KR101770267B1 - 박막 태양전지 모듈 - Google Patents

박막 태양전지 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101770267B1
KR101770267B1 KR1020110100538A KR20110100538A KR101770267B1 KR 101770267 B1 KR101770267 B1 KR 101770267B1 KR 1020110100538 A KR1020110100538 A KR 1020110100538A KR 20110100538 A KR20110100538 A KR 20110100538A KR 101770267 B1 KR101770267 B1 KR 101770267B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
photoelectric conversion
germanium
semiconductor layer
content
Prior art date
Application number
KR1020110100538A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130036454A (ko
Inventor
황선태
유동주
이성은
이승윤
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020110100538A priority Critical patent/KR101770267B1/ko
Priority to US13/556,838 priority patent/US8981203B2/en
Priority to EP12005570.2A priority patent/EP2579334A3/en
Priority to EP15002834.8A priority patent/EP2993702A3/en
Publication of KR20130036454A publication Critical patent/KR20130036454A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101770267B1 publication Critical patent/KR101770267B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0376—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors
    • H01L31/03762—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L31/03765—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic System including AIVBIV compounds or alloys, e.g. SiGe, SiC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/065—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the graded gap type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
    • H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L31/204—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic System including AIVBIV alloys, e.g. SiGe, SiC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 박막 태양전지 모듈에 관한 발명이다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 기판; 기판의 중앙 영역에 위치하며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하는 적어도 하나의 제 1 셀; 및 기판의 가장자리 영역에 위치하며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하는 적어도 하나의 제 2 셀;을 포함하고, 제 1 셀과 제 2 셀은 각각 서로 동일한 개수의 광전 변환부를 포함하며, 서로 동일한 층에 위치하는 제 1 셀 및 제 2 셀의 광전 변환부에서 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량보다 높다.

Description

박막 태양전지 모듈{THIN FILM SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목 받고 있다.
실리콘 웨이퍼 등을 이용하는 단결정 벌크 실리콘은 현재 상용화 되고 있지만 제조 단가가 높아 적극적인 활용이 이루어지지 못하는 상황이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 근래에는 박막 태양전지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 비정질 실리콘(a-Si:H)을 이용한 박막 태양전지는 대면적 태양전지 모듈을 저가로 제작할 수 있는 기술로서 많은 관심을 끌고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 효율이 향상된 박막 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 기판; 기판의 중앙 영역에 위치하며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하는 적어도 하나의 제 1 셀; 및 기판의 가장자리 영역에 위치하며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하는 적어도 하나의 제 2 셀;을 포함하고, 제 1 셀과 제 2 셀은 각각 서로 동일한 개수의 광전 변환부를 포함하며, 서로 동일한 층에 위치하는 제 1 셀 및 제 2 셀의 광전 변환부에서 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량보다 높다.
여기서, 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량과 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이는 1% ~ 20%일 수 있다.
또한, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀로부터 제 2 셀로 진행할수록 증가할 수 있다.
즉, 서로 동일한 층에 위치하는 제 1 셀 및 제 2 셀의 광전 변환부에 포함되는 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 상기 기판 중앙 영역에서부터 상기 기판 가장자리 영역으로 방사형 방향으로 진행할수록 단계적 또는 점진적으로 증가할 수 있다.
이에 따라, 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀의 길이 방향을 따라 변할 수 있다. 구체적으로, 제 1 셀의 양쪽 끝단에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀의 중앙 부위에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량보다 많을 수 있다.
일례로, 제 1 셀의 길이 방향을 따라 제 1 셀의 중앙 부위에서 양쪽 끝단으로 갈수록 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 단계적 또는 점진적으로 증가할 수 있다.
아울러, 제 1 셀의 광전 변환부에서 양쪽 끝단 영역과 제2 셀의 광전 변환부의 일부 영역은 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 서로 동일할 수 있다.
또한, 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 2 셀의 길이 방향을 따라 변할 수 있다. 구체적으로 제 2 셀의 양쪽 끝단에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 2 셀의 중앙 부위에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량보다 많을 수 있다.
일례로, 제 2 셀의 길이방향을 따라 제 2 셀의 중앙 부위에서 양쪽 끝단으로 갈수록 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 단계적 또는 점진적으로 증가할 수 있다.
또한, 제 2 셀의 광전 변환부의 중앙 영역과 제1 셀의 광전 변환부의 양쪽 끝단 영역은 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 서로 동일할 수 있다.
또한, 제 1 셀의 광전 변환부와 제 2 셀의 광전 변환부는 p형 반도체층, i형(진성) 반도체층, 및 n형 반도체층을 각각 포함하며, 제 2 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량은 제 1 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량보다 많을 수 있다.
여기서, 제 2 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량과 제 1 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이는 1% ~ 20%일 수 있다.
또한, 제 1 셀 및 제 2 셀의 광전 변환부에 포함된 i형 반도체층에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 p형 반도체층에 접하는 제 1 접합면 및 n형 반도체층에 접하는 제 2 접합면으로부터 제 1 접합면 및 제 2 접합면 사이의 내부로 진행할수록 점진적으로 증가할 수 있다.
또한, 서로 동일한 층에 위치하는 제 1 셀의 광전 변환부와 제 2 셀의 광전 변환부의 각각의 진성 반도체층은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 또는 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe)을 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 기판의 중앙 영역에 위치하는 복수의 제 1 셀의 광전 변환부에 비해 기판의 가장자리 영역에 위치하는 복수의 제 2 셀의 광전 변환부에 함유되는 게르마늄 물질의 함유량을 높여, 제 2 셀의 단락 전류가 하락하더라도 전체 태양 전지 모듈의 효율이 감소하는 것을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 태양 전지의 광전 변환부에 포함된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량에 따른 에너지 밴드갭의 변화를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈을 구현하기 위한 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 광전 변환부(PV) 내에서의 게르마늄 물질의 함유량을 설명하기 위한 일례로 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ라인에 따른 태양 전지의 측면을 일례로 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5b는 도 1 및 도 3에 도시된 본 발명의 효과에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 6 내지 도 8은 도 1 및 도 3과 같이 태양 전지 모듈을 단일 접합 모듈로 실제 구현한 경우 에너지 밴드갭과 게르마늄 물질의 함유량 및 광반응도(EQE)를 측정한 일례이다.
도 9는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈이 이중접합(Double Junction) 태양전지 혹은 p-i-n-p-i-n 구조를 포함하는 경우의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 10은 도 9와 같은 이중 접합 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈에서 중앙 영역 일부에 위치하는 이중 접합 태양 전지와 가장자리 영역의 일부에 위치하는 태양 전지를 구폰 셀(Coupon Cee)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정한 일례이다.
도 11는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈이 삼중접합(Triple Junction) 태양전지 혹은 p-i-n-p-i-n-p-i-n 구조를 포함하는 경우의 일례를 설명하기 위한 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지 모듈에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈(10)은 기판(100)과 기판(100)의 상부에 배치되는 복수의 박막 태양전지를 포함한다.
기판(100)은 중앙 영역(A1) 및 중앙 영역(A1)의 가장자리에 위치하는 가장자리 영역(A2)을 포함하고, 복수의 박막 태양전지(200)는 중앙 영역(A1)과 가장자리 영역(A2)에 각각 위치한다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 중앙 영역(A1)에 위치하는 적어도 하나의 박막 태양전지는 제 1 셀(C1)이라 하고, 가장자리 영역(A2)에 위치하는 적어도 하나의 박막 태양전지는 제 2 셀(C2)이라 한다.
대면적의 박막 태양전지 모듈은 통상 1.1×1.3 ㎡, 1.1×1.4 ㎡, 2.2×2.6㎡의 크기로 시장에서 유통되고 있으며, 1.1×1.3 ㎡ 및 1.1×1.4 ㎡의 박막 태양전지 모듈은 100개 이상의 셀(cell)을 포함한다.
본 발명은 제1 셀(C1)과 제2 셀(C2)의 특성을 제어하여 대면적 모듈의 효율을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명을 설명함에 있어서 제2 셀(C2)은 기판(100)의 가장자리 영역(A2)에서 위치하는 최외곽셀로부터 적어도 하나 이상의 셀로 정의하고, 제1 셀(C1)은 가장자리 영역(A2) 사이의 중앙 영역(A1)에 위치한 셀 중에서 적어도 하나 이상의 셀로 정의한다. 따라서, 제1 셀(C1)은 제2 셀(C2)을 제외한 나머지 전체 셀일 수 있다.
이와 같은 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)은 각각 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하며, 동일한 태양 전지 모듈에 형성된 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)은 각각 서로 동일한 개수의 광전 변환부를 포함하게 된다.
예를 들어, 박막 태양 전지 모듈이 단일 접합 모듈인 경우, 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 하나이며, 박막 태양 전지 모듈이 이중 접합 모듈인 경우, 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 두 개이며, 박막 태양 전지 모듈이 삼중 접합 모듈인 경우, 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 세 개가 된다. 이와 같은 제 1 셀(C1) 및 제 2 셀(C2)에 대한 상세 구조는 후술한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는다.
즉, 도 1에서, Eg1, Eg2, Eg3, Eg4는 태양 전지 모듈에서 각 셀에 포함되고 서로 동일한 층의 광전 변환부의 에너지 밴드갭의 값을 표시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 각 셀의 동일한 층의 광전 변환부에서 에너지 밴드갭의 값은 광전 변환부의 중앙 영역(A1)에서 광전 변환부의 가장자리 영역(A2)로 방사형으로 진행될수록 점진적으로 감소하여, Eg1>Eg2>Eg3>Eg4와 같이 된다.
이와 같이 함으로써, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖게 된다.
여기서, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부의 의미는 다음과 같다.
태양 전지 모듈이 단일 접합 모듈인 경우 단일층의 광전 변환부를 의미하고, 태양 전지 모듈이 이중 접합 모듈인 경우, 광전 변환부가 상부 광전 변환부와 하부 광전 변환부를 갖게 된다. 이때, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부라함은 서로 동일한 층인 제 1 셀(C1)의 상부 광전 변환부와 제 2 셀(C2)의 상부 광전 변환부를 의미하거나, 서로 동일한 층인 제 1 셀(C1)의 하부 광전 변환부와 제 2 셀(C2)의 하부 광전 변환부를 의미하게 된다.
또한, 태양 전지 모듈이 삼중 접합 모듈인 경우, 각 셀의 광전 변환부는 3개의 층을 가지게 된다. 이때, 예를 들어 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부는 서로 동일한 층인 제 1 셀(C1)의 중간 광전 변환부와 제 2 셀(C2)의 중간 광전 변환부를 의미하거나, 서로 동일한 층인 제 1 셀(C1)의 하부 광전 변환부와 제 2 셀(C2)의 하부 광전 변환부를 의미하게 된다.
이와 같이 태양 전지 모듈의 기판(100) 가장자리 영역(A2)에 위치한 제 2 셀(C2)의 광전 변환부가 태양 전지 모듈의 기판(100) 중앙 영역(A1)에 위치한 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖도록 하는 것은 상대적으로 오염 가능성이 높고, 태양 전지 모듈의 출력단인 기판(100) 가장자리 영역(A2)에 위치한 제 2 셀(C2)의 단락 전류(Isc) 하락으로 인하여 태양 전지 모듈의 전체 효율이 저하되는 것을 방지하기 위함이다. 이에 대해서는 도 5a 및 도 5b에서 보다 상세하게 설명한다.
또한, 아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 각 셀의 동일한 층의 광전 변환부에서 에너지 밴드갭이 광전 변환부의 중앙 영역(A1)에서 광전 변환부의 가장자리 영역(A2)으로 방사형 방향으로 진행될수록 Eg1>Eg2>Eg3>Eg4와 같이 단계적 또는 점진적으로 감소하도록 하여, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서의 에너지 밴드갭이 제 1 셀(C1)로부터 제 2 셀(C2)로 진행할수록 점진적으로 낮아지도록 할 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제 1 셀(C1)의 중앙 부위에서 제 1 셀(C1)의 양끝단으로 진행할수록 제 1 셀(C1)에 포함되는 광전 변환부의 에너지 밴드갭이 점진적으로 낮아지도록 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 셀(C1)과 같이 제 1 셀(C1)의 중앙 부위는 광전 변환부의 에너지 밴드갭은 Eg1을 가지고, 제 1 셀(C1)의 양끝단으로 진행할수록 광전 변환부의 에너지 밴드갭은 점진적으로 Eg2에서 Eg3로 하강할 수도 있다.
이와 같이 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함된 광전 변환부의 에너지 밴드갭은 일례로 광전 변환부에 포함된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량을 제어하여 조절될 수 있다.
도 2는 태양 전지의 광전 변환부에 포함된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량에 따른 에너지 밴드갭의 변화를 설명하기 위한 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전지의 광전 변환부에 포함된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 34at%에서 39at%로 그리고 44at%로 증가함에 따라 에너지 밴드갭(Eg)는 점진적으로 감소하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 게르마늄(Ge) 물질의 함유량과 에너지 밴드갭(Eg) 사이의 관계를 이용하여, 도 1에 도시된 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함된 광전 변환부의 에너지 밴드갭을 조절할 수 있다.
따라서, 이와 같은 성질을 이용하여 도 1에 도시된 태양 전지 모듈을 형성할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈을 구현하기 위한 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 게르마늄(Ge) 물질의 함유량 차이를 이용하여 도 1에 도시된 태양 전지 모듈을 형성할 수 있다.
그러나, 도 3과 다르게, 게르마늄(Ge) 물질이 아니라 다른 물질을 이용하여 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되고 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖도록 하는 것도 가능하다.
이하에서는 앞선 도 2에서 설명한 바와 같이, 게르마늄(Ge) 물질의 함유량과 에너지 밴드갭(Eg)은 서로 반비례하는 관계를 이용하여 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖도록 하는 일례에 대해서 설명한다.
보다 구체적으로, 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되고 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖도록하기 위하여, 도 3과 같이, Ge1<Ge4와 같은 함유량을 갖도록 하여 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서 제 2 셀(C2)의 광전 변환부는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부보다 많은 게르마늄(Ge) 물질을 함유하도록 할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되고 동일한 층의 광전 변환부에 포함되는 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 태양 전지 모듈의 기판(100) 중앙 영역(A1)에서부터 태양 전지 모듈의 기판(100) 가장자리 영역(A2)으로 방사형 방향으로 진행할수록 Ge1<Ge2<Ge3<Ge4와 같은 함유량을 가지도록 형성하여, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 기판(100)의 중앙부위에 위치한 제 1 셀(C1)로부터 기판(100)의 가장 자리에 위치한 제 2 셀(C2)로 진행할수록 단계적 또는 점진적으로 많아지도록 할 수 있다.
이에 따라, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서의 에너지 밴드갭은 제 1 셀(C1)로부터 제 2 셀(C2)로 진행할수록 점진적으로 낮아지도록 할 수 있다.
여기서, 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀(C1) 및 제 2 셀(C2)의 광전 변환부가 함유하는 게르마늄(Ge) 물질의 평균 함유량을 의미한다.
여기서, 제 2 셀(C2)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량과 제 1 셀(C1)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이는 1% ~ 20%일 수 있다.
예를 들어, 제 1 셀(C1)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량이 30at%인 경우, 제 2 셀(C2)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량은 최대 50at%이내일 수 있다.
따라서, 도 3에서 Ge1 영역에서 게르마늄 물질의 평균 함유량이 30at%, Ge4 영역에서 게르마늄 물질의 평균 함유량이 50at%일 수 있으며, Ge2, Ge3, 및 Ge4 영역에서 게르마늄 물질의 평균 함유량은 30at%보다 많고 50at%보다 작을 수 있다.
이와 같이, 제 2 셀(C2)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량과 제 1 셀(C1)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이가 1% ~ 20%이내가 되도록 하는 것은 태양 전지 모듈의 효율을 최적화하기 위함이다. 이에 대해서는 도 5a 내지 도 5b에서 구체적으로 설명한다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제 1 셀(C1)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 1 셀(C1)의 길이 방향을 따라 변할 수 있다. 즉 도시된 바와 같이, 제 1 셀(C1)의 중앙 부위에서 제 1 셀(C1)의 양쪽 끝단으로 진행할수록 제 1 셀(C1)에 포함되는 광전 변환부의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 단계적 또는 점진적으로 많아지도록 하여 제 1 셀(C1)의 중앙 부위에서 제 1 셀(C1)의 양끝단으로 진행할수록 제 1 셀(C1)에 포함되는 광전 변환부의 에너지 밴드갭은 점진적으로 낮아지도록 할 수 있다.
아울러, 도시된 바와 같이, 제 1 셀(C1)의 광전 변환부에서 양쪽 끝단 영역과 제2 셀(C2)의 광전 변환부의 일부 영역, 즉 제2 셀(C2)의 광전 변환부의 중앙 영역은 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 서로 동일할 수 있다.
또한, 제 2 셀(C2)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 2 셀(C2)의 길이 방향을 따라 변할 수 있다. 구체적으로 제 2 셀(C2)의 양쪽 끝단에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 제 2 셀(C2)의 중앙 부위에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량보다 많을 수 있다.
일례로, 제 2 셀(C2)의 길이 방향을 따라 제 2 셀(C2)의 중앙 부위에서 양쪽 끝단으로 갈수록 제 2 셀(C2)의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 단계적 또는 점진적으로 증가할 수 있다.
여기의 도 3에서는 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되고 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부를 평면에서 보았을 때에, 태양 전지 모듈의 기판(100) 중앙 영역(A1)에서부터 태양 전지 모듈의 기판(100) 가장자리 영역(A2)으로 진행할수록 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 점진적으로 많아지는 경우만을 일례로 설명하였다.
이하에서는, 태양 전지 모듈의 각 셀을 측면에서 보았을 때에 광전 변환부 내에서의 게르마늄 물질의 함유량에 대해 설명한다.
도 4는 광전 변환부(PV) 내에서의 게르마늄 물질의 함유량을 설명하기 위한 일례로 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ라인에 따른 태양 전지의 측면을 일례로 도시한 것이다.
도 4에서 (a)는 태양 전지의 측면 구조의 일례로 단일 접합 태양 전지를 도시한 것이고, (b)는 광전 변환부(PV) 내에서의 게르마늄 물질의 함유량을 일례로 도시한 것이다.
도 4의 (a)는 도 3에서 제 1 셀(C1)에 해당하는 태양 전지의 측면을 도시한 것이나, 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되는 광전 변환부(PV)의 개수는 모두 동일하므로, 도 3에서 제 2 셀(C2)도 도 4의 (a)와 같은 태양 전지 구조를 가지게 된다. 따라서, 제 2 셀(C2)에 대해서는 게르마늄 물질의 함유량에 대해서만 설명하고 이외의 태양 전지 구조에 대한 설명은 생략한다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 광전 변환부(PV) 내에서의 게르마늄 물질의 함유량을 설명하기에 앞서 먼저 도 4의 (a)에 도시된 태양 전지의 구조 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양 전지의 일례는 기판(100), 제 1 전극(110), 광전변환부(PV), 및 후면 반사층(130)과 제 2 전극(140)을 구비한다.
이와 같은, 도 4의 (a)에서는 광전변환부(PV)의 구조가 기판(100) 쪽으로부터 p-i-n 구조로 되는 것을 일례로 설명하고 있으나, 광전변환부(PV)의 구조가 기판(100) 쪽으로부터 n-i-p 구조로 되는 것도 가능하다. 그러나, 이하에서는 설명의 편의상 광전변환부(PV)의 구조가 기판(100) 쪽으로부터 p-i-n 구조로 되는 것을 일례로 설명한다.
여기서, 기판(100)은 공정 과정 중에 다른 기능성층들이 배치되도록 지지하는 기본 베이스층으로서 기능한다. 아울러, 기판(100)은 입사되는 광(Light)이 광전변환부(PV)에 보다 효과적으로 도달하도록 하기 위해 실질적으로 투명한 비전도성 재질, 예컨대 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(110)은 기판(100)의 상부에 배치되고, 입사되는 광의 투과율을 높이기 위해 실질적으로 광투과성의 전도성 물질을 함유한다. 이러한 제 1 전극(110)은 광전변환부(PV)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 전극(110)은 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 정공을 수집하여 출력할 수 있다.
아울러, 제 1 전극(110)의 상부 표면에는 복수 개의 요철이 형성될 수 있다. 즉, 제 1 전극(110)은 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비하고 있다.
이와 같이, 제 1 전극(110)의 표면을 텍스처링하게 되면, 입사되는 광의 반사를 저감시키고, 광전 변환부(PV)에서의 광의 흡수율을 높일 수 있어서 태양전지의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
아울러, 도 4의 (a)에서와 같이 제 1 전극(110)의 상부 표면뿐만 아니라 광전변환부(PV)에 요철을 형성하여 외부로부터 입사된 빛의 반사율을 최소가 되도록 하고, 흡수율을 극대화 할 수 있다.
이와 같은 제 1 전극(110)은 알루미늄 아연 산화물(ZnOx:Al) 또는 붕소 아연 산화물(ZnOx:B) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
다음, 제 2 전극(140)은 제 1 전극(110)의 상부에 이격되어 광전 변환부(PV) 상부에 배치되며, 광전변환부(PV)가 발생시킨 전력의 회수 효율을 높이기 위해 전기 전도성이 우수한 금속 재질을 포함할 수 있다. 아울러, 제 2 전극(140)은 광전변환부(PV)와 전기적으로 연결되어 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 전자를 수집하여 출력할 수 있다.
이와 같은 제 2 전극(140)은 제 1 전극(110)과 전기 전도성이 양호한 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 금속층으로 형성될 수도 있다.
여기서, 광전변환부(PV)는 제 1 전극(110)과 후면 반사층(130)의 사이에 배치되어 외부로부터 기판(100)의 입사면을 통하여 입사되는 광을 전기로 변환하는 기능을 한다.
이와 같은 광전변환부(PV)는 기판(100)의 입사면으로부터 p-i-n 구조, 즉 도시된 바와 같이 입사면으로부터 순서대로 p형 반도체층(PV-p), 진성(i형) 반도체층(PV-i), n형 반도체층(PV-n)을 포함할 수 있다. 그러나 도 4의 (a)에 도시된 바와 다르게 기판(100) 쪽으로부터 순서대로 n형 반도체층(PV-n), 진성(i형) 반도체층(PV-i), p형 반도체층(PV-p)으로 배열될 수도 있다.
여기서, p형 반도체층(PV-p)은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
i형 반도체층(PV-i)은 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수할 수 있다. 이러한 진성 반도체층(PV-i)은 입사되는 광을 흡수하여, 전자와 정공과 같은 캐리어를 생성할 수 있다.
이러한 진성 반도체층(PV-i)은 게르마늄(Ge) 물질을 포함하는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon) 재질(a-SiGe), 또는 게르마늄(Ge) 물질을 포함하는 미세 결정 실리콘(μc-SiGe) 재질을 포함할 수도 있다.
이와 같은 게르마늄(Ge) 물질은 에너지 밴드갭을 낮추어 빛의 흡수율을 향상시키며 광전 변환부(PV)의 단락 전류(Isc)를 향상시키는 효과가 있다.
여기서, 비정질 실리콘(Amorphous Silicon) 재질(a-si)은 단파장 빛을 흡수하는데 유리하고, 미세 결정 실리콘(μc-Si) 재질은 장파장 빛을 흡수하는데 유리하다.
따라서, 광전 변환부(PV)가 복수 개인 경우, 비정질 실리콘(Amorphous Silicon) 재질(a-si)은 기판(100)의 입사면과 가까운 광전 변환부(PV)에 이용될 수 있으며, 미세 결정 실리콘(μc-Si) 재질은 기판(100)의 입사면과 상대적으로 먼 광전 변환부(PV)에 이용될 수 있다.
n형 반도체층(PV-n)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함한 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
이와 같은 광전변환부(PV)는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 광전변환부(PV)의 p형 반도체층(PV-p) 및 n형 반도체층(PV-n)과 같은 도핑층은 진성 반도체층(PV-i)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성할 수 있다.
다음, 후면 반사층(130)은 광전 변환부(PV) 및 제 2 전극(140) 사이에 배치되며, 광전 변환부(PV)에서 흡수되지 않은 광을 다시 광전 변환부(PV)로 반사하는 기능을 한다.
이와 같은 후면 반사층(130)은 알루미늄 아연 산화물(ZnOx:Al) 또는 붕소 아연 산화물(ZnOx:B) 또는 실리콘 산화물(SiOx) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 후면 반사층(130)은 경우에 따라 생략될 수도 있으며, 후면 반사층(130)이 생략되는 경우, 제 2 전극(140)이 후면 반사층(130)의 기능을 대신할 수도 있다.
도 4의 (a)에 도시된 단일 접합 태양 전지에서, 게르마늄(Ge) 물질은 진성 반도체층(PV-i)에 포함될 수 있다.
따라서, 제 2 셀(C2)의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량은 제 1 셀(C1)의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량보다 많을 수 있다.
구체적으로, 제 2 셀(C2)의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량과 제 1 셀(C1)의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이는 1% ~ 20%이내일 수 있다. 이에 대해서는 도 5a 내지 도 5b에서 구체적으로 설명한다.
그러나, 제 1 셀(C1) 및 제 2 셀(C2)의 광전 변환부(PV)에 포함된 i형 반도체층에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, p형 반도체층(PV-p)에 접하는 제 1 접합면 및 n형 반도체층(PV-n)에 접하는 제 2 접합면으로부터 제 1 접합면 및 제 2 접합면 사이의 내부로 진행할수록 점진적으로 증가할 수 있다.
보다 구체적으로 제 1 접합면을 포함하는 i형 반도체층(PV-i)의 제 1 진성 영역(i1)은 제 1 접합면에서 게르마늄(Ge) 물질을 함유하지 않거나 함유하더라도 1~5at%이하로 함유할 수 있으며, 제 1 접합면으로부터 i형 반도체층(PV-i)의 내부로 진행할수록 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 증가할 수 있다.
또한, 제 2 접합면을 포함하는 i형 반도체층(PV-i)의 제 2 진성 영역(i2)도 제 2 접합면에서 게르마늄(Ge) 물질을 함유하지 않거나 함유하더라도 1~5at%이하로 함유할 수 있으며, 제 2 접합면으로부터 i형 반도체층(PV-i)의 내부로 진행할수록 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 증가할 수 있다.
이와 같이, i형 반도체층(PV-i) 중에서 p형 반도체층(PV-p)에 접하는 제 1 접합면 및 n형 반도체층(PV-n)에 접하는 제 2 접합면의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량을 낮추는 것은 p형 반도체층(PV-p)에 접하는 제 1 접합면 및 n형 반도체층(PV-n)에 접하는 제 2 접합면에서의 계면 특성을 향상시켜 i형 반도체층(PV-i) 내에서 발생한 캐리어가 재결합이나 소멸없이 보다 용이하게 이동하도록 하기 위함이다.
또한, 제 1 진성 영역(i1)과 제 2 진성 영역(i2) 사이의 제 3 진성 영역(i3)의 게르마늄(Ge) 물질을 함유량을 상대적으로 크게하는 것은 i형 반도체층 (PV-i)내에서의 에너지 밴드갭을 낮추어 장파장 빛의 흡수율을 향상시키며 광전 변환부(PV)의 단락 전류(Isc)를 향상시키기 위함이다.
이하에서는, 앞선 도 1 및 도 3에서 언급한 바와 같이, 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부(PV)에서 제 2 셀(C2)의 광전 변환부(PV)는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부(PV)보다 많은 게르마늄(Ge) 물질을 함유하도록 하여 제 2 셀(C2)의 광전 변환부(PV)는 제 1 셀(C1)의 광전 변환부(PV)보다 낮은 밴드갭 에너지을 갖도록 하는 이유에 대해서 설명한다.
도 5a 내지 도 5b는 도 1 및 도 3에 도시된 본 발명의 효과에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 5a는 도 3에 도시된 태양 전지 모듈에서 Ⅴ-Ⅴ라인에 따른 태양 전지 모듈의 단측면도를 개략적으로 도시한 도이고, 도 5b는 도 5a의 등가회로를 도시한 도이다.
도 5a에서 태양 전지 모듈의 각 셀(C1, C2)에 해당되는 구성은 이미 도 4의 (a)에서 설명한 바와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 5a와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)이 서로 직렬 연결되어 있는 구조이다.
이와 같은 복수의 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)이 서로 직렬 연결되어 있는 구조의 등가 회로는 도 5b와 같이 복수의 다이오드가 서로 직렬 연결되어 있는 구조와 동일하다.
이와 같이 태양 전지 모듈의 각 셀(C1, C2)은 서로 직렬 연결되어 각 셀 내에서 발생하는 전류는 도 5b에 도시된 바와 같이 일정한 방향성을 가지고 예를 들어 오른 쪽에서 왼쪽 방향으로 흐를 수 있다.
이와 같은 경우, 태양 전지 모듈에서 출력되는 태양 전지 모듈의 전체 전류 특성은 태양 전지 모듈에 포함되는 전체 셀 중에서 가장 낮은 셀의 전류가 전체 셀의 전류로 결정되게 된다.
이와 같은 경우, 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하여 태양 전지 모듈의 전류 출력단과 가장 인접하여 위치하는 제 2 셀(C2)의 전류 하락은 태양 전지 모듈 전체의 전류 특성 저하에 직결된다.
따라서, 이를 고려하여, 본 발명과 같이 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 셀(C2)의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량을 상대적으로 높게하여 제 2 셀(C2)의 광전 변환부(PV)가 제 1 셀(C1)의 광전 변환부(PV)보다 낮은 에너지 밴드갭을 갖게 함으로써 제 2 셀(C2)의 단락 전류(Isc)가 하락하더라도, 이로 인하여 태양 전지 모듈의 전체 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다
보다 구체적으로 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)을 따로 분리하여 전류를 측정할 경우, 빛의 입사량이 동일한 경우, 제 2 셀(C2)에서 발생하는 전류는 낮은 에너지 밴드갭으로 인하여 제 1 셀(C1)에서 발생하는 전류보다 크게된다.
그러나, 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)이 먼지 등과 같은 방해 물질로 인하여 태양 전지 모듈의 중앙 영역(A1)보다 더 쉽게 오염되므로, 빛의 입사량은 태양 전지 모듈의 중앙영역에 위치하는 제 1 셀(C1)보다 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 셀(C2)이 더 작을 확률이 높다.
이와 같은 점을 고려하면, 태양 전지 모듈의 중앙 영역(A1)에 위치하는 제 1 셀(C1)보다는 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 셀(C2)의 발전량이 저하될 가능성이 더 크게된다.
그러나 본 발명과 같이, 제 2 셀(C2)의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량을 상대적으로 높게하면 제 2 셀(C2)의 발전량이 저하되더라도 더 낮은 에너지 밴드갭으로 인하여 이를 보상할 수 있어 태양 전지 모듈의 전체 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다
또한, 앞선 도 3에서 언급한 바와 같이, 제 2 셀(C2)의 광전 변환부(PV)에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량과 제 1 셀(C1)의 광전 변환부(PV)에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이가 1% ~ 20%이내가 되도록 하는 것은 다음과 같다.
제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)의 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이가 1% 이상이 되도록 하는 것은 입사량이 동일한 경우 각 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2) 자체에서 발생하는 단락 전류(Isc)의 최소 차이를 확보하기 위함이고, 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)의 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이가 20% 이하가 되도록 하는 것은 입사량이 동일한 경우 각 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2) 자체에서 발생하는 단락 전류(Isc)의 차이가 과도한 경우 태양 전지 모듈의 최종 발전 효율에 기여하지 못하고 낭비되는 전류가 최소화되도록 하기 위함이다.
예를 들어, 도 5b에서 제 1 셀(C1)들에서 발생되는 전류가 5mA이고 제 2 셀(C2)들에서 발생되는 전류가 6mA인 경우, 태양 전지 모듈의 최종 출력 전류는 5mA가 되고, 제 2 셀(C2)들에서 발생한 전류 중에서 태양 전지 모듈의 최종 출력 전류에 기여하지 못하고 버려지는 전류는 1mA가 된다.
그러나, 도 5b에서 제 1 셀(C1)들에서 발생되는 전류가 5mA이고 제 2 셀(C2)들에서 발생되는 전류가 10mA인 경우, 태양 전지 모듈의 최종 출력 전류는 5mA가 되고, 제 2 셀(C2)들에서 발생한 전류 중에서 태양 전지 모듈의 최종 출력 전류에 기여하지 못하고 버려지는 전류는 5mA로 과도하게 커지게 되어 오히려 태양 전지 모듈 전체의 발전 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 이와 같은 점을 고려하여, 태양 전지 모듈의 최종 출력 전류에 기여하지 못하고 버려지는 전류를 최소화하기 위하여 제 1 셀(C1)과 제 2 셀(C2)의 게르마늄 물질의 평균 함유량의 차이가 20% 이하가 되도록 할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 도 1 및 도 3과 같이 태양 전지 모듈을 단일 접합 모듈로 실제 구현한 경우 에너지 밴드갭과 게르마늄 물질의 함유량 및 광반응도(EQE)를 측정한 일례이다.
여기서, 도 6은 태양 전지 모듈의 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부(PV)의 에너지 밴드갭을 도시한 것이고, 도 7은 도 6에서 L라인에 따른 게르마늄 물질의 함유량을 도시한 것이고, 도 8은 도 6에서 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1) 일부와 가장자리 영역(A2)의 일부를 구폰 셀(Coupon Cell)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정한 일례이다.
도 6 내지 도 8에 나타난 결과들은 단일 접합 태양 전지로 구현된 태양 전지 모듈에서 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되는 광전 변환부(PV)가 게르마늄 물질이 함유된 비정질 실리콘(a-SiGe)인 경우를 측정한 것이다.
도 6에서는 태양 전지 모듈의 각 셀에 포함되는 광전 변환부(PV)의 에너지 밴드갭을 도시하였으며, 태양 전지 모듈의 각 셀을 구분하는 스크라이빙 라인은 생략하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈의 서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부(PV)의 에너지 밴드갭은 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1)(또는 기판(100)의 중앙 영역(A1))에서 광전 변환부(PV)의 가장자리 영역(A2)(또는 기판(100)의 가장자리 영역(A2))으로 진행할수록 점진적으로 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1)인 Eg1영역의 에너지 밴드갭은 1.510~1.520값을 가지고, 광전 변환부(PV)의 가장자리 영역(A2)인 Eg2 내지 Eg4 영역의 에너지 밴드갭은 각각 1.500~1.510, 1.490~1.500, 1.480~1.490 값을 가져 상대적으로 낮은 에너지 밴드갭을 가짐을 확인할 수 있다.
이에 따라 광전 변환부(PV)의 가장자리 영역(A2) 중 하나인 Eg4 영역의 에너지 밴드갭은 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1)인 Eg1영역 대비 0.03eV 정도로 낮음을 확인할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 도 6의 L라인을 따라 광전 변환부(PV) 내의 게르마늄 물질의 평균 함유량은 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1)인 P3, P4, P5 지점에서 대략 35at%를 갖고, 광전 변환의 가장자리 영역(A2)인 P1 및 P7 지점에서는 42at%를 가져, 광전 변환부(PV)의 가장자리 영역(A2)의 게르마늄 물질의 평균 함유량은 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1)에서의 게르마늄 물질의 평균 함유량보다 대략 7%정도 높게 나오는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 게르마늄 물질의 함유량 조절은 PECVD를 이용하여 광전 변환부(PV)를 증착할 때, 공정 변수인 전극간 갭, H2, SiH4, GeH4를 포함하는 공정 가스의 유량, 가스비(GeH4/SiH4) 등을 변화시켜 게르마늄 농도를 다르게 형성할 수 있다.
도 8은 도 6에 도시된 바와 같이 광전 변환부(PV)의 중앙 영역(A1) 일부를 1㎠ 크기로 제 1 쿠폰 셀(Ce1)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정하고, 광전 변환부(PV)의 가장자리 영역(A2) 일부를 1㎠ 크기로 제 2 쿠폰 셀(Ce2)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정한 것이다.
이와 같은 도 8에 따르면, 제 1 쿠폰 셀(Ce1)의 광반응도보다 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 광반응도가 더 향상된 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 경우 파장이 600nm이상 대역에서 광반응도가 더 증가한 것을 알 수 있고, 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 경우 전 파장에 걸친 전류 밀도의 합은 제 1 쿠폰 셀(Ce1)과 비교하여 5% 정도 더 높게 나온다.
이는 제 2 쿠폰 셀(Ce2)에 포함되는 광전 변환층의 게르마늄 물질의 함유량이 제 1 쿠폰 셀(Ce1)에 비교하여 상대적으로 증가함에 따라 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 에너지 밴드갭이 더 낮아졌기 때문이다.
지금까지는 본 발명에 대해 태양 전지 모듈의 각 셀이 단일 접합 모듈인 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게 태양 전지 모듈의 각 셀이 이중 접합 태양 전지이거나 삼중 접합 태양 전지인 경우에도 본 발명을 동일하게 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈이 이중접합(Double Junction) 태양전지 혹은 p-i-n-p-i-n 구조를 포함하는 경우의 일례를 설명하기 위한 도이다.
이하에서는 이상에서 상세히 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다
도 9에 도시된 바와 같이, 이중 접합 태양전지는 제 1 광전변환부(PV1) 및 제 2 광전변환부(PV2)를 포함할 수 있다.
도 9와 같이, 이중 접합 태양전지는 광입사면으로부터 제 1 p형 반도체층(PV1-p), 제 1 i형 반도체층(PV1-i), 제 1 n형 반도체층(PV1-n), 제 2 p형 반도체층(PV2-p), 제 2 i형 반도체층(PV2-i) 및 제 2 n형 반도체층(PV2-n)이 차례로 적층될 수 있다.
제 1 i형 반도체층(PV1-i)은 단파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있다.
아울러, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)은 장파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있다.
이처럼, 이중접합 구조의 태양전지는 단파장 대역 및 장파장 대역의 광을 흡수하여 캐리어를 생성하기 때문에 높은 효율을 갖는 것이 가능하다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같은 박막 태양전지는 제 1 광전변환부(PV1)의 제 1 i형 반도체층(PV1-i)은 비정실 실리콘 재질(a-Si)을 포함하고, 제 2 광전변환부(PV2)의 제 2 i형 반도체층(PV2-i)은 게르마늄 물질이 함유된 비정실 실리콘 재질(a-SiGe)을 포함할 수도 있다.
이와 같은 이중 접합 태양 전지에서도 앞선 도 1 및 도 3에서 설명한 바와 같이, 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 셀(C2)의 제 2 광전변환부(PV2)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량이 태양 전지 모듈의 중앙 영역(A1)에 위치하는 제 1 셀(C1)의 제 2 광전변환부(PV2)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 도 5a 및 도 5b에서 설명한 바와 같이 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 아울러 도 4에서 언급한 바와 같이, 제 2 p형 반도체층(PV2-p) 및 제 2 n형 반도체층(PV2-n)에 접하는 접합면으로부터 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 내부로 진행할수록 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 점진적으로 증가하도록 형성시킬 수 있다.
이와 같은 경우에도 도 8에서 단일 접합 태양 전지의 광반응도를 측정하는 방법과 동일하게 태양 전지 모듈에서 중앙 영역(A1) 일부에 위치하는 태양 전지를 1㎠ 크기로 제 1 쿠폰 셀(Ce1)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정하고, 태양 전지 모듈에서 가장자리 영역(A2) 일부에 위치하는 태양 전지를 1㎠ 크기로 제 2 쿠폰 셀(Ce2)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정할 수 있다.
도 10은 도 9와 같은 이중 접합 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈에서 중앙 영역(A1) 일부에 위치하는 이중 접합 태양 전지와 가장자리 영역(A2)의 일부에 위치하는 태양 전지를 구폰 셀(Coupon Cell)로 제작하여 파장에 따른 광반응도를 측정한 일례이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 게르마늄 물질 없이 비정질 실리콘 물질을 포함하는 제 1 광전변환부(PV1)는 주로 단파장 대역의 빛을 흡수하기 때문에 350nm ~ 700nm의 파장을 주로 흡수하고, 제 1 쿠폰 셀(Ce1)과 제 2 쿠폰 셀(Ce2)에서 에너지 밴드갭의 차이가 없기 때문에 파장 대역별로 차이없이 동일한 광흡수율을 가지며, 출력되는 전류도 제 1 쿠폰 셀(Ce1)과 제 2 쿠폰 셀(Ce2)에서 동일하게 8.2[mA/㎠]를 갖는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 제 2 광전변환부(PV2)는 주로 장파장 대역의 빛을 흡수하기 때문에 주로 550nm ~ 850nm의 파장을 주로 흡수하고, 태양 전지 모듈의 중앙 영역(A1)에 위치하는 제 1 쿠폰 셀(Ce1)의 제 2 광전변환부(PV2)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량보다 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 제 2 광전변환부(PV2)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량이 더 크기 때문에, 대략 600nm이상의 파장 대역에서는 제 1 쿠폰 셀(Ce1)보다 제 2 쿠폰 셀(Ce2)에서 더 많은 광흡수율을 가져 광반응도가 더 커지는 것을 알 수 있다.
아울러, 제 1 쿠폰 셀(Ce1)의 전류는 8.5[mA/㎠]이고, 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 전류는 9.3[mA/㎠]로 더 커진 것을 알 수 있다.
이에 따라 제 2 쿠폰 셀(Ce2)의 총 전류합은 17.5[mA/㎠]로 16.7[mA/㎠]의 총전류합을 가지는 제 1 쿠폰 셀(Ce1)보다 더 높아지는 것을 알 수 있다.
이에 따라 태양 전지 모듈의 효율이 더 향상될 수 있음을 쉽게 알 수 있다.
또한, 도 11는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈이 삼중접합(Triple Junction) 태양전지 혹은 p-i-n-p-i-n-p-i-n 구조를 포함하는 경우의 일례를 설명하기 위한 도이다.
이하에서는 이상에서 상세히 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 박막 태양전지는 기판(100)의 입사면으로부터 제 1 광전변환부(PV1), 제 2 광전변환부(PV2) 및 제 3 광전변환부(PV3)가 차례대로 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 광전변환부(PV1), 제 2 광전변환부(PV2) 및 제 3 광전변환부(PV3)는 각각 p-i-n 구조로 형성될 수 있어, 기판(100)으로부터 제 1 p형 반도체층(PV1-p), 제 1 진성 반도체층(PV1-i), 제 1 n형 반도체층(PV1-n), 제 2 p형 반도체층(PV2-p), 제 2 진성 반도체층(PV2-i), 제 2 n형 반도체층(PV2-n), 제 3 p형 반도체층(PV3-p), 제 3 진성 반도체층(PV3-i) 및 제 3 n형 반도체층(PV3-p)이 차례로 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 진성 반도체층(PV1-i), 제 2 진성 반도체층(PV2-i) 및 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 다양하게 구현될 수 있다.
도 11에서는 제 1 예로, 제 1 진성 반도체층(PV1-i)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질을 포함하고, 제 2 진성 반도체층(PV2-i)은 게르마늄(Ge) 물질을 함유하는 비정질 실리콘(a-SiGe) 재질을 포함하고, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 게르마늄(Ge) 물질을 함유하는 미세 결정(microcrystal) 실리콘(μc-SiGe) 재질을 포함하는 것을 도시하였다.
여기서, 제 2 진성 반도체층(PV2-i)뿐만 아니라 제 3 진성 반도체층(PV3-i)도 함께 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로 도핑될 수 있다.
여기서, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)에 포함된 게르마늄(Ge)의 함량비는 제 1 진성 반도체층(PV2-i)에 포함된 게르마늄(Ge)의 함량비보다 더 클 수 있다. 이는 게르마늄(Ge)의 함량비가 커질수록 밴드갭이 작아지기 때문이다. 이와 같이 밴드갭이 작아지면 장파장의 빛을 흡수하는데 유리하기 때문이다.
따라서 제 3 진성 반도체층(PV3-i)에 포함된 게르마늄(Ge)의 함량비를 제 2 진성 반도체층(PV2-i)에 포함된 게르마늄(Ge)의 함량비보다 더 크게 되도록 함으로써 제 3 진성 반도체층(PV3-i)에서 장파장의 빛을 더 효율적으로 흡수할 수 있다.
또한, 이와 다르게, 제 2 예로 제 1 진성 반도체층(PV1-i)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질을 포함할 수 있으며, 제 2 진성 반도체층(PV2-i) 및 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 미세 결정 실리콘(μc-Si) 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)에만 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로 도핑되도록 하여 제 3 진성 반도체층(PV3-i)의 밴드갭을 낮출 수도 있다.
이하에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 예, 즉 제 1 진성 반도체층(PV1-i) 및 제 2 진성 반도체층(PV2-i)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질을 포함하고, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 미세 결정(microcrystal) 실리콘(μc-Si) 재질을 포함하고, 제 2 진성 반도체층(PV2-i) 및 제 3 진성 반도체층(PV3-i)이 함께 게르마늄(Ge) 물질을 함유하는 것을 전제로 설명한다.
여기서, 제 1 광전변환부(PV1)는 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있으며, 제 2 광전변환부(PV2)는 단파장 대역과 장파장 대역 사이의 중간 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있고, 제 3 광전변환부(PV3)는 장파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
여기서, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)의 두께는 제 2 진성 반도체층(PV2-i)의 두께보다 두껍고, 제 2 진성 반도체층(PV2-i)의 두께는 제 1 진성 반도체층(PV1-i)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
일례로, 제 1 진성 반도체층(PV1-i)은 100 ~ 150nm의 두께로 형성될 수 있으며, 제 2 진성 반도체층(PV2-i)은 150 ~ 300nm의 두께로 형성될 수 있으며, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 1.5㎛ ~ 4㎛의 두께로 형성될 수 있다.
이는 제 3 진성 반도체층(PV3-i)에서 장파장 대역의 광 흡수율을 더욱 향상시키기 위함이다.
이와 같이 도 11과 같은 삼중접합 태양전지의 경우에는 보다 넓은 대역의 광을 흡수할 수 있기 때문에 전력 생산 효율이 높을 수 있다.
이와 같은 삼중 접합 태양 전지에서도 앞선 도 1 및 도 3에서 설명한 바와 같이, 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 셀(C2)의 제 2 광전변환부(PV2)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량이 태양 전지 모듈의 중앙 영역(A1)에 위치하는 제 1 셀(C1)의 제 2 광전변환부(PV2)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량보다 많도록 할 수 있다.
아울러, 이와 동일하게, 태양 전지 모듈의 가장자리 영역(A2)에 위치하는 제 2 셀(C2)의 제 3 광전변환부(PV3)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량이 태양 전지 모듈의 중앙 영역(A1)에 위치하는 제 1 셀(C1)의 제 3 광전변환부(PV3)에 포함되는 게르마늄 물질의 함유량보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 도 5a 및 도 5b에서 설명한 바와 같이 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 아울러 도 4에서 언급한 바와 같이, 제 2 p형 반도체층(PV2-p) 및 제 2 n형 반도체층(PV2-n)에 접하는 접합면으로부터 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 내부로 진행할수록 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 점진적으로 증가하도록 형성시킬 수도 있고, 제 3 p형 반도체층(PV3-p) 및 제 3 n형 반도체층(PV3-n)에 접하는 접합면으로부터 제 3 i형 반도체층(PV3-i)의 내부로 진행할수록 게르마늄(Ge) 물질의 함유량이 점진적으로 증가하도록 형성시킬 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판의 중앙 영역에 위치하며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하는 적어도 하나의 제 1 셀; 및
    상기 기판의 가장자리 영역에 위치하며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치한 적어도 하나의 광전 변환부를 포함하는 적어도 하나의 제 2 셀;을 포함하고,
    상기 제 1 셀과 상기 제 2 셀은 각각 서로 동일한 개수의 광전 변환부를 포함하며,
    서로 동일한 층에 위치하는 제 1 셀 및 제 2 셀의 광전 변환부에서 상기 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량보다 높은 박막 태양전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 단위 면적당 평균 함유량과 상기 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 게르마늄 물질의 단위 면적당 평균 함유량의 차이는 1% ~ 20%인 박막 태양전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    서로 동일한 층에 위치하는 광전 변환부에서의 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 제 1 셀로부터 상기 제 2 셀로 진행할수록 증가하는 박막 태양전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 제 1 셀의 길이 방향을 따라 변하는 박막 태양전지 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 셀의 양쪽 끝단에서의 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 제 1 셀의 중앙 부위에서의 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량보다 많은 박막 태양전지 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 셀의 길이 방향을 따라 상기 제 1 셀의 중앙 부위에서 양쪽 끝단으로 갈수록 상기 제 1 셀의 광전 변환부에 함유된 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량이 단계적 또는 점진적으로 증가하는 박막 태양전지 모듈.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 셀의 광전 변환부에서 양쪽 끝단 영역과 상기 제2 셀의 광전 변환부의 일부 영역은 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량이 서로 동일한 박막 태양전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 제 2 셀의 길이 방향을 따라 변하는 박막 태양전지 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 셀의 양쪽 끝단에서의 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 제 2 셀의 중앙 부위에서의 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량보다 많은 박막 태양전지 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 셀의 길이방향을 따라 상기 제 2 셀의 중앙 부위에서 양쪽 끝단으로 갈수록 상기 제 2 셀의 광전 변환부에 함유된 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량이 단계적 또는 점진적으로 증가하는 박막 태양전지 모듈.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 셀의 광전 변환부의 중앙 영역과 상기 제1 셀의 광전 변환부의 양쪽 끝단 영역은 상기 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량이 서로 동일한 박막 태양전지 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 셀의 광전 변환부와 상기 제 2 셀의 광전 변환부는 p형 반도체층, i형(진성) 반도체층, 및 n형 반도체층을 각각 포함하며,
    상기 제 2 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량은 상기 제 1 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 평균 함유량보다 많은 박막 태양전지 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 단위 면적당 평균 함유량과 상기 제 1 셀의 i형 반도체층에 함유된 게르마늄 물질의 단위 면적당 평균 함유량의 차이는 1% ~ 20%인 박막 태양전지 모듈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀의 광전 변환부에 포함된 i형 반도체층에서의 게르마늄(Ge) 물질의 함유량은 상기 p형 반도체층에 접하는 제 1 접합면 및 상기 n형 반도체층에 접하는 제 2 접합면으로부터 상기 제 1 접합면 및 상기 제 2 접합면 사이의 내부로 진행할수록 점진적으로 증가하는 박막 태양전지 모듈.
  15. 제 12 항에 있어서,
    서로 동일한 층에 위치하는 상기 제 1 셀의 광전 변환부와 상기 제 2 셀의 광전 변환부의 각각의 진성 반도체층은 비정질 실리콘 게르마늄(a-SiGe) 또는 미세 결정 실리콘 게르마늄(μc-SiGe)을 포함하는 박막 태양전지 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 동일한 층에 위치하는 제 1 셀 및 제 2 셀의 광전 변환부에 포함되는 게르마늄(Ge) 물질의 단위 면적당 함유량은 상기 기판 중앙 영역에서부터 상기 기판 가장자리 영역으로 방사형 방향으로 진행할수록 단계적 또는 점진적으로 증가하는 박막 태양전지 모듈.
KR1020110100538A 2011-10-04 2011-10-04 박막 태양전지 모듈 KR101770267B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110100538A KR101770267B1 (ko) 2011-10-04 2011-10-04 박막 태양전지 모듈
US13/556,838 US8981203B2 (en) 2011-10-04 2012-07-24 Thin film solar cell module
EP12005570.2A EP2579334A3 (en) 2011-10-04 2012-07-31 Thin film solar cell module
EP15002834.8A EP2993702A3 (en) 2011-10-04 2012-07-31 Thin film solar cell module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110100538A KR101770267B1 (ko) 2011-10-04 2011-10-04 박막 태양전지 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130036454A KR20130036454A (ko) 2013-04-12
KR101770267B1 true KR101770267B1 (ko) 2017-08-22

Family

ID=46798945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110100538A KR101770267B1 (ko) 2011-10-04 2011-10-04 박막 태양전지 모듈

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8981203B2 (ko)
EP (2) EP2993702A3 (ko)
KR (1) KR101770267B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10644187B2 (en) 2015-07-24 2020-05-05 Artilux, Inc. Multi-wafer based light absorption apparatus and applications thereof
WO2017019632A1 (en) * 2015-07-24 2017-02-02 Artilux Corporation Multi-wafer based light absorption apparatus and applications thereof
US11430900B2 (en) 2016-08-22 2022-08-30 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Wavelength-selective specularly reflecting photovoltaic module and manufacture thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080121264A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Industrial Technology Research Institute Thin film solar module and method of fabricating the same
KR100990111B1 (ko) * 2009-08-19 2010-10-29 엘지전자 주식회사 태양전지
JP2011135053A (ja) * 2009-11-30 2011-07-07 Sanyo Electric Co Ltd 光電変換装置及びその製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4379943A (en) * 1981-12-14 1983-04-12 Energy Conversion Devices, Inc. Current enhanced photovoltaic device
US6380478B1 (en) * 1999-07-16 2002-04-30 Sanyo Electric Co., Ltd. Solar cell module
JP2007012976A (ja) 2005-07-01 2007-01-18 Honda Motor Co Ltd 太陽電池モジュール
US20080083448A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-10 Borden Peter G Interconnect for thin film photovoltaic modules
US20110017257A1 (en) * 2008-08-27 2011-01-27 Stion Corporation Multi-junction solar module and method for current matching between a plurality of first photovoltaic devices and second photovoltaic devices
JP4767365B2 (ja) 2009-07-13 2011-09-07 三洋電機株式会社 薄膜太陽電池及びその製造方法
KR101031246B1 (ko) * 2009-09-16 2011-04-29 주성엔지니어링(주) 박막형 태양전지 및 그 제조방법, 및 그를 이용한 박막형 태양전지 모듈 및 태양광 발전 시스템
EP2309540A1 (de) * 2009-10-12 2011-04-13 Inventux Technologies AG Photovoltaik-Modul
KR20110100538A (ko) 2010-03-04 2011-09-14 주식회사 토비스 다층 영상 표시 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080121264A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Industrial Technology Research Institute Thin film solar module and method of fabricating the same
KR100990111B1 (ko) * 2009-08-19 2010-10-29 엘지전자 주식회사 태양전지
JP2011135053A (ja) * 2009-11-30 2011-07-07 Sanyo Electric Co Ltd 光電変換装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2993702A2 (en) 2016-03-09
EP2579334A2 (en) 2013-04-10
EP2993702A3 (en) 2016-06-01
US8981203B2 (en) 2015-03-17
KR20130036454A (ko) 2013-04-12
US20130081667A1 (en) 2013-04-04
EP2579334A3 (en) 2013-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2469609B1 (en) Thin film solar cell
US20110100414A1 (en) Thin film solar cell module
EP2467882B1 (en) Solar cell
US20110253213A1 (en) Thin film solar cell
KR101770267B1 (ko) 박막 태양전지 모듈
KR101632451B1 (ko) 박막 태양 전지
KR101833941B1 (ko) 박막 태양 전지
US8642881B2 (en) Thin film solar cell and method of manufacturing the same
EP2355173B1 (en) Silicon thin film solar cell
US20120145218A1 (en) Thin film solar cell module
KR101779955B1 (ko) 박막 태양 전지 모듈
US20110265848A1 (en) Thin film solar cell and method of manufacturing the same
KR20120067544A (ko) 박막 태양전지 및 이의 제조 방법
EP2834856B1 (en) Thin film solar cell
KR20130039896A (ko) 박막 태양 전지
KR101770266B1 (ko) 박막 태양전지 모듈
KR20120055133A (ko) 박막 태양 전지
KR101821392B1 (ko) 박막 태양 전지
KR101921236B1 (ko) 박막 태양 전지 및 그의 제조 방법
KR102052507B1 (ko) 박막 태양전지 모듈
KR20150088617A (ko) 박막 태양 전지
KR20120064270A (ko) 박막 태양 전지
US20130056052A1 (en) Thin film solar cell
KR20120062130A (ko) 박막 태양 전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant