(57)【要約】【課題】太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る太陽電池は、基板１００；基板１００上に形成される下部電極１１１ａ；下部電極１１１ａ上に形成され、多数の多結晶半導体層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａが積層される多結晶光電素子２１０と、多結晶光電素子２１０上に形成され、多数の非晶質半導体層２２１、２２２、２２３が積層される非晶質光電素子２２０を含む光電素子部２００ａ；及び光電素子部２００ａ上に形成される上部電極４００を含む。【選択図】図２Ｄ
2011530830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に複数の多結晶半導体層を積層させて形成した多結晶光電素子及び、前記多結晶光電素子上に複数の非晶質半導体層を積層させて形成した非晶質光電素子を含む光電素子部と、
前記光電素子部上に形成された上部電極とを含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
前記基板の前記配線領域上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
前記下部連結電極上に形成され、前記ダミー光電素子部及び前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて配置された側壁ダミー光電素子部と、
前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成され、前記ダミー光電素子部に隣接する前記下部電極における側面を含む部分に接続される上部電極と、
前記基板の前記配線領域上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層とを含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
前記基板の前記配線領域上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成され、前記ダミー光電素子部にに隣接する前記下部電極における側面を含む部分に接続される上部電極と、
前記基板の前記配線領域上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層とを含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
前記基板の前記配線領域上及び前記下部連結電極上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
前記下部連結電極上に形成され、前記ダミー光電素子部及び前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて配置された側壁ダミー光電素子部と、
前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成され、前記ダミー光電素子部に隣接する前記下部電極の上部に接続される上部電極と、
前記下部連結電極上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層とを含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項５】
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板と、
前記基板の前記単位セル領域上に形成された下部電極と、
前記基板の前記配線領域に形成され、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極と、
前記下部電極上に形成された、非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を含む光電素子部と、
前記基板の前記配線領域上に形成され、前記一方の光電素子部の側面に連続するダミー光電素子部と、
前記光電素子部及び前記ダミー光電素子部上に形成された上部電極と、
前記基板の前記配線領域上に形成され、前記ダミー光電素子部の側面と前記上部電極との間に位置する側壁絶縁層と、
前記側壁絶縁層上に形成され、前記上部電極を、前記側壁絶縁層に隣接する前記下部電極に接続する電極接続層とを含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項６】
前記光電素子部が、
前記下部電極上に形成された第１の多結晶半導体層と、
前記第１の多結晶半導体層上に形成された第２の多結晶半導体層と、
前記第２の多結晶半導体層上に形成された第３の多結晶半導体層とを含むことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記光電素子部が、
前記下部電極上に形成された第１の多結晶半導体層と、
前記第１の多結晶半導体層上に形成された第２の多結晶半導体層と、
前記第２の多結晶半導体層上に形成された第３の多結晶半導体層と、
前記第３の多結晶半導体層上に形成された第１の非晶質半導体層と、
前記第１の非晶質半導体層上に形成された第２の非晶質半導体層と、
前記第２の非晶質半導体層上に形成された第３の非晶質半導体層とを含むことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項８】
前記多結晶半導体層が多結晶シリコン層であり、前記非晶質半導体層が非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記多結晶半導体層が、固相晶析法（Solid Phase Crystallization：ＳＰＣ）、エキシマ・レーザ・アニール法（Excimer Laser Annealing：ＥＬＡ）、逐次的横方向結晶化法（Sequential Lateral Solidification：ＳＬＳ）、金屬誘導結晶法（Metal Induced Crystallization：ＭＩＣ）及び金屬誘導横方向結晶化法（Metal Induced Lateral Crystallization：ＭＩＬＣ）のうちのいずれかの方法を用いて結晶化されたことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記側壁絶縁層が、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）、またはそれらの積層膜であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記ダミー光電素子部に含まれる半導体層のうちの抵抗が最も大きい半導体層を前記基板の前記配線領域上に形成するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記電極接続層が導電性材料からなることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記側壁絶縁層及び前記電極接続層を、２つのノズルを使用するインクジェット印刷法を用いて形成したことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記下部電極と前記光電素子部との間に、透明導電性材料からなる反射層をさらに含むことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記多結晶光電素子と前記非晶質光電素子との間に、透明導電性材料からなる連結層をさらに含むことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１６】
太陽電池の製造方法であって、
基板上に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極上に光電素子部を形成するステップと、
前記光電素子部上に上部電極を形成するステップとを含み、
前記光電素子部が、前記下部電極上に複数の多結晶半導体層を積層させて形成した多結晶光電素子及び前記多結晶光電素子上に複数の非晶質半導体層を積層させて形成した非晶質光電素子を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
太陽電池の製造方法であって、
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
前記下部電極及び前記下部連結電極上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上にダミー光電素子部を形成するステップと、
前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成するステップと、
前記基板の上側全面に上部導電層を形成するステップと、
前記半導体層及び前記上部導電層を同時にパターニングして、前記下部電極上に位置する光電素子部及び前記下部連結電極上に前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて位置する側壁ダミー光電素子部を前記半導体層から形成すると共に、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続するための上部電極を前記上部導電層から形成するステップとを含む方法。
【請求項１８】
太陽電池の製造方法であって、
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
前記下部電極上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上にダミー光電素子部を形成するステップと、
前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成するステップと、
前記基板の上側全面に上部導電層を形成するステップと、
前記上部導電層をパターニングして、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続するための上部電極を形成するステップとを含む方法。
【請求項１９】
太陽電池の製造方法であって、
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
前記基板上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成するステップと、
前記半導体層をパターニングして前記配線領域及び前記下部連結電極上にダミー光電素子を形成する段階、
前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成するステップと、
前記基板の上側全面に上部導電層を形成するステップと、
前記半導体層及び前記上部導電層を同時にパターニングして、前記下部電極上に位置する光電素子部及び前記下部連結電極上に前記光電素子部の側方に所定間隔を隔てて位置する側壁ダミー光電素子部を前記半導体層から形成すると共に、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続するための上部電極を前記上部導電層から形成するステップとを含む方法。
【請求項２０】
太陽電池の製造方法であって、
複数の単位セル領域及び複数の配線領域が互いに交互に配置された基板を提供するステップと、
前記基板の前記単位セル領域上に下部電極を形成すると共に、前記基板の前記配線領域上に、一方側に隣接する下部電極の側部とは離間対向し、かつ他方側に隣接する下部電極の側部とは連続する下部連結電極を形成するステップと、
前記下部電極上に非晶質光電素子及び多結晶光電素子のうちの少なくとも一方を構成する半導体層を形成するステップと、
前記基板の前記配線領域上にダミー光電素子部を形成すると共に、前記光電素子部及び前記ダミー光電素子上に上部電極を形成するステップと、
前記ダミー光電素子部の側面に側壁絶縁層を形成すると共に、前記側壁絶縁層上に、互いに隣接する前記光電素子部同士を互いに直列に接続させるための電極接続層を形成するステップとを含む方法。
【請求項２１】
前記光電素子部が、
前記下部電極上に形成された第１の多結晶半導体層と、
前記第１の多結晶半導体層上に形成された第２の多結晶半導体層と、
前記第２の多結晶半導体層上に形成された第３の多結晶半導体層とを含むことを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２２】
前記光電素子部が、
前記下部電極上に形成された第１の多結晶半導体層と、
前記第１の多結晶半導体層上に形成された第２の多結晶半導体層と、
前記第２の多結晶半導体層上に形成された第３の多結晶半導体層と、
前記第３の多結晶半導体層上に形成された第１の非晶質半導体層と、
前記第１の非晶質半導体層上に形成された第２の非晶質半導体層と、
前記第２の非晶質半導体層上に形成された第３の非晶質半導体層とを含むことを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２３】
前記多結晶半導体層が多結晶シリコン層であり、前記非晶質半導体層が非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項２２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２４】
前記多結晶半導体層が、固相晶析法（Solid Phase Crystallization：ＳＰＣ）、エキシマ・レーザ・アニール法（Excimer Laser Annealing：ＥＬＡ）、逐次的横方向結晶化法（Sequential Lateral Solidification：ＳＬＳ）、金屬誘導結晶法（Metal Induced Crystallization：ＭＩＣ）、及び金屬誘導横方向結晶化法（Metal Induced Lateral Crystallization：ＭＩＬＣ）のうちのいずれかの方法を用いて結晶化されたことを特徴とする請求項２２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２５】
前記側壁絶縁層が、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）、またはそれらの積層膜であることを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２６】
前記ダミー光電素子部に含まれる半導体層のうちの抵抗が最も大きい半導体層を前記基板の前記配線領域上に形成するようにしたことを特徴とする請求項１９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２７】
前記電極接続層が導電性材料からなることを特徴とする請求項２０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２８】
前記側壁絶縁層及び前記電極接続層を、２つのノズルを使用するインクジェット印刷法で形成するようにしたことを特徴とする請求項２０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２９】
前記下部電極と前記光電素子部との間に、透明導電性材料からなる反射層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３０】
前記多結晶光電素子と前記非晶質光電素子との間に、透明導電性材料からなる連結層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれか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】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関するものである。より詳細には、多結晶（polycrystalline）半導体層を含む光電素子と非晶質（amorphous）半導体層が積層されたタンデム型太陽電池及びその製造方法に関するものである。また、本発明は、光電変換効率及び信頼性を向上させると共に、製造コストの低い多数のタンデム（tandem）型太陽電池単位セルを直列方式で連結した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】
一般的に、従来の薄膜型太陽電池は、光電変換効率が高くても１０％程度に過ぎないため、実際に商用化するには様々な難しさがあった。
【０００３】
このような問題点を克服するために、多数の単一接合型光電素子を積層させたタンデム型太陽電池や、多数の単一接合型光電素子を直列に連結させた直列連結型太陽電池が提案された。
【０００４】
まず、タンデム型太陽電池は、光吸収層のバンドギャップ（band gap）が互いに異なる多数の光電素子を互いに積層させた構造を採用することによって、より多様な波長帯を有する光を吸収して、より多量の電気を生産することができる。例えば、Ｓａｉｔｏｈ等がプラズマ化学気相蒸着法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；ＰＥＣＶＤ）を使用して製造したｐ、ｉ、ｎ型非晶質シリコン（amorphous Si；ａ−Ｓｉ）／微小結晶質シリコン（microcrystalline Si；μｃ−Ｓｉ）タンデム型のシリコン太陽電池の場合、１ｃｍ２当りの初期変換効率は９．４％、安定化後の変換効率は８．５％であった。
【０００５】
しかしながら、Ｓａｉｔｏｈ等が開発したタンデム型のシリコン太陽電池は、ＰＥＣＶＤを利用して微小結晶質シリコンを製造する際、低い蒸着圧力と高い蒸着パワー条件が要求される。したがって、ＰＥＣＶＤ工程時間が非常に長くなり、ＰＥＣＶＤ工程条件も合せることが難しくて生産性が低下する問題点があった。
【０００６】
次に、直列連結型太陽電池は、光吸収層のバンドギャップが互いに同一の多数の光電素子を直列方式で連結させた構造を採用することによって、光吸収層の面積を増加させてより多量の電気を生産することができる。
【０００７】
図１は、従来の直列連結型太陽電池の構成を示す図面である。
【０００８】
まず、図面に示すように、従来の直列連結型太陽電池は、多数の単位セル領域ａ´と単位セル領域ａ´との間に位置する多数の配線領域ｂ´を含む基板１０が提供される。続いて、基板１０上の単位セル領域ａ´には下部電極層１１が形成され、下部電極層１１上には半導体層が積層された光電素子部２０が形成され、光電素子部２０上には上部電極３０が形成されることにより、１つの太陽電池単位セルを構成する。このとき、上部電極３０は、隣接した他の太陽電池単位セルの下部電極層１１と配線領域ｂ´で接続されて連結されることによって、多数の光電素子部２０が電気的に直列方式で連結される。
【０００９】
しかしながら、従来の直列連結型太陽電池は、配線領域ｂ´において太陽電池単位セル同士を連結させる際、光電素子部２０の側面と上部電極３０とが短絡（short circuit）して不要に漏洩電流が発生するという問題点があった。また、従来の直列連結型太陽電池は、互いに隣接する太陽電池単位セルの下部電極層１１間に配置される光電素子部２０が、不純物のドーピングにより抵抗が低いｎ型またはｐ型半導体層から形成されるため、太陽電池単位セル間で短絡現象が発生する恐れがあり、それにより太陽電池の光電変換効率が低下するという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したような従来技術の諸問題点を解決するためになされた本発明は、多結晶光電素子と非晶質光電素子を積層した構造を採用し、積層された光電素子毎に互いに異なる波長の光を受光して光電変換効率を向上させる太陽電池及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する光電素子と上部電極との間の短絡現象を防止する太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明のまた他の目的は、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する太陽電池単位セルの下部電極層間の短絡現象を防止する太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明のさらに他の目的は、太陽電池単位セルの直列連結に必要とされる製造工程及び工程時間を短縮させて製造コストを節減する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】
【００１４】
前述した目的を達成するための本発明に係る太陽電池は、基板、前記基板上に形成される下部電極、前記下部電極上に形成され、多数の多結晶半導体層が積層される多結晶光電素子と、前記多結晶光電素子上に形成され、多数の非晶質半導体層が積層される非晶質光電素子を含む光電素子部、及び前記光電素子部上に形成される上部電極を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、前述した目的を達成するための本発明に係る太陽電池の製造方法は、基板上に下部電極を形成する段階、前記下部電極上に光電素子部を形成する段階、及び前記光電素子部上に上部電極を形成する段階を含み、前記光電素子部は、前記下部電極上に形成される多数の多結晶半導体層が積層された多結晶光電素子と、前記多結晶光電素子上に形成される多数の非晶質半導体層が積層された非晶質光電素子とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、多結晶光電素子と非晶質光電素子とを積層した構造を採用することによって、光電素子毎に互いに異なる波長の光を受光することができ、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する光電素子と上部電極との間の短絡現象を防止することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、太陽電池単位セルの直列連結の際に配線領域で発生する太陽電池単位セルの下部電極層間の短絡現象を防止することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、太陽電池単位セルの直列連結に必要とされる製造工程及び工程時間を短縮させて製造コストを節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の直列連結型太陽電池の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｄ】本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｅ】本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｆ】本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる六番目のステップを示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。
【図４Ｄ】本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。
【図４Ｅ】本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。
【図４Ｆ】本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる六番目のステップを示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。
【図５Ｅ】本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる一番目のステップを示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる二番目のステップを示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる三番目のステップを示す断面図である。
【図６Ｄ】本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる四番目のステップを示す断面図である。
【図６Ｅ】本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法に含まれる五番目のステップを示す断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の側壁絶縁層と電極接続層の製造方法に含まれる一番目のステップを示す概略図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の側壁絶縁層と電極接続層の製造方法に含まれる二番目のステップを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施できる特定実施形態を例示として示す添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。後述するこれらの実施形態は当業者が本発明を十分に実施できるように詳細に説明する。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要はないと理解しなければならない。例えば、ここに記載されている特定形状、構造及び特性は一実施形態に関連して本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱せずに他の実施形態として具現することができる。また、ここに開示したそれぞれの実施形態のうち、個別構成要素の位置または配置は、本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱せずに変更できることを理解するべきである。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味で扱うものでなく、本発明の技術的範囲は、適切に説明されるならば、その請求項に記載された本発明と均等な全ての技術的範囲と共に添付した特許請求範囲によって定められる。
【００２２】
タンデム型太陽電池の構造
【００２３】
図２Ａから図２Ｄは、本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
【００２４】
以下では、説明の便宜のために、多数の単位セル領域ａと、各単位セル領域ａ間に配置された配線領域ｂとを含む基板１００における単位セル領域ａを中心に説明する。
【００２５】
まず、図２Ａを参照すれば、基板１００を用意する。基板１００の材質としては、透明材質または不透明材質両方が可能であり、基板１００の素材は、グラス、プラスチック、シリコン、金属、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などを含むことができる。
【００２６】
このとき、基板１００の表面は、テクスチャリング（texturing）処理を受けることができる。テクスチャリングとは、太陽電池の基板表面に入射される光の反射による光学的損失により、その特性が低下する現象を防止するために行われる表面処理であって、基板の表面を粗化すること、すなわち基板表面に凹凸状のパターンを形成することを含む。テクスチャリングで基板の表面が粗くなると、表面から一度反射された光が再反射されて入射光の反射率を減少させることにより、表面に入射する光量が増加して太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
【００２７】
また、基板１００上には反射防止層（不図示）を形成することができる。反射防止層は、基板１００を通じて入射された太陽光がシリコン層に吸収されることなく直ぐに外部に反射することによって、太陽電池の光電変換効率が低下する現象を防止する役割をする。反射防止層の素材としては、シリコン酸化物（ＳｉＯＸ）、シリコン窒化物（ＳｉＮＸ）を使用してもよいが、必ずしもこれに限定されるものではない。反射防止層の形成方法としては、低圧化学気相蒸着法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition；ＬＰＣＶＤ）及びプラズマ化学気相蒸着法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；ＰＥＣＶＤ）等を含むことができる。
【００２８】
続いて、基板１００上に、導電性材料からなる下部電極１１１ａを形成する。下部電極１１１ａの素材は、接触抵抗が低いながら高温工程を進行しても電気的特性が低下しないモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）、及びこれらの合金からなる群から選択されるいずれかであることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、一般的な導電性材料である銅、アルミニウム、チタニウム等、及びこれらの合金を含むことができる。下部電極の形成方法としては、熱蒸着法（Thermal Evapotraion）、電子ビーム蒸着法（E-beam Evaporation）、スパッタリング（Sputtering）のような物理気状蒸着法（Physical Vapor Deposition；ＰＶＤ）及びＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、金属有機化学気相蒸着法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）のような化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）を含むことができる。
【００２９】
一方、下部電極１１１ａ上には透明導電性材料からなる反射層（不図示）をさらに形成することができる。すなわち、反射層は、下部電極１１１ａと後に形成される多結晶光電素子２１０との間に位置する。反射層は、下部電極１１１ａと電気的に接続されながらも、基板１００の上側に入射される太陽光を反射して太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。反射層は、ＺｎＯにＡｌが少量添加されたＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、通常的な透明導電性材料であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯ（Zinc Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、及びＳｎＯにフッ素（Ｆ）が少量ドーピングされたＦＳＯ（ＳｎＯ：Ｆ）等を含むことができる。反射層の形成方法としては、スパッタリングのような物理気状蒸着法、及びＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＯＣＶＤのような化学気相蒸着法などを含むことができる。
【００３０】
また、下部電極１１１ａの表面は、基板１００の表面と同様に、太陽電池の光電変換効率を向上させるために前述したようなテクスチャリング処理を行うことができる。
【００３１】
次に、図２Ｂを参照すれば、下部電極１１１ａ上にはｐ型とｎ型の半導体層が積層されたり、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層が積層されたりすることができる。本発明では一例として、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層を順に形成することができ、形成物質としては通常に主に使用される半導体物質であるシリコンを利用することができる。すなわち、３層の非晶質シリコン層２１１、２１２、２１３を形成することができる。
【００３２】
より詳細に説明すると、下部電極１１１ａ上に第１の下部非晶質シリコン層２１１を形成し、第１の下部非晶質シリコン層２１１上に第２の下部非晶質シリコン層２１２を形成し、第２の下部非晶質シリコン層２１２上に第３の下部非晶質シリコン層２１３を形成することにより、１つの光電素子を構成することができる。このとき、第１、第２、第３の下部非晶質シリコン層２１１、２１２、２１３を形成するために、ＰＥＣＶＤまたはＬＰＣＶＤのような化学気相蒸着法を利用することができる。
【００３３】
次に、図２Ｃを参照すれば、第１、第２、第３の下部非晶質シリコン層２１１、２１２、２１３を結晶化させる。すなわち、第１の下部非晶質シリコン層２１１は第１の下部多結晶シリコン層２１１ａに、第２の非晶質シリコン層２１２は第２の多結晶シリコン層２１２ａに、第３の下部非晶質シリコン層２１３は第３の多結晶シリコン層２１３ａにそれぞれ結晶化される。
【００３４】
最終的に、下部電極１１１ａ上に、第１、第２、第３多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａで構成される多結晶光電素子２１０が形成される。例えば、多結晶光電素子２１０は、多結晶シリコン層が積層された構造で、受光により発生する光起電力で電力を生産するｐ型、ｉ型、ｎ型の多結晶シリコン層が順に積層されたｐ、ｉ、ｎダイオードの構造である。ここで、ｉ型は、不純物がドーピングされない真性（intrinsic）を意味する。
【００３５】
一方、ｎ型またはｐ型ドーピングは、非晶質シリコン層の形成の際に、不純物をイン-シチュー（iｎ−situ）方式でドーピングすることが好ましい。ｐ型ドーピングの際の不純物としてはボロン（Ｂ）を、ｎ型ドーピングの際の不純物としてはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を使用することが一般的であるが、これに限定されるものではなく、公知の技術を制限なく使用することができる。
【００３６】
このとき、非晶質シリコン層の結晶化方法は、固相晶析法（Solid Phase Crystallization：ＳＰＣ）、エキシマ・レーザ・アニール法（Excimer Laser Annealing：ＥＬＡ）、逐次的横方向結晶化法（Sequential Lateral Solidification：ＳＬＳ）、金屬誘導結晶法（Metal Induced Crystallization：ＭＩＣ）、及び金屬誘導横方向結晶化法（Metal Induced Lateral Crystallization：ＭＩＬＣ）のうちのいずれかの方法を用いることができる。前述した非晶質シリコンの結晶化方法は、公知の技術であるので、本明細書ではこれについての詳細な説明を省略する。
【００３７】
一方、以上では第１、第２、第３の下部非晶質シリコン層２１１、２１２、２１３を全て形成した後に、これらの層を同時に結晶化させる例を説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、１つの下部非晶質シリコン層毎に結晶化工程を別途に行うことができ、また、２つの下部非晶質シリコン層に対する結晶化工程を同時に行い、残り１つの下部非晶質シリコン層に対する結晶化工程を別途に行うようにすることもできる。
【００３８】
また、多結晶シリコンの性質をより向上させるために、第１の多結晶シリコン層２１１ａ、第２の多結晶シリコン層２１２ａ、第３の多結晶シリコン層２１３ａに対して欠陥除去処理をさらに行うことができる。本発明では、多結晶シリコン層を高温熱処理したり水素プラズマ処理したりすることにより、多結晶シリコン層内に存在する欠陥（例えば、不純物及びダングリングボンド（dangling bond）等）を除去することができる。
【００３９】
最後に、図２Ｄを参照すれば、多結晶光電素子２１０上に、３層の非晶質シリコン層２２１、２２２、２２３をさらに形成する。より詳細に説明すると、第３の多結晶シリコン層２１３ａ上に第１の上部非晶質シリコン層２２１を形成し、続いて第１の上部晶質シリコン層２２１上に第２の上部非晶質シリコン層２２２を形成し、続いて第２の上部非晶質シリコン層２２２上に第３の上部非晶質シリコン層２２３を形成することにより、ｐ、ｉ、ｎダイオード構造の非晶質光電素子２２０を構成する。第１、第２、第３の上部非晶質シリコン層２２１、２２２、２２３を形成するためには、ＰＥＣＶＤまたはＬＰＣＶＤのような化学気相蒸着法を利用することができる。
【００４０】
続いて、第３の上部非晶質半導体層２２３上に、透明導電性材料からなる上部電極４００を形成する。上部電極４００の材料は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯ（Zinc Oxide）、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、及びＦＳＯ（ＳｎＯ：Ｆ）からなる群から選択されるいずれかであることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。上部電極４００の形成方法としては、スパッタリングのような物理気状蒸着法や、ＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＯＣＶＤのような化学気相蒸着法などを含むことができる。
【００４１】
これによって、本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池に用いられる、多結晶シリコン層から構成される多結晶光電素子２１０と非晶質シリコン層から構成される非晶質光電素子２２０とを含む光電素子部２００ａを得ることができる。
【００４２】
一方、図示しなかったが、第３の多結晶シリコン層２１３ａと第１の非晶質シリコン層２２１との間に、透明導電性材料からなる連結層をさらに形成することができる。このような連結層は、第３の多結晶シリコン層２１３ａと第１の上部非晶質半導体層２２１との間にトンネル接合（Tunnel Jucntion）をなすことによって、より優れた光電変換効率を期待することができる。連結層の材料は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、及びＦＳＯ（ＳｎＯ：Ｆ）からなる群から選択されるいずれかであることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。連結層の形成方法としては、スパッタリングのような物理気状蒸着法、及びＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＯＣＶＤのような化学気相蒸着法などを含むことができる。
【００４３】
以上で説明した多結晶光電素子２１０は、多結晶シリコン層から構成されるので長波長の光に対する光電変換効率に優れ、非晶質光電素子２２０は、非晶質シリコン層から構成されるので短波長の光に対する光電変換効率に優れる。したがって、本発明の一実施形態に係るタンデム構造の太陽電池は、多様な波長帯の光を吸収することができるので、光電変換効率性を向上させることもできる。
【００４４】
また、本発明のタンデム構造の太陽電池は、高品質の多結晶シリコンを採用することによって、微小結晶質シリコンを採用する既存のタンデム構造の太陽電池より劣化（aging）特性に優れる（劣化の進行が難しい）という長所がある。すなわち、シリコンの特性上、非晶質シリコンは劣化特性が低下し、微小結晶質シリコンとは異なって、多結晶シリコン内には非晶質シリコンがほとんど存在しないため、本発明のタンデム構造の太陽電池を使用しても特性の低下が殆ど発生しない。
【００４５】
タンデム型太陽電池の導電型
【００４６】
本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池において、多結晶、非晶質光電素子２１０、２２０で構成される光電素子部２２０ａは、好ましくは、次のような４種類の導電型配列を有することができる。以下で、＋と−の意味は、ドーピング濃度の相対的な差を示し、＋が−より高濃度のドーピング濃度を有することを意味する。例えば、ｎ＋は、ｎ−よりハイドーピングされることを意味する。また、＋または−の表示がない場合は、ドーピング濃度に特別な制限がないことを意味する。
【００４７】
第１に、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｎ、ｉ、ｐで、第１、第２、第３の上部非晶質シリコン層２２１、２２２、２２３は、導電型がそれぞれｎ、ｉ、ｐで構成されてもよい。このとき、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｎ＋、ｉ、ｐ＋であることがより好ましい。
【００４８】
第２に、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｎ、ｎ、ｐで、第１、第２、第３の上部非晶質シリコン層２２１、２２２、２２３は導電型がそれぞれｎ、ｉ、ｐで構成されてもよい。このとき、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｎ＋、ｎ−、ｐ＋であることがより好ましい。
【００４９】
第３に、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｐ、ｉ、ｎで、第１、第２、第３の上部非晶質シリコン層２２１、２２２、２２３は、導電型がそれぞれｐ、ｉ、ｎで構成されてもよい。このとき、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｐ＋、ｉ、ｎ＋であることがより好ましい。
【００５０】
第４に、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｐ、ｐ、ｎで、第１、第２、第３の上部非晶質シリコン層２２１、２２２、２２３は導電型がそれぞれｐ、ｉ、ｎで構成されてもよい。このとき、第１、第２、第３の多結晶シリコン層２１１ａ、２１２ａ、２１３ａは、導電型がそれぞれｐ＋、ｐ−、ｎ＋であることがより好ましい。
【００５１】
以上の詳細な説明では、光電素子部として、多結晶、非晶質光電素子２１０、２２０が二重に積層されたタンデム型太陽電池を一例として説明したが、必要に応じて多結晶、非晶質光電素子２１０、２２０を三重以上に積層することもできる。
【００５２】
直列連結型太陽電池
【００５３】
以下の詳細な説明では前述した本発明の一実施形態に係るタンデム型太陽電池単位セルを多数含む直列連結型太陽電池の構成及びその製造方法について調べて見ることにする。
【００５４】
[第１の実施形態]
【００５５】
本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池の単位セル領域ａの構成は、前述したタンデム型太陽電池の単位セル領域ａの構成と同様である。したがって、以下の第１の実施形態では説明の重複を避けるために単位セル領域ａに含まれる構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００５６】
図３Ａから図３Ｆは、本発明の第１の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
【００５７】
まず、図３Ａを参照すれば、多数の単位セル領域ａと、各単位セル領域ａ間に位置する配線領域ｂとを含む基板１００を用意する。
【００５８】
このとき、基板１００上に、入射した太陽光が吸収されなくて直ちに外部に反射されることにより光電変換効率が低下する現象を防止するための反射防止層（不図示）をさらに形成することができる。
【００５９】
続いて、基板１００上に、導電性材料からなる下部導電層１１０を形成する。下部導電層１１０は、前述したタンデム型太陽電池の下部電極１１１ａと同一の材質及び方法により形成することができる。
【００６０】
次に、図３Ｂを参照すれば、下部導電層１１０をパターニングして、所定パターンの下部電極層１１１：１１１ａ、１１１ｂを形成する。一例として、レーザー光源を利用したエッチング方法であるレーザースクライビング法（laser scribing）を使用することができる。以下では、太陽電池の動作回路と等価的に説明するために、単位セル領域ａに形成された下部電極層１１１を下部電極１１１ａとし、配線領域ｂに形成された下部電極層１１１を下部連結電極１１１ｂとして互いに区別して説明する。すなわち、下部電極１１１ａは、以後形成される光電素子部の電極の役割を果たし、下部連結電極１１１ｂは、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と連結させる接続部の役割を果たす。したがって、基板１００上の単位セル領域ａには下部電極１１１ａが形成され、これと同時に、基板１００上の配線領域ｂには下部電極１１１ａの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極１１１ｂが形成される。
【００６１】
下部電極１１１ａ上には、透明導電性材料からなる反射層（不図示）をさらに形成することができる。すなわち、この反射層は、下部電極１１１ａと以後形成される光電素子部との間に位置することができる。反射層は、下部電極１１１ａと電気的に接続されながらも、基板１００の上側で入射される太陽光を反射させて太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。反射層は、前述したタンデム型太陽電池の反射層と同一の材質及び方法で形成することができる。
【００６２】
下部電極１１１ａの表面は、基板１００の表面と同様に、太陽電池の光電変換効率を向上させるために、前述したようなテクスチャリング処理を受けることができる。
【００６３】
次に、図３Ｃを参照すれば、基板１００の上側全面に、ｐ型とｎ型の半導体層を積層したり、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層を積層したりすることができる。一例として、本発明の第１の実施形態では、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層２００を順に形成する。半導体層２００の材質としては、通常に使用されるシリコンを使用してもよい。このようなシリコン層２００は、ＰＥＣＶＤまたはＬＰＣＶＤのような化学気相蒸着法で形成することができ、以後の工程によって受光して光起電力（電力）を生産する光電素子の機能を果たす。
【００６４】
次に、図３Ｄを参照すれば、シリコン層２００を所定パターンでパターニングする。パターニングには、特に、レーザー光源を利用したエッチング方法であるレーザースクライビング法を使用することができる。以下では、太陽電池の動作回路と等価的に説明するために、単位セル領域ａにパターニングしたシリコン層２００は光電素子部２００ａとし、配線領域ｂにパターニングしたシリコン層２００はダミー光電素子部部２００ｂとして、互いに区別して説明する。すなわち、光電素子部２００ａは、受光により発生した電子（electron）及び正孔（hole）が、下部電極１１１ａと以後形成される上部電極４００に移動しながら光起電力（電力）を生産するが、ダミー光電素子部２００ｂは、実質的に光起電力（電力）を生産することができない。したがって、下部電極１１１ａ上には光電素子部２００ａが形成され、これと同時に基板１００上の配線領域ｂ上にはダミー光電素子部２００ｂを形成される。ここで、ダミー光電素子部２００ｂは、光電素子部２００ａの一側と同一層に連結される。
【００６５】
以上の本発明の第１の実施形態において、光電素子部２００ａの構成は、図２Ａから図２Ｄを参照して前述したタンデム型太陽電池の光電素子部２００ａの構成と同様に理解することができる。すなわち、本発明の第１の実施形態では光電素子部２００ａがｐ型、i型、ｎ型の半導体層２００が積層された構造として図示されたが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示すように光電素子部２００ａは、ｐ型、i型、ｎ型の多結晶半導体層とｐ型、i型、ｎ型の非晶質半導体層が積層された構造を有することができる。このような光電素子部の多様な構成は、以下の実施形態においても同一に適用されることができる。
【００６６】
次に、図３Ｅを参照すれば、ダミー光電素子部２００ｂの側面に、側壁絶縁層３００が形成される。例えば、側壁絶縁層３００は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）のうちいずれかであるか、これらの積層膜である。側壁絶縁層３００の形成方法は、ノズルを備えたヘッドを通じてインクを噴射するインクジェット印刷法を用いることができる。このような側壁絶縁層３００によって、光電素子部２００ａと連結されるダミー光電素子部２００ｂの側面を電気的に絶縁することができる。
【００６７】
最後に、図３Ｆを参照すれば、基板１００の上側全面に、導電性材料の上部導電層（不図示）を形成する。上部導電層は、前述したタンデム型太陽電池の上部電極４００と同一の材質及び方法で形成されることができる。
【００６８】
続いて、上部導電層をパターニングして所定パターンの上部電極４００を形成する。パターニングは、特に、レーザー光源を利用したエッチング方法であるレーザースクライビング法を用いて行うことが好ましい。このとき、単位セル領域ａの上部電極４００は、光電素子部２００ａにおける電極の役割を果たし、配線領域ｂの上部電極４００は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と連結させる（すなわち、太陽電池単位セル同士を直列に連結させる）配線の役割を果たす。
【００６９】
一方、上部導電層のパターニングの際に、下部連結電極１１１ｂ上に形成されたシリコン層２００を同時にパターニングすることにより、側壁ダミー光電素子部２００ｃを形成することができる。すなわち、側壁ダミー光電素子部２００ｃは、下部連結電極１１１ｂ上に、光電素子部２００ａ及びダミー光電素子部２００ｂと所定間隔を隔てて形成することができる。
【００７０】
本発明の第１の実施形態では、側壁絶縁層３００が、基板１００上の配線領域ｂ上に形成される。この側壁絶縁層３００が、光電素子部２００ａと同一層に連結されるダミー光電素子部２００ｂの側面と、上部電極４００との間に位置することによって、光電素子部２００ａと上部電極４００とが短絡して電流の漏洩が発生することを効率的に防止することができる。
【００７１】
また、本発明の第１の実施形態では、基板１００上の配線領域ｂ上に形成されるダミー光電素子部２００ｂが下部連結電極１１１ｂに対して接続されていないので、互いに隣接する太陽電池単位セル間における下部電極１１１ａと下部連結電極１１１ｂとの間での短絡現象を防止することができる。
【００７２】
また、本発明の第１の実施形態では、太陽電池単位セル間の直列連結の際に、上部電極４００は、下部連結電極１１１ｂの上面に対してだけでなく下部連結電極１１１ｂの側面に対しても接続されるので、接続面積が増加すると共に、太陽電池の信頼性が向上する。
【００７３】
[第２の実施形態］
【００７４】
本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池の構成は、配線領域ｂを除いて、前述した第１の実施形態の直列連結型太陽電池の構成と同様である。したがって、以下の第２の実施形態では第１の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
【００７５】
図４Ａから図４Ｆは、本発明の第２の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
【００７６】
まず、図４Ａを参照すれば、多数の単位セル領域ａと、各単位セル領域ａ間に位置する配線領域ｂとを含む基板１００を用意する。
【００７７】
続いて、基板１００上に、導電性材料からなる下部導電層１１０を形成する。
【００７８】
次に、図４Ｂを参照すれば、下部導電層１１０をパターニングして所定パターンの下部電極層１１１：１１１ａ、１１１ｂを形成する。すなわち、基板１００上の単位セル領域ａには下部電極１１１ａが形成され、これと同時に、基板１００上の配線領域ｂには下部電極１１１ａの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極１１１ｂが形成される。次に、図４Ｃを参照すれば、基板１００の上側全面に、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層２００を順に形成する。例えば、半導体層２００の材質は、通常に使用されるシリコンである。
【００７９】
次に、図４Ｄを参照すれば、シリコン層２００を所定パターンでパターニングする。したがって、下部電極１１１ａ上には光電素子部２００ａが形成され、これと同時に、基板１００上の配線領域ｂ上には、下部連結電極１１１ｂと離間対向し、かつ光電素子部２００ａの一側と同一層に連結されるダミー光電素子部２００ｂが形成される。
【００８０】
次に、図４Ｅを参照すれば、ダミー光電素子部２００ｂの側面に、側壁絶縁層３００を形成する。側壁絶縁層３００は、光電素子部２００ａと連結されるダミー光電素子部２００ｂの側面を電気的に絶縁することができる。
【００８１】
最後に、図４Ｆを参照すれば、基板１００の上側全面に、導電性材料からなる上部導電層（不図示）を形成する。
【００８２】
続いて、上部導電層をパターニングして、所定パターンの上部電極４００を形成する。このとき、単位セル領域ａの上部電極４００は、光電素子部２００ａにおける電極の役割を果たし、配線領域ｂの上部電極４００は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と互いに接続させる（すなわち、太陽電池単位セル同士を直列に連結させる）配線の役割を果たす。
【００８３】
本発明の第２の実施形態は、別の側壁ダミー光電素子部（第１の実施形態における側壁ダミー光電素子部２００ｃ）を含んでいないので、太陽電池の構造及び製造工程が簡単である。また、受光領域である単位セル領域ａの面積を増大させることができるので、同一基板面積当りの生産できる電力量の増加を期待することができる。勿論、本発明の第２の実施形態は、前述した第１の実施形態から得られる全ての利点を全て得ることができる。
【００８４】
[第３の実施形態］
【００８５】
本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池の構成は、配線領域ｂを除いて、前述した第１の実施形態の直列連結型太陽電池の構成と同様である。したがって、以下の第３の実施形態では第１の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
【００８６】
図５Ａから図５Ｅは、本発明の第３の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
【００８７】
まず、図５Ａを参照すれば、多数の単位セル領域ａと、各単位セル領域ａ間に位置する配線領域ｂとを含む基板１００を用意する。
【００８８】
続いて、基板１００上に、導電性材料の下部導電層（不図示）を形成する。
【００８９】
続いて、下部導電層上に、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層２００を順に形成する。このとき、シリコン層２００：２０１、２０２、２０３は、抵抗が最大のシリコン層以外のシリコン層のうちのいずれかの層を先に形成する。例えば、半導体層２００の材質は、通常に使用されるシリコンでる。
【００９０】
続いて、下部導電層と先ほど形成したシリコン層とを同時にパターニングして、所定パターンの下部電極層１１１：１１１ａ、１１１ｂと、第１のシリコン層２０１とを形成する。このとき、基板１００上の単位セル領域ａには下部電極１１１ａが形成され、これと同時に、基板１００上の配線領域ｂには、下部電極１１１ａの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極１１１ｂが形成される。
【００９１】
次に、図５Ｂを参照すれば、基板１００の上側全面に、第２及び第３のシリコン層２０２、２０３を順に形成する。これによって、図５Ａのステップで形成された第１シリコン層２０１のようなシリコン層２００が完成される。
【００９２】
次に、図５Ｃを参照すれば、シリコン層２００：２０１、２０２、２０３を所定パターンでパターニングする。したがって、下部電極１１１ａ上に光電素子部２００ａが形成され、これと同時に、基板１００上の配線領域ｂ上には、下部連結電極１１１ｂと対向し、かつ光電素子部２００ａの一側と同一層に連結されるダミー光電素子部２００ｂが形成される。
【００９３】
一方、本実施形態において、ダミー光電素子部２００ｂに含まれるシリコン層２００のうち、基板１００上の配線領域ｂ上に形成される第２シリコン層２０２は、第１及び第３のシリコン層２０１、２０３よりも抵抗が大きいシリコン層にするべきである。これは、抵抗が最も大きい第２シリコン層２０２を下部電極１１１ａと下部連結電極１１１ｂとの間に配置することにより、下部電極１１１ａと下部連結電極１１１ｂとの間の電流の漏洩の発生を効果的に防止するためである。
【００９４】
次に、図５Ｄを参照すれば、ダミー光電素子部２００ｂの側面に、側壁絶縁層３００を形成する。側壁絶縁層３００は、光電素子部２００ａと連結されるダミー光電素子部２００ｂの側面を電気的に絶縁することができる。
【００９５】
最後に、図５Ｅを参照すれば、基板１００の上側全面に、導電性材料からなる上部導電層（不図示）を形成する。
【００９６】
続いて、上部導電層をパターニングして、所定パターンの上部電極４００を形成する。このとき、単位セル領域ａの上部電極４００は、光電素子部２００ａにおける電極の役割を果たし、配線領域ｂの上部電極４００は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と互いに接続させる（すなわち、太陽電池単位セル間を直列に連結させる）配線の役割を果たす。
【００９７】
一方、上部導電層のパターニングの際に、下部連結電極１１１ｂ上に形成されたシリコン層２００を同時にパターニングすることにより、側壁ダミー光電素子部２００ｃを形成することができる。すなわち、側壁ダミー光電素子部２００ｃは、下部連結電極１１１ｂ上に、光電素子部２００ａ及びダミー光電素子部２００ｂと所定間隔を隔てて形成することができる。
【００９８】
本発明の第３の実施形態では、ダミー光電素子部２００ｂを構成するシリコン層２００のうちの抵抗が最大のシリコン層２０２を基板１００上の配線領域ｂ上に形成（すなわち、下部電極１１１ａと下部連結電極１１１ｂとの間に形成）することによって、互いに隣接する太陽電池単位セル間における下部電極１１１ａと下部連結電極１１１ｂとの短絡現象を防止することができる。
【００９９】
また、本発明の第３の実施形態では、下部連結電極１１１ｂ上にダミー光電素子部２００ｂ及び側壁絶縁層３００が配置されるようにすることによって、上部電極４００のステップカバレッジを良好にすることができ、それにより、太陽電池の信頼性を向上させることができる。
【０１００】
勿論、前述した長所以外にも本発明の第３の実施形態は、前述した第１の実施形態と同様に、側壁絶縁層３００により得られる利点を期待することができる。
【０１０１】
[第４の実施形態］
【０１０２】
本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池の構成は、配線領域ｂを除いて、前述した第１の実施形態の直列連結型太陽電池の構成と同様である。したがって、以下の第４の実施形態では第１の実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
【０１０３】
図６Ａから図６Ｅは、本発明の第４の実施形態に係る直列連結型太陽電池及びその製造方法を示す断面図である。
【０１０４】
まず、図６Ａを参照すれば、多数の単位セル領域ａと、各単位セル領域ａ間に位置する配線領域ｂとを含む基板１００を用意する。
【０１０５】
続いて、基板１００上に、導電性材料からなる下部導電層１１０を形成する。
【０１０６】
次に、図６Ｂを参照すれば、下部導電層１１０をパターニングして所定パターンの下部電極層１１１：１１１ａ、１１１ｂを形成する。すなわち、基板１００上の単位セル領域ａに下部電極１１１ａを形成すると共に、基板１００上の配線領域ｂに下部電極１１１ａの一側と同一層に連結される所定パターンの下部連結電極１１１ｂを形成する。
【０１０７】
次に、図６Ｃを参照すれば、基板１００の上側全面に、ｐ型、i型、ｎ型の半導体層２００を順に形成する。例えば、半導体層２００の材質は、通常に使用されるシリコンである。
【０１０８】
続いて、基板１００の上側全面に、導電性材料からなる上部導電層４１０を形成する。
【０１０９】
次に、図６Ｄを参照すれば、上部導電層４１０とシリコン層２００とを同時にパターニングして、所定パターンの上部電極４００とシリコン層２００ａ、２００ｂとを同時に形成する。したがって、下部電極１１１ａ上に光電素子部２００ａを形成すると共に、基板１００上の配線領域ｂ上に、下部接続接続電極１１１ｂと離間対向し、かつ光電素子部２００ａの一側と同一層に連結されるダミー光電素子部２００ｂを形成する。
【０１１０】
最後に、図６Ｅを参照すれば、ダミー光電素子部２００ｂの側面に、側壁絶縁層３００を形成する。側壁絶縁層３００は、光電素子部２００ａと連結されるダミー光電素子部２００ｂの側面を電気的に絶縁することができる。続いて、側壁絶縁層３００上に、電極接続層５００を形成する。電極接続層５００は、上部電極４００と下部連結電極１１１ｂとを電気的に接続する。したがって、上部電極４００は、光電素子部２００ａにおける電極の役割を果たし、電極接続層５００は、光電素子部をそれに隣接する他の光電素子部と互いに接続させる（すなわち、太陽電池単位セル同士を直列に連結させる）配線の役割を果たす。
【０１１１】
一方、側壁絶縁層３００と電極接続層５００は、単一工程で同時に形成されることが好ましい。このとき、材質が互いに異なるインクを噴射する２つのノズルを使用するインクジェット印刷法を使用することができる。
【０１１２】
側壁絶縁層３００は、公知の絶縁性材質のインクを制限なく使用することができる。一例としての絶縁性材質のインクは、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）のうちいずれかである。電極接続層５００は、公知の導電性材料であるインクを制限なく使用して形成することができる。一例としての導電性材料のインクは、（Ａｇ）、炭素ナノチューブ（Carbon Nano Tube；ＣＮＴ）のうちいずれかである。
【０１１３】
したがって、一度の工程で、光電素子部２００ａと連結されるダミー光電素子部２００ｂの側面を電気的に絶縁させると共に、隣接した他の光電素子部と直列に連結させることができる。ここで、２つのノズルを使用するインクジェット印刷法は、図７Ａ及び図７Ｂを参照して以下でより詳細に理解することができる。
【０１１４】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る太陽電池の側壁絶縁層と電極接続層の製造方法を示す概略図である。
【０１１５】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、工程チャンバー１０００内に位置する２つのノズル１２１０、１２２０は互いに異なるノズル先端高さＨを有し、所定の間隔Ｄでスキャン部１１００に配置される。
【０１１６】
２つのノズル１２１０、１２２０は、一定の速度でスキャン方向１３００に沿って基板１００上に相違する材質のインクを噴射する。このとき、第１ノズル１２１０と第２ノズル１２２０の間隔Ｄとノズル先端高さの差Ｈによって、基板１００上に形成されるパターンの位置と形態が変化する。すなわち、基板１００上に側壁絶縁層３００が形成され、この側壁絶縁層３００を覆うようにして電極接続層５００が形成されて、２つのパターンを同時に形成できるようになる。したがって、１つの工程で２つの相違するパターンを同時に形成することができるので、工程段階と工程時間を短縮させることができ、１つの工程チャンバー１０００で同時に工程が進行されるので、側壁絶縁層３００と電極接続層５００との間に粒子（particle）のような異物の流入を防止することができる。
【０１１７】
一方、インクジェット印刷法を利用して側壁絶縁層３００と電極接続層５００とを形成した後に、側壁絶縁層３００と電極接続層５００とを熱硬化（thermal curing）したり、紫外線硬化（UV curing）したりすることにより層内に存在する溶媒などを除去することができる。このとき、紫外線硬化方式を使用することがより好ましく、このためには、スキャン部１１００に紫外線照射器（不図示）を含むことができる。これによって、１つの工程チャンバー１０００内で側壁絶縁層３００と電極接続層５００の印刷及び紫外線硬化を同時に行うことができる。
【０１１８】
一方、前述の実施形態では、側壁絶縁層３００と電極接続層５００とを同時に形成する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、側壁絶縁層３００と電極接続層５００とを順に、すなわち側壁絶縁層３００をまず形成してから、一定の時差をおいて、電極接続層５００を形成することもできる。
【０１１９】
以上のように、本発明によれば、多結晶光電素子と非晶質光電素子とを積層した構造を採用することによって、光電素子毎に互いに異なる波長の光を受光することができ、太陽電池の光電変換効率を向上させることができ、太陽電池単位セルの直列連結の際、配線領域で発生する光電素子と上部電極との間の短絡現象を防止することができ、太陽電池単位セルの直列連結の際、配線領域で発生する太陽電池単位セルの下部電極層間の短絡現象を防止することができ、太陽電池単位セルの直列連結の際、製造工程及び工程時間を短縮させて製造コストを節減することができる。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。
【０１２０】
以上、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形できる。よって、本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【０１２１】
１００    基板
１１１    下部電極層
１１１ａ  下部電極
１１１ｂ  下部連結電極
２１１ａ  第１の多結晶シリコン層
２１２ａ  第２の多結晶シリコン層
２１３ａ  第３の多結晶シリコン層
２２１    第１の上部非晶質シリコン層
２２２    第２の上部非晶質シリコン層
２２３    第３の上部非晶質シリコン層
２１０    非晶質光電素子
２２０    多結晶光電素子
２００ａ  光電素子部
２００ｂ  ダミー光電素子部
２００ｃ  側面ダミー光電素子部
３００    側壁絶縁層
４００    上部電極
５００    電極接続層
１０００  工程チャンバー
１２１０  第１のノズル
１２２０  第２のノズル
１３００  スキャン方向
【図１】
2011530830.tif 000003
【図２Ａ】
2011530830.tif 000004
【図２Ｂ】
2011530830.tif 000005
【図２Ｃ】
2011530830.tif 000006
【図２Ｄ】
2011530830.tif 000007
【図３Ａ】
2011530830.tif 000008
【図３Ｂ】
2011530830.tif 000009
【図３Ｃ】
2011530830.tif 000010
【図３Ｄ】
2011530830.tif 000011
【図３Ｅ】
2011530830.tif 000012
【図３Ｆ】
2011530830.tif 000013
【図４Ａ】
2011530830.tif 000014
【図４Ｂ】
2011530830.tif 000015
【図４Ｃ】
2011530830.tif 000016
【図４Ｄ】
2011530830.tif 000017
【図４Ｅ】
2011530830.tif 000018
【図４Ｆ】
2011530830.tif 000019
【図５Ａ】
2011530830.tif 000020
【図５Ｂ】
2011530830.tif 000021
【図５Ｃ】
2011530830.tif 000022
【図５Ｄ】
2011530830.tif 000023
【図５Ｅ】
2011530830.tif 000024
【図６Ａ】
2011530830.tif 000025
【図６Ｂ】
2011530830.tif 000026
【図６Ｃ】
2011530830.tif 000027
【図６Ｄ】
2011530830.tif 000028
【図６Ｅ】
2011530830.tif 000029
【図７Ａ】
2011530830.tif 000030
【図７Ｂ】
2011530830.tif 000031
【国際調査報告】
2011530830.tif 000032
2011530830.tif 000033
2011530830.tif 000034
2011530830.tif 000035