KR20090005983A - 광 기전력 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

광 기전력 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20090005983A
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

이 광 기전력 장치는 적어도 중간층을 절단하도록 형성된 제2 개방 홈부와, 제2 개방 홈부 내의 적어도 중간층의 절단부를 덮고 또한 제2 광전 변환층의 상면 상을 따라 연장되도록 형성된 절연 부재와, 제2 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서 제1 광전 변환층, 중간층, 제2 광전 변환층 및 절연 부재를 관통하도록 형성된 제3 개방 홈부를 구비하고, 절연 부재는 적어도 제3 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장되도록 형성되어 있다.
광전 변환층, 개방 홈부, 절연 부재, 배면 전극, 투광성 도전층

Description

광 기전력 장치 및 그 제조 방법 {PHOTOVOLTAIC APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 광 기전력 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 복수의 광전 변환층 사이에 도전성을 갖는 중간층을 구비한 광 기전력 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원(시노하라 와따루)은 2007년 7월 9일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-179438호의 우선권을 주장하고, 이 특허 출원은 본 명세서에 참조로 포함된다.
종래, 복수의 광전 변환 유닛(광전 변환층) 사이에 도전성을 갖는 중간층을 구비한 광 기전력 장치가 알려져 있다. 이와 같은 광 기전력 장치는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2002-118273호 공보에 개시되어 있다.
상기 일본 특허 출원 공개 제2002-118273호 공보에 개시된 광 기전력 장치에서는, 기판 상에 소정의 간격을 사이에 두고 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극이 형성되어 있는 동시에, 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극 상에 제1 광전 변환 유닛이 형성되어 있다. 그리고, 제1 광전 변환 유닛 상에 도전성을 갖는 중간층을 사이에 두고 제2 광전 변환 유닛이 형성되어 있다. 그리고, 제2 광전 변환 유닛 상에는 상기 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극에 각각 대응하도록 제1 배면 전극 및 제2 배면 전극이 배치되어 있다. 또한, 제1 배면 전극은 제2 광전 변환 유닛, 중간층 및 제1 광전 변환 유닛을 관통하도록 형성된 개방 홈부를 통해 제2 투명 전극에 전기적으로 접속되어 있다.
그러나, 상기 일본 특허 출원 공개 제2002-118273호 공보에 개시된 광 기전력 장치에서는, 제1 배면 전극이 개방 홈부 내에서 도전성을 갖는 중간층과 접촉하고 있으므로, 제1 배면 전극과 중간층 사이에 전기적 단락(쇼트)이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 하나의 목적은, 복수의 광전 변환층 사이에 도전성을 갖는 중간층을 구비하는 경우에도 배면 전극과 중간층의 전기적 단락을 억제하는 것이 가능한 광 기전력 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 국면에 있어서의 광 기전력 장치는, 절연성 표면을 갖는 기판과, 기판의 절연성 표면 상에 형성되고 제1 개방 홈부에 의해 분리된 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극과, 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극을 덮도록 형성된 제1 광전 변환층과, 제1 광전 변환층의 표면 상에 도전성을 갖는 중간층을 사이에 두고 형성된 제2 광전 변환층과, 제1 기판측 전극 상의 영역에 있어서 적어도 중간층을 절단하도록 형성된 제2 개방 홈부와, 제2 개방 홈부 내의 적어도 중간층의 절단부를 덮고, 또한 제2 광전 변환층의 상면 상을 따라 연장되도록 형성된 절연 부재와, 제2 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서 제1 광전 변환층, 중간층, 제2 광전 변환층 및 절연 부재를 관통하 는 동시에, 제1 기판측 전극의 표면을 노출하도록 형성된 제3 개방 홈부와, 제3 개방 홈부를 통해 제1 기판측 전극과 제2 기판측 전극측의 제2 광전 변환층을 전기적으로 접속하도록 형성된 배면 전극과, 제3 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서 적어도 배면 전극을, 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극에 각각 대응하는 제1 배면 전극 및 제2 배면 전극으로 전기적으로 분리하기 위한 제4 개방 홈부를 구비하고, 절연 부재는 적어도 제3 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장되도록 형성되어 있다. 또한,「절연 부재가 연장되도록 형성되어 있다」라 함은, 제3 개방 홈부 또는 제4 개방 홈부에 의해 절연 부재가 절단되어 있는 경우도 포함하는 개념이다.
본 발명의 제2 국면에 있어서의 광 기전력 장치의 제조 방법은, 절연성 표면을 갖는 기판의 절연성 표면 상에 기판측 전극을 형성하는 공정과, 기판측 전극에 제1 개방 홈부를 형성함으로써 제1 개방 홈부에 의해 분리된 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극을 형성하는 공정과, 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극을 덮도록 제1 광전 변환층을 형성하는 공정과, 제1 광전 변환층의 표면 상에 도전성을 갖는 중간층을 사이에 두고 제2 광전 변환층을 형성하는 공정과, 제1 기판측 전극 상의 영역에 있어서 적어도 중간층을 절단하기 위한 제2 개방 홈부를 형성하는 공정과, 제2 개방 홈부 내에 적어도 중간층의 절단부를 덮고 또한 제2 광전 변환층의 상면 상을 따라 연장되도록 절연 부재를 형성하는 공정과, 제2 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서 제1 광전 변환층, 중간층, 제2 광전 변환층 및 절연 부재를 관통하는 동시에, 제1 기판측 전극의 표면을 노출하도록 제3 개방 홈부를 형성하는 공정과, 제3 개방 홈부를 사이에 두고 제1 기판측 전극과 제2 기판측 전극측의 제2 광전 변환층을 전기적으로 접속하도록 배면 전극을 형성하는 공정과, 제3 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서 적어도 배면 전극을, 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극에 각각 대응하는 제1 배면 전극 및 제2 배면 전극으로 전기적으로 분리하기 위한 제4 개방 홈부를 형성하는 공정을 구비하고, 절연 부재를 형성하는 공정은 적어도 제3 개방 홈부에 대해 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장하도록 절연 부재를 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 복수의 광전 변환층 사이에 도전성을 갖는 중간층을 구비하는 경우에도, 배면 전극과 중간층의 전기적 단락을 억제하는 것이 가능한 광 기전력 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 도1을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치(1)의 구성에 대해 설명한다.
제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치(1)는, 도1에 도시한 바와 같이 기판(2)과, 기판측 전극(3a 및 3b)과, 광전 변환 유닛(4)과, 중간층(5)과, 광전 변환 유닛(6)과, 투광성 도전층(7)과, 절연 부재(8)와, 배면 전극(9a 및 9b)을 구비하고 있다. 이 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치(1)는 기판(2)의 주 표면에 따른 방향에 복수의 유닛을 배면 전극(9a 및 9b)을 통해 직렬 접속된 구조를 갖는다. 이하, 상세하게 설명한다.
기판(2)은 절연성 표면을 갖는 동시에, 투광성을 갖는 글래스로 이루어진다. 이 기판(2)은 약 1 ㎜ 내지 약 5 ㎜의 두께를 갖고 있다. 또한, 기판(2)의 상면 상에는 개방 홈부(3c)에 의해 분리된 기판측 전극(3a 및 3b)이 형성되어 있다. 이 기판측 전극(3a 및 3b)은 약 800 ㎚의 두께를 갖는 동시에, 도전성 및 투광성을 갖는 산화주석(SnO2) 등의 TCO(Transparent Conductive Oxide : 투명 산화물 도전체)로 이루어진다. 또한, 기판측 전극(3a 및 3b)은 각각 본 발명의「제1 기판측 전극」및「제2 기판측 전극」의 일례이며, 개방 홈부(3c)는 본 발명의「제1 개방 홈부」의 일례이다.
또한, 기판측 전극(3a 및 3b)의 상면 상에 pin형의 비정질(아몰퍼스) 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(4)이 형성되어 있다. 이 pin형의 아몰퍼스 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(4)은 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎚의 두께를 갖는 p형 수소화 아몰퍼스 실리콘카바이드(a-SiC : H)층과, 약 250 ㎚ 내지 약 350 ㎚의 두께를 갖는 i형 수소화 아몰퍼스 실리콘(a-Si : H)층과, 약 20 ㎚ 내지 약 30 ㎚의 두께를 갖는 n형 수소화 아몰퍼스 실리콘층으로 구성되어 있다. 또한, 광전 변환 유닛(4)은 기판측 전극(3a)의 상면 상에 개방 홈부(4a, 4b 및 4c)를 갖는 동시에, 개방 홈부(3c)를 매립하도록 형성되어 있다. 이 아몰퍼스 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(4)은 비교적 단파장의 광을 흡수하기 위해 형 성되어 있다. 또한, 광전 변환 유닛(4)은 본 발명의「제1 광전 변환층」의 일례이다.
또한, 광전 변환 유닛(4)의 상면 상에 개방 홈부(4a, 4b 및 4c)에 각각 대응하는 영역에 개방 홈부(5a, 5b 및 5c)를 갖는 중간층(5)이 형성되어 있다. 또한, 중간층(5)은 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 두께를 갖고 있다. 이 중간층(5)은 도전성을 갖는 동시에, 기판(2)측으로부터 입사하는 광을 부분적으로 반사하고 또한 투과하는 기능을 갖는 산화아연(ZnO) 등의 TCO로 이루어진다. 또한, 중간층(5)은 기판(2)측으로부터 입사하는 광을 부분적으로 반사함으로써 광전 변환 유닛(4)을 통과하는 광의 양을 증가시키는 기능을 갖고 있다. 이로 인해, 광전 변환 유닛(4)의 두께를 크게 하지 않고, 광전 변환 유닛(4)의 출력 전류를 증가시키는 것이 가능하다. 즉, 아몰퍼스 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(4)의 두께에 따라서 현저해지는 광열화를 억제하면서 광전 변환 유닛(4)의 출력 전류를 증가시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 광전 변환 유닛(4 및 6)의 출력 전류의 균형을 도모하는 것이 가능하다.
또한, 중간층(5)의 상면 상에, 개방 홈부(5a, 5b 및 5c)에 대응하는 영역에 개방 홈부(6a, 6b 및 6c)를 갖는 pin형의 미결정 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(6)이 형성되어 있다. 이 pin형의 미결정 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(6)은 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎚의 두께를 갖는 p형 수소화 미결정 실리콘(μc - Si : H)층과, 약 1500 ㎚ 내지 약 2000 ㎚의 두께를 갖는 i형 수소화 미결정 실리콘층과, 약 20 ㎚ 내지 약 30 ㎚의 두께를 갖는 n형 수소화 미결 정 실리콘층으로 구성되어 있다. 또한, 이 미결정 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(6)은 비교적 장파장의 광을 흡수하기 위해 형성되어 있다. 또한, 광전 변환 유닛(6)은 본 발명의「제2 광전 변환층」의 일례이다.
또한, 광전 변환 유닛(6)의 상면 상에 개방 홈부(6a, 6b 및 6c)에 대응하는 영역에 개방 홈부(7a, 7b 및 7c)를 갖는 투광성 도전층(7)이 형성되어 있다. 이 투광성 도전층(7)은 약 70 ㎚의 두께를 갖는 동시에, 주로 산화인듐(InO2) 등의 TCO로 형성되어 있다.
여기서, 제1 실시 형태에서는, 투광성 도전층(7)의 상면 상의 일부에는 개방 홈부(7a 및 7b)에 대응하는 영역에 개방 홈부(8a 및 8b)를 갖는 절연 부재(8)가 투광성 도전층(7)의 상면 상을 따라 연장되도록 형성되어 있다. 여기서, 절연 부재(8)의 한쪽 단부(8c)는 개방 홈부(10a)로부터 개방 홈부(3c)의 상방까지 연장되도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 절연 부재(8)의 한쪽 단부(8c)는 개방 홈부(3c)의 2개의 측면 중, 개방 홈부(10a)로부터 이격되어 있는 측의 측면(3d)과 대응하는 위치까지 연장되어 있다. 또한, 절연 부재(8)의 다른 쪽 단부(8d)는 후술하는 배면 전극(9)을 분리하기 위한 개방 홈부(10c)에 대해 개방 홈부(3c)와 반대측 영역까지 연장되어 있다. 또한, 절연 부재(8)는 개방 홈부(4c, 5c, 6c 및 7c)로 이루어지는 개방 홈부(10a)를 충전하도록 형성되어 있다. 즉, 중간층(5)의 개방 홈부(5c)에 대해 개방 홈부(3c)측에 위치하는 부분과, 중간층(5)의 개방 홈부(5c)에 대해 개방 홈부(3c)와 반대측에 위치하는 부분을 전기적으로 절연하도록 절연 부재(8)가 매립되어 있다. 이와 같이, 개방 홈부(10a)에 있어서, 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6) 및 투광성 도전층(7)의 각각의 절단면이 절연 부재(8)에 의해 덮이도록 구성되어 있다. 또한, 절연 부재(8)는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진다. 또한, 절연 부재(8)는 본 발명의「절연 부재」의 일례이다.
또한, 절연 부재(8) 및 투광성 도전층(7)의 상면 상의 전체면에는, 개방 홈부(8b)에 대응하는 영역에 형성된 개방 홈부(9c)에 의해 분리된 배면 전극(9a 및 9b)이 형성되어 있다. 배면 전극(9a 및 9b)은 개방 홈부(10c)에 인접하는 영역에 있어서 절연 부재(8)의 표면 상에 형성되어 있다. 또한, 배면 전극(9b)은 개방 홈부(10b)를 충전하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 배면 전극(9b)과 기판측 전극(3a)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 배면 전극(9b)은 절연 부재(8)를 걸치도록 하여, 개방 홈부(3c)에 대해 개방 홈부(10a)와 반대측 영역에서 기판측 전극(3b)에 대응하는 투광성 도전층(7)에 접속되어 있다. 이와 같이, 기판측 전극(3a)과, 기판측 전극(3b)에 대응하는 투광성 도전층(7)이 배면 전극(9b)을 통해 전기적으로 접속됨으로써, 기판(2)의 주 표면에 따른 방향으로 복수의 유닛이 직렬 접속되도록 구성되어 있다. 또한, 배면 전극(9a 및 9b)은 약 200 ㎚ 내지 약 400 ㎚의 두께를 갖는 동시에, 은(Ag)을 주성분으로 하는 금속 재료로 이루어진다. 또한, 배면 전극(9a 및 9b)은 기판(2)의 하면측으로부터 입사하여 배면 전극(9a 및 9b)에 도달한 광을 반사함으로써, 광전 변환 유닛(4 및 6)에 다시 입사시키는 기능 을 갖고 있다. 또한, 배면 전극(9a 및 9b)은 각각 본 발명의「제1 배면 전극」및「제2 배면 전극」의 일례이다.
또한, 개방 홈부(4b, 5b, 6b, 7b, 8b 및 9c)에 의해 배면 전극(9a)과 배면 전극(9b)을 전기적으로 분리하기 위한 개방 홈부(10c)가 구성되어 있고, 개방 홈부(4c, 5c, 6c 및 7c)에 의해 중간층(5)을 전기적으로 분리하기 위한 개방 홈부(10a)가 구성되어 있다. 또한, 개방 홈부(4a, 5a, 6a, 7a 및 8a)에 의해 배면 전극(9b)과 기판측 전극(3a)을 전기적으로 접속하기 위한 개방 홈부(10b)가 구성되어 있다. 또한, 개방 홈부(10a, 10b 및 10c)는 각각 본 발명의「제2 개방 홈부」,「제3 개방 홈부」및「제4 개방 홈부」의 일례이다.
다음에, 도1 내지 도9를 참조하여 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치(1)의 제조 프로세스에 대해 설명한다.
우선, 도2에 도시한 바와 같이, 절연성 표면을 갖는 기판(2)의 상면 상에 열 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 약 800 ㎚의 두께를 갖는 산화주석으로 이루어지는 기판측 전극(3)을 형성한다.
다음에, 도3에 도시한 바와 같이, 기판측 전극(3)에 파장 약 1064 ㎚, 발진 주파수 약 20 ㎑, 평균 파워 약 14.0 W의 Nd : YAG 레이저의 기본파(도3의 LB1)를 기판측 전극(3)측으로부터 주사함으로써, 약 50 ㎛의 폭을 갖는 개방 홈부(3c)를 약 9.0 ㎜의 간격으로 형성한다. 이에 의해, 개방 홈부(3c)에 의해 분리된 기판측 전극(3a 및 3b)이 형성된다.
다음에, 도4에 도시한 바와 같이, 기판측 전극(3a 및 3b)의 상면 상에 플라 즈마 CVD법에 의해 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎚의 두께를 갖는 p형 수소화 아몰퍼스 실리콘카바이드층과, 약 250 ㎚ 내지 약 350 ㎚의 두께를 갖는 i형 수소화 아몰퍼스 실리콘층과, 약 20 ㎚ 내지 약 30 ㎚의 두께를 갖는 n형 수소화 아몰퍼스 실리콘층을 순차 형성함으로써, 아몰퍼스 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(4)이 형성된다. 그 후, 광전 변환 유닛(4)의 상면 상에 스퍼터링법이 의해 약 10 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 두께를 갖는 산화아연으로 이루어지는 중간층(5)을 형성한다. 그리고, 중간층(5)의 상면 상에 플라즈마 CVD법이 의해 약 10 ㎚ 내지 약 20 ㎚의 두께를 갖는 p형 수소화 미결정 실리콘층과, 약 1500 ㎚ 내지 약 2000 ㎚의 두께를 갖는 i형 수소화 미결정 실리콘층과, 약 20 ㎚ 내지 약 30 ㎚의 두께를 갖는 n형 수소화 미결정 실리콘층을 순차 형성함으로써, 미결정 실리콘계 반도체로 이루어지는 광전 변환 유닛(6)이 형성된다. 그리고, 스퍼터링법에 의해 산화인듐을 주성분으로 하는 약 70 ㎚의 두께를 갖는 투광성 도전층(7)이 형성된다.
여기서, 제1 실시 형태에서는 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6) 및 투광성 도전층(7)이 연속해서 형성되므로, 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6)의 표면이 대기에 노출되지 않고 형성된다.
다음에, 도5에 도시한 바와 같이, 개방 홈부(3c)에 인접하도록, 파장 약 532 ㎚, 발진 주파수 약 12 ㎑, 평균 파워 약 230 mW의 Nd : YAG 레이저의 제2 고조파(도5의 LB2)를 기판(2)측으로부터 주사함으로써, 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6) 및 투광성 도전층(7)을 절단한다. 이에 의해, 개방 홈부(4c, 5c, 6c 및 7c)로 이루어지는 약 50 ㎛의 폭을 갖는 개방 홈부(10a)를 형성한다.
그리고, 도6에 도시한 바와 같이, 약 400 ㎛의 라인 형상 개구부(도시하지 않음)를 갖는 스테인레스제의 콘덕트 마스크(도시하지 않음)를 이용하여, 스크린 인쇄법에 의해 개방 홈부(10a)의 좌우로 약 400 ㎛ 내지 약 50O ㎛의 폭을 갖도록 폴리시라잔을 도포한다. 이에 의해, 산화실리콘으로 이루어지는 절연 부재(8)를 개방 홈부(10a)에 충전하는 동시에, 투광성 도전층(7)의 표면 상을 따라 연장되도록 형성한다. 개방 홈부(10a)에 절연 부재(8)가 충전됨으로써, 개방 홈부(10a)에 의해 절단된 중간층(5)이 절연된다.
다음에, 도7에 도시한 바와 같이, 개방 홈부(10a)에 대해 개방 홈부(3c)와 반대측 영역에 상기 LB2와 같은 레이저(도7의 LB3)를 기판(2)측으로부터 주사함으로써, 개방 홈부(4a, 5a, 6a, 7a 및 8a)로 이루어지는 약 50 ㎛의 폭을 갖는 개방 홈부(10b)를 형성한다.
그 후, 도8에 도시한 바와 같이, 스퍼터링법에 의해 개방 홈부(10b)를 충전하는 동시에, 투광성 도전층(7) 및 절연 부재(8)를 덮도록 은을 주성분으로 하는 배면 전극(9)을 형성한다. 이에 의해, 기판측 전극(3a)과, 기판측 전극(3b)측의 투광성 도전층(7)이 전기적으로 접속된다. 그리고, 도9에 도시한 바와 같이, 개방 홈부(10b)에 대해 개방 홈부(3c)와 반대측 영역에 상기 LB2와 같은 레이저(도9의 LB4)를 기판(2)측으로부터 주사함으로써, 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6), 투광성 도전층(7), 절연 부재(8) 및 배면 전극(9)을 절단한다. 이에 의해, 개방 홈부(4b, 5b, 6b, 7b, 8b 및 9c)로 이루어지는 약 50 ㎛의 폭을 갖는 개방 홈부(10c)를 형성한다. 이에 의해, 배면 전극(9a)과 배면 전극(9b)이 분리되 어, 도1에 도시한 광 기전력 장치(1)가 형성된다.
제1 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 절연 부재(8)를 개방 홈부(10c)에 대해 개방 홈부(3c)와 반대측 영역까지 연장하도록 형성함으로써, 개방 홈부(10a) 및 개방 홈부(10a) 근방의 영역에만 절연 부재(8)를 형성하는 경우와 비교하여, 넓은 영역에 절연 부재(8)를 형성하게 되므로, 절연 부재(8)를 형성할 때에 높은 치수 정밀도의 마스크를 이용할 필요가 없다.
또한, 제1 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 절연 부재(8)를 개방 홈부(10c)에 대해 개방 홈부(3c)와 반대측 영역까지 연장되도록 형성하는 동시에, 배면 전극(9a) 및 배면 전극(9b)을, 개방 홈부(10c)를 포함하는 영역에 있어서 절연 부재(8) 상에 형성함으로써, 절연 부재(8)의 두께만큼 배면 전극(9a 및 9b)과, 기판측 전극(3a) 또는 중간층(5)과의 간격을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 레이저(LB4)를 조사함으로써 개방 홈부(10c)를 형성할 때(도9 참조)에, 레이저의 열에 의해 용융한 배면 전극(9)이 개방 홈부(10c)에 있어서의 중간층(5)의 개방 홈부(5b) 또는 개방 홈부(10c)를 형성함으로써 노출된 기판측 전극(3a)에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 배면 전극(9a 또는 9b)과 중간층(5) 또는 기판측 전극(3a)이 전기적으로 단락하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 배면 전극(9)을 광전 변환층(6)의 표면 상에 형성된 투광성 도전층(7)을 통해 형성함으로써, 투광성 도전층(7)에 의해 배면 전극(9)에 포함되는 은이 광전 변환층(6) 내에 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 은과 광전 변환층(6)에 포함되는 실리콘이 합금화하 는 것에 기인하여, 배면 전극(9a 및 9b)의 반사율이 내려가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 광 기전력 장치(1)의 특성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 절연 부재(8)를 개방 홈부(10a)로부터 개방 홈부(3c)의 상방의 영역까지 연장되도록 형성함으로써, 더욱 넓은 영역에 절연 부재(8)를 형성하게 되므로, 절연 부재(8)를 형성할 때에 높은 치수 정밀도의 마스크를 이용할 필요가 없다.
또한, 제1 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 광전 변환층(6)을 형성한 후에 투광성 도전층(7)을 형성한 후, 개방 홈부(10a)의 패터닝 등을 행할 수 있으므로, 광 기전력 장치(1)의 제조 프로세스에 있어서 가장 오염되는 것을 억제하고 싶은 광전 변환층(6)의 표면이 대기에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도10을 참조하여, 이 제2 실시 형태에서는 상기 제1 실시 형태와 달리 절연 부재(18)가 개방 홈부(10c)에 대응하는 개방 홈부(20c)와 개방 홈부(10b)에 대응하는 개방 홈부(20b) 사이의 영역까지 연장되도록 형성한 예를 설명한다.
제2 실시 형태에 의한 광 기전력 장치(11)에서는, 절연 부재(18)의 단부(18a)가 개방 홈부(20c)까지 연장되어 있지 않음으로써, 상기 제1 실시 형태의 개방 홈부(10c)에 대응하는 개방 홈부(20c) 근방의 영역에 있어서 배면 전극(19)은 절연 부재(18)를 사이에 두지 않고 투광성 도전층(7)의 표면 상에 형성되어 있다. 또한, 광 기전력 장치(11)의 제조 프로세스는 절연 부재(18)의 연장되는 범위를 상기 제1 실시 형태보다도 작게 하는 동시에, 절연 부재(18)가 형성된 범위보다 외측 으로 개방 홈부(20c)를 형성하는 것 이외에는, 상기 제1 실시 형태의 제조 프로세스와 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
제2 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 절연 부재(18)를 개방 홈부(20c)와 개방 홈부(20b) 사이의 영역까지 연장되도록 형성함으로써, 개방 홈부(10a) 및 개방 홈부(10a) 근방의 영역에만 절연 부재(18)를 형성하는 경우와 비교하여 넓은 영역에 절연 부재(18)를 형성하게 되므로, 절연 부재(18)를 형성할 때에 높은 치수 정밀도의 마스크를 이용할 필요가 없다.
또한, 제2 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 상기 제1 실시 형태의 개방 홈부(10c)를 형성하는 경우와 달리, 개방 홈부(20c)를 형성할 때에 절연 부재(18)를 패터닝할 필요가 없기 때문에, 개방 홈부(20c)를 형성하기 위해 필요한 레이저의 강도를 약화시킬 수 있다. 이에 의해, 개방 홈부(20c)를 형성할 때의 레이저의 열에 의한 광 기전력 장치(11)에 대한 손상을 경감시킬 수 있다.
다음에, 상기한 실시 형태의 효과를 확인하기 위해 행한 비교 실험에 대해 설명한다. 이 비교 실험에서는, 이하의 제1 실시예, 제2 실시예 및 제1 비교예에 의한 광 기전력 장치를 제작하였다.
우선, 제1 실시예에 의한 광 기전력 장치(1)를 상기 제1 실시 형태의 제조 프로세스를 이용하여 도1에 도시한 바와 같이 제작하였다. 또한, 제2 실시예에 의한 광 기전력 장치(11)를 상기 제2 실시 형태의 제조 프로세스를 이용하여 도10에 도시한 바와 같이 제작하였다.
또한, 제1 비교예에 의한 광 기전력 장치(21)를 도11에 도시하는 바와 같은 구조를 갖도록 제작하였다. 제1 비교예에 의한 광 기전력 장치(21)의 제조 프로세스로서는, 기판(2) 상에 기판측 전극(3a 및 3b)을 형성한 후, 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6), 투광성 도전층(7) 및 배면 전극(22)을 형성하였다. 그 후, 광전 변환 유닛(4), 중간층(5), 광전 변환 유닛(6), 투광성 도전층(7) 및 배면 전극(22)을 관통하도록 개방 홈부(30a, 30b 및 30c)를 형성하였다. 그리고, 치수 정밀도가 비교적 높은 콘택트 마스크(도시하지 않음)를 이용하여, 개방 홈부(30a)에만 절연 부재(23)를 충전하였다. 그리고, 개방 홈부(30b) 내에 은 페이스트로 이루어지는 도전성 부재(24)를 충전하는 동시에, 절연 부재(23)를 걸치도록 하여 기판측 전극(3b)측의 배면 전극(22)과 전기적으로 접속하였다. 이 구성에 의해도, 절연 부재(23)에 의해 배면 전극(22)과, 중간층(5)이 전기적으로 절연되므로, 배면 전극(22)과 중간층(5)이 전기적으로 단락하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제1 비교예는 절연 부재(23)를 형성할 때에 치수 정밀도가 비교적 높은 마스크가 필요한 한편, 본 발명의 과제를 해결하는 구조로 되어 있다.
상기 제1 실시예에 의한 광 기전력 장치(1), 상기 제2 실시예에 의한 광 기전력 장치(11) 및 제1 비교예에 의한 광 기전력 장치(21)에 대해, 개방 전압(Voc), 단락 전류(Isc), 곡선 인자(F.F.) 및 최대 출력(Pmax)을 측정하여, 그 각 측정 결과를 제1 비교예에 의한 광전 변환 장치(21)의 각 측정 결과에 의해 규격화하였다. 이 결과를 이하의 표1에 나타낸다.
[표1]
Voc(V) Isc(A) F.F Pmax(W)
제1 실시예 1.0000 1.0000 1.0104 1.0078
제2 실시예 1.0000 0.9912 0.9949 0.9948
제1 비교예 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
상기 표1을 참조하여, 제1 실시예 및 제2 실시예의 개방 전압은 모두「1.0000」이었다. 또한, 제1 실시예 및 제2 실시예의 단락 전류는 각각「1.0000」및「0.9912」였다. 또한, 제1 실시예 및 제2 실시예의 곡선 인자는 각각「1.0104」및「0.9949」였다. 또한, 제1 실시예 및 제2 실시예의 최대 출력은 각각「1.0078」및「0.9948」이었다. 즉, 제1 실시예의 특성은 제1 비교예 및 제2 실시예와 비교하여 전체적으로 높은 값을 나타내고 있는 것을 판명하였다.
상기한 결과는, 이하의 이유에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 도1에 도시한 제1 실시예서는, 개방 홈부(10c)를 포함하는 영역에 있어서 배면 전극(9a 및 9b) 절연 부재(8)를 통해 형성되어 있으므로, 배면 전극(9a 및 9b)과 중간층(5) 또는 기판측 전극(3a)과의 거리가 제2 실시예 및 제1 비교예와 비교하여 크다. 따라서, 광 기전력 장치(1)의 개방 홈부(10c)를 레이저 패터닝에 의해 형성할 때에, 레이저의 열에 의해 용융된 배면 전극(9)이 중간층(5) 또는 기판측 전극(3a)에 부착되는 확률이 광 기전력 장치(11)의 개방 홈부(20c) 및 광 기전력 장치(21)의 개방 홈부(30c)를 형성하는 경우와 비교하여 감소한다. 이 결과, 배면 전극(9)과 중간층(5) 또는 기판측 전극(3a)과의 전기적 단락이 발생하는 것이 억제되었기 때문에, 제1 실시예에서는 제2 실시예 및 제1 비교예보다도 특성이 향상되었다고 생각할 수 있다.
또한, 이번 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 면에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시 형태 및 실시예의 설명이 아닌 특허청구범위에 의해 개시되고, 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
상기 실시 형태 및 실시예에서는, 중간층(5)으로서 산화아연(ZnO)을 이용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 마그네슘을 함유한 산화아연 화합물, 산화인듐, 산화주석 또는 유기물을 결합재로 하는 소결재를 사용해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, 절연 부재(8)를 개방 홈부(3c)의 측면(3d)과 대응하는 위치까지 연장하도록 형성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 개방 홈부(10a)로부터 개방 홈부(3c)의 측면(3d)까지의 영역이면 어느 범위까지 연장되어 있어도 좋다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 구성을 도시한 단면도.
도2는 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도3은 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도4는 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도5는 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도6은 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도7은 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도8은 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도9는 도1에 도시한 제1 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면도.
도10은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 광 기전력 장치의 구성을 도시한 단 면도.
도11은 비교 실험의 비교예에 의한 광 기전력 장치의 구성을 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광 기전력 장치
2 : 기판
4 : 광전 변환 유닛
5 : 중간층
6 : 광전 변환 유닛
7 : 투광성 도전층
8 : 절연 부재
22 : 배면 전극
24 : 도전성 부재

Claims (20)

  1. 절연성 표면을 갖는 기판과,
    상기 기판의 절연성 표면 상에 형성되고 제1 개방 홈부에 의해 분리된 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극과,
    상기 제1 기판측 전극 및 상기 제2 기판측 전극을 덮도록 형성된 제1 광전 변환층과,
    상기 제1 광전 변환층의 표면 상에 도전성을 갖는 중간층을 사이에 두고 형성된 제2 광전 변환층과,
    상기 제1 기판측 전극 상의 영역에 있어서, 적어도 상기 중간층을 절단하도록 형성된 제2 개방 홈부와,
    상기 제2 개방 홈부 내의 적어도 상기 중간층의 절단부를 덮고, 또한 상기 제2 광전 변환층의 상면 상을 따라 연장되도록 형성된 절연 부재와,
    상기 제2 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서, 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층, 상기 제2 광전 변환층 및 상기 절연 부재를 관통하는 동시에, 상기 제1 기판측 전극의 표면을 노출하도록 형성된 제3 개방 홈부와,
    상기 제3 개방 홈부를 통해 상기 제1 기판측 전극과 상기 제2 기판측 전극측의 상기 제2 광전 변환층을 전기적으로 접속하도록 형성된 배면 전극과,
    상기 제3 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서, 적 어도 상기 배면 전극을, 상기 제1 기판측 전극 및 상기 제2 기판측 전극에 각각 대응하는 제1 배면 전극 및 제2 배면 전극으로 전기적으로 분리하기 위한 제4 개방 홈부를 구비하고,
    상기 절연 부재는 적어도 상기 제3 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장되도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 제4 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장되도록 형성되어 있고,
    상기 제1 배면 전극 및 상기 제2 배면 전극은 상기 제4 개방 홈부에 인접하는 영역에 있어서 상기 절연 부재 상에 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 제3 개방 홈부와 상기 제4 개방 홈부 사이의 영역까지 연장되도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배면 전극은 상기 제2 광전 변환층의 표면 상에 투광성 도전층을 사이에 두고 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 제2 개방 홈부로부터 상기 제1 개방 홈부의 상방의 영역까지 연장되도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배면 전극은 상기 제2 광전 변환층의 표면 상에 투광성 도전층을 사이에 두고 형성되어 있는 동시에, 상기 제1 개방 홈부에 대해 상기 제2 개방 홈부와 반대측 영역에서 상기 투광성 도전층과 접하도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 개방 홈부는 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층 및 상기 제2 광전 변환층을 절단하도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 절연 부재는 상기 제2 개방 홈부에 있어서, 적어도 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층 및 상기 제2 광전 변환층의 절단면을 덮도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 광전 변환층은 상기 제2 광전 변환층과 다른 파장의 광을 흡수하는 기능을 갖는 광 기전력 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 상기 기판측으로부터 입사하는 광을 부분적으로 반사하고, 또한 투과하는 기능을 갖는 광 기전력 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 배면 전극은 상기 제3 개방 홈부에 충전됨으로써 상기 제1 기판측 전극과 전기적으로 접속되어 있는 광 기전력 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제4 개방 홈부는 적어도 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층, 상기 제2 광전 변환층 및 상기 배면 전극을 절단하도록 형성되어 있는 광 기전력 장치.
  13. 절연성 표면을 갖는 기판의 상기 절연성 표면 상에 기판측 전극을 형성하는 공정과,
    상기 기판측 전극에 제1 개방 홈부를 형성함으로써 상기 제1 개방 홈부에 의해 분리된 제1 기판측 전극 및 제2 기판측 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제1 기판측 전극 및 상기 제2 기판측 전극을 덮도록 제1 광전 변환층을 형성하는 공정과,
    상기 제1 광전 변환층의 표면 상에 도전성을 갖는 중간층을 사이에 두고 제2 광전 변환층을 형성하는 공정과,
    상기 제1 기판측 전극 상의 영역에 있어서, 적어도 중간층을 절단하기 위한 제2 개방 홈부를 형성하는 공정과,
    상기 제2 개방 홈부 내에 적어도 상기 중간층의 절단부를 덮고, 또한 상기 제2 광전 변환층의 상면 상을 따라 연장하도록 절연 부재를 형성하는 공정과,
    상기 제2 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서, 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층, 상기 제2 광전 변환층 및 상기 절연 부재를 관통하는 동시에, 상기 제1 기판측 전극의 표면을 노출하도록 제3 개방 홈부를 형성 하는 공정과,
    상기 제3 개방 홈부를 사이에 두고 상기 제1 기판측 전극과 상기 제2 기판측 전극측의 상기 제2 광전 변환층을 전기적으로 접속하도록 배면 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제3 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역에 있어서, 적어도 상기 배면 전극을, 상기 제1 기판측 전극 및 상기 제2 기판측 전극에 각각 대응하는 제1 배면 전극 및 제2 배면 전극으로 전기적으로 분리하기 위한 제4 개방 홈부를 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 절연 부재를 형성하는 공정은 적어도 상기 제3 개방 홈부에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장하도록 상기 절연 부재를 형성하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제4 개방 홈부를 형성하는 공정은 상기 절연 부재 및 상기 절연 부재 상에 형성된 상기 배면 전극을 분리하도록 상기 제4 개방 홈부를 형성하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 개방 홈부를 형성하는 공정, 상기 제3 개방 홈부를 형성하는 공정 및 상기 제4 개방 홈부를 형성하는 공정에 앞서, 상기 제2 광전 변환층 상에 투광성 도전층을 형성하는 공정을 더 구비하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 절연 부재를 형성하는 공정은 상기 제4 개방 홈부가 형성되는 영역에 대해 상기 제1 개방 홈부와 반대측 영역까지 연장하도록 상기 절연 부재를 형성하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 절연 부재를 형성하는 공정은 상기 제4 개방 홈부가 형성되는 영역과 상기 제3 개방 홈부 사이의 영역까지 연장하도록 상기 절연 부재를 형성하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제2 개방 홈부를 형성하는 공정은 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층 및 상기 제2 광전 변환층을 절단하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 절연 부재를 형성하는 공정은 상기 제2 개방 홈부에 있어서, 적어도 상기 제1 광전 변환층, 상기 중간층 및 상기 제2 광전 변환층의 절단면을 덮도록 상기 절연 부재를 형성하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 절연 부재를 형성하는 공정은 상기 제2 개방 홈부로부터의 상기 제1 개방 홈부의 상방의 영역까지 상기 절연 부재를 연장하도록 형성 하는 공정을 포함하는 광 기전력 장치의 제조 방법.
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