KR100210277B1

KR100210277B1 - 반도체 소자용 보호 물질, 그 보호 물질이 제공된반도체 소자 및 그 반도체 소자가 제공된 반도체 장치

Info

Publication number: KR100210277B1
Application number: KR1019960029283A
Authority: KR
Inventors: 히데노리 시오쯔까; 다까히로 모리; 이찌로 가따오까; 사또루 야마다; 아야꼬 고모리
Original assignee: 미따라이 하지메; 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: EP0755079A2; KR980009402A; JPH0992759A; CN1095865C; JP3387741B2; US6130379A; CN1158880A; ES2320937T3; DE69637889D1; EP0755079A3; EP0755079B1

Abstract

실란 커플링제의 유리 물질이 없는 상태에서 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 특정의 투명 수지층을 가지며, 분리가 일어나지 않는, 높은 신뢰성의 반도체 소자 또는 반도체 장치용 표면 커버 물질은 고온 및 다습의 극한 환경 조건하에서 장기간 동안 반복 사용하는 경우에도 만족할 만한 내열성을 가지며, 거의 황변되지 않으며, 반도체 소자 또는 반도체 장치가 열화되지 않고 그의 특성을 효과적으로 유지하게 한다.

Description

반도체 소자용 보호 물질, 그 보호 물질이 제공된 반도체 소자 및 그 반도체 소자가 제공된 반도체 장치

본 발명은 개선된, 신뢰성이 있는 반도체 소자용 보호 물질, 상기 보호 물질이 제공된 반도체 소자, 및 상기 반도체 소자가 제공된 반도체 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 태양 전지 소자와 같은 광전기 변환 소자를 포함하는 반도체 소자의 표면에 배치될 수 있는, 특히 상기 광전기 변환 소자의 광입사면 상에 배치된 표면 커버 물질로서 사용하기에 적합한 개선된, 신뢰성이 있는 보호 물질에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 보호 물질이 제공된 태양 전지 소자와 같은 광전기 변환 소자를 포함하는 반도체 소자 및 상기 반도체 소자가 제공된 반도체 장치에 관한 것이다.

최근에, 환경 및 에너지에 관련된 문제에 대한 사회적 자각이 전세계적으로 증가되고 있다. 특히, 대기의 CO₂의 증가로 인한 소위 온실 효과 때문에 토양의 가열이 심각한 문제를 일으키는 것으로 예상되어 왔다. 이러한 면에서, CO₂의 축적을 일으키지 않고 청정 에너지를 제공할 수 있는 전력 발생의 수단에 대한 요구가 증가되고 있다.

현재, 그러한 요구를 만족시키기 위해 태양 전지에 대한 대중의 관심이 집중되고 있는데, 그 이유는 그것이 상기와 같은 문제점을 일으키지 않고 전력을 공급할 수 있으며 미래의 전력 발생원이 될 것으로 기대되며, 안전하고 취급하기가 쉽기 때문이다.

그러한 태양 전지로는 단결정 규소 태양 전지, 다결정 규소 태양 전지, 비결정성 규소 태양 전지(미결정성 규소 태양 전지를 포함), 구리 인듐 셀레니드 태양 전지 및 화합물 반도체 태양 전지를 들 수가 있다. 이들 태양 전지 중에서, 소위 박막 결정 규소 태양 전지, 화합물 반도체 태양 전지 및 비결정성 규소 태양 전지에 대한 각종 연구가 행해져 왔는데, 그 이유는 그들의 반도체 활성층이 큰 면적에서 원하는 형태로 비교적 쉽게 형성될 수 있고, 따라서 비교적 낮은 생산 비용으로 쉽게 형성될 수 있기 때문이다.

특히, 박막 비결정성 태양 전지, 특히 전기 전도성 금속 기판, 상기 금속 기판 상에 배치된 비결정성 규소 반도체 활성층, 및 상기 반도체 활성층 상에 배치된 투명 전도성 층으로 이루어진 비결정성 규소 태양 전지가 통상의 태양 전지 중에서 가장 바람직한 것으로 평가되어 왔는데, 그 이유는 비결정성 규소(이후, a-Si로 칭함)를 포함하는 그들의 반도체 활성층이 비교적 낮은 생산 비용으로 비교적 값싼 기판 상에 큰 면적으로 원하는 형태로 쉽게 형성될 수 있고, 그들은 경량이며, 내충격성 및 유연성이 우수하고, 또한 전력 발생원으로서 사용될 수 있는 소정의 형태의 태양 전지 모듈로 설계될 수 있기 때문이다.

예를 들면, 기판으로서 유리판 상에 배치된 a-Si 박막을 포함하는 반도체 활성층을 갖는 비결정성 규소 태양 전지의 경우에, 빛은 기판측을 통해 충돌하며, 이 때문에 유리판은 보호막으로서 작용하도록 설계될 수 있다. 그러나, 금속 기판 상에 배치된 a-Si 반도체 활성층을 갖는 상기 태양 전지의 경우에, 금속 기판이 그들을 통해 입사광을 투과시키지 않기 때문에, 빛은 금속 기판과 대향하는 면을 통해 충돌하고, 따라서 빛이 충돌하는 면 상에 적절한 투명 보호막을 배치시켜 그것이 태양 전지 소자를 보호하도록 할 필요가 있다.

태양 전지 소자와 같은 광전기 변환 소자를 갖는 통상의 반도체 소자(통상의 태양 전지 모듈)에서는, 광전기 변환 소자의 광 입사면이 최외각 표면에 위치한 표면 보호막으로서 플루오로 수지 또는 플루오로 수지 함유 조성물을 포함하는 투명 불소 함유 중합체막 및 그 투명 불소 함유 중합체막 아래에 위치한 충전제로서의 투명 열가소성 수지로 이루어진 표면 커버 물질에 의해 보호된다.

불소 함유 중합체막은 상기 방법에서 종종 사용되는데, 그 이유는 내후성 및 발수성 면에서 만족할 만하고, 보호막이 열화된 결과로써 보호막이 황변되거나 또는 흐려질 때 발생되는 표면 보호막의 투과율의 감소로 인해 야기되는 광전기 변환 소자의 광전기 변환 효능의 열화를 감소시키도록 한다는 잇점이 있기 때문이다. 불소 함유 중합체막과 배합하여 충전제로서 사용되는 열가소성 수지는, 그것이 비교적 값싸고 광전기 변환 소자를 보호하기에 적합하며, 비교적 다량으로 사용될 수 있기 때문에 종종 사용된다.

이제, 그러한 반도체 장치(태양 전지 모듈)에 대해 설명할 것이다.

도 1은 태양 전지 모듈의 일례의 개략 단면도이다. 도 1에서, 참고 부호 (101)은 최외각 표면 보호층으로서의 투명 불소 함유 중합체 박막층을 나타내며, 참고 부호 (102)는 불소 함유 박막층(101) 아래에 위치한 열가소성 수지층을 나타내며, 참고 부호 (106)은 광전 소자(104) 및 이 광전 소자의 표면 상에 배치된 투명 수지 박막층(103)을 포함하는 태양 전지 소자를 나타내며, 참고 부호 (105)는 절연층을 나타낸다. 이러한 태양 전지 모듈에서, 태양 전지 소자 (106)은 충전제로서 작용하는 투명 열가소성 수지층(102)에 의해 둘러싸인다.

특별하게는, 불소 함유 중합체 박막층(101)은 ETFE(에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체) 막, PVF(폴리비닐 플루오라이드) 막 등으로 이루어진 군에서 선택된 플루오로 수지 막으로 이루어진다. 투명 열가소성 수지층(105)는 EVA(에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체), EEA(에틸렌-아크릴산 에스테르 공중합체) 및 부티랄 수지로 이루어진 군에서 선택된 열가소성 수지로 이루어진다. 투명 수지 박막층(103)은 아크릴계 수지, 플루오로 수지 또는 무기 중합체와 가교결합된 아크릴계 수지를 포함하는 수지 막으로 이루어진다. 절연층(105)는 나일론 막, TEDLAR(상품명, 라미네이트된 알루미늄 호일) 등과 같은 유기 수지 막으로 이루어진다.

상기 태양 전지 모듈에서, 투명 열가소성 수지층(102)는 광전 소자(104)와 표면 보호층으로서의 플루오로 수지 막(101) 사이의 접착제로서 뿐만 아니라 광전 소자와 절연층(105) 사이의 접착제로서도 작용한다. 광전 소자(104) 상에 배치된 투명 수지 박막층(103)은 광전 소자가 모듈 외부와 전기적으로 단리되도록 작용한다. 또한, 투명 수지 박막층(103)은 투명 열가소성 수지층(102)와 함께 광전 소자(104)가 외부적으로 손상되는 것을 방지하고 외부의 충격을 받지 않도록 하는 충전제로서 작용한다. 절연층(105)는 태양 전지 모듈에 적절한 강성을 추가하면서 태양 전지 모듈을 강화하도록 한다.

그렇게 구성된 태양 전지 모듈은, 그것이 빌딩의 지붕 위에 위치하거나 또는 빌딩의 지붕과 일체화될 수 있도록 형상화되기도 한다. 이 경우에, 각 나라에서 규정된 지붕 구성 표준을 충족시킬 필요가 있다. 지붕 구성 표준은 때로는 연소 시험을 포함한다. 연소 시험을 통과하기 위해서는, 태양 전지 모듈에서 충전제로서 사용되는 가연성 수지로서의 EVA의 양이 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 그러나, 태양 전지 모듈에 사용된 EVA의 양이 단순히 감소될 때에는, EVA의 사용량이 감소되었기 때문에 광전 소자를 보호하는 표면 커버 물질의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 난연성 또는 불연성 투명 수지로 구성된 투명 수지 박막층을 표면 커버 물질에 배치시키고 EVA층의 두께를 필요한 만큼 얇게 함으로써 광전 소자를 보호하는 표면 커버 물질의 성능을 저하시키지 않고 태양 전지 모듈의 불연성을 달성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에 따라서, 예를 들면 지붕을 구성하는데 사용될 수 있는 태양 전지 모듈을 규정하는 미국 표준 UL 1703의 연소 시험에서 A 등급으로서 분류될 수 있는 태양 전지 모듈을 얻을 수가 있다.

이제, 상기 난연성 또는 불연성 투명 수지 박막층은, 통상적으로 아크릴계 수지 또는 플루오로 수지를 가교결합제로서의 이소시아네이트와 가교결합시킴으로써 얻어지는 수지로 형성된다. 이 경우에 난연성 또는 불연성 투명 수지 박막층을 형성하는데 사용되는 이소시아네이트를 함유하는 코팅 조성물은 이소시아네이트가 수지(아크릴계 수지 또는 플루오로 수지)와 미리 혼합되는 일성분 액체형 코팅 조성물 및 2가지 물질(즉, 이소시아네이트 및 수지)가 막의 형성 직전에 혼합되는 이성분 액체형 코팅 조성물을 포함한다.

이성분 액체형 코팅 조성물은 이성분 액체형 코팅 조성물을 사용하는 막의 형성에 사용되는 장치가 불가피하게 복잡하다는 문제점을 발생시키는데, 그 이유는 2가지 물질이 막의 형성 직전에 혼합되고, 또한 배합 후의 수지의 포트 라이프가 단축되기 쉽기 때문이다. 이러한 이유 때문에, 일성분 액체형 코팅 조성물, 특히 고반응성 이소시아네이트기를 차폐제로 차단하고, 수지의 가교결합 반응에 기여하도록 하기 위해 이소시아네이트기를 재생시키는 열에너지에 의해 차폐제를 해리하는 방법에 사용되는 소위 차폐 이소시아네이트를 사용하는 일성분 액체형 코팅 조성물이 일반적으로 사용된다. 이 경우에 이소시아네이트기를 차단하는데 사용되는 차폐제로는 MEK(메틸 에틸 케톤) 옥심 및 -카프로락탐을 들 수가 있다. MEK 옥심이 사용되는 경우에, 형성된 코팅 막이 열처리되는 경우에 발생하는 황변이 일어나기 쉽다는 문제가 있다. 그러므로, 투명 막을 형성하고자 하는 경우에는 카프로락탐을 사용한다.

상기한 바와 같은 난연성 또는 불연성 투명 수지 박막층 및 예를 들면 EVA로 구성된 투명 열가소성 수지층으로 이루어진 라미네이트에 의해 구성되는 표면 커버 물질을 갖는 태양 전지 모듈의 경우에는, 다음에서 설명되는 바와 같은 문제점이 발생되기 쉽다.

즉, 태양 전지 모듈이 장기간 동안 외부의 태양광에 연속적으로 노출되는 경우, 광전 소자의 표면 온도가 65 ℃ 이상으로 상승되고 표면 커버 물질이 황변되는 경향이 있다. 이러한 문제는, 태양 전지 모듈이 그것의 온도를 더 높이는 빌딩의 지붕과 일체화되어 사용되는 경우에 더욱 심화되기 쉬워진다. 그러한 상황은 수지의 가교결합 시에 해리되는 차폐제가 EVA의 가교결합에 사용되는 퍼옥사이드 및(또는) EVA의 가교결합 시에 발생하는 산과 반응하기 위해 휘발되지 않고 코팅 막에 잔류하는 이유로 인해 발생하며, 따라서 표면 커버 물질의 투광율을 감소시키는 황변된 생성물의 형성을 야기하고, 결과적으로 태양 전지 모듈의 특성을 열화시킨다.

또한, 태양 전지 모듈이 고온 및 다습의 극한 외부 분위기하에서 장기간 동안 연속적으로 사용될 때, 표면 커버 물질의 구성 성분 중에서 또한 표면 커버 물질과 광전 소자 사이의 계면에서 성분이 제거되기 쉬우므로 태양 전지 모듈의 특성을 열화시킬 뿐만 아니라 태양 전지 모듈의 외관도 불량하게 만든다.

수지의 열 분해 또는 광 약화로 인해 표면 커버 물질이 황변되는 것을 방지하기 위하여, 봉쇄 페놀계 산화방지제로 이루어진 1차 산화방지제 및 인계 산화방지제로 이루어진 2차 산화방지제를 병용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 상기 문제점들이 상기 2가지 산화방지제를 병용하는 이러한 방법에 의해 충분히 해결될 수는 없다.

이러한 점에서 상기 문제점이 해결된 개선된 태양 전지 모듈을 제공할 필요가 있다.

도 1은 반도체 장치로서의 통상의 태양 전지 모듈의 구성을 나타내는 개략 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 장치로서의 태양 전지 모듈의 일례의 구성을 나타내는 개략 단면도.

도 3은 본 발명에서 사용될 수 있는 광전기 변환 소자의 일례의 구성을 나타내는 개략 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치로서의 태양 전지 모듈의 다른 예의 구성을 나타내는 개략 단면도.

도 5는 후술하게 될 내스크래칭성 시험을 설명하는 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 투명 불소 함유 중합체 박막층 102 : 열가소성 수지층

103 : 투명 수지 박막층 104,201 : 광전 소자

105 : 절연층 106, 207 : 태양 전지 소자

202 : 투명 수지층 203 : 투명 표면측 충전제

204 : 표면 보호막 205 : 배면 충전제

206 : 배면 보호막

본 발명은 반도체 소자용의 통상의 표면 커버 물질에서 발견되는 상기 문제점을 해소하여 그러한 종래의 문제점이 없는 개선된, 높은 신뢰성의 상기 반도체 소자용 표면 커버 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 표면 커버 물질은 고온 및 다습의 극한 분위기하에서 장기간 동안 연속적으로 노출되는 경우에도 반도체 소자와의 접착성이 우수하고, 거의 황변되지 않으며, 열화되지 않고 그것과 반도체 소자와의 사이에 분리를 일으키지 않고 소정의 투과율을 나타내며, 또한 다습한 극한 환경하에서 환경 온도를 빈번히 변화시키며 장기간 동안 연속적으로 사용하는 경우에도 열화되지 않고 바람직한 모듈 특성을 안정하게 나타내는 높은 신뢰성의 반도체 소자의 모듈을 구성할 수 있다.

본 발명에서 반도체 소자란 용어는 태양 전지 소자를 포함한 광전기 변환 소자를 포함하는 것을 의미한다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 특정 투명 수지층으로 이루어지며, 개선된 높은 신뢰성을 갖는, 반도체 소자용 표면 커버 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 적어도 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 특정 투명 수지층으로 이루어지며, 개선된 높은 신뢰성을 갖는 표면 커버 물질이 제공된 높은 신뢰성의 반도체 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 적어도 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 특정 투명 수지층 및 그 특정 투명 수지층 상에 배치된 하나 이상의 투명 유기 수지층으로 이루어지며, 개선된 높은 신뢰성을 갖는 표면 커버 물질이 제공된 높은 신뢰성의 반도체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 후술하는 바와 같은 잇점이 제공된다.

(1) 태양 전지 모듈용의 높은 신뢰성의 불연성 표면 코팅을 얻을 수 있다. 특히, 선행 기술에서의 표면 커버 수지 물질에 사용된 가연성 수지의 양을 감소시킴으로써 고도의 불연성 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.

(2) 태양 전지 모듈을 위해 내열성이 우수한 높은 신뢰성의 표면 코팅을 얻을 수 있다. 특히, 잔류 차폐제의 양이 적고 고온 환경 조건하에서 연속 사용할 때에 통상의 표면 커버 물질이 황변되는 것과 같은 선행 기술에서 발견되었던 문제점이 없는 코팅 막으로 이루어진 높은 신뢰성의 표면 커버 물질을 얻을 수 있다.

(3) 습기의 침투를 효과적으로 방지하고, 침입된 습기로 인해 태양 전지 모듈의 특성이 저하되지 않도록 하는, 태양 전지 모듈을 위한 방습성이 우수한 높은 신뢰성의 표면 코팅을 얻을 수 있다.

(4) 태양 전지 모듈을 위한 접착성이 우수한 높은 신뢰성의 표면 코팅을 얻을 수 있다. 특히, 통상의 표면 커버 물질이 고온 및 다습의 환경 조건 하에서 연속 사용 시에 태양 전지 소자 (또는 광전기 변환 소자)와 분리되기 쉬운 것과 같은 종래 기술에서 발견되었던 문제점이 없고, 그러한 분리로 인해 태양 전지 모듈의 특성이 저하되지 않도록 하는 높은 신뢰성의 표면 커버 물질을 얻을 수 있다.

(5) 태양 전지 모듈을 위한 우수한 전기 절연 특성을 갖는 높은 신뢰성의 표면 코팅을 얻을 수 있다. 특히, 태양 전지 소자 (또는 광전기 변환 소자)로부터 발생되는 전류가 외부로 누전되는 것을 효과적으로 방지하고 태양 전지 소자를 항상 외부로부터 전기적으로 단리된 상태로 유지하는 높은 신뢰성의 표면 커버 물질을 얻을 수 있다.

본 발명은 선행 기술에 있어서의 상기 문제점을 해소하고 상기 목적을 달성하고자 하는 것이다.

본 발명을 도면을 참고로 하여 상세히 설명할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 장치로서의 태양 전지 모듈의 일례의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

도 2에서, 참고 부호 (201)은 광전 소자 (또는 광전기 변환 소자)를 나타내고, 참고 부호 (202)는 (투명 수지 박막으로 이루어진) 투명 수지층을 나타내고, 참고 부호 (203)은 (투명 유기 고분자량 수지층으로 이루어진) 투명 표면측 충전제를 나타내고, 참고 부호 (204)는 최외각 표면에 위치한 투명 막(이 박막은 이후에 표면 보호막 또는 표면 보호층으로서 칭해질 것임)을 나타내고, 참고 부호 (205)는 광전 소자(201)의 후면 상의 충전제(이 충전제는 이후에 배면 충전제로서 칭해질 것임)를 나타내고, 참고 부호 (206)은 배면 보호막을 나타내고, 참고 부호 (207)은 광전 소자(201) 및 투명 수지층(202)로 이루어진 태양 전지 소자를 나타낸다.

도 2에 나타낸 태양 전지 모듈에서, 빛은 최외각 표면 막(204)를 통해 충돌하고, 그 빛은 광전 소자(201)에 도착하기 위해 최외각 표면 막(204), 충전제(203) 및 투명 수지층(202)를 통해 충돌한다. 광전 소자(201)에 발생된 광기전력은 출력 단자(도시하지 않음)을 통해 출력된다.

광전 소자(201)은 전기 전도성 기판 상에 배치된 광전기 변환 부재로서 적어도 반도체 활성층을 포함한다.

도 3은 그러한 광전 소자의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

도 3에서, 참고 부호 (301)은 전기 전도성 기판을 나타내고, 참고 부호 (302)는 배면 반사층을 나타내고, 참고 부호 (303)은 반도체 활성층을 나타내고, 참고 부호 (304)는 투명 전도성 층을 나타내고, 참고 부호 (305)는 수집 전극 (또는 그리드 전극)을 나타내고, 참고 부호 (306a)는 양극 측 상의 전력 출력 단자를 나타내고, 참고 부호 (306b)는 음극측 상의 전력 출력 단자를 나타내고, 참고 부호 (307)은 전기 접속 수단을 나타낸다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광전 소자는 전기 전도성 기판(301) 상에 배면 반사층(302), 반도체 활성층(303), 투명 전도성 층(304) 및 수집 전극(305)가 순서대로 배치되어 이루어진 것이며, 출력 단자(306a)는 전기 전도성 페이스트 또는 땜납(307)의 수단에 의해 수집 전극(305)에 전기 접속되며, 그것은 절연 부재(도시하지 않음)의 수단에 의해 절연되면서 수집 전극으로부터 연장되어 있으며, 출력 단자(306b)는 땜납(도시하지 않음)의 수단에 의해 전기 전도성 기판(301)에 전기 접속되어 있다. 이 구조에서, 양극측 전력 출력 단자 및 음극측 전력 출력 단자는 반도체 활성층의 구성에 따라서 음극측 전력 출력 단자 및 양극측 전력 출력 단자로 변화될 수 있다.

전기 전도성 기판(301)은 광전 소자용 기판으로서 뿐만 아니라 하부 전극으로서의 역할도 한다. 전기 전도성 기판(301)에 대해서는, 그것이 전기 전도성 표면을 갖기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 특별하게는, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ti 등과 같은 금속으로 구성된 전기 전도성 부재, 또는 스테인레스 스틸 등과 같은 합금으로 구성된 전기 전도성 부재일 수 있다. 이 이외에도, 전기 전도성 기판은 탄소 시트 또는 Pb-프레이팅된 스틸제 시트로 이루어질 수 있다. 또한, 전기 전도성 기판은 합성 수지제 막 또는 시트 또는 세라믹제 시트일 수 있다. 이 경우에, 이 기판은 그의 표면 상의 전기 전도성 막으로 침착된다.

전기 전도성 기판(301) 상에 배치된 배면 반사층(302)는 금속층, 금속 산화물층, 또는 금속층과 금속 산화물층으로 이루어진 2층 구조일 수 있다. 금속 층은 Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag 또는 Ni와 같은 금속 또는 그러한 금속의 합금으로 이루어질 수 있다. 금속 산화물층은 ZnO, SnO₂등과 같은 전도성 금속 산화물로 이루어질 수 있다.

배면 반사층(302)로서의 금속층 및 금속 산화물층은 내열 증발, 전자 빔 증발 또는 스퍼터링과 같은 통상의 막 형성 방법의 수단에 의해 형성될 수 있다.

배면 반사층(302)는 입사광이 효과적으로 이용되도록 하기 위하여 조면화된 표면을 갖는 것이 바람직하다.

반도체 활성층(303)은 광전기 변환을 수행하는 기능을 한다. 반도체 활성층(303)은 비결정성 규소 반도체 물질 또는 다결정성 규소 반도체 물질과 같은 비단결정 규소 반도체 물질, 또는 화합물 반도체 물질로 구성될 수 있다. 어떠한 경우에든, 이러한 임의의 반도체 물질로 이루어진 반도체 활성층은 pn 접합, pin 접합 또는 쇼트키형(schottky type) 접합을 갖는 적중 구조의 것일 수 있다.

화합물 반도체 물질의 특정 예로는 CuInSe₂, CuInS₂, GaAs, CdS/Cu₂S, CdS/CdTe, CdS/InP, CdTe/Cu₂Te 등이 있다.

상기 임의의 반도체 물질로 이루어진 반도체 활성층은 통상의 막 형성 방법에 의해 적절하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 비단결정 규소 반도체 활성층은 실란 가스와 같은 규소 원자를 부여할 수 있는 적당한 막 형성 원료를 사용하는 플라즈마 CVD 또는 광 유도된 CVD와 같은 통상의 화학적 증기상 성장 방법 또는 스퍼터링 등과 같은 통상의 물리적 증기상 성장 방법에 의해 형성될 수 있다. 다결정성 규소 반도체 물질로 구성된 반도체 활성층은 융합된 규소 물질을 제공하고 그 융합된 규소 물질을 이용하여 막을 형성하는 통상의 다결정성 규소 막 형성법 또는 비결정성 규소 물질을 열처리하는 다른 통상의 다결정성 규소 막 형성법에 의해 형성될 수 있다.

상기 임의의 화합물 반도체 물질로 구성된 반도체 활성층은 이온 플레이팅, 이온 빔 침착, 진공 증발, 스퍼터링, 또는 목적하는 전해액의 전기 분해에 의해 침전이 야기되는 전해법에 의해 적당히 형성될 수 있다.

투명 전도성 층(304)는 상부 전극으로서 기능한다. 투명 전도성 층은 In₂O₃, SnO₂, In₂O₃-SnO₂(ITO), ZnO, TiO₂또는 Cd₂SnO₄로 이루어질 수 있다. 또한, 고농도의 적절한 불순물로 도핑된 결정성 반도체 층으로 이루어질 수 있다.

상기 임의의 물질로 구성된 투명 전도성 층은 내열 증발, 전자 빔 증발, 스퍼터링, 스프레이 또는 CVD의 수단에 의해 적당히 형성될 수 있다.

투명 전도성 층으로서 이용되는 상기 불순물로 도핑된 결정성 반도체 층은 통상의 불순물 확산 막 형성법에 의해 적당히 형성될 수 있다.

이제, 투명 전도성 층(304) 까지 형성된 (광전 소자로서의) 적중체에 대해서 보면, 전기 전도성 기판(301) 및 투명 전도성 층(304)가 전기 전도성 기판의 표면 상태의 불균일성 및(또는) 그의 형성시에 발생되는 반도체 활성층(303)의 불균일성으로 인해 부분적으로 단락되는 경우가 있으며, 그 경우에서는 적중체가 비교적 다량의 누전 전류가 출력되는 전압에 비례하여 흐르는 상태, 즉 누전 저항성 (또는 분로(shunt) 저항성)이 적은 상태에 있다. 그러한 결함을 갖는 적중체 (광전 소자)는 결함을 제거함으로써 결함이 없는 상태로 보수되는 것이 바람직하다. 이것은 예를 들면, 미합중국 특허 제4,729,970호에 기재된 결함 보수 방법에 따라서 수행될 수 있다. 이 경우에, 결함 보유 적중체는 바람직하게는 1 kΩ·cm²내지 500 kΩ·cm²의 범위, 더욱 바람직하게는 10 kΩ·cm²내지 500 kΩ·cm²의 범위의 분로 내성을 갖도록 보수되는 것이 바람직하다.

광기전력에 의해 발생되는 전류를 효율적으로 수집하기 위해서는, 수집 전극 (또는 그리드 전극)(305)는 투명 전도성 층(304) 상에 배치될 수 있다. 수집 전극(305)는 스트라이프 형태 또는 벌집 형태일 수 있다.

수집 전극(305)는 Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu 또는 Sn과 같은 금속 또는 그들 금속의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 수집 전극은 전기 전도성 페이스트 또는 전기 전도성 수지로 형성될 수 있다. 전기 전도성 페이스트는 적절한 결합제 수지에 분산된 분말상 Ag, Au, Cu, Ni 또는 탄소로 이루어진 전기 전도성 페이스트를 포함할 수 있다. 이 결합제 수지로는 폴리에스테르, 에폭시 수지, 아크릴계 수지, 알키드 수지, 폴리비닐 아세테이트, 고무, 우레탄 수지 및 페놀 수지를 포함할 수 있다.

수집 전극(305)는 패턴화 마스크, 내열 증발, 또는 CVD를 사용하는 스퍼터링 수단에 의해 적당히 형성될 수 있다. 이것은 또한 전체 표면 상에 금속 막을 침착시키고 금속 막을 에칭 처리하여 원하는 패턴을 형성하는 방법, 광 유도된 CVD에 의해 그리드 전극 패턴을 직접 형성하는 방법, 또는 그리드 전극 패턴에 대응하는 음 패턴을 형성하고 형성된 패턴을 플레이팅 처리하는 방법에 의해 적당히 형성될 수도 있다.

상기 임의의 전기 전도성 페이스트를 사용한 수집 전극의 형성은 전기 전도성 페이스트를 스크린 인쇄시키는 방법, 또는 금속 와이어를, 필요시에 땜납을 사용하여, 스크린 인쇄된 전기 전도성 페이스트에 고착시키는 방법으로 수행될 수 있다.

출력 단자(306a) 및 (306b)는 기전력을 출력하도록 작용한다. 출력 단자(306a)는 전기 전도성 페이스트 또는 땜납으로 이루어진 전기 접속 수단(307)에 의해 전기 접속된다. 출력 단자(306b)는 구리통과 같은 적절한 금속체를 스팟 용접 또는 납땜시킴으로써 전기 전도성 기판(301)에 전기 접속된다.

일반적으로, 상기 구조를 갖는 복수개의 광전 소자가 제공되어 있으며, 그들은 원하는 전압 또는 전류에 따라서 직렬 연결 또는 병렬 연결로 집적된다. 원하는 전압 또는 전류를 얻을 수 있도록 집적체를 절연 부재에 배치할 수 있다.

다음에는 표면 보호막(204) 또는 (표면 보호층)에 대해서 설명할 것이다.

표면 보호막 (204)는 태양 전지 모듈의 최외각 표면에 위치하며, 그 때문에 투명성, 내후성, 발수성, 내열성, 내오염성 및 물리적 강도가 뛰어날 것이 요구된다. 또한, 태양 전지 모듈이 외부에서 사용되는 경우, 표면 보호막은 태양 전지 모듈이 장기간 동안 반복 사용될 때 충분한 내구성을 갖도록 하여야 한다.

표면 보호막이 이와 같은 모든 조건들을 충족하기 위해서, 표면 보호막은 고투명성의 플루오로 수지로 구성된 필름으로 이루어진다. 이와 같은 고투명성 플루오로 수지의 특정예로는 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체 (ETFE), 폴리비닐 플루오라이드 수지 (PVF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 수지 (PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 (TFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP) 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌 수지 (CTFE)가 있다. 이들 플루오로 수지들 중에서, PVF가 내후성 면에서 가장 뛰어나다. 그리고, 내후성과 물리적 강도를 함께 고려할 때는, ETFE가 가장 뛰어나다.

표면 보호막 (204)와 표면측 충전제 (203)과의 접착성을 개선하기 위하여, 표면측 충전제와 접착하게 되는 표면 보호막의 소정 표면은 표면측 충전제에 적층될 때 표면 처리될 것이 요구된다. 이 경우의 표면 처리로는 코로나 방전 처리 및 플라즈마 처리를 들 수 있다. 표면 보호막이 개선된 물리적 강도를 갖기 위해서는 표면 보호막이 배향 필름으로 이루어질 것이 요구된다. 또한, 표면 보호층의 내후성 면에서의 개선을 달성하기 위하여, 표면 보호막의 최외각이 SiO_x로 침착되도록 할 수 있다.

이제 표면측 충전제 (203) (투명 유기 고분자 수지층)에 대하여 설명한다.

표면측 충전제 (203)은 소정의 수지로 광전 소자를 코팅하여 외부 환경으로부터 그를 보호하는 작용을 한다. 또한, 표면측 충전제는 표면 보호막을 광전 소자와 접착시키는 작용을 한다. 따라서, 표면측 충전제는 투명도가 높을 것이 요구되고, 내후성, 접착성 및 내열성이 뛰어날 것이 요구된다. 표면측 충전제가 이와 같은 조건들을 충족하기 위하여, 표면측 충전제는 폴리올레핀 수지, 부티랄 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 아크릴계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 열가소성 수지로 이루어질 것이 요구된다.

이와 같은 열가소성 수지의 바람직한 특정예로는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (EVA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체 (EMA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 (EEA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체 (EBA), 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체 (EMM), 에틸렌-에틸 메타크릴레이트 공중합체 (EEM) 및 폴리비닐 부티랄 (PVB)이 있다. 이들 수지 중에서, EVA 및 EEA가 입수 용이성 및 경제적 관점에서 가장 적절하다.

표면측 충전제 (이 수지를 이하 충전제 수지로 칭한다)로서 사용될 수 있는 상기 수지들은 어느 것이나 열변형 온도가 낮고 고온에서 쉽게 변형되거나 크리핑되는 경향이 있다. 이 때문에, 충전제 수지는 내열성과 접착성이 향상되도록 적절한 가교결합제로 가교결합될 필요가 있다. 이 경우에 사용될 수 있는 가교결합제로는 이소시아네이트, 멜라민 및 유기 퍼옥사이드를 들 수 있다. 어느 경우에나, 사용되는 가교결합제는 충분히 긴 포트 라이프를 가지고 충전제 수지를 가교결합시킬 때 가교결합 반응을 신속히 일으키는 가교결합제이어야 한다. 또한, 표면 보호막이 표면측 충전제 위에 적층되므로, 가교결합제는 가교결합제로부터의 유리 물질을 발생시키지 않거나 이러한 유리 물질을 미량만 발생시키는 가교결합제이어야 한다.

또한, 표면측 충전제는 열적 산화로부터 보호되기 위하여 산화방지제를 포함할 수 있다. 더우기, 표면측 충전제가 충돌된 빛에 의하여 열화되는 것을 방지하기 위하여, 표면측 충전제는 UV 흡수제 및(또는) 광안정제를 포함할 수 있다.

표면측 충전제와 광전 소자 또는 표면 보호막과의 접착이 충분하지 않은 경우에는, 표면측 충전제에 실란 커플링제 및 티타네이트 커플링제 중 어느 하나 또는 둘다를 배합시킴으로써 접착성을 개선시킬 수 있다.

이제 투명 수지 박막층 (202) (또는 투명 수지층)에 대하여 설명한다.

투명 수지 박막층 (202)는 표면측 충전제와 함께 광전 소자를 외부 환경으로부터 보호하면서, 소정의 수지로 광전 소자의 불균일성을 코팅하는 작용을 한다. 투명 수지 박막층 (202)는 또한 광전 소자가 전기적으로 외부로부터 단리된 상태에 있도록 하는 작용을 한다. 표면측 충전제 (203)의 경우 뿐만 아니라, 투명 수지 박막층 (202)도 고투명성일 것과, 내후성, 접착성 및 내열성이 뛰어날 것이 요구된다.

투명 수지 박막층 (202)가 이러한 조건들을 충족하기 위해서, 투명 수지 박막층은 아크릴계 수지, 실리콘 수지 또는 플루오로 수지를 주성분으로 하는 수지들로 이루어진 군으로부터 선택된 투명 수지로 이루어진다. 이와 같은 수지의 바람직한 특정예로는 아크릴계 수지와 무기 중합체를 적절한 가교결합제로 가교결합시켜 얻은 수지, 알콕시실라잔과 같은 실리콘계 수지 및 플루오로 수지가 있다.

상기 아크릴계 수지로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 메타크릴산, 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, tert-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 1,3-부틸렌 디메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 메타크릴계 단량체와, 이소부틸 아크릴레이트, 아크릴산 디에틸렌글리콜에톡실레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트 및 2-히드록시프로필아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 단량체를 중합시켜 얻은 수지들을 들 수 있다.

상기의 무기 중합체로는 실록산, 실라잔, 메탈로실록산 및 메탈로실라잔과 같은 규소 화합물의 중합체 및 이들 중합체의 혼합물들을 들 수 있다.

아크릴계 수지 및 무기 중합체의 가교결합에 사용되는 가교결합제로는, 충분히 긴 포트 라이프를 가지고, 아크릴계 중합체와 무기 중합체 사이의 가교결합 반응을 신속히 일으켜서 가교결합제로부터의 유리 물질을 포함하지 않거나 포함하더라도 이러한 유리 물질을 미량 포함하는 상태에서 가교결합된 수지를 생성하는 가교결합제를 사용할 필요가 있다.

이와 같은 조건들을 충족하는 가교결합제로는 차폐 이소시아네이트를 들 수 있다.

이와 같은 차폐 이소시아네이트로는 이소시아네이트 단량체의 화학적 구조를 고려할 때, 톨릴렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 (IPDI), 크실렌디이소시아네이트 (XDI), 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산 (H₆XDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트 (HDI), 테크라메틸크실릴렌디이소시아네이트 및 m-이소프로페닐-α,α-디메틸벤질이소시아네이트를 들 수 있다.

뛰어난 투명성이 요구될 경우, 황변 지연제형 XDI와, 비황변형의 IPDI, H₆XDI 및 HDI가 사용되는 것이 바람직하다.

상기한 이소시아네이트 단량체들은 일반적으로 이소시아네이트 예비 중합체로 사용된다. 그리고, 이들은 대략 테트라메틸렌 프로판올 (TMP)의 부가물류 (또는 다른 말로는 TMP 부가물), 비우렛류, 이소시아누레이트류 및 알파네이트류로 나누어진다. 투명 수지 박막층이 향상된 내후성과 내열성을 갖기 위해서, TMP 부가물 또는 이소시아누레이트가 사용되는 것이 바람직하다.

이소시아네이트의 차폐제로는, 에틸아세토아세테이트 및 메틸 에틸 케톤 (MEK) 옥심과 같은 옥심, ε-카프로락탐과 같은 락탐, 페놀 및 알코올을 들 수 있다. 투명 수지 박막층으로서의 수지 박막이 그의 생성시 또는 고온 조건하에 사용시 황변되는 것을 방지하기 위하여, ε-카프로락탐 또는 알코올을 사용하는 것이 바람직하다.

투명 수지 박막층으로서의 수지 박막이 고온 조건 하에 사용될 때 바람직한 내열성을 갖도록 하기 위하여, 수지 박막은 수지 필름의 수지 성분의 총량에 대하여 0.05 내지 1.0 중량%의 양으로 산화방지제를 포함할 수 있다.

이와 같은 산화방지제로는 모노페놀계 산화방지제, 비스페놀계 산화방지제, 고분자 페놀계 산화방지제, 황계 산화방지제 및 인계 산화방지제를 들 수 있다.

모노페놀계 산화방지제의 특정예를 들면 2,6-디-tert-부틸-p-크레졸, 부틸화 히드록시아니솔 및 2,6-디-tert-부틸-4-에틸페놀이 있다.

비스페놀계 산화방지제의 특정예를 들면 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌-비스-(4-에틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-티오비스-(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-부틸리덴-비스-(3-메틸-6-tert-부틸페놀) 및 3,9-[1,1-디메틸-2-{β-(3-tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시에틸}-2,4,8,10-테트라옥사피로]-5,5 운데칸이 있다.

고분자 페놀계 산화방지제의 특정예를 들면 1,1,3-트리스-(2-메틸-4-히드록시-5-tert-부틸페닐)부탄, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 테트라키스-메틸렌-3-(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트 메탄, 비스 3,3'-비스-(4'-히드록시-3'-tert-부틸페닐)부티르산, 글루코스에스테르, 1,3,5-트리스(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시벤질)-s-트리아진-2,4,6-

(1H, 3H, 5H)트리온 및 토코페롤 (비타민 E)가 있다.

황계 산화방지제의 특정예를 들면 디라우릴티오디프로피오네이트, 디미리스틸티오디프로피오네이트 및 디스테아릴티오프로피오네이트가 있다.

인계 산화방지제의 특정예를 들면 트리페닐포스페이트, 디페닐이소데실포스페이트, 페닐디이소데실포스페이트, 4,4'-부틸리덴-비스-(3-메틸-6-tert-부틸페닐-디-트리데실)포스페이트, 시클릭네오펜탄테트라비스(옥타데실포스페이트), 트리스(모노 또는 디)페닐포스페이트, 디이소데실펜타에리트리톨디포스페이트, 9,10-디히드로-9-옥사-10-포스페난트렌-10-옥사이드, 10-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스페난트렌-10-옥사이드, 10-데실옥시-9,10-디히드로-9-옥사-10-포스페난트렌, 시클릭네오펜탄테트라비스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스페이트, 시클릭네오펜탄테트라비스(2,6-디-tert-메틸페닐)포스페이트 및 2,2-메틸렌비스(4,6-tert-부틸페닐)옥틸포스페이트가 있다.

이들 산화방지제는 단독으로 또는 그의 2종 이상을 배합하여 사용할 수 있다.

또한, 투명 수지 박막층으로서의 수지 박막이 개선된 접착성을 갖기 위하여, 수지 필름은 수지 필름의 수지 성분의 총량에 대하여 0.1 내지 10 중량%의 양으로 실란 커플링제를 포함할 수 있다.

이와 같은 실란 커플링제로는 화학 구조를 고려할 때 화학식 XSiY₃(여기서, X는 반응성 유기 관능기이고, Y는 가수분해 가능한 기이다)으로 나타내는 화합물을 들 수 있다. 반응성 유기 관능기 X로는 아미노기, γ-글리시독시프로필기, 비닐기, 메타크릴기, 메르캅토기 및 염소기를 들 수 있다. 가수분해 가능한 기 Y로는 메톡시기 및 에톡시와 같은 알콕시기를 들 수 있다. 이들 기 중에서, γ-글리시독시프로필기가 X기로서 가장 적절하고, Y기로는 메톡시기가 가장 적절하다.

이들 화합물들의 특정예로는 γ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필디메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 헥사메틸디실라잔, γ-알리니노프로필트리메톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란이 있다.

구체적으로, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란과 같은 에폭시계 실란 커플링제를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 중에서, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란이 실란 커플링제로 사용될 때 접착성 뿐만 아니라 투명 수지 박막층으로서의 수지 박막의 내열성도 개선되므로 가장 바람직하다.

또한, 투명 수지 박막층으로서의 수지 박막은 적절한 무기 산화물의 미립자 (이를 이하에서 무기 산화물 미립자로 칭한다)를 포함할 수 있다.

이와 같은 무기 산화물의 특정예로는 산화규소, 산화아연, 산화주석, 산화티탄 및 산화알루미늄이 있다.

첨가되는 무기 산화물 미립자는 평균 입도가 바람직하게는 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 보다 바람직하게는 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위일 것이 요구된다.

첨가되는 무기 산화물 미립자의 양에 대해서는, 과량인 경우 빛이 광전 소자에 충분히 도달하지 않는 문제점이 수반되는 경향이 있다. 바람직하게는 0.1 중량% 내지 20 중량%, 또는 보다 바람직하게는 0.2 중량% 내지 10 중량%의 범위일 것이 요구된다.

무기 산화물 미립자를 상기 범위내의 요구되는 양으로 투명 수지 박막층에 혼입시키면, 입사광이 바람직하게 산란되어 광전기 변환 효율이 향상되고, 투명 수지 박막층의 경도가 증가하여, 그 결과 광전 소자에 대한 보호층으로서의 투명 수지 박막층의 성능, 그 중에서도 특히 투명 수지 박막층의 내후성이 개선되는 장점이 제공된다.

무기 산화물 미립자를 투명 수지 박막층에 혼입시키는 것은 전술한 무기 산화물들 중 어느 하나의 미립자를 투명 수지 박막층을 형성하기 위한 소정의 수지에 첨가하고, 수지 박막을 투명 수지 박막층으로서 형성시키는 방식, 또는 투명 수지 박막층으로서 수지 박막을 형성시키고 전술한 무기 산화물들 중 어느 하나의 미립자를 수지 박막 위에 분무하는 방식에 의하여 행할 수 있다.

이제 광전 소자 (201)의 후면에 위치한 충전제 (205) (배면 충전제)에 대하여 설명한다.

배면 충전제 (205)는 광전 소자 (201)과 배면 보호막 (206) 사이에 충분한 접착이 달성되도록 하는 작용을 한다. 배면 충전제 (205)는 광전 소자의 전기 전도성 기판과 배면 보호막 사이에 충분한 접착이 이루어질 수 있게 하며, 내구성이 뛰어나고, 열팽창 및 열수축을 견디어 내고, 유연성이 뛰어난 물질로 이루어질 것이 요구된다. 이와 같은 물질의 특정예로는 EVA (에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체) 및 폴리비닐 부티랄과 같은 고온 용융 물질, 및 에폭시 접착제가 있다. 이들 외에도 이중 코팅 테이프가 또한 사용될 수 있다.

별법으로, 배면 충전제 (205)는 표면측 충전제 (203)에 사용되는 것과 동일한 수지 물질로 이루어질 수 있다.

태양 전지 모듈이 고온의 환경 조건에 사용되는 것, 예를 들어 외부에서 사용되기 위하여 건물의 지붕에 집적되는 것일 경우에, 태양 전지 모듈이 고온에서 반복 사용되어도 견디어 낼 수 있도록 광전 소자의 전기 전도성 기판과 배면 충전제 사이에 더욱 향상된 접착성을 달성하기 위하여 배면 충전제로서 가교결합될 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, EVA와 같은 수지 물질은 유기 퍼옥사이드의 사용에 의하여 가교결합될 수 있는 것이 바람직하다.

이제 배면 보호막 (206)에 대하여 설명한다.

배면 보호막 (206)은 광전 소자 (201)의 전기 전도성 기판을 외부로부터 전기적으로 단리하기 위하여 배치된다. 배면 보호막 (206)은 광전 소자의 전기 전도성 기판을 전기적으로 충분히 단리할 수 있고, 내구성이 뛰어나고, 열팽창 및 열수축을 견디어 내고, 유연성이 뛰어난 물질로 이루어질 것이 요구된다. 이와 같은 물질의 특정예로는 양쪽 면에 폴리올레핀 수지로 이루어진 접착층이 있는 나일론 필름 또는 PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름으로 이루어진 라미네이트 필름이 있다. 폴리올레핀 수지로는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (EVA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체 (EMA) 및 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 (EEA)를 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 태양 전지 모듈의 기계적 강도를 향상시키고, 태양 전지 모듈이 환경 온도의 변화로 인하여 비틀리거나 뒤틀리는 것을 방지하기 위하여, 배면 보호막 (206)의 외부에 배면 강화 부재 (도면에 도시되지 않음)를 배치할 수 있다. 배면 강화 부재는 강철판, 플라스틱판, 또는 섬유-유리 강화 플라스틱판 (또는 이른바 FRP판)으로 이루어질 수 있다.

이제, 광전 소자에 도달하는 입사광의 양이 감소되는 것을 방지하기 위하여, 광전 소자로부터 투명 수지 박막층 (202), 투명 표면측 충전제 (203) 및 표면 보호막 (204)가 순서대로 적층되어 이루어진 표면 커버 물질은 실질적으로 투명할 것이 요구된다.

구체적으로, 표면 커버 물질은 400 ㎚ 내지 800 ㎚의 가시광 파장 영역에서 바람직하게는 80% 이상, 또는 보다 바람직하게는 90% 이상의 투광율을 가질 것이 요구된다. 또한, 외부의 빛이 광전 소자 중으로 용이하게 충돌하는 것을 촉진하기 위하여, 표면 커버 물질은 25℃의 온도에서 바람직하게는 1.1 내지 2.0, 또는 보다 바람직하게는 1.1 내지 1.6의 굴절률을 갖도록 제조된다.

이하에, 전술한 광전 소자 (또는 광전기 변환 소자), 투명 수지 박막층, 충전제 수지, 표면 보호막 및 배면 보호성 물질을 사용하여 본 발명에 따른 반도체 장치로서의 태양 전지 모듈을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

투명 수지 박막층에 의하여 광전 소자의 광수용면을 코팅하는 것은 용매에 용해시킨 투명 수지 박막층 형성용의 소정 수지로 이루어진 코팅액을 도포함으로써 행할 수 있다. 광전 소자의 광수용면 위에 코팅액을 도포하는 것은 광전 소자를 코팅액에 침지시켜서 광전 소자의 광수용면을 커버한 코팅 필름을 형성하는 방법; 광전 소자의 광수용면 위에 분무된 상태로 코팅액을 공기 분무하여 광전 소자의 광수용면을 커버한 코팅 필름을 형성하는 방법; 또는 광전 소자의 광수용면 위에 액체 상태로 코팅액을 공기 분무하여 광전 소자의 광수용면을 커버한 코팅 필름을 형성하는 방법에 의하여 수행될 수 있다. 어느 경우에나, 용매를 증발시키면서 또는 용매를 증발시킨 후에, 광전 소자 위에 형성된 코팅 필름을 가교결합 처리한다. 이와 같은 방법들 외에도, 광전 소자 위에 투명 수지 박막층을 형성하는 것은 투명 수지 박막층을 형성하기 위한 소정의 수지를 분말 형태로 준비하고, 분말 수지를 정전기 흡착에 의하여 광전 소자의 광수용면 위에 침착시켜서 광전 소자의 광수용면을 커버한 코팅 필름을 형성하고, 코팅 필름을 열처리하여 가교결합시키는 방법에 의하여 수행될 수 있다.

광전 소자의 광수용면 (특히, 태양 전지 소자의 광수용면 (207) (도 2 참조))을 표면측 충전제로 코팅하는 것은 (a) 용매에 용해시킨 충전제 수지 물질로 이루어진 코팅액을 광수용면 위에 도포하고, 도포된 코팅액의 용매를 증발시키는 방법; (b) 광수용면 위에 분말상의 충전제 수지 물질을 균일하게 침착시키고, 침착된 분말상 충전제 수지 물질을 열융합시키는 방법; (c) 충전제 수지 물질의 열융합 생성물을 준비하고, 열융합 생성물을 슬릿을 통하여 광수용면 위에 도포하는 방법; 또는 (d) 충전제 수지 물질의 열융합 생성물을 사용하여 충전제 수지 물질의 시트를 얻고, 열압축 접착에 의하여 시트를 광수용면 위에 적층시키는 방법에 의하여 수행될 수 있다.

상기 방법 (a)에 있어서, 필요한 경우 실란 커플링제, UV 흡수제, 산화방지제 등의 요구되는 첨가제 1종 이상을 먼저 혼합한 후 그에 충전제 수지 물질을 용해시키고, 생성된 코팅액을 광전 소자의 광수용면 위에 도포한 후, 건조시킨다.

유사하게, 나머지 방법 (b) 내지 (d)는 어느 방법에 있어서나, 상기 요구되는 첨가제 1종 이상을 사용하는 경우, 이 첨가제를 충전제 수지 물질에 첨가한 후, 충전제 수지 물질을 열융합시킨다.

표면측 충전제 (203)을 태양 전지 소자의 광수용면 (207) (도 2 참조) 위에 미리 형성시키는 경우, 표면 보호막 (204)를 표면측 충전제 위에 적층하고, 배면 충전제 수지 물질 (205)와 배면 보호막 (206)을 태양 전지 소자의 배면 위에 적층시켜서 복합체를 얻고, 생성된 복합체를 열압축 접착시킴으로써, 원하는 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다. 배면 강화 부재를 배치하려는 경우에는, 배면 강화 부재를 적절한 접착제에 의하여 배면 보호막에 적층시킬 수 있다. 배면 강화 부재를 적층하는 것은 상기의 열압축 접착을 행할 때 행할 수 있거나, 상기의 열압축 접착을 행한 후에 독립적으로 행할 수 있다.

별법으로는, 상기의 공정에서, 표면측 충전제용 충전제 수지 물질로 이루어진 시트를, 태양 전지 소자의 광수용면 위에 미리 형성시킨 표면측 충전제 대신에 사용할 수 있다. 이 경우, 시트를 표면 보호막과 태양 전지 소자 사이에 삽입시켜 복합체를 얻고, 생성된 복합체를 열압축 접착시켜서 소망한 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.

열압축 접착으로는 진공 적층 및 롤 적층을 들 수 있다.

실시예

이하에서, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.

실시예 1

1. 광전기 변환 소자 (태양 전지)의 제조:

하기의 방법에 의하여, 각각 도 3에 도시된 형상이고, 비결정질 규소 물질 (즉, a-Si 물질)로 이루어진 반도체 활성층이 있는 복수개의 태양 전지 (이 태양 전지를 이하 a-Si 태양 전지로 칭한다)를 제조하였다.

즉, 먼저 잘 세정한 스테인레스 스틸제 시트를 기판 (301)로 준비하였다. 통상의 스퍼터링법에 의하여 기판 (301) 위에, 500 ㎚ 두께의 Al 필름과 500 ㎚ 두께의 ZnO 필름으로 이루어진 2층의 배면 반사층 (302)를 형성시키고, 통상의 플라즈마 CVD 방법에 의하여 배면 반사층 (302) 위에, 15 ㎚ 두께의 n-형 층/400 ㎚ 두께의 i-형 층/10 ㎚ 두께의 p-형층/10 ㎚ 두께의 n-형 층/80 ㎚ 두께의 i-형 층/10 ㎚ 두께의 p-형 층 (여기에서, 각 n-형 층으로서의 n-형 a-Si 필름은 SiH₄기체, PH₃기체 및 H₂기체의 혼합물로부터 생성되었고, 각 i-형 층으로서의 i-형 a-Si 필름은 SiH₄기체 및 H₂기체의 혼합물로부터 생성되었고, 각 p-형 층으로서의 p-형 μc-Si 필름은 SiH₄기체, BF₃기체 및 H₂기체의 혼합물로부터 생성되었음)이 기판측으로부터 순서대로 적층되어 있는 nip/nip 구조의 직렬형 a-Si 광전기 변환 반도체 층 (303)을 형성시켰다. 이어서, 반도체 활성 (303) 위에, 통상의 내열 증발법에 의하여 In 공급원을 O₂대기하에서 증발시켜 In₂O₃로 이루어진 70 ㎚ 두께의 투명 전도성 층 (304)를 형성시켰다. 그에 따라서, 광전 소자를 얻었다.

생성된 광전 소자는 분로 저항이 1 ㏀ cm²내지 10 ㏀ cm²인 것으로 나타났다. 따라서, 하기의 방법에 따라 광전 소자를 결함 보수 처리하였다. 즉, 광전 소자와 전극판을, 전극판이 광전 소자의 투명 전도성 층과 대향하게 하고 광전 소자가 전기적으로 접지되도록 하면서, 전기 전도성이 50 내지 70 mS로 조정된 염화알루미늄의 수용액에 침지시켰다. 이어서, 3.5 V의 양전위를 전극판에 2초 동안 인가하여, 광전 소자 중의 분로 (또는 단락) 부위에 위치한 투명 전도성 층을 선택적으로 분해시켰다. 이와 같이 보수한 광전 소자는 분로 저항이 50 ㏀ cm²내지 200 ㏀ cm²인 것으로 나타났다.

계속해서, 다음의 방법에 따라서, 집전 전극 (305)인 그리드 전극을 투명 전도성 층 (304) 위에 형성시켰다. 즉, 투명 전도성 층 위에, 스크린 인쇄에 의하여 폭 200 ㎛의 Cu-페이스트 라인을 형성시켰다. 이어서, 직경 100 ㎛의 구리 와이어를 Cu-페이스트 라인 위에 그를 따라 배선하고, 크림 땜납을 그 위에 배치한 후, 땜납을 융합시켜서 Cu-페이스트 위에 구리 와이어를 고착시켰다. 이로써, 투명 전도성 층 위에 그리드 전극이 형성되었다.

생성물에 대하여, 음극측 전력 출력 단자 (306b)인 구리통을 스테인레스 땜납을 사용하여 기판 (301)에 고착시키고, 양극측 전력 출력 단자 (306a)인 얇은 포일 테이프를 땜납을 사용하여 집전 전극 (305)인 그리드 전극에 고착시켰다. 따라서, a-Si 태양 전지가 수득되었다. 이러한 방식으로 복수개의 a-Si 태양 전지를 얻었다.

2. 모듈의 제조:

상기 1항에서 얻은 각 a-Si 태양 전지를 사용하여, 하기의 방법에 따라서 각각 도 4에 나타낸 형상을 지닌 복수개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.

도 4에 있어서, 참고 부호 (401)은 광전기 변환 소자 (이 경우 전술한 a-Si 태양 전지에 해당)를 나타내고, 참고 부호 (402)는 광전기 변환 소자의 광수용면을 커버하도록 광전기 변환 소자 (401) 위에 배치된 투명 수지 박막층을 나타내고, 참고 부호 (403)은 광전기 변환 소자 (401) 및 투명 수지 박막층 (402)로 이루어진 적층체를 둘러싸는 충전제 (투명한 유기 고분자 수지층을 함유)를 나타내고, 참고 부호 (404)는 충전제 (403) 위에 배치된 표면 보호막을 나타내고, 참고 부호 (405)는 충전제 (403) 아래에 배치된 배면 보호막을 나타내고, 참고 부호 (406)은 배면 보호막 아래에 배치된 배면 강화 부재를 나타낸다. 여기에서 충전제 (403)은 표면측 충전제와 배면측 충전제를 포함하는 것을 의미한다.

(1) 광수용면을 커버하도록 광전기 변환 소자 (401) (즉, 상기에서 수득한 a-Si 태양 전지) 위에 형성된 투명 수지 박막층 (402)로 이루어진 라미네이트의 제조:

아크릴계 수지, 무기 중합체 및 ε-카프로락탐으로 차폐된 헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 수지 혼합물 100 중량부와, 실란 커플링제인 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 2.8 중량부를 혼합하여 혼합물을 얻었다. 혼합물을 통상의 코팅법에 의하여 a-Si 태양 전지의 광수용면 위에 도포하여 코팅 필름을 형성한 후, 코팅 필름을 열처리하여 용매를 증발시키면서 코팅 필름의 수지를 가교결합시켜서, 투명 수지 박막층 (402)로서의 투명 수지 박막을 a-Si 태양 전지 (401) 위에 그의 광수용면을 커버하도록 형성시켰다. 이에 의하여, a-Si 태양 전지 및 투명 박막층으로 이루어진 라미네이트를 얻었다.

(2) 충전제 (403)으로서 충전제 수지의 제공:

(a) 표면측 충전제로서, EVA (에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체) 100 중량부, 가교결합제인 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산 3 중량부, 실란 커플링제인 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 1.0 중량부, UV 흡수제인 2-히드록시-4-n-옥톡시벤조페논 0.3 중량부, 광안정제인 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 0.1 중량부 및 산화방지제인 트리스(모노-노닐페닐)포스페이트 0.2 중량부를 혼합하여 혼합물을 얻고, 혼합물을 열융합하여 융합 생성물을 얻고, T-다이를 사용하여 T-다이의 슬릿을 통해 압출시키는 방식으로 융합 생성물을 압출 성형하여 얻은 460 ㎛ 두께의 EVA 시트를 제공하였다.

(b) 배면측 충전제로서, 460 ㎛ 두께의 EVA 필름을 제공하였다.

(3) 표면 보호막 (404)로서 필름의 제공:

표면 보호막 (404)로서, 충전제 (403) (표면측 충전제)의 표면과 접촉하게 될, 코로나 방전에 의하여 표면 처리된 38 ㎛ 두께의 신장된 ETFE 필름을 제공하였다.

(4) 배면 보호막 (405)로서 필름의 제공:

배면 보호막 (405)로서, 두께 200 ㎛의 EEA (에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체) 필름 / 두께 25 ㎛의 폴리에틸렌 필름 / 두께 50 ㎛의 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 / 두께 200 ㎛의 EEA (에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체) 필름으로 이루어진 라미네이트 필름을 제공하였다.

(5) 배면 강화 부재 (406)으로서 부재의 제공:

배면 강화 부재 (406)으로서, 0.3 ㎜ 두께의 갈발룸 스틸 부재 (또는 Zn-코팅 스틸 부재)를 제공하였다.

(6) 태양 전지 모듈의 제조:

상기 (1)항에서 얻은 라미네이트의 광수용면 위에 (즉, a-Si 태양 전지에 배치된 투명 수지 박막층의 표면 위에), EVA 시트 (상기 (2)-(a)항에서 수득) 및 ETFE 필름 (상기 (3)항에 수득)을 순서대로 적층시켰다. 이 경우, ETFE 필름의 코로나 방전 표면을 EVA 시트의 표면과 접촉시켰다. 생성물의 배면 위에, EVA 필름 (상기 (2)-(b)항에서 수득), 라미네이트 필름 (상기 (4)항에서 수득) 및 갈발룸 스틸 부재 (상기 (5)항에서 수득)를 순서대로 적층시켰다. 그에 따라서, 적층체를 얻었다. 이와 같이 얻은 적층체를 진공 적층기에 놓고, 소정의 진공도까지 진공기의 내부를 배기하면서 150℃에서 30 분 동안 열처리한 후, 실온으로 냉각시켰다. 그에 따라서, 태양 전지 모듈을 얻었다.

이와 같은 방식으로, 복수개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.

평가

생성된 태양 전지 모듈을 사용하여, 가연성, 내열성, 접착성, 환경 온도의 변화에 대한 내성, 내후성, 전기 절연성 및 내스크래칭성을 평가하였다.

평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

상기의 각 평가 항목에 대한 평가는 다음의 방법으로 행하였다.

(1) 가연성의 평가:

태양 전지 모듈을 수평선에 대하여 22。 기울어진 책상 위에 놓았다. 그리고, 760±28℃의 가스 버너 불꽃을 태양 전지 모듈의 표면 커버 물질 부분에 10분 동안 대어서, 불꽃의 퍼짐을 관찰하였다. 관찰 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

○ : 불꽃의 퍼짐이 끝에서 1.83 m (6 ft) 떨어진 거리 미만으로 일어난 경우.

× : 불꽃의 퍼짐이 끝에서 1.83 m (6 ft) 떨어진 거리 이상으로 일어난 경우.

(2) 내열성의 평가:

태양 전지 모듈을 15 시간 동안 150℃의 대기에 노출시킨 후, 파장 400 ㎚의 빛에 대하여 그의 표면 커버 물질의 초기 투광율의 변화를 관찰하였다. 관찰 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

○ : 황변이 일어나지 않은 경우 (초기 투광율의 변화가 10% 미만임).

× : 황변이 일어난 경우 (초기 투광율의 변화가 10% 이상임).

(3) 접착성의 평가:

태양 전지 모듈에 대하여, JIS K5400 8.5.2에 근거한 방법에 따라서, 투명 수지 박막층과 투명 전도성 층 간의 접착성을 조사하였다. 조사 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

○ : 분리가 일어나지 않은 경우.

× : 분리가 일어난 경우.

(4) 환경 온도의 변화에 대한 내성의 평가:

태양 전지 모듈을 -40℃의 대기에 1 시간 동안 노출시키는 사이클과 85℃/85 %RH의 대기에 1 시간 동안 노출시키는 사이클을 20회 교대로 반복한 후에, 그의 외관을 눈으로 관찰하였다. 관찰 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

◎ : 외관에 변화가 관찰되지 않은 경우.

○ : 외관에 약간의 변화가 관찰되었지만, 사용에 문제가 없는 경우.

× : 외관에 문제가 있는 뚜렷한 분리 및(또는) 균열 및 사용상 허용될 수 없는 착색이 관찰된 경우.

(5) 내후성의 평가:

태양 전지 모듈을 탄소 아크 일광 내후계 안에 놓고, 그를 63℃의 흑색 패널 온도에서 108분 동안 유지하는 사이클과 12분 동안 정제수를 떨어뜨리는 사이클을 교대로 반복하는 조건 하에서 모조 태양광으로 5000 시간 동안 조사하였다. 이어서, 그의 외관을 눈으로 관찰하였다. 관찰 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

◎ : 외관에 변화가 관찰되지 않은 경우.

(6) 전기 절연성의 평가:

태양 전지 모듈에 대하여, +극 및 -극을 의도적으로 단락시켰다. 고압 테스터를 단락된 단자와 배면 강화 부재 사이에 전기 접속하고 2200 V의 직류 전압을 인가하여, 누전 전류를 측정하였다. 측정 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

○ : 누전 전류가 50 ㎂ 이하인 경우 (허용 가능).

× : 누전 전류가 50 ㎂를 넘는 경우 (허용 불가능).

(7) 내스크래칭성의 평가:

이 평가는 다음의 방법으로 행하였다. 즉, 태양 전지 모듈을 도 5에 도시된 방식으로 표면 처리하였는데, 1 ㎜ 두께의 금속판 (602)를 그의 구석을 통하여 태양 전지 모듈의 광수용면 (601)의 가장 우묵한 곳에 접촉시켰다. 이어서, 금속판에 0.91 ㎏ (2 lb)의 하중 F를 가하고, 2.27 ㎏ (5 lb)의 하중 F를 금속판을 움직이지 않으면서 가하였다. 이어서, 금속판을 화살표 D로 나타낸 방향으로 잡아당기면서 나중의 하중을 그에 가하여 스크래치를 형성시켰다. 이어서, 이와 같이 처리된 태양 전지 모듈을 표면 커버 물질의 스크래칭된 부위가 외부로부터 전기적으로 단리된 채 여전히 절연성인가를 평가하였다. 이 평가는 처리된 태양 전지 모듈을 3000 Ω ㎝의 전해액에 침지시키고, 태양 전지 모듈의 광전 소자와 전해액 사이에 2200 V의 전압을 인가하여 발생된 누전 전류를 관찰함으로써 수행하였다. 평가 결과를 하기의 평가 기준에 근거하여 표 1에 나타내었다.

○ : 누전 전류가 50 ㎂ 이하인 경우 (허용 가능).

× : 누전 전류가 50 ㎂를 넘는 경우 (허용 불가능).

실시예 2

실시예 1에서 투명 수지 박막층의 형성에 사용된 이소시아네이트 단량체를 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산으로 대체한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

생성된 태양 전지 모듈을 사용하여, 실시예 1에서와 같은 평가 방법으로 평가를 행하였다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

실시예 3

실시예 1에서 표면측 충전제로 사용된 EVA를 EEA (에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체)로 대체한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

실시예 4

실시예 1에서 투명 수지 박막층의 형성에 사용된 실란 커플링제를 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란으로 대체한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

실시예 5

실시예 1에서 투명 수지 박막층의 형성에 있어서 이소시아네이트 단량체용 차폐제로 사용된 ε-카프로락탐을 메틸 에틸 케톤 옥심으로 대체한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

실시예 6

실시예 1에서 투명 수지 박막층의 형성에 사용된 실란 커플링제를 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 대체한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

실시예 7

실시예 1에서 평균 입도 10 ㎛의 산화규소 미립자를 투명 수지 박막층의 형성에 추가로 사용한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

비교예 1

실시예 1에서 투명 수지 박막층의 형성에 실란 커플링제를 사용하지 않은 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

비교예 2

실시예 1에서 투명 수지 박막층을 460 ㎛ 두께의 EVA 필름으로 대체한 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

비교예 3

실시예 1에서 투명 수지 박막층을 사용하지 않은 것외에는 실시예 1의 공정을 반복하여, 복수개의 태양 전지 모듈을 얻었다.

얻어진 평가 결과를 표 1에 총괄적으로 나타내었다.

	가연성	내열성	접착성	환경 온도의 변화에 대한 내성	내후성	전기 절연성	내스크래칭성
실시예 1	○	○	○	◎	◎	○	○
실시예 2	○	○	○	◎	◎	○	○
실시예 3	○	○	○	◎	◎	○	○
실시예 4	○	○	○	○	◎	○	○
실시예 5	○	○	○	○	○	○	○
실시예 6	○	○	○	○	○	○	○
실시예 7	○	○	○	○	◎	○	◎
비교예 1	○	×	×	×	×	×	×
비교예 2	×	×	-	○	○	○	○
비교예 3	○	○	-	○	○	×	×

표 1에 나타낸 결과에 근거하여 다음의 사실들이 이해되었다. 즉, 실란 커플링제, 특히 에폭시계 실란 커플링제를 포함하고 EVA의 사용량을 감소시킨 특정의 투명 수지 박막층을 사용함으로써, 상기의 투명 수지 박막층이 반도체 소자의 투명 전극 뿐만 아니라 투명 수지 박막층 위에 위치한 투명한 유기 수지층과의 충분한 접착을 고온의 환경 조건 하에서도 항상 보장하며, 고온 및 다습의 극한 환경 조건 하에서 반복 사용될 때에도 황변되지 않는 항상 바람직한 상태로 유지되는, 높은 신뢰성의 반도체 소자 (특히, 광전기 변환 소자)용 표면 커버 물질을 달성할 수 있다.

그런데, 에폭시계 실란 커플링제를 사용하지 않고 ε-카프로락탐을 사용하여 형성시킨 투명 수지 박막층이 있는 표면 커버 물질에 대해서는, 고온의 환경 조건 하에서 반복 사용될 때 황변되는 경향이 있다. 그의 이유에 대해서는, 표면 커버 물질 중에 포함된 EVA가 산화되고 열화될 때 아세트산을 방출하며, 이와 같이 방출된 아세트산이 투명 수지 박막층 중에 남아 있는 ε-카프로락탐과 반응하여 표변 코팅 물질을 황변시키는 것으로 여겨진다. 그러나, 에폭시계 실란 커플링제를 투명 수지 박막층에 혼입시키면 황변 문제의 발생이 제거된다. 즉, 에폭시계 실란 커플링제는 방출된 상기의 아세트산을 포획하는 작용을 하므로, 황변 문제의 발생이 효과적으로 방지된다.

또한, EVA 대신에 EEA가 사용되는 경우에도, EEA의 산분해 반응에서 산의 생성이 일어나지 않는다. 이는 또한 표면 커버 물질이 황변되는 것을 방지한다. 그러나, 메틸 에틸 케톤 옥심(즉, MEK 옥심)을 사용하는 경우, 표면 커버 물질의 황변이 방지되는 효과가 발견될 수는 있지만, 열처리에 의하여 코팅 필름을 형성하는 공정 동안 MEK 옥심이 분해하여 높은 반응성의 질소 화합물을 생성하고, 이 때문에 표면 커버 물질이 황변될 가능성이 ε-카프로락탐을 사용하는 경우 및 장기간 반복 사용할 때보다 더 커져서 표면 커버 물질이 황변되기 쉬운 결점을 수반하는 경향이 있다.

또한, 환경 온도의 변화에 대한 내성 시험 및 내후성 시험과 같은 환경 내성 시험에서 얻어진 평가 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서 얻어진 태양 전지 모듈은 어느 것이나 적층체 중에 분리가 발생하는 것이 없고, 손상되지 않으면서 그의 원래의 외관을 유지하는 것으로 이해된다. 또한, 전기 절연성에 대해서는, 본 발명에 따른 실시예에서 얻어진 태양 전지 모듈은 어느 것이나 외부로부터의 전기 절연성 면에서 뛰어난 초기 상태를 가지며, 여러 내성 시험 후에도 만족스러운 전기 절연 상태를 유지한다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예에서 얻어진 태양 전지 모듈은 어느 것이나 모듈 특성이 우수하고, 장기간 동안 반복적으로 안전하게 사용될 수 있으므로, 신뢰성이 높은 것으로 이해된다.

상기의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명을 따르면, 적어도 반도체 소자의 입사광 측의 표면이 투명 수지층 및 적어도 하나의 투명한 유기 고분자 수지층으로 밀봉되어 있는 태양 전지 모듈과 같은 반도체 장치에 있어서, 투명 수지층 중에 실란 커플링제, 특히 화학식 XSiY₃(여기서, X는 반응성 유기 관능기이고, Y는 가수분해 가능한 기임)으로 나타내는 화합물을 혼입함으로써, 태양 전지 모듈이 외부에서 반복적으로 태양광에 직접 노출되면서 고온으로 가열되는 극한 환경 조건 하에서 반복 사용되어도 거의 변형되지 않고 거의 박리되지 않으며 내열성이 우수한 높은 신뢰성의 표면 커버 물질을 얻을 수 있다. 또한, 거의 황변되지 않고 내열성이 뛰어나고, 따라서 고온 및 다습의 극한 환경 조건 하에서 반복 사용되어도 열화되지 않으면서 바람직한 상태로 태양 전지의 특성을 효과적으로 유지하는 태양 전지 모듈을 위한 높은 신뢰성의 표면 커버 물질을 얻을 수 있다.

Claims

반도체 소자용 투명 수지층을 포함하는 보호 물질에 있어서, 상기 보호 물질이 실란 커플링제의 유리 물질이 없는 상태에서 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 화학식 XSiY₃(여기서, X는 반응성 유기 관능기이고, Y는 가수분해 가능한 기임)로 표시되는 화합물을 포함하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 에폭시계 실란 커플링제를 포함하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 이소시아네이트에 의해 가교결합되는 보호 물질.
제1항에 있어서, 아크릴계 수지를 함유하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 주성분으로서 아크릴계 수지를 함유하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 아크릴계 수지와 무기 중합체와의 가교결합에 의해 형성된 수지를 함유하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 주성분으로서 아크릴계 수지와 무기 중합체와의 가교결합에 의해 형성된 수지를 함유하는 보호 물질.
제4항에 있어서, 이소시아네이트 단량체가 적어도 헥사메틸렌디이소시아네이트 또는 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산을 포함하는 보호 물질.
제4항에 있어서, 이소시아네이트가 ε-카프로락탐으로 차폐되는 이소시아네이트기를 갖는 보호 물질.
제3항에 있어서, 에폭시계 실란 커플링제가 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 보호 물질.
제1항에 있어서, 반도체 소자가 광전기 변환 소자인 보호 물질.
제12항에 있어서, 광전기 변환 소자가 태양 전지 소자인 보호 물질.
투명 수지층을 포함한 보호 물질을 갖는 반도체 소자에 있어서, 상기 투명 수지층이 실란 커플링제의 유리 물질이 없는 상태에서 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 화학식 XSiY₃(여기서, X는 반응성 유기 관능기이고, Y는 가수분해 가능한 기임)로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 에폭시계 실란 커플링제를 포함하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 투명 수지층이 이소시아네이트에 의해 가교결합되는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 투명 수지층이 아크릴계 수지를 함유하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 투명 수지층이 주성분으로서 아크릴계 수지를 함유하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 투명 수지층이 아크릴계 수지와 무기 중합체와의 가교결합에 의해 형성된 수지를 함유하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 투명 수지층이 주성분으로서 아크릴계 수지와 무기 중합체와의 가교결합에 의해 형성된 수지를 함유하는 반도체 소자.
제17항에 있어서, 이소시아네이트 단량체가 적어도 헥사메틸렌디이소시아네이트 또는 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산을 포함하는 반도체 소자.
제17항에 있어서, 이소시아네이트가 ε-카프로락탐으로 차폐되는 이소시아네이트기를 갖는 반도체 소자.
제16항에 있어서, 에폭시계 실란 커플링제가 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 반도체 소자.
제14항에 있어서, 광전기 변환 소자인 반도체 소자.
제25항에 있어서, 광전기 변환 소자가 태양 전지 소자인 반도체 소자.
투명 수지층 및 이 투명 수지층 위에 배치된 하나 이상의 투명 유기 수지층을 포함한 보호 물질을 갖는 반도체 소자에 있어서, 상기 투명 수지층이 실란 커플링제의 유리 물질이 없는 상태에서 실란 커플링제를 함유하는 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 화학식 XSiY₃(여기서, X는 반응성 유기 관능기이고, Y는 가수분해 가능한 기임)로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 상기 실란 커플링제가 에폭시계 실란 커플링제를 포함하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 투명 수지층이 이소시아네이트에 의해 가교결합되는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 투명 수지층이 아크릴계 수지를 함유하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 투명 수지층이 주성분으로서 아크릴계 수지를 함유하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 투명 수지층이 아크릴계 수지와 무기 중합체와의 가교결합에 의해 형성된 수지를 함유하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 투명 수지층이 주성분으로서 아크릴계 수지와 무기 중합체와의 가교결합에 의해 형성된 수지를 함유하는 반도체 장치.
제30항에 있어서, 이소시아네이트 단량체가 적어도 헥사메틸렌디이소시아네이트 또는 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산을 포함하는 반도체 장치.
제30항에 있어서, 이소시아네이트가 ε-카프로락탐으로 차폐되는 이소시아네이트기를 갖는 반도체 장치.
제29항에 있어서, 에폭시계 실란 커플링제가 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 유기 수지층이 열가소성 폴리올레핀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 수지를 포함하는 반도체 장치.
제27항에 있어서, 유기 수지층이 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 수지를 포함하는 반도체 장치.
제28항에 있어서, 화학식 XSiY₃의 X 및 Y가 각각 글리시독시프로피닐기 및 알콕시기인 반도체 장치.
제28항에 있어서, 투명 수지층이 필름 코팅 공정에 의해 형성된 층인 반도체 장치.
제27항에 있어서, 제1 전극으로서 전기 전도성 기판 상에 형성된 반도체 활성층 및 제2 전극으로서 투명 전도성 층을 포함하는 반도체 소자를 갖는 반도체 장치.
제42항에 있어서, 반도체 활성층이 비단결정 반도체 박막을 포함하는 반도체 장치.
제42항에 있어서, 비단결정 반도체 박막이 비결정성 규소 물질로 이루어진 반도체 장치.
제27항에 있어서, 태양 전지 모듈인 반도체 장치.