(57)【要約】【課題】太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池が直列に連結された太陽電池モジュールにおいて、行と列方向に配列される複数の太陽電池及び、複数の太陽電池を電気的に直列に連結する導電性リボンを含み、太陽電池は、多結晶半導体層で構成された第１の光電素子と非晶質半導体層で構成された第２の光電素子とからなる積層構造であることを特徴とする。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向及び列方向に配列された複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池を互いに電気的に接続する導電性リボンとを含み、
前記太陽電池が、多結晶半導体層からなる第１の光電素子及び、非晶質半導体層からなる第２の光電素子を含む積層構造であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池が、
導電性材料からなる基板と、
前記基板上に形成された第１の多結晶半導体層、前記第１の多結晶半導体層上に形成された第２の多結晶半導体層及び、前記第２の多結晶半導体層上に形成された第３の多結晶半導体層を含む第１の光電素子と、
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、前記第１の非晶質半導体層上に形成された第２の非晶質半導体層及び、前記第２の非晶質半導体層上に形成された第３の非晶質半導体層を含む第２の光電素子と、
前記第３の非晶質半導体層上に形成された上部電極と、
前記上部電極上に一方向に互いに平行に形成された複数のグリッド電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記グリッド電極が、前記導電性リボンによって、前記一方向に隣接する他の太陽電池の基板に対して連結されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記基板上に導電性材料からなる下部電極をさらに形成したことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記下部電極が、透明導電酸化物（Transparent Conducting Oxide：ＴＣＯ）、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を特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記基板が、金属または金属合金であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記上部電極が、透明導電性材料からなることを特徴とする請求項に２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記第３の多結晶半導体層と前記第１の非晶質半導体層との間に、透明導電性材料からなる連結層をさらに形成したことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記透明導電性材料が、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯ（Zinc Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＦＳＯ（ＳｎＯ：Ｆ）、及びＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）からなる群から選択されるいずれかを含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１、第２及び第３の多結晶半導体層が、それぞれ、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２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記第１、第２及び第３の多結晶半導体層が多結晶シリコンであり、前記第１、第２及び第３の非晶質半導体層が非晶質シリコンであることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
（ａ）多結晶半導体層からなる第１の光電素子及び非晶質半導体層からなる第２の光電素子を含む積層構造を有する太陽電池を複数作製するステップと、
（ｂ）前記複数の太陽電池を導電性リボンによって互いに電気的に接続するステップとを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記太陽電池を作製するステップが、
（ａ１）導電性材料からなる基板上に第１の下部非晶質半導体層を形成するステップと、
（ａ２）前記第１の下部非晶質半導体層上に第２の下部非晶質半導体層を形成するステップと、
（ａ３）前記第２の下部非晶質半導体層上に第３の下部非晶質半導体層を形成するステップと、
（ａ４）前記第１、第２及び第３の下部非晶質半導体層を結晶化させて第１、第２及び第３の多結晶半導体層を形成するステップと、
（ａ５）前記第３の多結晶半導体層上に第１の上部非晶質半導体層を形成するステップと、
（ａ６）前記第１の上部非晶質半導体層上に第２の上部非晶質半導体層を形成するステップと、
（ａ７）前記第２の上部非晶質半導体層上に第３の上部非晶質半導体層を形成するステップと、
（ａ８）前記第３の上部非晶質半導体層上に上部電極を形成するステップと、
（ａ９）前記上部電極上に複数のグリッド電極を一方向に互いに平行に形成するステップとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記基板上に導電性材料からなる下部電極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１３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３の多結晶半導体層と前記第１の非晶質半導体層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１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記結晶化が、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行われることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記第１、第２及び第３の多結晶半導体層が多結晶シリコンとして形成され、前記第１、第２及び第３の上部非晶質半導体層が非晶質シリコンとして形成されたことを特徴とする請求項１３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、太陽電池モジュール及びその製造方法に関するもので、より詳細には光電素子を積層させたタンデム（tandem）構造の太陽電池が直列に連結された太陽電池モジュール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な太陽電池は、単一接合型になっているため、多量の電力を生産するためには大面積の太陽電池を必要とした。しかしながら、このような面積の増加が原因になって、設置場所等の制限また費用の上昇を招くことになった。
【０００３】
また、単一接合型太陽電池のうち、光電変換効率に優れた太陽電池の場合にも２０％程度に過ぎず、大部分の光はそのまま透過したり反射したりして消失する。
【０００４】
このような問題点を克服するために、光電素子を積層した二重接合型タンデム構造の太陽電池が提案された。タンデム構造の太陽電池は、同一の基板面積でより多量の電気を生産することができるので、従来の単一接合型太陽電池より向上した光電変換効率を得ることができる長所がある。
【０００５】
例えば、Ｓａｉｔｏｈ等は、プラズマ化学気相蒸着法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；ＰＥＣＶＤ）を使用して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）タンデム構造の太陽電池を製造した。このとき、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。しかしながら、Ｓａｉｔｏｈ等が開発したタンデム構造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形成する場合、圧力と温度の工程条件によって基板に曲がりが発生したり工程時間が長くなったりするという問題点があった。
【０００６】
また、タンデム構造は、多数層の薄膜が積層されている構造であるため、複数の層間で発生する反射、屈折等によって下部層に行くほど光の強度が大きく減少して、光電変換効率が低下するという問題点があった。
【０００７】
また、従来には複数の太陽電池を連結して太陽電池モジュールを製造する際、太陽電池をエッチングして複数の太陽電池単位セルに分割させなければならないなどの追加工程が必要であるので、太陽電池モジュールの製造工程が複雑であり、製造コストが上昇するという問題点があった。
【０００８】
また、太陽電池の基板としてグラスを使用する場合、高温工程によって基板の曲がりが発生することになると、太陽電池を直列に連結して太陽電池モジュールを製作する際、連結状態が不安定になったり、さらには太陽電池間に断線が発生したり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】
【０００９】
したがって、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、積層された光電素子毎に相違する波長の光を受光して光電変換効率を向上させるタンデム構造の太陽電池を備える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その目的がある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、高品質の多結晶シリコンを採用して光電変換効率を向上させるタンデム構造の太陽電池を備える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。
【００１１】
また、本発明のまた他の目的は、太陽電池を複数の太陽電池単位セルに隔離させる工程が不要であるので、製造工程が簡単であり、製造コストが低いタンデム構造の太陽電池を備える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。
【００１２】
また、本発明のさらに他の目的は、導電性材料であり、且つ剛性の金属または金属合金で基板を形成して、太陽電池間の直列連結状態が安定したタンデム構造の太陽電池を備える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】
【００１３】
前述した目的を達成するための本発明に係る太陽電池モジュールは、行と列方向に配列される複数の太陽電池、及び前記複数の太陽電池を電気的に連結する導電性リボンを含み、前記太陽電池は、多結晶半導体層で構成された第１の光電素子と、非晶質半導体層で構成された第２の光電素子とからなる積層構造であることを特徴とする。
【００１４】
前記太陽電池は、導電性材料の基板、前記基板上に形成される第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る第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る第３の多結晶半導体層を含む第１の光電素子、前記第３の多結晶半導体層上に形成される第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る第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る第３の非晶質半導体層を含む第２の光電素子、前記第３の非晶質半導体層上に形成される上部電極、及び前記上部電極上に一方向に形成される複数のグリッド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モジュールの製造方法は、（ａ）多結晶半導体層で構成された第１光電素子と非晶質半導体層で構成された第２光電素子とからなる積層構造で複数の太陽電池を形成するステップ、及び（ｂ）前記複数の太陽電池を導電性リボンで電気的に連結するステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
前記太陽電池を形成するステップは、（ａ１）導電性材料の基板上に第１の下部非晶質半導体層を形成するステップ、（ａ２）前記第１の下部非晶質半導体層上に第２の下部非晶質半導体層を形成するステップ、（ａ３）前記第２の下部非晶質半導体層上に第３の下部非晶質半導体層を形成するステップ、（ａ４）前記第１、第２及び第３の下部非晶質半導体層を第１、第２及び第３の多結晶半導体層に結晶化するステップ、（ａ５）前記第３の多結晶半導体層上に第１の上部非晶質半導体層を形成するステップ、（ａ６）前記第１の上部非晶質半導体層上に第２の上部非晶質半導体層を形成するステップ、（ａ７）前記第２の上部非晶質半導体層上に第３の上部非晶質半導体層を形成するステップ、（ａ８）前記第３の上部非晶質半導体層上に上部電極を形成するステップ、及び（ａ９）前記上部電極上に一方向に複数のグリッド電極を形成するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、多結晶シリコン光電素子と非晶質シリコン光電素子の二重構造を有する太陽電池を備えることによって、多様な波長帯の光を受光して光電変換効率を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、結晶化度（crystallinity）に優れた（すなわち、高品質を有する）多結晶シリコンの光電素子を採用することによって、光電変換効率を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、太陽電池モジュールの製造の際、太陽電池を複数の太陽電池単位セルに隔離させる工程が不要であるので、製造工程が簡単であり、製造コストが低くなる。
【００２０】
また、本発明によれば、導電性材料であり、且つ剛性の金属または金属合金で基板を形成して結晶化する際、工程時間を短縮しながらも基板の曲がりを防止することができるので、太陽電池間に安定した直列連結状態を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図２Ａ】図１に示した太陽電池２０の連結状態を概略的に示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した太陽電池２０の側面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法で太陽電池を製造する過程の一番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法で太陽電池を製造する過程の二番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法で太陽電池を製造する過程の三番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法で太陽電池を製造する過程の四番目のステップを示す断面図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法で太陽電池を製造する過程の五番目のステップを示す断面図である。
【図４】図３Ｅに示した太陽電池２０に導電性リボン３０を連結した状態を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【００２４】
図１を参照すれば、本発明に係る太陽電池モジュールは、メイン基板１０上に複数の太陽電池２０が行方向及び列方向に配置されたマトリックス（matrix）構造をなす。
【００２５】
このような複数の太陽電池２０は、複数の導電性リボン３０によって電気的に直列に接続されて、必要な電圧を得る太陽電池モジュールを実現することになる。これについてのより詳細な説明は、図２Ａ及び図２Ｂを参照して理解するべきである。
【００２６】
また、複数の太陽電池２０を含むメイン基板１０上には光を透過させる透明な保護基板４０が配置されて太陽電池２０を保護することができる。
【００２７】
このとき、メイン基板１０と太陽電池２０との間、または太陽電池２０と保護基板４０との間には、保護層（不図示）がそれぞれ形成されるので、外部から加えられる物理的な衝撃及び湿気などのような不良因子から内部に位置する太陽電池２０をさらに保護することができる。
【００２８】
保護層は、透明な材料の緩衝材を使用することができ、好ましくは、接着性も有するエチレンビニルアセテート（Ethylene Vinyl Acetate；ＥＶＡ）樹脂を使用することができる。
【００２９】
以上では太陽電池２０の上下に保護層をそれぞれ形成する構造を説明したが、メイン基板１０と保護基板４０との間に樹脂を充填する方法で保護層を形成することもできる。
【００３０】
図２Ａは、図１に示した太陽電池２０の連結状態を概略的に示す平面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示した太陽電池２０の側面図である。
【００３１】
図２Ａ及び２Ｂを参照すれば、導電性リボン３０の一側が単位太陽電池２０の上部に接続され、導電性リボン３０の他側が一方向に隣接する他の太陽電池２０の下部に接続されるような方式で、複数の太陽電池２０が電気的に直列連結をなすことになる。
【００３２】
このとき、導電性リボン３０は、１つの配線で太陽電池２０の間を連結することもできるが、断線不良の発生に備えて図面のように２つ以上の配線で連結することが好ましい。
【００３３】
一方、太陽電池２０は、多結晶半導体層で構成された第１の光電素子と非晶質半導体層から構成された第２の光電素子との積層構造であるタンデム構造で形成し、これを直列連結して光電変換効率を向上させることができるが、このような太陽電池２０は、以下のような製造方法を通じて得ることができる。
【００３４】
図３Ａから図３Ｅは、本発明の一実施形態に係る太陽電池の製造方法で太陽電池を製造する過程を示す断面図である。
【００３５】
図３Ａを参照すれば、まず基板１００が必要とされる。基板１００の材料としては、公知の導電性材料を制限なく使用されることができるが、以後の高温の結晶化工程において、基板１００が曲がる現象に耐える剛性を有しながら、熱膨張係数がシリコンと同様である金属または金属合金を使用することが好ましい。例えば、基板はＳＵＳ（ステンレス鋼）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン−タングステン合金（ＭｏＷ）、インバー（invar；Ｆｅ−Ｎｉ合金）等で製作することができる。
【００３６】
このとき、基板１００の表面は、テクスチャリング（texturing）処理されることができる。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起因して、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って、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。
【００３７】
一方、基板１００上には、導電性材料からなる下部電極（不図示）をさらに形成することができる。下部電極の素材は、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。また、下部電極の素材は、透明導電酸化物（Transparent Conducting Oxide；ＴＣＯ）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 Evaporation）、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。
【００３８】
次に、図３Ｂを参照すれば、基板１００上には３層の非晶質シリコン層２１１、２２１、２３１が形成される。より詳細に説明すると、基板１００上に第１の下部非晶質シリコン層２１１を形成し、続いて第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２２１を形成し、続いて第２の下部非晶質シリコン層２２１上に第３の下部非晶質シリコン層２３１を形成することによって、１つの光電素子を構成する。このとき、第１、第２及び第３の下部非晶質シリコン層２１１、２２１、２３１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。
【００３９】
次に、図３Ｃを参照すれば、第１、第２及び第３の下部非晶質シリコン層２１１、２２１、２３１を結晶化させる（２５０）。すなわち、第１の下部非晶質シリコン層２１１は、第１の多結晶シリコン層２１０に、第２の下部非晶質シリコン層２２１は、第２の多結晶シリコン層２２０に、第３の下部非晶質シリコン層２３１は、第３の多結晶シリコン層２３０にそれぞれ結晶化される。
【００４０】
最終的に、基板１００上には、第１、第２及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０からなる第１の光電素子２００が形成される。例えば、第１の光電素子２００は、多結晶シリコン層が積層された構造であり、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、不純物をドーピングしない真性（intrinsic）を意味する。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型のドーピングの際の不純物としては、ボロン（Ｂ）を、ｎ型の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。
【００４１】
このとき、非晶質シリコン層２１１、２２１、２３１の結晶化２５０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。
【００４２】
一方、以上では第１、第２及び第３の下部非晶質シリコン層２１１、２２１、２３１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に基づいて説明したが、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は、同時に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は別途に結晶化工程を行うようにすることもできる。
【００４３】
また、第１の多結晶シリコン層２１０、第２の多結晶シリコン層２２０、第３の多結晶シリコン層２３０は、多結晶シリコンの性質をより向上させるために、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。
【００４４】
次に、図３Ｄを参照すれば、第１の光電素子２００上に、３層の非晶質シリコン層３１０、３２０、３３０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２３０上に第１の上部非晶質シリコン層３１０を形成し、続いて第１の上部非晶質シリコン層３１０上に第２の上部非晶質シリコン層３２０を形成し、続いて第２の上部非晶質シリコン層３２０上に第３の上部非晶質シリコン層３３０を形成することにより、第１の光電素子２００のようなｐ−ｉ−nダイオード構造の第２の光電素子３００を構成する。第１、第２及び第３の上部非晶質シリコン層３１０、３２０、３３０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。
【００４５】
続いて、第３の上部非晶質半導体層３３０上には、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）、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。
【００４６】
一方、図示しなかったが、第３の多結晶シリコン層２３０上には、透明導電性材料からなる連結層（不図示）をさらに形成することができる。この連結層は、第３の多結晶シリコン層２３０と第１の上部非晶質半導体層３１０との間のトンネル接合（Tunnel Jucntion）をなすようにすることにより、太陽電池のより優れた光電変換効率を期待できるようになる。このとき、連結層は、ＺｎＯにアルミニウム（Ａｌ）を少量添加した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、一般的なＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＺＯ、ＦＳＯ（ＳｎＯ：Ｆ）などのような透明導電性材料を使用することができる。
【００４７】
以上のようにして、多結晶シリコン層から構成される第１の光電素子２００と非晶質シリコン層から構成される第２の光電素子３００とを含むタンデム構造の太陽電池を得ることができる。第１の光電素子２００は多結晶シリコン層からなるので長波長の光に対する光電変換効率に優れ、第２の光電素子３００は非晶質シリコン層からな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、本発明に係るタンデム構造の太陽電池は、多様な波長の光を吸収することができ、その結果、光電変換効率性を向上させることができる。
【００４８】
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り、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は、使用による特性の低下が殆ど発生しない。
【００４９】
本発明において、第１及び第２の光電素子２００、３００の構造は、好ましくは、次のような４種類の配列で形成することができる。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ていることを意味する。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。
【００５０】
第１に、第１、第２及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｎ、ｉ、ｐで、第１、第２及び第３の上部非晶質シリコン層３１０、３２０、３３０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及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｎ＋、ｉ、ｐ＋であることがより好ましい。
【００５１】
第２に、第１、第２及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｎ、ｎ、ｐで、第１、第２及び第３の上部非晶質シリコン層３１０、３２０、３３０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及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｎ＋、ｎ−、ｐ＋であることがより好ましい。
【００５２】
第３に、第１、第２及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｐ、ｉ、ｎで、第１、第２及び第３の上部非晶質シリコン層３１０、３２０、３３０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及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｐ＋、ｉ、ｎ＋であることがより好ましい。
【００５３】
第４に、第１、第２及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｐ、ｐ、ｎで、第１、第２及び第３の上部非晶質シリコン層３１０、３２０、３３０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及び第３の多結晶シリコン層２１０、２２０、２３０は、導電型がそれぞれｐ＋、ｐ−、ｎ＋であることがより好ましい。
【００５４】
以上の詳細な説明では、第１及び第２の光電素子２００、３００を互いに積層させたタンデム構造を一例として説明したが、必要に応じて光電素子を二重以上に積層することができ、ｐ−ｉ−ｎ型でなく、ｐ−ｎ型を使用することができる。
【００５５】
次に、図３Ｅを参照すれば、上部電極４００上に、複数のグリッド電極５００を、一方向に互いに平行に形成される。グリッド電極５００は、太陽電池の上部電極４００の表面における電流収集を容易にするためのものであり、導電性材料を使用することができる。一般的に、ＡｌまたはＮｉ／Ａｌ材料を使用する。グリッド電極５００が形成された表面には太陽光が吸収されないため、複数形成し互いに所定の間隔を隔てて配置することによって、受光される領域を増加させることが好ましい。このとき、グリッド電極５００の数と幅は、設計基準によって多様に変化することができる。
【００５６】
図４は、図３Ｅに示した太陽電池２０に導電性リボン３０を連結した状態を概略的に示す平面図である。
【００５７】
図４を参照すれば、グリッド電極５００は、上部電極４００上に列方向に形成されたが、行方向に形成されてもよい。このとき、グリッド電極５００は、一方向に隣接する他の太陽電池の基板と導電性リボン３０により電気的に直列に接続される。
【００５８】
以上のように、本発明では単一基板上に形成されたタンデム構造の太陽電池の場合、それ自体が太陽電池モジュールの製造の際に必要とされる単位太陽電池（すなわち、太陽電池セル）となり、導電性リボンを用いてこのような複数の単位太陽電池を直列連結してタンデム構造の太陽電池を備える太陽電池モジュールを製造する。したがって、本発明では既存の太陽電池モジュールの製造過程では必然的に追加される複数の太陽電池単位セルを形成する工程（すなわち、レーザースクライビング方式などを利用して太陽電池を構成する多層膜をエッチングすることによって、太陽電池を複数の太陽電池単位セルに分割させる工程）を省略することができる。その結果、本発明によれば、太陽電池モジュールの製造工程が簡単になるので、製造コストが低下する。
【００５９】
また、本発明において、基板１００は、高温で曲がる現象に耐える導電性のある剛性の金属または金属合金で形成して太陽電池間の直列連結状態を安定的に維持することができる。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。
【００６０】
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】
【００６１】
１０    メイン基板
２０    太陽電池
３０    導電性リボン
４０    保護基板
１００  基板
２００  第１の光電素子
２１０  第１の多結晶半導体層
２１１  第１の下部非晶質半導体層
２２０  第２の多結晶半導体層
２２１  第２の下部非晶質半導体層
２３０  第３の多結晶半導体層
２３１  第３の下部非晶質半導体層
３００  第２の光電素子
３１０  第１の上部非晶質半導体層
３２０  第２の上部非晶質半導体層
３３０  第３の上部非晶質半導体層
４００  上部電極
５００  グリッド電極
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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