KR20130132249A - 집광된 태양광 플럭스 하에서 사용하기 위한 광전 부품 - Google Patents

집광된 태양광 플럭스 하에서 사용하기 위한 광전 부품 Download PDF

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다니엘 링코
미리암 페어
장-프랑소아 기일몰
장-뤽 페루아드
스테판 콜린
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상뜨르 나시오날 드 라 리쉐르쉐 샹띠피끄
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Abstract

본 발명의 일 양태는 배면 전기 접촉부를 형성하도록 전도성 물질로 만들어진 적어도 하나의 제 1 층(101)과, 태양광 스펙트럼에서 흡수성인 물질로 만들어진 제 2 층(102), 및 정면 전기 접촉부를 형성하도록 투명한 전도성 물질로 만들어진 제 3 층(106)을 구비하는 광전 디바이스를 생산하기에 적합한 층들의 세트를 포함하는 광전 부품(10)에 관한 것이다. 상기 광전 부품은 상기 배면 전기 접촉부와 상기 정면 전기 접촉부 사이에 배열된 전기적으로 절연성인 층(103)을 더 포함하며, 이 제 3 층은, 상기 층 조립체의 층들이 하나 이상의 영역(100)들 각각에 활성 광전 영역을 형성하기 위하여 하나 이상의 영역(100)에 적층될 수 있도록 불연속이다. 상기 광전 부품은, 상기 광전 마이크로셀들 각각에 대해 주변 전기 접촉부를 형성하도록 구조화되고 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층과 전기적으로 접촉하는 전도성 물질로 만들어진 층(104)을 더 포함한다.

Description

집광된 태양광 플럭스 하에서 사용하기 위한 광전 부품{PHOTOVOLTAIC COMPONENT FOR USE UNDER CONCENTRATED SOLAR FLUX}
본 발명은 집광된 태양광 플럭스(concentrated solar flux) 하에서 사용하기 위한 광전 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이고, 특히 박막 광전 셀 분야(thin-film photovoltaic cells)에 관한 것이다.
솔라 셀(solar cells) 분야에서 박막에 기초한 셀들은 전통적으로 사용되는 결정 실리콘의 유해성에 대해 현재 집중적인 활동에 초점이 있다. 이러한 산업적 경향은 주로, 두께 20 μm보다 더 작은 그리고 일반적으로 두께 5 μm보다 더 작은 막이 결정 실리콘의 것보다 수 자리수(several orders of magnitude) 더 높은 태양광에 대한 흡수 계수(absorption coefficient)를 가지고 있다는 것과, 이 막이 가스 상과 액체 상으로부터 직접 생산되어 톱질을 할 필요성이 없다는 것으로 인한 것이다. 따라서, 박막 광전 모듈은 결정질 광전 셀보다 100배 더 얇은 막을 가지고 생산될 수 있다. 그 결과, 예상되는 비용이 훨씬 더 낮고, 원 재료의 이용가능성이 증가하고, 모듈을 제조하기 위한 공정은 더 간단하다. 요즈음 개발되고 있는 주요 기술은 다결정 칼코게나이드(chalcogenide) 기술이고, 특히 CdTe 기술이며, 그리고 화합물 CuInSe2 또는 여기서 CIGS라고도 불리우는 그 변형체 Cu(In, Ga)(S, Se)2에 기초한 소위 황동광(chalcopyrite) 기술이고, 그리고 비정질 및 마이크로결정(microcrystalline) 실리콘 기술이다.
박막 솔라 셀, 특히 Cu(In, Ga)Se2 또는 CdTe와 같은 황동광 물질에 기초한 셀들은 요즈음 하나의 태양광 조명(즉, 1000 W/m2) 하에서, 각각 20% 및 16.5%의 실험실 효율을 달성하였다. 그러나, 솔라 셀을 제조하는 데 사용되는 물질(예를 들어, 인듐 또는 텔루륨)은 종종 그 이용가능성이 제한된다. 수 GW 정도의 용량을 가지는 광전 발전소(photovoltaic power stations)를 개발하는 상황에서, 원 재료의 이용가능성에 따른 문제가 주된 제약이 될 수 있다.
최근에, 집광 광전지(CPV: concentrated photovoltaics) 기술은 개발이 진행되고 있으며; 이 기술은 집광된 태양광 플럭스 하에서 광전 셀을 사용한다. 광의 집광은 셀의 변환 효율을 증가시키게 하여 이에 따라 원 재료는 주어진 전기 생산을 위해, 사용되는 광 집광보다 더 큰 계수(factor)만큼 절감될 수 있다. 이것은 박막 기술에 특히 중요하다. 집광 하에서 시험해 보면 정면측 수집 그리드가 최적화된 경우 낮은 집광도 (14개의 태양, 즉 태양으로부터 지구에 수신되는 평균 휘도 파워의 14배) 하에서 21.5%의 효율성이 획득될 수 있다는 것이 실증되었다(예를 들어, J. Ward et al. "Cu(In,Ga)Se2 Thin film concentrator Solar Cells", Progress in Photovoltaics 10, 41-46, 2002. 참조). 이 집광도를 초과하면 수집 층의 저항으로 인해 발산(dissipative) 효과가 정면측 수집 그리드의 설계가 무엇이든지 간에 효율성이 개선되기에는 너무 크게 되어 셀을 차단(shade)한다(16%만큼 차단된다). 집광기 광전지는 요즈음 급속한 성장을 하고 있지만, 따라서 단순한 III-V 반도체 접합 또는 매우 비용이 많이 드는 다중 접합 셀로 제한되게 유지된다.
발명의 일 목적은 정면측 층의 저항의 악영향을 상당히 감소시킴과 동시에 매우 높은 집광 하에서 동작하는 광전 셀을 생산하는 것이다. 이를 위해, 특히 그 주변에 접촉부를 구비하는 마이크로셀(microcells)의 어레이를 생성하여, 이에 의해 수집 그리드를 사용하지 않는 것을 가능하게 하는 혁신적인 아키텍처가 개발되었다. 이 아키텍처는 기존의 솔라 셀 기술, 특히 박막 기술과 호환가능하며, 그리고 희귀한 화학 원소(인듐, 텔루륨, 갈륨)의 사용을 상당히 절감할 수 있게 할 수 있다.
제 1 양태에 따르면, 본 발명은 광전 부품으로서,
- 배면 전기 접촉부를 형성하는 전도성 물질로 만들어진 적어도 하나의 제 1 층과, 태양광 스펙트럼에서 흡수성이 있는 물질로 만들어진 제 2 층과, 정면 전기 접촉부를 형성하는 투명한 전도성 물질로 만들어진 제 3 층을 구비하는, 광전 디바이스를 생산하기에 적합한 층들의 세트;
- 상기 배면 전기 접촉부와 상기 정면 전기 접촉부 사이에 배열되고, 복수의 개구를 구비하며, 각 개구는 상기 층들의 세트의 상기 층들이 광전 마이크로셀을 형성하도록 적층(stacked)된 영역을 한정하는 것인, 전기적으로 절연성 층; 및
- 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층과 전기적으로 접촉하여, 상기 제 3 층과 상기 정면 전기 접촉부를 형성하며, 형성된 상기 광전 마이크로셀들 각각에 대해 주변 전기 접촉부를 형성하는 방식으로 구조화된 전도성 물질로 만들어진 층으로서, 상기 마이크로셀은 배면 전기 접촉부와 정면 전기 접촉부에 의해 병렬로 전기적으로 연결된 것인, 전도성 물질로 만들어진 층을 포함하는 광전 부품에 관한 것이다.
예를 들어, 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층과 전기적인 접촉을 하는 전도성 물질로 만들어진 층을 형성하는 상기 전도성 물질은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 니켈, 금, 은, 탄소 및 탄소 유도체, 백금, 탄탈륨 및 티타늄으로부터 선택된 금속이다.
일 실시 예에 따르면, 배면 접촉부의 전도성 물질로 만들어진 제 1 층은 투명하고, 배면 접촉부는 상기 광전 마이크로셀을 위한 주변 전기 접촉부를 형성하는 방식으로 구조화된 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 층과 전기적인 접촉을 하는 전도성 물질로 만들어진 층을 더 포함한다.
다른 실시 예에 따르면, 절연 층은 복수의 개구를 형성하는 방식으로 구조화된 절연 물질로 만들어진 층을 포함한다.
다른 실시 예에 따르면, 제 1 측면에 따른 광전 부품은 절연 물질로 만들어진 제 2 층을 더 포함하고, 상기 층은 상기 배면 전기 접촉부와 상기 정면 전기 접촉부 사이에 배열되고 절연 물질로 만들어진 제 1 층에 있는 상기 개구에 중심을 두고 동일하거나 더 작은 사이즈인 복수의 개구를 형성하는 방식으로 구조화된다.
예를 들어, 상기 절연 물질은 실리카 또는 알루미나와 같은 산화물, 실리콘 질화물과 같은 질화물, 그리고 아연 황화물과 같은 황화물로부터 선택된다.
대안적으로, 절연 층은 절연 가스, 예를 들어 공기를 포함한다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시 예에 따르면, 광전 마이크로셀의 부분(section)의 적어도 하나의 차원(dimension)은 1mm보다 더 작고 바람직하게는 100 μm보다 더 작다.
다른 실시 예에 따르면, 광전 마이크로셀의 적어도 일부는 10-2cm2보다 더 작은, 바람직하게는 10-4cm2보다 더 작은 면적을 갖는 원형 부분을 구비한다.
다른 실시 예에 따르면, 제 1 측면에 따른 광전 부품은 스트립 형상의 장형 부분(elongate section)을 구비하는 적어도 하나의 광전 마이크로셀을 포함하며, 그 더 작은 차원은 1mm보다 더 작은, 바람직하게는 100 μm보다 더 작다.
다른 실시 예에 따르면, 흡수성 물질로 만들어진 층은 불연속이고 광전 마이크로셀의 위치에 형성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 광전 부품은 박층 부품이고, 이 층들 각각은 약 20 μm보다 더 작고 바람직하게는 5 μm보다 더 작은 두께를 가지는 셀을 형성한다.
예를 들어, 흡수성 물질은 CIGS 그룹, CdTe 그룹, 실리콘 그룹, III-V 반도체 그룹으로부터 선택된 그룹에 속한다.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 측면에 따른 광전 부품의 어레이에 관한 것이고, 상기 광전 부품은 전기적으로 직렬로 연결되어 있고, 하나의 광전 부품의 정면 접촉부는 인접한 광전 부품의 배면 접촉부에 전기적으로 연결된다.
제 3 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 또는 제 2 측면에 따라 하나의 또는 어레이의 광전 부품을 구비하고 태양광을 집광하기 위한 시스템을 더 구비하며, 이 시스템은 입사하는 광 중 전부나 일부를 상기 광전 마이크로셀들 각각에 포커싱하기에 적합한 것인 광전 모듈에 관한 것이다.
일 실시 예에 따르면, 제 3 양태에 따른 광전 모듈은 배면 접촉부의 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층 아래에 배열된 흡수성 물질에 의해 흡수된 스펙트럼 대역으로 입사광의 파장을 변환하는 부재를 더 포함하며, 상기 배면 전기 접촉부는 투명한 전도성 물질로 만들어진 층과, 상기 광전 마이크로셀을 위한 주변 전기 접촉부를 형성하는 방식으로 구조화된 전도성 물질로 만들어진 층을 포함한다.
제 4 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 측면에 따른 광전 부품을 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 기판 위에 광전 부품을 형성하는 상기 층을 증착(deposit)하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 제조 방법은,
- 배면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 기판 위에 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층을 증착하는 단계;
- 광전 디바이스에 대해 비활성인 물질, 바람직하게는 전기 절연체로 만들어지고 복수의 개구를 형성하도록 구조화된 층을 증착하는 단계;
- 흡수성 물질로 만들어진 불연속인 상기 제 2 층을 형성하도록 상기 개구 내에 상기 흡수성 물질을 선택적으로 증착하는 단계;
- 상기 비활성 층에 있는 개구의 것보다 더 작거나 동일한 사이즈의 개구를 형성하는 방식으로 구조화되고 전도성 물질로 만들어진 상기 층을 증착하는 단계; 및
- 전도성 물질로 만들어진 상기 층과 전기 접촉을 하는 투명한 전도성 물질로 만들어지고, 정면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 구조화된 상기 제 3 층을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 실시 예에 따르면, 제조 방법은,
- 배면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 기판 위에 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층을 증착하는 단계;
- 흡수성 물질로 만들어지고, 불연속이고 복수의 개구를 포함하는 상기 제 2 층을 증착하는 단계;
- 흡수성 물질의 위치에 개구를 구비하는 불연속인 비활성인 층을 형성하기 위하여 광전 디바이스에 대하여 비활성인 물질, 바람직하게는 전기 절연체를 상기 개구에 선택적으로 증착하는 단계;
- 상기 비활성인 층에 있는 개구의 것보다 더 작거나 동일한 사이즈의 개구를 형성하는 방식으로 구조화되고 전도성 물질로 만들어진 층을 증착하는 단계;
- 전도성 물질로 만들어진 상기 층과 전기 접촉을 하며 정면 전기 접촉부를 형성하도록 구조화된 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 실시 예에 따르면, 제조 방법은,
- 기판 위에, 배면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층과 흡수성 물질로 만들어진 상기 제 2 층을 증착하는 단계;
- 광전 마이크로셀 각각의 형상을 한정하는 형상을 구비하는 하나 이상의 패드를 형성하도록 구조화된 레지스트 층을 증착하는 단계;
- 절연성 물질로 만들어진 층과 전도성 물질로 만들어진 층을 상기 레지스트 층 위에 증착하는 단계; 및
- 절연 물질로 만들어진 상기 구조화된 층과 전도성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층을 얻기 위하여 레지스트를 리프트오프(lift off)하고, 정면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 전도성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층과 전기 접촉을 하는 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 실시 예에 따르면, 제조 방법은,
- 정면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 투명한 기판 위에 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층을 증착하는 단계;
- 상기 광전 마이크로셀 각각의 형상을 한정하는 형상을 구비하는 복수의 패드를 형성하도록 구조화된 레지스트 층을 증착하는 단계;
- 상기 레지스트 층 위에 전도성 물질로 만들어진 층과 절연 물질로 만들어진 층을 증착하는 단계;
- 절연 물질로 만들어진 상기 구조화된 층과 전도성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층을 얻기 위하여 레지스트를 리프트 오프하고 흡수성 물질로 만들어진 층을 증착하는 단계; 및
- 배면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 전도성 물질로 만들어진 제 1 층을 증착하는 단계를 포함한다.
유리하게는, 흡수성 물질로 만들어진 상기 층은 선택적으로 형성되고 불연속인 층을 형성한다.
본 발명의 다른 장점과 특징은 이하 도면에 예시된 상세한 설명을 읽을 때 명백해질 것이다.
- 도 1a 내지 도 1c는 여러 실시 예에서 본 발명에 따른 마이크로셀의 원리를 도시하는 다이아그램;
- 도 2는 본 발명에 따른 마이크로셀의 어레이를 각각 포함하는 2개의 아일랜드(island)의 직렬 연결을 도시하는 다이아그램;
- 도 3a 내지 도 3d는 여러 실시 예에서 본 발명에 따른 셀을 형성하기 위한 층들의 세트를 도시하는 다이어그램;
- 도 4a 내지 도 4d는 CIGS, CdTe, 비정질 실리콘 및 결정 실리콘 접합의 경우에, 각각 본 발명에 따른 셀의 실시 예를 도시하는 다이어그램;
- 도 5a 내지 도 5f는 하나의 실시예에 따라 CIGS 유형의 접합의 경우, 본 발명에 따른 마이크로 셀의 아일랜드를 제조하기 위한 방법을 도시하는 다이어그램;
- 도 6은 입사 파워의 함수로서 본 발명의 일 실시 예에 따른 솔라 셀에 대해 평가된 효율성을 도시하는 곡선;
- 도 7은 셀의 활성 영역의 면역의 함수로서 도 6에 도시된 실시 예에 따른 솔라 셀에 대해 평가된 효율성을 도시하는 곡선;
- 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 공정의 실시 예에 따라 생산된 마이크로셀의 마이크로그래프.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 여러 실시 예에 따른 광전 셀을 구비하는 광전 모듈의 원리를 보여주는 다이어그램이다. 이 다이어그램은 예시를 위하여 주어진 것이며 도시된 차원(dimension)은 셀의 실제 축척에 대응하지 않는다.
이들 실시 예는 노출되는 영역의 적어도 하나의 차원이 수 100 미크론보다 더 작고 유리하게는 약 100 μm보다 더 작은 사이즈와 형상을 구비하고 입사하는 태양광에 노출되는 영역(107)을 구비하는 아일랜드 또는 어레이의 광전 마이크로셀 또는 활성 광전 영역(100)을 형성하는 광전 부품(10)을 도시한다. 이 마이크로셀은 마이크로셀(100)의 영역(107)들 각각에 입사하는 태양광{참조 부호(12)로 표시된 광 플럭스} 중 일부나 전부를 집광시키는 태양광을 집광시키는 시스템{도면에서 마이크로렌즈(11)로 표시된 것}과 연관된다.
각 마이크로셀은, 특히 가시광 스펙트럼 또는 근 적외선(태양광 스펙트럼 범위) 또는 태양광 스펙트럼의 일부에서 흡수성인 물질로 만들어진 층(102); 배면 전기 접촉부를 형성하는 전도성 물질의 층(101); 및 노출된 영역(107)을 커버하고 정면 전기 접촉부를 형성하며 윈도우 층이라고도 언급되는 투명한 전도성 물질의 층(106)을 구비하는 광전 디바이스를 생산하기에 적합한 층들의 세트를 포함한다. 생산하기를 원하는 광전 디바이스의 특성에 따라, 하나 이상의 추가적인 층(105)이 제공될 수 있으며, 예를 들어, 흡수성 물질로 만들어진 층(102)과 함께 접합을 형성하는데 기여할 수 있는 반도체 또는 인터페이스 층으로 만들어진 층이 제공될 수 있다. 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에서, 정면 전기 접촉부는 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 층(104, 106)으로 형성된다. 도 1a 내지 도 1c의 실시예에서, 마이크로셀(100)은 정면 전기 접촉부(106 및/또는 104)와 배면 전기 접촉부(101)에 의해 병렬로 연결되며, 정면 및 배면 접촉부는 모든 마이크로셀에 공통이다.
일 실시 예에 따르면, 광을 집광하기 위한 시스템은 상기 마이크로셀의 흡수성 물질의 흡수 범위에 적합한 스펙트럼을 구비하는 광이 각 마이크로셀에 포커싱될 수 있게 한다.
아일랜드(10)는 배면 전기 접촉부와 정면 전기 접촉부 사이에 배치된 전기적으로 절연성 층(103)을 포함한다. 절연 층(103)은 아일랜드(10)의 마이크로셀 또는 활성 광전 영역(100)의 형상과 차원을 한정하는 하나 이상의 개구를 형성하기 위하여 불연속이다. 이들 개구를 넘어서는 암 전류 밀도(dark current density)는 실제로 무시할 수 있다. 개구에서 접합은 반도체 층들의 세트에 의해 형성된다. 정면과 배면 전기 접촉부는 광으로 생성된 전하 캐리어가 수집될 수 있게 한다. 따라서, 마이크로셀의 부분의 적어도 하나의 차원이 수 100 미크론 보다 더 작도록 마이크로셀(절연성 층에 형성된 개구에 의해 한정된 부분)의 차원을 선택하는 것에 의해, 본 출원인은 각 마이크로셀에서 광으로 생성된 전하 캐리어들이 정면 전기 접촉부에 의해 수집될 수 있으면서, 이 접촉부에 기여하는 투명한 전도성 층의 저항으로 인한 손실은 제한된다는 것을 실증하였다. 이렇게 형성된 어레이는 수집 그리드의 사용을 필요로 하지 않는 집광된 태양광 플럭스 하에서 응용에 적합한 솔라 셀을 형성한다. 본 출원인은 집광이 없는 경우 효율이 20%인 셀에 대해 이러한 신규한 구조에 의하여 종래 기술의 실시예에서 지금까지 제안된 집광 제한을 상당히 초과하는 30%의 이론적인 효율이 40,000개를 초과하는 태양의 집광 하에서 달성될 수 있다는 것을 실증하였다.
도 1a 내지 도 1c에서, 마이크로셀(100)은 유리하게는 전하 캐리어의 급격한 수집을 가능하게 하기 위해 예를 들어 10-2cm2보다 더 작은 면적, 심지어 10-4cm2보다 더 작은 면적, 그리고 10-8cm2 이하의 면적만큼 작은 면적을 구비하는 원형 부분을 구비한다. 이 면적의 하한은 기술적 고려 사항과, 흡수성 물질의 층에서 광으로 생성된 캐리어의 이동도와 수명 특성과 연관되어 있다.
절연체는 개구로 관통된 전기적으로 절연성인 물질, 예를 들어 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3)와 같은 산화물, 질화물, 예를 들어 실리콘 질화물(Si3N4), 황화물, 예를 들어, 아연 황화물(ZnS), 또는 셀을 제조하는 공정과 호환가능한 임의의 다른 절연성 물질, 예를 들어, 폴리머로부터 형성된 층일 수 있다. 절연체는 광전 부품을 제조하는데 사용되는 공정 기술에 따라 예를 들어 다공성 또는 셀형 물질에 포함된 또는 발포 형상을 취하는 가스, 예를 들어, 공기의 층일 수도 있다. 가스, 예를 들어, 공기의 층은, 다공성 물질에 의해 형성된 층을 포함하는 층들이 활성 광전 영역을 형성하도록 적층된 영역에서 중단된다. 예를 들어, 실리콘 기반 광전 셀에서, 어닐링 동안 형성된 공기 버블이 불연속인 절연 층을 형성하는 재결정된 다공성 실리콘으로 만들어진 층을 사용하고 실리콘은 활성 광 전도성 층을 형성하는 것을 고려할 수 있다.
이 부분은 입사광에 노출된 활성 광전 영역의 면적(107)을 한정하고, 광을 집광시키는 시스템(11)은 마이크로셀의 노출된 영역에 입사광을 포커싱하도록 수정되어야 할 수 있다. 예를 들어, 원형 부분을 구비하는 마이크로셀의 경우에, 마이크로렌즈의 네트워크를 포함하는 시스템이 사용될 수 있거나 또는 광을 포커싱하는 임의의 다른 알려진 시스템이 사용될 수 있다. 광을 집광하는 시스템은 조명 영역의 차원에 맞춰지고, 그 자체가 종래의 셀과 사용되는 집광 시스템의 것보다 더 작은 볼륨을 구비할 수 있다. 이것은 더 적은 물질이 광을 포커싱하는 시스템을 생산하는데 사용되는 추가적인 장점을 제공한다.
마이크로셀의 부분은 여러 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 약 1mm보다 더 작은, 유리하게는 100 미크론보다 더 작은, 그리고 심지어 수 미크론 이하만큼 더 작은, 매우 작은 횡방향 차원을 구비하는 장형 형상, 예를 들어, 스트립의 부분을 고려할 수 있다. 접합에서 광으로 생성된 전하 캐리어는 스트립의 더 작은 차원을 따라 정면 접촉부를 통해 수집될 수 있으며, 이는 정면 접촉부의 투명한 전도성 물질로 만들어진 층에 의해 형성된 윈도우 층의 저항 효과를 한번 더 제한하게 한다. 이 경우에, 광을 집광하는 시스템은 하나 이상의 스트립 위에 아일랜드의 구조를 따라 하나 이상의 라인을 포커싱하기 위하여 수정될 수 있다. 이 아일랜드가 복수의 스트립을 구비하는 경우, 이들 스트립은 배면 접촉부와 정면 접촉부에 의해 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 이 부분의 차원 중 하나가 전하 캐리어를 수집하기 위해 작게 유지되는, 일반적으로 수 100 미크론보다 더 작게 유지되는 한, 다른 형상, 예를 들어 장형의 S자 형상 등이 고려될 수 있다. 특히, 차원은 가능하게는 특히 측방향 전기 재조합의 영향을 최소화하기 위해 사용되는 물질에 따라 최적화될 수 있다.
노출된 영역(107)에 의해 한정된 활성 영역에 있는 층(102)에서 생성된 전하 캐리어는 투명한 전도성 물질 또는 윈도우 층으로 만들어진 층(106)을 통해 수집되어 제일 먼저 층의 평면에 수직인 방향으로, 이후 마이크로셀의 주변 쪽으로 향한다. 이 층은 가능한 한 많은 태양광이 활성 광전 영역(100)으로 침투하도록 충분히 투명하여야 한다. 따라서 이것은 손실로 이어질 수 있는 특정 저항을 가지고 있지만, 이것의 효과는 마이크로셀의 사이즈에 의해 제한될 수 있다.
본 출원인은 주변 전하 캐리어의 수집이 윈도우 층과 전도성 물질로 만들어진 층(104)을 연관시켜 윈도우 층(106)과 전기적 접촉을 하게 하는 것에 의해 크게 개선되는 것을 실증하였으며 여기서 이 2개의 층의 조립체는 정면 접촉부를 형성한다. 전도성 물질로 만들어진 층(104)은 적층될 층의 특성에 따라 예를 들어, 금, 은, 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 또는 니켈과 같은 예를 들어 금속으로 만들어지거나, 또는 원하는 전도도를 얻기 위해 도핑된 반도체, 예를 들어 알루미늄으로 충분히 도핑된 ZnO:Al로 만들어진다. 절연 층(103)과 같이, 전도성 물질로 만들어진 층(104)은 마이크로셀(100)의 광전 기능과 간섭하지 않도록 절연성 층의 것 위에 실질적으로 중첩될 수 있는 개구로 관통되어 불연속이다. 활성 영역에 있는 활성 층(102)에서 광으로 생성된 전하 캐리어는 윈도우 층(106)에 의하여 층의 평면에 수직인 방향으로 수집되고 이후 마이크로셀의 주변 쪽으로 수집이 마이크로셀의 주변 접촉부를 형성하는 전도성 층(104)에 의해 가능하다.
마이크로셀의 주변 접촉부를 형성하는 층(104)은 마이크로셀들 사이의 영역을 완전히 커버할 수 있거나 또는 마이크로셀 각각을 구비하는 주변 접촉 영역과, 중첩하지 않는 상기 주변 접촉 영역들 사이에 전기적인 연결 영역을 구비하는 방식으로 구조화될 수 있다.
셀(10)의 활성 광전 영역은 마이크로셀을 형성하기 위하여, 절연 층에 있는 하나 이상의 개구의 차원에 의해 설정되므로, 광전 디바이스를 형성하는 층에 물질의 양, 특히 흡수성 물질의 양을 제한하는 것이 가능하다. 따라서, 도 1b의 실시 예에서, 흡수성 층(102)은 불연속이고 활성 영역(107)에 위치된 영역으로 제한된다. 이 구조의 나머지 부분은 접합 관점에서 비활성인 층(108)으로 충진될 수 있고, 이 층은 층(103)과 동일한 물질로 만들어진 절연체일 수 있다. 유리하게는, 흡수성 물질을 포함하는 영역은 절연층(103) 내 개구(일반적으로 수 미크론)로 한정된 활성 광전 영역보다 약간 더 크며 이에 따라 물질 자체 또는 제조 공정과 관련될 수 있는 표면 결함의 광전 마이크로셀에 대한 영향을 저하시키는 것을 가능하게 한다.
도 1c는 전도성 물질로 만들어진 층(101)이 투명하고 배면 접촉부가 정면 접촉부(104A, 106)와 같이 층(101)과 전도성 물질, 예를 들어, 금속으로 만들어진 층(104B)으로 형성되며, 층(104B)은 활성 광전 영역에 대한 주변 전기 접촉부를 형성하는 방식으로, 층(104A)과 같이 구조화되는 실시예를 도시한다. 이 변형예는 투명한 윈도우 층을 구비하는 배면 접촉부를 제공하여 양면 셀을 형성하며 이것은 전하 캐리어의 주변 수집과, 집광 하에서도 투명한 윈도우 층의 저항으로 인한 손실의 제한에 의해 가능하게 이루어지는 장점을 제공한다. 이것은 예를 들어 2개 이상의 광전 셀이 서로 중첩되는 다중 접합의 생산과 같은 여러 응용을 가능하게 한다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 이것은 광전 셀이 배면 접촉부의 윈도우 층 하에 배열된, 광을 변환하는 디바이스와 연관되게 하며, 이 디바이스는 셀을 통해 제 1 통행 동안 흡수되지 않은 광(예를 들어, 근적외선 광)을 다시 셀 쪽으로 반사시키고, 이 광은 (예를 들어, 가시광선 범위 쪽으로 이동된, 또는 보다 일반적으로 "업 변환" 물질을 사용하여 흡수성 물질에 의해 보다 용이하게 흡수되는 스펙트럼 범위로 이동된) 수정된 파장을 구비한다.
도 1c는 절연 물질로 만들어진 제 2 층(103B)이 절연 물질로 만들어진 제 1 층(103A)의 하나 이상의 개구 상에 중심을 두고 동일하거나 더 작은 사이즈를 가지는 하나 이상의 개구를 구비하는 절연 물질로 만들어진 제 1 층(103A)과 실질적으로 동일하게 구조화되어 제공되는 다른 실시 예를 도시한다. 이 제 2 층은 예를 들어 전류 라인을 활성 광전 볼륨으로 집광시키는 효과를 구비할 수 있다.
도 2에 도시된 일 실시예에 따라, 복수의 아일랜드(10A, 10B)는 더 큰 광전 셀을 형성하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 이 아일랜드는 예를 들어 공통 기판(109) 위에 형성된다. 도 2에서, 단일 마이크로셀(100)이 아일랜드마다 도시되어 있지만, 물론, 각 아일랜드는 복수의 마이크로셀을 포함할 수 있다. 이 실시 예에서, 도 1a와 도 1b에 도시된 것에서와 같이, 정면 전기 접촉부는 이 실시예에서 모든 아일랜드를 커버하는 윈도우 층(106A, 106B)과 전도성 물질로 만들어진 층(104A, 104B)을 포함한다. 이 실시 예에서, 아일랜드는 예를 들어, 제 2 아일랜드(10B)의 배면 전기 접촉부(101B)와 전기적으로 접촉하는 제 1 아일랜드(10A)의 윈도우 층(106A)에 의해 직렬로 연결되어 있다. 도 2는 동작 원리를 도시하는 다이어그램인 것으로 이해될 수 있다. 층(102A)의 전도도가 높은 경우, 예를 들어 절연 층(103A)을 아일랜드가 연결된 레벨로 연장하는 것에 의해 층(106A)을 절연하는 것이 필요할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 여러 실시 예들에서 본 발명에 따른 셀을 형성하는데 사용되는 층의 연속을 보여주는 다이어그램을 도시한다. 박층 마이크로셀을 생산하기 위한 여러 아키텍처들이 여기에 제공된다. 이 기술에서 광전 디바이스는 n- 및 p-도핑된 반도체 층에 의해 형성된 접합을 포함하며, 전기적으로 절연성 층(103)은 이들 층들 사이에 배치된다. 이들 실시 예에서, 접합을 형성하는 층들은 층{(102)(흡수성 물질로 만들어진 층), 112(하나 이상의 인터페이스 층을 나타내는) 및 106(투명한 윈도우 층을 형성하는)}이다. 절연 층을 구조화하는 것은 이 층이 증착되지 않은 제어 영역의 디스크(301)를 생성하는 것을 가능하게 한다. 절연 층은 p-n 또는 n-p 반도체 접합만이 디스크에 형성될 수 있으므로 원형 광전 셀이 한정될 수 있게 한다. 절연 층{원형 홀(302)을 포함하는}과 유사한 방식으로 구조화된, 예를 들어, 금속으로 만들어진 전기 전도성 층(104)은 {층(106)이 홀로 정면 접촉부를 형성하는 도 3d의 실시 예를 제외하고는) 윈도우 층(106)과 정면 접촉부를 형성하기 위해 윈도우 층(106)과 전기적인 접촉을 하도록 배열된다. 윈도우 층(106)이 증착되기 전에 전도성 층(104)이 절연 층(103)(도 3b) 위에 증착되거나 또는 이는 윈도우 층(도 3a) 위에 증착된다. 인터페이스 층(112)이 절연 층(도 3a, 도 3b) 전에 또는 절연층(도 3c) 후에 증착될 수 있으며, 인터페이스 층이 충분히 얇은 경우 금속 층과 윈도우 층 사이의 전기적 접촉이 보존된다. 매우 낮은 측방향 전도도를 구비하는 인터페이스 층의 존재(예를 들어, CIGS 셀의 경우 진성 CdS와 ZnO)는 광학적 관점으로부터의 접합과 전기적 관점으로의 접합이 서로 유사하다는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 전하 캐리어의 재조합 및 접합의 암 전류로 인한 손실이 최소화되면서 전기적으로 활성인 부분이 올바르게 입사하는 광에 의해 여기된다.
아래에 설명되는 바와 같이 "위에서 아래로(top to bottom)" 공정이라고 불리우는 것으로 유리 기판(109) 상에 생산되고, 입사하는 광이 기판에 대응하는 측면을 통해 들어가도록 플립(flipped)된 수퍼스트레이트 셀(도 3d)의 경우로 이 기하학적 형상을 맞추는 것이 또한 가능하다.
위에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, 금속으로 만들어진 전도성 층(104)은 마이크로셀의 주변 위에 그리고 모든 마이크로셀에 공통인 환형 접촉부를 생산하는 것을 가능하게 하며, 이 접촉부는 셀의 정면 전기 접촉부로 직접 사용될 수 있어, 이에 의해 수집 그리드가 요구되지 않아서 셀을 차단하는 것을 회피하면서 접촉 저항을 최소화할 수 있다. 이 솔루션은 필연적으로 결함의 소스인 층들의 세트를 기계적으로 에칭하는 것을 필요로 하지 않기 때문에, 광전 디바이스를 형성하는 층들의 세트에 하나 이상의 개구를 구비하게 구조화된 절연성 물질로 만들어진 층(103)을 배치하는 것이 마이크로셀을 한정하는 유리한 방법이다.
도 4a 내지 도 4d는 CIGS, CdTe 및 실리콘 기술을 각각 사용하여 본 발명에 따른 셀의 4개의 실시 예를 도시한다. 이들 실시예 각각에서 전체 광전 셀은 도시되어 있지 않지만, 마이크로셀에 있는 층들의 세트만이 도시된다. 여기서 다시, 이들은 예시를 위한 다이아그램이며 그리하여 그 차원은 셀의 실제 축척에 대응하는 것이 아니다.
도 4a는 CIGS 유형의 헤테로 접합(heterojunction)을 사용하여 광전 마이크로셀을 형성하기에 적합한 층들의 세트를 도시한다. "CIGS" 라는 용어는 여기서 가장 일반적인 의미에서 CuInSe2, 또는 그 합금 또는 유도체 중 하나를 포함하며 여기서 구리가 부분적으로 은(silver)으로 대체될 수 있고, 인듐이 부분적으로 알루미늄이나 갈륨으로 대체될 수 있고, 셀레늄이 부분적으로 황이나 텔루륨(tellurium)으로 대체될 수 있는 물질의 그룹을 의미하는 것으로 이해된다. 물질의 특성은 예시를 위해 여기에 주어진 것이고, 기능적 광전 디바이스를 획득하기 위하여 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 임의의 다른 물질로 대체될 수 있다. 도 4a에 도시된 실시 예에서, 층들의 세트는 예를 들어, 유리로 만들어진 기판(109)(여기서, 기판의 두께는 일반적으로 수 mm이다)과; 예를 들어, 몰리브덴의 전도성 물질로 만들어진 층(101)을 포함하여 배면 접촉부를 형성한다. 이 층의 두께은 약 1 미크론이다. 층(102)은 흡수성 반도체 물질, 이 실시예에서, Cu(In, Ga)Se2 {구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(diselenide)}로 만들어진 층이다. 이것은 예를 들어, 2 또는 3 μm 두께이다. 층(110 및 111)은 수 십 나노미터, 예를 들어 50 nm 두께의 n-도핑된 CdS (카드뮴 황화물)과 iZnO (진성 아연 산화물)로 각각 만들어진 인터페이스 층이다. 일반적으로, 인터페이스 층은 흡수성 물질 (여기서는 CIGS)의 층과 투명한 전도성 물질로 만들어진 층이 직접 접촉을 할 때 존재하는 전기적 결함을 부동태화(passivated)하게 하는데 이러한 결함은 셀의 효율성을 심각하게 제한할 수 있는 것이다. 다른 물질, 예를 들어, 아연-황화물 유도체(Zn, Mg)(O, S) 또는 인듐 황화물(In2S3)과 같은 물질이 인터페이스 층을 형성하는 데 사용될 수 있다. 층들의 세트는 활성 광전 영역(들)이 한정될 수 있도록 개구를 형성하기 위하여 구조화된 전기 절연 물질, 예를 들어 SiO2(실리카)로 만들어진 층(103)을 포함한다. 이것은 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께이다. 층(104)은 마이크로셀의 주변 접촉부를 보장하는 전도성 물질으로 만들어진 층, 예를 들어, 금속 층이다. 이것은 절연 층(103)과 동일하게 구조화된다. 이것은 수 100 나노미터, 예를 들어 300 nm 두께이다. 이것은 예를 들어 금, 구리, 알루미늄, 백금 또는 니켈로 만들어진다. 이것은 매우 알루미늄으로 도핑된 ZnO:Al로 만들어질 수도 있다. 마지막으로, 예를 들어 n-도핑된 ZnO:Al(알루미늄-도핑된 아연 산화물)로 만들어진 층(106)은 정면 윈도우 층을 형성하고 또한 접합에 기여한다. 이것은 또한 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께이다. 구조(4A)를 생산하는 공정의 일 실시예는 도 5a 내지 도 5i에 의해 보다 상세히 설명된다.
도 4b는 CdTe 유형의 헤테로 접합을 사용하여 광전 마이크로셀을 형성하기에 적합한 층들의 세트를 도시한다. "CdTe" 라는 용어는 여기서 가장 일반적인 의미에서 CdTe, 또는 그 합금 또는 유도체 중 하나를 포함하며, 여기서 카드뮴이 부분적으로 아연 또는 수은으로 대체될 수 있고 텔루륨이 부분적으로 셀레늄으로 대체될 수 있는 물질의 그룹을 의미하는 것으로 이해된다. 여기서 다시, 물질의 특성은 예를 들어 주어진 것이다. 층들의 세트는 배면 접촉부를 형성하는, 예를 들어, 금 또는 니켈/은의 합금의 전도성 물질로 만들어진 층(101)을 포함한다. 이 층은 약 1 미크론 두께이다. 층(102)은 흡수성 물질, 이 실시 예에서 p-도핑된 CdTe (카드뮴 텔루라이드)로 만들어진 층이다. 이것은 수 미크론, 예를 들어 6 μm 두께이다. n-도핑된 CdS로 만들어진 인터페이스 층(113)은 CdTe 층과 절연 층(103) 사이에 배치된다. 이것은 약 100 나노미터 두께이다. 층들의 세트는 하나 이상의 활성 광전 영역(들)이 한정될 수 있게 하는 개구를 형성하도록 구조화된 예를 들어 SiO2의 전기적으로 절연성 물질로 만들어진 층(103)을 포함한다. 이것은 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께이다. 다음은, 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께인, 예를 들어 ITO (인듐 주석 산화물) 또는 n-도핑된 SnO2 (주석 이산화물)의 투명한 전도성 물질로 만들어진 윈도우 층(106)과, 마이크로셀의 주변 접촉을 보장하는 금속 물질, 예를 들어 금으로 만들어지고 절연 층(103)과 동일하게 구조화되고, 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께의 층(104)이 온다. 이 실시 예에서, 제조 공정은 "위에서 아래로" 공정이며, 기판(109)은 입사하는 태양광을 수신하도록 의도된 셀의 측면 위에 배치된다.
도 4c는 비정질 실리콘 및/또는 다형상(polymorphous)의, 마이크로결정, 결정질 및 나노결정질 실리콘을 포함하는 실리콘 박층의 그룹을 사용하여 광전 마이크로셀을 형성하기에 적합한 층들의 세트를 도시한다. 도 4c의 실시 예에서, 접합은 각각 p-도핑된 비정질 실리콘, 진성 비정질 실리콘 및 n-도핑된 비정질 실리콘으로 만들어진 층(114, 115 및 116)으로 형성되고, 이들 층은 서로 가시광선에서 흡수성이고, 이 3개의 층의 총 두께는 약 2 μm이다. 접합을 형성하는 층은 배면 전기 접촉부(101) (예를 들어 알루미늄 또는 은으로 만들어진 금속 층)와, 예를 들어, SiO2로 만들어지고 약 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께인 구조화된 절연 층(103) 사이에 배치된다. 절연 층과 유사하게 구조화되고 실질적으로 동일한 두께인 정면 금속 층(104)이 절연 층 위에 배치되고, 이 정면 금속 층(104) 위에는 예를 들어 SnO2인 투명한 전도성 물질로 만들어진 윈도우 층(106)이 발견되고, 윈도우 층은 또한 수 100 나노미터 두께이다. 다시, 이 실시예에서 위에서 아래로 공정이 사용되고, 기판은 입사 광에 노출되는 셀의 측면에 위치된다.
흡수성 물질의 다른 그룹은 본 발명에 따른 박층 광전 셀을 생산하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, GaAs(갈륨 비소화물), InP(인듐 인화물)와 GaSb(갈륨 안티몬화물)와 같은 III-V 반도체들이 사용될 수 있다. 어느 경우에도, 광전 디바이스를 형성하는 데 사용되는 층의 특성은 이 디바이스에 맞춰질 수 있다.
마지막 실시예(도 4d)는 결정 실리콘을 사용하여 본 발명의 구현예를 도시한다. 본 발명이 박층 기술에 특히 유리하지만, 그럼에도 불구하고 이것은 기존의 결정-실리콘 기술에도 적용될 수 있다. 이 경우 각각 p-(붕소) 도핑된 결정 실리콘과 n-(인) 도핑된 결정 실리콘으로 만들어진 층(117과 118)은, 배면 금속 접촉부(101)와 절연 층(103) 사이에 배치되는 접합을 형성한다. 전체적으로 이 접합은 수 100 미크론, 일반적으로 250μm 두께이며, 이는 이 실시예를 박층 실시예보다 덜 매력적이게 하고 마이크로셀의 사이즈에 상당한 감소를 제한한다(일반적으로, 최소 사이즈는 여기서 측방향 재조합의 영향을 제한하기 위하여 약 500 μm이다.) 이전의 실시예에서와 같이 접합은 구조화된 절연 층(103)과, 동일한 방식으로 구조화된 전도성 물질로 만들어진 층(104)과, 예를 들어 SnO2로 만들어진 윈도우 층(106)으로 커버된다. 층(103, 104, 106)은 수 100 나노미터, 예를 들어 400 nm 두께이다. 기판은 접합을 형성하는 층의 두께 때문에 필요치 않다. 반사방지 층(119)은 이 실시예에서 그리고 또한 보다 일반적으로 모든 실시 예에서 제공될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 일 실시 예에 따라 도 4a에 도시된 유형의 CIGS 접합을 구비하는 광전 셀을 제조하기 위한 공정 단계를 도시한다.
제 1 단계(도 5a)에서, 기본 구조가 기판(미도시) 위에 전도성 물질(예를 들어, 몰리브덴)로 만들어진 층(101), CIGS 층(102), 및 CdS 및 iZnO으로 각각 만들어진 2개의 인터페이스 층(110, 111)을 연속적으로 증착하는 것에 의해 생성된다. 이 기본 구조의 부분 평면도가 또한 도시된다. 제 2 단계(도 5b)에서, 생산하기를 원하는 마이크로셀의 사이즈에 맞는 직경을 구비하는, 예를 들어, 원형 패드(50)로 구성된 레지스트 층이 증착된다. 레지스트 층은, 예를 들어, 레지스트 층으로 샘플을 코팅하고, 마스크를 통해 레지스트를 노출하고, 이후 레지스트를 선택적으로 용해하는 현상액(developer)에 샘플을 담그는 것으로 구성되는 알려진 리소그래피 프로세스를 사용하여 생산된다. 사용된 포토 레지스트가 포지티브 레지스트인 경우, 노출된 부분은 현상액에서 용해될 수 있고, 비노출된 부분은 용해되지 않는다. 사용된 포토 레지스트가 네거티브 레지스트인 경우, 비노출된 부분은 용해될 수 있고 노출된 부분은 용해되지 않는다. 셀을 제조하는데 사용된 레지스트는 상관없이 포지티브이거나 네거티브일 수 있다. 다음으로, 절연 층(103)이 증착되고(도 5c), 이후 전도성 물질(104)로 만들어진 층(104)이 증착된다(도 5d). 다음으로, 레지스트가 용해되어, 접합의 상부층의 표면을 노출{일반적으로 "리프트 오프(lift-off)"라고 알려져 있음}시켜 원형 개구와 동일하게 구조화된 절연 및 전도성 물질로 만들어진 층(103 및 104)을 얻는다(도 5e). 다음으로, 투명한 전도성 물질(예를 들어 ZnO:Al)로 만들어진 층(106)이 증착된다(도 5f). 이런 방식으로 형성된 2개의 아일랜드를 직렬로 연결하기 위하여(도 2에 도시된 것), 전도성 물질로 만들어진 층(101)이 부분적으로 노출될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 CIGS 유형의 접합에 적합한 "아래에서 위로(bottom to top)" 공정이라고 불리우는 것의 일 실시예를 도시하며, "아래에서 위로" 공정은 층들이 입사하는 광에 노출되는 측면에 대해 최하위 층으로부터 최상위 층으로 가면서 기판 위에 연속적으로 증착되는 공정이다. CdTe-1 또는 비정질-실리콘 유형의 접합(도 4b, 도 4c)의 경우, "위에서 아래로" 공정이 선호될 수 있고 여기서 입사광에 노출된 측면에 더 가까이 있는 층이 기판(일반적으로 유리 기판) 위에 제일 먼저 증착되고, 이후 사용시에 셀이 플립된다. 위에서 아래로 공정이 사용될지 여부의 선택은 특히 사용되는 물질이 기판에 얼마나 잘 부착되는지 그리고 흡수성 물질로 만들어진 층에 "접촉"하는 것이 얼마나 어려운지에 따라 좌우된다. 따라서, 위에서 아래로 공정은, 정면 전기 접촉부를 형성하기 위해 투명한 기판(109) 위에 투명한 전도성 물질로 만들어진 층(106)을 증착하는 단계; 활성 광전 영역(들)의 형상을 한정하는 형상을 구비하는 하나 이상의 패드를 형성하도록 구조화된 레지스트 층을 증착하는 단계; 상기 레지스트 층 위에 절연성 물질로 만들어진 층(103)을 증착하는 단계; 레지스트 층을 리프트 오프하는 단계; 흡수성 물질로 만들어진 층(102)을 증착하는 단계; 및 마지막으로, 배면 접촉부를 형성하기 위해 광전도성 층 위에 전도성 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 정면 접촉부가 투명한 전도성 물질로 만들어진 층(106)에 의해 그리고 전도성 물질로 만들어진 구조화된 층(104)에 의해 형성될 때, 레지스트 층 위에 전도성 물질로 만들어진 층(104)을 증착하고 다음에 레지스트가 용해되기 전에 절연층(103)을 증착하는 것이 가능하다. 도 4b에 도시된 실시예에서와 같이, 전도성 물질로 만들어진 층(104)과 절연 층(103) 사이에 투명한 전도성 물질로 만들어진 층(106)을 삽입하는 것이 선택된다면, 레지스트 패드를 증착하고, 전도성 물질을 증착하고, 레지스트를 용해하고, 투명한 전도성 물질로 만들어진 층(106)을 증착하고, 한번 더 레지스트를 증착하고, 절연층을 증착하고, 이후 레지스트를 용해하는 것이 가능할 수 있다.
나아가, 도 1b에 도시된 유형의 광전 셀을 생산하기 위해 여러 생산 방법이 고려될 수 있다.
제 1 실시 예에 따르면, 전도성 물질로 만들어진 층(101)은 배면 전기 접촉부를 형성하기 위해 기판(도 1b에 도시되지 않음) 상에 증착된 후에, 유리하게는 절연 물질로 만들어진 비활성 층(108)이 증착되고, 이 층은 하나 이상의 개구를 형성하도록 구조화된다. 흡수성 물질은 흡수성 물질로 만들어진 층(102)을 형성하기 위하여 하나 이상의 개구에 선택적으로 증착되고, 이 층은 불연속이다. 선택적 증착은 적절한 방법, 예를 들어 전기증착 또는 프린팅, 예를 들어 제트 프린팅 또는 스크린 프린팅을 사용하여 수행된다. 다음으로, 투명한 전도성 물질로 만들어진 층(106)은 정면 전기 접촉부를 형성하기 위해 증착된다. 이 단계는 하나 이상의 인터페이스 층(108) 및/또는 비활성 층(108)이 충분히 절연되지 않은 경우 절연성 물질로 만들어진 구조화된 층(103), 그리고 투명한 전도성 층(106)과 정면 전기 접촉부를 형성하는 전도성 물질로 만들어진 구조화된 층(104)을 증착하는 것이 선행될 수 있다.
제 2 실시 예에서, 흡수성 물질로 만들어진 층(102)은 전도성 물질로 만들어진 층(101) 상에 증착되고, 상기 흡수성 층은 하나 이상의 개구를 형성하도록 불연속이며, 비활성 물질, 예를 들어 절연성 물질이 이 하나 이상의 개구에 선택적으로 증착되어, 비활성 물질(108)을 형성한다. 흡수성 물질로 만들어진 층은 이 실시 예에서, 예를 들어, 잉크 제트 프린팅에 의하여 증착된다. 이전처럼 투명한 전도성 물질로 만들어진 층(106)은 정면 전기 접촉부를 형성하도록 증착되고, 이 단계는 선택적으로 절연성 물질로 만들어진 구조화된 층(103)의 증착, 하나 이상의 인터페이스 층의 증착, 그리고 전도성 물질로 만들어진 구조화된 층(104)의 증착이 선행된다.
일 변형예에 따르면, 흡수성 물질의 선택적 증착은, 알려진 기술, 예를 들어 고온 야금 합성 방법을 사용하여 획득된 물질 입자를 증착하거나, 또는 중간 기판 위에 예비 기상 증착으로부터 분말을 생성하는 것에 의해 달성된다. 1 내지 수 미크론 사이즈의 CIGS 입자가 준비되어 본 발명의 상황에서 기판 위에 직접 증착될 수 있다. 대안적으로 광전 접합을 형성하도록 의도된 층들의 전부 또는 일부는 종래 기술(예를 들어, 동시 증착 또는 진공 스퍼터링)을 사용하여 고체 패널 형태로 미리 적층될 수 있으며, 이후 생산하기를 원하는 마이크로셀의 사이즈에 맞는 차원의 다층 적층의 부분이 기판 위에 선택적으로 증착된다.
다른 변형예에 따르면, 흡수성 물질의 선택적 증착은 물리적 또는 화학적 기상 증착 방법을 사용하여 달성된다. 이를 위해 마스크가 사용될 수 있고, 이 마스크는 기판의 정면에 직접 배치될 수 있으며, 여기서 개구는 흡수 층의 선택적 증착을 허용하기 위해 만들어지고, 선택적으로, 다른 활성 층은 기판 위에 접합을 형성한다. 동시 증착 및 스퍼터링 방법은 이 상황에서 사용될 수 방법의 예이다.
이러한 실시예 중 임의의 하나는 획득된 흡수성 물질의 층의 불연속 특성에 의해 광전 셀을 생산하는 데 필요한 흡수성 물질의 양을 제한하여, 사용되는 희귀한 화학 원소의 양을 상당히 절감하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 셀은 따라서 전기적으로 중성인 층과 전기적으로 전도성인 층을 단지 증착하고 구조화하는 것을 수반하는 공정을 사용하여 생산될 수 있다. 이들 2개의 층은 저렴하고 환경에 무해한 물질(예를 들어, 절연체로서 SiO2 및 도체로서 알루미늄)로 매우 용이하게 구성될 수 있다. 사용되는 증착 기술(스퍼터링)은 매우 일반적이어서 특히 유해하지 않다. 사용되는 기술은 예를 들어 마이크로 전자 산업 (UV 리소그래피)에 사용되는 기술이며, 그 위험은 독성 면에서 제한되어 있고 이는 그리하여 용이하게 구현될 수 있다. 산업적 규모의 생산으로까지 스케일링하는 것은 그리하여 마이크로 전자 산업의 노하우에 기초하여 고려될 수 있다.
전술된 광전 셀의 이론적 효율에 대해 본 출원인에 의해 수행된 시뮬레이션은 놀라운 결과를 보여주었다. 사용된 모델은 주어진 시트 저항을 갖는 저항성 정면 층(윈도우 층)을 구비하는 솔라 셀의 전기적 분석에 기초한다. 이 모델의 기본 수식은, 예를 들어, 문헌{N. C. Wyeth et al. Solid-State Electronics 20, 629-634 (1977) 또는 U. Malm et al., Progress in Photovoltaics, 16, 113-121 (2008)}에 기술되어 있다. 본 출원인은 수집 그리드를 사용하지 않는 전기 접촉 방법을 사용하여 원형 부분을 갖는 마이크로셀에 대해, 전술된 것과 같은 아키텍처에서 광 집광과 마이크로 사이즈의 조합된 효과를 연구하였다.
이 모델은 이 수식에 대한 솔루션에 전적으로 기초한다 :
Figure pct00001
여기서 ψ는 셀의 중심으로부터 특정 거리(r)에서의 전기 전위이고, R[]는 정면 윈도우 층의 시트 저항이며, Jph는 광전류 밀도이며, J0는 암 전류 밀도이며, Rsh는 누설 저항이고, n은 다이오드의 이상 계수이며, k는 볼츠만의 상수이며, q는 전자의 전하이다.
이 수식을 풀 수 있도록 하는 경계 조건은, 주변 접촉부의 경우에,
ψ(a) = V이고, 여기서 a는 셀의 반경이고 V는 셀에 적용된 전압이다; 및
∂ψ/∂r(0) = 0이며, 이는 대칭의 이유로 셀의 중심에 흐르는 전류가 없기 때문이다.
도 6은 마이크로셀의 주변 접촉부를 보장하는 윈도우 층의 여러 시트 저항에 대한 입사 파워 밀도의 함수(또는 태양 단위로 집광 계수)로 계산된 효율 곡선을 도시한다. 이 시뮬레이션을 수행하기 위해 원형 부분의 마이크로셀은 18 μm의 반경(즉, 10-5cm2의 면적)을 구비하게 고려되었고, CIGS 기반의 참조 셀(광 집광이 없는 것)의 전기적 파라미터, 즉, 단락 회로 전류 Jsc = 35.5 mA/cm², n의 다이오드 이상 계수 = 1.14, 그리고 암 전류 J0 = 2.1 × 10-9mA/cm² 들이 사용되었다{파라미터는 예를 들어, I. Repins et al., 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2008, 1-6 (2008), or I. Repins et al., Progress in Photovoltaics 16, 235-239 (2008)에 의해 평가된 것이다}.
효율은 시트 저항(Rsh)의 3개의 값(10, 100 및 1000 Ω/□) 각각에 대해, 10-4 내지 104W/cm2 사이에서 변하는 휘도 파워에 대해, 즉 10-3 내지 105 (하나의 태양은 1000 W/m2, 즉 10-1 W/cm2에 대응한다) 사이에서 변하는 태양의 단위의 집광 계수에 대해 계산되었다. 따라서, 1000Ω/□의 시트 저항에 대해, 효율은 최대 약 5000개의 태양에 이르는 집광 계수와 함께 증가하고 이를 초과하는 경우 시트 저항 값은 효율을 감소시킨다. 시트 저항이 100 Ω/□ 미만인 경우, 저항은 더 이상 셀의 이론적 효율의 계산에서 주요 제한 계수가 아니며, 약 30%의 효율이 50,000개의 태양에 접근하는 집광 계수로 달성된다.
이것은 더 큰 광전류가 생성될 수 있도록 하는 더 나은 투명도(저항이 더 높은 경우에도)를 구비하는 윈도우 층에서 동작하는 것이 가능하다는 점에서 주목할만하다. 특히, 예를 들어, 박층 셀의 특정 경우에, 정면측 투명한 전도성 산화물의 사용은 투명도와 전도도 사이에 절충(compromise)을 필요로 한다. 특히, 윈도우 층의 전도도가 높으면 높을수록, 이는 덜 투명하다. 윈도우 층의 전도도에 제약을 완화시키는(저항 효과가 무시가능하게 주어되기 때문에) 본 발명에 따른 셀의 기하학적 형상은 매우 투명한 층이 사용될 수 있게 한다 (매우 투명한 층이 더 저항적임에도 불구하고). 윈도우 층은 입사하는 광을 덜 흡수하고, 따라서 셀의 흡수성 부분이 더 많은 광을 수신할 수 있기 때문에 약 10%의 광전류의 증가(즉, 셀에 입사하는 광에 의해 생성된 전류)가 예상된다.
도 7은 이전과 동일한 계산 조건 하에서, 10 ohm의 층 저항에 대해 활성 광전 영역의 면역의 함수로서 마이크로셀의 효율성을 도시하며, 이 효율성은 최적의 집광 계수의 값에 대해 주어진 것이고 이를 초과하면 효율성이 감소되는 것이다. 최적의 집광 계수의 이들 값은 4개의 마이크로셀 사이즈에 대해 제공된다. 따라서, 16개의 태양의 집광 하에서 10-1cm2의 부분을 구비하는 셀에 대해, 계산된 효율은 22%이었다. 200개의 태양의 집광 하에서 10-2cm2의 부분을 구비하는 셀에 대해, 계산된 효율은 24%이었다. 2000개의 태양의 집광 하에서 10-3cm2의 부분을 구비하는 셀에 대해, 이 효율은 27%이였고, 46,200개의 태양의 집광 하에서 10-5cm2의 부분을 구비하는 셀에 대해, 계산된 효율은 31%이었다. 4.5 × 10-5cm2보다 더 작은 부분을 구비하는 마이크로셀에 대해, 최적의 집광 계수는 46,200보다 더 높았으며, 이는 시트 저항이 더 이상 마이크로셀의 성능을 제한하는 계수가 아니라는 것을 보여준다.
제시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 광전 셀의 신규한 아키텍처는 특히 윈도우 층의 저항의 영향이 제한게 하며, 따라서 훨씬 더 높은 집광이 사용될 수 있게 하고, 이 집광은 더 높은 변환 효율과 연관된 것이다. 여러 장점이 얻어진다. 집광된 플럭스 하에서 마이크로셀을 사용하는 것은 특히 생산된 에너지에 비해 사용되는 원 재료의 양의 비율을 감소시킬 수 있게 한다. 광 집광보다 더 높거나 이와 같은 계수의 물질을 절감하는 것이 가능하다. 사용되는 원 재료의 그램(g)당 생산되는 에너지는 사용되는 광 집광에 따라 100 또는 심지어 수 1000의 계수를 곱한 것일 수 있다. 이것은 특히 그 이용이 제한되어 있는 인듐과 같은 물질에서 중요하다. 나아가, 광 집광 하에서, 집광된 플럭스를 사용하여 물질에 전기적 결함을 포화시키는 것이 알려져 있으므로, 평균 품질의 물질이 성능에 상당한 감소 없이 사용될 수 있다. 이러한 결함의 포화는 따라서 셀의 성능에 대한 영향력을 중화시키는 것을 가능하게 한다. 이에 따라 매우 높은 효율성이 집광이 없으면 표준 이하로 유지될 수 있는 물질을 사용하여 획득될 수 있다. 이것은 예를 들어, 제한된 비용을 가지는 물질이 집광 하에서 사용하기에 적합할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 또한 마이크로셀을 한정하는 마이크로 일렉트로닉스의 이미 시도되고 테스트된 기술을 사용하므로, 많은 기존의 광전 기술에 적합하지만, 그럼에도 불구하고 요즈음 가장 유망한 응용은 박층 셀 분야에 있을 것으로 기대된다.
본 출원인은 본 발명에서 설명된 공정의 일 실시 예를 사용하는 프로토타입 마이크로셀을 생산하였다. 도 8a 및 도 8b는 각각 광학 현미경(도 8a) 및 스캔 전자 현미경(SEM) (도 8b)으로 촬영된, 위로부터 본 CIGS 기반 마이크로셀의 마이크로그래프를 도시한다. 마이크로셀은 원형 부분이 10 μm 내지 500 μm 사이에서 변화하는 직경을 구비하는 것인 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명된 공정을 사용하여 생산되었다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 마이크로셀은 35 μm의 직경을 구비하는 마이크로셀이다. 이 마이크로그래프에서 참조 부호(106)는 층(104) 위에 증착된 ZnO:Al로 만들어진 윈도우 층을 나타내고, 참조 부호(107)는 활성 광전 영역에 대응하는 노출된 영역을 나타낸다. 이러한 셀에서 본 출원인은 테스트된 가장 높은 밀도(문헌에서 이전에 설명된 것보다 100배; 예를 들어 전술된 J. Ward et al.의 논문 참조) 하에서도 물질의 저하 없이 집광 하에서의 성능에 대해 마이크로셀의 사이즈의 유리한 효과를 보여주는 매우 유망한 초기 결과를 기록하였다. 특히, 3000개의 태양의 집광에 상응하는 전류 밀도(100A/cm2보다 더 높은 전류 밀도)가 마이크로셀에서 획득되었다.
특정 개수의 상세한 설명이 설명되었으나, 본 발명에 따른 광전 셀 및 이 셀을 제조하는 방법은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 수 있는 여러 수정, 개선 및 변형을 포함하며, 이들 여러 수정, 개선 및 변형은 이하 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위의 일부를 형성하는 것으로 물론 이해된다.

Claims (24)

  1. 광전 부품(10)으로서,
    - 배면 전기 접촉부를 형성하는 전도성 물질로 만들어진 적어도 하나의 제 1 층(101), 태양광 스펙트럼에서 흡수하는 물질로 만들어진 제 2 층(102), 및 정면 전기 접촉부를 형성하는 투명한 전도성 물질로 만들어진 제 3 층(106)을 포함하는 광전 디바이스를 생산하기에 적합한 층들의 세트(101, 102, 105, 106);
    - 상기 배면 전기 접촉부와 상기 정면 전기 접촉부 사이에 배열되고, 복수의 개구를 구비하며, 각 개구는 상기 층들의 세트의 상기 층들이 광전 마이크로셀을 형성하도록 적층된 영역(100)을 한정하는 것인, 전기적으로 절연성 층(103, 103A); 및
    - 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층(106)과 전기적으로 접촉하며, 상기 제 3 층(106)과 상기 정면 전기 접촉부를 형성하며, 형성된 상기 광전 마이크로셀 각각에 대해 주변 전기 접촉부를 형성하는 방식으로 구조화되며, 상기 광전 마이크로셀은 상기 배면 전기 접촉부와 상기 정면 전기 접촉부에 의해 전기적으로 병렬로 연결된 것인, 전도성 물질로 만들어진 층(104)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  2. 제 1 항에 있어서, 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층(106)과 전기적으로 접촉하는 전도성 물질로 만들어진 상기 층(104)의 상기 전도성 물질은 알루미늄, 몰리브덴, 구리, 니켈, 금, 은, 탄소 및 탄소 유도체, 백금, 탄탈륨 및 티타늄으로부터 선택된 금속인 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배면 접촉부의 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층(101)은 투명하고, 상기 광전 부품은 상기 제 1 층(101)과 상기 배면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층(101)과 전기적으로 접촉하는 전도성 물질로 만들어지고 상기 광전 마이크로셀을 위한 주변 전기 접촉부를 형성하는 방식으로 구조화된 층(104B)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 층(103, 103A)은 상기 개구를 형성하는 방식으로 구조화된 절연 물질로 만들어진 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 배면 전기 접촉부와 상기 정면 전기 접촉부 사이에 배치되고, 절연 물질로 만들어진 상기 제 1 층에 있는 상기 개구 상에 중심을 두고 동일하거나 더 작은 사이즈를 가지는 개구를 형성하는 방식으로 구조화된 절연 물질로 만들어진 제 2 층(103B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 절연 물질은 실리카 또는 알루미나와 같은 산화물, 실리콘 질화물과 같은 질화물, 및 아연 황화물과 같은 황화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기적으로 절연성 층(103)은 절연 가스, 유리하게는 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전 마이크로셀 각각의 부분의 적어도 하나의 차원은 1mm보다 더 작고 바람직하게는 100 μm보다 더 작은 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 상기 광전 마이크로셀의 적어도 일부는 10-2cm2보다 더 작고 바람직하게는 10-4cm2보다 더 작은 면적을 구비하는 원형 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전 마이크로셀의 적어도 하나는 스트립 형상의 장형 부분을 구비하고, 상기 장형 부분의 더 작은 차원은 1mm보다 더 작고 바람직하게는 100 μm보다 더 작은 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수성 물질로 만들어진 상기 층은 불연속이고 상기 광전 마이크로셀의 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광전 디바이스에 대하여 비활성인 층을 더 포함하며, 상기 비활성인 층은 상기 흡수성 물질이 선택적으로 배치되는 위치에 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전 부품을 형성하는 상기 층들 각각은 약 20 μm보다 더 작고 바람직하게는 5 μm보다 더 작은 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 흡수성 물질은 CIGS 그룹, CdTe 그룹, 실리콘 그룹, 및 III-V 반도체 그룹으로부터 선택된 그룹에 속해 있는 것을 특징으로 하는 광전 부품.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있는 광전 부품의 어레이로서, 상기 광전 부품은 전기적으로 직렬로 연결되고, 하나의 광전 부품의 전기 접촉부는 인접한 광전 부품의 배면 접촉부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 부품의 어레이.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있는 광전 부품 또는 제 15 항에 있는 광전 부품의 어레이를 포함하는 광전 모듈로서,
    태양광을 집광시키는 시스템(11)을 더 포함하며, 상기 시스템(11)은 상기 하나 이상의 광전 부품의 상기 광전 마이크로셀들 각각에 상기 입사하는 광(12)의 전부나 일부를 포커싱하기에 적합한 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  17. 제 3 항을 인용하는 제 15 항에 있는 광전 모듈로서, 상기 배면 접촉부의 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층(101) 아래에 배열된 상기 흡수성 물질에 의해 흡수되는 스펙트럼 대역으로 상기 입사하는 광의 파장을 변환하는 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  18. 제 1 항에 있는 광전 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 배면 전기 접촉부를 형성하도록 기판(109) 위에 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층(101)을 증착하는 단계;
    - 상기 광전 디바이스에 대하여 비활성인 물질), 바람직하게는 전기 절연체로 만들어지고 복수의 개구를 형성하도록 구조화된 층(108)을 증착하는 단계;
    - 흡수성 물질로 만들어진 불연속인 상기 층(102)을 형성하기 위하여 상기 개구에 상기 흡수성 물질을 선택적으로 증착하는 단계;
    - 상기 비활성 층에 있는 상기 개구의 사이즈보다 더 작거나 동일한 사이즈의 개구를 형성하는 방식으로 구조화된 전도성 물질로 만들어진 상기 층(104)을 증착하는 단계; 및
    - 상기 광전 마이크로셀의 상기 정면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 전도성 물질로 만들어진 상기 층(104)과 전기적으로 접촉하는 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층(106)을 증착하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
  19. 제 1 항에 있는 광전 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 배면 전기 접촉부를 형성하기 위하여 기판(109) 위에 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층(101)을 증착하는 단계;
    - 불연속이고 복수의 개구를 포함하는 흡수성 물질로 만들어진 상기 제 2 층(102)을 증착하는 단계;
    - 상기 흡수성 물질의 위치에 개구를 구비하는 불연속 비활성 층(108)을 형성하도록 광전 디바이스에 대해 비활성인 물질, 바람직하게는 전기 절연체를 상기 개구에 선택적으로 증착하는 단계;
    - 상기 비활성 층에 있는 개구의 사이즈보다 더 작거나 동일한 사이즈의 개구를 형성하는 방식으로 구조화된 전도성 물질로 만들어진 상기 층(104)을 증착하는 단계; 및
    - 상기 정면 전기 접촉부를 형성하도록 전도성 물질로 만들어진 상기 층(104)과 전기 접촉을 하는 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층(106)을 증착하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수성 물질로 만들어진 층을 증착하는 단계는 미리 생산된 다층 적층의 부분을 증착하는 단계를 포함하며, 상기 다층 적층은 광전 디바이스를 생산하기에 적합한 층들의 세트의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비활성 층(108)에 있는 개구보다 더 작거나 동일한 사이즈의 개구를 형성하도록 구조화된 전기적으로 절연성 물질로 만들어진 층(103)을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
  22. 제 1 항에 있는 광전 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 기판(109) 위에 배면 전기 접촉을 형성하도록 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층 (101)과, 흡수성 물질로 만들어진 상기 제 2 층(102)을 증착하는 단계;
    - 상기 광전 마이크로셀들 각각의 형상을 한정하는 형상을 구비하는 복수의 패드를 형성하도록 구조화된 레지스트 층을 증착하는 단계;
    - 절연 물질로 만들어진 층(103)과 전도성 물질로 만들어진 층(104)을 상기 레지스트의 층(103) 위에 증착하는 단계; 및
    - 절연성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층(103)과 전도성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층(104)을 얻기 위해 상기 레지스트를 리프트 오프하고, 상기 정면 전기 접촉부를 형성하도록 전도성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층과 전기적으로 접촉하는 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층(106)을 증착하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
  23. 제 1 항에 있는 광전 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 정면 전기 접촉부를 형성하도록 투명한 기판(109) 위에 투명한 전도성 물질로 만들어진 상기 제 3 층(106)을 증착하는 단계;
    - 상기 광전 마이크로셀 각각의 형상을 한정하는 형상을 구비하는 복수의 패드를 형성하도록 구조화된 레지스트의 층을 증착하는 단계;
    - 전도성 물질로 만들어진 층(104)과 절연 물질로 만들어진 층(103)을 상기 레지스트 층 위에 증착하는 단계;
    - 절연 물질로 만들어진 상기 구조화된 층(103)과 전도성 물질로 만들어진 상기 구조화된 층(104)을 얻기 위하여 상기 레지스트를 리프트 오프하고, 흡수성 물질로 만들어진 상기 제 2 층(102)을 증착하는 단계; 및
    - 상기 배면 전기 접촉부를 형성하도록 전도성 물질로 만들어진 상기 제 1 층(101)을 증착하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 흡수성 물질로 만들어진 상기 제 2 층(102)은 선택적으로 증착되고 불연속 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광전 부품을 제조하기 위한 방법.
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