(57)【要約】  本発明は光利用効率を向上させることのできる太陽電池を提供する。このような太陽電池はＩ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層、シリコン光起電層、第１電極及び第２電極を含む。前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層は第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層及び第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層を含む。前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は第１型不純物を含む。前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、前記第１型不純物と反対の極性を形成するための第２型不純物を含む。前記シリコン光起電層は第１型シリコン層及び第２シリコン層を含む。前記第１型シリコン層は前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、第１型ドーパントを含む。前記第２型シリコン層は前記第１型シリコン層下部に形成され、前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む。前記第１電極は前記第２型シリコン層下部に形成される、前記第２電極は前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層上部に、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層を露出されるように形成される。
2020510317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１型不純物を含む第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層、及び前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、前記第１型不純物と反対の極性を形成するための第２型不純物を含む第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層を含むＩ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層と、
前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、第１型ドーパントを含む第１型シリコン層、及び前記第１型シリコン層下部に形成され、前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む第２型シリコン層を含むシリコン光起電層と、
前記第２型シリコン層下部に形成された第１電極と、
前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層上部に、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層を露出されるように形成された第２電極と、を含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕI、ＡｇＢｒ、ＡｇＩとＣｕＦ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｕＦ、ＡｕＣｌ、ＡｕＢｒ、ＡｕＩ、ＣｕＦＣl、ＣｕＢｒＦ、ＣｕＦＩ、ＣｕＣｌＢｒ、ＣｕＣｌＩ、ＣｕＢｒＩ、ＡｇＦＣｌ、ＡｇＦＢｒ、ＡｇＦＩ、ＡｇＣｌＢｒ、ＡｇＣｌＩ、ＡｇＢｒＩ、ＡｕＦＣｌ、ＡｕＦＢｒ、ＡｕＦＩ、ＡｕＣｌＢｒ、ＡｕＣｌＩ、ＡｕＢｒＩ、ＣｕＦ−ＣｌＢｒ、ＣｕＦＣｌＩ、ＣｕＦＢｒＩ、ＣｕＩＢｒＣｌ、
ＡｇＦＣｌＢｒ、ＡｇＦＣｌＩ、ＡｇＦＢｒＩ、ＡｇＣｌＢｒＩ、ＡｕＦＣｌＢｒ、ＡｕＦＣｌＩまたはＡｕＣｌＢｒＩ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】
前記第１型及び前記第２型はそれぞれｐ型及びｎ型か、またはｎ型あるいはｐ型である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Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層は、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層及び前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層の間に形成された無ドーピングＩ‐ＶＩＩ族化合物層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５】
前記シリコン光起電層は、前記第１型シリコン層及び前記第２型シリコン層の間に形成された無ドーピングシリコン層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６】
透明電極層及び前記透明電極層下部に形成されたＩ‐ＶＩＩ族化合物層を含むＩ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層と、
前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、前記第１型ドーパントを含む第１型シリコン層、及び前記第１型シリコン層下部に形成され、前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む第２型シリコン層を含むシリコン光起電層と、
前記第２型シリコン層下部に形成された電極と、を含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項７】
前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕI、ＡｇＢｒ、ＡｇＩとＣｕＦ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｕＦ、ＡｕＣｌ、ＡｕＢｒ、ＡｕＩ、ＣｕＦＣｌ、ＣｕＢｒＦ、ＣｕＦＩ、ＣｕＣｌＢｒ、ＣｕＣｌＩ、ＣｕＢｒＩ、ＡｇＦＣｌ、ＡｇＦＢｒ、ＡｇＦＩ、ＡｇＣｌＢｒ、ＡｇＣｌＩ、ＡｇＢｒＩ、ＡｕＦＣｌ、ＡｕＦＢｒ、ＡｕＦＩ、ＡｕＣｌＢｒ、ＡｕＣｌＩ、ＡｕＢｒＩ、ＣｕＦ−ＣｌＢｒ、ＣｕＦＣｌＩ、ＣｕＦＢｒＩ、ＣｕＩＢｒＣｌ、ＡｇＦＣｌＢｒ、ＡｇＦＣｌＩ、ＡｇＦＢｒＩ、ＡｇＣｌＢｒＩ、ＡｕＦＣｌＢｒ、ＡｕＦＣｌＩまたはＡｕＣｌＢｒＩを含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は、酸素Ｏ、硫Ｓ、セレンＳｅのうちいずれか一つの不純物を含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記透明電極層は、インジウム錫酸化物ＩＴＯまたはインジウムジンク酸化物ＩＺＯを含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記シリコン光起電層は、前記第１型シリコン層及び前記第２型シリコン層の間に形成された無ドーピングシリコン層をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関わり、より詳細には、互いに異なる波長を吸収する光起電層を垂直に積層されたテンデム構造型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の使用によって二酸化炭素が急激に増加することで数多い環境的な問題が台頭されている。それによって、風力発電、潮力発電など共に太陽光発電など代替エネルギーが注目されている。
【０００３】
特に、太陽光発電は広くない場所でも低費用で設置が可能であり、多様な場所で設置されている。このような太陽光発展には太陽電池が使用されるが、一般的に太陽電池は太陽光エネルギーを電気エネルギーに変化させる素子として、ｐ型半導体とｎ型半導体の接合形態を有し、基本構造はダイオードと同一である。
【０００４】
大部分の太陽電池は大面積のｐｎ接合ダイオードからなり、光電エネルギー変換（photovoltatic  energy  conversion）のために太陽電池が基本的に備えるべき条件はｐ型半導体領域は小さい電子密度と大きい正孔密度を有しｎ型半導体領域は大きい電子密度と小さい正孔密度を有することで、半導体構造内で電子が非対称的に存在すべきであるということである。
【０００５】
従って、熱的平行状態でｐ型半導体とｎ型半導体の接合からなるダイオードではキャリアの濃度勾配による拡散で電荷の不均衡が生じ、それによって電気場が形成されてそれ以上キャリアの拡散が起こらなくなる。このようなダイオードにその物質の伝導帯と価電子帯との間のエネルギー差異であるバンドギャップエネルギー以上の光を加える場合光エネルギーを受けた電子は価電子帯から伝導帯に励起される。この際、伝導帯に励起された自由に移動することができ、価電子帯には電子が抜け出たところに正孔が生成される。それを過剰キャリアといい前記過剰キャリアは伝導帯または価伝導帯内で濃度差異によって拡散されるようになる。この際、
ｐ型半導体で励起された電子とｎ型半導体でつくられた正孔はそれぞれ少数キャリアと称し、既存接合前のｐ型半導体またはｎ型半導体内のキャリア（即ち、ｐ型半導体の整合及びｎ型半導体の電子）は少数キャリアと区分して多数キャリアと称する。
【０００６】
前記多数キャリアは電気場で生じたエネルギー障壁によって流れの妨害を受けるがｐ型半導体の少数キャリアである電子はｎ型半導体の方に移動することができる。前記少数キャリアの拡散によってｐｎ接合ダイオード内部に電圧差が生じるようになり、前記ｐｎ接合ダイオードの両極端に発生された起電力を外部回路に連結すると太陽電池として作用するようになる。
【０００７】
このような太陽電池は未だに光効率がよくなくて光効率を向上させようとする多くの研究が進行されている。
【０００８】
例えば、韓国特許１０−１６６７３１、“薄膜太陽電池及びその製造方法”にはシリコン半導体を用いた二つの光起電層が垂直に形成された薄膜太陽電池が開示されている。
【０００９】
しかし、二つの光起電層全部シリコンを使用して吸収波長の帯域がそれほど差異のなくて光の利用効率に限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の解決しようとする課題は、光効率を向上させることのできる太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するための本発明の一実施形態による太陽電池はＩ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層、シリコン光起電層、第１電極及び第２電極を含む。前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層は第１型不純物を含む第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層、及び第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層を含む。前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層第１不純物を含む。前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層は前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、前記第１型不純物と反対の極性を形成するための第２型不純物を含む。前記シリコン光起電層は前記第１型シリコン層及び第２型シリコン層を含む。前記第１型シリコン層は前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、第１型ドーパントを含む。前記第２シリコン層は前記第１型シリコン層下部に形成され、
前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む。前記第１電極は￥前記第２型シリコン層下部に形成される。前記第２電極は前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層上部に、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層を露出されるように形成される。
【００１２】
例えば、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕI、ＡｇＢｒ、ＡｇＩとＣｕＦ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｕＦ、ＡｕＣｌ、ＡｕＢｒ、ＡｕＩ、ＣｕＦＣl、ＣｕＢｒＦ、ＣｕＦＩ、ＣｕＣｌＢｒ、ＣｕＣｌＩ、ＣｕＢｒＩ、ＡｇＦＣｌ、ＡｇＦＢｒ、ＡｇＦＩ、ＡｇＣｌＢｒ、ＡｇＣｌＩ、ＡｇＢｒＩ、ＡｕＦＣｌ、ＡｕＦＢｒ、ＡｕＦＩ、ＡｕＣｌＢｒ、ＡｕＣｌＩ、ＡｕＢｒＩ、ＣｕＦ−ＣｌＢｒ、ＣｕＦＣｌＩ、ＣｕＦＢｒＩ、ＣｕＩＢｒＣｌ、
ＡｇＦＣｌＢｒ、ＡｇＦＣｌＩ、ＡｇＦＢｒＩ、ＡｇＣｌＢｒＩ、ＡｕＦＣｌＢｒ、ＡｕＦＣｌＩまたはＡｕＣｌＢｒＩ を含んでいてもよい。
【００１３】
この際、前記第１型及び前記第２型はそれぞれｐ型及びｎ型か、またはｎ型あるいはｐ型である。
【００１４】
一方、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層は、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層及び前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層との間に形成された無ドーピングＩ‐ＶＩＩ族化合物層をさらに含んでいてもよい。
【００１５】
また、前記シリコン光起電層は、前記第１型シリコン層及び前記第２型シリコン層の間に形成された無ドーピングシリコン層をさらに含んでいてもよい。
【００１６】
本発明の例示的な他の実施形態による太陽電子は、Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層、シリコン光起電層及び電極を含む。前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層光起電層は透明電極層及び前記透明電極層下部に形成されたＩ‐ＶＩＩ族化合物層を含む。前記シリコン光起電層は第１型シリコン層及び第２型シリコン層を含む。前記第１シリコン層は前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層下部に形成され、前記第１型ドーパントを含む。前記第２型シリコン層は前記第１型シリコン層下部に形成され、前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む。前記電極は前記第２型シリコン層下部に形成される。
【００１７】
例えば、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕI、ＡｇＢｒ、ＡｇＩとＣｕＦ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｕＦ、ＡｕＣｌ、ＡｕＢｒ、ＡｕＩ、ＣｕＦＣl、ＣｕＢｒＦ、ＣｕＦＩ、ＣｕＣｌＢｒ、ＣｕＣｌＩ、ＣｕＢｒＩ、ＡｇＦＣｌ、ＡｇＦＢｒ、ＡｇＦＩ、ＡｇＣｌＢｒ、ＡｇＣｌＩ、ＡｇＢｒＩ、ＡｕＦＣｌ、ＡｕＦＢｒ、ＡｕＦＩ、ＡｕＣｌＢｒ、ＡｕＣｌＩ、ＡｕＢｒＩ、ＣｕＦ−ＣｌＢｒ、ＣｕＦＣｌＩ、ＣｕＦＢｒＩ、ＣｕＩＢｒＣｌ、ＡｇＦＣｌＢｒ、ＡｇＦＣｌＩ、ＡｇＦＢｒＩ、ＡｇＣｌＢｒＩ、ＡｕＦＣｌＢｒ、ＡｕＦＣｌＩまたはＡｕＣｌＢｒＩ を含んでいてもよい。
【００１８】
一方、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層は、酸素Ｏ、硫Ｓ、セレンＳｅのうちいずれか一つの不純物を含んでいてもよい。
【００１９】
また、前記透明電極層は、前記透明電極層は、インジウム錫酸化物ＩＴＯまたはインジウムジンク酸化物ＩＺＯを含んでいてもよい。
【００２０】
また、前記シリコン光起電層は、前記第１型シリコン層及び前記第２型シリコン層の間に形成された無ドーピングシリコン層をさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
このような本発明による太陽電池は、互いに吸収波長領域の相異した光起電層を上下に配置することで光の利用効率を向上させることができる。
【００２２】
また、Ｉ‐ＶＩＩ族化合物及びシリコンは格子常数が類似して良質の薄膜を形成することができるようにすうｒことで光の利用効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による太陽電池の概略的な断面図である。
【図２】本発明の例示的な他の実施形態による太陽電池の概略的な断面図である。
【図３】本発明の例示的なさらに他の実施形態による太陽電池の概略的な断面図である。
【図４】Ｉ‐ＶＩＩ族化合物光起電層とシリコン光起電層の接触に対する主要パラメータを求めるための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することできる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示し本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むこととして理解されるべきである。各図面を説明しながら類似した参照番号を類似した構成要素に対して使用した。添付された図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際より誇張して示したものでもある。
【００２５】
第１、第２などの用語は多用な構成要素を説明するのに使用されることがあるが、前記構成要素は前記用語によって限定解釈されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみとして使用される。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく第１構成要素を第２構成要素ということができ、類似に第２構成要素も第１構成要素ということができる。
【００２６】
本出願において使用した用語は単なる特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に示さない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書に記載された特徴、数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないこととして理解されるべきである。また、ＡとＢが‘連結される’という意味はＡとＢが直接的に連結されるか結合すること以外に他の構成要素ＣがＡとＢとの間に含まれてＡとＢが連結されるか結合されることを含むのである。
【００２７】
異なるように定義されない限り、技術的か科学的用語を含んでここで使用される全ての用語は本発明が属する技術分野で通常知識を有した者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有している。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されるべできあり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であるか過度に形式的な意味で解釈されない。また、方法発明に対する特許請求範囲で、各段階が明白に順序に拘束されない限り、各段階はその順序が互いに変わってもよい。
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の好適な一実施形態をより詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の例示的な一実施形態による太陽電池の概略的な断面図であり、図２は本発明の例示的な他の実施形態による太陽電池の概略的な断面図である。
【００３０】
本発明の例示的な一実施形態による太陽電池１００はＩ‐ＶＩＩ族化合物光起電層１１０、シリコン光起電層１２０、第１電極１４０及び第２電極１３０を含む。以下で、説明された、前記第１型及び前記第２型はそれぞれｐ型及びｎ型であるか、またはｎ型であるかｐ型である。即ち、第１型がｐであると、第２型はｎ型であり、それと反対に第１型がｎ型であると第２型はｐ型である。
【００３１】
前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物光起電層１１０は第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層１１１及び第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層１１２を含む。前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層１１１は第１型不純物を含む。前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物光起電層１１２は前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層１１１下部に形成され、前記第１型不純物と反対の極性を形成するための第２不純物を含む。
【００３２】
例えば、前記第Ｉ‐ＶＩＩ族化合物は、ＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕI、ＡｇＢｒ、ＡｇＩとＣｕＦ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｕＦ、ＡｕＣｌ、ＡｕＢｒ、ＡｕＩ、ＣｕＦＣl、ＣｕＢｒＦ、ＣｕＦＩ、ＣｕＣｌＢｒ、ＣｕＣｌＩ、ＣｕＢｒＩ、ＡｇＦＣｌ、ＡｇＦＢｒ、ＡｇＦＩ、ＡｇＣｌＢｒ、ＡｇＣｌＩ、ＡｇＢｒＩ、ＡｕＦＣｌ、ＡｕＦＢｒ、ＡｕＦＩ、ＡｕＣｌＢｒ、ＡｕＣｌＩ、ＡｕＢｒＩ、ＣｕＦ−ＣｌＢｒ、ＣｕＦＣｌＩ、ＣｕＦＢｒＩ、ＣｕＩＢｒＣｌ、ＡｇＦＣｌＢｒ、ＡｇＦＣｌＩ、ＡｇＦＢｒＩ、ＡｇＣｌＢｒＩ、ＡｕＦＣｌＢｒ、ＡｕＦＣｌＩまたはＡｕＣｌＢｒＩ を含んでいてもよい。
【００３３】
この場合、ｐ型不純物は酸素Ｏ、硫Ｓ、セレンＳｅのうちいずれかであり、ｎ型不純物は亜鉛Ｚｎ、またはマグネシウムＭｇであってもよい。
【００３４】
前記シリコン光起電層１２０は第１型シリコン層１２１及び第２シリコン層１２２を含む。前記第１型シリコン層１２１及び第２シリコン層１２２はアモルファスシリコンまたは結晶質シリコンから形成される。
【００３５】
前記第１型シリコン層１２１は前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層１１２下部に形成され、第１型ドーパントを含む。前記第２型シリコン層１２２は前記第１型シリコン層１２１下部に形成され、前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む。
【００３６】
この場合、ｐ型ドーパントは硼素Ｂ、アルミニウムＡｌ、ガリウムＧａなどからなり、ｎ型ドーパントである燐Ｐ、砒素Ａｓなどからなってもよい。
【００３７】
下記の表１で示されたようにＩ‐ＶＩＩ化合物半導体はシリコンと格子常数が類似して良質の薄膜形成が可能である。即ち、前記Ｉ‐ＶＩＩ化合物光起電層１１０は前記シリコン光起電層１２０と格子常数が類似して良質の薄膜形成が可能である。
【００３８】
【表１】
2020510317.tif 000003
【００３９】
また、シリコンがダイヤモンド構造を有すると知られている一方、コッパークロライド（ＣｕＣｌ）はやはりダイヤモンド構造を有する。特に、シリコン基板の１１１面は、基板上にスタック（stack）されてもよい、Ｉ‐ＶＩＩ化合物半導体の結晶構造に適合する。
【００４０】
Ｉ‐ＶＩＩ化合物半導体は相対的に大きい励起子結合エネルギー、例えば、ＩＩＩ族窒化物のものに比べて少なくとも２倍より大きい励起子結合エネルギーを有するがそれによって量子効率を向上させることができる。
【００４１】
また、ＣｕＣｌは紫外線領域に存在し、ＣｕＢｒ及びＣｕＩはバンドギャップエネルギーが可視光線領域に存在するが、シリコンとは吸収波長帯の領域が異なって、このように前記Ｉ‐ＶＩＩ化合物光起電層１１０は前記シリコン光起電層１２０を積層する場合、光利用効率を向上させることができる。
【００４２】
ところで、前記Ｉ‐ＶＩＩ化合物光起電層１１０は吸収波長領域が、前記シリコン光起電層１２０より短い波長領域であるので、前記Ｉ‐ＶＩＩ化合物光起電層１１０が光の入射面となることが望ましい。この場合長波長の光は前記Ｉ‐ＶＩＩ化合物光起電層１１０に吸収できず、前記シリコン光起電層１２０に到達するようになるが、逆に前記シリコン光起電層１２０が上部に位置する場合、長波長の光だけではなく短波長の光も吸収するからである。
【００４３】
前記第１電極１４０は前記第２型シリコン層１２２下部に形成される。前記第１電極１４０は光の入射面の半対面に位置するので、前記第２型シリコン層１２２下部を全体的にカバーするように形成されてもよい。また、光利用効率を増加させるために前記第２型シリコン層１２２の下面に到達した光が上部に反射されるように光反射率の高い金属から形成されてもよい。
【００４４】
前記第２電極１３０は前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１１上部に、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１１を露出させるように形成される。このように、露出された前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１１の領域を通じて光が入射するようになる。
【００４５】
一方、図２で示されたように太陽電池２００で示されるように、前記Ｉ‐ＶＩＩ化合物光起電層１１０は、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１１及び前記第２型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１２の間に形成された無ドーピングＩ‐ＶＩＩ化合物層１１３をさらに含んでいてもよい。
【００４６】
また、前記シリコン光起電層１２０は、前記第１型シリコン層１２１及び前記第２型シリコン層１２２の間に形成された無ドーピングシリコン層１２３をさらに含んでいてもよい。
【００４７】
図２では、無ドーピングＩ‐ＶＩＩ化合物層１１３及び無ドーピングシリコンン層１２３が全部形成されたもので示されているが、無ドーピングＩ‐ＶＩＩ化合物層１１３及び無ドーピングシリコン層１２３のうちいずれか一つのみに形成されてもよい。
【００４８】
また、示されていないが、露出された前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１１の表面にパターンを形成して、太陽光の全反射を防止し、入射される光量を増加させることができ、前記第１型Ｉ‐ＶＩＩ化合物層１１１の表面に反射防止膜を形成してもよい。
【００４９】
図３は本発明の例示的さらに他の実施形態による太陽電池の概略的な断面図である。
【００５０】
本発明の例示的な他の実施形態による太陽電池３００は、Ｉ‐ＶＩＩ族化合物光起電層３１０、シリコン光起電層１２０及び電極１４０を含む。
【００５１】
前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物光起電層３１０は透明電極層３１２及び前記透明電極層３１２下部に形成されたＩ‐ＶＩＩ族化合物層３１１を含む。
【００５２】
前記透明電極層３１２は、光学的に透明で、電気を流れるようにする導体物質であるインジウム錫酸化物ＩＴＯまたはインジウムジンク酸化物を含んでいてもよい。
【００５３】
この際、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層３１１を構成する前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物はＣｕＣｌ、ＣｕＢｒ、ＣｕI、ＡｇＢｒ、ＡｇＩとＣｕＦ、ＡｇＦ、ＡｇＣｌ、ＡｕＦ、ＡｕＣｌ、ＡｕＢｒ、ＡｕＩ、ＣｕＦＣl、ＣｕＢｒＦ、ＣｕＦＩ、ＣｕＣｌＢｒ、ＣｕＣｌＩ、ＣｕＢｒＩ、ＡｇＦＣｌ、ＡｇＦＢｒ、ＡｇＦＩ、ＡｇＣｌＢｒ、ＡｇＣｌＩ、ＡｇＢｒＩ、ＡｕＦＣｌ、ＡｕＦＢｒ、ＡｕＦＩ、ＡｕＣｌＢｒ、ＡｕＣｌＩ、ＡｕＢｒＩ、ＣｕＦ−ＣｌＢｒ、ＣｕＦＣｌＩ、ＣｕＦＢｒＩ、ＣｕＩＢｒＣｌ、ＡｇＦＣｌＢｒ、ＡｇＦＣｌＩ、ＡｇＦＢｒＩ、ＡｇＣｌＢｒＩ、ＡｕＦＣｌＢｒ、ＡｕＦＣｌＩまたはＡｕＣｌＢｒＩ を含んでいてもよい。
【００５４】
インジウム錫酸化物ＩＴＯまたはインジウムジンク酸化物ＩＺＯと接触されたＩ‐ＶＩＩ族化合物との間にはｐｎ接合が形成される。この際、前記インジウム錫酸化物ＩＴＯまたはインジウムジンク酸化物ＩＺＯはｎ型で動作され、Ｉ‐ＶＩＩ族化合物はｐ型で動作するようになる。従って、本実施形態のように、透明電極層３１２をインジウム錫酸化物ＩＴＯまたはインジウムジンク酸化物ＩＺＯで構成する場合、光の入射面積を増加させるようになる。
【００５５】
また、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層３１１はｐ型の不純物をさらに含んでいてもよい。従って、前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層３１１を構成するＩ‐ＶＩＩ族化合物は、 酸素Ｏ、硫Ｓ、セレンＳｅのうちいずれか一つの不純物を含んでいてもよい。
【００５６】
一方、前記シリコン光起電層１２０は第１型シリコン層１２１及び第２型シリコン層１２２を含む。
【００５７】
前記第１型シリコン層１２１は前記Ｉ‐ＶＩＩ族化合物層３１１下部に形成され、前記第１型ドーパントを含む。前記第２型シリコンン層１２２は前記第１型シリコン層１２１下部に形成され、前記第１型ドーパントと反対の極性を形成するための第２型ドーパントを含む。
【００５８】
また、前記シリコン光起電層１２０は、前記第１型シリコン層１２１及び前記第２シリコン層１２２の間に形成された無ドーピングシリコン層（図示せず）をさらに含んでいてもよい。
【００５９】
前記電極１４０は前記第２型シリコン層１２２下部に形成される。前記電極１４０は光の入射面の反対面に位置するので、前記第２型シリコン層１２２下部を全体的にカバーするように形成されてもよい。また、光利用効率を増加させるために前記第２型シリコン層１２２の下面に到達した光が上部に反射されるように光反射率の高い金属から形成されてもよい。
【００６０】
図４はＩ‐ＶＩＩ族化合物光起電層とシリコン光起電層の接触による主要パタメータを求めるための図面である。
【００６１】
図４で示されフォトンフラックス（photon  fiux） Φ に対する数学的表現は下記の数式１のように表現される。
【００６２】
【数１】
2020510317.tif 000004
【００６３】
また、フォトン１個が電子‐正孔対を生成した確率Ｇ（ｘ）は下記の数式２のように表現される。
【００６４】
【数２】
2020510317.tif 000005
【００６５】
この式でＲは反射係数である。
【００６６】
前記の数式２からクワージニュートラル（quasi  neutral）領域の少数キャリア密度 δpn (x)は下記の数式３で表現される。
【００６７】
【数３】
2020510317.tif 000006
【００６８】
この式で Dp は正孔の拡散係数、 τpは超過‐少数‐キャリア生存時間。
【００６９】
前記数式３の一般解（homogeneous  solution）は下記の数式４のように求められる。
【００７０】
【数４】
2020510317.tif 000007
【００７１】
この式で Lp は拡散長さ（Diffusion    Length、(Lp2= Dpτp)）。
【００７２】
一方、数式３を、正孔の場合に適用すると下記の数式５のように表現される。
【００７３】
【数５】
2020510317.tif 000008
【００７４】
従って、数式５を数式４に適用すると、下記の数式６が得られる。
【００７５】
【数６】
2020510317.tif 000009
【００７６】
数式６に対して、図４のように、境界条件を適用すると、下記の数式７のように表現される。
【００７７】
【数７】
2020510317.tif 000010
【００７８】
従って、正孔による電流 Jp は下記の数式８のように表現される。
【００７９】
【数８】
2020510317.tif 000011
【００８０】
同様に、数式３を、電子の場合に適用すると下記の数式９のように表現される。
【００８１】
【数９】
2020510317.tif 000012
【００８２】
この式で、 Dn は電子の拡散係数、 τn は超過−少数‐キャリア生存時間。
【００８３】
従って、数式９を数式４に適用すると、下記の数式１０が得られる。
【００８４】
【数１０】
2020510317.tif 000013
【００８５】
この式で Ln (Ln2 = Dnτn)は拡散長さ。
【００８６】
数式１０に対して、図４のように、境界条件を適用すると、下記の数式１１のように表現される。
【００８７】
【数１１】
2020510317.tif 000014
【００８８】
従って、電子による電流 Jn は下記の数式１２のように表現される。
【００８９】
【数１２】
2020510317.tif 000015
【００９０】
一方、ドリフト電流 Jdr は下記の数式１３のように表現される。
【００９１】
【数１３】
2020510317.tif 000016
【００９２】
従って、空乏領域での電流は下記の数式１４のように表現される。
【００９３】
【数１４】
2020510317.tif 000017
【００９４】
数式１４は一定波長による式であるので、全体波長に対して求めると下記の数式１５のように表現される。
【００９５】
【数１５】
2020510317.tif 000018
【００９６】
また、逆飽和電流は下記の数式１６のように求められる。
【００９７】
【数１６】
2020510317.tif 000019
【００９８】
前記数式１５及び数式１６から下記の数式１７のように太陽電池の主要パラメータを求められる。
【００９９】
【数１７】
2020510317.tif 000020
【０１００】
このように本発明による太陽電池は、互いに吸収波長領域が相異した光起電層を上下に配置することで光の利用効率を向上させることができる。
【０１０１】
また、Ｉ‐ＶＩＩ族化合物及びシリコンは格子常数が類似して良質の薄膜を形成するようにすることで光の利用効率をより向上させることができる。
【０１０２】
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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