薄膜太陽電池及びその製造方法
【課題】本発明は薄膜太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の薄膜太陽電池は、基板（１１０）の上に位置する複数のセルを含み、それぞれのセルは、基板の一方面に位置する第１電極（１２０）と、第１電極の上に位置する少なくとも一つの光電変換部（１３０）と、光電変換部と接触する第１反射膜（１４１）、そして第１反射膜の一部領域を露出する開口部（１４３ａ）を含み、第１反射膜と接触する第２反射膜（１４３）を含む後面反射層（１４０）と後面反射層上に位置し、開口部を通じて第１反射膜と接続された第２電極（１５０）を含む。
【解決手段】本発明の薄膜太陽電池は、基板（１１０）の上に位置する複数のセルを含み、それぞれのセルは、基板の一方面に位置する第１電極（１２０）と、第１電極の上に位置する少なくとも一つの光電変換部（１３０）と、光電変換部と接触する第１反射膜（１４１）、そして第１反射膜の一部領域を露出する開口部（１４３ａ）を含み、第１反射膜と接触する第２反射膜（１４３）を含む後面反射層（１４０）と後面反射層上に位置し、開口部を通じて第１反射膜と接続された第２電極（１５０）を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はほとんど無限のエネルギー源である太陽をエネルギー源にし、発電過程で公害物質をほとんど生成せず、寿命が２０年以上で非常に長いという長所と共に、関連産業分野への波及効果が大きいという長所によって非常に注目されており、そのため多くの国家で太陽電池を次世代の主要産業として育成している。
【０００３】
現在太陽電池の９０％以上は単結晶または多結晶シリコンウェハ(Si wafer)を基板として製作販売されており、それら以外に薄膜型シリコン基板の太陽電池が小規模で製作販売されている。
【０００４】
太陽電池の最大の問題点は発電単価が他のエネルギ源に比べて非常に高いというのである。したがって今後クリーンエネルギの需要を満たすためには発電単価を大幅に低めなければならない。
【０００５】
しかし、現在単結晶あるいは多結晶シリコンウェハを基板としたいわゆるバルク(bulk)型シリコン太陽電池は必要な原材料量が最小１５０μｍ厚さ以上であるので、原価の多くの部分を材料費、すなわちシリコン原材料が占めているのに、原材料の供給が急激に増える需要に付いて行くことができなくて原価を低めることができる可能性が容易でないのが実情である。
【０００６】
これに比べて、薄膜型太陽電池はその厚さが２μｍ以内なのでバルク型太陽電池に比べて原材料の使用量が非常に少なくて材料費を飛躍的に低めることができる。したがって発電単価面でバルク型太陽電池に比べて大きい長所を有している。しかし薄膜型太陽電池はバルク型太陽電池に比べて同じ面積対比発電性能が半分位で非常に低い。
【０００７】
一般的に太陽電池の効率を表現する時は１００ｍＷ/ｃｍ2の光量で得ることができる電力の大きさを％で示しており、バルク型太陽電池の効率は１２％乃至２０％であるが、薄膜型太陽電池の効率は８％乃至９％程度である。したがって薄膜型太陽電池の効率はバルク型太陽電池に比べて低い方である。
【０００８】
このため、薄膜型太陽電池の効率を高めるために多くの努力が傾けられている。
【０００９】
薄膜型太陽電池の一番基本的なモデルは単一接合(siｎgle juｎctioｎ)型の構造を有する。ここで単一接合型薄膜太陽電池は光吸収用真性半導体層(iｎtriｎsic layer)と、光生成された電荷分離のための内部電界を形成するために真性半導体層の上部及び下部にそれぞれ配置されるｐ型ドーピング層及びｎ型ドーピング層を含む光電変換部が基板の上に形成された太陽電池を言う。
【００１０】
一方、前述の薄膜太陽電池の効率を改善するためには太陽電池に流れる電流密度を増加させることが要求される。したがって薄膜太陽電池では真性半導体層を透過した太陽光を真性半導体層に反射し、反射した太陽光が真性半導体層で吸収されるようにすることで真性半導体層の光吸収率を高めるための後面反射層を備えて電流密度を増加させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、最適化された後面反射層を有する薄膜太陽電池を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決するために本発明の一側面による薄膜太陽電池は、基板の上に位置する複数のセルを含み、それぞれのセルは、基板の一方面に位置する第１電極と第１電極の上に位置する少なくとも一つの光電変換部と、光電変換部と接触する第１反射膜、そして第１反射膜の一部領域を露出する開口部を含み第１反射膜と接触する第２反射膜を含む後面反射層と、後面反射層上に位置し、開口部を通じて第１反射膜と接続された第２電極を含む。
【００１４】
第１反射膜は導電性を有する物質、例えばＡＺＯ(Ａｌｕｍｉｎｕｍ ziｎc-oxide)またはＢＺＯ(Boroｎ ziｎc-oxide)を含む。この時、第２電極は開口部を通じて第１反射膜と接触するアルミニウムを含むことができる。
【００１５】
第１反射膜は１００ｎｍ以下の厚さに形成され、第２反射膜は特定波長、例えば６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質に形成される。
【００１６】
この時、白色顔料は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などの酸化物や、窒化物や、炭化物を含むことができ、第２反射膜は白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(ＥＶＡ、Ethyl Viｎyl Acetate)ホイルのうちでいずれか一つを含むことができる。
【００１７】
開口部は円形、四角形または長方形などの多様な形状に形成することができ、一つのセルまたは一つの後面電極に少なくとも一つ以上位置する。
【００１８】
開口部の幅は第２電極の幅より狭く形成され、開口部の長さは第２電極の長さより短かく形成される。
【００１９】
このような構成の薄膜太陽電池は、基板の上に第１電極を形成する段階と、第１電極の上に少なくとも一つの光電変換部を形成する段階と、光電変換部上に導電性を有する第１反射膜を形成し、第１反射膜の一部領域を露出する開口部を有する第２反射膜を第１反射膜上に形成し後面反射層を形成する段階と、開口部を通じて第１反射膜と電気的に接続された第２電極を第２反射膜上に形成する段階を含む製造方法によって製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
このような特徴によれば、第２反射膜に含まれた白色顔料によって高い散乱効果を得ることができるので、効果的な光捕獲(light traｐｐiｎg)が可能であり、これを通じて光電変換部の厚さを減少させることが可能である。
【００２１】
そして第２電極が第２反射膜に位置する開口部を通じて第１反射膜と電気的に接続されるので、銀（Ag）に比べて価格が安いアルミニウム(Ａｌ) だけで第２電極を構成しても銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得ることができる。
【００２２】
したがって、銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得るために第１反射膜の厚さを増加させる必要がないので、第１反射膜の蒸着による時間及び費用を節減することができる。また、長波長帯域の光が第１反射膜を透過しながら吸収されて発生する損失を最小化することができる。
【００２３】
そして第２反射膜で銀（Ag）を使う場合に第２反射膜と第１反射膜の界面で発生する表面プラズモン吸収(surface Ｐlasmoｎ absorｐtioｎ) 現象による反射損失が防止されるので、第２反射膜で銀（Ag）を使う場合と同様の水準の反射度を具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図である。
【図２】後面反射層の種類による反射度(reflectaｎce)及びヘイズ(haze)を示すグラフである。
【図３】後面反射層の種類による反射度(reflectaｎce)及びヘイズ(haze)を示すグラフである。
【図４】ＡＺＯで形成された第１反射膜の波長帯別光吸収率を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る開口部を示す図８の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について 本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００２６】
しかし本発明はいろいろな形態に具現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて同様の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
【００２７】
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。
【００２８】
それでは添付した図面を参照にして本発明の一つの実施の形態を説明する。
【００２９】
図１は本発明の第１実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図であり、図２及び図３は後面反射層の種類による反射度(reflectaｎce)及びヘイズ(haze)を示すグラフである。
【００３０】
そして図４はＡＺＯで形成された第１反射膜の波長帯別光吸収率を示すグラフであり、 図５乃至図８は本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図であり、図９は本発明の実施の形態に係る開口部を示す図８の平面図である。
【００３１】
図面を参照すれば、本実施の形態に係る薄膜太陽電池は基板１１０を通じて光が入射される上板(superstrate)型構造を有する。
【００３２】
上板型構造を有する薄膜太陽電池はガラスまたは透明プラスチックなどの光透過物質からなる基板１１０、基板１１０上に位置する導電性透明電極(traｎsｐareｎt coｎductive oxide、ＴＣＯ)１２０、透明電極１２０上に位置する光電変換部１３０、光電変換部１３０上に位置する後面反射層１４０、そして後面反射層１４０上に位置する後面電極１５０を備える。この時、透明電極１２０は第１電極であり、後面電極１５０は第２電極である。
【００３３】
導電性透明電極１２０は基板１１０上に形成されており、第１光電変換部１３０と電気的に接続されている。したがって導電性透明電極１２０は光によって生成されたキャリア(carrier)のうちの一つ、例えば正孔を収集して出力する。導電性透明電極１２０はまた反射防止膜の機能も遂行することができる。
【００３４】
導電性透明電極１２０の上部表面はランダム(raｎdom)なピラミッド構造を有する複数個の凹凸(図示せず)を備えたテクスチャリング表面(texturiｎg surface)で形成される。
【００３５】
このように、導電性透明電極１２０の表面をテクスチャリング表面で形成すれば、導電性透明電極の光反射度が減少し光の吸収率が増加するので、太陽電池の効率が向上する。この時形成される凹凸の高さは約１μｍ乃至１０μｍで有り得る。
【００３６】
導電性透明電極１２０は大部分の光が透過し電気がよく流れるように高い光透過度と高い電気伝導度が要求される。
【００３７】
このような導電性透明電極１２０はインジウム・ティン・オキサイド(iｎdiｕｍ tiｎ oxide:ＩＴＯ)、スズ系酸化物(ＳｎＯ2など)、ＡｇＯ、ＺｎＯ−(Ｇａ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3)、fluoriｎe（フッ素）ティンオキサイド(fluoriｎe tiｎ oxide:ＦＴＯ)及びこれらの混合物からなる群から選択されたものにより形成することができる。導電性透明電極１２０の比抵抗範囲は約１０-2Ωcm乃至１０-11Ωcmで有り得る。
【００３８】
光電変換部１３０は単一接合型、２重接合型または３重接合型からなることができる。
【００３９】
単一接合型の場合、光電変換部は水素化された非晶質シリコン(hydrogeｎated amorｐhous silicoｎ: ａ−Ｓｉ： Ｈ)からなることができ、約１．７ｅＶの光学バンドギャップを有し、近紫外線、紫、青などのような短波長帯域の光を主に吸収することができる。
【００４０】
このような光電変換部１３０は導電性透明電極１２０上に順次積層された第１導電型の半導体層であるｐ型ドーピング層、真性半導体層、そして第１導電型と反対である第２導電型の半導体層であるｎ型ドーピング層を含む。
【００４１】
ｐ型ドーピング層はシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガスにホウ素、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００４２】
本実施の形態で第ｐ型ドーピング層はａ−Ｓｉ： Ｈまたは他の物質で形成することができる。
【００４３】
真性半導体層はキャリアの再結合率を減らし光を吸収するためのもので、電子と正孔のようなキャリアがここから主に生成される。このような真性半導体層はａ−Ｓｉ：Ｈで形成することができ、約２００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚さを有することができる。真性半導体層は微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）または水素化された微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ： Ｈ）からなることもできる。
【００４４】
ｎ型ドーピング層はシリコンを含む原料ガスにりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００４５】
このような構成の光電変換部１３０はプラズマ化学気相成長(ｐlasma eｎhaｎced chemical vaｐor deｐositioｎ、ＰＥＣＶＤ)のような化学気相成長(chemical vaｐor deｐositioｎ、ＣＶＤ)によって形成することができる。
【００４６】
光電変換部１３０のｐ型ドーピング層及びｎ型ドーピング層は真性半導体層を間に置いてｐ−ｎ接合を形成し、これによる光起電力効果(ｐhotovoltatic effect)によって真性半導体層から生成された電子と正孔は接触電位差によって分離して互いに異なる方向に移動する。例えば、正孔はｐ型ドーピング層を通じて導電性透明電極１２０の方へ移動し、電子はｎ型ドーピング層を通じて後面電極の方に移動する。
【００４７】
２重接合型の場合、透明電極１２０と後面反射層１４０の間に２個の光電変換部を備える。
【００４８】
この時、透明電極１２０に隣接した一つの光電変換部は水素化された非晶質シリコン(hydrogeｎated amorｐhous silicoｎ:ａ−Ｓｉ：Ｈ)からなることができ、後面反射層１４０に隣接した他の一つの光電変換部は水素化された微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなることができる。
【００４９】
水素化された微結晶シリコンからなる光電変換部は約１．１ｅＶの光学バンドギャップを有し赤色から近赤外線までの長波長帯域の光を主に吸収することができる。
【００５０】
水素化された微結晶シリコンからなる光電変換部は水素化された非晶質シリコンからなる光電変換部と同様にｐ型ドーピング層、真性半導体層、そしてｎ型ドーピング層を含む。
【００５１】
後面反射層(back reflector、１４０)は光電変換部１３０を透過した光を光電変換部１３０の方へ反射させ、光電変換部１３０の動作効率を向上するものであり、本実施の形態では第１反射膜１４１及び第２反射膜１４３を含む。
【００５２】
後面反射層で、従来はドーピングされた酸化亜鉛(ＡＺＯ、ＺｎＯ： Ａｌ)からなる第１反射膜と銀（Ag）からなる第２反射膜の２重膜構造(以下、「従来１の構造」と称する)を使うか、前記ＡＺＯからなる第１反射膜と白色ペイントからなる第２反射膜の２重膜構造(以下、「従来２の構造」と称する)を使った。
【００５３】
従来１の構造は第１反射膜を薄く(５０ｎｍ乃至２００ｎｍ)形成することができ装備投資額が安価であり、製造工程が簡単であるとの長所がある。
【００５４】
また、銀（Ag）とアルミニウム（Ａｌ）の複合電極構造で伝導性がすぐれるとの長所がある。
【００５５】
しかし、従来１の構造は第１反射膜と第２反射膜の界面で発生する表面プラズモン吸収(surface Plasmon absorption)現象によって反射損失が発生し、反射光の散乱効果が弱くて光の捕獲(light trapping) 効果が相対的に弱い短所がある。
【００５６】
すなわち、図２に示すように、ＡＺＯからなる第１反射膜と銀（Ag）からなる第２反射膜を共に使って後面反射層を形成した場合の反射度(点線で図示する)は銀（Ag）からなる第２反射膜だけで後面反射層を形成した場合の反射度(実線で図示する)に比べて低く測定される。その理由は上で説明したように第１反射膜と第２反射膜の界面で反射損失が発生するからである。
【００５７】
図２のグラフで一点鎖線に示したものはＡＺＯからなる第１反射膜と銀（Ag）からなる第２反射膜を有する後面反射層において散乱効果を示すヘイズ(HAZE)値である。
【００５８】
そして従来２の構造は第１反射膜と第２反射膜の界面で発生する反射損失がないので高反射材料である銀（Ag）と同様の水準の反射度を具現することができ、銀（Ag）を使わないので材料費を節減することができ、白色ペイントが有している高い散乱特性を利用し効果的な光を捕獲できるとの長所がある。
【００５９】
しかし、銀（Ag）またはアルミニウム（Ａｌ）などの導電物質を使わないので第１反射膜の抵抗を低めるためには第１反射膜を厚く（１μｍ乃至２μｍ）形成しなければならない。したがって、第１反射膜を長期間蒸着するために低圧式ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）を要するので高い装備投資額が要求され、厚い第１反射膜自体で発生する長波長帯域の吸収損失が発生する短所がある。
【００６０】
すなわち、図３に示すように、ＡＺＯからなる第１反射膜と白色ペイントからなる第２反射膜を共にに使って後面反射層を形成した場合の反射度(点線で図示する)は白色ペイントからなる第２反射膜だけで後面反射層を形成した場合の反射度(実線で図示する)に比べて低く測定される。その理由は上で説明したように第１反射膜自体で発生する長波長帯域の吸収損失が発生するからである。
【００６１】
図３のグラフで一点鎖線に示したものはＡＺＯからなる第１反射膜と白色ペイントからなる第２反射膜を有する後面反射層において散乱効果を示すヘイズ(HAZE) 値である。この時、図２及び図３に示すように、白色ペイントを利用し第２反射膜を構成する場合には第２反射膜を銀（Ag）で構成する場合に比べて散乱効果がすぐれていることが分かる。
【００６２】
図４はＡＺＯで形成された第１反射膜の光吸収特性を示すグラフとして、第１反射膜が２００ｎｍ以下で薄く形成される場合(ｄ，ｅ，ｆ)には低い吸収率を維持するが、厚さが１μｍ以上に増加すれば(ａ，ｂ)長波長領域での吸収率が１０％を超過することが分かる。
【００６３】
図４で、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆはＡＺＯで形成された第１反射膜が５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、１５００ｎｍの厚さでそれぞれ形成された場合の吸収率を示すものである。
【００６４】
したがって、白色ペイントからなる第２反射層を効果的に活用するためにはＡＺＯで形成された第１反射膜の厚さを最小限に薄くするのが重要である。
【００６５】
すなわち、本実施の形態は第１反射膜と第２反射膜の界面で反射損失が発生することを防止または減少させ、ＡＺＯからなる第１反射膜の厚さを薄く形成してこの膜での光吸収を低減し、また散乱効果を増加させた後面反射層を提供する。
【００６６】
本実施の形態で、後面反射層１４０はＡＺＯまたはＢＺＯ(Boroｎ ziｎc-oxide)で構成された第１反射膜１４１と、白色ペイントを含む第２反射膜１４３からなる。
【００６７】
第２反射膜１４３は特定波長、例えば６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質に形成される。
【００６８】
この時、白色顔料は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などの酸化物や、窒化物や、または炭化物のうちの少なくとも一つを含むことができ、第２反射膜１４３は白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(EVA、Ethyl Viｎyl Acetate)ホイルのうちで何れか一つを含むことができる。
【００６９】
このように、ＡＺＯまたはＢＺＯで形成された第１反射膜１４１と白色ペイントで形成された第２反射膜１４３からなる後面反射層１４０の基本的な構造は前述の従来２と異なる。
【００７０】
すなわち、本実施の形態は第１反射膜１４１の厚さを増加させる代りに、第２反射膜１４３に開口部１４３ａを形成し、開口部１４３ａを通じて後面電極１５０が透明導電層１４１と接触されるようにすることで導電性を確保する。
【００７１】
開口部１４３ａは円形、楕円形、三角形、四角形または長方形の多様な形状に形成することができ、図８には長方形の形状を有する開口部１４３ａを示した。
【００７２】
図９に示すように、開口部１４３ａは一つの後面電極１５０に少なくとも一つ以上形成することができ、開口部１４３ａの幅Ｗ１は後面電極１５０の幅Ｗ２より狭く形成され、開口部１４３ａの長さＬ１は後面電極１５０の長さＬ２より短かく形成される。
【００７３】
後面電極１５０は開口部１４３ａを通じて第１反射膜１４１と接触するアルミニウム（Ａｌ）で形成される。
【００７４】
このように、本実施の形態の薄膜太陽電池は後面電極１５０が開口部１４３ａを通じて第１反射膜１４１と接触するので、導電性を確保するために銀（Ａｌ）を使う必要がなく、ＡＺＯまたはＢＺＯで形成される第１反射膜１４１を厚く形成する必要がない。本実施の形態によれば、第１反射膜１４１を１００ｎｍ以下の厚さで形成しても導電性を充分に確保することができる。
【００７５】
このような構成によれば、第２反射膜１４３に含まれた白色顔料によって高い散乱効果を得ることができるので、効果的な光捕獲(light ｔｒａｐｐｉｎg)が可能であり、このために光電変換部１３０の厚さを減少させることが可能である。
【００７６】
そして後面電極１５０が第２反射膜１４３に位置する開口部１４３ａを通じて第１反射膜１４１と電気的に接続されるので、銀（Ag）に比べて価格が安いアルミニウム（Al）だけで後面電極１５０を構成しても銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得ることができる。
【００７７】
したがって、銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得るために第１反射膜１４１の厚さを増加させる必要がないので、第１反射膜１４１の蒸着による時間及び費用を節減することができる。また、長波長帯域の光が第１反射膜１４１を透過しながら吸収されて発生する損失を最小化することができる。
【００７８】
そして第２反射膜１４３で銀（Ag）を使う場合に第２反射膜１４３と第１反射膜１４１の界面で発生する表面プラズモン吸収（surface Plasmon absorption）現象による反射損失が防止されるので、第２反射膜１４３で銀（Ag）を使う場合と同様の水準の反射度を具現することができる。
【００７９】
以下、前述した構成の薄膜太陽電池を製造する方法に対して説明する。
【００８０】
前述の図１の薄膜太陽電池を製造するため、先ず、図５に示すように基板１１０の全体表面の上に透明導電層を蒸着する。
【００８１】
ここで、透明導電層は金属酸化物、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、 またはインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）のうちで選択された少なくとも一つの物質からなることができる。また、金属酸化物に一つ以上の不純物を混合した混合物質からなることもできる。
【００８２】
次いで、透明導電層をパターニングし発電領域に複数の透明電極１２０を形成する。
【００８３】
ここで、パターニング工程は第１スクライビング工程によって実施することができる。第１スクライビング工程は基板１１０の下部から基板１１０の方へレーザを照射し一部領域の透明導電層を蒸発させる工程として、第１スクライビング工程を実行すれば発電領域には一定な間隔を置いて互いに離隔された複数の透明電極１２０が形成される。
【００８４】
前述のように第１スクライビング工程を実施した後には基板１１０上にシリコン薄膜層を蒸着する。この時、シリコン薄膜層は透明電極１２０の間の空間にも満たされる。
【００８５】
シリコン薄膜層は非晶質シリコン系(ｐ/i/ｎ) 薄膜で形成されるか、非晶質シリコン系薄膜と微結晶シリコン系薄膜が積層されたタンデム型シリコン系薄膜層で形成することができる。
【００８６】
シリコン薄膜層がタンデム型シリコン系薄膜層に形成される場合には非晶質シリコン系薄膜と微結晶シリコン系薄膜の間に中間透明導電層をさらに形成することもできる。このように、シリコン薄膜層の構造は本発明で制限されず、多様な形態の薄膜構造で形成することができる。
【００８７】
次いで、シリコン薄膜層をパターニングし図６に示すように発電領域に複数の光電変換部１３０を形成する。ここで、パターニング工程は第２スクライビング工程によって実施することができる。
【００８８】
一方、第２スクライビング工程に使うレーザの出力は第１スクライビング工程に使うレーザの出力より小さい。
【００８９】
したがって、第２スクライビング工程を実行するために基板１１０の下部から基板１１０の方へレーザを照射する時、発電領域の透明電極１２０は蒸発されないが透明電極１２０上のシリコン薄膜層は蒸発され除去される。
【００９０】
これによって、発電領域には一定な間隔を置いて互いに離隔された複数の光電変換部１３０が形成される。
【００９１】
前述の第２スクライビング工程を実施した後には基板１１０上に透明反射膜を形成する。この時、透明反射膜は光電変換部１３０の間の空間にも満たされる。ここで、透明反射膜はＡＺＯまたはＢＺＯからなることができ、１００ｎｍ以下の厚さに形成される。さらに、透明反射膜は透明電極１２０と電気的に接続される。本発明の実施の形態で、透明反射膜は透明電極の露出した部分に接触することができる。
【００９２】
次いで、透明反射膜及び光電変換部１３０をパターニングし図７に示すように発電領域に複数の第１反射膜１４１を形成する。ここで、パターニング工程は第３スクライビング工程によって実施することができる。
【００９３】
第３スクライビング工程を実行するために基板１１０の下部から基板１１０の方へレーザを照射すれば、発電領域の透明電極１２０は蒸発しないが、光電変換部１３０ 及び透明反射膜は蒸発し除去する。
【００９４】
これによって、発電領域には一定な間隔を置いて互いに離隔された複数の第１反射膜１４１が形成される。
【００９５】
前述の第３スクライビング工程を実施した後には図８に示すように開口部１４３ａを有する第２反射膜１４３を形成する。この時、第２反射膜１４３は第３スクライビング工程によって除去された部分にも満たされる。したがって、隣接したセルの間の空間には第２反射膜１４３が位置する。
【００９６】
第２反射膜１４３は特定波長、例えば６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質で形成される。
【００９７】
この時、白色顔料は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などの酸化物、窒化物、炭化物を含むことができるし、第２反射膜１４３は白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(ＥＶＡ、Ethyl vinyl Acetate) ホイルのうちいずれか一つを含むことができる。
【００９８】
開口部１４３ａは円形、四角形または長方形の多様な形状で形成することができ、図９に示すように一つの後面電極１５０に少なくとも一つ以上形成することができる。
【００９９】
そして開口部１４３ａの幅Ｗ１は後面電極１５０の幅Ｗ２より狭く形成され、開口部１４３ａの長さＬ１は後面電極１５０の長さＬ２より小さく形成される。
【０１００】
この時、開口部１４３ａの幅Ｗ１及び長さＬ１は開口部１４３ａを有する第２反射膜１４３をスクリーン印刷法によって形成することができるほどの幅及び長さで形成するのが望ましい。スクリーン印刷法によって第２反射膜１４３を形成すれば、開口部１４３ａを形成するための別途の工程をとり除くことができるので、製造原価を節減するのが可能である。
【０１０１】
前述の方法によって形成された第１反射膜１４１及び第２反射膜１４３は本実施の形態の後面反射層１４０を構成する。
【０１０２】
後面反射層１４０を形成した後、基板１１０上に後面電極１５０を形成する。この時、 後面電極１５０は第２反射膜１４３に具備された開口部１４３ａにも満たされる。したがって、後面電極１５０は第１反射膜１４１と電気的に接続され、第１反射膜１４１を通じて隣合う薄膜太陽電池の透明電極と電気的に接続される。
【０１０３】
後面電極１５０は銀（Ag）に比べて安価な原価のアルミニウム（Ａｌ）を利用し形成することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池はほとんど無限のエネルギー源である太陽をエネルギー源にし、発電過程で公害物質をほとんど生成せず、寿命が２０年以上で非常に長いという長所と共に、関連産業分野への波及効果が大きいという長所によって非常に注目されており、そのため多くの国家で太陽電池を次世代の主要産業として育成している。
【０００３】
現在太陽電池の９０％以上は単結晶または多結晶シリコンウェハ(Si wafer)を基板として製作販売されており、それら以外に薄膜型シリコン基板の太陽電池が小規模で製作販売されている。
【０００４】
太陽電池の最大の問題点は発電単価が他のエネルギ源に比べて非常に高いというのである。したがって今後クリーンエネルギの需要を満たすためには発電単価を大幅に低めなければならない。
【０００５】
しかし、現在単結晶あるいは多結晶シリコンウェハを基板としたいわゆるバルク(bulk)型シリコン太陽電池は必要な原材料量が最小１５０μｍ厚さ以上であるので、原価の多くの部分を材料費、すなわちシリコン原材料が占めているのに、原材料の供給が急激に増える需要に付いて行くことができなくて原価を低めることができる可能性が容易でないのが実情である。
【０００６】
これに比べて、薄膜型太陽電池はその厚さが２μｍ以内なのでバルク型太陽電池に比べて原材料の使用量が非常に少なくて材料費を飛躍的に低めることができる。したがって発電単価面でバルク型太陽電池に比べて大きい長所を有している。しかし薄膜型太陽電池はバルク型太陽電池に比べて同じ面積対比発電性能が半分位で非常に低い。
【０００７】
一般的に太陽電池の効率を表現する時は１００ｍＷ/ｃｍ2の光量で得ることができる電力の大きさを％で示しており、バルク型太陽電池の効率は１２％乃至２０％であるが、薄膜型太陽電池の効率は８％乃至９％程度である。したがって薄膜型太陽電池の効率はバルク型太陽電池に比べて低い方である。
【０００８】
このため、薄膜型太陽電池の効率を高めるために多くの努力が傾けられている。
【０００９】
薄膜型太陽電池の一番基本的なモデルは単一接合(siｎgle juｎctioｎ)型の構造を有する。ここで単一接合型薄膜太陽電池は光吸収用真性半導体層(iｎtriｎsic layer)と、光生成された電荷分離のための内部電界を形成するために真性半導体層の上部及び下部にそれぞれ配置されるｐ型ドーピング層及びｎ型ドーピング層を含む光電変換部が基板の上に形成された太陽電池を言う。
【００１０】
一方、前述の薄膜太陽電池の効率を改善するためには太陽電池に流れる電流密度を増加させることが要求される。したがって薄膜太陽電池では真性半導体層を透過した太陽光を真性半導体層に反射し、反射した太陽光が真性半導体層で吸収されるようにすることで真性半導体層の光吸収率を高めるための後面反射層を備えて電流密度を増加させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、最適化された後面反射層を有する薄膜太陽電池を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は薄膜太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決するために本発明の一側面による薄膜太陽電池は、基板の上に位置する複数のセルを含み、それぞれのセルは、基板の一方面に位置する第１電極と第１電極の上に位置する少なくとも一つの光電変換部と、光電変換部と接触する第１反射膜、そして第１反射膜の一部領域を露出する開口部を含み第１反射膜と接触する第２反射膜を含む後面反射層と、後面反射層上に位置し、開口部を通じて第１反射膜と接続された第２電極を含む。
【００１４】
第１反射膜は導電性を有する物質、例えばＡＺＯ(Ａｌｕｍｉｎｕｍ ziｎc-oxide)またはＢＺＯ(Boroｎ ziｎc-oxide)を含む。この時、第２電極は開口部を通じて第１反射膜と接触するアルミニウムを含むことができる。
【００１５】
第１反射膜は１００ｎｍ以下の厚さに形成され、第２反射膜は特定波長、例えば６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質に形成される。
【００１６】
この時、白色顔料は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などの酸化物や、窒化物や、炭化物を含むことができ、第２反射膜は白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(ＥＶＡ、Ethyl Viｎyl Acetate)ホイルのうちでいずれか一つを含むことができる。
【００１７】
開口部は円形、四角形または長方形などの多様な形状に形成することができ、一つのセルまたは一つの後面電極に少なくとも一つ以上位置する。
【００１８】
開口部の幅は第２電極の幅より狭く形成され、開口部の長さは第２電極の長さより短かく形成される。
【００１９】
このような構成の薄膜太陽電池は、基板の上に第１電極を形成する段階と、第１電極の上に少なくとも一つの光電変換部を形成する段階と、光電変換部上に導電性を有する第１反射膜を形成し、第１反射膜の一部領域を露出する開口部を有する第２反射膜を第１反射膜上に形成し後面反射層を形成する段階と、開口部を通じて第１反射膜と電気的に接続された第２電極を第２反射膜上に形成する段階を含む製造方法によって製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
このような特徴によれば、第２反射膜に含まれた白色顔料によって高い散乱効果を得ることができるので、効果的な光捕獲(light traｐｐiｎg)が可能であり、これを通じて光電変換部の厚さを減少させることが可能である。
【００２１】
そして第２電極が第２反射膜に位置する開口部を通じて第１反射膜と電気的に接続されるので、銀（Ag）に比べて価格が安いアルミニウム(Ａｌ) だけで第２電極を構成しても銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得ることができる。
【００２２】
したがって、銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得るために第１反射膜の厚さを増加させる必要がないので、第１反射膜の蒸着による時間及び費用を節減することができる。また、長波長帯域の光が第１反射膜を透過しながら吸収されて発生する損失を最小化することができる。
【００２３】
そして第２反射膜で銀（Ag）を使う場合に第２反射膜と第１反射膜の界面で発生する表面プラズモン吸収(surface Ｐlasmoｎ absorｐtioｎ) 現象による反射損失が防止されるので、第２反射膜で銀（Ag）を使う場合と同様の水準の反射度を具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図である。
【図２】後面反射層の種類による反射度(reflectaｎce)及びヘイズ(haze)を示すグラフである。
【図３】後面反射層の種類による反射度(reflectaｎce)及びヘイズ(haze)を示すグラフである。
【図４】ＡＺＯで形成された第１反射膜の波長帯別光吸収率を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る開口部を示す図８の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について 本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００２６】
しかし本発明はいろいろな形態に具現することができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて同様の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
【００２７】
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。
【００２８】
それでは添付した図面を参照にして本発明の一つの実施の形態を説明する。
【００２９】
図１は本発明の第１実施の形態に係る薄膜太陽電池の部分断面図であり、図２及び図３は後面反射層の種類による反射度(reflectaｎce)及びヘイズ(haze)を示すグラフである。
【００３０】
そして図４はＡＺＯで形成された第１反射膜の波長帯別光吸収率を示すグラフであり、 図５乃至図８は本発明の実施の形態に係る薄膜太陽電池の製造方法を示す工程図であり、図９は本発明の実施の形態に係る開口部を示す図８の平面図である。
【００３１】
図面を参照すれば、本実施の形態に係る薄膜太陽電池は基板１１０を通じて光が入射される上板(superstrate)型構造を有する。
【００３２】
上板型構造を有する薄膜太陽電池はガラスまたは透明プラスチックなどの光透過物質からなる基板１１０、基板１１０上に位置する導電性透明電極(traｎsｐareｎt coｎductive oxide、ＴＣＯ)１２０、透明電極１２０上に位置する光電変換部１３０、光電変換部１３０上に位置する後面反射層１４０、そして後面反射層１４０上に位置する後面電極１５０を備える。この時、透明電極１２０は第１電極であり、後面電極１５０は第２電極である。
【００３３】
導電性透明電極１２０は基板１１０上に形成されており、第１光電変換部１３０と電気的に接続されている。したがって導電性透明電極１２０は光によって生成されたキャリア(carrier)のうちの一つ、例えば正孔を収集して出力する。導電性透明電極１２０はまた反射防止膜の機能も遂行することができる。
【００３４】
導電性透明電極１２０の上部表面はランダム(raｎdom)なピラミッド構造を有する複数個の凹凸(図示せず)を備えたテクスチャリング表面(texturiｎg surface)で形成される。
【００３５】
このように、導電性透明電極１２０の表面をテクスチャリング表面で形成すれば、導電性透明電極の光反射度が減少し光の吸収率が増加するので、太陽電池の効率が向上する。この時形成される凹凸の高さは約１μｍ乃至１０μｍで有り得る。
【００３６】
導電性透明電極１２０は大部分の光が透過し電気がよく流れるように高い光透過度と高い電気伝導度が要求される。
【００３７】
このような導電性透明電極１２０はインジウム・ティン・オキサイド(iｎdiｕｍ tiｎ oxide:ＩＴＯ)、スズ系酸化物(ＳｎＯ2など)、ＡｇＯ、ＺｎＯ−(Ｇａ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3)、fluoriｎe（フッ素）ティンオキサイド(fluoriｎe tiｎ oxide:ＦＴＯ)及びこれらの混合物からなる群から選択されたものにより形成することができる。導電性透明電極１２０の比抵抗範囲は約１０-2Ωcm乃至１０-11Ωcmで有り得る。
【００３８】
光電変換部１３０は単一接合型、２重接合型または３重接合型からなることができる。
【００３９】
単一接合型の場合、光電変換部は水素化された非晶質シリコン(hydrogeｎated amorｐhous silicoｎ: ａ−Ｓｉ： Ｈ)からなることができ、約１．７ｅＶの光学バンドギャップを有し、近紫外線、紫、青などのような短波長帯域の光を主に吸収することができる。
【００４０】
このような光電変換部１３０は導電性透明電極１２０上に順次積層された第１導電型の半導体層であるｐ型ドーピング層、真性半導体層、そして第１導電型と反対である第２導電型の半導体層であるｎ型ドーピング層を含む。
【００４１】
ｐ型ドーピング層はシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガスにホウ素、ガリウム、インジウムなどのような３価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００４２】
本実施の形態で第ｐ型ドーピング層はａ−Ｓｉ： Ｈまたは他の物質で形成することができる。
【００４３】
真性半導体層はキャリアの再結合率を減らし光を吸収するためのもので、電子と正孔のようなキャリアがここから主に生成される。このような真性半導体層はａ−Ｓｉ：Ｈで形成することができ、約２００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚さを有することができる。真性半導体層は微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）または水素化された微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ： Ｈ）からなることもできる。
【００４４】
ｎ型ドーピング層はシリコンを含む原料ガスにりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むガスを混合し形成することができる。
【００４５】
このような構成の光電変換部１３０はプラズマ化学気相成長(ｐlasma eｎhaｎced chemical vaｐor deｐositioｎ、ＰＥＣＶＤ)のような化学気相成長(chemical vaｐor deｐositioｎ、ＣＶＤ)によって形成することができる。
【００４６】
光電変換部１３０のｐ型ドーピング層及びｎ型ドーピング層は真性半導体層を間に置いてｐ−ｎ接合を形成し、これによる光起電力効果(ｐhotovoltatic effect)によって真性半導体層から生成された電子と正孔は接触電位差によって分離して互いに異なる方向に移動する。例えば、正孔はｐ型ドーピング層を通じて導電性透明電極１２０の方へ移動し、電子はｎ型ドーピング層を通じて後面電極の方に移動する。
【００４７】
２重接合型の場合、透明電極１２０と後面反射層１４０の間に２個の光電変換部を備える。
【００４８】
この時、透明電極１２０に隣接した一つの光電変換部は水素化された非晶質シリコン(hydrogeｎated amorｐhous silicoｎ:ａ−Ｓｉ：Ｈ)からなることができ、後面反射層１４０に隣接した他の一つの光電変換部は水素化された微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなることができる。
【００４９】
水素化された微結晶シリコンからなる光電変換部は約１．１ｅＶの光学バンドギャップを有し赤色から近赤外線までの長波長帯域の光を主に吸収することができる。
【００５０】
水素化された微結晶シリコンからなる光電変換部は水素化された非晶質シリコンからなる光電変換部と同様にｐ型ドーピング層、真性半導体層、そしてｎ型ドーピング層を含む。
【００５１】
後面反射層(back reflector、１４０)は光電変換部１３０を透過した光を光電変換部１３０の方へ反射させ、光電変換部１３０の動作効率を向上するものであり、本実施の形態では第１反射膜１４１及び第２反射膜１４３を含む。
【００５２】
後面反射層で、従来はドーピングされた酸化亜鉛(ＡＺＯ、ＺｎＯ： Ａｌ)からなる第１反射膜と銀（Ag）からなる第２反射膜の２重膜構造(以下、「従来１の構造」と称する)を使うか、前記ＡＺＯからなる第１反射膜と白色ペイントからなる第２反射膜の２重膜構造(以下、「従来２の構造」と称する)を使った。
【００５３】
従来１の構造は第１反射膜を薄く(５０ｎｍ乃至２００ｎｍ)形成することができ装備投資額が安価であり、製造工程が簡単であるとの長所がある。
【００５４】
また、銀（Ag）とアルミニウム（Ａｌ）の複合電極構造で伝導性がすぐれるとの長所がある。
【００５５】
しかし、従来１の構造は第１反射膜と第２反射膜の界面で発生する表面プラズモン吸収(surface Plasmon absorption)現象によって反射損失が発生し、反射光の散乱効果が弱くて光の捕獲(light trapping) 効果が相対的に弱い短所がある。
【００５６】
すなわち、図２に示すように、ＡＺＯからなる第１反射膜と銀（Ag）からなる第２反射膜を共に使って後面反射層を形成した場合の反射度(点線で図示する)は銀（Ag）からなる第２反射膜だけで後面反射層を形成した場合の反射度(実線で図示する)に比べて低く測定される。その理由は上で説明したように第１反射膜と第２反射膜の界面で反射損失が発生するからである。
【００５７】
図２のグラフで一点鎖線に示したものはＡＺＯからなる第１反射膜と銀（Ag）からなる第２反射膜を有する後面反射層において散乱効果を示すヘイズ(HAZE)値である。
【００５８】
そして従来２の構造は第１反射膜と第２反射膜の界面で発生する反射損失がないので高反射材料である銀（Ag）と同様の水準の反射度を具現することができ、銀（Ag）を使わないので材料費を節減することができ、白色ペイントが有している高い散乱特性を利用し効果的な光を捕獲できるとの長所がある。
【００５９】
しかし、銀（Ag）またはアルミニウム（Ａｌ）などの導電物質を使わないので第１反射膜の抵抗を低めるためには第１反射膜を厚く（１μｍ乃至２μｍ）形成しなければならない。したがって、第１反射膜を長期間蒸着するために低圧式ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）を要するので高い装備投資額が要求され、厚い第１反射膜自体で発生する長波長帯域の吸収損失が発生する短所がある。
【００６０】
すなわち、図３に示すように、ＡＺＯからなる第１反射膜と白色ペイントからなる第２反射膜を共にに使って後面反射層を形成した場合の反射度(点線で図示する)は白色ペイントからなる第２反射膜だけで後面反射層を形成した場合の反射度(実線で図示する)に比べて低く測定される。その理由は上で説明したように第１反射膜自体で発生する長波長帯域の吸収損失が発生するからである。
【００６１】
図３のグラフで一点鎖線に示したものはＡＺＯからなる第１反射膜と白色ペイントからなる第２反射膜を有する後面反射層において散乱効果を示すヘイズ(HAZE) 値である。この時、図２及び図３に示すように、白色ペイントを利用し第２反射膜を構成する場合には第２反射膜を銀（Ag）で構成する場合に比べて散乱効果がすぐれていることが分かる。
【００６２】
図４はＡＺＯで形成された第１反射膜の光吸収特性を示すグラフとして、第１反射膜が２００ｎｍ以下で薄く形成される場合(ｄ，ｅ，ｆ)には低い吸収率を維持するが、厚さが１μｍ以上に増加すれば(ａ，ｂ)長波長領域での吸収率が１０％を超過することが分かる。
【００６３】
図４で、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆはＡＺＯで形成された第１反射膜が５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、１５００ｎｍの厚さでそれぞれ形成された場合の吸収率を示すものである。
【００６４】
したがって、白色ペイントからなる第２反射層を効果的に活用するためにはＡＺＯで形成された第１反射膜の厚さを最小限に薄くするのが重要である。
【００６５】
すなわち、本実施の形態は第１反射膜と第２反射膜の界面で反射損失が発生することを防止または減少させ、ＡＺＯからなる第１反射膜の厚さを薄く形成してこの膜での光吸収を低減し、また散乱効果を増加させた後面反射層を提供する。
【００６６】
本実施の形態で、後面反射層１４０はＡＺＯまたはＢＺＯ(Boroｎ ziｎc-oxide)で構成された第１反射膜１４１と、白色ペイントを含む第２反射膜１４３からなる。
【００６７】
第２反射膜１４３は特定波長、例えば６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質に形成される。
【００６８】
この時、白色顔料は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などの酸化物や、窒化物や、または炭化物のうちの少なくとも一つを含むことができ、第２反射膜１４３は白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(EVA、Ethyl Viｎyl Acetate)ホイルのうちで何れか一つを含むことができる。
【００６９】
このように、ＡＺＯまたはＢＺＯで形成された第１反射膜１４１と白色ペイントで形成された第２反射膜１４３からなる後面反射層１４０の基本的な構造は前述の従来２と異なる。
【００７０】
すなわち、本実施の形態は第１反射膜１４１の厚さを増加させる代りに、第２反射膜１４３に開口部１４３ａを形成し、開口部１４３ａを通じて後面電極１５０が透明導電層１４１と接触されるようにすることで導電性を確保する。
【００７１】
開口部１４３ａは円形、楕円形、三角形、四角形または長方形の多様な形状に形成することができ、図８には長方形の形状を有する開口部１４３ａを示した。
【００７２】
図９に示すように、開口部１４３ａは一つの後面電極１５０に少なくとも一つ以上形成することができ、開口部１４３ａの幅Ｗ１は後面電極１５０の幅Ｗ２より狭く形成され、開口部１４３ａの長さＬ１は後面電極１５０の長さＬ２より短かく形成される。
【００７３】
後面電極１５０は開口部１４３ａを通じて第１反射膜１４１と接触するアルミニウム（Ａｌ）で形成される。
【００７４】
このように、本実施の形態の薄膜太陽電池は後面電極１５０が開口部１４３ａを通じて第１反射膜１４１と接触するので、導電性を確保するために銀（Ａｌ）を使う必要がなく、ＡＺＯまたはＢＺＯで形成される第１反射膜１４１を厚く形成する必要がない。本実施の形態によれば、第１反射膜１４１を１００ｎｍ以下の厚さで形成しても導電性を充分に確保することができる。
【００７５】
このような構成によれば、第２反射膜１４３に含まれた白色顔料によって高い散乱効果を得ることができるので、効果的な光捕獲(light ｔｒａｐｐｉｎg)が可能であり、このために光電変換部１３０の厚さを減少させることが可能である。
【００７６】
そして後面電極１５０が第２反射膜１４３に位置する開口部１４３ａを通じて第１反射膜１４１と電気的に接続されるので、銀（Ag）に比べて価格が安いアルミニウム（Al）だけで後面電極１５０を構成しても銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得ることができる。
【００７７】
したがって、銀（Ag）とアルミニウムを共に使う場合と同様の水準の伝導性を得るために第１反射膜１４１の厚さを増加させる必要がないので、第１反射膜１４１の蒸着による時間及び費用を節減することができる。また、長波長帯域の光が第１反射膜１４１を透過しながら吸収されて発生する損失を最小化することができる。
【００７８】
そして第２反射膜１４３で銀（Ag）を使う場合に第２反射膜１４３と第１反射膜１４１の界面で発生する表面プラズモン吸収（surface Plasmon absorption）現象による反射損失が防止されるので、第２反射膜１４３で銀（Ag）を使う場合と同様の水準の反射度を具現することができる。
【００７９】
以下、前述した構成の薄膜太陽電池を製造する方法に対して説明する。
【００８０】
前述の図１の薄膜太陽電池を製造するため、先ず、図５に示すように基板１１０の全体表面の上に透明導電層を蒸着する。
【００８１】
ここで、透明導電層は金属酸化物、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、 またはインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）のうちで選択された少なくとも一つの物質からなることができる。また、金属酸化物に一つ以上の不純物を混合した混合物質からなることもできる。
【００８２】
次いで、透明導電層をパターニングし発電領域に複数の透明電極１２０を形成する。
【００８３】
ここで、パターニング工程は第１スクライビング工程によって実施することができる。第１スクライビング工程は基板１１０の下部から基板１１０の方へレーザを照射し一部領域の透明導電層を蒸発させる工程として、第１スクライビング工程を実行すれば発電領域には一定な間隔を置いて互いに離隔された複数の透明電極１２０が形成される。
【００８４】
前述のように第１スクライビング工程を実施した後には基板１１０上にシリコン薄膜層を蒸着する。この時、シリコン薄膜層は透明電極１２０の間の空間にも満たされる。
【００８５】
シリコン薄膜層は非晶質シリコン系(ｐ/i/ｎ) 薄膜で形成されるか、非晶質シリコン系薄膜と微結晶シリコン系薄膜が積層されたタンデム型シリコン系薄膜層で形成することができる。
【００８６】
シリコン薄膜層がタンデム型シリコン系薄膜層に形成される場合には非晶質シリコン系薄膜と微結晶シリコン系薄膜の間に中間透明導電層をさらに形成することもできる。このように、シリコン薄膜層の構造は本発明で制限されず、多様な形態の薄膜構造で形成することができる。
【００８７】
次いで、シリコン薄膜層をパターニングし図６に示すように発電領域に複数の光電変換部１３０を形成する。ここで、パターニング工程は第２スクライビング工程によって実施することができる。
【００８８】
一方、第２スクライビング工程に使うレーザの出力は第１スクライビング工程に使うレーザの出力より小さい。
【００８９】
したがって、第２スクライビング工程を実行するために基板１１０の下部から基板１１０の方へレーザを照射する時、発電領域の透明電極１２０は蒸発されないが透明電極１２０上のシリコン薄膜層は蒸発され除去される。
【００９０】
これによって、発電領域には一定な間隔を置いて互いに離隔された複数の光電変換部１３０が形成される。
【００９１】
前述の第２スクライビング工程を実施した後には基板１１０上に透明反射膜を形成する。この時、透明反射膜は光電変換部１３０の間の空間にも満たされる。ここで、透明反射膜はＡＺＯまたはＢＺＯからなることができ、１００ｎｍ以下の厚さに形成される。さらに、透明反射膜は透明電極１２０と電気的に接続される。本発明の実施の形態で、透明反射膜は透明電極の露出した部分に接触することができる。
【００９２】
次いで、透明反射膜及び光電変換部１３０をパターニングし図７に示すように発電領域に複数の第１反射膜１４１を形成する。ここで、パターニング工程は第３スクライビング工程によって実施することができる。
【００９３】
第３スクライビング工程を実行するために基板１１０の下部から基板１１０の方へレーザを照射すれば、発電領域の透明電極１２０は蒸発しないが、光電変換部１３０ 及び透明反射膜は蒸発し除去する。
【００９４】
これによって、発電領域には一定な間隔を置いて互いに離隔された複数の第１反射膜１４１が形成される。
【００９５】
前述の第３スクライビング工程を実施した後には図８に示すように開口部１４３ａを有する第２反射膜１４３を形成する。この時、第２反射膜１４３は第３スクライビング工程によって除去された部分にも満たされる。したがって、隣接したセルの間の空間には第２反射膜１４３が位置する。
【００９６】
第２反射膜１４３は特定波長、例えば６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質で形成される。
【００９７】
この時、白色顔料は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）などの酸化物、窒化物、炭化物を含むことができるし、第２反射膜１４３は白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(ＥＶＡ、Ethyl vinyl Acetate) ホイルのうちいずれか一つを含むことができる。
【００９８】
開口部１４３ａは円形、四角形または長方形の多様な形状で形成することができ、図９に示すように一つの後面電極１５０に少なくとも一つ以上形成することができる。
【００９９】
そして開口部１４３ａの幅Ｗ１は後面電極１５０の幅Ｗ２より狭く形成され、開口部１４３ａの長さＬ１は後面電極１５０の長さＬ２より小さく形成される。
【０１００】
この時、開口部１４３ａの幅Ｗ１及び長さＬ１は開口部１４３ａを有する第２反射膜１４３をスクリーン印刷法によって形成することができるほどの幅及び長さで形成するのが望ましい。スクリーン印刷法によって第２反射膜１４３を形成すれば、開口部１４３ａを形成するための別途の工程をとり除くことができるので、製造原価を節減するのが可能である。
【０１０１】
前述の方法によって形成された第１反射膜１４１及び第２反射膜１４３は本実施の形態の後面反射層１４０を構成する。
【０１０２】
後面反射層１４０を形成した後、基板１１０上に後面電極１５０を形成する。この時、 後面電極１５０は第２反射膜１４３に具備された開口部１４３ａにも満たされる。したがって、後面電極１５０は第１反射膜１４１と電気的に接続され、第１反射膜１４１を通じて隣合う薄膜太陽電池の透明電極と電気的に接続される。
【０１０３】
後面電極１５０は銀（Ag）に比べて安価な原価のアルミニウム（Ａｌ）を利用し形成することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に位置する複数のセルを含み、
それぞれのセルは、
基板の一方面に位置する第１電極と、
前記第１電極の上に位置する少なくとも一つの光電変換部と、
前記光電変換部と接触する第１反射膜、そして前記第１反射膜の一部領域を露出する開口部を含み、前記第１反射膜と接触する第２反射膜を含む後面反射層と、
前記後面反射層上に位置し、前記開口部を通じて前記第１反射膜と接続された第２電極と
を含む薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第１反射膜は導電性を有するＡＺＯまたはＢＺＯを含む請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第２電極は前記開口部を通じて前記第１反射膜と接触するアルミニウムを含む請求項２記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記第１反射膜は１００ｎｍ以下の厚さに形成される請求項３記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記第２反射膜は６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質で形成される請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記白色顔料は酸化物、窒化物、または炭化物を含む請求項５記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記酸化物は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）のうち少なくとも一つである請求項６記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記第２反射膜は前記白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(ＥＶＡ)ホイルのうちのいずれか一つを含む請求項６記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記開口部は円形、四角形または長方形の形状に形成される請求項５記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記開口部の幅は前記第２電極の幅より狭く形成される請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記開口部の長さは前記第２電極の長さより短かく形成される請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１２】
前記開口部は一つの後面電極に少なくとも一つ以上位置する請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１３】
基板の上に第１電極を形成する段階と、
前記第１電極の上に少なくとも一つの光電変換部を形成する段階と、
前記光電変換部上に導電性を有する第１反射膜を形成し、前記第１反射膜の一部領域を露出する開口部を有する第２反射膜を前記第１反射膜上に形成して後面反射層を形成する段階と、
前記開口部を通じて前記第１反射膜と電気的に接続された第２電極を前記第２反射膜上に形成する段階と、
を含む薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
ＡＺＯまたはＢＺＯで前記第１反射膜を形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
アルミニウムで前記第２電極を形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記第１反射膜を１００ｎｍ以下の厚さで形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
６００ｎｍ 以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質で前記第２反射膜を形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記第１開口部の幅を前記第２電極の幅より狭く形成する請求項１７記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記第１開口部の長さを前記第２電極の長さより短かく形成する請求項１７記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
白色顔料は酸化物、窒化物、または炭化物のうちの少なくとも一つで形成し、前記酸化物は酸化チタン（ＴｉＯ2)及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4)のうち少なくとも一つで形成する請求項１７記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１】
基板の上に位置する複数のセルを含み、
それぞれのセルは、
基板の一方面に位置する第１電極と、
前記第１電極の上に位置する少なくとも一つの光電変換部と、
前記光電変換部と接触する第１反射膜、そして前記第１反射膜の一部領域を露出する開口部を含み、前記第１反射膜と接触する第２反射膜を含む後面反射層と、
前記後面反射層上に位置し、前記開口部を通じて前記第１反射膜と接続された第２電極と
を含む薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第１反射膜は導電性を有するＡＺＯまたはＢＺＯを含む請求項１記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第２電極は前記開口部を通じて前記第１反射膜と接触するアルミニウムを含む請求項２記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記第１反射膜は１００ｎｍ以下の厚さに形成される請求項３記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記第２反射膜は６００ｎｍ以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質で形成される請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記白色顔料は酸化物、窒化物、または炭化物を含む請求項５記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記酸化物は酸化チタン（ＴｉＯ2）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）のうち少なくとも一つである請求項６記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記第２反射膜は前記白色顔料を含む白色ペイント、白色ホイル(foil)、エチルビニルアセテート(ＥＶＡ)ホイルのうちのいずれか一つを含む請求項６記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記開口部は円形、四角形または長方形の形状に形成される請求項５記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記開口部の幅は前記第２電極の幅より狭く形成される請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記開口部の長さは前記第２電極の長さより短かく形成される請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１２】
前記開口部は一つの後面電極に少なくとも一つ以上位置する請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１３】
基板の上に第１電極を形成する段階と、
前記第１電極の上に少なくとも一つの光電変換部を形成する段階と、
前記光電変換部上に導電性を有する第１反射膜を形成し、前記第１反射膜の一部領域を露出する開口部を有する第２反射膜を前記第１反射膜上に形成して後面反射層を形成する段階と、
前記開口部を通じて前記第１反射膜と電気的に接続された第２電極を前記第２反射膜上に形成する段階と、
を含む薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
ＡＺＯまたはＢＺＯで前記第１反射膜を形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
アルミニウムで前記第２電極を形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記第１反射膜を１００ｎｍ以下の厚さで形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
６００ｎｍ 以上の長波長帯域の光を反射する白色顔料が媒質に混合した物質で前記第２反射膜を形成する請求項１３記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記第１開口部の幅を前記第２電極の幅より狭く形成する請求項１７記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記第１開口部の長さを前記第２電極の長さより短かく形成する請求項１７記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
白色顔料は酸化物、窒化物、または炭化物のうちの少なくとも一つで形成し、前記酸化物は酸化チタン（ＴｉＯ2)及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ4)のうち少なくとも一つで形成する請求項１７記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５１４３８（Ｐ２０１２−１５１４３８Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０６９６（Ｐ２０１１−２３０６９６）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（５０２０３２１０５）エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド (2,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（５０２０３２１０５）エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド (2,269)
【Ｆターム（参考）】
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