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KR20170076754A - 2중 층 광전지 장치 - Google Patents

2중 층 광전지 장치 Download PDF

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Publication number
KR20170076754A
KR20170076754A KR1020177014215A KR20177014215A KR20170076754A KR 20170076754 A KR20170076754 A KR 20170076754A KR 1020177014215 A KR1020177014215 A KR 1020177014215A KR 20177014215 A KR20177014215 A KR 20177014215A KR 20170076754 A KR20170076754 A KR 20170076754A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar cell
cell
bulk
thin film
layer
Prior art date
Application number
KR1020177014215A
Other languages
English (en)
Inventor
미카엘 비요크
요나스 올슨
라르스 사무엘슨
에릭 사우어
잉바르 오베리
Original Assignee
솔 발테익스 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 솔 발테익스 에이비 filed Critical 솔 발테익스 에이비
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Abstract

하이브리드 광전지 장치(1)로서, 수직으로 정렬된 나노와이어(25)들의 어레이를 포함하는 제1층(21) 내에 배치된 박막 솔라 셀(2)로서, 상기 나노와이어들은 제1스펙트럼 범위에 대응하는 제1밴드 갭을 갖는 접합을 갖고, 상기 나노와이어(25)들은 흡수 영역을 형성하며, 비-흡수 영역들이 나노와이어들 사이에 형성되는, 박막 솔라 셀과;제1층(21) 아래 위치된, 제2층(31) 내에 배치된 벌크 솔라 셀(3)로서, 상기 제1밴드 갭보다 작고 제2스펙트럼 범위에 대응하는 제2밴드 갭의 접합을 갖는, 벌크 솔라 셀을 포함하고, 나노와이어들은 선택된 측면의 밀도를 갖는 제1층 내에 제공되어, 입사 포토닉 파면의 사전 결정된 부분이 제1스펙트럼 범위 및 제2스펙트럼 범위 모두에서의 흡수를 위해 벌크 솔라 셀 내로 제1스펙트럼 범위 내의 흡수 없이 비-흡수 영역을 통과하게 될 수 있도록 한다.

Description

2중 층 광전지 장치{DUAL LAYER PHOTOVOLTAIC DEVICE}
본 발명은 솔라 셀로서 사용하기 위한 광전지 장치의 분야에 관한 것으로, 특히 층 내에 배열된 2중 셀 구조에 관한 것이다.
원리적인 설계과 관련해서 솔라 셀 시장은 2개의 다른 기술들이 현재 지배적이다.
가장 선도적인 기술은 벌크 솔라 셀인데, 여기서 지배적인 벌크 재료는 결정질 실리콘(Si)이다. 벌크 재료는, 예를 들어 단결정 실리콘 또는 폴리 실리콘 또는 다결정 실리콘이 될 수 있고, 원통형 웨이퍼 형태 또는 정사각형 또는 의사-정사각형 잉곳으로부터의 캐스트로 제공될 수 있다. Si 기반 벌크 솔라 셀은 기술적인 성숙만 아니라 낮은 원재료 코스트 및 독성의 이득이 있다.
다른 기술은 박막 솔라 셀인데, 전형적으로 기재 상에 광전지 재료의 하나 이상의 얇은 층(박막)을 증착함으로써 만들어진다. 필름 두께는 수 나노미터로부터 수십 마이크로미터로 변화하고 따라서, 예를 들어 Si 웨이퍼보다 실질적으로 더 얇게 된다. 사용된 박막 재료는 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀레니드 솔라 셀(CIS 또는 CIGS), 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 및 다른 박막 Si 셀을 포함한다. 박막 솔라 셀은 웨이퍼 형태 팩터에 제한되지 않는 장점을 갖고, 따라서 큰 시트로 만들 수 있다. Si-기반 솔라 셀과 비교해서 박막 기술들은 또한 낮은 재료 소비에 기인한 코스트 이득을 제공한다.
지배적인 Si 벌크 타입 솔라 셀과 다른 기술들을 조사하는 한 이유는 결정질 Si의 밴드 갭이 대략 1.1 eV인 것으로, 이는 근적외선 스펙트럼 영역 및 대략 0.7 V의 개방 회로 전압(Voc)에서의 흡수에 대응한다. 그런데, 태양은 가시 스펙트럼의 옐로우-그린 부분에서 피크인 방출 스펙트럼을 갖는 대략 흑체(black-body) 방사기이다. 이는, 대부분의 광자가 Si 밴드 갭보다 더 높은 에너지를 갖지만 셀은 여전히 0.7 V 전압만을 생성하게 될 것을 의미한다. 더 높은 밴드 갭을 갖는 적합한 재료로부터 박막 셀을 제작함으로써, 증가된 Voc에 도달할 수 있다. 한 예는 1.43 eV의 다이렉트 밴드 갭을 갖는 GaAs와 같은 III-V 에너지 재료인데, 대략 1.1 V의 출력 전압을 부여한다.
솔라 셀의 흡수와 태양의 방출 스펙트럼을 매칭하는 문제점을 극복하기 위한 시도에서, 다른 반도체 재료로 만든 다중 p-n 접합을 갖는 다중-접합 박막 솔라 셀이 개발되었다. 이러한 다중-층 장치에서, 각각의 재료의 p-n 접합은 더 넓은 범위의 파장의 흡수를 허용하는 다른 파장의 광에 응답해서 전류를 생산하게 되는데, 이에 의해 셀의 에너지 변환 효율을 개선한다. 그런데, 이 효율은 증가된 복잡성 및 제작 가격, 및 흔히 희귀 원소들의 유용성에 대한 의존성의 코스트를 제공하고 얻어진다.
다른 다중-접합 솔라 셀이 인스턴트 출원인에 의한 WO2010/120233에 제안된다. 광을 전기 에너지로 변환하기 위한 다중-접합 광전지 셀이 제공되는데, 제1p-n 접합이 기재 내에 형성되도록 이산된 표면 영역들이 도핑된 기재를 포함한다. 각각의 도핑된 영역 상에서 나노와이어가 성장하여, 제2p-n 접합이 제1p-n 접합과 직렬 접속으로 나노와이어에서 형성되도록 한다.
WO2012057604는 단일 또는 다중 접합의 베이스 솔라 셀이 나노와이어 또는 나노튜브 p-n 접합의 나노구조들과 결합하는 하이브리드 광전지 장치를 제안한다. 이들 구조는 메인 셀의 상단 상의 추가적인 광전지 셀로서 베이스 솔라 셀로부터의 메탈 콜렉터의 상단 상에 조립된다. p-n 접합 없는 추가적인 나노와이어 어레이가 광-트래핑 효과를 위해서 베이스 솔라 셀의 개방 영역 상에 형성될 수 있다.
WO2012149650는 탠댐 솔라 셀(tandem solar cell)의 면적 전류 매칭을 위한 솔루션을 제안한다. 바닥 솔라 셀 및 상단 솔라 셀은 수직으로 적층되고 직렬로 전기적으로 상호 접속되는데, 여기서 바닥 솔라 셀의 영역은 실질적으로 전류 매칭된 광전지 장치에 대해서 제공하기 적합한 비율로 상단 솔라 셀의 영역보다 더 크게 된다.
솔라 셀 분야에서는, 특히 합리적인 코스트에서 합리적인 에너지 변환 효율을 획득하는 것에 대한 개선의 여지가 있다.
이 목적은 독립 청구항 제1항에 따른 솔라 셀에 의해 충족된다. 더 바람직한 실시예들의 상세가 종속 청구항에 리스트된다.
한 측면에 따르면, 하이브리드 광전지 장치로서, 수직으로 정렬된 나노와이어들의 어레이를 포함하는 제1층 내에 배치된 박막 솔라 셀로서, 상기 나노와이어들은 제1스펙트럼 범위에 대응하는 제1밴드 갭을 갖는 접합을 갖고, 상기 나노와이어들은 흡수 영역을 형성하며, 비-흡수 영역들이 나노와이어들 사이에 형성되는, 박막 솔라 셀과; 제1층 아래 위치된, 제2층 내에 배치된 벌크 솔라 셀로서, 상기 제1밴드 갭보다 작고 제2스펙트럼 범위에 대응하는 제2밴드 갭의 접합을 갖는, 벌크 솔라 셀을 포함하고, 나노와이어들은 선택된 측면의 밀도를 갖는 제1층 내에 제공되어, 입사 포토닉 파면의 사전 결정된 부분이 제1스펙트럼 범위 및 제2스펙트럼 범위 모두에서의 흡수를 위해 벌크 솔라 셀 내로 제1스펙트럼 범위 내의 흡수 없이 비-흡수 영역을 통과하게 될 수 있도록 하는, 하이브리드 광전지 장치가 제공된다.
한 실시예에 있어서, 나노와이어들의 측면의 밀도가 선택되어 박막 솔라 셀 내에서 생성된 광전류와 벌크 재료 솔라 셀 내에서 생성된 광전류 사이의 전류 매칭을 획득하게 한다.
한 실시예에 있어서, 복수의 상기 나노와이어들은 상기 박막 솔라 셀 내의 상부 박막 전극과 하부 박막 전극 사이에 병렬로 접속된다.
한 실시예에 있어서, 박막 솔라 셀은 벌크 솔라 셀의 하부 박막 전극과 상부 전극 사이의 메탈 또는 메탈-같은 갈바닉 접속을 통해서 벌크 솔라 셀에 직렬로 접속된다.
한 실시예에 있어서, 상기 갈바닉 접속은 또한 제2벌크 솔라 셀의 상부 전극에 접속되어 상기 벌크 솔라 셀이 서로 병렬로 접속되고 상기 박막 솔라 셀에 대해서 직렬로 접속되도록 하여, 박막 솔라 셀과 벌크 솔라 셀 사이의 광전류 매칭에 기여하게 한다.
한 실시예에 있어서, 제1의 다수의 박막 솔라 셀은 박막 셀의 제1스트링에 직렬로 상호 접속되고, 제2의 다수의 벌크 솔라 셀은 벌크 솔라 셀의 제2스트링에 직렬로 상호 접속되며, 제1 및 제2스트링은 병렬로 접속되고, 스트링 내의 상기 다수의 셀은 상기 스트링 사이의 전압 매칭에 기여하게 적용된다.
한 실시예에 있어서, 하이브리드 광전지 장치는 제1층과 제2층 사이에 위치되어, 박막 솔라 셀의 하부 전극과 벌크 솔라 셀의 상부 전극을 접속하는 도전성 층을 포함한다.
한 실시예에 있어서, 제1커넥터 그리드 구조는 박막 솔라 셀의 상부 전극에 접속되고, 상기 갈바닉 접속은 제2그리드 구조를 포함하며, 상기 제1 및 제2그리드 구조들은 수직으로 실질적으로 오버랩한다.
한 실시예에 있어서, 상기 제2그리드 구조는 벌크 솔라 셀의 상부 전극을 형성하고, 박막 솔라 셀의 하부 전극에 접속된다.
한 실시예에 있어서, 갈바닉 접속은 박막 솔라 셀과 벌크 솔라 셀 사이의 다이렉트 전자 도전 경로를 제공한다.
한 실시예에 있어서, 갈바닉 접속은 비-에피택셜이다.
한 실시예에 있어서, 갈바닉 접속은 비-정류이다.
한 실시예에 있어서, 갈바닉 접속인 오움이다.
한 실시예에 있어서, 갈바닉 접속은 메탈 도전체이거나, 또는 메탈 도전체로서 근본적으로 기능하는 축퇴 도핑된 다중-결정질 반도체 층, 또는 도전성 옥사이드를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 필름 셀 내의 나노와이어들의 재료는 GaAs, AIGaAs, InP, 또는 이들의 합금과 같은 다이렉트 밴드 갭 반도체이다.
한 실시예에 있어서, 벌크 솔라 셀은 Si 또는 CIGS로 만든다.
한 실시예에 있어서, 제1밴드 갭이 조정되어 박막 솔라 셀과 벌크 솔라 셀 사이의 광전류 매칭에 기여하게 한다.
한 실시예에 있어서, 벌크 솔라 셀의 접합은 나노와이어들의 상기 어레이 아래서 측면으로 연장한다.
상기 리스트된 및 이하 더 상세하게 요약된 실시예가 다양한 방식으로 조합될 수 있는 것은 당업자에게는 명백하다.
본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참조로 이하 기술되는데,
도 1은 벌크 솔라 셀에 걸쳐서 배열된 박막 솔라 셀을 포함하는 본 발명의 일반적인 실시예를 나타내고;
도 2는 직렬로 접속된 벌크 솔라 셀에 걸쳐서 배치된 직렬로 접속된 박막 셀을 갖는 실시예를 도시하며;
도 3은 도 2의 실시예에 따른 박막 솔라 셀의 상부 층의 평면도를 도시하며;
도 4는 도 2의 실시예에 따른 벌크 솔라 셀의 하부 층의 평면도를 도시하고;
도 5는 박막 셀이 아래 놓인 벌크 셀(3)에 대해서 다이렉트 갈바닉, 오움, 접속을 갖는 탠댐 셀의 실시예를 나타내며;
도 6은 도 5에 따른 직렬로 접속된 탠댐 셀의 모듈을 도시하고;
도 7a-d는 다른 전기 접속 배열로 구성된 광전지 장치의 실시예들을 도시하며;
도 8은 자체의 밴드 갭보다 더 높은 주파수의 광에 대한 박막 솔라 셀 층에서의 부분적인 투명성을 가리키는 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 광전지 장치(1)에 대한 일반적인 구성을 개략적으로 도시한다. 장치(1)는, 광전 변환을 위해 구성된, 2개의 다른 층(21, 22) 내에 배열된 적어도 2개의 셀(2, 3)을 포함한다. 박막 솔라 셀(2)은 태양에 근접하게 배치되도록 구성된 배열된 제1층(21) 내에 배치된다. 박막 솔라 셀(2)은 제1스펙트럼 범위에 대응하는 제1밴드 갭을 갖는 적어도 하나의 접합을 포함한다. 벌크 솔라 셀(3)은 제1층(21) 아래 위치된 제2층(31) 내에 배치되는데, 즉 2개의 층(21, 31)이 태양으로부터 가장 멀리 배열되도록 구성된다. 벌크 솔라 셀(3)은 제1층의 제1밴드 갭보다 작은 및 제2스펙트럼 범위에 대응하는 제2밴드 갭을 갖는 적어도 하나의 접합을 포함한다. 더욱이, 박막 솔라 셀(2)은 제2스펙트럼 범위 내에서 광에 대해서 적어도 부분적으로 투명하다. 유리 기재와 같은 보호용 투명 커버(4)가 포함될 수도 있다.
제1층(21)이 하나 이상의 박막 솔라 셀을 포함할 수 있지만, 도시된 적어도 하나의 박막 솔라 셀(2)은 2개의 전극(23, 24) 사이에서 샌드위치된, 캐리어 생성이 광자의 흡수에 따라 일어나도록 구성된, 액티브 광전지 재료 층(22)의 필름을 포함할 수 있다. 추가적인 상세가 이 도면에 도시되지만, 광전지 재료 층(22)이 제1반도체 재료로 형성된 상부 n-타입 층 및 제2반도체 재료로 형성된 하부 p-타입 흡수 층을 포함할 수 있는 것으로 당업자에 의해 이해될 것이다. 상기 제1밴드 갭을 갖는 접합은 n-타입와 p-타입 재료 사이에 형성된다. 추가적으로, 박막 솔라 셀(2)은 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 전극(23, 24)은 광에 대해서 적어도 부분적으로 투명하다. 한 예의 이러한 전극은 투명 도전성 필름(TCF: Transparent Conducting Films)인데, 이들은 광학적으로 투명 및 전기적으로 도전성이고 얇은 층으로 배열된다. 예로서, 필름은, 예를 들어 인듐 주석 옥사이드(ITO), 플루오르 도핑된 주석 옥사이드(FTO), 및 도핑된 아연 옥사이드 형태인, 투명 도전성 옥사이드(TCO)의 층을 포함할 수 있다. 다른 타입의 TCF들, 예를 들어 그래핀(graphene) 또는 카본 나노튜브들을 포함하는 유기 필름들이 공지된다. TCF는 상부 전극(23)에 대해서, 하부 전극(24)에 대해서, 또는 모두에 대해서 채용될 수 있다. 전극에 대한 다른 대안은 최소 차폐 효과를 갖도록 구성된 메탈과 같은 전기적으로 도전성 재료의 미세 그리드이다,
벌크 솔라 셀(3)은, 구리 인듐 갈륨 셀레니드(CIGS)와 같은 다른 재료가 가능하지만, 바람직하게는 Si 벌크 재료(32)로 만든다. 벌크 솔라 셀은 딱딱하게 될 수 있거나 또는 또한 가요성 필름이 될 수 있다. 결과적으로, 다음의 설명은 주로 Si 벌크 셀(3)과 관련된 예를 제공하지만, 당업자는 모순되지 않는 한, 이들 실시예들의 벌크 셀(3)이 CIGS 또는 다른 적합한 벌크 재료로 대안적으로 만들어질 수 있는 것으로 이해할 것이다. 벌크 솔라 셀(3)의 벌크 밴드 갭은, 이하 논의된 바와 같이, 벌크 솔라 셀(3)에 걸쳐서 배치된 박막 솔라 셀(2)의 밴드 갭보다 적어도 0.2 eV 낮게, 바람직하게는 적어도 0.3eV 낮게 될 수 있다. Si 벌크 솔라 셀은 단결정 Si와 같은 결정질 실리콘(c-Si)으로 형성될 수 있거나 또는 폴리결정질 또는 다결정 Si로 형성될 수 있다. 벌크 재료는 p-도핑된 부분 및 n-도핑된 부분을 갖고, 이에 의해 p-n 접합이 도핑된 부분들 사이에 형성된다. 일반적으로, p-n 접합은 충돌하는 방사를 수신하는 기재의 표면, 즉 도 1의 자체의 상부 표면 근처에 형성되고, 벌크 재료 층(31)을 통해서 연장할 수 있다. 전극(33 및 34)은 따라서 벌크 재료 셀(3)의 상부 및 하부 표면에 접속될 수 있다. 박막 셀(2)에 대해서와 같이, 전극(33, 34)은 TF에 의해, 또는 메탈 와이어의 오움 접촉들에 의해 제공될 수 있다. 그런데, 대안적인 실시예들이 이용 가능하다. US 4,234,352에 있어서는 광전지 셀이 대신 제안되는데, 여기서는 복수의 p 및 n 도핑된 영역들이 교대하는 전도율의 열(row)들로 태양으로부터 이격해서 대면하는 표면에서 기재 내에 형성된다. 이 방식으로, 양쪽 전극(33, 34)은 층(31) 내에서 벌크 재료(32)의 하부 측면에 부착될 수 있다. 따라서, 도 1에서와 같은 전극(33, 34)의 표현은 단지 계략적인 것으로 당업자에 의해 이해될 것이다. 반사 층이 하부 표면 상에 더 제공되어 비-흡수된 광을 다시 셀(3) 내로 반사할 수 있다.
솔라 셀과 관련된 일반적인 문제는, 적어도 최소 에너지 레벨을 갖는 광자들만이 반도체 재료 내에서 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 것이다. 적은 에너지를 갖는 광자는 흡수되지 않거나 또는 열(heat)로서 흡수되고, 많은 에너지를 갖는 광자의 과잉 에너지, 즉 더 긴 파장을 갖는 광자는 열을 생성한다. 이들 및 다른 손실들은 솔라 방사를 전기로 직접적으로 변환하는 광전지 셀의 효율을 제한한다. 그러므로, 변환 효율을 증가시키는 시도가 다른 밴드 갭을 갖는 박막 솔라 셀의 다른 층을 적층함으로써 만들어 진다. 아몰퍼스 실리콘(a-Si)은 비-결정질, 동소체 형태의 실리콘인데, 이는 널리-개발된 박막 기술이다. 이는 결정질 실리콘(c-Si)(1.1 eV)보다 더 높은 밴드 갭(1.7 eV)을 갖는데, 이 의미는 스펙트럼의 더 높은 에너지 자외선 부분보다 더 강하게 솔라 스펙트럼의 가시 부분을 흡수하는 것이다. a-Si의 층은 다중접합 광전지 셀을 생산하기 위해서 Si의 다른 동소체 형태의 층과 결합될 수 있다. 하나의 다른 것의 상부에 이들 층을 적층함으로써, 더 넓은 범위의 광 스펙트럼이 흡수되고, 더 많은 광자가 캡처되며, 셀의 전체 효율을 개선한다. 미세 형태의 실리콘(micromorphous silicon)의 예에서, a-Si의 층은 탠댐 셀을 생성하는 나노결정질 Si의 층과 결합한다. 상단 a-Si 층은 가시 광을 흡수하여 자외선 부분을 바닥 나노결정질 c-Si 층에 남긴다. 그런데, a-Si 셀은 스태이블러-로트스키(Staebler-Wronski) 효과에 기인해서 태양 노출로부터의 상당한 출력 손실을 겪는다. 더 얇은 층은 재료를 가로질러 전기장 강도를 증가시킬 수 있어서, 열화를 감소시키지만 또한 광 흡수/효율도 감소시킨다. 이 타입의 탠댐 또는 다중접합 셀은 정상적으로 전기적으로 분리되어 있다. 많은 복잡한 설계는 모놀리식으로 통합된 셀인데, 여기서 박막 솔라 셀은 기계적으로 및 전기적으로 접속된 다수의 층으로 이루어진다.
도 1을 참조로 기술된 실시예는, 제1스펙트럼 범위 내의 더 높은 주파수에 대한 박막 솔라 셀(2)을 제2스펙트럼 범위 내의 낮은 주파수에 대한 벌크 타입 솔라 셀(3)과 결합하는 점에서 종래 설계의 상기된 상태와 다른데, 여기서 제1층(21)은 상기 제2스펙트럼 범위 내에서 광에 대해서 적어도 부분적으로 투명하다. 이는, 더 많은 입수 가능한 벌크 타입 솔라 셀의 사용을 가능하게 할 뿐 아니라 스크래치로부터 완전한 다중접합 박막 셀을 설계하는 것보다 박막 솔라 셀에 의해서, 전체 에너지 변환의 면에서 개선을 제공한다. 추가적으로, 상단 상에 박막 솔라 셀 층(21)을 부가함으로써, 예를 들어 이를 이러한 벌크 셀 시설의 정면 유리에 고착시킴으로써, 매우 제한된 어셈블리 코스트로, 벌크 셀의 현존하는 시설를 개선하는 것이 가능하게 될 것이다.
도 2는 도 1의 일반적인 실시예의 범위 내의 더 특정한 예이다. 이 실시예에서, 상단 나노와이어 어레이 기반 박막 솔라 셀(2)은 바닥 벌크 Si 셀(3)을 포함하는 하부 층(31) 위에서 상부 층(21) 내에 배열된다. 각각의 층은 하나 이상의 셀(2 및 3)을 각각 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 상부 층(21)은 상단 모듈을 형성하기 위해 직렬 접속(27)으로 접속된 2개의 구획(2)으로 구획된 나노와이어(25)의 어레이를 포함한다. 이는, 상단 모듈 내의 전류를 규제하는 것을 가능하게 한다. 대응해서, 2개의 분리 Si 벌크 솔라 셀(3)이 도전성 배선(37)에 의해 직렬로 접속되며, 바닥 모듈을 형성하는 층(31) 내에서 보인다.
각각의 나노와이어(25)는 적어도 하나의 반도체 접합을 포함하고, 상단 투명 전극(23)에 대해서 접합의 한 측면 상에서 및 바닥 투명 전극(24)에 대해서 다른 측면 상에서 접속된다. 상단 및 바닥 투명 전극(23, 24)은 실리콘 옥사이드와 같은 절연 유전체(26)에 의해 분리된다. 상단 모듈의 상단 전극(23)은 접착제 또는 다른 투명 층(41)을 통해서 유리와 같은 투명 기재(4)에 부착된다.
하부 층(31)의 바닥 모듈에 있어서, 각각의 Si 벌크 셀(3)은 적어도 하나의 접합(도면 중 파선)을 포함한다. 접합의 한 측면은 연속적인 또는 그리드-구조의 전극(33)에 의해 접촉될 수 있고, 다른 측면은 다른 연속적인 또는 그리드-구조의 전극(34)에 의해 접촉될 수 있다. 도 1을 참조로 요약된 바와 같이, 접합은 여기에 나타낸 것과 다른 기하 형상을 가질 수 있는데, 이 경우 전극(33, 34)은 셀의 한 측면 상에 모두 위치될 수 있다. Si 셀(3)의 적어도 하나의 표면은, 예를 들어 화학양론적인 Si3N4인 SiNx와 같은 유전체 층(36)으로 패시배이트될 수 있다. 셀의 다른 컴포넌트들은 다양할 수 있다. 나타낸 실시예에 있어서, 상부의 한 전극(33)은 그리드-같은 핑거(331)로 만들어지는데, 이들은 버스 바(35)에 의해 상호 접속된다. 이 실시예에서, 후방 전극(34)은 연속적이 된다.
적층된 장치(1)는, 예를 들어 유리 PET, 스틸, 또는, 예를 들어 습기, 산소, 및 염분이 모듈로 들어가는 것을 방지하는 및 열화를 일으키는 것을 방지하는 다른 것으로 만든 후방 기재 또는 지지 층(5)을 더 포함할 수 있다. 더욱이, 접착제(50), 예를 들어 EVA(Ethylene vinyl acetate)와 같은 코폴리머가 포함되어, 상부 및 하부 모듈 사이의 공간을 충전하여 2개를 함께 부착한다. 또한, EVA는 하부 셀(3)과 후방 기재(5) 사이의 공간만 아니라 밀폐하여 밀봉된 적층된 패키지로서 형성하는 상단 셀(2)과 상단 유리 커버(4) 사이의 공간을 충전하기 위해서 채용될 수도 있다. 또한, 도면이 스케일에 따르지 않는 것에 유의해야 한다.
상단 나노와이어 셀(2)은, 예를 들어 GaAs, AIGaAs, InP, 또는 이들의 합금으로 만든 수직으로 정렬된 반도체 나노와이어(25)의 주기적인 또는 비주기적인 어레이를 포함할 수 있다. 나노와이어(25)는 폴리머와 같은 비-도전성 유전체(26)로 구획될 수 있는데, 이는 대부분의 솔라 스펙트럼에 대해서 투명하다. 나노와이어(25)는 직경이 전형적으로 100-250 nm 사이 또는, 바람직하게는 130-200 nm 사이 및 길이가 1-3 마이크로미터가 될 수 있다. 나노와이어(25)는 300-800 nm 범위의 센터-센터 간격으로 어레이 내에 위치될 수 있다. 각각의 단일 나노와이어는 적어도 하나의 p-n 접합을 포함하고, 나노와이어들은 각각의 와이어가 동일한 극성을 갖는, 예를 들어 각각의 와이어의 n-타입 에미터가 태양을 대면하는 방식으로 정렬된다. 나노와이어들의 상단 및 바닥(n 및 p 타입) 부분 모두는 상기된 투명 전극(23 및 24)에 각각 접속된다. 상단 투명 전극(23)은 ITO와 같은 투명 도전성 옥사이드로 될 수 있고 두께는 30-300 nm 범위로 될 수 있다. 상단 투명 전극(23)은 접착제 또는 다른 투명 층(41)을 통해서 유리로 될 수 있는 투명 커버(4)에 더 부착될 수 있다. 상호 접속(27)에서 도시된 구획은 일련의 레이저, 및 기계적인 스크라이브(scribe)를 사용해서 형성될 수 있다. 이 방식으로, 제1구획 내의 나노와이어(25)의 상단 부분은 투명 전극(23, 24)의 2개의 층을 통해서 제2의 이웃 구획 내의 나노와이어(25)의 하부 부분에 접속될 수 있다. 나노와이어(25)의 바닥 부분에 대해서 접속하는 하부 투명 전극(24)은 최상단 투명 전극(23)과 동일한 재료로 될 수 있지만, 예를 들어 알루미늄 도핑된 아연 옥사이드인 다른 투명 도전체 재료로 동일하게 잘 이루어질 수 있다.
도 3은 도 2의 것에 따른 실시예의 위에서부터 본 도면을 도시하지만, 도 2에 나타낸 2개보다 13개 구획으로 분할된 박막 나노와이어 셀(2)을 갖는다. 도 3은 제1층(21) 및, 종래 주석에 추가해서, 전극(23 및 24)만 아니라 유전체(26)를 통해서 절단한 에지 격리부(60)가 형성된다. 셀(2)을 평행 스트링으로 구획하는 것이 바람직하면, 격리부(60)와 본질적으로 동등한 추가적인 수평 절단이 수행될 수 있다. 접합 박스(80)에 대한 와이어 접속을 가능하게 하기 위해서, 커넥터(70, 71)들이 추가되어 최외부 셀 구획의 에지에서 전극(23, 24) 중 각각의 하나에 접속한다. 여기서, 접속들은, 논의될 바와 같이, 2 와이어 또는 4 와이어 아웃 구현에 대해서 완료된다.
도 4는 도 2의 것에 따른 실시예의 벌크 솔라 셀 층(31)의 위에서부터 본 도면을 도시하는데, 28개의 직렬로 접속된 Si 벌크 솔라 셀(3)을 포함한다. 도 4로부터, 어떻게 각각의 Si 벌크 셀(3) 상에서 다수의 전극 핑거(331)가 버스 바(35)로부터 연장하는 지가 명백하게 된다. 인접한 벌크 셀(3)을 직렬로 접속하기 위해서, 바람직하게는 상부 전극에서 버스 바(35)에 접속하기 위해서, 도전성 배선(37)이 제공된다. 더욱이, Si 모듈에 대해서 통상적인 것과 같이, 커넥터(39)가 벌크 셀(3)의 다수의 스트링을 함께 접속하기 위해서 사용된다. 또한, 접합 박스(80)에 대한 접속이 가리켜지는데, 이는 또한 커넥터(39)와 유사한 메탈 배선에 의해 달성될 수 있다.
기술된 실시예에 따른 적층된 광전지 장치의 결과는, 더 높은 주파수의 스펙트럼 영역 내의 큰 부분의 수신된 광자가 상부 층(21)의 박막 셀(2) 내에서 흡수되는 것이다. 결과적으로, 더 낮은 전류가 통상적인 Si 셀에 대해서 보다 하부 층(31) 벌크 솔라 셀(3)에서 생성될 것이다. 이 긍정적인 효과는, 상부 벌크 셀 전극 내의 핑거(331)들 사이의 간격을 증가시키는 것, 및 소수의 버스 바(34) 및 배선(37)를 사용하기 위한 포텐셜이 있는 것이 가능한 것이다. 이러한 전극 및 와이어는 실버 땜납으로 정상적으로 형성되고, 감소된 사용이 실제로 코스트를 감소시킬 것이다.
도 1에 나타낸 실시예의 한 버전에 있어서, 박막 솔라 셀(2) 및 벌크 솔라 셀(3)은 전기적으로 분리될 수 있다. 즉, 2개의 층(21, 31)은 전력을 분리해서 생성하는 4개의 리드 아웃을 갖는 및 광학적으로만 직렬로 접속된 2개의 분리 시스템으로서 역할을 할 수 있다. 따라서, 분리 접속이 전극(23, 24, 33, 34)에 제공될 수 있는데, 이들은 DC/ AC 변환 같은 것을 더 핸들링하기 위해서 접합 박스(80)에 배선될 수 있다.
대안적으로, 복수의 박막 솔라 셀(2)이 직렬로 접속될 수 있고, 분리해서 복수의 벌크 솔라 셀이 서로 직렬로 접속될 수 있다. 한 예의 이러한 실시예가 도 2-4에 나타낸 장치로 표현된다. 스탠다드 솔라 셀 시설에 있어서, 한 평면 내에 배향된 인접한 솔라 셀은 정상적으로 솔라 셀 패널 또는 모듈 내에 접속된다. 솔라 셀은 통상 모듈 내에서 직렬로 접속되어 부가 전압을 생성한다. 한 대안으로서, 셀은 병렬 접속될 수 있는데, 이는 더 높은 전류를 산출한다. 그런데, 그림자 효과가 다수의 직렬 접속된 셀의 덜 조명된 평행 스트링을 셧다운시킬 수 있는데, 실질적인 전력 손실 및 가능한 손상을 일으킨다.
도 1의 다른 버전의 실시예에 있어서는, 2개의 광학적으로 적층된 셀이 또한 서로 전기적으로 접속된다. 이러한 적층된 모듈은 통상적인 접합 박스(80)에 후속해서 접속된 2개의 리드 아웃만을 필요로 한다. 이러한 실시예는 더 높은 전압 또는 더 높은 전류를 생성하는 이득을 제공할 수 있고 커넥터 재료를 절약할 수 있다. 이 타입의 실시예의 다른 변형이 이하 기술될 것이다.
도 5는 한 벌크 솔라 셀(3)이 한 박막 셀(2)에 직접 전기적으로 접속된 실시예를 도시한다. 이는, 여기서 스트라이트 탠댐으로 언급될 것인데, 이는 본 발명에 따른 광전지 장치(1)의 한 실시예이다. 이 실시예에서는, 단일 2중-접합 광전지 모듈이 제공된다. 도 5에 나타낸 상단 박막 솔라 셀은 나노와이어 어레이 기반 셀(2)이지만, 박막 솔라 셀(2)을 형성하기 위해서, 예를 들어 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀레니드(CIS 또는 CIGS), 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 등과 같은 다른 타입의 박막 기술들이 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 5에 나타낸 박막 솔라 셀(2)은, 각각이 적어도 하나의 접합의 특징을 갖고, 상단 투명 전극(23)에 대해서 접합의 한 측면 상에서 및 바닥 투명 전극(24)에 대해서 다른 측면 상에서 접속된, 나노와이어(25)의 어레이를 포함하여, 어레이 내의 모든 나노와이어(25)가 병렬로 접속되도록 한다. 상단 전극(23)은, 두께가 30-300 nm 범위의, ITO와 같은 투명 도전성 옥사이드를 포함할 수 있다. 절연 유전체(26)가 나노와이어(25) 사이에 존재하여, 상부(23) 및 바닥(24) 투명 전극을 분리한다. 유전체(26)는, 바람직하게는 대부분의 솔라 스펙트럼에 대해서 투명하고, 폴리머로 될 수 있다. 나노와이어 박막 셀(2)은, 예를 들어 도 2를 참조로 위에서 요약한 바와 같이 구성될 수 있다.
바닥 벌크 솔라 셀(3)은 적어도 하나의 접합(파선의)을 갖는 Si 셀(3)로 될 수 있다. 또한, Si 벌크 셀(3)은, 도 2를 참조로 기술된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 5에 나타낸 예에 있어서는, Si 벌크 재료(32)의 상부 표면은 SiNx와 같은 하나 이상의 유전체 층(36)에 의해 패시배이트된다. 또한, 벌크 재료(32)의 하부 표면은, 예를 들어 AI2O3(도시 생략)의 층에 의해 패시배이트될 수 있다. 그리드-구조의 전극(33)이 패시배이션 층(36) 내에 제공되는데, 이를 통해서 벌크 재료(32)와의 접촉을 형성한다. 상보적인 전극(34)이 벌크 재료(32)의 하부 표면에 접속되고, 도시된 예에서와 같이, 다른 그리드-구조 또는 연속적인 전극(34)으로 형성될 수 있다. 스트라이트 탠댐 구성에 있어서, Si 셀(3) 상의 상단 전극은 그리드-같은 핑거(331)를 포함한다.
도 5의 탠댐 셀 실시예에 있어서, 상단 셀(2) 및 자체의 바닥 전극(24)은 Si 셀(3)의 상단 전극 핑거(331)에 접속되어 2개의 셀(2, 3)을 직렬로 접속한다. 접속은 도전성 투명 커넥터(51)로 형성될 수 있는데, 이는 ITO, 실버 함유 폴리머, 또는 다른 도전성 폴리머와 같은 하나 또는 다수의 층의 도전성 재료로 구성될 수 있다. 상부 전극(33)이 박막 셀(2)의 하부 전극(24)에 직접 접속하므로, 소정의 버스 바 없이 전극(33)이 형성될 수 있다. 이는 더 낮은 재료 코스트 및 땜납 시간을 의미하고, 또한 메탈 도전체 재료의 차폐 효과를 감소시킨다. 이들 장점이 더 강조된 이 실시예의 대안의 변형에 있어서는, 도전성 도트들이 핑거(331)보다 벌크 셀(3)의 상부 표면에 걸쳐서 배치된다. 도 5의 실시예의 다른 변형에 있어서, 도전성 재료는 핑거(331) 또는 도트가 존재하는 2개의 셀(2, 3) 사이에만 제공될 필요가 있다. 더욱이, 이 도전성 재료는 투명일 필요가 없다. 그 다음, 다른 재료가 셀(2, 3) 사이에서, 도전성 핑거들 또는 도트들 사이에 존재할 수 있다. 이 재료는 투명해야 하지만, 반듯이 도전성일 필요는 없다.
박막 셀은 전형적으로 소정의 사이즈로 형성될 수 있는 반면, 잉곳으로부터 수직으로 전달된 벌크 셀은 특정 사이즈로 한정된다. 도 5의 스트라이트 탠댐 실시예에 있어서는, 2개가 한 적층된 엘리먼트로 형성되므로, 박막 셀(2)의 영역은 벌크 셀(3)의 영역에 의해 주어진다. 따라서, 추가적인 전류 스프레딩 층, 예를 들어 핑거 및 버스 바(28)를 포함하는 제1그리드 구조(231)가 박막 셀(2)의 상부 전극(23) 위에 추가될 수 있다. 탠댐을 통한 전류 전송은 실질적으로 수직이고, 그러므로 박막(2) 및 Si 셀(3)의 표면 영역마다 실질적으로 동일하다. 이는, 전류 출력이 너무 높게 될 수 있어서 투명 커넥터(51) 혼자만 저항 손실을 겪게 되므로, 스트라이트 적층된 탠댐 셀 내의 상단 셀(2)을 구획하는 문제점을 일으킬 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같은 한 실시예에 따르면, 이 효과는 하부 벌크 셀에 걸쳐서 제2그리드 구조 커넥터(331)를 부가함으로써 최소화되는데, 이는 실질적으로 제1그리드(231)와 수직으로 오버랩하고, 이는 낮은 저항 접속을 생성한다. 오버랩은 전체적일 필요는 없지만, 이들이 수직으로 정렬되도록 하는 그리드(231, 331)의 대응하는 공간적인 분포가 손실 관점으로부터 바람직하게 된다. 더욱이, 다시, 도면이 스케일에 따르지 않는 것에 유의해야 한다. 실제로, 각각의 그리드 핑거의 폭은 정상적으로는 박막 셀(2)의 두께보다 실질적으로 크게 될 것이다. 따라서, 오버랩하는 방식으로 그리드 구조(231, 331)를 위치시키는 것은, 제1그리드 구조(231)에 의해 이미 차폐됨에 따라 제2그리드 구조(331)에 의해 일어나게 될 추가의 차폐 효과가 없게 될 것이므로, 또한 차폐에 기인한 출력의 소정의 손실을 최소화할 것이다.
도 6은 도 5에 따른 2개의 스트라이트 탠댐(1)이 탠댐 모듈(10) 내로 서로에 접속되는 본 발명에 따른 광전지 장치의 실시예를 도시한다. 단순화를 위해서, 도 5에서 가리켜지는 대부분의 참조 부호는 도 6에서 반복되지 않는다. 탠댐 모듈(10)에 있어서, 탠댐(1)은, 예를 들어 한 탠댐(1)의 박막 셀(2)의 상단 전극(23)으로부터 인접한 탠댐(1)의 벌크 셀(3)의 하부 전극(34)으로 진행하는 배선(37)에 의해, 직렬로 접속된다. 한 실시예에 있어서, 배선(37)은 한 탠댐(1)의 박막 셀의 상단 버스 바(28)를 다음 스트라이트 탠댐(1)의 벌크 셀의 바닥 전극(34)에 접속할 수 있다. 바람직하게는, 스트라이트 탠댐(1)은 EVA 또는 진공과 같은 몇몇 매질(52) 내에 임베드되고, 도 2를 참조로 요약되었던 것과 유사하게 정면 유리(4) 및 후방 시트(5)로 보호된다. 도 6은 모듈(10) 내의 2개의 스트라이트 탠댐(1)만을 나타내지만, 이러한 모듈(10)은 직렬로 접속된 더 많은 스트라이트인 탠댐(1)을 포함할 수 있어서 더 높은 전압을 획득하게 되는 것에 유의해야 한다. 도 4에 나타낸 것과 유사한 모듈(10)은, 다수의 상호 접속된 스트라이트 탠댐(1)의 복수의 스트링(수평)을 포함할 수 있다. 더욱이, 이들 스트링은 최외부 탠댐(1)들 사이의 추가적인 배선(39)에 의해 서로 직렬로 접속될 수 있다.
광학적으로 적층된 셀 설계에 대한 과거의 솔루션은 다중층 박막 설계에 기반한다. 이러한 설계와 관련된 한 문제는, 적층된 층에 대한 분리 전기 접속을 위해서 고안될 때, 재료의 얇기 및 층들 사이에서 전류를 추출하는 어려움과 관련된다. 이 문제에 대한 솔루션은, 2개의 기계적으로 분리한 박막 솔라 셀을 사용하는 것 및 그 다음 셀 외측에서 이들을 함께 분리해서 배선하는 것을 포함한다. 솔라 셀들 사이의 전기 접속은 추가적인 도전을 제공하고, 다른 타입의 솔라 셀 사이에서 접촉할 때, 이 도전은 다른 전기 특성에 기인해서 심지어 더 커지게 된다. 종래 솔루션의 다른 제안된 상태는 모놀리식으로 통합된 셀인데, 여기서 박막 셀은 기계적으로 및 전기적으로 접속된 다수의 층으로 이루어진다. 그런데, 키르이호프(Kirchhoff)의 전류 법칙은 일정한 전류를 요구하는데 - 따라서 다른 것보다 더 높은 독립형 광전류가 요구되게 한 셀이 설계되면, 손실이 있게 될 것이다. 모던 탠댐 셀 설계는 2개의 다이오드를 상호 접속하기 위해서 에사끼(Esaki) 다이오드를 통상 사용한다. 이 구성은 효율을 손실하지 않기 위해서, 매우 타이트한 전류 매칭이 2개의 다이오드에 대해서 수행되어야 하는 및 최적의 광전류 매칭이 어떤 광 입력에 대해서만 실현될 수 있는 단점을 갖는다. 따라서, 이들 셀은 생산하기 매우 어렵다. 에사끼 다이오드의 다른 단점은, 이들이 고 저항 장치인 것이다.
도 7a-d는, 예로서, 상부 박막 셀(2) 및 하부 벌크 셀(3)을 전기적으로 접속하는 다른 방식을 나타내는데, 여기서 각각의 솔라 셀은 다이오드로서 시각화된다. 또한, 접합 박스(도시 생략)에 대한 접속을 위한 커넥터가 보인다.
도 7a는 도 6의 실시예에 따른 모듈을 도시한다. 이 실시예에서는, 다수의 박막 솔라 셀(2)이 제1층(21) 내에 배치되고, 다수의 벌크 솔라 셀(3)이 하부 층(31) 내에 배치된다. 각각의 박막 솔라 셀(2)은 한 벌크 솔라 셀(3) 위에 위치되고, 이들은, 다이렉트 도전 경로가 허용되는 것을 의미하는데, 예를 들어 오움 접속인 갈바닉 접속에 의해 전기적으로 접속된 쌍으로 된다. 이러한 갈바닉 접속은, 바람직하게는 증착된, 비-에피택셜 메탈 또는 그렇지 않으면 메탈-같은 도전체를 포함하고, 저-저항 메탈 층을 포함하는 도전체, 축퇴 도핑된 다중-결정질 반도체 층 및 도전성 옥사이드로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있는데, 이들 모두는 근본적으로 메탈 도전체로서 기능한다. 다이렉트 전자 도전 경로는, 이런 의미에서, 근본적으로 메탈 재료를 통해서 필름 셀과 벌크 셀 사이서에 허용되는데, 이는, 예를 들어 에피택셜 에사끼 다이오드 접속에 반해서, 2개의 셀 간의 특정 전하-캐리어 타입의 전류-매칭의 필요를 소멸시킨다. 더욱이, 갈바닉 접속은 또한 에피택셜 에사끼 다이오드와 비교해서 실질적으로 더 선형인, 오움 및 비-정류로 만들어질 수 있다. 이 접속은, 전극(24 및 33) 사이에서, 도 5를 참조로 논의한 접속에 대응할 수 있다. 최외부 셀, 즉 직렬 체인의 처음 및 마지막 셀에는, 접합 박스(80)(여기에는 도시 생략)에 대한 접속을 위해 커넥터(71, 72)가 제공된다. 에사끼 다이오드 엘리먼트의 사용을 요구하지 않는 적층된 솔라 셀(2, 3) 사이의 접속은, 예를 들어 조립의 면에서 뚜렷한 개선을 나타낸다.
도 7a의 실시예에 있어서는, 손실을 최소화하기 위해서 광전류 매칭이 요구될 수 있다. 한 실시예에 있어서, 전류 매칭은 밴드 갭을 조정함으로 수행된다. 한 예에 있어서, 1.12 eV의 밴드 갭을 갖는 벌크 Si 셀(3)은 대략 1.7 eV의 밴드 갭의 박막 솔라 셀(2)과 전류 매칭될 수 있다. 실제로, 그룹 III 원소의 적합한 비율로 GaAsP 또는 AIGaAs와 같은 3원 재료를 고려함으로써 이를 달성할 수 있다. 광전류 매칭을 획득하는 또는 기여하는 다른 방식은, 예를 들어 층을 얇게 함으로써 박막 셀(2) 내의 투명성의 레벨을 조정하는 것이다. Si 블록(3) 예를 다시 사용 및 GaAs의 연속적인 필름(2)을 사용함으로써, 전류 매칭을 달성하기 위해서 100-500 nm 두께를 사용할 수 있다. 투명성을 규제하는 다른 방식이 이하 보충 설명될 것이다.
도 7b는 또한 2개의 와이어(71, 72) 아웃 설계인 다른 실시예를 도시한다. 이 설계는 도 2를 참조로 기술된 것에 따른 실시예를 포함할 수 있는데, 즉 광학적으로 적층된 박막 셀(2)과 벌크 셀(3) 사이에서 다이렉트 빌트인 갈바닉 접속이 없다. 그런데, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 분리 와이어로 형성된 추가적인 접속들이 양쪽 셀을 서로 접속하기 위해서 사용된다. 이 실시예는 적합한 사이즈의 구획으로 상단 모듈(2)을 적합한 레이저 스크라이빙 분할함으로써 키르이호프의 전류 법칙을 만족시키기 위해서 구성된다. 이러한 구획은 접속(27)에 의해 또는 분리 배선에 의한 직렬 또는 병렬 접속으로 전기적으로 접속될 수 있다. 도 7b의 예에 있어서는, 3개의 구획이 상부 박막 셀 층(21) 내의 한 스트링으로 직렬로 접속된다. 대응하는 접속 배열은, 웨이퍼-타입 벌크 셀(3)이 채용되면, 최소 전류가 한 풀 웨이퍼에 의해 주어지는 제약과 함께, 하부 층(31) 내의 벌크 셀(3)로 수행될 수 있다. 벌크 셀(3) 내보다 박막 셀(2) 내의 더 높은 밴드 갭에 기인해서, 광자가 프리(free)로 변환될 때, 벌크 셀(3)에 걸쳐서보다 박막 셀(2)에 걸쳐서 더 큰 전압이 생성될 것이다. 더욱이, 몇몇 실시예에 있어서는 박막 셀(2)의 밴드 갭은 벌크 셀(3)의 밴드 갭보다 적당히 더 높다. 이는, 주로 박막 셀(2)의 밴드 갭보다 더 높은 에너지의 모든 방사가 여기서 흡수되는 반면, 2개의 밴드 갭 사이 범위의 에너지를 갖는 방사는 박막(2)을 통과해서 벌크 셀(3) 내에서 흡수되는 것을 의미한다. 한 실시예에 있어서, 박막(2)은 GaAs, 예를 들어 이하 기술될 Si 벌크 셀(3)에 걸쳐서 구성된 평판의 GaAs 층 또는 나노와이어-기반 셀로 형성될 수 있다. 이러한 구성은, Si 및 GaAs의 밴드 갭들이 너무 유사하기 때문에, Si 내에서보다 GaAs 층 내에서 더 높은 전류를 산출하게 된다. 도 7b의 실시예에 따라서, 이 불균형은 셀(2, 3)들 사이의 전략적인 접속에 의해 적어도 부분적으로 극복된다. 나타낸 예에 있어서, 직렬로 접속된 벌크 셀(3)의 2개의 스트링(73, 74)은 병렬로 접속된다. 이 병렬 커플링은 차례로 박막 셀의 한 스트링(75)에 직렬로 접속된다. 이 방식으로, 광전류 매칭은 갈바닉 접속 및 단순한 전자 설계에 의한 에사끼 다이오드의 사용과 비교해서 크게 단순화될 수 있다. 또한, 이 접근은, 박막 구획이 스트라이트 탠댐 설계와 비교해서 상단 모듈 상의 핑거에 대한 필요를 감소시키므로, 고가인 패이스트의 사용을 감소시킨다. 언급한 바와 같이, 도 7b의 이 특정 접속 예는 상부 스트링(75) 모듈 내의 전류가 병렬의 2개의 Si 스트링(73, 74)의 전류에 대응하면 적합하게 된다. 미세 튜닝을 위해서, 분리 박막 구획(2) 사이의 직렬 접속(27) 사이의 거리는 몇몇 제한 내에서 조정될 수 있고, 또는 상단 또는 바닥 모듈의 다른 구획이 고려될 수 있다. 또한, 셀(3)의 2개 이상의 스트링이 병렬로 접속될 수 있는 것에 유의해야 한다. 도 7b를 참조로 논의한 일반적인 설계 원리에 의해, 전류 매칭이 단순한 계산 및 적합한 접속에 의해 적어도 부분적으로 획득될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 7c는 도 2-4의 실시예들에 대응하는 적층된 광전지 장치(1)의 베이직 4-와이어 아웃 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는, 다수의 박막 셀이 스트링(75) 내에서 직렬로 접속되고, 이에 의해 최외부 셀(2)에는 접합 박스에 대한 접속을 위한 커넥터(711, 713)가 제공된다. 유사하게, 다수의 벌크 셀(3)이 스트링(76) 내에서 직렬로 접속되어, 박막 셀(2)이 접속된 접합 박스와 동일 또는 다르게 될 수 있는 접합 박스에 대한 접속을 위한 분리 커넥터(712, 714)가 제공된다. 양쪽 스트링(75, 76)이 동일한 접합 박스에 접속되면, 추가적인 전자들이 전류 매칭 및 다른 적용을 위해서 그것 내에 제공될 수 있다. 대안적으로, 벌크 셀(3) 및 박막 셀(2)은 간단히 그들에 2개의 다른 배터리 뱅크를 공급하는 오프 그리드로 존재한다.
다른 실시예가 도 7d에 도시된다. 도 7a-b의 실시예들이 광전류 매칭을 지향했지만, 도 7d의 실시예는 전압 매칭을 지향한다. 제1의 다수의 박막 셀(2)이 스트링(77) 내에서 직렬로 접속된다. 추가적으로, 제2의 다수의 벌크 셀(3)이 스트링(78) 내에서 직렬로 접속된다. 언급한 바와 같이, 각각의 박막 셀(2)은 더 큰 밴드 갭에 기인해서 벌크 셀(3)보다 더 높은 전압을 제공하도록 구성된다. 그런데, 2개의 스트링(77, 78) 내의 제1 및 제2의 다수의 셀의 주의 깊은 선택에 의해, 대략 동일한 전압이 2개의 스트링(77, 78)에 걸쳐서 획득될 수 있으므로, 전압 매칭을 획득한다. 이들 2개의 스트링(77, 78)은 따라서, 도면에 나타낸 바와 같이, 서로 병렬로 접속될 수 있다. 이 방식으로, 접합 박스에 대한 접속을 위한 커넥터(71, 72)를 갖는 2개의 와이어 아웃 솔루션이 획득된다.
박막-벌크 하이브리드 솔라 셀 구성에서 다이오드 사이의 갈바닉 상호 접속을 사용함으로써, 고 저항 에사끼 다이오드의 사용의 소멸이 가능하게 된다. 더욱이, 전류 매칭에 대한 필요가 적합하게 제한 또는, 회로 구성에 의존해서, 전체적으로 소멸될 수 있는 반면, 적은 수의 전극 그리드 접속을 유지시킨다.
이제, 소정의 하나의 상기된 실시예들과 조합해서 채용될 수 있는 또 다른 실시예가 도 8을 참조로 기술될 것이다. 도 1의 실시예와 같이 도 8의 실시예는 광전지 장치(1)와 관련되는데, 이는 태양에 근접하게 배열되도록 구성된 제1층(21) 내에 배치된 박막 솔라 셀(2)을 포함한다. 박막 솔라 셀(2)은 제1스펙트럼 범위에 대응하는 제1밴드 갭을 갖는 적어도 하나의 접합을 포함한다. 벌크 솔라 셀(3)은 제1층(21) 아래 위치된, 즉 2개의 층(21, 31) 중 태양으로부터 가장 멀리 배열된, 제2층(31) 내에 배치된다. 벌크 솔라 셀(3)은 제1층의 제1밴드 갭보다 작은 및 제2스펙트럼 범위에 대응하는 제2밴드 갭을 갖는 적어도 하나의 접합을 포함한다. 더욱이, 박막 솔라 셀(2)은 제2스펙트럼 범위 내의 광에 대해서 적어도 부분적으로 투명하다. 특히, 박막 솔라 셀(2)은 박막 셀 밴드 갭에 대응하는 및 더 높은 주파수를 갖는 광자를 흡수함으로써 하전된 캐리어를 생성할 수 있게 될 것이므로, 제1층(21)은 바람직하게는 박막 셀(2)의 밴드 갭과 벌크 셀(3)의 밴드 갭 사이의 범위 내의 적어도 모든 스펙트럼 주파수에 대해서 완전히 투명하게(또는 가능한 고 레벨로) 된다. 이는 상기된 모든 실시예에도 해당한다. 도 8에서 이는 제2스펙트럼 범위 내의 태양광과 같은 충돌하는 광을 나타내는 파선의 수직 화살표에 의해 도시된다. 이러한 광은 바람직하게는 소정의 흡수 없이 박막 셀(2)을 통과할 것이고, 후속해서 아래 놓인 벌크 셀(3)에서 흡수될 것인데, 여기서 자체의 에너지는 전기 에너지로 적어도 부분적으로 변환된다.
박막 셀(2)의 밴드 갭 아래의 스펙트럼 주파수에 대한 투명성에 추가해서, 상부 층(21) 내의 박막 셀(2)은 바람직하게는 또한 제1스펙트럼 범위의 광, 즉 박막 솔라 셀(2)의 밴드 갭에 대응하는 또는 더 높은 주파수의 광에 대해서 적어도 부분적으로 투명하다. 이는, 제1스펙트럼 범위 내의 충돌하는 광을 나타내는 더 미세한 파선의 수직 화살표에 의해 도 8의 도면에서 가리켜진다. 특히, 제1스펙트럼 범위의 하나의 화살표는 벌크 셀(3)로 박막 셀(2)을 통과한다. 이 실시예는 따라서 정상적인 적층된 솔라 셀 설계와 다른데, 박막 솔라 셀(2)은 자체의 밴드 갭에 걸쳐서 광에 대해서 제로보다 큰 레벨인 투명성의 어떤 레벨을 갖도록 의도적으로 구성된다. 특히, 박막 셀(2)이 아래 놓인 벌크 셀(3)에 직렬로 접속된 광전지 장치(1)의 바람직한 실시예들에서, 박막 셀(2)은 투명성의 어떤 레벨을 갖도록 의도적으로 구성되어 솔라 광에 대한 노출에 따라서 광전류 매칭에 기여하게 한다. 소정의 적층된 탠댐 셀에 있어서는, 즉 여기서 우리는, 셀이 직렬로 접속되는지 아닌지에 관계없이, 다른 밴드 갭의 재료를 상단 위에서 최적 밴드 갭을 갖는 다음 것의 상단 상에 하나 위치시키는데, 최상단 셀을 항상 먼저 최적화하길 원하고 그 셀 내에서 할 수 있는 한 많은 광을 흡수시키는 것을 보장하게 하는 일반적인 설계 원리가 있다. 도 8을 참조로 여기에 존재하는 설계 원리 및 실시예들은 따라서 정상 원리에 대항해서 진행하는 개념을 나타낸다. 이 투명성은 제1층(21)을 통해서 박막 셀(2)을 구획함으로써 획득될 수 있으므로, 박막 구획(3)들 사이에서 투명성의 어떤 레벨을 획득하게 한다. 이러한 실시예에 있어서, 제1층(21) 내의 박막 셀(2)은 흡수 영역 및 비-흡수 영역을 포함하므로, 입사 포토닉 파면의 부분은 벌크 셀(3)의 제2층(31)으로 비-흡수 영역을 통과할 것이다. 제1층(21)을 통과하는 투명성의 레벨 또는 입사 포토닉 파면의 부분의 크기는 흡수 영역의 측면의 밀도에 의존할 수 있다. 바람직하게는, 이들 흡수 및 비-흡수 영역의 구획은 의도적으로 구성되어 제1주파수 범위의 광에 대한 제1층(21)의 사전 결정된 투명성의 레벨을 획득하게 한다. 흡수 영역, 즉 액티브 영역 및 비-흡수 영역의 이 구획을 획득하는 한 방식은, 선택된 표면 밀도, 또는 측면의 밀도가 제공된 나노와이어들의 박막 셀(2)을 채용하는 것이다. 이러한 나노와이어들은 중간의 비-흡수 영역들을 갖는 흡수 영역을 형성하도록 클러스터화될 수 있다. 대안의 실시예에 있어서, 각각의 나노와이어는 한 흡수 영역으로서 고려될 수 있는 반면 나노와이어들 사이의 공간은 비-흡수 영역을 나타낸다. 대안의 실시예에 있어서는, 상단 셀을 얇게 함으로써 투명성의 레벨의 획득이 수행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 박막 셀은 양자 도트 셀로서 형성될 수 있는데, 여기서 투명성은 필름 내에 포함된 양자 도트의 양, 이러한 양자 도트의 분포, 또는 모두에 의해 제어될 수 있다. 그 다음, 각각의 양자 도트, 또는 양자 도트로 커버된 표면 영역은, 흡수 영역을 규정할 수 있다.
광자에 대한 투명성의 어떤 레벨을 갖도록 구성하는, 또한 흡수하도록 구성되는 것이, 박막 셀(2)이 아래 놓인 벌크 셀(3)에 직렬로 접속되는 광전지 장치(1)의 바람직한 실시예들에서 채용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 박막 셀 층(21)은 투명성의 어떤 레벨을 갖도록 의도적으로 구성될 수 있으므로 광전류 매칭에 기여한다. 다른 실시예들에 있어서, 박막 셀(2)과 벌크 셀(3) 사이에 소정의 직렬 접속이 있는지에 관계없이, 박막 층(21)은 투명성의 어떤 레벨을 갖도록 구성된다. 이는 이하 더 기술될 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 박막 셀(2)은 나노와이어 어레이 기반 솔라 셀이다. 이러한 타입의 박막 셀은, 나노와이어 어레이 내의 나노와이어들 사이의 간격에 기인해서, 자체의 설계로 구획된다. 상단 나노와이어 셀(2)은, 도 2를 참조로 기술된 바와 같이, 예를 들어 GaAs, AIGaAs, InP, 또는 이들의 합금으로 만든 수직으로 정렬된 반도체 나노와이어(25)의 주기적인 또는 비주기적인 어레이를 포함할 수 있다. 나노와이어 셀(2)의 양쪽 상부(23) 및 하부(24) 전극은 따라서 투명하다. 다른 예의 이러한 나노와이어-기반 솔라 셀은, 예를 들어 본 출원인의 계류 중인 출원 PCT/US13/73581 및 SE1350687-8에서 발견된다.
몇몇 모델에 따라서, 나노와이어 솔라 셀(2)은 평판의 필름과 달리 결코 완전한 흡수를 가질 수 없다. 도 8의 것의 실시예에 있어서, 이는 또한 적층된 셀 접근에서 사용될 때, 이러한 셀(2)의 형태를 구별하는 장점이 된다. 다중-접합 박막 셀에 기반한 통상적인 탠댐 셀 설계에 있어서, 한 기본적인 설계 원리는 최고 밴드 갭을 갖는 재료, 즉 상단 셀 내의 흡수를 최대화하고, 아래 놓인 셀의 성질을 조정함으로써 전류 매칭을 하는 것이다. 더욱이, 평판의 필름에서, 필름은 기능하기 위해서 몇몇 최소 두께로 되어야 하므로, 상단 셀을 얇게 함으로써 광전류 매칭을 달성하는 시도는 임의적이지 않다. 그런데, 나노와이어 어레이에서, 투명성의 레벨은, 예를 들어 셀(2)이 형성될 때, 나노와이어 간격을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
실제로, 추가적인 기술적인 효과는, 박막 셀(2)이 나노와이어-기반 솔라 셀(2)인 특정 변형에 대한, 도 8의 실시예와 함께 획득될 수 있다. 나노와이어-기반 솔라 셀의 표면 영역은 셀의 전압 Voc 및 충전 팩터 FF를 크게 제한하는 효과를 갖고, 따라서 자체의 효율에 대해서 강하게 제한한다. 추가적으로, 나노와이어들에서 사용된 재료의 양은 또한 p-n 접합 내의 광자의 표면 농도 레벨을 결정한다. 나노와이어(25)의 표면 밀도를 저하시킴으로써, 나노와이어(25) 사이의 더 큰 간격을 갖는 어떤 디멘전의 셀 내에 소수의 스레드가 있게 될 것이다. 나노와이어(25)의 인벨로프 표면이 셀 표면에 큰 범위로 기여하므로, 증가된 나노와이어 간격은 또한 전체 표면 영역이 감소하는 것을 의미한다. 추가적으로, 적은 반도체 재료가 사용될 것이다. 이는 Voc 및 FF, 및 따라서 셀의 상대적인 효율을 증가시킨다. 단일 접합 나노와이어-기반 솔라 셀에 대해서, 이 효과는, 흡수되는 소수의 광자에 의해 반작용되므로, 덜 중요하다. 그런데, 나노와이어-기반 솔라 셀(2)을 낮은 밴드 갭을 갖는 벌크 솔라 셀(3)에 걸쳐서 적층함으로써, 하부 전압이 나노와이어 셀(2) 내보다 벌크 셀(3) 내에서 획득될 것이라도, 상단 셀(2) 내의 미스(miss)된 광자는 효과적으로 벌크 셀(3) 내에서 보호될 수 있다. 결과적으로, 실재 효율에 대해서 최적인 설계가 비-투명 박막과 비교해서 실제로 오프셋될 수 있다. 즉, 도 8에 따른 최적화된 실시예에 있어서, 박막 셀(2) 내에서 미스된 광자가 벌크 셀(3) 내에서 캡처되는 것을 고려하면, 나노와이어 간격은 더 크게 될 것인데, 이는 최적화된 단일 접합 나노와이어 솔라 셀에서보다 더 높은 투명성의 레벨을 의미한다. 나노와이어 셀(2)이 아래 놓인 벌크 셀(3)과 직렬로 접속된 실시예에 있어서, 나노와이어 간격은, 광전류 매칭의 목적을 위해서, 변환 효율을 최적화하는 목적만을 위한 케이스가 되는 것보다도 더 증가될 수 있다.
실제로, 구성은, 예를 들어 도 7c의 실시예에서와 같이 전류 매칭이 목적이 아닌 케이스에도 관련 있는 기술적인 효과를 갖는다. 나노와이어들은 비교적 고가이고, 길이의 면에서 어떤 스윗 스폿(sweet spot)을 갖는다. 타이트하게 포장된 나노와이어들로 박막 층(21)까지 충전함으로써의 추가적인 부스트는 효율의 이득보다 더 많은 비용이 들게 하고, 셀은 평판의 박막 셀과 같이 더 보일 것이다. 상단 셀(2) 내의 흡수는 나노와이어들에 대한 체적의 선형 함수가 아니고, 이는 복귀를 감소시키는 어떤 게임이다. 언급한 바와 같이, 우리가 재료의 양을 광학적으로 이상적인 것 아래로 감소시키면, 상단 셀의 전압 및 충전 팩터는 개선된다. 그러므로, 실재 성능의 최적은 광학적 최적과 동일하지 않다. 특히, 나노와이어 셀에 대해서, 표면 제한 성능 및 표면 영역은 와이어의 수에 비례한다. 부분적으로 투명 나노와이어-기반 층(21)이 Si 벌크 층(31)에 걸쳐서 구성될 때, "광학적으로 최적화된" 케이스는 완전히 전류 매칭된 케이스의 표면 영역의 대략 2.5 배를 가질 수 있는데, 이는 FF 및 Voc의 상당한 변화로 귀결된다. 한편, 평판의 셀은 두께에 독립적인 표면 영역을 갖는다.
바람직한 실시예에 있어서, 벌크 셀(3)은 Si 벌크 셀(3)인데, 이는 오늘날의 솔라 셀 시장에서 엄청난 경제적인 웨이트를 갖는다. 더욱이, 바닥 셀이 Si로 만들어진 제약에 큰 가치가 있는데, 즉 스크래치로부터 탠댐 셀을 최적화하는 것보다, 나노와이어들이 물건을 새로운 방식으로 용이하게 최적화하는 수단을 제공한다.
나노와이어 박막(2)의 밴드 갭보다 더 높은 에너지를 갖는 광자에 대한 투명성의 레벨은, 재료 선택, 특정 전기 접속 등을 포함하는 많은 파라미터에 의존할 것이다. 그런데, 투명성의 예시의 레벨은 5%까지, 10%까지, 또는 심지어 더 높게 될 수 있다.
광에 대한 투명성의 어떤 레벨을 갖도록 박막 셀(2)을 구성하는 것, 또한 흡수하도록 구성되는 것은, 광전류 매칭에 기여하기 위해서 취해진 단독의 측정이 될 필요는 없는 것에 유의해야 한다. 게다가, 이 설계 형태는 도 7a-d에 따라 선택된 전기 커플링 또는 밴드 갭 조정과의 조합으로 채용될 수 있다. 또한, 박막 셀(2) 내의 증가된 에너지 효율과 벌크 셀(3) 내의 증가된 흡수와의 균형의 가능성에 기인해서, 직렬의 상호 접속 없이도, 부분적으로 투명한 나노와이어-기반 박막 솔라 셀(2)과 광학적으로 적층된 벌크 솔라 셀(3)의 조합이 기술적인 효과를 제공하는 것은, 상기로부터 명백하게 될 것이다. 실제로, 다수의 실시예들이 상기되었더라도, 이들이 사실상 모순이 되지 않는 한, 한 실시예의 구별하는 형태들이 다른 실시예의 구별하는 형태와 함께 생략될 수 있는 면에서, 이들 실시예가 결합될 수 있는 것은 당업자에게는 매우 명백하다. 더욱이, 개시된 일반적인 및 특정 실시예의 다양한 변형이 첨부된 청구항들에 의해 규정된 범위로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있는 것은 명백하게 될 것이다.
2 - 박막 셀,
3 - 솔라 벌크 셀.

Claims (18)

  1. 하이브리드 광전지 장치(1)로서,
    수직으로 정렬된 나노와이어(25)들의 어레이를 포함하는 제1층(21) 내에 배치된 박막 솔라 셀(2)로서, 상기 나노와이어들은 제1스펙트럼 범위에 대응하는 제1밴드 갭을 갖는 접합을 갖고, 상기 나노와이어(25)들은 흡수 영역을 형성하며, 비-흡수 영역들이 나노와이어들 사이에 형성되는, 박막 솔라 셀과;
    제1층(21) 아래 위치된, 제2층(31) 내에 배치된 벌크 솔라 셀(3)로서, 상기 제1밴드 갭보다 작고 제2스펙트럼 범위에 대응하는 제2밴드 갭의 접합을 갖는, 벌크 솔라 셀을 포함하고,
    나노와이어들은 선택된 측면의 밀도를 갖는 제1층 내에 제공되어, 입사 포토닉 파면의 사전 결정된 부분이 제1스펙트럼 범위 및 제2스펙트럼 범위 모두에서의 흡수를 위해 벌크 솔라 셀 내로 제1스펙트럼 범위 내의 흡수 없이 비-흡수 영역을 통과하게 될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    나노와이어들의 측면의 밀도가 선택되어 박막 솔라 셀 내에서 생성된 광전류와 벌크 재료 솔라 셀 내에서 생성된 광전류 사이의 전류 매칭을 획득하게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 상기 나노와이어들은 상기 박막 솔라 셀 내의 상부 박막 전극과 하부 박막 전극 사이에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    박막 솔라 셀은 벌크 솔라 셀의 하부 박막 전극(24)과 상부 전극(33) 사이의 메탈 또는 메탈-같은 갈바닉 접속을 통해서 벌크 솔라 셀에 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 갈바닉 접속은 또한 제2벌크 솔라 셀의 상부 전극에 접속되어 상기 벌크 솔라 셀이 서로 병렬로(73, 74) 접속되고 상기 박막 솔라 셀에 대해서 직렬로(75) 접속되도록 하여, 박막 솔라 셀과 벌크 솔라 셀 사이의 광전류 매칭에 기여하게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    제1의 다수의 박막 솔라 셀은 박막 셀(77)의 제1스트링에 직렬로 상호 접속되고, 제2의 다수의 벌크 솔라 셀은 벌크 솔라 셀의 제2스트링(78)에 직렬로 상호 접속되며, 제1 및 제2스트링은 병렬로 접속되고, 스트링 내의 상기 다수의 셀은 상기 스트링 사이의 전압 매칭에 기여하게 적용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    제1층과 제2층 사이에 위치되어, 박막 솔라 셀의 하부 전극과 벌크 솔라 셀의 상부 전극을 접속하는 도전성 층(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    제1커넥터 그리드 구조(231)는 박막 솔라 셀의 상부 전극에 접속되고, 상기 갈바닉 접속은 제2그리드 구조(331)를 포함하며, 상기 제1 및 제2그리드 구조(231, 331)들은 수직으로 실질적으로 오버랩하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2그리드 구조는 벌크 솔라 셀의 상부 전극(33)을 형성하고, 박막 솔라 셀의 하부 전극에 접속되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    갈바닉 접속은 박막 솔라 셀과 벌크 솔라 셀 사이의 다이렉트 전자 도전 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    갈바닉 접속은 비-에피택셜인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    갈바닉 접속은 비-정류인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    갈바닉 접속인 오움인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    갈바닉 접속은 메탈 도전체이거나, 또는 메탈 도전체로서 근본적으로 기능하는 축퇴 도핑된 다중-결정질 반도체 층, 또는 도전성 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  15. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    필름 셀 내의 나노와이어들의 재료는 GaAs, AIGaAs, InP, 또는 이들의 합금과 같은 다이렉트 밴드 갭 반도체인 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  16. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    벌크 솔라 셀은 Si 또는 CIGS로 만든 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  17. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1밴드 갭이 조정되어 박막 솔라 셀과 벌크 솔라 셀 사이의 광전류 매칭에 기여하게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
  18. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    벌크 솔라 셀의 접합은 나노와이어들의 상기 어레이 아래서 측면으로 연장하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광전지 장치.
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