리가 되도록 노즐과 기판과의 거리를 설정함으로써 노즐에서 분무된 투명 재료의 도포 범위 또는 투명 재료의 체공(滯空) 시간을 조정해도 좋다. 이 경우 노즐을 기판에 접근시킴으로써 투명 재료의 체공 시간이 짧아져 건조 시간이 짧아지고 투명 재료의 점성이 낮은 상태에서 투명 재료를 기판에 분무할 수 있다. 또는 노즐을 기판에서 멀리함으로써 투명 재료의 체공 시간이 길어져 건조 시간이 길어지고 투명 재료에서 용매를 어느 정도 증발시켜 투명 재료의 점성을 높인 상태에서 투명 재료를 기판에 분무할 수 있다.
또 기판(11)의 이면(11a)상에 분무된 액적의 형상 또는 이면(11a)과 액적과의 접촉을 적절하게 제어해도 좋다. 이 경우 기판(11)의 이면(11a)을 소정의 세정액을 사용하여 세정하거나 이면(11a)에 발액 처리를 하거나 또는 친액 처리를 함으로써 원하는 액적의 형상 또는 원하는 접촉각을 얻을 수 있다.
또 재료 공급관(41)에 의해 공급되는 투명 재료에서는 용매의 종류를 적절하게 선택해도 좋고 용매의 함유량을 원하는 대로 설정해도 좋다.
또 스프레이법을 수행하는 분위기의 온도는 투명 재료(텍스쳐층(17)의 구성 재료 및 용매를 포함)의 건조 속도 등을 고려하여 적절하게 설정된다.
또 분무 공정을 여러 번으로 나누어도 좋다. 이 경우 첫번째 분무에 의해 이면(11a)상에 텍스쳐층(17)의 제1층이 형성된다. 2번째 분무에 의해 이면(11a) 위와 텍스쳐층(17)의 제1층 위에 텍스쳐층(17)의 제2층이 형성된다. 이와 같은 분무 작업을 여러 번 반복함으로써 여러 개의 층으로 구성된 텍스쳐층(17)을 얻어도 좋다.
(실험예)
다음으로 도 8a, 도 8b, 도 9 및 도 10을 참조하여 제3 실시형태의 실험예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8a는, 본 발명의 스프레이법을 사용하여 형성된 텍스쳐층의 SEM화상을 도시한다.
도 8b는, 텍스쳐층의 비교예를 도시한 SEM화상이다.
도 8a에 도시한 텍스쳐층은, 도 7d에 도시한 ESD법을 사용하여 얻어진다. 기판(11)과 노즐(53)과의 거리는 50㎜로 설정되고, 고압 직류 전원(52)에 공급되는 인가전압은 6.5kV로 설정되어 있다. 또 액적 직경은 3㎛이다.
한편, 도 8b에 도시한 텍스쳐층은 일반적인 2유체 노즐을 사용하여 얻어진다. 기판(11)과 노즐의 거리는 50㎜로 설정되어 있다. 또 액적 직경은 10㎛이다.
또 도 8a 및 도 8b에서는, 투명 재료로서 HSQ(Hydrogen Silsequioxane:상품명 FOX-16 다우코닝제)를 사용하였다. 또 기판 온도, 분위기의 온도, 노즐의 온도 모두 실온(24℃)으로 설정되어 있다. 또 상대 습도는 45%RH로 설정되어 있다.
도 8a에 도시한 본 발명에서는 미세 액적이 랜덤하게 분포되어 있다. 이로써 기판상에 요철 형상을 가지고 또한 랜덤 패턴을 가진 텍스쳐층이 형성되어 있다.
한편 도 8b에 도시한 비교예에서는 인접한 액적이 서로 결합되어 레벨링된 막이 생긴다.
도 8a 및 도 8b로부터 알 수 있듯이, 투명 재료의 조건 및 기판과 노즐과의 거리의 조건이 같더라도 액적 직경이 10㎛로 설정된 도 8b의 경우에는 레벨링이 생기고, 액적 직경이 3㎛로 설정된 도 8a의 경우에는 레벨링이 생기지 않는다는 것을 알 수 있다.
아울러 도 8a는 ESD법을 사용한 경우를 도시하는데, 도 7a에 도시한 스프레이법을 사용하여 액적 직경을 3㎛로 설정하여 텍스쳐층을 형성한 경우라 해도 액적 직경은 분포를 가지고 있기 때문에 도 8a와 같이 미세 액적이 랜덤하게 분포되어 있는 요철 형상을 가진 텍스쳐층을 얻을 수 있다.
도 9는, 본 발명의 스프레이법을 사용하여 형성된 텍스쳐층을 촬영한 평면도로서, 텍스쳐층의 막두께의 분포를 도시한 도면이다.
도 9에서는, 부호R로 표시된 단면에 대해서 막두께를 측정한 결과가 도시되어 있다. 여기에서, 도 9에서의 횡축에 표시된 "20㎛"란, 부호R로 표시된 부분의 기판(11) 및 텍스쳐층의 두께를 가리킨다. 또 기판(11)과 텍스쳐층을 합한 막두께는 20㎛∼22㎛의 범위에서 분포되어 있으며, 즉 텍스쳐층의 막두께는 2.0㎛이하라는 것을 알 수 있다.
도 10은, 본 발명의 스프레이법에 의해 얻어진 텍스쳐층의 표면 거칠기를 도시한 도면이다. 도 10은, 두께14㎛의 기판(11)위에 텍스쳐층이 형성된 예를 도시한다. 도 10으로부터 알 수 있듯이, 텍스쳐층의 막두께는 2.0㎛이하라는 것을 알 수 있다.
또 Ra(볼록부의 평균 중심선 거칠기)는 0.23㎛이고, Ry는 1.88㎛이고, Rz(평균 높이)는 1.57㎛이고, Sm은 8.12㎛이고, S는 1.29㎛이었다. 즉, 텍스쳐층의 꼭지부 간격은 10㎛이하라는 결과가 얻어졌다. 따라서 텍스쳐층에서 서로 인접한 꼭지부의 간격이 0.1㎛이상 10㎛이하라는 것을 알 수 있다.
아울러 본 발명의 기술범위는 상술한 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상술한 실시형태에 여러가지 변경을 추가한 구성을 포함한다.
즉, 상술한 실시형태에서 언급한 구성 등은 일례에 불과하며 적절히 변경할 수 있다.
<산업상 이용 가능성>
이상 상술한 것처럼 본 발명은 광투과율을 향상시킬 수 있는 텍스쳐 구조를 가진 태양전지의 제조방법 및 태양전지에 유용하다.
11…기판 12…광전변환체
13…표면 전극(제1 전극층) 14…반도체층(광전변환층)
15…이면 전극(제2 전극층) 17…텍스쳐층
17a…투명 재료

Claims (11)

  1. 태양전지로서,
    제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체와,
    상기 기판과 상기 제1 전극층 사이에 배치되고, 가시광 영역에서 투명한 재료로 이루어지고, 상기 제1 전극층과 접하는 면에 연속적인 요철 형상을 가진 텍스쳐층을 포함하며,
    상기 기판, 상기 텍스쳐층 및 상기 제1 전극층의 가시광 영역에서의 굴절율을 순서대로 n0,n1,n2로 정의한 경우 n0<n1<n2가 성립되며,
    상기 텍스쳐층과 상기 제1 전극층이 접하는 면에 형성된 요철 형상과 동일한 요철 형상이 상기 제1 전극층과 상기 광전변환층이 접하는 면에서도 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 텍스쳐층에서 서로 인접한 꼭지부의 간격이 0.1㎛이상 10㎛이하이고,
    상기 제1 전극층의 막두께가 0.2㎛이상 0.5㎛이하인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체를 가진 태양전지의 제조방법으로서,
    상기 제1 전극층을 형성하기 전에 가시광 영역에서 투명한 재료를 사용하여 상기 기판상에 연속적인 요철 형상을 형성하는 텍스쳐층을 형성하는 공정을 가지고,
    상기 텍스쳐층을 형성하는 공정은,
    상기 기판상에 상기 투명한 재료를 도포하는 공정과,
    상기 기판상에 도포된 상기 투명한 재료에 대해 패턴을 가진 형틀을 누르고, 상기 투명한 재료를 경화시킴으로써 상기 패턴을 상기 투명한 재료에 전사시켜 요철 형상을 형성하는 공정을 포함하며,
    상기 요철 형상을 가진 상기 텍스쳐층 상에 상기 텍스쳐층의 상기 요철 형상과 동일한 요철 형상의 표면을 갖는 상기 제1 전극층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  5. 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체를 가진 태양전지의 제조방법으로서,
    상기 제1 전극층을 형성하기 전에 가시광 영역에서 투명한 재료를 사용하여 상기 기판상에 연속적인 요철 형상을 형성하는 텍스쳐층을 형성하는 공정을 가지고,
    상기 텍스쳐층을 형성하는 공정은,
    상기 기판상에 잉크젯 장치를 사용하여 상기 투명한 재료를 도포하고, 상기 투명한 재료를 경화시킴으로써 연속적인 요철 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  6. 제1 전극층, 광전변환층 및 제2 전극층이 순서대로 기판상에 겹쳐져 설치된 광전변환체를 가진 태양전지의 제조방법으로서,
    상기 제1 전극층을 형성하기 전에 가시광 영역에서 투명한 재료를 사용하여 상기 기판상에 연속적인 요철 형상을 형성하는 텍스쳐층을 형성하는 공정을 가지고,
    상기 텍스쳐층을 형성하는 공정은,
    상기 기판상에 스프레이를 사용하여 상기 투명한 재료를 도포하고, 상기 투명한 재료를 경화시킴으로써 요철 형상을 가진 상기 텍스쳐층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 형틀은, 상기 형틀의 표면에 상기 텍스쳐층과 동등한 치수의 요철 패턴을 가지도록 전주법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 투명한 재료의 도포, 경화를 여러 번 반복하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 투명한 재료의 도포를 여러 번 반복할 때에는 상기 투명한 재료의 토출량이 서서히 줄어들도록 상기 투명한 재료를 적층하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 투명한 재료의 액적 직경이 3 ㎛으로 되도록, 상기 기판 상에 상기 투명한 재료를 도포하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 텍스쳐층과 상기 제1전극층이 접하는 면에 형성된 요철 형상과 동일한 요철 형상이 상기 광전변환층과 상기 제2 전극층이 접하는 면에서도 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8896077B2 (en) * 2009-10-23 2014-11-25 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optoelectronic semiconductor device and method of fabrication
EP2429023B1 (en) * 2010-03-04 2013-09-18 Panasonic Corporation Fuel cell system and method for operating fuel cell system
US20110290314A1 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 Andrey Kobyakov Light scattering articles using hemispherical particles
JP2011258820A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Ulvac Japan Ltd 太陽電池用透明導電性基板及びその製造方法
JP2012015419A (ja) * 2010-07-02 2012-01-19 Ulvac Japan Ltd 太陽電池用透明導電性基板の製造方法及び太陽電池用透明導電性基板
KR101116977B1 (ko) * 2010-07-12 2012-03-14 고려대학교 산학협력단 태양전지 및 그 제조방법
US8735791B2 (en) 2010-07-13 2014-05-27 Svv Technology Innovations, Inc. Light harvesting system employing microstructures for efficient light trapping
KR20120053403A (ko) * 2010-11-17 2012-05-25 삼성전자주식회사 박막형 태양전지 및 그 제조방법
WO2013008324A1 (ja) * 2011-07-13 2013-01-17 株式会社アルバック 太陽電池用透明導電性基板の製造方法及び太陽電池用透明導電性基板
US9117967B2 (en) 2011-08-30 2015-08-25 El-Seed Corporation Method of manufacturing glass substrate with concave-convex film using dry etching, glass substrate with concave-convex film, solar cell, and method of manufacturing solar cell
CN103022231A (zh) * 2011-09-22 2013-04-03 吉富新能源科技(上海)有限公司 缓冲层绒毛结构透高效能透明导电层技术
JP2017065930A (ja) * 2014-02-06 2017-04-06 旭硝子株式会社 樹脂塗膜付ガラスシートの製造方法
JP2016111279A (ja) * 2014-12-10 2016-06-20 国立大学法人東京農工大学 多接合太陽電池およびその製造方法
SE539005C2 (en) * 2015-05-05 2017-03-14 Methods and arrangements for a solar cell device
JP6572015B2 (ja) * 2015-06-25 2019-09-04 株式会社日本マイクロニクス 二次電池の製造方法
CN107564972A (zh) * 2016-06-28 2018-01-09 湖南国盛石墨科技有限公司 一种石墨烯太阳能电池板
JP2018085424A (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 セイコーエプソン株式会社 光電変換素子及びその製造方法
CN109817731B (zh) * 2019-02-02 2021-10-12 京东方科技集团股份有限公司 一种光电二极管及其制作方法、电子设备
PL435800A1 (pl) * 2020-10-29 2022-05-02 Ml System Spółka Akcyjna Sposób wytwarzania ogniw fotowoltaicznych μ - tandemowych i ogniwo μ -tandemowe wytwarzane tym sposobem
KR20220109871A (ko) * 2021-01-29 2022-08-05 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11274533A (ja) 1998-03-23 1999-10-08 Sharp Corp 太陽電池の製造方法、それにより製造された太陽電池、並びに半導体素子の製造方法
JP2000261013A (ja) 1999-03-09 2000-09-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 透明導電膜付きガラス基板
JP2008053273A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Toppan Printing Co Ltd 太陽電池およびその製造方法
JP2008218191A (ja) 2007-03-05 2008-09-18 Kaneka Corp 透明導電膜付き基板および透明導電膜付き基板の製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6144476A (ja) * 1984-08-08 1986-03-04 Hitachi Maxell Ltd 半導体光電変換装置
JPH0888383A (ja) * 1994-09-16 1996-04-02 Canon Inc 太陽電池ユニット
JP2006332711A (ja) * 2000-03-02 2006-12-07 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光電変換装置
JP4306318B2 (ja) * 2003-04-25 2009-07-29 コニカミノルタオプト株式会社 光拡散層の形成方法、光拡散フィルムとその製造方法及び光拡散層形成用のインクジェット装置
JP2005101432A (ja) * 2003-09-26 2005-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JP2005340583A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Omron Corp 光発電体の受光面構造

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11274533A (ja) 1998-03-23 1999-10-08 Sharp Corp 太陽電池の製造方法、それにより製造された太陽電池、並びに半導体素子の製造方法
JP2000261013A (ja) 1999-03-09 2000-09-22 Nippon Sheet Glass Co Ltd 透明導電膜付きガラス基板
JP2008053273A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Toppan Printing Co Ltd 太陽電池およびその製造方法
JP2008218191A (ja) 2007-03-05 2008-09-18 Kaneka Corp 透明導電膜付き基板および透明導電膜付き基板の製造方法

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