KR20200088898A - 추가 도전성 라인을 갖는 박막 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

추가 도전성 라인을 갖는 박막 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200088898A
KR20200088898A KR1020207018910A KR20207018910A KR20200088898A KR 20200088898 A KR20200088898 A KR 20200088898A KR 1020207018910 A KR1020207018910 A KR 1020207018910A KR 20207018910 A KR20207018910 A KR 20207018910A KR 20200088898 A KR20200088898 A KR 20200088898A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
electrode
line
photoactive layer
cell
Prior art date
Application number
KR1020207018910A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102497067B1 (ko
Inventor
서우 펑
미하엘 하르
신젠 인
간화 푸
크리쉬나쿠마르 벨라판
바스티안 지프헨
Original Assignee
차이나 트라이엄프 인터내셔널 엔지니어링 컴퍼니 리미티드
씨티에프 솔라 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 차이나 트라이엄프 인터내셔널 엔지니어링 컴퍼니 리미티드, 씨티에프 솔라 게엠베하 filed Critical 차이나 트라이엄프 인터내셔널 엔지니어링 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20200088898A publication Critical patent/KR20200088898A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102497067B1 publication Critical patent/KR102497067B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

적어도 하나의 박막 셀(100)을 포함하는 새로운 박막 장치를 제공하며, 박막 셀(100)은 제1 전극(101), 광활성층(102), 및 제2 전극(103)을 포함하고, 광활성층(102)은 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 추가 도전성 라인(104a)은, 박막 셀(100)의 활성 영역(108) 내에 배치되고, 광활성층(102) 내에 포함되고, 제1 전극(101)과 전기적으로 상호접속된다. 또한, 적어도 하나의 박막 셀(100)을 포함하는 박막 장치를 형성하는 방법을 제공하며, 박막 셀(100)은 제1 전극(101), 광활성층(102), 및 제2 전극(103)을 포함하고, 광활성층(102)은 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 사이에 배치된다.

Description

추가 도전성 라인을 갖는 박막 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 새로운 박막 장치 및 이러한 박막 장치의 제조 방법을 기술한다. 특히, 본 발명은, 장치의 활성 영역 내에 형성되고 광활성층(photoactive layer)에 포함되고 제1 전극에 전기적으로 접속된 추가 도전성 라인과 함께 제1 전극, 광활성층, 및 제2 전극을 포함하는 박막 장치를 기술한다.
박막 태양 전지와 같은 박막 장치는 일반적으로 제1 전극, 적어도 하나의 광활성층, 및 제2 전극을 포함한다. 박막 태양 전지 장치는 전극층과 광활성층 사이에 하나 이상의 버퍼층을 포함할 수 있다. 박막 태양 전지에서, 햇빛을 향하는 전극은 일반적으로 햇빛이 광활성층 내로 통과할 수 있도록 투명한 재료로 제조된다. 박막 태양 전지의 제1 및 제2 전극은 생성된 전하 캐리어를 방전하기 위한 접촉 전극으로서 기능한다. 박막 태양 전지에서 생성된 전체 전류는 투명 도전성 재료에 의해 전달된다. 투명 도전성 산화물(TCO)은 대부분 박막 태양 전지, 터치 스크린 또는 액정 디스플레이와 같은 박막 장치에서 투명 도전성 전극으로서 사용된다. 일반적으로 사용되는 TCO는 인듐 주석 산화물(ITO) 및 불소 주석 산화물(FTO), 알루미늄 도핑된 산화 아연(AZO), 또는 도핑되거나도핑되지 않은 다른 임의의 2차 또는 3차 산화물이며, 8 Ω/□ 내지 17 Ω/□ 정도의 시트 저항 및 가시 범위에서 82%가 넘는 평균 투과율을 나타낸다.
투명 전극 재료의 높은 시트 저항은 저 충전율로 표현되는 박막 태양 전지 또는 모듈의 효율을 방해한다. 투명 전극 재료의 손실을 감소시키고 도전성을 향상시키기 위해, 다른 기술들이 개발되었다.
TCO 도전성을 증가시키는 한 가지 방법은 샌드위치 층(TCO/금속/TCO)으로서 TCO 층들 사이에 금속 라인을 포함하는 것이다[1]. 그러나, 이러한 미세 패턴형 구조는 박막 모듈 생산에서 실현하기 어렵고, 또한, 셀 생산의 연속적인 고온 공정 단계들을 견딜 수 없다.
US 2014/0090685 A1은, 절연 기판과 투명 도전성 산화물 사이에 도전성 메시를 통합하여 투명 도전성 산화물로 코팅된 유리 기판의 도전성을 개선함으로써 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 공정을 기술하고 있다. 도전성 메시는, 네이키드(naked) 유리 기판에 연신된 홈에 삽입된 후 투명 도전성 산화물로 코팅될 수 있거나 유리 기판 위에 직접 인쇄될 수 있다.
복수의 박막 태양 전지를 박막 모듈에 접속하는 것은, 박막 모듈의 전기적 출력 파라미터를 조절하는 데 사용된다. 개별 박막 셀들의 직렬 접속에 의해 더욱 높은 전압을 달성할 수 있는 한편, 병렬 접속은 박막 모듈의 더욱 높은 전류 레벨에 도달한다.
일반적으로, 제1 전극, 광활성층, 및 제2 전극으로서 기능하는 층들은, 모든 박막 셀 및 개별 셀들에 대한 연속 층들로서 형성되고, 또한, 개별 셀들의 직렬 또는 병렬 접속이 구조화 공정에 의해 형성된다. 복수의 박막 셀의 직렬 접속은, 일반적으로 박막 모듈 제조 공정에 통합된 3단계 구조화 공정에 의해 수행된다.
3단계 구조화 공정은, 레이저 스크라이빙 공정, 기계적 스크라이빙 공정, 및/또는 화학적 에칭 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있고, 박막 셀당 각각 3개의 평행한 스크라이빙 라인을 생성한다. 이들 3개의 스크라이빙된 라인은, 각각의 박막 셀의 영역을, 전하 캐리어가 발생하는 "활성 영역" 및 전하 캐리어가 발생하지 않으며 3개의 스크라이빙 라인이 위치하는 "데드 영역"(dead area) 또는 스크라이빙 영역으로 분할한다.
예를 들어, 종래 기술에 따르면, 레이저 스크라이빙 공정은, "P1", "P2", 및 "P3" 스크라이빙으로 알려진 3개의 상이한 레이저 스크라이빙 라인을 형성하여 개별 박막 셀들을 박막 모듈 내에서 직렬로 모놀리식으로상호접속하는 단계를 포함한다. 3개의 스크라이빙 라인은, 박막 모듈 내에서 전류 흐름 방향에 직각으로 연장되고 각각 약 30 ㎛ 내지 50 ㎛의 전형적인 폭으로 서로 평행하게 연장되어, 박막 모듈이 포함하는 각각의 박막 셀 내에 140 ㎛ 내지 300 ㎛ 폭의 스크라이빙 영역("데드 영역")을 초래한다. ("P1" 스크라이빙으로 알려진) 제1 스크라이빙 라인은, 적어도 제1 전극의 층을 관통하고 개별 박막 셀들의 제1 전극들을 분리하며, 여기서 제1 전극은 투명 도전성 재료로 제조된 것이다. 광활성층을 통한 ("P2" 스크라이빙으로 알려진) 제2 스크라이빙 라인은, 도전성 재료로 충전된 후, 인접한 박막 셀들을 전기적으로 직렬 접속하기 위한 접촉 라인을 형성한다. 결과적으로, 제1 박막 셀의 제1 전극은 이웃하는 제2 박막 셀의 제2 전극에 전기적으로 접속된다. 적어도 제2 전극을 통한 ("P3" 스크라이빙으로 알려진) 제3 스크라이빙 라인은 개별 박막 셀들의 제2 전극들을 분리한다. 각각의 박막 셀의 폭은, 스크라이빙 영역 또는 "데드 영역"으로 알려진 3개의 스크라이빙 라인의 한 세트의 폭과 박막 셀의 "활성 영역"의 폭의 합에 의해 정의된다. 따라서, 폭은, 직렬로 접속된 상이한 셀들이 연속적으로 배치되고 전류가 박막 모듈 내에서 흐르는 방향을 따른 박막 셀의 연장부로서 정의된다. 개별 박막 셀의 길이는 박막 셀의 폭에 수직으로 연장된다.
박막 태양 전지에 의해 생성되는 전압은, 박막 태양 전지 내에 사용되는 광활성 재료에 의존하고, 광활성 재료를 변화시킴으로써 가변될 수 있다. 박막 태양 전지에 의해 생성되는 전류는 박막 태양 전지의 "활성 영역"의 면적, 특히 "활성 영역"의 폭에 의존한다.
모듈 출력 전압은, 모듈에서의 활성 태양 전지의 수 및 스트링(들)의 직렬 또는 병렬 접속 및 이들의 조합과 같은 스트링 접속 모드에 의존한다. 스트링은 직렬로 접속된 다수의 셀을 포함할 수 있다.
제1 전극의 높은 시트 저항은 저항 손실을 유발하고 개별 박막 태양 전지의 가능한 폭을 제한한다. 그러나, 박막 태양 전지의 작은 폭은, 감소된 모듈 출력 전류와 직렬로 접속된 증가된 개수의 셀들로 인해 더 높은 모듈 출력 전압을 초래한다. 이러한 고 전압 모듈은, 직렬로 접속되는 모듈의 수를 제한하므로 태양광 공원 건설에 바람직하지 않다. 또한, 셀 폭을 감소시키고 개별 박막 태양 전지들을 접속하려면 3개의 스크라이빙 라인의 여러 세트가 필요하므로, 박막 모듈의 총 "활성 영역"이 감소된다.
박막 모듈의 출력 파라미터는 자유롭게 조절될 수 없다는 단점이 있다.
[1] Guillen C. et al "TCO/metal/TCO structures for energy and flexible electronics", Thin Solid Films 520 (2011) 1-17
본 발명의 목적은, 투명 전극 재료의 높은 시트 저항으로 인한 단점을 감소시키는, 새로운 박막 장치 및 이러한 박막 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 추가 도전성 라인을 포함함으로써 청구항 1에 따른 박막 장치에 의해 달성되고, 청구항 12에 따른 방법에 의해 달성되며, 유리한 실시예들은종속항들에 개시되어 있다.
새로운 박막 장치는 적어도 하나의 박막 셀을 포함하고, 박막 셀은 제1 전극, 광활성층, 및 제2 전극을 포함하고, 광활성층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되며, 적어도 하나의 추가 도전성 라인은, 박막 셀의 "활성 영역" 내에 배치되고, 광활성층 내에 포함되고, 제1 전극과 전기적으로 상호접속되고 제2 전극으로부터 전기적으로 절연된다. 박막 셀의 "활성 영역"은, (상면도로 불 때) 광전 변환이 발생하는 측방향 영역이다. 박막 장치가 태양 전지이면, 그 영역에서 전하 캐리어가 발생한다.
전기적으로 접속된다는 것은, 전류 흐름을 가능하게 하는 직접적인 물리적 접촉이 있다는 것을 의미한다. 전기적으로 절연된다는 것은, 직접적인 물리적 접촉이 없으며 박막 장치에 일반적으로 존재하는 정상적인 전기적 조건 하에서 전류 흐름이 방지된다는 것을 의미한다.
박막 장치는, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 도펀트 또는 합금(CdZnTe, CdTe:Se 등)，구리 인듐갈륨셀레나이드(CIGS), 박막 실리콘, 케스테라이트, 페로브스카이트, 도전성 유기 중합체, 작은 유기 분자, 또는 이들의 조합으로서 CdTe 내의 적절한 원소들을 포함하는 다른 임의의 CdTe 흡수제 유도체와 같이 사용되는 광활성층의 유형에 관계없이 박막 태양 전지일 수 있으며, 여기서 개별 박막 태양 전지들은, 복수의 박막 태양 전지를 포함하는 박막 태양 모듈 내에서 직렬 및/또는 병렬로 접속된다.
박막 장치는 다중 접합 박막 태양 전지일 수 있다. 다중 접합 박막 태양 전지는, 서로 적층된 두 개 이상의 박막 태양 전지 또는 광활성층을 포함한다. 추가 실시예에서, 광활성층은, 입사되는 태양광을 전기 에너지로 변환하며 이에 따라 박막 태양 전지에 사용하기에 적합한 임의의 반도체 재료로 구성될 수 있다. 광활성 재료는, 비정질, 수소화 비정질, 미세 결정질 또는 결정질 실리콘을 포함하는 박막 실리콘, 갈륨 비소와 같은 III-V 반도체, 카드뮴 텔루라이드와 같은 II-VI 반도체, 구리 인듐갈륨셀레나이드와 같은 I-III-VI 반도체, 케스테라이트, 페로브스카이트, 유기 반도체, 또는 이들의 조합일 수 있다. 광활성층은 또한 상이한 광활성 재료들의 층 스택일 수 있다.
박막 장치는, 또한, 발광 장치일 수 있으며, 예를 들어, 복수의 발광 장치를 포함하는 디스플레이 또는 발광 다이오드일 수 있다.
제1 및 제2 전극은 동일한 도전성 재료 또는 상이한 도전성 재료들로 구성될 수 있다. 도전성 재료는 금속, 금속 합금, 도전성 산화물, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 도전성 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전극의 전기 전도도는 제2 전극의 전기 전도도보다 작다. 전극층은, 또한, 도전층, 반도체 버퍼층, 적절한 원소 확산 방지층, 및/또는 고 저항 버퍼층을 포함하는 층 스택일 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제1 전극은 투명한 도전성 재료로 제조된다. 바람직하게, 투명 도전성 재료는, 투명 도전성 산화물(TCO)을 포함하고, 통상의 기술자에게 공지된 임의의 투명 도전성 산화물일 수 있으며, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 또는 다른 임의의 도핑되거나도핑되지 않은 2차 또는 3차 산화물일 수 있다.
다른 일 실시예에서, 제2 전극은, 예를 들어, 몰리브덴, 니켈, 또는 크롬인, 금속 또는 금속 합금으로 제조된다.
추가 실시예에서, 본 발명에 따른 박막 장치는 복수의 박막 전지를 포함하고, 복수의 박막 전지는, 접촉 라인에 의해 제1 셀의 제1 전극을 제2 셀의 제2 전극과 전기적으로 접속함으로써 박막 모듈에 직렬로 접속된다.
본 발명에 따르면, 저항 손실 및 투명 도전성 재료의 시트 저항으로 인한 박막 태양 전지의 충전율의 대응하는 손실은, 박막 셀의 "활성 영역" 내에 적어도 하나의 추가 도전성 라인을 포함함으로써 박막 셀 폭을 감소시키지 않고서 감소된다. 개별 박막 셀의 "활성 영역"은, "활성 영역" 내에 적어도 하나의 추가 도전성 라인이 없고 개별 박막 셀의 동일한 폭을 갖는 박막 모듈에 비해 약간 감소된다. 박막 셀의 "데드 영역"은, 추가 도전성 라인으로 인해 추가 도전성 라인의 폭만큼 약간 증가되고, 단락 전류의 손실을 초래한다. 그러나, 유리하게는, 생성된 전하 캐리어들이 적어도 하나의 추가 도전성 라인에 의해 수집되고 제1 전극으로 전달되므로, 충전율의 이득을 관찰할 수 있다. 이 효과는 "데드 영역"의 증가를 과도하게 보상한다.
또한, 개별 박막 셀의 "활성 영역" 내에 적어도 하나의 추가 도전성 라인을 배치함으로써, 개별 박막 셀의 폭이 증가될 수 있고, 따라서 박막 셀의 총 "데드 영역"이 증가될 수 있고 박막 모듈의 총 데드 영역이 감소될 수 있다. 유리하게, 박막 모듈의 총 "데드 영역"은, 추가 도전성 라인이 없는 데드 영역의 2% 내지 70%로, 바람직하게는 추가 도전성 라인이 없는 데드 영역의 50%로 감소된다.
유리하게는, 박막 셀의 "활성 영역" 내에 적어도 하나의 추가 도전성 라인을 포함함으로써, 박막 셀의 크기를 모듈의 사용자가 원하는 박막 모듈의 전기적 출력 파라미터로 조절할 수 있다.
하나 이상의 추가 도전성 라인은, 생성된 전하 캐리어를 수집하고 제1 전극의 저항 손실을 감소시키기에 적합한 임의의 방식으로 "활성 영역" 내에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 추가 도전성 라인은, 3개의 스크라이빙 라인의 한 세트에 평행하게, 바람직하게 박막 셀의 "활성 영역"의 중간에 배치된다.
추가 일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인은, 구조화 스크라이빙의 길이의 1% 내지 100%, 바람직하게는 구조화 스크라이빙의 길이의 적어도 50%의 길이를 갖는다. 특정 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인은 구조화 스크라이빙과 동일한 길이를 갖는다.
추가 일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인은 직선 또는 곡선이다.
추가 일 실시예에서, 하나보다 많은 추가 도전성 라인이 박막 셀의 "활성 영역"에 포함된다.
추가 일 실시예에서, 2개의 추가 도전성 라인은 박막 셀의 "활성 영역" 내에 배치되고, 여기서 제1 추가 도전성 라인은 3개의 스크라이빙 라인에 평행하게 배치되고, 제2 추가 도전성 라인은 3개의 스크라이빙 라인에 수직으로 배치되며, 이에 따라 제1 및 제2 추가 도전성 라인이 서로 교차한다.
추가 일 실시예에서, 제1 추가 도전성 라인은 박막 태양 전지의 "활성 영역"의 중간에 배치되며, 중간은 박막 태양 전지의 폭에 대해 정의된다.
추가 일 실시예에서, 제2 추가 도전성 라인은, 예를 들어, 추가 도전성 라인들과 이웃하는 박막 셀들 간의 전기적 접촉이 형성되지 않도록 제1 스크라이빙 라인들("P1" 스크라이빙)에 의해 차단된다.
2개의 추가 도전성 라인은 동일한 폭을 가질 수 있다. 추가 일 실시예에서, 제2 도전성 라인의 폭은 제1 도전성 라인의 폭보다 크다. 추가 도전성 라인의 측방향연장부는 추가 도전성 라인의 폭과 길이이고, 여기서 도전성 라인의 폭은 추가 도전성 라인의 측방향연장부들 중 작은 측방향연장부이다. 추가 일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인의 적어도 일단 부분은, 접촉 라인에 가능한 한 가깝게 배치되며, 이러한 접촉 라인은 제2 스크라이빙 라인을 도전성 재료로 충전함으로써 형성된다. 도전성 라인과 접촉 라인 사이의 거리는 50 ㎛ 내지 1 mm의 범위에 있을 수 있다. 바람직하게는, 추가 도전성 라인과 접촉 라인 사이에 직접적인 전기적 접촉부가 형성된다.
추가 일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인은, 10 ㎛ 내지 10 cm의 폭, 바람직하게는 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 폭, 특히 바람직하게는 50 ㎛ 내지 100 ㎛의 폭을 가지며, 여기서 추가 도전성 라인의 폭은, 박막 태양 전지의 폭 및 박막 태양 전지의 "활성 영역"에 적절하게 비례한다. 또한, 추가 도전성 라인의 총 면적은 박막 태양 전지의 "활성 영역"의 총 면적보다 작다.
추가 일 실시예에서, 도전성 라인은 광활성층 내에서 광활성층의 높이의 1% 내지 99%의 높이를 갖는다. 바람직하게, 광활성층 내의 도전성 라인의 높이는 광활성층의 높이의 50%를 초과한다. 높이는, 제1 및 제2 전극을 접속하는 방향을 따른 도전성 라인 또는 광활성층의 연장부이다.
추가 일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인은, 광활성층 내의 "활성 영역" 내에서 레이저, 기계적 에칭 공정, 화학적 에칭 공정, 또는 물리적 에칭 공정에 의해 생성될 수 있는 홈에 매립된다. 바람직하게, 홈은 레이저 공정에 의해 생성된다. 홈은, 제1 전극에 인접하고, 제1 전극의 표면으로부터 하나 이상의 광활성층으로 연장된다. 제1 전극이 상이한 도전성들을 갖는 층들을 포함하는 경우, 홈은 바람직하게 가장 높은 도전성을 갖는 층에 인접하고, 즉, 광활성층과 최고 도전성을 층 사이에 놓인 다른 층들은 홈에 의해 관통된다. 그러나, 홈이 이러한 다른 층들을 관통하지 않는 것도 가능하며, 이러한 다른 층들은, 예를 들어, 고 저항 버퍼층들일 수 있다. 이 경우, 홈 내의 추가 도전성 라인으로부터 최고 도전성을 갖는 층으로의 전류 흐름은 터널링 또는 다른 도전성 메커니즘에 의해 실현된다.
추가 일 실시예에서, 홈은, 적어도 하나의 추가 도전성 라인을 형성하기 위해 도전성 재료로 적어도 부분적으로 충전된다. 도전성 재료는, 제1 전극으로서 사용되는 도전성 재료의 도전성보다 높은 도전성을 갖는 임의의 재료일 수 있으며, 바람직하게는 탄소, 은 또는 구리와 같은 금속, 또는 금속 합금이나 다른 임의의 유기 도전성 중합체, 또는 다른 임의의 무기 도전성 중합체 재료이다. 추가 일 실시예에서, 도전성 라인을 형성하도록 홈을 충전하기 위한 도전성 재료는 제2 전극을 형성하는 재료와 동일하다.
추가 일 실시예에서, 홈은 광활성층 내에서 1% 내지 99%의 높이까지 도전성 재료로 충전된다. 바람직하게, 홈은, 광활성층 내에서 적어도 50%의 높이, 가장 바람직하게는 광활성층 내에서 70% 내지 80%의 높이까지 도전성 재료로 충전된다.
추가 일 실시예에서, 적어도 하나의 추가 도전성 라인을 형성하도록 홈에 충전되는 도전성 재료는 제1 전극에 인접한다. 바람직하게, 도전성 라인 및 제1 전극은, 도전성 라인에 의해 수집되는 전하 캐리어를 제1 전극으로 전달할 수 있도록 직접적인 전기적 접촉을 형성한다. 추가 일 실시예에서, 홈은 절연 재료로 추가로 충전된다. 절연 재료는, 전기 도전성이 낮고 추가 도전성 라인과 제2 전극 간의 전류 흐름, 바람직하게는 유기 또는 무기 비도전성중합체 또는 이들의 조합을 방지하는 임의의 재료일 수 있다.
추가 일 실시예에서, 홈은 광활성층 내의 높이의 100%에 도달하도록 절연 재료로 충전된다. 이는 홈이 전체 광활성층을 관통하여 제1 전극으로부터 제2 전극으로 도달하는 것을 의미하며, 절연 재료가 도전성 재료와 제2 전극 사이에 배치되도록 홈이 상술한 바와 같은 도전성 재료 및 절연 재료로 충전된다. 결과적으로, 제2 전극은 도전성 라인으로부터 전기적으로 절연된다. 홈은 심지어 제2 전극 내로 연장될 수 있으며, 여기서 절연 재료는 홈의 제2 전극 내로 연장되는 부분에 배치된다.
본 발명은, 또한, 본 발명에 따른 박막 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은,
a 제1 전극을 형성하는 단계,
b 제2 전극을 형성하는 단계,
c 제1 전극과 제2 전극 사이에 광활성층을 형성하는 단계, 및
d 적어도 하나의 광활성층 내에 도전성 라인을 형성하는 단계를 포함하고,
도전성 라인은 제1 전극과 전기적으로 상호접속되고 제2 전극으로부터 전기적으로 절연된다.
추가 일 실시예에서, d 단계는,
x 광활성층 내에 홈을 형성하는 단계, 및
xx 도전성 재료가 제1 전극과 전기적으로 상호접속되도록 홈을 도전성 재료로 적어도 부분적으로 충전하는 단계를 포함한다.
추가 일 실시예에서, 홈은, xx 단계에서만 도전성 재료로 부분적으로 충전되며, 그 방법은, xxx 홈을 절연 재료로 충전하여 도전성 재료를 제2 전극으로부터 전기적으로 절연하는 단계를 더 포함한다.
부분적으로 충전한다는 것은, 광활성층 내의 홈의 전체 높이의 일부만이 도전성 재료로 충전된다는 것을 의미한다. 측방향연장부에서, 바람직하게, 홈의 전체 폭은, 도전성 재료가 광활성층에 직접 인접하도록 도전성 재료로 충전된다.
추가 일 실시예에서, 본 발명에 따른 박막 장치는 다음에 따르는 공정 단계들에 의해 적절한 기판 상에 제조되며, 이러한 단계들은, 제1 전극을 기판 상에 형성하는 단계(단계 a), 제1 전극 상에 광활성층을 형성하는 단계(단계 c), 광활성층 내에 홈을 형성하는 단계(단계 x), 도전성 재료가 제1 전극과 전기적으로 상호접속되도록 홈을 도전성 재료로 부분적으로 충전하는 단계(단계 xx), 나머지 홈을 절연 재료로 충전하여 도전성 재료를 제2 전극으로부터 전기적으로 절연하는 단계(단계 xxx), 및 광활성층과 절연 재료 상에 제2 전극을 최종 형성하는 단계(단계 b)이다. 이 공정 순서를 수퍼스트레이트(superstrate) 구성이라고 칭한다.
다른 일 실시예에서, 본 발명에 따르는 박막 장치는 다음에 따르는 공정 단계들에 의해 적절한 기판 상에 제조되며, 이 단계들은, 제2 전극을 기판 상에 형성하는 단계(단계 b), 광활성층을 제2 전극 상에 형성하는 단계(단계 c), 광활성층 내에 홈을 형성하는 단계(단계 x), 도전성 재료가 제1 전극과 전기적으로 접속되도록 홈을 도전성 재료로 충전하는 단계(단계 xx), 및 광활성층과 도전성 재료 상에 제1 전극을 최종 형성하는 단계(단계 a)이다. 이 공정 순서를기판수퍼스트레이트 구성이라고 칭한다. 광활성층 내의 홈이 제2 전극에 도달하면, 먼저, 홈이 절연 재료로 부분적으로 충전되어, 도전성 재료를 제2 전극으로부터 전기적으로 절연하고(단계 xxx), 이어서 나머지 홈이 도전성 재료로 충전된다(단계 xx).
박막 장치에 적합한 기판은, 통상의 기술자에게 공지된 임의의 것, 예를 들어, 금속 또는 플라스틱 호일 또는 시트와 같은 유리 기판 또는 호일 기판일 수 있다.
기판 구성에서 박막 디바이스를 제조하도록 기판으로서 사용되는 금속 호일 또는 시트를 제공하는 단계는, 단계 b를 대체할 수 있는데, 즉, 제2 전극을 형성하는 단계를 대체할 수 있다.
제1 및 제2 전극과 광활성층은, 통상의 기술자에게 공지된 다양한 코팅 기술에 의해, 예를 들어, 스퍼터링 또는 증발 공정과 같은 물리 기상 증착(PVD) 공정 및/또는 화학 기상 증착(CVD) 공정에 의해 전체 기판 표면 위에 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 홈을 도전성 및/또는 절연 재료로 홈을 채우는 단계는, 인쇄 공정, 바람직하게는 스크린 또는 잉크젯 인쇄 공정에 의해 수행된다. 그러나, 다른 알려진 기술들도 사용될 수 있다.
추가 일 실시예에서, 홈을 절연 재료로 홈을 채우는 단계는 포토레지스트 공정으로 수행될 수 있으며, 이 공정은, 광활성층과 홈을 포토레지스트 재료로 코팅하는 단계, 포토레지스트 재료를 노광 및 현상하는 단계, 및 홈 이외의 영역으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 방식으로 제조된 박막 장치는, 제1 전극과 전기적으로 접속되고 제2 전극으로부터 전기적으로 절연된 적어도 하나의 추가 도전성 라인을 포함하고, 따라서, 생성된 전하 캐리어를 수집하여 제1 전극으로 전달하여 제1 전극의 시트 저항으로 인한 한계를 극복할 수 있게 한다.
추가 일 실시예에서, 박막 장치는 제1 박막 셀과 제2 박막 셀을 포함하고, 제1 및 제2 박막 셀의 제1 전극, 광활성층, 및 제2 전극은, 각각 연속 층으로서 형성된다. 이 경우, 박막 장치를 제조하기 위한 방법은,
i. 개별 박막 셀들의 제1 전극들의 분리를 위해 적어도 제1 전극의 층을 통해 제1 라인을 스크라이빙하는 단계,
ii. 다음에 따르는 단계들 중 하나의 단계에서 박막 장치 내에서 광활성층을 통해 제1 라인에 평행하게 제2 라인을 스크라이빙하여 제1 박막 셀의 제1 전극과 제2 박막 셀의 제2 전극의 상호접속을 위한 접촉 라인을 생성하는 단계,
iii. 개별 박막 셀들의 제2 전극들의 분리를 위해 적어도 제2 전극의 층을 통해 제1 및 제2 라인에 평행하게 제3 라인을 스크라이빙하는 단계,
iv. 제1 스크라이빙 라인을 절연 재료로 충전하는 단계, 및
v. 상기 제2 스크라이빙 라인을 도전성 재료로 충전하여 개별 박막 셀들의 전기적 직렬 접속을 위한 접촉 라인을 형성하는 단계를 더 포함한다.
추가 일 실시예에서, 제1 라인, 제2 라인, 및 제3 라인은, 박막 장치의 제조 공정에 통합되는, 레이저, 기계적 에칭 공정, 또는 화학적 에칭 공정에 의해 스크라이빙된다. 바람직하게, 제1 라인, 제2 라인, 및 제3 라인은 레이저 공정에 의해 스크라이빙된다.
추가 일 실시예에서, 제1 및 제2 스크라이빙 라인은 레이저 공정에 의해 스크라이빙되고, 제3 라인은 기계적 스크라이빙 공정에 의해 스크라이빙된다. 유리하게는, 기계적 스크라이빙 공정에 의해 제3 라인을 스크라이빙한다.
일 실시예에서, 제1 라인을 절연 재료로 충전하는 단계는, 인쇄 공정, 바람직하게는 잉크젯 또는 스크린 인쇄 공정에 의해 실행된다.
단계(x, xx, xxx) 및 단계(i 및 ii)는 임의의 가능한 순서로 실행될 수 있다.
유리하게, 박막 장치 생산 라인의 효율을 개선하기 위해, 추가 단계(ii) 및 단계(x)는 임의의 순서로 서로 후속적으로 수행되는데, 즉, 단계(ii)는 단계(x)에 후속하거나 단계(x)가 단계(ii)에 후속하며, 이들 단계 중 첫 번째 단계는 단계(c)에 후속한다. 바람직하게, 단계들(ii 및 x)은 서로 직접적으로 후속된다. 따라서, 광활성층 내의 홈과 제2 라인은, 박막 장치 생산 라인 내의 동일한 스크라이빙 툴에 의해 하나의 제조 단계로 스크라이빙될 수 있다.
추가 일 실시예에서, 추가 단계(i)는 단계(xx)에 후속한다. 유리하게, 단계(i)는 추가 도전성 라인을 자동적으로 중단시키며, 이러한 라인은 3개의 스크라이빙 라인에 평행하지 않으면서 이들 라인을 가로지르며 이에 따라 박막 장치의 분로(shunting)를 방지한다.
추가 일 실시예에서, 단계(xxx) 및 추가 단계(iv), 즉, 홈과 제1 라인을 절연 재료로 충전하는 것은 박막 장치 생산 라인 내에서 동일한 인쇄 툴에 의해 하나의 제조 단계로 수행된다.
추가 일 실시예에서, 단계(b)는 제2 라인을 제2 전극의 재료로 자동으로 충전시키며, 이것이 추가 단계(v)이며, 이때, 양측 단계는, 별도의 제조 단계가 필요 없게끔 개별 박막 셀들의 전기적 직렬 접속을 위한 접촉 라인을 형성하도록 하나의 제조 단계로 수행된다. 이어서, 추가 단계(iii)가 수행된다.
추가 일 실시예에서, 제2 라인을 도전성 재료로 충전하는 것은 인쇄 공정에 의해 수행된다.
유리하게, 전술한 방식으로 박막 장치 제조 공정을 실현함으로써 제조 비용을 감소시키며, 박막 장치 생산 라인에는 겨우 2개의 레이저 스크라이빙툴이 필요한데, 한 레이저 스크라이빙 툴은 하나의 제조 단계로 추가 도전성 라인을 위해 홈 또는 홈들과 제2 라인을 스크라이빙하기 위한 것이고, 나머지 하나의 레이저 스크라이빙 툴은 제1 라인을 스크라이빙하기 위한 것인 한편, 제3 라인은 바람직하게 기계적 공정에 의해 스크라이빙된다.
또한, 유리하게는, 박막 태양 전지의 "활성 영역"에 추가 도전성 라인을 포함시켜 개별 박막 셀 폭을 변경함으로써 개선된 충전율을 갖는 박막 모듈을 제조할 수 있게 함으로써 박막 모듈 설계의 자유도가 증가된다. 박막 모듈의 전기적 출력 파라미터는 박막 셀 크기의 변동에 의해 넓은 범위로 조절될 수 있다. 박막 태양 전지의 충전율의 어떠한 손실 없이도 맞춤형 개방 회로 전압(VOC) 출력을 갖는 박막 모듈이 생산될 수 있다. 박막 모듈의 충전율은 제공된 본 발명의 사상에 의해 더욱 유리하게 향상될 수 있다.
도 1은 이웃하는 박막 셀들을 갖는 예시적인 박막 셀을 단면도로 개략적으로 도시한다.
도 2A는 본 발명에 따른 예시적인 박막 장치를 평면도로 개략적으로 도시한다.
도 2B는 도 2A의 추가 도전성 라인의 상세 섹션을 개략적으로 도시한다.
도 2C는 박막 셀 내의 추가 도전성 라인들의 상이한 가능한 배치들을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 개략적으로 도시하며, 본 발명에 따라 추가 도전성 라인들을 갖는 초전도 구성으로 박막 장치를 제조하도록 추가 단계(S70, S80, S90, S100 및 S110)이 제조 공정에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 박막 장치 및 박막 장치의 제조 방법을 이하의 예시적인 실시예에서 설명하며, 도면은 도시된 실시예를 제한하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 온전한 박막 셀(100)과 2개의 이웃하는 부분적인 박막 셀(100a, 100b)을 단면도로 도시한다. 박막 셀은 제1 전극(101), 적어도 하나의 광활성층(102), 및 제2 전극(103)을 포함한다. 복수의 박막 셀(100, 100a, 100b)을 물리적으로 분리하고 박막 모듈에 대하여 전기적으로 접속하기 위한 3개의 스크라이빙 라인(105, 106, 107)을 볼 수 있으며, 박막 셀(100)의 "활성 영역"(108) 및 "데드 영역" 또는 스크라이빙 영역(109)을 정의한다. 또한, 광활성층 내의 홈(104)을 볼 수 있으며, 이 홈은 도전성 재료로 충전되어 박막 셀(100)의 "활성 영역" 내에 추가 도전성 라인(104a)을 형성한다. 도전성 라인(104a)은 제1 전극(101)과 직접 접촉한다. 또한, 홈은 절연 재료(104b)로 충전되어 도전성 라인을 제2 전극(103)으로부터 전기적으로 절연시킨다. 제1 스크라이빙 라인(105)은, 제1 전극(101)을 개별 박막 셀들(100, 100a, 100b)로 분리하고, 절연 재료(105a)로 충전한다. 제2 스크라이빙 라인(106)은, 하나 이상의 광활성층을 통해 생성되고 도전성 재료(106a)로 충전되어 접촉 라인(106b)을 형성한다. 접촉 라인(106b)은 박막 셀(100a)을 박막 셀(100)과 직렬로 접속하는데, 이는 박막 셀(100a)의 제2 전극(103)이 박막 셀(100)의 제1 전극(101)에 전기적으로 접속됨을 의미한다. 제3 스크라이빙 라인(107)은 제2 전극(103)을 개별 박막 셀들(100, 100a, 100b)로 분리한다. 제3 스크라이빙 라인(107)은, 도 1에 도시된 바와 같이 제2 전극(103) 및 광활성층(102)을 관통하여 제1 전극(101)에 도달할 수 있거나 제2 전극(103)만을 관통할 수 있다.
도 2A내지 도 2C는 예시적인 박막 장치의 평면도를 도시한다. 도 2A는, 3개의 스크라이빙 라인의 여러 세트(201)에 의해 나누어진 복수의 개별 박막 셀(203) 및 추가 도전성 라인들(202, 202a)을 갖는 예시적인 박막 모듈(200)의 평면도를 도시한다. 제1 추가 도전성 라인(202)은 각각의 박막 셀(203) 내에 3개의 스크라이빙 라인의 세트(201)에 평행하게 배치된다. 제2 추가 도전성 라인(202a)은 3개의 스크라이빙 라인의 세트(201)에 수직으로 배치된다.
도 2B는, 3개의 스크라이빙 라인의 한 세트(201)가 제1 스크라이빙 라인(201a), 제2 스크라이빙 라인(201b), 및 제3 스크라이빙 라인(201c)으로 분할된 도 2A의 상세히 마킹된 단면도를 도시한다. 3개의 스크라이빙 라인(201a 내지 201c)에 수직인 제2 추가 도전성 라인(202a)은 제1 스크라이빙 라인(201a)에 의해 차단되며, 이때, 하나의 박막 셀(203)의 추가 도전성 라인(202, 202a)과 이웃하는 박막 셀들 사이에는 전기적 접촉이 없다. 결과적으로, 추가 도전성 라인들(200 및 202a)은, 전하 수집에 기여하고, 자신들이 배치된 박막 셀(203)에서만 전달된다. 도전성 라인(202a)은 제2 스크라이빙 라인(201b)과 전기적으로 접촉한다.
도 2C는 박막 셀(203) 내의 추가 도전성 라인들(202, 202a)의 상이한 예시적인 배치를 도시한다. 도 2C의 하측 부분은 제1 추가 도전성 라인(202)이 박막 셀(203) 내에 지그재그 패턴을 형성하는 배치를 도시한다. 도 2C의 중간 부분은, 박막 셀(203) 내의 제1 추가 도전성 라인(202)이 평행 라인을 가로지르는 몇 개의 짧은 라인들 및 3개의 스크라이빙 라인의 세트(201)에 평행한 라인을 포함하는 배치를 도시한다. 도 2C의 상측 부분은, 제1 추가 도전성 라인(202)이 3개의 스크라이빙 라인의 세트(201)에 수직인 교차하는 짧은 추가 라인 및 곡선 라인을 포함하는 배치를 도시한다.
설명과는 달리, 추가 도전성 라인들은 박막 모듈에서 다른 많은 설계 패턴과 길이를 가질 수 있다. 또한, 단일 박막 태양 전지의 활성 영역 내의 추가 도전성 라인의 배치와 수는, 더 높은 수율을 달성하도록 시뮬레이션 결과에 따라 선택될 수 있다. 추가 도전성 라인의 수를 증가시키면, 박막 태양 전지의 충전율 증가를 통해 박막 모듈 효율이 증가한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 장치를 제조하는 방법의 일 실시예를 도시하며, 여기서 박막 장치는 수퍼스트레이트 구성으로 제조된다. 이 방법은, 다음에 따르는 단계들인, 적합한 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계(S10), 제1 전극 상에 광활성층을 형성하는 단계(S20), 박막 셀의 "활성 영역" 내에서 광활성층 내에 홈을 형성하는 단계(S30), 홈을 도전성 재료로 부분적으로 충전하여 추가 도전성 라인을 형성하는 단계(S40), 나머지 홈을 절연 재료로 충전하는 단계(S50), 및 홈 내의 절연 재료와 광활성층 상에 제2 전극을 형성하는 단계(S60)를 포함한다. 이 방법은 추가 단계(S70 내지 S110)를 더 포함할 수 있다. 단계(S70)는, 제2 라인을 스크라이빙하여 개별 박막 셀들을 박막 모듈에 직렬 접속하기 위한 접촉 라인을 생성하는 것이며, 단계(S20)와 단계(S30) 사이에 또는 단계(S30)와 단계(S40) 사이에 실행될 수 있고, 이때, 홈과 제2 스크라이빙 라인의 형성은 동일한 스크라이빙 툴로 하나의 제조 단계로 실행될 수 있다. 단계(S80)는, 제1 전극을 스크라이빙하여 제1 전극을 개별 박막 셀들로 분리하는 것이며 단계(S40)에 후속한다. 이것은 박막 셀의 "데드 영역"을 가로지르는 임의의 추가 도전성 라인을 자동으로 중단시킨다. 단계(S90)는, 제1 스크라이빙 라인을 절연 재료로 충전하는 것이며, 동일한 인쇄 툴에 의해 단계(S50)와 함께 하나의 제조 단계로 실행된다. 단계(S100)는, 제2 스크라이빙 라인을 도전성 재료로 충전하는 것이며, 제2 전극이 대면적 증착 공정에 의해 형성되는 경우에 단계(S60)에 의해 자동으로 실행된다. 이 경우, 양측 단계는 하나의 제조 단계에 의해 실행되며, 제2 라인, 즉, 접촉 라인 내의 도전성 재료와 제2 전극의 재료는 동일하다. 단계(S110)는, 제3 라인을 스크라이빙하여 제2 전극을 개별 박막 셀들로 분리하는 것이며, 단계(S60) 이후에 실행된다.
본 발명의 실현을 위해, 전술한 바와 같이 청구범위의 설명된 실시예 및 기능부를 조합하는 것이 유리하다. 그러나, 전술한 설명에서 기술된 본 발명의 실시예들은 예시로서 제공된 것이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 임의의 수정, 변형 및 등가의 구성 및 실시예들의 조합은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
100 박막 셀
100a 이웃하는 박막 셀
100b 이웃하는 박막 셀
101 제1 전극
102 적어도 하나의 광활성층
103 제2 전극
104 적어도 하나의 광활성층 내의 홈
104a 추가 도전성 라인
104b 홈을 충전하기 위한 절연 재료
105 제1 스크라이빙 라인
105a 제1스크라이빙 라인을 충전하기 위한 절연 재료
106 제2 스크라이빙 라인
106a 제2스크라이빙 라인을 충전하기 위한 도전성 재료
106b 이웃하는 박막 셀들의 직렬 접속을 위한 접촉 라인
107 제3 스크라이빙 라인
108 박막 셀의 "활성 영역"
109 박막 셀의 "데드 영역"/스크라이빙 영역
200 박막 모듈
201 3개의 스크라이빙 라인의 세트
201a 제1스크라이빙 라인
201b 제2스크라이빙 라인
201c 제3스크라이빙 라인
202 제1 추가 도전성 라인
202a 제2 추가 도전성 라인
203 소정의 폭의 박막 셀

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 박막 셀을 포함하는 박막 장치에 있어서, 상기 박막 셀은, 제1 전극, 광활성층(photoactive layer), 및 제2 전극을 포함하고, 상기 광활성층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된, 박막 장치로서,
    적어도 하나의 추가 도전성 라인이, 상기 박막 셀의 활성 영역 내에 배치되고, 상기 광활성층 내에 포함되고, 상기 제1 전극과 전기적으로 상호접속되고 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 박막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 투명 도전성 재료로 제조된, 박막 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 도전성 라인의 폭은 10 ㎛ 내지 10 cm인, 박막 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 도전성 라인은, 상기 광활성층 내에서 상기 광활성층의 높이의 1% 내지 99%, 바람직하게는 70% 내지 80%의 높이를 갖는, 박막 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 도전성 라인은, 상기 광활성층 내의 상기 활성 영역 내에 형성되고 상기 제1 전극에 인접하는 홈에 매립된, 박막 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 홈은 상기 도전성 라인을 형성하는 도전성 재료로 적어도 부분적으로 충전된, 박막 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 홈은, 상기 광활성층 내에서 상기 광활성층의 높이의 1% 내지 99%의 높이를 갖는 도전성 재료로 충전되고, 상기 광활성층 내의 높이의 100%에 도달할 때까지 절연 재료로 추가로 충전되는, 박막 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 절연 재료는 상기 도전성 재료와 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 도전성 재료는 상기 제1 전극에 인접하는, 박막 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막 장치는 직렬로 접속된 복수의 박막 셀을 포함하고, 제1 셀의 제1 전극은 접촉 라인에 의해 제2 셀의 제2 전극에 전기적으로 상호접속되고, 적어도 하나의 도전성 라인이 상기 접촉 라인에 전기적으로 상호접속된, 박막 장치.
  10. 적어도 하나의 박막 셀을 포함하는 박막 장치를 형성하는 방법에 있어서, 상기 박막 셀은, 제1 전극, 광활성층, 및 제2 전극을 포함하고, 상기 광활성층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는, 방법으로서,
    a 제1 전극을 형성하는 단계,
    b 제2 전극을 형성하는 단계,
    c 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 광활성층을 형성하는 단계, 및
    d 적어도 하나의 상기 광활성층 내에 도전성 라인을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 도전성 라인은 상기 제1 전극과 전기적으로 상호접속되고 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연된, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 d 단계는,
    x 상기 광활성층 내에 홈을 형성하는 단계, 및
    xx 도전성 재료가 상기 제1 전극과 전기적으로 상호접속되도록 상기 홈을 상기 도전성 재료로 적어도 부분적으로 충전하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 홈은 상기 xx 단계에서만 도전성 재료로 부분적으로 충전되고, 상기 d 단계는, xxx 상기 홈을 절연 재료로 충전하여 상기 도전성 재료를 상기 제2 전극으로부터 전기적으로 절연하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 박막 장치는 제1 박막 셀과 제2 박막 셀을 포함하고, 상기 제1 및 제2 박막 셀의 상기 제1 전극, 상기 광활성층, 상기 제2 전극은 각각 연속 층으로서 형성되고, 상기 방법은,
    i. 상기 제1 및 제2 박막 셀의 제1 전극들의 분리를 위해 적어도 상기 제1 전극의 층을 통해 제1 라인을 스크라이빙하는 단계,
    ii. 상기 광활성층을 통해 상기 제1 라인에 평행하게 제2 라인을 스크라이빙하여 상기 제1 셀의 제1 전극과 상기 제2 셀의 제2 전극의 직렬 상호접속을 위한 접촉 라인을 생성하는 단계,
    iii. 상기 제1 및 제2 박막 셀의 제2 전극들의 분리를 위해 적어도 상기 제2 전극의 층을 통해 상기 제1 및 제2 라인에 평행하게 제3 라인을 스크라이빙하는 단계,
    iv. 상기 제1 라인을 절연 재료로 충전하는 단계, 및
    v. 상기 제2 라인을 도전성 재료로 충전하여 상기 제1 셀의 제1 전극을 상기 제2 셀의 제2 전극에 전기적으로 상호접촉하기 위한 접촉 라인을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 i 단계는 상기 xx 단계에 후속하고, 상기 ii 단계는 상기 c 단계 또는 상기 x 단계에 후속하고, 상기 iii 단계는 상기 b 단계에 후속하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 iv 추가 단계는 하나의 공정 단계에서 상기 xxx 단계와 함께 실행되는, 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 v 추가 단계는 하나의 공정 단계에서 상기 b 단계와 함께 실행되는, 방법.
KR1020207018910A 2017-11-30 2017-11-30 추가 도전성 라인을 갖는 박막 장치 및 그 제조 방법 KR102497067B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2017/113982 WO2019104653A1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Thin film device with additional conductive lines and method for producing it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200088898A true KR20200088898A (ko) 2020-07-23
KR102497067B1 KR102497067B1 (ko) 2023-02-06

Family

ID=66665339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207018910A KR102497067B1 (ko) 2017-11-30 2017-11-30 추가 도전성 라인을 갖는 박막 장치 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11978816B2 (ko)
EP (1) EP3718145A4 (ko)
JP (1) JP6995996B2 (ko)
KR (1) KR102497067B1 (ko)
CN (1) CN111868933B (ko)
WO (1) WO2019104653A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230268452A1 (en) * 2020-06-26 2023-08-24 Evolar Ab Photovoltaic top module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201252104Y (zh) * 2008-06-14 2009-06-03 大连七色光太阳能科技开发有限公司 复合透明导电基板
CN102047436A (zh) * 2008-03-21 2011-05-04 欧瑞康贸易特鲁贝屈股份有限公司 光伏电池以及用以制造光伏电池的方法
CN102598289A (zh) * 2009-09-18 2012-07-18 特鲁巴赫欧瑞康太阳能股份有限公司 光伏电池及制造光伏电池的方法
US20130167919A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Au Optronics Corporation Solar cell having buried electrode

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59125668A (ja) * 1983-01-05 1984-07-20 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPS63119586A (ja) * 1986-11-07 1988-05-24 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置の製造方法
JPS63276278A (ja) * 1987-05-08 1988-11-14 Toa Nenryo Kogyo Kk 埋込み配線付き透明電極
JP2752130B2 (ja) * 1989-02-20 1998-05-18 三洋電機株式会社 光起電力装置の製造方法
DE4315959C2 (de) * 1993-05-12 1997-09-11 Max Planck Gesellschaft Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schicht eines Halbleitermaterials sowie einer Dotierungsstruktur in einem Halbleitermaterial unter Einwirkung von Laserstrahlung
DE102007032283A1 (de) * 2007-07-11 2009-01-15 Stein, Wilhelm, Dr. Dünnschichtsolarzellen-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
TWI347013B (en) * 2007-08-20 2011-08-11 Ind Tech Res Inst Thin film solar cell
EP2261976A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-15 Applied Materials, Inc. Semiconductor device module, method of manufacturing a semiconductor device module, semiconductor device module manufacturing device
US8440496B2 (en) * 2009-07-08 2013-05-14 Solarmer Energy, Inc. Solar cell with conductive material embedded substrate
US20110180122A1 (en) * 2010-01-26 2011-07-28 Applied Materials, Inc. Floating grid module design for thin film silicon solar cells
US20110303272A1 (en) * 2010-06-09 2011-12-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric Conversion Device and Manufacturing Method Thereof
US8247682B2 (en) * 2010-06-29 2012-08-21 Primestar Solar, Inc. Metallic gridlines as front contacts of a cadmium telluride based thin film photovoltaic device
US8525019B2 (en) * 2010-07-01 2013-09-03 Primestar Solar, Inc. Thin film article and method for forming a reduced conductive area in transparent conductive films for photovoltaic modules
KR101277109B1 (ko) * 2010-12-27 2013-06-20 주식회사 아바코 태양 전지의 제조 방법
US10629386B2 (en) * 2011-03-22 2020-04-21 Efacec Engenharia E Sistemas, S.A. Substrate and electrode for solar cells and the corresponding manufacturing process
TW201246571A (en) * 2011-05-13 2012-11-16 Auria Solar Co Ltd Thin film solar cell module and manufacturing method thereof
KR101688401B1 (ko) * 2014-10-31 2016-12-22 한국과학기술연구원 박막 태양전지의 제조 방법 및 모듈 구조

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047436A (zh) * 2008-03-21 2011-05-04 欧瑞康贸易特鲁贝屈股份有限公司 光伏电池以及用以制造光伏电池的方法
CN201252104Y (zh) * 2008-06-14 2009-06-03 大连七色光太阳能科技开发有限公司 复合透明导电基板
CN102598289A (zh) * 2009-09-18 2012-07-18 特鲁巴赫欧瑞康太阳能股份有限公司 光伏电池及制造光伏电池的方法
US20130167919A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Au Optronics Corporation Solar cell having buried electrode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
[1] Guillen C. et al "TCO/metal/TCO structures for energy and flexible electronics", Thin Solid Films 520 (2011) 1-17

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019104653A1 (en) 2019-06-06
EP3718145A4 (en) 2021-06-23
US11978816B2 (en) 2024-05-07
US20210013352A1 (en) 2021-01-14
EP3718145A1 (en) 2020-10-07
JP6995996B2 (ja) 2022-01-17
JP2021504968A (ja) 2021-02-15
CN111868933B (zh) 2023-08-11
KR102497067B1 (ko) 2023-02-06
CN111868933A (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7994418B2 (en) Monolithically connected photovoltaic devices on flexible substrates
US10720537B2 (en) Solar cell
US20130233374A1 (en) Monolithically integrated solar modules and methods of manufacture
US5527716A (en) Method of making integrated-circuit stacked-cell solar module
US20100279458A1 (en) Process for making partially transparent photovoltaic modules
KR102608733B1 (ko) 박막 광기전 모듈 상호연결부들 내에서의 바이패스 다이오드들의 통합
EP2390920A2 (en) Monolithically integrated solar modules and methods of manufacture
US10978601B2 (en) Partially translucent photovoltaic modules and methods for manufacturing
EP2758993A1 (de) Dünnschichtsolarmodul mit serienverschaltung und verfahren zur serienverschaltung von dünnschichtsolarzellen
EP2214208A2 (en) Solar cell module and method for manufacturing the same
US20150303326A1 (en) Interconnect for a thin film photovoltaic solar cell, and method of making the same
CN114023889A (zh) 钙钛矿太阳能电池组及其制备方法、光伏组件
KR102497067B1 (ko) 추가 도전성 라인을 갖는 박막 장치 및 그 제조 방법
KR101166456B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
US12046690B2 (en) Photovoltaic module with integrated printed bypass diode
CN104011876B (zh) 太阳能电池装置及其制造方法
US9076900B2 (en) Solar cell module and solar cell
CN103229311A (zh) 薄膜型太阳能电池及其制造方法
KR101425890B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
KR102396820B1 (ko) 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법
JP2004260013A (ja) 光電変換装置及びその製造方法
EP4318604A1 (en) Thin film photovoltaic devices and method of manufacturing them
KR101020941B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
CN116632085A (zh) 一种太阳能薄膜电池的制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant