(57)【要約】【課題】実施例は、太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施例による太陽電池は、基板上に形成されて、後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらと、前記基板を貫通する貫通ホールと、及び前記貫通ホールを通じて前記後面電極パターンと電気的に連結されたブスバーと、を含む。  実施例による太陽電池の製造方法は、基板を貫通する貫通ホールを形成する段階と、前記基板の後面の前記貫通ホールと対応される領域にブスバーを形成する段階と、及び前記ブスバーが形成された前記基板の前面に後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらを形成する段階を含んで、前記貫通ホールを通じて前記後面電極パターンと前記ブスバーは電気的に連結されたことを含む。【選択図】図９
2013510426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されて、後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらと、
前記基板を貫通する貫通ホールと、及び
前記貫通ホールを通じて前記後面電極パターンと電気的に連結されたブスバーを含む太陽電池。
【請求項２】
前記ブスバーは前記貫通ホールを通じて、前記基板の後面に露出されて形成されたことを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記貫通ホールの内部には、前記後面電極パターン及びブスバーと接触して前記後面電極パターンと前記ブスバーを電気的に連結する連結電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記ブスバーは、前記基板の最外角に形成された前記後面電極パターンと電気的に連結されたことを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記貫通ホールは、前記基板の最外角に形成された前記後面電極パターンと接するように形成されたことを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記貫通ホールの幅は、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記連結電極の幅は、ブスバーの幅より狭く形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記連結電極は伝導性物質で形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記連結電極は、前記後面電極パターンの物質と等しい物質で形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項１０】
基板を貫通する貫通ホールを形成する段階と、
前記基板の後面の前記貫通ホールと対応される領域にブスバーを形成する段階と、及び
前記ブスバーが形成された前記基板の前面に後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらを形成する段階を含んで、
前記貫通ホールを通じて前記後面電極パターンと前記ブスバーは、電気的に連結されたことを含む太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記ブスバーを形成した後、
前記貫通ホール内部を満たす連結電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記連結電極は、前記後面電極パターン及びブスバーと接触して、前記後面電極パターンと前記ブスバーを電気的に連結することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記基板の前面に後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらを形成する段階は、
基板上にお互いに離隔されて配置された複数個の後面電極パターンを形成する段階と、
前記後面電極パターンが配置された前記基板上に光吸収層を形成する段階と、
前記光吸収層を貫通するコンタクトパターンを形成する段階と、
前記コンタクト内部に挿入されるように、前記光吸収層上に前面電極を形成する段階と、及び
前記前面電極及び光吸収層に単位セルに分けるための分離パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記ブスバーは、前記基板の最外角に形成された前記後面電極パターンと電気的に連結されたことを含むことを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記貫通ホールの内部に後面電極パターンの物質が挿入されて、前記ブスバーと電気的に連結することを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近エネルギー需要が増加することによって、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる太陽電池に対する開発が進行されている。
【０００３】
特に、硝子基板、金属後面電極層、ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収層、高抵抗バッファ層、ｎ型窓層などを含む基板構造のｐｎヘテロ接合装置であるＣＩＧＳ系太陽電池が広く使用されている。
【０００４】
しかし、前記ＣＩＧＳ系の太陽電池形成時、ｎ型窓層状でブスバーが形成されるが、前記ブスバーはその幅が広くて、太陽電池セルを形成するための有効領域が狭くなる問題点がある。
【０００５】
また、前記ブスバーの信号を基板後面のジャンクションボックスに連結させるために、前記ブスバーを形成した後、ブスバーの信号を基板の後面に延長させるための追加的な工程らが施行されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施例は、太陽電池の効率を増大させることができる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】
【０００７】
実施例による太陽電池は、基板上に形成されて、後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらと、前記基板を貫通する貫通ホールと、及び前記貫通ホールを通じて前記後面電極パターンと電気的に連結されたブスバーと、を含む。
【０００８】
実施例による太陽電池の製造方法は、基板を貫通する貫通ホールを形成する段階と、前記基板の後面の前記貫通ホールと対応される領域にブスバーを形成する段階と、及び前記ブスバーが形成された前記基板の前面に後面電極パターン、光吸収層、バッファ層及び前面電極を含む多数個の太陽電池セルらを形成する段階を含んで、前記貫通ホールを通じて前記後面電極パターンと前記ブスバーは電気的に連結されたことを含む。
【発明の効果】
【０００９】
実施例による太陽電池及びその製造方法は、ブスバーより幅が狭い連結電極が貫通ホールを通じて後面電極パターンと連結されて、太陽電池セル形成領域が広くなって、太陽電池の効率が増大されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図２】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図３】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図４】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図５】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図６】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図７】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図８】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図９】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図１０】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【図１１】実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施例の説明において、各基板、層、膜または電極などが各基板、層、膜、または電極などの“上(on)”にまたは“下(under)”に形成されるものとして記載される場合において、“上(on)”と“下(under)”は“直接(directly)”または“他の構成要素を介して(indirectly)”形成されることをすべて含む。また、各構成要素の上または下に対する基準は図面を基準に説明する。図面での各構成要素らの大きさは説明のために誇張されることができるし、実際に適用される大きさを意味することではない。
【００１２】
図９は、実施例による太陽電池を示した断面図である。
【００１３】
実施例による太陽電池は、図９に示されたところのように、基板１００上に形成された後面電極パターン２００、光吸収層３００、バッファ層４００、前面電極５００、貫通ホール１０、連結電極５０及びブスバー１５０を含む。
【００１４】
前記貫通ホール１０は、前記基板１００を貫通して形成されて、前記連結電極５０は前記貫通ホール１０内部に伝導性物質が満たされて形成される。
【００１５】
前記ブスバー１５０は、前記基板１００の後面に前記連結電極５０と接触されて電気的に連結される。
【００１６】
前記連結電極５０が前記後面電極パターン２００と接触して電気的に連結されて、前記後面電極パターン２００と前記ブスバー１５０は電気的に連結される。
【００１７】
この時、前記ブスバー１５０は、前記基板１００の最外角に形成された前記後面電極パターン２００と電気的に連結される。
【００１８】
以下、太陽電池の製造工程によって前記太陽電池をさらに詳しく説明するようにする。
【００１９】
図１乃至図１１は、実施例による太陽電池の製造方法を示した平面図及び断面図である。
【００２０】
まず、図１及び図２に示されたところのように、基板１００を貫通する貫通ホール１０を形成する。
【００２１】
前記基板１００は硝子(glass)が使用されているし、アルミナのようなセラミックス基板、ステンレススチール、チタン基板またはポリマー基板なども使用されることができる。
【００２２】
硝子基板としては、ソーダライム硝子(sodalime glass)を使用することができるし、ポリマー基板としては、ポリイミド(polyimide)を使用することができる。
【００２３】
また、前記基板１００は、リジット(rigid)するか、またはフレキシブル(flexible)することができる。
【００２４】
前記貫通ホール１０は、以後に形成されるブスバー及び後面電極パターンの形状によってその形状が変形されることができるが、実施例では一方向に長く形成された前記貫通ホール１０を形成する。
【００２５】
図２は、図１のＩ−Ｉ’の断面図を示したものである。
【００２６】
前記基板１００の両縁に二つの前記貫通ホール１０が形成される。
【００２７】
この時、一方の貫通ホールは以後、（＋）電極と連結されるブスバーと連結されて、また、他の貫通ホールは以後（−）電極と連結されるブスバーと連結されるために二つが形成される。
【００２８】
しかし、前記貫通ホール１０の数は、これに限定されないで、太陽電池セルの構造によって数が変更されることができる。
【００２９】
前記貫通ホール１０の幅Ｗ１は、０．５ｍｍ〜３ｍｍの大きさで形成されることができるし、望ましくは１ｍｍ〜２ｍｍで形成されることができる。
【００３０】
引き継いで、図３に示されたところのように、前記貫通ホール１０の内部を満たす連結電極５０を形成する。
【００３１】
前記連結電極５０は、前記貫通ホール１０が満たされるようにＡｇまたはＡｌペースト(paste)を挿入して形成されることができるし、また、後面電極物質であるモリブデン(Ｍｏ)を前記貫通ホール１０に挿入されるように形成することができる。
【００３２】
しかし、前記連結電極５０を形成する物質はこれに限定されないで、伝導性物質で形成されることができる。
【００３３】
そして、図４に示されたところのように、前記基板１００の後面にブスバー１５０を形成する。
【００３４】
前記ブスバー１５０は、前記基板１００の後面に露出するように形成されることができるし、前記連結電極５０とは接触して電気的に連結されることができる。
【００３５】
前記ブスバー１５０は、Ａｌ、Ｃｕを含む導電性物質で形成されることができる。
【００３６】
前記ブスバー１５０は、１ｍｍ〜５ｍｍの幅Ｗ２で形成されることができるし、望ましくは、３ｍｍ〜４ｍｍで形成されることができる。
【００３７】
そして、前記ブスバー１５０は、前記連結電極５０の幅Ｗ１より広く形成されることができる。
【００３８】
この時、前記連結電極５０とブスバー１５０の形成順序は変わることもできる。すなわち、実施例では連結電極５０を形成した後、前記ブスバー１５０を形成したが、前記ブスバー１５０を先ず形成した後、前記連結電極５０を形成することもできる。
【００３９】
引き継いで、図５に示されたところのように、前記基板１００の前面に後面電極パターン２００を形成する。
【００４０】
前記後面電極パターン２００は、金属などの導電体で形成されることができる。
【００４１】
例えば、前記後面電極パターン２００は、モリブデン(Ｍｏ)ターゲットを使用して、スパッタリング(sputtering)工程によって形成されることができる。
【００４２】
これは、モリブデン(Ｍｏ)が有した高い電気伝導度、光吸収層とのオミック(ohmic)接合、Ｓｅ雰囲気下での高温安全性のためである。
【００４３】
前記後面電極パターン２００は、前記貫通ホール１０を覆うように形成されることができる。すなわち、前記連結電極５０と接触して電気的に連結されることができる。
【００４４】
すなわち、前記連結電極５０によって前記後面電極パターン２００とブスバー１５０は電気的に連結される。
【００４５】
この時、前記貫通ホール１０が前記基板１００の縁に形成されて、前記基板１００の最外角に形成された前記後面電極パターン２００と前記ブスバー１５０が電気的に連結される。
【００４６】
また、図面には示さなかったが、前記後面電極パターン２００は少なくとも一つ以上の層で形成されることができる。
【００４７】
前記後面電極パターン２００が複数個の層で形成される時、前記後面電極パターン２００をなす層らは、お互いに異なる物質で形成されることができる。
【００４８】
前記後面電極パターン２００の間では前記基板１００の一部が露出することができる。
【００４９】
また、前記後面電極パターン２００は、ストライプ(stripe)形態またはマトリックス(matrix)形態で配置されることができるし、それぞれのセルに対応することができる。
【００５０】
しかし、前記後面電極パターン２００は、前記の形態に限定されないで、多様な形態で形成されることができる。
【００５１】
実施例では前記連結電極５０及びブスバー１５０を形成した後、前記後面電極パターン２００を形成して、前記後面電極パターン２００とブスバー１５０を電気的に連結させたが、これに限定されないで、前記基板１５０の後面にブスバー１５０だけ形成した後、前記後面電極パターン２００を形成することもできる。
【００５２】
すなわち、前記連結電極５０を形成しないで、前記ブスバー１５０だけ形成した後、前記後面電極パターン２００形成時、前記後面電極パターン２００の物質が前記貫通ホール１０内部に挿入されて、前記ブスバー１５０と電気的に連結されることもできる。
【００５３】
そして、図６に示されたところのように、前記後面電極パターン２００上に光吸収層３００、バッファ層４００を形成する。
【００５４】
前記光吸収層３００は、Ｉｂ-ＩＩＩｂ-ＶＩｂ系化合物を含む。
【００５５】
さらに詳しくは、前記光吸収層３００は、銅-インジウム-ガリウム-セレン系(Ｃｕ(Ｉｎ、Ｇａ)Ｓｅ２、ＣＩＧＳ系)化合物を含む。
【００５６】
これとは異なるように、前記光吸収層３００は、銅-インジウム-セレン系(ＣｕＩｎＳｅ２、ＣＩＳ系)化合物または銅-ガリウム-セレン系(ＣｕＧａＳｅ２、ＣＩＳ系)化合物を含むことができる。
【００５７】
例えば、前記光吸収層３００を形成するために、銅ターゲット、インジウムターゲット及びガリウムターゲットを使用して、前記後面電極パターン２００上にＣＩＧ系金属プリカーソルー(precursor)膜が形成される。
【００５８】
以後、前記金属プリカーソルー膜は、セレニゼイション(selenization)工程によって、セレニウム(Ｓｅ)と応じてＣＩＧＳ系光吸収層３００が形成される。
【００５９】
また、前記金属プリカーソルー膜を形成する工程及びセレニゼイション工程との間に、前記基板１００に含まれたアルカリ(alkali)成分が前記後面電極パターン２００を通じて、前記金属プリカーソルー膜及び前記光吸収層３００に拡散する。
【００６０】
アルカリ(alkali)成分は、前記光吸収層３００のグレーン(grain)大きさを向上させて、結晶性を向上させることができる。
【００６１】
また、前記光吸収層３００は、銅、インジウム、ガリウム、セレン(Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ)を同時蒸着法(co-evaporation)によって形成することもできる。
【００６２】
前記光吸収層３００は、前記後面電極パターン２００上に形成されて、前記後面電極パターン２００の間に一部が露出した前記基板１００上に形成されることができる。
【００６３】
前記光吸収層３００は、外部の光の入射を受けて、電気エネルギーに変換させる。前記光吸収層３００は光電効果によって光起電力を生成する。
【００６４】
前記バッファ層４００は、前記光吸収層３００上に形成されて、少なくとも一つ以上の層で形成されて、前記光吸収層３００が形成された前記基板１００上に硫化カドミウム(ＣｄＳ)、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ｉ-ＺｎＯのうちで何れか一つまたはこれらの積層で形成されることができる。
【００６５】
この時、前記バッファ層４００は、ｎ型半導体層であり、前記光吸収層３００は、ｐ型半導体層である。よって、前記光吸収層３００及びバッファ層４００はｐｎ接合を形成する。
【００６６】
前記バッファ層４００は前記光吸収層３００と以後に形成される前面電極との間に配置される。
【００６７】
すなわち、前記光吸収層３００と前面電極は、格子定数とエネルギーバンドギャップの差が大きいために、バンドギャップが二つの物質の中間に位置する前記バッファ層４００を挿入して良好な接合を形成することができる。
【００６８】
本実施例では一つのバッファ層を前記光吸収層３００上に形成したが、これに限定されないで、前記バッファ層は複数個の層で形成されることもできる。
【００６９】
引き継いで、図７に示されたところのように、前記光吸収層３００及びバッファ層４００を貫通するコンタクトパターン３１０を形成する。
【００７０】
前記コンタクトパターン３１０は機械的な(mechnical)方法で形成することができるし、前記後面電極パターン２００の一部が露出する。前記コンタクトパターン３１０は前記後面電極パターン２００と隣接した領域に形成されることができる。
【００７１】
そして、図８に示されたところのように、前記バッファ層４００上に透明な導電性物質を積層して前面電極５００及び接続配線７００を形成する。
【００７２】
前記透明な導電性物質を前記バッファ層４００上に積層させる時、前記透明な導電性物質が前記コンタクトパターン３１０の内部にも挿入されて、前記接続配線７００を形成することができる。すなわち、前記前面電極５００及び接続配線７００は等しい物質で形成されることができる。
【００７３】
前記後面電極パターン２００と前面電極５００は、前記接続配線７００によって電気的に連結される。
【００７４】
前記前面電極５００は前記基板１００上にスパッタリング工程を進行してアルミニウムでドーピングされた酸化亜鉛で形成される。
【００７５】
前記前面電極５００は前記光吸収層３００とｐｎ接合を形成するウィンドウ(window)層であり、太陽電池前面の透明電極の機能をするために光透過率が高くて電気伝導性が良い酸化亜鉛(ＺｎＯ)で形成される。
【００７６】
この時、前記酸化亜鉛にアルミニウムをドーピングすることで低い抵抗値を有する電極を形成することができる。
【００７７】
前記前面電極５００である酸化亜鉛薄膜は、ＲＦスパッタリング方法でＺｎＯターゲットを使用して蒸着する方法とＺｎターゲットを利用した反応性スパッタリング、そして、有機金属化学蒸着法などで形成されることができる。
【００７８】
また、電気光学的特性がすぐれたＩＴＯ(Indium tin Oxide)薄膜を酸化亜鉛薄膜上に蒸着した二重構造を形成することもできる。
【００７９】
引き継いで、図９に示されたところのように、前記光吸収層３００、バッファ層４００及び前面電極５００を貫通する分離パターン３２０を形成する。
【００８０】
前記分離パターン３２０は機械的な(mechnical)方法で形成することができるし、前記後面電極パターン２００の上面の一部が露出する。
【００８１】
前記バッファ層４００及び前面電極５００は、前記分離パターン３２０によって区分されることができるし、前記分離パターン３２０によってそれぞれのセル(Ｃ１、Ｃ２)はお互いに分離されることができる。
【００８２】
前記分離パターン３２０によって前記前面電極５００、バッファ層４００及び光吸収層３００は、ストライプ形態またはマトリックス形態で配置されることができる。
【００８３】
前記分離パターン３２０は前記の形態に限定されないで、多様な形態で形成されることができる。
【００８４】
前記分離パターン３２０によって前記後面電極パターン２００、光吸収層３００、バッファ層４００及び前面電極５００を含むセル(Ｃ１、Ｃ２)が形成される。
【００８５】
この時、前記接続配線７００によってそれぞれのセル(Ｃ１、Ｃ２)はお互いに連結されることができる。すなわち、前記接続配線７００は第２セル(Ｃ２)の後面電極パターン２００と前記第２セル(Ｃ２)に隣接する前記第１セル(Ｃ１)の前面電極５００を電気的に連結する。
【００８６】
図１０は、前記分離パターン３２０によって太陽電池セルが形成された前記基板１００の前面を示した平面図であり、図１１は、前記ブスバー１５０が形成された前記基板１００の後面を示した平面図である。
【００８７】
前記ブスバー１５０が前記基板１００の後面に形成されるために、前記前面電極５００上にブスバーを形成して、前記ブスバーの信号を前記基板１００の後面に伝達するための電極を追加的に形成する必要がない。
【００８８】
また、前記後面電極パターン２００と直接連結された前記連結電極５０の幅Ｗ１が前記ブスバー１５０の幅Ｗ２より狭く形成されて、太陽電池セルの形成領域を広げることができる。
【００８９】
すなわち、既存に形成されたブスバーは、前記前面電極５００上に形成されて、前記ブスバーの幅程度太陽電池セル形成領域が狭くなったが、本実施例では前記ブスバー１５０より幅が狭い前記連結電極５０が前記後面電極パターン２００と連結されるので、太陽電池セル形成領域が広くなることができる。
【００９０】
これに、太陽電池セル形成領域が広くなることによって、太陽電池の効率も増加されることができる。
【００９１】
以上で説明した実施例による太陽電池及びその製造方法は、ブスバーより幅が狭い連結電極が貫通ホールを通じて後面電極パターンと連結されて、太陽電池セル形成領域が広くなって、太陽電池の効率が増大されることができる。
【００９２】
以上で実施例を中心に説明したが、これは単に例示であるだけで、本発明を限定するものではなくて、本発明が属する分野の通常の知識を有した者なら本実施例の本質的な特性を脱しない範囲で以上に例示されないさまざまの変形と応用が可能であることが分かることができるであろう。例えば、実施例に具体的に現われた各構成要素は変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に係る差異点らは、添付された請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならないであろう。
【符号の説明】
【００９３】
１０  貫通ホール
５０  連結電極
１００  基板
１５０  ブスバー
２００  後面電極パターン
３００  光吸収層
４００  バッファ層
５００  前面電極
【図１】
2013510426.tif 000003
【図２】
2013510426.tif 000004
【図３】
2013510426.tif 000005
【図４】
2013510426.tif 000006
【図５】
2013510426.tif 000007
【図６】
2013510426.tif 000008
【図７】
2013510426.tif 000009
【図８】
2013510426.tif 000010
【図９】
2013510426.tif 000011
【図１０】
2013510426.tif 000012
【図１１】
2013510426.tif 000013
【国際調査報告】
2013510426.tif 000014
2013510426.tif 000015
2013510426.tif 000016
2013510426.tif 000017