KR100990111B1 - 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양전지는 기판, 기판에 배치되는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되며, 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층을 포함하는 광전변환부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 태양전지는 기판, 기판에 배치되는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되는 광전변환부를 포함하고, 광전변환부는 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질의 불순물이 도핑된 비정질 실리콘 재질의 제 1 진성 반도체층을 포함하는 제 1 광전변환부, 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 비정질 실리콘 재질의 제 2 진성 반도체층을 포함하는 제 2 광전변환부 및 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘 재질의 제 3 진성 반도체층을 포함하는 제 3 광전변환부를 포함할 수 있다.

Description

태양전지{Solar Cell}
본 발명의 태양전지에 관한 것이다.
태양전지(Solar Cell)는 빛을 전기로 변환하는 소자로서, p형 반도체와 n형 반도체를 포함한다.
일반적으로 외부에서 광이 입사되면, 입사되는 광에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 형성되고, 내부에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고, 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산할 수 있다.
태양전지는 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘 계, 화합물 계, 유기물 계 태양전지로 구분할 수 있다.
아울러, 실리콘 계 태양전지는 반도체의 상(Phase)에 따라 결정 실리콘(Crystalline Silicon, C-Si) 태양전지와 비정질 실리콘(Amorphous Silicon, A-Si) 태양전지로 구분될 수 있다.
본 발명은 진성(Intrinsic) 반도체에 소정의 불순물을 도핑하여 밴드갭(Band gap) 전압을 조절한 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 기판, 기판에 배치되는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되며, 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층을 포함하는 광전변환부를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에는 n형 불순물 도핑층과 p형 불순물 도핑층이 배치되고, 광전변환층은 n형 불순물 도핑층과 p형 불순물 도핑층의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 광전변환부는 비정질 실리콘 재질의 진성 반도체층을 더 포함할 수 있다.
또한, 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층의 게르마늄 재질의 함량비는 3~20atom%일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 태양전지는 기판, 기판에 배치되는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되는 광전변환부를 포함하고, 광전변환부는 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질의 불순물이 도핑된 비정질 실리콘 재질의 제 1 진성 반도체층을 포함하는 제 1 광전변환부, 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 비정질 실리콘 재질의 제 2 진성 반도체층을 포함하는 제 2 광전변환 부 및 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘 재질의 제 3 진성 반도체층을 포함하는 제 3 광전변환부를 포함할 수 있다.
또한, 광입사면으로부터 제 1 광전변환부, 제 2 광전변환부 및 제 3 광전변환부가 차례로 배치될 수 있다.
또한, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄 재질의 도핑농도는 제 2 진성 반도체층의 게르마늄 재질의 도핑농도보다 낮을 수 있다.
또한, 제 3 진성 반도체층의 두께는 제 2 진성 반도체층의 두께보다 두껍고, 제 2 진성 반도체층의 두께는 제 1 진성 반도체층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
또한, 제 2 광전변환부와 제 3 광전변환부의 사이에는 중간층(Interlayer)이 더 배치될 수 있다.
또한, 제 1 광전변환부와 제 2 광전변환부의 사이에는 중간층(Interlayer)이 더 배치될 수 있다.
또한, 제 1 광전변환부와 제 2 광전변환부의 사이에 배치되는 제 1 중간층 및 제 2 광전변환부와 제 3 광전변환부의 사이에 배치되는 제 2 중간층을 더 포함하고, 제 2 중간층의 두께는 제 1 중간층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
또한, 제 1 광전변환부와 제 2 광전변환부의 사이에 배치되는 제 1 중간층 및 제 2 광전변환부와 제 3 광전변환부의 사이에 배치되는 제 2 중간층을 더 포함하고, 제 1 파장 대역에 대한 제 1 중간층의 굴절률은 제 2 중간층의 굴절률보다 크고, 제 1 파장보다 긴 제 2 파장 대역에 대한 제 2 중간층의 굴절률은 제 1 중간층의 굴절률보다 클 수 있다.
또한, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄 재질의 함량비는 3~20atom%일 수 있다.
또한, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄 재질의 함량비는 5~30atom%일 수 있다.
또한, 제 1 진성 반도체층의 불순물의 함량비는 10~50atom%일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 또 다른 태양전지는 기판, 기판에 배치되는 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되는 비정질 실리콘 재질의 진성 반도체층과 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층을 포함하고, 비정질 실리콘 재질의 진성 반도체층과 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층에는 동일한 재질의 불순물이 도핑될 수 있다.
또한, 비정질 실리콘 재질의 진성 반도체층과 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층에 도핑되는 불순물은 게르마늄(Ge) 재질일 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 진성(Intrinsic) 반도체에 소정의 불순물을 도핑하여 밴드갭(Band gap) 전압을 조절함으로써 효율을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 태양전지의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 구조를 pin-pin 구조라고 할 수 있다.
도 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 태양전지는 기판(100), 기판(100)의 상부에 배치되는 전면전극(110), 후면전극(140) 및 광전변환부(120, 130)를 포함할 수 있다.
여기서, 전면전극(110)은 기판(100)에 배치되고, 외부로부터 입사되는 광으로 전력을 생산하는 광전변환부(120, 130)는 전면전극(110)과 후면전극(140)의 사이에 배치되며, 아울러 광전변환부(120)는 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘(Micro-Crystalline Silicon) 재질의 진성(Intrinsic) 반도체층(132)을 포함할 수 있다. 여기서, 진성 반도체층은 i형 반도체층이라고 할 수 있다. 여기서, 전면전극(110)을 제 1 전극(First Electrode)라 하고, 후면전극(140)을 제 2 전극(Second Electrode)라 하는 것도 가능하다.
기판(100)은 다른 기능성층들이 배치될 수 있는 공간을 마련할 수 있다. 아울러, 기판(100)은 입사되는 광(Light)이 광전변환부(120, 130)에 보다 효과적으로 도달하도록 하기 위해 실질적으로 투명한 재질, 예컨대 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
전면전극(110)은 입사되는 광의 투과율을 높이기 위해 실질적으로 투명하면서도 전기 전도성을 갖는 재질을 포함하는 것이 가능하다. 예컨대, 전면전극(110)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 잘 흐를 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도를 구비하기 위해 인듐주석산화물(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 아울러, 전면전극(110)의 비저항 범위는 약 10-2Ω-㎝ 내지 10-11Ω-㎝일 수 있다.
이러한 전면전극(110)은 실질적으로 기판(100)의 전체 면에 형성되는 것이 가능하며, 광전변환부(120, 130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 전면전극(110)은 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 정공을 수집하여 출력할 수 있다.
아울러, 전면전극(110)의 상부 표면에는 랜덤(random)한 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철이 형성될 수 있다. 즉, 전면전극(110)은 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비하고 있는 것이다. 이와 같이, 전면전극(110)의 표면을 텍스처링하게 되면, 입사되는 광의 반사를 저감시키고, 광의 흡수율을 높일 수 있어서 태양전지의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
한편, 도 1에서는 전면전극(110)에만 요철을 형성한 경우만을 도시하고 있지만, 광전변환부(120, 130)에도 요철을 형성하는 것이 가능하다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전면전극(110)에만 요철을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
후면전극(140)은 광전변환부(120, 130)가 발생시킨 전력의 회수 효율을 높이기 위해 전기 전도성이 우수한 금속 재질을 포함할 수 있다. 아울러, 후면전극(140)은 광전변환부(120, 130)와 전기적으로 연결되어 입사되는 광에 의해 생성 된 캐리어 중 하나, 예컨대 전자를 수집하여 출력할 수 있다.
광전변환부(120, 130)는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환할 수 있다.
아울러, 광전변환부(120, 130)는 밴드갭을 조절하여 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층(132)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 광전변환부(120, 130)는 제 1 광전변환부(120)와 제 2 광전변환부(130)를 포함할 수 있다.
제 1 광전변환부(120)는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon) 재질, 예컨대 수소화된 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon: a-Si:H)을 이용하는 비정질 실리콘 셀일 수 있다. 이러한 제 1 광전변환부(120)는 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
이러한 제 1 광전변환부(120)는 전면전극(110) 상에 순차적으로 형성된 제 1 p형 반도체층(121), 제 1 진성 반도체층(122), 제 1 n형 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
제 1 p형 반도체층(121)은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 분순물을 포함하는 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
제 1 진성 반도체층(122)은 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수할 수 있다. 이러한 제 1 진성 반도체층(122)은 단파장 대역의 광을 주로 흡수하여, 전자와 정공과 같은 캐리어를 생성할 수 있다. 이러한 제 1 진성 반도체층(132)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질, 예컨대 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)을 포함할 수 있 다. 아울러, 제 1 진성 반도체층(122)은 단파장 대역의 광을 충분히 흡수하기 위해 대략 200nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다.
제 1 n형 반도체층(123)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함한 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
이러한 제 1 광전변환부(120)는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있다.
제 1 광전변환부(120)의 제 1 p형 반도체층(121) 및 제 1 n형 반도체층(122)과 같은 도핑층은 제 1 진성 반도체층(122)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성할 수 있다. 즉, 제 1 광전변환부(120)는 n형 불순물 도핑층, 즉 제 1 n형 반도체층(123)과 p형 불순물 도핑층, 즉 제 1 p형 반도체층(121)의 사이에 배치되는 것이다.
이러한 구조에서, 제 1 p형 반도체층(121) 쪽으로 광이 입사되면 제 1 진성 반도체층(122)의 내부에서는 상대적으로 높은 도핑 농도를 갖는 제 1 p형 반도체층(121)과 제 1 n형 반도체층(123)에 의해 공핍(depletion)이 형성되고, 이에 따라 전기장이 형성될 수 있다. 이러한 광기전력 효과(photovoltatic effect)의하여 광 흡수층인 제 1 진성 반도체층(122)에서 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다. 예를 들어, 정공은 제 1 p형 반도체층(121)을 통해 전면전극(110)쪽으로 이동하고, 전자는 제 1 n형 반도체층(123)을 통해 후면전극(140)쪽으로 이동할 수 있다. 이러한 방식으로 전력이 생산될 수 있는 것이다.
제 2 광전변환부(130)는 미세 결정 실리콘(Micro-Crystalline Silicon) 재질, 예컨대 수소화된 미세 결정 실리콘(Hydrogenated Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H)을 이용하는 실리콘 셀일 수 있다. 이러한 제 2 광전변환부(130)는 장파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
이러한 제 2 광전변환부(130)는 제 2 p형 반도체층(131), 제 2 진성 반도체층(132), 제 2 n형 반도체층(133)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 p형 반도체층(131)과 제 2 n형 반도체층(133)의 위치는 서로 바뀌는 것도 가능하다.
이러한 제 2 광전변환부(130)는 제 1 광전변환부(120)과 마찬가지로 PECVD와 같은 CVD법으로 형성될 수 있다.
제 2 진성 반도체층(132)은 제 1 진성 반도체층(121)과 유사하게 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수할 수 있다. 제 2 진성 반도체층(132)은 입사되는 장파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 전공을 생성할 수 있다.
제 2 진성 반도체층(132)은 미세 결정 실리콘(mc-Si) 재질, 예컨대 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질을 포함할 수 있다. 아울러, 제 2 진성 반도체층(132)의 두께는 장파장 대역의 광을 충분히 흡수하기 위해 제 1 진성 반도체층(122)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 예컨대, 제 2 진성 반도체층(132)의 두께는 대략 1500nm 내지 3000nm일 수 있다.
아울러, 제 2 진성 반도체층(132)에는 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로서 도핑 될 수 있다. 게르마늄(Ge) 재질은 제 2 진성 반도체층(132)의 밴드갭을 낮출 수 있고, 이에 따라 제 2 진성 반도체층(132)의 장파장 대역 광의 흡수율이 향상됨으로써 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
제 2 진성 반도체층(132)에 게르마늄(Ge)을 도핑하는 방법으로는 게르마늄(Ge) 가스가 채워진 챔버 내에서 VHF, HF 또는 RF를 이용한 PECVD공법을 일례로 들 수 있다.
제 2 광전변환부(130)의 제 2 p형 반도체층(131) 및 제 2 n형 반도체층(132)은 제 2 진성 반도체층(132)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성할 수 있다. 이에 따라, 입사되는 광에 의해 생성된 정공은 제 2 p형 반도체층(131)을 통해 전면전극(110)쪽으로 이동하여 수집되고, 전자는 제 2 n형 반도체층(133)을 통해 후면 전극(140)쪽으로 이동하여 수집될 수 있다. 이러한 방식으로 전력을 생산할 수 있다.
다음, 도 2를 살펴보면 제 2 진성 반도체층(132)에 게르마늄이 도핑된 경우와 게르마늄이 도핑되지 않은 경우를 비교한 데이터가 도시되어 있다.
도 2에서 제 1 타입(Type 1)에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층(122)이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층(132)은 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다. 제 2 타입(Type 2)에 따른 태양전지는 본 발명과 같이 제 1 진성 반도체층(122)이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층(132)은 게르마늄이 도핑된 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H(Ge)) 재질로 구성된 경우이다.
제 1 타입에 따른 태양전지의 제 1 진성 반도체층의 밴드갭은 1.75eV이고, 제 2 진성 반도체층의 밴드갭은 1.1eV인 것을 알 수 있다.
아울러, 제 1 타입에 따른 태양전지에서 Voc는 1V이고, Jsc는 대략 1[mA/cm2]이고, FF(Fill Factor)는 대략 1이고, 효율(Eff)은 대략 1인 것을 알 수 있다. 이것은 제 1 타입의 Voc, Jsc, FF 및 효율(Eff)을 기준으로 할때, 제 2 타입에 따른 태양전지의 Voc, Jsc, FF 및 효율(Eff)을 비교하기 위해 설정한 것이다.
반면에, 제 2 타입에 따른 태양전지의 제 1 진성 반도체층의 밴드갭은 1.75eV로서 제 1 타입에 따른 태양전지와 실질적으로 동일하지만, 제 2 진성 반도체층의 밴드갭은 0.8eV로서 제 1 타입에 다른 태양전지에 비해 대략 0.3eV가량 감소한 것을 알 수 있다.
아울러, 제 2 타입에 따른 태양전지에서 Voc는 0.8V이고, Jsc는 대략 1.31[mA/cm2]이고, FF(Fill Factor)는 대략 1.1이고, 효율(Eff)은 대략 1.15인 것을 알 수 있다.
이와 같이, 제 2 타입에 따른 태양전지는 제 2 진성 반도체층을 게르마늄이 도핑된 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H(Ge)) 재질로 구성함으로써 제 2 진성 반도체층의 밴드갭을 낮출 수 있으며, 이에 따라 효율을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음, 도 3을 살펴보면 제 2 진성 반도체층에 포함된 게르마늄의 함량에 대한 데이터가 도시되어 있다.
도 3을 살펴보면, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 0~1atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.07~1.06인 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 미미하여 제 2 진성 반도체층의 밴드갭이 충분히 낮아지지 않을 수 있다.
반면에, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 3~20atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.12~1.15로서 충분히 높은 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 충분하여 제 2 진성 반도체층의 밴드갭이 충분히 낮아질 수 있고, 이에 따라 제 2 진성 반도체층의 장파장 대역 광의 흡수율이 향상된 것을 의미할 수 있다.
반면에, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 25atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 오히려 감소하여 대략 1.05인 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 과도하게 많아서 일부 게르마늄이 제 2 진성 반도체층 내에서 결함(Defect)으로 작용함으로써 효율이 감소한 것으로 볼 수 있다.
도 3의 데이터를 고려할 때, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량은 대략 3~20atom%인 것이 바람직할 수 있다.
다음, 도 4와 같이 제 1 진성 반도체층(122)에는 불순물로서 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질이 도핑될 수 있다.
이러한 경우에는, 도핑되는 탄소(C), 산소(O)에 의해 제 1 진성 반도체층(122)의 밴드갭이 높아질 수 있다. 이에 따라, 단파장 대역 광의 흡수율을 높일 수 있고, 이에 따라 태양전지의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
또는, 도 5와 같이 제 1 진성 반도체층(122)에는 불순물로서 게르마늄(Ge) 재질이 도핑될 수 있다. 이러한 경우에는, 제 1 진성 반도체층(122)의 밴드갭이 게르마늄(Ge) 재질에 의해 낮아질 수 있고, 이에 따라 장파장 대역 광의 흡수율이 높아짐으로써, 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
도 5와 같이, 본 발명에 따른 태양전지는 전면전극(110)과 후면전극(140) 사이에 비정질 실리콘 재질의 진성 반도체층, 즉 제 1 진성 반도체층(122)과 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층, 즉 제 2 진성 반도체층(132)을 포함하고, 비정질 실리콘 재질의 진성 반도체층과 미세 결정 실리콘 재질의 진성 반도체층에는 동일한 재질의 불순물, 즉 게르마늄(Ge) 재질이 도핑될 수 있는 것이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 태양전지의 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 따른 태양전지의 구조를 pin-pin-pin 구조라고 할 수 있다. 이하에서는 이상에서 상세히 설명한 부분에 대한 설명을 생략한다.
도 6을 살펴보면, 본 발명에 따른 태양전지는 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질의 불순물이 도핑된 비정질 실리콘(a-Si(C, O)) 재질의 제 1 진성 반도체층(622)을 포함하는 제 1 광전변환부(620), 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 비정질 실리콘(a-Si(Ge)) 재질의 제 2 진성 반도체층(632)을 포함하는 제 2 광전변환부(630) 및 게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘(mc-Si(Ge)) 재질의 제 3 진성 반도체층(602)을 포함하는 제 3 광전변환부(600)를 포함할 수 있다.
이러한 제 1 광전변환부(620), 제 2 광전변환부(630) 및 제 3 광전변환부(600)는 광입사면, 즉 기판(100)으로부터 차례로 배치될 수 있다.
자세하게는, 기판(100)으로부터 제 1 p형 반도체층(621), 제 1 진성 반도체층(622), 제 1 n형 반도체층(623), 제 2 p형 반도체층(631), 제 2 진성 반도체층(632), 제 2 n형 반도체층(633), 제 3 p형 반도체층(601), 제 3 진성 반도체층(602) 및 제 3 n형 반도체층(603)이 차례로 배치될 수 있다.
제 1 광전변환부(620)는 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나가 불순물로서 도핑된 비정질 실리콘(a-Si(C, O)) 재질, 예컨대 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H(C, O))을 이용하는 비정질 실리콘 셀일 수 있다. 이러한 제 1 광전변환부(620)는 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
제 2 광전변환부(630)는 게르마늄(Ge)이 불순물로서 도핑된 비정질 실리콘(a-Si(Ge)) 재질, 예컨대 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H(Ge))을 이용하는 비정질 실리콘 셀일 수 있다. 이러한 제 2 광전변환부(630)는 단파장 대역과 장파장 대역의 중간 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
제 3 광전변환부(600)는 게르마늄(Ge)이 불순물로서 도핑된 미세 결정 실리콘(mc-Si(Ge)) 재질, 예컨대 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H(Ge))을 이용하는 실리콘 셀일 수 있다. 이러한 제 3 광전변환부(600)는 장파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
여기서, 제 3 진성 반도체층(602)의 두께(t3)는 제 2 진성 반도체층(632)의 두께(t2)보다 두껍고, 제 2 진성 반도체층(632)의 두께(t2)는 제 1 진성 반도체층(622)의 두께(t1)보다 두꺼울 수 있다.
다음, 도 7을 살펴보면 제 1 진성 반도체층(622)이 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질이 도핑된 비정질 실리콘(a-Si:H(C, O)) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층(632)이 게르마늄이 도핑된 비정질 실리콘(a-Si:H(Ge)) 재질로 구성되고, 제 3 진성 반도체층(602)은 게르마늄이 도핑된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H(Ge)) 재질로 구성되는 경우와 그렇지 않은 다른 경우를 비교한 데이터가 도시되어 있다.
도 7에서 제 1 타입(Type 1)에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층은 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다. 즉, 제 1 타입은 이중접합(Double Junction)인 경우이다.
제 2 타입(Type 2)에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 3 진성 반도체층은 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다.
제 3 타입(Type 3)에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층이 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질이 불순물로서 도핑된 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 3 진성 반도체층은 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다.
제 4 타입(Type 4)에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층이 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 3 진성 반도체층은 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다.
제 5 타입(Type 5)에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층이 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질이 불순물로서 도핑된 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층이 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 3 진성 반도체층은 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다.
제 6 타입(Type 6)과 같이 본 발명에 따른 태양전지는 제 1 진성 반도체층이 탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질이 불순물로서 도핑된 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 2 진성 반도체층이 게르마늄(Ge)이 도핑된 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 재질로 구성되고, 제 3 진성 반도체층은 게르마늄(Ge)이 도핑된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H) 재질로 구성된 경우이다.
제 2-6 타입은 삼중접합(Triple Junction)인 경우이다.
도 7과 같이, 이중접합인 제 1 타입에 따른 태양전지의 효율(Eff)은 대략 1인 것을 알 수 있다. 이는 삼중접합인 제 2-6 타입에 따른 태양전지의 효율을 이중접합인 제 1 타입에 따른 태양전지의 효율과 비교하기 위해 설정한 것이다.
또한, 삼중접합인 제 2~5 타입에 따른 태양전지의 효율은 대략 1.03~1.13인 것을 알 수 있다.
반면에, 본 발명인 제 6 타입에 따른 태양전지의 효율(Eff)은 대략 1.25로서, 제 1~5 타입에 따른 태양전지에 비해 월등히 높은 것을 알 수 있다. 이는, 제 6 타입에 따른 태양전지의 제 1 진성 반도체층의 밴드갭이 대략 2.0eV로서 제 1 진성 반도체층의 단파장 대역 광의 흡수 능력이 향상되고, 제 2 진성 반도체층의 밴드갭이 대략 1.5eV로서 중간 대역 광의 흡수 능력이 향상되고, 아울러 제 3 진성 반도체층의 밴드갭이 대략 0.8eV로서 장파장 대역 광의 흡수 능력이 향상되었기 때문에 달성될 수 있는 것이다.
다음, 도 8을 살펴보면 제 3 진성 반도체층에 포함된 게르마늄의 함량에 대한 데이터가 도시되어 있다. 자세하게는, 도 8은 제 2 진성 반도체층의 게르마늄(Ge) 함량이 대략 20atom%이고, 제 1 진성 반도체층은 불순물로서 탄소(C)가 대략 20atom%가량 도핑된 경우에, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄 함량의 변화에 따른 태양전지의 효율에 대한 데이터이다.
도 8을 살펴보면, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 0~1atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.12인 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 미미하여 제 3 진성 반도체층의 밴드갭이 충분히 낮아지지 않을 수 있다.
반면에, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 3~20atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.19~1.25로서 충분히 높은 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 충분하여 제 3 진성 반도체층의 밴드갭이 충분히 낮아질 수 있고, 이에 따라 제 3 진성 반도체층의 장파장 대역 광의 흡수율이 향상된 것을 의미할 수 있다.
반면에, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 25atom%인 경우에는 태양 전지의 효율이 오히려 감소하여 대략 1.10인 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 과도하게 많아서 일부 게르마늄이 제 3 진성 반도체층 내에서 결함(Defect)으로 작용함으로써 효율이 감소한 것으로 볼 수 있다.
도 8의 데이터를 고려할 때, 제 3 진성 반도체층의 게르마늄의 함량은 대략 3~20atom%인 것이 바람직할 수 있다.
다음, 도 9를 살펴보면 제 2 진성 반도체층에 포함된 게르마늄의 함량에 대한 데이터가 도시되어 있다. 자세하게는, 도 9는 제 3 진성 반도체층의 게르마늄(Ge) 함량이 대략 15atom%이고, 제 1 진성 반도체층은 불순물로서 탄소(C)가 대략 20atom%가량 도핑된 경우에, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄 함량의 변화에 따른 태양전지의 효율에 대한 데이터이다.
도 9를 살펴보면, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 0atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.14인 것을 알 수 있다.
반면에, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 5~30atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.21~1.25로서 충분히 높은 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 제 2 진성 반도체층의 중간 대역 광의 흡수율이 향상된 것을 의미할 수 있다.
반면에, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량이 35atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 오히려 감소하여 대략 1.12인 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 게르마늄의 함량이 과도하게 많아서 일부 게르마늄이 제 2 진성 반도체층 내에서 결함(Defect)으로 작용함으로써 효율이 감소한 것으로 볼 수 있다.
도 9의 데이터를 고려할 때, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄의 함량은 대략 5~30atom%인 것이 바람직할 수 있다.
이처럼, 동일한 불순물(게르마늄)이 도핑되는 제 2 진성 반도체층 및 제 3 진성 반도체층 중에서 미세 결정 실리콘 재질인 제 3 진성 반도체층의 게르마늄 도핑 농도가 비정질 실리콘 재질인 제 2 진성 반도체층의 게르마늄 도핑 농도보다 더 낮은 것이다.
이는, 미세 결정 실리콘 재질은 그 특성상 불순물의 도핑력이 상대적으로 약하고, 아울러 게르마늄(Ge) 재질이 결함으로 작용할 가능성이 비정질 결정 실리콘 재질에 비해 더 높기 때문이다.
다음, 도 10을 살펴보면 제 1 진성 반도체층에 포함된 불순물(C, O)의 함량에 대한 데이터가 도시되어 있다. 자세하게는, 도 10은 제 3 진성 반도체층의 게르마늄(Ge) 함량이 대략 15atom%이고, 제 2 진성 반도체층의 게르마늄(Ge) 함량이 대략 20atom%가량 도핑된 경우에, 제 1 진성 반도체층의 불순물의 함량 변화에 따른 태양전지의 효율에 대한 데이터이다. 여기서는, 제 1 진성 반도체층에 도핑되는 불순물로서 탄소(C)와 산소(O) 중 탄소(C)를 사용하였다. 산소(O)를 불순물로서 사용하는 경우에도 탄소(C)를 사용하는 경우와 유사할 수 있다.
도 10을 살펴보면, 제 1 진성 반도체층의 탄소(C)의 함량이 0atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.02인 것을 알 수 있다.
반면에, 제 1 진성 반도체층의 탄소(C)의 함량이 10~50atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 대략 1.18~1.25로서 충분히 높은 것을 알 수 있다. 이러한 경우 에는, 제 1 진성 반도체층의 단파장 대역 광의 흡수율이 향상된 것을 의미할 수 있다.
반면에, 제 1 진성 반도체층의 탄소의 함량이 60atom%인 경우에는 태양전지의 효율이 오히려 감소하여 대략 1.05인 것을 알 수 있다. 이러한 경우에는, 탄소의 함량이 과도하게 많아서 일부 탄소가 제 1 진성 반도체층 내에서 결함(Defect)으로 작용함으로써 효율이 감소한 것으로 볼 수 있다.
도 10의 데이터를 고려할 때, 제 1 진성 반도체층의 불순물의 함량은 대략 10~50atom%인 것이 바람직할 수 있다.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 태양전지의 또 다른 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 상세히 설명한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 11을 살펴보면, 제 1 광전변환부(620)와 제 2 광전변환부(630)의 사이에는 중간층(Interlayer, 1100)이 배치될 수 있다.
중간층(1100)은 제 1 진성 반도체층(622)의 두께를 줄여 안정화 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
진성 반도체층은 제조 후 광이 입사되는 일정기간 동안에 효율이 감소할 수 있다. 에컨대, 진성 반도체층은 일정기간동안 제조 직후의 초기효율에서 대략 15~20%정도 효율이 감소하게 된다.
이후, 효율의 감소가 Saturation되어 일정 효율에 도달하게 된다. 이를 안정화효율 이라한다.
여기서, 진성 반도체층의 초기 효율에서 안정화 효율까지 감소하는 특성은 진성 반도체층의 두께가 두꺼울수록 심화될 수 있다. 즉, 진성 반도체층의 두께가 얇으면 안정화 효율이 높을 수 있는 것이다.
한편으로는, 진성 반도체층의 두께를 무조건 얇게 한다면 진성 반도체층의 광 흡수율이 저하됨으로써 태양전지의 효율이 저하될 수 있다.
반면에, 도 11과 같이 중간층(1100)을 배치하게 되면 중간층(1100)이 제 1 광전변환부(620)를 투과한 광을 다시 반사하여 제 1 광전변환부(620)에 의해 흡수되도록 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 광전변환부(620)의 제 1 진성 반도체층(622)이 두께를 얇게 하여도 태양전지의 효율의 저하를 방지할 수 있으며, 아울러 안정화 효율을 향상시키는 것이 가능한 것이다.
이러한 중간층(1100)에 사용되는 재질은 광 흡수율이 낮으면서도 제 1 광전변환부(620)를 투과한 광을 효과적으로 반사하기 위한 재질이라면 관계없다. 바람직하게는, 낮은 광 흡수율, 낮은 제조 단가 등을 고려할 때, ZnO, SiOx 등의 재질을 사용할 수 있다.
또는, 도 12와 같이 제 2 광전변환부(630)와 제 3 광전변환부(600)의 사이에는 또 다른 중간층(1200)이 배치되는 것이 가능하다.
또는, 도 13의 경우와 같이 제 1 광전변환부(620)와 제 2 광전변환부(630)의 사이에 제 1 중간층(1100)이 배치되고, 제 2 광전변환부(630)와 제 3 광전변환부(600)의 사이에는 제 2 중간층(1200)이 배치되는 것이 가능하다.
이러한 경우, 태양전지의 효율을 더욱 높이기 위해서는 제 1 진성 반도체 층(622)의 단파장 대역의 흡수율을 높이는 것이 바람직하고, 이에 따라 제 1 중간층(1100)의 단파장 대역의 광을 효과적으로 반사하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 단파장 대역에 대한 제 1 중간층(1100)의 굴절률이 상대적으로 큰 것이 바람직할 수 있다.
아울러, 태양전지의 효율을 높이기 위해 제 2 진성 반도체층(632)의 장파장 혹은 중간 파장 대역의 흡수율을 높이는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 장파장 혹은 중간파장 대역에 대한 제 2 중간층(1200)의 굴절률이 상대적으로 큰 것이 바람직할 수 있다.
임의의 제 1 파장 대역과 제 2 파장 대역을 가정하여 보자. 여기서, 제 2 파장 대역은 제 1 파장 대역보다는 파장이 긴 대역이다.
여기서, 제 1 파장 대역에 대한 제 1 중간층(1100)의 굴절률은 제 2 중간층(1200)의 굴절률보다 크고, 제 1 파장보다 긴 제 2 파장 대역에 대한 제 2 중간(1200)층의 굴절률은 제 1 중간층(1100)의 굴절률보다 큰 것이 바람직할 수 있는 것이다.
제 2 중간층(1200)의 굴절률이 제 1 중간층(1100)의 굴절률보다 크거나 같은 것이 바람직할 수 있으며, 아울러 제 2 중간층(1200)의 두께(t20)는 제 1 중간층(1100)의 두께(t10)보다 두꺼운 것이 바람직할 수 있다.
또는, 도 14와 같이 기판(1400)이 광입사면의 반대측에 배치되는 것이 가능하다. 즉, 기판(1400)으로부터 제 3 n형 반도체층(603), 제 3 진성 반도체층(602), 제 3 p형 반도체층(601), 제 2 n형 반도체층(633), 제 2 진성 반도체 층(632), 제 2 p형 반도체층(631), 제 1 n형 반도체층(603), 제 1 진성 반도체층(602) 및 제 1 n형 반도체층(601)이 차례로 배치될 수 있는 것이다.
이러한 도 14와 같은 구조에서는 기판(1400)의 반대측, 즉 전면전극(110) 쪽에서 광이 입사되기 때문에 기판(1400)이 실질적으로 투명할 필요는 없다. 이에 따라 유리 재질, 플라스틱 재질 이외에 불투명한 금속 재질의 기판(1400)을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
도 14와 같은 구조의 태양전지를 n-i-p구조 태양전지라고 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지는 도시하지는 않았지만 투과하는 광을 후면에서 반사할 수 있는 반사층(미도시)을 더 구비하는 것도 가능할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 태양전지의 일례에 대해 설명하기 위한 도면,
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 태양전지의 다른 구조를 설명하기 위한 도면,
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 태양전지의 또 다른 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다.

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 기판;
    상기 기판에 배치되는 제 1 전극;
    제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되며, p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n 형 반도체층을 각각 포함하는 복수의 광전변환부;
    를 포함하고,
    상기 복수의 광전변환부는
    탄소(C) 및 산소(O) 중 적어도 하나의 재질의 불순물이 도핑된 비정질 실리콘 재질의 제 1 진성 반도체층을 포함하는 제 1 광전변환부;
    게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 비정질 실리콘 재질의 제 2 진성 반도체층을 포함하는 제 2 광전변환부; 및
    게르마늄(Ge) 재질이 도핑된 미세 결정 실리콘 재질의 제 3 진성 반도체층을 포함하는 제 3 광전변환부;
    를 포함하는 태양전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    광입사면으로부터 상기 제 1 광전변환부, 상기 제 2 광전변환부 및 상기 제 3 광전변환부가 차례로 배치되는 태양전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 진성 반도체층의 상기 게르마늄 재질의 도핑농도는 상기 제 2 진성 반도체층의 상기 게르마늄 재질의 도핑농도보다 낮은 태양전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 진성 반도체층의 두께는 상기 제 2 진성 반도체층의 두께보다 두껍고, 상기 제 2 진성 반도체층의 두께는 상기 제 1 진성 반도체층의 두께보다 두꺼운 태양전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 광전변환부와 상기 제 3 광전변환부의 사이에는 제 2 광전 변환부를 투과한 광을 반사하는 제 2 중간층(Interlayer)이 더 배치되는 태양전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광전변환부와 상기 제 2 광전변환부의 사이에는 제 1 광전 변환부를 투과한 광을 반사하는 제 1 중간층(Interlayer)이 더 배치되는 태양전지.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광전변환부와 상기 제 2 광전변환부의 사이에 배치되어 제 1 광전 변환부를 투과한 광을 반사하는 제 1 중간층 및 상기 제 2 광전변환부와 상기 제 3 광전변환부의 사이에 배치되어 제 2 광전 변환부를 투과한 광을 반사하는 제 2 중간층을 더 포함하고,
    상기 제 2 중간층의 두께는 상기 제 1 중간층의 두께보다 두꺼운 태양전지.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광전변환부와 상기 제 2 광전변환부의 사이에 배치되어 제 1 광전 변환부를 투과한 광을 반사하는 제 1 중간층 및 상기 제 2 광전변환부와 상기 제 3 광전변환부의 사이에 배치되어 제 2 광전 변환부를 투과한 광을 반사하는 제 2 중간층을 더 포함하고,
    제 1 파장 대역에 대한 상기 제 1 중간층의 굴절률은 상기 제 2 중간층의 굴절률보다 크고,
    상기 제 1 파장보다 긴 제 2 파장 대역에 대한 상기 제 2 중간층의 굴절률은 상기 제 1 중간층의 굴절률보다 큰 태양전지.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 진성 반도체층의 상기 게르마늄 재질의 함량비는 3~20atom%인 태양전지.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 진성 반도체층의 상기 게르마늄 재질의 함량비는 5~30atom%인 태양전지.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 진성 반도체층의 상기 불순물의 함량비는 10~50atom%인 태양전지.
  16. 삭제
  17. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101770266B1 (ko) * 2011-09-15 2017-08-22 엘지전자 주식회사 박막 태양전지 모듈
KR101770267B1 (ko) * 2011-10-04 2017-08-22 엘지전자 주식회사 박막 태양전지 모듈

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5222434B2 (ja) * 2010-02-24 2013-06-26 株式会社カネカ 薄膜光電変換装置およびその製造方法
KR20130042785A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 한국전자통신연구원 태양전지
KR20140082012A (ko) * 2012-12-21 2014-07-02 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
US10903261B1 (en) 2013-03-15 2021-01-26 Hrl Laboratories, Llc Triple output, dual-band detector
US11251209B1 (en) * 2013-03-15 2022-02-15 Hrl Laboratories, Llc Reduced volume dual-band MWIR detector
CN111836892A (zh) 2017-12-21 2020-10-27 克里斯珀医疗股份公司 用于治疗2a型乌谢尔综合征的材料和方法
AU2020328504A1 (en) 2019-08-09 2022-02-17 Leading Edge Equipment Technologies, Inc. Producing a ribbon or wafer with regions of low oxygen concentration

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007180364A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光電変換素子及びその製造方法並びに薄膜形成装置
JP2007227631A (ja) 2006-02-23 2007-09-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 薄膜シリコン太陽電池及びその製造方法
JP2009141059A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Kaneka Corp 薄膜光電変換装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4591892A (en) * 1982-08-24 1986-05-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor photoelectric conversion device
JPS61222277A (ja) * 1985-03-28 1986-10-02 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置及びその製造方法
JPH0793451B2 (ja) * 1990-09-19 1995-10-09 株式会社日立製作所 多接合型アモルファスシリコン系太陽電池
JPH05102505A (ja) 1991-10-04 1993-04-23 Sharp Corp 積層型太陽電池
US5230753A (en) * 1991-12-03 1993-07-27 Princeton University Photostable amorphous silicon-germanium alloys
EP0831538A3 (en) * 1996-09-19 1999-07-14 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic element having a specific doped layer
JP4038263B2 (ja) * 1998-01-28 2008-01-23 株式会社カネカ タンデム型シリコン系薄膜光電変換装置
JP4208281B2 (ja) * 1998-02-26 2009-01-14 キヤノン株式会社 積層型光起電力素子
JP4187328B2 (ja) * 1998-11-16 2008-11-26 三洋電機株式会社 光起電力素子の製造方法
JP2002237610A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光電変換装置およびその製造方法
JP2004165394A (ja) * 2002-11-13 2004-06-10 Canon Inc 積層型光起電力素子
JP2004335823A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Canon Inc 光起電力素子及び光起電力素子の形成方法
JP2005197608A (ja) * 2004-01-09 2005-07-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光電変換装置
JP5239003B2 (ja) * 2005-12-02 2013-07-17 国立大学法人東北大学 光電変換素子およびそれの製造方法ならびに製造装置
EP2099076A4 (en) * 2006-12-25 2013-07-03 Sharp Kk PHOTOELECTRIC CONVERTER AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
JP4411337B2 (ja) * 2007-06-25 2010-02-10 シャープ株式会社 積層型光電変換装置
KR100895977B1 (ko) * 2008-04-10 2009-05-07 키스코홀딩스주식회사 실리콘 박막 태양전지 및 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007180364A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光電変換素子及びその製造方法並びに薄膜形成装置
JP2007227631A (ja) 2006-02-23 2007-09-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 薄膜シリコン太陽電池及びその製造方法
JP2009141059A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Kaneka Corp 薄膜光電変換装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101770266B1 (ko) * 2011-09-15 2017-08-22 엘지전자 주식회사 박막 태양전지 모듈
KR101770267B1 (ko) * 2011-10-04 2017-08-22 엘지전자 주식회사 박막 태양전지 모듈

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