KR101684446B1 - 태양 전지용 고 헤이즈 하부층 - Google Patents
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Abstract
태양 전지는, 기판 및 상기 기판의 적어도 일부 상에 형성된 하부코팅을 포함한다. 상기 하부코팅은, 주석 산화물의 연속형 제 1 층, 및 Sn, P, 및 Si의 산화물을 포함하는 제 2 층을 포함한다. 상기 하부코팅의 적어도 일부 상에 투명 전도성 코팅이 형성된다. 상기 제 2 층은 상부 표면 상에 돌출부를 포함하며, 이는 상기 전도성 코팅의 불균일한 결정 성장을 일으킨다.
Description
본 발명은 일반적으로 태양 전지에 관한 것이고, 구체적인 하나의 실시양태에서, 개선된 하부층 구조를 갖는 비정질 규소 박막 태양 전지에 관한 것이다.
관련 출원의 상호 참조
본원은 2013년 3월 12일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/777,182 호에 대한 우선권을 주장하고, 이는 그 전체가 본원에 참고로 인용된다.
통상적인 비정질 규소 박막 태양 전지는 전형적으로 유리 기판 상에 제공된투명 전도성 산화물(TCO) 접촉 층 및 p-n 접합을 갖는 비정질 규소 박막 활성 층 을 포함한다. 후면 금속 층은 반사판 및 후방 접촉점으로서 작용한다. TCO는 광 산란을 증가시키기 위한 불규칙한 표면을 갖는다. 태양 전지에서, 광 산란 또는 "헤이즈"는 전지의 활성 영역에서 광을 포획하기 위해 사용된다. 전지에서 더 많은 빛을 포획할수록 더 높은 효율을 얻을 수 있다. 그러나, 헤이즈는 TCO을 통해 빛의 투명성에 대하여 불리하게 영향을 미치도록 클 수는 없다. 따라서, 광 포획은 태양 전지의 효율을 개선하려는 경우 중요한 문제이고, 박막 전지 고안에 있어서 특히 중요하다. 그러나, 박막 소자의 경우, 이러한 광 포획은 층 두께가 이미 공지된 단일결정성 소자의 두께보다 훨씬 얇기 때문에 더욱 어렵다. 막 두께가 감소될수록, 이는 코팅이 대개 평행한 표면을 갖는 경향이 있다. 이러한 평행한 표면은 전형적으로 유의한 광 산란을 제공하지 않는다.
박막 태양 전지에서의 또 다른 중요한 특징은 TCO의 표면 저항률이다. 전지가 조사받을 때에, 조사에 의해 발생된 전자는 규소를 통해 투명 전도성 산화물 층으로 이동한다. 전자가 상기 전도성 층을 통해 가능한 신속하게 이동하는 광전자 전환 효율이 중요하다. 즉, 투명 전도성 층의 표면 저항률이 낮은 것이 바람직하다. 또한, 투명 전도성 층이 매우 투명하여 최대량의 태양 복사가 규소 층을 통과하도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 투명 전도성 산화물 층을 통한 전자 유동을 증진시키면서 또한 태양 전지의 광 산란성 및 투명성 특징을 증진시키는 태양 전지를 위한 코팅 구조를 제공하는 것이 바람직하다.
규소 박막 태양 전지는, 기판 및 상기 기판의 적어도 일부 상에 형성된 하부코팅을 포함한다. 상기 하부코팅은 주석 산화물을 포함하는 연속형 제 1 층, 및 Sn, P, 및 Si의 산화물을 포함하는 제 2 층을 포함한다. 투명 전도성 코팅은 상기 제 1 코팅의 적어도 일부 상에 형성되며, 이때 상기 전도성 코팅은 Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si 또는 In, 또는 이들 물질의 둘 이상의 합금 중 하나 이상의 산화물을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층은 비도핑된 주석 산화물의 연속형 층으로 이루어진다.
하나의 특정 태양 전지에서, 상기 기판은 유리이고, 제 1 층은 10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는 연속형 주석 산화물 층을 포함한다. 제 2 층은 10 nm 내지 40 nm 범위의 두께를 갖는, 실리카, 주석 산화물, 및 인 산화물의 혼합물을 포함하며, 1 몰% 내지 40 몰%, 예컨대 20 몰% 미만의 주석 산화물을 갖는다. 상기 전도성 층은 470 nm 초과의 두께를 갖는 불소 도핑된 주석 산화물을 포함한다.
태양 전지는, 기판 및 상기 기판의 적어도 일부 상에 형성된 하부코팅을 포함한다. 상기 하부코팅은, 주석 산화물의 연속형 제 1 층, 및 Sn, P, 및 Si의 산화물을 포함하는 제 2 층을 포함한다. 투명 전도성 코팅은 상기 하부코팅의 적어도 일부 상에 형성된다. 상기 제 2 층은 상부 표면 상에 돌출부를 포함하며, 이는 상기 전도성 코팅의 불균일한 결정 성장을 일으킨다.
코팅된 물품은, 유리 기판 및 상기 기판의 적어도 일부 상에 형성된 하부코팅을 포함한다. 상기 하부코팅은, 10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는 주석 산화물을 포함하는 연속형 제 1 층; 및 Sn, P, 및 Si의 산화물을 포함하는 제 2 층을 포함한다. 상기 제 2 층은 50 내지 60 원자% 규소, 12 내지 16 원자% 주석, 및 25 내지 30 원자% 인을 포함한다. 불소 도핑된 주석 산화물을 포함하는 투명 전도성 코팅은 상기 하부코팅의 적어도 일부 상에 형성된다. 상기 제 2 층은 상부 표면 상에 돌출부를 포함하며, 이는 상기 전도성 코팅의 불균일한 결정 성장을 일으킨다.
본 발명의 완벽한 이해는 첨부된 도면과 관련시켜 하기 상세한 설명으로부터 얻게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 하부코팅을 통합시킨 태양 전지 기판의 측면 단면도(축척되지 않음)이다.
도 2는 본 발명의 하부 코팅을 갖는 태양 전지 기판의 측면도(축척되지 않음)이다.
도 1은 본 발명의 하부코팅을 통합시킨 태양 전지 기판의 측면 단면도(축척되지 않음)이다.
도 2는 본 발명의 하부 코팅을 갖는 태양 전지 기판의 측면도(축척되지 않음)이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 공간 또는 방향적 용어, 예컨대 "좌", "우", "내부", "외부", "위", "아래" 등은 도면에서 나타나는 바와 같이 본 발명에 관한 것이다. 그러나, 이는 본 발명이 다양한 대체 배열을 가정할 수 있는 것으로 이해되고, 따라서 상기 용어는 이를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 추가로, 본원에서 사용된 바와 같이, 명세서 및 청구범위에 사용된 치수, 물리적 특성, 가공 변수, 성분의 양, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수는 모든 예시에서 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해된다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 하기 명세서 및 청구범위에 제시된 수치 값은 본 발명에 의해 얻고자 하는 목적 성질에 따라 변화할 수 있다. 적어도, 청구범위에 균등론의 적용을 제한하도록 시도하지 않는 한, 각 수치 값은 보고된 유의 자리수에 비추어 그리고 일반적인 반올림 방식을 적용시킴으로써 이해된다. 또한, 본원에서 개시된 모든 범위는 처음 및 마지막 범위의 값 및 본원에 부분 합산된 임의의 및 모든 하위 범위를 포괄하는 것으로 이해된다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 언급된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(이 두 값을 포함함)의 임의의 및 모든 하위 범위(즉, 최소값 하나 이상에서 시작하여 최대값 10 이하로 끝나는 모든 하위 범위로서 예컨대 1 내지 3.3, 4.7 내지 7.5, 및 5.5 내지 10 등)를 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 추가로, 본원에서 사용된 용어 "위에 형성된", "위에 증착된", 또는 "위에 제공된"은 표면 상에 형성되거나 증착되거나 제공되지만 반드시 표면과 직접 접촉하지는 않는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 기판 "위에 형성된" 코팅 층은 형성된 코팅 층과 기판 사이에 위치하는 동일한 또는 상이한 조성을 갖는 하나 이상의 다른 코팅 층 또는 막의 존재를 배제하지 않는다. 본원에서 사용된 용어 "중합체" 또는 "중합체성"은 올리고머, 단독중합체, 공중합체 및 삼원공중합체, 예컨대 둘 이상의 종류의 단량체 또는 중합체로부터 형성된 중합체를 포함한다. 용어 "가시 영역" 또는 "가시 광선"은 380 nm 내지 760 nm의 범위의 파장을 갖는 전자기 복사를 지칭한다. 용어 "적외 영역" 또는 "적외선"은 760 nm 초과 내지 100,000 nm의 범위의 파장을 갖는 전자기 복사를 지칭한다. 용어 "자외 영역" 또는 "자외선"은 200 nm 내지 380 nm 미만의 범위의 파장을 갖는 전자기 에너지를 의미한다. 용어 "마이크로파 영역" 또는 "마이크로파선"은 300 MHz 내지 300 GHz의 범위의 주파수를 갖는 전자기 복사를 지칭한다. 추가로, 본원에 인용된 모든 문서, 비제한적으로 예를 들면 발행된 특허 및 특허 출원은 전체로서 "참고로 통합된" 것으로 간주된다. 하기 논의에서, 굴절률 값은 550 nm의 기준 파장에 대한 것이다. 용어 "막"은 목적하거나 선택된 조성을 갖는 코팅의 영역을 지칭한다. "층"은 하나 이상의 "막"을 포함한다. "코팅" 또는 "코팅 스택"은 하나 이상의 "층"으로 구성된다. 용어 "연속형 층"은, 코팅 물질이 적용되어 하부층 또는 기판을 덮고, 안 덮힌(bare) 영역이 의도적으로 형성되지 않음을 의미한다. "비도핑된"은, 도판트가 코팅 물질에 의도적으로 첨가되지 않음을 의미한다.
본 발명의 특징을 혼입한 예시적인 태양 전지(10)가 도 1에 나타나 있다. 태양 전지(10)는 하나 이상의 주요 표면(14)을 갖는 기판(12)을 포함한다. 본 발명의 하부코팅(16)은 주요 표면(14)의 적어도 일부 상에 형성된다. 하부코팅(16)은 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)을 갖는다. 투명 전도성 산화물(TCO) 코팅(22)은 하부코팅(16)의 적어도 일부 상에 형성된다. 비정질 규소 층(24)은 TCO 코팅(22)의 적어도 일부 상에 형성된다. 금속 또는 금속 함유 층(26)은 비정질 규소 층(24)의 적어도 일부 상에 형성된다.
본 발명의 광범위한 실시에서, 기판(12)은 임의의 목적 특성을 갖는 임의의 목적 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 가시 광선에 대하여 투명하거나 반투명할 수 있다. "투명한"은 0 % 초과 내지 100 % 이하의 가시 광선 투과율을 갖는 것을 의미한다. 다르게는, 상기 기판(12)은 반투명할 수 있다. "반투명한"은 전자기 에너지(예컨대, 가시 광선)를 통과하도록 허용하지만 상기 에너지를 분산시켜 관찰자 반대편 상의 물품이 명확하게 보이지 않는 것을 의미한다. 적절한 물질의 예로는 플라스틱 기판(예컨대, 아크릴 중합체, 예컨대 폴리아크릴레이트; 폴리알킬메트아크릴레이트, 예컨대 폴리메틸메트아크릴레이트, 폴리에틸메트아크릴레이트, 폴리프로필메트아크릴레이트 등; 폴리우레탄; 폴리카보네이트; 폴리알킬테레프탈레이트, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등; 폴리실옥산 함유 중합체; 또는 이들을 제조하기 위한 임의의 단량체로 구성된 공중합체, 또는 이들의 임의의 혼합물); 유리 기판; 또는 상기 임의의 물질의 혼합물 또는 조합물이 포함되지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판(12)으로는 통상적인 소다-라임-실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 또는 납땜 유리가 포함될 수 있다. 유리는 투명 유리일 수 있다. "투명 유리"는 색조를 띠지 않거나 색상을 띠지 않는 유리를 의미한다. 다르게는, 상기 유리는 색조를 띠거나 색상을 띤 유리일 수 있다. 유리는 어닐링되거나 열 처리된 유리일 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "열 처리된"은 강화 또는 적어도 부분적으로 강화된 것을 의미한다. 유리는 임의의 종류, 예컨대 통상적인 플로트(float) 유리일 수 있고, 광학적 성질(예컨대 가시 광선 투과율, 자외선 투과율, 적외선 투과율, 및/또는 총 태양 에너지 투과율의 임의의 값)을 갖는 임의의 조성물로 이루어질 수 있다. "플로트 유리"는 용융 유리를 용융 금속 배스 상에 증착시키고 제어 가능하게 냉각시켜 플로트 유리 리본을 형성하는, 통상적인 플로트 공정에 의해 형성된 유리를 의미한다. 본 발명의 실시를 위해 사용될 수 있는 기판의 비제한적인 예시로는 모두 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 피피지 인더스트리즈 인코포레이티드(PPG Industries Inc.)로부터 시판중인, 솔라그린(Solargreen, 등록 상표), 솔엑스트라(Solextra, 등록 상표), 지엘-20(GL-20, 등록 상표), 지엘-35(GL-35, 상표), 솔라브론즈(Solarbronze, 등록 상표), 스타파이어(Starphire, 등록 상표), 솔라파이어(Solarphire, 등록 상표), 솔라파이어 PV(Solarphire PV, 등록 상표) 및 솔라그래이(Solargray, 등록 상표) 유리가 포함된다.
기판(12)은 임의의 목적 치수(예컨대, 길이, 넓이, 모양 또는 두께)를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(12)은 평면이거나 곡선이거나 또는 평면과 곡선인 부분을 모두 가질 수 있다. 비제한적인 하나의 실시양태에서, 기판(12)은 1 mm 내지 10 mm, 예컨대 0.5 mm 내지 5 mm, 예컨대 2 mm 내지 4 mm, 예컨대 3 mm 내지 4 mm의 범위의 두께를 가질 수 있다.
기판(12)은 550 nm의 기준 파장에서 고 가시 광선 투과율을 가질 수 있다. "고 가시 광선 투과율"은 550 nm에서 가시 광선 투과율이 85 % 이상, 예컨대 87 % 이상, 예컨대 90 % 이상, 예컨대 91 % 이상, 예컨대 92 % 이상인 것을 의미한다.
본 발명의 실시에서, 하부코팅(16)은 2개 이상의 코팅 층들을 갖는 다층 코팅이다. 제 1 층(18)은 기판(12)과 상에 위치하는(overlying) 코팅 층들 사이의 장벽을 제공할 수 있다. 제 1 층(18)은 50 nm 미만, 예컨대 40 nm 미만, 예컨대 30 nm 미만, 예컨대 25 nm 미만, 예컨대 20 nm 미만, 예컨대 15 nm 미만, 예컨대 5 nm 내지 25 nm, 예컨대 5 nm 내지 15 nm의 두께를 갖는 연속형 층이다.
제 1 층(18)은 바람직하게는 비도핑된 금속 산화물 층이다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 층(18)은 비도핑된 주석 산화물의 연속형 층을 포함한다.
제 2 층(20)은 주석, 규소 및 인의 산화물을 포함한다. 상기 산화물은 임의의 목적 양으로 존재할 수 있다. 산화물들의 상대적 분율은 임의의 목적 양으로, 예컨대 0.1 중량% 내지 99.9 중량%의 주석 산화물, 99.9 중량% 내지 0.1 중량%의 실리카, 및 0.1 중량% 내지 99.9 중량%의 인 산화물로 존재할 수 있다. 하나의 예시적 제 2 층(20)은 주석, 실리콘, 및 인의 산화물을 포함하고, 이때 주석은 5 원자% 내지 30 원자%, 예컨대 10 원자% 내지 20 원자%, 예컨대 10 원자% 내지 15 원자%, 예컨대 12 원자% 내지 15 원자%, 예컨대 14 원자% 내지 15 원자%, 예컨대 14.5 원자%로 존재한다. 규소는 40 원자% 내지 70 원자%, 예컨대 45 원자% 내지 70 원자%, 예컨대 45 원자% 내지 65 원자%, 예컨대 50 원자% 내지 65 원자%, 예컨대 50 원자% 내지 60 원자%, 예컨대 55 원자% 내지 60 원자%, 예컨대 57 원자%로 존재한다. 인은 15 원자% 내지 40 원자%, 예컨대 20 원자% 내지 35 원자%, 예컨대 20 원자% 내지 30 원자%, 예컨대 25 원자% 내지 30 원자%, 예컨대 28.5 원자%로 존재한다.
제 2 층(20)은 임의의 목적 두께가 예컨대 10 nm 내지 100 nm, 예컨대 10 nm 내지 80 nm, 예컨대 10 nm 내지 60 nm, 예컨대 10 nm 내지 40 nm, 예컨대 20 nm 내지 40 nm, 예컨대 20 nm 내지 35 nm, 예컨대 20 nm 내지 30 nm, 예컨대 25 nm일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 2 층(20)은 40 nm 미만, 예컨대 37 nm 미만, 예컨대 35 nm 미만, 예컨대 30 nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
제 2 층(20)은 (x-선 형광법으로 측정시) [Sn]을 1 μg/cm2 내지 2 μg/cm2, 예컨대 1.2 내지 2 μg/cm2, 예컨대 1.5 내지 2 μg/cm2, 예컨대 1.8 μg/cm2 범위로 포함할 수 있다. 제 2 층은 (x-선 형광법으로 측정시) [P]를 2 μg/cm2 내지 2.5 μg/cm2, 예컨대 2.1 내지 2.5 μg/cm2, 예컨대 2.2 내지 2.4 μg/cm2, 예컨대 2.31 μg/cm2의 범위로 포함할 수 있다.
TCO 층(22)은 하나 이상의 전도성 산화물 층, 예컨대 도핑된 산화물 층을 포함한다. 예를 들어, TCO 층(22)은 하나 이상의 산화물 물질, 예컨대 Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si 또는 In, 또는 이들 물질의 둘 이상의 합금, 예컨대 아연 스타네이트 중 하나 이상의 산화물을 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, TCO 층(22)은 하나 이상의 도펀트(dopant) 물질, 예컨대 F, In, Al, P 및/또는 Sb를 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 비제한적인 하나의 실시양태에서, TCO 층(22)은 불소가 코팅의 총 중량을 기준으로 20 중량% 미만, 예컨대 15 중량% 미만, 예컨대 13 중량% 미만, 예컨대 10 중량% 미만, 예컨대 5 중량% 미만, 예컨대 4 중량% 미만, 예컨대 2 중량% 미만, 예컨대 1 중량% 미만의 양으로 존재하는, 불소 도핑된 주석 산화물 코팅이다. TCO 층(22)은 비정질, 결정질 또는 적어도 부분적으로 결정질일 수 있다.
TCO 층(22)은 두께가 200 nm 초과, 예컨대 250 nm 초과, 예컨대 350 nm 초과, 예컨대 380 nm 초과, 예컨대 400 nm 초과, 예컨대 420 nm 초과, 예컨대 470 nm 초과, 예컨대 500 nm 초과, 예컨대 600 nm 초과일 수 있다. 비제한적인 하나의 실시양태에서, TCO 층(22)은 불소 도핑된 주석 산화물을 포함하고, 상기한 바와 같은 두께, 예컨대 350 nm 내지 1000 nm, 예컨대 400 nm 내지 800 nm, 예컨대 500 nm 내지 700 nm, 예컨대 600 nm 내지 700 nm, 예컨대 650 nm의 범위의 두께를 갖는다.
TCO 층(22)은 15 Ω/□ 미만, 예컨대 14 Ω/□ 미만, 예컨대 13.5 Ω/□ 미만, 예컨대 13 Ω/□ 미만, 예컨대 12 Ω/□ 미만, 예컨대 11 Ω/□ 미만, 예컨대 10 Ω/□ 미만의 쉬트 저항을 가질 수 있다.
TCO 층(22)은 5 mm 내지 60 nm, 예컨대 5 nm 내지 40 nm, 예컨대 5 nm 내지 30 nm, 예컨대 10 nm 내지 30 nm, 예컨대 10 nm 내지 20 nm, 예컨대 10 nm 내지 15 nm, 예컨대 11 nm 내지 15 nm의 범위의 표면 조도(RMS)를 가질 수 있다. 하부코팅(16)의 표면 조도는 TCO 층(22)의 표면 조도보다 낮을 것이다.
비정질 규소 층(26)은 200 nm 내지 1,000 nm, 예컨대 200 nm 내지 800 nm, 예컨대 300 nm 내지 500 nm, 예컨대 300 nm 내지 400 nm, 예컨대 350 nm의 범위의 두께를 가질 수 있다.
금속 함유 층(26)은 금속성이거나 하나 이상의 금속 산화물 물질을 포함할 수 있다. 적절한 금속 산화물 물질의 예로는 Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si 또는 In, 또는 이들 물질의 둘 이상의 합금, 예컨대 아연 스타네이트 중 하나 이상의 산화물이 포함되지만, 이들로 한정되지는 않는다. 금속 함유 층(26)은 50 nm 내지 500 nm, 예컨대 50 nm 내지 300 nm, 예컨대 50 nm 내지 200 nm, 예컨대 100 nm 내지 200 nm, 예컨대 150 nm의 범위의 두께를 가질 수 있다.
코팅 층들, 예를 들면 하부코팅(16), TCO 층(22), 비정질 규소 층(24), 및 금속 층(26)은 임의의 통상적인 방법, 비제한적으로 예를 들면 분무 열 분해, 화학 기상 증착(CVD), 또는 전자관 스퍼터링된 진공 증착(MSVD)에 의해 기판(12)의 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 상기 층들은 모두 동일한 방법에 의해 형성될 수 있거나, 상이한 층들은 상이한 방법들에 의해 형성될 수 있다. 분무 열 분해법에서, 하나 이상의 산화물 전구체 물질, 예컨대 티타니아 및/또는 실리카 및/또는 알루미나 및/또는 인 산화물 및/또는 지르코니아에 대한 전구체 물질을 갖는 유기 또는 금속 함유 전구체 조성물은 현탁액, 예컨대 수성 또는 비수성 용액으로 담지되고, 상기 기판이 전구체 조성물을 분해하고 기판 상에 코팅을 형성하기에 충분히 고온인 때 기판의 표면을 향해 배향된다. 조성물은 하나 이상의 도펀트 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 바람직한 실시양태에서, 하부층의 제 1 층용 조성물은 의도적으로 도판트를 포함하지 않는다. CVD 법에서, 전구체 조성물은 운반 가스, 예컨대 질소 가스로 담지되고, 가열된 기판을 향해 배향된다. MSVD 법에서, 하나 이상의 금속 함유 캐쏘드 표적은 불활성 또는 산소 함유 대기에서 감압하에 스퍼터링되어 기판 상에 스퍼터 코팅을 증착시킨다. 기판은 코팅 동안 또는 그 후에 가열되어 스퍼터링된 코팅을 결정화하여 상기 코팅을 형성할 수 있다.
본 발명의 비제한적인 한 실시에서, 하나 이상의 CVD 코팅 장치를 통상적인 플로트 유리 리본 제조 공정에서 하나 이상의 위치에서 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 플로트 유리 리본이 주석 배스를 통해 이동할 때, 주석 배스를 나온 후, 어닐링 레어(lehr)에 들어가기 전, 어닐링 레어를 통해 이동할 때, 또는 어닐링 레어를 나온 후, CVD 코팅 장치를 이용할 수 있다. CVD 법은 플로트 유리 리본을 제조하는 것과 관련된 극한 환경을 견디는 이동형 플로트 유리 리본을 코팅할 수 있기 때문에, CVD 법은 특히 용융 주석 배스에서 플로트 유리 리본 상에 코팅을 증착시키는데 매우 적절하다.
비제한적인 하나의 실시양태에서, 하나 이상의 화학 기상 증착 코터를 용융 주석 풀 위의 주석 배스에 위치시킬 수 있다. 플로트 유리 리본이 주석 배스를 통해 이동할 때, 증발된 전구체 조성물을 운반 가스에 첨가하고 리본의 최상의 표면 상으로 배향될 수 있다. 전구체 조성물이 분해하여 리본 상에 코팅을 형성한다. 코팅 조성물은 리본의 온도가 1300 ℉(704 ℃) 미만, 예컨대 1250 ℉(677 ℃) 미만, 예컨대 1200 ℉(649 ℃) 미만, 예컨대 1190 ℉(643 ℃) 미만, 예컨대 1150 ℉(621 ℃) 미만, 예컨대 1130 ℉(610℃) 미만, 예컨대 1190 ℉ 내지 1200 ℉(643 ℃ 내지 649 ℃)의 범위인 위치에서 리본 상에 증착될 수 있다. 이는 증착 온도가 낮을수록 생성된 쉬트 저항이 더 낮을 것이기 때문에 감소된 쉬트 저항을 갖는 TCO 층(22)(예컨대, 불소 도핑된 주석 산화물)을 증착시키는데 특히 유용하다.
실리카 전구체의 비제한적인 한 예로는 테트라에틸오쏘실리케이트(TEOS)가 있다. 인 산화물 전구체의 예로는 트라이에틸 포스파이트 및 트라이에틸 포스페이트가 포함되지만, 이로 한정되지는 않는다. 주석 산화물 전구체의 예로는 모노부틸주석트라이클로라이드(MBTC)를 포함한다.
본 발명의 특징부를 통합한 코팅된 기판(12)이 도 2에 도시된다. 기판(12)은 상기 기재된 바와 같다. 주석 산화물의 연속형 제 1 층(18)은 기판(12)의 주 표면(14)의 적어도 일부 상에 형성된다. 주석 산화물, 규소 산화물, 및 인 산화물의 제 2 층(20)은 제 1 층(18)의 적어도 일부 상에 형성된다. 특정 코팅 조건 하에 돌출부(30)가 제 2 층(20)의 상부 표면 상에 형성되는 것이 밝혀졌다. 예컨대, 이런 돌출부(30)는, 제 2 층(20)이 40nm 미만의 두께, 예컨대 39 nm 미만, 예컨대 38 nm 미만, 예컨대 37 nm 미만, 예컨대 35 nm 미만, 예컨대 30 nm 미만의 두께이고/이거나, 30 중량% 미만, 예컨대 25 중량% 미만, 예컨대 20 중량% 미만, 예컨대 15 중량% 미만의 주석 산화물 조성물을 갖는 경우에 형성될 수 있다. 이런 돌출부(30)는 인이 풍부한 것으로 보이고, 전도성 산화물(22)의 비균일한 결정 성장에 대한 핵형성 부위를 제공한다. 도 2에서, 전도성 산화물 층(22)의 결정(32)이 개략적으로 도시되어 있다(축척되지 않음). 제 2 층(20)의 비교적 평탄한 상부 표면 상에, 결정(32)은 일반적으로 일정한 방향으로 위치하고, 즉 상향으로(upwardly) 연장되고 일반적으로 제 2 층(20)의 상부 표면의 평탄 부분에 수직으로 존재한다. 그러나, 돌출부(30)의 비평탄, 예컨대 곡선형 표면 상에서, 결정 배향은 보다 불규칙적이고, 즉 덜 일정하며, 이는 증가된 헤이즈를 일으킨다.
당해 기술분야의 숙련가는 상기에서 개시된 개념으로부터 벗어나지 않고도 본 발명을 변경할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본원에서 상세하게 기술된 특정 실시양태는 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범위에는 첨부된 청구범위 전체 및 이들의 임의의 및 모든 균등물이 포함된다.
Claims (20)
- 기판;
상기 기판의 적어도 일부 상에 형성된 하부코팅(undercoating); 및
상기 하부코팅의 적어도 일부 상에 형성된 투명 전도성 코팅
을 포함하는 태양 전지로서, 이때
상기 하부코팅은
주석 산화물을 포함하는 연속형 제 1 층; 및
Sn, P, 및 Si의 산화물을 포함하는 제 2 층
을 포함하고,
상기 제 2 층은 상부 표면 상에 돌출부(protrusion)를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 전도성 코팅의 불균일한 결정 성장을 일으키고,
상기 제 2 층은 50 내지 60 원자% 규소, 12 내지 16 원자% 주석, 및 25 내지 30 원자% 인을 포함하는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판이 유리인, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층이 비도핑된 주석 산화물의 연속형 층으로 이루어진, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층이 10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는, 태양 전지. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 층이 40 nm 미만의 두께를 갖는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명 전도성 코팅이 불소 도핑된 주석 산화물을 포함하는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판이 유리이고, 제 1 층이 10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는 비도핑된 주석 산화물의 연속형 층을 포함하고, 제 2 층이 37 nm 이하의 두께를 갖는, 실리카, 주석 산화물, 및 인 산화물의 혼합물을 포함하고, 제 2 층이 20 중량% 이하의 주석 산화물을 포함하는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명 전도성 코팅이 500 nm 내지 700 nm 범위의 두께를 갖는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명 전도성 코팅이 10 Ω/□ 미만의 쉬트 저항을 갖는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 투명 전도성 코팅이 10 nm 내지 15 nm 범위의 표면 조도(surface roughness)를 갖는, 태양 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부코팅이 상기 투명 전도성 코팅의 표면 조도보다 낮은 표면 조도를 갖는, 태양 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 층이 10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는, 태양 전지. - 삭제
- 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 층이 40 nm 미만의 두께를 갖는, 태양 전지. - 제 15 항에 있어서,
상기 투명 전도성 코팅이 불소 도핑된 주석 산화물을 포함하는, 태양 전지. - 제 3 항에 있어서,
상기 기판이 유리이고, 제 1 층이 10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는 비도핑된 주석 산화물의 연속형 층을 포함하고, 제 2 층이 37 nm 이하의 두께를 갖는, 실리카, 주석 산화물, 및 인 산화물의 혼합물을 포함하고, 제 2 층이 20 중량% 이하의 주석 산화물을 포함하는, 태양 전지. - 제 16 항에 있어서,
상기 투명 전도성 코팅이 500 nm 내지 700 nm 범위의 두께 및 10 Ω/□ 미만의 쉬트 저항을 갖는, 태양 전지. - 제 18 항에 있어서,
상기 하부코팅이 상기 투명 전도성 코팅의 표면 조도보다 낮은 표면 조도를 갖는, 태양 전지. - 유리 기판;
상기 기판의 적어도 일부 상에 형성된 하부코팅; 및
상기 하부코팅의 적어도 일부 상에 형성된, 불소 도핑된 주석 산화물을 포함하는 투명 전도성 코팅
을 포함하는, 코팅된 물품으로서, 이때
상기 하부코팅은
10 nm 내지 25 nm 범위의 두께를 갖는 비도핑된 주석 산화물로 이루어진 연속형 제 1 층; 및
Sn, P, 및 Si의 산화물을 포함하며, 50 내지 60 원자% 규소, 12 내지 16 원자% 주석, 및 25 내지 30 원자% 인을 포함하는 제 2 층
을 포함하고,
상기 제 2 층은 상부 표면 상에 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부는 상기 전도성 코팅의 불균일한 결정 성장을 일으키는, 코팅된 물품.
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