KR20150005569A - 거울층을 갖는 박막 태양 전지 구조 - Google Patents

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상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄
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Abstract

거울층을 갖는 박막 태양 전지. 본 발명은 태양 전지판 내에서 사용되는 태양 전지 구조에 관한 것이다. 박막 태양 전지 구조는 조사광을 전기로 변환하기 위한 태양 특성을 갖는 적어도 하나의 I-III-VI2 합금 층 (CIGS)을 포함한다. 특히, 상기 구조는 적어도 하나의, 조사광의 일부를 반사하는 반사면 (FR)을 포함하는 거울층 (MR), I-III-VI2 합금 층 (CIGS)의 제1면 (F1)과 마주보는 반사면 (FR)으로 상기 제1면 상에 반사된 조사광을 수광하기 위한 것인 반사면과, 상기 제1면 (F1)과 마주보는 I-III-VI2 합금 층 (CIGS)층의 제2면 (F2) 상에 전송된 조사광을 수광하기 위한 상기 조사광에 대해 투명한 다수의 제1 투명층 (CA, ENC)을 포함한다.

Description

거울층을 갖는 박막 태양 전지 구조{THIN-FILM PHOTOVOLTAIC CELL STRUCTURE WITH A MIRROR LAYER}
본 발명은 태양 전지판 (solar panel)으로 사용하기 위한 태양 전지 구조에 대한 것이다.
보다 구체적으로는 특히 태양광을 전기로 변환하기 위한, 광기전 특성을 갖는 적어도 하나의 I-III-VII2 합금층을 포함하는 층상 구조에 대한 것이다.
광기전 특성을 갖는 I-III-VI2 합금계 태양 전지는 박막 전지에 대해, 특히 카드뮴 텔루라이드 (CdTe)와 실리콘 (Si) 전지에 비해 더 큰 최대 수율을 제공한다는 것이 알려져 있다. 이 I-III-VI2 합금에서, 주기율표 I족의 원소는, 예를 들면 구리가 될 수 있고, III족 원소는 인듐, 갈륨 및/또는 알루미늄이 될 수 있으며, VI족 원소는 셀레늄 및/또는 황이 될 수 있다. 이 합금은 또한 이하에서 CIGS (C는 동, I는 인듐, G는 갈륨, 그리고 S는 황 및/또는 셀레늄을 나타낸다)로 부른다. 사실, 소형의 실질적으로 CdTe계 전지와 동등한 전지의 제조 비용에 대해, CIGS계 전지가 3 내지 5% 더 큰 수율을 가질 수 있다.
도 1에, 종래의 구조를 갖는 I-III-VI2 합금계 태양 전지의 가능한 구체예가 절단면으로 도시된다.
이와 같은 구조는, 예를 들면 다음을 포함하는 박막 층의 스택 (stack)을 포함한다:
- 전지 (1)의 박막 적층의 지지체로서, 종래 기술에서 흔히 사용되는 유리계 기판 C1;
- 전지의 제1 전극을 형성하는 통상 몰리브덴 (Mo)계인 접촉층 C2;
- I-III-VI2 합금계 (예컨대 CIGS 합금)의 광기전 특성을 갖는 C3 층;
- 전지 (1)에 대한 계면 층인, 황화 카드뮴 (CdS), 황화 아연 (ZnS) 또는 황화 인듐 (In2S3)계 CT층; 및
- 통상 본질적으로 산화 아연 (ZnO)으로 이루어지는, 제2 전극을 형성하는 투명한 전도층 C5.
I-III-VI2 계 합금 태양 전지 (1)은 광원 (8) (태양 전지판에서는 전형적으로 태양)에 노출될 수 있다. 설명을 위해, 광원 (8)은 광선 (1a)을 따라 광원 (8)으로부터 전지 (1)를 향한 전달 방향을 따라 전지 (1)를 비춘다. 태양광이 입사하는 면을 이하에서 전지의 전면이라고 칭한다.
또한, 이 예에서는, 몰리브덴 (Mo)계 층 (C2)은 CIGS (p-형 반도체)층과 접촉하고, 이 몰리브덴 (Mo)층은 전지 (1)의 후면 전극을 구성한다 (전지 (1)에서 광선 (1a)의 전달 방향에 대해 전지의 후면 전극). 그 다음, 후면 전극은 위에서 언급한 전면 전극과 마주하는 면을 정의하며, 이하에서는 이를 전지의 "후면"으로 칭한다. 몰리브덴 (Mo) 층은 매우 낮은 저항의 전기 접점의 역할을 한다 (옴 접점).
또한, 산화 아연 (ZnO)계 층 (C5)은 CIGS 층 (C3)과 접촉하는 버퍼층 (CT)과 접촉한다. 층 (CT)과 층 (C5)은 광원 (8)으로부터의 광에 대해 투명하여 CIGS층은 광선 (1a)에 노출된다. CIGS계 층 (C3)은 광기전 특성을 갖기 때문에 이 빛을 전기로 전환시킬 수 있다. 이 구체예에서, 산화 아연 (ZnO)계 층은 전지 (1)에 대해 투명하고 전도성 있는 전면 전극을 형성할 수 있다. CIGS 층과 CT 및 C5 간의 계면은 CIGS와, CT 및 C5 층간의 p-n 정션 설치로 인해 다이오드 전기 접점을 갖는다는 특징을 갖는다.
전지의 수율, 즉 전지로부터 얻어지는 전기 에너지의 양은 특히 다음 두 가지 요인에 의존한다:
- 광기전 특성을 갖는 박층 (C3)의 두께와,
- 박층 (C3)에 의해 수광된 빛의 양.
종래의 전지의 수율을 개선하기 위한 방법은 I-III-VI2 합금계 박층의 두께를 증가시키거나 및/또는 이 전지가 노출되는 조사 광의 강도를 증가시키는 것으로 이루어진다.
그러나, 태양광 전지판에서 전지 (1)의 사용과 관련하여, 빛의 세기는 전지가 노출되는 태양으로부터 천연광에 따라 결정된다. 스택 (stack)이 직접 태양에 노출되는 도 1에 도시된 것과 같은 표준 구성에서는, 이 요인은 수율을 개선시킬 수 없다.
또한, 광기전 특성을 가진 I-III-VI2 합금은,특히 제한된 이용 가능성을 갖는 화학적 부재로 이루어진다. 순수하게 설명을 위한 실시예에서와 같이 CIGS 합금은 화학적 부재인 듐 (In)을 포함하며, 인듐의 현재의 연간 채취량은 전 세계적으로 600 톤 미만이다. 전형적으로 1 GW을 생산하기 위한 태양 전지의 제조를 위해, 매년 38톤의 인듐이 2㎛ 두께의 CIGS 박층의 10% 수율을 갖는 전지에 사용된다.
Figure pct00001
상기 표는 다양한 두께와 다양한 전환 수율을 갖는 CIGS 박층으로부터의 광기전력 1 GW을 만들기 위해 사용된 인듐 양의 평가를 나타낸다.
수율이 예컨대 15%로 더 커진다고 해도, 여전히 매년 24톤이 사용된다. 인듐의 장기간의 이용가능성은 CISG계 전지의 제조를 제한하고 있음을 알 수 있다.
최근의 연구인 "Renewable and Sustainable Energy Reviews" (13(9), 2746-2750, 2009)에 의하면, 이와 같은 전지의 성장은 2020년까지 매년 20 GW의 제조에 도달할 수 있고, 상술한 이용가능성에 있어서의 제약을 고려할 때 이와 같은 제조는 제한될 수 있다.
그러므로, 전지의 제조를 증가시키기 위해 태양 전지에서 I-III-VI2 합금 박층의 두께를 증가시키는 것은 도움이 되지 못한다.
본 발명은 적어도 동등한 효율을 갖는 더 얇은 I-III-VI2 합금층의 사용을 가능하게 함으로써 인듐의 사용을 현저히 감소시킬 수 있도록 하여 (상기 표에 있어서 나타낸 바와 같이) 이 상황을 개선하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 조사광을 전기로 전환하기 위한 광기전 특성을 갖는 I-III-VI2 합금층을 적어도 하나 포함하는 박층 태양 전지 구조를 제공한다.
본 발명에 의한 구조는 추가로:
- 광 조사 부분을 반사하는 표면을 갖는 하나의 거울층으로, 상기 반사 표면은 제1면 상에서 반사된 조사광을 수광하는 I-III-VI2 합금층의 제1면에 대향하고,
- 제1면과 마주보는 I-III-VI2 합금층의 제2면 상에서 전달된 조사광을 수광하기 위한 조사광에 대해 투명한 하나 이상의 층을 더 포함한다.
따라서 I-III-VI2 합금층의 제1면은 본 발명의 의미에서 그와 같은 구조를 포함하는 전지의 "후면 상"에 위치하고, I-III-VI2 합금층의 제2면은 그와 같은 구조를 포함하는 전지의 "전면 상"에 위치한다는 점이 이해될 것이다.
따라서, 태양 전지의 I-III-VI2 합금 박층은 그 제2면을 통해 전달된 조사광 (직접 조사)을 수광하고, 그 제1면을 통해 조사광 (간접 조사)을 반사하며, 상기 제1면은 거울층의 반사 표면과 마주한다.
이 방법으로, I-III-VI2 합금층의 누적된 직접 및 반사 조사는 종래 기술의 의미에서의 구조 (동일한 두께의 광기전층)에서의 조사보다 더 커진다. 그리고, 거울층으로 인해, 종래의 태양 전지와 비교해서 전지의 수율이 개선된다.
그리고, 반사된 조사광에 의해 유발된 조사의 증가는 종래의 전지와 실질적으로 동등한 수율을 유지하면서 전지 구조에서 더 얇은 I-III-VI2 합금층을 제공할 수 있게 한다.
I-III-VI2 합금층의 두께 감소는 수율과의 절충 없이 태양 전지의 제조에 사용되는 재료의 양 (그리고 특히 CIGS 층의 경우 인듐의 양)을 감소시킨다.
유리하게도, 거울층은 전도성 금속층이다. 따라서, 예를 들면 통상 낮은 반사율의 몰리브덴으로 만들어지는 후면 접촉 전극 대신, 전지의 후면 전극을 형성할 수 있다.
전형적으로 금속 또는 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 은 (Ag), 금 (Au), 백금 (Pt) 또는 동 (Cu) 중에서 선택되는 금속의 합금으로 만들어질 수 있다.
계면층이 거울층과 CIGS 층 사이에 부가되어 이 접점의 전기 및 광학 특성을 최적화할 수 있다.
변형으로서, 상술한 "거울"층은 비금속이면서 확산 층일 수 있고, 반사 코팅을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 적어도 하나의 투명하고 전도성인 층은 거울층과 I-III-VI2 합금층 사이에 위치하여 광기전층과 함께 낮은 저항의 옴 접촉을 제공함으로써 전지의 후면 전극의 역할을 유리하게 수행할 수 있다.
상술한 "거울층"은 일반적으로 반사 또는 확산에 의해 상술한 광기전층의 제1면 (광기전층의 p-n 정션에 해당하는 면)을 향한 빛을 일반적으로 복귀시키기에 적합한 층을 의미한다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
일 구체예에서, 상기 구조는 거울층과 I-III-VI2 합금층 사이에 조사광에 대해 투명한 하나 이상의 제2층을 포함한다. 여기서 "조사광에 대해 투명한 층"은 태양광 전지판에서 태양 전지에 대해 이들 층이 특정 파장 범위, 전형적으로는 350 내지 1100 nm (태양 스펙트럼)에서 빛을 통과시킬 수 있음을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 투명한 제2층은 유리하게는 적어도 하나의 산화아연 (ZnO)계 박층 및 또는 다음의 통상의 재료로 만들어지는 버퍼층을 갖는 전지의 전통적인 전면 구조에 대응하는 구조를 포함할 수 있다.
- 황화 카드뮴 (CdS),
- 황화 아연 (ZnS),
- 황화 인듐 (In2S3),
- 또는 기타.
따라서, 전술한 이들 제2층 중 적어도 하나는 예컨대 전술한 거울층이 전도성이 아닐 경우 전지의 후면 전극을 형성하기 위해 투명하고 동시에 전기 전도성일 수 있다.
따라서 이 구조에서, 제2층은 거울층과 광기전 합금층 사이에 배치된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 이 방법으로 I-III-VI2 합금층과 버퍼층 사이의 계면에 의해 형성된 전지의 np-정션 (광기전 효과가 가장 효율적인 구역)이 합금층의 후면에 위치된다 (전지에서 빛의 전달 방향에 대해 뒤쪽). 종래의 전지 배열 (도 1에 도시된 바와 같은)에서는, 이 계면은 합금 I-III-VI2 층의 전면에 위치한다.
이 구성에서, I-III-VI2 합금 층의 감소된 두께 (0.5 ㎛ 미만)로 인해 전력 생산을 위한 효율적인 조사가 가능하게 된다.
유리하게는 거울층은 또한 산화아연 (ZnO)층과 깨지기 쉬운 Zn0-CT-CIGS 계면 (특히 수분에 민감)을 더욱 효율적으로 분리시킴으로써 광기전층의 안정성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 따라서 전지 제조에 있어서 덜 제한적인 제조 조건이 가능하게 된다.
본 발명의 맥락에서의 구조에서, 빛은 투명하고 전도성인 새로운 전면 접촉을 만든다는 조건 하에서 상술한 I-III-VI2 합금 층의 제2면 (pn-정션을 포함하는 면과 마주보는 면)을 통해 입사한다. 따라서 일부 제1 투명층은 이 표면 상에 배열된다. 그러므로 상기 제1 투명층의 하나는 바람직하게는 적어도 하나의 전도층을 포함한다. 이 경우, 이 전도층은 구조 내에서 전면 전극의 역할을 하는 반면 상술한 제2층의 거울층 또는 전도층은 후면 전극의 역할을 할 수 있다.
이 구체예에서, I-III-VI2 합금층과 전면 접촉을 이루는 투명 전도층 사이에 투명 스페이서 층을 삽입하는 것이 바람직하다. 이와 같은 스페이서 층 (이후에는 "계면층"으로 칭함)은 도 11을 참조하여 설명되는 바와 같이 낮은 저항의 옴 접촉을 만들 수 있다. 이를 위해, 계면층은 산화물, 황화물, 셀렌화물, 질화물, 또는 인화물형 또는 동(Cu), 갈륨 (Ga), 인듐 (In), 요오드 (I), 인 (P), 비소 (As), 황 (S), 질소 (N), 산소 (O) 또는 기타를 포함하는 화합물의 큰 금지 대역을 갖는 투명한 반도체계 층일 수 있다. 변형으로서, 그리고 가능한 구체예로서, 계면층은 수 나노미터의 동 층일 수 있다.
계면층은 거울층 자신이 전극을 형성할 때 특히 유리하다. 그러나, 도전성 투명 상부 층 (통상 ZnO)의 전극의 질을 향상시키기 위해 바람직할 수 있다. 따라서, 이 계면층은 거울층 구조에서 설치할 필요없이 유리하다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 이 계면층과 이를 광기전층과 산화아연층 사이에 부가하는 것은 거울층 구조와는 독립적인 분리 보호를 위한 것일 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 이 투명 전도성층과 상술한 제1 투명층을 보호하기 위해, 예를 들면 구조에 대한 본딩에 의해 적용되는 적어도 하나의 캡술화된 표면 코팅이 제공된다.
일 구체예에서, 상기 구조는
- I-III-VI2 합금층,
- 거울층 및
- 하나 이상의 제1 투명층;
에 대한 기판을 더 포함한다.
이 기판은 500℃ 이하의 융점을 갖는 물질로 만들어질 수 있다. 이 기판은 예를 들면 본딩 (bonding)에 의해 상술한 반사층과 마주보는 표면 상에서 거울층과 접촉할 수 있다. 유리하게는, 상기 기판은 그 융점이 300 ℃ 미만인 폴리머로 만들어진다. 유리하게는 이 기판은 신축성을 갖는다. 예를 들면 일반적으로 비용이 저렴한 매우 낮은 융점의 신축성 폴리머를 포함할 수 있다.
따라서, I-III-VI2 합금 박층을 형성하기 위한 고온 제한을 갖는 전지 구조를 제조하는 것과, 낮은 융점 기질 상에 그와 같은 층을 적용하는 것이 양립할 수 있게 된다. 사실, 참고로, 전지 구조에서 이 층의 균일한 증착을 얻기 위한 동시 증발 공정에 의해 CIGS계 박층의 형성에 대해 약 550 ℃의 온도가 통상 바람직하다.
따라서, 이 공정에 내재하는 열적 제한은 이 그 제조 중에 기판으로서 사용되는 유연한 기판의 성질을 손상시킬 수 있다 (예를 들면 이 기판의 융점이 550℃ 미만이라면).
이하에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 맥락에서의 구조를 위한 제조 공정은 구체예에서, 기판으로부터 층들의 스택의 탈결합 (debonding) (또는 몰리브덴 층으로부터)과, 기판 상에서 스택의 결합을 제안하며, 이들은 유리하게 낮은 융점을 갖는다.
또한, 본 발명은 일반적으로 거울층을 포함하는 태양 전지의 바람직한 제조 방법을 포함하며, 이 방법은 적어도 다음 공정을 포함한다:
a) 표면 상에 I-III-VI2 합금층의 증착 공정으로, 여기서 I-III-VI2 합금층의 제2 표면은 상기 표면과 접촉하고,
b) 제2 표면과 마주보는, I-III-VI2 합금층의 상기 제1면 상에 직접 또는 간접적으로 거울층의 증착 공정,
c) I-III-VI2 합금층의 상기 제2 표면 상에 직접 또는 간접적으로 하나 이상의 제1 투명층을 증착하는 공정.
유리하게는, 그러나 선택적으로, 상기 방법은 전술한 바와 같이 제2면에 의한 상기 표면으로부터 적어도 I-III-VI2 합금층의 탈결합을 더 포함하고, 이는 c) 공정 전에 수행된다.
유리하기는 하지만, 이것은 선택적으로, 스택의 디자인 중에, 그리고 이어지는 탈결합 없이 거울 층 상에 직접 또는 간접적으로 광기전층의 증착을 (적어도 하나의 투명층의 매개에 의해) 제공할 수 있다.
구체예에서, 상기 방법은 공정 a)와 c) 사이에, I-III-VI2 합금층의 제1 면 상에 상기 조명층에 대해 투명한 하나 이상의 제2 박층의 증착을 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 거울층은 상기 제2 투명 박층 상에 증착된다.
더욱 일반적으로는, 전지의 제조 방법은 선행하는 I-III-VI2 합금층의 증착과 그 계면에서 기판과의 탈결합을 통해 제1 스택에 I-III-VI2 합금층 형성 공정의 고온 이하의 융점을 갖는 박층과 코팅을 적용하는 역할을 한다.
따라서, 새로운 후면 기판은 종래의 전지와 상용할 수 없는 재료의 층으로 구성될 수 있다. 이 새로운 후면층 기판은 예를 들면 폴리머 또는 유리한 특성을 갖는 다른 비용이 저렴한 재료일 수 있다 (예를 들면 유연성 있는 폴리머).
유리하게는, I-III-VI2 합금층은 본 공정의 실시 및/또는 본 발명의 맥락에서 전지의 구조에서 0.5 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
이 방법으로서, I-III-VI2 합금층의 두께의 감소는 적어도 4배 정도로 사용되는 재료의 양을 감소시킨다. 예를 들면, 0.2 ㎛의 두께를 갖는 I-III-VI2 합금층에 의해, 사용되는 재료는 종래의 전지 (2 ㎛)에 비해 10배 감소된다.
또한, 더 적은 재료가 적용되기 때문에 I-III-VI2 합금층의 두께 감소는 태양전지 제조 시간을 감소시킨다. 참고로, 종래의 태양 전지의 일부로서 2 ㎛ CIGS 박층을 형성하는데는 일반적으로 40분의 증발 시간이 소요된다. 0.5 ㎛미만의 더 얇은 CIGS 층은 이 전지의 제조에 소요되는 공증발 시간을 상당하게 감소시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 유리한 점과 특징은 비제한적인 목적으로 설명을 위해 제시되는 다음의 구체적인 설명과, 첨부한 도면을 참조하여 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 태양 전지 구조에 대한 박층 스택과 그 기판의 예의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 태양 전지 구조의 박층 스택과 그 기판의 단면도를 나타낸다.
도 3은 태양 전지에서 빛에 의해 이동한 거리 (X)(가로 축)의 함수로서 전지 구조로부터 스택의 광기전 합금층을 이동한 빛의 플럭스 (세로 축)를 나타낸다.
도 4는 그와 같은 전기 구조의 제조에서 제1 단계 다음에 얻어진 박층 구조의 예의 단면도를 나타낸다.
도 5는 그와 같은 전지 구조의 제조 방법에서 제2 단계 다음에 얻어진 박층 스택의 일예의 단면을 나타낸다.
도 6은 전지 구조의 제조 방법에서 탈결합 단계 다음에 얻어진 박층 스택의 일예의 단면을 나타낸다.
도 7은 전지 구조의 제조 방법에서 탈결합과 순환 단계 다음에 얻어진 박층 스택의 일예의 단면을 나타낸다.
도 8은 태양 전지 구조의 제조의 주요 제조 단계를 나타내는 예시적 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 구조에 의해 얻어진 전압과 비교한 전류 밀도 결과와, 종래의 두 개의 전지 구조에 의해 얻어진 결과를 비교한 예를 나타낸다.
도 10은 전면 전도층 (CA)과 CIGS 광기전 합금층 사이의 계면층 (CI)을 갖는 전지 구조로부터 박층 스택의 일예의 단면을 나타낸다.
도 11은 각각 도 10의 계면층 (CI)를 갖거나 갖지 않는 본 발명에 의한 구조에 의해 얻어진, 인가된 전압에 대한 전류 밀도의 곡선 (100, 102)를 나타낸다.
분명하게 나타내기 위해, 이들 도면에 도시된 다양한 요소의 크기는 반드시 그 실제 크기와 반드시 비례하는 것은 아니다. 이들 도면에서 식별 부호는 식별 요소에 대응한다.
본 발명은 조사광을 전기로 전환하기 위한 박층 태양 전지 구조를 제안한다.
따라서, 도 2를 참조하면 그와 같은 태양 전지 (2)를 갖는 구조의 구체예가 단면으로 제시된다. 이 구체예에서, CIGS가 사용된 예는 전지 (2)의 III-VI2 합금층을 구성하는 합금이다.
전지 (2)의 구조는 설명을 위해 유리, 폴리머 또는 다른 재료일 수 있는 기판 (S)를 포함한다. 이후에 설명하는 바와 같이, 기판 (S)는 500℃ 이하의 융점을 가진다. 박층 스택은 이 기판 (S) 상에 배열되며,
- 거울층 (MR);
- 산화 아연 (ZnO)을 함유하는 층 (C5);
- 예를 들면 황화 카드뮴 (CdS), 황화 아연 (ZnS) 또는 황화 인듐 ((In2S3)계 버퍼층 (CT);
- 두께 0.5 ㎛ 미만이며 CIGS로 구성되는 CIGS 층;
- 전지 (2)의 전면에 배열되고, 설명을 위해 산화 아연 (ZnO)과 같은 전도성이며 투명한 재료로 구성될 수 있는 투명하고 전도성인 전면층 (CA); 과
- 조사광에 투명한 캡슐층 (ENC)을 포함한다.
또한, 바람직한 구체예에 의하면, 투명한 계면 층 (후에 도 10과 11에서 볼 수 있는 바와 같이)이 전면층 (CA)과 CIGS 층 사이의 계면의 전기적 특성을 개선하기 위해 이들 층 사이에 위치할 수 있다.
본 구체예에 의하면, 전지 (2)는 태양광 전지판 (도면에는 도시되지 않음)에 포함되기 위한 수단을 포함하고, 태양과 같은 광원 (8)에 의해 조사된다.
전지 (2)의 거울층 (MR)은 조사광의 일부와 따라서 조사선 (1a)의 일부를 반사하는 반사 표면 (FR)을 포함한다. 반사 표면 (FR)은 반사된 광선 (1b)에 따라 제1 표면 (F1)을 통해 반사된 조사광을 수광하기 위해 CIGS 층의 제1면 (F1)과 마주본다. 반사된 조사광은 유리하게는 특히 반사면 (FR) 상의 텍스춰 효과에 의해 분산된다.
전지의 전면층 (CA)와 캡슐층 (ENC)는 광원 (8)로부터의 조사광에 대해 투명하고, 따라서 CIGS 층은 제1면 (F1)과 대향하는 제2면 (F2) 상에 전송된 조사광을 수광한다.
유리하게는 이 예에서 전면층 (CA)과 동일한 표면적을 갖는 캡슐층 (ENC)은 플라스틱 (예를 들면 폴리카보네이트, 텔레프탈레이트, 폴리아크릴, 폴리에틸렌 또는 기타), 유리 또는 기판과 같은 캡슐화 재료로 만들어진다. 변형예에서, 투명 캡슐층 (ENC)은 CIGS 층의 제2면 (F2)에 직접 본딩될 수 있고, 이 경우 캡슐층 (ENC)은 전도성 물질을 포함한다.
CIGS 층은 전형적으로 0.5 ㎛ 미만의 상대적으로 적은 두께를 갖기 때문에 광원 (8)으로부터의 조사광의 적어도 일부가 이 CIGS층을 통과한다. 따라서 광원 (8)로부터의 광선 (1a)로 표시되는 광 조사의 일부는 CIGS층, 제2 면 (F2)을 통과하여 거울층 (MR)의 반사 표면 (FR)에 도달한다. 조사광 (1a)은 다시 CIGS 층을 통과하는 반사된 광선 (1b)을 따라 반사표면 (FR)에 의해 반사된다. 따라서 반사된 광선 (1b)로 표시되는 반사된 광 조사는 CIGS 층에서 흡수될 수 있고, 광전 효과에 의해 에너지를 생산할 수 있다. CIGS층은 그와 같은 반사 조사가 없는 전지와 비교할 때 전지 (2)로부터 훨씬 더 큰 수율로 직접 조사 (광선 1b)와 동시 반사 조사 (반사 광선 (1b)에 노출된다.
도 3을 참조하면, 광기전 합금층을 통과하는 플럭스의 광 복사가 도시된다. 곡선 부분 (30)은 제2면 (F2)으로부터 제1면 (F1)을 향해 합금층을 통과하는 플럭스의 직접 광 복사의 감소를 나타낸다. 곡선 부분 (31)은 전지가 거울층을 포함하지 않을 경우 사용되지 않은 플럭스의 직접 광 복사를 나타낸다. 전지가 거울층 (MR)을 포함할 경우, 곡선부분 (32)은 제1면 (F1)으로부터 제2면 (F2)을 향해 광기전층을 통과하는 반사된 조사를 나타내다. 따라서, 거울층 (MR)에 의해 태양전지 합금층을 통과하는 조사 광이 증가한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이 간단한 구체예에 의하면, 반사 표면 (FR)은 그 사이에 층 (C5)과 버퍼층 (CT)을 갖는 CIGS 층의 제1면 (F1)과 마주한다. 유리하게는 층 (C5)은 예컨대 200 ℃ 미만의 저온에서 증착될 수 있는 산화 아연 (ZnO)과 같은 투명한 전도성 물질로 이루어진다. 전술한 바와 같이 그 부분에 대한 버퍼층은 황화 카드뮴(CdS), 황화 아연 (ZnS), 황화 인듐 (In2S3) 또는 기타 재료로 이루어진다.
그러나 이 구체예는 비제한적인 것이며, 거울층 (MR)은 그 제1면 (F1) 상에서 CIGS 층과 직접 접촉하거나 또는 그 사이에 투명한 버퍼층 (CT)과 접촉하거나 또는 제1면 (F1)의 간단한 표면 처리만일 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
거울층 (MR)과 전면층 (CA)과 캡슐층 (ENC) 중 하나의 층은 전도성이어서 각각 전지 (2)의 전극을 형성한다. 유리하게는 먼저 층 (MR)은 CIGS 층의 제1면 (F1)으로부터 가로지르는 전극 (후면 전극)이다. 다음으로 전면층 (CA)과 캡슐층 (ENC) 중 하나의 층은 CIGS 층의 제2층 (CA)으로부터 가로지르는 전극 (전면전극)이다. 비제한적인 예로서, 전면층 (CA)은 전지 (2)의 양극이고 거울층 (MR)은 음극이다.
구체예에 의하면, 기판 (S)은 거울층 (MR)의 반사면 (FR)과 대향하는 면과 접촉한다. 기판 (S)은 본딩에 의해 대향하는 면 (FO)에 적용될 수 있다. 그러나 거울 층 (MR) 상에 기판 (S)을 신속하게 접속하기 위해 다른 방법, 특히 열이 고려될 수 있다.
거울층 (MR)은 CIGS 층을 통해 반사된 빛을 분산하는 도전성 금속 또는 반사 코팅일 수 있다. 반사 코팅이 도전성이 아닌 경우, 전지의 후면 전극은 제2 투명층 중 하나, 전형적으로는 예를 들면 도전성층 (C5)에 의해 이루어진다.
반사 코팅은 "백색"층으로 칭해지는 반사층으로 이루어질 수 있다.
또한, 전지 (2)의 다층 구조의 기판 (S)은 예컨대 유연성 있는 폴리머와 같은 가볍고 유연성을 가질 수 있다. 기판 (S)이 형성된 CIGS를 이미 포함하는 박층의 스택에 본딩에 의해 적용되기 때문에, 기판 (S)은 CIGS 층 형성 공정 (550℃에서 공증발)에 의해 변질될 위험 없이 낮은 융점 (500℃ 미만)을 가질 수 있다.
다른 구체예에 의하면, 박층 스택은 직접 기판 (S)상에 만들어지고, 이 경우 기판 (S)은 더 높은 융점 (바람직하게는 550 ℃ 이상)을 가지고, 따라서 CIGS 층 형성 공정 (400-550 ℃ 온도에 노출)에 내성을 가진다. 이 구체예에 의하면, 기판 (S)은 먼저 도전층 (C5)과 버퍼층 (CT)이 그 위에 증착될 거울층 (MR)으로 덮일 수 있다. CIGS층은 투명하고 도전성 있는 전면층 (CA)을 받기 전에 버퍼층 (CT) 상에 적용된다. 층 (C5)과 버퍼층 (CT)은 거울층 (NR)과 CIGS 합금층 사이에 반도체 접속을 형성하기 위해 제공될 수 있다.
단계 S1에 따르면, I-III-VI2 합금층은 기판 (또는 보다 통상적으로는 몰리브덴 (Mo) 층의 표면)의 표면 상에 증착된다. I-III-VI2 합금층의 표면, 상기에서 I-III-VI2 합금층의 제2면 (F2)로 칭하는 면은 상기 면과 접촉하고, 투과된 조사광을 수광하는 역할을 한다. I-III-VI2 합금층의 증착은 유리하게는, 특히 CIGS 형 I-III-VI2 합금을 포함할 경우 고온에서 진공 하에 공증발 공정에 따라 수행된다. 물론 다른 증착 기술이 이용될 수 있다 (전기분해 또는 기타).
단계 S2에 의하면, 하나 이상의 투명 층이 단계 S1에서 증착된 I-III-VI2 합금층 상에 증착된다. 이 증착은 I-III-VI2 합금층의 제1면 (F1) 상에 이루어진다 (여기서 상기 제1면 (F1)은 제2면 (F2)과 마주한다).
도 4를 참조하면,그 위에 I-III-VI2 합금의 CIGS 층이 증착되는 기판 (V) (여기서 몰리브덴 층 (MO)으로 피복된다)을 포함하는 단계 S1과 S2에 따라 얻어진 박층 구조의 예를 나타낸다. 도시된 실시예에 의하면, 기판 (V)은 유리계이다. 층 (MO)상에, 박층의 스택 (EMP1)이 다음 층들의 중첩으로부터 제공될 수 있다:
- 0.5 ㎛ 이하 두께의 CIGS층,
- 버퍼층 (CT) 및
- 투명한 전도층 (C5).
버퍼층 (CT)은 예를 들면 화학적 용액 성장법 (CBD)을 이용하여 수용액 중에서 화학적 경로에 의해 증착될 수 있다. 버퍼층 (CT)이 일단 형성되면, 산화 아연 (ZnO) 층 (C5)은 스퍼터링에 의해 증착된다.
단계 S3에 의하면, 거울층 (MR)은 I-III-VI2 합금층의 제1면 (F1) (단계 S1에서 얻어진) 상에 직접 증착되거나 또는 층 (C5) (단계 S2에서)를 거쳐 간접적으로 증착된다. 거울층 (MR)은 예를 들면 반사 표면의 조직화 (texturization)와 같은 사전 면 처리에 의해 증착될 수 있다.
동일한 단계 S3에 의하면, 기판 (S)은 거울층 (MR)의 증착 다음에 얻어진 층의 스택에 적용될 수 있다. 기판 (S)은 거울층 (MR)의 반대 표면 (FO) 상에 본딩에 의해 적용될 수 있다.
이 단계에서 박층 구조는 더 이상 고온에 노출되지 않고 (특히, 단계 S1에서 I-III-VI2 합금층 증착 공정에서 유래하는), 따라서 본딩에 의해 적용된 기판은 그 융점이 300 ℃ 미만인 재료, 예컨대 유연성 있는 폴리머와 같은 재료로 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계 S1, S2 및 S2의 연속 공정의 결과인 박층 구조의 샘플을 나타내며, 이는 다음을 갖는 스택 (EMP2)를 포함한다:
- CIGS 층;
- 버퍼층 (CT);
- 투명한 전도성 층 (C5); 및
- 거울층 (MR).
또한, 스택 (EMP2) 상에, 특히 거울층 (MR)과 마주보는 표면 (FO) 상에 본딩에 의해 적용될 수 있는 기판 (S)(예를 들면 낮은 융점의 유연성 있는 폴리머)이 도시된다.
단계 S4에 의하면, I-III-VI2 합금층과 몰리브덴층 (MO) 간의 계면은 탈결합된다. 사실, CIGS와 몰리브덴 사이의 계면은 낮은 접착 계수를 가진다. 이것은 기계적으로 불안정하다고 생각되며, CIGS는 몰리브덴으로부터 쉽게 탈결합되는 경향이 있다. 물론 몰리브덴 외의 다른 재료가 이 목적을 위해 사용될 수도 있다.
이 탈결합은 기판 (S)를 들어내는 동작에 의해 수행될 수 있다. 기판 (S)은 부가적으로 분리를 준비하기 위해 보충 층을 일시적으로 부가함으로써 더욱 강화될 수 있다. 이 방법에 의해, 몰리브덴층 (MO)과 기판 (V)로부터 스택 (EMP2)의 분리를 용이하게 하기 위해 CIGS 계면층과 몰리브덴층 간의 종래의 낮은 접착 계수를 이용할 수 있다.
I-III-VI2 합금층과 기판 간의 계면에서의 탈결합은 이후에 제시하는 바와 같이 전송에 의해 조사를 수광하기 위해 I-III-VI2 합금층의 제2면 (F2)를 기판으로부터 분리되도록 한다.
도 6은 탈결합의 단계 S4에서 얻어진 박층 스택의 예의 단면도를 나타낸다.
유리하게는, 단계 S4의 탈결합 후에, 기판 (V)과 층 (MO)은 다른 태양 전지 구조의 제조 시에 재사용될 수 있다 (특히, 제조 공정에서 선행 단계에서).
단계 S4의 결과로서, 기판 (V)와 층 (MO)로부터 탈결합된 층들의 스택은 적어도 하나의 CIGS 층, 거울층 (MR)과 기판 (S)을 포함한다.
단계 (S5)에 의하면, 단계 S4에서 기판으로부터 탈결합된 박층 스택은 뒤집어진다. 하나 이상의 투명층 (CA), ENC가 탈결합된 박층 스택 상에 증착된다. 투명층들은 탈결합 후에 기판으로부터 분리되는 I-III-VI2 합금층의 제2 면 (F2) 상에 증착된다. 따라서 CIGS 층은 그 면 (F2) 상에 증착된 투명층들에 의해 전송된 조사광을 수광한다. 도 7에서는, 단계 S5의 뒤집힘과 투명층 증착의 결과인 박층 스택의 일 예의 단면도를 도시한다. 이 도면에서는 뒤집힌 스택 (EMP2)과 그 위에 증착된 전지의 전면 전극을 형성하는 투명하고 전도성 전면층 (C1)과, 전지의 층의 스택을 보호하기 위한 캡슐층 (ENC)를 볼 수 있다.
이 구체예에서, 전술한 바와 같이, 기판 (S)은 거울층 (MR)의 증착 다음에 단계 S3에서 부가된다. 그러나, 기판 (S)은 단계 S4과 S5 중 어느 하나에 의한 결합에 의해 적용될 수 있다는 점 역시 이해될 수 있을 것이다.
도 9에서는, 다음에 있어서, 1000 W/m2 세기의 태양광 조사 하에서 측정된 태양 특성의 예와, 인가된 전압의 함수로서의 전류의 변화를 나타낸다.
- 몰리브덴 층 상에 증착된 2.5 ㎛ 두께의 CIGS 층을 갖는 종래의 전지 구조 (곡선 80),
- 몰리브덴 층 상에 증착된 0.4 ㎛ 두께의 CIGS 층을 갖는 종래의 전지 구조 (곡선 82),
- 전술한 단계 S1, S2, S3 및 S4에 의해 형성된, 0.4 ㎛ 두께의 CIGS층을 갖는 금 (AU)계 거울층을 포함하는 본 발명의 맥락에서의 전지 구조 (곡선 84).
전류 밀도 (mA ·cm-2()의 절대 값이 더 크면 태양 전지의 더 큰 수율이 얻어진다.
곡선 80으로부터, 2.5 ㎛ 두께의 CIGS 층을 갖는 종래의 구조가 두 개의 다른 구조와 비교할 때 최선을 결과를 제공한다는 것을 알 수 있다. 그렇지만 거울층 (MR)을 갖는 구조 (곡선 84)에 의해 동일한 CIGS 층 두께를 갖는 종래의 구조 (곡선 82)에 의해 얻어지는 것보다 더 뛰어난 특성이 얻어진다는 것 역시 알 수 있다. 거울층에 의해, 전지는 동일한 양의 재료, 예컨데 CIGS계 전지의 경우 인듐에 대해 종래의 전지보다 더 큰 수율을 제공할 수 있다.
도 10에서는, 전술한 투명한 전도성 전면층 (CA)과 태양 CIGS 합금층 간의 계면층 (CI)이 도시된다. 계면층 (CI)은 작은 두께 (예를 들면 100 nm 미만)의 박층에 증착된 큰 밴드갭 (예컨대 2 eV 초과)의 투명한 반도체일 수 있다. 투명한 계면층 (CI)은 전면층 (CA)과 CIGS 층 사이의 옴 접촉을 형성하기 위해 제공된다. 유리하게는 계면층 (CI)은 CIGS 층보다 더 큰 속도로 p-도핑될 수 있다.
변형으로서, 계면층 (CI)은 수 나노미터 두께의 구리 (Cu)일 수 있다.
도 11에는, 다음의 경우 인가된 전압의 함수로서 얻어진 전류 변화가 도시된다.
- 계면층 (CI)이 없는 전기 구조 (도 2에 도시), 곡선 100 과,
- 계면층 (CI)을 갖는 전지 구조 (도 9에 도시), 곡선 102.
이 예에서는, 전면층 (CA)은 알루미늄이 도핑된 산화아연 (ZnO)으로 형성되어 투명한 전도성층을 형성한다.
곡선 100의 경우, 전면층(CA)이 직접 CIGS와 접촉할 경우 전기 접속이 부분적으로 차단되어 태양 전지로서 바람직하지 않은 다이오드의 전기적 거동을 갖는다.
곡선 102에 의하면, 전면층 (CA)과 CIGS 층 사이에 삽입된 계면 (CI)과의 접촉은 옴 접촉이고, 낮은 저항을 갖는다. 그로 인해 얻어진 계면의 전기적 거동은 인가된 전압에 직접 비례하는 전류 이동을 나타내고, 전기적 차단을 피하면서 전류 이동을 가능하게 하고, 전극으로서 사용하기에 유리한 1 Ω·㎝-2 미만의 접촉 저항을 갖는 전자 재결합을 가능하게 한다.
따라서, 0.5 ㎛ 이하 두께의 거울층과 I-III-VI2 합금층을 갖는 태양 전지 구조에 의해 통상 2 ㎛의 두께를 갖는 종래의 I-III-VI2 합금 구조와 실질적으로 동등한 수율이 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
물론 본 발명은 예를 들어 설명한 상술한 구체예로 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 다양한 변형으로 확대될 수 있다. 그와 같은 또 다른 구체예에 의하면 특히 I-III-VI2 합금층은 I-III-VI2 합금층의 제1면을 가로지르는 반사 표면을 갖는 거울층 (MR)을 포함하는 층들의 스택 상에 직접 증착될 수 있다. 이 구체예에 의하면, 상기 구조는 구조의 탈결합을 필요로 하지 않는다.

Claims (15)

  1. 조사광을 전기로 변환하기 위한 태양 특성을 갖는 적어도 하나의 I-III-VI2 합금층 (CIGS)을 포함하는 박층 태양 전지 구조로서, 상기 구조는 적어도
    - 조사광의 일부를 반사하는 표면 (FR)을 포함하는 하나의 거울층 (MR)으로서, 상기 반사 표면 (FR)은 I-III-VI2 합금층의 제1면 (F1)을 마주하여 상기 제1면 상에서 반사된 조사광을 수광하는 것이고,
    - I-III-VI2 합금층과 마주하는 제2면 (F2) 상에서 전송된 조사광을 수광하기 위한 조사광에 대해 투명한 하나 이상의 제1층 (CA, ENC)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거울층 (MR)은 전도성 금속층인 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 거울층 (MR)은 비금속이며, 확산성이고, 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  4. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 거울층 (MR)의 반사 표면 (FR)은 상기 조사광에 대해 투명한 하나 이상의 중간 제2층 (CT, C5)을 갖는, I-III-VI2 합금층 (CIGS)의 제1면 (F1)과 마주보며, 상기 층 중 적어도 하나 (C5)는 투명한 전기적으로 전도성인 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  5. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 하나 이상의 투명한 제1층 (CA, ENC)은 캡슐화를 위해 적어도 하나의 표면 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  6. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 하나 이상의 투명한 제1층 (CA, ENC)은 적어도 하나의 전도층을 포함하여 태양 전지 전극의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  7. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전도성 투명층 (CA)과 상기 I-III-VI2 합금층 (CIGS) 사이에 투명하고 낮은 저항의 옴 접촉 중간층 (CI)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  8. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 I-III-VI2 합금층 (CIGS)은 0.5 ㎛ 이하의 두께인 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  9. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 태양 전지판에 결합하기 위한 수단을 포함하고, 상기 조사광은 태양광인 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  10. 전술항 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기
    - I-III-VI2 합금층 (CIGS),
    - 거울층 (MR) 및
    - 하나 이상의 제1 투명층 (CA, ENC)를 위한 기판을 더 포함하며,
    상기 기판은 500 ℃ 이하의 융점을 가진 물질로 만들어질 수 있는 것을 특징으로 하는 것인 태양 전지 구조.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판 (S)은 300 ℃ 미만의 융점을 가진 폴리머로 만들어진 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  12. 제10항 및 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 기판 (S)은 상기 반사 표면 (FR)과 마주보는 표면 (FO) 상에서 거울층 (MR)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 구조.
  13. 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 의한 구조를 포함하는 태양 전지의 제조 방법으로서, 적어도 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    a) 표면 상에 I-III-VI2 합금 층(CIGS)를 증착하는 단계로서, 상기 I-III-VI2 합금 층의 제2 (F2)은 상기 표면과 접촉하는 것인 단계 (S1),
    b) 제2면 (F2)와 마주보는, I-III-VI2 합금 층 (CIGS)의 상기 제1면 (F1) 상에 직접 또는 간접적으로 거울층 (MR)을 증착하는 단계 (S3),
    (c) I-III-VI2 합금 층 (CIGS)의 상기 제2면 (F2) 상에 직접 또는 간접적으로 상기 하나 이상의 제1 투명층 (CA, ENC)을 증착하는 단계 (S5).
  14. 제13항에 있어서, 단계 c) 전에, 제2면 (F2)에 의해 상기 표면으로부터 적어도 I-III-VI2 합금 층 (CIGS)을 탈결합하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 a)와 b) 사이에 I-III-VI2 합금 층 (CIGS)의 제1 면 (F1) 상에 상기 조사광에 투명한 하나 이상의 박층 (CT, C5)을 적층하는 공정 (S2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016005925A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Morgan Solar Inc. Device for harvesting direct light and diffuse light from a light source
JP6411259B2 (ja) * 2015-03-19 2018-10-24 国立研究開発法人産業技術総合研究所 太陽電池の製造方法
FR3095523B1 (fr) * 2019-04-25 2022-09-09 Centre Nat Rech Scient Miroir pour cellule photovoltaïque, cellule et module photovoltaïques

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004119491A (ja) * 2002-09-24 2004-04-15 Sharp Corp 薄膜太陽電池の製造方法およびその方法で製造された薄膜太陽電池
US20050028451A1 (en) * 2003-08-06 2005-02-10 Jennifer Knoepp Weather screen apparatus
SE0400631D0 (sv) * 2004-03-11 2004-03-11 Forskarpatent I Uppsala Ab Thin film solar cell and manufacturing method
JP4783117B2 (ja) * 2005-10-21 2011-09-28 東レ・ダウコーニング株式会社 シリカ系ガラス薄層付き無機質基板、その製造方法、コーテイング剤および半導体装置
JP5054355B2 (ja) * 2006-11-13 2012-10-24 株式会社カネカ 光電変換装置
US20090078316A1 (en) * 2007-09-24 2009-03-26 Qualcomm Incorporated Interferometric photovoltaic cell
CA2738505A1 (en) * 2008-10-27 2010-05-06 The Regents Of The University Of Michigan Inverted organic photosensitive devices
US20100248413A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 David Strand Monolithic Integration of Photovoltaic Cells
WO2010140522A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP2011044572A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Kaneka Corp 光電変換装置
JP4745450B2 (ja) * 2009-10-06 2011-08-10 富士フイルム株式会社 バッファ層とその製造方法、反応液、光電変換素子及び太陽電池

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