KR20090025303A - 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
태양 전지 모듈은, 투명 기판(11)의 광 입사면측과 반대인 이면측에, 투명 도전막(12)과 광전 변환층(13, 14)과 이면 전극(15)이 순차적으로 적층하여 형성되는 복수의 광 기전력 소자와 접착층(16)과 이면 필름(17)이 순서대로 배치된다. 광전 변환층(13)은, 인접하는 각 광 기전력 소자의 이면 전극(15)을 전기적으로 분리하는 영역에서, 투명 도전막(12)의 이면측의 표면을 덮고 있다.
투명 기판, 투명 도전막, 광전 변환층, 이면 전극, 접착층, 이면 필름
Description
본 발명은, 투명 기판 상에, 제1 전극과 광전 변환층과 제2 전극이 순차적으로 적층되어 이루어지는 광 기전력 소자와, 접착층을 구비하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 태양 전지의 저코스트화, 고효율화를 양립하기 위해 원재료의 사용량이 적은 박막계 태양 전지 모듈의 개발이 정력적으로 행해지고 있다.
종래의 박막계 태양 전지 모듈(50)의 단면도를 도 5 및 도 6에 도시한다. 도 6은 도 5의 확대 단면도이다.
일반적으로, 박막계 태양 전지 모듈(50)의 광 기전력 소자는 제조 효율의 향상 등을 목적으로서, 글래스 등의 차수성의 투명 기판(51) 상에 투명 도전막(52)/광전 변환층(53)/이면 전극(54)을, 순차적으로 투명 기판(51)측으로부터의 레이저 조사에 의해 패터닝하면서 적층함으로써 형성된다. 또한, 박막계 태양 전지 모듈(50)은, 그 광 기전력 소자 상에 PET(Poly Ethylene Terephtalate) 등의 이면 필름(56)을 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 등의 접착층(55)에 의해 접착함으로써 형성된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이와 같이, 종래의 박막계 태양 전지 모듈(50)에서는, 투명 기판(51)측으로 부터의 레이저 조사에 의해 이면 전극(54)이 패터닝되므로, 투명 도전막(52) 상에 접착층(55)이 배치된다.
또한, 접착층(55)은 이면 필름(56)과 광 기전력 소자와의 접착제 및 완충제로서의 기능을 갖는다. 이면 필름(56)은 외부로부터의 수분의 침입을 방지하는 기능을 갖고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평8-204217호 공보
<발명의 개시>
일반적으로, 태양 전지 모듈은 옥외에서 사용되는 경우가 많아, 엄격한 기후조건에서도 안정된 높은 발전력을 유지하기 위한 충분한 내후성을 구비하고 있을 필요가 있다.
특히, 박막계 태양 전지 모듈은 외부로부터의 수분의 침입 등에 의해 용이하게 박막 재료가 열화될 우려가 있기 때문에, 예를 들어 수분이 침입하였다고 하여도, 안정된 높은 발전력을 유지할 수 있는 구조를 갖고 있어야만 한다.
그러나, 외부로부터의 수분의 침입을 방지하기 위한 PET 등의 이면 필름(56)의 재질이나 구조에 따라서는, 수분의 침입을 완전하게는 방지할 수 없다. 접착층(55) 내를 침윤해 온 수분이 투명 도전막(52)에까지 도달하면, 투명 도전막(52)은 용이하게 열화된다. 그 결과, 태양 전지 모듈은 안정된 높은 발전력을 유지할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 수분이 침입하여도, 안정된 높은 발전력을 유지할 수 있는 박막계 태양 전지 모듈을 제공하 는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 특징은, 투명 기판의 광 입사면측과 반대인 이면측에, 제1 전극과 광전 변환층과 제2 전극이 순차적으로 적층된 복수의 광 기전력 소자가 직렬 접속 되어 이루어지는 광 기전력층과, 접착층이 순서대로 배치되는 태양 전지 모듈로서, 상기 광전 변환층은, 인접하는 상기 각 광 기전력 소자의 상기 제2 전극을 전기적으로 분리하는 영역에서, 상기 제1 전극의 상기 이면측의 표면을 덮고 있는 것을 요지로 한다.
본 발명의 특징에 따른 박막계 태양 전지 모듈에 의하면, 태양 전지 모듈의 이면측으로부터 수분이 침입하여도, 안정된 높은 발전력을 유지할 수 있다.
본 발명의 특징에 따른 박막계 태양 전지 모듈은, 제1 전극을 덮고 있는 부분의 광전 변환층이, 비결정 실리콘 반도체층인 것이 바람직하다. 이 박막계 태양 전지 모듈에 의하면, 차수성이 높은 비결정 실리콘 반도체층에 의해, 침윤해 온 수분을 차단할 수 있기 때문에, 더욱 안정된 높은 발전력을 유지할 수 있다.
본 발명의 특징에 따른 박막계 태양 전지 모듈의 제1 전극은, 산화 아연을 주성분으로 하여도 된다. 본 발명의 특징에 따른 박막계 태양 전지 모듈에 의하면, 광학적, 전기적 특성 및 코스트면에서 이점을 갖는 것이지만 수분에 의해 용이하게 열화되는 특성도 갖는 산화 아연을 투명 도전막 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 특징에 따른 박막계 태양 전지 모듈의 광 기전력층은, 레이저 패터닝에 의해 복수의 광 기전력 소자에 전기적으로 분리되어 있는 것이 바람직하다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)의 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 2는 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도(그 1).
도 3은, 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도(그 2).
도 4는 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)과 종래예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(50)의 내습 시험 결과를 도시하는 도면.
도 5는 종래의 박막계 태양 전지 모듈(50)의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 종래의 박막계 태양 전지 모듈(50)의 구성을 도시하는 확대 단면도.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
다음으로, 도면을 이용하여, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에서, 동일 또는 유사한 부분에는, 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 다른 점에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 하는 것이다. 또한, 도면 상호간에서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
<태양 전지 모듈>
본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)은, 도 1에 도시한 바와 같 이, 투명 기판(11)의 광 입사면측과 반대인 이면측에, 복수의 광 기전력 소자와 접착층(16)과 이면 필름(17)이 순서대로 배치된다. 복수의 광 기전력 소자는, 투명 도전막(12)과 광전 변환층(13, 14)과 이면 전극(15)을 순차적으로 적층하여 형성된다.
투명 기판(11)은 태양 전지 모듈의 단일 기판이다. 투명 기판(11)의 광 입사면측과 반대인 이면측에는, 복수의 광 기전력 소자가 형성된다. 투명 기판(11)은 글래스 등의 광 투과성의 부재에 의해 구성된다.
투명 도전막(12)(제1 전극)은 투명 기판(11) 상에 단책 형상으로 형성된다. 투명 도전막(12)은 ZnO, In2O3, SnO2, CdO, TiO2, CdIn2O4, Cd2SnO4, Zn2SnO4에 Sn, Sb, F, Al을 도프한 금속 산화물의 1군으로부터 선택된 1 종류 혹은 복수 종류의 적층체에 의해 구성된다. 또한, ZnO는 높은 광 투과성, 저저항성, 가소성을 갖고, 저가격이므로 투명 전도막 재료로서 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 투명 도전막으로서 ZnO를 이용한다.
광전 변환층(13, 14)은 투명 도전막(12) 상에 단책 형상으로 형성된다. 광전 변환층(13, 14)은 결정 또는 비결정 실리콘 반도체에 의해 구성된다. 본 실시 형태에 따른 광전 변환층(13, 14)은, 각각 비결정 실리콘 반도체 및 미결정(微結晶) 실리콘 반도체에 의해 구성된다. 또한, 본 명세서에서, 「미결정」의 용어는, 다수의 미소한 결정립을 포함하는 상태 및 부분적으로 비정질 상태를 포함하는 상태도 의미하는 것으로 한다.
이면 전극(15)(제2 전극)은 광전 변환층(13, 14) 상에 단책 형상으로 형성된다. 이면 전극(15)은 Ag 등의 도전성 부재에 의해 구성된다.
이상과 같이, 투명 기판(11) 상에, 투명 도전막(12)과 광전 변환층(13, 14)과 이면 전극(15)을 순차적으로 적층함으로써, 광 기전력 소자가 형성된다.
이면 필름(17)은 접착층(16) 상에 배치된다. 이면 필름(17)은 PET, PEN, ETFE, PVDF, PVF 등의 수지 필름에 의해 구성된다. 이면 필름(17)은 외부로부터의 수분의 침입을 가능한 한 방지하는 기능을 갖고 있다.
이면 필름(17)은 접착층(16)을 통하여, 광 기전력 소자 상에 접착된다. 접착층(16)은 EVA, EEA, PVB, 실리콘, 우레탄, 아크릴, 에폭시 등의 수지에 의해 구성된다. 접착층(16)은 이면 필름(17)과 광 기전력 소자와의 접착제 및 완충제로서의 기능을 갖는다.
<광 기전력 소자>
다음으로, 본 실시 형태에 따른 광 기전력 소자의 구성에 대해, 도 1을 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 광 기전력 소자는, 투명 기판(11) 상에, 투명 도전막(12)과 광전 변환층(13, 14)과 이면 전극(15)이 순차적으로 적층되어 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 광전 변환층(13)은 p-i-n형의 비결정 실리콘 반도체를 순차적으로 적층함으로써 형성된다. 광전 변환층(14)은 p-i-n형의 미결정 실리콘 반도체를 순차적으로 적층함으로써 형성된다. 이와 같이, 광 흡수 파장이 서로 다른 비결정 실리콘과 미결정 실리콘을 이용하여 형성되는 탠덤형 태양 전 지 모듈은, 태양광 스펙트럼을 유효하게 이용할 수 있다.
이하, 설명을 간단히 하기 위해, 도 1에서의 2개의 광 기전력 소자 중 좌측을 제1 광 기전력 소자(20), 우측을 제2 광 기전력 소자(30)로서 설명한다.
제1 광 기전력 소자(20)와 제2 광 기전력 소자(30)의 투명 도전막(12)은, 전기적으로 분리되어 있다. 제1 광 기전력 소자(20)와 제2 광 기전력 소자(30)와의 이면 전극(15)은, 전기적으로 분리되어 있다. 제1 광 기전력 소자(20)와 제2 광 기전력 소자(30)와의 광전 변환층(13, 14)은, 전기적으로 분리되어 있다.
제1 광 기전력 소자(20)의 이면 전극(15)은 광전 변환층(13, 14)이 분리된 영역을 개재하여, 제2 광 기전력 소자(30)의 투명 도전막(12)에 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이, 제1 광 기전력 소자(20)와 제2 광 기전력 소자(30)를 전기적으로 직렬 접속함으로써, 전류는 한 방향으로 흐른다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 광 기전력 소자에서, 제2 광 기전력 소자(30)의 광전 변환층(13)은 이면 전극(15)을 전기적으로 분리하는 영역 A에서, 제2 광 기전력 소자(30)의 투명 도전막(12)의 이면측을 덮고 있다.
구체적으로는, 이면 전극(15)을 전기적으로 분리하는 영역 A에서, 제2 광 기전력 소자(30)의 광전 변환층(14)은 제거되는 한편, 광전 변환층(13)은 제거되지 않고 남겨진다. 그 때문에, 제2 광 기전력 소자(30)의 광전 변환층(13)은, 제1 광 기전력 소자(20)의 이면 전극(15)이 제2 광 기전력 소자(30)의 투명 도전막(12)과 접속하는 부분의 측면과 접한다. 바꿔 말하면, 이면 전극(15)을 단책 형상으로 분 리하는 분리 홈의 저면이, 광전 변환층(13)에 의해 형성되어 있다.
이상, 제1 광 기전력 소자(20)와 제2 광 기전력 소자(30)로 나누어 설명하였지만, 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)에서는 투명 기판(11) 상에, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 광 기전력 소자가 복수 접속된다.
<태양 전지 모듈의 제조 방법>
본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대해, 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 투명 기판(11) 상에, 스퍼터에 의해 투명 도전막(12)을 형성한다. 투명 도전막(12)은 YAG 레이저의 조사에 의해 단책 형상으로 패터닝되고, 각 광 기전력 소자간에서 전기적으로 분리된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 투명 도전막(12)으로서, ZnO 전극을 사용한다.
다음으로, 플라즈마 CVD법에 의해, 광전 변환층(13, 14)을 형성한다. 구체적으로는, 투명 도전막(12) 상에 p-i-n형의 비결정 실리콘 반도체를 순차적으로 적층하여 광전 변환층(13)을 형성한다. 그 후, 그 광전 변환층(13) 상에 p-i-n형의 미결정 실리콘 반도체를 순차적으로 적층하여 광전 변환층(14)을 형성한다. 광전 변환층(13, 14)은 투명 도전막(12)의 패터닝 위치로부터 이격된 위치에 YAG 레이저를 조사함으로써 단책 형상으로 패터닝한다.
다음으로, 이면 전극(15)을 광전 변환층(14) 상에 스퍼터 등에 의해 형성한다. 이면 전극(15)은 광전 변환층(13, 14)이 패터닝에 의해 제거된 영역에도 형성한다. 이에 의해, 각 광 기전력 소자가 전기적으로 직렬 접속된다. 도 2는, 광전 변환층(14) 상에 이면 전극(15)이 형성된 상태를 나타내고 있다.
다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 이면 전극(15)을 광전 변환층(13, 14)의 패터닝 위치로부터 소정 간격의 위치에 이면측으로부터 YAG 레이저를 조사함으로써 단책 형상으로 패터닝한다. 그 후, 원하는 심도까지 드라이 에칭한다. 또한, 본 실시 형태에서는 도전성이 높은 미결정 실리콘 반도체를 제거하는 정도의 심도까지 드라이 에칭한다. 이에 의해, 이면 전극(15)을 단책 형상으로 전기적으로 분리함과 함께, 이면 전극(15)이 전기적으로 분리되는 영역 A에서, 투명 도전막(12)의 이면측을 광전 변환층(13)에 의해 덮은 상태로 한다. 구체적으로는, 이면 전극(15)이 전기적으로 분리되는 영역 A에서, 광전 변환층(14)을 레이저 및 에칭에 의해 제거하는 한편, 광전 변환층(13)은 제거하지 않는다. 그 때문에, 광전 변환층(13)은 이면 전극(15)이 투명 도전막(12)과 접속하는 부분의 측면과 접하는 상태로 남겨진다. 바꿔 말하면, 이면 전극(15)을 단책 형상으로 분리하는 분리 홈의 저면을, 광전 변환층(13)에 의해 형성한다. 또한, 도 3에서는 비결정 실리콘 반도체의 광전 변환층(13)이, 이면 전극(15)을 전기적으로 분리하는 영역 A에서, 투명 도전막(12) 상을 덮는 상태를 나타내고 있다.
다음으로, 취출 전극을 초음파 땜납과 동박 리드에 의해 부착한다.
다음으로, 광 기전력 소자 상에 접착층(16)과 이면 필름(17)을 순차적으로 배치하고, 라미네이트 장치를 이용하여 진공 가열 압착한다. 이에 의해, 광 기전력 소자의 이면측이 보호된다.
이와 같이 하여, 도 1에 도시한 바와 같은, 본 실시 형태에 따른 박막계 태 양 전지 모듈(10)이 형성된다. 또한, 그 태양 전지 모듈(10)에는 단자 박스 및 취출 전극을 접속한다. 또한, 태양 전지 모듈(10)에는 부틸 고무 등을 통하여 알루미늄 틀을 부착할 수 있다.
<작용 및 효과>
본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)에 의하면, 광전 변환층(13)이, 인접하는 각 광 기전력 소자의 이면 전극(15)이 전기적으로 분리되는 영역 A에서, 투명 도전막(12)의 이면측의 표면을 덮고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 종래의 박막계 태양 전지 모듈(50)에서는, 제조 효율의 향상 등을 목적으로 하여, 투명 기판(51)측으로부터의 레이저 조사에 의해 이면 전극(54)이 패터닝되므로, 투명 도전막(52) 상에 접착층(55)이 배치되어 있었다.
이에 대해, 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 광전 변환층(13)이, 인접하는 각 광 기전력 소자의 이면 전극(15)이 전기적으로 분리되는 영역 A에서, 투명 도전막(12)의 이면측의 표면을 덮고 있다.
따라서, 외부로부터 수분이 침입하여도, 안정된 높은 발전력을 유지할 수 있다. 구체적으로는, 태양 전지 모듈(10)의 이면측으로부터, 이면 필름(17) 및 접착층(16) 내를 침윤해 온 수분은 광전 변환층(13)에 의해 차단되어, 투명 도전막(12)까지 도달하지 않는다. 이에 의해, 박막 재료, 특히 투명 도전막(12)이, 외부로부터의 수분의 침입에 의해 열화되는 것을 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태와 같이, 투명 도전막(12)을 덮는 광전 변환층(13)이, 차수성 및 저도전성을 갖는 비결정 실리콘 반도체인 경우에는, 결정 실리콘 반도체인 경우에 비해 수분이 침입하는 것을 억제할 수 있고, 또한 전류가 리크될 우려도 작다.
또한, 본 발명의 실시 형태와 같이, 투명 도전막(12)이, ZnO인 경우에는, 다른 금속 산화물에 비해 수분에 의해 용이하게 열화될 우려가 있다. 즉, ZnO는 투명 도전막 재료로서, 광학적, 전기적 특성 및 코스트면에서 다른 금속 산화물에 비해 유리하지만, 수분에 의해 용이하게 열화되는 특성을 갖는다.
본 실시 형태에 따르면, 광전 변환층(13)이 투명 도전막(12) 상을 덮음으로써 수분의 침입을 방지할 수 있으므로, 투명 도전막(12)의 재료로서 메리트가 큰 ZnO를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)에서, 광 기전력 소자를 복수개 직렬 접속함으로써 형성되는 광 기전력층은, 레이저 패터닝에 의해 복수의 광 기전력 소자에 전기적으로 분리할 수 있다.
<그 밖의 실시 형태>
본 발명은 상기의 실시 형태에 의해 기재하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명백해질 것이다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, 비결정 실리콘 반도체와 미결정 실리콘 반도체가 순차적으로 적층된 광전 변환층(13, 14)을 이용하였지만, 미결정 또는 비 결정 실리콘 반도체의 단층 또는 3층 이상의 적층체를 이용하여도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기의 실시 형태에서는, 광전 변환층(13)만이, 인접하는 각 광 기전력 소자의 이면 전극(15)을 전기적으로 분리하는 영역 A에서, 투명 도전막(12) 상을 덮는 것으로 하였지만, 광전 변환층(14)의 전기 전도율이 낮으면, 광전 변환층(14)이 광전 변환층(13) 상을 덮고 있어도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 투명 도전막(12)으로서, ZnO를 이용하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, In2O3, SnO2, CdO, TiO2, CdIn2O4, Cd2SnO4, Zn2SnO4에 Sn, Sb, F, Al을 도프한 금속 산화물의 1군으로부터 선택된 1 종류 혹은 복수 종류의 적층체를 이용하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 이면 전극(15)의 분리 가공에서, 드라이 에칭을 사용하였지만, 웨트 에칭 등을 이용하여도 된다.
이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재되어 있지 않은 다양한 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기의 설명으로부터 타당한 특허 청구의 범위에 따른 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.
<실시예>
이하, 본 발명에 따른 박막계 태양 전지 모듈에 대해, 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 하기의 실시예에 나타낸 것에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서, 적절하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 박막계 태양 전지 모듈을 이하와 같이 제조하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 4㎜ 두께의 글래스 기판(11) 상에, 스퍼터에 의해 600㎚ 두께의 ZnO 전극(12)을 형성하였다. 글래스 기판(11)의 광 입사면측으로부터 YAG 레이저를 조사함으로써 ZnO 전극(12)을 단책 형상으로 패터닝함으로써 전기적으로 분리하였다. 상기 레이저 분리 가공에는, 파장 약 1.06㎛, 에너지 밀도 13J/㎤, 펄스 주파수 3㎑의 Nd:YAG 레이저를 사용하였다.
다음으로, 플라즈마 CVD법에 의해, 비결정 실리콘 반도체층(13) 및 미결정 실리콘 반도체층(14)을 형성하였다. 구체적으로, 비결정 실리콘 반도체층(13)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해, SiH4와 CH4와 H2와 B2H6의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 10㎚의 p형 비결정 실리콘 반도체층과, SiH4와 H2의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 300㎚의 i형 비결정 실리콘 반도체층과, SiH4와 H2와 PH3의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 20㎚의 n형 비결정 실리콘 반도체층을 순차적으로 적층하였다. 또한, 미결정 실리콘 반도체층(14)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해, SiH4와 H2와 B2H6의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 10㎚의 p형 미결정 실리콘 반도체층과, SiH4와 H2의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 2000㎚의 i형 미결정 실리콘 반도체층과, SiH4와 H2와 PH3의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 20㎚의 n형 미결정 실리콘 반도체층을 순차적으로 적층하였다. 플라즈마 CVD법의 여러 조건의 상세 내용을 표 1로 나타낸다.
또한, 비결정 실리콘 반도체층(13) 및 미결정 실리콘 반도체층(14)을, ZnO 전극(12)의 패터닝 위치로부터 50㎛ 이격된 위치에 광 입사면측으로부터 YAG 레이저를 조사함으로써 단책 형상으로 패터닝하였다. 상기 레이저 분리 가공에는, 에너지 밀도 0.7J/㎤, 펄스 주파수 3㎑의 Nd:YAG 레이저를 사용하였다.
다음으로, 200㎚ 두께의 Ag 전극(15)을, 미결정 실리콘 반도체층(14) 상에 스퍼터에 의해 형성하였다. Ag 전극(15)은, 비결정 실리콘 반도체층(13) 및 미결정 실리콘 반도체층(14)이 패터닝에 의해 제거된 영역에도 형성하였다.
또한, Ag 전극(15) 및 미결정 실리콘 반도체층(14)의 일부를, 비결정 실리콘 반도체층(13) 및 미결정 실리콘 반도체층(14)의 패터닝 위치로부터 50㎛ 이격된 위치에, 이면측으로부터 YAG 레이저를 조사함으로써 단책 형상으로 패터닝하였다. 해당 레이저 분리 가공에는, 에너지 밀도 0.7J/㎤, 펄스 주파수 4㎑의 Nd:YAG 레이저를 사용하였다. 또한, CF4에 의한 드라이 에칭을 수십 초 행하였다. 이와 같이 하여, Ag 전극이 전기적으로 분리되는 영역에서, ZnO 전극(12)의 이면측의 표면에 비결정 실리콘 반도체층(13)을 남겼다. 즉, 비결정 실리콘 반도체층(13)은 ZnO 전극(12) 상을 덮고 있다. 이상에 의해, 글래스 기판(11) 상에 복수의 광 기전력 소자를 직렬 접속한 서브 모듈이 형성되었다.
다음으로, 취출 전극으로서, 초음파 땜납을 이용하여 동박 리드를 부착하였다.
다음으로, 광 기전력 소자 상에 EVA(16)와 PET 필름(17)을 순차적으로 배치하여, 라미네이트 장치를 이용하여, 150℃에서 30분 가열 처리함으로써, EVA(16)를 가교, 안정화하여 진공 압착하였다.
마지막으로, 단자 박스를 부착하고, 취출 전극을 접속하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)을 완성하였다.
<종래예>
종래예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(50)을 이하와 같이 제조하였다.
도 6에 도시한 바와 같이, 4㎜ 두께의 글래스 기판(51) 상에, 스퍼터에 의해 600㎚ 두께의 ZnO 전극(52)을 형성하였다. ZnO 전극(52)은 글래스 기판(51)의 광 입사면측으로부터 YAG 레이저를 조사하여 단책 형상으로 패터닝함으로써 전기적으로 분리하였다. 해당 레이저 분리 가공에는, 파장 약 1.06㎛, 에너지 밀도 13J/㎤, 펄스 주파수 3㎑의 Nd:YAG 레이저를 사용하였다.
다음으로, 플라즈마 CVD법에 의해, 미결정 실리콘 반도체층(53)을 형성하였다. 구체적으로, 미결정 실리콘 반도체층(53)으로서, 플라즈마 CVD법에 의해, SiH4와 H2와 B2H6의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 10㎚의 p형 미결정 실리콘 반도체층과, SiH4와 H2의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 2000㎚의 i형 미결정 실리콘 반도체층과, SiH4와 H2와 PH3의 혼합 가스로 형성되는 막 두께 20㎚의 n형 미결정 실리콘 반도체층을 순차적으로 적층하였다. 플라즈마 CVD법의 여러 조건의 상세 내용은 표 1과 마찬가지이다.
또한, 미결정 실리콘 반도체층(53)을, ZnO 전극(52)의 패터닝 위치로부터 50㎛ 이격된 위치에 광 입사면측으로부터 YAG 레이저를 조사함으로써 단책 형상으로 패터닝하였다. 해당 레이저 분리 가공에는, 에너지 밀도 0.7J/㎤ , 펄스 주파수 3㎑의 Nd:YAG 레이저를 사용하였다.
다음으로, 200㎚ 두께의 Ag 전극(54)을, 미결정 실리콘 반도체층(53) 상에 스퍼터에 의해 형성하였다. Ag 전극(54)은 미결정 실리콘 반도체층(53)이 패터닝에 의해 제거된 영역에도 형성하였다.
또한, Ag 전극(54) 및 미결정 실리콘 반도체층(53)을, 미결정 실리콘 반도체층(53)의 패터닝 위치로부터 50㎛ 이격된 위치에, 광 입사면측으로부터 YAG 레이저를 조사함으로써 단책 형상으로 패터닝하였다. 해당 레이저 분리 가공에는, 에너지 밀도 0.7J/㎤, 펄스 주파수 3㎑의 Nd:YAG 레이저를 사용하였다. 이와 같이 하여, Ag 전극(54)이 전기적으로 분리되는 영역에서, ZnO 전극(12)의 이면측의 표면으로부터, 미결정 실리콘 반도체층(53)은 제거되었다. 즉, 상기 영역에서는, 미결정 실리콘 반도체층(53)은 ZnO 전극(52) 상을 덮고 있지 않다. 이상에 의해, 글래스 기판(11) 상에 복수의 광 기전력 소자를 직렬 접속한 서브 모듈이 형성되었다.
다음으로, 취출 전극으로서, 초음파 땜납을 이용하여 동박 리드를 부착하였다.
다음으로, 광 기전력 소자 상에 EVA(55)와 PET 필름(56)을 순차적으로 배치하여, 라미네이트 장치에 의해, 150℃에서 30분 가열 처리함으로써, EVA를 가교, 안정화하여, 진공 압착하였다. 여기서, Ag 전극이 전기적으로 분리되는 영역에는 EVA(55)가 충전되고, ZnO 전극(52)과 EVA(55)가 접하고 있다.
마지막으로, 단자 박스를 부착하여 취출 전극을 접속하여 종래예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(50)을 완성하였다.
<신뢰성 평가>
실시예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)과 종래예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(50)의 신뢰성을 비교하기 위한 내후 신뢰성 평가를 행하였다. 구체적으로는, 온도 85℃, 습도 85％의 환경에서의 각 모듈의 출력 특성의 변화율을 측정하는 내습 시험을 행하였다. 여기서, 출력 특성의 변화율이란, 시험 개시 시의 출력을 1.00으로서 출력의 시간 변동을 지수화한 것이다.
<결과>
측정 결과를 도 4에 도시한다. 도 4는, 각 태양 전지 모듈의 출력 특성의 변화율을 시계열로 나타내고 있다.
종래예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(50)에서는, 시험 개시로부터 약 1000 시간이 경과되면 출력이 불안정해지고, 약 1500 시간이 경과되면 급격하게 출력이 낮아졌다. 또한, 약 1800 시간이 경과되면 출력이 없어졌다.
한편, 실시예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)에서는, 시험 개시로부터 2000 시간이 경과되어도 안정된 높은 출력을 유지할 수 있었다.
도 4에 도시한 결과로 된 원인을 확인하기 위해, 시험 후의 종래예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(50)에 대해, 광 기전력 소자마다 출력 특성을 측정한 바, 일부의 광 기전력 소자에서 전압이 생기지 않는 상태에 있는 것, 즉 도통 불량이 생긴 것이 확인되었다.
따라서, 도통 불량이 생긴 광 기전력 소자의 내부를 현미경으로 관찰한 바, EVA(55)와 접하고 있는 ZnO의 외관이 명백히 변화하고 있었다. 즉, ZnO가 수분에 의해 열화된 것이 확인되었다.
이와 같이, 종래의 태양 전지 모듈(50)의 출력이 없어진 이유는, 인접하는 각 광 기전력 소자의 Ag 전극(54)이 전기적으로 분리되는 영역에서, EVA(55) 내를 침윤해 온 수분이 ZnO 전극(52)을 열화하였으므로, 일부의 광 기전력 소자에서 도통 불량이 생겼기 때문이라고 추측된다.
한편, 실시예에 따른 박막계 태양 전지 모듈(10)에서는, 비결정 실리콘 반도체층(13)이, 서로 인접하는 각 광 기전력 소자의 Ag 전극(15)이 전기적으로 분리되는 영역에서, ZnO 전극(12) 상을 덮고 있다. 따라서, EVA(16) 내를 침윤해 온 수분이 ZnO 전극(12)에 도달하는 것을 억제할 수 있었기 때문에, 박막계 태양 전지 모듈(10)의 안정된 높은 출력을 유지할 수 있었던 것을 알았다.
특히, 비결정 실리콘 반도체는 다결정 실리콘 반도체에 비해 차수성이 높아, EVA(16) 내를 침윤해 온 수분을 차단할 수 있다. 이 점이, 실시예에 따른 태양 전지 모듈이 안정된 높은 출력의 유지에 크게 기여한 것으로 추측된다.
또한, ZnO는 투명 도전막 재료로서 큰 이점을 가질 뿐만 아니라, 수분에 의해 용이하게 열화된다고 하는 특성 때문에 실용화할 수 없었지만, 금회의 신뢰성 평가의 결과로부터, 실시예의 구성을 채용함으로써 충분히 실용화될 수 있는 것을 알았다.
또한, 일본 특허 출원 제2006-208787호(2006년 7월 31일 출원)의 전체 내용이, 참조에 의해, 본원 명세서에 인용되어 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 박막계 태양 전지 모듈은 모듈 내에 침윤해 온 수분을 광전 변환층에 의해 차단함으로써, 투명 도전막의 열화를 회피할 수 있기 때문에 유용하다.
Claims (3)
- 투명 기판의 광 입사면측과 반대인 이면측에, 제1 전극과 광전 변환층과 제2 전극이 순차적으로 적층되어 이루어지는 광 기전력 소자가 복수개 직렬 접속되어 이루어지는 광 기전력층과, 접착층이 순서대로 배치되는 태양 전지 모듈로서,상기 광전 변환층은, 상기 투명 기판의 이면측으로부터 순서대로 배치되는 비결정 실리콘 반도체로 이루어지는 제1 광전 변환층과 미결정(微結晶) 실리콘 반도체로 이루어지는 제2 광전 변환층을 포함하고,인접하는 상기 각 광 기전력 소자의 상기 제2 전극을 전기적으로 분리하는 영역에서, 상기 제2 광전 변환층이 제거되어, 상기 제1 광전 변환층이 상기 제1 전극의 상기 이면측에서의 표면을 덮고 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 제1 전극은, 산화 아연을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 광 기전력층은, 레이저 패터닝에 의해 상기 복수의 광 기전력 소자마다 전기적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
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