KR20220123819A - 태양 전지 및 그를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR20220123819A
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남정범
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부; 상기 제1 광전 변환부의 상기 제2 전달층의 하부에 배치되며, 상기 제1 광전 변환부와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부; 상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에서 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 적어도 2층의 적층 구조를 가지고, 상기 제2 전극은 단일층으로 형성되어 있다. 따라서, 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환부 이외의 이와 다른 물질 또는 구조를 가지는 또 다른 광전 변환부를 더 구비하는 탠덤형 구조를 가지면서 우수한 효율 및 신뢰성을 가지는 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.

Description

태양 전지 및 그를 포함하는 태양 전지 모듈 {SOLAR CELL and SOLAR CELL MODULE having the same}
본 발명은 태양 전지 및 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는, 페로브스카이트 구조체를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
반도체 기판을 포함하는 태양 전지는 우수한 광전 변환 효율을 가질 수 있어 널리 사용되었다. 그러나 반도체 기판을 포함하는 광전 변환 효율을 향상하는 데 일정한 한계가 있어 다양한 구조의 태양 전지가 제안되고 있다.
일 예로, 단파장의 광을 흡수하여 단파장을 이용한 광전 변환을 수행하는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 태양 전지가 제안되었다. 그런데 이러한 페로브스카이트 화합물로 광전변환층을 형성할 때, 유기물과 무기물이 화합하여 하나의 페로브스카이트 화합물층을 형성하였다.
이와 같은 페로브스카이트 화합물층을 형성하기 위해, 한국공개특허공보 10-2018-0099577호(공개일 2018.09.05.)는 유기물과 무기물을 혼합하여 페로브스카이트 용액을 제조한 후 상기 용액을 기판 위에 코팅하여 형성하였다.
이와 같이 형성되는 페로브스카이트 태양 전지는 일반적으로 유리 기판 위에 형성된 페로브스카이트층을 단위 셀간 아이솔레이션 공정을 통해 미니 모듈화하였다.
이에, 페로브스카이트 태양 전지가 대면화로 제작되는 경우, 복수의 대면적의 페로브스카이트를 하나의 모듈로 모듈화하는 기술이 요구된다.
한국공개특허공보 10-2018-0099577호(공개일 : 2018년 09월 05일)
본 발명은 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환부 이외의 이와 다른 물질 또는 구조를 가지는 또 다른 광전 변환부를 더 구비하는 탠덤형 구조를 가지면서 우수한 효율 및 신뢰성을 가지는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명은 탠덤형 구조를 가지는 태양 전지 모듈의 저온 공정을 위한 최적의 전극 구조를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 대면적의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 태양 전지 모듈에서의 패드 구조 및 셀 간의 최적 배열을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부; 상기 제1 광전 변환부의 상기 제2 전달층의 하부에 배치되며, 상기 제1 광전 변환부와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부; 상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에서 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 적어도 2층의 적층 구조를 가지고, 상기 제2 전극은 단일층으로 형성되어 있다.
상기 제1 전극은 증착에 의해 형성되는 제1 도전층; 및 상기 제1 도전층 위에 페이스트가 인쇄되고 소성되어 형성되는 제2 도전층을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 상기 제1 도전층과 동시에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제2 광전 변환부의 하부에 전체적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 상기 제2 도전층과 동시에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제2 광전 변환부의 하부에 패터닝될 수 있다.
상기 태양 전지는 가장자리 영역에서 인접한 태양 전지와 중첩되는 오버랩 부분을 포함하고, 상기 오버랩 부분에 상기 제1 전극과 연결되는 전극부를 포함하며, 상기 전극부는 상기 제1 전극의 상기 제1 도전층과 동시에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지; 및 인접한 상기 태양 전지들 사이를 연결하는 연결 부재;를 포함하고, 각각의 상기 태양 전지는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부; 단차 영역을 이루도록 상기 제1 광전 변환부의 상기 제2 전달층의 하부에서 상기 제1 광전 변환부보다 넓은 면적을 가지며, 상기 제1 광전 변환부와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부; 상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에서 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및 상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 적어도 2층의 적층 구조를 가지고, 상기 제2 전극은 단일층으로 형성된다.
상기 연결부재는 상기 단차 영역에 상기 제1 전극과 연결되는 전극부를 포함하여, 인접한 태양전지들의 오버랩에 의해 한 태양전지의 상기 제2 전극과 인접한 상기 태양전지의 상기 전극부가 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 오버랩 부분은 인접한 상부 태양 전지와 중첩되는 제1 오버랩 부분 및 인접한 하부 후면 전극형 태양 전지와 중첩되는 제2 오버랩 부분을 포함하며, 상기 연결부재는 상기 상부 태양 전지의 상기 제2 오버랩 부분과 상기 하부 태양 전지의 상기 제1 오버랩 부분의 단차 영역 사이에 전체적으로 배치되는 도전성 접착부를 포함할 수 있다.
상기 전극부와 상기 도전성 접착부는 서로 접하고 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 복수의 태양 전지는 서로 이격되어 배치되며, 상기 연결 부재는 하나의 태양 전지의 상기 제1 전극과 이웃한 태양 전지의 제2 전극을 연결하는 배선재를 포함할 수 있다.
상기 연결 부재는 상기 제1 전극과 상기 배선재를 연결하기 위한 도전성 접착 필름을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환부 이외의 이와 다른 물질 또는 구조를 가지는 또 다른 광전 변환부를 더 구비하는 탠덤형 구조를 가지면서 우수한 효율 및 신뢰성을 가지는 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 탠덤형 구조를 가지는 태양 전지 모듈에서 열공정으로 인한 열화를 막을 수 있는 최적의 전극 구조를 제공할 수 있다.
그리고, 대면적의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 태양 전지 모듈에서의 패드 구조 및 셀 간의 최적 배열을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지를 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지를 Ⅱ-Ⅱ'로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지의 배면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 태양 전지를 제조하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이다.
도 9는 도 8의 태양 전지 모듈을 ²-²'로 절단한 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지의 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 태양 전지 모듈의 연결을 확대한 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 상세하게 설명한다.
본원 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)은 복수의 탠덤형 태양 전지(10)가 계단식으로 중첩되어 적층되는 동시에, 인접한 상부 탠덤형 태양 전지(10)의 하부 전극이 도전성 접착부(14a) 및 전극부(14b)에 의해 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 상부 전극과 전기적으로 연결되면서 구조 및 생산공정을 단순화할 수 있고, 광학적 손실을 최소화하여 태양 전지 효율을 극대화 할 수 있다.
본원 발명은 탠덤형 태양 전지 모듈(100)은 계단식으로 태양 전지가 서로 중첩되어 배치되므로 전기적 쇼트 및 누설(leakage) 방지를 위한 태양 전지간 이격 공간을 형성할 필요가 없어 수광면적 극대화에 따른 태양 전지 효율 향상이 가능하고, 오버랩 부분(OP)에 배치된 도전성 접착부(14a) 및 전극부(14b)에 의해 인접한 태양 전지가 전기적으로 결합되므로, 공정 및 구조가 간단하여 생산성 및 생산비용에 유리할 뿐 만 아니라, 공정상 불량률도 감소시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100) 및 탠덤형 태양 전지(10)의 특징적인 내용을 설명한다.
먼저 도 4 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지(10)를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 하나의 태양 전지를 절단한 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지를 Ⅱ-Ⅱ'로 절단한 단면도이며, 도 6은 도 2에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지의 배면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 하나의 태양 전지(10)는 탠덤형 태양 전지(10)로서, 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)을 포함하는 제1 광전 변환부(110)와, 이에 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 포함할 수 있다. 여기서 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)은 소정 두께 이상의 두께를 가지는 후막으로 형성될 수 있으며, 적층 방향으로 균일한 조성을 가지며 형성될 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 태양 전지(10)는 제1 광전 변환부(110)와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부(120)를 더 포함하는 탠덤형 구조를 가질 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 태양 전지(10)는 대면적의 태양전지로서, 직경이 10cm 내지 20cm, 바람직하게는 직경이 12cm 내지 17cm의 대면적 페로브스카이트 태양 전지(10)를 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(10)에서 제2 광전 변환부(120)는 반도체 기판(122)을 포함하는 pn 접합(junction) 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제2 광전 변환부(120)는, 반도체 기판(122)과, 반도체 기판(122)에 또는 반도체 기판(122) 위에 형성되는 도전형 영역(124, 126)을 포함할 수 있다. 도전형 영역(124, 126)은 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(124) 및 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(126)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(122)은 단일 반도체 물질(일 예로, 4족 원소)를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 그러면, 결정성이 높아 결함이 적은 반도체 기판(122)을 기반으로 하므로, 제2 광전 변환부(120)가 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다. 일 예로, 제2 광전 변환부(120)는 결정질 실리콘 태양 전지 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(122)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 제1 또는 제2 도전형 영역(124, 126)보다 낮은 도핑 농도로 도핑되어 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역으로 구성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(122)은 베이스 영역에 추가적으로 도펀트를 도핑하여 형성된 도핑 영역을 구비하지 않고, 베이스 영역만을 구비할 수 있다.
반도체 기판(122)의 전면 위에는 제1 패시베이션막(122a)이 형성되고, 반도체 기판(122)의 후면 위에는 제2 패시베이션막(122b)이 형성된다.
제1 패시베이션막(122a) 위에는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(124)이 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 그리고 제2 패시베이션막(122b) 위에는 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(126)이 위치(일 예로, 접촉)할 수 있다.
제1 도전형 영역(124)은 제1 도전형 도펀트를 포함하여 제1 도전형을 가지는 영역일 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(126)은 제2 도전형 도펀트를 포함하여 제2 도전형을 가지는 영역일 수 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(122)(또는 베이스 영역)이 제1 도전형을 가지게 되면, 제2 도전형 영역(126)은 반도체 기판(122)과 pn 접합을 형성하는 에미터 영역을 구성할 수 있다. 제1 도전형 영역(124)은 전면 전계(front surface field)를 형성하여 재결합을 방지하는 전면 전계 영역을 구성할 수 있다. 그러면, 광전 변환에 직접 관여하는 에미터 영역이 후면에 위치하므로, 에미터 영역을 충분한 두께로 형성할 수 있어(일 예로, 전면 전계 영역보다 두껍게 형성하여) 광전 변환 효율을 좀더 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반도체 기판(122)이 제2 도전형을 가져 제1 도전형 영역(124)이 에미터 영역을 구성하고 제2 도전형 영역(126)이 후면 전계 영역을 구성할 수도 있다.
본 실시예에서 제1 도전형 영역(124) 및 반도체 기판(122)이 n형을, 제2 도전형 영역(126)이 p형을 가질 수 있다. 그러면, 제2 광전 변환부(120) 위에 위치하는 제1 광전 변환부(110)에서 상부 쪽에 위치한 제1 전달층(114)이 전자를 전달하고 하부 쪽에 위치한 제2 전달층(116)이 정공을 전달할 수 있다. 이러한 경우가 이의 반대 경우에 비하여 제1 광전 변환부(110)가 우수한 효과를 가질 수 있다. 또한, 반도체 기판(122)이 n형을 가져 캐리어의 수명(life time)을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(122)이 제1 및 제2 도전형 중 어떠한 도전형을 가지는지 여부, n형 및 p형 중 어떠한 도전형을 가지는지 여부 등은 다양하게 변형될 수 있다.
제2 광전 변환부(120)의 전면(前面) 위에 접합층(터널 접합층)(110a)이 위치하여 제2 광전 변환부(120)와 그 위에 위치하는 제1 광전 변환부(110)를 연결한다. 도면에서는 접합층(110a)이 제1 도전형 영역(124)과 제1 광전 변환부(110)에 각기 직접 접촉하는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 접합층(110a)은 캐리어의 터널링이 원활하게 일어날 수 있도록 얇은 두께, 일 예로, 제1 전극층(420, 440)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
접합층(110a)은 제2 광전 변환부(120)의 면적보다 작은 면적을 갖도록 형성되며, 그 위에 형성되는 제1 광전 변환부(110)의 면적 또한 접합층(110a)의 면적과 동일하게 형성된다.
따라서, 제2 광전 변환부(120)와 제1 광전 변환부(110)의 면적 차에 의해 제1 광전 변환부(110) 주변으로 단차가 형성되어 하부의 제2 광전 변환부(120)가 노출되는 단차 영역이 형성된다.
이와 같은 단차 영역은 제2 광전 변환부(120)를 둘러싸며 프레임 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 패드가 형성되는 측면부로만 형성될 수도 있다.
접합층(110a)은 제1 광전 변환부(110)와 제2 광전 변환부(120)를 전기적으로 연결할 수 있으며 제1 광전 변환부(110)에 사용되는 광(일 예로, 장파장의 광)이 투과할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 접합층(110a)은 투명 전도성 물질(일 예로, 투명 전도성 산화물), 전도성 탄소 물질, 전도성 고분자, n형 또는 p형 비정질 실리콘 등의 다양한 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 접합층(110a)이 서로 다른 굴절율을 가지는 실리콘층을 교대로 적층한 구조로 형성되어, 제2 광전 변환부(120)에 사용되는 광(일 예로, 단파장의 광)은 제2 광전 변환부(120)로 반사시키고 제1 광전 변환부(110)에 사용되는 광(일 예로, 장파장의 광)은 투과하여 제1 광전 변환부(110)로 제공할 수 있다.
접합층(110a) 위에는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)을 포함하는 제1 광전 변환부(110)가 위치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 광전 변환부(110)는 광전 변환층(112)과, 광전 변환층(112)의 일측에서 접합층(110a)과 광전 변환층(112) 사이에 위치하는 제2 전달층(제2 캐리어 전달층)(116), 그리고 광전 변환층(112)의 타측에서 광전 변환층(112)과 제1 전극(42) 사이에 위치하는 위치하는 제1 전달층(제1 캐리어 전달층)(114)을 포함할 수 있다.
접합층(110a) 위에 위치하는 제2 전달층(116)은 광전 변환층(112)과의 밴드갭 관계에 의하여 제2 캐리어(일 예로, 정공)을 추출하여 전달하는 층이다. 일 예로, 제2 전달층(116)을 통하여 전달된 제2 캐리어는 접합층(110a)을 통과하여 제1 광전 변환부(110)로 이동할 수 있다.
제2 전달층(116) 위에 위치하는 광전 변환층(112)은 페로브스카이트 구조를 가지는 페로브스카이트 화합물로 구성되며, 광에 의하여 여기되어 캐리어(전자 및 정공)을 형성할 수 있는 광 활성층일 수 있다. 일 예로, 페로브스카이트 구조는 AMX3 (여기서, A는 1가의 유기 암모늄 양이온 또는 금속 양이온; M은 2가의 금속 양이온; X는 할로겐 음이온을 의미한다)의 화학식을 가질 수 있다. 이러한 광전 변환층(112)은 AMX3로서 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl(3-x), CH3NH3PbIxBr(3-x), CH3NH3PbClxBr(3-x), HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl(3-x), HC(NH2)2PbIxBr(3-x), HC(NH2)2PbClxBr(3-x) 등을 포함하거나, AMX3의 A에 Cs가 일부 도핑된 화합물을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 광전 변환층(112)으로 다양한 물질이 사용될 수 있다.
페로브스카이트 화합물로 구성되는 광전 변환층(112)은 소정 두께 이상의 두께를 가질 수 있으며, 제1 도전형 영역(124)보다 큰 두께를 가질 수 있다.
일 예로, 광전 변환층(112)의 소정 두께는 400nm 내지 800nm 이상을 갖도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 광전 변환층(112)이 소정 두께(d1) 이상을 갖는 후막으로 형성되면, 광전 효율이 향상될 수 있으며, 광전 변환층(112)을 적층 방향으로 절단할 때, 적층 방향으로 페로브스카이트 화합물의 조성이 유지되면서 제2 전달층(116)과 접하는 영역부터 제1 전달층(114)과 접하는 영역까지 페로브스카이트 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
따라서, 제1 전달층(114)과 접하는 영역 또는 제2 절달층(116)과 접하는 영역인 경계 영역에서 페로브스카이트 화합물을 형성하기 위한 기본 물질층이 잔류하지 않아, 기본 물질층의 잔류에 따른 캐리어 차단의 문제점이 제거되어 광전 효율이 보장되면서 대면적의 후막 형성이 가능하다.
광전 변환층(112) 위에 위치하는 제1 전달층(114)은 광전 변환층(112)과의 밴드갭 관계에 의하여 제1 캐리어(일 예로, 전자)을 추출하여 전달하는 층이다.
제1 광전 변환부(110)(일 예로, 이의 전면에 위치하는 제1 전달층(114)) 위에 제1 전극(42)이 위치하고, 제2 광전 변환부(120)(일 예로, 이의 후면에 위치하는 제2 도전형 영역(126)) 위에 제2 전극(44)이 위치할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 태양 전지(10)는 단일 반도체 물질(일 예로, 실리콘) 기반의 제2 광전 변환부(120)와 페로브스카이트 화합물 기반의 제1 광전 변환부(110)가 접합층(110a)에 의하여 접합된 탠덤형 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서 제2 광전 변환부(120)보다 제1 광전 변환부(110)가 더 큰 밴드 갭을 가지게 된다. 즉, 제1 광전 변환부(110)는 상대적으로 큰 밴드갭을 가져 상대적으로 작은 파장을 가지는 단파장을 흡수하여 이를 이용하여 광전 변환을 일으키며, 제2 광전 변환부(120)는 제1 광전 변환부(110)보다 낮은 밴드갭을 가져 제1 광전 변환부(110)에서 사용하는 광보다 큰 파장을 가지는 장파장을 효과적으로 흡수하여 이를 이용하여 광전 변환을 일으킨다.
좀더 상세하게, 태양 전지(10)의 전면을 통하여 광이 입사되면 제1 광전 변환부(110)가 단파장을 흡수하여 광전 변환에 의하여 전자 및 정공을 생성한다. 이때, 제1 캐리어(일 예로, 전자)는 제1 전극(42) 쪽으로 이동하여 수집되고, 제2 캐리어(일 예로, 정공)은 제1 광전 변환부(110) 및 제2 광전 변환부(120)을 거쳐 제2 전극(420) 쪽으로 이동하여 수집된다. 제1 광전 변환부(110)에 사용되지 않아 이를 통과한 장파장이 제2 광전 변환부(120)에 도달하면, 제2 광전 변환부(120)가 이를 흡수하여 광전 변환에 의하여 전자 및 정공을 생성한다. 이때, 제1 캐리어(일 예로, 전자)는 제1 광전 변환부(110)를 거쳐 제1 전극(42) 쪽으로 이동하여 수집되고, 제2 캐리어(일 예로, 정공)은 제2 전극(44) 쪽으로 이동하여 수집된다.
이와 같이 본 실시예에서는 다양한 파장을 광을 복수의 광전 변환부(110, 120)에서 모두 사용할 수 있어 태양 전지(10)의 효율을 크게 향상할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 페로브스카이트 화합물을 기반으로 한 제1 광전 변환부(110)와 이종 접합 구조를 가지는 제2 광전 변환부(120)를 포함하여, 다양한 특성을 향상할 수 있다. 즉, 상술한 제1 및 제2 광전 변환부(110, 120)는 모두 저온 공정으로 형성할 수 있는 바, 공정 온도가 유사하여 온도 범위를 맞추기 쉬우므로 공정 정합성을 가진다. 또한, 상술한 제1 및 제2 광전 변환부(110, 120)는 각기 우수한 개방 전압을 가지므로 탠덤형 구조의 태양 전지(10)의 효율을 크게 향상할 수 있다. 제2 광전 변환부(120)로 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서는 제1 광전 변환부(110)가 저온 공정(일 예로, 200℃이하의 저온 공정, 일 예로, 실온 내지 150℃이하의 온도, 좀더 구체적으로는, 실온(예를 들어, 20℃보다 높으며 150℃이하의 온도)에 의하여 형성될 수 있다.
제1 전극(42)은 광전 변환부(110, 120) 위에 차례로 적층되는 제1 전극층(420) 및 제2 전극층(422)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 전극층(420)은 제1 광전 변환부(110)(좀더 구체적으로, 제1 전달층(114)) 위에서 전체적으로 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 전체적으로 형성된다고 함은, 빈 공간 또는 빈 영역 없이 제1 광전 변환부(110)의 전체를 덮는 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 부분이 형성되지 않는 경우를 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 전극층(420)이 제1 도전형 영역(124) 위에 전체적으로 형성되면, 캐리어가 제1 전극층(420)을 통하여 쉽게 제2 전극층(422)까지 도달할 수 있어, 수평 방향에서의 저항을 줄일 수 있다.
이와 같이 제1 전극층(420)이 제1 광전 변환부(110) 위에서 전체적으로 형성되므로 광을 투과할 수 있는 물질(투광성 물질)로 구성될 수 있다. 즉, 제1 전극층(420)은 투명 전도성 물질로 이루어져서 광의 투과를 가능하게 하면서 캐리어를 쉽게 이동할 수 있도록 한다. 이에 따라 제1 전극층(420)을 제1 광전부(110) 위에 전체적으로 형성되어 광의 투과를 차단하지 않는다. 일 예로, 제1 전극층(420)은 투명 전도성 물질(예를 들어, 투명 전도성 산화물, 일 예로, 인듐 틴 산화물(indium tin oxide, ITO) 등), 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT) 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극층(420) 그 외의 다양한 물질을 포함할 수 있다.
제1 전극층(420) 위에 제2 전극층(422)이 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 제2 전극층(422)은 제1 전극층(420)보다 우수한 전기 전도도를 가지는 물질로 구성될 수 있다. 이에 의하여 제2 전극층(422)에 의한 캐리어 수집 효율, 저항 저감 등의 특성을 좀더 향상할 수 있다. 일 예로, 제2 전극층(422)은 우수한 전기 전도도를 가지는 불투명한 또는 제1 전극층(420)보다 투명도가 낮은 금속으로 구성될 수 있다.
이와 같이 제2 전극층(422)은 불투명하거나 투명도가 낮아 광의 입사를 방해할 수 있으므로 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화할 수 있도록 일정한 패턴을 가질 수 있다. 이에 의하여 제2 전극층(422)이 형성되지 않은 부분으로 광이 입사할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 제2 전극층(422)은, 금속을 포함하는 제1 도전층(422a)과, 적어도 제1 도전층(422a) 위에 형성되며 제1 도전층(422a)보다 큰 밀도를 가지는 제2 도전층(422b)을 가질 수 있다.
일 예로, 제1 도전층(422a)은 Ag, Cu, Al, Mo, Ti, Pd, W, Pt 중 적어도 하나를가지는 합금으로 형성될 수 있으며, 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 도전층(422a)을 형성하는 증착 공정은 진공증착, 스퍼터링 또는 도금으로 형성할 수 있다.
이때, 증착으로 형성되는 제1 도전층(422a)은 5㎛ 이하 두께로 형성될 수 있다.
한편, 도 5와 같이, 제1 도전층(422a)은 단차 영역에서 패드를 이루는 전극부(14b)를 형성한다.
즉, 도 5와 같이 제1 광전 변환부(110)의 상부에서 연장되는 제1 도전층(422a)이 단차 영역에까지 증착되어 전극부(14b)를 형성한다.
이때, 전극부(14b)는 제2 도전층(422b)이 형성되지 않는 제1 도전층(422a)만으로 형성된다.
한편, 제2 도전층(422b)은 제1 도전층(422a) 위에 형성될 수 있으며, 일정한 금속 화합물(일 예로, 산소를 포함하는 산화물, 탄소를 포함하는 탄화물, 황을 포함하는 황화물) 등으로 구성되는 유리 프릿(glass frit)을 구비하지 않고, 금속과 수지(바인더, 경화제, 첨가제)만을 포함할 수 있다. 유리 프릿을 구비하지 않아 저온에서도 쉽게 소성될 수 있도록 하기 위함이다. 본 실시예에서는 제2 전극층(422)이 제1 전극층(420)에 접촉하여 형성되므로, 절연막 등을 관통하는 파이어 스루(fire-through)가 요구되지 않는다. 이에 따라 유리 프릿을 구비하지 않은 저온 소성 페이스트를 사용하는데, 이와 같이 제2 도전층(422b)이 유리 프릿을 구비하지 않고 수지만을 구비하므로 전도성 물질이 소결(sintering)되어 서로 연결되지 않고 서로 접촉하여 응집(aggregation)되어서 전도성을 가질 수 있다. 좀더 상세하게, 제2 도전층(422b)은 복수의 금속 입자 및 수지를 포함하는 페이스트를 소성 또는 경화하여 형성될 수 있는데, 본 실시예에서는 기존의 저온 공정에서 사용하는 온도보다 더 낮은 온도(일 예로, 200℃이하, 바람직하게는 150℃이하)에서 소성을 수행할 수도 있다.
이때, 제2 도전층(422b)의 금속 입자는 Ag, Cu, Al을 포함할 수 있으며, 30㎛이하 두께로 형성된다.
이와 같이, 제2 전극층(422)을 2중층으로 형성하면서 하부층을 증착에 의해, 상부층을 페이스트에 의한 인쇄 및 경화에 의해 형성함으로써, 하부의 제1 전극층(420)과의 연결 특성을 향상하면서 접촉 저항을 낮출 수 있으며, 전기전도성도 확보할 수 있다.
본 실시예에서는 제2 도전층(422b)의 비저항이 제1 도전층(422a)의 비저항보다 작거나, 이와 같거나, 그보다 클 수 있다. 종래에는 대체로 하부에 위치한 도전층(시드층)보다 그 위에 위치한 도전층이 낮은 저항을 가지지만, 본 실시예에서는 제1 도전층(422a)의 비저항과 같거나 이보다 큰 물질로 제2 도전층(422b)을 형성할 수 있다. 이는 제2 도전층(422b)이 접촉 저항을 향상하기 위한 보조층으로 형성될 수 있기 때문이다
제2 전극(44)이 제2 광전 변환부(120) 위에 위치하며, 도 5와 같이 제1 및 제2 전극층(440, 442)의 2중층 구조를 가질 수 있다.
제1 전극층(440)의 역할, 물질, 형상 등과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
한편, 제1 전극층(440) 위의 제2 전극층(442)은 도 6a 또는 도 6b의 구조를 가질 수 있다.
도 6a를 참고하면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)은 제1 전극(42)과 달리 단일층으로 형성되어 있다.
이때, 제2 전극층(442)은 도 6a와 같이 패터닝 되어 있는 제1 전극(42)의 제2 도전층(422b)으로 이루어질 수 있다.
제2 전극층(442)의 역할, 물질, 형상 등은 제1 전극(42)의 제2 도전층(422b)과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
상술한 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제2 전극층(422, 442)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
일 예로, 도 2 및 도 6a에 도시한 바와 같이, 제2 전극층(422, 442)은 각기 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 광전 변환부(110, 120)(일 예로, 반도체 기판(122))의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제2 전극층(422, 442)은 핑거 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a, 44a)을 연결하는 다른 핑거 전극을 포함할 수 있다.
한편, 도 6b와 같이 제2 전극(44)은 제2 전극층(442)이 제1 도전층(442c)으로만 이루어지도록 형성될 수도 있다.
이와 같이 제2 전극층(442)이 제1 도전층(442c)으로만 이루어지는 경우, 제1 도전층(442c)은 제1 전극층(440)의 전체를 덮도록 전면에 형성되어 패터닝되지 않는다. 이와 같은 태양 전지는 도 7의 제조 방법으로 제조 가능하다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)의 제조 방법은, 제2 광전 변환부(120)를 형성하는 단계, 보호층(제2 전극(44)의 제1 전극층(440))을 형성하는 단계, 접합층(110a)을 형성하는 단계, 제1 광전 변환부(110)를 형성하는 단계, 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)을 형성하는 단계, 그리고 제2 전극층(422)을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 제2 전극층(422)을 형성하는 단계는, 제1 도전층(422a)을 형성하는 단계, 페이스트를 도포하는 단계, 소성 또는 경화에 의하여 제2 도전층(422a)을 형성하는 단계, 그리고 제2 도전층(422b)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 제2 광전 변환부(120)를 형성하는 단계에서는, 반도체 기판(122), 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126) 등을 포함하는 제2 광전 변환부(120)를 형성한다.
먼저, 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 가지는 베이스 영역으로 구성되는 반도체 기판(122)을 준비한다. 이때, 반도체 기판(122)의 전면 및 후면 중 적어도 한 면이 요철을 가지도록 텍스쳐링되어 반사 방지 구조를 가질 수 있다. 반도체 기판(122)의 표면의 텍스처링으로는 습식 또는 건식 텍스처링을 사용할 수 있다. 습식 텍스처링은 텍스처링 용액에 반도체 기판(122)을 침지하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 공정 시간이 짧은 장점이 있다. 건식 텍스처링은 다이아몬드 그릴 또는 레이저 등을 이용하여 반도체 기판(122)의 표면을 깍는 것으로, 요철을 균일하게 형성할 수 있는 반면 공정 시간이 길고 반도체 기판(122)에 손상이 발생할 수 있다. 그 외에 반응성 이온 식각(RIE) 등에 의하여 반도체 기판(122)을 텍스쳐링 할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 다양한 방법으로 반도체 기판(122)을 텍스쳐링 할 수 있다.
이어서, 반도체 기판(122)의 표면 위에 도전형 영역(124, 126)을 형성한다. 좀더 구체적으로, 반도체 기판(122)의 전면 위에 제1 패시베이션막 및 제1 도전형 영역(124)을 형성하고, 반도체 기판(122)의 후면 위에 제2 패시베이션막 및 제2 도전형 영역(126)을 형성한다.
도전형 영역(20, 30)은, 일례로, 열적 성장법, 증착법(예를 들어, 화학 기상 증착법(PECVD), 원자층 증착법(ALD)), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD) 등에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 또는 제2 도전형 도펀트는 도전형 영역(124, 126)을 형성하는 반도체층을 성장시키는 공정에서 함께 포함되도록 할 수도 있고, 반도체층을 형성한 후에 이온 주입법, 열 확산법, 레이저 도핑법 등에 의하여 도핑될 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 도전형 영역(124, 126)이 형성될 수 있다.
이어서, 도 7b에 도시한 바와 같이, 보호층(제2 전극(44)의 제1 전극층(440))을 형성하는 단계에서는 제2 도전형 영역(126) 위에 보호층을 형성한다. 이때, 본 실시예에서는 제2 도전형 영역(126) 위에 보호층으로 제2 전극(44)의 제1 전극층(440)을 형성할 수 있다. 이러한 제1 전극층(440)은 제조 공정 중에는 제2 도전형 영역(126) 위에서 제2 도전형 영역(126)을 보호하는 역할을 하는 보호층으로 기능하고, 그대로 잔류하여 제1 전극층(440)으로 기능할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 제2 전극(44)의 제1 전극층(440)을 제1 광전 변환부(110)를 형성하기 이전에 형성하여 이를 보호층으로 사용하는 바, 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극층(440)과 다른 보호층을 별도로 형성하였다가 제거하거나 제거하지 않은 상태로 제1 전극층(440)을 형성할 수도 있다.
제2 전극(44)의 제1 전극층(440)은, 일 예로, 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정은 저온에서 수행될 수 있으며 단면인 후면에만 제2 전극(44)의 제1 전극층(440)을 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 코팅법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이어서, 도 7c에 도시한 바와 같이, 접합층(110a)을 형성하는 단계에서는, 제2 광전 변환부(120) 위에 접합층(110a)을 형성한다. 좀더 구체적으로, 제2 광전 변환부(120)에서 보호층이 형성되지 않은 부분, 즉, 제1 도전형 영역(124) 위에 접합층(110a)을 형성할 수 있다. 접합층(110a)은, 일 예로, 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정은 저온에서 수행될 수 있으며 단면 공정으로 제2 도전형 영역(124) 위에만 접합층(110a)을 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 코팅법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이어서, 도 7d에 도시한 바와 같이, 제1 광전 변환부(110)를 형성하는 단계에서는, 접합층(110a) 위에 제1 광전 변환부(110)를 형성한다. 좀더 구체적으로는, 접합층(110a) 위에 제2 전달층(116), 광전 변환층(112) 및 제1 전달층(114)을 차례로 형성할 수 있다.
제2 전달층(116), 광전 변환층(112) 및 제1 전달층(114)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 일 예로, 증착(예를 들어, 물리적 증착법, 화학적 증착법 등) 또는 인쇄법 등을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 인쇄법은 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 바 코팅, 그라비아 코팅, 브러쉬 페인팅 및 슬롯-다이 코팅 등을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 7e에 도시한 바와 같이, 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)을 형성하는 단계에서는, 제1 광전 변환부(110) 위에 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)을 형성할 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 전달층(114) 위에 제1 전극(44)의 제1 전극층(420)을 형성할 수 있다.
제1 전극(42)의 제1 전극층(420)은, 일 예로, 스퍼터링에 의하여 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정은 저온에서 수행될 수 있으며 단면인 전면에만 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)을 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 코팅법 등의 다양한 방법이 적용될 수 있다.
그리고 본 실시예에서는 제2 전극(44)의 제1 전극층(440)을 제1 광전 변환부(110)의 형성 이전에 형성하고, 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)을 제1 광전 변환부(110)의 형성 이후에 형성하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(44)의 제1 전극층(440)을 제1 광전 변환부(110)의 형성 이후에 형성할 수도 있다. 이때, 제2 전극(44)의 제1 전극층(440)은, 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)과 함께 형성될 수도 있고, 제1 전극(42)의 제1 전극층(440)의 형성 이전 또는 이후에 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이어서, 도 7f 내지 도 7g에 도시한 바와 같이, 제2 전극층(422)을 형성하는 단계에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제2 전극층(422, 442)을 형성한다. 이하에서는 제1 전극(42)의 제2 전극층(422)이 제1 도전층(422a) 및 제2 도전층(402b)을 구비하고, 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)이 제1 도전층(422a) 또는 제2 도전층(402b)을 구비하는 단일층으로 형성된다.
이때, 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)이 제1 도전층(422a)으로 이루어지면, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제1 도전층(422a)을 동시에 형성하고, 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)이 제2 도전층(442b)으로 이루어지면, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제2 도전층(422b)을 동시에 형성하고 동시에 소성한다.
먼저, 도 7f에 도시한 바와 같이, 제1 전극의 제2 전극층의 제1 도전층을 형성하기 위해, 증착 공정을 통해 제1 도전층을 형성한다.
이때, 증착 공정으로는, 스퍼터링, 진공 증착 또는 플레이팅(도금)이 다양하게 적용가능하다.
일 예로, 스퍼터링에 의하여 형성한 스퍼터링층을 형성하면, 제2 전극층(422)을 형성하는 공정의 온도가 150℃ 이하(일 예로, 100℃ 내지 145℃일 수 있고, 제2 전극층(422, 442)이 원하는 패턴을 가지도록 마스크 또는 마스크층이 구비된 상태에서 스퍼터링을 하여 제2 전극층(422)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 전극층(422)이 스퍼터링에 의하여 형성된 스퍼터링층 위에 스퍼터링 또는 도금(일 예로, 전해 도금)에 의하여 형성된 추가 도전층을 더 포함할 수도 있다. 그 외에 150℃ 이하에서 수행되는 다양한 공정에 의하여 본 실시예에 따른 제1 또는 제2 전극(44)의 제2 전극층(422, 442)을 형성할 수 있다.
이때, 도 6b와 같이 제2 전극의 제2 전극층이 제1 도전층으로 형성되는 경우, 제1 전극의 제1 도전층과 동일한 증착 공정을 통해 형성가능하다.
다음으로, 제1 전극의 제1 도전층 위에 제2 도전층을 형성한다.
제2 도전층은 제1 전극(42)의 제1 전극층(420) 위에 제1 페이스트를 도포하고, 제2 전극이 도 6a와 같이 패터닝되는 경우, 제2 전극(44)의 제1 전극층(440) 위에 제2 페이스트를 도포한다. 제1 및 제2 페이스트는 각기 복수의 금속 입자(MP), 수지(RS) 및 용매(S)를 포함할 수 있다. 수지(RS)로는 셀룰오스계 또는 페놀릭계 등의 바인더, 아민계 등의 경화제 등을 포함할 수 있다. 용매(S)로는 다양한 물질을 사용할 수 있는데, 일 예로, 에테르계 용매를 사용할 수 있다. 그외 다양한 첨가제, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
이때, 제1 페이스트와 제2 페이스트가 서로 동일한 물질, 조성, 또는 두께를 가질 수도 있고, 제1 페이스트와 제2 페이스트가 서로 다른 물질, 조성, 또는 두께를 가질 수도 있다.
제1 또는 제2 페이스트는 인쇄(일 예로, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 등)에 의하여 형성될 수 있는데, 이에 의하면 실온에서 공정을 수행할 수 있어 저온 공정에 적합하다. 또한, 제1 또는 제2 페이스트를 얇고 높게 형성하여 종횡비를 높이는 것에 의하여 미세 선폭을 구현할 수 있다.
이어서, 소성 또는 경화에 의하여 제1 및 제2 페이스트를 소성 또는 경화하여 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제2 도전층(422b, 442)을 형성한다. 상술한 소성 또는 경화 공정은 열을 제공하는 열 경화, 또는 자외선을 조사하는 자외선 경화 등에 의하여 수행될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 페이스트를 동시에 소성(co-firing)하여 공정을 단순화한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 소성 또는 경화 공정에서는 용매(S) 등이 제거되어 페이스트의 부피가 줄어드는 슈링크(shrink) 현상이 발생하여 복수의 금속 입자(MP)가 서로 연결되거나 수지(RS)를 통하여 연결된다. 이때, 본 실시예에서는 소성 또는 경화 공정을 수지의 경화 온도보다 낮은 온도에서 소성을 수행한다. 예를 들어, 수지의 경화 온도는 150℃를 초과하는 바, 본 실시예에서 소성 또는 경화 온도가 150℃ 이하(예를 들어, 120℃ 내지 145℃일 수 있다. 소성 또는 경화 온도가 150℃를 초과하면 페로브스카이트 화합물이 열화되어 제1 광전 변환부(110)에 의한 광전 변환이 어렵거나 제1 광전 변환부(110)가 충분한 특성을 가지지 못할 수 있다. 소성 또는 경화 온도가 120℃ 미만이면, 페이스트가 거의 소성되지 모하여 전기적 특성이 저하될 수 있다.
본 실시예에서는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 제1 광전 변환부(110)를 구비한 태양 전지(100)에서 제1 및 제2 전극(42, 44)을 낮은 온도(즉, 150℃ 이하)로 형성할 수 있는 구체적 공정을 제시한다. 즉, 증착 공정을 통해 제1 도전층을 형성한 후 그 위에 제2 도전층으로서, 인쇄를 통해 전극층을 형성하여 충밀도 및 우수한 효율 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지(10)는 앞서 설명한 바와 같이, 대향하는 단차 영역에 오버랩 부분(OP)을 포함하고, 오버랩 부분(OP)에 패드로서 전극부(14b)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 오버랩 부분(OP)은 후술할 탠덤형 태양 전지 모듈(100)을 형성하여, 인접한 탠덤형 태양 전지(10)들이 중첩될 때, 중첩되는 구간에 대응되는 탠덤형 태양 전지(10)의 단차 영역으로서, 탠덤형 태양 전지(10) 각각은 인접한 상부 탠덤형 태양 전지(10)와 중첩되는 제1 오버랩 부분(OP1) 및 인접한 하부 탠덤형 태양 전지(10)와 중첩되는 제2 오버랩 부분(OP2)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 배열 방향으로 복수의 탠덤형 태양 전지(10)들이 계단식으로 중첩되어 적층되는 구조라면, 특정한 하나의 탠덤형 태양 전지(10)는 인접한 상부 탠덤형 태양 전지(10) 및 인접한 하부 탠덤형 태양 전지(10)와 중첩되어 제1 오버랩 부분(OP1) 및 제2 오버랩 부분(OP2)을 포함하게 되고, 제1 오버랩 부분 (OP1) 및 제2 오버랩 부분(OP2)은 배열 방향에서 서로 대향하도록 탠덤형 태양 전지(10)의 양 측의 단차 영역에 각각 배치된다.
본 실시예에 따른 오버랩 부분(OP)은 탠덤형 태양 전지(10)의 형상에 따라 직사각형 또는 기하학적 다각형 등이 될 수 있다. 다만, 오버랩 부분(OP)의 형상은 상기 기재 또는 도면에 한정되는 것은 아니고, 통상의 기술자가 중첩 부분의 형상으로 용이하게 설계 변경할 수 있는 범위까지 포함할 것이다. 단차 영역의 폭은 약 1mm 초과 약 15mm 미만일 수 있고, 더 구체적으로, 약 1mm 초과 약 5mm 이하일 수 있다.
본 실시예에서 단차 영역의 폭이 상기 범위를 유지함으로써 추후 탠덤형 태양 전지 모듈(100) 형성 시 안정적인 모듈화가 가능한 동시에 많은 수광면적을 확보하여 우수한 태양 전지 출력을 생산할 수 있다. 오버랩 부분(OP)의 폭이 1mm 미만인 경우, 모듈화 과정에서, 인접한 탠덤형 태양 전지(10)의 결합 안정성이 저하될 수 있다. 오버랩 부분(OP)의 폭이 15mm 초과인 경우, 탠덤형 태양 전지(10)의 수광 면적을 지나치게 감소시켜 오히려 태양 전지 출력을 감소시킬 수 있다.
단차 영역의 제1 오버랩 부분(OP1) 및 제2 오버랩 부분(OP2)의 폭은 서로 동일하거나 또는 서로 다를 수 있으며, 폭 이 서로 다른 경우에도, 약 1mm 내지 약 15mm 범위 내에서 제1 오버랩 부분(OP1) 및 제2 오버랩 부분(OP2)의 폭이 다를 수 있다.
본 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지(10)는 제1 오버랩 부분(OP1)의 전극부(14b)가 제1 전극(42)에만 연결되도록 제어함으로써, 션트 등을 방지하고, 안정적으로 태양 전지 출력을 구현해 낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)은 전술한 탠덤형 태양 전지(10)를 이용해 태양 전지 모듈을 구현한 것으로, 이하 도 1 내지 도 3을 참고하여 탠덤형 태양 전지 모듈(100)에 대해 자세히 설명한다.
본 발명 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 전술한 복수의 탠덤형 태양 전지(10)를 계단식으로 중첩하여 적층한다. 예를 들어, 기준 탠덤형 태양 전지(10)에 대해, 인접한 상부 탠덤형 태양 전지 모듈(100) 및 인접한 하부 탠덤형 태양 전지 모듈(100)이 기준 탠덤형 태양 전지(10)와 일부 중첩되는데, 상부 탠덤형 태양 전지(10)는 기준 탠덤형 태양 전지(10)의 상부에서 일부 중첩되고, 하부 탠덤형 태양 전지(10)는 기준 탠덤형 태양 전지(10)의 하부에서 일부 중첩되어 적층된다. 구체적으로, 기준 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 오버랩 부분(OP1)과 상부 탠덤형 태양 전지(10)의 제2 오버랩 부분(OP2)이 서로 중첩되고, 기준 탠덤형 태양 전지(10)의 제2 오버랩 부분(OP2)과 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 오버랩 부분(OP1)이 서로 중첩되어 계단식으로 적층된다.
즉, 도 1을 참고하면, 본 발명은 복수의 탠덤형 태양 전지(10)를 서로 이격하여 배열하지 않고 탠덤형 태양 전지(10)의 일부가 중첩되어 연속적으로 적층함으로써 전기적 쇼트 및 누설(leakage) 등을 방지하기 위한 면적 없이 일정 면적의 탠덤형 태양 전지 모듈(100) 내에서 수광 면적을 극대화할 수 있어 결과적으로 태양 전지 모듈의 생산 출력을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예는 패드를 모듈화 과정 시 중첩되는 제1 오버랩 부분(OP1)에 형성함으로써 태양 전지 출력에 도움이 될 수 있다. 즉, 제1 오버랩 부분(OP1)은 모듈화 과정에서 어차피 상부 탠덤형 태양 전지(10)에 의해 중첩 되어 수광면으로 노출되지 않기 때문에 패드 형성에 따른 태양 전지 출력 저하가 없고, 오히려 일정 면적의 태양 전지 모듈 내에서 수광 면적을 극대화할 수 있다.
본 명세서에서, 상부 탠덤형 태양 전지(10) 및 하부 탠덤형 태양 전지(10)는 전술한 바와 같 이 계단식으로 일부가 중첩되어 배열된 복수의 탠덤형 태양 전지(10)들 중에서, 임의의 일 탠덤형 태 양 전지(10)를 기준으로 상대적으로 하부에 배치된 탠덤형 태양 전지(10), 상대적으로 상부에 배치된 탠덤형 태양 전지(10)를 각각 의미한다고 할 것이며, 기준이 되는 탠덤형 태양 전지(10)에 따라 동일한 탠덤형 태양 전지(10)라고, 상부 탠덤형 태양 전지(10) 또는 하부 탠덤형 태양 전지(10)가 될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)은 인접한 상부 탠덤형 태양 전지(10)의 제2 오버랩 부분(OP2)과 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 오버랩 부분(OP1) 사이에 연결부재(14)가 배치됨으로써 인접한 탠덤형 태양 전지(10)가 전기적 및 물리적으로 결합할 수 있다.
구체적으로, 도 2 및 도 3을 참고하면 연결부재(14)는 도전성 접착부(14a) 및 전극부(14b)를 포함할 수 있고, 인접한 두 탠덤형 태양 전지(10)를 기준으로, 상부 탠덤형 태양 전지(10)의 제2 오버랩 부분(OP2)과 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 오버랩 부분(OP1) 사이에 도전성 접착부(14a)가 전체적으로 배치될 수 있다. 본 명세서에서 전체적으로 배치되었다 함은, 해당 영역 또는 공간에 물리적으로 완벽하게 모두 배치된 것뿐만 아니라, 불가피하게 일부 제외된 부분이 있는 경우를 포함한다. 도전성 접착부(14a)는 에폭시 아크릴 플루오르, 실리콘 및 폴리아미드 등의 폴리블렌드를 포함하여 접착특성을 가지고 있으므로, 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 물리적으로 안정적으로 결합시키는 동시에, 도전 특성을 가지고 있어, 전기적으로 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 연결시키는 기능을 할 수 있다. 도전성 접착부 (14a)로는 다양한 물질로 구성될 수 있는데, 일 예로, 도전성 접착제(electrical conductive adhesive, ECA) 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 도전성 접착부(14a)의 종류는 기재된 내용에 한정되는 것은 아니고, 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 물리적 및 전기적으로 연결할 수 있다면 통상의 기술자가 용이하게 선택할 수 있는 범위까지 포함할 수 있다.
이때, 전극부(14b)는 제1 전극(42)과 연결되는 패드로서 단차 영역인 제1 오버랩 부분(OP1)의 일면 상에 전체적으로 배치될 수 있다. 제1 오버랩 부분(OP1)의 일면 상에 전체적으로 배치된 전극부(14b)는 제1 전극(42)을 이루는 제1 도전층(422a)으로부터 연장되도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 도전성 접착부(14a)에 의해 상부 탠덤형 태양 전지(10)의 제2 오버랩 부분(OP2)에 형성되어 있는 제2 전극(44)과 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 오버랩 부분(OP1)에 형성되는 전극부(14b)가 전기적으로 접촉함으로써 이웃한 두 태양전지(10)의 전기적 연결이 이루어진다.
즉, 상부 탠덤형 태양 전지(10)의 제2 전극(44)과 전기적으로 연결된 도전성 접착부(14a)가 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 전극(42)과 전기적으로 연결된 전극부(14b)와 접함으로써, 상부 탠덤형 태양 전지(10)와 하부 탠덤형 태양 전지(10)가 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)이 전술한 바와 같이 연결부재(14)를 이용해 복수의 탠덤형 태양 전지(10)를 계단식으로 중첩되게 적층하여 형성함으로써 생산성을 향상시키고 불량율을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도 87 내지 도 110을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)을 설명한다.
도 87은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이고, 도 89은는 도 87의 Ⅳ-Ⅳ'선에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이고, 도 10은9는 도 87에 도시한 태양 전지 모듈 중 하나의 태양 전지의 평면도이며, 도 110은 도 109에 도시한 태양 전지 모듈의 연결을 확대한 단면도이다.
도 87 내지 도 9를8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)에서 다수의 탠덤형 태양전지들(10)은 와이어(20)에 의해 메트릭스 배열을 이루며 서로 전기적으로 연결되어 있다.
와이어(20)에 의해 행방향으로 복수개의 탠덤형 태양전지(10)가 연결돼 스트링(string)을 구성하며, 복수개의 스트링이 서로 연결돼 태양 전지 모듈(100)을 구성한다.
이웃하고 있는 탠덤형 태양전지(10)를 서로 연결시키고 있는 와이어(20)는 전극과 와이어의 접합성, 전하의 수집 효율 등을 고려해 태양전지의 발전효율이 최적화 될 수 있도록 10개 내지 25개가 사용될 수 있다.
와이어(20)는 이웃한 두 탠덤형 태양전지 중 제1 태양전지의 전면에 형성된 제1 전극(42)에 접합되고, 또한 제1 태양전지에 이웃한 제2 태양전지의 후면에 형성된 제2 전극(44)에 접합된다. 마찬가지로, 다른 와이어(20)는 제2 태양전지의 제1 전극(42)에 접합되고, 제2 태양전지에 이웃한 제3 태양전지의 제2 전극(44)에 접합된다. 이에 따라, 하나의 스트링에 배열된 태양전지들은 와이어(20)에 의해 직렬 연결된다.
그리고 버싱 바(21)는 1행 스트링의 일단에 연결된 와이어(20)와 2행 스트링의 일단에 연결된 와이어(20)를 연결시킨다. 마찬가지로, 다른 버싱 바(21)는 2행 스트링의 타단에 연결된 와이어를 3행 스트링의 일단에 연결된 와이어(20)에 연결시킨다. 이에, 태양전지 모듈(100)을 구성하는 모든 탠덤형 태양전지(10)가 서로 직렬 연결된다. 이처럼 연결된 태양전지 모듈(100)은 전면 봉지재(30)와 후면 봉지재(40)에 의해 보호를 위해 실링(sealing)되고, 전면 기판(50)과 후면 기판(60) 사이에 배치된 상태에서 이들과 라미네이팅되어 일체화된다.
전면 기판(50)은 태양전지(10)의 전면(빛이 들어오는 수광면)으로 위치하며, 충격 보호를 위해 유연성이 없는 딱딱한 재질로 만들어진다. 일 예로, 이 전면 기판(50)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 기판(60)은 태양전지의 후면(빛이 들어오지 않는 비수광면)으로 위치하며, 전면 기판(50)과 다르게 유연성을 갖는 재질로 만들어진다. 이 후면 기판(60)은 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지를 외부 환경으로부터 보호한다. 후면 기판(40)은 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층과 같은 다 층 구조를 가질 수 있고, FP(fluoropolymer), PE(polyeaster), FP(fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어 진 얇은 시트로 이뤄져 있다.
전면 봉지재(30)는 딱딱한 전면 기판(50)이 와이어(20)에 의해 물리적으로 충격받지 않도록 와이어(20)를 완전히 매립하는 두께를 갖도록 만들어진다.
후면 봉지재(40)는 후면 기판(60)과 태양전지(10)의 후면 사이에 위치하고 빛이 투과하는 투명한 물질로 만들어 진다. 이 후면 봉지재(40) 역시 습기 침투 방지와 태양전지를 충격으로부터 보호하기 위해서 충격 흡수가 가능 한 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 수지 제품이 사용된다. 또한, 후면 봉지재(40)는 열화되는 것을 방지하기 위해 자외선을 흡수하는 물질을 포함하도록 구성되는 반면, 전면 봉지재(30)는 탠덤형 태양전지(10)의 발전 효율을 좋게 하기 위해 모든 빛이 투과될 수 있게 자외선 흡수제는 포함되지 않는다.
이와 같이 형성되는 탠덤형 태양전지 모듈의 복수의 탠덤형 태양전지는 도 910 및 도 110과 같은 구성을 가질 수 있다.
도 110을 참고하여, 탠덤형 태양전지(10)를 설명하면, 탠덤형 태양전지는 도 4의 탠덤형 태양전지와 같은 층상 구조를 가진다.
즉, 본 발명의 다른 적용예에 따른 퀀텀형 태양전지(10)는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)을 포함하는 제1 광전 변환부(110)와, 제1 광전 변환부(110)와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부(130)를 더 포함하는 탠덤형 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 태양 전지(10) 역시 대면적의 태양전지로서, 직경이 10cm 내지 20cm, 바람직하게는 직경이 12cm 내지 17cm의 대면적 페로브스카이트 태양 전지(10)를 형성할 수 있다.
이의 상세한 층구조는 도 4와 동일하므로 생략한다.
특히, 접합층(110a) 위에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)을 포함하는 제1 광전 변환부(110)가 위치할 수 있다. 제1 광전 변환부(110)는 광전 변환층(112)과, 광전 변환층(112)의 일측에서 접합층(110a)과 광전 변환층(112) 사이에 위치하는 제2 전달층(제2 캐리어 전달층)(116), 그리고 광전 변환층(112)의 타측에서 광전 변환층(112)과 제1 전극(42) 사이에 위치하는 위치하는 제1 전달층(제1 캐리어 전달층)(114)을 포함할 수 있다.
태양 전지(10)의 전면을 통하여 광이 입사되면 제1 광전 변환부(110)가 단파장을 흡수하여 광전 변환에 의하여 전자 및 정공을 생성한다. 이때, 제1 캐리어(일 예로, 전자)는 제1 전극(42) 쪽으로 이동하여 수집되고, 제2 캐리어(일 예로, 정공)은 제1 광전 변환부(110) 및 제2 광전 변환부(130)을 거쳐 제2 전극(44) 쪽으로 이동하여 수집된다. 제1 광전 변환부(110)에 사용되지 않아 이를 통과한 장파장이 제2 광전 변환부(130)에 도달하면, 제2 광전 변환부(130)가 이를 흡수하여 광전 변환에 의하여 전자 및 정공을 생성한다. 이때, 제1 캐리어(일 예로, 전자)는 제1 광전 변환부(110)를 거쳐 제1 전극(42) 쪽으로 이동하여 수집되고, 제2 캐리어(일 예로, 정공)은 제2 전극(44) 쪽으로 이동하여 수집된다.
이와 같이 본 적용예에서는 다양한 파장을 광을 복수의 광전 변환부(110, 120)에서 모두 사용할 수 있어 태양 전지(10)의 효율을 크게 향상할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 페로브스카이트 화합물을 기반으로 한 제1 광전 변환부(110)와 이종 접합 구조를 가지는 제2 광전 변환부(130)를 포함하여, 다양한 특성을 향상할 수 있다. 상술한 제1 및 제2 광전 변환부(110, 130)는 각기 우수한 개방 전압을 가지므로 탠덤형 구조의 태양 전지(10)의 효율을 크게 향상할 수 있다. 제2 광전 변환부(130)로 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 제2 광전 변환부(120)가 구비되지 않고 제1 광전 변환부(110)만 구비될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(42)은 광전 변환부(110) 위에 차례로 적층되는 제1 전극층(420) 및 제2 전극층(422)을 포함할 수 있으며, 이 구성은 도 1과 동일하게 증착에 의한 제1 도전층(422a) 및 프린팅에 의한 제2 도전층(422b)의 2중층 구조를 가진다.
한편, 제2 전극(44)은 제2 광전 변환부(130) 위에 형성되어, 제2 도전형 영역(20)과 접촉될 수 있다.
상술한 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 도 9에 도시한 바와 같은 형상도 가능하나 이에 한정되지 않는다.
제1 및 제2 전극(42, 44)은 제2 전극층(422, 442)이 각기 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 버스바 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 버스바 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 광전 변환부(110, 120)(일 예로, 반도체 기판(122))의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제2 전극층(422, 442)은 버스바 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 버스바 전극(42a, 44a)을 연결하는 핑거 전극(42b, 44b)을 포함할 수 있다.
복수의 버스바 전극(42a, 44a) 위에 와이어(20)가 지나가며 버스바 전극(42a, 44a)과 전기적으로 접촉한다.
이때, 와이어(20)와 버스바 전극(42a, 44a)의 접촉을 위해 도전성 접착 필름(15)이 배치될 수 있다.
도전성 접착 필름(15)은 에폭시 아크릴 플루오르, 실리콘 및 폴리아미드 등의 폴리블렌드를 포함하여 접착특성을 가지고 있으므로, 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 물리적으로 안정적으로 결합시키는 동시에, 도전 특성을 가지고 있어, 전기적으로 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 연결시키는 기능을 할 수 있다. 도전성 접착 필름(15)로는 다양한 물질로 구성될 수 있는데, 일 예로, 도전성 접착제(electrical conductive adhesive, ECA) 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 도전성 접착 필름(15)의 종류는 기재된 내용에 한정되는 것은 아니고, 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 물리적 및 전기적으로 연결할 수 있다면 통상의 기술자가 용이하게 선택할 수 있는 범위까지 포함할 수 있다.
버스바 전극(42a, 44a)은 핑거 전극(42b, 44b)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42b, 44b)의 폭보다 버스바 전극(42a, 44a)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 제2 전극층(422, 442)이 서로 동일하거나 서로 다른 평면 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)은 복수의 탠덤형 태양 전지(10)를 와이어(20)를 통해 간단하게 부착할 수 있으므로, 생산 공정이 간단해 생산성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 모듈에 필요한 구성을 줄일 수 있으므로 생산 비용도 감수할 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
10: 태양 전지
20: 와이어
110: 제1 광전 변환부
120: 제2 광전 변환부
110a: 접합층
42: 제1 전극
44: 제2 전극

Claims (13)

  1. 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부;
    상기 제1 광전 변환부의 상기 제2 전달층의 하부에 배치되며, 상기 제1 광전 변환부와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부;
    상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에서 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제2 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 전극은 적어도 2층의 적층 구조를 가지고, 상기 제2 전극은 단일층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 증착에 의해 형성되는 제1 도전층;
    상기 제1 도전층 위에 페이스트가 인쇄되고 소성되어 형성되는 제2 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 상기 제1 도전층과 동시에 형성되는 것을특징으로 하는 태양 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 광전 변환부의 하부에 전체적으로 형성되는 것을특징으로 하는 태양 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 상기 제2 도전층과 동시에 형성되는 것을특징으로 하는 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 광전 변환부의 하부에 패터닝되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 태양 전지는 가장자리 영역에서 인접한 태양 전지와 중첩되는 오버랩 부분을 포함하고,
    상기 오버랩 부분에 상기 제1 전극과 연결되는 전극부를 포함하며,
    상기 전극부는 상기 제1 전극의 상기 제1 도전층과 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  8. 복수의 태양 전지; 및
    인접한 상기 태양 전지들 사이를 연결하는 연결 부재;를 포함하고,
    각각의 상기 태양 전지는
    페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부;
    단차 영역을 이루도록 상기 제1 광전 변환부의 상기 제2 전달층의 하부에서 상기 제1 광전 변환부보다 넓은 면적을 가지며, 상기 제1 광전 변환부와 다른 물질 또는 구조를 가지는 제2 광전 변환부;
    상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에서 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제1 전극; 및
    상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 제2 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 전극은 적어도 2층의 적층 구조를 가지고, 상기 제2 전극은 단일층으로 형성되어 있는
    태양 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 단차 영역에 상기 제1 전극과 연결되는 전극부를 포함하여, 인접한 태양전지들의 오버랩에 의해 한 태양전지의 상기 제2 전극과 인접한 상기 태양전지의 상기 전극부가 전기적으로 연결되는 태양 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오버랩 부분은 인접한 상부 태양 전지와 중첩되는 제1 오버랩 부분 및 인접한 하부 후면 전극형 태양 전지와 중첩되는 제2 오버랩 부분을 포함하며,
    상기 연결부재는 상기 상부 태양 전지의 상기 제2 오버랩 부분과 상기 하부 태양 전지의 상기 제1 오버랩 부분의 단차 영역 사이에 전체적으로 배치되는 도전성 접착부를 포함하는 태양 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극부와 상기 도전성 접착부는 서로 접하고 전기적으로 연결되는 태양 전지 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지는 서로 이격되어 배치되며,
    상기 연결 부재는
    하나의 태양 전지의 상기 제1 전극과 이웃한 태양 전지의 제2 전극을 연결하는 배선재를 포함하는
    것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 제1 전극과 상기 배선재를 연결하기 위한 도전성 접착 필름을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
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