KR100280838B1 - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
변환효율이 높고, 또한 제조코스트가 낮으며 에너지회수년수가 짧은 태양전지를 제공한다.
태양전지는, (가) 제1의 전극(19A)을 가진 제1도전형의 제1의 반도체층(11)과, (나) 제1의 반도체층(11)의 위쪽에 형성되고, 제2의 전극(19B)을 가진 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체층(22)과, (다) 제1의 반도체층(11)과 제2의 반도체층(12)과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드갭 및 제2의 반도체층의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진 제3의 반도체층(13)과, (라) 제1의 반도체층(11)과 제3의 반도체층(13)과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합(格予不整合)을 완충하는 제1의 완충층(15)과, (마) 제2의 반도체층(12)과 제3의 반도체층(13)과의 사이에 형성되고, 제2의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제2의 완충층(16)으로 이루어진다.
Description
제1도는 본 발명의 태양전지의 기본적인 구성도.
제2도는 실시예 1의 태양전지의 구체적인 구조를 나타낸 모식적인 일부단면도.
제3도는 실시예 2의 태양전지의 기본적인 구성 및 구체적인 구조를 나타낸 모식적인 일부단면도.
제4도는 실시예 3의 태양전지의 구체적인 구조를 나타낸 모식적인 일부단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : 제1의 반도체층 2,12 : 제2의 반도체층
3,13 : 제3의 반도체층 4,14 : pn 접합부
5,15 : 제1의 완충층 6,16 : 제2의 완충층
7,17 : 기체(基體) 8,18,28 : 절연층
19A,19B,29A,29B : 전극 20,30 : 반사방지막
21 : 제1의 반도체층 23 : 제2의 반도체층
22 : 제3의 반도체층 25 : 완충층
26 : 제2의 완충층 40 : 제4의 반도체층
42 : 제5의 반도체층 44 : BSF 층
본 발명은 제조코스트가 낮고 또한 높은 변환효율을 가진 태양전지에 관한 것이다.
현재, 태양전지의 소재로서, 단결정 Si, 다결정 Si, 아모르퍼스 Si, 아모르퍼스 SiC, 아모르퍼스 SiN, 아모르퍼스 SiGe, 아모르퍼스 SiSn 등의 IV 족계의 재료, 또는 GaAa, AlGaAs, InP 등의 III-V 족이나 CdS, CdTe, Cu2S 등의 II-VI족의 화합물 반도체가 사용되고 있다. 또, 태양전지의 구조로서는, 배면전계형을 포함하는 pn 구조, pin 구조, 헤테로접합구조, 쇼트키구조, 탠덤형이나 수직 접합형을 포함하는 다중접합구조 등이 채용되고 있다.
일반적으로, 태양전지에 요구되는 특성으로서,
(A) 변환효율이 높을 것
(B) 제조코스트가 낮을 것
(C) 에너지회수년수가 짧을 것
을 들 수 있다.
그런데, 예를 들면 단결정 또는 다결정 Si를 사용한 태양전지는 변환효율은 높지만, 제조코스트가 높고, 에너지회수년수가 10년이상으로 지나치게 길다는 문제가 있다. 또, 아모르퍼스 실리콘을 사용한 태양전지는 제조코스트가 낮고, 에너지회수년수는 짧지만, 변환효율이 낮다는 문제가 있다. GaAs을 사용한 태양전지는 변환효율은 높지만, 제조코스트가 단결정 Si을 사용한 태양전지보다 높고, 특수한 용도 밖에 사용할 수 없다. 다른 재료를 사용한 태양전지에 있어서도, 변화효율이 높을 경우 제조코스트가 높아지고, 에너지회수년수가 연장되고, 역으로 제조코스트가 낮고, 에너지회수년수가 짧을 경우에는 변환효율이 낮다. 이와 같이, 태양전지에 요구되는 상기 특성의 전부를 충분히 만족할 수 있는 태양전지는 현실정에서는 실현되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 변환효율이 높고, 또한 제조코스트가 낮고 에너지회수년수가 짧은 태양전지를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1의 양태에 관한 태양전지는,
(가) 제1의 전극을 가진 제1도전형의 제1의 반도체층과,
(나) 제1의 반도체층의 위쪽에 형성되고, 제2의 전극을 가진 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체층과,
(다) 제1의 반도체층과 제2의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드갭 및 제2의 반도체층의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진 제3의 반도체층과,
(라) 제1의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합(格子不整合)을 완충하는 제1의 완충층과,
(마) 제2의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제2의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제2의 완충층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 제1의 양태의 태양전지에 있어서는, 상기 제1 및 제2의 반도체층은 주로 실리콘으로 이루어지고, 상기 제3의 반도체층은 주로 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2의 양태에 관한 태양전지는,
(가) 제1의 전극을 가진 제1도전형의 제1의 반도체영역, 및 제2의 전극을 가지며 그리고 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체영역이 형성된 제1의 반도체층과,
(나) 제1의 반도체층의 아래쪽에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드정보다 좁은 밴드갭을 가진 제2의 반도체층과,
(다) 제1의 반도체층과 제2의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제2의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 완충층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 제2의 양태의 태양전지에 있어서는, 상기 제1의 반도체층은 주로 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2의 반도체층은 주로 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3의 양태에 관한 탠덤형 태양전지는,
(가) 제1의 전극을 가진 제1도전형의 제1의 반도체층과,
(나) 제1의 반도체층의 위쪽에 형성되고, 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체층과,
(다) 제1의 반도체층과 제2의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드갭 및 제2의 반도체층의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진 제3의 반도체층과,
(라) 제1의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제1의 완충층과,
(마) 제2의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제2의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제2의 완충층으로 이루어지는 제1의 태양전지, 및
(바) 제2의 반도체층의 위에 형성되고, 제1도전형의 제4의 반도체층과,
(사) 제4의 반도체층의 위에 형성되고, 제2의 전극을 가진 제2도전형의 제5의 반도체층으로 이루어지는 제2의 태양전지로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 제3의 양태의 탠덤형 태양전지에 있어서는, 상기 제1 및 제2의 반도체층은 주로 실리콘으로 이루어지고, 상기 제3의 반도체층은 주로 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1도에 본 발명의 태양전지의 기본적인 구성을 나타낸다. 본 발명의 태양전지는 기본적으로는 제1도전형의 제1의 반도체층(1), 제2도전형의 제2의 반도체층(2), 제3의 반도체층(3)으로 구성되어 있다. 제3의 반도체층(3)은 제1의 반도체층(1)과 제2의 반도체층(2)과의 사이에 형성되어 있으며, 그 밴드갭은 제1의 반도체층(1)의 밴드갭 및 제2의 반도체층(2)의 밴드갭보다 좁다. 그리고, 제3의 반도체층(3) 중의 (4)는 pn 접합부를 나타낸다. 본 발명의 태양전지는 또한 제1의 완충층(5) 및 제2의 완충층(6)으로 구성되어 있다.
본 발명의 태양전지에 있어서는, 밴드갭이 좁은 제3의 반도체층(3)이 형성되어 있으므로, 장파장의 광까지 광전변환을 행할 수 있고, 태양전지의 단락(短絡)전류 Isc를 크게 할 수 있지만, 해방단(解放端)전압 Voc이 작아져서, 밴드갭이 좁은 반도체층만으로는 변환효율을 높일 수 없다. 한편, 제1의 반도체층(1) 및 제2의 반도체층(2)은 제3의 반도체층(3)보다 넓은 밴드갭을 가지고 있으므로, 접합리크전류 Io를 작게 할 수 있다. 해방단전압 Voc과 접합리크전류 Io와의 사이에는,
Voc ≒ (kT/g) 1n (Isc/Io)
라는 관계가 있으므로, Voc를 크게 할 수 있다. 그 결과, 태양전지 전체의 변환효율을 향상시킬 수 있다.
그런데, Io 를 작게 하기 위해서는,
(1) 제3의 반도체층(3)의 두께가 제3의 반도체층내의 소수 캐리어의 확산길이 보다 작을 것
(2) 제3의 반도체층(3)과 제1 및 제2의 반도체층(1),(2)과의 사이에서 각각 형성되는 헤테로접합계면에 있어서의 소수 캐리어의 재결합 비율이 작을 것이 필요하게 된다.
GaAs 와 AlGaAs 와 같은 헤테로접합계면에 있어서의 격자상수의 부정합이 작은 조합에서는, 헤테로접합계면에서의 소수 캐리어의 재결합비율은 작다. 그런데, 일반의 헤테로접합에서는 해테로접합계면에 있어서의 격자상수의 부정합이 크다. 예를 들면 Si와 Ge로 형성된 헤테로접합계면에 있어서는, 격자상수의 부정합은 4% 나 된다.
본 발명에 있어서는, 제3의 반도체층(3)과 제1의 반도체층(1)과의 사이에 제1의 완충층(5)이, 또 제3의 반도체층(3)과 제2의 반도체층(2)과의 사이에 제2의 완충층(6)이 형성되어 있다. 이러한 완충층(5),(6)의 조성을 단계적으로 또는 연속적으로 변화시키면, 제3의 반도체층(3)과 제1 또는 제2의 반도체층(1),(2)과의 사이의 격자상수의 부정합을 완충하는 것이 가능하게 된다. 즉, 제1 (제2)의 반도체층과의 계면근방의 제1 (제2)의 완충층의 조성을 제1 (제2)의 반도체층의 조성과 대략 같게 하고, 제3의 반도체층과의 계면근방의 제1 (제2)의 완충층의 조성을 제3의 반도체층의 조성과 대략 같게하고, 또한 제1 (제2)의 반도체층과의 계면근방에서 제2의 반도체층과의 계면근방에 향해 제1 (제2)의 완충층의 조성을 단계적 또는 연속적으로 변화시키면 된다. 이로써, 헤테로접합계면에서의 소수캐리어의 재결합비율을 최소화하는 것이 가능하게 된다.
예를 들면, 제1 및 제2의 반도체층(1),(2)을 Si(밴드갭 = 1.1eV)로, 그리고 제3의 반도체층(3)을 Ge(밴드갭 = 0.7eV)로 구성하고, 제1 및 제2의 완충층(5),(6)의 조성을 단체적으로 변화시킨다. 그리고, 제1 및 제2의 완충층(5),(6)내의 조성이 다른 인접한 영역(층)간에 있어서의 격자상수의 부정합을 0.1%까지 허용한 경우, 제1 및 제2의 완충층(5),(6)내의 조성이 다른 영역(층)의 수는 0.04/0.001 = 40(층)으로 된다. Si 및 Ge의 격자상수는 약 0.55nm이므로, 제1 및 제2의 완충층(5),(6)의 두께는 최저 0.55×40 = 22nm 필요하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 태양전지에 있어서는, 좁은 밴드갭을 가진 제3의 반도체층에 의해 Isc 를 크게 하고, 넓은 밴드갭을 가진 제1 및 제2의 반도체층에 의해 Voc 를 크게 할 수 있고, 또한 제1 및 제2의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이의 격자부정합을 완충하기 위한 제1및 제2의 완충층을 형성하여, 헤테로접합계면에서의 소수 캐리어의 재결합비율을 작게 한다. 그 결과, 고변환효율의 태양전지를 실현할 수 있다.
또, 제3의 반도체층에 Ge 를 사용한 경우, Ge 의 광흡수계수는 Si, GaAs 또는 아모르퍼스 Si 보다 크므로, 제3의 반도체층을 최소한 아모르퍼스 Si 와 동등한, 즉 1㎛ 정도로 박층화하는 것이 가능하게 되어, 사용재료의 절약, 즉 제조코스크의 저감을 도모할 수 있다. 그리고, Ge 로 이루어지는 제3의 반도체층의 두께를 지나치게 두껍게 하면, 제3의 반도체층 중의 단위면적당 캐리어농도가 저하하므로, 제3의 반도체층의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.
다음에, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 실시예에 따라서 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1은 본 발명의 제1의 양태에 관한 태양전지에 관한 것이다. 제2도에 모식적인 일부단면도를 나타낸 바와 갈이, 실시예 1의 태양전지는 예를 들면 기체(基體)(17)의 표면에 형성된 절연층(18)의 위에 다결정 Si로 이루어지는 제1 도전형(예를 들면 n+)의 제1의 반도체층(11), n-Si1-xGex로 이루어지는 제1의 완충층(15), Ge 로 이루어지는 제3의 반도체층(13), p - SixGe1로 이루어지는 제2의 완충층(16), Si 로 이루어지는 제2의 도전형 (예를 들면 p+)의 제2의 반도체층(12)이 순차 적층되어서 구성되어 있다. 제3의 반도체층(13)은 n형층(13A) 및 p형층(13B)으로 구성되어 있으며 pn접합부(14)가 형성되어 있다. 제1 및 제2의 완충층(15),(16)에 있어서의 X 의 값을 0 에서 1 로 단계적으로 또는 연속적으로 변화시킨다.
기체(17) 및 절연층(18)의 일부에는 개구부가 형성되어 있으며, 이러한 개구부내에 노출된 제1의 반도체층(11)위에 제1의 전극(19A)이 설치되어 있다. 또, 제2의 반도체층(12)의 표면에는 제2의 전극(19B)이 설치되어 있다. 또한, 제2의 반도체층(12)의 표면에는 반사방지막(20)이 형성되어 있다.
실시예 1의 태양전지는 다음의 방법으로 제작할 수 있다. 먼저, 기체(17)의 위에 SiO2로 이루어지며 두께 약 0.5㎛의 절연층(18)을 형성한다. 이어서, 절연층(18)의 위에 인을 도프한 두께 약 0.2㎛ 의 다결정 Si 층을 CVD 법 등에 의해 퇴적시키고, 그 위에 SiO2로 이루어지는 캡층을 형성한다. 그 후, 대역용융(帶域溶融)재결정화(ZMR)법으로 다결정 Si 층의 결정성을 향상시켜서 입경확대를 행하고, 인이 도프되어 다결정 Si로 이루어지는 제1의 반도체층(11)을 형성한다.
SiO2캡층을 제거한 후, 제1의 반도체층(11)의 위에 인을 도프한 Si1-xGex로 이루어지는 두께 약 0.1㎛ 의 제1의 완충층(15)을 애피택셜 성장시킨다. 그리고, 제1의 완충층(15)의 두께방향에 있어서의 X 의 값을 0 에서 1 까지 단계적으로 또는 연속적으로 증가시킨다. Si원자를 성장시키기 위해서는 SiH4가스를, 또 Ge 원자를 성장시키기 위해서는 GeH4가스를 사용한다. SiH4가스와 GeH4가스의 공급량을 단계적으로 또는 연속적으로 변화시킴으로써, 제1의 완충층(15)의 두께방향에 있어서의 X의 값을 단계적으로 또는 연속적으로 증가시킬 수 있다.
이와 같이 하여, 제1의 완충층(15)의 두께방향의 조성, 즉 Si 에 대한 Ge 의 비율은 제1의 반도체층(11)에서 제3의 반도체층(13)에 향해 단계적으로 또는 연속적으로 증가한다. 그러므로, 제1의 완충층(15)내의 조성이 다른 두께방향으로 인접한 영역간에 있어서의 격자상수의 부정합을 작게 할 수 있다.
이어서, 인을 도프한 Ge 로 이루어지는 두께 0.5㎛의 제3의 반도체층(13A)을 제1의 완충층(15)의 위에 얘피택셜 성장시키고, 다시 보론을 도프한 Ge로 이루어지는 두께 0.5㎛의 제3의 반도체층(13B)을 그 위에 에피택셜성장시킨다. 이렇게 하여, 인을 도프한 n 형층(13A) 및 보론을 도프한 p 형층(13B)으로 이루어져서 이들 층의 계면에 pn접합부(14)가 형성된 Ge로 이루어지는 제3의 반도체층(13)이 형성된다.
그 후, 제3의 반도체층(13)의 위에 보론을 도프한 SixGe1-x로 이루어지는 두께 약 0.1㎛의 제2의 완충층(16)을 에피택셜성장시킨다. 그리고, 제2의 완충층(10)의 두께방향에 있어서의 X 의 값을 0 애서 1 까지 단계적으로 또는 연속적으로 증가시킨다.
이어서, 보론을 도프한 Si 로 이루어지는 두께 약 0.2㎛의 제2의 반도체층(12)을 제2의 완충층(16)위에 에피택셜성장시킨다.
또한, 예를 들면 실리콘나이트라이드로 이루어지는 반사방지막(20)을 제2의 반도체층(12)위에 형성하고, 그 후 선택적으로 반사방지막(20)을 제거하여 제2의 전극(19B)을 제2의 반도체층(12)위에 형성한다. 다음에, 기체(17) 및 절연층(18)을 선택적으로 제거하여, 제1의 반도체층(11)의 일부를 노출시키고, 이 노출된 제1의 반도체층(11)위에 제1의 전극(19A)을 형성한다. 실시예 1에 있어서는, 제1의 반도체층(11)에서 제2의 반도체층(12)까지의 두께는 약 1.6㎛ 이다.
기체(17)가 단결정 Si 또는 캐스트리본법 등으로 제작된 다결정 Si 로 이루어지는 경우에는, 이러한 기체(17)를 제1의 반도체층으로 할 수 있다. 이 경우, 절연층(18)의 형성을 생략할 수 있고, 기체(17)의 위에 직접 제1의 완충층(15)을 에피택셜성장에 의해 형성할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2는 본 발명의 제2의 양태에 관한 태양전지에 관한 것이다. 제3(a)도에 실시예 2의 태양전지의 기본적인 구성을 나타낸다. 실시예 2의 태양전지는 제1의 반도체층(21)과, 제2의 반도체층(23)과, 완충층(25)으로 이루어진다. 제1의 반도체층(21)에는, 제1의 전극(29A)을 가진 제1도전형의 제1의 반도체영역(21A), 및 제2의 전극(29B)을 가지며 그리고 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체영역(21B)이 형성되어 있다. 제2의 반도체층(23)은 제1의 반도체층(21)의 아래쪽에 형성되어 있으며, 제1의 반도체층(21)의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진다. 완충층(25)은 제1의 반도체층(21)과 제2의 반도체층(23)과의 사이에 형성되어 있으며, 제1의 반도체층(21)과 제2의 반도체층(23)의 격자부정합(格予不整合)을 완충한다.
제1의 전극(29A)에서 제2의 전극(29B)을 보았을 때, 실시예 2의 태양전지의 구성은 제1도에 나타낸 구조와 기본적으로 동일하게 된다. 즉, 제1의 전극(29A), 제1의 반도체영역(21A), 완충층(25), 제2의 반도체층(23), 완충층(25), 제2의 반도체영역(29B), 제2의 전극(29B)이라는 구성으로 된다.
실시예 2의 태양전지의 구체적인 구조를 제3(b)도의 모식적인 일부단면도에 나타낸다. 실시예 2의 태양전지는, 예를 들면 기체(27)의 표면에 형성된 절연층(28)의 위에 다결정 Si로 이루어지는 제1도전형(예를 들면 n형)의 제3의 반도체층(22), i-Si1-xGex로 이루어지는 제2의 완충층(26), i-Ge 로 이루어지는 제2의 반도체층(23), i-SixGe1-x로 이루어지는 완충층(25), Si 로 이루어지는 제1의 반도체층(21)이 순차 적층되어서 구성되어 있다. 완충층(25)및 제2의 완충층(26)에 있어서의 X 의 값은 0 에서 1 로 단계적으로 또는 연속적으로 변화시킨다.
제1의 반도체층(21)에는, 제1의 전극(29A)을 가진 제1도전형(예를 들면 n+)의 제1의 반도체영역(21A)및 제2의 전극(29B)을 가지며 제1도전형과는 역의 제2도전형(예를 들면 p+)의 제2의 반도체영역(21B)이 형성되어 있다. 제1의 반도체영역(21A)과 제2의 반도체영역(21B)은 인접해 있어도, 인접해 있지 않아도 된다. 제1의 반도체층(21)의 표면에는 반사방지막(30)이 형성되어 있다.
완충층(25)은 제1의 반도체층(21)과 제2의 반도체층(23)과의 사이의 격자상수의 부정합을 완충하기 위해 형성되어 있다. 이 완충층(25)을 형성함으로써, 제1의 반도체층(21)과 제2의 반도체층(23)과의 사이에서 형성되는 헤테로접합계면에 있어서의 소수캐리어의 재결합비율을 작게 할 수 있다.
제2의 반도체층(23)과 제3의 반도체층(22)과의 사이의 격자상수의 부정합을 완충하고, 제2의 반도체층(23)에 결함이 발생하는 것을 방지하기 위해, 제2의 완충층(26)을 형성하는 것이 바람직하다. 또, 제2의 완충층(26)과 절연층(28)과의 사이에서의 소수캐리어의 계면재결합을 방지하기 위해, 제3의 반도체층(22)을 형성하는 것이 바람직하다.
실시예 2의 태양전지는 다음의 방법으로 제작할 수 있다. 먼저, 기체(27)의 위에 SiO2로 이루어지는 두께 약 0.5㎛의 절연층(28)을 형성한다. 이어서, 절연층(28)의 위에 인을 도프한 두께 약 0.2㎛의 다결정 Si 층을 CVD 법 등에 의해 퇴적시키고, 그 위에 SiO2로 이루어지는 캡층을 형성한다. 그 후, 대역용융 재결정화(ZMR)법으로 다결정 Si 층의 결정성을 향상시켜서 입경확대를 행하고, 인이 도프되어 다결정 Si로 이루어지는 제3의 반도체층(22)을 형성한다.
SiO2캡층을 제거한 후, 제3의 반도체층(22)의 위에 인을 도프한 또는 불순물을 도프하고 있지 않은 Si1-xGex로 이루어지는 두께 약 0.1㎛의 제2의 완충층(26)을 에피택셜성장시킨다. 그리고, 제2의 완충층(26)의 두께방향에 있어서의 X의 값을 0에서 1까지 단계적으로 또는 연속적으로 증가시킨다.
그 후, 불순물을 도프하고 있지 않은 Ge로 이루어지는 두께 1㎛의 제2의 반도체층(23)을 제2의 완충층(26)의 위에 에피택셜성장시키고, 또한 불순물을 도프하고 있지 않은 SixGe1-x로 이루어지는 두께 약 0.1㎛의 완충층(25)을 에피택셜성장시킨다. 그리고, 완충층(25)의 두께방향에 있어서의 X 의 값을 0 에서 1 까지 단계적으로 또는 연속적으로 증가시킨다.
이어서 Si로 이루어지는 두께 약 0.2㎛의 제1의 반도체층(21)을 완충층(25)위에 에피택셜성장시키고, 이어서 인 및 보론을 제1의 반도체층(21)에 도프함으로써, 제1의 반도체영역(21A) 및 제2의 반도체영역(21B)을 형성한다.
또한, 예를 들면 산화알루미늄으로 이루어지는 반사방지막(30)을 제1의 반도체층(21)위에 형성하고, 그 후 선택적으로 반사방지막(30)을 제거하여 제1의 전극(29A)및 제2의 전극(29B)을 제1의 반도체층(21)의 제1의 반도체영역(21A)위 및 제2의 반도체영역(21B)위에 형성한다.
[실시예 3]
실시예 3은 본 발명의 제3의 양태에 관한 태양전지에 관한 것이다. 제4도에 모식적인 일부단면도를 나타낸 바와 같이, 실시예 3의 태양전지는 실시예 1에서 설명한 태양전지를 제1의 태양전지로 하고, 이러한 제1의 태양전지의 위에 단결정 또는 다결정 Si 으로 구성된 pn 구조를 가진 제2의 태양전지가 형성된 탠덤형 태양전지이다. 실시예 3의 탠덤형 태양전지는 실시예 1에서 설명한 태양전지의 제작방법에 의해 제2의 반도체층까지 형성한 후, 제2의 반도체층 위에 종래의 pn 구조를 가진 태양전지의 제작방법을 적용하여 제2의 태양전지를 형성함으로써, 제작할 수 있다.
실시예 3에 있어서의 제1의 태양전지는 실시예 1에서 설명한 태양전지와 마찬가지로, 예를 들면 기체(17)의 표면에 형성된 절연층(18)의 위에 다결정 Si로 이루어지는 제1도전형(예를 들면 n+)의 제1의 반도체층(11), n-Si1-xGex로 이루어지는 제1의 완충층(15), Ge 로 이루어지는 제3의 반도체층(13), p-SixGe1-x로 이루어지는 제2의 완충층(16), Si 로 이루어지는 제2도전형(예를 들면 p+)의 제2의 반도체층(12)이 순차 적층되어서 구성되어 있다. 제3의 반도체층(13)은 n형층(13A) 및 p형층(13B)으로 구성되어 있으며 pn접합부(14)가 형성되어 있다. 제1 및 제2의 완충층(15),(16)에 있어서의 X 의 값을 0 에서 1 로 단계적으로 또는 연속적으로 변화시킨다. 기체(17) 및 절연층(18)의 일부에는 개구부가 형성되어 있으며, 이러한 개구부내에 노출된 제1의 반도체층(11)위에 제1의 전극(19A)이 설치되어 있다.
제2의 태양전지는 제2의 반도체층(12)의 위에 형성되고, 제1도전형(예를 들면 n 형)의 제4의 반도체층(40)과, 제4의 반도체층(40)의 위에 형성된 제2도전형(예를 들면 p+형)의 제5의 반도체층(42)으로 이루어진다. 제2의 태양전지의 두께는 약 100∼150㎛인 것이 제2의 태양전지의 변환효율의 관점에서 바람직하다. 제5의 반도체층(42)의 표면에는 제2의 전극(19B)이 설치되어 있다. 또한, 제5의 반도체층(42)의 표면에는 반사방지막(20)이 형성되어 있다. 또, 제2의 반도체층(12)과 제4의 반도체층(40)과의 사이에는 소수 캐리어의 재결합방지를 위한 백서피스필드(BSF)층(44)을 배설하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명에 대하여 바람직한 실시예에 따라서 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 제1도전형을 p형(또는 필요에 따라서 p+형)으로 하고, 제2도전형을 n 형 (또는 필요에 따라서 n+형)으로 할 수 있다.
본 발명의 제1 및 제3의 양태에 있어서의 제3의 반도체층(13), 또는 제2의 양태에 있어서의 제2의 반도체층(23)을, 예를 들면 Si1-y-Gey(일예로서 Y=0.5)로 구성할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2의 완충층(15),(16) 또는 완충층(25), 제2의 완충층(26)에 있어서의 X의 값을 Y의 값과 대략 일치시키면 된다. 또, 본 발명의 제3의 양태에 있어서, 제4의 반도체층을 Si 로 이루어지는 기체로 하고, BSF 층(44), 제2의 반도체층(12), 제2의 환충층(16), 제3의 반도체층(13), 제1의 완충층(15), 제1의 반도체층(11)의 순으로 적층하는 것도 가능하다.
본 발명의 제1 및 제3의 양태에 있어서의 제1의 반도체층(11)과 제2의 반도체층(12)은 동일조성·재료라도, 상이한 조성·재료라도 된다. 요컨대, 제3의 반도체층(13)의 밴드갭이 제1의 반도체층(11)의 밴드갭보다 좁고, 또한 제2의 반도체층(12)의 밴드갭보다 좁으면 된다. 제3의 반도체층(13)중에 형성되는 pn 접합부(14)의 위치는 임의이다. 또, 제3의 반도체층(13), 제1 및 제2의 완충층(15),(16)은 i 형이라도 된다.
본 발명의 제2의 양태에 있어서의 제2의 반도체층(23)은 경우에 따라서는 제2도전형 등으로 해도 된다.
본 발명의 태양전지에 있어서는 좁은 밴드갭을 가진 반도체층 및 넓은 밴드갭을 가진 반도체층이 적층되고, 또한 이들 반도체층간의 격자부정합을 완충하기 위한 완충층이 설치되어 있으므로, 고변환효율의 태양전지를 낮은 제조코스트로 실현할 수 있다.
또, 좁은 밴드갭을 가진 반도체층에 Ge 를 사용한 경우, 이러한 제3의 반도체층을 박층화하는 것이 가능하게 되어, 사용재료의 절약, 즉 제조코스트의 저감을 도모할 수 있다.
Claims (6)
- (가) 제1의 전극을 가진 제1도전형의 제1의 반도체층과, (나) 제1의 반도체층의 위쪽에 형성되고, 제2의 전극을 가진 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체층과, (다) 제1의 반도체층과 제2의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드갭 및 제2의 반도체층의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진 제3의 반도체층과, (라) 제1의 반도체층과 제3의 반도체층과와 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합(格子不整合)을 완충하는 제1의 완충층과, (마) 제2의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제2의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제2의 완충층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 반도체층은 주로 실리콘으로 이루어지고, 상기 제3의 반도체층은 주로 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- (가) 제1의 전극을 가진 제1도전형의 제1의 반도체영역, 및 제2의 전극을 가지며 그리고 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체영역이 형성된 제1의 반도체층과, (나) 제1의 반도체층의 아래쪽에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진 제2의 반도체층과, (다) 제1의 반도체층과 제2의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제2의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 완층층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- 제3항에 있어서, 상기 제1의 반도체층은 주로 실리콘으로 이루어지고, 상기 제2의 반도체층은 주로 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지.
- (가) 제1의 전극을 가진 제1도전형의 제1의 반도체층과, (나) 제1의 반도체층의 위쪽에 형성되고, 제1도전형과는 역의 제2도전형의 제2의 반도체층과, (다) 제1의 반도체층과 제2의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층의 밴드갭 및 제2의 반도체층의 밴드갭보다 좁은 밴드갭을 가진 제3의 반도체층과, (라) 제1의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제1의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제1의 완충층과, (마) 제2의 반도체층과 제3의 반도체층과의 사이에 형성되고, 제2의 반도체층과 제3의 반도체층의 격자부정합을 완충하는 제2의 완충층으로 이루어지는 제1의 태양전지, 및 (바) 제2의 반도체층의 위에 형성되고, 제1도전형의 제4의 반도체층과, (사) 제4의 반도체층의 위에 형성되고, 제2전극을 가진 제2도전형의 제5의 반도체층으로 이루어지는 제2의 태양전지로 구성된 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 반도체층은 주로 실리콘으로 이루어지고, 상기 제3의 반도체층은 주로 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탠덤형 태양전지.
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