KR20230038356A - 태양 전지, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents

태양 전지, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 태양 전지 모듈 Download PDF

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KR20230038356A
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정일형
김충의
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 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층; 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 포함한다. 따라서, 탠덤형 구조를 가지는 태양 전지의 활성 영역이 최대로 확보되면서도, 측면 절연층 구조에 의해 투습이 억제되어 신뢰성이 개선될 수 있다.

Description

태양 전지, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 태양 전지 모듈 {SOLAR CELL, the Manufacturing method thereof, and SOLAR CELL MODULE having the same}
본 발명은 태양 전지, 그의 제조 방법 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.
이후, 반도체 기판을 이용한 제1 광전변환영역을 형성한 후, 그 위에 증착 방식을 적용하여 페로브스카이트 화합물층을 형성함으로써 탠덤 셀을 제작하는 기술이 개발되었다.
이와 같은 탠덤 셀은 하부의 제1 광전 변환영역 위에 제2 광전 변환 영역이 증착에 의해 연속적으로 형성되나, 제1 광전 변환 영역을 증착 장비의 고정부가 고정한 상태로 증착을 수행하여야 하는 관계로 에지 영역에 장비에 의한 비활성 영역이 발생한다.
이와 같은 비활성 영역을 줄이기 위해 다양한 시도가 제시되었으나, 셀의 활성 영역이 감소하게 되어 파워 감소가 문제된다.
또한, 이와 같은 에지 영역을 패드를 형성하는 공간으로 활용할 때, 상부 전극으로부터 측면을 따라 단차에 형성되는 패드에 의해, 페로브스카이트층에서 분리된 전자가 다시 패드에서 홀과 결합하여 전류의 단락이 발생할 위험이 있다.
한편, 복수의 태양 전지를 모듈화하여 하나의 태양 전지 모듈을 형성하는데 있어, 페로브스카이트층을 포함하는 탠덤셀의 모듈화가 대두되고 있다.
미국 특허 US8013236 호에서는 복수의 솔라 셀에 대하여 복수의 와이어를 동시 솔더링하는 장비 및 기술에 대한 내용이 개시되어 있으나, 이를 페로브스카이트층을 포함하는 탠덤셀에 적용 가능한지에 대한 기술 확장에 우려가 있다.
한국공개특허공보 10-2018-0099577호(공개일 : 2018년 09월 05일) 미국 등록 특허 US 8013236호 (공개일 : 2011년 09월 06일)
본 발명은 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환부 이외의 이와 다른 물질 또는 구조를 가지는 또 다른 광전 변환부를 더 구비하는 탠덤셀 구조를 가지면서 우수한 효율 및 신뢰성을 가지는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명은 탠덤셀 구조를 가지는 태양 전지의 활성 영역을 확보할 수 있는 최적의 구조를 제공하고자 한다.
본 발명은 탠덤셀 구조를 가지는 태양 전지의 단락 전류를 줄이고, 투습 억제를 최대화할 수 있는 최적의 구조를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 대면적의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 태양 전지 모듈에서의 셀 간의 최적 배열 및 최적 모듈화 방법을 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 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층; 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 포함한다.
상기 제1 광전 변환부는 상기 제2 광전 변환부 상에서 단차 영역을 갖도록 상기 제2 광전 변환부보다 작은 면적을 가지며, 상기 단차 영역은 상기 제1 광전 변환부의 전체 측면에 형성될 수 있다.
상기 측면 절연층은 상기 제1 광전 변환부의 측면을 모두 둘러싸는 측면부; 및 상기 측면부로부터 절곡하여 상기 제1 광전 변환부의 상면 일부를 덮는 커버부를 포함할 수 있다.
상기 측면 절연층은 산화막 또는 질화막을 포함할 수 있다.
상기 측면 절연층의 상기 측면부는 상기 단차 영역 위에 배치될 수 있다.
상기 측면 절연층은 상기 제1 광전 변환부를 둘러싸는 프레임 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극은 일 방향으로 연장되는 복수의 버스바 전극; 및 상기 복수의 버스바 전극과 교차하며 연결되어 있는 복수의 핑거 전극을 포함할 수 있다.
상기 측면 절연층의 상기 측면부는 상기 제1 광전 변환부로부터 연장되어 상기 제2 광전 변환부의 끝단까지 형성되어 상기 태양 전지의 측면을 모두 둘러쌀 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 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; 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 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층; 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 포함하고, 상기 제1 전극은 서로 이격되어 일 방향으로 연장되는 복수의 버스바 전극을 포함하는 태양 전지 모듈을 제공한다.
인접한 상기 태양 전지들 일 단이 오버랩에 의해 물리적으로 결합되며, 상기 연결 부재가 상기 오버랩되는 영역을 가로지르며 상기 일 태양 전지의 상기 제2 전극과 인접한 상기 태양 전지의 상기 버스바 전극을 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 연결 부재는 인접한 상기 상부 태양 전지의 제2 전극으로부터 인접한 상기 하부 태양 전지의 제1 전극의 상기 버스바 전극까지 연장되는 복수의 리드를 포함할 수 있다.
각각의 상기 태양 전지는 인접한 상부 태양 전지와 중첩되는 제1 오버랩 부분 및 인접한 하부 태양 전지와 중첩되는 제2 오버랩 부분을 포함하며, 상기 오버랩되는 영역에 전체적으로 배치되는 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 리드는 길이 방향으로 연장되어 있는 코어부; 및 상기 코어부를 둘러싸며 솔더링에 의해 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 접착되는 솔더링층을 포함할 수 있다.
상기 복수의 태양 전지는 서로 이격되어 배치되며, 상기 연결 부재는 하나의 태양 전지의 상기 제1 전극과 이웃한 태양 전지의 제2 전극을 연결할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 기판에 도전형 영역을 포함하는 제2 광전 변환부를 형성하는 단계; 상기 제2 광전 변환부 위에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부를 형성하는 단계; 상기 제1 광전 변환부의 측면을 둘러싸는 측면 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되며, 중앙이 개방되도록 절단 영역을 가지는 제1 전극 및 상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되며 상기 절단 영역을 가지는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계는, 상기 제2 광전 변환부 위에 상기 제2 광전 변환부보다 작은 면적을 가지는 제1 광전 변환부를 형성할 수 있다.
상기 측면 절연층을 형성하는 단계는, 상기 제1 광전 변환부 위에 상기 측면을 노출하는 마스크를 배치하는 단계, 그리고 노출된 상기 측면에 소정 높이의 상기 측면 절연층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측면 절연층을 형성하는 단계는 상기 제1 광전 변환부의 가장자리의 일부를 덮는 커버부를 더 형성할 수 있다.
상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계는 상기 제2 광전 변환부 위에 제1 면적을 가지는 접합층을 형성하는 단계, 상기 접합층 위에 상기 제1 면적보다 큰 제2 면적을 가지는 상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제2 면적은 상기 제2 광전 변환부의 면적보다 작을 수 있다.
상기 측면 절연층은 상기 제1 광전 변환부 및 상기 제2 광전 변환부의 전체 측면을 둘러싸도록 형성할 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.
본 발명은 탠덤형 구조를 가지는 태양 전지의 활성 영역이 최대로 확보되면서도, 측면 절연층 구조에 의해 투습이 억제되어 신뢰성이 개선될 수 있다.
그리고, 대면적의 페로브스카이트 화합물을 포함하는 태양 전지 모듈에서의 셀 간의 최적 배열을 제공하여 모듈화를 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 배면도이다.
도 3은 도 1의 태양 전지를 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위한 공정도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시한 태양 전지 모듈에서의 제1 방향에서 하나의 태양 전지의 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시한 태양 전지 모듈에서의 제2 방향에서 복수의 태양 전지의 결합 공정도이다.
도 12는 도 11의 결합 공정에 따른 결과 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이다.
도 14는 도 13의 태양 전지 모듈을 절단한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 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 관계없는 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 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 배면도이며, 도 3은 도 1의 태양 전지를 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(10)는 탠덤형 태양 전지(10)로서, 적층방향인 수직방향으로, 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)는, 도 1 및 도 2와 같이 평면 상에서, 도전형 영역 및 전극을 구비하여 실질적으로 광전 변환이 일어나는 영역인 태양 전지 활성 영역(AA)이 적어도 한 개 정의되고, 상기 태양 전지 활성 영역(AA)을 둘러싸는 가장자리 영역에 비활성 영역(NA)이 위치한다. 이러한 태양 전지(10)는 비활성 영역(NA)을 따라 측면 절연층이 형성될 수 있으며, 태양 전지의 활성 영역으로 수분이 침투하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있는 구조를 가진다.
먼저 도 3을 참조하여 태양 전지 활성 영역(AA)에서의 단면 구조에 대하여 설명한 다음, 다시 도 1 및 도 2를 참조하여 태양 전지(10)에서 구체적인 평면 형상을 상세하게 설명한다.
도 3을 참고하면, 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.
반도체 기판(122)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 요철을 가질 수 있다. 요철은, 일 예로, 외면이 반도체 기판(122)의 (111)면으로 구성되며 불규칙한 크기를 가지는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 이에 의하여 상대적으로 큰 표면 거칠기를 가지면 광의 반사율을 낮출 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
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 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)은 전자 및 정공에게 일종의 배리어(barrier)로 작용하여, 소수 캐리어(minority carrier)가 통과되지 않도록 하고, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)에 인접한 부분에서 축적된 후에 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어(majority carrier)만이 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)을 각기 통과할 수 있도록 한다. 일 예로, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)은 일종의 터널링막일 수 있다. 이때, 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어는 터널링 효과에 의하여 쉽게 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)을 통과할 수 있다.
이러한 제1 또는 제2 패시베이션막(122a, 122b)은 캐리어가 터널링 될 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 일례로, 질화물, 반도체, 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 제2 패시베이션막(122a, 122b)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화 질화물, 진성 비정질 반도체(일 예로, 진성 비정질 실리콘), 진성 다결정 반도체(일 예로, 진성 나노 다결정 실리콘) 등을 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)이 진성 비정질 반도체를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)이 비정질 실리콘(a-Si)층, 비정질 실리콘 탄화물(a-SiCx)층, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)층 등으로 구성될 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)이 반도체 기판(122)과 유사한 특성을 가지기 때문에 반도체 기판(122)의 표면 특성을 좀더 효과적으로 향상할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)은 반도체 기판(122)의 전면 및 후면에 각기 전체적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(122)의 전면 및 후면을 전체적으로 패시베이션할 수 있고, 별도의 패터닝 없이 쉽게 형성될 수 있다. 터널링 효과를 충분하게 구현할 수 있도록 패시베이션막(122a, 122b)의 두께는 도전형 영역(124, 126)보다 작은 두께(일 예로, 5nm 이하)의 두께를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 패시베이션막(122a, 122b)은 다양한 물질, 형상, 두께 등을 가질 수 있다.
그러나, 실시예에 따라 제1 패시베이션막(122a)은 생략 가능하다.
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.
제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)은 각기 반도체 기판(122)과 동일한 반도체 물질(좀더 구체적으로, 단일 반도체 물질, 일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 비정질 실리콘(a-Si)층, 비정질 실리콘 탄화물(a-SiCx)층, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)층 등으로 이루어질 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 반도체 기판(122)과 유사한 특성을 가져 서로 다른 반도체 물질을 포함할 경우에 발생할 수 있는 특성 차이를 최소화할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 반도체 기판(122) 위에서 반도체 기판(122)과 별개로 형성되므로, 반도체 기판(122) 위에서 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(122)과 다른 결정 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126) 각각은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체 등에 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 그러면 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 간단한 공정에 의하여 쉽게 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)이 진성 비정질 반도체(일 예로, 진성 비정질 실리콘)으로 구성되면, 우수한 접착 특성, 우수한 전기 전도도 등을 가질 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126) 각각은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 나노결정 실리콘 또는 폴리 실리콘 층으로 제조될 수 있으며, 이에 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 그러면 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 간단한 공정에 의하여 쉽게 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 패시베이션막(122a, 122b)이 진성 비정질 반도체(일 예로, 진성 비정질 실리콘)으로 구성되면, 우수한 접착 특성, 우수한 전기 전도도 등을 가질 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, 전극층(420, 440)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 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)은 제2 광전 변환부(120)의 면적보다 작은 면적을 갖도록 형성되며, 그 위에 형성되는 제1 광전 변환부(110)의 면적은 접합층(110a)의 면적과 같거나 작게 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 영역(NA)이 가장자리에 형성된다.
이와 같은 단차 영역(NA)은 중앙 영역에 형성되는 활성 영역(AA)을 중심으로 네 개의 측면의 가장자리에 형성되어 프레임 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 태양 전지(10)의 네 측면은 증착 공정에 의해 상기 제2 광전 변환부(120) 위에 제1 광전 변환부(110)가 형성될 때, 증착기 내에서 상기 태양 전지(10)의 반도체 기판(122)을 고정하는 증착기의 고정부의 양 발이 상기 반도체 기판(122)에 위치하는 영역을 포함하도록 형성된다.
따라서, 상기 태양 전지(10)의 네개의 측면에 길이 방향으로 형성되어 있는 단차 영역(NA) 중 적어도 하나에 상기 증착기의 고정부가 위치한다.
따라서, 상기 제2 광전 변환부(120) 위로 이와 같은 단차 영역(NA)을 형성하면서, 접합층(110a)과 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)을 포함하는 제1 광전 변환부(110)가 위치할 수 있다. 상기 제1 광전 변환부(110)도 단차 영역(NA)을 유지하도록 접합층(110a) 위에 한정적으로 형성되어 제2 광전 변환부(120)와 제1 광전 변환부(110)의 면적 차이가 일정하게 유지된다.
이때, 접합층(110a)은 도 3과 같이 상부에 형성되는 제1 광전 변환부(110)와 동일한 면적을 가질 수 있으나, 이와 달리 접합층(110a)이 제1 광전 변환부(110)보다 작은 면적을 갖도록 형성되고, 이와 같은 접합층(110a)을 덮으면서 제1 광전변환부(110)가 단차 영역(NA) 내에서 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 광전 변환부(110)의 면적이 접합층(110a)보다 클 때에도 제1 광전 변환부(110)의 면적과 상기 제2 광전 변환부(120)의 면적은 단차 영역(NA)을 이루도록 차이를 가진다.
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 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. 일 예로, 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(422a, 422b)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 Ag, Cu, Al, Mo, Ti, Pd, W, Pt 중 적어도 하나를 가지는 합금으로 형성될 수 있으며, 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
제2 전극층(422)을 형성하는 증착 공정은 진공증착, 스퍼터링 또는 도금으로 형성할 수 있다. 이때, 증착으로 형성되는 제2 전극층(422)은 5㎛ 이하 두께로 형성될 수 있다. 제2 전극층(422)이 복수의 층상 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 제2 전극층(422)을 페이스트 전극으로 형성될 수도 있으며, 이때, 전극 재료는 Ag, Cu, Al, Sn 등을 포함하는 메탈 파우더를 소결하여 형성될 수 있다.
제2 전극층(422)는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 전극층(422)은 각기 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(422a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(422)이 서로 평행하며 광전 변환부(110, 120)(일 예로, 반도체 기판(122))의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되지 않고 사선으로 형성될 수도 있다. 그리고 제2 전극층(422)은 핑거 전극들(422a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(422a)을 연결하는 버스바 전극(422: 주요 전극 구조를 차지하여 제2 전극층과 동일한 도면 부호를 사용함)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(422)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(422a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(422a)의 폭보다 버스바 전극(422)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(422)의 폭이 핑거 전극(422a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.
복수의 버스바 전극(422)은 제1 방향으로 서로 나란하게 형성될 수 있으며, 서로 이웃한 버스바 전극(422)는 핑거 전극(422a)의 이격 거리보다 큰 이격 거리(w3)를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 이와 같은 복수의 버스바 전극(422)는 이웃한 태양 전지(10)와 전기적 물리적 접합을 수행하는 각각 리드(20)와의 접하는 패드부로서 기능할 수 있다.
한편, 제2 전극(44)은 제2 광전 변환부(120) 위에 위치하며, 도 2와 같이 제1 및 제2 전극층(440, 442)의 2중층 구조를 가질 수 있다.
제2 전극(44)의 제1 전극층(440)은 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)의 역할, 물질, 형상 등과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
제2 전극(44)의 제2 전극층(442)이 제2 전극(42)의 그것과 서로 동일하거나 서로 다른 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(42)의 핑거 전극(422a) 및 버스바 전극(422)과 같이 핑거 전극과 버스바 전극으로 패터닝되어 있을 수 있으며, 그와 달리 제2 광전 변환부(120) 전체에 제1 전극층(442)과 같이 전면적으로 형성될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
또한, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제1 전극층(420, 440) 위에는 반사 방지막(430)이 형성되어 제1 전극층(420, 440)의 일부만을 노출하여 제2 전극층(422, 442)을 제1 전극층(420, 440)과 접촉하게 할 수 있다.
한편, 도 3과 같이, 제1 광전 변환부(110)의 네개의 가장자리에 형성되는 단차 영역(NA)에는 측면 절연층(130: 131, 132)이 형성된다.
상기 측면 절연층(130)은 제2 광전 변환부(120)의 상부로부터 제1 광전 변환부(110)의 상부에 이르는 높이(h1), 즉, 제1 광전 변환부(110)의 두께보다 같거나 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 바람직하게는 측면 절연층(130a, 130b)의 높이(h1)는 10nm 내지 1㎛ 일 수 있다.
측면 절연층(130)은 네 개의 단차 영역(NA)에 동일하게 형성됨으로써 하나의 태양 전지(10)의 네 측면에서 내부의 제1 광전 변환부(110)을 감싸는 프레임 타입(frame type)의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
측면 절연층(130)은 원자 증착, 화학 증착 또는 물리적 증착 방식을 통해 형성될 수 있고, 절연 페이스트를 도포하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 측면 절연층(130)의 폭(W1)은 망소 특성을 가지나, 그 필요성에 의해 일 측면의 측면 절연층(130)의 폭(W1)이 0.1mm 내지 3.0mm을 충족할 수 있으며, 이는 증착기의 고정부의 크기에 따라 조절 가능하다.
상기 측면 절연층(130)으로는 산화물, 질화물 등을 포함하는 화합물로 형성될 수 있으며, 일 예로 Al2O3, SiC, SiN 등이 적용 가능하다.
이와 같은 측면 절연층(130)은 단차 영역(NA) 위를 메우며 프레임을 형성하는 측면부(131) 및 측면부(132)로부터 중앙의 제1 광전 변환부(110)의 수광면을 향해 절곡되어 상기 제1 광전 변환부(110) 위를 일부 덮는 커버부(132)를 포함할 수 있다.
이와 같은 커버부(132)는 상기 측면부(131)의 폭보다 좁은 폭으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 광전 변환부(110)의 반사방지막(430) 위의 가장자리를 덮음으로써 외부로부터 수분이 제1 광전 변환부(110)에 침투하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(10)는 복수의 태양 전지로 분리되어 사용될 수도 있으나 이에 한정되지 않는다. 이와 같이 태양 전지(10)를 두 개의 태양 전지로 분리하게 되면, 복수 개의 태양 전지를 연결하여 태양 전지 모듈로 만들 때 발생하는 출력 손실(cell to module loss, CTM loss)을 줄일 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 8b를 참고하여, 도 1 내지 도 3의 탠덤형 태양 전지의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위한 순서도이고, 도 5a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 제조하기 위한 공정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조 방법은 도 4와 같이, 제2 광전 변환부 생성단계(S10), 제1 광전 변환부 생성 단계(S20), 측면 절연층 형성 단계(S30), 제1 및 제2 전극 형성 단계(S40), 및 모듈링 단계(S50)를 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 제2 광전 변환부(120)를 형성하는 단계(S10)에서는, 반도체 기판(122)으로부터 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(122a) 및 제1 도전형 영역(124)을 형성하고, 반도체 기판(122)의 후면 위에 제2 패시베이션막(122b) 및 제2 도전형 영역(126)을 형성한다.
도전형 영역(124, 126)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 5b에 도시한 바와 같이, 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, 제2 광전 변환부(120) 위에 접합층(110a)을 형성한다. 좀더 구체적으로, 제2 광전 변환부(120)의 제1 도전형 영역(124)의 일부 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.
상기 접합층(110a)의 면적은 상기 제2 광전 변환부(120)보다 작고, 제1 광전 변환부(110)보다 작도록 형성할 수 있으나, 이와 달리 제1 광전 변환부(110)와는 동일한 면적으로 형성될 수 있다.
이는 마스크(도시하지 않음)를 올린 후 스퍼터링하여 제2 광전 변환부(110)의 가장자리 영역을 노출하면서 중앙 영역에만 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 형성 가능하다.
이어서, 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 접찹층(110a) 위로 제1 광전 변환부(110)를 형성한다(S20).
제1 광전 변환부(110)를 형성하는 단계에서는, 접합층(110a) 위에 제1 광전 변환부(110)를 형성한다. 이때, 제1 광전 변환부(110)는 상기 접합층(110a)보다 크고 상기 제2 광전 변환부(120)보다 작은 면적을 갖도록 네 개의 가장자리 영역을 노출하면서 선택적으로 형성된다.
좀더 구체적으로는, 증착 장비 내에서 접합층(110a) 위에 상기 접합층(110a)을 덮으며 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 증착(예를 들어, 물리적 증착법, 화학적 증착법 등)을 통해 형성될 수 있다.
이어서, 제1 광전 변환부(110) 위에 제1 전극(42)의 제1 전극층(420)을 형성할 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 전달층(114) 위에 제1 전극(42)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.
또한, 도 6b와 같이, 상기 제1 전극층(420) 위에 반사방지막(430)을 형성한다. 상기 반사방지막(430)은 역시 증착공정을 통해 형성할 수 있으며, 도 6c와 같이 일부 패터닝하여 제2 전극층(422)이 형성되는 영역을 개방할 수 있다.
이와 같이 제2 전극층(422)과 제1 전극층(420)의 접착을 위한 개구부(431)가 반사방지막(430)에 형성되면, 도 7a 및 도 7b와 같이 측면 절연층(130)을 형성한다(S30).
먼저, 도 7a와 같이, 증착 장비 내에서 상기 태양 전지(10)를 실장한 후, 상기 태양 전지(10)의 양 측면을 노출하고 중앙 영역을 커버하는 마스크(200)를 상기 태양 전지(10)의 전면에 로딩한다. 상기 마스크(200)는 카바이드 나이트 등으로 형성되어 있는 마스크일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
태양 전지(10)의 중앙 영역을 덮도록 얼라인 후 노출된 측면에 측면 절연층(130)을 증착한다.
이때, 상기 마스크가 반사방지막(430)의 가장자리를 일부 노출하도록 상기 반사방지막(430)보다 작게 형성됨으로써 측면 절연층(130)의 커버부(132)가 동시에 형성될 수 있다.
이때, 상기 증착장비로는 원자 증착, 물리적 증착, 화학증착 등의 다양한 방식으로 적용 가능하며, 이에 따라 측면에 SiO2 등의 산화물 또는 SiC 또는 SiN의 탄화물 또는 질화물 등으로 적용 가능하다.
이때, 형성되는 측면 절연층(130)의 측면부(131)의 두께(H1)는 10nm 내지 1 ㎛를 충족할 수 있으며, 제1 광전 변환층(110)과 같거나 더 높게 형성할 수 있다. 또한, 각 측면 절연층(130a, 130b)의 폭(W1)은 0.1 내지 0.3mm를 충족할 수 있다.
따라서, 상기 측면 절연층(130)의 폭(W1)은 망소 조건을 따르나, 실질적으로 0.3mm을 넘지 않도록 조절할 수 있다.
이와 같이 측면 절연층(130)이 커버부(132)를 포함하여 상기 반사방지막(430)의 가장자리를 덮음으로써, 외부로부터 침투하는 수분으로부터 제1 광전 변환부(110)를 보호할 수 있다.
또한, 커버부(132)의 면적을 최소화함으로써 광전 변환하는 면적을 최대로 확보할 수 있다.
이와 같이 태양 전지(10)의 접찹층(110a)의 네개의 측면에 측면 절연층(130)이 형성되어 프레임을 이루면, 도 7b와 같이 상기 마스크(200)를 제거하고, 도 7c와 같이 내부의 제1 광전 변환부(110)를 노출한다.
이때, 노출되는 제1 광전 변환부(110)의 면적은 커버부(132)에 의해 측면 절연층(130)의 형성 전보다 감소할 수 있다.
이때, 상기 측면 절연층이 형성되면서, 반도체 기판의 하면에 패시베이션막(도시하지 않음)이 동시에 형성가능하다. 이와 같은 패시베이션막이 후면에 형성되면, 하부의 제1 전극층(440)의 노출을 위한 후면개구부을 형성하는 패터닝 공정을 더 포함할 수 있다.
이어서, 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 제2 전극층(422)을 형성하는 단계에서 제1, 제2 전극(42, 44)의 제2 전극층(422, 442)을 형성한다(S40). 이하에서는 제1 전극(42)의 제2 전극층(422)이 단일층으로 형성되는 것으로 도시하였으나 이와 달리 다층 구조로 형성될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 전극(42, 44)의 제2 전극층(422, 442)을 동시에 형성한다.
먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이, 제1, 제2 전극(42, 44)의 제2 전극층((422, 442)을 형성하기 위해, 증착 공정을 수행한다.
이때, 증착 공정으로는, 스퍼터링, 진공 증착 또는 플레이팅(도금)이 다양하게 적용가능하다.
일 예로, 스퍼터링에 의하여 형성한 스퍼터링층을 형성하면, 제2 전극층(422, 442)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 전극(422, 442)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 전극층(422, 442)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(42, 44)의 제2 전극층(422, 442)을 형성할 수 있다.
이때, 형성되는 제1 전극(42)의 제2 전극층(422)은 도 8b와 같이 일 방향으로 나란히 배열되어 있는 복수의 버스바 전극(422)를 포함하며, 상기 버스바 전극(422)과 교차하며 형성되는 핑거 전극(422a)을 포함한다.
제2 전극(44)의 제2 전극층(442)은 면 형상을 가진다.
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 있도록, 증착 공정을 통해 제2 전극층(422, 442)을 형성한 후 그 위에 충밀도 및 우수한 효율 및 신뢰성을 확보하도록 커버층을 더 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 전극과 제2 전극(42, 44)이 형성되면, 도 8a와 같은 태양 전지가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지(10)는 도1 및 도 2와 같은 전면과 후면의 형상을 갖도록 형성된다.
다음으로, 태양 전지(10)를 복수의 단위로 절단하여 사용하는 경우, 커팅을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 형성되는 복수개의 태양 전지(10)는 글라스 기판 위에 다양한 형태로 모듈링 가능하다(S50).
한편, 도 2의 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)은 제1 전극(42)의 제2 전극층(422)과 동일한 형상을 가질 수 있으며, 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되 복수의 핑거 전극(도시하지 않음)과 버스바 전극을 포함하여 형성될 수 있다.
태양 전지(10)의 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(10)가 반도체 기판(122)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가질 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(10)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(10)의 효율 향상에 기여할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서는 제1 광전 변환부(110) 상의 반사방지막(430)을 패터닝한 후 측면 절연층(130)을 형성하는 것으로 설명하였으나, 이와 달리, 반사방지막(430)의 패터닝은 측면 절연층(130)의 형성 후에 이루어질 수도 있다.
이하에서는 도 3의 태양 전지(10)를 다양하게 배치하여 제공되는 태양 전지 모듈(100)을 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시한 태양 전지 모듈에서의 제1 방향에서 하나의 태양 전지의 단면도이고, 도 11은 도 9에 도시한 태양 전지 모듈에서의 제2 방향에서 복수의 태양 전지의 결합 공정도이고, 도 12는 도 11의 결합 공정에 따른 결과 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 9 내지 도 12를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 전술한 복수의 탠덤형 태양전지들(10)을 계단식으로 중첩하여 적층한다. 예를 들어, 기준 탠덤형 태양 전지(10)에 대해, 인접한 상부 탠덤형 태양 전지(10) 및 인접한 하부 탠덤형 태양 전지(10)가 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.
본 명세서에서, 상부 탠덤형 태양 전지(10) 및 하부 탠덤형 태양 전지(10)는 전술한 바와 같이 계단식으로 일부가 중첩되어 배열된 복수의 탠덤형 태양 전지(10)들 중에서, 임의의 일 탠덤형 태양 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 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지(10)는 오버랩 부분(OP)을 포함하며, 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 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 측에 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.
본 실시예에서 오버랩 부분의 폭이 측면 절연층(130)의 폭(W1) 내를 충족하도록 유지함으로써 탠덤형 태양 전지 모듈(100) 형성 시 안정적인 모듈화가 가능한 동시에 많은 수광 면적을 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 3mm 초과인 경우, 탠덤형 태양 전지(10)의 수광 면적을 지나치게 감소시켜 오히려 태양 전지 출력을 감소시킬 수 있다.
제1 오버랩 부분(OP1) 및 제2 오버랩 부분(OP2)의 폭은 서로 동일하거나 또는 서로 다를 수 있으며, 폭이 서로 다른 경우에도, 약 1mm 내지 약 3mm 범위 내에서 제1 오버랩 부분(OP1) 및 제2 오버랩 부분(OP2)의 폭이 다를 수 있다.
즉, 도 11과 같이, 본원 발명의 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 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)과 상기 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 전극(42)의 제2 전극층(422)을 가로지르며 연결하는 복수의 리드(20)를 포함한다.
이때, 복수의 리드(20)는 두 개의 탠덤형 태양 전지(10)를 연결할 때, 버스바 전극(422)의 개수와 동일한 개수로 형성 가능하나 이보다 작은 개수를 가질 수 있다.
이와 같은 두 개의 이웃한 탠덤형 태양 전지(10)의 일부를 중첩하면서 이를 가로지르는 복수의 리드(20)를 형성하기 위하여, 도 11과 같은 공정을 수행할 수 있다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈 공정의 경우, 멀티 리드(20) 접합을 위한 리드 필름(300)을 적용할 수 있다.
도 11의 리드 필름(300)은 복수의 리드(20)가 동일한 간격으로 이격되어 배열되어 있는 상태로, 리드(20)의 길이 방향으로 절반의 영역은 복수의 리드(20)를 지지하는 제1 지지층(23a)이 리드(20)의 하부에 배치되어 있으며, 리드(20)의 길이의 나머지 절반의 영역은 복수의 리드(20)를 지지하는 제2 지지층(23b)이 리드의 상부에 배치되어 있다.
이와 같은 리드필름(300)은 복수의 리드(20)를 동시에 지지하기 위한 지지층(23a, 23b)이 리드(20)의 길이의 절반 영역에서는 리드(20)의 하부에, 나머지 절반 영역에서는 리드(20)의 상부에 배치되어 있는 구조이다.
이때, 오버랩되는 두 개의 태양 전지(10)에 대하여, 상부 태양 전지(10')의 제2 전극(44)을 향해 리드(20)가 노출되도록 상부 태양 전지(10')의 하부에 리드 필름(300)을 배치하고, 하부 태양 전지(10)의 제1 전극(42)을 향해 리드(20)가 노출되도록 하부 태양 전지(10)의 상부에 나머지 리드 필름(300)의 절반 영역을 배치한다.
따라서, 상부 태양 전지(10')와 하부 태양 전지(10)는 모두 지지층(23a, 23b)의 방해없이 노출되어 있는 리드(20)와 접합할 수 있는 상태로 마주하게 된다.
상기 하부 태양 전지(10)의 제1 전극(42)의 버스바 전극(422) 위에 노출되어 있는 복수의 리드(20)를 정렬한 후, 솔더링을 수행함으로써 버스바 전극(422)과 리드(20)의 전기적 물리적 접착을 수행할 수 있다.
이와 같이 하부 태양 전지(10)와 리드 필름(300)의 결합이 수행되면, 상부 태양 전지(10')의 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)과 리드 필름(300)의 노출되어 있는 반대쪽의 리드(20)와의 솔더링을 수행한다.
이때, 제2 전극(44)이 도 2와 같이 별도의 패터닝이 없는 경우, 정렬이 용이할 수 있다.
이와 같은 리드(20)가 부착되면 도 10과 같이 제1 전극(42)의 버스바 전극(422) 위에 배치될 수 있으며, 리드(20)는 단면이 원형 또는 사각형일 수 있다.
각각의 리드(20)는 소정 형태의 단면을 가지며 길이 방향으로 연장되고, 그 단면으로 볼 때, 중심에 해당하는 코어층(25) 및 코어층(25)을 둘러싸며 형성되는 솔더층(26)으로 구현될 수 있다.
코어층(25)을 둘러싸는 솔더층(26)이 솔더링 공정에서 일부 용융하면서 하부의 버스바 전극(422) 또는 제2 전극(44)의 제2 전극층(442)과 전기적 물리적으로 접합된다.
상부와 하부의 태양 전지(10, 10')의 중첩이 이루어지면 리드 필름(300)의 각각의 지지층(23a, 23b)을 벗겨냄으로써 리드(20)만이 잔존하게 된다.
이때, 두 개의 태양 전지(10, 10')의 물리적 결합을 위해 두 개의 태양 전지(10, 10')의 오버랩 영역에 연결부(60)가 배치됨으로써 인접한 탠덤형 태양 전지(10)를 보다 강력하게 전기적 및 물리적으로 결합할 수 있다.
연결부(60)는 도전성 접착층을 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 접착층이 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 접착층은 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(60)로는 다양한 물질로 구성될 수 있는데, 일 예로, 도전성 접착제(electrical conductive adhesive, ECA) 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 도전성 접착층의 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.
이와 같이, 도전성 접착층에 의해 상부 탠덤형 태양 전지(10')의 제2 오버랩 부분(OP2)에 형성되어 있는 제2 전극층(442)와 하부 탠덤형 태양 전지(10)의 제1 오버랩 부분(OP1)이 접촉하여 이웃한 두 단위 태양전지(10)의 물리적 연결이 이루어지면서 복수의 리드(20)를 동시에 접촉시켜 전기적으로 연결한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)이 전술한 바와 같이 연결부(60)를 이용해 복수의 탠덤형 태양 전지(10)를 계단식으로 중첩되게 적층하면서 이를 가로지르는 복수의 리드(20)를 통해 직렬 연결을 수행함으로써 생산성을 향상시키고 불량율을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도 13 내지 도 14를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 탠덤형 태양 전지 모듈(100)을 설명한다.
도 13는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이고, 도 14는 도 13의 태양 전지 모듈을 절단한 단면도이다.
도 13 내지 도 14를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)에서 다수의 탠덤형 태양전지들(10)은 복수의 리드에 의해 메트릭스 배열을 이루며 서로 전기적으로 연결되어 있다.
복수의 리드(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 복수의 리드(20)는 전극과 리드(20)의 접합성, 전하의 수집 효율 등을 고려해 태양전지의 발전효율이 최적화될 수 있도록 두 개의 이웃한 태양 전지 사이에 5 내지 40개가 사용될 수 있다.
이와 같은 스트링 연결에 있어서도, 도 11의 리드 필름(300)이 동일하게 적용 가능하다.
즉, 복수의 리드(20)는 이웃한 두 탠덤형 태양전지(10) 중 제1 단위 태양전지의 후면에 형성된 제2 전극(44) 전체에 접합되고, 또한 제1 태양전지에 이웃한 제2 태양전지의 전면에 형성된 제1 전극(42)의 버스바 전극(422)에 접합된다. 마찬가지로, 다른 리드(20)는 제2 태양전지의 제2 전극(44)의 전체에 접합되고, 제2 태양전지에 이웃한 제3 태양전지의 제1 전극(42)의 버스바 전극(422)에 접합된다. 이때, 리드(20)와 버스바 전극(422)의 접합은 버스바 전극(422) 중 확장면(패드 영역)에서만 이루어질 수 있으며, 그와 달리 버스바 전극(422) 전체에서 솔더링될 수 있다.
이와 같은 리드(20)에 의해 제1 광전변환부(110)가 덮이지 않아, 태양 전지의 액티브 영역의 면적이 감소되지 않으면서 하나의 스트링에 배열된 단위 태양전지들이 직렬 연결된다.
그리고 버싱 바(21)는 1행 스트링의 일단에 연결된 리드(20)와 2행 스트링의 일단에 연결된 리드(20)를 연결시킬 수 있다. 마찬가지로, 다른 버싱 바(21)는 2행 스트링의 타단에 연결된 리드(20)를 3행 스트링의 일단에 연결된 연결패드(20)에 연결시킨다. 이에, 태양전지 모듈(100)을 구성하는 모든 탠덤형 단위 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(70) 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 또는 3mm 이하, 바람직하게는 2mm의 두께를 가지는 저철분 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 기판(70)은 태양전지의 후면(빛이 들어오지 않는 비수광면)으로 위치하며, 전면 기판(50)과 다르게 유연성을 갖는 재질로 제공될 수 있다. 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 이루어진 얇은 시트로 이루어질 수 있다.
후면 기판(70)은 표면에 요철이 있을 수 있으며, 흰색 또는 검은 색의 애나멜 페이스트가 인쇄될 수 있다.
전면 봉지재(30)는 딱딱한 전면 기판(50)이 리드(20)에 의해 물리적으로 충격받지 않도록 리드(20)를 완전히 매립하는 두께를 갖도록 만들어진다.
후면 봉지재(40)는 후면 기판(70)과 태양전지(10)의 후면 사이에 위치하고 빛이 투과하는 투명한 물질로 만들어진다. 이 후면 봉지재(40) 역시 습기 침투 방지와 태양전지(10)를 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 같은 태양 전지 모듈(100)의 라미네이팅은 먼저, 섭씨 70 내지 100도, 바람직하게는 섭씨 85도 내외의 온도로 예열한 뒤, 섭씨 120도 내지 160도, 바람직하게는 섭씨 155도 이하의 온도에서 라미네이팅을 수행한다.
이와 같이 도 1 내지 도 3의 태양 전지(10)를 배치하여 태양 전지 모듈(100)을 제조가능하다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 페로브스카이트 구조체를 가지는 제1 광전 변환부(110)를 상부에 형성하며, 하부에 다음과 같은 제2 광전 변환부(140)를 가지는 퀀텀형 태양 전지(100)도 형성 가능하다.
이하에서는 도 15를 참고하여, 본 발명의 다른 적용예에 따른 퀀텀형 태양 전지를 설명한다.
도 15를 참고하면, 본 발명의 다른 적용예에 따른 퀀텀형 태양전지는 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(140)를 더 포함하는 탠덤형 구조를 가질 수 있다.
본 적용예에 따른 태양 전지(100)에서 제2 광전 변환부(140)는 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.
반도체 기판(122)의 구성은 도 3의 반도체 기판(122)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
반도체 기판(122)의 전면에 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(124)이 형성될 수 있다. 그리고 반도체 기판(122)의 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.
제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)은 각기 반도체 기판(122)과 동일한 반도체 물질(좀더 구체적으로, 단일 반도체 물질, 일례로, 실리콘)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 비정질 실리콘(a-Si)층, 비정질 실리콘 탄화물(a-SiCx)층, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)층 등으로 이루어질 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 반도체 기판(122)과 유사한 특성을 가져 서로 다른 반도체 물질을 포함할 경우에 발생할 수 있는 특성 차이를 최소화할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126) 각각은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체 등에 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 그러면 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 간단한 공정에 의하여 쉽게 형성될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126) 각각은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 나도결정 실리콘 또는 폴리 실리콘 층으로 제조될 수 있으며, 이에 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 그러면 제1 및 제2 도전형 영역(124, 126)이 간단한 공정에 의하여 쉽게 형성될 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(140)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, 전극층(420, 440)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
접합층(110a)은 제1 광전 변환부(110)와 제2 광전 변환부(140)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)의 상세 구성은 도 3과 동일하므로 생략한다.
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 영역(NA)이 가장자리에 형성된다.
이와 같은 단차 영역(NA)은 중앙 영역에 형성되는 활성 영역(AA)을 중심으로 네 개의 측면의 가장자리에 형성되어 프레임 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 태양 전지(10)의 네 측면은 증착 공정에 의해 상기 제2 광전 변환부(140) 위에 제1 광전 변환부(110)가 형성될 때, 증착기 내에서 상기 태양 전지(10)의 반도체 기판(122)을 고정하는 증착기의 고정부의 양 발이 상기 반도체 기판(122)에 위치하는 영역을 포함하도록 형성된다.
따라서, 상기 태양 전지(10)의 네 측면에 길이 방향으로 형성되어 있는 단차 영역(NA) 중 적어도 하나에 상기 증착기의 고정부가 위치할 수 있다.
따라서, 상기 제2 광전 변환부(140) 위로 이와 같은 단차 영역(NA)을 형성하면서, 접합층(110a)과 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층(112)을 포함하는 제1 광전 변환부(110)가 위치할 수 있다. 상기 제1 광전 변환부(110)도 단차 영역(NA)을 유지하도록 접합층(110a) 위에만 한정적으로 형성되어 제2 광전 변환부(140)와 제1 광전 변환부(110)의 면적 차이가 일정하게 유지된다.
한편, 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.
제1 광전 변환부(110)의 각 층의 구조 및 재료는 도 3과 동일하므로 그 상세 설명은 생략한다.
또한, 제1 광전 변환부(110)(일 예로, 이의 전면에 위치하는 제1 전달층(114)) 위에 제1 전극(42)이 위치하고, 제2 광전 변환부(140)(일 예로, 이의 후면에 위치하는 제2 도전형 영역(126)) 위에 제2 전극(44)이 위치할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 태양 전지(100)는 단일 반도체 물질(일 예로, 실리콘) 기반의 제2 광전 변환부(140)와 페로브스카이트 화합물 기반의 제1 광전 변환부(110)가 접합층(110a)에 의하여 접합된 탠덤형 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예와 같은 도 3의 태양 전지(10) 및 다른 실시예와 같은 도 15의 태양 전지(10)의 측면 절연층(130)은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 단면을 도시한 것이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지는, 제1 광전 변환부(110)와 제2 광전 변화부(120)가 서로 단차 영역(NA)을 가지며 접합층(110a)에 의해 전기적 물리적으로 접합되어 있으며, 상기 단차 영역(NA)을 메우며 상기 태양 전지(10)의 4개의 측면을 모두 둘러싸는 측면 절연층(130a)을 포함한다.
도 16의 또 다른 실시예에 대하여 제1 광전 변환부(110), 접합층(110a) 및 제2 광전 변환부(120)와 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)의 구성은 도 3과 동일하므로 그 상세 설명은 생략한다.
도 16의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지의 상기 측면 절연층(130a)은 제2 광전 변환부(120)의 끝단으로부터 제1 광전 변환부(110)의 상부까지, 즉 태양 전지의 전체 두께에 이르는 높이로 형성된다.
이때, 측면 절연층(130a)은 측면에 배치되는 측면부(133) 및 상면의 일부를 덮는 커버부(132)를 포함할 수 있다.
상기 측면부(133)는 태양 전지(10)의 전체 두께에 이르는 높이를 가지며, 제2 광전 변환부(120)의 측면을 덮는 영역은 제3 두께(w4)를 가지며 형성되고, 제1 광전 변환부(110)의 측면을 덮는 영역은 제2 두께(w3)를 가지며 형성될 수 있으며, 제2 두께(w3)는 제3 두께(w4)보다 클 수 있으나, 이에 한정되지 않고 측면에 단차를 가지며 형성될 수도 있다.
측면 절연층(130a)은 네 개의 측면에 단차 영역(NA)을 메우며 동일하게 형성됨으로써 하나의 태양 전지(10)의 네 측면을 전체적으로 감싸는 프레임 타입(frame type)의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
측면 절연층(130a)은 원자 증착, 화학 증착 또는 물리적 증착 방식을 통해 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 측면 절연층(130a)으로는 산화물을 포함하는 화합물로 형성될 수 있으며, 일 예로 SiC, SiN 등이 적용 가능하다.
이때, 커버부(132)는 상기 측면부(133)의 폭보다 좁은 폭으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 광전 변환부(110)의 반사방지막(430) 위의 가장자리를 덮음으로써 외부로부터 수분이 제1 광전 변환부(110)에 침투하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 측면 절연층(130a)은 상기 제2 광전 변환부(120)의 제2 전극(44)의 일부를 덮는 하부 커버부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
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, 100': 태양 전지 모듈
10, 10': 태양 전지
20: 리드
300: 리드 필름
110: 제1 광전 변환부
120, 130: 제2 광전 변환부
110a: 접합층
130, 130a: 측면 절연층
42: 제1 전극
44: 제2 전극

Claims (20)

  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 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층;
    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 포함하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전 변환부는 상기 제2 광전 변환부 상에서 단차 영역을 갖도록 상기 제2 광전 변환부보다 작은 면적을 가지며,
    상기 단차 영역은 상기 제1 광전 변환부의 전체 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측면 절연층은 상기 제1 광전 변환부의 측면을 모두 둘러싸는 측면부; 및
    상기 측면부로부터 절곡하여 상기 제1 광전 변환부의 상면 일부를 덮는 커버부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측면 절연층은 산화막 또는 질화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측면 절연층의 상기 측면부는 상기 단차 영역 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측면 절연층은 상기 제1 광전 변환부를 둘러싸는 프레임 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극은 일 방향으로 연장되는 복수의 버스바 전극; 및
    상기 복수의 버스바 전극과 교차하며 연결되어 있는 복수의 핑거 전극
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 측면 절연층의 상기 측면부는
    상기 제1 광전 변환부로부터 연장되어 상기 제2 광전 변환부의 끝단까지 형성되어 상기 태양 전지의 측면을 모두 둘러싸는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  9. 복수의 태양 전지; 및
    인접한 상기 태양 전지들 사이를 연결하는 복수의 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;
    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 측면을 둘러싸며 형성되는 측면 절연층;
    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 포함하고,
    상기 제1 전극은 서로 이격되어 일 방향으로 연장되는 복수의 버스바 전극을 포함하는 태양 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    인접한 상기 태양 전지들의 일 단이 오버랩되어 물리적으로 결합되며, 상기 연결 부재가 상기 오버랩되는 영역을 가로지르며 일 태양 전지의 상기 제2 전극과 오버랩되는 다른 태양 전지의 상기 버스바 전극을 전기적으로 연결하는 태양 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결 부재는 인접한 상기 상부 태양 전지의 제2 전극으로부터 인접한 상기 하부 태양 전지의 제1 전극의 상기 버스바 전극까지 나란히 연장되는 복수의 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 상기 태양 전지는 인접한 상부 태양 전지와 중첩되는 제1 오버랩 부분 및 인접한 하부 태양 전지와 중첩되는 제2 오버랩 부분을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 오버랩 부분에 배치되는 도전성 접착층을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 리드는 길이 방향으로 연장되어 있는 코어부; 및
    상기 코어부를 둘러싸며 솔더링에 의해 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 접착되는 솔더링층
    을 포함하는 태양 전지 모듈.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지는 서로 이격되어 배치되며,
    상기 연결 부재는
    하나의 태양 전지의 상기 제1 전극과 이웃한 태양 전지의 제2 전극을 연결하는 복수의 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  15. 반도체 기판에 도전형 영역을 포함하는 제2 광전 변환부를 형성하는 단계;
    상기 제2 광전 변환부 위에 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광전 변환층, 상기 광전 변환층의 일측에 위치하는 제1 전달층, 그리고 상기 광전 변환층의 타측에 위치하는 제2 전달층을 포함하는 제1 광전 변환부를 형성하는 단계;
    상기 제1 광전 변환부의 측면을 둘러싸는 측면 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 광전 변환부의 수광면인 일면에 상기 제1 광전 변환부에 전기적으로 연결되며, 중앙이 개방되도록 절단 영역을 가지는 제1 전극 및 상기 제2 광전 변환부의 하부에서 상기 제2 광전 변환부에 전기적으로 연결되며 상기 절단 영역을 가지는 제2 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계는,
    상기 제2 광전 변환부 위에 상기 제2 광전 변환부보다 작은 면적을 가지는 제1 광전 변환부를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 측면 절연층을 형성하는 단계는,
    상기 제1 광전 변환부 위에 상기 측면을 노출하는 마스크를 배치하는 단계, 그리고
    노출된 상기 측면에 소정 높이의 상기 측면 절연층을 증착하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 측면 절연층을 증착하는 단계는
    상기 제1 광전 변환부의 가장자리의 일부를 덮는 커버부를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계는
    상기 제2 광전 변환부 위에 제1 면적을 가지는 접합층을 형성하는 단계,
    상기 접합층 위에 상기 제1 면적보다 큰 제2 면적을 가지는 상기 제1 광전 변환부를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 면적은 상기 제2 광전 변환부의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 측면 절연층은
    상기 제1 광전 변환부 및 상기 제2 광전 변환부의 전체 측면을 둘러싸도록 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
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