KR20030093900A

KR20030093900A - 태양전지장치와 그 제조법 및 그 태양전지장치용 금속판및 발전플랜트

Info

Publication number: KR20030093900A
Application number: KR1020020072045A
Authority: KR
Inventors: 구보마사하루; 나이토다카시; 모리무츠히로; 하타노무츠코; 사와이유이치
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2003-12-11
Also published as: EP1369931A1; US20030221718A1

Abstract

본 발명의 목적은 대면적의 태양전지 패널을 제작공정에 있어서의 가열, 냉각 등의 온도변화에 의한 박막의 벗겨짐, 휘어짐, 균열의 발생 등을 방지하여 생산공정에서의 불량의 발생을 없앨 수 있는 태양전지장치와 그 제조법 및 그 태양전지장치용 금속판 및 발전플랜트를 제공하는 것이다.

본 발명은 금속기판의 한쪽 면의 일부가 2층의 실리콘층의 한쪽 층에 접촉하고 있고, 상기 실리콘층의 다른쪽 층에 접촉하여 복수의 전극이 형성되어 있고, 상기 금속기체의 다른쪽 면에 형성된 외부단자 및 상기 전극에 접하여 형성된 외부단자를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치이다.

Description

태양전지장치와 그 제조법 및 그 태양전지장치용 금속판 및 발전플랜트{A SOLAR BATTERY APPARATUS, A MANUFACTURING METHOD THEREOF, A METAL PLATE THEREFOR, AND A PLANT FOR GENERATION OF ELECTRIC POWER}

본 발명은 실리콘을 주성분으로 하는 신규의 태양전지장치와 그 제조 및 그 태양전지장치용 금속판 및 발전플랜트에 관한 것이다.

태양전지는 반도체의 PN접합에 의하여 태양광을 전기로 변환하는 전지로서, 연료의 보급을 필요로 하지 않고, 또한 에너지의 생성에 있어서, 불필요한 연소 잔류물을 내지 않는 등의 특징이 오래전부터 알려져 있다.

태양전지를 반도체, 특히 실리콘재료를 사용하여 구성하는 방법으로서는,

(1) 단결정 실리콘을 사용한 방법,

(2) 다결정(폴리) 실리콘 또는 비정질(아몰퍼스) 실리콘(a-Si)을 사용한 방법이 알려져 있다.

단결정 실리콘을 사용한 구조는, 광전 변환효율이 약 20%로 높으나, 단결정 자체가 고가인 것이 최대의 문제이다.

한편, 다결정 또는 비정질 실리콘(a-Si)을 광전 변환소자로 하는 구조에서는 광전 변환효율이 8 내지 12%로 낮은 것이 문제이다. 이 광전 변환효율이 낮은 요인으로서는, (1) 광전 변환의 결과 생성한 전자 또는 홀의 라이프타임이 짧은 것도 있으나, (2) 접합부로부터 외부 전극부에 이르는 펄크 반도체의 저항치가 커서 손실이 되는 것이 주요인이었다.

도 9 및 도 10은 a-Si를 사용한 종래의 태양전지의 단면도이다. 도 9에 있어서는 기판(1)에 예를 들면 유리와 같이 태양광에 대하여 투명한 절연기판을 사용하여 그 한쪽 주면에 투명전극(2)을 예를 들면 스패터법으로 성막한다. 투명전극(2)에는 ITO(통칭 네사막)막을 사용하고 있었다. 그 상면에 a-Si 또는 다결정 Si를 예를 들면 플라즈마 CVD법을 사용하여 성막하고 있었다. 성막의 초기에는 디보론을 도핑가스로 하는 모노실란가스를 분해하여 P형 a-Si3을 약 3㎛ 성막한후에 도핑을 인으로 교체하여 N형 a-Si4를 약 1㎛ 성막한다. 그런 다음에 상부전극(5)으로서 예를 들면 알루미늄을 예를 들면 스패터법으로 성막한다. 다음에 포토에칭법으로 상부전극(5)과 a-Si층의 일부를 제거하여 외부단자(6, 7)를 접속하여 태양전지를 구성한다. 이 종래기술에서는 태양광은 하면, 즉 유리기판을 거쳐 입사한다.

도 10은 다른 종래기술에서 구성된 태양전지의 단면도이다. 도 10에 있어서는 태양광은 상면으로부터 입사한다. 도 10에 있어서 기판(1)에는 예를 들면 유리를 사용한다. 다음에 하부전극(2)을 형성한다. 하부전극(2)에는 ITO막 이외에 예를 들면 알루미늄과 같은 금속을 사용할 수도 있다. 하부전극(7)을 포토에칭법 등으로 패턴을 형성한다. 하부전극(2)의 상면에 상기와 동일한 방법으로 a-Si로 이루어지는 PN접합(3, 4)과 상부전극(5)을 성막한다. 그런 다음에 포토에칭법으로 상부전극(5)과 a-si층(3, 4)의 일부를 제거하여 상부단자(6)와 하부단자(7)를 접속하는 방법이다. 이 구조에 의하면 태양전지를 슬릿형상으로 구성하여 또한 카스케이드접속에 의하여 소정의 전압값의 태양전지를 실현하는 방법이다.

일본국 특개2000-223421호 공보 및 특개2000-243712호 공보에는 Cat CVD에 의하여 태양패널의 다결정 Si막을 형성시키는 것, 특개8-88172호 공보에는 CVD에 의하여 태양패널의 다결정 Si막을 형성시키는 것, 공개2001-168055호 공보 및 특개 2001-168029호 공보 cct CVD에 의하여 태양패널의 폴리 Si막을 형성시키는 것, 특개 63-40314호 공보에는 Cat CVD에 의하여 태양패널의 Si막을 형성시키는 것, 특개4-349616호 공보 및 특개4-349618호 공보에는 열 CVD, 플라즈마 CVD에 의하여TFT용 다결정 Si막을 형성시키는 것, 특개2000-223730호 공보, 특개2000-196126호 공보 및 특표평10-507312호 공보에는 태양광 패널의 태양광방향의 추미수단을 가지는 것이 나타나 있다.

상기한 종래의 비정질 실리콘(a-Si) 태양전지에서는 다음과 같은 해결해야 할 문제가 있다. 도 9에 있어서는 IT0막의 저항치는 비교적 크고, 또한 내열성이 요구되었다. 이 때문에 예를 들면 주석에 인쥼과 같은 고가의 재료를 부가할 필요가 있었다. 즉 하부전극의 저항에 의한 전력손실이 커서 경제성의 점에서도 결점이 있었다. 도 10에 있어서는 하부전극이 슬릿구조이기 때문에, 태양전지의 벌크, 특히 P 형 층에서의 저항에 의한 전력손실을 저감할 수 있으나, 그 반면에 구조가 복잡하기 때문에 경제성에 과제가 있음과 동시에, 상면으로부터 입사하는 태양광이 카스케이드접속부에서는 태양전지로서 작동하지 않으므로, 수광을 위한 유효면적이 제약되는 과제가 있었다.

또한 종래기술의 큰 과제로서, 기판(예를 들면 유리)(1)과 a-Si(3, 4)와의 재료가 가지는 열팽창계수의 차에 의하여 제작공정에 있어서의 가열, 냉각 등의 온도변화에 의하여 박막의 벗겨짐 또는 휘어짐, 균열의 발생 등이 생겨 생산공정에서 불량이 발생하는 문제가 있었다.

또 상기한 어느 공보에 있어서도, 금속기판에 대하여 실리콘층을 형성시키는 태양전지에 대하여 기재되어 있지 않았다.

도 1은 본 발명의 돌기부부착 금속판을 사용한 태양전지장치의 평면도 및 단면도,

도 2는 본 발명의 돌기부부착 금속판을 사용한 태양전지장치의 제조공정을 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 돌기부부착 금속판을 사용한 태양전지장치에 있어서의 아몰퍼스 실리콘 절삭홈의 평면도,

도 4는 본 발명의 돌기부부착 금속판을 사용한 태양전지장치의 제조공정을 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명의 돌기부 구조부착 금속기판의 평면도와 그 확대도 및 단면도,

도 6은 본 발명의 돌기물 없는 금속기판을 사용한 태양전지장치의 평면도 및 단면도,

도 7은 본 발명의 돌기부부착 금속판을 사용한 태양전지장치의 평면도,

도 8은 본 발명의 돌기부부착 금속판을 사용한 태양전지장치의 제조공정을나타내는 단면도,

도 9는 종래기술의 태양전지장치의 단면도,

도 10은 종래기술의 태양전지장치의 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 하부전극

3 : p형 a-Si층 4 : n형 a-Si층

5 : 상부전극 6, 7 : 외부단자

8 : 알루미늄 금속판 9 : 알루미늄 돌기물

10 : 세라믹스 용사막 11 : 유리층

12 : CVD 산화막 13 : 진공척부착 히터

14 : 아몰퍼스 실리콘 절삭홈 15 : 층간 구멍

16 : 반사 방지막 17 : 알루마이트층

18 : 유리 또는 수지 19 : 감광성 폴리머

20 : 감광성 폴리머 경화부 21 : 유리 또는 수지

22 : 패터닝에 의한 갭.

또 본 발명은 금속기판의 한쪽 면에 형성된 복수의 돌기가 2층의 실리콘층의 한쪽 층에 접촉하고 있는 것, 또 금속기판의 한쪽 면이 절연되어 비절연부가 그 기판 위에 형성된 2층의 실리콘층의 한쪽 층에 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 태양전지장치이다. 상기 전극의 평면형상이 격자형상 또는 벌집형상인 것, 상기 금속기판은 알루미늄인 것이 바람직하다. 이와 같이 본 발명은 태양전지의 밑바탕이 금속판인 것 및 금속판의 휘어짐 방지를 위한 그루브(groove)구조가 특징이다.

본 발명은 금속기판의 한쪽 면에 돌기물을 형성하는 공정, 상기 한쪽 면에 세라믹스층 및 유리층을 순차 형성하는 공정, 상기 유리층의 표면에 2층의 실리콘층을 형성하는 공정, 그 실리콘층의 표면에 유리층을 형성하는 공정, 상기 유리층을 통하여 상기 실리콘층에 소정의 절삭을 형성하는 공정, 상기 실리콘층 위의 상기 유리층에 상기 실리콘층 위의 실리콘층에 접하도록 복수의 관통구멍을 형성하는 공정, 그 관통구멍에 전극을 형성하는 공정, 상기 실리콘층 위의 상기 유리층 위에반사방지막을 형성하는 공정, 상기 전극 및 상기 금속판의 다른쪽 면에 외부단자를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법이다. 졸겔법에 의하여 유리층으로 이루어지는 상기 반사 방지막을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 금속기판의 한쪽 면에 2층의 실리콘층을 형성하는 공정, 그 실리콘층 위에 감광성 폴리머를 형성하여 소정의 평면형상으로 부분적으로 경화하는 공정, 그 부분 경화한 부분의 상기 감광성 폴리머를 제거하는 공정, 그 감광성 폴리머가 제거된 부분의 상기 2층의 실리콘층을 에칭제거하여 상기 금속판의 표면에 도달하는 관통구멍을 형성하는 공정, 그 에칭 제거된 상기 실리콘층 위의 실리콘층의 일부에 도달하도록 절연체를 충전하는 공정, 그 절연체 위에 전극을 형성하는 공정, 상기 전극 및 상기 금속판의 다른쪽 면에 외부단자를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법이다.

상기 2층의 실리콘층으로서, 아몰퍼스 실리콘층이 사용되고, 보론을 도핑하는 P형의 아몰퍼스 실리콘층(p형 a-Si층)을 형성한 후, 실리콘층에 인을 도핑하는 n형실리콘층(n형 a-Si층)을 촉매 CVD에 의하여 순차 성막하는 것, 상기 촉매 CVD법은 텅스텐선을 고온으로 가열함으로써 촉매로 하고, 모노실란과 디보란가스에 의하여 상기 P형의 실리콘층을 형성한 후, 모노실란과 호스핀가스에 의하여 상기 n형의 실리콘층을 형성하는 것이 바람직하다. a-Si의 접합에 관해서는 하부가 p층, 상부가 n층이어도, 그 반대의 구성이어도 좋다.

본 발명은 금속기판의 한쪽의 표면에 규칙적으로 배열된 복수의 돌기물을 가지는 것, 또 금속기판의 한쪽의 표면에 규칙적으로 배열된 복수의 돌기물을 가지고, 외주부 전체 주위에 두꺼운부를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판이다.

상기 금속기판은 알루미늄, 알루미늄합금 및 니켈 35 내지 45중량%를 가지는 니켈-철계 합금 중 어느 하나일 것, 상기 돌기물은 그 지름이 0.2 내지 0.8mm 및 높이가 0.1 내지 0.5mm일 것, 상기 돌기물의 형성면측에 절연층이 형성되어 있을 것, 상기 절연층은 상기 외주부 및 상기 돌기물의 선단을 제외하고 전면에 형성되어 있을 것이 바람직하다.

본 발명은 상기의 태양전지장치, 상기의 태앙전지장치의 제조법에 의하여 제조된 태양전지장치 및 상기의 태양전지장치용 금속판에 의하여 구성된 태양전지장치중 어느 하나를 구비한 것을 특징으로 하는 발전플랜트이다.

즉, 본 발명은 금속기판의 한쪽 주면의 일부 또는 전체가 실리콘을 재료로 한 태양전지의 한쪽의 전극으로서 접촉하고 있고, 그 한쪽의 전극은 복수개쪽으로 이루어지고, 그 기판 전면에서 실리콘과 접촉하지 않도록 한 것이다.

태양전지를 구성하는 반도체 a-Si의 한쪽의 주면(하부 : 태양광이 직접 입사하지 않는 측)에 금속(알루미늄 등)이 직접 접속하는 구조에 의하여 벌크의 a-Si 반도체의 저항치를 대폭 내릴 수 있는 구조를 제안하는 것이다. 아울러 금속판(1)과 a-Si의 재료의 상위에 기인하는 열팽창의 차이에 의한 가공상의 제약을 해결할 수 있다. 또한 금속기판에 돌기물을 형성함으로써, 완성된 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 태양전지를 제작하는 방법으로서는, 예를 들면 금속판상의 적어도한쪽 면에 기상 성장법에 의하여 실리콘층을 성막하는 방법을 들 수 있다. 기상 성장법(CVD)으로서는 플라즈마 또는 촉매를 사용할 수 있다. 성막하는 금속체에 돌기를 설치함으로써, 반도체 하부(태양광이 직접 입사하지 않는 측)측 전체를 금속판과 접촉시킨 종래구조에 비하여 반도체와 금속판과의 열팽창계수의 차에 기인하는 응력에 의하여 생기는 태양전지 패널의 휘어짐 또는 균열을 대폭 저감할 수 있다.

이 돌기물은 기계적으로 가공한 거시적인 것이어도 좋고, 표면 산화처리 등의 방법에 의하여 제작한 미시적인 것이어도 좋다. 돌기물을 가지지 않는 금속판을 사용하는 경우는, 실리콘층을 성막한 후의 공정에서 부분적으로 에칭처리를 하여 홈 또는 구멍을 형성하고, 그 간극을 유리 또는 수지로 메움으로써, 돌기물과 등가의 효과를 얻을 수 있다. 또 상기 방법으로 제작한 2매의 태양전지 패널을 땜납 등으로 맞붙임으로써 서로의 휘어짐을 상쇄할 수 있고, 또한 양면 태양전지로 되기 때문에 발전효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 맞붙임 공정을 생략하고 양면 태양전지를 제작하고 싶은 경우는 금속판의 양면에 CVD 성막할 수 있는 장치를 사용하면 좋다.

동일한 역할을 하는 돌기물은 다음과 같이 하여도 용이하게 얻어진다. 즉 Al기판 위에 a-Si를 형성하는 공정의 직후, 또는 계속해서 기판을 가열한 채로 투명전극(ITO막)을 성막한 직후에, 실톱에 의하여 그루브를 행함으로써 적절한 피치의 그루빙을 한다. 예를 들면 1000mm ×1000mm의 Al기판에 田자상의 그루빙을 하는 경우는, 지름 10㎛ 내지 100㎛, 길이 1500mm 정도의 실톱이 0.5㎜ 내지 10mm 정도의 간격으로 50개 정도 늘어서 있는 것을 사용함으로써, 적은 공정수로 그루빙이 완료된다. 田자에 그루빙하기 위해서는 스테이지를 90도 회전시켜, 그 위의 기판(a-Si 성막한 Al기판)도 함께 회전시키고 나서, 다시 실톱(피아노선적)으로 가공한다. 절삭 깊이는 3㎛ 내지 50㎛ 정도이므로, 실톱을 Al기판에 가압하여 1 왕복하는 정도로 좋다. 여기서 사용하는 실톱이란, Al기판(웨이퍼)을 제작할 때에 Si 잉곳을 슬라이스하는 피아노선과 같은 이미지이다. 실톱에 의한 그루빙공정을 a-Si성막공정 또는 a-si 성막에 계속되는 투명전극(ITO막)의 성막공정의 직후에 넣음으로써, Al기판이 열팽창한 상태에서 그루빙되기 때문에, 냉각시에 a-Si와 Al 사이에 발생하는 응력이 완화된다. 절삭의 피치는 태양전지의 발전효율을 우선하여 계산되어, 재료에 따라 다르나, 대략 0.5㎜ 내지 10mm 정도가 적당하다고 생각된다. 3㎛ 내지 50㎛ 정도의 절삭에 의하여 표면 IT0층, n-Si층, 하부 p-Si층 및 하부 Al기판을 통하여 절삭이 들어 가게 되어, 이 위에 상부전극을 형성하면 p-Si와 n-Si가 도통하여 버린다는 문제가 발생한다. 이 경우는 절삭부에 수지를 흘려 넣음으로써 p-Si, n-Si 및 하부 Al기판을 절연한다. 흘러 넣은 수지의 두께를 3㎛ 내지 47㎛ 정도로 조정한 후에 상부전극을 형성하고, 홈의 나머지 부분을 메움으로써 n-Si층의 측면으로부터, 예를 들면 용사법으로 성막한 상부 Al버스바 전극의 도통도 가능하게 되어 바람직한 구조가 된다. 또 흘러 넣은 수지의 열팽창 계수는 a-Si보다도 크기 때문에, 기판냉각시의 응력완화에도 기여한다.

상부 투명전극(ITO)은 원료를 도포하여 고온처리를 함으로써 성막된다. 그루빙전의 휘어짐을 억제하기 위해서도 상기 그루빙은 ITO층도 포함하여 그루빙을하는 것이 바람직하다. 그후 투명수지 등의 커버에 의하여 밀폐하여 본 발명의 태양전지장치로 한다. 단, 투명한 커버에 의한 밀폐구조는 태양전지장치의 바람직한 형태의 일례이며, 이에 의하여 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한 발전효율을 높이기 위하여 예를 들면 반도체 표면에서의 반사를 억제하기 위한 반사 방지막을 붙이면 더욱 좋다. 상기 태양전지 패널의 면적을 크게 할 때 반도체와 금속판과의 열팽창 계수의 차에 기인하는 응력에 의하여 반도체부에 균열이 생기는 것이 염려되나, 이 경우는 작은 면적을 가지는 반도체를 다수 금속판에 접촉시키는 구조로 함으로써, 반도체 내부에 생기는 열응력이 완화되어 반도체 면내의 균열을 저감할 수 있다. 이는 예를 들면 반도체를 거북구(龜)자 형상으로 나열하거나, 타일을 깔아 채운 이미지의 구조가 된다. 또는 반도체 내부에 생기는 열응력을 완화하기 위하여 반도체부에 미리 절삭(응력완화용 공극)을 마련함에 의해서도 상기 문제를 회피할 수 있다.

(실시예 1)

본 발명의 태양전지의 제조방법을 도 1 내지 도 6을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 금속기판의 돌기물측의 평면도와 그 단면도이다. 본 실시예의 금속기판(8)은 1m 사방의 사각형상으로, 그 전 외주부는 사각형상의 소정의 폭(30mm)으로 돌기물(9)의 높이와 동일 높이의 두꺼운부가 형성되어 있다. 먼저, 도 1(a) 및 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 막대형상의 돌기물(9)을 가지는 금속기판(8)을 준비한다. 금속판(8)은 알루미늄이 바람직하나, 그 외에 철, 구리, 이들의 합금[예를 들면 철과 35 내지 45중량% 니켈의 합금(42 알로이)]을 사용하여도 좋다. 본 실시예에서는 금속판(8)의 두께는 1mm 전후, 돌기물(9)의 지름은 1mm 내지 3mm, 돌기길이가 1mm로 하였다. 돌기물(9)은 막대형상, 쐐기형상 등이 사용되고, 도면에 나타내는 바와 같이 사각형상으로 규칙적으로 배열되어 있다.

돌기물(9)의 형성법으로서는, 본 실시예에서는 고온(예를 들면 1000℃)에서 용융하고 있는 알루미늄을 내열성 금속체를 사용한 막대형상의 돌기물(9)에 대응한 오목부를 가지는 금형에 주입함과 동시에, 금속판의 한쪽의 주면을 압연하여 형성한다. 금형으로서는 금속체 이외에도 예를 들면 그라파이트 또는 SiC(실리콘 카바이드)와 같이 내열성이 있는 소재를 사용할 수 있다. 경우에 따라서는 돌기가 없는 평형 알루미늄판의 전면에 a-Si를 성막함으로써도 좋다. 또 막대형상의 돌기물(9)은 압연에 의해서도 형성할 수 있어, 주입 및 압연에 있어서 금형 및 압연에 의한 롤로부터 용이하게 빠지도록 약간의 경사가 마련되어 있다.

다음에 도 1(b)와 같이 금속기판(8)의 돌기물(9)의 면에 세라믹스(예를 들면 알루미늄)(10)을 용사법으로 약 50㎛ 내지 1OO㎛의 두께로 부착한다. 이와 같은 용사막은 금속기판 위에 형성된 돌기물의 간격과 등간격으로 배치된 복수의 용사 노즐이 사용된다. 또 용사노즐을 돌기물 사이에 배치시켜 선형상의 용사막을 형성하는 공정을 반복함으로써 얻어진다.

세라믹스(10)의 표면에는 예를 들면 졸겔법 등에 의하여 두께 약 10㎛의 유리층(11)을 형성한다. 본 공정은 세라믹스의 피착이 양호하면 생략하는 것도 가능하다.

다음에 도 2에 나타내는 바와 같이 금속기판(8) 위에 기상 성장법에 의하여실리콘층을 성막한다. 기상 성장법(CVD)으로서는 플라즈마 또는 촉매를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 실리콘층을 촉매CVD(Cat CVD)에 의하여 형성하였다.

도 1에서 나타낸 금속기판(8)을 CVD 챔버장치내에 도 2(a)와 같이 장착한다. 금속판(8)을 고정과 가열하기 위하여 진공척부착 히터(13) 위에 금속판(8)을 배치한다. 금속판(8)의 가열온도는 예를 들면 400℃로 설정한다. CVD챔버의 기압을 예를 들면 아르곤 등의 불활성 가스로 3기압으로 가압한다.

촉매CVD(Cat CVD)법에서는 예를 들면 텅스텐선을 약 2000℃로 가열하고, 그 가열 텅스텐선을 촉매로 하여 모노실란을 분해하여 실리콘층을 금속판(8) 위에 성막한다. 성막시에는 모노실란과 동시에 예를 들면 디보란가스를 흘려 실리콘층에 보론을 도핑하여, 도 2에 나타내는 바와 같이 p형 a-Si층(3)을 예를 들면 5㎛ 성막한다.

상기에 있어서 디보란가스를 포스핀으로 도중에 전환하여 인, 즉 n형 실리콘층(4)을 약 1㎛ 성막한다. 상기한 유리층의 형성으로부터 n형 실리콘층(4)의 형성공정에 있어서, 수소가스를 첨가함으로써 실리콘층의 막질을 보다 양호하게 하는 것이 가능하다.

실리콘층을 성막한 후에 패턴을 가지는 마스크를 사용하여 상부전극(5)을 형성하고, 그 후 CVD 등에 의하여 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 절연막으로서 유리층 (11)을 성막한다. 금속기판(8)을 가열한 상태에서 CVD 챔버로부터 인출한 후에 감광성 레지스트를 도포한다.

도 3은 본 실시예에 있어서의 a-Si의 벌집형상으로 홈(14)을 가지고, 각 벌집에는 적어도 1개의 Al 돌기물(9)의 상면이 꽂힌 구조를 나타내고 있다. 홈(14)에는 그 다음 공정에 의하여 상부전극(5)이 형성된다. 레지스트를 굳힌 후에 도 3의 본 실시예에 있어서의 태양전지의 주요부분의 평면도에 나타내는 바와 같이 유리재에 크롬박막을 벌집형상으로 새긴 패턴을 가지는 마스크를 사용하여 그 상면으로부터 자외선을 조사하여 레지스트를 감광한다. 레지스트가 자외선과 반응하여 재질이 변화한 부분(벌집의 윤곽)을 따라 레지스트를 제거한 후에 예를 들면 HF와 HN0₃의 혼합액을 사용하여 유리층(11)을 제거한다. 그리고 도 2(c)의 상부전극(5)은 뒤에서 설명하는 도 4에 의하여 형성한 것이다. 그 가공을 끝낸 후에 히터의 가열을 멈추어 상온으로 되돌리면 금속판의 변형(휘어짐)을 최소로 억제할 수 있다. 돌기물(9)은 벌집의 윤곽의 중심에 배치되어 있다. 도 3에 있어서 태양전지용 a-Si를 벌집형상으로 홈(14)을 형성하고 있다. 각각의 벌집에는 적어도 1개의 Al 돌기물(9)의 상면이 a-Si에 꽂혀 있는 것이 본 발명의 특징이다.

도 4는 이상의 태양전지의 제조공정도 포함하여 전 공정을 나타내는 단면도이다. 도 3 이후의 공정은 도 4에 있어서 (f)항 이후에 표시되어 있다. 즉 도 4 (f)에 있어서, CVD 성막한 CVD 산화막(12)에 사진식각법으로 층간 구멍(15)을 가공한다.

(d)에 있어서, n형 a-Si층(4)의 위에 CVD 산화막(12)을 형성한다.

(e)에 있어서, 마스크를 사용하여 아몰퍼스 실리콘 절삭홈을 형성한다.

(f)에 있어서, CVD 산화막(12)에 상부전극(5)을 형성하기 위한 층간 구멍(15)을 형성한다.

(g)에 있어서, 상면에 금속층(5)을 스패터 또는 증착법으로 성막한다. 또는 Ag 페이스트의 인쇄에 의하여 금속층(5)을 형성하거나, 또는 Al 금속의 용사에 의하여 상기 금속층(5)을 형성한다.

(h) 다시 사진식각법으로 금속층(5)을 슬릿형상, 격자형상 또는 벌집형상으로 가공하여 배선용 상부전극(5)을 실현한다. 상부전극(5)의 재료에는 네사(ITO)막으로 형성하여도 좋다. 또한 상면의 p형 a-Si의 시트저항을 저하하기 위하여 투명전극(In-Sn계 외)의 박막을 인쇄법으로 형성하고, 그 위에 Ag 페이스트로 등뼈형상으로 상부전극 버스를 형성한다.

(i) (h) 공정 다음에 졸겔법에 의하여 반사 방지막(16)을 도포한다.

(j) 상부전극(5)과 하부전극이 되는 금속기판(8)에 예를 들면 땜납 도금법으로 외부 인출 전극이 되는 금속판의 외부단자(6, 7)를 패널의 양측에 설치한다. 그 후 투명수지 등의 커버에 의하여 밀폐하여 태양전지장치가 완성된다. 상부전극(5)이 슬릿형상인 경우에는 안쪽의 상부전극(5)은 끝부의 적어도 한쪽에서 외부단자 (6, 7)와 함께 금속판에 의하여 전기적으로 접속되나, 격자형상 또는 벌집형상의 경우에는 서로 전기적으로 접속되어 있으나, 마찬가지로 양측에 외부단자를 설치하거나, 설치하지 않아도 좋다. 외부단자(6 7)는 소정의 폭으로 패널의 폭 전체에 설치되며, 구리판이 바람직하다.

(k) (j)공정에 있어서, 하부전극이 되는 금속기판(8)에 외부단자를 형성하기 전에 2매의 태양전지 패널을 땜납으로 맞붙인 다음에 하부전극에 외부단자를 형성함으로써 양면의 태양전지장치가 완성된다.

본 실시예에 의한 양면의 태양전지장치에 있어서는, 대면적의 태양전지 패널을 제작공정에 있어서의 가열, 냉각 등의 온도변화에 의한 박막의 벗겨짐, 휘어짐, 균열의 발생 등이 방지되어 생산공정에서의 불량의 발생을 없앨 수 있는 것이 확인되었다.

또 본 실시예에 의하여 얻어진 태양전지장치를 해양(海洋)상에 설치한 메가 플로트 위에 다수 설치하여 발전플랜트를 경제적으로 제조할 수 있다. 또 태양전지장치는 태양광의 이동에 따라 이동시킴으로써 항상 높은 광전기 변환효율을 얻을 수 있다. 또한 양면 태양전지장치에 있어서는 패널을 똑바로 세운 상태로 실시함으로써 태양광의 이동에 따른 이동을 행하는 일 없이 실시할 수 있다.

(실시예 2)

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 금속판의 평면도(a), 그 확대도 (b) 및 (b)의 단면도(c)이다. 금속판(8)과 돌기물(9)에 관계한다. 도 5에 있어서 돌기물(9)은 세라믹물인 알루마이트(17)에 의하여 형성된다. 알루미늄의 금속판 (8)을 예를 들면 양극 산화법으로 처리함으로써, 알루마이트부분을 형성하면 알루미늄이 그 부분만큼 침식된다. 이때 침식되는 알루미늄의 깊이는 수㎛ 정도이며, 약 1.2㎛의 산화 알루미늄의 돌기물(9)이 얻어진다.

본 실시예에서는 알루마이트에 의하면 대면적의 태양전지 패널을 제작공정에 있어서의 가열, 냉각 등의 온도변화에 의한 박막의 벗겨짐, 휘어짐, 균열의 발생 등이 방지되어 생산공정에서의 불량의 발생을 없앨 수 있는 것이 확인되었다.

(실시예 3)

도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 태양전지장치의 금속기판의 평면도 및 단면도와 그 제조공정을 나타내는 단면도이다. 이 실시예에 있어서는 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이 금속기판(8) 자신에는 돌기물의 구조를 가지지 않는 대신에, 알루미늄 등의 금속기판(8)에 형성한 a-Si층은 사각형의 섬형상으로 분리되어 있다. 이 섬 사이에는 유리 또는 수지(18)가 섬을 서로 분리하는 홈의 n형 a-Si층(4) 도중까지 충전된다. 그후 상부전극(5)을 붙인다. a-Si층을 사각형의 섬형상으로 분리하는 목적은, 상기한 바와 같이 금속기판(8)과 a-Si층의 열팽창 차에 의하여 생기는 응력왜곡에 의하여 알루미늄 금속기판(8)이 휘어지는 것을 방지하는 것이 목적이다. a-Si의 섬은 도 7에 나타내는 바와 같이 벌집형상으로 사이를 칸막이를 하여도 좋고, 마찬가지로 상부전극(5)이 붙여진다. 또 외부전극은 실시예 1와 마찬가지로 패널의 양측에 설치된다.

도 8은 도 6, 도 7의 구조를 실현하기 위한 태양전지장치의 구체적인 제조방법을 나타내는 단면도이다. 제조공정은 이하와 같다.

(a) 금속판(8)을 가열형 진공흡인판(진공척)(13)으로 흡인한 후에, 약 400℃로 흡인판을 가열한다.

(b) (a)의 상태에서 Cat-CVD로 p형 a-Si층(3)을 기상 성장한다. 성장의 과정에서 도핑가스를 전환하여 n형층(4)을 성장시켜, P형 a-Si층(3)과 함께 접합을 형성한다. 또한 성장의 과정에서 필요에 따라 금속판(8)의 가열온도를 바꾸어 a-Si층의 품질을 태양전지로서 보다 적합한 성능으로 개량할 수 있다.

(c) (b)의 상태에 있어서, 감광성 폴리머(예를 들면, PIQ)(19)를 기판 가열 그대로 도포하여 온도를 바꾸어 베이킹처리를 실시한다.

(d) (c)의 상태에서 마스크를 사용하여 PIQ의 부분 경화부(20)를 형성한다.

(e) 부분 경화부(20)를 자기 정합적으로 폴리머를 박리하여 그 노출한 부분의 a-Si층을 에칭처리로 제거한다.

(r) 이 공정을 끝낸 시점에서, 기판 가열의 진공척을 상온으로 되돌려, a-si 사이의 홈영역의 n형 a-Si층(4)의 도중까지 스핀도포법 등으로, 유리 또는 수지 (21)를 메워 넣는다.

(g) PIQ를 재감광하여 홈영역보다 약간 넓은 영역(22)을 패터닝하여 부분 경화한 영역을 자기 정합적으로 폴리머를 박리한다.

(h) 알루미늄을 증착 또는 스패터법으로 성막한 후에, 레지스트를 도포하여 사진식각법으로 알루미늄을 a-Si 섬 사이의 홈영역(015)만을 남기고 제거하여 상부 전극(5)을 형성한다. 진공척으로부터 떼어 내어 태양전지 패널이 완성된다.

도 8에 있어서, 감광성 수지(21) 대신에, 저온에서 형성한 무기계의 유리이어도 좋다. 또 상부전극(5)의 형성은 사진식각법 대신에 인쇄법으로, 예를 들면 은페이스트를 오목부(15)에 칠하여도 좋다.

본 실시예에 의하면 대면적의 태양전지 패널을 제작공정에 있어서의 가열, 냉각 등의 온도변화에 의한 박막의 벗겨짐, 휘어짐, 균열의 발생 등이 방지되어 생산 공정에서의 불량의 발생을 없앨 수 있는 것이 확인되었다.

(실시예 4)

실시예 1 내지 실시예 3에 의하여 얻어진 태양전지장치를 해양상에 설치한 메가 플로트 위에 다수 설치함으로써, 발전플랜트를 제조할 수 있어, 그에 의하여 높은 광전기 변환효율를 얻을 수 있는 것이다. 또 실시예 1 내지 실시예 3에 의하여 형성되는 태양전지장치는, 생산성이 높고, 그 때문에 경제성이 우수한 것이다. 또한 태양전지장치는 각 패널을 태양을 향하여 후단측을 서서히 높게 설정함과 동시에 태양광의 이동에 따라 항상 태양광이 수직으로 닿도록 이동시키는 마이크로컴퓨터 제어에 의한 회전수단을 설치함으로써, 항상 높은 광전기 변환효율을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 광전기 변환효율이 높아 경제성이 뛰어나고, 태양전지의 제조공정에서의 벗겨짐, 휘어짐, 균열 등의 발생을 억지할 수 있는 안정된 제조공정에 의하여 얻어지는 태양전지장치와 그 제조법 및 그 태양전지장치용 금속판 및 발전플랜트를 제공할 수 있는 것이다.

Claims

금속기판의 한쪽 면의 일부에 접하여 형성된 2층의 실리콘층의 한쪽 층과,

상기 실리콘층의 다른쪽 층에 접하여 형성된 복수의 전극과,

상기 금속기체의 다른쪽 면에 형성된 외부단자 및 상기 전극에 접하여 형성된 외부단자를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치.
금속기판의 한쪽 면에 형성된 복수의 돌기에 접하여 형성된 2층의 실리콘층의 한쪽 층과,

상기 실리콘층의 다른쪽 층에 접하여 형성된 복수의 전극과,

상기 금속기체의 다른쪽 면에 형성된 외부단자 및 상기 전극에 접하여 형성된 외부단자를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치.
금속기판의 한쪽 면의 일부가 절연된 비절연부에 접하여 형성된 2층의 실리콘층의 한쪽 층과,

상기 실리콘층의 다른쪽 층에 접촉하여 형성된 복수의 전극과,

상기 금속기체의 다른쪽 면에 형성된 외부단자 및 상기 전극에 접하여 형성된 외부단자를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치.
제 1항에 있어서,

상기 전극의 평면형상이 격자형상 또는 벌집형상인 것을 특징으로 하는 태양전지장치.
제 1항에 있어서,

상기 금속기판은 알루미늄, 알루미늄합금 및 니켈을 5 내지 45중량% 가지는 니켈-철계 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지장치.
돌기물을 가지는 금속기판의 상기 돌기물 형성면에 세라믹스층 및 유리층을 순차 형성하는 공정과,

상기 유리층의 표면에 2층의 실리콘층을 형성하는 공정과,

상기 실리콘층의 표면에 유리층을 형성하는 공정과,

상기 유리층을 통하여 상기 실리콘층에 소정의 절삭을 형성하는 공정과,

상기 실리콘층 위의 상기 유리층에 상기 실리콘층 위의 실리콘층에 접하도록복수의 관통구멍을 형성하는 공정과,

상기 관통구멍에 전극을 형성하는 공정과,

상기 실리콘층 위의 상기 유리층 위에 반사 방지막을 형성하는 공정과,

상기 전극 및 상기 금속판의 다른쪽 면에 외부단자를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법.
제 6항에 있어서,

졸겔법에 의하여 유리층으로 이루어지는 상기 반사 방지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법.
금속기판의 한쪽 면에 2층의 실리콘층을 형성하는 공정과,

상기 실리콘층 위에 감광성 폴리머를 형성하여 소정의 평면형상으로 부분적으로 경화하는 공정과,

상기 부분 경화한 부분의 상기 감광성 폴리머를 제거하는 공정과,

상기 감광성 폴리머가 제거된 부분의 상기 2층의 실리콘층을 에칭제거하여 상기 금속판의 표면에 도달하는 관통구멍을 형성하는 공정과,

상기 에칭 제거된 상기 실리콘층 위의 실리콘층의 일부에 도달하도록 절연체를 충전하는 공정과,

상기 절연체 위에 전극을 형성하는 공정과,

상기 전극 및 상기 금속판의 다른쪽 면에 외부단자를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법.
제 6항에 있어서,

상기 2층의 실리콘층을 실리콘층에 보론을 도핑하는 P형의 실리콘층을 형성한 후, 실리콘층에 인을 도핑하는 n형 실리콘층을 촉매 CVD에 의하여 순차 성막하는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법.
제 6항에 있어서,

상기 촉매 CVD 법은 텅스텐선을 고온으로 가열함으로써 촉매로 하여 모노실란과 디보란가스에 의하여 상기 P형의 실리콘층을 형성한 후, 모노실란과 호스핀가스에 의하여 상기 n형의 실리콘층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지장치의 제조법.
금속기판의 한쪽의 표면에 규칙적으로 배열된 복수의 돌기물을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판.
금속기판의 한쪽의 표면에 규칙적으로 배열된 복수의 돌기물을 가지고, 외주부 전체 주위에 두꺼운부를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판.
제 11항에 있어서,

상기 금속기판은 알루미늄, 알루미늄합금 및 니켈 35 내지 45중량%를 가지는 니켈-철계 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판.
제 11항에 있어서,

상기 돌기물은 그 지름이 0.2mm 내지 0.8mm 및 높이가 0.1mm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판.
제 11항에 있어서,

상기 돌기물의 형성면측에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판.
제 11항에 있어서,

상기 절연층은 상기 외주부 및 상기 돌기물의 선단을 제외하고 전면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지장치용 금속판.
제 1항 기재의 태양전지장치를 구비한 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
제 6항 기재의 태양전지장치의 제조법에 의하여 제조된 태양전지장치를 구비한 것을 특징으로 하는 발전플랜트.
제 11항 기재의 태양전지장치용 금속판에 의하여 구성된 태양전지장치를 구비한 것을 특징으로 하는 발전플랜트.