太陽電池及びその製造方法
【課題】本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明の一実施形態による太陽電池は、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部と、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に形成され、非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物の縮合反応によって形成された表面処理層と、上記表面処理層の非共有電子対を有する官能基−Ｙと結合された金属電極層と、を含む。本発明による太陽電池はエネルギー変換効率に優れた特徴を有する。
【解決手段】本発明の一実施形態による太陽電池は、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部と、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に形成され、非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物の縮合反応によって形成された表面処理層と、上記表面処理層の非共有電子対を有する官能基−Ｙと結合された金属電極層と、を含む。本発明による太陽電池はエネルギー変換効率に優れた特徴を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳細には、エネルギー変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予測され、これらに代わる代替エネルギーに関心が高まっている。その中でも、太陽電池は太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する電池であり、環境に優しいエネルギー源である太陽エネルギーが無限であるだけでなく、寿命が長いという長所がある。
【０００３】
太陽電池は、構成物質によって無機太陽電池と有機太陽電池とに分類されることができる。
【０００４】
無機太陽電池は、シリコン太陽電池（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、化合物半導体太陽電池（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）などがあり、シリコン太陽電池が主に用いられている。
【０００５】
一般的なシリコン太陽電池は、ｐ型とｎ型の相違する導電性タイプ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）を有する半導体からなる基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、エミッター部（ｅｍｉｔｔｅｒ ｌａｙｅｒ）と、基板とエミッター部上に夫々形成された電極とを備える。この際、基板とエミッター部との界面にはｐ−ｎ接合が形成されている。
【０００６】
このような太陽電池に太陽光が入射されると、光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）によってｎ型またはｐ型の不純物がドーピングされた半導体で電子と正孔が発生する。光起電力効果によって発生した電子と正孔は夫々ｎ型のエミッター部とｐ型の基板の方に引き寄せられ、夫々基板及びエミッター部に電気的に連結された電極によって収集され、これら電極を電線で連結して電力を得る。
【０００７】
有機太陽電池は、電子供与体である伝導性高分子と電子受容体であるＣ６０誘導体の複合体とで構成されることができる。有機太陽電池としては、ナノ結晶酸化物粒子の表面に染料が吸着された形態の染料感応型太陽電池またはガラスポリマー太陽電池がある。
【０００８】
太陽電池の構成物質による分類の他に、太陽電池の構造による分類があるが、この場合太陽電池は、ウェーハ構造（バルクシリコン太陽電池）、薄膜構造（化合物、シリコン薄膜及び有機ポリマー太陽電池など）、光電気化学構造（染料感応型太陽電池）に分類されることができる。
【０００９】
染料感応型太陽電池は、ナノ素材を利用して極大化された表面積を有するフィルムの表面に光吸収層である有機染料を吸着する技術を利用している。染料感応型太陽電池は、非晶質シリコン太陽電池ほどの高いエネルギー変換効率を有し、製造コストが非常に安価である。
【００１０】
染料感応型太陽電池の原理は以下の通りである。染料感応型太陽電池の表面に染料分子が化学的に吸着されたｎ−型ナノ粒子半導体酸化物電極に太陽光（可視光線）が吸収されると、染料分子は電子−正孔対を生成し、電子は半導体酸化物の伝導帯に注入される。半導体酸化物電極に注入された電子は、ナノ粒子間の界面を介して透明伝導性膜に伝達され、電流を発生させるようになる。染料分子に生成されたホールは酸化−還元電解質によって電子を受けて再び還元され、染料感応型太陽電池の作動過程が完成される。
【００１１】
太陽電池のエネルギー変換効率は約１５％であり、火力発電のような他のエネルギーによる発電設備の変換効率に比べて非常に低い。シリコン単結晶太陽電池が開発されて以来、後面電界層などのような太陽電池の高効率化のための研究が続けて行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、エネルギー変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態によると、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部と、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に形成され、非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物の縮合反応によって形成された表面処理層と、上記表面処理層の非共有電子対を有する官能基−Ｙと結合された金属電極層と、を含む太陽電池が提供される。
【００１４】
上記表面処理層は、上記太陽電池部の一面に存在する水酸基−ＯＨと上記アルコキシ基−ＯＲとの化学結合によって形成されることができる。
【００１５】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールであることができる。
【００１６】
上記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基であることができる。
【００１７】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００１８】
上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面は水酸基の活性化処理が行われていることができる。
【００１９】
上記表面処理層は単分子層であることができる。
【００２０】
上記太陽電池部は、単結晶系シリコン、多結晶系シリコン、非晶質シリコン、単結晶及び非晶質混合のシリコン、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＩｎＳｅ２、ＧａＡｓ、または有機物からなる光吸収層を含むことができる。
【００２１】
上記金属電極層は金属ペーストで形成されることができる。
【００２２】
上記太陽電池部は、後面反射電極膜及び前面反射防止膜のうち一つ以上を含むことができる。
【００２３】
本発明の他の実施形態によると、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部を用意する段階と、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物を縮合反応して表面処理層を形成する段階と、上記表面処理層に金属電極層を形成する段階と、を含む太陽電池の製造方法が提供される。
【００２４】
上記表面処理層は、上記太陽電池部の一面に存在する水酸基と上記アルコキシ基との化学結合によって形成されることができる。
【００２５】
上記表面処理層の形成は、自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、ＬＳ（ｌａｎｇｍｕｉｒ ｓｃｈａｅｆｅｒ）法、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）法またはスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法で行われることができる。
【００２６】
上記表面処理層は自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）で形成されることができる。
【００２７】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールであることができる。
【００２８】
上記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基であることができる。
【００２９】
上記表面処理層を形成する段階の前に、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に水酸基の活性化処理を行うことができる。
【００３０】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００３１】
上記金属電極層は金属ペーストで形成されることができる。
【００３２】
上記金属電極層の形成は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷またはロールツーロール方法によって行われることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、太陽電池部に形成された表面処理層によって金属電極と太陽電池部の接着力が優れるようになる。これにより、接触抵抗を低めて太陽電池の効率が向上することができる。また、本発明による表面処理層は光透過率を低下させない。
【００３４】
また、本発明によると、金属ペーストの焼結時、金属ペーストが表面処理層と強く結合して水平方向の収縮を防止するため、金属電極層の変形を防止することができる。また、金属電極層の乾燥過程で金属ペーストに含まれたナノ粒子の移動を防止し、金属電極層の広がり性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による表面処理層の形成過程を概略的に示す模式図である。
【図３ａ】比較例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図３ｂ】比較例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図４ａ】実施例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図４ｂ】実施例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図５】比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【図６】実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【図７】比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【図８】実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。但し、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上において同一の符号で表される要素は同一の要素である。
【００３７】
図１は本発明の一実施形態による太陽電池を概略的に示す断面図である。
【００３８】
図１を参照すると、本実施形態による太陽電池は、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部１０と、上記太陽電池部の上面に形成された表面処理層２０と、上記表面処理層上に形成された電極層３０とを含む。
【００３９】
上記太陽電池部１０は太陽光を吸収して電気を発生させるものであり、特に制限されず、光吸収層を構成する物質によって無機太陽電池または有機太陽電池であることができる。
【００４０】
上記無機太陽電池はこれに制限されるものではないが、例えば、シリコン太陽電池、化合物太陽電池であることができる。
【００４１】
上記シリコン太陽電池はこれに制限されるものではないが、例えば、単結晶系シリコン太陽電池、多結晶系シリコン太陽電池、非晶質シリコン太陽電池、または単結晶及び非晶質混合のシリコン太陽電池であることができる。
【００４２】
上記化合物半導体太陽電池はこれに制限されるものではないが、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２太陽電池（ＣＩＧＳ Ｃｅｌｌｓ）、ＣｕＧａＩｎＳｅ２太陽電池（ＣＩＧＳ Ｃｅｌｌｓ）、ＧａＡｓ太陽電池またはＣｄＴｅ太陽電池であることができる。
【００４３】
また、有機太陽電池はこれに制限されるものではないが、染料感応型太陽電池またはガラスポリマー太陽電池であることができる。
【００４４】
本実施形態による太陽電池部１０は、上記光吸収層上に形成された保護層と、後面反射電極膜または前面反射電極膜などを含むことができる。
【００４５】
上記保護層は光吸収層の上面及び下面に形成され、太陽電池の効率を向上させることができる。これに制限されるものではないが、上記保護層はＳｉＯｘまたはＳｉＯｘＮｙで形成されることができる。
【００４６】
上記後面反射電極膜は光吸収層の下面に形成され、入射された太陽光を反射して光効率を高め、電気の伝導度を向上させることができる。後面反射電極膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＺｎＯ：Ａｌを用いることができる。
【００４７】
上記前面反射電極膜は光吸収層の上面に形成され、入射される太陽光が反射されないようにして太陽電池の効率を高める膜であり、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いることができる。
【００４８】
本実施形態における上記表面処理層２０は上記太陽電池部１０の上面に形成されると図示されているが、これに制限されず、太陽電池部１０の下面にも形成され、上記表面処理層上に下面電極が形成されることができる。
【００４９】
上記表面処理層２０は、非共有電子対を有する官能基Ｙとアルコキシ基−ＯＲを有する化合物の縮合反応によって形成されることができる。
【００５０】
上記官能基Ｙは金属と結合することができる非共有電子対を有する官能基であり、これに制限されず、例えば、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールなどの官能基であることができる。
【００５１】
上記官能基Ｙは金属電極層を形成する金属と結合して、金属電極層の結合力を向上させることができる。
【００５２】
また、アルコキシ基−ＯＲはこれに制限されるものではないが、炭素数１から８のアルコキシ基であることができる。上記アルコキシ基は太陽電池部と結合するものであり、特に、太陽電池部の表面に形成された水酸基（−ＯＨ、ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ）と容易に化学結合を形成することができる。
【００５３】
上記官能基Ｙとアルコキシ基を有する化合物は、これに制限されるものではないが、例えば、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００５４】
上記Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３は、これに制限されるものではないが、例えば、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（（３−Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４、５−ジハイドロイミダゾール（Ｎ−（３−ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ）−４、５−ｄｉｈｙｄｒｏｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン（３−（２−ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリエトキシシラン（３−（２−Ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、メルカプトプロピル−トリメトキシシラン（ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、メトカブトプロピル−トリエトキシシラン（ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）などがある。
【００５５】
図２は本発明の一実施形態による表面処理層の形成過程を概略的に示す模式図である。
【００５６】
図２を参照すると、非共有電子対を有する官能基Ｙとアルコキシ基−ＯＲを有する化合物Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３は、太陽電池部１０の一面で縮合反応を行って、シラン結合を有する表面処理層を形成することができる。
【００５７】
上記Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３は空気中で不安定であり、加水分解によってアルコキシ基−ＯＲが水酸基−ＯＨに置換されることができる。上記水酸基間の縮合反応またはアルコキシ基間の縮合反応によってシラン結合を形成すると同時に、太陽電池部１０の表面に存在する水酸基−ＯＨと化学結合を形成することができる。
【００５８】
これに制限されるものではないが、太陽電池部の一面は前面反射防止膜や光吸収層であることができる。
【００５９】
また、上記太陽電池部の上面と下面のうち少なくとも一面に水酸基を活性化するための処理が行われることができる。
【００６０】
本発明の一実施形態によると、上記表面処理層２０は自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）であることができる。
【００６１】
単分子層からなる表面処理層２０は薄くを形成され、太陽電池の光特性を低下させない。
【００６２】
本実施形態によると、上記表面処理層２０上に金属電極層３０が形成されることができ、上記金属電極層３０は上記表面処理層の官能基Ｙと結合されている。上記官能基Ｙは非共有電子対を有するものであり、金属との結合力に優れる。
【００６３】
上記金属電極層３０は金属ナノ粒子または金属マイクロ粒子を含む金属ペーストで形成されることができる。上記金属はＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどであることができる。
【００６４】
上記金属電極層と太陽電池部の結合力は、オーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を決めて、太陽電池の効率を決める重要要素である。
【００６５】
一部では、金属電極と太陽電池部の結合力を向上させるために、優れた接着力を有するペーストを開発している。
【００６６】
一般的に、金属ペーストの配合時、接着力を向上させるために有機バインダまたは無機バインダなどの添加物が用いられる。しかし、このような添加物は焼結後にも金属電極の内部に残り、電気的特性及び太陽電池の効率を低下させる。
【００６７】
しかし、本実施形態によると、太陽電池部に金属電極との親和力を有する物質で表面処理層を形成するため、金属電極との接着力を改善することができる。このような接着力の改善は、接触抵抗を低めて太陽電池の効率を向上させる結果をもたらす。また、本発明による表面処理層は光透過率を低下させない。
【００６８】
一般的に、金属ペーストによって形成された金属電極層は、焼結過程中に収縮が発生する恐れがある。しかし、本発明によると、金属ペーストの焼結時、金属ペーストが表面処理層と強く結合して水平方向の収縮を防止し、金属電極層の変形を防止することができる。また、金属電極層の乾燥過程で金属ペーストに含まれたナノ粒子の移動を防止することができる。
【００６９】
以下、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を説明する。
【００７０】
まず、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部を用意し、上記太陽電池部の上面と下面のうち少なくとも一面に表面処理層を形成することができる。
【００７１】
上記表面処理層は非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物を利用して形成することができる。上記化合物は上述した通りであり、より具体的には、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００７２】
この際、上記化合物のアルコキシ基−ＯＲの一部は縮合反応を行い、一部は太陽電池部の水酸基と反応して太陽電池部の一面に表面処理層が形成されることができる。
【００７３】
上記表面処理層の形成はこれに制限されるものではないが、自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、ＬＳ（ｌａｎｇｍｕｉｒ ｓｃｈａｅｆｅｒ）法、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）法またはスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法を利用することができる。
【００７４】
上記自己組織化単分子層は、非共有電子対を有する官能基とアルコキシ基とを有する化合物を含む溶液を製造し、上記溶液に太陽電池部を浸漬して行われることができる。これに制限されるものではないが、上記溶液の濃度は０．００１〜０．１Ｍであることができ、上記溶液の溶媒はエタノール、メタノール、またはトルエンなどの有機溶剤を用いることができ、浸漬時間は５〜６０分であることができる。
【００７５】
また、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に水酸基の活性化処理を行うことができる。
【００７６】
その後、上記表面処理層上に金属電極層を形成することができる。本実施形態によると、上記表面処理層２０上に金属電極層３０が形成され、上記金属電極層３０は上記表面処理層の官能基Ｙと結合されている。上記官能基Ｙは非共有電子対を有するものであり、金属との結合力に優れる。
【００７７】
上記金属電極層３０は金属ナノ粒子または金属マイクロ粒子を含む電極ペーストで形成されることができる。上記金属はＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどであることができる。
【００７８】
上記金属電極層３０は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷またはロールツーロール方法で形成されることができる。
【００７９】
その後、上記金属電極層３０を焼結して太陽電池を製造することができる。
【００８０】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、これは発明の具体的な理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲が実施例によって限定されるものではない。
【００８１】
本発明の一実施例に従い、ＩＴＯ前面反射防止膜が形成された太陽電池部上にアミノシラン（Ａｍｉｎｏ ｓｉｌａｎｅ）で表面処理層を形成した後、銅ペーストでスクリーン印刷して金属電極層を形成し、これを焼成して太陽電池を製造した。
【００８２】
また、比較例として、上記表面処理層を形成せず、ＩＴＯ前面反射防止膜上に銅ペーストでスクリーン印刷して金属電極層を形成した後、太陽電池を製造した。
【００８３】
１）エネルギー変換効率
上記実施例及び比較例による太陽電池の光特性を調査した結果、実施例による太陽電池のエネルギー変換効率は１８．６％で、比較例による太陽電池のエネルギー変換効率は１８．１％であり、実施例による太陽電池は比較例による太陽電池よりエネルギー変換効率が０．５％向上した。
【００８４】
２）接着力及び抵抗特性
上記実施例及び比較例による太陽電池の接着力を試すために、テープテストを行って抵抗を測定した。
【００８５】
図３ａ及び図３ｂは上記比較例に従って表面処理層を形成せず、金属電極層を形成した後、夫々２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００８６】
図４ａ及び図４ｂは上記実施例に従って表面処理層を形成し、金属電極層を形成した後、夫々２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００８７】
また、比較例に従って２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の抵抗は夫々２９Ω／Ｍ及び８．５Ω／Ｍで、実施例に従って２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の抵抗は夫々２８Ω／Ｍ及び８．９Ω／Ｍであった。
【００８８】
図３ａ、図３ｂ、図４ａ及び図４ｂを参照すると、２００℃で３０分間焼結した場合、テープテストによる金属電極層の損失の差が大きくないが、２００℃で６０分間焼結した場合は、比較例に従うテープテストによる金属電極層の損失が大きかった。
【００８９】
３）収縮特性
図５は上記比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真であり、図６は上記実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００９０】
図５を参照すると、焼結過程中に銅ナノ粒子の収縮が発生することが分かる。しかし、図６を参照すると、本発明による太陽電池は、金属ペーストの焼結時、金属ペーストが表面処理層と強く結合して、垂直方向の収縮は発生するが、水平方向の収縮は殆ど発生しないことを確認することができた。
【００９１】
４）広がり性の制御
図７は上記比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真であり、図８は上記実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００９２】
図７及び図８を参照すると、比較例による太陽電池は、乾燥過程でペーストの溶媒が所望しない方向に移動し、金属ペーストに含まれたナノ粒子が広がっていた。しかし、図８を参照すると、ナノ粒子の移動が殆ど発生しないため、金属電極の広がり性が制御されることを確認した。
【００９３】
５）光特性の変化（光透過率の測定）
上記比較例及び実施例による太陽電池の光透過率を測定し、その結果を下記表１に示した。
【００９４】
【表１】
【００９５】
上記表１を参照すると、本発明の一実施例に従って表面処理層を形成しても光透過率が低下しないことが分かった。
【００９６】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が出来るということは当技術分野の通常の知識を有する者には明白であり、これも添付の請求範囲に記載された技術的思想に属する。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 太陽電池部
２０ 表面処理層
３０ 電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、より詳細には、エネルギー変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予測され、これらに代わる代替エネルギーに関心が高まっている。その中でも、太陽電池は太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する電池であり、環境に優しいエネルギー源である太陽エネルギーが無限であるだけでなく、寿命が長いという長所がある。
【０００３】
太陽電池は、構成物質によって無機太陽電池と有機太陽電池とに分類されることができる。
【０００４】
無機太陽電池は、シリコン太陽電池（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、化合物半導体太陽電池（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）などがあり、シリコン太陽電池が主に用いられている。
【０００５】
一般的なシリコン太陽電池は、ｐ型とｎ型の相違する導電性タイプ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅ）を有する半導体からなる基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、エミッター部（ｅｍｉｔｔｅｒ ｌａｙｅｒ）と、基板とエミッター部上に夫々形成された電極とを備える。この際、基板とエミッター部との界面にはｐ−ｎ接合が形成されている。
【０００６】
このような太陽電池に太陽光が入射されると、光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）によってｎ型またはｐ型の不純物がドーピングされた半導体で電子と正孔が発生する。光起電力効果によって発生した電子と正孔は夫々ｎ型のエミッター部とｐ型の基板の方に引き寄せられ、夫々基板及びエミッター部に電気的に連結された電極によって収集され、これら電極を電線で連結して電力を得る。
【０００７】
有機太陽電池は、電子供与体である伝導性高分子と電子受容体であるＣ６０誘導体の複合体とで構成されることができる。有機太陽電池としては、ナノ結晶酸化物粒子の表面に染料が吸着された形態の染料感応型太陽電池またはガラスポリマー太陽電池がある。
【０００８】
太陽電池の構成物質による分類の他に、太陽電池の構造による分類があるが、この場合太陽電池は、ウェーハ構造（バルクシリコン太陽電池）、薄膜構造（化合物、シリコン薄膜及び有機ポリマー太陽電池など）、光電気化学構造（染料感応型太陽電池）に分類されることができる。
【０００９】
染料感応型太陽電池は、ナノ素材を利用して極大化された表面積を有するフィルムの表面に光吸収層である有機染料を吸着する技術を利用している。染料感応型太陽電池は、非晶質シリコン太陽電池ほどの高いエネルギー変換効率を有し、製造コストが非常に安価である。
【００１０】
染料感応型太陽電池の原理は以下の通りである。染料感応型太陽電池の表面に染料分子が化学的に吸着されたｎ−型ナノ粒子半導体酸化物電極に太陽光（可視光線）が吸収されると、染料分子は電子−正孔対を生成し、電子は半導体酸化物の伝導帯に注入される。半導体酸化物電極に注入された電子は、ナノ粒子間の界面を介して透明伝導性膜に伝達され、電流を発生させるようになる。染料分子に生成されたホールは酸化−還元電解質によって電子を受けて再び還元され、染料感応型太陽電池の作動過程が完成される。
【００１１】
太陽電池のエネルギー変換効率は約１５％であり、火力発電のような他のエネルギーによる発電設備の変換効率に比べて非常に低い。シリコン単結晶太陽電池が開発されて以来、後面電界層などのような太陽電池の高効率化のための研究が続けて行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、エネルギー変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施形態によると、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部と、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に形成され、非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物の縮合反応によって形成された表面処理層と、上記表面処理層の非共有電子対を有する官能基−Ｙと結合された金属電極層と、を含む太陽電池が提供される。
【００１４】
上記表面処理層は、上記太陽電池部の一面に存在する水酸基−ＯＨと上記アルコキシ基−ＯＲとの化学結合によって形成されることができる。
【００１５】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールであることができる。
【００１６】
上記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基であることができる。
【００１７】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００１８】
上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面は水酸基の活性化処理が行われていることができる。
【００１９】
上記表面処理層は単分子層であることができる。
【００２０】
上記太陽電池部は、単結晶系シリコン、多結晶系シリコン、非晶質シリコン、単結晶及び非晶質混合のシリコン、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＩｎＳｅ２、ＧａＡｓ、または有機物からなる光吸収層を含むことができる。
【００２１】
上記金属電極層は金属ペーストで形成されることができる。
【００２２】
上記太陽電池部は、後面反射電極膜及び前面反射防止膜のうち一つ以上を含むことができる。
【００２３】
本発明の他の実施形態によると、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部を用意する段階と、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物を縮合反応して表面処理層を形成する段階と、上記表面処理層に金属電極層を形成する段階と、を含む太陽電池の製造方法が提供される。
【００２４】
上記表面処理層は、上記太陽電池部の一面に存在する水酸基と上記アルコキシ基との化学結合によって形成されることができる。
【００２５】
上記表面処理層の形成は、自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、ＬＳ（ｌａｎｇｍｕｉｒ ｓｃｈａｅｆｅｒ）法、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）法またはスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法で行われることができる。
【００２６】
上記表面処理層は自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）で形成されることができる。
【００２７】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールであることができる。
【００２８】
上記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基であることができる。
【００２９】
上記表面処理層を形成する段階の前に、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に水酸基の活性化処理を行うことができる。
【００３０】
上記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００３１】
上記金属電極層は金属ペーストで形成されることができる。
【００３２】
上記金属電極層の形成は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷またはロールツーロール方法によって行われることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、太陽電池部に形成された表面処理層によって金属電極と太陽電池部の接着力が優れるようになる。これにより、接触抵抗を低めて太陽電池の効率が向上することができる。また、本発明による表面処理層は光透過率を低下させない。
【００３４】
また、本発明によると、金属ペーストの焼結時、金属ペーストが表面処理層と強く結合して水平方向の収縮を防止するため、金属電極層の変形を防止することができる。また、金属電極層の乾燥過程で金属ペーストに含まれたナノ粒子の移動を防止し、金属電極層の広がり性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による表面処理層の形成過程を概略的に示す模式図である。
【図３ａ】比較例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図３ｂ】比較例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図４ａ】実施例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図４ｂ】実施例による太陽電池のテープテスト結果を示す表面写真である。
【図５】比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【図６】実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【図７】比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【図８】実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。但し、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上において同一の符号で表される要素は同一の要素である。
【００３７】
図１は本発明の一実施形態による太陽電池を概略的に示す断面図である。
【００３８】
図１を参照すると、本実施形態による太陽電池は、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部１０と、上記太陽電池部の上面に形成された表面処理層２０と、上記表面処理層上に形成された電極層３０とを含む。
【００３９】
上記太陽電池部１０は太陽光を吸収して電気を発生させるものであり、特に制限されず、光吸収層を構成する物質によって無機太陽電池または有機太陽電池であることができる。
【００４０】
上記無機太陽電池はこれに制限されるものではないが、例えば、シリコン太陽電池、化合物太陽電池であることができる。
【００４１】
上記シリコン太陽電池はこれに制限されるものではないが、例えば、単結晶系シリコン太陽電池、多結晶系シリコン太陽電池、非晶質シリコン太陽電池、または単結晶及び非晶質混合のシリコン太陽電池であることができる。
【００４２】
上記化合物半導体太陽電池はこれに制限されるものではないが、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２太陽電池（ＣＩＧＳ Ｃｅｌｌｓ）、ＣｕＧａＩｎＳｅ２太陽電池（ＣＩＧＳ Ｃｅｌｌｓ）、ＧａＡｓ太陽電池またはＣｄＴｅ太陽電池であることができる。
【００４３】
また、有機太陽電池はこれに制限されるものではないが、染料感応型太陽電池またはガラスポリマー太陽電池であることができる。
【００４４】
本実施形態による太陽電池部１０は、上記光吸収層上に形成された保護層と、後面反射電極膜または前面反射電極膜などを含むことができる。
【００４５】
上記保護層は光吸収層の上面及び下面に形成され、太陽電池の効率を向上させることができる。これに制限されるものではないが、上記保護層はＳｉＯｘまたはＳｉＯｘＮｙで形成されることができる。
【００４６】
上記後面反射電極膜は光吸収層の下面に形成され、入射された太陽光を反射して光効率を高め、電気の伝導度を向上させることができる。後面反射電極膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＺｎＯ：Ａｌを用いることができる。
【００４７】
上記前面反射電極膜は光吸収層の上面に形成され、入射される太陽光が反射されないようにして太陽電池の効率を高める膜であり、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いることができる。
【００４８】
本実施形態における上記表面処理層２０は上記太陽電池部１０の上面に形成されると図示されているが、これに制限されず、太陽電池部１０の下面にも形成され、上記表面処理層上に下面電極が形成されることができる。
【００４９】
上記表面処理層２０は、非共有電子対を有する官能基Ｙとアルコキシ基−ＯＲを有する化合物の縮合反応によって形成されることができる。
【００５０】
上記官能基Ｙは金属と結合することができる非共有電子対を有する官能基であり、これに制限されず、例えば、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールなどの官能基であることができる。
【００５１】
上記官能基Ｙは金属電極層を形成する金属と結合して、金属電極層の結合力を向上させることができる。
【００５２】
また、アルコキシ基−ＯＲはこれに制限されるものではないが、炭素数１から８のアルコキシ基であることができる。上記アルコキシ基は太陽電池部と結合するものであり、特に、太陽電池部の表面に形成された水酸基（−ＯＨ、ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ）と容易に化学結合を形成することができる。
【００５３】
上記官能基Ｙとアルコキシ基を有する化合物は、これに制限されるものではないが、例えば、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００５４】
上記Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３は、これに制限されるものではないが、例えば、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（（３−Ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ）ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４、５−ジハイドロイミダゾール（Ｎ−（３−ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｐｒｏｐｙｌ）−４、５−ｄｉｈｙｄｒｏｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン（３−（２−ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、３−（２−アミノエチルアミノ）プロピルトリエトキシシラン（３−（２−Ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、メルカプトプロピル−トリメトキシシラン（ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、メトカブトプロピル−トリエトキシシラン（ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）などがある。
【００５５】
図２は本発明の一実施形態による表面処理層の形成過程を概略的に示す模式図である。
【００５６】
図２を参照すると、非共有電子対を有する官能基Ｙとアルコキシ基−ＯＲを有する化合物Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３は、太陽電池部１０の一面で縮合反応を行って、シラン結合を有する表面処理層を形成することができる。
【００５７】
上記Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３は空気中で不安定であり、加水分解によってアルコキシ基−ＯＲが水酸基−ＯＨに置換されることができる。上記水酸基間の縮合反応またはアルコキシ基間の縮合反応によってシラン結合を形成すると同時に、太陽電池部１０の表面に存在する水酸基−ＯＨと化学結合を形成することができる。
【００５８】
これに制限されるものではないが、太陽電池部の一面は前面反射防止膜や光吸収層であることができる。
【００５９】
また、上記太陽電池部の上面と下面のうち少なくとも一面に水酸基を活性化するための処理が行われることができる。
【００６０】
本発明の一実施形態によると、上記表面処理層２０は自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）であることができる。
【００６１】
単分子層からなる表面処理層２０は薄くを形成され、太陽電池の光特性を低下させない。
【００６２】
本実施形態によると、上記表面処理層２０上に金属電極層３０が形成されることができ、上記金属電極層３０は上記表面処理層の官能基Ｙと結合されている。上記官能基Ｙは非共有電子対を有するものであり、金属との結合力に優れる。
【００６３】
上記金属電極層３０は金属ナノ粒子または金属マイクロ粒子を含む金属ペーストで形成されることができる。上記金属はＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどであることができる。
【００６４】
上記金属電極層と太陽電池部の結合力は、オーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）を決めて、太陽電池の効率を決める重要要素である。
【００６５】
一部では、金属電極と太陽電池部の結合力を向上させるために、優れた接着力を有するペーストを開発している。
【００６６】
一般的に、金属ペーストの配合時、接着力を向上させるために有機バインダまたは無機バインダなどの添加物が用いられる。しかし、このような添加物は焼結後にも金属電極の内部に残り、電気的特性及び太陽電池の効率を低下させる。
【００６７】
しかし、本実施形態によると、太陽電池部に金属電極との親和力を有する物質で表面処理層を形成するため、金属電極との接着力を改善することができる。このような接着力の改善は、接触抵抗を低めて太陽電池の効率を向上させる結果をもたらす。また、本発明による表面処理層は光透過率を低下させない。
【００６８】
一般的に、金属ペーストによって形成された金属電極層は、焼結過程中に収縮が発生する恐れがある。しかし、本発明によると、金属ペーストの焼結時、金属ペーストが表面処理層と強く結合して水平方向の収縮を防止し、金属電極層の変形を防止することができる。また、金属電極層の乾燥過程で金属ペーストに含まれたナノ粒子の移動を防止することができる。
【００６９】
以下、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を説明する。
【００７０】
まず、太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部を用意し、上記太陽電池部の上面と下面のうち少なくとも一面に表面処理層を形成することができる。
【００７１】
上記表面処理層は非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物を利用して形成することができる。上記化合物は上述した通りであり、より具体的には、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２であることができる。
【００７２】
この際、上記化合物のアルコキシ基−ＯＲの一部は縮合反応を行い、一部は太陽電池部の水酸基と反応して太陽電池部の一面に表面処理層が形成されることができる。
【００７３】
上記表面処理層の形成はこれに制限されるものではないが、自己組織化単分子層（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）、ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法、ＬＳ（ｌａｎｇｍｕｉｒ ｓｃｈａｅｆｅｒ）法、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）法またはスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法を利用することができる。
【００７４】
上記自己組織化単分子層は、非共有電子対を有する官能基とアルコキシ基とを有する化合物を含む溶液を製造し、上記溶液に太陽電池部を浸漬して行われることができる。これに制限されるものではないが、上記溶液の濃度は０．００１〜０．１Ｍであることができ、上記溶液の溶媒はエタノール、メタノール、またはトルエンなどの有機溶剤を用いることができ、浸漬時間は５〜６０分であることができる。
【００７５】
また、上記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に水酸基の活性化処理を行うことができる。
【００７６】
その後、上記表面処理層上に金属電極層を形成することができる。本実施形態によると、上記表面処理層２０上に金属電極層３０が形成され、上記金属電極層３０は上記表面処理層の官能基Ｙと結合されている。上記官能基Ｙは非共有電子対を有するものであり、金属との結合力に優れる。
【００７７】
上記金属電極層３０は金属ナノ粒子または金属マイクロ粒子を含む電極ペーストで形成されることができる。上記金属はＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどであることができる。
【００７８】
上記金属電極層３０は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷またはロールツーロール方法で形成されることができる。
【００７９】
その後、上記金属電極層３０を焼結して太陽電池を製造することができる。
【００８０】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、これは発明の具体的な理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲が実施例によって限定されるものではない。
【００８１】
本発明の一実施例に従い、ＩＴＯ前面反射防止膜が形成された太陽電池部上にアミノシラン（Ａｍｉｎｏ ｓｉｌａｎｅ）で表面処理層を形成した後、銅ペーストでスクリーン印刷して金属電極層を形成し、これを焼成して太陽電池を製造した。
【００８２】
また、比較例として、上記表面処理層を形成せず、ＩＴＯ前面反射防止膜上に銅ペーストでスクリーン印刷して金属電極層を形成した後、太陽電池を製造した。
【００８３】
１）エネルギー変換効率
上記実施例及び比較例による太陽電池の光特性を調査した結果、実施例による太陽電池のエネルギー変換効率は１８．６％で、比較例による太陽電池のエネルギー変換効率は１８．１％であり、実施例による太陽電池は比較例による太陽電池よりエネルギー変換効率が０．５％向上した。
【００８４】
２）接着力及び抵抗特性
上記実施例及び比較例による太陽電池の接着力を試すために、テープテストを行って抵抗を測定した。
【００８５】
図３ａ及び図３ｂは上記比較例に従って表面処理層を形成せず、金属電極層を形成した後、夫々２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００８６】
図４ａ及び図４ｂは上記実施例に従って表面処理層を形成し、金属電極層を形成した後、夫々２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００８７】
また、比較例に従って２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の抵抗は夫々２９Ω／Ｍ及び８．５Ω／Ｍで、実施例に従って２００℃で３０分及び６０分間焼結した太陽電池の抵抗は夫々２８Ω／Ｍ及び８．９Ω／Ｍであった。
【００８８】
図３ａ、図３ｂ、図４ａ及び図４ｂを参照すると、２００℃で３０分間焼結した場合、テープテストによる金属電極層の損失の差が大きくないが、２００℃で６０分間焼結した場合は、比較例に従うテープテストによる金属電極層の損失が大きかった。
【００８９】
３）収縮特性
図５は上記比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真であり、図６は上記実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００９０】
図５を参照すると、焼結過程中に銅ナノ粒子の収縮が発生することが分かる。しかし、図６を参照すると、本発明による太陽電池は、金属ペーストの焼結時、金属ペーストが表面処理層と強く結合して、垂直方向の収縮は発生するが、水平方向の収縮は殆ど発生しないことを確認することができた。
【００９１】
４）広がり性の制御
図７は上記比較例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真であり、図８は上記実施例に従って２００℃で６０分間焼結した太陽電池の表面写真である。
【００９２】
図７及び図８を参照すると、比較例による太陽電池は、乾燥過程でペーストの溶媒が所望しない方向に移動し、金属ペーストに含まれたナノ粒子が広がっていた。しかし、図８を参照すると、ナノ粒子の移動が殆ど発生しないため、金属電極の広がり性が制御されることを確認した。
【００９３】
５）光特性の変化（光透過率の測定）
上記比較例及び実施例による太陽電池の光透過率を測定し、その結果を下記表１に示した。
【００９４】
【表１】
【００９５】
上記表１を参照すると、本発明の一実施例に従って表面処理層を形成しても光透過率が低下しないことが分かった。
【００９６】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が出来るということは当技術分野の通常の知識を有する者には明白であり、これも添付の請求範囲に記載された技術的思想に属する。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 太陽電池部
２０ 表面処理層
３０ 電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部と、
前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に形成され、非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物の縮合反応によって形成された表面処理層と、
前記表面処理層の非共有電子対を有する官能基−Ｙと結合された金属電極層と、
を含む太陽電池。
【請求項２】
前記表面処理層は、前記太陽電池部の一面に存在する水酸基−ＯＨと前記アルコキシ基−ＯＲとの化学結合によって形成される請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールである請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面は水酸基の活性化処理が行われている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記表面処理層は単分子層である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記太陽電池部は、単結晶系シリコン、多結晶系シリコン、非晶質シリコン、単結晶及び非晶質混合のシリコン、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＩｎＳｅ２、ＧａＡｓ、または有機物からなる光吸収層を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記金属電極層は金属ペーストで形成される請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記太陽電池部は、後面反射電極膜及び前面反射防止膜のうち一つ以上を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部を用意する段階と、
前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物を縮合反応して表面処理層を形成する段階と、
前記表面処理層に金属電極層を形成する段階と、
を含む太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記表面処理層は、前記太陽電池部の一面に存在する水酸基と前記アルコキシ基との化学結合によって形成される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記表面処理層の形成は、自己組織化単分子層、ＬＢ法、ＬＳ法、ディップコーティング法またはスピンコーティング法で行われる請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記表面処理層は自己組織化単分子層で形成される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールである請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基である請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記表面処理層を形成する段階の前に、前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に水酸基の活性化処理を行う請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２である請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記金属電極層は金属ペーストで形成される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記金属電極層の形成は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷またはロールツーロール方法によって行われる請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１】
太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部と、
前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に形成され、非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物の縮合反応によって形成された表面処理層と、
前記表面処理層の非共有電子対を有する官能基−Ｙと結合された金属電極層と、
を含む太陽電池。
【請求項２】
前記表面処理層は、前記太陽電池部の一面に存在する水酸基−ＯＨと前記アルコキシ基−ＯＲとの化学結合によって形成される請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールである請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面は水酸基の活性化処理が行われている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記表面処理層は単分子層である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記太陽電池部は、単結晶系シリコン、多結晶系シリコン、非晶質シリコン、単結晶及び非晶質混合のシリコン、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＩｎＳｅ２、ＧａＡｓ、または有機物からなる光吸収層を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記金属電極層は金属ペーストで形成される請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記太陽電池部は、後面反射電極膜及び前面反射防止膜のうち一つ以上を含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
太陽光を吸収して電気を発生させる太陽電池部を用意する段階と、
前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物を縮合反応して表面処理層を形成する段階と、
前記表面処理層に金属電極層を形成する段階と、
を含む太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記表面処理層は、前記太陽電池部の一面に存在する水酸基と前記アルコキシ基との化学結合によって形成される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記表面処理層の形成は、自己組織化単分子層、ＬＢ法、ＬＳ法、ディップコーティング法またはスピンコーティング法で行われる請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記表面処理層は自己組織化単分子層で形成される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙは、アミノ、メルカプトまたはイミダゾールである請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記アルコキシ基−ＯＲは、炭素数１から８のアルコキシ基である請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記表面処理層を形成する段階の前に、前記太陽電池部の上面及び下面のうち少なくとも一面に水酸基の活性化処理を行う請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記非共有電子対を有する官能基−Ｙとアルコキシ基−ＯＲとを有する化合物は、Ｙ−Ｓｉ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｚｒ−（ＯＲ）３、Ｙ−Ｔｉ−（ＯＲ）３またはＹ−Ａｌ−（ＯＲ）２である請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記金属電極層は金属ペーストで形成される請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記金属電極層の形成は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷またはロールツーロール方法によって行われる請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１０４８０２（Ｐ２０１２−１０４８０２Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６３８２（Ｐ２０１１−１５６３８２）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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