(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供すること。【解決手段】太陽電池モジュールは、基板（１１０）及び透明電極層（１２０）を備え、透明電極層は、基板上の第１電極層（１２２）及び第１電極層上の第２電極層（１２４）を備え、第１電極層と第２電極層とは、異なる材質から構成され、第２電極層は、第１電極層上の一部で部分的に形成される。これにより、透明電極層の短波長透過度及び光の散乱が共に増加して、薄膜太陽電池モジュールの効率が向上する。【選択図】図２
2012134450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の透明電極層を備え、
前記透明電極層は、
前記基板上の第１電極層及び前記第１電極層上の第２電極層を備え、前記第１電極層と前記第２電極層とは、異なる材質から構成され、前記第２電極層は、前記第１電極層上の一部に部分的に形成された太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第２電極層は、複数の島を形成し、前記複数の島の間から前記第１電極層の上面の一部が露出した請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第１電極層は、酸化スズから形成された請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第２電極層は、酸化亜鉛から形成された請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の島のうち、隣接した二つの島間の距離は、０．５ないし３μｍの範囲である請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記第１電極層の厚さは、１００ないし８００ｎｍの範囲である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記複数の島の間から露出した前記第１電極層の上面に保護層をさらに備える請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記保護層は、酸化亜鉛から形成された請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記透明電極層上に順次位置した光電変換層、後面電極層、密封フィルム及び後面基板を備える請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１電極層の上面は、平坦面である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
基板上に透明電極層を形成するステップを含み、
前記透明電極層を形成するステップは、
前記基板上に第１電極層を形成するステップと、
前記第１電極層上に第２電極層を形成するステップと、
前記第２電極層をエッチングするステップとを含み、
前記第１電極層と前記第２電極層とは、異なる材質から形成され、前記第２電極層は、前記エッチングにより前記第１電極層上の一部に部分的に形成される太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記第２電極層は、複数の島を形成し、前記複数の島の間から前記第１電極層の上面の一部が露出する請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記第２電極層は、１００ないし８００ｎｍの範囲の厚さを有する請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記第１電極層は、酸化スズから形成された請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記第２電極層は、酸化亜鉛から形成された請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記エッチングは、酸を利用して第２電極層をウェットエッチングする請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記複数の島は、隣接した二つの島間の距離が０．５ないし３μｍに形成される請求項１２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記複数の島間の前記第１電極層の上面に保護層をさらに形成するステップを含む請求項１７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１９】
光電変換層、後面電極層、密封フィルム及び後面基板を前記透明電極層上に順次提供するステップをさらに含む請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記第１電極層の上面は、平滑及び平面からなる請求項１１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、さらに詳細には、複数の島が形成される透明電極層を含む薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、石油や石炭のような既存のエネルギ資源の枯渇が予想されるにつれて、これらに代わる代替エネルギ資源に対する関心が高まっている。その中でも太陽電池は、半導体素子を利用して太陽光エネルギを電気エネルギに直接変化させる次世代代替エネルギ資源として脚光を浴びている。
【０００３】
太陽電池は、光起電力効果（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ）を利用して、光エネルギを電気エネルギに変換させる装置のことを意味し、その構成物質によりシリコン太陽電池、薄膜型太陽電池、色素増感型太陽電池及び有機高分子型太陽電池などに区分される。このような太陽電池においては、入射される太陽光を電気エネルギに変換させる割合に関わる変換効率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を高めることが極めて重要である。
【０００４】
その中で、薄膜型太陽電池は、大面積太陽電池モジュールを低価格で製作できる技術として大きな関心を引いているが、変換効率がシリコン太陽電池に比べて多少低くなることがある。したがって、薄膜型太陽電池の変換効率を向上させるために、太陽光熱が入射される基板上の透明電極層をエッチングして凹凸構造を形成する。このような凹凸構造は、太陽電池内に光経路を増加させ、これにより光の吸光率を高めることができる効果的な方法である。
【０００５】
一方、透明電極層に利用される一般的な材料である酸化スズ（ＳｎＯ２）は、凹凸の形状が小さくて光の散乱を大きくすることができないために、光経路長を増加させ難い。また、凹凸の大きさを増加させるために、薄膜を厚く蒸着すると、成長方向の衝突でクラックなどの欠陥が薄膜に発生して品質が低下する。
【０００６】
図１は、酸化スズと酸化亜鉛とから形成した透明電極層の光透過度を測定した結果を示す図であって、図１に示すように、特に３００〜４００ｎｍの範囲の波長帯において酸化スズから形成された透明電極層の透過度が酸化亜鉛から形成された透明電極層の透過度より高いことが確認できる。すなわち、透明電極の一般的な他の材料である酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、光の散乱を向上させる凹凸形状の制御という面においては長所があるが、材料特性のため短波長透過度が落ちるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、短波長透過度及び光の散乱を共に向上させることができる透明電極層を備えた薄膜太陽電池モジュール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】
【０００８】
上述した目的及び他の目的を達成すべく、本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールは、基板と、基板上の透明電極層を備え、透明電極層は、基板上の第１電極層及び第１電極層上の第２電極層を備え、第１電極層と第２電極層とは、異なる材質から構成され、第２電極層は、第１電極層上の一部に部分的に形成されることができる。
【０００９】
また、第２電極層は、複数の島を形成し、複数の島の間から第１電極層の上面の一部が露出することができる。
【００１０】
また、前記第１電極層は、酸化スズから形成されることができ、第２電極層は、酸化亜鉛から形成されることができる。
【００１１】
また、複数の島のうち、隣接した二つの島間の距離は、０．５ないし３μｍの範囲でありうる。
【００１２】
また、第１電極層の厚さは、１００ないし８００ｎｍの範囲でありうる。
【００１３】
また、複数の島の間から露出した第１電極層の上面に保護層を備えることができる。
【００１４】
ここで、保護層は、酸化亜鉛から形成されることができる。
【００１５】
また、透明電極層上に順次位置した光電変換層、後面電極層、密封フィルム及び後面基板を備えることができる。
【００１６】
また、上述した目的及び他の目的を達成すべく、本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に透明電極層を形成するステップを含み、透明電極層を形成するステップは、基板上に第１電極層を形成するステップと、第１電極層上に第２電極層を形成するステップと、第２電極層をエッチングするステップとを含み、第１電極層と第２電極層とは、異なる材質から形成され、第２電極層は、エッチングにより第１電極層上の一部に部分的に形成されることができる。
【００１７】
また、第２電極層は、複数の島を形成し、複数の島の間から第１電極層の上面の一部が露出することができる。
【００１８】
また、第２電極層は、１００ないし８００ｎｍの範囲の厚さでありうる。
【００１９】
また、第１電極層は、酸化スズから形成することができる。
【００２０】
また、第２電極層は、酸化亜鉛から形成することができる。
【００２１】
また、エッチングは、酸を利用して第２電極層をウェットエッチングすることができる。
【００２２】
また、複数の島は、隣接した二つの島間の距離が０．５ないし３μｍに形成されることができる。
【００２３】
また、複数の島間の第１電極層の上面に保護層をさらに形成するステップを含むことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の実施の形態によれば、透明電極層が酸化スズから形成される第１電極層と第１電極層上に酸化亜鉛から形成される複数の島とを備えることによって、短波長透過度及び光の散乱が共に増加して、薄膜太陽電池モジュールの効率が向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】酸化スズと酸化亜鉛から形成した透明電極層の光透過度を測定した結果を示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの断面を示す断面図である。
【図３】図２のＡを拡大した拡大図である。
【図４】本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関する図である。
【図５】本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関する図である。
【図６】本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の図面において各構成要素は、説明の便宜性及び明確性のために誇張、省略または概略的に示した。また、各構成要素のサイズは、実際のサイズを全面的に反映するものではない。
【００２７】
以下では、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００２８】
図２は、本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの断面を示す断面図で、図３は、図２のＡを拡大した拡大図である。
【００２９】
まず、図２に示すように、本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュール１００は、基板１１０、基板１１０上の透明電極層１２０、透明電極層１２０上に順次位置した光電変換層１３０、後面電極層１４０、密封フィルム１５０及び後面基板１６０を備えることができる。
【００３０】
基板１１０は、太陽光熱を透過するようにガラスのような透明材質から形成されることができ、外部の衝撃などから光電変換層１３０などを保護するために強化ガラスであることが好ましいが必須ではない。また、太陽光熱の反射を防止し太陽光熱の透過率を高めるために、鉄分が少なく含まれた低鉄分強化ガラスであることが好ましい。
【００３１】
透明電極層１２０は、光電変換層１３０から生成した電流を流す通路として機能し、第１電極層１２２と第２電極層１２４とを備えることができる。
【００３２】
透明電極層１２０は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ボロン（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）の中から選択された少なくともいずれか一つ以上の不純物を含む透明電極層１２０がドーピングされて形成されることができる。このような不純物のドーピングは、化学的ドーピング法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｏｐｉｎｇ）、電気化学的ドーピング法（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｏｐｉｎｇ）又はイオン注入法（Ｉｏｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）などのようなドーピング方法を使用して、金属又は他の元素をドーピングできるが、これに限定されるものではない。
【００３３】
第１電極層１２２と第２電極層１２４とは異なる材質から構成されうるが、一例として第１電極層１２２は、光透過度に優れた酸化スズを蒸着して形成でき、第１電極層１２２は、上部面が平坦な面をなすことができる。
【００３４】
一方、図３は、図２のＡを拡大した拡大図であって、図４を参照すれば、第１電極層１２２の厚Ｔ１は、１００ないし８００ｎｍの範囲でありうる。第１電極層１２２の厚Ｔ１が１００ｎｍより小さな場合は、透明電極層１２０の抵抗が増加する。これに対し、第１電極層１２２の厚Ｔ１が８００ｎｍより大きな場合は、第１電極層１２２の蒸着時に第１電極層１２２を形成する酸化スズの成長方向の衝突により、クラックなどの欠陥が発生するため、第１電極層１２２の厚Ｔ１は、１００ないし８００ｎｍの範囲で形成されることが好ましいが、必須ではない。
【００３５】
また、後述するように、第２電極層１２４は、一例として酸化亜鉛から薄膜層を形成した後、これをエッチングして形成できる。本例において、エッチング時に第１電極層１２２の上面が露出するようにエッチングして、第２電極層１２４は、第１電極層１２２上において部分的に（又は局部的に）形成されて、第２電極層１２４は、互いに離隔された複数の島（複数の島）を形成することができる。本発明の実施の形態において、第２電極層の複数の島は、不連続的な部分となり、これは、第１電極層の表面上に均一又は規則的に分配されうる。他の実施の形態において、複数の島は、第１層の表面上に不均一又はランダムに分配されうる。また、多数の島の形態は変わることができ、ピラミッド構造のような多面体又は楕円体のような他の３次元構造になりうる。
【００３６】
したがって、第２電極層１２４は、複数の島を含み、複数の島は、第１電極層１２２上において互いに離隔されて位置し、このとき、隣接した二つの島間の距離Ｄ１は、０．５ないし３μｍの範囲で形成されることができる。
【００３７】
上述したように、第１電極層１２２を形成する酸化スズは、光透過度に優れるため、隣接した二つの島間の距離Ｄ１が０．５μｍ以上に形成されることによって、透明電極１２０の光透過度が維持又は増加できる。一方、隣接した二つの島間の距離Ｄ１が３μｍより大きく形成されると、第２電極層１２４により散乱される光が減少して、入射光の乱反射などを介した吸光率が低下する。したがって、光の透過度及び散乱特性を考慮するとき、隣接した二つの島間の距離Ｄ１は、０．５ないし３μｍの範囲で形成されることが好ましいが、必須ではない。
【００３８】
したがって、本発明の実施の形態に係る透明電極層１２０は、複数の島の間に露出した第１電極層１２２により短波長の透過度が向上し、複数の島を含む第２電極層１２４によって光の散乱を大きくすることができるので、光散乱及び透過度が向上して、これを含む薄膜太陽電池モジュール１００の効率が向上することができる。
【００３９】
一方、複数の島の間から露出した第１電極層１２２上には、保護層をさらに形成することができる。これは、第１電極層１２２を形成する酸化スズが耐プラズマ特性が低いことを考慮して、透明電極層１２０上に光電変換層１３０などを形成する工程条件で露出した第１電極層１２２を保護するためである。
【００４０】
保護層は、一例として酸化亜鉛から形成することができるが、上述したように、酸化亜鉛は、短波長の透過度が酸化スズより低いので、形成される保護層は、光透過性を考慮して数十ｎｍを超過しないことが好ましい。
【００４１】
また、図１を参照すると、透明電極層１２０上の光電変換層１３０は、Ｐ−Ｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が形成されて光が光電変換層１３０に照射されると、光電変換に基づいた光電効果により光起電力の効果を利用して電気（電子−ホール対）を発生できる。一例として、光電変換層１３０は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）、化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、積層型（ｔａｎｄｅｍ）などでありうるが、これに限定するものではない。
【００４２】
このような光電変換層１３０上には、後面電極層１４０が位置し、上述した透明電極層１２０と共に光電変換層１３０から生成した電流を外部に伝達することができる。後面電極層１４０は、透明材質、半透明又は不透明な金属材質からなることができる。
【００４３】
また、後面電極層１４０が光反射度に優れた金属材質から形成されて、光電変換層１３０を透過した光を反射させて、再度光電変換層１３０へ向かうようにすることができるため、光電変換層１３０の変換効率が向上する。
【００４４】
密封フィルム１５０と後面基板１６０とは、後面電極層１４０上に順次位置する。密封フィルム１５０は、外部の水分や酸素を遮断し、後面基板１６０を接着するためである。このような密封フィルム１５０は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル部分酸化物、ケイ素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂などからなることができる。
【００４５】
後面基板１６０は、防水、絶縁及び紫外線遮断機能を行い、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプでありうるが、これに限定するものではない。また、後面基板１６０は、上述した基板１１０側から入射した太陽光を反射して再利用できるように反射率の優れた材質であることが好ましいが、必須ではなく、又は太陽光熱が入射されうる透明材質から形成されることもできる。
【００４６】
たとえ、光電変換層１３０、後面電極層１４０及び密封フィルム１５０が図２にそれぞれ不均一構造を有すると示されているが、光電変換層１３０、後面電極層１４０及び密封フィルム１５０のそれぞれは、不均一構造を有してもよく、有さなくても良い。
【００４７】
図４ないし図６は、本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法を示す図である。
【００４８】
図４ないし図６は、本発明の例示的な実施の形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関するもので、まず図４のように基板１１０上に第１電極層１２２と第２電極層１２４とを蒸着する。第１電極層１２２は、酸化スズを蒸着して形成でき、第２電極層１２４は、酸化亜鉛を蒸着して形成できる。
【００４９】
第１電極層１２２と第２電極層１２４とは、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、金属有機化学気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子線エピタキシ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、金属有機分子線エピタキシ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、パルスレーザデポジション（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層デポジション（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）、スパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、及びＲＦマグネトロンスパッタリング法（ＲＦ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などのような様々な蒸着方法により薄膜が形成できる。
【００５０】
本例において、第１電極層１２２は、１００ないし８００ｎｍの厚さに形成することは、上述したとおりである。
【００５１】
一方、第２電極層１２４の厚さＴ２も１００ないし８００ｎｍの厚さに形成することができる。第２電極層１２４の厚さＴ２が１００ｎｍより薄く蒸着されると、第２電極層１２４をエッチングして形成する複数の島の形状制御が困難になって、光散乱に有利な凹凸形状を形成し難く、第２電極層１２４の厚さＴ２が８００ｎｍより大きく蒸着されると、短波長を有する光の透過度が減少するためである。
【００５２】
次に、図５に示すように、第２電極層１２４をエッチングして複数の島を形成する。
【００５３】
第２電極層１２４のエッチングは、酸系を利用してウェットエッチングできるが、特に塩酸（ＨＣＬ）のような強酸が好ましいが、必須ではない。他のエッチング方法又はエッチング剤を利用することができる。
【００５４】
酸系で第２電極層１２４をエッチングすると、第２電極層１２４は、結晶面に沿ってエッチングが行われて、５ないし４５゜の角度を有する凹凸が形成され、持続的にエッチングが行われると、第２電極層１２４の厚さが減少しながら下部の第１電極層１２２が露出するようになるが、酸化スズから形成された第１電極層１２２は、酸系のエッチング溶液又はエッチング剤によりエッチングされないので、複数の島は、第１電極層１２２上において互いに離隔されて形成することができる。
【００５５】
このとき、複数の島のうち、隣接した二つの島間の距離は、上述したように、０．５ないし３μｍの範囲で形成されることが好ましいが、隣接した二つの島の距離が０．５ｎｍより小さいと、短波長の光透過度が低下することがあり、これに対して、二つの島の距離が８ｎｍより大きいと、光散乱が減少する。
【００５６】
このように形成された透明電極層１２０は、複数の島の間に露出した第１電極層１２２によって短波長の透過度が向上し、第１電極層１２２上に形成された第２電極層１２４によって光の散乱を大きくすることができ、光散乱及び透過度が向上して、これを含む薄膜太陽電池モジュールの効率が向上する。
【００５７】
一方、複数の島の間から露出した第１電極層１２２の上面に保護層を形成して、続く工程条件で露出した第１電極層１２２を保護することができる。保護層は、一例として酸化亜鉛から形成することができ、光透過性を考慮して数十ｎｍを超過しないことが好ましいが、必須ではない。
【００５８】
次に、図６に示すように、透明電極層１２０上に光電変換層１３０、後面電極層１４０、密封フィルム１５０及び後面基板１６０を順次積層して、太陽電池モジュール１００を形成できる。
【００５９】
以上では、本発明の実施の形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱せずに当該発明が属する技術分野における通常の知識を有した者によって多様な変形実施が可能なことはもちろんで、このような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。
【符号の説明】
【００６０】
１００    薄膜太陽電池モジュール
１１０    基板
１２０    透明電極層
１２２    第１電極層
１２４    第２電極層
１３０    光電変換層
１４０    後面電極層
１５０    密封フィルム
１６０    後面基板
【図１】
2012134450.tif 000003
【図２】
2012134450.tif 000004
【図３】
2012134450.tif 000005
【図４】
2012134450.tif 000006
【図５】
2012134450.tif 000007
【図６】
2012134450.tif 000008