KR20100028112A - 광전 변환 장치 - Google Patents

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사토시 사카이
유지 아사하라
야스유키 고바야시
마사후미 모리
시게노리 츠루가
노부키 야마시타
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

투명 도전층을 최적화함으로써, 광전 변환 장치의 단락 전류를 향상시킨다. 기판 (1) 상에 제 1 투명 전극층 (2) 과, 발전층 (3) 과, 제 2 투명 전극층 (6) 과, 이면 전극층 (4) 을 구비하는 광전 변환 장치 (100) 로서, 상기 제 2 투명 전극층 (6) 의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 상기 제 2 투명 전극층 (6) 의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치 (100). 및, 상기 제 2 투명 전극층 (6) 의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 상기 제 2 투명 전극층 (6) 및 상기 이면 전극층 (4) 에서 반사된 광의 반사율이 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치 (100).

Description

광전 변환 장치{PHOTOELECTRIC CONVERTER}
본 발명은 광전 변환 장치에 관한 것으로, 특히 발전층으로서 실리콘을 사용하는 태양 전지에 관한 것이다.
광을 수광하여 전력으로 변환하는 광전 변환 장치로서, 태양 전지가 알려져 있다. 태양 전지 중에서도, 예를 들어 발전층 (광전 변환층) 에 박막 실리콘계의 층을 적층시킨 박막계 태양 전지는, 대면적화가 용이하고, 막두께가 결정계 태양 전지의 1/100 정도로 얇아, 재료를 적게 할 수 있다는 등의 이점이 있다. 이 때문에, 박막 실리콘계 태양 전지는, 결정계 태양 전지와 비교하여 적은 비용으로 제조할 수 있게 된다. 그러나, 박막 실리콘계 태양 전지의 단점으로는 변환 효율이 결정계와 비교하여 낮은 것을 들 수 있다.
박막계 태양 전지에 있어서 변환 효율, 즉, 출력 전력을 증가시키기 위해서 여러 가지 연구가 행해져 왔다. 예를 들어, 흡수 파장 대역이 상이한 광전 변환 셀을 2 단 중첩시킴으로써, 입사광을 효율적으로 흡수시켜 높은 발전 효율을 얻는 탠덤형 태양 전지가 제안되어 있다. 이 경우, 광전 변환 셀의 결정질 실리콘에 있어서 파장 600 ㎚ 에서 1000 ㎚ 의 장파장광이 흡수되지만, 동 파장역에서의 결정질 실리콘의 흡수 계수가 작기 때문에, 태양 전지 내에서 입사광을 반사시켜 광로 길이를 길게 하여 결정질 실리콘에서의 광 흡수량을 증대시킬 필요가 있다. 이 때문에, 투명 기판측에서부터 태양광이 입사되는 슈퍼 스트레이트형에 있어서는, 발전층에 대하여 광 입사측과 반대측 이면 구조의 개량이 검토되어 왔다.
특허 문헌 1 에는, 이면 구조로서, 태양광의 방사 스펙트럼 파장역의 광에 대하여 높은 반사율을 나타내는 금속으로 배면 전극을 형성하고, 배면 전극과 실리콘 반도체층 사이에 투명 도전층을 형성하는 것이 개시되어 있다. 투명 도전층을 형성함으로써, 배면 전극 재료와 실리콘 박막이 합금화되는 것을 방지하여 배면 전극의 고반사율을 유지하고, 변환 효율의 저하를 방지할 수 있다.
(특허문헌1)일본특허공보소60-41878호
발명의 개시
종래에는 상기 투명 도전층의 제막 조건의 적정화가 미달되어, 투명 도전층의 내부 투명성에 문제가 있었다. 종래, 상기 투명 도전층의 제막 조건을 설정할 때에, 일반적으로 도전성을 중시하여, 내부 투명성이 희생되는 경향이 있었다. 여기서, 도전성과 내부 투명성은 배반(背反) 사상임이 잘 알려져 있다. 상기 투명 도전층을 형성한 경우, 투명 도전층에 의한 광 흡수가 손실이 되어, 태양 전지의 단락 전류 저하의 원인으로 되어 있었다. 이 때문에, 투명 도전층의 투명성을 개선하여 태양 전지의 단락 전류를 향상시키는 것이 과제로 되어 있었다.
본 발명은, 투명 도전층을 최적화함으로써 광전 변환 장치의 단락 전류를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 광전 변환 장치는, 기판 상에 제 1 투명 전극층과, 발전층과, 제 2 투명 전극층과, 이면 전극층을 구비하는 광전 변환 장치로서, 상기 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 상기 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하인 것을 특징으로 한다.
제 2 투명 전극층의 막두께를 증가시키면, 발전층과 이면 전극층의 거리가 커지기 때문에 이면 전극층 표면에서의 광 흡수를 억제할 수 있다. 이 이유는, 제 2 투명 전극층의 막두께 증가에 따라서, 이면 전극층의 내부로 스며드는 광의 전계 (電界) 강도 분포가 얕아지고 또한 작아져, 이면 전극층에서의 광 흡수량이 감소하기 때문이다. 한편, 종래의 제 2 투명 전극층은 광 흡수율이 크기 때문에, 제 2 투명 전극층의 막두께를 증가시킨 경우에 이면 전극층에서 반사되어 발전층에 도달하는 광의 광량이 감소한다.
최적의 제 2 투명 전극층의 막두께 및 광학 특성을 검토한 결과, 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하인 광전 변환 장치로 함으로써, 이면 전극층 표면에서의 광 흡수를 저감시킴과 함께, 제 2 투명 전극층에서의 광 흡수도 저감시킬 수 있다. 이 결과, 발전층에서 흡수되는 광의 광량을 증대시켜, 발전층에서의 단락 전류를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 광전 변환 장치는, 기판 상에 제 1 투명 전극층과, 발전층과, 제 2 투명 전극층과, 이면 전극층을 구비하는 광전 변환 장치로서, 상기 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 상기 제 2 투명 전극층과 상기 발전층의 계면 및 상기 제 2 투명 전극층과 상기 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 최적의 제 2 투명 전극층의 막두께 및 광학 특성을 검토한 결과, 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 상기 제 2 투명 전극층과 상기 발전층의 계면 및 상기 제 2 투명 전극층과 상기 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상인 광전 변환 장치로 함으로써, 이면 전극층 표면에서의 광 흡수를 저감시킴과 함께, 제 2 투명 전극층에서의 광 흡수도 저감시킬 수 있다. 이 결과, 발전층에서의 단락 전류를 증가시킬 수 있게 된다.
상기 발명에 있어서, 상기 발전층이 결정질 실리콘 i 층을 포함하는 것이 바람직하다. 결정질 실리콘은, 파장 600 ㎚ 에서 1000 ㎚ 영역의 광을 흡수한다. 따라서, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에 있어서, 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하, 또는 제 2 투명 전극층 및 이면 전극층에서 반사된 광의 반사율이 91 ％ 이상이면, 결정질 실리콘에서의 광 흡수량을 증대시킬 수 있기 때문에 광전 변환 장치의 단락 전류가 더욱 향상된다.
이 경우, 상기 발전층이 2 이상의 전지층을 구비하고, 하나의 전지층과 그 하나의 전지층에 가장 가까운 다른 전지층 사이에 형성된 중간 컨택트층을 적어도 1 개 가져도 된다.
중간 컨택트층은 광 감금 증강 효과가 있다. 중간 컨택트층을 형성함으로써, 이면 전극층 및 제 2 투명 전극층으로부터의 반사광을 증가시킬 수 있어, 단락 전류 향상 효과가 높아진다.
상기 발명에 있어서, 상기 발전층이 단일 전지층으로 이루어지며, 그 전지층이 비정질 실리콘 i 층을 갖고, 파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하 영역에 있어서의 상기 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.0 ％ 이하인 것이 바람직하다.
비정질 실리콘은, 파장 600 ㎚ 에서 1000 ㎚ 영역의 광을 흡수한다. 이와 같이, 발전층이 비정질 실리콘 i 층을 갖는 단일 전지층으로 이루어지는 광전 변환 장치에 있어서는, 파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 영역에 있어서 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.0 ％ 이하이면, 비정질 실리콘에서의 광 흡수량을 증대시킬 수 있다. 이 결과, 광전 변환 장치의 단락 전류를 증가시킬 수 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 발전층이 단일 전지층으로 이루어지며, 그 전지층이 비정질 실리콘 i 층을 갖고, 상기 제 2 투명 전극층과 상기 발전층의 계면 및 상기 제 2 투명 전극층과 상기 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이 파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 발전층이 비정질 실리콘 i 층을 갖는 단일 전지층으로 이루어지는 광전 변환 장치에 있어서, 비정질 실리콘에서의 광 흡수량을 증대시킬 수 있어, 광전 변환 장치의 단락 전류를 증가시킬 수 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 이면 전극층이 은 박막, 알루미늄 박막, 금 박막, 구리 박막 중에서 선택되는 1 종류 이상의 박막을 구비하는 것이 바람직하다.
열거한 박막은 반사율이 높기 때문에, 발전층에서 흡수되는 광의 광량을 증대시켜, 발전층에서의 단락 전류를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 광전 변환 장치는, 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하이기 때문에, 발전층에서의 광 흡수량이 증대되어, 높은 단락 전류를 나타내는 광전 변환 장치가 된다.
또한, 본 발명의 광전 변환 장치는, 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 상기 제 2 투명 전극층과 상기 발전층의 계면 및 상기 제 2 투명 전극층과 상기 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상이기 때문에, 발전층에서의 광 흡수량이 증대되어, 높은 단락 전류를 나타내는 광전 변환 장치가 된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 관련된 광전 변환 장치로서, 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시형태를 설명하는 개략도이다.
도 3 은 본 발명에 관련된 광전 변환 장치로서, 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시형태를 설명하는 개략도이다.
도 4 는 본 발명에 관련된 광전 변환 장치로서, 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시형태를 설명하는 개략도이다.
도 5 는 본 발명에 관련된 광전 변환 장치로서, 태양 전지 패널을 제조하는 일 실시형태를 설명하는 개략도이다.
도 6 은 광 흡수율이 작은 GZO 막을 형성한 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼의 계산예이다.
도 7 은 광 흡수율이 중간 정도인 GZO 막을 형성한 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼의 계산예이다.
도 8 은 광 흡수율이 큰 GZO 막을 형성한 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼의 계산예이다.
도 9 는 광 흡수율이 작은 GZO 막을 형성한 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼의 계산예이다.
도 10 은 광 흡수율이 중간 정도인 GZO 막을 형성한 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼의 계산예이다.
도 11 은 광 흡수율이 큰 GZO 막을 형성한 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼의 계산예이다.
도 12 는 광학 박막 계산에 사용한 구조 모델 3 을 나타내는 도면이다.
도 13 은 파장 600 ㎚ 에서의 제 2 투명 전극층의 막두께와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14 는 파장 800 ㎚ 에서의 제 2 투명 전극층의 막두께와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15 는 파장 1000 ㎚ 에서의 제 2 투명 전극층의 막두께와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16 은 제 2 투명 전극층의 막두께와, 아모르퍼스 실리콘 태양 전지 셀의 단락 전류의 상대치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17 은 제 2 투명 전극층의 막두께와, 탠덤형 태양 전지 셀의 단락 전류의 상대치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 광전 변환 장치의 실시형태의 구성에 관해서 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 광전 변환 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 광전 변환 장치 (100) 는 실리콘계 태양 전지이고, 기판 (1), 제 1 투명 전극층 (2), 발전층 (3) 으로서의 제 1 전지층 (91) (비정질 실리콘계) 및 제 2 전지층 (92) (결정질 실리콘계), 이면 구조로서 제 2 투명 전극층 (6) 및 이면 전극층 (4) 을 구비한다. 또, 여기서, 실리콘계란 실리콘 (Si) 이나 실리콘카바이드 (SiC) 나 실리콘게르마늄 (SiGe) 을 포함하는 총칭이다. 또한, 결정질 실리콘계란, 비정질 실리콘계 이외의 실리콘계를 의미하는 것으로, 미(微)결정 실리콘나 다결정 실리콘계도 포함된다.
다음으로, 본 실시형태의 광전 변환 장치로서, 태양 전지 패널을 제조하는 공정을 도 2 내지 도 5 를 사용하여 설명한다.
(1) 도 2(a)
기판 (1) 으로서 소다 플로트 유리 기판 (예를 들어, 1.4 m × 1.1 m × 판두께 : 3∼6 ㎜ 의 한 변이 1 m 를 초과하는 대면적 기판) 을 사용한다. 기판 단면 (端面) 은 열 응력이나 충격 등에 의한 파손 방지로 코너 면취나 R 면취 가공되어 있는 것이 바람직하다.
(2) 도 2(b)
제 1 투명 전극층 (2) 으로서 산화주석 (SnO2) 을 주성분으로 하는 막두께 약 500 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 투명 전극막을, 열 CVD 장치에 의해 약 500 ℃ 에서 제막한다. 이 때, 투명 전극막의 표면에는 적당한 요철이 있는 텍스쳐가 형성된다. 제 1 투명 전극층 (2) 으로서, 투명 전극막에 추가하여 기판 (1) 과 투명 전극막 사이에 알칼리 배리어막 (도시 생략) 을 형성해도 된다. 알칼리 배리어막은, 막두께 50 ㎚ 이상 150 ㎚ 이하의 산화실리콘막 (SiO2) 을 열 CVD 장치에 의해 약 500 ℃ 에서 제막한다.
(3) 도 2(c)
그 후, 기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하고, YAG 레이저의 제 1 고조파 (1064 ㎚) 를, 도면의 화살표로 나타내는 바와 같이, 제 1 투명 전극층의 층면측에서부터 입사시킨다. 가공 속도가 적절해지도록 레이저 파워를 조정하고, 투명 전극막을 발전 셀의 직렬 접속 방향에 대하여 수직인 방향으로, 기판 (1) 과 레이저광을 상대 이동하여, 홈 (10) 을 형성하도록 폭 약 6 ㎜ 내지 15 ㎜ 의 소정 폭의 가늘고 긴 형상으로 레이저 에칭한다.
(4) 도 2(d)
제 1 전지층 (91) 으로서, 비정질 실리콘 박막으로 이루어지는 p 층, i 층 및 n 층을, 플라즈마 CVD 장치에 의해 제막한다. SiH4 가스 및 H2 가스를 주원료로 하여, 감압 분위기 : 30 Pa 이상 1000 Pa 이하, 기판 온도 : 약 200 ℃ 에서, 제 1 투명 전극층 (2) 상에 태양광이 입사되는 측에서부터 비정질 실리콘 p 층 (31), 비정질 실리콘 i 층 (32), 비정질 실리콘 n 층 (33) 의 순으로 제막한다. 비정질 실리콘 p 층 (31) 은 비정질의 B 도프 실리콘막으로, 막두께 10 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하이다. 비정질 실리콘 i 층 (32) 은, 막두께 200 ㎚ 이상 350 ㎚ 이하이다. 비정질 실리콘 n 층 (33) 은 P 도프 비정질 실리콘막으로, 막두께 30 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하이다. 비정질 실리콘 n 층 (33) 을 대신하여 결정질 실리콘막을 형성해도 되고, 또는, 비정질 실리콘막과 결정질 실리콘막의 적층 구조로 해도 된다. 비정질 실리콘 p 층 (31) 과 비정질 실리콘 i 층 (32) 사이에는, 계면 특성의 향상을 위해 버퍼층을 형성해도 된다.
제 1 전지층 (91) 상에, 제 2 전지층 (92) 으로서 결정질 실리콘 박막으로 이루어지는 p 층, i 층 및 n 층을 플라즈마 CVD 장치에 의해 제막한다. SiH4 가스 및 H2 가스를 주원료로 하여, 감압 분위기 : 3000 Pa 이하, 기판 온도 : 약 200 ℃, 플라즈마 발생 주파수 : 40 MHz 이상 100 MHz 이하에서, 결정질 실리콘 p 층 (41), 결정질 실리콘 i 층 (42), 결정질 실리콘 n 층 (43) 의 순으로 제막한다.
결정질 실리콘 p 층 (41) 은 B 도프한 결정질 실리콘막으로, 막두께 10 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하이다. 결정질 실리콘 i 층 (42) 의 막두께는 1.2 ㎛ 이상 3.0 ㎛ 이하이다. 결정질 실리콘 n 층 (43) 은 P 도프한 결정질 실리콘막으로, 막두께 20 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하이다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 전지층 (91) 상에, 제 1 전지층 (91) 과 제 2 전지층 (92) 의 접촉성을 개선시킴과 함께 전류 정합성을 얻기 위해서 반(半)반사막이 되는 중간 컨택트층 (5) 을 형성해도 된다. 중간 컨택트층 (5) 으로서, DC 스퍼터링 장치에 의해 타깃 : Ga 도프 ZnO 소결체를 사용하여, 막두께 20 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하의 GZO (Ga 도프 ZnO) 막을 형성한다.
(5) 도 2(e)
기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하고, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제 2 고조파 (532 ㎚) 를, 도면의 화살표로 나타내는 바와 같이, 광전 변환층 (3) 의 막면측에서부터 입사시킨다. 펄스 발진 : 10 kHz 이상 20 kHz 이하로 하고 가공 속도가 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 제 1 투명 전극층 (2) 의 레이저 에칭 라인의 약 100 ㎛ 에서 150 ㎛ 횡(橫)측을, 홈 (11) 을 형성하도록 레이저 에칭한다. 또한 이 레이저는 기판 (1) 측에서부터 입사시켜도 된다. 이 경우에는 광전 변환층 (3) 의 제 1 전지층 (91) 에서 흡수된 에너지에 의해 발생하는 높은 증기압을 이용할 수 있기 때문에, 더욱 안정적인 레이저 에칭 가공을 실시할 수 있다. 레이저 에칭 라인의 위치는 전(前) 공정에서의 에칭 라인과 교차하지 않도록 위치 결정 공차를 고려하여 선정한다.
(6) 도 3(a)
제 2 전지층 (92) 의 결정질 실리콘 n 층 (43) 상에, 순서대로 제 2 투명 전극층 (6) 및 이면 전극층 (4) 을 형성한다.
제 2 투명 전극층 (6) 으로서, 스퍼터링 장치에 의해 타깃 : Ga 도프 ZnO 소결체를 사용하고, 방전 가스 : 아르곤 및 산소, 산소 분압 : 0.5 ％ 이상 2 ％ 이하, 기판 온도 20 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 조건에서 GZO 막을 제막한다. 제 2 투명 전극층 (6) 의 막두께는 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하, 바람직하게는 90 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하로 한다. 상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 산소를 도입하면서 GZO 막을 제막함으로써 제 2 투명 전극층의 투명성을 향상시킨다.
또, 산소 분압의 적정치는, 제 2 투명 전극층의 흡수율과 도전성을 계측하여 설정한다. 즉, 산소 분압이 지나치게 높으면 흡수율은 작아지지만, 도전성이 악화되어, 투명 전극층으로서 기능하지 않게 된다. 산소 분압이 지나치게 낮으면, 도전성은 양호해지지만, 흡수율이 악화된다.
태양 전지의 제 2 투명 전극층의 막두께는, 절단, 연마, 집속 (集束) 이온 빔 (FIB) 가공 등에 의해 태양 전지 단면을 노출시킨 후, 주사형 전자 현미경 (SEM) 또는 투과형 전자 현미경 (TEM) 을 사용해서 단면을 관찰하여 측정한다.
이면 전극층 (4) 으로서, 스퍼터링 장치에 의해, 타깃 : Ag, 방전 가스 : 아르곤, 제막 온도 : 약 150 ℃ 에서 은 박막을 제막한다. 또는, 이면 전극층 (4) 으로서, 은 박막 : 200∼500 ㎚, 이것을 보호하는 것으로서 방식 효과가 높은 티탄 박막 : 10∼20 ㎚ 를 순서대로 적층하여, 은 박막/티탄 박막의 적층막을 형성해도 된다. 이 경우에는, 기판측에 은 박막이 설치되는 층 구성으로 한다.
이면 전극층 (4) 으로서, 알루미늄 박막, 금 박막, 또는 구리 박막을 형성하는 것도 가능하다. 특히, 알루미늄 박막을 형성하는 경우에는 재료 비용을 대폭 삭감할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 예를 들어, 은 박막/알루미늄 박막의 적층막으로 이루어지는 이면 전극층을 형성해도 된다.
본 실시형태에 있어서, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층 (6) 의 광 흡수율은 1.5 ％ 이하, 바람직하게는 0.2 ％ 이하가 된다. 또한, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에 있어서, 제 2 투명 전극층과 발전층의 계면 및 제 2 투명 전극층과 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율은 91 ％ 이상, 바람직하게는 93 ％ 이상이 된다.
(7) 도 3(b)
기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하고, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제 2 고조파 (532 ㎚) 를, 도면의 화살표로 나타내는 바와 같이, 기판 (1) 측에서부터 입사시킨다. 레이저광이 광전 변환층 (3) 에서 흡수되고, 이 때 발생하는 높은 가스 증기압을 이용하여 이면 전극층 (4) 이 폭발하여 찢어지면서 제거된다. 펄스 발진 : 1 kHz 이상 10 kHz 이하로 하고 가공 속도가 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 투명 전극층 (2) 의 레이저 에칭 라인의 약 250 ㎛ 에서 400 ㎛ 횡측을, 홈 (12) 을 형성하도록 레이저 에칭한다.
(8) 도 3(c)
발전 영역을 구분하여, 기판단(端) 주변의 막 단부에 있어서 레이저 에칭에 의한 직렬 접속 부분이 단락되기 쉬운 영향을 제거한다. 기판 (1) 을 X-Y 테이블에 설치하고, 레이저 다이오드 여기 YAG 레이저의 제 2 고조파 (532 ㎚) 를, 기판 (1) 측에서부터 입사시킨다. 레이저광이 투명 전극층 (2) 과 광전 변환층 (3) 에서 흡수되고, 이 때 발생하는 높은 가스 증기압을 이용하여 이면 전극층 (4) 이 폭발하여 찢어져서 이면 전극층 (4)/광전 변환층 (3)/투명 전극층 (2) 이 제거된다. 펄스 발진 : 1 kHz 이상 10 kHz 이하로 하고 가공 속도가 적절해지도록 레이저 파워를 조정하여, 기판 (1) 의 단부로부터 5 ㎜ 에서 20 ㎜ 의 위치를, 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이 X 방향 절연홈 (15) 을 형성하도록 레이저 에칭한다. 이 때, Y 방향 절연홈은 후 공정에서 기판 (1) 주위 영역의 막면 연마 제거 처리를 실시하기 때문에 형성할 필요가 없다.
절연홈 (15) 은 기판 (1) 의 단으로부터 5 ㎜ 에서 10 ㎜ 의 위치에서 에칭을 종료시킴으로써, 태양 전지 패널 단부로부터 태양 전지 모듈 (7) 내부로 외부 습기분의 침입을 억제하는 데에 유효한 효과를 나타내기 때문에 바람직하다.
한편, 이상까지의 공정에서의 레이저광은 YAG 레이저로 하고 있지만, YVO4 레이저나 화이버 레이저 등을 동일하게 사용할 수 있다.
(9) 도 4(a)
후 공정의 EVA 등을 통한 백 시트 (24) 와의 건전한 접착·시일면을 확보하기 위해, 기판 (1) 주변 (주위 영역 (14)) 의 적층막은, 단차가 있는 동시에 박리하기 쉽기 때문에, 적층막을 제거한다. 기판 (1) 의 단으로부터 5 ㎜ 내지 20 ㎜ 에서 기판 (1) 의 전체 주위에 걸쳐, X 방향은 전술한 도 3(c) 공정에서 형성된 절연홈 (15) 보다 기판단측에 있어서, Y 방향은 기판 단측부 부근의 홈 (10) 보다 기판단측에 있어서, 이면 전극층 (4)/광전 변환층 (3)/투명 전극층 (2) 을 지석 연마나 블라스트 연마 등을 사용하여 제거한다. 연마 부스러기나 지립은 기판 (1) 을 세정 처리하여 제거한다.
(10) 도 4(b)
단자 상자 설치 부분은 백 시트 (24) 에 개구 관통창을 형성하여 집전판을 꺼낸다. 이 개구 관통창 부분에는 절연재를 복수 층 설치하여 외부로부터의 습기분 등의 침입을 억제한다.
직렬로 정렬한 일방의 단의 태양 전지 발전 셀과, 타방 단부의 태양 전지 발전 셀로부터 동박 (銅箔) 을 이용해서 집전하여 태양 전지 패널 뒤쪽의 단자 상자 부분으로부터 전력을 꺼낼 수 있도록 처리한다. 동박은 각 부와의 단락을 방지하기 위해 동박 폭보다 넓은 절연 시트를 배치한다.
집전용 동박 등이 소정 위치에 배치된 후에, 태양 전지 모듈 (7) 의 전체를 덮고, 기판 (1) 으로부터 튀어나오지 않도록 EVA (에틸렌아세트산비닐 공중합체) 등에 의한 접착 충전재 시트를 배치한다.
EVA 위에, 방수 효과가 높은 백 시트 (24) 를 설치한다. 백 시트 (24) 는 본 실시형태에서는 방수 방습 효과가 높도록 PET 시트/Al 박/PET 시트의 3 층 구조로 이루어진다.
백 시트 (24) 까지 소정 위치에 배치한 것을, 라미네이터에 의해 감압 분위기에서 내부 탈기를 실시하여 약 150 ℃ 부터 160 ℃ 에서 프레스하면서, EVA 를 가교시켜 밀착시킨다.
(11) 도 5(a)
태양 전지 모듈 (7) 의 뒷편에 단자 상자 (23) 를 접착제로 부착한다.
(12) 도 5(b)
동박과 단자 상자 (23) 의 출력 케이블을 땜납 등으로 접속하고, 단자 상자 내부를 밀봉제 (폿팅제) 로 충전하여 밀폐한다. 이로써 태양 전지 패널 (50) 이 완성된다.
(13) 도 5(c)
도 5(b) 까지의 공정에서 형성된 태양 전지 패널 (50) 에 관해서 발전 검사 및, 소정의 성능 시험을 실시한다. 발전 검사는, AM1.5, 전천 (全天) 일사 기준 태양광 (1000 W/㎡) 의 솔라 시뮬레이터를 사용하여 실시한다.
(14) 도 5(d)
발전 검사 (도 5(c)) 에 전후해서, 외관 검사를 비롯하여 소정의 성능 검사를 실시한다.
상기 막두께의 제 2 투명 전극층을 형성함으로써, 발전층인 실리콘과 이면 전극층인 은 박막의 거리를 크게 하여, 은 박막 표면에서의 흡수를 저감시킨다.
본 실시형태의 태양 전지는, 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하가 된다. 또한, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하, 또는 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에 있어서, 제 2 투명 전극층과 발전층의 계면 및 제 2 투명 전극층과 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이 91 ％ 이상이 된다. 이와 같이, 제 2 투명 전극층이 막두께 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고, 또한, 높은 투명성을 가짐으로써, 발전층과 이면 전극층인 은 박막의 거리를 크게 하여 은 박막 표면에서의 흡수가 저감됨과 함께, 제 2 투명 전극층에서의 광 손실이 저감된다. 이 결과, 제 2 전지층에서 흡수되는 광의 광량이 증대되어, 태양 전지의 단락 전류가 증가한다.
상기 실시형태에서는 탠덤형 태양 전지를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 비정질 실리콘 싱글 태양 전지, 결정질 실리콘 싱글 태양 전지, 결정질 SiGe 싱글형 태양 전지, 트리플형 태양 전지에도 적용할 수 있다.
특히, 전지층이 비정질 실리콘 i 층을 갖는 비정질 실리콘 싱글 태양 전지의 경우, 파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.0 ％ 이하, 또는 파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 영역에 있어서, 제 2 투명 전극층과 발전층의 계면 및 제 2 투명 전극층과 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이 91 ％ 이상이 된다. 이로써, 비정질 실리콘 싱글형 태양 전지에 있어서도, 제 2 투명 전극층에서의 광 손실이 저감된다. 이 결과, 전지층에서 흡수되는 광의 광량이 증대되어, 태양 전지의 단락 전류가 증가한다.
실시예
(광학 박막 계산)
광 흡수 특성 (투명성) 이 (A) : 광 흡수율 소 (小), (B) : 광 흡수율 중간 (中間) 정도, (C) : 광 흡수율 대 (大) 의 GZO 막을 형성한 모델에 관해서, 프레넬 반사에 기초한 광학 박막 간섭 계산을 실시하였다. 계산 소프트는, 사이버넷사의 OPTAS-FILM 을 사용하였다. 유리 및 은 박막의 매질 데이터는, 공지 문헌 에 기재된 데이터를 사용하였다. GZO 막의 매질 데이터는, 유리 위에 형성한 GZO 막을 광학 계측하여 구했다. 결정질 실리콘의 매질 데이터는, 공지 문헌 에 기재된 단결정 Si 의 데이터를 사용하였다. 공기는, 굴절률 1, 소쇠 (消衰) 계수 0 으로 하였다.
유리 기판 상에 광 흡수 특성이 각각 (A), (B), (C) 인 GZO 막을 형성한 구조 모델 (구조 모델 1) 의 흡수율 스펙트럼을 계산하였다. 여기서, 유리 기판 및 GZO 막은 평활한 것으로 가정하였다. 구조 모델 1 에서는, 공기측에서 발생한 광이 GZO 막에 입사되어, 일부가 공기측으로 반사되고, 일부는 유리측으로 투과되는 것으로 하였다. 구조 모델 1 의 계산에 있어서는, GZO 막을 사이에 두고 양쪽의 반무한 매질에 있어서의 흡수를 계산에 더하지 않고서, GZO 막에서의 광의 흡수를 구할 수 있다. 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼은, 충분히 투명한 광학 유리를 유리 기판에 사용함으로써, 실험적으로 관측하는 것이 가능하다.
도 6 에, (A) : 광 흡수율 소인 GZO 막을 형성한 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼의 계산예를 나타낸다. 도 7 에, (B) : 광 흡수율 중간 정도인 GZO 막을 형성한 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼의 계산예를 나타낸다. 도 8 에, (C) : 광 흡수율 대인 GZO 막을 형성한 구조 모델 1 의 흡수율 스펙트럼의 계산예를 나타낸다. 도 6 내지 도 8 에 있어서, 가로축은 파장, 세로축은 흡수율이다. 흡수율
Figure pct00001
(％) 는, GZO 막측의 공기층으로부터 광을 입사시킨 경우의 반사율 R (％) 및 투과율 T(％) 를 광학 박막 계산에 의해 구한 후, 식 (1) :
Figure pct00002
= 100 － (R ＋ T) … (1)
로부터 구했다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, (A) : 광 흡수율 소인 GZO 막은, 막두께 100 ㎚ 이하에서 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 광 흡수율이 0.2 ％ 이하였다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, (B) : 광 흡수율 중인 GZO 막은, 막두께 100 ㎚ 이하에서 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하였다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, (C) : 광 흡수율 대인 GZO 막은, 막두께 50 ㎚ 에서 장파장측 (파장 950 ㎚ 이상) 에 있어서의 광 흡수율이 1.5 ％ 보다 커졌다. GZO 막두께가 커질수록 광 흡수율 1.5 ％ 를 초과하는 파장역이 넓어졌다.
유리 기판 상에 GZO 막, 은 박막 (막두께 : 300 ㎚) 의 순으로 적층한 구조 모델 2 에 관해서, 반사율 스펙트럼을 계산하였다. 여기서, 유리 기판, GZO 막, 및 은 박막은 평활한 것으로 가정하였다. 구조 모델 2 에서는, 유리측에서 발생한 광이 GZO 막과 은 박막의 적층막에 입사되고, 일부가 유리측으로 반사되는 것으로 하였다. 구조 모델 2 의 계산에 있어서는, 유리의 흡수를 계산에 더하지 않고서, GZO 막과 은 박막의 적층막에 의한 반사율을 구할 수 있다. 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼은, 충분히 투명한 광학 유리를 유리 기판에 사용함으로써 실험적으로 관측하는 것이 가능하다.
도 9 에, (A) : 광 흡수율 소인 GZO 막을 형성한 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼의 계산예를 나타낸다. 도 10 에, (B) : 광 흡수율 중인 GZO 막을 형성한 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼의 계산예를 나타낸다. 도 11 에, (C) : 광 흡수율 대인 GZO 막을 형성한 구조 모델 2 의 반사율 스펙트럼의 계산예를 나타낸다. 도 9 내지 도 11 에 있어서, 가로축은 파장, 세로축은 반사율이다.
(A) : 광 흡수율 소인 GZO 막은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 막두께 100 ㎚ 이하, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에 있어서, 반사율 93 ％ 이상이 얻어졌다. (B) : 광 흡수율 중인 GZO 막은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 막두께 100 ㎚ 이하, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에 있어서, 반사율 91 ％ 이상이 얻어졌다. (C) : 광 흡수율 대인 GZO 막은, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 막두께가 큰 경우에 반사율이 저하되고, 막두께 70 ㎚ 이상에서 반사율 91 ％ 미만이 되는 파장 영역이 나타났다.
도 12 에 나타내는 구조 모델 3 에 관해서, 반사율 스펙트럼을 계산하였다. 도 12 의 구조 모델 3 은, 결정질 실리콘층 (111) (막두께 : 반무한), GZO 막 (112), 은 박막 (113) (막두께 : 300 ㎚) 의 순으로 적층된 구성이다. 은 박막 (113) 의 GZO 막 (112) 과 반대측은 공기층 (114) 으로 하였다. 구조 모델 3 에서는, 결정질 실리콘층측에서 발생한 광이 GZO 막과 은 박막의 적층막에 입사되고, 일부가 결정질 실리콘측으로 반사되는 것으로 하였다. 구조 모델 3 의 계산에 있어서는, 결정질 실리콘층에 있어서의 흡수를 계산에 더하지 않고서, GZO 막 및 은 박막의 적층막에 의한 반사율을 구할 수 있다. 구조 모델 3 은 구조 모델 2 과 구조가 비슷하지만, 광 입사측의 매질이 상이하다. 즉, 광학 박막 간섭을 해제할 때의 경계 조건이 상이하기 때문에, 얻어지는 결과가 전혀 상이하다. 그리고, 구조 모델 3 은, 실험적으로 관측하는 것이 원리적으로 불가능하여, 계산으로만 현상 (現象) 을 조사할 수 있다.
상기 (A), (B), (C) 의 흡수 특성을 갖는 GZO 막을 형성한 구조 모델의 반사율 스펙트럼으로부터, 파장 600 ㎚, 800 ㎚, 1000 ㎚ 에 있어서의 반사율을 판독하여 GZO 막두께에 대해 플롯하였다. 도 13 내지 도 15 는 각각, 파장 600 ㎚, 800 ㎚, 및 1000 ㎚ 에 있어서의 GZO 막두께와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다. 동 도면에 있어서, 가로축은 GZO 막두께, 세로축은 반사율이다.
(C) : 광 흡수율 대인 GZO 막을 형성한 경우, 각 파장에서의 반사율이 극대가 되는 막두께는 40 ㎚ 에서 70 ㎚ 의 범위였다. 이에 대하여, GZO 막의 투명성이 개선된 (A) 및 (B) 는, 각 파장에서 반사율이 극대가 되는 GZO 막두께가 두꺼운 막측으로 시프트되었다.
(C) : 광 흡수율 대인 GZO 막을 형성한 경우, 극대가 되는 반사율은 97 ％ 이하였다. 한편, (B) : 광 흡수율 중인 GZO 막을 형성한 경우, 막두께 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하에서, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 반사율이 97 ％ 이상이 되었다. 또한, (A) : 광 흡수율 소인 GZO 막을 형성한 경우, 막두께 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하에서, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 반사율이 98 ％ 이상이 되었다. 이와 같이, GZO 막의 투명성을 개선함으로써 반사율을 향상시킬 수 있었다.
광학 박막 계산의 결과, GZO 막의 투명성을 향상시킴으로써, 반사율이 극대가 되는 GZO 막의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하가 되어, 광 흡수율이 큰 GZO 막보다도 두꺼운 막측으로 시프트되는 것을 알 수 있었다. 또한, GZO 막의 투명성을 향상시켜 GZO 막에서의 광 손실을 저하시킴과 함께, GZO 막을 두껍게 하여 발전층과 은 박막의 거리를 크게 해서 은 박막 표면에서의 흡수를 감소시킬 수 있기 때문에, 제 2 투명 전극층 및 이면 전극층에 의해 반사되어 발전층으로 되돌아가는 광의 광량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.
(제 2 투명 전극층 막두께와 태양 전지 성능의 관계)
유리 기판 상에 제 1 투명 전극층, 발전층으로서 비정질 실리콘 p 층, 비정질 실리콘 i 층 및 결정질 실리콘 n 층, 제 2 투명 전극층, 그리고 이면 전극층을 순차적으로 형성하여, 아모르퍼스 실리콘 태양 전지 셀을 제조하였다. 제 1 투명 전극층의 막두께를 700 ㎚, 비정질 실리콘 p 층의 막두께를 10 ㎚, 비정질 실리콘 i 층의 막두께를 200 ㎚, 결정질 실리콘 n 층의 막두께를 30 ㎚ 로 하였다. 제 2 투명 전극층으로서, DC 스퍼터링 장치를 사용하여, 타깃 : Ga 도프 ZnO 소결체, 방전 가스 : 아르곤 및 산소, 산소 분압 : 0.5 ％, 기판 온도 : 60 ℃ 에서 GZO 막을 제막하였다. 상기 제막 조건에 있어서, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층의 광 흡수율은 0.2 ％ 이하였다. 이면 전극층으로서, DC 스퍼터링 장치를 사용하여, 타깃 : Ag, 방전 가스 : 아르곤, 기판 온도 : 135 ℃ 에서 막두께 250 ㎚ 의 은 박막을 제막하였다. 이면 전극층을 형성한 후, 질소 분위기에서 온도 : 160 ℃, 처리 시간 : 2 시간의 어닐 처리를 실시하였다.
도 16 에, 제 2 투명 전극층 (GZO 막) 의 막두께와 아모르퍼스 실리콘 태양 전지 셀의 단락 전류와의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 동 도면에 있어서, 가로축은 막두께, 세로축은 제 2 투명 전극층 막두께 40 ㎚ 에서의 단락 전류를 기준으로 한 경우의 단락 전류의 상대치이다. 또, 단락 전류의 값은, 가로세로 5 ㎝ 기판면 내의 셀 15 점, 기판 장수 5 장을 측정한 평균치이다.
제 2 투명 전극층의 막두께가 40 ㎚ 및 60 ㎚ 인 아모르퍼스 실리콘 태양 전지 셀에서는, 단락 전류는 거의 동일한 정도였지만, 막두께가 80 ㎚ 및 100 ㎚ 에서 단락 전류가 증대되었다.
유리 기판 상에, 제 1 투명 전극층, 비정질 실리콘으로 이루어지는 발전층 (제 1 전지층), 중간 컨택트층, 결정질 실리콘으로 이루어지는 발전층 (제 2 전지층), 제 2 투명 전극층, 및 이면 전극층을 순차적으로 형성하여, 탠덤형 태양 전지 셀을 제조하였다. 또, 발전층은 각각 기판측으로부터 p 층, i 층, n 층의 순으로 제막하였다.
제 1 투명 전극층의 막두께를 700 ㎚ 로 하였다. 제 1 전지층 p 층의 막두께를 10 ㎚, 제 1 전지층 i 층의 막두께를 200 ㎚, 제 1 전지층 n 층의 막두께를 30 ㎚ 로 하였다. 중간 컨택트층의 막두께를 70 ㎚ 로 하였다. 제 2 전지층 p 층의 막두께를 30 ㎚, 제 2 전지층 i 층의 막두께를 2000 ㎚, 제 2 전지층 n 층의 막두께를 30 ㎚ 로 하였다. 제 2 투명 전극층으로서, DC 스퍼터링 장치를 사용하여, 타깃 : Ga 도프 ZnO 소결체, 방전 가스 : 아르곤 및 산소, 산소 분압 : 0.5 ％, 기판 온도 : 60 ℃ 에서 GZO 막을 제막하였다. 이 제막 조건에 있어서, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 제 2 투명 전극층의 광 흡수율은 0.2 ％ 이하였다. 이면 전극층으로서, DC 스퍼터링 장치를 사용하여, 타깃 : Ag, 방전 가스 : 아르곤, 기판 온도 : 135 ℃ 에서 막두께 250 ㎚ 의 은 박막을 제막하였다. 이면 전극층을 형성한 후, 질소 분위기에서 온도 : 160 ℃, 처리 시간 : 2 시간의 어닐 처리를 실시하였다.
도 17 에, 제 2 투명 전극층 (GZO 막) 의 막두께와 탠덤형 태양 전지 셀의 단락 전류와의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 동 도면에 있어서, 가로축은 막두께, 세로축은 제 2 투명 전극층 막두께 40 ㎚ 에서의 단락 전류를 기준으로 한 경우의 단락 전류의 상대치이다. 또, 단락 전류의 값은, 가로세로 5 ㎝ 기판면 내의 셀 15 점, 기판 장수 5 장을 측정한 평균치이다.
탠덤형 태양 전지 셀에 있어서도, 제 2 투명 전극층의 막두께가 40 ㎚ 및 60 ㎚ 인 경우에는 단락 전류는 거의 동일한 정도였지만, 막두께가 80 ㎚ 및 100 ㎚ 에서 단락 전류가 증대되었다.
상기 실시예에서는 이면 전극층으로서 은 박막을 형성한 태양 전지를 사용하여 설명했지만, 이면 전극층으로서 알루미늄 박막, 금 박막, 구리 박막 등을 형성한 태양 전지에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
1 … 기판
2 … 제 1 투명 전극층
3 … 광전 변환층
4 … 이면 전극층
5 … 중간 컨택트층
6 … 제 2 투명 전극층
7 … 태양 전지 모듈
31 … 비정질 실리콘 p 층
32 … 비정질 실리콘 i 층
33 … 비정질 실리콘 n 층
41 … 결정질 실리콘 p 층
42 … 결정질 실리콘 i 층
43 … 결정질 실리콘 n 층
91 … 제 1 전지층
92 … 제 2 전지층
100 … 광전 변환 장치

Claims (7)

  1. 기판 상에 제 1 투명 전극층과, 발전층과, 제 2 투명 전극층과, 이면 전극층을 구비하는 광전 변환 장치로서,
    상기 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고,
    파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하 영역에 있어서의 상기 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.5 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  2. 기판 상에 제 1 투명 전극층과, 발전층과, 제 2 투명 전극층과, 이면 전극층을 구비하는 광전 변환 장치로서,
    상기 제 2 투명 전극층의 막두께가 80 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하이고,
    상기 제 2 투명 전극층과 상기 발전층의 계면 및 상기 제 2 투명 전극층과 상기 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이, 파장 600 ㎚ 이상 1000 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발전층이, 결정질 실리콘 i 층을 포함하는, 광전 변환 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전층이, 2 이상의 전지층을 구비하고,
    하나의 전지층과 그 하나의 전지층에 가장 가까운 다른 전지층 사이에 형성된 중간 컨택트층을 적어도 1 개 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전층이 단일 전지층으로 이루어지며, 그 전지층이 비정질 실리콘 i 층을 갖고,
    파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하 영역에 있어서의 상기 제 2 투명 전극층의 광 흡수율이 1.0 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 발전층이 단일 전지층으로 이루어지며, 그 전지층이 비정질 실리콘 i 층을 갖고,
    상기 제 2 투명 전극층과 상기 발전층의 계면 및 상기 제 2 투명 전극층과 상기 이면 전극층의 계면에서 반사된 광의 반사율이, 파장 600 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 영역에서 91 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이면 전극층이, 은 박막, 알루미늄 박막, 금 박막, 구리 박막 중에서 선택되는 1 종류 이상의 박막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012105148A1 (ja) * 2011-01-31 2012-08-09 三洋電機株式会社 光電変換素子
US9437758B2 (en) 2011-02-21 2016-09-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device
US9246434B2 (en) * 2011-09-26 2016-01-26 First Solar, Inc System and method for estimating the short circuit current of a solar device
WO2014054600A1 (ja) 2012-10-02 2014-04-10 株式会社カネカ 結晶シリコン太陽電池の製造方法、太陽電池モジュールの製造方法、結晶シリコン太陽電池並びに太陽電池モジュール
FR3061606A1 (fr) * 2016-12-29 2018-07-06 Sunpartner Technologies Procede d'ablation laser de couches minces pour la realisation de modules photovoltaiques semi-transparents

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2962897B2 (ja) * 1991-10-17 1999-10-12 キヤノン株式会社 光起電力素子
JP2775543B2 (ja) * 1992-01-27 1998-07-16 シャープ株式会社 光電変換装置
JPH07321362A (ja) * 1994-05-24 1995-12-08 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JP3481123B2 (ja) * 1998-03-25 2003-12-22 三洋電機株式会社 光起電力装置
JP2000150934A (ja) * 1998-11-16 2000-05-30 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力素子及びその製造方法
JP2003188401A (ja) * 2001-10-09 2003-07-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タンデム型シリコン系薄膜光電変換装置
JP4222500B2 (ja) * 2002-04-02 2009-02-12 株式会社カネカ シリコン系薄膜光電変換装置
JP2006120737A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光電変換素子

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