薄膜太陽電池及びその製造方法
【課題】光効率を向上させた薄膜太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１のｎ形不純物半導体膜１３５と第１のｐ形不純物半導体膜１３１との間に水素含有量が連続的に変わる第１の非晶質真性半導体膜１３３が挿入された第１のセルであって、第１の非晶質真性半導体膜１３３の水素含有量は光が入射される方に配置される第１のｐ形不純物半導体膜１３１との第１の界面１３３ａから前記光が入射される方と反対になる方に配置される第１のｎ形不純物半導体膜１３５との第２の界面１３３ｂに行くほど、連続的に小さくなる。
【解決手段】第１のｎ形不純物半導体膜１３５と第１のｐ形不純物半導体膜１３１との間に水素含有量が連続的に変わる第１の非晶質真性半導体膜１３３が挿入された第１のセルであって、第１の非晶質真性半導体膜１３３の水素含有量は光が入射される方に配置される第１のｐ形不純物半導体膜１３１との第１の界面１３３ａから前記光が入射される方と反対になる方に配置される第１のｎ形不純物半導体膜１３５との第２の界面１３３ｂに行くほど、連続的に小さくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光を電気に変換する薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽光を電気エネルギーに変換させ得る。太陽電池は実質的に無限である太陽光をソースとして使用して電力を発生させ、電力の発生の時に有害な物質が発生されないという長所を有する。これによって、現在の化石燃料を代替できる代表的な未来の親環境エネルギー源として脚光を浴びている。但し、太陽電池の光電エネルギー変換効率がまた低いので、太陽電池を実用化するのにおいて、用途が制限されている。したがって、太陽電池の光電エネルギー変換効率を向上させるために多くの研究が遂行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国特許公開第１０−２０１１−０００４０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は光効率が向上された薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は追加的な工程や装備が必要としない、工程費用を減少させ得る薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のその他の目的は光吸収係数が大きい非晶質真性半導体膜を含む光劣化を最小化できる薄膜太陽電池及びそ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】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は明らかな界面が形成されなくて特性が連続的に変わる真性半導体膜を含む単一接合セル又は多重接合セルを形成することを特徴とする。本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は可視光線波長の太陽光を吸収できる真性半導体膜を含む太陽電池セルを形成することを他の特徴とする。本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は追加的な工程や装備無しで優れた特性を有する真性半導体膜を含む太陽電池セルを形成することをその他の特徴とする。本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は光吸収係数が大きい非晶質真性半導体膜を含むことをその他の特徴とする。
【０００８】
前記特徴を具現できる本発明の一実施形態による薄膜太陽電池は基板と、前記基板の上に配置された水素含有量が連続的に変わる真性半導体を含む非晶質膜を有する太陽電池セルと、を包含できる。前記非晶質膜は光が入射される入射面とその反対面を含み、前記水素含有量は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【０００９】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は前記入射面に隣接配置された透明基板を包含できる。前記水素含有量は前記透明基板との距離が多くなるほど、連続的に小さくなり得る。
【００１０】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記太陽電池セルは、前記透明基板の上に配置されたｐ形半導体膜と、前記ｐ形半導体膜の上に配置された、前記連続的に変わる前記水素含有量を有する前記非晶質膜と、前記非晶質膜上に配置されたｎ形半導体膜と、を包含できる。前記水素含有量は前記非晶質膜と前記ｐ形半導体膜との第１の界面から前記非晶質膜と前記ｎ形半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００１１】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記透明基板と前記太陽電池セルとの間に配置された透明電極と、前記太陽電池セルの上に配置された金属電極と、をさらに包含できる。
【００１２】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記太陽電池セルと前記金属電極との間に配置された反射膜をさらに包含できる。
【００１３】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は透明基板の代わりに前記反対面に隣接配置された不透明基板包含できる。前記水素含有量は前記不透明基板との距離が小さくなるほど、連続的に小さくなり得る。
【００１４】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記太陽電池セルは、前記不透明基板の上に配置されたｎ形半導体膜と、前記ｐ形半導体膜の上に配置された、前記連続的に変わる前記水素含有量を有する前記非晶質膜と、前記非晶質膜の上に配置されたｐ形半導体膜と、を包含できる。前記水素含有量は前記非晶質膜と前記ｐ形半導体膜との第１の界面から前記非晶質膜と前記ｎ形半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００１５】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記不透明基板と前記太陽電池セルとの間に配置された金属電極と、前記太陽電池セルの上に配置されて前記光が入射される透明電極と、をさらに包含できる。
【００１６】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記金属電極と前記太陽電池セルとの間に反射膜をさらに包含できる。
【００１７】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記非晶質膜のバンドギャップエネルギー及び光吸収係数は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００１８】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記非晶質膜の密度は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に大きくなり得る。
【００１９】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記真性半導体はＳｉを包含できる。
【００２０】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記非晶質膜はＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。
【００２１】
前記特徴を具現できる本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池は基板と、前記基板の上に配置された、第１のｎ形不純物半導体膜と第１のｐ形不純物半導体膜と、前記第１のｎ形不純物半導体膜と前記第１のｐ形不純物半導体膜との間に連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む第１の非晶質膜と、が挿入された第１のセルと、前記第１のｎ形不純物半導体膜に隣接する金属電極と、前記第１のｐ形不純物半導体膜に隣接する透明電極と、を包含できる。前記第１の非晶質膜の前記水素含有量は光が入射される方に配置される前記第１のｐ形不純物半導体膜との第１の界面から前記光が入射される方と反対になる方に配置される前記第１のｎ形不純物半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００２２】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は透明基板を包含できる。前記透明基板の上に前記透明電極、前記第１のｐ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｎ形半導体膜及び前記金属電極が順に積層され得る。前記透明基板へ光が入射され得る。
【００２３】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記第１のセルと前記金属電極との間に、第２のｐ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｎ形半導体膜とが前記第１のｎ形半導体膜の上で順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに包含できる。前記第２の真性半導体膜は真性シリコンを含む非晶質膜及び結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを包含できる。前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記透明基板との距離が多くなるほど連続的に小さくなり得る。
【００２４】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記金属電極と前記第１のセルとの間に配置された後面反射膜をさらに包含できる。
【００２５】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は不透明基板を包含できる。前記不透明基板の上に前記金属電極、前記第１のｎ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｐ形半導体膜、及び前記透明電極が順に積層され得る。前記透明電極へ光が入射され得る。
【００２６】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記第１のセルと前記金属電極との間に、第２のｎ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｐ形半導体膜とが前記金属電極の上に順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに包含できる。前記第２の真性半導体膜は真性非晶質膜、真性微晶質シリコン膜、及び結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを包含できる。前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記不透明基板との距離が小さくなるほど、連続的に小さくなり得る。
【００２７】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記金属電極と前記第１のセルとの間に配置された後面反射膜をさらに包含できる。
【００２８】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記第１の非晶質膜は、前記シリコンで構成され得る。又はＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。
【００２９】
前記特徴を具現できる本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法は基板を提供し、前記基板の上に、ｐ形半導体膜とｎ形半導体膜と、及び前記ｐ形半導体膜と前記ｎ形半導体膜との間に配置された連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む非晶質膜を含むセルを形成し、前記ｐ形半導体膜と隣接する透明電極を形成し、前記ｎ形半導体膜と隣接する金属電極を形成することを包含できる。前記非晶質膜は光が入射される入射面とその反対面を含み、前記水素含有量は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００３０】
一実施形態による方法において、前記非晶質膜はＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ又はこれらの組合を包含できる。
【００３１】
一実施形態による方法において、前記基板は前記入射面に隣接配置される透明基板を包含できる。この場合、前記セルを形成することは、前記透明基板の上に前記ｐ形半導体膜を形成し、前記ｐ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に増やしながら前記非晶質膜を形成し、前記非晶質膜の上に前記ｎ形半導体膜を形成することを包含できる。
【００３２】
一実施形態による方法において、前記基板は前記反対面に隣接配置される不透明基板を包含できる。この場合、前記セルを形成することは、前記不透明基板の上に前記ｎ形半導体膜を形成し、前記ｎ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に減りながら前記非晶質膜を形成し、前記非晶質膜の上に前記ｐ形半導体膜を形成することを包含できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、真性半導体膜の特性を急激な変化無しで連続的に変化させることによって、優れた光効率を得ることができる効果がある。さらに、追加的な工程や装備無しで連続的な特性を有する真性半導体膜を形成できるので、工程費用を減少させ得る効果がある。また、真性半導体膜を非晶質膜で形成することによって、結晶質真性半導体膜に比べて光吸収係数を増加させ得るものであり、これによって、太陽電池の光効率を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池のセルを示した断面図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【図１Ｅ】本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図１Ｆ】本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図１Ｇ】本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ａ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ｂ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図２Ｃ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池のセルを示した断面図である。
【図２Ｄ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【図２Ｅ】本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ｆ】本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ｇ】本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
本発明と従来技術と比較した長所は添付された図面を参照した詳細な説明と特許請求の範囲とを通じて明確になり得る。特に、本発明は特許請求の範囲で明確に請求される。しかし、本発明は添付された図面と関連して次の詳細な説明を参照することによって、最もよく理解できる。図面において、同一な参照符号は多様な図面を通じて同一な構成要素を示す。
【００３７】
＜実施形態１＞
図１Ａは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。図１Ｂは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。図１Ｃは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池のセルの概念図を示した断面図である。
【００３８】
図１Ａを参照すれば、薄膜太陽電池１００は透明基板１１０の上に透明電極１２０と、ｐ−ｉ−ｎ構造のセル乃至太陽電池セル１３０と、金属電極１７０とが薄膜形態に順に積層された単一接合（ｓｉｎｇｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のスーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）構造であり得る。一例として、ｐｉｎダイオード構造のセル１３０は透明電極１２０の上に順に積層されたｐ形半導体膜１３１、真性半導体膜１３３、及びｎ形半導体膜１３５を包含できる。他の例として、セル１３０は透明電極１２０の上に順に積層されたｎ形半導体膜１３５、真性半導体膜１３３、及びｐ形半導体膜１３１を包含できる。ｐｉｎセル１３０と金属電極１７０との間に後面反射膜１６０がさらに提供できる。太陽光は透明基板１１０へ入射され得る。
【００３９】
図１Ｂを図１Ａと共に参照すれば、透明基板１１０を提供し（Ｓ１１０）、提供された透明基板１１０の上に前面電極として透明電極１２０を形成できる（Ｓ１２０）。透明基板１１０は光を透過させ得る透明性材質、例えばガラス、プラスチックや樹脂で構成され得る。透明電極１２０は透明基板１１０を通じて入射される太陽光を透過させるために透明な伝導性酸化膜（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）、例えば金属イオンが添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯｘ(ｘ＜２)、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂが添加されたＺｎＯ膜、Ｆが添加されたＳｎＯ膜等をスパッタリング或いは金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）等を利用して形成できる。
【００４０】
透明電極１２０の上にｐ形半導体膜１３１を形成できる（Ｓ１３１）。ｐ形半導体膜１３１は４族元素に、例えばホウ素Ｂのような３Ｂ族元素がドーピングされたｐ形半導体を物理気相蒸着法（ＰＶＤ）或いは化学気相蒸着法（ＣＶＤ）等を利用して形成できる。物理気相蒸着法は水素雰囲気で進行され得る。化学気相蒸着法はプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、ホットウォール化学気相蒸着法（ｈｏｔ−ｗａｌｌ ＣＶＤ）、ホットワイヤー化学気相蒸着法（ｈｏｔ−ｗｉｒｅ ＣＶＤ）、常圧化学気相蒸着法（ＡＰＣＶＤ）等を包含できる。本明細書では特別な言及がない限り、蒸着或いは蒸着工程であるとは前記多様な蒸着法を意味する。
【００４１】
ｐ形半導体膜１３１を構成する半導体はＳｉを包含できる。ｐ形半導体膜１３１はＳｉ以外に、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。一例として、ｐ形半導体膜１３１はＳｉＨ４とＨ２ガス、そしてｐ形ドーパント（例：Ｂ２Ｈ６）を利用するプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｐ−Ｓｉを蒸着して形成できる。ｐ形半導体膜１３１は非晶質、単結晶質、多結晶質、又は微細結晶質（或いはナノ結晶質）であり得る。本明細書で“半導体膜“とは“半導体で構成された膜”のみでなく“半導体を含む膜”を意味する。
【００４２】
ｐ形半導体膜１３１の上に光吸収層として真性半導体膜１３３を形成できる（Ｓ１３３）。真性半導体膜１３３はＳｉを包含できる。真性半導体膜１３３はＳｉ以外に、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を蒸着して形成できる。真性半導体膜１３３は非晶質、単結晶質、多結晶質、マイクロ結晶質（或いはナノ結晶質）又はこれらの組合であり得る。本実施形態によれば、真性半導体膜１３３は結晶質又は微細結晶質が全然形成されていない非晶質シリコン膜を包含できる。
【００４３】
真性半導体膜１３３の特性は均一でなくて真性半導体膜１３３の厚さ方向に沿って連続的に変化されるように形成され得る。例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨＣｌ３、又はその組合のようなＳｉソースガスにＨ２を添加したプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｐ形半導体膜１３１の上にｉ−Ｓｉを蒸着して真性半導体膜１３３を形成できる。この時、水素希釈比、例えば［Ｈ２］／［ＳｉＨ４］を漸進的に増加させて真性半導体膜１３３を形成できる。真性半導体膜１３３は非晶質であり得る。［ＳｉＨ４］は［ＳｉＨ４］、［Ｓｉ２Ｈ６］、［ＳｉＨ２Ｃｌ２］、［ＳｉＨ３Ｃｌ］、又は［ＳｉＨＣｌ３］等に代替され得る。本実施形態によれば、本実施形態をこれに限定することではない一例として、水素希釈比は大略１乃至２０であり得る。
【００４４】
本実施形態によれば、図１Ｃに図示されたように、太陽光が入射される入射面からその反対面に行くほど、即ちｐ形半導体膜１３１と真性半導体膜１３３との第１の界面１３３ａからｎ形半導体膜１３５と真性半導体膜１３３との第２の界面１３３ｂに行くほど、水素希釈比Ｒが高くなり得る。これによって、水素希釈比Ｒは太陽光が入射される透明基板１１０との距離が大きくなるほど、及び／又は金属電極１７０との距離が小さくなるほど、連続的に大きくなり得る。水素希釈比Ｒを漸進的に増やしながら真性半導体膜１３３を形成すれば、真性半導体膜１３３に含まれる水素の含有量は第１の界面１３３ａから第２の界面１３３ｂに行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００４５】
前記のような条件に真性半導体膜１３３を形成すれば、ｉ−Ｓｉに水素が含まれ、その水素は真性半導体膜１３３の欠陥と結合して欠陥を除去することによって、電子−正孔対が消滅されないので、電気を発生させるのに寄与できる。また、真性半導体膜１３３内での水素含有量が連続的に変わるので、水素含有量が互に異なる膜が積層された場合と異なりに界面が無いので、キャリヤーが界面で捕獲消耗される可能性が顕著に減少され得る。
【００４６】
水素希釈比Ｒの連続的な変化にしたがって真性半導体膜１３３の他の特性も連続的に変化され得る。例えば、水素はＳｉソースガスを希釈させるので、真性半導体膜１３３の密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）を変化させ得る。水素希釈比Ｒが大きければ、ｉ−Ｓｉの蒸着がより緩やかに生じ、それにしたがって規則的な配列が大きくなって密度が増加するか、或いは結晶性が大きくなり得る。したがって、水素希釈比Ｒが大きければ、微細結晶質や結晶質又は高密度の非晶質の真性半導体膜１３３が形成され得る。本実施形態によれば、水素希釈比Ｒが大きくなって膜の結晶性や密度が大きくなっても微細結晶質が形成される前の段階の非晶質の真性半導体膜１３３が形成され得る。非晶質の真性半導体膜１３３は第１の界面１３３ａから第２の界面１３３ｂに行くほど、密度が大きくなり得る。非晶質の真性半導体膜１３３は結晶質の真性半導体膜に比べて光吸収係数（ｌｉｇｈｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が相対的に大きいので、これによって光変換効率が高くなり得る。光吸収層が非晶質であっても水素希釈比を増加させることによって、光誘導劣化（ｌｉｇｈｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｇｒａｔｉｏｎ）を減少させ得る。水素希釈比Ｒが小さければ、これと反対に非晶質性が大きくなり、密度が小さい真性半導体膜１３３が形成され得る。
【００４７】
水素希釈比Ｒが大きいほど、真性半導体膜１３３のバンドギャップエネルギー（ｂａｎｄ−ｇａｐ ｅｎｅｒｇｙ）は小さくなり得る。反対に、水素希釈比Ｒが小さくなるほど、真性半導体膜１３３のバンドギャップエネルギーは大きくなり得る。薄膜内の水素含有量が水素希釈比が大きくなるほど、小さくなるが、これにしたがって、バンドギャップが小さくなり得る。図１Ｃは前記結果を示すことであって、矢印方向に行くほど、特性値が大きくなることを示す。例えば、水素希釈比Ｒが大きくなるほど、真性半導体膜１３３の密度Ｄは大きくなり、バンドギャップエネルギーＢと光吸収係数Ａとは小さくなり得る。真性半導体膜１３３はそのバンドギャップエネルギー値にしたがって吸収できる太陽光の波長領域が変わられる。したがって、真性半導体膜１３３はそのバンドギャップエネルギーが連続的に変わるので、吸収できる太陽光（例：可視光線）の波長帯域が大きくなり得る。真性半導体膜１３３が非晶質状態を維持しても、水素希釈比を増加させることによって、バンドギャップエネルギーは約２．０ｅＶ乃至約１．５ｅＶの間の値を有し得る。
【００４８】
ｐ形半導体膜１３１のように太陽光が入射される薄膜の上にｉ−Ｓｉを蒸着して真性半導体膜１３３を形成する時、一般的な方法のように水素希釈比を固定させた場合に獲得できる光効率（例：大略９％）に比べて本実施形態のように水素希釈比を漸進的に増加させた場合には真性半導体膜１３３の特性が連続的乃至漸進的に変化させることによって高い光効率（例：大略９．８％）を得られる。この光効率はｐ−Ｓｉ膜１３１と、水素含有量が連続的に変わる真性非晶質Ｓｉ膜１３３と、そしてｎ−Ｓｉ膜１３５を積層し、ｐ−Ｓｉ膜１３１とｉ−Ｓｉ膜１３３との第１の界面１３３ａに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量がｉ−Ｓｉ膜１３３とｎ−Ｓｉ膜１３５との第２の界面１３３ｂに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量より大きくなるように製作した単一接合非晶質Ｓｉ薄膜太陽電池１００から得た値である。ここで、水素含有量が変わる方向が非常に重要であり得る。例えば、ｐ−Ｓｉ膜１３１とｉ−Ｓｉ膜１３３との第１の界面１３３ａに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量がｉ−Ｓｉ膜１３３とｎ−Ｓｉ膜１３５との第２の界面１３３ｂに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量より小さくなるように製作した場合、光変換効率は大略５．８％に過ぎない値が獲得できる。
【００４９】
再び図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、真性半導体膜１３３の上にｎ形半導体膜１３５を形成できる（Ｓ１３５）。ｎ形半導体膜１３５は４族元素に、例えば燐Ｐのような５Ｂ族元素がドーピングされたｎ形半導体を蒸着して形成できる。ｎ形半導体膜１３５を構成する半導体はＳｉを包含できる。ｐ形半導体膜１３１はＳｉ以外に、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。一例として、ｎ形半導体膜１３５はＳｉＨ４とＨ２とのガス、そしてｎ形ドーパント前駆体ガス（例：ＰＨ３）を利用するプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｎ−Ｓｉを蒸着して形成できる。ｎ形半導体膜１３５は非晶質、単結晶質、多結晶質、マイクロ結晶質（或いはナノ結晶質）、又は非晶質ーナノ結晶質の混合構造であり得る。このように、透明電極１２０の上にｐ形半導体膜１３１と、真性半導体膜１３３と、ｎ形半導体膜１３５とを順に積層してｐ−ｉ−ｎダイオード構造のセル１３０を形成できる。
【００５０】
ｎ形半導体膜１３５の上に後面反射膜１６０を形成できる（Ｓ１６０）。後面反射膜１６０は太陽光の反射損失を減り、光捕獲効果（ｌｉｇｈｔ ｔｒａｐｐｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）を極大化させて太陽電池１００の効率を向上させるために形成され得る。後面反射膜１６０は例えば先に列挙した酸化物透明電極１２０と同一又は類似な物質（例：ＺｎＯ、Ｚｎ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｂ、及びＺｎＯを含む膜）等をスパッタ蒸着、化学気相蒸着工程や電子ビーム蒸発法（Ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を利用して形成できる。
【００５１】
後面反射膜１６０の上に後面電極として金属電極１７０を形成できる（Ｓ１７０）。金属電極１７０は透明性或いは不透明性物質を単一膜或いは多重膜構造で形成できる。一例として、金属電極１７０はＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、ＺｎＯ／Ａｇ、ＺｎＯ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ等を蒸着して形成できる。前記一連の過程を通じて図１Ａの薄膜太陽電池１００を形成できる。
【００５２】
＜実施形態１の動作原理＞
図１Ｄは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【００５３】
図１Ｄを参照すれば、太陽光は透明基板１１０へ入射され得る。入射された太陽光は真性半導体膜１３３に吸収されて複数の電子と複数の正孔とが生成される。真性半導体膜１３３はｐ形半導体膜１３１及びｎ形半導体膜１３５によって、空乏（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）され得るので、その内部に電気場（電場）が発生できる。真性半導体膜１３３で生成された電子（ｅ−）と正孔（ｈ＋）とは内部電気場によって、ｎ形半導体膜１３５とｐ形半導体膜１３１とへ各々ドリフト（ｄｒｉｆｔ）され得る。これによってｐ形半導体膜１３１には正孔（ｈ＋）が蓄積され、ｎ形半導体膜１３５には電子（ｅ−）が蓄積されることによって、ｐ形半導体膜１３１とｎ形半導体膜１３５との間に光起電力（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）が発生できる。正孔（ｈ＋）を収集できる透明電極１２０と電子（ｅ−）を収集できる金属電極１７０との間に負荷１８０を連結すれば、電流が流れ得る。
【００５４】
＜実施形態１の変形形態＞
図１Ｅ乃至図１Ｇは本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【００５５】
図１Ｅを参照すれば、薄膜太陽電池１０２はテクスチャーされた表面（ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）を有する透明電極１２０を包含できる。透明電極１２０の表面をテクスチャリングすれば、入射される太陽光の反射を低減させ得るものであり、光吸収率を高くすることができる。テクスチャリングは透明電極１２０の蒸着の時、或いは蒸着の後にエッチング工程で作られる。以外に、セル１３０、後面反射膜１６０、及び金属電極１７０の中で少なくともいずれか１つはテクスチャリング表面を有することができる。
【００５６】
図１Ｆを参照すれば、薄膜太陽電池１０４は二重接合（ｄｏｕｂｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のスーパーストレート構造であり得る。一例として、薄膜太陽電池１０４はｐ−ｉ−ｎ構造の第１のセル１３０の上にｐ−ｉ−ｎ構造の第２のセル１４０をさらに包含できる。第１のセル１３０は図１Ａのセル１３０と実質的に同一な構造であり得る。
【００５７】
第２のセル１４０は第１のｎ形半導体膜１３５の上に第２のｐ形半導体膜１４１、第２の真性半導体膜１４３、及び第２のｎ形半導体膜１４５を順に蒸着して形成できる。第２のｐ形半導体膜１４１は第１のｐ形半導体膜１３１と、第２のｎ形半導体膜１４５は第１のｎ形半導体膜１３５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。第２の真性半導体膜１４３は第１の真性半導体膜１３３と実質的に同一であるか、或いは類似に実質的に同一な水素希釈比を利用して形成された非晶質膜であり得る。
【００５８】
他の例として、第２の真性半導体膜１４３は第１の真性半導体膜１３３と同様に非晶質膜で形成するが、相異なる水素希釈比を利用して形成できる。例えば、第１の真性半導体膜１４３の水素希釈比が１乃至１０であり、第２の真性半導体膜１４３の水素希釈比は１０乃至２０であるか、或いはその逆もあり得る。前記水素希釈比が蒸着の工程の中で互いに異なることによって、第１の真性半導体膜１３３と第２の真性半導体膜１４３との中でいずれか１つは低密度の非晶質膜であり、他の１つは高密度の非晶質膜であり得る。水素希釈比は太陽光が入射される方向に沿って行くほど、大きくなり得る。ここでの水素希釈比の数値は単なる一例であるが、本発明をこれに限定しようとする意図ではない。
【００５９】
その他の例として、第１の真性半導体膜１３３と第２の真性半導体膜１４３との中でいずれか１つは非晶質膜であり、他の１つは結晶質膜（例：微細結晶質膜、単結晶膜、多結晶膜）であり得る。その他の例として、第１の真性半導体膜１３３と第２の真性半導体膜１４３との中でいずれか１つは非晶質膜であり、他の１つは結晶質膜と非晶質膜との混合膜であり得る。
【００６０】
図１Ｇを参照すれば、薄膜太陽電池１０６は三重接合（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のスーパーストレート構造であり得る。例えば、薄膜太陽電池１０６はｐ−ｉ−ｎ構造の第１のセル１３０の上にｐ−ｉ−ｎ構造の第２のセル１４０とｐ−ｉ−ｎ構造の第３のセル１５０とをさらに包含できる。第１のセル１３０は図１Ａのセル１３０と実質的に同一な構造であり得る。
【００６１】
第２のセル１４０は第１のｎ形半導体膜１３５の上に第２のｐ形半導体膜１４１、第２の真性半導体膜１４３、及び第２のｎ形半導体膜１４５を順に蒸着して形成できる。第２のｐ形半導体膜１４１は第１のｐ形半導体膜１３１と、第２のｎ形半導体膜１４５は第１のｎ形半導体膜１３５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００６２】
第３のセル１５０は第２のｎ形半導体膜１４５の上に第３のｐ形半導体膜１５１、第３の真性半導体膜１５３、及び第３のｎ形半導体膜１５５を順に蒸着して形成できる。第３のセル１５０は第１のセル１３０及び／又は第２のセル１４０と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。第３のｐ形半導体膜１５１は第１のｐ形半導体膜１３１及び／又は第２のｐ形半導体膜１４１と、第３のｎ形半導体膜１５５は第１のｎ形半導体膜１３５及び／又は第２のｎ形半導体膜１４５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。第３の真性半導体膜１５３は第１の真性半導体膜１３３及び／又は第２の真性半導体膜１４３と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００６３】
他の例として、第３の真性半導体膜１５３は第１の真性半導体膜１３３及び／又は第２の真性半導体膜１４３と類似に非晶質膜で形成し、相異なる水素希釈比を利用して形成できる。例えば、第１の真性半導体膜１３３の水素希釈比は１乃至７、第２の真性半導体膜１４３の水素希釈比は７乃至１５、そして第３の真性半導体膜１５３の水素希釈比は１５乃至２０であり得る。他の例として、第１の真性半導体膜１３３及び第３の真性半導体膜１５３の中でいずれか１つの水素希釈比は７乃至１５であり、他の１つの水素希釈比は１５乃至２０であり、第２の真性半導体膜１４３の水素希釈比は１乃至７であり得る。その他の例として、第１の真性半導体膜１３３及び第３の真性半導体膜１５３の中でいずれか１つの水素希釈比は１乃至７であり、他の１つの水素希釈比は７乃至１５であり、第２の真性半導体膜１３３の水素希釈比は１５乃至２０であり得る。他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜１３３、１４３、１５３の中で少なくともいずれか１つは水素希釈比が連続的に異なる工程条件で形成され得る。水素希釈比は太陽光が入射される方向に沿って行くほど、大きくなり得る。
【００６４】
その他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜１３３、１４３、１５３の中で少なくともいずれか１つは非晶質膜であり、残りは結晶質膜であり得る。その他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜１３３、１４３、１５３の中で少なくともいずれか１つは非晶質膜であり、残りは結晶質膜と非晶質膜との混合膜であり得る。
【００６５】
＜実施形態２＞
図２Ａは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。図２Ｂは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。図２Ｃは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池のセルを示した断面図である。
【００６６】
図２Ａを参照すれば、薄膜太陽電池２００は不透明基板２１０の上に金属電極２７０と、ｎ−ｉ−ｐ構造のセル２３０と、透明電極２２０とが薄膜形態に順に積層された単一接合（ｓｉｎｇｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）構造であり得る。一例として、セル２３０は金属電極２７０の上に順に積層されたｎ形半導体膜２３５、真性半導体膜２３３、及びｐ形半導体膜２３１を包含できる。他の例として、セル２３０は金属電極２７０の上に順に積層されたｐ形半導体膜２３１、真性半導体膜２３３、及びｎ形半導体膜２３５を包含できる。後面反射膜２６０は金属電極２７０とセル２３０との間に配置され得る。太陽光は透明電極２２０へ入射され得る。
【００６７】
図２Ｂを図２Ａと共に参照すれば、不透明基板２１０を提供し（Ｓ２１０）、その不透明基板２１０の上に後面電極として金属電極２７０を形成できる（Ｓ２７０）。金属電極２７０はＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、ＺｎＯ／Ａｇ、ＺｎＯ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ等のような透明性或いは不透明性物質を単一膜或いは多重膜構造で形成できる。
【００６８】
金属電極２７０の上に後面反射膜２６０を形成できる（Ｓ２６０）。本実施形態によれば、太陽光は透明電極２２０へ入射されるので、金属基板のような不透明基板２１０を使用しても妨げる。他の例として、不透明基板２１０代わりに図１Ａのような透明基板を採択することができる。後面反射膜２６０は先に列挙した酸化物透明電極１２０と同一又は類似な物質、例えば、Ｚｎ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｂ、及びＺｎＯを含む膜等に形成できる。
【００６９】
金属電極２７０の上にｎ形半導体膜２３５を形成し（Ｓ２３５）、ｎ形半導体膜２３５の上に真性半導体膜２３３を形成し（Ｓ２３３）、そして真性半導体膜２３３の上にｐ形半導体膜２３１を形成して（Ｓ２３１）、ｎ−ｉ−ｐ構造のセル２３０を形成できる。ｎ形半導体膜２３５とｐ形半導体膜２３１とを形成することは図１Ａのｎ形半導体膜１３５とｐ形半導体膜１３１とを形成することと実質的に同一であるか、或いは類似であり得る。例えば、ｎ形半導体膜２３５及びｐ形半導体膜２３１の中で少なくともいずれか１つはＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を含む非晶質膜、微細結晶質膜、単結晶膜、多結晶質膜、又は非晶質膜−ナノ結晶質の混合膜であり得る。
【００７０】
真性半導体膜２３３は図１Ａの真性半導体膜１３３と実質的に同一であるか、或いは類似にその厚さ方向に沿って特性が連続的に変化される非晶質膜に形成できる。例えば、太陽光が入射される方向に沿って行くほど（即ち、太陽光が入射される面から遠くなるほど）、水素希釈比が漸進的に高くなるように形成できる。本実施形態によれば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨＣｌ３等のようなＳｉ前躯体ソースガスにＨ２を添加してプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｎ形半導体膜２３５の上にｉ−Ｓｉを蒸着して真性半導体膜２３３を形成できる。真性半導体膜２３３はＳｉ以外にＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。本実施形態によれば、水素希釈比を漸進的に減少させて真性半導体膜２３３を形成できる。図２Ｃに示したように、真性半導体膜２３３において、太陽光が入射される方向に沿って行くほど、水素希釈比Ｒが高くなり、水素含有量は低くなり得る。即ち、水素希釈比Ｒは第１の界面２３３ａから第２の界面２３３ｂに行くほど、明らかな界面の形成無しで連続的に大きくなり得るものであり、水素含有量は連続的に小さくなり得る。例えば、水素希釈比Ｒは、本発明をこれに限定することではない一例として、１乃至２０であり得る。このように水素希釈比Ｒは太陽光が入射される透明電極２２０との距離が遠くなるほど、及び／又は不透明基板２１０との距離が小さくなるほど、連続的に大きくなり得る。真性半導体膜２３３において、水素希釈比Ｒの漸進的変化の以外に第１の界面２３３ａから第２の界面２３３ｂに行くほど、真性半導体膜２３３のバンドギャップエネルギーＢと光吸収係数Ａとは漸進的に小さくなり、密度Ｄは漸進的に大きくなり得る。
【００７１】
再び図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、ｐ形半導体膜２３１の上に前面電極として透明電極２２０を形成できる（Ｓ２２０）。透明電極２２０は入射される太陽光を透過させるために金属イオンが添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯｘ（ｘ＜２）等のような透明な伝導性酸化膜ＴＣＯ、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂが添加されたＺｎＯ膜、Ｆが添加されたＳｎＯ膜等をスパッタリング或いは金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）等で形成できる。前記一連の過程を通じて図２Ａの薄膜太陽電池２００を形成できる。
【００７２】
＜実施形態２の動作原理＞
図２Ｄは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【００７３】
図２Ｄを参照すれば、太陽光は透明電極２２０へ入射され得る。入射された太陽光は真性半導体膜２３３に吸収されて複数の電子と複数の正孔とが生成され得る。真性半導体膜２３３の内部電気場によって電子（ｅ−）はｎ形半導体膜２３５へドリフトされて蓄積され、正孔（ｈ＋）はｐ形半導体膜２３１へドリフトされて蓄積され得る。これによって、ｐ形半導体膜２３１とｎ形半導体膜２３５との間に光起電力（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）が発生できるので、透明電極２２０と金属電極２７との０間に負荷２８０が連結されれば、電流が流れることができる。
【００７４】
＜実施形態２の変形形態＞
図２Ｅ乃至図２Ｇは本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池の示した断面図である。
【００７５】
図２Ｅを参照すれば、薄膜太陽電池２０２はテクスチャリングされた構造を包含できる。一例として、透明電極２２０、セル２３０、後面反射膜２６０、及び金属電極２７０の中で少なくともいずれか１つはテクスチャリング表面を有することができる。
【００７６】
図２Ｆを参照すれば、薄膜太陽電池２０４は二重接合（ｄｏｕｂｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のサブストレート構造であり得る。一例として、薄膜太陽電池２０４はｎ−ｉ−ｐ構造の第１のセル２３０の上にｎ−ｉ−ｐ構造の第２のセル２４０をさらに包含できる。第１のセル２３０は図２Ａのセル２３０と実質的に同一又は類似な構造であり得る。第２のセル２４０は第１のｐ形半導体膜２３１の上に第２のｎ形半導体膜２４５、第２の真性半導体膜２４３、及び第２のｐ形半導体膜２４１を順に蒸着して形成できる。第２のｐ形半導体膜２４１は第１のｐ形半導体膜２３１と、第２のｎ形半導体膜２４５は第１のｎ形半導体膜２３５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００７７】
第２の真性半導体膜２４３は第１の真性半導体膜２３３と実質的に同一又は類似に、或いは相違なりに形成できる。一例として、非晶質の第２の真性半導体膜２３３の水素希釈比と非晶質の第２の真性半導体膜２４３の水素希釈比は同一であるか、或いは、或いはいずれかの一方が他方に比べて大きくなり得る。他の例として、第１の真性半導体膜２３３と第２の真性半導体膜２４３との中でいずれか１つは非晶質膜であり、他の１つは結晶質膜（例：微細結晶質膜、単結晶質膜、多結晶質膜）であるか、或いは結晶質膜と非晶質膜の混合膜であり得る。
【００７８】
図２Ｇを参照すれば、薄膜太陽電池２０６は三重接合（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のサブストレート構造であり得る。例えば、薄膜太陽電池２０６はｎ−ｉ−ｐ構造の第１のセル２３０と金属電極２７０の間にｎ−ｉ−ｐ構造の第２のセル２４０とｎ−ｉ−ｐ構造の第３のセル２５０とをさらに包含できる。第３のセル２５０は金属電極２７０の上に第３のｎ形半導体膜２５５、第３の真性半導体膜２５３、及び第３のｐ形半導体膜２５１を順に蒸着して形成できる。第３のセル２５０は第１のセル２３０及び／又は第２のセル２４０と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００７９】
第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の水素希釈比は互に同一であるか、或いは相異であり得る。一例として、第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の積層順に水素希釈比が大きくなるか、或いは小さくなる非晶質膜であり得る。他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の積層順に水素希釈比が増加した後に減少されるか、或いは或いは減少した後、増加される非晶質膜であり得る。 他の例として、第１乃至 第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の中で少なくともいずれか１つは水素希釈比が連続的に異なる工程条件で形成され得る。
【００８０】
その他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の中で少なくともいずれか１つは非晶質膜であり、残りは結晶質膜或いは結晶質膜と非晶質膜の混合膜であり得る。
【００８１】
以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではないし、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で多様な他の組合、変更、及び環境で使用することができる。添付された請求の範囲は他の実施状態も含むこととして解析しなければならない。
【符号の説明】
【００８２】
１００、１０２、１０４、１０６、２００、２０２、２０４、２０６・・・薄膜太陽電池
１１０、２１０・・・基板
１２０、２２０・・・透明電極
１３０、１４０、１５０、２３０、２４０、２５０・・・セル
１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１・・・ｐ形半導体膜
１３３、１４３、１５３、２３３、２４３、２５３・・・真性半導体膜
１３５、１４５、１５５、２３５、２３５、２５５・・・ｎ形半導体膜
１６０、２６０・・・後面反射膜
１７０、２７０・・・金属電極
１８０、２８０・・・負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光を電気に変換する薄膜太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽光を電気エネルギーに変換させ得る。太陽電池は実質的に無限である太陽光をソースとして使用して電力を発生させ、電力の発生の時に有害な物質が発生されないという長所を有する。これによって、現在の化石燃料を代替できる代表的な未来の親環境エネルギー源として脚光を浴びている。但し、太陽電池の光電エネルギー変換効率がまた低いので、太陽電池を実用化するのにおいて、用途が制限されている。したがって、太陽電池の光電エネルギー変換効率を向上させるために多くの研究が遂行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国特許公開第１０−２０１１−０００４０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は光効率が向上された薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は追加的な工程や装備が必要としない、工程費用を減少させ得る薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のその他の目的は光吸収係数が大きい非晶質真性半導体膜を含む光劣化を最小化できる薄膜太陽電池及びそ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】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は明らかな界面が形成されなくて特性が連続的に変わる真性半導体膜を含む単一接合セル又は多重接合セルを形成することを特徴とする。本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は可視光線波長の太陽光を吸収できる真性半導体膜を含む太陽電池セルを形成することを他の特徴とする。本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は追加的な工程や装備無しで優れた特性を有する真性半導体膜を含む太陽電池セルを形成することをその他の特徴とする。本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法は光吸収係数が大きい非晶質真性半導体膜を含むことをその他の特徴とする。
【０００８】
前記特徴を具現できる本発明の一実施形態による薄膜太陽電池は基板と、前記基板の上に配置された水素含有量が連続的に変わる真性半導体を含む非晶質膜を有する太陽電池セルと、を包含できる。前記非晶質膜は光が入射される入射面とその反対面を含み、前記水素含有量は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【０００９】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は前記入射面に隣接配置された透明基板を包含できる。前記水素含有量は前記透明基板との距離が多くなるほど、連続的に小さくなり得る。
【００１０】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記太陽電池セルは、前記透明基板の上に配置されたｐ形半導体膜と、前記ｐ形半導体膜の上に配置された、前記連続的に変わる前記水素含有量を有する前記非晶質膜と、前記非晶質膜上に配置されたｎ形半導体膜と、を包含できる。前記水素含有量は前記非晶質膜と前記ｐ形半導体膜との第１の界面から前記非晶質膜と前記ｎ形半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００１１】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記透明基板と前記太陽電池セルとの間に配置された透明電極と、前記太陽電池セルの上に配置された金属電極と、をさらに包含できる。
【００１２】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記太陽電池セルと前記金属電極との間に配置された反射膜をさらに包含できる。
【００１３】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は透明基板の代わりに前記反対面に隣接配置された不透明基板包含できる。前記水素含有量は前記不透明基板との距離が小さくなるほど、連続的に小さくなり得る。
【００１４】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記太陽電池セルは、前記不透明基板の上に配置されたｎ形半導体膜と、前記ｐ形半導体膜の上に配置された、前記連続的に変わる前記水素含有量を有する前記非晶質膜と、前記非晶質膜の上に配置されたｐ形半導体膜と、を包含できる。前記水素含有量は前記非晶質膜と前記ｐ形半導体膜との第１の界面から前記非晶質膜と前記ｎ形半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００１５】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記不透明基板と前記太陽電池セルとの間に配置された金属電極と、前記太陽電池セルの上に配置されて前記光が入射される透明電極と、をさらに包含できる。
【００１６】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記金属電極と前記太陽電池セルとの間に反射膜をさらに包含できる。
【００１７】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記非晶質膜のバンドギャップエネルギー及び光吸収係数は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００１８】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記非晶質膜の密度は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に大きくなり得る。
【００１９】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記真性半導体はＳｉを包含できる。
【００２０】
一実施形態による薄膜太陽電池において、前記非晶質膜はＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。
【００２１】
前記特徴を具現できる本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池は基板と、前記基板の上に配置された、第１のｎ形不純物半導体膜と第１のｐ形不純物半導体膜と、前記第１のｎ形不純物半導体膜と前記第１のｐ形不純物半導体膜との間に連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む第１の非晶質膜と、が挿入された第１のセルと、前記第１のｎ形不純物半導体膜に隣接する金属電極と、前記第１のｐ形不純物半導体膜に隣接する透明電極と、を包含できる。前記第１の非晶質膜の前記水素含有量は光が入射される方に配置される前記第１のｐ形不純物半導体膜との第１の界面から前記光が入射される方と反対になる方に配置される前記第１のｎ形不純物半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００２２】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は透明基板を包含できる。前記透明基板の上に前記透明電極、前記第１のｐ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｎ形半導体膜及び前記金属電極が順に積層され得る。前記透明基板へ光が入射され得る。
【００２３】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記第１のセルと前記金属電極との間に、第２のｐ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｎ形半導体膜とが前記第１のｎ形半導体膜の上で順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに包含できる。前記第２の真性半導体膜は真性シリコンを含む非晶質膜及び結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを包含できる。前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記透明基板との距離が多くなるほど連続的に小さくなり得る。
【００２４】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記金属電極と前記第１のセルとの間に配置された後面反射膜をさらに包含できる。
【００２５】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記基板は不透明基板を包含できる。前記不透明基板の上に前記金属電極、前記第１のｎ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｐ形半導体膜、及び前記透明電極が順に積層され得る。前記透明電極へ光が入射され得る。
【００２６】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記第１のセルと前記金属電極との間に、第２のｎ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｐ形半導体膜とが前記金属電極の上に順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに包含できる。前記第２の真性半導体膜は真性非晶質膜、真性微晶質シリコン膜、及び結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを包含できる。前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記不透明基板との距離が小さくなるほど、連続的に小さくなり得る。
【００２７】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記金属電極と前記第１のセルとの間に配置された後面反射膜をさらに包含できる。
【００２８】
他の実施形態による薄膜太陽電池において、前記第１の非晶質膜は、前記シリコンで構成され得る。又はＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。
【００２９】
前記特徴を具現できる本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法は基板を提供し、前記基板の上に、ｐ形半導体膜とｎ形半導体膜と、及び前記ｐ形半導体膜と前記ｎ形半導体膜との間に配置された連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む非晶質膜を含むセルを形成し、前記ｐ形半導体膜と隣接する透明電極を形成し、前記ｎ形半導体膜と隣接する金属電極を形成することを包含できる。前記非晶質膜は光が入射される入射面とその反対面を含み、前記水素含有量は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００３０】
一実施形態による方法において、前記非晶質膜はＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ又はこれらの組合を包含できる。
【００３１】
一実施形態による方法において、前記基板は前記入射面に隣接配置される透明基板を包含できる。この場合、前記セルを形成することは、前記透明基板の上に前記ｐ形半導体膜を形成し、前記ｐ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に増やしながら前記非晶質膜を形成し、前記非晶質膜の上に前記ｎ形半導体膜を形成することを包含できる。
【００３２】
一実施形態による方法において、前記基板は前記反対面に隣接配置される不透明基板を包含できる。この場合、前記セルを形成することは、前記不透明基板の上に前記ｎ形半導体膜を形成し、前記ｎ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に減りながら前記非晶質膜を形成し、前記非晶質膜の上に前記ｐ形半導体膜を形成することを包含できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、真性半導体膜の特性を急激な変化無しで連続的に変化させることによって、優れた光効率を得ることができる効果がある。さらに、追加的な工程や装備無しで連続的な特性を有する真性半導体膜を形成できるので、工程費用を減少させ得る効果がある。また、真性半導体膜を非晶質膜で形成することによって、結晶質真性半導体膜に比べて光吸収係数を増加させ得るものであり、これによって、太陽電池の光効率を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池のセルを示した断面図である。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【図１Ｅ】本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図１Ｆ】本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図１Ｇ】本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ａ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ｂ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図２Ｃ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池のセルを示した断面図である。
【図２Ｄ】本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【図２Ｅ】本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ｆ】本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【図２Ｇ】本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明による薄膜太陽電池及びその製造方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
本発明と従来技術と比較した長所は添付された図面を参照した詳細な説明と特許請求の範囲とを通じて明確になり得る。特に、本発明は特許請求の範囲で明確に請求される。しかし、本発明は添付された図面と関連して次の詳細な説明を参照することによって、最もよく理解できる。図面において、同一な参照符号は多様な図面を通じて同一な構成要素を示す。
【００３７】
＜実施形態１＞
図１Ａは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。図１Ｂは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。図１Ｃは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池のセルの概念図を示した断面図である。
【００３８】
図１Ａを参照すれば、薄膜太陽電池１００は透明基板１１０の上に透明電極１２０と、ｐ−ｉ−ｎ構造のセル乃至太陽電池セル１３０と、金属電極１７０とが薄膜形態に順に積層された単一接合（ｓｉｎｇｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のスーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）構造であり得る。一例として、ｐｉｎダイオード構造のセル１３０は透明電極１２０の上に順に積層されたｐ形半導体膜１３１、真性半導体膜１３３、及びｎ形半導体膜１３５を包含できる。他の例として、セル１３０は透明電極１２０の上に順に積層されたｎ形半導体膜１３５、真性半導体膜１３３、及びｐ形半導体膜１３１を包含できる。ｐｉｎセル１３０と金属電極１７０との間に後面反射膜１６０がさらに提供できる。太陽光は透明基板１１０へ入射され得る。
【００３９】
図１Ｂを図１Ａと共に参照すれば、透明基板１１０を提供し（Ｓ１１０）、提供された透明基板１１０の上に前面電極として透明電極１２０を形成できる（Ｓ１２０）。透明基板１１０は光を透過させ得る透明性材質、例えばガラス、プラスチックや樹脂で構成され得る。透明電極１２０は透明基板１１０を通じて入射される太陽光を透過させるために透明な伝導性酸化膜（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）、例えば金属イオンが添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯｘ(ｘ＜２)、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂが添加されたＺｎＯ膜、Ｆが添加されたＳｎＯ膜等をスパッタリング或いは金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）等を利用して形成できる。
【００４０】
透明電極１２０の上にｐ形半導体膜１３１を形成できる（Ｓ１３１）。ｐ形半導体膜１３１は４族元素に、例えばホウ素Ｂのような３Ｂ族元素がドーピングされたｐ形半導体を物理気相蒸着法（ＰＶＤ）或いは化学気相蒸着法（ＣＶＤ）等を利用して形成できる。物理気相蒸着法は水素雰囲気で進行され得る。化学気相蒸着法はプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、ホットウォール化学気相蒸着法（ｈｏｔ−ｗａｌｌ ＣＶＤ）、ホットワイヤー化学気相蒸着法（ｈｏｔ−ｗｉｒｅ ＣＶＤ）、常圧化学気相蒸着法（ＡＰＣＶＤ）等を包含できる。本明細書では特別な言及がない限り、蒸着或いは蒸着工程であるとは前記多様な蒸着法を意味する。
【００４１】
ｐ形半導体膜１３１を構成する半導体はＳｉを包含できる。ｐ形半導体膜１３１はＳｉ以外に、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。一例として、ｐ形半導体膜１３１はＳｉＨ４とＨ２ガス、そしてｐ形ドーパント（例：Ｂ２Ｈ６）を利用するプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｐ−Ｓｉを蒸着して形成できる。ｐ形半導体膜１３１は非晶質、単結晶質、多結晶質、又は微細結晶質（或いはナノ結晶質）であり得る。本明細書で“半導体膜“とは“半導体で構成された膜”のみでなく“半導体を含む膜”を意味する。
【００４２】
ｐ形半導体膜１３１の上に光吸収層として真性半導体膜１３３を形成できる（Ｓ１３３）。真性半導体膜１３３はＳｉを包含できる。真性半導体膜１３３はＳｉ以外に、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を蒸着して形成できる。真性半導体膜１３３は非晶質、単結晶質、多結晶質、マイクロ結晶質（或いはナノ結晶質）又はこれらの組合であり得る。本実施形態によれば、真性半導体膜１３３は結晶質又は微細結晶質が全然形成されていない非晶質シリコン膜を包含できる。
【００４３】
真性半導体膜１３３の特性は均一でなくて真性半導体膜１３３の厚さ方向に沿って連続的に変化されるように形成され得る。例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨＣｌ３、又はその組合のようなＳｉソースガスにＨ２を添加したプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｐ形半導体膜１３１の上にｉ−Ｓｉを蒸着して真性半導体膜１３３を形成できる。この時、水素希釈比、例えば［Ｈ２］／［ＳｉＨ４］を漸進的に増加させて真性半導体膜１３３を形成できる。真性半導体膜１３３は非晶質であり得る。［ＳｉＨ４］は［ＳｉＨ４］、［Ｓｉ２Ｈ６］、［ＳｉＨ２Ｃｌ２］、［ＳｉＨ３Ｃｌ］、又は［ＳｉＨＣｌ３］等に代替され得る。本実施形態によれば、本実施形態をこれに限定することではない一例として、水素希釈比は大略１乃至２０であり得る。
【００４４】
本実施形態によれば、図１Ｃに図示されたように、太陽光が入射される入射面からその反対面に行くほど、即ちｐ形半導体膜１３１と真性半導体膜１３３との第１の界面１３３ａからｎ形半導体膜１３５と真性半導体膜１３３との第２の界面１３３ｂに行くほど、水素希釈比Ｒが高くなり得る。これによって、水素希釈比Ｒは太陽光が入射される透明基板１１０との距離が大きくなるほど、及び／又は金属電極１７０との距離が小さくなるほど、連続的に大きくなり得る。水素希釈比Ｒを漸進的に増やしながら真性半導体膜１３３を形成すれば、真性半導体膜１３３に含まれる水素の含有量は第１の界面１３３ａから第２の界面１３３ｂに行くほど、連続的に小さくなり得る。
【００４５】
前記のような条件に真性半導体膜１３３を形成すれば、ｉ−Ｓｉに水素が含まれ、その水素は真性半導体膜１３３の欠陥と結合して欠陥を除去することによって、電子−正孔対が消滅されないので、電気を発生させるのに寄与できる。また、真性半導体膜１３３内での水素含有量が連続的に変わるので、水素含有量が互に異なる膜が積層された場合と異なりに界面が無いので、キャリヤーが界面で捕獲消耗される可能性が顕著に減少され得る。
【００４６】
水素希釈比Ｒの連続的な変化にしたがって真性半導体膜１３３の他の特性も連続的に変化され得る。例えば、水素はＳｉソースガスを希釈させるので、真性半導体膜１３３の密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）を変化させ得る。水素希釈比Ｒが大きければ、ｉ−Ｓｉの蒸着がより緩やかに生じ、それにしたがって規則的な配列が大きくなって密度が増加するか、或いは結晶性が大きくなり得る。したがって、水素希釈比Ｒが大きければ、微細結晶質や結晶質又は高密度の非晶質の真性半導体膜１３３が形成され得る。本実施形態によれば、水素希釈比Ｒが大きくなって膜の結晶性や密度が大きくなっても微細結晶質が形成される前の段階の非晶質の真性半導体膜１３３が形成され得る。非晶質の真性半導体膜１３３は第１の界面１３３ａから第２の界面１３３ｂに行くほど、密度が大きくなり得る。非晶質の真性半導体膜１３３は結晶質の真性半導体膜に比べて光吸収係数（ｌｉｇｈｔ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が相対的に大きいので、これによって光変換効率が高くなり得る。光吸収層が非晶質であっても水素希釈比を増加させることによって、光誘導劣化（ｌｉｇｈｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｇｒａｔｉｏｎ）を減少させ得る。水素希釈比Ｒが小さければ、これと反対に非晶質性が大きくなり、密度が小さい真性半導体膜１３３が形成され得る。
【００４７】
水素希釈比Ｒが大きいほど、真性半導体膜１３３のバンドギャップエネルギー（ｂａｎｄ−ｇａｐ ｅｎｅｒｇｙ）は小さくなり得る。反対に、水素希釈比Ｒが小さくなるほど、真性半導体膜１３３のバンドギャップエネルギーは大きくなり得る。薄膜内の水素含有量が水素希釈比が大きくなるほど、小さくなるが、これにしたがって、バンドギャップが小さくなり得る。図１Ｃは前記結果を示すことであって、矢印方向に行くほど、特性値が大きくなることを示す。例えば、水素希釈比Ｒが大きくなるほど、真性半導体膜１３３の密度Ｄは大きくなり、バンドギャップエネルギーＢと光吸収係数Ａとは小さくなり得る。真性半導体膜１３３はそのバンドギャップエネルギー値にしたがって吸収できる太陽光の波長領域が変わられる。したがって、真性半導体膜１３３はそのバンドギャップエネルギーが連続的に変わるので、吸収できる太陽光（例：可視光線）の波長帯域が大きくなり得る。真性半導体膜１３３が非晶質状態を維持しても、水素希釈比を増加させることによって、バンドギャップエネルギーは約２．０ｅＶ乃至約１．５ｅＶの間の値を有し得る。
【００４８】
ｐ形半導体膜１３１のように太陽光が入射される薄膜の上にｉ−Ｓｉを蒸着して真性半導体膜１３３を形成する時、一般的な方法のように水素希釈比を固定させた場合に獲得できる光効率（例：大略９％）に比べて本実施形態のように水素希釈比を漸進的に増加させた場合には真性半導体膜１３３の特性が連続的乃至漸進的に変化させることによって高い光効率（例：大略９．８％）を得られる。この光効率はｐ−Ｓｉ膜１３１と、水素含有量が連続的に変わる真性非晶質Ｓｉ膜１３３と、そしてｎ−Ｓｉ膜１３５を積層し、ｐ−Ｓｉ膜１３１とｉ−Ｓｉ膜１３３との第１の界面１３３ａに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量がｉ−Ｓｉ膜１３３とｎ−Ｓｉ膜１３５との第２の界面１３３ｂに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量より大きくなるように製作した単一接合非晶質Ｓｉ薄膜太陽電池１００から得た値である。ここで、水素含有量が変わる方向が非常に重要であり得る。例えば、ｐ−Ｓｉ膜１３１とｉ−Ｓｉ膜１３３との第１の界面１３３ａに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量がｉ−Ｓｉ膜１３３とｎ−Ｓｉ膜１３５との第２の界面１３３ｂに隣接するｉ−Ｓｉ膜１３３内の水素含有量より小さくなるように製作した場合、光変換効率は大略５．８％に過ぎない値が獲得できる。
【００４９】
再び図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、真性半導体膜１３３の上にｎ形半導体膜１３５を形成できる（Ｓ１３５）。ｎ形半導体膜１３５は４族元素に、例えば燐Ｐのような５Ｂ族元素がドーピングされたｎ形半導体を蒸着して形成できる。ｎ形半導体膜１３５を構成する半導体はＳｉを包含できる。ｐ形半導体膜１３１はＳｉ以外に、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。一例として、ｎ形半導体膜１３５はＳｉＨ４とＨ２とのガス、そしてｎ形ドーパント前駆体ガス（例：ＰＨ３）を利用するプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｎ−Ｓｉを蒸着して形成できる。ｎ形半導体膜１３５は非晶質、単結晶質、多結晶質、マイクロ結晶質（或いはナノ結晶質）、又は非晶質ーナノ結晶質の混合構造であり得る。このように、透明電極１２０の上にｐ形半導体膜１３１と、真性半導体膜１３３と、ｎ形半導体膜１３５とを順に積層してｐ−ｉ−ｎダイオード構造のセル１３０を形成できる。
【００５０】
ｎ形半導体膜１３５の上に後面反射膜１６０を形成できる（Ｓ１６０）。後面反射膜１６０は太陽光の反射損失を減り、光捕獲効果（ｌｉｇｈｔ ｔｒａｐｐｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）を極大化させて太陽電池１００の効率を向上させるために形成され得る。後面反射膜１６０は例えば先に列挙した酸化物透明電極１２０と同一又は類似な物質（例：ＺｎＯ、Ｚｎ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｂ、及びＺｎＯを含む膜）等をスパッタ蒸着、化学気相蒸着工程や電子ビーム蒸発法（Ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を利用して形成できる。
【００５１】
後面反射膜１６０の上に後面電極として金属電極１７０を形成できる（Ｓ１７０）。金属電極１７０は透明性或いは不透明性物質を単一膜或いは多重膜構造で形成できる。一例として、金属電極１７０はＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、ＺｎＯ／Ａｇ、ＺｎＯ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ等を蒸着して形成できる。前記一連の過程を通じて図１Ａの薄膜太陽電池１００を形成できる。
【００５２】
＜実施形態１の動作原理＞
図１Ｄは本発明の一実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【００５３】
図１Ｄを参照すれば、太陽光は透明基板１１０へ入射され得る。入射された太陽光は真性半導体膜１３３に吸収されて複数の電子と複数の正孔とが生成される。真性半導体膜１３３はｐ形半導体膜１３１及びｎ形半導体膜１３５によって、空乏（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）され得るので、その内部に電気場（電場）が発生できる。真性半導体膜１３３で生成された電子（ｅ−）と正孔（ｈ＋）とは内部電気場によって、ｎ形半導体膜１３５とｐ形半導体膜１３１とへ各々ドリフト（ｄｒｉｆｔ）され得る。これによってｐ形半導体膜１３１には正孔（ｈ＋）が蓄積され、ｎ形半導体膜１３５には電子（ｅ−）が蓄積されることによって、ｐ形半導体膜１３１とｎ形半導体膜１３５との間に光起電力（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）が発生できる。正孔（ｈ＋）を収集できる透明電極１２０と電子（ｅ−）を収集できる金属電極１７０との間に負荷１８０を連結すれば、電流が流れ得る。
【００５４】
＜実施形態１の変形形態＞
図１Ｅ乃至図１Ｇは本発明の他の実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。
【００５５】
図１Ｅを参照すれば、薄膜太陽電池１０２はテクスチャーされた表面（ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）を有する透明電極１２０を包含できる。透明電極１２０の表面をテクスチャリングすれば、入射される太陽光の反射を低減させ得るものであり、光吸収率を高くすることができる。テクスチャリングは透明電極１２０の蒸着の時、或いは蒸着の後にエッチング工程で作られる。以外に、セル１３０、後面反射膜１６０、及び金属電極１７０の中で少なくともいずれか１つはテクスチャリング表面を有することができる。
【００５６】
図１Ｆを参照すれば、薄膜太陽電池１０４は二重接合（ｄｏｕｂｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のスーパーストレート構造であり得る。一例として、薄膜太陽電池１０４はｐ−ｉ−ｎ構造の第１のセル１３０の上にｐ−ｉ−ｎ構造の第２のセル１４０をさらに包含できる。第１のセル１３０は図１Ａのセル１３０と実質的に同一な構造であり得る。
【００５７】
第２のセル１４０は第１のｎ形半導体膜１３５の上に第２のｐ形半導体膜１４１、第２の真性半導体膜１４３、及び第２のｎ形半導体膜１４５を順に蒸着して形成できる。第２のｐ形半導体膜１４１は第１のｐ形半導体膜１３１と、第２のｎ形半導体膜１４５は第１のｎ形半導体膜１３５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。第２の真性半導体膜１４３は第１の真性半導体膜１３３と実質的に同一であるか、或いは類似に実質的に同一な水素希釈比を利用して形成された非晶質膜であり得る。
【００５８】
他の例として、第２の真性半導体膜１４３は第１の真性半導体膜１３３と同様に非晶質膜で形成するが、相異なる水素希釈比を利用して形成できる。例えば、第１の真性半導体膜１４３の水素希釈比が１乃至１０であり、第２の真性半導体膜１４３の水素希釈比は１０乃至２０であるか、或いはその逆もあり得る。前記水素希釈比が蒸着の工程の中で互いに異なることによって、第１の真性半導体膜１３３と第２の真性半導体膜１４３との中でいずれか１つは低密度の非晶質膜であり、他の１つは高密度の非晶質膜であり得る。水素希釈比は太陽光が入射される方向に沿って行くほど、大きくなり得る。ここでの水素希釈比の数値は単なる一例であるが、本発明をこれに限定しようとする意図ではない。
【００５９】
その他の例として、第１の真性半導体膜１３３と第２の真性半導体膜１４３との中でいずれか１つは非晶質膜であり、他の１つは結晶質膜（例：微細結晶質膜、単結晶膜、多結晶膜）であり得る。その他の例として、第１の真性半導体膜１３３と第２の真性半導体膜１４３との中でいずれか１つは非晶質膜であり、他の１つは結晶質膜と非晶質膜との混合膜であり得る。
【００６０】
図１Ｇを参照すれば、薄膜太陽電池１０６は三重接合（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のスーパーストレート構造であり得る。例えば、薄膜太陽電池１０６はｐ−ｉ−ｎ構造の第１のセル１３０の上にｐ−ｉ−ｎ構造の第２のセル１４０とｐ−ｉ−ｎ構造の第３のセル１５０とをさらに包含できる。第１のセル１３０は図１Ａのセル１３０と実質的に同一な構造であり得る。
【００６１】
第２のセル１４０は第１のｎ形半導体膜１３５の上に第２のｐ形半導体膜１４１、第２の真性半導体膜１４３、及び第２のｎ形半導体膜１４５を順に蒸着して形成できる。第２のｐ形半導体膜１４１は第１のｐ形半導体膜１３１と、第２のｎ形半導体膜１４５は第１のｎ形半導体膜１３５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００６２】
第３のセル１５０は第２のｎ形半導体膜１４５の上に第３のｐ形半導体膜１５１、第３の真性半導体膜１５３、及び第３のｎ形半導体膜１５５を順に蒸着して形成できる。第３のセル１５０は第１のセル１３０及び／又は第２のセル１４０と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。第３のｐ形半導体膜１５１は第１のｐ形半導体膜１３１及び／又は第２のｐ形半導体膜１４１と、第３のｎ形半導体膜１５５は第１のｎ形半導体膜１３５及び／又は第２のｎ形半導体膜１４５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。第３の真性半導体膜１５３は第１の真性半導体膜１３３及び／又は第２の真性半導体膜１４３と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００６３】
他の例として、第３の真性半導体膜１５３は第１の真性半導体膜１３３及び／又は第２の真性半導体膜１４３と類似に非晶質膜で形成し、相異なる水素希釈比を利用して形成できる。例えば、第１の真性半導体膜１３３の水素希釈比は１乃至７、第２の真性半導体膜１４３の水素希釈比は７乃至１５、そして第３の真性半導体膜１５３の水素希釈比は１５乃至２０であり得る。他の例として、第１の真性半導体膜１３３及び第３の真性半導体膜１５３の中でいずれか１つの水素希釈比は７乃至１５であり、他の１つの水素希釈比は１５乃至２０であり、第２の真性半導体膜１４３の水素希釈比は１乃至７であり得る。その他の例として、第１の真性半導体膜１３３及び第３の真性半導体膜１５３の中でいずれか１つの水素希釈比は１乃至７であり、他の１つの水素希釈比は７乃至１５であり、第２の真性半導体膜１３３の水素希釈比は１５乃至２０であり得る。他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜１３３、１４３、１５３の中で少なくともいずれか１つは水素希釈比が連続的に異なる工程条件で形成され得る。水素希釈比は太陽光が入射される方向に沿って行くほど、大きくなり得る。
【００６４】
その他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜１３３、１４３、１５３の中で少なくともいずれか１つは非晶質膜であり、残りは結晶質膜であり得る。その他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜１３３、１４３、１５３の中で少なくともいずれか１つは非晶質膜であり、残りは結晶質膜と非晶質膜との混合膜であり得る。
【００６５】
＜実施形態２＞
図２Ａは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池を示した断面図である。図２Ｂは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。図２Ｃは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池のセルを示した断面図である。
【００６６】
図２Ａを参照すれば、薄膜太陽電池２００は不透明基板２１０の上に金属電極２７０と、ｎ−ｉ−ｐ構造のセル２３０と、透明電極２２０とが薄膜形態に順に積層された単一接合（ｓｉｎｇｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）構造であり得る。一例として、セル２３０は金属電極２７０の上に順に積層されたｎ形半導体膜２３５、真性半導体膜２３３、及びｐ形半導体膜２３１を包含できる。他の例として、セル２３０は金属電極２７０の上に順に積層されたｐ形半導体膜２３１、真性半導体膜２３３、及びｎ形半導体膜２３５を包含できる。後面反射膜２６０は金属電極２７０とセル２３０との間に配置され得る。太陽光は透明電極２２０へ入射され得る。
【００６７】
図２Ｂを図２Ａと共に参照すれば、不透明基板２１０を提供し（Ｓ２１０）、その不透明基板２１０の上に後面電極として金属電極２７０を形成できる（Ｓ２７０）。金属電極２７０はＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、ＺｎＯ／Ａｇ、ＺｎＯ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｌ等のような透明性或いは不透明性物質を単一膜或いは多重膜構造で形成できる。
【００６８】
金属電極２７０の上に後面反射膜２６０を形成できる（Ｓ２６０）。本実施形態によれば、太陽光は透明電極２２０へ入射されるので、金属基板のような不透明基板２１０を使用しても妨げる。他の例として、不透明基板２１０代わりに図１Ａのような透明基板を採択することができる。後面反射膜２６０は先に列挙した酸化物透明電極１２０と同一又は類似な物質、例えば、Ｚｎ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｂ、及びＺｎＯを含む膜等に形成できる。
【００６９】
金属電極２７０の上にｎ形半導体膜２３５を形成し（Ｓ２３５）、ｎ形半導体膜２３５の上に真性半導体膜２３３を形成し（Ｓ２３３）、そして真性半導体膜２３３の上にｐ形半導体膜２３１を形成して（Ｓ２３１）、ｎ−ｉ−ｐ構造のセル２３０を形成できる。ｎ形半導体膜２３５とｐ形半導体膜２３１とを形成することは図１Ａのｎ形半導体膜１３５とｐ形半導体膜１３１とを形成することと実質的に同一であるか、或いは類似であり得る。例えば、ｎ形半導体膜２３５及びｐ形半導体膜２３１の中で少なくともいずれか１つはＳｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を含む非晶質膜、微細結晶質膜、単結晶膜、多結晶質膜、又は非晶質膜−ナノ結晶質の混合膜であり得る。
【００７０】
真性半導体膜２３３は図１Ａの真性半導体膜１３３と実質的に同一であるか、或いは類似にその厚さ方向に沿って特性が連続的に変化される非晶質膜に形成できる。例えば、太陽光が入射される方向に沿って行くほど（即ち、太陽光が入射される面から遠くなるほど）、水素希釈比が漸進的に高くなるように形成できる。本実施形態によれば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨＣｌ３等のようなＳｉ前躯体ソースガスにＨ２を添加してプラズマ化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）でｎ形半導体膜２３５の上にｉ−Ｓｉを蒸着して真性半導体膜２３３を形成できる。真性半導体膜２３３はＳｉ以外にＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を包含できる。本実施形態によれば、水素希釈比を漸進的に減少させて真性半導体膜２３３を形成できる。図２Ｃに示したように、真性半導体膜２３３において、太陽光が入射される方向に沿って行くほど、水素希釈比Ｒが高くなり、水素含有量は低くなり得る。即ち、水素希釈比Ｒは第１の界面２３３ａから第２の界面２３３ｂに行くほど、明らかな界面の形成無しで連続的に大きくなり得るものであり、水素含有量は連続的に小さくなり得る。例えば、水素希釈比Ｒは、本発明をこれに限定することではない一例として、１乃至２０であり得る。このように水素希釈比Ｒは太陽光が入射される透明電極２２０との距離が遠くなるほど、及び／又は不透明基板２１０との距離が小さくなるほど、連続的に大きくなり得る。真性半導体膜２３３において、水素希釈比Ｒの漸進的変化の以外に第１の界面２３３ａから第２の界面２３３ｂに行くほど、真性半導体膜２３３のバンドギャップエネルギーＢと光吸収係数Ａとは漸進的に小さくなり、密度Ｄは漸進的に大きくなり得る。
【００７１】
再び図２Ａ及び図２Ｂを参照すれば、ｐ形半導体膜２３１の上に前面電極として透明電極２２０を形成できる（Ｓ２２０）。透明電極２２０は入射される太陽光を透過させるために金属イオンが添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯｘ（ｘ＜２）等のような透明な伝導性酸化膜ＴＣＯ、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂが添加されたＺｎＯ膜、Ｆが添加されたＳｎＯ膜等をスパッタリング或いは金属有機化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）等で形成できる。前記一連の過程を通じて図２Ａの薄膜太陽電池２００を形成できる。
【００７２】
＜実施形態２の動作原理＞
図２Ｄは本発明の変形実施形態による薄膜太陽電池の動作原理を説明する断面図である。
【００７３】
図２Ｄを参照すれば、太陽光は透明電極２２０へ入射され得る。入射された太陽光は真性半導体膜２３３に吸収されて複数の電子と複数の正孔とが生成され得る。真性半導体膜２３３の内部電気場によって電子（ｅ−）はｎ形半導体膜２３５へドリフトされて蓄積され、正孔（ｈ＋）はｐ形半導体膜２３１へドリフトされて蓄積され得る。これによって、ｐ形半導体膜２３１とｎ形半導体膜２３５との間に光起電力（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）が発生できるので、透明電極２２０と金属電極２７との０間に負荷２８０が連結されれば、電流が流れることができる。
【００７４】
＜実施形態２の変形形態＞
図２Ｅ乃至図２Ｇは本発明のその他の実施形態による薄膜太陽電池の示した断面図である。
【００７５】
図２Ｅを参照すれば、薄膜太陽電池２０２はテクスチャリングされた構造を包含できる。一例として、透明電極２２０、セル２３０、後面反射膜２６０、及び金属電極２７０の中で少なくともいずれか１つはテクスチャリング表面を有することができる。
【００７６】
図２Ｆを参照すれば、薄膜太陽電池２０４は二重接合（ｄｏｕｂｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のサブストレート構造であり得る。一例として、薄膜太陽電池２０４はｎ−ｉ−ｐ構造の第１のセル２３０の上にｎ−ｉ−ｐ構造の第２のセル２４０をさらに包含できる。第１のセル２３０は図２Ａのセル２３０と実質的に同一又は類似な構造であり得る。第２のセル２４０は第１のｐ形半導体膜２３１の上に第２のｎ形半導体膜２４５、第２の真性半導体膜２４３、及び第２のｐ形半導体膜２４１を順に蒸着して形成できる。第２のｐ形半導体膜２４１は第１のｐ形半導体膜２３１と、第２のｎ形半導体膜２４５は第１のｎ形半導体膜２３５と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００７７】
第２の真性半導体膜２４３は第１の真性半導体膜２３３と実質的に同一又は類似に、或いは相違なりに形成できる。一例として、非晶質の第２の真性半導体膜２３３の水素希釈比と非晶質の第２の真性半導体膜２４３の水素希釈比は同一であるか、或いは、或いはいずれかの一方が他方に比べて大きくなり得る。他の例として、第１の真性半導体膜２３３と第２の真性半導体膜２４３との中でいずれか１つは非晶質膜であり、他の１つは結晶質膜（例：微細結晶質膜、単結晶質膜、多結晶質膜）であるか、或いは結晶質膜と非晶質膜の混合膜であり得る。
【００７８】
図２Ｇを参照すれば、薄膜太陽電池２０６は三重接合（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）のサブストレート構造であり得る。例えば、薄膜太陽電池２０６はｎ−ｉ−ｐ構造の第１のセル２３０と金属電極２７０の間にｎ−ｉ−ｐ構造の第２のセル２４０とｎ−ｉ−ｐ構造の第３のセル２５０とをさらに包含できる。第３のセル２５０は金属電極２７０の上に第３のｎ形半導体膜２５５、第３の真性半導体膜２５３、及び第３のｐ形半導体膜２５１を順に蒸着して形成できる。第３のセル２５０は第１のセル２３０及び／又は第２のセル２４０と実質的に同一であるか、或いは類似に形成できる。
【００７９】
第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の水素希釈比は互に同一であるか、或いは相異であり得る。一例として、第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の積層順に水素希釈比が大きくなるか、或いは小さくなる非晶質膜であり得る。他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の積層順に水素希釈比が増加した後に減少されるか、或いは或いは減少した後、増加される非晶質膜であり得る。 他の例として、第１乃至 第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の中で少なくともいずれか１つは水素希釈比が連続的に異なる工程条件で形成され得る。
【００８０】
その他の例として、第１乃至第３の真性半導体膜２３３、２４３、２５３の中で少なくともいずれか１つは非晶質膜であり、残りは結晶質膜或いは結晶質膜と非晶質膜の混合膜であり得る。
【００８１】
以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではないし、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で多様な他の組合、変更、及び環境で使用することができる。添付された請求の範囲は他の実施状態も含むこととして解析しなければならない。
【符号の説明】
【００８２】
１００、１０２、１０４、１０６、２００、２０２、２０４、２０６・・・薄膜太陽電池
１１０、２１０・・・基板
１２０、２２０・・・透明電極
１３０、１４０、１５０、２３０、２４０、２５０・・・セル
１３１、１４１、１５１、２３１、２４１、２５１・・・ｐ形半導体膜
１３３、１４３、１５３、２３３、２４３、２５３・・・真性半導体膜
１３５、１４５、１５５、２３５、２３５、２５５・・・ｎ形半導体膜
１６０、２６０・・・後面反射膜
１７０、２７０・・・金属電極
１８０、２８０・・・負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された、第１のｎ形不純物半導体膜と第１のｐ形不純物半導体膜と、前記第１のｎ形不純物半導体膜と前記第１のｐ形不純物半導体膜との間に連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む第１の非晶質膜と、が挿入された第１のセルと、
前記第１のｎ形不純物半導体膜に隣接する金属電極と、
前記第１のｐ形不純物半導体膜に隣接する透明電極と、を含み、
前記第１の非晶質膜の前記水素含有量は光が入射される方に配置される前記第１のｐ形不純物半導体膜との第１の界面から前記光が入射される方と反対になる方に配置される前記第１のｎ形不純物半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなる薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記基板は透明基板を含み、
前記透明基板の上に前記透明電極、前記第１のｐ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｎ形半導体膜及び前記金属電極が順に積層され、
前記透明基板へ光が入射される請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第１のセルと前記金属電極との間に、
第２のｐ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｎ形半導体膜とが前記第１のｎ形半導体膜の上で順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに含み、
前記第２の真性半導体膜は真性シリコンを含む非晶質膜及び結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを含み、
前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記透明基板との距離が多くなるほど、連続的に小さくなる請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記基板は不透明基板を含み、
前記不透明基板の上に前記金属電極、前記第１のｎ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｐ形半導体膜、及び前記透明電極が順に積層され、
前記透明電極へ光が入射される請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記第１のセルと前記金属電極との間に、
第２のｎ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｐ形半導体膜とが前記金属電極の上に順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに含み、
前記第２の真性半導体膜は真性非晶質膜、真性微晶質シリコン膜、及び真性結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを含み、
前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記不透明基板との距離が小さくなるほど、連続的に小さくなる請求項４に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記第１の非晶質膜は、
前記シリコンで構成されるか、又は
ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を含む請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
基板を提供し、
前記基板の上に、ｐ形半導体膜と、ｎ形半導体膜と、前記ｐ形半導体膜と前記ｎ形半導体膜との間に配置された連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む非晶質膜とを含むセルを形成し、
前記ｐ形半導体膜に隣接する透明電極を形成し、
前記ｎ形半導体膜に隣接する金属電極を形成することを含み、
前記非晶質膜は光が入射される入射面とその反対面を含み、前記水素含有量は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなる薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記基板は前記入射面に隣接配置される透明基板を含み、
前記セルを形成することは、
前記透明基板の上に前記ｐ形半導体膜を形成し、
前記ｐ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に増やしながら前記非晶質膜を形成し、
前記非晶質膜の上に前記ｎ形半導体膜を形成することを含む請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記基板は前記反対面に隣接配置される不透明基板を含み、
前記セルを形成することは、
前記不透明基板の上に前記ｎ形半導体膜を形成し、
前記ｎ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に減りながら前記非晶質膜を形成し、
前記非晶質膜の上に前記ｐ形半導体膜を形成することを含む請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された、第１のｎ形不純物半導体膜と第１のｐ形不純物半導体膜と、前記第１のｎ形不純物半導体膜と前記第１のｐ形不純物半導体膜との間に連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む第１の非晶質膜と、が挿入された第１のセルと、
前記第１のｎ形不純物半導体膜に隣接する金属電極と、
前記第１のｐ形不純物半導体膜に隣接する透明電極と、を含み、
前記第１の非晶質膜の前記水素含有量は光が入射される方に配置される前記第１のｐ形不純物半導体膜との第１の界面から前記光が入射される方と反対になる方に配置される前記第１のｎ形不純物半導体膜との第２の界面に行くほど、連続的に小さくなる薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記基板は透明基板を含み、
前記透明基板の上に前記透明電極、前記第１のｐ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｎ形半導体膜及び前記金属電極が順に積層され、
前記透明基板へ光が入射される請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第１のセルと前記金属電極との間に、
第２のｐ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｎ形半導体膜とが前記第１のｎ形半導体膜の上で順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに含み、
前記第２の真性半導体膜は真性シリコンを含む非晶質膜及び結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを含み、
前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記透明基板との距離が多くなるほど、連続的に小さくなる請求項２に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記基板は不透明基板を含み、
前記不透明基板の上に前記金属電極、前記第１のｎ形半導体膜、前記第１の非晶質膜、前記第１のｐ形半導体膜、及び前記透明電極が順に積層され、
前記透明電極へ光が入射される請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記第１のセルと前記金属電極との間に、
第２のｎ形半導体膜と、連続的に変わる水素含有量を有する第２の真性半導体膜と、第２のｐ形半導体膜とが前記金属電極の上に順に積層された第２のセルを少なくとも１つさらに含み、
前記第２の真性半導体膜は真性非晶質膜、真性微晶質シリコン膜、及び真性結晶質膜の中で少なくともいずれか１つを含み、
前記第２の真性半導体膜の前記水素含有量は前記不透明基板との距離が小さくなるほど、連続的に小さくなる請求項４に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記第１の非晶質膜は、
前記シリコンで構成されるか、又は
ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＧｅＯ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＧｅＣ、又はこれらの組合を含む請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
基板を提供し、
前記基板の上に、ｐ形半導体膜と、ｎ形半導体膜と、前記ｐ形半導体膜と前記ｎ形半導体膜との間に配置された連続的に変わる水素含有量を有する真性半導体を含む非晶質膜とを含むセルを形成し、
前記ｐ形半導体膜に隣接する透明電極を形成し、
前記ｎ形半導体膜に隣接する金属電極を形成することを含み、
前記非晶質膜は光が入射される入射面とその反対面を含み、前記水素含有量は前記入射面から前記反対面に行くほど、連続的に小さくなる薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記基板は前記入射面に隣接配置される透明基板を含み、
前記セルを形成することは、
前記透明基板の上に前記ｐ形半導体膜を形成し、
前記ｐ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に増やしながら前記非晶質膜を形成し、
前記非晶質膜の上に前記ｎ形半導体膜を形成することを含む請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記基板は前記反対面に隣接配置される不透明基板を含み、
前記セルを形成することは、
前記不透明基板の上に前記ｎ形半導体膜を形成し、
前記ｎ形半導体膜の上に半導体ソースガスを水素で希釈させた反応ガスを提供し、前記水素の希釈比を漸進的に減りながら前記非晶質膜を形成し、
前記非晶質膜の上に前記ｐ形半導体膜を形成することを含む請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【公開番号】特開２０１２−１７５１１２（Ｐ２０１２−１７５１１２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３６９８２（Ｐ２０１２−３６９８２）
【出願日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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