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KR20120067332A - 태양 전지, 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템 - Google Patents

태양 전지, 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템 Download PDF

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KR20120067332A
KR20120067332A KR1020127004206A KR20127004206A KR20120067332A KR 20120067332 A KR20120067332 A KR 20120067332A KR 1020127004206 A KR1020127004206 A KR 1020127004206A KR 20127004206 A KR20127004206 A KR 20127004206A KR 20120067332 A KR20120067332 A KR 20120067332A
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KR
South Korea
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solar cell
transparent conductive
conductive film
atoms
ray diffraction
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KR1020127004206A
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다이스께 후지시마
유야 나까무라
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

양호한 출력을 확보하면서 전기 저항을 더욱 낮게 하는 것이 가능한 투명 도전막을 구비한 태양 전지, 이 태양 전지를 구비한 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템을 제공한다. 텍스처 구조를 갖는 면을 구비하는 기판(2)과, 이 텍스처 구조를 갖는 면 상에 형성된 투명 도전막(5)을 구비하는 태양 전지(1)이며, 투명 도전막(5)은 수소 및 세륨을 함유하는 산화인듐을 포함한다.

Description

태양 전지, 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템{SOLAR BATTERY, SOLAR BATTERY MODULE, AND SOLAR BATTERY SYSTEM}
본 발명은 태양 전지, 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템에 관한 것이다.
태양 전지는, 태양광을 전기로 변환시킬 수 있다는 점에서 환경에의 부하가 적은 새로운 전원으로서 기대되고 있고, 최근에는 일반 가정용 발전 시스템, 대규모 발전 플랜트 등의 태양 전지 시스템이나 각종 응용 상품에서의 이용이 활발히 진행되고 있다. 이러한 상황에서, 현재 태양 전지를 한층 더 보급하기 위해서, 고성능화 등의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다.
태양 전지 시스템은, 예를 들어 1 또는 복수의 태양 전지 모듈을 포함해서 구성되어 있고, 태양 전지 모듈은 태양 전지 시스템, 응용 상품 등 그 용도에 따라 1개의 태양 전지로 이루어진 것이나, 복수의 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속하여 이루어진 것 등이 있다.
태양 전지에는, 전극으로서, 투명 도전막과 이 투명 도전막 상의 집전극으로 이루어진 구성이 사용되는 경우가 있다. 이러한 투명 도전막은 전기 저항이 작고, 태양 전지의 출력을 크게 할 수 있는 것이 바람직하다. 종래, 투명 도전막을 구비한 태양 전지로서는, 주석(Sn)을 함유한 산화인듐(ITO)으로 이루어진 투명 도전막을 구비한 태양 전지가 알려져 있다. 이러한 태양 전지의 고성능화를 위해서는, 투명 도전막의 전기 저항을 보다 작고, 태양 전지의 출력을 보다 크게 하는 것이 요망된다.
투명 도전막은, 액정 디스플레이 등에도 이용되고 있고, 예를 들어 세륨(Ce)을 첨가한 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 평 8-260134호 공보
그러나, 세륨이 첨가된 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막을 태양 전지에 적용하는 경우, 태양 전지가 양호한 출력을 얻으면서 투명 도전막의 전기 저항을 더욱 낮게 하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 낮은 전기 저항 및 태양 전지가 양호한 출력이 가능한 투명 도전막을 구비한 태양 전지, 이 태양 전지를 구비한 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 관한 태양 전지는, 텍스처 구조를 갖는 면을 구비하는 기판과, 이 텍스처 구조를 갖는 면 상에 형성된 투명 도전막을 구비하는 태양 전지이며, 상기 투명 도전막은 수소 및 세륨을 함유하는 산화인듐을 포함한다.
이 경우, 투명 도전막이 수소(H)를 함유하고, 세륨(Ce)을 함유하는 산화인듐을 포함하므로, 투명 도전막의 저저항화가 가능하며, 또한 태양 전지의 출력을 크게 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 국면에 관한 태양 전지 모듈은, 상기 어느 한쪽의 태양 전지를 구비한다.
또한, 본 발명의 일 국면에 관한 태양 전지 시스템은, 상기 태양 전지 모듈을 구비한다.
낮은 전기 저항 및 태양 전지의 양호한 출력이 가능한 투명 도전막을 구비한 태양 전지, 이 태양 전지를 구비한 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템을 제공할 수 있다.
도 1의 (a)는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지의 상면도이고, 도 1의 (b)는 이 태양 전지의 하면도이다.
도 2의 (a)는, 도 1의 (a) 중의 A-A' 선을 따른 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지 셀의 개략 단면도이고, 도 2의 (b)는 이 태양 전지의 표면 근방을 확대한 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈의 상면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈의 사시도이다.
도 5는, 도 3의 A-A' 선을 따른 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈의 일부 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지의 투명 도전막의 시트 저항과 이 투명 도전막 중의 세륨(Ce)의 농도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지의 출력과, 이 태양 전지의 투명 도전막 중의 세륨(Ce)의 농도와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 실시예 및 비교예의 태양 전지에 관한 투명 도전막의 구성, 이 시트 저항 및 태양 전지 특성을 나타낸다.
도 9는, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 8의 투명 도전막의 X선 회절 패턴도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 실시예 및 비교예에 관한 태양 전지의 투명 도전막의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 반값 폭을 도시하는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 실시예 및 비교예에 관한 태양 전지의 투명 도전막의 (440) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 반값 폭의 관계를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태의 실시예에 관한 태양 전지와 비교예의 태양 전지의 내습성 실험의 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지를 설명한다. 도 1의 (a)는 본 실시 형태에 관한 태양 전지의 상면도, 도 1의 (b)는 하면도, 도 2의 (a)는 도 1의 (a) 중의 A-A' 선을 따른 태양 전지의 개략 단면도, 도 2의 (b)는 이 태양 전지 표면 근방의 단면도이다.
태양 전지(1)는, 예를 들어 양면 수광형의 태양 전지이며, 약 1Ω?cm의 저항과 약 200㎛의 두께를 갖는 n형 단결정 실리콘으로 이루어진 기판(2)을 갖는다. 기판(2)의 상면은 텍스처 구조를 갖고 있으며, 상면의 대략 전체 영역 상에 약 5nm의 두께를 갖는 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층(3), 약 5nm의 두께를 갖는 p형 비정질 실리콘층(4) 및 약 100nm의 두께를 갖는 투명 도전막(5)을 이 순서대로 구비하고, 또한 이 투명 도전막(5) 상에 표면측 집전극(6)을 갖는다.
또한, 기판(2)의 이면도 텍스처 구조로 되어 있다. 기판(2)의 이면의 대략 전체 영역 상에는, 약 5nm의 두께를 갖는 실질적으로 진성인 i형 비정질 실리콘층(7), 약 5nm의 두께를 갖는 n형 비정질 실리콘층(8) 및 약 100nm의 두께를 갖는 투명 도전막(9)을 이 순서대로 구비하고, 또한 이 투명 도전막(9) 상에 이면측 집전극(10)을 갖는다. 본 실시 형태에 관한 태양 전지(1)는, 상기 구성에 의해 광전 변환부를 구비하는 소위 HIT 구조의 태양 전지이다.
기판(2)의 표면 및 이면이 갖는 텍스처 구조는, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 높이의 피라미드 형상을 갖는 요철 구조이며, 각 피라미드 형상은 이 피라미드 형상을 구성하는 서로 마주 향하는 면 간이 이루는 각도 θ가 약 72°를 갖는다. 이러한 텍스처 구조는, 예를 들어 기판(2)으로서 단결정 실리콘 기판을 사용하고, 이 단결정 실리콘 기판의 (100) 면을 이방성 에칭함으로써 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는, 기판(2) 면의 대략 전체면을 덮도록 다수의 피라미드 형상이 불규칙하게 배치되어 있다. 각각의 피라미드 형상은, 그 높이(크기)가 가지런하지 않고, 인접하는 피라미드가 일부 겹쳐 있어도 좋다. 또한, 각 피라미드 형상의 정점 및 최저부는 둥그스름해도 좋다.
표면측 집전극(6)은 주로 은(Ag)으로 이루어지고, 약 20㎛ 내지 60㎛의 두께를 갖는다. 표면측 집전극(6)은 투명 도전막(5)의 표면의 대략 전체 영역 상을 덮도록 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 형성된 다수개의 폭이 좁은 직선 형상의 핑거 전극(6a, 6a, ???)과, 이들에 접속되도록 소정의 간격을 두고 평행하게 형성된 띠 형상의 2개의 버스 바 전극(6b, 6b)으로 이루어진다. 본 실시 형태에서는, 각 핑거 전극(6a, 6a, ???)은 약 2mm 간격으로 배치되어 있다.
이면측 집전극(9)은, 주로 은(Ag)으로 이루어지고, 약 20㎛ 내지 60㎛의 두께를 갖는다. 이면측 집전극(10)은 상기 투명 도전막(9)의 표면의 대략 전체 영역 상을 덮도록 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 형성된 다수개의 폭이 좁은 직선 형상의 핑거 전극(10a, 10a, ???)과, 이들에 접속되도록 소정의 간격을 두고 평행하게 형성된 띠 형상의 2개의 버스 바 전극(10b, 10b)으로 이루어진다. 본 실시 형태에서는, 각 핑거 전극(10a, 10a, ???)은 약 1mm 간격으로 배치되어 있다.
본 실시 형태에서는, 투명 도전막(5)은 수소(H)를 함유함과 동시에, 세륨(Ce)을 함유하는 주성분이 산화인듐으로 구성된다. 즉, 상기 투명 도전막(5)은 수소(H), 세륨(Ce), In(인듐) 및 산소(O)를 함유하고, 불순물로서 수소(H) 및 세륨(Ce)이 도프된 산화인듐(In2O3)으로 이루어진다.
투명 도전막(5)은 실질적으로 다결정 구조로 이루어지고, 또한 p형 비정질 실리콘층(4)의 면상을 다 덮도록 세워서 이루어지는 다수의 기둥 형상 구조를 가지며, 지극히 적지만 비정질 부분을 갖는다.
투명 도전막(5)의 수소(H)의 함유량은, 1.0×1021atoms/cm3 이상, 1021atoms/cm3 정도 이상이 바람직하고, 1021atoms/cm3 정도가 더욱 바람직하다. 또한, 수소의 함유량은 투명 도전막(5)의 막 두께 방향에 있어서의 중간 위치의 함유량 값이며, 투명 도전막(5)의 양쪽 표면 근방을 제외한 평균 함유량에 대략 상당한다.
투명 도전막(5)의 수소의 함유 농도는, 양쪽 표면 근방을 제외하고 기판(2)측이 표면측 집전극(6)측보다 함유 농도가 커지는 것이 바람직하고, 기판(2) 측을 향해서 서서히 커지는 구성이 더욱 바람직하다.
투명 도전막(5)은, (400) 배향 및 (440) 배향의 X선 회절 피크를 갖는다. 여기서, X선 회절(XRD)의 측정은 태양 전지(1)에 있어서의 텍스처 구조상의 투명 도전막(5)의 X선 회절 측정이며, 본 명세서 중, 투명 도전막의 X선 회절 측정은 태양 전지에 있어서의 텍스처 구조상의 투명 도전막의 X선 회절 측정을 의미한다(단, X선 회절 측정은 표면측 집전극(6), 이면측 집전극(10)의 형성 전 등의 상기 텍스처 구조상의 X선 회절 측정의 경우를 포함한다).
투명 도전막(5)의 (400) 배향의 X선 회절 피크는, 2θ(θ: X선 회절각)가 35.31°?35.41°이며, 바람직하게는 35.33°?35.40°이고, 더욱 바람직하게는 35.36°?35.38°이다.
투명 도전막(5)의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 반값 폭은, 0.10°?0.30°이고, 바람직하게는 0.15°?0.25°이며, 더욱 바람직하게는 0.18°?0.20°이다.
또한, 투명 도전막(5)의 (440) 배향의 X선 회절 피크는, 2θ(θ: X선 회절각)가 50.80°?50.96°이고, 바람직하게는 50.85°?50.95°이며, 더욱 바람직하게는 50.90°?50.91°이다.
투명 도전막(5)의 (440) 배향의 X선 회절 피크의 반값 폭은, 0.10 내지 0.35°이고, 바람직하게는 0.15°?0.30°이며, 더욱 바람직하게는 0.17°?0.22°이다.
투명 도전막(5)의 세륨(Ce)의 함유량은, 1.0×1020atoms/cm3 이상 1.0×1021atoms/cm3 이하가 바람직하고, 바람직하게는 2.5×1020atoms/cm3 이상 8.0×1020atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 4.0×1020atoms/cm3 이상 6.0×1020atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 4.5×1020atoms/cm3 이상 5.2×1020atoms/cm3 이하이다.
본 실시 형태에서는, 투명 도전막(9)은 수소(H)를 함유함과 동시에, 텅스텐(W)을 함유하는 주성분이 산화인듐으로 이루어진 막이다. 즉, 상기 투명 도전막(9)은 수소(H), 텅스텐(W), In(인듐) 및 산소(O)를 함유하고, 불순물로서 수소(H) 및 텅스텐(W)이 도프된 산화인듐(In2O3)으로 이루어진다.
투명 도전막(9)은 실질적으로 다결정 구조로 이루어지고, 또한 n형 비정질 실리콘층(8)의 표면 상을 다 덮도록 세워서 이루어지는 다수의 기둥 형상 구조를 갖고, 지극히 적지만 비정질 부분을 갖는다.
투명 도전막(9)은 텅스텐(W)의 함유량이, 예를 들어 2.0×1020atoms/cm3이고, 수소(H)의 함유량이 1.0×1020atoms/cm3 이상, 1020atoms/cm3 정도이며, 예를 들어 9.0×1020atoms/cm3이다. 또한, 수소의 함유량은 투명 도전막(5)의 막 두께 방향에 있어서의 중간 위치의 함유량의 값이며, 투명 도전막(9)의 양쪽 표면 근방을 제외한 평균 함유량에 대략 상당한다.
투명 도전막(9)의 수소의 함유 농도는, 양쪽 표면 근방을 제외하고 기판(2) 측이 이면측 집전극(10)측보다 함유 농도가 커지는 것이 바람직하고, 또한 기판(2) 측을 향해서 서서히 커지는 구성이 더욱 바람직하다.
도 3 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지를 구비한 태양 전지 모듈을 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈의 상면도이고, 도 4는 그 사시도, 도 5는 도 3의 A-A' 선을 따른 단면도이다.
참조 부호 20은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 태양 전지(1)를 구비한 태양 전지 모듈이다. 태양 전지 모듈(20)은 백판 강화 유리 등이 투명한 표면측 커버(22), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지 필름으로 이루어진 내후성 이면측 커버(23)를 갖는다. 표면측 커버(22)와 이면측 커버(23) 사이에, 직선 형상의 태양 전지군(26, 26)이, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등의 충전재(27)를 개재해서 배치되어 있다. 태양 전지군(26)은 복수의 태양 전지(1, 1, ???)를 포함하고, 인접해서 배열되는 태양 전지(1, 1)는 도전성 표면재로서의 Sn-Ag-Cu나 Sn-Pb 등의 땜납층(유연층)에서 표면이 피복되어 이루어지는 평판 동선 등으로 이루어진 스트립 형상(띠 형상)의 도전성 접속 부재(25)에 의해 전기적으로 직렬 접속되어 있다. 표면측 커버(22)와 이면측 커버(23) 사이에 판상의 구성체의 주위에는, 이 구성체를 지지하는 알루미늄 등으로 이루어진 금속제의 프레임체(28)가 설치된다. 또한, 이면측 커버(23)의 표면에는, 태양 전지의 출력을 외부로 취출하기 위한 단자 박스가 설치된다.
각 태양 전지군(26, 26, ???)은 서로 평행하게 배치되고, 모든 태양 전지군(26, 26, ???)이 전기적으로 직렬 접속되도록, 소정의 인접하는 태양 전지군(26, 26)의 한쪽 단부 측의 접속 부재(25, 25, 25, 25)가 땜납층에서 표면이 피착된 평판 동선 등으로 이루어진 스트립 형상으로 도전성을 갖는 제2 접속 부재(29)에 의해 땜납 접속된다. 또한, 다른 소정의 인접하는 태양 전지군(26, 26)의 다른 쪽 단부측의 접속 부재(25, 25, 25, 25…)가 땜납층에서 표면이 피복된 평판 동선 등으로 이루어진 L자 형상으로 도전성을 갖는 제3 접속 부재(30, 31)와 땜납 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 태양 전지 모듈(1)의 복수의 태양 전지(1, 1, ???)는 매트릭스 형상으로 배치된다.
최외측의 태양 전지군(26, 26) 중의 전력 취출 측의 양 최단부의 태양 전지(1, 1)의 접속 부재(25, 25, ??)에는, 태양 전지 모듈(1)로부터 전기 출력을 취출하기 위한, 땜납층에서 표면이 피착된 평판 동선 등으로 이루어진 L자 형상의 접속 부재(출력 취출용 접속 부재: 32, 33)가 각각 땜납 접속되어 있다.
또한, L자 형상의 접속 부재(30, 31)와 L자 형상의 접속 부재(32, 33) 사이, L자 형상의 접속 부재(31)와 L자 형상의 접속 부재(33) 사이에서 교차하는 부분은, 도시하지 않은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 절연 시트 등의 절연 부재를 개재시키고 있다.
또한, 도시하지 않았지만, L자 형상의 접속 부재(30), L자 형상의 접속 부재(31), L자 형상의 접속 부재(32) 및 L자 형상의 접속 부재(33)의 각 선단측 부분은 이면측 커버(23)의 절결 <도시하지 않음>을 개재해서 태양 전지 모듈(20)의 이면측 상부측 중앙에 위치하는 단자 박스(34) 내에 유도되어 있다. 단자 박스 내(34)에서, L자 형상의 접속 부재(32)와 L자 형상의 접속 부재(30) 사이, L자 형상의 접속 부재(30)와 L자 형상의 접속 부재(31) 사이 및 L자 형상의 접속 부재(31)와 L자 형상의 접속 부재(33) 사이는, 각각 바이패스 다이오드(도시하지 않음)로 접속되어 있다.
본 실시 형태에 관한 태양 전지 시스템은, 예를 들어 상기 태양 전지 모듈(20)의 복수를, 예를 들어 개인 주택의 지붕 위에 고정용 비스를 사용해서 각각 지붕면에 고정하고, 또한 인접하는 태양 전지 모듈을 서로 결합하여, 하부측(처마측)부터 상부측(용마루측)을 향해서 단차로(계단 형상으로) 설치함과 동시에, 이들을 제어하기 위한 제어 시스템으로 구성되어 이루어진 태양 전지 시스템이다.
이하에, 본 실시 형태에 관한 태양 전지의 제조 방법을 설명한다.
우선, 상면이 (100) 면인 n형 단결정 실리콘 기판을 세정함으로써 불순물을 제거하고, NaOH 수용액으로 이루어진 에칭액을 사용해서 이방성 에칭을 행하여 단결정 실리콘 기판의 상면 및 하면에 각각 텍스처 구조를 형성한 기판(1)을 준비한다.
다음에, 예를 들어 RF 플라즈마 CVD법을 사용하여, 주파수: 약 13.56MHz, 형성 온도: 약 100℃ 내지 약 300℃, 반응압력: 약 5Pa 내지 약 100Pa, RF 파워: 약 1mW/cm2 내지 약 500mW/cm2의 조건 하에서, n형 단결정 실리콘 기판(2)의 상기 텍스처 구조를 갖는 상면 상에 i형 비정질 실리콘층(3) 및 p형 비정질 실리콘층(4)을 이 순서로 형성한다. 또한, 기판(2)의 텍스처 구조를 갖는 하면 상에 i형 비정질 실리콘층(7) 및 n형 비정질 실리콘층(8)을 이 순서로 형성한다.
이어서, 이온 플레이팅법을 사용하여, Ar과 O2의 혼합 가스 및 수증기 분위기 중 및 실온 하에서, p형 비정질 실리콘층(4) 상에 불순물로서 수소(H) 및 세륨(Ce)을 함유하는 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막(5)을 형성한다. 여기서, 성막용 재료원으로서, 도핑용 산화세륨(CeO2) 분말을 소정량 포함하는 In2O3 분말의 소결체를 사용했다. 이 경우, 산화세륨(CeO2) 분말의 함유량을 바꾼 소결체를 사용함으로써, 투명 도전막(5) 중의 세륨(Ce)량을 변화시킬 수 있다.
또한, 이온 플레이팅법을 사용하여, Ar과 O2의 혼합 가스 및 수증기 분위기 중 및 실온 하에서, n형 비정질 실리콘층(8) 상에 불순물로서의 수소(H) 및 텅스텐(W)을 함유하는 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막(9)을 형성한다. 여기서, 성막용 재료원으로서, 도핑용 산화텅스텐(WO3) 분말을 소정량 포함하는 In2O3 분말의 소결체를 사용했다.
또한, 본 실시 형태의 제조 방법으로 성막된 투명 도전막(5, 9)은, 예를 들어 약 200℃에서 1시간 정도 어닐해서 이 투명 도전막(5, 9)의 결정화를 진척시키는 것이 바람직하다. 본 실시 형태의 경우, 이하에 설명하는 전극 형성 공정의 가열 공정이 상기 소정의 어닐 처리를 겸하지만, 이 경우나 그 밖의 공정에서 어닐 처리를 겸하는 경우에는, 어닐 공정을 별도로 설치하지 않아도 좋다.
이어서, 스크린 인쇄법을 사용하여, 투명 도전막(5) 상의 소정 영역에, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 은(Ag) 미분말을 혼련하여 넣은 Ag 페이스트를 소정의 형상으로 형성했다. 또한, 스크린 인쇄법을 사용하여, 투명 도전막(9) 상의 소정 영역에, 에폭시 수지에 은(Ag) 미분말을 혼련하여 넣은 Ag 페이스트를 소정의 형상으로 형성했다. 이, 약 200℃에서 약 1시간 가열함으로써, 각각의 Ag 페이스트를 경화시켜 표면측 집전극(6), 이면측 집전극(10)을 형성한다. 이상과 같이 하여, 본 실시 형태의 태양 전지(1)가 형성된다.
이어서, 인접하는 태양 전지(1, 1)의 한쪽의 태양 전지(1)의 표면측 집전극(6)의 버스 바 전극(6b, 6b) 상과 다른 쪽의 태양 전지(1)의 이면측 집전극(10)의 버스 바 전극(10b, 10b) 상에, 땜납 또는 열경화성 수지를 포함하는 접착제를 개재하여 대향하도록 접속 부재(25, 25, ???)를 배치한다. 그리고, 이 상태에서 가압하면서 가열?강온시킴으로써, 각각의 접속 부재를 버스 바 전극(6b, 10b) 상에 고정, 접속하여 태양 전지군(26)을 제작한다. 또한, 열경화성 수지를 포함하는 접착제를 사용하는 경우에는, 도전성 필러를 포함하는 열경화성 수지로 이루어진 접착제를 사용해도 좋다.
이어서, 태양 전지군(26)을 복수 준비하고, 접속 부재(29, 29, 29), 접속 부재(29, 30, 31, 32, 33)를 설치한 구조체를 제작한 후, 표면측 커버(22), 충전재가 되는 밀봉 시트, 구조체, 충전재가 되는 밀봉 시트, 이면측 커버(23)의 순서대로 적층하고, 진공 상태에서, 150℃에서 10분간 가열 압착한다. 그 후, 150℃에서 1시간 가열함으로써, 상기 충전재를 완전히 경화시킨다. 마지막으로, 단자 박스(34), 프레임체(28)를 설치하고, 태양 전지 모듈(20)을 완성한다.
본 실시 형태에서는, 투명 도전막(5)이 소정 범위 내의 양의 수소(H)를 함유 하고, 소정 범위 내의 양의 세륨(Ce)을 함유하는 산화인듐으로 이루어진 막이므로, 투명 도전막(5)은 저저항이며, 또한 태양 전지(1)의 출력을 높게 할 수 있다.
특히, 투명 도전막(5)의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각)가 바람직한 범위 내인 동시에, 반값 폭이 바람직한 범위 내인 구성이므로, 투명 도전막(5)은 더욱 저저항이며, 또한 태양 전지(1)의 출력을 더욱 높게 할 수 있다.
또한, 투명 도전막(5)의 (440) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각)가 바람직한 범위 내인 동시에, 반값 폭이 바람직한 범위 내인 구성이므로, 투명 도전막(5)은 더욱 저저항이며, 또한 태양 전지(1)의 출력을 더욱 높게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 투명 도전막(5)은 저저항이므로, 표면측 집전극(6)의 면적을 작게 하면서 태양 전지(1)의 출력을 양호하게 하는 것이 가능하다. 이 결과, 표면측 집전극(6)의 재료의 양을 저감시키는 것이 가능하므로, 저비용화가 가능하다.
본 실시 형태의 태양 전지(1)의 투명 도전막(5, 9)은 후방 산란 전자 회절(EBSD), 투과형 전자 현미경(TEM) 및 X선 회절(XRD) 측정 결과로부터, 실질적으로 다결정 구조를 갖는 기둥 형상 구조로 이루어지고, 지극히 적지만, 비정질 부분을 갖는 것을 알았다. 또한, 이 투명 도전막(5, 9)의 X선 회절 측정에 있어서, 산화 세륨, 산화 텅스텐의 X선 회절 피크는 관측할 수 없었다.
도 6은, 본 실시 형태의 태양 전지(1)의 투명 도전막(5)의 시트 저항과 투명 도전막(5) 중의 세륨(Ce) 양의 관계를 도시하는 도면이다. 여기서, 도면 중, 실선은 투명 도전막(5) 중의 수소(H)량이 2.0×1021atoms/cm3인 것이고, 파선은 투명 도전막(5) 중의 수소(H)량이 1021atoms/cm3 정도보다 작은 정도이며, 9.0×1020atoms/cm3인 것이다. 또한, 시트 저항은 4단자법을 사용하여 측정했다. 또한, Ce의 양은 러더퍼드 후방 산란 분석법(RBS)을 사용하여 측정했다. 또한, 수소의 양은 수소전방산란 분석법(HFS)을 사용하여 측정했다.
도 6으로부터, 투명 도전막(5)은 수소(H)의 함유가 1020atoms/cm3 정도인 것보다, 1021atoms/cm3 정도 쪽이 저저항인 것을 알 수 있다.
덧붙여, 수소(H)의 함유가 1021atoms/cm3 정도인 경우, 상기 투명 도전막(5)의 세륨(Ce)의 함유량은 1.0×1020atoms/cm3 이상 1.0×1021atoms/cm3 이하가 바람직하고, 바람직하게는 2.5×1020atoms/cm3 이상 8.0×1020atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 4.0×1020atoms/cm3 이상 6.0×1020atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 4.5×1020atoms/cm3 이상 5.2×1020atoms/cm3 이하인 것을 알 수 있다.
도 7은, 본 실시 형태의 태양 전지의 출력과 태양 전지의 투명 도전막(5) 중의 세륨(Ce)량의 관계를 도시하는 도면이다. 여기서, 각 태양 전지는, 도 6에서 사용한 것과 동일하고, 실선은 투명 도전막(5) 중의 수소(H)량이 2.0×1021atoms/cm3이며, 파선은 투명 도전막(5) 중의 수소(H)량이 1021atoms/cm3 정도보다 작은 정도이며, 9.0×1020atoms/cm3이다. 또한, 태양 전지 셀의 출력 측정은 솔라 시뮬레이터를 사용하고, 측정 조건은 에어 매스(AM) 1.5, 광 강도 100mW/cm2이며, 출력값은 투명 도전막(5)에 대응하는 투명 도전막으로서 수소(H)의 함유가 1020atoms/cm3 정도의 세륨(Ce)을 함유하지 않는 산화인듐막을 사용한 태양 전지의 출력값으로 규격화하고 있다.
상기 도 7은, 투명 도전막(5)의 세륨(Ce)의 함유량이 1.0×1020 내지 1.2×1021atoms/cm3, 수소(H)의 함유가 1020 내지 1021atoms/cm3 정도인 경우, 투명 도전막(5)에 대응하는 투명 도전막으로서 세륨을 함유하지 않는 산화인듐으로 이루어진 막을 사용한 태양 전지보다 출력이 높은 것을 나타내고 있다.
또한, 상기 도 7로부터도, 수소(H)의 함유가 1021atoms/cm3 정도인 경우, 상기 투명 도전막(5)의 세륨(Ce)의 함유량은, 1.0×1020atoms/cm3 이상 1.0×1021atoms/cm3 이하가 바람직하고, 바람직하게는 2.5×1020atoms/cm3 이상 8.0×1020atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 4.0×1020atoms/cm3 이상 6.0×1020atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 4.5×1020atoms/cm3 이상 5.2×1020atoms/cm3 이하인 것을 알 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7 중에는 도시되어 있지 않지만, 예를 들어 투명 도전막(5) 중의 수소(H)량이 약 3.1×1021atoms/cm3, 투명 도전막(5)의 세륨(Ce)의 함유량이 7.0×1020atoms/cm3인 경우도, 시트 저항은 50Ω/□보다 낮은 저항값이고, 상기 규격화한 출력은 108.1%이며, 높은 출력이 얻어지고 있다.
도 8은, 본 실시 형태의 태양 전지(1)에 관한 실시예 1 내지 실시예 3 및 투명 도전막(5) 대신 다른 투명 도전막을 사용한 비교예 1 내지 비교예 11의 투명 도전막의 구성, 투명 도전막의 시트 저항 및 태양 전지 특성을 나타낸다. 또한, 도면 중, 도펀트 란은, 막 제작에 사용한 산화인듐으로 이루어진 소결체 중의 불순물 및 그 함유량을 나타내고, 수소 함유량 란의 「많음」은, 투명 도전막 중의 수소 함유량이 2.0×1021atoms/cm3이며, 「적음」은, 수소 함유량이 9.0×1020atoms/cm3이다.
여기서, 실시예 1 내지 실시예 3은, 도 6 및 도 7에서 사용한 실시 형태에 관한 태양 전지(1)와 동일하고, 실시예 1 내지 실시예 3의 투명 도전막(5) 중의 세륨(Ce) 농도는, 각각 2.4×1020atoms/cm3, 4.8×1020atoms/cm3, 8.0×1020atoms/cm3이며, 비교예 1 내지 비교예 11은 투명 도전막(5) 이외에는, 본 실시 형태와 마찬가지이다.
상기 도 8에서, 비교예 1 내지 비교예 11 중에는, 시트 저항 및 태양 전지의 출력 중 어느 하나가 양호한 것이 있지만, 이들이 모두 양호하지는 않다. 한편, 세륨 및 함유량이 1021atoms/cm3 정도인 수소를 함유하는 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막(5)을 구비하는 실시예 1 내지 실시예 3은, 시트 저항 및 태양 전지의 출력도 양호한 것을 안다.
도 9는, 상기 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 8의 X선 회절 패턴 도이며, 종축은 X선 회절 강도, 횡축은 2θ(θ: X선 회절각)이다. 또한, X선 회절 측정은 표면측 집전극(6) 및 이면측 집전극(10)의 형성 전의 태양 전지(1)에 있어서의 상기 텍스처 구조상의 투명 도전막의 측정이고, 약 200℃, 1시간의 어닐 처리를 행했다. 또한, X선 회절 측정은 2θ를 0.002°간격으로 행했다.
상기 도 9로부터, 상기 실시예 2는 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 8과 비교해서 크게 상이한 것을 알 수 있다.
도 10은, 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 태양 전지의 투명 도전막(5)의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 반값 폭 및 상기 비교예 1 내지 비교예 11의 투명 도전막(5)에 대응하는 투명 도전막의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 반값 폭을 나타낸다. 또한, 도 11은 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 태양 전지의 투명 도전막(5)의 (440) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 반값 폭 및 상기 비교예 1 내지 비교예 11의 투명 도전막(5)에 대응하는 투명 도전막의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 반값 폭을 도시하는 도면이다.
또한, 여기서, X선 회절 측정은 표면측 집전극(6) 및 이면측 집전극(10)의 형성 전의 태양 전지(1)에 있어서의 텍스처 구조상의 투명 도전막의 측정이고, 약 200℃, 1시간의 어닐 처리를 행했다. 또한, X선 회절 측정은 2θ를 0.002° 간격으로 행했다.
도 10으로부터, 투명 도전막(5)의 2θ는 35.31°?35.41°이고, 바람직하게는 35.33°?35.40°이며, 더욱 바람직하게는 35.36°?35.38°이고, 투명 도전막(5)의 (400) 배향의 X선 회절 피크의 반값 폭은 0.10°?0.30°이며, 바람직하게는 0.15°?0.25°이고, 더욱 바람직하게는 0.18°?0.20°인 것을 알 수 있다.
또한, 도 11로부터 상기 투명 도전막(5)의 (440) 배향의 X선 회절 피크는 2θ(θ: X선 회절각)가 50.80°?50.96°이고, 바람직하게는 50.85°?50.95°이며, 더욱 바람직하게는 50.90°?50.91°이고, 상기 투명 도전막(5)의 (440) 배향의 X선 회절 피크의 반값 폭은 0.10°?0.35°이며, 바람직하게는 0.15°?0.30°이고, 더욱 바람직하게는 0.17°?0.22°인 것을 알 수 있다.
도 10 및 도 11로부터, 저항이 작고, 또한 태양 전지(1)의 출력이 바람직한 본 실시 형태에 관한 세륨 및 1021atoms/cm3 정도인 수소를 함유하는 산화인듐을 포함하는 투명 도전막(5)은 세륨을 함유하지만, 1020atoms/cm3 정도 이하의 수소를 함유하는 산화인듐을 포함하는 투명 도전막, 텅스텐을 함유하는 산화인듐이나 텅스텐 및 수소를 함유하는 산화인듐을 포함하는 투명 도전막, ITO 및 수소를 함유하는 산화인듐에 비해, (400) 배향, (440) 배향의 X선 회절 피크의 2θ(θ: X선 회절각) 및 X선 회절 피크의 반값 폭이 크게 상이한 것을 알 수 있다.
이것은, 이러한 세륨 및 1021atoms/cm3 정도인 수소를 함유하는 산화인듐을 포함하는 투명 도전막과 세륨 및 1020atoms/cm3 정도 이하의 수소를 함유하는 산화인듐을 포함하는 투명 도전막 등과는 다른 결정립이나 기둥 형상 구조의 형태나 크기 등을 갖는다고 생각된다. 이러한 세륨 및 1021atoms/cm3 정도인 수소를 함유하는 산화인듐을 포함하는 투명 도전막으로 이루어진 경우, 투명 도전막(5)보다 저저항화 및 태양 전지의 고출력화가 실현되는 이유는 명확하지 않지만, 상술한 X선 회절에서 특정되는 다른 결정립이나 기둥 형상 구조의 형태나 크기 등이 크게 기여하고 있을 가능성이 높다고 생각된다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 실시예 4의 태양 전지(1)와 비교예의 태양 전지의 내습성의 가속 시험 결과를 도시하는 도면이며, 종축은 각각의 시간에 있어서 실시예 4의 태양 전지 셀(1)의 곡선 인자(F.F.)를 100%로서 규격화한 비교예의 F.F.의 비교값이며, 횡축은 내습 실험 시간이다. 이 가속 시험의 조건은 습도 85%, 온도 85℃이고, 가속 시험용 모듈의 형태로 행했다. 또한, 실험 개시시에 있어서, 실시예 4가 비교예보다 F.F.의 값이 약 0.5% 높았다.
여기에서는, 본 실시 형태의 태양 전지(1)로서, 수소(H) 함유율이 3.1×1021atoms/cm3, 세륨(Ce) 함유율이 7.0×1020atoms/cm3인 산화인듐을 함유하는 투명 도전막(5)을 구비한 태양 전지(1)(실시예 4)를 사용하고, 비교예는 투명 도전막(5)을 수소(H) 함유율이 3.4×1021atoms/cm3, 텅스텐(W) 함유율이 2.0×1020atoms/cm3인 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막 대신 태양 전지를 사용했다. 또한, 본 실시 형태 및 비교예와 함께, n형 비정질 실리콘층(8) 상의 투명 도전막은, 수소(H)의 함유가 3.1×1021atoms/cm3, 텅스텐(W)의 함유율이 6.0×1020atoms/cm3인 산화인듐으로 이루어진 투명 도전막이다.
도 12로부터, n-i-p 접합측이 되는 p형 비정질 실리콘층(4) 상의 투명 도전막(5)에는 수소(H) 및 세륨(Ce)을 함유한 산화인듐을 함유하는 투명 도전막을 구비한 본 실시 형태의 태양 전지 쪽이, 수소(H) 및 텅스텐(W)을 함유한 산화인듐을 함유하는 투명 도전막을 구비한 비교예의 태양 전지보다 내습성이 우수한 것을 알 수 있다.
n형 비정질 실리콘층 상의 투명 도전막에는, 상술한 바와 같이 1020atoms/cm3 정도인 수소 함유가 적은 수소(H) 및 텅스텐(W)을 함유하는 산화인듐 함유막으로 이루어진 투명 도전막 이외에, 1020atoms/cm3 정도인 수소 함유가 적은 수소(H) 및 세륨(Ce)을 함유하는 산화인듐 함유막으로 이루어진 투명 도전막 등이라도 좋다.
상기 실시 형태의 태양 전지는, 소위 HIT 태양 전지를 사용해서 설명했지만, 단결정 태양 전지나 다결정 태양 전지 등의 다양한 태양 전지에 적절히 이용 가능하고, 또한 양면 수광형 이외에, 편면 수광형에도 적용이 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 표면측 집전극 및 이면측 집전극의 버스 바 전극은 각각 2개이지만, 적절히 그 수를 변경해도 좋고, 기타 형상 등도 적절히 변경 가능하다.
또한, 표면측 집전극 및/또는 이면측 집전극은, 버스 바 전극을 구비하지 않은 버스 바레스 구조라도 좋고, 이면측 집전극이 다른 구조의 전극, 예를 들어 대략 이면 전체면이 금속막으로 덮이는 전극과, 그 위에 형성되는 버스 바 전극으로 구성되는 것 등에도 적용이 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 광 입사가 주가 되는 측에, p형 측이 위치하도록 했으나, n형 측이 위치하도록 해도 좋다. 이 경우, 집전극의 핑거 전극의 피치 등을 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양 전지 모듈은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 프레임체를 구비하지 않는 구성이라도 좋고, 또한 응용 상품용인 것이라도 물론 좋다.
또한, 본 발명의 태양 전지 모듈은 양면 수광형 태양 전지 모듈이어도 좋고, 예를 들어 표면측 커버 및 이면측 커버 모두 유리판이라도 좋다.
상기 실시 형태에 관한 태양 전지 시스템에서는, 예를 들어 개인 주택용으로 했지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 또한 태양 전지 모듈의 설치 방법도 적절히 변경 가능하다.
<산업상 이용가능성>
양호한 출력을 확보하면서 전기 저항을 더욱 낮게 하는 것이 가능한 투명 도전막을 구비하는 태양 전지 및 이 태양 전지를 갖는 태양 전지 모듈 및 태양 전지 시스템을 제공할 수 있으므로, 태양광 발전 분야 등에서 이용할 수 있다.
1: 태양 전지
2: n형 단결정 실리콘 기판
3: i형 비정질 실리콘층
4: p형 비정질 실리콘층
5: 투명 도전막
20: 태양 전지 모듈

Claims (8)

  1. 텍스처 구조를 갖는 면을 구비하는 기판과, 상기 텍스처 구조를 갖는 면 상에 형성된 투명 도전막을 구비하는 태양 전지이며, 상기 투명 도전막은 수소 및 세륨을 함유하는 산화인듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 도전막은 X선 회절법에 의해 측정한 (400) 면의 X선 회절 피크가 2θ(θ: X선 회절각) 35.31°?35.40°의 범위에 있고, 또한 반값 폭이 0.10°?0.30°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 단결정 실리콘 기판으로 이루어지고, 상기 텍스처 구조는 상기 기판을 이방성 에칭함으로써 형성한 다수의 피라미드 형상의 요철 구조인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단결정 실리콘으로 이루어진 기판과 상기 투명 도전막 사이는, p형 비정질 실리콘층을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세륨의 함유량은 1.0×1020atoms/cm3 이상 1.0×1021atoms/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수소의 함유량은 1021atoms/cm3 정도인 것을 특징으로 하는 태양 전지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  8. 제7항에 기재된 태양 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 시스템.
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