KR20050094406A

KR20050094406A - 투광성 박막 태양전지 모듈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050094406A
Application number: KR1020057011037A
Authority: KR
Inventors: 도시노부 나카타; 히데오 야마기시
Original assignee: 가부시키가이샤 가네카
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2005-09-27
Also published as: AU2004204637B2; AU2004204637A1; US20060112987A1; CN100454584C; WO2004064167A1; AU2004204637B8; EP1583155A1; CN1723573A; JPWO2004064167A1

Abstract

절연 투광성 기판의 일 주면 위에 차례로 적층된 제 1 전극층, 반도체층, 및 제 2 전극층으로 이루어지는 직렬 접속된 복수의 광전 변환 셀을 포함하고, 적어도 제 2 전극층이 제거된 복수의 투광성 개구 구멍을 포함하는 투광성 박막 태양전지 모듈로서, 투광성 개구 구멍의 직경이 30㎛∼500㎛의 크기이며, 그 직경의 1.01배 내지 2배의 중심점간 거리로 선상에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고출력, 고투광성이며 외관이 우수한 박막 태양전지 모듈과 그 제조 방법.

Description

투광성 박막 태양전지 모듈 및 그 제조 방법{TRANSPARENT THIN-FILM SOLAR CELL MODULE AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 박막 태양전지 모듈에 관한 것이며, 특히 투광성을 갖고 상기 모듈을 통하여 배경을 확인할 수 있으며, 투광 스크린으로서 사용 가능한 투광성 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.

박막 태양전지는 일반적으로 도 3에 나타낸 구조를 갖는 집적형 박막 태양전지(11)로서 형성하는 경우가 많다. 도 3에 있어서, 광전 변환 셀(10)은 절연 투광성 기판(2) 상에서 제 1 전극층(3), 반도체층(4), 및 제 2 전극층(5)을 차례로 적층한 구조를 갖고 있다. 즉, 집적형 박막 태양전지(11)에서는, 절연 투광성 기판(2) 측 또는 제 2 전극층(5) 측으로부터 입사하는 광이 반도체층(4)에 포함되는 광전 변환 유닛에 의해 광전 변환된다.

도 3에 나타낸 집적형 박막 태양전지(11)에는 상기 박막을 분할하는 제 1 및 제 2 분리 홈(21, 22)과 접속 홈(23)이 설치되어 있다. 이들 제 1 및 제 2 분리 홈(21, 22) 및 접속 홈(23)은 서로 평행하며, 도 3의 단면도의 지면(紙面)에 대하여 수직한 방향으로 연장되어 있다.

제 1 분리 홈(21)은 제 1 전극층(3)을 각각의 광전 변환 셀(10)에 대응하여 분할하고 있으며, 제 1 전극층(3)과 반도체층(4)의 계면에 개구를 갖고, 또한 절연 투광성 기판(2)의 표면을 저면(底面)으로 한다. 이 제 1 분리 홈(21)은 반도체층(4)을 구성하는 실리콘계 박막에 의해 매립되어 있고, 인접하는 제 1 전극층끼리를 전기적으로 절연한다.

제 2 분리 홈(22)은 제 1 분리 홈(21)으로부터 떨어진 위치에 설치되어 있다. 제 2 분리 홈(22)은 반도체층(4) 및 제 2 전극층(5)을 각각의 셀(10)에 대응하여 분할하고 있으며, 제 2 전극층(5)과 밀봉 수지층(6)의 계면에 개구를 갖고, 또한 제 1 전극층(3)의 표면을 저면으로 한다. 이 제 2 분리 홈(22)은 밀봉 수지층(6)에 의해 매립되어 있고, 인접하는 셀(10) 사이에서 제 2 전극층(5)끼리를 전기적으로 절연한다.

접속 홈(23)은 제 1 분리 홈(21)과 제 2 분리 홈(22) 사이에 설치되어 있다. 접속 홈(23)은 반도체층(4)을 분할하고 있으며, 반도체층(4)과 제 2 전극층(5)의 계면에 개구를 갖고, 또한 제 1 전극층(3)의 표면을 저면으로 한다. 이 접속 홈(23)은 제 2 전극층(5)을 구성하는 도전 재료로 매립되어 있고, 인접하는 셀(10)의 한쪽의 제 2 전극층(5)과 다른쪽의 제 1 전극층(3)을 전기적으로 접속한다. 즉, 접속 홈(23) 및 그것을 매립하는 도전 재료는 절연 투광성 기판(2) 상에 병치(竝置)된 셀(10)끼리를 직렬 접속하는 역할을 담당한다.

이들 제 1 분리 홈(21)과 제 2 분리 홈(22)에 의해 사이에 끼워지며 접속 홈(23)을 각각 1개 포함하는 영역은 광전 변환에 기여하지 않는 영역이고, 일반적으로 접속 영역(9)이라고 불린다.

종래, 투광성을 갖는 태양전지 모듈로서, 투광성을 갖는 개구 부분을 광전 변환이 실행되는 활성 영역인 셀 영역 내에 설치하는 방법과 셀 영역 외에 설치하는 방법이 제안되어 있다. 일반적으로, 전자(前者)의 셀 영역 내에 개구 부분을 설치하는 것이 태양전지 모듈면 내에 개구 부분을 더 치밀하게 배치할 수 있기 때문에, 육안으로 보아 모듈 전면(全面)에 균일하고 우수한 투광성 및 외관을 갖는 모듈로 된다.

여기서, 모듈 내의 개구 부분의 형태로서는, 특정한 형상의 반복 예를 들어 벌집 형상이 투광성을 갖는 개구 구멍의 형태로서 제안되어 있다(미국특허 4,795,500호). 또한, 등간격이며 평행한 직선 형상의 개구 홈도 투광성을 갖는 개구 부분으로서 제안되어 있다(미국특허 5,254,179호).

이들 개구 부분의 형성 방법으로서는, 레이저 스크라이브법, 습식 에칭법, 건식 에칭법, 리프트 오프(lift-off)법, 와이어 마스크(wire mask)법 등을 사용할 수 있지만, 박막 태양전지 모듈의 경우에는 펄스 레이저 광을 기판에 대하여 상대적으로 주사하고, 기판 상의 박막을 가공, 즉, 패터닝하는 소위 레이저 스크라이브법을 적용할 수 있다. 집적형 박막 태양전지 모듈의 제조에서는, 광전 변환 셀을 직렬 접속하기 위한 패터닝 공정과, 투광성을 갖는 개구 부분을 형성하기 위한 패터닝 공정을 레이저 스크라이브법에 의해 동일한 장치에 의해 실시하는 것이 가능하다(일본국 공개특허평4-348570호).

그런데, 박막 태양전지에서는, 그 제조 공정의 최종 단계 부근에서, 1개의 광전 변환 셀의 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 역바이어스 전압을 인가하여 광전 변환 셀 내의 단락(短絡) 결함부를 제거하는 「역(逆)바이어스 처리」라고 칭하는 방법에 의해 태양전지 특성을 향상시키는 것이 일반적이다(일본국 공개특허2000-277775호 공보, 일본국 공개특허2001-053302호 공보).

모듈 내의 투광성 개구 부분을 개구 구멍으로서 형성할 경우, 인접하는 개구 구멍끼리의 간격을 충분히 짧게 하지 않으면, 이들 개구 구멍이 불연속적으로 확인되고, 투광성 박막 태양전지 모듈을 통하여 관찰되는 배경 또는 영상은 그 휘도 및 해상도가 불충분하여 선명해지지 않는다는 문제가 있다. 또한, 개구 구멍이 지나치게 작으면 투광성이 급격하게 저하되고, 개구 구멍이 지나치게 크면 외관이나 태양전지 출력의 점에서 문제가 있다.

반대로, 모듈 내의 투광성 개구 부분을 개구 홈으로서 형성할 경우, 제 2 전극층이 개구 홈에 의해 제거되어, 1개의 광전 변환 셀의 제 2 전극층이 복수개로 분할되어 있기 때문에, 「역바이어스 처리」를 충분히 행할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 모듈 내의 투광성 개구 부분을 개구 홈으로서 형성할 경우, 레이저 스크라이브법에 의해 투광성을 갖는 개구 구멍을 연속적으로 배열하는 것으로 이 개구 홈을 형성하기 위해서는, 레이저광 조사 간격을 레이저광 조사에 의해 형성되는 투광성 개구 구멍의 크기보다 짧게 할 필요가 있어, 레이저광의 주사 속도가 제한된다.

또한, 투광성 박막 태양전지 모듈에 대한 투광성을 갖는 개구 구멍의 비율을 증대시키면, 명료한 상을 얻을 수 있지만, 광전 변환 특성은 저하된다.

도 1은 본 발명의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)을 개략적으로 나타내는 평면도.

도 2는 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 3은 집적형 박막 태양전지(11)를 개략적으로 나타내는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 투광성 박막 태양전지 모듈

2 : 절연 투광성 기판

3 : 제 1 전극층

4 : 반도체층

5 : 제 2 전극층

6 : 밀봉 수지층

7 : 이면 밀봉 재료

8 : 투광성 개구 구멍

9 : 접속 영역

10 : 광전 변환 셀

11 : 집적형 박막 태양전지

12 : 집적 방향

17 : 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 연속적으로 배치된 개구 홈

18 : 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부

21 : 제 1 분리 홈

22 : 제 2 분리 홈

23 : 접속 홈

81 : 투광성 개구 구멍(8)의 직경

82 : 투광성 개구 구멍(8)의 구멍 중심간 거리

본 발명자들은 상기 과제를 감안하여 예의 검토를 행한 결과, 절연 투광성 기판의 일 주면(主面) 상에 차례로 적층된 제 1 전극층, 반도체층, 및 제 2 전극층을 포함하는 다층막을 포함하고, 직렬 접속된 복수의 광전 변환 셀을 포함하며, 상기 셀 영역에 적어도 상기 제 2 전극층이 제거된 복수의 투광성 개구 구멍을 포함하는 투광성 박막 태양전지 모듈로서, 상기 투광성 개구 구멍의 직경이 30㎛∼300㎛의 크기이며, 복수의 상기 투광성 개구 구멍이 그 직경의 1.01배 내지 2배의 중심점간 거리로 선상(線上)에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈로 함으로써, 배경의 불선명화 문제가 현저하게 감소되고, 또한 역바이어스 처리를 충분히 실시할 수 있기 때문에 출력이 높으며 외관이 우수한 투광성 박막 태양전지 모듈로 되는 것을 발견했다.

이러한 투광성 개구 구멍은 제 1 전극층, 반도체층, 및 제 2 전극층을 포함하는 다층막에 레이저광을 조사하여 형성하는 방법에서, 레이저광을 Q-스위치에 의해 간헐적으로 조사하면서 다층막에 대하여 주사하는 방법에 의해 형성할 수 있다.

투광성 및 생산성의 점에서는, 복수의 상기 투광성 개구 구멍이 그 직경의 1.01배 내지 1.5배의 간격으로 선상에 배치되어 이루어지는 투광성 박막 태양전지 모듈로 하는 것이 바람직하다.

모듈 전면에 균일하게 높은 투광성을 부여하기 위해서는, 상기 투광성 개구 구멍의 직경을 100㎛∼300㎛로 하는 것이 좋다.

투광성 및 모듈 출력의 점에서는, 상기 셀 영역에 대한 상기 투광성 개구 구멍 합계의 면적 비율을 5%∼30%로 하는 것이 좋다.

모듈 외관상 상기 투광성 개구 구멍이 상기 광전 변환 셀의 직렬 접속 방향으로, 바람직하게는 직선 상에 배치되고, 보다 바람직하게는 등간격으로 서로 평행한 직선 상에 배치된다.

상기와 같은 투광성 박막 태양전지 모듈은, 상기 다층막 상에 높은 투과율 및 내후성을 갖는 불소계 수지 또는 유리를 이면(裏面) 밀봉 재료로서 배치함으로써, 신뢰성이 우수한 것으로 된다.

또한, 투광성 개구 구멍의 형성 후에, 역바이어스 처리함으로써 높은 변환 효율의 투광성 박막 태양전지 모듈의 제조가 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도 1, 도 2 및 도 3의 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 또한, 본원의 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내며, 중복되는 설명은 반복되지 않는다.

절연 투광성 기판(2)으로서는, 예를 들어 유리판이나 투명 수지 필름 등을 사용할 수 있다. 유리판으로서는, 대면적의 판을 저렴하게 입수할 수 있으며 투명성 및 절연성이 높은, SiO₂, Na₂O 및 CaO을 주성분으로 하는 양 주면이 평활한 플로트(float) 판유리를 사용할 수 있다.

절연 투광성 기판(2) 측으로부터 반도체층(4) 내에 광이 입사할 경우에는, 제 1 전극층(3)은 ITO(인듐주석산화물)막, SnO₂막, 또는 ZnO막과 같은 투명 도전성 산화물 등으로 구성할 수 있다. 반대로, 제 2 전극층(5) 측으로부터 반도체층(4) 내에 광이 입사할 경우에는, 제 1 전극층(3)은 은막이나 알루미늄막과 같은 금속층으로 구성할 수 있다. 또한, 제 1 전극층(3)은 다층 구조일 수도 있다. 제 1 전극층(3)은 증착법, CVD법, 또는 스퍼터링법 등 그 자체로 공지인 기상 퇴적법을 이용하여 형성할 수 있다. 제 1 전극층(3)의 표면에는 미세한 요철(凹凸)을 포함하는 표면 텍스처(texture) 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 전극층(3)의 표면에 이러한 텍스처 구조를 형성함으로써, 광전 변환 유닛을 형성하는 반도체층(4)으로의 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다.

반도체층(4)으로서는, 예를 들어 비정질 광전 변환층을 포함하는 비정질 박막 광전 변환 유닛이나, 결정질 광전 변환층을 포함하는 결정질 박막 광전 변환 유닛을 형성할 수 있다. 또한, 반도체층(4)은 비정질 박막 광전 변환 유닛과 결정질 박막 광전 변환 유닛을 포함하는 탠덤(tandem)형, 더 나아가서는 트리플(triple)형으로 할 수도 있다. 이 경우, 비정질 광전 변환 유닛은 예를 들어 제 1 전극층(3) 측으로부터 p형 실리콘계 반도체층, 비도핑 실리콘계 비정질 광전 변환층, 및 n형 실리콘계 반도체층을 차례로 적층한 구조를 가질 수 있다. 또한, 결정질 광전 변환 유닛은 예를 들어 비정질 광전 변환 유닛 측으로부터 p형 실리콘계 반도체층, 비도핑 실리콘계 결정질 광전 변환층, 및 n형 실리콘계 반도체층을 차례로 적층한 구조를 가질 수 있다. 이들 중 어느쪽 반도체층도 플라즈마 CVD법에 의해 형성될 수 있다.

제 2 전극층(5)은 전극으로서의 기능을 가질 뿐만 아니라, 절연 투광성 기판(2) 측으로부터 광을 입사할 경우에는, 반도체층(4)에 입사하여 제 2 전극층(5)까지 도착한 광을 반사하여, 반도체층(4) 내에 재입사시키는 반사층으로서의 역할도 수행한다. 제 2 전극층(5)은 은이나 알루미늄 등을 사용하여 증착법이나 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 제 2 전극층(5)과 반도체층(4) 사이에는 예를 들어 양자 사이의 접착성을 향상시키기 위해, ZnO과 같은 비금속 재료로 이루어지는 투명 전도성 박막(도시 생략)을 삽입할 수도 있다. 또한, 제 2 전극층(5) 측으로부터 광을 입사할 경우에는, 제 2 전극층(5)은 ITO막, SnO₂막, 또는 ZnO막과 같은 투명 도전성 산화물 등으로 구성할 수 있다.

상술한 투광성 박막 태양전지 모듈(1)은 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.

우선, 절연 투광성 기판(2)의 일 주면 상의 전면(全面)에 제 1 전극층(3)을 제막한 후, 예를 들어 YAG 기본파 레이저광을 조사하여 제 1 전극층(3)을 직사각형 형상으로 분할하는 제 1 분리 홈(21)을 형성한다.

또한, 반도체층(4) 상에 제 2 전극층(5)을 퇴적한다. 이 제 2 전극층(5)의 퇴적에 따라, 접속 홈(23)은 제 2 전극층과 동일한 금속 재료로 매립되고, 제 2 전극층(5)과 제 1 전극층(3)이 전기적으로 접속된다. 다음으로, 반도체층(4)과 제 2 전극층(5)에 대한 레이저 스크라이브에 의해 제 2 분리 홈(22)을 형성한다.

다음으로, 제 1 분리 홈(21)이 형성된 제 1 전극층(3)에 걸쳐 반도체층(4)으로서 비정질 실리콘 및/또는 다결정 실리콘을 플라즈마 CVD법 등에 의해 p형, i형, n형의 순서로 1회 이상 적층한 후, 예를 들어 YAG 제 2 고조파 레이저광을 조사하여 반도체층(4)을 직사각형 형상으로 분할하는 접속 홈(23)을 형성한다.

이어서, 접속 홈(23)이 형성된 반도체층(4)에 걸쳐 제 2 전극층(5)으로서, 예를 들어 투명 전도성 박막 및 금속막을 이 순서로 스퍼터링법 등에 의해 제막한 후, 예를 들어 YAG 제 2 고조파 레이저광을 절연 투광성 기판(2) 측으로부터 조사하여 제 2 전극층(5)을 직사각형 형상으로 분할하는 제 2 분리 홈(22)을 형성한다.

또한, 예를 들어 절연 투광성 기판(2) 측으로부터 YAG 기본파 및 제 2 고조파 레이저광을 조사하면서 주사하고, 제 1 전극층(3), 반도체층(4) 및 제 2 전극층(5)을 제거함으로써, 절연 투광성 기판(2) 주위로부터 셀 영역을 분리하여, 셀 영역 주위로부터의 절연성을 확보했다.

이렇게 하여, 절연 투광성 기판(2)의 일 주면 상에 차례로 적층된 제 1 전극층(3), 비정질 및/또는 다결정 실리콘계 반도체로 이루어지는 반도체층(4), 제 2 전극층(5)을 포함하는 다층막을 포함하고, 직렬 접속된 복수의 광전 변환 셀(10) 및 복수의 접속 영역(9)을 포함하는 셀 영역을 포함하는, 복수의 동일 형상의 직사각형 형상 광전 변환 셀(10)이 직렬 접속된 집적형 박막 태양전지(11)가 형성된다.

마지막으로, 상기와 같이 형성된 집적형 박막 태양전지(11)에 예를 들어 절연 투광성 기판(2) 측으로부터 YAG 제 2 고조파 레이저광을 조사하면서 주사하고, 상기 이면 전극막(5)의 분할과 동일한 방법으로 도 1에 나타낸 복수의 투광성 개구 구멍(8)을 형성한다.

이 투광성 개구 구멍(8)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 불연속으로서 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)로 되도록 형성되고, 또한 그 직경(81)이 30㎛∼500㎛의 크기로서 그 중심점간 거리(82)가 그 직경(81)의 1.01배 내지 2배의 간격으로 되도록 형성된다. 상기 개구 구멍(8)의 배열은 대략 선상으로 하지만, 생산성 등의 관점에서 상기와 같이 대략 일직선상으로 하는 것이 바람직하다.

투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)가 그 직경(81)의 2배보다 큰 경우, 투광성 개구 구멍(8)의 사이에 존재하는 불투광 부분이 현저하게 인식된다. 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)가 그 직경(81)의 2배 이하인 경우, 불연속의 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)는 눈으로 보아 5m 정도의 거리부터 연속적인 투광 홈으로서 지각된다. 또한, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)가 직경(81)의 1.01배 미만인 경우, 투광성 개구 구멍(8) 사이에 잔류된 반도체층(4) 및 제 2 전극층(5)이 레이저 스크라이브에 의한 열의 영향을 강하게 받아, 박리 등이 발생하는 약한 상태로 되는 동시에, 이 부분이 광전 변환 셀(10)의 결함으로 되어, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 출력 저하의 원인으로 된다. 보다 바람직하게는, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)는 직경(81)의 1.5배 이하이며, 이 경우, 불연속의 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)는 눈으로 보아 1m의 거리부터 연속적인 투광 홈으로서 지각된다.

또한, 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81)은 30㎛∼500㎛로 한다. 직경(81)이 30㎛ 미만인 경우, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 투광성을 부여하는 것이 실질적으로 불가능하다. 또한, 직경(81)이 500㎛를 초과할 경우, 레이저 스크라이브에서 매우 큰 레이저 파워가 필요하게 되어, 레이저광의 출사 장치 및 부수되는 광학계가 매우 고가의 것으로 된다. 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81)이 50㎛∼300㎛의 범위에서 대략 실질적인 생산이 가능해져 더 바람직하다. 가장 바람직한 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81) 범위는 100㎛∼300㎛이며, 충분한 투광성을 갖는 투광성 박막 태양전지 모듈(1)을, 현재 저렴하게 시판되고 있는 펄스 레이저 스크라이브 가공 장치를 사용한 경우, 최적의 밸런스의 가공 조건으로 제조할 수 있다.

셀 영역의 면적에 대한 투광성 개구 구멍(8)의 합계 면적의 면적 비율, 소위 개구율은 1%∼50%가 바람직하다. 개구율이 1% 미만인 경우에는, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 투광성이 불충분하다. 또한, 개구율이 50%를 초과할 경우에는, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 출력이 불충분하다. 개구율의 바람직한 범위는 5∼30%이다. 개구율이 5% 이상이면, 맑은 날에 직사 광선을 차단하면서 실내에 충분한 채광이 가능하고, 또한 개구율이 30% 이하이면, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 출력을 충분히 확보할 수 있다. 가장 바람직한 개구율의 범위는 10%∼20%이며, 개구율이 10% 이상이면, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)을 투광형 스크린으로서 사용하여도 충분한 휘도와 해상도의 화상을 얻을 수 있고, 또한 개구율이 20% 이하의 비율이면, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)을 일반적인 태양전지 모듈로서 취급하여도 출력적으로 손색이 없다.

상술한 개구율과 관련하여, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 선상에 배치된 개구부(18)의 인접하는 개구부(18)끼리의 간격은 투광성 박막 태양전지 모듈을 통하여 관찰되는 배경 또는 영상이 그 휘도 및 해상도가 충분히 선명해지도록 0.5㎜∼3㎜가 바람직하고, 생산성의 관점을 가미하면 0.8㎜∼1.5㎜가 특히 바람직하다.

또한, 집적형 박막 태양전지(11)에 투광성 개구 구멍(8)을 형성시키기 위한 레이저 스크라이브는, 동시에 복수의 레이저광을 다층막이 적층된 절연 투광성 기판(2)의 각각 다른 부분에 조사함으로써 실시할 수 있다. 1개의 레이저광을 주사하여 투광성 개구 구멍(8)을 절연 투광성 기판(2)의 전면에 형성할 경우에는, 레이저광의 주사 시간이 현저하게 길어져 실질적으로 생산이 곤란해진다.

다음으로, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)를 집적형 박막 태양전지(11)에 형성한 후, 서로 인접하는 광전 변환 셀(10)의 제 2 전극층(5) 사이에 역바이어스 전압을 인가함으로써, 광전 변환 셀(10) 중의 단락 결함부를 제거하는 역바이어스 처리를 행하였다.

구체적인 역바이어스 처리의 조건으로서는, 최초의 스텝에서 상기 전압이 0∼2V 범위인 60㎐ 정현파를 0.1초간 인가하여 흐르는 전류의 피크 값이 0.05A 미만인 경우에는 처리 종료로 하고, 0.05A 이상인 경우에는 다음 스텝의 전압을 인가했다. 2번째 스텝에서는 상기 전압이 0∼4V 범위인 60㎐ 정현파를 0.1초간 인가하여 흐르는 전류의 피크 값이 0.05A 미만인 경우에는 처리 종료로 하고, 0.05A 이상인 경우에는 다음 스텝의 전압을 인가했다. 3번째 스텝에서는 상기 전압이 0∼6V 범위인 60㎐ 정현파를 0.1초간 인가하여 흐르는 전류의 피크 값이 0.1A 미만인 경우에는 처리 종료로 하고, 0.1A 이상인 경우에는 다음 스텝의 전압을 인가했다. 4번째 스텝에서는 상기 전압이 0∼8V 범위인 60㎐ 정현파를 0.1초간 인가했다.

마지막으로, 전력 출력용 전극을 양단의 광전 변환 셀(10) 부근에 배치하고, 투광성 수지의 밀봉 수지층(6)과, 색채가 없는 투광성의 이면 밀봉 재료(7)를 제 2 전극층(5) 상에 차례로 중첩시킨 상태에서 진공 라미네이션 장치를 사용하여 가열 진공 밀봉을 행하였다. 여기서, 절연 투광성 기판(2) 측으로부터 입사한 태양광의 일부가 투광성 개구 구멍(8)을 통하여 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 이면 밀봉 재료(7) 측에 투과하도록, 또한 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 내후성을 충분한 것으로 하기 위해, 밀봉 수지층(6)으로서는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 등이, 이면 밀봉 재료(7)로서는 유리, 불소계 수지 필름 등의 색채가 없는 재료를 사용하는 것이 좋다. 이렇게 하여 제조한 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 태양전지 성능을 측정했다.

이하, 본 발명을 비교예와 함께 몇 가지 실시예에 의거하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한 이하의 기재 예에 한정되지 않는다.

상술한 실시예에 따라, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)가 배치된 투광성 박막 태양전지 모듈(1)을 제조했다.

우선, 910㎜×910㎜의 면적과 5㎜의 두께를 갖는 유리 기판(2) 상에 투명 도전막(3)으로서, 열 CVD법에 의한 두께 약 700㎚의 SnO₂막을 제막했다. 이 SnO₂막(3)에 대하여 SnO₂막(3) 측으로부터 YAG 기본파 레이저광 빔을 조사함으로써, 제 1 분리 홈(21)을 패터닝 가공 형성했다. 제 1 분리 홈(21)의 홈 폭은 60㎛로 하고, 홈과 홈의 간격을 8.88㎜로 했다. 다음으로, 가공에 의해 생긴 미분(微粉) 등을 세정 제거한 후, 유리 기판(2)을 플라즈마 CVD 제막 장치에 반입하고, 두께 약 300㎚의 비정질 실리콘으로 이루어지는 광전 변환막을 반도체층(4)으로서 제막했다. CVD 장치로부터 유리 기판(2)을 반출한 후, 반도체층(4)에 유리 기판(2) 측으로부터 YAG 제 2 고조파 레이저광을 조사하여 접속 홈(23)을 형성했다. 접속 홈(23)의 홈 폭은 80㎛로 하고, 인접하는 접속 홈(23)과 제 1 분리 홈(21)의 중심선간 거리를 170㎛로 했다.

다음으로, 제 2 전극층(5)으로서, 두께 약 80㎚의 ZnO막과 두께 약 300㎚의 Ag막을 이 순서로 스퍼터링법에 의해 반도체층(4) 상에 제막했다. 또한, 제 2 전극층(5)에 유리 기판(2) 측으로부터 YAG 제 2 고조파 레이저광을 조사하여 직사각형 형상으로 분할하여 제 2 분리 홈(22)을 형성했다. 제 2 분리 홈(22)의 홈 폭은 80㎛로 하고, 인접하는 제 2 분리 홈(22)과 접속 홈(23)의 중심선간 거리를 170㎛로 했다. 셀 영역과 접속 영역(9)을 유리 기판(2) 주위로부터 절연하기 위해, 유리 기판(2)의 주변를 따라 YAG 레이저 광을 조사하여 SnO₂막(3), 비정질 실리콘 광전 변환막(4), 및 제 2 전극층(5)을 제거했다. 이상과 같이 하여, 892㎜ 길이의 광전 변환 셀(10)이 100개 직렬 접속된 집적형 박막 태양전지(11)를 얻었다.

다음으로, 유리 기판(2) 측으로부터 YAG 제 2 고조파 레이저광을 조사하여, 집적 방향(21)으로 평행하며 888㎜ 길이의 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)를 1㎜ 간격으로 891개 집적형 박막 태양전지(11) 상에 배치했다.

또한, 전력 출력용 전극으로서 땜납 도금 구리박을 복수의 점 형상으로 미리 유리 기판(2) 상에 형성한 무연(lead-free) 땜납을 통하여 광전 변환 셀(10) 부근에 배치함으로써, 유리 기판(2)에 한 쌍의 전극을 설치했다. 그 후, 인접하는 광전 변환 셀(10)의 제 2 전극층(5) 사이에 전압을 인가하여 역바이어스 처리를 행하였다.

마지막으로, EVA(6)와 두께 3㎜의 유리판(7)을 제 2 전극층(5) 상에 차례로 중첩시킨 상태에서 진공 라미네이션 장치를 사용하여 가열 진공 밀봉을 행하였다.

제조한 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 대해서, 광원으로서 크세논 램프 및 할로겐 램프를 사용하여 AM 1.5(100㎽/㎠)의 스펙트럼 및 광량의 광을 조사하고, 25℃에서 광전 변환 특성을 측정했다.

(실시예 1)

실시예 1에서는, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)의 형성을 집적형 박막 태양전지(11)에 유리 기판(2) 측으로부터 Q-스위치 주파수 1㎑, 가공점 파워 0.30W, 주사 속도 200㎜/s의 조건의 레이저광을 조사함으로써 행하였다.

얻어진 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81)은 평균 170㎛이며, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)는 200㎛, 그 사이에 존재하는 비가공의 불투명 부분 길이는 평균 30㎛이었다. 그 결과, 개구율이 11.3%인 투광성 박막 태양전지 모듈(1)이 얻어지고, 그 광전 변환 특성은 각각 개방 전압 88.8V, 단락 전류 1.008A, 필팩터(fill-factor) 0.609, 최대 출력 54.5W이었다.

실시예 1의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 대하여, 시판중인 실내형 프로젝터를 사용하여 2m의 거리에서 영상을 투영한 바, 투광 투영 화상은 30㎝의 위치로부터 연속적으로 관찰되고, 해상도 및 휘도 모두 충분했다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)의 형성을 집적형 박막 태양전지(11)에 유리 기판(2) 측으로부터 Q-스위치 주파수 1㎑, 가공점 파워 0.30W, 주사 속도 300㎜/s의 조건의 레이저광을 조사함으로써 행하였다.

얻어진 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81)은 평균 170㎛이며, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)는 300㎛, 그 사이에 존재하는 비가공의 불투명 부분 길이는 평균 130㎛이었다. 그 결과, 개구율 7.5%의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)이 얻어지고, 그 광전 변환 특성은 각각 개방 전압 89.8V, 단락 전류 1.050A, 필팩터 0.612, 최대 출력 57.7W이었다.

실시예 2의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 대하여, 시판중인 실내형 프로젝터를 사용하여 2m의 거리에서 영상을 투영한 바, 투광 투영 화상은 5m의 위치로부터 연속적으로 관찰되고, 해상도 및 휘도 모두 충분했다.

(실시예 3)

실시예 3에서는, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)의 형성을 집적형 박막 태양전지(11)에 유리 기판(2) 측으로부터 Q-스위치 주파수 1㎑, 가공점 파워 0.10W, 주사 속도 100㎜/s의 조건의 레이저광을 조사함으로써 행하였다.

얻어진 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81)은 평균 80㎛이며, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)는 100㎛, 그 사이에 존재하는 비가공의 불투명 부분 길이는 평균 20㎛이었다. 그 결과, 개구율 5.0%의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)이 얻어지고, 그 광전 변환 특성은 각각 개방 전압 89.5V, 단락 전류 1.062A, 필팩터 0.623, 최대 출력 59.2W이었다.

실시예 3의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 대하여, 시판중인 실내형 프로젝터를 사용하여 2m의 거리로부터 영상을 투영한 바, 투광 투영 화상은 30㎝의 위치로부터 연속적으로 관찰되고, 해상도 및 휘도 모두 충분했다.

(비교예 1)

비교예 1에서는, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)의 형성을 집적형 박막 태양전지(11)에 유리 기판(2) 측으로부터 Q-스위치 주파수 1㎑, 가공점 파워 0.30W, 주사 속도 400㎜/s의 조건의 레이저광을 조사함으로써 행하였다.

얻어진 투광성 개구 구멍(8)의 직경(81)은 평균 170㎛이며, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리(82)는 400㎛, 그 사이에 존재하는 비가공의 불투명 부분 길이는 평균 230㎛이었다. 그 결과, 개구율이 5.7%인 투광성 박막 태양전지 모듈(1)이 얻어지고, 그 광전 변환 특성은 각각 개방 전압 89.2V, 단락 전류 1.072A, 필팩터 0.621, 최대 출력 59.4W이었다.

비교예 1의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 대하여, 시판중인 실내형 프로젝터를 사용하여 2m의 거리로부터 영상을 투영한 바, 투광 투영 화상은 모두 5m의 위치로부터도 불연속적으로 관찰되었다.

(비교예 2)

비교예 2에서는, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)의 형성 대신에, 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 연속적으로 배치된 개구 홈(17)의 형성을 행하였다. 구체적으로는, 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 연속적으로 배치된 개구 홈(17)의 형성을 집적형 박막 태양전지(11)에 유리 기판(2) 측으로부터 Q-스위치 주파수 1㎑, 가공점 파워 0.30W, 주사 속도 100㎜/s의 조건의 레이저광을 조사함으로써 행하였다. 이것에 의해, 투광성을 갖는 개구 홈(17)이 1㎜ 간격으로 891개 배치되었다.

또한, 비교예 2에서는 역바이어스 처리를 투광성 개구 구멍(8)의 형성 전에 행하였다.

얻어진 개구 홈(17)의 폭은 평균 170㎛이며, 그 결과, 개구율이 17%인 투광성 박막 태양전지 모듈(1)이 얻어지고, 그 광전 변환 특성은 각각 개방 전압 87.9V, 단락 전류 0.975A, 필팩터 0.590, 최대 출력 50.6W이었다.

이상과 같이, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 투광성 기능을 부여하는 형태로서는, 실시예 1, 2, 및 3에서 나타낸 바와 같이, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)를 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에 설치한 것이 우수한 형태이며, 비교예 1에 나타낸 바와 같이, 투광성 개구 구멍(8)의 중심점간 거리, 즉, 간격이 투광성 개구 구멍 직경의 2배보다 커지면, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)의 투광성 개구 구멍(8)이 불연속적으로 관찰되고, 투광성 박막 태양전지 모듈(1)을 통하여 얻어지는 배경이나 프로젝터를 사용한 투영한 투과 화상의 외관이 선명해지지 않는다.

또한, 비교예 2와 같이 투광성 개구 구멍(8)을 연속적으로 배치하여 개구 홈(17)으로 한 형태보다도 레이저광(12)의 주사 속도를 증대시키는 것이 가능하다. 예를 들어 비교예 2에서는 레이저광(12)의 주사 속도를 100㎜/s로 했지만, 실시예 1에서는 200㎜/s로서 2배의 주사 속도로 된다. 또한, 그것에 따른 개구율의 변화는 17% 내지 11.3%로 33% 정도의 저하에 그친다. 즉, 예를 들어 실시예 1의 개량된 형태로서, 고립된 투광성 개구 구멍(8)이 직선 상에 배치된 개구부(18)의 투광성 박막 태양전지 모듈(1)에서의 개수를 증가시키고, 비교예와 동일한 개구율이 얻어지는 설정으로 하여도, 충분한 생산성을 기대할 수 있다.

또한, 비교예 2에서는 투광성 개구 구멍(8)이 일직선 상에 연속적으로 배치된 개구 홈(17)을 배치한 집적형 박막 태양전지(21)이며, 제 2 전극층(4)이 분할되어 있기 때문에, 역바이어스 전압의 인가에 의해 광전 변환 셀(10) 중의 단락 결함부를 충분히 회복할 수 없어, 상정(想定)되는 파워 특성을 충분히 발휘할 수 없었지만, 실시예 1, 2 및 3에서는 역바이어스 처리가 투광성 개구 구멍(8) 형성 후에 가능하며, 비교예와 비교하여 개방 전류 및 필팩터가 크기 때문에, 큰 광전 변환 효율이 얻어진다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 고출력, 고투광성이며 외관이 우수한 투광성 박막 태양전지 모듈을 제공할 수 있고, 또한 양호한 생산성으로 제조할 수 있다.

Claims

절연 투광성 기판의 일 주면(主面) 상에 차례로 적층된 제 1 전극층, 반도체층, 및 제 2 전극층을 포함하는 다층막을 포함하고, 직렬 접속된 복수의 광전 변환 셀을 포함하는 셀 영역을 포함하며, 상기 셀 영역에 적어도 상기 제 2 전극층이 제거된 복수의 투광성 개구 구멍을 포함하는 투광성 박막 태양전지 모듈로서,

상기 투광성 개구 구멍의 직경이 30㎛∼500㎛의 크기이며, 또한 복수의 상기 투광성 개구 구멍이 그 직경의 1.01배 내지 2배의 중심점간 거리로 선(線) 상에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항에 있어서,

복수의 상기 투광성 개구 구멍이 그 직경의 1.01배 내지 1.5배의 간격으로 직선(直線) 상에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

투광성 개구 구멍의 직경이 100㎛∼300㎛의 크기인 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

셀 영역에 대한 상기 투광성 개구 구멍 합계의 면적 비율이 5%∼30%인 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

투광성 개구 구멍이 상기 광전 변환 셀의 직렬 접속 방향과 평행한 선 상에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

투광성 개구 구멍이 등간격으로 서로 평행한 직선 상에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

이면(裏面) 밀봉 재료가 불소계 수지 또는 유리인 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈.
제 1 항에 기재된 투광성 박막 태양전지 모듈의 제조 방법으로서,

투광성 개구 구멍이 레이저광을 상기 다층막에 조사함으로써 형성되고, 인접하는 직선 상의 투광성 개구 구멍 중심 간격이 절연 투광성 기판과 레이저광의 상대 주사 속도와 레이저광의 Q-스위치 주파수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 투광성 박막 태양전지 모듈의 제조 방법으로서,

상기 투광성 개구 구멍의 형성 후에, 역(逆)바이어스 처리하는 것을 특징으로 하는 투광성 박막 태양전지 모듈의 제조 방법.