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KR100325952B1 - 광기전력소자와이를제조하는방법 - Google Patents

광기전력소자와이를제조하는방법 Download PDF

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KR100325952B1
KR100325952B1 KR1019950039800A KR19950039800A KR100325952B1 KR 100325952 B1 KR100325952 B1 KR 100325952B1 KR 1019950039800 A KR1019950039800 A KR 1019950039800A KR 19950039800 A KR19950039800 A KR 19950039800A KR 100325952 B1 KR100325952 B1 KR 100325952B1
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Abstract

높은 해제 전압을 갖는 광기전력 소자가 상부 전극으로부터 생성층의 최상부 표면에 배치된 p형 반도체에 캐리어의 주입을 금지시킴으로써 제공된다.
본 발명에 따라서 "n"으로 표시된 것으로 가정된 n형 반도체, "i"로 표시된 것으로 가정된 i형 반도체, 및 "p"로 표시된 것으로 가정된 p형 반도체가 닙(nip) 접합을 포함하는 구조를 형성하기 위해 기판 위에서 상기 순서대로 박층화되고, 구조의 최소한 하나를 포함한 생성층이 제공되고, 광기전력 소자를 형성하기 위해 생성층이 최상위 표면에 배치된 p-층 위에 상부 전극이 위치된 광기전력 소자는 생성층의 최상부 표면에 위치된 p층이 i층과 접속된 결정을 포함하는 제1 p층과 상부 전극에 접속된 비정질을 포함하는 제2 p층으로 구성된다는 특성이 있다.

Description

광기전력 소자와 이를 제조하는 방법
본 발명은 태양 전지의 광기전력 소자, 광 센서 및 그 외의 것들과 이들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
광기전력 소자를 응용하는 태양 전지는 현존하는 화력 발전소 및 수력 발전소를 대체하여 종래의 이런 발전 방식의 문제점을 해결하는 에너지 원으로 기대받고 있다. 특히 여러가지 연구가 비정질(amorphous) 실리콘 태양 전지에 대해서 이루어졌는데 이는 이 셀이 비교적 값싼 가격으로 제조될 수 있고 결정질 태양 전지소자를 사용한 태양 전지(solar cell)보다 더 넓은 면적을 갖는 소자로 만들 수 있기 때문이다. 비정질 실리콘 태양 전지의 광 전기적 변환 효율을 개선하는 것이 비정질 실리콘 태양 전지를 상업화하는데에 있어서 중요한 과제 중의 하나이다. 다음에 제기된 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 기울여졌다.
비정질 실리콘 태양 전지 소자의 구조는 후위 전극, 반도체층 및 입사 표면전극들이 이 순서대로 스테인리스 스틸과 같은 전도성 기판 위에 박층화되는 구조이다. 입사 표면 전극은 예를 들어 투명 전도성 산화물로 만들어진다.
더우기 발생된 전기를 모으기 위해 미세 금속 도선을 갖는 컬렉터 전극이 상기 언급한 입사 표면 전극 위에 배치된다. 상기 컬렉터 전극은 입사 표면 위에 제공된다. 결과적으로 이는 태양 전지의 실효 발생 영역을 감소시킨다. 이 영역 손실을 섀도우(shasdow) 손실이라 부른다. 이런 연유로 상기 컬렉터 전극은 미세 코움(comb) 모양이 되도록 보통 만들어진다. 따라서 컬렉터 전극의 모양은 보통 미세하고 길쭉한 형태를 갖는 경향이 있고 전기적 저항을 작게할 수 있도록 재료 선택 및 단면 모양 디자인을 해야 한다.
버스 바(bus bar) 전극이라고 부르는 전극이 상기 컬렉터 전극이 모은 전류를 다시 모으기 위해 상기 컬렉터 전극 표면 위에 형성된다. 버스 바 전극은 컬렉터 전극의 도선보다 두꺼운 금속 도선으로부터 만들어진다.
이제 섀도우 손실과 전기 저항에 의한 손실을 최소화하며 상기 설명한 대로 만들어진 태양 전지의 변환 효율을 개선하기 위한 연구의 현 상황이 설명된다. 은 (1.6 ×210-6Ωcm) 또는 구리 (1.72 ×10-6Ωcm) 가 섀도우 손실과 전기적 저항 손실을 최소화하기 위해 사용된다.
진공 침착, 도금(plating) 및 스크린 프린팅(printing)이 컬렉터 전극을 형성하는 방법으로 사용된다.
진공 침착 방법은 진공 공정의 사용으로 인한 느린 침전 및 저 산출율과 선형 패턴을 형성하기 위한 마스킹의 필요, 마스킹으로 인한 금속의 손실 마스크된 영역의 침전과 같은 문제가 발생한다. 스크린 프린팅의 문제는 저 저항 전극을 형성하는데 따른 어려움이 생기게 한다.
예를 들어 전도성 페이스트(paste)의 최소저항의 비저항은 약 4.0×10-5Ωcm 이다. 이 값은 체적을 갖는 순수 은의 것보다 1승 정도 높은 수치인데 이는 페이스트의 저항이 은의 것보다 1승 정도 크다는 것을 의미한다. 다음의 세가지 방법이 그런 재료를 사용하여 컬렉터 전극의 영역 감소없이 저항을 줄이기 위해 사용된다.
(a) 전극의 두께를 증가시키는 것.
이 경우에 실제적으로 사용되는 두께의 상한은 10㎛ 에서 20 ㎛ 까지가 된다. 이런 두께의 전극이 예를 들어 10 cm 정도의 긴 컬렉터 전극을 형성하기 위해 사용될 때 전기적 저항 손실을 작게 하기 위해서는 200 ㎛ 보다 두껍게 전극을 만들 필요가 있고 종횡비(두께와 폭의 비)가 1:10 처럼 작은 값이 되고 섀도우 손실은 더 크게된다.
(b) 컬렉터 전극용 피복 배선(coated wire for collector electrode)은 USP 4,260,429 및 4,283,591 에 제시된 중합체를 포함한 전도성 입자로 금속 도선을 입히는 것으로 만들어진다. USP 4,260,429에 제안된 컬렉터 전극용 피복 배선의 단면은 제1A도에 제시되었다. 이 도면에서 참조번호(101)은 금속 도선이고 참조 번호 (102)는 전도성 중합체로 만들어져 입혀진 층이다. 이 발명은 구리 도선을 사용하여 만든 긴 전극이 작은 전기적 저항 손실만을 나타내며 종횡비가 1:1 정도의 작은 값이 되도록 할 수 있기 때문에 섀도우 손실도 작아진다. USP 4,260,429 에 제안된 컬렉터 전극의 안정성은 전도성 접착제를 사용하는 단순한 방법을 사용하여 도선이 고착됨으로 성취된다. 금속 전극과 Cu2S 층 사이의 물리적 접촉을 방지하는 방법이USP 4,283,591에 제시되었는데 이 방법은 금속 구리 침착의 방지를 제공한다.
그러나 이런 제안들은 다음의 문제를 갖는다.
(1) USP 4,260,429의 경우
(A) 상부 전극과 하부 전극 사이의 단락이 핀 구멍 또는 단락 회로와 같은 결점 부분에서 형성된다는 문제가 장 시간 노출 테스트 또는 온도- 습기 테스트에서 발견되었다. 저 변환 효율이 작은 션트(shunt) 저항으로 인해 귀결되며 수율이 나빠진다. 본 발명자가 행한 실험에 의하면 이런 문제는 상기 금속 도선의 이온 성분이 전도성 중합체 층을 통해 확산하여 상기 반도체 소자에 도달하도록 하는 전기화학 반응으로부터 발생한다는 것이 입증되었다.
(B) USP 4,260,429 가 개시한 전극은 금속 도선과 반도체 소자 사이의 좋은 전기 전도성을 얻을 수 있도록 제안되었는데 금속 도선과 반도체 소자 사이의 전기화학적 반응에 의한 문제 발생에 관한 해결책이 포함되지 않았다.
(C) USP 4,260,429 가 개시한 전극은 전극의 일부 영역이 충분한 접착력을 갖지 못한다는 점에서 문제를 갖는다. 어떤 경우 태양 전지 기판과 컬렉터 전극의 금속 튜브 사이의 접착 접속이 요구될 때 몇몇 금속 재료로 이뤄진 튜브는 충분한 접착력을 갖지 못한다.
(D) 전극과 태양 전지사이의 초기 접착력 뿐만이 아니라 일정 접착력이 혹독한 조건하의 외부 대기에서 사용되는 태양전지에 대해 요구된다. 상기 설명한 전극을 사용하는 태양 전지는 접착력의 열화로 인해 생기는 직렬 저항의 증가와 변환 효율 감소가 온도-습도 테스트 및 가속 테스트로서의 열 저항 테스트 동안 일어난다는 문제점이 있다.
(E) 태양 전지기판과 금속 튜브 사이의 초기 접착력의 부족 및 습기와 온도에 의해 영향받은 셀 소자, 금속 도선 및 코팅층 사이의 접착력 열화로 인해 몇몇 필링(peeling) 문제가 관측된다.
(F) 튼튼한 도포층이 도포막으로 형성되지 않기 때문에 습기에 쉽게 영향받는다.
(G) 도포된 도선 전극이 오프 라인(off line) 으로 제조되고, 저장되어 사용되는 것이 바람직스러우나, 열 세팅 수지가 사용될 때 상기 전극은 건조 후의 중합체경화 가속(cure acceleration)을 제어하기가 어렵기 때문에 전극이 태양 진지상에서 형성될 때 충분한 접착력을 획득하기가 어렵다는 결점이 있다.
(H) 열 플라스틱 수지가 사용될 때 전극 형성 후에 박층화 과정 동안 열-히스테리시스가 일으키는 전극 변형이 발생한다. 그리고 라인 폭 변화, 부분적 껍질벗기, 및 전극의 위치 변이와 같은 문제들이 관측된다.
(I) 외부 대기에서 사용되는 태양 전지에 대해 혹독한 조건에서 오랫동안 사용된다 하더라도 전극과 태양 전지 소자 사이의 접착력에 전혀 변화가 없어야 한다는 것이 요구된다. 상기 언급한 전극에서 사용된 태양 전지는 직렬 저항이 증가하고 장시간 대기 노출 테스트 또는 가속 테스트로서의 온도- 습기 테스트 동안 접착력 열화로 인한 변환 효율이 감소되는 문제가 있다.
(2) USP 4,283,591의 경우
(A) 금속 전극과 반도체층 사이의 물리적 접촉을 방지하는 아이디어가 개시되었는데 금속 이온이 전도성 중합체를 통해 천천히 확산하여 발생되는 문제에 대한 해법은 제시되지 않았다.
(B) 이 발명에 제시된 전극은 금속 도선이 열적 주름짐(crimp) 과정 동안 상기 도포층의 파손으로 인해 태양 전지 기판과 접촉할 가능성이 존재한다. 이 문제에 대한 확실한 대응 방법이 제시되지 않았다.
(C) 이 발명은 그 공정이 건조 과정을 포함하지 앉고 도포된 도선이 저장될 수 없기 때문에 전극 형성에 있어 어느 정도의 제한을 갖는다.
(3) USP 4,260,429 및 4,283,591의 경우
(A) 각각의 발명은 균일한 두께의 도포층을 얻기가 힘들고 안정적인 좋은 전기 전도성을 얻어내기가 힘들다는 문제점을 갖는다.
(B) 도포층이 크고 충분한 누설 전류를 유도하는 핀 구멍을 가질 때 상부 전극과 하부 전극 사이의 단락 회로가 형성된다. 그 결과 션트 저항이 감소되고 저 변환 효율이 귀결되고 수율이 감소한다.
(C) 이 발명이 제시한 전극은 금속 도선이 태양 전지 기판과 접촉할 가능성이 있고 금속 도선이 외부에서 사용될 때 충분한 정도의 이주(migration) 및 션트폐쇄가 이뤄지지 않는다.
(4) USP 5,084,104의 경우
(A) 핀 구멍이나 단락 회로와 같은 결점을 갖는 비정질 실리콘 태양 전지가사용될 때 상부 전극과 하부 전극 사이의 단락 회로가 형성되고 작은 션트 저항으로 인해 변환 효율이 낮아지고 수율이 나빠진다.
(B) 페인트(paint) 용제의 투과로 인해 전극의 용해 또는 연화(軟化, sottening)가 일어나고 이로 인한 열 히스테리시스(hysteresis)때문에 전도성 접착제에 의해 도포된 전극의 직렬 저항은 증가한다.
(C) 개방 대기 노출 테스트 및 가속 테스트로서의 온도- 습기 테스트에 의해 시험될 때 광기전력 소자의 직렬 저항은 증가하고 변환 효율은 감소한다.
따라서 본 발명의 목적은 뛰어난 저장성, 접착성, 및 습기로 인한 누설에 대한 저항성을 갖는 컬렉터 전극용 피복 배선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하여 좋은 초기 특성과 오랫동안 신뢰성을 유지하는 광기전력 소자를 제공하는 것인데 이 광기전력 소자는 상부 전극과 하부 전극 사이의 단락 회로를 방지하고 페인트 용제가 전도성 접착제가 도포한 전극으로 투과하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적은 안정된 작동을 이루며 고 수율로 광기전력 소자를 제조할 수 있는 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫째 실시예에 따라서 전도성 접착제로 코팅된 전극이 전도성 접착제를 통해 광 활성 반도체층 위에 배치된 구조를 갖는 광기전력 소자가 제공되는데, 여기서 전도성 접착제는 최소한 두 개의 층으로 구성되며 전극에 인접하여 층을 구성한 전도성 접착층의 연화점(軟化點,softening point)이 광기전력 소자의 열 이력(熟履歷, heat history)최고 온도보다 더 높다.
본 발명의 둘째 실시예에 따라서 전도성 수지를 포함한 코팅층이 금속 도선쪽으로 그 위에 제공되기 때문에 금속 도선이 광기전력 소자와 직접 접촉하지 않는컬렉터 전극이 제공되는데 여기서 금속의 금속 이온은 광기전력 소자의 반도체층으로 확산되지 않는다.
본 발명의 셋째 실시예에 따라서 전도성 접착제로 구성된 코팅층을 포함하는 금속 도선이 접착에 의해 상기 코팅층을 통해 광기진력 소자 위에 형성되는데 여기서 상기 금속 도선의 금속 이온이 상기 광기전력 소자의 반도체층으로 확산되지 않는다.
본 발명의 넷째 실시예에 따라서 최소한 하나의 핀(pin)접합부 또는 pn 접합부로 구성된 반도체층과 반도체층의 입사 측면 위에 제공된 컬렉터 전극을 포함하는 광기전력 소자가 제공되는데 여기서 컬렉터 전극은 둘째 또는 셋째 예에서 획득된 컬렉터 전극을 포함한다.
본 발명의 다섯째 실시예에 따라서 입사 측면에 컬렉터 전극을 갖는 구조의 광기전력 소자를 제조하는 방법이 제공되는데 여기서 둘째 ,셋째 또는 넷째 예에서 획득만 컬렉터 전극이 열 ,압력 또는 열과 압력 모두에 의해 광기전력 소자의 입사쪽 표면에 접착된다.
본 발명자가 수행한 실험에 따르면 빛과 습기가 존재하는 환경하에서 도선의 코팅 및 건조 공정 후에 현존 컬렉터 전극을 형성할 때 일어나는 문제는 컬렉터 전극에 가해지는 기전력(起電力)으로 인한 것으로 판명되었다. 이런 기전력으로 인해이온이 금속 도선으로부터 전도성 수지 층으로 확산한다. 또한 현존하는 컬렉터 전극이 일으키는 션트의 문제는 전도성 수지 코팅이 단지 하나의 층으로만 이뤄졌기 때문에 금속 도선은 반도체층 또는 투명 전도성 막과 접촉할 수 있는 가능성에 의해 일어나는 것으로 판명되었다. 환언하면 현존 컬렉터 전극에서는 금속 도선이 열압축 접착 공정 동안 전도성 수지의 삽입 없이 반도체층과 직접 접촉하는 것을 방지하는 것이 불가능하다. 따라서 홈이 있는 영역과 도선의 접촉이 수율의 초기 감소의 원인이라는 것이 판명되었다. 부가하면 그런 접촉이 방지된다 하더라도 전도성 수지의 미세 구멍 및 수지 자체의 습기 및 이온 침투성으로 인해 금속 이온 확산이 실제 사용중에 일어날 수 있다는 것이 발견되었다. 또한 장시간에 걸친 의존성 문제가 금속 도선 표면의 산화로 인한 전도성 수지의 전도성 열화에 기인한다는 것을 발견했는데 이때 금속 도선 표면의 산화는 중합제로 박층화된 태양 전지에 사용된 중합체가 완전히 방수가 되지 않기 때문에 외부에서 사용하는 동안 침투된 습기에 의한 것이다.
또한 전도성 수지층의 연결 밀도(bridging density)가 셀프(shelf) 수명 및 컬렉터 전극용 피복 배선의 접착 강도와 관계되어 제어될 수 없다는 점에 문제가 있다는 것을 발견하였다. 환언하면 현존 컬렉터 전극용 피복 배선의 전도성 수지를 형성하는 중합체에서 경화(cure) 수지가 사용될 때 수지가 예를 들어 저장하는 동안 건조 후에 경화되는 문제가 있고 반면에 열 플라스틱의 사용은 수지가 연결시키지(bridge) 않아서 유동성이 이후의 공정의 열 이력을 생각할 때 너무 커짐으로 문제가 있다.
더우기 전기적 가함을 위해 도선에 사용된 저 저항의 구리 또는 알루미늄 도선은 값싸고 좋은 전도체이다. 에나멜 도전 등은 이런 금속 도전을 절연 니스 (varnish) 로 코팅하여 만들어지는데 일반적으로 유기 재료를 포함한 재료로서 비유기 재료인 금속을 코팅하는 것이 쉽지 않다. 부가하면 코팅층을 통해 도선을 반도체 또는 금속 재료로 접착 시킬 때 충분한 접착력을 얻지못할 수가 있다. 이는 특별한 접착이 코팅층의 유기 재료와 반도체 사이 또는 유기 재료와 금속 재료 사이에 전혀 존재하지 않는 것 때문이다. 이 문제는 금속 재료 및 표면 조건에 따라서 더욱 부각되는데 습기에 의해 영향 받을 때 거의 아무런 접착력도 획득될 수 없다는 것을 발견하였다.
이런 문제와 씨름하기 위한 목적으로 본 발명자가 행한 연구 결과 열/ 건조공정 후의 더 이상의 진행 경화없이 좋은 저장 특성을 제공하고 동시에 양호한 접착이 전극의 형태를 변화시키지 않고서도 획득될 수 있다는 것을 발견했는데 이는 태양 전지 표면 상에서 전극을 형성하는 공정 전과 후에 전도성 수지 층의 연결 밀도(bridging density)를 조절하는 블럭 이소시아니트(block isocyanate)와 같은 경화제(curing agent)를 사용함으로서 성취된다.
코팅층을 다중 층으로 분할 구성함으로써 좋은 특성을 지니는 태양 전지를 생성할 수 있었는데 여기서 각각의 층은 각각 다른 임무를 부여받게 되는데 예를 들어 습기 이온 침투 방지 및 금속 도선을 반도체층 또는 투명 전극으로 접착시키는 것 등이다.
또한 커플링제 및 전도성 충진재(filler)를 포함하는 중합체로 구성된 코팅층을 생성하여 금속 표면이 유기 금속에 쉽게 부착되도록 변화됨으로써 본 발명의 논지에 기초하여 금속과 유기 재료를 포함한 전도성 수지 층 사이의 양호한 접착이 성취된다.
다음으로 본 발명의 실시예의 구성 특성과 그에 기초한 상호 작용 효과를 설명한다.
(1) 그 위에서 전도성 접착제고 구성된 층으로 코팅된 금속 도선이 코팅층을 통해 광기전력 소자 위에 접착 형성된 컬렉터 전극용 피복 배선에 대해서, 금속 도선 내의 금속 이온이 광기전력 소자의 반도체층 내로 확산되는 것을 방지하였다. 그 결과 광기전력 소자의 변환 효율을 열화시키는 광기전력 소자의 반도체층과 금속 도선 사이의 단락을 방지할 수 있었다.
(2) 코팅층이 금속 이온의 확산을 방지하는 성질을 지니기 때문에 금속 도선에 가해진 전압에 관계없이 광기전력 소자의 기전력보다 더 큰 전압이 금속 도선에 가해진다 하더라도 광기전력 소자의 반도체층과 금속 도선 사이의 단락으로 인한 광기전력 소자의 변환 효율의 열화를 방지하는 것이 가능해진다.
(3) 전도성 접착제가 전도성 입자와 중합체로 구성되기 때문에 전도성 접착층의 비저항은 0.1 Ωcm 와 100 Ωcm 사이에서 가변 조정될 수 있다.
(4) 금속 표면 예를 들어 금속 도선은 변화되어 쉽게 유기 재료에 부착되며 전도실 접착제가 커플링제, 전도성 입자 및 중합체로 구성되기 때문에 금속과 유기재료를 포함한 전도성 수지 사이의 접착이 잘 이루어지도록 한다.
(5) 실레인(silane), 티타늄 및 알루미늄에 기초한 커플링제 중 하나가 커플링제로 선택되었기 때문에 서로 다른 재료 사이의 계면을 제어하는 것이 가능해진다. 다른 말로 하면 이 커플링제는 비유기 재료와 유기 재료 사이의 강한 커플링을 이루기 위해 비유기 재료(금속) 및 유기 재로(전도성 수지에 포함된 결합용 수지)사이의 매개로서 기능한다.
(6) 전도실 접착제의 공간비가 1 ㎛ 또는 그보다 작은 반지름을 갖는 공간에 서 0.04 ml/g이거나 그보다 작도록 결정했기 때문에 전도성 접착제의 은(銀)의 이온화 및 이주(migration)를 방지할 수 있다.
(7) 500부터 50,000까지의 중합체 평균 분자량으로 인해 금속 이온의 확산을 방지하는 것이 가능해진다.
(8) 중합체의 겔(gel) 율이 20%에서 100% 사이의 값을 가지므로 열 이력에 따른 열의 가함이 전극이 형성된 후에 이뤄진다 하더라도 전극의 변형과 위치 변경을 제어하는 것이 가능해진다.
(9) 코팅층이 두 개 또는 그 이상의 층으로 구성되고 가장 외곽의 층을 제외한 모든 내부 코팅층을 이루는 전도싱 접착제가 중합체로 구성되기 때문에 서로 다른 층에 대해 여러 과업, 즉 습기 방지, 금속 이온 침투, 및 금속 도선과 반도체층 사이의 접착 또는 금속 도선과 투명 전극 사이의 접합과 같은 과업들을 배정할 수 있게 된다.
(10) 코팅층이 두 개 또는 그 이상의 층으로 구성되고 가장 외곽의 층을 이루는 전도성 접착제가 경화되지 않은 열 플라스틱 중합체로 구성되기 때문에 컬렉터 전극용 피복 배선이 저장될 수 있어서, 광기전력 소자 위에서의 전극의 형성 동안 경화이 완결될 때 충분한 접착 강도를 제공하게 된다. 그 결과 라인 폭 변화, 전극의 부분적 필링(peeling) 또는 위치 이탈을 일으키는 전극 변형을 방지할 수 있었는데 이 전극 변형은 컬렉터 전극용 피복 배선의 형성 이후의 박층화와 같은공정 동안에 생기는 열 이력이 일으킨다.
(11) 전도성 접착제가 두 개 또는 그 이상의 층으로 구성되고 전극에 최근접한 층을 이루는 전도성 접착부의 연화점이 제조 공정 동안 광기전력 소자에 가해진 열 이력의 최대 온도보다 높게 설정되기 때문에 습기 방지층의 형성 동안의 녹는 문제나 필링 현상 및 박층화 동안의 변형 또는 필링 현상을 방지할 수 있다.
(12) 전도성 접착제의 비저항 범위를 0.1Ωcm 에서 100Ωcm 사이로 제한했기 때문에 션트 현상을 방지하는 기능을 제공하고 전기적 저항 손실을 무시할만한 수준으로 줄일 수 있었다.
(13) 우레탄(uerthane), 페녹시(phenoxy), 에폭시, 부티랄(butyral), 페놀, 및 폴리마이드 중 최소한 하나가 중합체로 선택되기 때문에 수지의 소망 경화도를 넓은 범위에 걸쳐서 선택할 수 있다. 그 결과 금속 도선은 쉽게 코팅되고 작업성이 좋아지고 좋은 유연성을 얻게 되고 열 경화될 수 있다. 그 결과 견인성이 좋아진다.
(14) 경화제로서의 블럭 이소시아니트가 전도성 접착층 내에 포함되도록 선택하였기 때문에, 광기전력 소자 위에서 전극 형성 전자 후에 전도성 접착층의 연결밀도를 제어할 수 있었다. 그 결과, 전극용 피복 배선은 저장동안 안정성을 다루고 보장하는 것이 쉬워진다. 더우기 전도성 접착제를 컬렉터 전극용 피복 배선에 가하는 공정은 저가격으로 작동될 수 있다.
(15) 전도성 접착제의 유리 전이점(transition point)이 100℃ 또는 그보다 높게 특정화되기 때문에, 전도성 접착제로 코팅된 전극을 광기전력 소자의 셀 표면에 압축 접착할 때 전도성 접착층에 의해 코팅된 전극으로 페인트 용제가 침투하는 것이 방지된다.
(16) 전도성 입자의 주된 임자들의 평균 지름이 0.02㎛에서 15㎛까지의 범위로 제한되기 때문에, 이는 코팅 두께보다 작으며 입자들 사이의 접촉에 기인한 비저항 증가가 제어될 수 있다.
(17) 그래파이트, 카본 블랙(carbon black), In2O3, TiO2, SnO2, ITO, ZnO 또는 3가(tervalent)의 금속 원소로 구성된 도펀트(dopant)을 이런 것들에 부가하여 생성된 원소들 중 최소한 하나가 되도록 전도성 입자를 특정했기 때문에 0.02㎛에서 15㎛까지의 지름을 갖는 입자를 만드는 것이 가능하다.
(18) 광기전력 소자의 반도체층 위에 장치된 투명 전극과 전도성 접착층은 서로 접촉하도록 설치되었다. 그 결과 반도체의 효율 특히 평면 방향으로 큰 저항을 제공하는 비 단결정 반도체의 효율이 그 반도체층 위에 반도체가 흡수하게 될 광에 대한 투명 전극을 설치함으로써 개선된다.
(19) 반도체층(최소 하나의 핀 접합부 또는 pn 접합부로 구성됨) 및 반도체층의 광입사 측면 위에 구비된 컬렉터 전극으로 구성된 광기전력 소자의 경우 컬렉터 전극이 상기 컬렉터 전극으로 구성되었기 때문에 좋은 초기 특성과 장기간의 불변의존 특성을 갖는 광기전력 소자를 획득할 수 있었다.
(20) 반도체층의 광입사 측면에서 투명 전극이 존재하고 컬렉터 전극이 투명전극 위에 설치되기 때문에 좋은 전도성과 충분히 낮은 직렬 저항을 갖는 광기전력소자를 획득할 수 있었다.
(21) 단결정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 반막 다결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 게르마늄 또는 비정질 실리콘 카본 중의 최소한 하나가 반도체층으로 사용되도록 특정화했기 때문에 좋은 초기 특성과 장기간의 불변 의존 특성을 갖는 광기전력 소자를 획득할 수 있었다.
(22) 반도체층이 된 접합부 또는 pn 접합부로 구성된 세가지의 셀 층으로 구성된 3중 셀로 만들어졌기 때문에 더 좋은 초기 특성을 갖는 광기전력 소자가 획득된다.
(23) 광입사 측면에서 컬렉터 전극을 갖는 광기전력 소자를 생산하는 방법으로서 컬렉터 전극이 열 및/또는 압력을 갖는 광기전력 소자의 광입사 측면에 부착되기 때문에 좋은 생산 수율을 제공하는 광기전력 소자의 생산 방법을 실현할 수 있었다.
(24) 컬렉터 전극에 가해지는 열이 블럭 이소시아니트의 분리 온도보다 높아서 형성된 컬렉터 전극의 접착 및 경화가 짧은 시간 주기 동안에 완결되도록 하기 때문에 좋은 초기 특성과 장기간의 불변 의존 특성을 갖는 광기전력 소자를 생산하는 방법을 얻을 수 있었다.
(25) 코팅층을 형성하는 경화 안된 상기 열 경화 중합체의 겔 율이 20%에서 100% 사이가 되기까지 컬렉터 전극이 가열되기 때문에 광기전력 소자의 접착층 형성 후의 습기에 의해 쉽게 영향받지 않는, 장기간의 불변 의존 특성을 갖는 광기전력 소자를 생산하는 방법을 획득하였다.
다음 항목들에서 본 발명의 실시예를 설명한다.
(컬렉터 전극용 피복 배선)
본 발명에 따라서 컬렉터 전극용 피복 배선이 제1A도와 제1B도 및 제2A도에서 제2C도까지에서 설명되었다. 제1A도의 컬렉터 전극(100)용 피복 배선은 금속도선(101)이 한 유형의 코팅층으로 코팅된 것이다. 제2A도의 컬렉터 전극(200)용 피복 배선은 금속 도선(201)이 두가지 유형의 코팅층 즉 제1 코팅층(202) 및 제2 코팅층(103)으로 코팅된 것이다.
컬렉터 전극(100 및 200)용 피복 배선의 구성 요소인 금속 도선(101) 및 (202)는 산업적으로 안정 공급이 가능한 도선 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한 금속 도선(101) 및 (201)의 구성 요소인 금속 재료가 10-4Ωm 또는 이보다 낮은 비저항을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어 구리, 은, 금, 백금, 알루미늄, 몰리브덴 및 텅스텐이 저 전기 저항값을 갖기 때문에 사용하기에 적당하다. 이들 중에서 구리, 은 및 금이 이들이 갖는 저 저항 값으로 인해 가장 알맞은 재료가 된다. 금속 도선은 이들 재료의 합금이 될 수 있다.
부식 방지, 산화 방지, 전도성 수지의 접착성 개선 및 전기적 전도성의 개선을 위한 목적으로 금속 도선의 표면 위에 제1B도 및 제2B도에 도시한 것처럼 얇은 금속층(103) 및 (204)를 형성하는 것이 적합하다.
금속 도선 표면에 가해지는 금속층 재료의 후보들로는 은, 팔라듐, 은과 팔라듐의 합금 및 금과 같이 부식 저항성을 제공하는 귀금속뿐만 아니라 니켈 및 주석 같은 좋은 부식 저항성을 제공하는 금속 등이 있다. 이 중에서 금, 은 및 주석은 내습기성을 지니므로 금속층으로서 적합하다. 예를 들어 도금(plating) 및 클래딩(cladding)이 금속 도선 표면 위에 금속층을 형성하는 좋은 방법이다. 금속이 충진재(filler)로 사용되어 그 내에서 흩뿌려진 전도성 수지로 코팅하는 것이 가능해진다. 코팅 두께가 기결 선호도에 의존하긴 하지만, 원형 단면 갖는 금속 도선의 코팅의 이상적 두께는 그 지름의 1%에서 10% 까지가 된다. 금속층의 이상적 비저항은 전기적 부식 저항성의 효율 및 금속층의 두께를 고려할 때 0.1Ωcm에서 100Ωm 사이의 값이 된다.
금속 도선의 단면은 원형 또는 직사각형이 될 수 있으며 선호하는 대로 선택된다. 금속 도선의 지름은 전기적 저항 손실과 섀도우 손실의 합이 최소가 되도록 디자인된다. 특정하게 한정하면 TIS-C-3203에 지정된 것처럼 25㎛에서 1mm까지의 지름을 갖는 에나멜 입혀진 구리 도선이 사용하기에 적합하다. 좋은 광기전력 변환 효율을 갖는 광기전력 소자를 만들기 위해서는 25㎛에서 200㎛까지의 두께를 갖는 도선을 사용하는 것이 더 바람직하다. 25㎛보다 작은 지름을 갖는 도선은 부러지기 쉽고, 200㎛ 이상의 지름을 갖는 도선은 더 큰 새도우 손실을 나타내거나 광기전력 소자의 표면이 덩어리지고 EVA와 같은 표면 코팅층 위에 사용된 충진재(filler)가 더 두껍게 되도록 하는 것을 필요하게 만든다.
금속 도선은 소망 지름을 갖도록 주조하는 기지의 도선 사출 기기를 사용하여 생산된다. 도선 사출 기기를 통과해 나온 도선은 경화되어 있는데 소망하는 신장성과 만곡성 특성을 만족시키기 위해 기지 방법을 사용하여 어닐된다. 그리고,무른 도선으로 사용될 수 있다.
(한 층으로 이뤄진 전도성 접착제로 코팅된 컬렉터 전극용 피복 배선)
본 발명에 따른 "한 층으로 이뤄진 전도성 접착제로 코팅된 컬렉터 전극용 피복 배선"의 한 예가 제1A도에 도시되었다.
제1A도에서 (101)은 전극의 금속 도선이고 (102)는 코팅층이다. 금속 도선 (101)은 컬렉터 전극의 중심(core) 도선이고 전력 손실을 줄이기 위해 구리 도선 은 입혀진 구리 도선 또는 은 구리 클래드(clad) 도선과 같이 좋은 전도성을 갖는 도선 재료를 사용한다. 코팅층(102)는 열 경화 전도성 접착제 또는 열 플라스틱 전도성 접착제로부터 형성되고 그 기능은 열 압축 접합 공정을 통해 컬렉터 전극의 주요부를 광기전력 소자 기판에 기계적, 전기적으로 연결시키는 것이다.
(두 층으로 이뤄진 전도성 접착제로 코팅된 컬렉터 전극용 피복 배선)
"두 층으로 이뤄진 전도성 접착제로 코팅된 컬렉터 전극용 피복 배선"의 한 예가 제2A도에 도시되었다.
제2A도에서 (201)은 전극의 금속 도선이고 (202)는 제1 코팅층이고 (203)은 제2 코팅층이다. 금속 도선(201)은 컬렉터 전극용 피복 배선의 중심 도선이고 전력손실을 줄이기 위해 구리 도선, 은 입혀진 구리 도선 또는 은 구리 클래드 도선과 같이 좋은 전도성을 갖는 도선 재료를 사용한다. 제1층(202)는 열 경화 전도성 접착제로 형성되며 전극 금속을 보호하고 기계적, 전기적 접속을 제공한다.
제1층은 또한 전극 금속의 이주를 방지하고 전류가 컬렉터 전극용 피복 배선으로부터 광기전력 소자의 결점 영역으로 흐르는 것을 제어한다. 제2층(203)은 열경화 전도성 접착제로 형성되고 그 기능은 컬렉터 전극용 피복 배선의 주요부를 열 압축 접합 공정을 통해 광기전력 소자 기판으로 기계적, 전기적 접속시키는 것이다. 또한 제2층은 열 경화되기 때문에 이 후 공정에서 습기 방지층에 사용된 페인트로 인해 쉽게 손상되지 않는다.
환언하면 금속 도선(201)과 집적 접속된 제1 코팅층(202)는 금속 도선 표면의 부식을 방지하고 금속 도선으로부터 금속 이온이 이주하는 것을 방지하기 위해 습기가 금속 도선에 도달하는 것을 방지하는 장벽층이 된다. 제2층(203)은 컬렉터 전극용 피복 배선을 반도체층 또는 투명 전극에 접착시키고 전류를 모으는 기능을 갖는다.
제1층(202)를 이루는 전도성 접착층에 포함된 중합체로서는, 상기 언급한 수지 중에서 비교적 작은 침투성을 갖는 수지가 사용하기 적합하다. 환언하면 우레탄, 에폭시, 페놀 또는 이런 수지를 디내츄레이트(denaturate)함으로써 생성된 열 경화 수지가 이상적이다. 또한 이런 수지가 가해진 후 경화 과정을 통해 이뤄지는 것이 바람직스럽다. 부가하면 과도한 섀도우 손실을 방지하기 위해 제1층의 두께가 1 ㎛에서 15㎛까지인 것이 소망스럽다. 1㎛ 이하의 두께는 균일 코팅을 이루는 것을 어렵게 만들고 핀 구멍이 발생하며 장벽으로서는 불충분하게 만든다. 반면, 15㎛이상의 두께는 필(pill)하기가 어렵고 섀도우 손실이 너무 크게 되기 때문에 바람직스럽지 않다.
제2층(203)을 형성하는 전도성 접착제에 포함된 중합체로서, 좋은 접착성과 유연성을 갖는 수지가 특히 적합하다. 환언하면 우레탄, 에폭시, 페놀 또는 이런수지를 디내츄레이트 함으로써 만들어진 열 경화 수지, 또는 에폭시, 폴리마이드 또는 폴리아미드이미드(ployamideimide)와 같은 것이 적합하다. 특히 우레탄 수지가 사용하기에 적합한데 이는 그 연결 밀도가 쉽게 조절되기 때문이다. 코팅 후에 이런 수지를 경화되지 않은 상태로 두었다가 접착 공정이 완결된 바로 후에 경화되도록 하는 것이 소망스럽다. 이런 연유로 블럭 이소시아니트가 중합체 경화제로서 소망스럽다. 이런 블럭 이소시아니트는 분리 온도 이상으로 가열됐을 때 점진적으로 저하되는 메커니즘을 갖는다. 따라서 분리 온도보다 낮은 온도로 이를 건조함으로써 그 내에 포함된 임의 용제가 완전히 제거될 수 있고 따라서 부착성과 점성을 없애주고 따라서 릴(real) 형태로 감겨져서 저장될 수 있다. 부가하여 이소시아니트를 초과하는 온도가 가해지지 않았을 때 경화가 진행되지 않기 때문에 컬렉터 전극의 형성동안 충분한 접착력을 균일하게 제공한다.
제2 코팅층의 두께는 도선 두께에 의존한다. 예를 들어 금속 도선의 지름이 100㎛이라면, 제2 코팅층의 이상적 두께는 5㎛에서 30㎛까지이다. 이 두께는 어떤 핀 구멍도 갖지 않게 되는 두께이며 접착층으로서의 충분한 성질을 제공하며 어떤 과도한 섀도우 손실도 제공하지 않는다.
(세 층으로 이뤄진 진도성 접착층으로 코팅된 컬렉터 전극용 피복 배선)
본 발명에 따른 "세 층으로 이뤄진 전도성 접착층으로 코팅된 컬렉터 전극용 피복 배선"의 한 예가 제11도에 도시되었다.
제11도에서 (1101)은 전극의 금속 도선이고 (1102)는 제1 코팅층이며 (1103)은 제2 코팅층이며 (1104)는 제3 코팅층이다. 금속 도선(1101)은 컬렉터 전극용 피복 배선의 중심 도선이고 전력 손실을 줄이기 위해 구리 도선, 은 입혀진 구리 도선 또는 은 구리 클래드 도선과 같이 좋은 전도성을 제공하는 도선 재료를 사용한다. 제1층(1102)는 열 경화 전도성 접착제로 형성되며 전극 금속에 전기적 접속을 제공한다. 전극 금속에 전기적 접속을 이루기 위해서 제1 코팅층(1102)로서는 금속 전도성 접착제가 적합하다. 제2층(1103)은 전극 금속 및 제1 코팅층에 사용된 금속 전도싱 접착제의 금속 충진재(filler)가 일으킨 이주를 방지한다. 또한, 전류가 컬렉터 전극용 피복 배선으로부터 광기전력 소자의 결점 영역으로 흐르는 것을 제어한다. 제3 코팅층(1104)는 열 경화 전도성 접착제로 형성되고 그 기능은 컬렉터 전극용 피복 배선의 주요부를 열 압축 접합 공정을 통해 광기전력 소자 기판으로 기계적, 전기적 접속시키는 것이다. 또한 열 경화되기 때문에 이후 공정의 습기 방지층에 사용된 페인트에 의해 쉽게 손상되지 않는다.
(전도성 접착제 및 이들의 비저항)
본 발명에서 금속 도선을 코팅하기 위해 사용된 전도성 접착제는 전도성 입자와 중합체를 산란시킴으로써 만들어진다. 전도성 접착제의 비저항은 광기전력 소자가 발생시킨 전류를 모으는 양을 생각할 때 아주 무시할만큼의 작은 양이어야 하고 션트를 막을 만큼의 적합 저항값을 가지야 한다. 특정값으로서는 0.1Ωcm에서 100Ωcm가 소망스럽다. 저항값이 0.1Ωcm 보다 작을 때 션트 억제 기능이 불충분 해지고 100Ωcm 보다 클 때는 전기적 저항으로 인한 손실이 너무 크게 된다.
(전도성 입자)
본 발명에 따른 전도성 입자는 전도성을 촉진시키는 색소제(pigment)가 된다. 이런 목적에 적합한 재료들로서는 예를 들어 카본 블랙, 그래파이트, In2O3, TiO3, TiO2, SnO2, ITO, ZnO 및 재료에 적합 도펀트를 부가함으로 만들어진 산화 반도체 재료들이 된다. 전도성 입자의 지름은 형성될 코팅층 보다 작아야만 한다. 그러나 입자들이 너무 작으면 인자의 접촉 지점 부위에서 서로 간의 저항이 너무 크게 되어 소망 비저항을 얻는 것이 불가능해진다. 이런 연유로 전도성 입자의 적합 평균 지름은 0.2㎛에서 15㎛까지가 된다. 또한 전도성 입자의 둘 또는 그 이상의 유형을 섞음으로써 전도성 수지 내의 비저항과 분포를 조정하는 것이 가능하다. 또한 ITO, In2O3, TiO2, SnO2및 ZnO와 같은 재료를 사용하여 투과도를 향상시키는 것이 가능하다. ITO를 사용하면 아주 좋은 투과도를 얻게 된다.
전도성 입자와 수지는 적합비로 섞여져서 소망 비저항을 얻게 된다. 비저항은 전도성 입자량이 증가함에 따라 감소하나 코팅층은 수지 비율이 감소함에 따라 그 안정성을 잃는다.
중합체가 증가됐을 떼, 전도성 입자 서로 간의 접촉이 어긋나게 되고 고저항을 산출하게 된다. 따라서 적합 비율은 중합체와 사용된 전도성 수지, 및 소망 물리적 성질에 따라 결정해야만 한다. 특정 예로서는 좋은 비저항이 전도성 입자의 체적비가 5%에서 95%까지의 범위에 있을 때 획득된다.
(중합체)
본 발명에 따른 적합 수지는 좋은 작업성, 유연성 및 내기후성(weather resistunce)을 가지면서 금속 도선 위에 코팅층 형성을 촉진시키는 구실을 하는 재료가 된다. 그런 특성을 갖는 중합체는 열 경화 수지 및 열 플라스틱 수지이다.
열 경화 수지로서는 우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리비닐 포말(formal), 알키드 (alkyd) 수지 및 이런 재료를 디내츄어라이즈하여 만든 수지가 적합한 재료들이 된다. 특히 우레탄, 에폭시 및 페놀 수지가 에나멜 라인의 코팅 재료로 사용되고 유연성 및 산출성 면에서 좋은 특성을 갖는다. 이들은 또한 내기후성 및 접착성 면에서 볼 때 광기전력 소자의 컬렉터 전극용 피복 배선의 재료로 적합하다.
열 플라스틱 재료로서는 부티랄, 페녹시, 폴리마이드, 폴리마이다미드, 멜라민, 부티랄, 아크릴 등이 된다. 특히 부티랄, 페녹시, 폴리마이드 및 폴리마이디미드 수지가 유연성, 내기후성 및 접착성 면에서 볼 때 적합하여 광기전력 소자의 컬렉터 전극용 피복 배선에 사용하기에 알맞다.
(커플링 (coupling)제)
본 발명에서는 커플링제 및 전도성 입자를 포함한 중합체로 구성된 전도성 접착체가 적합하다. 커플링제가 부가될 때 좋은 특성을 얻게 되는 이유가 아래에 설명된다.
일반적으로 전기적 응용을 위해 도선에 사용된 저 저항의 구리 및 알루미늄 도선은 비싸지 않고 좋은 전도체가 된다. 에나멜 선은 이런 금속 도선을 절연 니스로 코팅하여 만들어지나 일반적으로 유기 금 재료를 포함한 재료로 비유기 재료인 금속을 코팅하는 것은 쉽지 않다. 부가하여 (도선을) 코팅층을 이용해 반도체 및 금속에 접착시킬 때 충분한 접착력이 획득되지 않을 수 있다. 이는 특별한 접착이 코팅층 내의 유기 재료 및 반도체 사이 또는 유기 재료 및 금속 재료 사이에 이뤄지지 않기 때문이다. 이 문제는 금속 재료 및 그 표면 조건에 따라서 더 심각해지는데 발명자는 이들이 습기에 의해 영향받으면 어떤 접착력도 획득되지 않는다는 것을 발견하였다.
본 발명에 제시된 컬렉터 전극용 피복 배선이 태양 전지에 사용되었을 때, 그 커플링제가 코팅층의 유기 재료와 태양 전지 기판의 표면 또는 테이크오프 (takeof) 전극의 금속 태브(tab) 사이의 접착을 강화하기 위해 기능한다. 이는 이 영역이 충분한 접착력을 상실하는 것을 방지해 준다. 부가하여 코팅층이 둘 또는 그 이상의 층으로 구성되기 때문에 금속 도선의 재료, 태양 전지 기판의 재료, 금속 태브의 재료 및 이런 코팅층을 구성하는 중합체에 따라서 최내부층과 최외각층에 사용된 결합제의 유형을 결정함으로써 효율성이 개선될 수 있는데, 최내부층은 금속도선과 직접 접촉하며 최외곽층은 태양 전지 기판과 직접 접촉한다. 또한, 커플링제에 의해 향상된 접착력은 고온, 다습 및 고온/다습한 환경에서도 유지되고 따라서 태양 전지가 외부 환경에 노출되어도 접착력은 유지된다. 이는 전극과 태양 전지기판 또는 금속 태브 사이의 접착력 열화 및 필링(peeling)으로부터 발생하는 직렬 저항의 상승이 야기한 변환 효율의 열화를 방지할 있게 한다.
본 발명에 사용한 커플링제로서는 실란(silane) 유도체 커플링제, 티타니트 유도체 커플링제, 알루미늄 유도체 커플링제가 목록으로 올라 있다. 이런 결합제는 비유기 재료와 상호 기능을 갖는 하이드로필릭(hydrophilic) 부분과 유기 재료와 상호 기능을 갖는 유기 기능 그룹으로 구성된다. 외부 재료 사이의 표면 제어가 이것을 사용하는 주요 목적인데, 특히 이 기능은 공역(covalent) 접착에 기초하였으며 이런 면에서 종래의 표면 활성제와 다르다. 즉 커플링제는 비유기 재료 (금속)과 유기 재료 (전도성 접착제의 중합체) 사이에서 사이를 오가는 기능을 행하며 두 재료는 굳게 결합된다. 실란 유도체 커플링제는 비유기 재료 및 유기 재료 모두에 공역으로 접착되나, 티타니트 유도체 커플링제와 알루미늄 유도체 커플링제는 때때로 유기 재료의 공역 접착을 형성하지 않는다. 비유기 재료 표면의 극성과 표면 에너지를 바꿈으로써 접착 강도가 증가될 수 있다. 그래서 실란 커플링제가 가장 효과적 이라고 말하는 것이다.
본 발명에 적합한 실란 커플링제로서, 다음의 제품들, 즉 γ-메르캡톡시프로필트리메톡시실란, γ-글리실옥시드프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 헥사메틸디실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
본 발명에 적합한 티타네이트 커플링제로서, 다음의 제품들, 즉 이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 테트라(2, 2-디알릴옥시메틸-1-부틸) 비스(디-트리데실)포스파이트티타네이트, 테트라이소피루비스(디옥틸포스파이트)티타네이트, 이소프로필트리(N-아미노에틸-아미노에틸)티타네이트, 테트라옥틸 비스(디트리데실포스파이트)티타네이트, 이소프로필트리스(디옥틸프로포스파네이트)티타네이트, 비스 (옥틸피로포스파이트)옥시아세테이트티타네이트 등을 들 수 있다.
본 발명에 적합한 알루미늄 유도체 커플링제로서, 아세토알콕시알루미늄디이소프로필레이트를 들 수 있다.
상술한 커플링제가 무기 물질의 표면과 반응할 때, 접착력 등과 같은 최적의 특성들을 얻기 위한 최적의 양이 존재한다. 통상적으로, 커플링제는 희망하는 용매와 혼합되고, 조절되어 사용된다. 이러한 용매들은 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 톨루엔, 벤젠, 아세톤, 메틸 셀로솔브, 테트라하이드로푸란 및 물이다. 각각의 커플링제와 화합하는 용매를 선택하여 사용한다. 용매를 고농도로 사용하면 커플링제의 반응성은 상실하게 될 것이다. 따라서, 저농도로 사용하며, 통상 0.01% 내지 10.0%가 최적이다.
또한, 상기한 커플링제의 친수성 부분은 실란, 티타네이트 및 알루미늄 유도체에 따라 정해지므로, 무기 물질의 반응에 대한 적합성은 당연히 고려해야 할 필요가 있다. 반면에 커플링제의 유기 기능기는 아미노, 에폭시, 카르복시, 포스파이트라디칼스 등이다. 유기 물질과 이들 유기 기능기와의 반응에 대한 적합성은 당연히 고려해야 할 필요가 있다.
(중합체의 평균 분자량)
상기 금속 이온이 상기 금속선으로부터 확산되는 것을 방지시키기 위해서는 중합체와 전도성 입자의 양호한 접착성을 얻는 것이 필요하다. 이러한 이유 때문에, 상기 중합체로서 500 이상이며 50,000 이하의 평균 분자량의 중합체가 바람직하다.
본 발명의 경우, 조밀한 코팅막을 형성하기 위해서는 사용한 중합체와 전도성 입자 간의 분산성을 개선시키고 형성된 코팅층의 구멍 체적을 감소시키는 것이 필요하다. 500 이상이며 50,000 이하의 평균 분자량을 갖는 중합체들과 여러 종류및 지름의 전도성 입자들을 적절히 선택하고 조합시킴에 의해 습도의 영향을 조절할 수 있다. 사용하기에 적합한 수지는 우레탄, 페녹시, 에폭시, 부티랄, 페놀, 폴리이미드, 멜라민, 알키드, 플루오린 폴리비닐포르말, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스터, 아크릴릭 및 스티렌 수지이다. 특히, 우레탄, 페녹시, 에폭시 및 페를 수지가 에나멜선의 절연 물질로서 산업상 광범위하게 사용된다. 내습성, 가요성 조절 및 생산성에 대한 양호한 특성들을 얻을 수 있다. 또한, 부티랄 수지는 양호한 분산성을 가지며, 폴리이미드 수지는 양호한 내열성을 갖는다.
(중합체의 겔비 )
중합체의 가교 정도를 측정하는 한가지 방법은 그 겔비를 측정하는 것이다. 환언하자면, 중합체의 표본을 크실렌 등의 용매에 침수시킬 때, 겔화에 의해 가교된 겔 부분은 용출되지 않지만, 가교되지 않은 졸(sol) 부분은 용출될 것이다. 즉, 가교가 완료되면, 졸 부분의 용출물은 존재하지 않게 될 것이다. 상기 표본을 제거하고 크식렌을 증발시키면, 용해되지 않고 졸 부분이 제거된 겔 부분은 잔류하게 될 것이다. 가교 및 용출된 졸의 양을 측정함으로써 겔비가 얻어진다. 계산 방법은 아래와 같이 된다.
겔비 = [(비용해성 부분의 중량)/표본의 초기 중량] x 100(%)
건조 처리 후에 높아진 겔비에 의해 컬렉터 전극용 피복 배선의 형성 중에 접착제의 강도가 감소하게 될 것이다. 또한, 열 압축으로 형성된 컬렉터 전극용 피복 배선의 전도성 수지층의 낮은 졸비에 의해 습기에 접하게 될 때 의존성은 감소하게 될 것이다.
따라서 전도성 수지층의 중합체층의 겔 비를 0% 내지 20%로 제한시킴으로써, 접착체층을 금속선 상에 코팅하여 건조시킨 후 그 초기 접착성은 저장동안 영향을 받게 되지 않는다. 또한, 접착체층의 겔비를 20% 내지 100%로 유지시킴으로써, 컬렉터 전극의 열 압축 형성 후 사용 중의 의존성도 개선될 것이다.
(전도성 입자와 중합체의 혼합)
본 발병에 따른 "전도성 입자와 중합체의 혼합"은 소망 비저항을 얻기 위해 적당한 비로 행해진다. 비저항은 전도성 입자량이 증가하면 감소하지만, 코팅층은 수지 비율이 감소하면 그 안정성을 상실하게 된다. 그리고, 중합체가 증가하면, 전도성 입자들의 서로에 대한 접착은 불완전하게 되어 저항성이 높아지게 된다. 따라서, 최적의 비는 사용해야 할 중합체와 전도성 수지, 및 그 바람직한 물리적 특성에 따라 정해져야 한다. 명확하게 하자면, 5% 내지 95%의 전도성 입자의 체적비에서 양호한 비저항이 얻어진다.
본 발명에서 따른 "전도성 입자와 중합체의 혼합"에서 사용된 분포 장치는, 예를 들어 일반적인 트리플 롤 밀(triple roll mill) 및 볼 밀(ball mill), 페인트 진탕기(paint shaker) 및 비드 밀(bead mill)이다. 분산을 증진시키기 위해 경우에 따라 분산제와 커플링제를 첨가시킬 수 있으며, 또한 분산 중 또는 분산 후에 전도성 접착제의 점도를 조절하기 위해 적합한 용매로 희석시킬 수 있다.
(전극에 밀접한 층)
본 발명에 따른 "전극에 밀접한 층"은 다음의 기능, 즉 전극에서 사용된 금속선을 주위 환경으로부터 보호하거나 또는 금속선과 전기적 접속을 확립하는 기능중 어느 하나 또는 둘 모두의 기능을 갖는 층들이다. "전극에 밀접한 층"의 비저항은 광기전력 소자에 의해 발생된 전류를 컬렉터할 때 전기 저항을 제공하지 않는 정도로서 적합한 범위는 0.1Ωcm 내지 100Ωcm일 것이다. 이러한 "전극에 밀접한층"제 대해 열 경화된 전도성 접착제를 사용함으로써, 제조 동안의 내용매성 및 내열성과, 사용 중의 의존성이 개선되어진다.
따라서 바람직하다면, "전측에 밀접한 층"으로서 주성분이 금속인 전착층을 형성하는 것이 허용된다. 접착층은 금속성과 전도실 접착제 간의 전기적 접촉을 개선시키는 기능을 지닌다. 특히, 전극 금속선으로서 구리를 사용할 경우, 그 표면은 산화되어 저항성이 높게 되며, 이러한 경우에 접촉 저항이 증가되어 전도성 입자로서 흑연과 금속 산화물 등의 물질들을 사용해야만 한다. 이러한 경우를 방지하기 위해 접촉층을 사용한다. 접촉층의 후보 물질로서는 은, 팔라듐, 은과 팔라듐 합금 및 금 등의 내부식성을 갖는 귀금속과, 니켈 및 주석 등의 양호한 내부식성을 갖는 금속이 있다. 접촉층이 전도성 접착제로 구성된 경우, 상기 금속을 충전제로서 갖고 있는 접착제를 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 접착제를 사용하지 않고 도금에 의해 금속선 상에 주석 또는 은의 층을 형성시키는 것도 허용된다. 은 클래드 구리선도 또한 허용 가능하다.
금속기제 전도성 접착제가 "전극에 밀접한 층"에서 사용될 경우, 금속 이온 이동을 방지시키는 장벽층을 상기 층의 상부에 형성시키는 것이 허용된다.
장벽층의 두께는 금속선의 지름과 선택에 따라 변화될 것이다. 예를 들어, 100㎛의 지름을 갖는 금속선의 경우, 1㎛ 내지 15㎛의 두께가 핀-홀을 방지시키고,장벽으로서 충분한 기능을 제공하고 과도한 섀도우 손실(shadow loss)을 방지시키는데 바람직할 것이다. 1㎛ 이하의 두께는 균일한 코팅을 행하는 것이 곤란해져 핀-홀이 발생하여 장벽으로서 불충분하게 된다. 반면에, 15㎛ 이상의 두께는 제거시키기가 곤란하며 섀도우 손실이 너무 크게 되기 때문에 바람직하지 않다.
(전도성의 접착제의 공극비)
금속 이온에 대한 장벽 효과를 개선시키기 위해, 장벽층에서 사용되는 전도성 접착제의 공극비는 공극 반경이 1㎛ 또는 그 이하인 경우 0.04ml/g 또는 그 이하로 해야 한다.
안료를 함유한 일반적인 접착제의 경우에는 1㎛ 또는 그 이상의 공극 반경은 아주 드물게 존재한다. 그리고, 이보다 큰 공극이 존재할 경우 전도성 접착제의 기 계적 강도는 경화 후에 저하된다. 또한, 0.04ml/g를 초과하는 공극비는 물의 침투를 허용하게 되어 전도성 접착제 중에서 전도성 입자와 중합체 간의 결합을 저하시키게 됨으로써 저항력 또는 금속 이온 이동이 증가하게 된다.
(전도성 접착제의 유리 전이점)
본 발명에 따르면, 경화 후에 전도싱 접착제의 유리 전이점이 100℃ 또는 그이상인 것이 바람직하다. 이것은 코팅 형성 후 오버 코팅 동안과 상부 코팅제와 적층 처리동안 열이력(heat history)에 충분히 견뎌낼 수 있는 특성을 제공할 것이다.
(전도성 접착제의 코팅 방법)
에나멜 선에서 사용된 일반적인 코팅 방법을 본 발명에서 "전도성 접착제의코팅 방법"으로서 적합하게 사용할 수 있다. 상술하자면, 전도성 접착제를 적당한 점성으로 희석시킨 후 롤 코우터(roll coater) 등을 사용하여 금속선 상에 코팅시키고 나서 다이 또는 펠트에 통과시켜 희망하는 두께를 형성하고 최종적으로 적외선 가열 등을 이용하여 건조 및 경화시킨다.
제3도는 적합한 코팅 장치를 설명하는 형태 다이어그램이다. 제3도에서 참조 번호(301)는 방출 릴이며, 참조 번호(302)는 금속선이머, 참조 번호(303)는 세정 탱크이며, 참조 번호(304)는 코우터이며, 참조 번호(305)는 다이이머, 참조 번호 (306)는 건조 오븐이며, 참조 번호(307)는 박막 두께 게이지이며, 참조 번호(308)는 장력제어기이며, 참조 번호(309)는 정합된 권취 모터이며, 참조 번호(310)는 테이크 업(take-up) 릴이며, 참조 번호(311)는 온도 조절기이다.
방출 릴(301)은 코팅 형성 전에 금속선이 감겨지는 보빈(bobbin)이다. 세정탱크(303)는 필요한 경우에만 사용된다. 이 탱크에는 아세톤, MEK 및 IPA 등의 용매가 채워져 있으며 임의 오염 물질로 오염된 금속선(302)의 표면을 세정하는데 사용된다. 코우터(304)는 전도성 접착제를 금속선(302)에 도포시키는데 사용되는 장치이다. 코우터(304)는 도포해야 할 소정량의 진도성 접착제를 함유하고 있으며 경우에 따라 점도를 조절하기 위한 용매 첨가 기구, 전도성 접착제 보충 기구 또는 필터기구를 구비할 수 있다. 다이(305)는 도포된 전도성 접착제의 두께를 희망하는 두께로 조절하는 장치이다. 다이(305)의 경우, 시판 중인 에나멜 코팅의 다이가 사용하기에 적합하지만, 경우에 따라서는 펠트를 사용할 수 있다. 건조 오븐(306)은 도포된 전도성 접착제에서 용매를 제거시켜 건조시키는데 사용되며, 또한 경화하는데도 사용되며, 경우에 따라서는 건조 오븐은 열 공기 건조기 또는 적외선 건조기가 될 수 있다. 박막 두께 게이지(307)는 도포된 전도성 접착제의 두께를 측정하여 관리하는데 사용되며, 이러한 목적에는 시판 중에 있는 외측 지름 게이지가 적합하다. 또한 이 게이지는 박막 두께 게이지를 통해 얻어진 정보를 사용하여 전도성 접착제의 방출 속도와 점성 등과 같은 궤환 제어를 행할 수 있다. 장력 제어기(308)는 일정한 장력을 유지시켜 금속선(302)에 인가해야 할 항복성을 초과하는 새그 (sag) 또는 힘(force)을 방지한다. 정합된 권취 모터(309)는 금속선이 테이크 업 릴(310)에 감겨지고 있는 동안 금속선의 간격을 조절하는 장치이다. 테이크 업 릴(310)은 도면에는 도시되지 않은 모터에 의해 희망 속도로 회전된다. 온도 조절기는 건조 오븐(306)의 온도를 설정값으로 유지시키는 장치이다. 필요할 경우에는 슬리덱(slidack), 온/오프 제어 및 PID 등의 공지의 방법들을 사용할 수 있다.
제3도는 수직으로 배향된 장치이지만, 금속선(302)의 이동 방향은 수직 또는 수평일 수 있으며 선택에 따라 정해질 수 있다.
전도성 접착제를 다중 코팅할 때 (금속선)은 각각의 코팅 후에 보빈에 의해 감겨질 수 있지만 다중 코팅을 완료한 후 보빈에 의해 감겨질 수도 있다. 제3도에서는 하나의 금속선의 코팅을 도시하였지만, 동시에 다수의 금속선을 코팅할 수 있다.
전도성 접착제가 코팅되어진 금속선은 보빈에 감겨져 축적되며, 광기전력 소자의 컬렉터 전극을 형성할 때 사용을 위해 풀려지게 된다.
(광기전력 소자)
제4A, 4B, 4C 내지 8A 및 8B도에서 도시된 바와 같은 구성의 태양 전지는 본 발명에 따른 광기전력 소자의 예이다.
제4A 내지 4C도는 기판에 대향하는 표면으로부터 광을 수광하는 비정질 실리콘 기제의 태양 진지의 전형적인 단면도로서, 참조 번호(401)는 기판을, 참조 번호 (402)는 하부 전극을, 참조 번호(403, 413 및 423)는 n형 반도체층을, 참조 번호 (404, 414 및 424)는 i형 반도체층을, 참조 번호(405, 415 및 425)는 p형 반도체층을, 참조번호(406)는 투명 전도성 막으로 이루어진 상부 전극을, 참조 번호(407)는 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 그리드 전극을 나타낸다.
제5도는 단결정 실리콘 태양 전지의 단면도로서, 참조 번호(501)는 실리콘 웨이퍼 기판으로 이루어진 반도체층을, 참조 번호(502)는 반도체층(501)과 pn 접합을 형성하는 반도체층을, 참조 번호(503)는 배면 전극을, 참조 번호(504)는 컬렉터 전극을, 참조 번호(505)는 저반사 코팅부를 나타낸다.
제6도는 다결정 실리콘 태양 전지의 단면도로서, 참조 번호(601)는 실리콘 웨이퍼 기판으로 이루어진 반도체층을, 참조 번호(602)는 반도체(601)과 pn 접합을 형성하는 반도체층을, 참조 번호(603)는 배면 전극을, 참조 번호(604)는 컬렉터 전극을, 참조 번호(605)는 저반사 코팅부를 나타낸다.
제7도는 박막의 다결정 실리콘 태양 전지의 단면도로서, 참조 번호(701)는 기판을, 참조 번호(702)는 다결정 반도체층을, 참조 번호(703)는 반도체층(702)과 pn 접합을 형성하는 반도체층을, 참조 번호(704)는 배면 전극을, 참조 번호(705)는 컬렉터 전극을, 참조 번조(706)은 저반사 코팅부를 나타낸다.
제8A 및 8B도는 광입구 측으로부터 제4A, 4B, 4C 내지 7도에서 도시된 태양 전지를 도시한 것으로서, 참조 번호(801)는 기판을, 참조 번호(802)는 양극을, 참조 번호(803)는 음극을, 참조 번호(804)는 컬렉터 전극을 나타낸다.
본 발명의 "광기전력 소자"의 구조는, 예를 들어 전기 발생에 기여하는 반도체층과, 반도체층의 광입구 측에 설치된 투명 전도층과, 금속선과 투명 전도층 상의 전도성 접착제로 이루어진 컬렉터 전극용 피복 배선과, 반도체층의 광입구 반대편에 설치된 배면 전극으로 이루어지는 것이 바람직하다.
반도체층은 pn 접합, pin 접합 또는 쇼트키 스플라이싱(schottlcy splicing) 등의 반도체 접합을 형성하는 구조를 가질 필요가 있다. 이와 같은 목적에 적합한 물질들로서는, 예를 들어 결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 등의 IV족 반도체, Cds 및 CdTe 등의 II-VI족 반도체 또는 GaAs 등의 III-V족 반도체가 있다.
본 발명의 기전력 소자의 경우, 컬렉터 전극은 반도체층의 광입구 측 상에서 적당한 간격을 가지면서 평행한 구성으로 배치된다. 본 발명의 전극은 큰 면적의 기전력 소자를 형성하는데 특히 적합하다. 예를 들어, 30cm x 30cm 광기전력 소자를 제조할 경우, 컬렉터 전극은 길이 30cm의 금속선과 전도성 접착제로 이루어진 전극을 특정 간격으로 반도체층 상에 배치시킴으로써 형성될 수 있다. 또한, 전류를 컬렉터 전극에서 어느 한 단자로 공급하기 위해 비교적 대용량의 버스 바 전극을 형성할 필요가 있다.
본 발명에서 언급된 광기전력 소자의 배면 전극은, 예를 들어 스크린 프린팅 또는 침착에 의해 형성된 금속을 반도체층의 배면 상에 설치한 것이다. 사용된 금속의 형태는 반도체와 양호한 저항 접촉을 제공하는 금속 중에서 선택되어진다.
반도체층이 비정질 실리콘을 함유한 단결정 반도체, 미소 결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 기제의 물질로 이루어진 박막으로 제조될 경우, 보조 기판을 필요로 한다. 보조 기판으로서는 절연 기판 및 전도성 기판 모두를 사용할 수 있다. 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 등의 금속 기판이 사용하기에 적합하며 또한 이들 기판들은 배면 전극으로서 작용한다. 유리, 중합체 및 세라믹 등의 절연 기판을 사용할 경우, 크롬, 알루미늄 또는 은 등의 금속을 침착시켜 대면 전극을 형성한다. 하부전극(402)은 반도체층(403, 404, 405, 413, 414, 415, 423, 424 및 425)에서 발생된 전력을 회수하기 위해 한 측 상에 설치된 전극으로서 반도체층(403)과 저항 (ohmic) 접촉을 하게 될 일함수를 가질 필요가 있다. 사용되는 금속으로서는, 예를 들어 금속 또는 합금과, Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo, W, Fe, V, Cr, Cu, 니크롬, SnO2, In2O3, ZnO 또는 ITO 등의 투명 전도성 산화물(TCO)이 있다. 하부 전극의 표면은 평활한 것이 바람직하지만, 이것이 불규칙적인 광반사의 원인이 되면 결무늬의 구조로 될 수 있다. 또한, 기판(401)이 전도성이면, 하부 전극(402)은 필요치 않다. 하부전극은 도금, 침착 또는 스패터링(spattering)등의 공지된 방법을 이용하여 형성될수 있다.
비정질 실리콘 반도체층에 적합한 것으로서는 n층(403), i층(404) 및 p층 (405)을 갖는 단일 구조뿐 아니라, 2 또는 3 셋트의 pin 또는 pn 접합으로 이루어진 2중 또는 3중 구조가 있다. i층(404, 414 및 424)에 사용되는 반도체 물질로서는 a-Si, a-SiGe 및 a-Sic의 금속이나, 또는 소위 IV족 및 IV족 합금형 비정질 반도체가 특히 적합하다. 비정질 반도체층의 박막 형성에는 경우에 따라, 예를 들어 침착, 스패터링, 고주파 플라즈마 CVD, 마이크로 플라즈마 CVC, ECR, 열 CVD 및 LPCVD 방법 등과 같은 방법들을 사용할 수 있다. 투명 전도성 박막(406)은 비정질 실리콘에서의 경우와 같이 시트(sheet) 저항이 높을 경우에 필요하다. 그리고 이것은 광입구 측 상에 배치되기 때문에 투명할 필요가 있다. 투명 전도성 박막(406)으로서는, 예를 들어 SnO2, In2O3, ZnO, CdO, CdSnO4및 ITO 등의 물질이 적합하다.
단결정 실리콘 태양 전지(500)와 다결정 실리콘 태양 전지(600)의 경우에는, 보조 기판을 설치하지 않고 단결정 와이퍼(501)와 다결정 웨이퍼(601)가 기판으로서 작용한다. 단결정 웨이퍼(501)는 CZ 방법에 의해 인상된 Si 주괴(Si ingot)을 절단 시킴에 의해 제조되며, 다결정 웨이퍼(601)는 주형 방법(cast method)에 의해 얻어진 Si 주괴를 절단시키거나 리본 방법을 이용하여 다결정을 시트형으로 얻음으로써 형성된다. 반도체층(502 및 602)을 제조하기 위해 예를 들어, POC 13을 이용한 증기상 확산 방법, TiO2, SiO2또는 P2O5를 이용한 코팅 확산 방법 또는 이온을 직접 도핑하는 이온 플레이싱(ion placing) 방법을 사용한다. 배면 전극(502 및 603)은 침착 또는 스패터링에 의해 금속 박막을 형성하거나 또는 은 페이스트의 스크린 프린터에 의해 제조된다. 저반사 코팅부(504 및 604)는 태양 전지 표면의 광반사에 의해 초래되는 효율 손실을 방지하기 위해 형성된 것으로서, 예를 들어 SiO2, Ta2O5및 Nb2O5의 물질이 적합하다.
박막 다결정(700)은 알루미늄 또는 흑연 등으로 제조된 기판(701) 상에 Si 다결정 박막(702)을 성장시킴으로써 형성되는데, 일부 경우에는 이것의 입자 지름 증대 처리를 행한 후, 이것을 다시 한번 기판으로서 사용하여 이 위해 기부층을 형성하고 기부층 상에 에피택셜 성장 처리를 이용하여 표면층(703)을 형성한다. 기판 (701)으로서는 Si 금속과 같은 저가의 기판을 사용할 수 있다.
본 발명의 컬렉터 전극으로 이루어지는 제2 전극이 반도체층의 광입구 측 상에 배치되는데, 이들을 적당한 간격을 두고 배치하여 전류 컬렉터의 전기 저항으로 인한 손실과 섀도우 손실의 합을 최소로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 시트 저항이 약 100Ω/㎠인 경우, 컬렉터 전극용 피복 배선의 바람직한 간격은 약 5mm일 것이다. 또한, 얇은 지름의 금속선의 피치(pitch)를 협소화시키고 두꺼운 지름의 금속선의 피치를 증대시킴에 의한 최적화가 최적의 효율을 제공할 것이다.
본 발명은 전극은 대면적의 태양 전지를 형성하는데 특히 적합하다. 예를들어, 30cm × 30cm의 태양 전지를 제조할 경우에는 본 발명의 전극을 반도체층 상에 특정한 간격을 두고 설치함으로써 컬렉터 전극을 형성할 수 있다. 또한, 컬렉터 전극에서 한 단자로 전류를 공급하기 위해 컬렉터로서 태브를 설치할 수 있다.
이와 같이 제조된 태양 전지는 기후에 대한 저항력을 높이고 기계적인 강도를 유지시키기 위해 공지의 방법으로 캡슐화되고 실외용으로 모듈화되어진다. 상술하자면, 캡슐화시에 사용된 물질에 대해서는 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트) 등이 접착제층으로서 적합하다. 또한, 기계적인 강도를 증가시키기 위해 클레이 유리(clay glass) 등에 EVA를 침투시키는 것도 허용된다. 또한, 표면 보호제로서 플루오라이드 수지를 적층시켜 습기와 스크래치(scratch)에 대한 저항성을 증진시킬 수 있다. 적합한 물질로서는, 예를 들어 테트라플루오로에틸렌의 중합체(TFE), 테트라플루오로에틸렌과 에틸렌의 공중합체(ETFE), 폴리비닐플루오라이드와 폴리클로로 플루오로에틸렌(CTFE) 등이 있다. 또한 수지에 자외선 흡수제를 첨가함으로써 기후에 대한 저항성을 개선시키는 것도 가능하다. 태양 전지 기판에 대해 이들 수지들을 적층시키는 방법으로서는, 예를 들어 진공 라미네이터(laminator) 등과 같은 시판 중의 장치를 사용하여 진공 하에서 가열 및 압축을 사용할 수 있다.
제9도는 광기전력 소자의 일례를 도시하는 전형적인 단면도이다. 제9도에서, 참고 번호(901)는 보조 기관을, 참조 번호(902)는 배면 전극을, 참조 번호(903)는 p형 반도체층을, 참조 번호(904)는 i형 반도체층을, 참조 번호(905)는 n형 반도체층을, 참조 번호(906)는 수광면 전극을, 참조 번호(907)는 컬렉터 전극을 나타낸다.
제10도는 본 발명의 "두개 층으로 이루어진 전도성 접착제로 코팅된 컬렉터전극용 피복 배선(이하에서는 2층 코팅된 컬렉터 전극으로 축약 기술함)"을 사용하여 광기전력 소자 모듈(100)에 대한 형태도를 도시한 것이다. 제10도에서, 참조 번호(1001)는 광기전력 소자 기판을, 참조 번호(1002)는 양극을, 참조 번호(1003)는 음극을, 참조 번호(1004)는 본 발명의 2층 코팅된 컬렉터 전극을 나타낸다. 광기전력소자 기판(1001)은 스테인레스 스틸 기판 상에 CVD 또는 스패터링 방법에 의해 p, i 및 n 반도체의 박막 및 투명 전도층을 형성시킴으로써 제조된다. 양극(1002)은 컬렉터 전극에 의해 모아진 전류를 회수하는데 사용되는 전극으로서 이것에 적합한 물질로서는 예를 들어, 양호한 콘덕턴스를 제공하는 구리 또는 은 도금된 구리가 있다. 음극(1003)은 스테인레스 스틸 기판으로부터의 전류를 회수하는데 사용되는 전극으로서, 이것에 적합한 물질로서는 또한 구리를 사용할 수 있다. 2층 코팅된 컬렉터 전극(1004)은 광기전력 소자 기판에서 발생된 전류를 컬렉터하는 기능을 갖고 있다. 2층 코팅된 컬렉터 전극(1004)은 열 압축 방식에 의해 광기전력 소자 기판과 양극에 전기 기계적으로 접속된다.
컬렉터 전극으로서 금속선이 광기전력 소자 상에 설치되는 방법에 대해서 기 술하자면, 예를 들어 광기전력 소자의 표변 상에 하나 이상의 금속선을 설치할 경우에는 최적화 처리, 즉 얇은 금속선의 피치를 협소화시키고 두터운 금속선의 피치를 넓게 하여 최적의 효율을 얻을 수 있다.
접착 방법에 대해 기술하자면, 컬렉터 전극용 피복 배선의 최외각층은 금속선 상에 도포하는 동안은 경화시킬 필요가 없고 단지 용매로 건조시키기만 한다. 또한 접착을 달성하기 위한 접착과 경화를 행할 경우에는 가열시킨다.
(제조 방법)
본 발명의 광기전력 소자의 제조 방법 중 하나가, 예를 들어 후술될 광기전력 전지의 제조 방법이 된다.
반도체 또는 광입구 측의 투명 전극에 컬렉터 전극용 피복 배선을 열 및/또는 압력에 의해 접착시키는 것이 바람직하다.
바람직한 가열 온도는 접착제층과, 접착제층을 형성할 제2층의 전도성 수지의 변화점이 될 것이며, 제1층은 연화시키지 않고 집착제층과 제2층만을 연화시켜컬렉터 전극용 피복 배선을 태양 전지에 접착시킴에 의해 초기의 박막 두께를 유지시키는데 바람직하다. 또한, 전도성 수지의 경화제로서 블럭 이소시아네이트를 사용하면, 이소시아네이트의 해리(dissociation) 온도를 초과하는 온도를 가하여 접착공정 동안 경화가 발생하도록 하는 것이 바람직하다.
바람직한 압력은 접착제층과 상기 제2층이 적당히 변형되어지는 정도이지만 태양 전지를 파괴하는 임의 압력보다는 낮아야 한다. 상술하자면, 비정질 실리콘 등과 같은 박막의 태양 전지의 경우에는 0.1kg 내지 1.0kg/㎠가 적합할 것이다.
접착제층과, 이 접착제층을 형성시킬 제2층이 핫-멜트형(hot-melt type)이면, 바람직한 접착 방법은 이들 층을 연화시켜 태양 전치에 접착시키는 것이다. 접착 중에 적당한 압력을 가할 수 있다. 제2층이 열가소성인 경우에는 가열에 의해 연화시킨다. 열 경화 수지의 경우 금속선에 도포하는 과정 중에 수지를 비경화된 상태로 방치하면서 용매를 건조시켜 접착 중에 열 경화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 컬렉터 전극용 피복 배선과 컬렉터 전극용 피복 배선을 이용한 광기전력 소자 및 이들의 제조 방법은 태양 전지가 아닌 광기전력 소자에 전반적으로 적용할 수 있다.
(전도성 접착제에 함유될 경화제)
제조 문제 중 하나는 코팅된 금속선 전극을 오프-라인으로 제조하고 전극이 형성될 때까지 축적을 용이하게 하기 위해, 수지를 금속선에 코팅하여 건조시킨 후 수지의 가속화된 경화를 조절하는 것이 곤란하다는 것이다. 경화제로서 블럭 이소시아네이트를 사용함으로써 수지에 함유된 용매만이 코팅 건조 과정 중과 코팅 건조 과정 후에 건조되고, 수지를 일정한 온도로 가열시킴으로써 블럭화제가 해리되어 활성 이소시아네이트 라디칼이 수지와 반응하게 되어 경화되어진다. 환언하자면, 다른 경화제를 사용하여 가속화된 경화를 조절하는 것은 매우 곤란한 반면에, 경화제로서 블럭 이소시아네이트를 사용하면 상기 문제는 해결될 수 있다.
(전도성 접착제의 유리 전이점)
제조에 관련된 다른 문제는, 금속선을 수지를 코팅한 후 보빈 등에 감으면 처리하기에는 편리하지만, 코팅된 금속선 자체의 점착성(tackiness)으로 인해 보빈으로부터 이들 금속선을 풀기가 곤란해지고 점착성이 강한 경우에는 코팅재가 벗겨지게 된다. 이것은 코팅층 수지의 유리 전이점이 낮은 경우에 나타낸다. 0℃ 이상의 유리 전이점의 수지를 사용함으로써, 점착성 감소 효과를 나타낼 수 있으나, 유리 전이 온도가 100℃ 이상일 때 보다 양호한 결과가 얻어진다. 또한, 서로 다른 유리 전이점을 갖는 중합체를 혼합함으로써, 유연성, 접착성 및 감소된 점착성에 대해 우수한 특성을 갖는 코팅층을 형성할 수 있다. 우레탄 수지와 페녹시 수지 등의 결합이 바람직하다.
(전도성 입자의 1차 입자의 평균 입자 지름)
균일한 박막 두께와 양호한 도전율을 갖는 코팅층을 안정적으로 얻기 위해서는 고중합체의 선택뿐 아니라 수지 내로의 전도성 입자의 분산성이 중요시된다. 전도성 입자의 지름이 전도성 코팅층의 두께보다 작게 형성되어야 하지만, 너무 작은 지름은 서로 접촉해 있는 입자들의 표면에서의 저항을 증가시켜 희망하는 비저항을 얻기가 불가능하다. 전도성 입자들이 수지 내에 분산되면 응집된 입자들이 존재하는데, 즉 계통적으로 응집된 결정성인 1차 입자와, 입자의 표면 전하나 반데르 발즈(Vander Waals)힘 또는 다른 힘에 의해 응집하는 1차적인 입자들로 이루어지는 2차 입자들이다. 분산성이 미약하면, 고차수의 응집된 입자들이 존재하여 박막의 두께가 균일하지 않으며 전도율도 안정하지 않게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 코팅층에 있는 전도성 입자들의 1차 입자의 평균 지름을 고차수의 응집된 입자들의 형성을 방지시키는 크기인 0.02㎛ 이상이지만 15㎛ 이하로 함으로써 해결하였다. 분산 중의 입자의 응집 상태와 입자의 지름을 측정하기 위한 방법 [일반적으로, "그레이딩(grading)"으로 칭함]으로서 레이저 회절 방법, 광-입자 상관 방법, 광 산란방법 등이 있다.
코팅층에 적합한 전도성 입자로서는 흑연, In2O3, SuO2, TiO2, ITO, ZnO 및 적당한 도펀트를 첨가한 물질로 이루어진 반도체 산화물이 있다. 전도성 입자와 중합체를 적당한 비로 혼합하여 희망하는 비저항을 얻을 수 있다. 비록 증가된 전도성 입자가 비저항을 감소시키지만, 이들 입자들은 수지비를 감소시킴으로써 코팅막으로서 안정성이 미약하게 된다. 따라서, 사용할 고중합체와 전도성 입자들의 종류와 박막에 대해 바람직한 물리적인 특성값을 고려하여 적합한 비를 적절하게 선택하여야 한다. 상술하자면, 전도성 입자의 약 5 체적 % 내지 95 체적 %가 양호한 비저항을 제공한다. 전도성 입자와 중합체를 혼합할 때 3-롤-밀(three-roll-mill) 또는 페인트 진탕기 등과 같은 통상의 분산 방법을 사용할 수 있다. 분산 동안 또는 그 후에, 전도성 페인트는 점도를 조절하기 위해 적합한 용매로 희석시킬 수 있다.
(전도성 접착제로 이루어진 코팅층의 두께)
광기전력 소자 상에 전극을 형성하는 중에 또는 그 후의 문제는, 광기전력 소자의 특성을 감소시키는 결함 부분으로 누설 전류가 흐르게 되는 핀홀(pinholes)의 형성이다. 그러나, 이러한 문제는 코팅층들을 정밀하게 형성하고 코팅층들을 충분한 두께로 형성함으로써 해결된다. 코팅층의 두께는 금속선의 지름이나 또는 희망하는 특성에 따라 변화된다. 예를 들어, 금속선의 지름이 100㎛인 경우, 누설 전류에 대해 장벽층으로서 충분한 기능을 갖는 동시에, 과도한 섀도우 손실을 일으키지 않도록 하기 위해서는 1㎛ 내지 30㎛의 두께가 적합하다. 다른 문제는 전극의 형성중에 금속선이 태양 전지 기판과 접촉하여 션트를 형성하는 것이다. 이러한 문제에 대한 해결책은 2개 이상의 코팅층을 형성하고, 코팅 중에 코팅층의 최외각층을 완전히 경화시키는 것이다. 이와 같이 하여, 금속선이 압축 과정 중에 태양 전지 기판과 직접 접촉하게 되는 것이 방지된다. 광기전력 소자를 실외에서 사용할 때 발생하는 이온 이주 등과 같은 문제는 층들 간의 기능을 분리시킴으로써, 즉 전류 컬렉터, 션트 형성 방지, 이동 방지, 전극 고정 등과 같은 기능들을 분배시킴으로써 해결될 수 있다.
제2A도는 전도층으로 코팅되어 있는 전극의 단면 평면도이다. 제2C도는 전극이 광기전력 소자 기판에 코팅층을 통해 고정되어 있는 부분의 단면 평면도이다. 제2A 및 2C도에서, 참조 번호(201)는 금속선을, 참조 번호(202)는 금속선에 직접 코팅되는 1차 코팅층을, 참조 번호(203)는 최외곽 층을 형성하는 2차 코팅층을, 참조번호(205)는 전도성 접착제로 이루어진 코팅층(전체)을, 참조 번호(206)는 광기전력소자 기판을 나타낸다. 전도성 코팅층들의 코팅은 동심으로 행해지는 것이 바람직하다. 금속선에 전도성 수지를 코팅하는 방법으로서, 절연 코팅막의 통상의 스프레딩 방법과, 에나멜 선에서 사용된 방법을 적합하게 사용할 수 있다. 상술하자면, 전도성 수지를 용매로 희석하여 적합한 점도를 얻은 후, 금속선을 롤 코우터 등으로 코팅한다. 코팅된 금속선은 희망하는 두께를 얻기 위해 다이(die)를 통과시키고, 용매를 건조시키고 열 경화를 행하기 위해 노(furnace)에 넣어진다.
(광기전력 소자의 구성 성분)
이것에서는 본 발명에 따른 광기전력 소자의 구성 성분을 제4A, 4C 및 13도를 참조하면서 기술하기로 한다. 제4A도는 기판의 다른 측 상에 광이 입사하는 단일 전지 구조를 갖는 비정질 실리콘 태양 전지를 도시하며, 제4C도는 제4A도의 태양 전지의 3중 구조를 갖는 비정질 실리콘 태양 전지를 도시한다. 제13도는 제4A 및 4C도에서 도시된 광입사 측의 측면에서 바라본 태양 전지를 도시한 것이다. 약 30cm 길이의 그리드 전극이 형성되어진 것을 볼 수 있다.
비록 도시하지는 않았지만, 본 발명의 사상에 따른 구성은 투명 절연 기판 상에 축적되는 비정질 실리콘 태양 전지와 또한 단결정 및 박막형 다결정 태양 전지에도 적용될 수 있다는 것을 말할 필요도 없다
제4A도에서, 참조 번호(401)는 보조 기판을, 참조 번호(402)는 하부 전극을, 참조 번호(403, 404 및 405)는 pin 접합을 형성하는 반도체층을, 참조 번호(406)는 투명 전도막의 상부 전극을, 참조 번호(407)는 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용한 그리드 전극을 나타낸다.
제4C도에서, 참조 번호(403, 404 및 405)는 제1 pin 접합을 형성하는 반도체층을, 참조 번호(413, 414 및 415)는 제2 pin 접합을 형성하는 반도체층을, 참조 번호(423, 424 및 425)는 제3 pin 접합을 형성하는 반도체층을 나타낸다.
제13도에서, 참조 번호(1301)는 금속 태브을, 참조 번호(1302)는 애노드의 출력 포트를, 참조 번호(1303)는 캐소드의 출력 포트를 나타낸다.
(기판)
본 발명에 따른 기판(401)은 비결정 실리콘 등과 같은 박막의 태양 전지인 반도체층(403, 404 및 405)을 기계적으로 지지하는 막(membrane)으로서, 이것은 또한 일부 경우에는 전극으로도 사용된다. 기판(401)은 반도체층(403, 404 및 405)의 박막을 형성하기 위한 가열 온도에 대해 필요한 내열성을 갖고 있다. 그러나, 전기전도성 특성을 갖는 것과 전기 절연 특성을 갖는 것 모두를 사용할 수 있다. 전기 전도성 물질로서는, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb 및 Ti와 같은금속을 사용할 수 있으며, 이들 합금, 예를 들어 청동 및 스테인레스 강 박판과 그 복합재, 카본 시트 및 아연 도금된 강판을 사용할 수 있다. 전기 절연 물질로서는, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 셀룰로우즈 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐이데넬클로라이드, 폴리스틸렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 에폭시 수지와 같은 내열성 수지의 박막 또는 시트를 사용할 수 있다. 또는 상기 수지와 유리 섬유, 카본 섬유, 붕소 섬유, 금속 섬유의 복합재를 사용할 수 있다. 그리고 박막 금속판과 수지 시트의 표면 상을 금속 박막 및 SiO2, Si3N4,Al2O3, AlN 등의 절연 박막의 이물질로 스퍼터링, 침착 및 도금 방법에 의해 코팅 처리를 행한다. 유리 및 세라믹도 사용될 수 있다.
(하부 전극)
본 발명에 의하면, 하부 전극(402)은 반도체층(403, 404 및 405)에서 발생된 전력을 컬렉터하기 위한 전극으로서, 반도체층(403)과 옴(ohmic) 접촉을 형성할 정도의 일함수를 갖을 필요가 있다. 이것의 물질로서는, 예를 들어 Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo, W, Fe, V, Cr, Cu, 스테인레스 강, 청동, 니크롬, SnO2, In2O3, ZnO, ITO 등을 단일 금속 물질이나 이들 합금 또는 투명 전도성 산화물(TCO) 등으로서 사용할수 있다. 하부 전극(402)의 표면은 평탄화되는 것이 바람직하지만, 광의 회절 반사를 일으키기 위해서는 표면을 결무늬화시킬 수 있다. 기판(401)이 전도성인 경우, 하부 전극(402)을 반드시 준비할 필요는 없다.
하부 전극을 준비하기 위한 방법은 도금, 침착, 스패터링 등이 있다. 상부 전극을 준비하기 위한 방법으로서는, 옴-저항성 가열 침착 방법, 전자빔 가열 침착방법, 스패터링 방법, 분무 방법 등이 있으며 경우에 따라 선택한다.
(반도체층)
본 발명에 의하면, 반도체층은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 단결정 실리콘 등으로 명명되었다. 비정질 실리콘 태양 전지의 경우, i층(404)을 구성하기 위한 반도체 물질로서는 a-Si:H, a-Si:F, a-Si:H:F, a-SiGe:H, a-SiGe:F, a-SiGe:H:F, a-SiC:H, a-SiC:F, a-SiC:H:F 등이 있다. 명칭은 소위 IV족 및 IV족의합금-비정질 반도체라 칭한다. p층(405) 또는 n층(403)을 구성하기 위한 반도체 물질은 원자가 전자(valence electron) 조절제(control agent)를 도핑함에 의해 i층(404)의 반도체 물질로부터 얻어진다. p형 반도체를 얻기 위한 원자가 전자 조절제의 물질로서는, 주기율 표의 III족 내 원소들의 화합물을 사용한다. III족 내 원소들로서는 B, Al, Ga 및 In이 있다. n형 반도체를 얻기 위한 원자가 전자 조절제로서는 주기율 표의 V족 내 원소들의 화합물을 사용한다. V족 내 원소들로서는 P, N, As 및 Sb가 있다.
비정질 실리콘 반도체층의 박막을 형성하기 위한 방법은 희망에 따라 침착 방법, 스패터링 방법, RF 플라즈마 CVD 방법, 마이크로파 플라즈마 CVD 방법, ECR 방법, 열 CVD 방법, LPCVD 방법 등의 공지된 방법 중에서 선택될 수 있다. 산업상으로는, 물질 기체를 RF 플라즈마에 의해 분해시켜 기판 상에 축적시키는 RF플라즈마 CVD 방법이 양호하게 사용된다. 그리나, RF 플라즈마 CVD 방법은 물질기체 분해시의 저수율(약 10%)및 저속 축적 속도(약 0.1nm/sec. 내지 1nm/sec.)와 같은 문제를 나타낸다. 마이크로파 플라즈마 CVD 방법은 이러한 문제를 개선시킨 방법으로서 주목을 받고 있다. 박막 형성을 하기 위한 리액터로서, 배치 리액터(Batch reactor) 또는 연속 박막 형성 장치 등과 같은 공지의 장치들을 경우에 따라 사용할 수 있다. 본 발명의 태양 전지는 2개 이상의 반도체 박편들이 적층되어 양호한 스펙트럼 강도와 고전압을 얻을 수 있는 소위 탠덤(tandem) 전지 또는 3중 전지용으로도 사용될 수 있다.
(상부 전극)
본 발명에 의하면, 상부 전극(406)은 반도체층(403, 404 및 405)에서 발생된 기전력을 컬렉터하는 전극으로서, 하부 전극(403)과 쌍을 이루고 있다. 상부 전극 (406)은 비정질 실리콘과 같이 고 시트 비저항을 갖는 반도체에 필요하다. 결정성 태양 전지는 저 시트 비저항을 갖기 때문에, 이들 전지는 반드시 상부 전극을 필요로 하지는 않는다. 상부 전극(406)은 광입사 측 상에 설치되며 투명일 필요가 있어서 투명 전극이라고도 칭한다. 상부 전극(406)은 태양 및 일광 형광 램프등으로부터의 광을 반도체층 내로 효과적으로 흡수시키기 위해서는 85% 이상의 투과도를 갖는 것이 바람직하다. 전기적으로, 상부 전극(406)은 100Ω/㎠ 이하의 시트 비저항값을 가져 광에 의해 발생된 전류가 반도체층에 의해 수평으로 흐르도록 하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 지닌 물질로서는 SnO2, In2O3, ZnO, CdO, CdSnO4, ITO 등의 금속 산화물이 있다.
(그리드 전극)
그리드 전극(407)은 제2A도에서 도시된 금속선(201)과 전도성 코팅층(205)으로 구성된다. 전도성 코팅층(205)은 광기전력 소자의 효율을 감소시키지 않을 정도로 충분히 낮으며 동시에 션트를 방지시키기에 충분히 높은 비저항값을 가질 필요가 있다. 즉, 태양 전지에 의해 발생된 전류에 대한 저항으로 작용하지 않고 어떠한 결함이 존재한 경우 심각한 누설을 방지시키기 위한 저항으로서 작용한다. 전도성 코팅층(205)의 적합한 비저항값은 그리드의 설계와, 광기전력 소자의 전류값 및 그 동작점에서의 결함 크기에 따라 정해진다. 바람직한 비저항값은 0.1 내지100Ωcm이다. 이 범위 내에서 션트가 형성될 경우, 비저항값은 충분한 저항값이 되고 동시에, 이와 같은 광기전력 소자에서 발생된 전류에 대해서는 거의 무시할 수 있다. 그리드 전극(407)은 광기전력 소자(400)(제4A)의 광입사 표면측 상에 설치된다. 그리드의 배열로서는 적당한 간격을 두고 있는 평행 배열이 추천할만하다. 본 발명의 컬렉터 전극용 피복 배선은 대면적의 태양 전지를 형성하는데 특히 적합하다. 예를들어, 30㎠의 태양 전지를 제조할 경우, 30cm 길이의 본 발명의 컬렉터 전극용 피복 배선을 규정된 간격으로 반도체층 상에 평행하게 설치하기만 하면 된다. 또한, 전극이 션트 또는 누설에 의한 전류의 누설을 감소시키도록 구성되기 때문에, 비정질 실리콘 태양 전지에 적합하다. 그러나, 이러한 구성은 물론 비정질 실리콘이 아닌 다른 형태의 태양 전지, 즉 단결정, 다결정 또는 실리콘이 아니 다른 반도체나 쇼트기 스플라이싱 형태의 태양 전지에도 적용 가능하다.
(태브)
본 발명에 따르면, 태브(501)은 그리드 전극(407)에서의 유동 전류를 한 단에서 컬렉터시키는 컬렉터이다. 컬렉터의 물질로서는, Cu, Ag, Pt와 같은 금속 및 이들 금속의 합금을 사용할 수 있다. 형상은 접착제에 의해 접착되는 시트, 테이프또는 박편이 바람직하다.
(광기전력 소자에 컬렉터 전극을 형성하기 위한 방법)
본 발명에 따르면, "광기전력 소자 상에 컬렉터 전극을 형성하기 위한 방법"으로서, 이하의 방법에서는 태양 전지의 구성 방법에 의해 설명하기로 한다.
컬렉터 전극용 피복 배선은 반도체층의 광입사측 또는 투명 전도막의 표면상에 가열, 압력 또는 이들 모두를 이용하여 접착시키는 것이 바람직하다.
바람직한 가열 온도는 접착층으로 되어질 최외각 코팅층과 코팅층을 형성하는 고중합체의 연화점 이상으로 해야 한다. 전도성 수지의 경화제가 블럭 이소시아네이트로 구성되면, 상기 온도를 블럭 이소시아네이트의 해리 온도 이상으로 하여 접착 과정 중에 수지를 가열 경화시키는 것이 바람직하다.
바람직한 압력은 코팅층의 최외각층인 접착층을 안정하게 변형시키기에 충분히 높아야 하지만, 태양 전지를 손상없이 보존하는 압력 이하이어야 한다. 상술하자면, 예를 들어 비정질 실리콘인 박막형 태양 전지의 경우에는 0.1kg/㎠ 내지 1.0kg/㎠의 압력이 적당하다.
접착 방법으로서, 코팅층의 최외각층인 접착층이 핫-벨트-형인 경우, 가열에의해 이 층을 연화시켜서 태양 전지에 접착시키는 것이 바람직하다. 접착 중에 적당한 압력을 가할 수 있다.
(캡슐화)
상기 방법에 의해 제조된 태양 전지는 기후에 대한 저항력과 기계적 강도를 개선시키기 위해 공기된 캡슐화에 의해 모듈화된다. 캡슐화 물질로서는, 접착층이고려되며, 태양 전지, 기후에 대한 저항력과 완충 효과에 대한 접착제 특성의 관점에서 볼 때 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트)가 적합하게 사용된다. 내습성과 반 스크래칭 특성을 그 이상 개선시키기 위해, 표면 보호층으로서 플루오린 수지를 적층시킨다. 예를 들어, 4 플루오로 에틸렌 공중합체 TFE(Du Pont TEFLON) 4 플루오로에틸렌 및 에틸렌 ETFE의 공중합체(Du Pont TEFZEL), 폴리비닐 플로오라이드(Du PontTEDLER), 폴리클로로플루오로에틸렌 CTFEC(Daikin Industries Neoflon)를 적층시킨다. 또한 공지된 UV 흡수재를 첨가함으로써 기후에 대한 저항성을 개선시킬 수 있다.
캡슐화의 방법으로서, 예를 들어, 태양 전지 기판과 수지막을 진공하에서의 열 압축 결합의 경우 진공 라미네이터와 같은 공지의 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
(실시예)
이하에서는 본 발명의 "컬렉터 전극, 컬렉터 전극용 피복 배선을 갖는 광기전력 소자 및 이들의 형성 공정"에 대해 상세하고 구체화하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
우선, 실시예 1 내지 40과 비교예 1 및 2에서는, "전도성 접착제가 전도성 입자와 고중합체로 구성된 경우"에 대해 상세히 설명하기로 한다.
두번째, 실시예 41 내지 46과 비교예 3 및 4에서는 "코팅층이 적어도 2개 이상의 층으로 구성되며, 코팅층의 최외각층을 형성하는 전도성 접착제가 적어도 아직은 경화되지 않은 열 경화 고중합체로 구성된 경우"에 대해 상세히 설명하고자 한다.
또한, 실시예 47 내지 55와 비교예 5 및 6에서는, "전도성 접착제가 커플링제를 함유하는 경우"에 대해 상세히 기술하고자 한다.
실시예 1 내지 40과 비교에 1 및 2에 대하여, 다음의 정보, 즉 컬렉터 전극의 형성 조건, 태양 전지 구조 및 태양 전지의 특성 평가 결과를 수집하여 표 9 내지 16에서 나타내고 있다.
(실시예 1)
이 실시예에서는 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 카본 블랙 및 우레탄으로 구성된 경우에 대해 설명하기로 한다.
제1A도에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 컬렉터 전극(100)용 피복 배선은 다음과 같이 형성된다. 금속선(101)으로서, 지름이 100㎛의 구리선을 사용하였다.
코팅층(102)을 위한 전도성 접착제를 형성하기 위해 카본 페이스트를 다음과 같이 준비하였다. 우선, 분산을 하기 위한 진탕 용기에 에틸 아세테이트 2.5g과 IPA 2.5g의 혼합 용매를 넣었다. 다음에, 주성분인 22.0g의 우레탄 수지를 진탕 용기에 첨가시켜 볼 밀(ball mill)에 의해 충분히 혼합시켰다. 우레탄 수지의 평균 분자량 수는 3000이었다. 이후에, 경화제로서 1.1g의 블럭 이소시아네이트와 분산용으로서 10g의 유리 비트(glass beads)를 용액에 첨가시킨 후, 1차 입자 평균 지름이 0.05㎛ 2.5g의 카본 블랙을 용액에 첨가시켰다.
물질들을 포함하고 있는 진탕 용기를 분산을 위해 10시간 동안 Toyo Seiki Co. 제품의 페인트 진탕기에 놓아두었다. 이후에 분산을 위한 유리 비드를 준비한페이스트로부터 제거시켰다. 페이스트의 평균 입자 지름은 약 1㎛인 것으로 측정되었다. 페이트 진탕기 대신에 비드 밀을 사용하여 얻어진 결과는 거의 동일하였다.
페이스트를 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃에서 경화시켰다. 그 체적 비저항은 0.6Ωcm로 측정되어 충분히 낮은 것으로 입증되었다.
페이스트의 공극비는 수은 폴로시미터(mercury polosimeter)에 의해 0.01ml/g인 것으로 측정되었다. 다음에, 페이스트로부터 카본 블랙을 제거시켜 단지 수지만을 경화시킴으로써 시트를 형성하였다. 그 겔비는 약 100%인 것으로 측정되었다.
코팅층(102)은 제3도에서 도시된 수직 금속선 코팅 기계(300)를 사용하여 다음과 같이 형성되었다.
우선, 방출 릴(301)을 금속선(307)이 감겨지는 릴과 함께 설치하였다. 다음에, 금속선을 권취 릴(310)쪽으로 스트레치시킨 후 페이스트를 코우터에 부었다.
코팅 속도는 40m/분이었으며, 상주 시간은 2초이었다. 건조로(306)를 120℃로 설정하였으며 코팅은 5회 행했다. 에나멜 코팅을 위한 것인 다이를 여러 지름, 110㎛ 내지 200㎛ 정도로 사용하였다. 이러한 조건 하에서, 페이스트는 용액이 증발되고 비경화 상태로 보존되었다. 코팅층(102)의 두께는 평균 20㎛이었다. 코팅 후 박막 두께는 100m 당 ±0.5㎛ 범위 내에서 변화하였다.
본 발명의 실시예로서, 비정질 태양 전지(400)를 제조하였다. 태양 전지 (400)는 제4C도에서 도시된 층 구성과 30cm 길이의 그리드 전극을 갖는 pin 접합형 3중 구조를 가겼다.
우선, SUS 430 BA 기판(401)을 완전히 탈지하고 세정한 후, DC 스패터링 장치(도시안음)에 설치시켜 450nm의 Ag 다음에 1000nm의 ZnO를 적층시켰다. 따라서 하부 전극이 형성되었다. 기판을 취출해내어 마이크로파 플라즈마 CVD 박막형성 장치(도시안음)에 설치시켜 n층(403)으로서 실리콘 층, i층(404)으로서 실리콘-게르마늄층, p층(405)으로서 실리콘 층을 순차로 형성하였다. 따라서 하단층이 형성되었다. 이후에, 동일하게 n층(413)으로서 실리콘 층, i층(414)으로서 실리콘-게르마늄층, p층(415)으로서 실리콘 층을 순차로 적층시켜 중간 층을 형성하였다. 실리콘층의 상부 층은 n층(423), i층(424) 및 p층을 순차로 적층시켜 형성되었다. 따라서, 반도체층이 적층되었다. 그후에, 이 층을 스패터링 장치(도시안음)에 설치시켜 저반사율 기능을 갖는 투명 전도막(406)인 70nm의 ITO 박막을 형성시켰다. 다음에, 태양 전지 기판(401)을 주성분이 염화 제2철인 에칭 페이스트와 시판 중의 프린트를 사용하여 투명 전도막의 불필요한 부분을 제거시킴으로써 900㎠의 실효 면적인 30 × 30cm 크기로 트리밍하였다.
다음에, 실효 면적 중에서 경질 구리인 애노드(802)와 캐소드(803)를 준비하였다. 컬렉터 전극(805)으로서, 코팅 금속선(100)을 6mm 간격의 두 애노드(802) 사이에서 실효 면적 내에 있도록 스트레치시킨 후 자외선 경화 접착제에 의해 접착시켰다.
접착된 상기 코팅 금속선(100)을 가열 장치(도시안됨)를 사용하여 열 압축에의해 격합시켜 태양 전지 기판(401)의 전지 표면과 애노드(802) 상에 컬렉터 전극 (804)을 형성하였다. 따라서, 제8A도에서 도시된 30 × 30cm의 3중 전지가 제조되었다. 가열 조건은 온도 300℃, 시간 45초, 압력 1kg/㎠이었다.
이 샘플의 캡슐화는 다음과 같이 행하였다. 태양 전지 기판(801)의 상단과 하단 상에 평면 유리와 EVA를 적층시키고, 플루오린을 함유한 수지막 ETFE(Du Pont의 Tefzel)를 상기 기판의 상부와 하단에 더 적층시켰다. 다음에, 기판을 진공 라미네이터에 설치하여 60분간 150℃에서 적층시켰다.
동일한 방법으로, 50개의 태양 전지 모듈들을 형성하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성들을 다음과 같이 측정하였다. 우선, 전압/전류 특성을 어두운 상태에서 측정하였다. 션트 비저항은 원위치(home position) 부근의 경사진 부분에서 양호한 결과인 200kΩ㎠ 내지 500kΩ㎠인 것으로 측정되었다. 다음에, 태양 전지 특성들을 100mW/㎠의 광량을 갖는 의사 태양 광원(이하 시뮬레이터로 칭함)을 사용하여 AM 1.5 전역 일광 스펙트럼까지 측정하였다. 얻어진 변환 효율은 변화가 거의 없는 양호한 특성을 나타내는 9.6% + 0.02%이었다. 직렬 비저항은 양호한 값인 평균 32.0Ω㎠이었다. 정상 I-V 곡선의 수율은 바람직한 94%이였다.
일본 산업 표준 C8917, 즉 결정성 태양 전지 모듈에 대한 환경 테스팅 방법과 내구성 테스팅 방법에 의한 습도열(hygrothermal) 사이클 테스트 A-2에 따라 이들 샘플에 대한 신뢰성 테스트를 행하였다.
샘플들을 온도와 습도를 조절할 수 있는 열-항습기에 위치시켜 -40℃ 내지 +85℃(상대 습도 85%에 대해) 사이에서 변화된 사이를 테스트를 20회 반복하였다. 그 다음에 사이를 테스트를 완료한 샘플을 시뮬레이션을 이용하여 초기 특성에 대해서 행한 것과 동일하게 태양 전지 특성을 측정하였다. 그 변환 효율은 상당한 정도의 저하는 발생하지 않았다는 것을 나타내는, 초기값 보다 낮은 평균 2%이였다.
이 실시예의 결과는 본 발명의 전도성 접착제로 코팅된 금속선의 컬렉터 전극을 갖는 태양 전지는 양호한 특성과 고신뢰성을 갖는 것으로 나타났다.
(비교예)
이 비교예에서는, 종래예로서 컬렉터 전극용 피복 배선이 카본을 함유한 플루오린 함유 수지 페이스트를 갖는 Cu 금속선으로 구성되는 경우에 대해 설명되었다.
비교를 위해, 종래의 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 이하의 설명을 제외하고는 제1A도에의 실시예 1에서와 같이 구성하였다.
제1A도의 컬렉터 전극(100)용 피복 배선의 코팅층(102)용으로 사용된 페이스트는 미국 특허 제4,260,429호에서 언급된 것과 동일한 플루오린 함유 수지 페이스트(Acheson Colloid의 Eletrodag +502 SS)를 사용하였다.
금속선은 실시예 1에서와 동일하게 코팅하였다. 코팅층(102)의 두께는 평균 20㎛이었으며, 100m 길이 두께의 박막의 편차는 코팅후 ±1.0㎛ 이상이었다.
페이스트는 경화제의 표준 경화 조건인 5분간 120℃에서 경화시켰다. 체적 비저항은 충분히 낮은 값인 0.1Ω㎠로 측정되었다. 이 전도성 접착제의 구멍 체적은 0.05ml/g이었다. 다음에 실시예 1에서와 같이, 이 금속선을 컬렉터 전극으로 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 형성하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 실시예 1의 방법과 동일하게 측정하였다. 우선, 션트 비저항은 변화가 광범위한 것을 나타내는 4Ω㎠ 내지 300kΩ㎠인 것으로 측정되었다. 다음에, 변환 효율은 광범위하게 변화하는 9.0% ±1.2%인 것을 측정되었다. 정상 I-V 곡선의 직렬 비저항은 적합한 값인 평균 32.1Ω㎠인 것으로 얻어졌다. 정상 I-V 곡선의 초기 수율은 64%로 낮았다.
실시예 1과 동일하게 이 샘플에 대해서 신뢰도 테스트를 행하였다. 테스트 된 샘플은 초기 특성과 동일하게 시뮬레이터를 사용하여 그 태양 전지 특성에 대해측정하였다. 결과는 상당한 정도의 저하 발생을 나타내는 값으로써 초기 변환 효율이하인 평균 11%이었다. 직렬 비저항은 평균 62Ω㎠로 증가된 것으로 측정되었다. 이것은 직렬 비저항의 상승이 변환 효율의 저하의 원인이 된다는 것을 보여주었다.
이것은 외부의 습기가 장치 내로 들어가 코팅층과 투명 전도막 표면의 접착계면 중의 페이스트의 접촉부의 계면 비저항을 상승시키는 것이라고 가정된다.
이러한 결과에 의해 본 발명의 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용한 태양 전지는 양호한 초기 수율과 적합한 신뢰성을 갖는다는 것을 보여주었다.
(실시예 2)
이 예에서는 컬렉터 전극용 피복 배선을 Cu 금속선, ITO 및 부티랄로 구성할 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 경우에, 아래의 기술을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 동일한 공정을 사용하여 컬렉터 전극을 형성하였는데, 즉 제1A도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복 배선의 경우에는 주성분인 고중합체로서 부티랄 수지(Sekisui Chemical Co., Ltd.의 Slec BL-S)를 사용하여 전도성 접착제를 형성하였으며 1차 입자의 평균 지름이 0.05㎛인 ITO 분체(Sumitomo Methal Mining Co., Ltd.의 HYX)를 전도성 입자로서 사용하였다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 1.2Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다. 또한, 광의 투과율을 분광기를 사용하여 측정하였으며 그 투과율은 측정값이 400nm 당 90%이었으므로 만족하였다. 이전도성 접착제의 구멍의 체적은 0.02ml/g이었으며 겔의 비는 20%이었다. 중합체 수지의 평균 분자량은 5000이었다.
제1 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1 실시예에서 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며 평균적으로 변환 효율이 9.7% ±0.05%, 션트 저항이 250 내지 300kΩ㎠, 직렬 저항이 32.5㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%로서 만족하였다.
이들 샘플들의 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할 때와같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 3)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Ag 금속선, 우레탄 및 SnO2를 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1A도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 금속선(101)을 은으로 형성하고, 1차 입자의 평균 입자가 0.2㎛인 Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd.에서 제조한 SnO2분체를 코팅층(102)을 형성하는 전도성 입자로서 사용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하게 제조하였다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 1.0Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다. 제1 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1 실시예에서와 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며 평균적으로 변환 효율이 9.1% ±0.06%, 션트 저항이 250 내지 400kΩ㎠, 직렬 저항이 32.9㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92%로서 만족하였다.
이들 샘플들에 대한 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할때와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.5% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 4)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Au 금속선, 폴리아미드 및 In2O3을 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1A도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 금속선(101)을 금으로 형성하고, 코팅층(102)을 형성하는 페이스트를 주로 형성하는 중합체 수지로서 Mitsubishi Chemical Industries Ltd.에서 제조한 폴리아미드 수지와, 전도성 입자로서 1차 입자의 평균 지름이 0.05㎛인 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.에서 제조한 In2O3을 사용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하게 제조하였다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 1.5Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다. 이 전도성 접착제의 구멍 체적은 0.04 l/g이었으며 중합체 수지의 평균 분자량은 10000이었다.
제1 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1실시예에서 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며 평균적으로 변환 효율이 9.2% ±0.01%, 션트 저항이 400 내지 500kΩ㎠, 직렬 저항이 32.3㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 90%로서 만족하였다.
이들 샘플들에 대해 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할때와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 5)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 은 클래드, 우레탄 및 카본 블랙을 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1B도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복 배선은, 전도성 접착제와의 접착성 및 전기 접속을 향상시키기 위해 2㎛ 두께의 은-클래드 금속층(103)을 구리선(101) 상에 형성시켜 제조한 지름 100㎛의 은-클래드 구리선을 사용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 같이 제조하였다.
코팅층(102)에 대해 전도성 접착제 형성시키기 위한 페이스트는 다음과 같이 제조된다. 우선, 용매로서 에틸 아세테이트 2.5g과 IPA 2.5g을 함유한 혼합 용액을 분산시키기 위해 진탕기에 넣는다. 다음에, 주 물질인 우레탄 수지 22.0g을 상기 진탕기에 첨가시켜 볼 밀에 의해 충분히 섞는다. 다음에, 경화제로서, 블럭 이소시아네이트 1.1g과 분산을 위한 유리 비드 10g을 상기 용액에 첨가시킨다. 그리고, 전도성 입자로서 1차 입자의 평균 지름이 0.05㎛인 카본 블랙 2.5g을 상기 용액에첨가시킨다.
상기 물질이 넣어진 진탕기를 10시간 동안 Toyo Precision Mechanical Equiment에서 제조한 페인트 진탕기에 분산시킨다. 그 후에, 제조한 페이스트에서 분산용 유리 비트를 제거시킨다. 페이스트의 평균 입자 지름을 측정하였으며 측정된 값은 약 1㎛이었다. 페인트 진탕기 대신 비드 밀을 사용하여도 동일한 결과가 얻어진다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 0.6Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다.
다음에, 후술될 제4도에서 도시된 수직형 금속선 코팅 기계(400)를 사용하여 코팅층(403)을 형성한다.
은-클래드층(103) 상에 제1 실시예와 같이 층(102)을 코팅하여 컬렉터 전극 (100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1 실시예에서와 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며, 평균적으로 변환 효율이 9.7% ±0.03%, 션트 저항이 300 내지 400kΩ㎠, 직렬 저항이 31.5㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 90%로서 만족하였다.
이들 샘플들의 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할 때와같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 1.5% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 6)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 은 클래드, 페녹시 및 ZnO를 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1B도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 코팅층(102)을 형성하는 페이스트를 주로 구성하는 중합체 수지로서 PKHH Tomo Industries에서 제조한 페녹시 수지를 사용하고 전도성 입자로서 1차 입자의 평균 지름이 0.1㎛인 Mitsui Mining and Smelting Co. Ltd.에서 제조한 ZnO 분체를 사용한 것을 제외하고 제5 실시예와 동일하게 제조한다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 1.3Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다. 이 전도성 접착제의 구멍 체적은 0.01ml/g이었으며 겔 비는 100%이었다. 중합체 수지의 평균 분자량은 25000이었다.
제5 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1 실시예에서 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며평균적으로 변환 효율이 9.6% ±0.02%, 션트 저항이 310 내지 390kΩ㎠, 직렬 저항이 32.4㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%로서 만족하였다.
이들 샘플들의 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할 때와같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 7)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 은 클래드, 페녹시 및 ZnO+Al을 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1B도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 전도성 입자의 접착 저항을 낮게하기 위해 도펀트로서 알루미늄을 ZnO에 첨가시킴으로써 제조한 ZnO 분체를 사용한 것을 제외하고 제5 실시예와 동일하게 제조한다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 0.9Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다.
제5 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1 실시예에서 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며 평균적으로 변환 효율이 9.6% ±0.09%, 션트 저항이 400 내지 500kΩ㎠, 직렬 저항이 31.5㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92%로서 만족하였다.
이들 샘플들의 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할 때와같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 8)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 은 도금재, 우레탄 및 TiO2를 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1B도에서 도시된 된 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 구리선(101) 상의 금속층(103)을 제5 실시예에 따른 은 클래드에서 은 도금재로 바꾸었으며 전도성 접착제로서 1차 입자의 평균 지름 0.2㎛인 Ishihara Sangyo Kaisha에서 제조한 TiO2를 사용한 것을 제외하고는 제5 실시예와 같이 제조하였다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 160℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 1.1Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다. 제5 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다.
제1 실시예에서 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며 평균적으로 변환 효율이 9.5% ±0.01%, 션트 저항이 400 내지 500kΩ㎠, 직렬 저항이 31.6㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92%로서 만족하였다.
이들 샘플들에 대해 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할때와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.3% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 9)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 주석 금속재, 폴리아미드 및 흑연을 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1B도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 구리선(101) 상의 금속층(103)을 제5 실시예에 따른 은 클래드에서 주석 도금재로 바꾸고, 페이스트를 주로 구성하는 중합체 수지로서 Mitsubisbi Chemical Industries Ltd.에서 제조한 폴리아미드 이미드 수지를 사용하고 전도성 입자를 Tokai Carbon에서 제조한 흑연으로 바꾼 것을 제외하고는 제5 실시예와 동일하게 제조하였다.
상술한 페이스트는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 180℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 측정된 값이 2.0Ω㎠이므로 충분히 낮은 것이 증명되었다. 이 전도성 접착제의 구멍의 체적은 0.01ml/g이었으며, 중합체 수지의 평균 분자량은 25000이었다.
제5 실시예와 같이 금속선을 코팅하여 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 제1 실시예에서 같은 동일한 방법에 의해 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였으며 평균적으로 변환 효율이 9.3% ±0.09%, 션트 저항이 400 내지 500kΩ㎠, 직렬 저항이 33.6㎠이었으므로 만족할만한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%로서 만족하였다.
이들 샘플들의 신뢰성 테스트는 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트의 완료 후 샘플들의 태양 전지 특성들을 초기값을 측정할 때와같이 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 측정된 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.9% 낮았으나 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증된다.
(실시예 10)
이 실시예를 참조해 보면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 금속선, 은 페이스트, 우레탄 및 카본 블랙을 구비하는 경우에 대해 기술하고자 한다.
이 실시예에서, 제1B도에서 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(100)용 피복배선은, 구리선(101) 상의 금속층(103)을 제5 실시예에 따른 은 클래드에서 Du Pont에서 제조한 은 페이스트 5007로 바꾼 것을 제외하고 제5실시예와 같이 제조하였다.
상기 금속층(103)에서 사용된 페이스트로서는, 은 입자가 에폭시 수지에 분산되어 있는 페이스트를 사용한다.
상술한 페이스트를 상기 경화제의 표준 경화 조건인 30분간 150℃의 온도에서 경화시킨 후 그 체적 비저항을 측정하였으며, 그 체적 비저항은 5 × 10-5Ω㎠로서 충분히 낮았다.
다음에, 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 최내각 층으로부터 순차로 Cu 금속선 상에 코팅되는 상기 은 페이스트를 함유한 금속층(302)은 다음과 같이 구성된다.
우선, Cu 금속선(302)이 감겨지는 릴을 방출 릴(301) 상에 설치되고 상기 Cu금속선을 권취 릴(310)쪽으로 스트레치시킨다. 다음에, 상기 은 페이스트 5007을 코우터에 주입시킨다.
Cu 금속선의 권취 속도는 40m/분, 경화 시간은 2초, 건조로의 온도는 200℃ 에나멜 코팅을 위해 사용된 다이의 지름은 160㎛일 것이다. 금속선에 도포된 페이스트 5007이 경호되어지는 상기 조건들은 실험 결과에 의해 정해진다. 형성된 금속층(103)의 두께는 평균 5㎛이었으며 길이 100m의 금속선을 코팅하였을 때 박막의 두께의 변동은 ±0.2㎛ 이내이었다.
다음에, 우레탄 수지를 함유하는 카본 페이스트 코팅층(102)을 제5 실시예의 것과 동일하게 형성하였다.
코팅층(102)의 두께는 평균 20㎛이었으며 길이 100m의 금속선을 코팅하였을때의 박막 두께의 변동은 ±1㎛ 이내이었다.
다음에, 컬렉터 전극용 피복 배선으로서 상기 금속선을 사용하여 제1 실시예와 동일하게 구성되고 제8A도에서 도시된 50개의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
얻어진 샘플의 초기 특성을 제1 실시예에서와 같은 방법으로 측정하였다. 우선, 션트 저항을 측정하였으며 측정값이 150 내지 200kΩ㎠로서 만족스러운 값을 얻을 수 있었다. 다음에, 상기 태양 전지의 특성을 측정하였으며, 이러한 태양 전지가 만족스러운 특성을 가졌으며 이러한 특성들은 평균적으로 변환 효율이 9.2% ±0.05%, 직렬 저항이 31.8Ω㎠로서 거의 변화가 없었음이 증명되었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 88%로서 만족스러웠다.
이들 샘플들에 대한 신뢰성 테스트를 제1 실시예에서와 통일한 방법으로 행하였다. 다음에, 테스트를 완료한 후 샘플의 태양 전지 특성들을 초기값의 측정시와 동일하게 시뮬레이터를 사용하여 측정하였으며, 변환 효율은 초기 변환 효율 이하인 평균 2.1%이지만 상당한 정도의 저하는 나타나지 않았다.
다음에, 컬렉터 전극용 피복 배선으로서 은을 사용하였으므로 은의 이동 가능성을 검사하기 위해 온도 +85℃와 상대 습도 85%인 환경하에서 낮은 광도로 태양 전지 모듈을 조사시킨 테스트를 100시간 동안 연속하였다.
다음에, 상기 테스트를 마친 후 이러한 샘플의 션트 저항을 제1 실시예와 같은 방법으로 측정한 결과, 측정값은 130 내지 160kΩ㎠이었으며 상당한 정도의 저하는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과에 의해, 본 발명에 따른 전도성 접착제를 코팅한 금속선을 컬렉터 전극용 피복 배선으로서 사용한 태양 전지가 우수한 특성과 고신뢰성을 갖는다는 것이 입증되었다.
(실시예 11)
이 실시예에 있어서, 비정질 태양 전지(400)은 제4A도에 도시된 Si 층으로만 구성된 단일형으로 구성된 점과, 반도체층을 형성하는데 고주파(RF) 플라즈마 CVD가 사용된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 충분히 탈지되고 세정된 SUS430BA 기판(401)이 도시되지 않은 DC 스퍼터링 장치에 배치되고, 막이 400 nm 두개로 될 째까지 Ag가 침착된 다음, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 ZnO가 침착되어, 하부 전극(402)를 형성한다. 기판이 스퍼터링 장치에서 꺼내져, 도시되지 않은 RF 플라즈마 CVD 막 형성 시스템에 배치되고, 실리콘 반도체층이 n층(403), i층(404) 및 p층(405)의 순으로 형성된다. 그 다음, 기판은 도시되지 않은 저항 가열 침착 시스템에 배치되고, In2O3막은 반사방지 효과도 갖고 있는 기능을 구비한 투명 전도막(506)으로서 형성된다. 다음에, 50개의 태양 전지 모듈은 제1 실시예와 동일한 방법으로 상술된 컬렉터 전극(100)용 피복배선을 사용하여 생성되었다. 이때, 상술된 피복 도선(100)이 5.5mm 간격을 두고 사용되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 5.2%, 션트 저항이 150 내지 320 kΩ㎠, 직렬 저항이 9.5 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 90%이었기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.4% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 12)
이 실시예에 있어서, 비정질 태양 전지(400)은 제4B도에 도시된 2개의 Si 층으로 구성된 이중형으로 구성된 점과, 반도체층을 형성하는데 RF 플라즈마 CVD가 사용된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 충분히 탈지되고 세정된 SUS430BA 기판(401)이 도시되지 않은 DC 스퍼터링 장치에 배치되고, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 Ag가 침착된 다음, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 ZuO가 침착되어, 하부 전극(402)를 형성한다. 기판이 스퍼터링 장치에서 꺼내져, 도시되지 않은 RF 플라즈마 CVD 막 형성 시스템에 배치되고, 실리콘 층의 하부층이 n층(403), i층(404) 및 p층(405)의 순으로 형성된다. 다음에, 이와 유사하게 실리콘 층의 상부층은 n층(413), i층(414) 및 p층(415)의 순으로 연속적으로 형성되고, 그 결과 실리콘 반도체층이 침착된다. 그 다음, 기판은 도시되지 앉은 저항 가열 침착 시스템에 배치되고, In2O3막은 반사방지 효과도 갖고 있는 기능을 구비한 투명 전도막(406)으로서 형성된다.
다음에, 50개의 태양 전지 모듈은 제1 실시예와 동일한 방법으로 상술된 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다. 이때, 상술된 피복 도선(100)이 5.5 mm 간격을 두고 사용되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 7.5% ±0.01%, 션트 저항이 400 내지 500 kΩ㎠, 직렬 저항이 23.1 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%이었기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 1.9% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 13)
이 실시예에 있어서, 비정질 태양 전지(400)은 제6도에 도시된 Si 층과 SiGe층으로 구성된 이중형으로 구성된 점과, 반도체층을 형성하는데 RF 플라즈마 CVD가 사용된 점과, 실리콘 게르마늄 반도체층이 하부층의 i층으로 사용된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 충분히 탈지되고 세정된 SUS430BA 기판(401)이 도시되지 않은 DC 스퍼터링 장치에 배치되고, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 Ag가 침착된 다음, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 ZnO가 침착되어, 하부 전극(402)를 형성한다. 기판이 스퍼터링 장치에서 꺼내져, 도시되지 않은 마이크로파 플라즈마 CVD 막 형성 시스템에 배치되고, 하부층이 n층(403)용의 실리콘층, i층(404)용의 실리콘 게르마늄층 및 p층(405)용의 실리콘층의 순으로 형성된다. 다음에, 이와 유사하게 실리콘 층의 상부층은 n층(413), i층(414) 및 p층(415)의 순으로 연속적으로 형성되고, 그 결과 실리콘 반도체층이 침착된다. 그 다음, 기판은 도시되지 않은 저항 가열 침착 시스템에 배치되고, In2O3막은 반사방지 효과도 갖고 있는 기능을 구비한 투명 전도막 (406)으로서 형성된다.
다음에, 50개의 태양 전지 모듈은 제1 실시예와 동일한 방법으로 상술된 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다. 이때, 상술된 피복 도선(100)이 5.5 mm 간격을 두고 사용되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 77% ±0.02%, 션트 저항이 400 내지 500 kΩ㎠ 직렬 저항이 20 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92%이었기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시물레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.0% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 14)
이 실시예에 있어서, 비정질 태양 전지(400)은 제4C도에 도시된 SiC층, Si 층및 SiGe 층으로 구성된 삼중형으로 구성된 점과, 반도체층을 형성하는데 RF 플라즈마 CVD가 사용된 점과, 실리콘 게르마늄 반도체층이 하부층의 i층으로 사용된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 충분히 탈지되고 세정된 SUS430BA 기판(401)이 도시되지 않은 DC 스퍼터링 장치에 배치되고,막이 400 nm두께로 될 때까지 Ag가 침착된 다음, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 ZnO가 침착되어, 하부 전극(402)를 형성한다. 기판이 스퍼터링 장치에서 꺼내져, 도시되지 않은 마이크로파 플라즈마 CVD막 형성 시스템에 배치되고, 하부층이 n층(403)용의 실리콘층, i층(404)용의 실리콘 게르마늄층 및 p층 (405)용의 실리콘층의 순으로 형성된다. 다음에, 이와 유사하게 실리콘 층의 중간층은 n층(413), i층(414) 및 p층(415)의 순서로 연속적으로 형성되고, 상부층은 n층(423)용의 실리콘 층, i층(404)용의 실리콘-C 층 및 p층(405)용의 실리콘층의 순으로 형성되고, 그 결과 반도체층이 침착된다. 그 다음, 기판은 도시되지 않은 저항 가열침착 시스템에 배치되고, In2O3막은 반사방지 효과도 갖고 있는 기능을 구비한 투명 전도막(406)으로서 형성된다.
다음에, 50개의 태양 전지 모듈은 제1 실시예와 통일한 방법으로 상술된 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 9.5% ±0.06%, 션트 저항이 260 내지 330 kΩ㎠, 직렬 저항이 33.7 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92%이었기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.4% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 15)
이 실시예에 있어서, 단결정 태양 전지(500)은 제5도에 도시된 단결정 태양전지(단결정 Si)로 구성된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 원자가 전자(valence electron)가 초크랄스키(Czochralski) 프로세스로 제어되어 p형이 되는 실리콘 단결정이 생성되고, 단결정이 슬라이스되어, 약 300 ㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼(500)이 생성된다. 또한, n+형 층(501)은 상술된 웨이퍼 상에 P2O5를 인가함으로써 확산 공정시에 형성된다. 다음에, 은 페이스트가 도시되지 않은 스크린 프린팅 기계에 의해 p층(500)의 배면 상에 프린트되고, 가열되며 소성되어, 그 결과 하부 전극(502)가 형성된다. 다음에, 제1 실시예에서 사용된 상술된 컬렉터 전극(100)용 피복 배선이 상술된 방법에 의해 광 조사면측 상의 n+형 층(501)상에 형성된다. 그 다음, SiO2막(504)가 스퍼터링법에 의해 반사 방지막으로서 형성된다. 다음에, 제1 실시예와 동일한 방법으로 제8B도에 도시된 50개의 태양 전지모듈이 생성되었다. 이때, 상술된 피복 도선(100)이 8.5 mm 간격을 두고 사용되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 15.8% ±0.09%, 션트 저항이 500 내지 760 kΩ㎠, 직렬 저항이 2.8 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 98%이먼기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해겼다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 1.9% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 16)
이 실시예에 있어서, 다결정 태양 전지(600)은 제6도에 도시된 다결정 태양전지(다결정 Si)로 구성된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 다결정 주괴(ingot)이 캐스팅 공정에 의해 생성되고, 다결정이 슬라이스 되어, n+형 층(601)이 상술된 웨이퍼 상에 P2O5를 인가함으로써 확산 공정시에 상기 얻어진 다결정 실리콘 웨이퍼(600) 상에 형성된다. 다음에, 은 페이스트가 도시되지 않은 스크린 프린팅 기계에 의해 p층(600)의 배면 상에 프린트되고, 가열되며 소성되어, 그 결과 하부 전극(602)가 형성된다. 다음에, 제1 실시예에서 사용된 상술된 컬렉터 전극(100)용 피복 배선이 상술된 방법에 의해 광 조사면측 상의 n+형 층(601)상에 형성된다. 그 다음, SiO2막(604)가 스퍼터링법에 의해 반사방지막으로서 형성된다. 다음에, 제1 실시예와 동일한 방법으로 제8B도에 도시된 50개의 태양 전지모듈이 생성되었다. 이때, 상술된 피복 도선(100)이 8 mm 간격을 두고 사용되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 13.8% ±0.01%, 션트 저항이 450 내지 650 kΩ㎠, 직렬 저항이 2.6 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%이었기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 17)
이 실시예에 있어서, 박막 다결정 태양 전지(600)은 제7도에 도시된 박막 다결정 태양 전지(박막 다결정 Si)로 구성된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 방법으로 다음 절차에 따라 제조된다.
먼저, 충분히 탈지되고 세정된 금속 Si 기판(701)이 도시되지 않은 마이크로파 플라즈마 CVD 막 형성 시스템에 배치되어 n층(702)를 형성한다. 다음에, 이 기판은 도시되지 않은 가열로(heating furnace)에 배치되어 n층(702)를 다결정화시킨다. 그 다음, 기판은 도시되지 않은 마이크로파 플라즈마 CVD 막 형성 시스템에 배치되어 p층(703)을 형성한다. 또한, 기판은 도시되지 않은 스퍼터링 장치에 배치되고, ITO 막은 반사방지 효과도 갖고 있는 기능을 구비한 투명 전도막(704)로서 형성된다. 다음에, 컬렉터 전극(705)는 제1 실시예와 동일한 방법으로 상술된 투명 전도막(704) 상에 형성되고, 제8B도에 도시된 50개의 태양 전지 모듈이 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1 실시예와 동일한 방법으로 측정되었고, 평균적으로 변환 효율이 12.5% ±0.01%, 션트 저항이 400 내지 510 kΩ㎠, 직렬 저항이 20 Ω㎠이었기 때문에 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92%이었기 때문에 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1실시예와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.1% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생되지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 18)
이 실시예는 전도성 접착제의 비저항이 0.005 내지 200 Ωcm범위 내에서 변하는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 전도성 접착제의 비저항을 변화시키는 방법으로서, 전도성 피복 물질 내의 전도성 입자와 중합체 수지의 혼합비(중량)를 5:95, 10:90, 20:80, 80:20, 90:10, 95:5중 어느 하나의 비로 변화시켰다.
이 실시예는 그밖의 방법에서는 제1 실시예와 유사하다.
제4C도에 도시된 10개의 3중 셀은 이들 전도성 접착제가 사용되어 유사하게 평가되었다는 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 절차에 따라 생성되었다. 표1은 그 결과를 나타낸다.
[표 1]
표 1은 피복층(102)의 비저항을 0.01 Ωcm 이상으로 설정함으로써 초기 션팅이 제어될 수 있어서 더욱 안정한 변환 효율이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다.표1은 또한 비저항을 100 Ωcm 이하로 설정함으로써 직렬 저항이 감소될 수 있어서 높은 변환 효율이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 표1은 신뢰성 시험 후의 직렬 저항의 증가 및 변환 효율의 저하가 감소될 수 있어서 본 발명에 따른 컬렉터전극을 사용하는 태양 전지가 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 19)
이 실시예는 전도성 접착제의 가열 가압 접합 온도가 50 내지 300 ℃범위에서 변한다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 가열 가압 접합하기 위한 온도로서, 4가지 다른 온도 100, 160, 200 및 250 ℃에서 측정이 행해졌다. 사용된 블럭 이소시아니트는 제1 실시예에서와 유사하고, 이것의 해리온도는 150 ℃이다.
그밖의 방법에서는 이 실시예는 제1 실시예와 유사하다.
제4도에 도시된 10개의 삼중 셀은 가열 가압 접합 온도가 이들 온도로 설정된 점을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 절차에 따라 생성되어 유사하게 평가되었다. 표2는 그 결과를 나타낸다.
[표 2]
표 2는 가열 가압 접합 온도를 피복층 수지의 해리 온도 또는 그 이상으로 설정함으로써 직렬 저항이 감소될 수 있어서 높은 변환 효율이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 표2는 또한 신뢰성 시험 후의 직렬 저항의 증가 및 변환 효율의 저하가 감소될 수 있어서 본 발명에 따른 컬렉터 전극을 갖는 태양 전지가 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 20)
이 실시예는 전도성 접착제의 가열 가압 접합 시간이 10초 내지 60초 범위에서 변한다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 가열가압 접합하기 위한 시간으로서, 4가지 다른 시간 10초, 20초, 45초 및 60초가 설정되었다. 이러한 조건 하에서 전도성 접착제의 경화 계수를 검사하기 위해, 침지 전후에 용제 내로 용리된 양이 측정되었고, 그 결과 겔 비는 각각 5%, 15%, 80% 및 100%이었다. 사용된 블럭 이소시아니트는 제1 실시예에서와 유사하고, 이것의 해리온도는 150 ℃이다.
그밖의 방법에서는 이 실시예는 제1 실시예와 유사하다.
제4A도 내지 제4C도에 도시된 10개의 삼중 셀은 가열 가압 접합 온도로서 상술된 온도가 설정된 점을 제외하고는 제1실시예와 동일한 절차에 따라 생성되어 유사하게 평가되었다. 표3은 그 결과를 나타낸다.
[표 3]
표 3은 직렬 저항이 감소될 수 있고, 가열 가압 접합 시간을 조절하여 피복층 수지의 겔 비를 20% 이상으로 설정함으로써 녹은 변환 효율이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 표3은 또한 신뢰성 시험 후의 직렬 저항의 증가 및 변환 효율의 저하가 감소될 수 있고 본 발명에 따른 컬렉터 전극을 사용하는 태양 전지가 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 21)
이 실시예에서는 전도성 접착제에 인가된 경화제의 양이 측정되었다. 컬렉터 전극(100)용 피복 배선의 피복층에 주로 사용된 우레탄 수지와, 경화제에 사용된 블럭 이소시아니트의 중량비를 100:1, 50:1, 20:1 및 10:1로 변화시켰다. 이때, 전도성 접착제의 겔 비는 각각 5%, 15%, 85% 및 100%이었다. 사용된 블럭 이소시아니트는 제1 실시예와 유사하고 이것의 해리 온도는 150 ℃이다.
그밖의 방법에 있어서는 이 실시예는 제1 실시예와 유사하다.
제4A도 내지 제4C도에 도시된 10개의 삼중 셀은 제1 실시예와 동일한 절차에 따라 생성되어 유사하게 평가되었다. 표4는 그 결과를 나타낸다.
[표 4]
표 4는 직렬 저항이 감소될 수 있고, 경화제 양을 조절하여 피복층 수지의 겔 비를 20% 이상으로 설정함으로써 높은 변환 효율이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 표4는 또한 신뢰성 시험 후의 직렬 저항의 증가 및 변환 효율의 저하가 감소될 수 있어서 본 발명에 따른 컬렉터 전극을 갖는 태양 전지가 녹은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 22)
이 실시예와 관련해서는 컬렌터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 카본 블랙, 우레탄으로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예에 있어서, 제2A도에 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(200)용 피복 배선은 다음 절차에 따라 생성된다.
금속 도선(201)로서, 지름이 100 ㎛인 구리 도선이 사용된다.
제1층(202)의 전도성 접착제를 형성하는 카본 페이스트 No.1은 다음 절차에 따라 생성된다. 먼저, 용제로서 BCA 2.5g과 크실렌 2.5g의 혼합 용제가 분산용 셰이커(shaker)에 놓인다. 다음에, 주재료인 우레탄 수지 22.0g이 상술된 셰이커에서 첨가되어, 볼 밀(ball mill)로 충분히 뒤섞인다. 다음에, 경화제로서 블럭 이소시아니트 1.1g과 분산용 글래스 비드 10g이 상술된 용제에 첨가된다.
다음에, 평균 일차 입자 지름이 0.05 ㎛인 카본 블랙 2.5g이 전도성 입자로서 상술된 용액에 첨가된다.
상술된 재료가 배치된 셰이커는 10시간동안 Toyo Precision Mechanical Equipment에 의해 제조된 페인트 셰이커로 분산된다. 그 다음, 분산용 글래스 비드는 생성된 페이스트로부터 제거된다. 페이스트의 평균 입자 지름이 측정되었고, 측정된 값은 대략 1 ㎛이었다. 페인트 셰이커 대신에 비드가 사용된 경우에도 또한 유사한 결과가 얻어졌다.
상술된 페이스트 No.1은 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃ 온도에서30분동안 경화되었고, 그 다음 체적 비저항이 측정되었고, 측정치가 1.0 Ω㎠이었기 때문에 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다. 이 전도성 접착제의 홀의 체적은 0.01 ml/g이었고, 겔 비는 100%이었다. 중합체 수지의 평균 분자량은 1전이었다.
다음에, 제2층(203)의 전도성 접착제를 형성하는 카본 페이스트 No.2가 다음절차에 따라 생성된다. 먼저, 용제로서 시클로헥사논 2.5g이 분산용 셰이커에 배치된다.
다음에, 주재료인 우레탄 수지 22.0g과 펜옥시 수지 2.0g이 상술된 셰이커에 첨가되어 볼 밀로 충분히 뒤섞인다. 다음에, 경화제로서, 블럭 이소시아니트 1.1g과 분산용 글래스 비드 10g이 상술된 용액에 첨가된다. 다음에, 평균 일차 입자 지름이 0.05 ㎛인 카본 블랙 2.5g이 전도성 입자로서 상술된 용액에 첨가된다. 이것은 페이스트 No.1의 경우에서와 동일한 방법으로 분산된다.
상술된 페이스트 No.2는 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃의 온도에서 30분동안 경화되었고, 그 다음 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 0.5 Ωcm이었기 때문에 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
다음에, 제1층(202)와 제2층(203)이 제3도에 도시된 수직형 도선 피복기 (300)을 사용하여 상술된 순서로 연속적으로 다음과 같이 형성되었다.
먼저, 금속 도선(307)이 감겨진 릴은 딜리버리 릴(301) 상에 설정되고, 상술된 금속 도선은 테이크-업 릴(310)에 스트레치된다. 다음에, 상술된 페이스트 No.1은 피복기 내로 유입된다.
금속 도선의 테이크-업 속도는 40 m/min.이었고, 잔류 시간은 2초였으며, 건조로(306)의 온도는 350℃이었고, 금속 도선은 5번 피복되었다. 후속적으로 지름이 110 내지 200 ㎛인 에나멜 코팅용 다이가 사용되었다. 페이스트 No.1은 상술된 조건에서 충분히 경화되었고, 페이스트 용제에 대한 접착력과 저항은 만족스러웠다. 제1층(202)의 두께는 평균 5 ㎛이먼고, 100 m 길이의 도선이 피복되었을 때의 막 두께의 변동은 ±1 ㎛ 이내였다.
다음에, 페이스트 No.2로 이루어진 제2층(203)은 후술되는 점을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 형성된다.
상술된 제1층(202)가 피복되어 있는 도선이 감겨진 릴(310)은 딜리버리 릴(301) 상에 설정되고, 상술된 도선은 테이크-업 릴(310)에 스트레치된다. 다음에, 상술된 카본 페이스트 No.2가 피복기 내로 유입된다.
도선의 테이크-업 속도는 40 m/min.이었고, 건조 시간은 2초였으며, 건조로 (306)의 온도는 120℃이었고, 도선은 5번 피복되었다. 지름이 150 내지 200 ㎛인 에나멜 코팅용 다이가 사용되었다. 상술된 도선에 인가된 페이스트 No.2는 이것의 용제가 휘발된 상태에서 아직 경화되지 않았다. 제2층(203)의 두께는 평균 20 ㎛이었고, 100 m 길이의 도선이 피복되었을 때의 막 두께의 변동은 ±0.5 ㎛ 이내였다.
다음에, 본 발명에 따른 한 실시예에 있어서, 그리드 길이가 30 cm인 그리드전극을 갖추고 있는 제4A도 내지 제4C도에 도시된 층들의 구성를 갖는 핀접합 삼중 비정질 태양 전지(400)이 생성된다.
먼저, 충분히 탈지되고 세정된 SUS430BA 기판(401)이 도시되지 않은 DC 스퍼터링 장치에 배치되고, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 Ag가 침착된 다음, 막이 400 nm 두께로 될 때까지 ZnO가 침착되어, 하부 전극(402)를 형성한다. 기판이 스퍼터링 장치에서 꺼내져, 도시되지 않은 마이크로파 플라즈마 CVD 막 형성 시스템에 배치되고, 하부층이 n층(403)용의 실리콘층, i층(404)용의 실리콘 게르마늄 층 및 p층(405)용의 실리콘층의 순으로 형성된다. 그 다음, 이와 유사하게 중간층이 후속적으로 n층(413)용의 실리콘층, i층(414)용의 실리콘 게르마늄층 및 p층(415)용의 실리콘층의 순으로 형성되고, 실리콘층의 상부층이 n층(423), i층(424) 및 p층의 순으로 형성되며, 그 결과 반도체층이 침착된다. 그 다음, 반도체층은 도시되지 않은 저항가열 침착 시스템에 배치되고, ITO 막은 반사방지 효과도 갖고 있는 기능을 구비한 투명 전도막(506)으로서 형성된다. 다음에, 철 클로라이드로 주로 이루어지는 에칭 페이스트, 및 마켓 상의 프린팅 기계를 이용하여 불필요한 투명 전도막이 제거되므로, 태양 전지 기판(401)의 크기는 30 × 30 cm이고, 셀의 유효 면적은 900 ㎠이다.
다음에, 경질 구리 양극(802) 및 음극(803)이 유효 면적의 외측에 제공되고, 컬렉터 전극(804)로서 상술된 피복 도선(100)이 7 mm 간격으로 양극(802)들 사이에서 스트레치되므로, 도선이 유효 면적 내에 포함되어 자외선 경화 접착제를 사용하여 고정된다.
다음에, 상술된 컬렉터 전극(804)는 태양 전지 기판(401)의 셀 면 상에 컬렉터 전극을 고정해 놓기 위하여 도시되지 않은 히터를 사용하여 가열되어 크림프되고, 그 결과 제8A도에 도시된 30 × 30 크기의 삼중 셀이 생성된다. 컬렉터 전극은1 kg/㎠의 압력하에서 45초동안 200℃의 온도로 가열된다.
다음에, 이 샘플은 다음 절차에 따라 봉입된다. 크뢴카이트(Kroehnkite) 글래스 및 EVA는 태양 전지 기판(801)의 상부면 및 배면 상에 적층되고, 플루오르수지 막 ETFE는 상부면 및 배면 상에 적층되며, 기판은 진공 라미네이터에 배치되어 적층을 위해 1시간동안 150℃의 온도에 놓여진다.
50개의 태양 전지 모듈이 동일한 방법에 의해 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 다음 절차에 따라 측정되었다. 먼저, 오프 상태에서의 샘플의 볼트-암페어 특성이 측정되었고, 원점 부근의 기울기에서의 션트 저항이 200 내지 500 kΩ㎠이었고, 이것은 만족스러운 값이었다. 다음에, 태양 전지 특성은 AM 1.5 전역의 일광 스펙트럼과 100 mW/㎠의 광량을 갖는 의사 (pseudo) 일광 광원(이후 시뮬레이터라 함)을 사용하여 측정되었고, 이것의 변환 효율은 만족스러웠으며, 측정치가 9.6% ±0.02%이었기 때문에 분산이 거의 없었다. 직렬 저항은 평균 32.0 Ω㎠이었고 만족스러웠다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 98%이었고 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 실행되었다. 다음에, 시험이 끝난 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정에서와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생하지 앉았다.
또한, 이들 샘플의 내습성과 손실 계수를 검사하기 위해, 다음과 같이 신뢰성 시험이 행해졌다. 먼저, 샘플은 윈도우를 통해 광이 전달될 수 있고 온도와 습도를 제어할 수 있는 일정한 온도와 습도의 오븐에 배치되었고, +85℃의 온도와 85%의 상대 습도에 놓여졌다. 오븐의 온도와 습도가 충분히 균형이 맞추어졌을 때, AM 1.5 전역의 일광 스펙트럼을 갖는 100 mW/㎠의 광량이 윈도우의 외측에 설치된 시뮬레이터에 의해 조사되었다.
다음에, 신뢰성 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시 와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생하지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 전도성 접착제가 피복되는 금속 도선을 컬렉터 전극으로서 사용하는 태양 전지가 우수한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(비교예 2)
이 비교예와 관련해서는 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, Ag 및 폴리에스테르로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
비교를 위해, Du Pout사에 의해 제조된 은 입자를 포함하는 페이스트 5007이 도선 상에 피복되어 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 형성하였다. 이 전도성 접착제의 홀의 체적은 0.1 ml/g이었다. 50개의 태양 전지 모듈이 제1실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터 전극(100)용 피긴 배선을 사용하이 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성이 측정되었고, 변환 효율은 7.5% ±1.8%이었고, 이 값들의 변동은 컸다. 이것의 션트 저항은 평균 1.8 kΩ㎠이었고, 이 값들의 변동은 컸다. 이것의 직렬 저항은 평균 32.0 Ω㎠1이었다. I-V곡선이 정상인샘플의 수율은 54%이었기 때문에 낮았다.
션트 저항이 정상인 샘플은 이들 샘플들 중에서 선택되었고, 내습성과 손실의 신뢰성 시험은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 이것의 변환 효율은 초기 변환 효율보다 20% 더 낮았으며, 션트 저항은 초기 션트 저항치의 절반보다 더 작았다.
(실시예 23)
이 실시예와 관련해서는, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 카본 블랙과 에폭시, 및 카본 블랙과 부티랄로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예는 Epicoat Petrochemical Shell Epoxy에 의해 제조된 에폭시 수지가 본 발명에 따른 제2A도에 도시된 컬렉터 전극(200)용 피복 배선용의 전도성 접착제를 형성하기 위해 페이스트 No.1을 주로 구성하는 중합체 수지로서 사용된 점과, Eslec BL-S Sekisui Chemical에 의해 제조된 부티탈 수지가 페이스트 No.2를 주로 구성하는 중합체 수지로서 사용된 점을 제외하고는 제22 실시예와 유사하다.
이 페이스트 No.1의 홀의 체적은 0.01 ml/g이었고, 겔 비는 100%이었다. 중합체 수지의 평균 분자량은 1천이었다.
상술된 페이스트 No.1은 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃의 온도에서 30분 동안 경화되었고, 이때 이것의 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 2.1Ωcm이었기 때문에 이것의 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
도선은 제22 실시예에서와 같이 피복되어 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을형성하였다. 50개의 태양 전지 모듈은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터전극(200)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 이것의 변환 효율은 9.4% ±0.06%이었고, 션트 저항은 400 내지 500 kΩ2㎠이었으며, 직렬 저항은 32.2 Ω㎠이었고, 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 96%이었고 만족스러웠다. 이들 샘플의 신뢰성 시험은 제22 실시예에서와 같이 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 이것의 변환 효율은 초기 변화 효율보다 평균 2.6% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생하지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 만족스러운 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 24)
이 실시예와 관련해서는, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Ag 도선, 카본 블랙과 우레탄, 및 ITO와 우레탄으로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예는 은 도선이 본 발명에 따른 제2A도에 도시된 컬렉터 전극(200)용 피복 배선용의 금속 도선(201)로서 사용된 점과, 평균 일차 입자 지름이 0.5 ㎛인 HYX Sumitomo Metal Mining에 의해 제조된 ITO 파워가 전도성 접착제를 형성하기 위한 페이스트 No.2의 전도성 입자로서 사용된 점을 제외하고는 제22 실시예와 유사하다.
상술된 페이스트 No.2는 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃의 온도에서 30분동안 경화되었고, 이것의 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 1.0 Ωcm이었기 때문에 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
도선은 제22 실시예에서와 같이 피복되어 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하였다. 50개의 태양 전지 모듈은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터전극(200)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 이것의 변환 효율은 9.5% ±0.07%이었고, 션트 저항은 300 내지 500 kΩ㎠이었으며, 직렬 저항은 평균 32.5 Ω㎠이었고, 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%이었고 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제22 실시예에서와 같이 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2.3% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생하지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 만족스러운 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 25)
이 실시예와 관련해서는, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Ag 도선, 흑연과 우레탄, 및 SnO2와 우레탄으로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예는 금 도선이 본 발명에 따른 제2A도에 도시된 컬렉터 전극(200)용 피복 배선용의 금속 도선(201)로서 사용된 점과, 평균 일차 입자 지름이 0.05 ㎛인 Tokai Carbon에 의해 제조된 흑연 파워가 전도성 접착제를 형성하기 위한 페이스트 No.1의 전도성 입자로서 사용된 점과, 평균 일차 입자 지름이 0.2 ㎛인 Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd.에 의해 제조된 SnO2파워가 페이스트 No.2의 전도성 입자로서 사용된 점을 제외하고는 제22 실시예와 유사하다.
상술된 페이스트 No.1은 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 180℃의 온도에서 30분동안 경화되었고, 이것의 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 1.8 Ωcm이었기 때문에 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
상술된 페이스트 No.2는 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃의 온도에서 30분동안 경화되었고, 이것의 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 1.4 Ωcm이었기 때문에 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
도선은 제1 실시예에서와 같이 피복되어 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하였다. 50개의 태양 전지 모듈은 제22 실시예와 동일한 방법으로 컬렉터 전극 (200)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제22실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 변환 효율은 9.3% ±0.01%이었으며, 션트 저항은 230 내지 420 kΩ㎠이였고, 직렬 직항은 평균 33.0 Ω㎠이었으며, 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 96%이었고 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제22 실시예에서와 같이 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 이것의 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2.1% 더 낮았으며, 심각한 열화는 발생하지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 개선을 사용하는 태양 전지가 만족스러운 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 26)
이 실시예와 관련해서는, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 은 클래드 (clad), 카본 블랙 및 우레탄으로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예는 구리 도선(201) 상에 2 ㎛의 두께를 갖는 은 클래드 금속층 (203)을 형성함으로써 제조된 지름이 100 ㎛인 은 클래드 구리 도선이 전도성 접착제에 대한 접착력과 전도도를 증강시키기 위해 제2A도에 도시된 본 발명에 따른 컬렉터전극(200)용 피복 배선에 사용된 점을 제외하고는 제22 실시예와 유사하다. 도선은 제1 실시예에서와 같이 피복되어 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하였다. 또한, 50개의 태양 전지 모듈은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터 전극(100)용 피복 배선은 사용하여 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제22실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 이것의 변환 효율은 9.7% ±0.02%이었고, 션트 저항은 400 내지 500 kΩ㎠이었으며, 직렬 저항은 평균 31.8 Ω㎠이었고, 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 98%이었고 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제22 실시예에서와 같이 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같이 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 이것의 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생하지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지가 만족스러운 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 27)
이 실시예와 관련해서는, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 은 클래드, ZnO와 우레탄, 및 In2O3와 우레탄으로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예는 제2A도에 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(200)용 피복 배선으로서, 은 클래드 구리 도선이 사용되고, 평균 일차 입자 작경이 0.1 ㎛인 Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd.에 의해 제조된 ZnO 파워가 전도성 접착제를 형성하기 위한 페이스트 No.1의 전도성 입자로서 사용되며, 평균 일차 입자 지름이 0.05㎛인 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.에 의해 제조된 In2O3파우더가 페이스트 No.2의 전도성 입자로서 사용된 점을 제외하고는 제22 실시예와 유사하다.
상술된 페이스트 No.1은 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃의 온도에서 30분동안 경화되었고, 이때 이것의 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 1.4 Ωcm이었기 때문에 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
상술된 페이스트 No.2는 상술된 경화제의 표준 경화 조건인 160℃의 온도에서 30분동안 경화되었고, 이때 체적 비저항이 측정되었으며, 측정치가 0.7 Ωcm이었기 때문에 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 검증되었다.
도선은 제22 실시예에서와 같이 피복되어 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하였다. 50개의 태양 전지 모듈이 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터전극(200)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
이렇게 얻어진 샘플의 초기 특성은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 이것의 변환 효율은 9.6% ±0.03%이었고, 션트 저항은 320 내지 390 kΩ㎠이었으며, 직렬 저항은 평균 32.1 Ω㎠이었고, 만족스러운 특성이 얻어질 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 96%이었고 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 시험은 제22 실시예에서와 같이 행해졌다. 다음에, 시험이 끝난 후의 샘플의 태양 전지 특성은 초기치의 측정시와 같은 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 이것의 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2% 더 낮았지만, 심각한 열화는 발생하지 않았다.
이 실시예의 결과는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선이 만족스러운 특성과 높은 신뢰성을 갖는다는 것을 나타낸다.
(실시예 28)
이 실시예와 관련해서는, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 은 도금, 카본 블랙과 페놀, 및 카본 블랙과 폴리아미드로 이루어지는 경우에 대해 설명하겠다.
이 실시예는 제2A도에 도시된 발명에 따른 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을외하고는 제22 실시예와 유사하고, 은으로 은 클래드를 도금함으로써 생성된 지름 100 ㎛의 은도금 도선이 금속층(203)으로서 사용되고, 다이니폰 및 케미칼 주식회사에 의해 제조된 페놀 수지가 전도성 접착제를 형성하기 위해 페이스트 No.1 의 중합체 수지용 주 재료로서 사용되며, 미쯔비시 케세이사에 의해 제조된 폴리이미드 수지가 페이스트 No.2의 중합체 수지용 주 재료로서 사용된다. 이 페이스트 No.2의 전체 부피는 0.01 ml/g이고, 겔의 비율은 100%였다. 중합체 수지의 평균 분자량은 1000이었다.
상술한 페이스트 No. 1은 상술한 경화제(hardner)의 표준 경화 조건인, 30분동안 160℃의 온도에서 경화되었고, 그 체적 비저항이 측정되었고, 측정된 값이 1.5Ω cm이므로 체적 비저항이 충분히 작다는 것이 증명되었다.
상술한 페이스트 No.2는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인, 30 분 동안 160℃의 온도에서 경화되었고, 그 체적 비저항이 측정되었고, 측정된 값이 0.8 Ω cm이므로 체적 비저항이 충분히 작다는 것이 증명되었다.
도선은 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하기 위해 제1 실시예에서와 같이 코팅되였다. 50개의 태양 전지 모듈이 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 사용하여 제조되었다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 9.3% ±0.01 %, 션트 저항은 400 내지 500 kΩ ㎠, 직렬 저항은 평균 32.7 Ω ㎠이었고, 만족한 특징을 얻을 수 있었다. I-V 커브가 정상인 샘플의 수율은 96 %였고 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서처럼 수행되었다. 다음으로, 검사가 끝난 후 샘플의 태양 전지 특징이 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 이용하여 측정되었고, 그 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균적으로 2.8 % 낮았지만, 상당한 정도의 저하는 발생하지 않는다.
이 실시예의 결과로서 만족한 특징 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지를 얻었다.
(제29 실시예)
이 실시예를 참조하여, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 주석 도금, ZnO2+ Al, 카본 블랙 및 우레탄, 및 TiO2및 우레탄을 포함하고 있는 경우를 기술한다.
이 실시예는 제2A도에 도시된 발명에 따른 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 제외하고는 제2 실시예와 유사하고, 주석으로 은 클래드를 도금함으로써 생성된 지름 100 ㎛의 주석 도금된 구리 도선이 금속층(203)으로서 사용되고, 접촉 저항을 감소시키도록 도펀트로서 알루미늄을 AzO2에 첨가함으로써 생성된 주요 입자 지름이 0.05 ㎛인 ZnO2파우더가 전도성 접착제를 형성하기 위해 페이스트 No. 1이 전도성 입자로서 사용되며, 평균 주요 입자 지름이 0.05 ㎛이 페이스트 No. 2의 전도성 입자로서 사용된다. 이 페이스트 No. 1의 홀의 체적은 0.01 ml/g였고, 겔의 비율은 100%였다. 중합체 수지의 평균 분자량은 1000이였다.
상술한 페이스트 No.1은 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분 동안 160℃의 온도에서 경화되었고, 그 체적이 측정되었으며, 측정된 값이 0.9 Ωcm였으므로 체적 비저항은 충분히 낮나는 것이 증명되었다.
상술한 페이스트 No. 2는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30분 동안 160℃의 온도에서 경화되었고, 그 체적 비저항이 측정되었으며, 측정된 값이 1.5 Ωcm이므로 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 증명되었다.
도선은 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하기 위해 제1 실시예에서와 같이 코팅된다. 제1 태양 전지 모듈이 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 9.4% ± 0.01 %, 션트 저항은 360 내지 430 kΩ ㎠ 직렬 저항은 평균 32.6 Ω㎠였고, 만족한 특성을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서처럼 수행되었다. 다음으로, 검사가 끝난 후 샘플의 태양 전지 특성이 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 그 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2.1 % 낮았지만, 상당히 저하되지는 않는다.
이 실시예의 결과로서 만족스러운 특성 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따라 컬렉터 전극용 피복 배선을 갖는 태양 전지를 얻었다.
(제30 실시예)
이 실시예를 참조하면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 금 도금, 카본블랙 및 페녹시(carbon black and phenoxy), 및 카본 블랙 및 폴리아미드를 포함하는 경우가 기술된다.
이 실시예는 제2A도에 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(200)용 피복 배선에 대해, 금으로 은 클래드를 도금함으로써 생성된 100 ㎛ 지름의 금 도금된 구리도선이 금속층(203)으로서 사용되고, 토모 인스트리얼에 의해 제조된 패녹시 수지가 전도성 접착제를 형성하기 위해 페이스트 No. 1의 중합체 수지용 주 재료로서 사용되며, 미쯔비시 코포레이션에 의해 제조된 폴리아미드 이미드 수지가 페이스트 No.2의 중합체 수지용 주 재료로서 사용된다는 것을 제외하고는 제22 실시예와 동일하다.
상술한 페이스트 No. 1은 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30 분 동안 160℃의 온도에서 경화되었고, 그 체적 비저항이 측정되었고, 측정된 값이 1.0 Ω cm였으므로 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 증명되었다.
상술한 페이스트 No. 2는 상술한 경화제의 표준 경화 조건인 30 분 동안 180℃의 온도에서 경화되었고, 그 체적 비저항이 측정되었으며, 측정된 값이 2.0 Ωcm였으므로, 체적 비저항이 충분히 낮다는 것이 증명되었다.
도선은 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 형성하기 위해 제1 실시예에서처럼 코팅된다. 50개의 태양 전지 모듈이 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 9.5 ± 0.05 %였고, 션트 저항은 240 내지 350 kΩ㎠였고, 직렬 저항은 평균 34.1 kΩ ㎠였다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 96 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사가 제22 실시예에서처럼 수행되었다. 다음으로, 검사가 완료된 후 샘플의 태양 전지 특징이 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 그 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 3.0 % 낮았지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 만족한 특성 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지를 얻었다.
(제31 실시예)
이 실시예를 참조하면, 컬렉터 전극용 피복 배선이 Cu 도선, 은 페이스트, 및 우레탄 및 카본 블랙을 포함하는 경우가 설명된다.
이 실시예는 제2A도에 도시된 본 발명에 따른 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 제외하고는 제26 실시예와 유사하고, 구리 도선(201)위의 금속층(203)용 물질은 제26 실시예에 따른 은 클래드로부터 듀폰사에 의해 제조된 은 페이스트 5007로 변화된다. 상술된 물질층(205)용으로 사용된 페이스트는 에폭시 수지내에 은 입자들을 분산시킴으로써 생성된다. 금속층(203)은 제10 실시예에서처럼 코팅된다. 다음으로, 제1 층(202) 및 제2 층(203)이 컬렉터 전극용 피복 배선을 형성하기 위해 상술된 차례대로 코팅된다. 50개의 태양 전지 모듈이 제26 실시예에서와 동일한 방법으로 컬렉터 전극(202)를 사용하여 생성된다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고,그 변환 효율은 9.5 % ±0.08 %였고, 션트 저항은 190 내지 300 kΩ㎠이었고, 직렬저항은 평균 32.0 Ω㎠였으며, 만족한 특징을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서치럼 행해졌다. 다음으로, 검사가 종료된 후 샘플의 태양 전지 특성이 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 사용하여 측정되었고, 그 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2.4 % 낮아졌지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 만족한 특징 및 고신뢰성을 갖는 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용하는 태양 전지를 얻었다.
(제32 실시예)
이 실시예에서, 제4A도에서 도시된 Si층에 의해서만 구성된 단일형 비정질 태양 전지(400)은 무선 주파수(RF) 플라즈마 CVD가 반도체층을 형성하기 위해 사용되는 것을 제외하면 제26 실시예에서와 동일한 방법으로 다음의 과정에 따라 생성된다.
먼저, 충분히 탈지되어 클린된 SUS430BA 기판(401)은 도시되지 않은 DC 스퍼터링 디바이스 내로 들어가고, Ag가 막이 400 nm두께로 될 때까지 침착되고, ZnO가 막이 400 nm 두께로 될 때까지 침착되어 하부 전극(402)를 형성한다. 기판은 스퍼터링 디바이스로부터 꺼내지고, 도시되지 않은 RF 플라즈마 CVD 막 형성 시스템 단계로 들어가고, 실리콘 반도체층이 n층(403), i층(404) 및 P층(405)의 순서로 형성된다. 이어서, 기판은 도시되지 않은 스퍼터링 디바이스내로 들어가고, In2O3막이 형성되어 항반사 효과(anti-reflection effect) 기능이 제공된 투명 전도막(406)으로서 기능한다. 다음으로, 50개의 태양 전지 모듈이 제26 실시예에서와 동일한 방법으로 상술한 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다. 이 때, 상술한 코팅된 도선(200)은 5.5 mm의 간격으로 사용되었다. 얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 5.2 % ±0.05 %, 션트 저항은 150 내지 320 kΩ㎠, 직렬 저항은 평균 9.5 Ω㎠이었고, 만족스런 특징을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 92 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음으로, 검사가 종료된 후, 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 이용하여 샘플의 태양 전지 특징이 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2.4 % 저하하였지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 우수한 특징 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 이용하는 태양 전지를 얻었다.
(제33 실시예)
이 실시예에서는, Si층 및 제4도에 도시된 Si층으로 구성된 이중 비정질 태양전지(400)이, 무선 주파수(RF) 플라즈마 CVD가 반도체층을 형성하기 위해 사용된것을 제외하면 제26 실시예와 동일한 방법의 제조 과정에 따라 생성된다.
먼저, 효과적으로 탈지되고 클린된 SUS430BA 기판(401)은 도시되지 않은 DC스퍼터링 디바이스로 넣어지고, Ag가 막이 400 nm 두께가 될 때까지 침착되고, ZnO가 막이 400 nm 두께로 될 때까지 침착되어 하부 전극(402)를 형성한다. 기판은 스퍼터링 디바이스로부터 꺼내지고, 도시되지 않은 RF 플라즈마 CVD 막 형성 시스템내로 넣어되며, 식리콘층의 하부층이 n층(403), i층(404) 및 p층(405)내에 형성된다. 다음으로, 유사하게 실리콘층의 상부층이 실리콘 반도체층을 침착하도록 n층(413), i층(404) 및 p층(405)의 순서로 순차적으로 형성된다. 이어서, 기판은 도시되지 않은 저항 가열 침착 시스템으로 넣어지고, In2O3막이 형성되어 항반사 효과가 제공된 투명 전도막(406)으로서 기능한다.
다음으로, 50개의 태양 전지 모듈이 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 상술한 컬렉터 전극(100)용 피복 배선을 사용하여 생성되었다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 7.5 % ±0.08 %, 션트 저항은 400 내지 500 kΩ㎠, 직렬 저항은 평균 23.1 Ω㎠이었고, 만족스런 특징을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 96 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음으로, 검사가 종료된 후, 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 이용하여 샘플의 태양 전지 특징이 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 1.9 % 저하하였지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 우수한 특징 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 이용하는 태양 전지를 얻었다.
(제34 실시예)
이 실시예에서, 단결정(monocrystalline) 태양 전지(500)이 제5도에 도시된 단결정 태양 전지(다결정 Si)에 의해 구성되는 것을 제외하면 제26실시예에서와 동일한 방법으로 다음 과정에 따라 생성된다.
먼저, 가전자가 CZ에 의해 제어되어 p형이 형성되도록 실리콘 단결정이 생성되고, 단결정이 슬라이스되어(sliced), 약 300 ㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼(500)이 생성된다. 또한, n+형층(501)은 상술한 웨이퍼상에 P2O5를 공급함으로써 확산 처리에의해 형성된다. 다음으로, 은 페이스트는 도시되지 않은 가열 및 번트(heated and burnt)된 스크린 프린팅 머신에 의해 p층(500)의 후면상에 프린트된다. 다음으로, 제1 실시예에 사용된 상술한 컬렉터 전극(100)용 피복 배선이 상술한 방법에 의해 광 조사된 면의 측상에 n+형층(501)상에 형성된다. 이어서, SiO2막(504)가 스퍼터링 프로세스에 의해 항 반사 막으로 형성된다. 다음으로, 50개의 태양 전지 모듈이 제 26 실시예에서와 동일한 방법으로 생성되었다. 이 때, 상술한 코팅된 도선(200)은 8.5 mm의 간격으로 사용되었다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 15.8 % ±0.01 %, 션트 저항은 500 내지 760 kΩ㎠, 직렬 저항은 평균 2.8 Ω㎠이었고, 만족스런 특징을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의수율은 98 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음으로, 검사가 종료된 후, 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 이용하여 샘플의 태양 전지 특징이 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 1.9 % 저하하였지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 우수한 특징 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 이용하는 태양 전지를 얻었다.
(제35 실시예)
폴리크리스탈린 태양 전지(600)이 제6도에 도시된 결정(단결정 Si)로 구성된것을 제외하면 제26 실시예에서와 동일한 방법으로 다음의 과정에 따라 생성된다.
먼저, 다결정 주괴(ingot)가 주조(casting) 프로세스에 의해 생성되고, 다결정 슬라이스되고, n+형층(60)이 상술한 웨이퍼상에 P2O5를 공급함으로써 확산 프로세스에 따라 다결정 실리콘 웨이퍼(600) 위에 형성된다. 다음으로, 은 페이스트가 가열 및 번트된 스크린 프린팅 머신에 의해 p층(600)의 후면상에 프린트되고, 그 결과로서, 하부 전극(602)가 형성된다. 다음으로, 제26 실시예에서 형성된 상술한 컬렉터 전극(200)용 피복 배선이 상술한 방법으로 광 조사된 측상의 n+층(601)상에 형성된다. 이어서, SiO2막(604)가 스퍼터링 프로세스에 의해 항 반사막으로서 형성된다. 다음으로, 50개의 태양 전지 모듈이 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 생성되었다. 이 때, 상술한 코팅된 도선(200)은 0.8 mm의 간격으로 사용되었다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 13.8 % ±0.05 %, 션트 저항은 450 내지 650 kΩ㎠, 직렬 저항은 평균 2.6 Ω㎠이었고, 만족스런 특징을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 96 %였고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음으로, 검사가 종료된 후, 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 이용하여 샘플의 태양 전지 특징이 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2 % 저하하였지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 우수한 특징 및 고신뢰싱을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 이용하는 태양 전지를 얻었다.
(제36 실시예)
이 실시예에서, 박막 다결정 태양 전지(700)이 태양 전지가 제7도에 도시된 박막 다결정 태양 전지(박막 다결정 Si)로 구성되는 것을 제외하고는 제26 실시예에서와 동일한 방법으로 다음의 과정에 따라 생성된다.
먼저, 충분히 탈지되고 클린된 금속 Si 기판(701)이 n층(702)를 형성하기 위해 도시되지 않은 마이크로파 CVD 막 형성 시스템내로 넣어진다. 다음으로, 기판이 n층(702)을 형성하기 위해 도시되지 않은 가열 노(furnace)에 넣어진다. 다음으로, 기판은 p 층(703)을 형성하기 위해 도시하지 않은 마이크로파 플라즈마 CVD 막내에 넣어진다. 또한, 기판은 도시되지 않은 스퍼터링 디바이스내에 넣어지고 ITO막이형성되어, 항 반사 효과가 제공된 투명 전도막(704)로서 기능한다. 다음으로, 그리드(705)가 상술한 전도막(704) 상에 제26 실시예에서와 동일한 방법에 의해 형성되고, 50개의 태양 전지 모듈이 생성된다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94%였고 만족스러웠다.
얻어진 샘플의 초기 특징은 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 측정되었고, 그 변환 효율은 15.5 % ±0.01 %, 션트 저항은 400 내지 510 kΩ㎠, 직렬 저항은 평균 4.5 Ω㎠이었고, 만족스런 특징을 얻을 수 있었다. I-V 곡선이 정상인 샘플의 수율은 94 %있고, 만족스러웠다.
이들 샘플의 신뢰성 검사는 제22 실시예에서와 동일한 방법으로 행해졌다. 다음으로, 검사가 종료된 후, 초기 값의 측정에서처럼 시뮬레이터를 이용하여 샘플의 태양 전지 특징이 측정되었고, 변환 효율은 초기 변환 효율보다 평균 2.1 % 저하하였지만, 상당한 정도의 저하는 일어나지 않았다.
이 실시예의 결과로서 우수한 특징 및 고신뢰성을 갖는 본 발명에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을 이용하는 태양 전지를 얻었다.
(제37 실시예)
이 실시예는 전도성 접착제의 비저항이 0.005 내지 200 Ωmm의 범위내에서 변하는 점이 제26 실시예와 다르다. 전도성 접착제의 비저항을 변화시키는 방법에 있어서, 전도성 코팅 물질내의 중합체 수지와 전도성 입자의 혼합율(가중치)은 5:95, 10:90, 20:80, 80:20, 90:10 및 95:5 중 어느 하나로 될 수 있다.
이 실시예는 다른 측면에서 제26 실시예와 유사하다.
제4C도에 도시된 3중(triple) 셀은 이들 전도성 접착제가 사용되어 유사하게 평가되는 것을 제외하면 제26 실시예에서와 동일한 과정에 따라 생성되었다. 표 5도의 결과를 도시한다.
[표 5]
표 5는 초기 션팅(shunting)이 코팅층(203)의 비저항을 0.01 Ωcm 이상으로 설정함으로써 제어될 수 있고 보다 안정된 변환 효율이 얻어질 수 있다는 것을 도시한다 표 5는 또한 직렬 저항이 비저항을 100 Ωcm 이상으로 설정함으로서 감소 될 수 있고, 보다 높은 변환 효율성이 얻어질 수 있다. 표 5는 또한 직렬 저항의 증가 및 신뢰성 검사 후 변환 효율의 저하가 감소될 수 있다는 것과, 본 발명에 따른 컬렉터 전극을 사용하는 태양 전지가 고신뢰성을 갖는다는 것을 보여준다.
(제38 실시예)
이 실시예는 전도성 접착제의 가열 가압 접착 온도(heating pressure-bonding tempertature)가 50°내지 300℃의 범위내에서 변한다는 점이 제1 실시예와 다르다. 컬렉터 전극(200)용 피복 배선을 가열 가압 접착하기 위한 온도의 경우, 100, 160, 200 및 250 ℃의 4개의 다른 온도에서 측정이 수행되었다. 사용된 블럭 이소시아니트염(block isocyanate)은 제1 실시예에서와 유사하고, 그 해리 온도는 150℃이다.
이 실시예의 다른 방법은 제26 실시예와 유사하다.
가열 가압 접착 온도가 그들의 온도로 설정되는 것을 제외하고는, 제4A도 내지 제4C도에 도시된 10개의 3중 셀이 생성되어 제26 실시예에서와 동일한 과정에 따라 유사하게 평가된다. 표 6은 그 결과를 보여준다.
[표 6]
표 6은 직렬 저항이 코팅층 수지의 해리 온도 이상으로 가열 가압 접착 온도를 설정함으로써 감소될 수 있고, 보다 높은 변환 효율이 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 표 6은 또한 신뢰성 검사 이후 직렬 저항의 증가 및 변환 효율의 저하가 감소될 수 있다는 것과, 본 발명에 따른 컬렉터 전극을 사용하는 태양 전지가 고신뢰성을 갖는다는 것을 보여준다.
(제39 실시예)
이 실시예는 전도성 접착제의 가열 가압 접착 시간이 10 내지 60초의 범위내에서 변한다는 점이 제26 실시예와 다르다. 컬렉터 전극(200)용 피복 배선의 가열 가압 접착 시간은 4개의 다른 시간,즉 10, 20, 45 및 60초로 설정되었다. 이러한 조건하에 전도성 접착제의 경화 팩터를 체크하기 위해, 담금(immersion) 전후에 용매로부터 추출된 양이 측정되었고, 그 결과 겔의 비율은 각각 5%, 15%, 80% 및 100%였다. 사용된 블럭 이소시아니트 온도는 150 ℃이다.
이 실시예의 다른 방법은 제26 실시예와 유사하다.
가열 가압 접착 온도가 이들 온도라는 것을 제외하면, 제7도에 도시된 3중 셀의 10개의 조각(piece)이 제26 실시예에서와 동일한 과정으로 만들어지고, 동일한 평가가 수행되었다. 이 결과는 표 7에 도시한다.
[표 7]
표 7에서 알 수 있듯이, 코팅층 수지의 해리 온도보다 높은 가열 가압 접착온도에 의해 발생된 직렬 저항의 감소로 인해 높은 변환 효율이 얻어질 수 있다. 또한, 신뢰성 검사 이후 직렬 저항의 보다 적은 증가 및 변환 효율의 보다 적은 감소로 인해 직렬 저항의 고신뢰성이 보증된다는 것이 또한 확실하다.
(제40 실시예)
이 실시예에서, 전도성 접착 물질용 경화제(curing agent)의 양이 검사되었다. 다시 말하면, 여러가지의 비율이 전류 컬렉터 전극(100)용 피복 배선의 코팅 층의 주성분으로서 사용된 우레탄 수지와 경화제로서 사용된 블럭 아이소시아니트 사이의 중량비로 적용되는데, 이 비율로는 100 : 1, 50 : 1, 20 : 1, 및 10 : 1 등이 있다. 전도성 접착 물질의 겔 포화 퍼센트는 상기 환경하에 5, 15, 85 및 100 %이다. 실제 사용된 블럭 이소시아니트의 해리 온도는 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 150℃이다.
다른 환경은 제26 실시예에서와 같다.
제44A도 내지 제4C도에 도시된 3중 셀의 10개의 조각이 만들어지고, 제26 실시예에서와 동일한 평가가 행해진다. 평가 결과는 표 8에 도시된다.
[표 8]
표 8로부터 명백하듯이, 높은 변환 효율이 얻어질 수 있는데, 이는 직렬 저항이 경화제가 전도성 접착 물질내에 함유되는 블럭 이소시아니트의 해리 온도보다 높은 가열 가압 접착 온도로 감소되기 때문이다. 또한, 신뢰성 검사후 직렬 저항의 보다 적은 증가 및 변환 효율의 보다 적은 감소로 인해 고신뢰성이 보증된다는 것을 명백히 알 수 있다.
[표 9]
[표 10]
[표 11]
[표 12]
[표 13]
[표 14]
[표 15]
[표 16]
(실시예 41)
이 실시예에서, 열 경화 전도성 접착 물질이 적용되는 전류 컬렉터 전극용피복 배선을 가지는 광기전력 소자가 만들어지고, 그의 성능은 아래에 후술되는 절차로 확인된다.
다음은 전류 컬렉터 전극용 피복 배선의 코팅층을 구성하는 열 경화 전도성접착 물질을 형성하기 위한 페이스트(paste) No.4를 준비하는 방법이 기술된다.
(1) 17.4g의 부틸 카비톨 아세테이트(buty1 carbitolacetate)와 11.6g의 메틸 에틸 케톨(methy ethyl ketore)을 함유하는 혼합 용매가 용매로서 분산을 위한 세이커에 투입된다.
(2) 결합제의 주요 성분으로 사용되는 Sekisui Chemical Co. Ltd.에서 제조한 부티랄 수지(butyral resin) BL-S가 세이커와의 용매로 8.9g만큼 첨가되고, 충분히 용해될 때까지 볼 밀(ball mill)로 섞인다.
(3) 경화제로서, Takeda Chemical Industries, Ltd.에서 제조한 1.40g의 블럭화된 이소시아니트 B815N과 분산을 위한 15g의 글래스 비드가 상기 용매에 첨가된다.
(4) 전도성 그레인으로서, Colombian Carbon, Ltd.에서 제조한 5.3g의 콘덕텍스(Conductex) 975 구슬이 상기 용매에 첨가되고, 전도성 그레인이 상기 용매에 충분히 침전될 때까지 정적으로 배치된다.
(5) Toyo Seiko Seisakuzyo, Ltd.에서 제조한 페인트 세이커를 사용하므로써 전술한 물질로 함유하는 세이커에 대한 분산이 12시간 동안 이루어진다. 이 시간은 페이스트 No.4의 볼륨 저항률이 최하위 레벨로 감소되는 경과 시간을 알아내기 위한 실험을 통하여 알 수 있따.
(6) 그 후, 페이스트 No.4로부터 분산을 위한 글래스 비드가 제거된다. 페이스트 No.4는 상기 경화제, 160℃의 온도 및 30분의 표준 경화 조건 하에서 경화되고, 그의 볼륨 저항률이 측정된다. 측정의 결과, 0.8Ωcm가 얻어지며 이로 인해 저항률이 충분히 낮다는 것을 확인할 수 있다.
(7) 제3도에 도시된 길이형 도선 코터(wire coater)(300)를 사용하므로써, 지름 100㎛를 가지는 은도금 구리가 페이스트 No.4로 코팅된다. 도선 코팅에 사용되는 에나멜 코팅을 위한 다이(605)에 Osaka Diamond, Ltd.에서 제조한 PVF 다이가사용된다. 건조로(606)에 관해서는 Sakaguchi Dennetsu, Ltd.에서 제조한 두 IR 오븐 SS-09(적외선 오븐)가 길이 방향으로 배치되고, 사용을 위하여 서로 반대 위치에서 조립된다. 건조로에서 대기 온도는 온도 제어기(311)의 동작으로 원하는 레벨로 설정된다. Cu 도선까지 풀-업 시에, 서보 모터(도시되지 않음)는 풀링-업 속도를 제어하는데 사용된다. 도선 롤러 릴의 한 측면에는 지향 롤 구동 기어(309)가 배치된다. 또한, 건조로의 출구에 Keyence, Ltd.에서 제조한 LS-3100/3034 막 두께 측정 장치(307)가 배치되어 전도성 접착 물질의 코팅 두께를 측정한다.
다음은, 제1 코팅층(202)로서 상기 페이스트 No.4를 형성시에 조건을 기술한다.
도선 롤링 속도는 8.9mm/s이고, 경화 시간을 60초이고, 건조로에서의 온도는 280℃이고, 에나멜 코팅에 사용되는 다이의 안지름은 180㎛이다. 이 조건은 페이스트 No. 4의 경화 반응이 페이스트 No.4의 감소없이 충분히 진행된 상태를 알기 위한 실험을 통하여 얻어진다. 구체적으로, 페이스트 No.4로 만들어진 전도성 접착물질이 감소되지 않음을 검사하기 위하여 메틸 에틸 케톤으로 30초간 코팅된 도선의 초음파 클리닝(cleaning)으로 확인된다. 페이스트 No.4로 만들어진 전도성 접착 물질은 진행된 교차 결합으로 경화된 상태에 존재하는 은도금 구리 도선에 적용된다. 제1 코팅층(202)의 두께는 평균시에 11㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100m 길이시 코팅 결과로서 ±1㎛의 범위 내에 있다.
다음은 열 경화 전도성 접착 물질(페이스트 No.4)가 적용되는 제2 코팅층 (203) 상의 형성 조건과, 본 발명의 광기전력 소자에 사용되는 전류 컬렉터 전극용 피복 배선을 제조하는 방법을 기술한다.
도선 롤링 속도는 8.9mm/s, 건조 시간은 60초이고, 건조로의 온도는 120℃이고, 에나멜 코팅에 사용되는 다이의 안지름은 200㎛이다. 이 조건은 상기 도선에 적용되는 전도성 접착 물질 No.1의 정착성은 없지만 도선에 대한 충분한 부착력을 가지는 블럭화된 이소시아니트의 해리 온도보다 낮은 온도인 상태를 알아내기 위한 실험을 통하여 얻어진다. 상기 도선 페이스트 No.4로 만들어진 전도성 접착 물질은 증발된 용매를 가지고 열가소성 상태로 존재한다. 코팅층(203)의 두께는 평균 8㎛이고 코팅 두께의 편차는 100m 길이시 코팅 결과로 ±1.5㎛ 범위 내에 있다.
다음은 10개의 광기전력 소자 모듈을 제조하는 공정을 기술한다.
(1) 제10도는 상기 방법으로 생성된 전류 컬렉터 전극(1004)용 피복 배선을 가지는 광기전력 소자 모듈을 도시한다. 사용된 기판(1001)은 음극과 결합된 SUS기판 상에 CVD로 코팅된 핀형 더블 셀을 가진다. 또한, In2O3로 만들어진 투명한 전도실 코팅은 광의 입사 폭에서 양극으로서 형성된다.
(2) 기판(1001)은 30 × 30cm의 유효 영역을 가진다. 패턴은 주요 성분으로염화 제2철을 함유하는 에칭 페이스트, 상업 프린터 및 에칭을 위한 인쇄판을 사용함으로써 기판 상에 인쇄되고, 투명한 전도성 코팅의 원치않는 부분은 제거된다.
(3) 다음, 경질 구리의 양전극(1002)과 음전극(1003)은 유효 영역 외측에 설정되고, 상기 전류 컬렉터 전극(1004)용 피복 배선은 두 양전극(202) 간에 확장되어 7-mm 간격으로 유효 영역 내에 있고, 양전극 외측에 환언하면 유효 영역 외측에 자외선 경화 접착제로 일시적으로 부착된다.
(4) 그 후, 상기 전류 컬렉터 전극(1004)용 피복 배선은 기판(1001)의 셀 표면상에 가열에 의해 접촉-접합된다. 이는 1.4kg/㎠의 조건과, 램프(ramp) 상태에서 60분 동안 200℃까끼 온도를 증가시키고 20분 동안 그들을 냉각시키는 것과 같은 프로화일을 기반으로 한 가열 조건 하에 수행된다. 가열 조건은 광기전력 소자의 셀 표면에 대한 전류 컬렉터 전극용 피복 배선의 부착력을 측정하고, 결합된 전류 컬렉터 전극의 부분적인 구성을 관찰하는 실험을 통하여 얻어진다.
양전극이 상기 가열 압력-접합 공정으로 전류 컬렉터 전극과 전도성이 유지되지만, 은 페이스트로 표식 또는 납땜이 수행되어 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 가열 압력-접합은 동시에 가열 및 진공 라미네이터(laminator)을 위하여 가압하는 능력을 가지는 장치로 수행된다.
광기전력 소자 모듈은 전술한 공정으로 제조된다.
다음은 획득한 샘플(환언하면, 전술한 광기전력 소자 모듈)의 초기 특성을조사한 결과를 기술한다.
(1) 상기 샘플의 다크 상태(dark state)에서 전압-전류 특성을 측정한다. 션트 저항은 원점 부근의 기울기에 기초하여 검사된다. 검사의 결과, 양호한 값, 200kΩ㎠ 내지 500kΩ㎠이 구현된다.
(2) AM1.5 글로발 일광 스펙트럼에서 100mW/㎠ 광량을 가지는 시뮬레이트된 일광 광원 (차후에 "시뮬레이터(simulator)"로서 지칭)을 사용함으로써, 상기 샘플에 대한 태양/전지 특성을 측정으로써 검사한다. 측정된 변환 효율 7.9 ± 0.02% 특성은 양호하며 비교적 일정하다.
다음 후속되는 절차에서 상기 샘플이 캡슐에 싸인다. 깨끗한 유리 및 EVA가 기판(1001)의 두 측면 상에 피복되고, 그 후, 그 두 측면 위에 형광 플라스틱막 ETFE이 적층되고, 60분 동안 150℃ 온도로 유지되면서 적층을 위해 진공 라미네이터에 배치된다.
적층 후에, 샘플에 대한 신뢰 테스트가 수행된다. 이 테스트는 환경 테스트법 및 Japan Industrial Standard C8917의 수정 시스템 태양 전지의 UR 테스트로 정의되는 상대적 습도 사이클 테스트 A-2 및 온도를 기반으로 한다 .
사이클 테스트는 온도를 -40℃로부터 ±85℃(상대 습도: 85%)로 변경하기 위하여 제어 가능한 내측 온도 및 습도를 가지고 일정한 온도 및 습도시로 샘플을 배치함으로써 20번 반복된다. 그 후 초기 상태에 대한 방식과 동일하게 시뮬레이터를 사용함으로써 테스트를 완료한 후에 샘플에 대하여 태양 전지의 특성을 조사하면, 심각한 열화(deterioration)없이 초기 변환 효율과 비교하여 평균 2% 감소가 얻어진다.
이 실시예의 결과로서, 본 발명의 광기전력 소자는 양호한 특성을 가지며 보다 높은 신뢰도를 보장함을 알 수 있었다.
(비교 3)
이 예는 광전 전도성 접착 물질에 실시예 41에 사용되는 열 경화 전도성 접착 물질 대신에 사용한다는 점에서 실시예 41과 상이하다. 전류 컬렉터 전극용 피복 배선 및 샘플은 제2A도에 도시된 제1 코팅층(202)을 위하여 CMI, Ltd.에서 제조한 열가소성 수지 전도성 접착 물질 107-25를 사용함으로써 만들어진다.
전류 컬렉터 전극용 피복 배선을 만들기 위해 상기 전도성 접착 물질 107-25을 사용함으로써 아래의 조건으로 제1 로팅층(202)의 형성된다.
도선 롤링 속도는 8.9mm/s, 건조 시간을 60초, 건조로에서 온도는 120℃, 그리고 에나멜 코팅에 사용되는 다이의 안지름은 180㎛이다. 코팅층(202)의 두께는 평균 8㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100m 길이일 때 코팅 결과로서 ±1.5㎛ 범위 내에 있다.
제2 코팅층을 실시예 1에 대한 것과 동일한 페이스트 No.4로 만들어지는 전도성 접착 물질을 사용함으로써 동일한 조건으로 형성된다.
다음, 실시예 41과 동일한 방식으로, 상기 전류 컬렉터 전극(1004)용 피복 배선이 기판(1001)의 셀 표면 상에 가열과 함께 접촉 접합된다. 1kg/㎠ 압력과 램프상태에서 40분 동안 150℃까지 온도를 상승시키고 그 다음 20분 동안 그들을 냉각시키는 것과 같은 프로파일을 기반으로 하는 가열 조건 하에 수행된다.
또한, 실시예 1과 동일한 방식으로 10개의 광기전력 소자가 제조된다.
초기 특성의 측정을 위하여 실시예 41과 동일한 방식으로 이들 샘플을 캡슐화한 결과로서 평균 8.8%의 변환 효율과 직렬 저항 27Ω㎠을 얻는다.
실시예 41과 동일한 방식으로, 온도를 -40℃로부터 +85℃(상대 습도: 85%)로 변경하기 위하여 제어 가능한 내부 온도 및 습도를 가지는 일정한 온도 및 습도실로 샘플을 배치함으로써 사이클 테스트를 20번 반복한다. 그 후, 초기 상태 동안과 동일한 방식으로 시뮬레이터를 사용함으로써 테스트를 완료한 후에 샘플에 대하여 태양 전지의 특성을 조사한다. 초기 변환 효율과 비교하여 평균 10% 감소가 얻어지는데, 이는 심각한 열화이다.
열화는 습도의 변동으로 인한 금속 도선과 열가소성 수지 결합 물질 간의 계면 저항의 증가와, 전도성 접착 물질 간의 계면 저항의 증가와, 전도성 접착 물질의 열화로 인한 체적 비저항의 증가와 같은 직렬 저항의 증가에 의한 것이다.
(실시예 42)
이 실시예에서, 캡슐로 둘러 싸기 전의 상태에 배치되는 실시예 41과 동일한방식으로, 10개의 샘플에 대한 습기 장벽 페인트의 코팅 효과가 검사된다.
다른 특성은 실시예 41과 동일하다.
샘플들의 초기 특성인 실시예 41과 동일한 방식으로 측정될 때, 측정된 변환 효율7.9 ±0.02%와 직렬 저항 24Ω㎠의 특성이 양호하며 비교적 일정하다.
상기 샘플은 스프레이와 함께 Toa Nenryo Kogyo K.K.에 의해 제조되는 하드 코트 물질, 파인 하드(Fiue Hard)에 의해 코팅된 후에 핫-에어 건조로에서 램프 상태에서 80℃로부터 190℃까지 온도를 증가시키는 온도 조건의 건조에 의해 경화된다.
하드 코팅 후에 샘플들의 특성이 상기 시뮬레이터를 사용함으로써 측정될 때, 심각한 열화없이 변환 효율 7.8% 및 직렬 저항 28Ω㎠가 얻어진다.
(비교 4)
이 실시예에서, 캡슐로 둘러싸기 전의 상태에 배치되는 비교 3과 동일한 방식으로 제조되는 10개의 샘플에 대한 습기 장벽 페인트의 코팅 효과를 조사한다.
다른 특성들은 실시예 41과 동일하다.
샘플의 초기 특성을 실시예 41과 동일한 방식으로 측정시에, 측정된 변환 효율 7.9 ±0.02%와 직렬 저항 24Ω㎠의 특성이 양호하며 비교적 일정하다.
실시예 42와 동일한 방식으로, 상기 샘플은 스프레이로서 Toa Nenryo Kogyo K.K.에서 제조한 하드 코팅 물질인 파인 하드에 의해 코팅된 후에, 핫-에어 건조로에서 램프 상태에서 80℃로부터 190℃로 온도가 증가되는 온도 조건을 따라 건조됨으로써 경화된다.
하드 코팅 후에 샘플들의 특성이 상기 시뮬레이터를 사용함으로써 측정될때, 5.55%의 변환 효율과 60Ω㎠의 직렬 저항이 얻어지며, 이는 심각한 열화이다.
이 열화는 전극 내측의 하드 코팅 용매 담그기에 의해 발생된 전극 금속 상의 전도성 접착 물질의 필링(peeling)으로 인한 체적 비저항의 증가와, 코팅 물질의 경화 처리에서 가열함으로써 발생된 열가소성 수지의 전도성 접착 물질의 열화로 인하여 발생된다.
(실시예 43)
이 실시예는 카본 블랙과 우레탄 수기의 혼합이 전류 컬렉터 전극용 피복 배선 및 샘플을 만들기 위하여 실시예 41의 부티랄 수지 대신에 전도성 접착 물질의 접합재로서 사용된다는 점에서 실시예 41과 상이하다.
다음은 전류 컬렉터 전극용 피복 배선의 코팅층을 구성하는 단일-액체형 열경화 전도성 접착 물질을 형성하기 위하여 페이스트 No.5를 만드는 방법을 기술한다.
(1) 17.0g의 부틸 카비톨 아세테이트와 11.6g의 메틸 에틸 케톤을 함유하는 혼합 용매가 용매로서 분산을 위한 세이커로 투입된다.
(2) 셰이커에 용매로서 사용되는 Nippon Polyurethane, Ltd.에서 제조한 우레탄 수지 5120으로 셰이커에 용매로 8.9g 첨가되어, 충분히 용해될 때까지 볼 밀로 섞여진다.
(3) 경화제로서, 분산을 위한 15g의 글래스 비드과, Nippon Polyurethane, Ltd.에서 제조한 블럭화된 1.4g의 이소시아니트 2515가 상기 용매에 첨가된다.
(4) 전도성 그레인으로써, Colombian Carbon, Ltd.에서 제조된 콘덕턴스 975 비드가 상기 용매에 첨가되어, 전도성 그레인이 상기 용매에 충분히 침전될 때까지정전으로 배치된다.
(5) 분산은 페인트 셰이커를 사용함으로써 12시간 동안 전술한 물질을 함유하는 세이커에 대하여 이루어진다.
(6) 그 후, 분산용 글래스 비드는 페이스트 No.5로부터 제거된다.
(7) 페이스트 No.5는 상기 경화제 180℃ 온도와 30분의 표준 경화 조건 하에 경화된다. 측정의 결과, 5.1Ωcm가 구해지며 이는 비저항이 충분히 낮다는 것을 확인시겨줄 수 있다. 다음은 도선 코터(300)를 사용함으로써 제1 코팅층(202)으로서 상기 페이스트 No.5를 형성시의 조건을 기술한다.
도선 롤링 속도는 8.9mm/s, 경화 기간은 60초, 건조로의 온도는 280℃이고, 에나멜 로팅에 사용되는 다이의 안지름은 180㎛이다. 제1 코팅층(202)의 두께는 평균 1㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100m 길이시 코팅 결과로 ±1㎛ 범위 내에 있다.
또한, 다음은 도선 코터(300)를 사용함으로써 제2 코팅층(203)으로서 상기 페이스트 No.5로 만들어지는 전도성 접착 물질을 형성시의 조건을 기술한다.
도선 롤링 속도는 8.9mm/s 건조 시간은 60초, 건조로의 온도는 120℃이고, 에나멜 코팅에 사용되는 다이의 안지름은 200㎛이다. 이 조건은 온도가 상기 도선에 적용되는 페이스트 No.5의 접착성없이 블럭화된 이소시아니트의 해리 레벨보다 낮은 상태를 알아내는 실험을 통하여 알 수 있다. 상기 도선에 적용되는 페이스트 No.5로 만들어지는 전도성 접합 물질은 증발되는 용매를 가지는 열가소성 수지 상태로 존재한다. 코팅층(203)의 두께는 평균 8㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100m 길이시 코팅의 결과로 ±1.5㎛의 범위 내에 있다.
다음, 광기전력 소자 모듈은 실시예 41 및 42에 대한 방식과 동일하게 제조된다.
실시예 1과 동일한 방식으로 이 실시예에서 달성한 샘플의 초기 특성을 측정한 결과, 변환 효율은 평균 7.8%이고, 직렬 저항은 25Ω㎠이다.
후속적으로,실시예 41과 동일한 온도 및 습도 사이클 테스트가 수행되고, 심각한 열화없이 초기 변환 효율과 비교하여 평균 1.5%의 열화율이 얻어진다.
이 실시예의 결과로서, 본 발명의 광기전력 소자는 양호한 특성을 가지며 보다 높은 신뢰도를 보장한다는 것을 알 수 있다.
(실시예 44)
이 실시예는 전류 컬렉터 전극용 피복 배선 및 샘플을 만들기 위하여 실시예 41의 콘덕턴스 975 비드 대신에 제1 코팅층(202)에 사용되는 전도성 접착 물질의 충진재에 산화티타늄이 사용된다는 점에서 실시예 41과 상이하다. 제2 코팅층(203)은 실시예 41과 동일한 페이스트 No.4로 만들어지는 전도성 접합 물질을 사용함으로써 동일한 조건 하에 형성된다.
다음은 전류 컬렉터 전극용 피복 배선의 코팅층을 구성하는 전도성 접합 물질을 형성하기 위한 페이스트 No.6을 준비하는 방법을 기술한다.
(1) 17.4g의 부틸 카비톨 아세테이트와 11.6g의 메틸 에틸 케톤을 함유하는 혼합 용매가 용매로서 분산을 위한 셰이커로 투입된다.
(2) 접합제의 주성분으로 사용되는 Sekisui Chemical Co., Ltd.에서 제조한 부티랄 수지 BL-S가 셰이커에 용매로 8.9g만큼 첨가되고, 충분히 용해될 때까지 볼밀로 섞인다.
(3) 경화제로서, Takeda Chemical Industries, Ltd.에서 제조한 1.4g의 블럭화된 이소시아니트가 상기 용매에 첨가된다.
(4) 전도성 그레인으로서, Ishihara Sangyo, Ltd.에서 제조한 5.3g의 산화티탄파우더 FT-100이 상기 용매에 첨가되고, 전도성 그레인이 상기 용매에 충분히 침전될 때까지 정적으로 배치된다.
(5) 분산을 Toyo Seiki Seisakujyo, Ltd.에서 제조된 페인트 셰이커를 사용함으로써 W시간 동안 전술한 물질을 함유하는 셰이커에 대하여 이루어진다.
(6) 그 후, 분산용 글래스 비드는 페이스트 No.6으로부터 제거된다. 페이스트 No.6은 상기 경화제, 160℃ 온도 및 30분의 표준 경화 조건 하에 경화되고, 그의 체적 비저항이 측정된다. 측정 결과, 8Ωcm가 얻어지고, 이로써 비저항이 충분히 낮다는 것을 확인할 수 있다.
(7) 후속하면 실시예 41과 동일한 조건 상의 페이스트 No.6으로 만들어지는 전도성 접착 물질로 제1 코팅층(202)을 형성함으로써 전류 컬렉터 전극용 피복 배선이 만들어진다.
다음, 실시예 41과 동일한 방식으로 광기전력 소자 모듈이 제조된다.
실시예 41과 동일한 방식으로 이 실시예에서 획득한 샘플의 초기 특성을 측정한 결과, 변환 효율은 7.7%이고 직렬 저항은 27Ω㎠이다.
후속하여, 실시예 41과 동일한 온도 및 습도 사이클 테스트가 수행되고, 심각한 열화없이 초기 변환 효율과 비교하여 평균 3%의 열화율이 얻어진다.
이 실시예의 결과, 본 발명의 광기전력 소자는 양호한 특성을 가지며 보다 높은 신뢰성을 보장한다는 것을 알 수 있다.
(실시예 45)
이 실시예에서, 다양한 양 비율(amount ratio)로 전도성 접착 물질, 페녹시수지(phenoxy resin)의 결합제에 피그먼트(pigment) 혼합시킴으로써 전도성 접착 물질의 체적 비저항을 변경하여 구해지는 효과를 조사한다. 상기 피그먼트 비로서, 20wt%, 25wt%, 30wt%, 35wt%, 40wt% 및 45wt%의 6 유형의 퍼센트가 열 경화 전도성 접합 물질을 형성하기 위하여 페이스트 Nos.7-1 내지 7-6에 사용된다.
다음은 페이스트 Nos.7-1 내지 7-6을 준비하는 방법을 기술한다.
(1) 용매로서 시클로헥사논이 분산을 위한 세이커로 투입한다.
(2) 접합제의 주성분을 사용되는 Union Carbide, Ltd.에서 제조한 페녹시 수지 PKHH가 셰이커에서 용매로 첨가되어, 충분히 용해될 때까지 볼 밀로 섞인다.
(3) 분산제로서, Sekisui Chemical Co., Ltd.에서 제조한 부티랄 수지 BL-S가 첨가되고, 볼 밀로 섞인다.
(4) 경화제로서, Takeda Chemical Industries, Ltd.에서 제조한 블럭화된 이소시아니트 B-815N과 확산용 글래스 비드가 상기 용매에 첨가된다.
(5) 전도성 그레인으로서, Colombian Carbon, Ltd.에서 제조된 콘덕턴스 975 비드가 상기 용매에 첨가되고, 충전재가 상기 용매에서 충분히 침전될 때까지 정적으로 배치된다.
(6) 분산은 페인트 셰이커를 사용함으로써 전술한 물질을 포함하는 셰이커에 대하여 10시간 동안 행해진다.
(7) 그후, 페이스트 Nos.7-1 내지 7-6으로부터 글래스 비드가 제거된다. 페이스트 Nos.7-1 내지 7-6은 상기 경화제, 160℃ 온도 및 30분의 표준 경화 조건 하에 경화되고, 그의 체적 비저항이 측정된다. 측정 결과, 표 17의 값이 측정된다.
[표 17]
다음은 도선 코터(300)을 사용함으로써 제1 코팅층(202)으로서 상기 페이스트 No.7-1 내지 7-6을 가지는 전도성 접합 물질을 형성할 때의 조건을 기술한다.
도선 롤링 속도는 8.9mm/s, 경화 시간은 60초, 건조로의 온도는 280℃이고, 에나멜 코팅에 사용되는 다이의 안지름은 180㎛이다. 제1 코팅층(302)의 두께는 평균 11㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100m 길이일 때 코팅 결과로서 ±1㎛ 범위 내에 있다.
또한, 전류 컬렉터 전극용 피복 배선은 도선 코터(300)을 사용함으로써 제2 코팅층(203)으로 사용되는 상기 페이스트 No.4로 만들어지는 전도성 접합 물질과 함께 제조된다.
후속하여 실시예 41과 동일한 방식으로 5개의 광기전력 소자 모듈이 각각 제조된다.
샘플의 변환 효율은 실시예 41과 동일한 방식으로 제조되어 평준화되고, 제12도에 값이 얻어진다.
이 실시예의 결과, 본 발명의 광기전력 소자는 체적 비저항이 0.1 내지 100Ωcm가 되는 전도성 접합 물질의 양호한 초기 특성을 가진다.
(실시예 46)
이 실시예에서, 전도성 접착 물질의 유공성(porosity)을 변경시킴으로써 얻을 수 있는 이온 장벽의 효과를 조사한다. 이온 장벽의 효과를 확인하기 위하여, 3중의 층으로 이뤄진 전류 컬렉터 전극용 피복 배선 및 광기전력 소자 모듈이 제1 코팅층으로서 Asahi Kagaku, Ltd.에서 제조한 은 충진재를 함유하는 전도성 접합 물질 LS-708을 사용함으로써 다음의 절차로 제조된다.
(1) 이 실시예에서 금속 도선은 100㎛지름을 가지는 구리 도선이다. 도선 롤링 속도는 8.9mm/s, 건조 시간을 60초, 건조로의 온도는 250℃, 그리고 에나멜 코팅에 사용되는 다이의 안지름은 180㎛이다. 제1 코팅층의 두께는 평균 8㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100m 길이일 때 코팅의 결과로 ±1.5㎛ 범위 내에 있다.
(2) 제2 코팅층(203)은 실시예 45와 동일한 페이스트 Nos.7-1 내지 7-6으로 만들어진 전도성 접합 물질을 사용함으로써 동일한 조건으로 형성된다. Micromerities, Ltd.에서 제조한 AUTO-PORE9200을 사용함으로써 페이스트 Nos.7-1 내지 7-6으로 만들어진 전도성 접합 물질의 유공성을 측정한 결과, 테이블 18에 값이 구해진다.
(3) 제3 코팅층(204)이 실시예 41과 동일한 페이스트 No.4로 만들어진 전도성 접합 물질을 사용함으로써 동일한 조건으로 형성되고, 3중의 층으로 된 전류 컬렉터전극(1004)용 피복 배선이 만들어진다.
(4) 그 후에, 실시예 41과 동일한 방식으로 상기 전류 컬렉터 전극(1004)용 피복 배선이 기판(1001)의 셀 표면 위에서 가열로써 접촉 접합된다. 그 다음, 실시예 41과 동일한 방식으로 캡슐로 둘러싸이고, 초기 특성이 측정되어 평균화되며, 이 결과로 테이블 2의 값이 된다.
(5) 다음, 실시예 41과 동일한 방식으로 온도를 +85℃로, 상대 습도를 85%로 유지토록 제어 가능한 내측 온도 및 습도를 가지는 일정한 온도 및 습도실에 샘플들을 배치하고, IV의 포워드 바이어스 전압을 인가함으로써 100시간 동안 고유 테스트가 수행된다. 테스트의 결과로, 100시간이 경과한 후에 누설 전류 및 션트 저항으로서 표 18의 값이 구해진다.
[표 18]
0.03ml/g 또는 더 큰 유공성을 가지는 샘플에 관하여 100시간이 경과한 후에 누설 전류가 800mA가 되며, 그의 레벨은 테스트 개시 후 즉시 점차적으로 증가된다. 5kΩ㎠ 또는 보다 적은 션트 저항으로 인하여 션트가 발생됨이 판명되었다. 제1 코팅층에 사용되는 전도성 접합 물질에서 은이 고온, 고습의 조건하에 포워드바이어스 적용으로 인하여 이온화된이래 단락 회로가 발생된다는 것을 고려할 수 있고, 따라서 제2 코팅층의 이온 장벽 효과가 감소되는 것을 알 수 있다.
이 실시예의 결과, 본 발명의 광기전력 소자는 전도성 접합 물질의 0.02ml/g또는 이보다 작은 유공성 범위 내에 양호한 이온 장벽 효과를 보장한다고 판정할수 있다.
(실시예 47)
이 실시예에서, 커플링제를 함유하는 전도성 접착 물질로 만든 코팅층을 가져야하는 전류 컬렉터 전극용 피복 배선을 조사한다.
제2A도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전류 컬렉터 전극(200)용 피복 배선은 후술하는 바와 같이 형성된다. 금속 도선(201)에 대하여 표면에 은으로 도금되는 100㎛지름을 가지는 구리 도선이 사용된다. 이 실시예에서, 제2A도에 도시된 이중층 코팅이 적용된다.
다음은 금속 도선(201)을 직접 코팅하기 위한 코팅층(202)을 구성하는 전도성 접합 물질을 형성하기 위하여 페이스트 No. 8을 준비하는 방법이 기술된다.
(1) 용매로서, 메틸 카비톨이 분산을 위한 셰이커에 투입된다.
(2) 주 성분으로 사용되는 우레탄 수지(Nippon Polyurethane Co, Ltd.에서 제조와 확산의 증대 위한 부티랄 수지(Sekisui Chemical Co, Ltd.에서 제조)가 용매에 첨가되고 볼 밀로 충분히 섞인다.
(3) 경화제로 사용되는 블럭화된 이소시아니트(Takeda Chemical Industries, Ltd.에서 제조)과 실란(silane) 커플링제로 사용되는 메르캡토프로필트리메톡시실란(d-mercaptopropyltrimethoxysilaue)(Toray Silicon, Ltd.에서 제조)이 상기 용매에 첨가된다.
(4) 0.05/m의 평균 주 그레인 지름을 가지는 카본 블랙(Colombian Carbon,Ltd.에서 제조)이 전도성 그레인으로서 상기 용매에 첨가된다. 이 합성물에서, 중량비는 67wt%의 수지와 33wt%의 전도성 그레인의 성분비가 된다.
(5) 분산(despersion)은 Toyo Seiki Seisakuiyo, Ltd.에서 제조한 페인트 셰이커를 사용하므로써 전술한 물질을 함유하는 세이커에 대하여 10시간 동안 행해진다.
(6) 페이스트 No. 8로부터 분산을 위한 글래스 비드가 제거된다. 레이저 회절법으로 페이스트 No. 8의 평균 그레인 지름을 측정한 결과, 대략 0.8㎛가 구해지며, 이는 양호한 분산임을 입증한다. 비드 밀이 페인트 셰이커 대신에 사용될 때, 동일한 결과가 구해진다.
(7) 상기 페이스트 No. 8의 전도성의 특성을 조사하기 위하여, 상기 경화제, 160℃ 온도, 30분의 표준 경화 조건하에 경화되며, 그의 체적 비저항에 측정된다. 측정 결과, 0.5Ωcm의 체적 비저항이 구해지며, 이는 비저항이 충분히 낮다는 것을 확증한다.
다음은 광기전력 소자의 기판과 접촉하는 코팅층(203)을 구성하는 전도성 접합 물질을 형성하기 위하여 페이스트 No. 9를 준비하는 방법을 기술한다.
(8) 용매로서, 사이클로헥사논(cyclohexanone)이 셰이커에 투입된다.
(9) 주성분으로 사용되는 우레탄 수지(Nippon Polyurethane, Ltd.에서 제조)가 첨가되며, 용매까지 본빈(bobbin) 상의 코팅된 도선을 롤링할 때에 택(tack) 효과를 제거하기 위해 페녹시 수지(Tomoe Kogyo, Ltd.가 제조)가 사용되고, 이는 볼 밀로 충분히 뒤섞인다. 그 후, 경화제로 사용되는 블럭화된 이소시아니트(Takeda Chemical Industries, Ltd.에서 제조)과 실란 커플링제로 사용되는 d-메르캡토프로필트리메톡시실란이 상기 용매에 첨가된다.
(10) 0.05 ㎛의 평균 주 그레인 지름을 가지는 카본 블랙(Colombian Carbon, Ltd.에서 제조)이 전도성 그레인으로서 상기 용매에 첨가된다. 이 합성물에서, 중량비는 65 wt%의 수지와 35 wt%의 전도성 그레인이 되는 비를 나타낸다.
(11) 전술한 물질은 페이스트 No. 8과 동일한 방식으로 페이스트 No. 9를 만들기 위하여 분산된다. 페이스트는 대략 1.0 ㎛의 평균 그레인 지름을 가진다.
(12) 상기 페이스트 No. 9의 전도성 특성을 조사하기 위하여, 상기 경화제, 160℃ 온도 및 30분의 표준 경화 조건 하에 경화되고, 그의 체적 비저항이 측정된다. 측정의 결과, 0.4 Ωcm의 체적 비저항이 구해지면, 이는 비저항이 충분히 낮다는 것을 확증해준다.
다음은 페이스트 No. 8로 만들어진 코팅층(202)와 제3도의 도선 코더를 사용하여 페이스트 No. 9로 만들어진 코팅층(203)을 형성하는 방법을 기술한다.
먼저, 운송 릴 주위에 금속 도선을 가지는 보빈이 설정되고, 상기 금속 도선은 롤링을 위해 보빈의 방향으로 연장된다. 그 다음, 상기 페이스트 No. 8이 코더로 주입된다.
코팅은 건조로에서 40 m/min의 코팅 속도, 2초의 지연 시간 및 350℃의 온도의 조건 하에 5번 반복된다. 110 ㎛ 내지 200 ㎛의 지름을 각각 가지는 에나멜 코팅에 대한 다이스(dices)가 연속적으로 사용된다. 이들 조건 하에, 페이스트 No.8은 양호한 부착력 및 용매 저항을 가지도록 충분히 경화된다. 페이스트 No. 8로 만들어진 코팅층(202)의 두께는 평균 5 ㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100 m 길이시 코팅 결과로 ±0.5 ㎛ 범위 내에 있다.
뒤이어, 페이스트 No. 9가 적용된다. 코팅은 건조로(306)에서 40 m/min의 도선 롤링 속도, 2초의 건조 시간 및 120℃의 온도의 조건 하에 5번 반복된다. 150㎛ 내지 200 ㎛ 안지름을 각각 가지는 에나멜 코팅에 대한 다이스가 사용된다. 상기 도선에 적응된 페이스트 No. 9가 증발되는 용매를 가지는 경화되지 않는 상태로 존재하지만, 어떠한 접착성 속성도 관찰되지 않는다. 페이스트 No. 9로 만들어진 코팅층(203)의 두께는 평균 20 ㎛이고, 코팅 두께의 편차는 100 m 길이시 코팅 결과로 ±1.0 ㎛ 범위 내에 있다.
전술한 절차로 만들어진 전극은 페이스트 No. 8로 만들어진 코팅층(202)와 금속 도선(201)의 부착력과 금속 태브의 기판과 광기전력 소자의 기판 및 페이스트 No. 9로 만들어진 코팅층(203) 사이의 부착력의 두 부류에 대하여 부착력 테스트에 의해 조사된다.
먼저, 금속 도선(203)과 페이스트 No. 8로 만들어진 코팅층(202) 사이의 부착력을 조사하기 위하여, 코팅층(202) 및 코팅층(203)은 160℃ 온도 및 30분의 조건 하에 건조로(도시되지 않음)에서 경화되는 샘플 1을 만들기 위하여 전극(200)으로서 금속 도선(200) 상에 설정된다. JIS3003의 부착력 테스트를 기초로 급속하게전극(200)을 뻗쳐서, 부서진 단면을 관찰하여 부착력을 조사한 결과, 비정상적인 균열 또는 피일링없이 양호한 부착력이 확인된다.
다음, 광기전력 소자의 기판과 금속 태브의 기판과 페이스트 No. 9로 만들어진 코팅층(203) 사이의 부착력을 조사하기 위하여, 투명한 전도성 코팅으로 ITO 도금을 한 비정질 태양 전지 기판과 표면을 은 도금한 구리 태브 기판을 가열하므로써 전극(200)을 접합 결합시키므로써 샘플 2가 만들어진다. JIS3003의 부착력 테스트를 기본으로 각 기판 방향에 수직하게 전극(200)을 뻗쳐서, 그의 장력을 측정하여 부착력을 조사한 결과, 0.15 KgfN 또는 이보다 큰 장력을 가지는 양호한 부착력이 확인된다.
또한, 상기 전극(200)의 신뢰도를 조사하기 위하여, 샘플 1 및 샘플 2는 100시간 동안 85℃ 온도 및 85%의 상대 습도 (고온 및 고습 테스트)를 가지는 환경 테스터에 배치된다. 고인 및 고습 후의 동일한 부착력 테스트 결과, 그들의 특성에는 변화가 없다.
전술한 설명은 본 발명에 따르는 전극이 일정한 폭의 라인을 가지며 우수한 부착력 속성을 보장한다는 것을 입증한다. 또한, 그들은 오랜 시간 동안 고온 및 고습과 같은 열악한 환경에서 어떠한 균열 또는 필링 없이 견디며, 보다 높은 신뢰도를 보장한다는 것이 확인된다.
(비교 5)
이 샘플은 커플링제가 페이스트의 혼합시에 혼합되지 않는다는 점에서 실시예 47과 상이하다. 전극 형성시에 다른 것들은 실시예 47과 동일하다.
실시예 47과 동일한 방식으로 생성된 전극의 부착력을 검사한 결과, 금속 도선(201)과 페이스트 No.8로 만들어진 코팅층(202) 사이의 부착력에 대하여 소정의 균열이 부분적으로 관찰된다. 광기전력 소자의 기판과 페이스트 No.9로 만들어진 코팅층(203) 사이의 부착력과, 금속 태브와 페이스트 No.9로 만들어진 코팅층(203)사의의 부착력은 각각 0.09 khfN 및 0.03 khfN까지 되어 비교적 낮다.
또한, 실시예 47과 동일한 방식으로 고온 및 고습 테스트 후에 부착력 테스트가 수행되고, 금속 도선(201)과 페이스트 No.8로 만들어진 코팅층(202) 사이의 부착력에 대하여 균열 및 상당량의 필링이 관찰된다. 부가적으로, 광기전력 소자의 기판과 페이스트 No.9로 만들어진 코팅층(203) 사이와, 금속 태브의 기판과 페이스트 No.9로 만들어진 기판 사이의 부착력은 각각 0.04 kgfN 및 거의 0으로 감소된다.
(실시예 48)
이 실시예는 티타네이트-시리즈 커플링제, 이소프로필트리-이소스테에롤티타네이트(Ajinomoto Co. Inc.에서 제조)가 페이스트 No.8의 혼합을 위한 커플링제로 사용된다는 점에서 실시예 47과 상이하다. 전극 형성시에 다른 것들은 실시예 47과 동일하다.
실시예 47과 동일한 방식으로 부착력 테스트를 수행한 결과, 금속 도선(201)과 페이스트 No.8로 만들어진 코팅층(202) 사이의 부착력에 대하여 어떠한 비정상적인 균열 또는 필링없이 양호한 부착력이 얻어진다. 또한, 광기전력 소자의 기판과 페이스트 No.9초 만들어진 코팅층(203) 사이와, 금속 태브의 층과 페이스트No.9로 만들어진 코팅층(203) 사이의 부착력에 대하여 각각 0.15 kgfN 및 0.14 kgfN의 양호한 부착력이 확인되었다.
또한, 실시예 47과 동일한 방식으로 고온 및 고습 테스트 후에 부착력 테스타가 수행되고, 그들 특성에는 변화가 없다.
(실시예 49)
이 실시예는 알루미늄-시리즈 커플링제, 아세토알콕시 알루미늄 디-이소프로피레이트(Ajinomoto Co., Inc.에서 제조)가 페이스트 No.8의 혼합시에, 커플링제로서 사용된다는 점에서 실시예 47과 상이하다. 전극 형성시에 다른 것들은 실시예 47과 동일하다.
실시예 47과 동일한 방식으로 부착력 테스트를 수행한 결과, 금속 도선(201)와 페이스트 No.8로 만들어진 코팅층(202) 사이의 부착력에 대하여 비정상적인 균열 또는 필링없이 양호한 부착력이 구해진다. 또한, 광기전력 소자의 기판과 페이스트No.9로 만들어진 코팅층(203) 사이와, 금속 태브의 기판과 페이스트 No.9로 만들어진 코팅층(203) 사이의 부착력에 대하여 각각 0.15 kgfN 및 0.14 kgfN의 양호한 부착력이 확인된다.
또한, 실시예 47과 동일한 방식으로 고온 및 고습 테스트 후에 부착력 테스트가 수행되고, 그들 특성에는 어떠한 변동도 발생되지 않는다.
(실시예 50)
이 실시예는 에폭시 수지(Yuka Shell Epoxy, Ltd.에서 제조)가 페이스트 No.8의 혼합을 위한 중합체 수지의 주성분으로 사용되고, 실란제, d-글리시폭시프로필트리메톡시실란(d-glycidoxypropyltrimthoxysilane)(Toray Silicon, Ltd)가 커플링제로서 사용된다는 점에서 실시예 47과 상이하다. 전극 형성시에 다른 것들은 실시예 47과 동일하다.
실시예 47과 동일한 방식으로 접착력 테스트를 실시한 결과 금속 도선(201)과 페이스트 No.8로 만들어진 코팅층(202) 사이의 접착에 관해서 어떤 비저항 균열이나 필링도 없이 양호한 접착이 획득될 수 없었다. 부가하여 광기전력 소자의 기판과 페이스트 No.9로 만들어진 로팅층(203) 사이 및 금속 태브의 기판과 페이스트 No.9로 만들어진 코팅층(203) 사이의 접착에 대해서도 둘 모두 0.15kgfN의 값을 갖는 양호한 접착이 확인되었다.
또한, 실시예 47과 동일한 방식으로 고온 및 다습 테스트 후에 접착력 테스트를 수행하면 어떤 변화도 이들의 특성에 나타내지 않았다.
(실시예 51)
이 실시예는 (Dainippon Ink & Chemicals, Iuc.에서 제조한) 페놀 수지가 페이스트 번호 8과 실란제의 복합을 위한 중합체 수기의 주요 성분으로 사용되고, (Torray Silicone, Ltd.에서 제조한) v-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란이 커플링제로서 사용되는 것이 실시예 47과 다르다. 다른 것들은 전극을 형성하는데 있어서 실시예 47과 동일하다.
실시예 47과 동일한 방식으로 접착 테스트를 수행한 결과로서, 양호한 접착이 금속 도선(201)과 페이스트 번호 8로 이루어진 코팅층(202) 사이의 접착에 대해 어떤 비정상적인 균열이나 필링없이 얻어질 수 있었다. 또한, 광기전력 소자와 페이스트 번호 9로 이루어진 코팅층(203) 사이와 금속 태브의 기판과 페이스트 번호 9로 이루어진 코팅층(203) 사이의 접착에 대해서도, 양호한 접착이 확인되었다. 둘다 0.15kgfN이다.
부가적으로, 접착 테스트가 실시예 47과 동일한 방식으로 고온 다습 테스트 이후에 수행되었고 그들 특성에 있어서 어떤 변화도 발생하지 않았다.
(실시예 52)
이 실시예는 (Nippon Polyimide, Ltd.에서 제조한) 폴리마이드가 페이스트 번호 8과 실란제의 복합을 위한 주요 성분으로서 사용되고, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란이 커플링제로서 사용되는 것이 실시예 47과 다르다. 다른 것들은 전극을 형성하는데 있어서 실시예 47과 동일하다.
실시예 47과 동일한 방식으로 접착적 테스트를 수행한 결과로서, 양호한 접착이 금속 도선(201)과 페이스트 번호 8로 이루어진 코팅층(202) 사이의 접착에 대해 어떤 비정상적인 균일이나 필링없이 얻어질 수 있었다. 또한, 광기전력 소자의 기판과 페이스트 번호 9로 이루어진 코팅층(203) 사이 및 금속 태브의 기판과 페이스트 번호 9로 이루어진 코팅층(203) 사이의 접착에 대해, 양호한 접착이 확인되었다. 둘다 0.15kgfN이었다.
부가적으로, 접착 테스트가 실시예 47과 동일한 방식으로 고온 다습 테스트 이후에 수행되었고 그들 특성에 있어서 어떤 변화도 발생하지 않았다.
(실시예 53)
이 실시예에서는 비정질 태양 전지(400)이 그 길이가 제4A도에 도시한 층 구조 내에서 30cm인 그리도를 갖는 핀 접합형 단일 구조가 되도록 제조되었다.
다음에 제조 공정에 따른 제조 방법이 설명된다.
(1) SUS430BA로 만들어진 충분히 탈지되고 세정된 기판(401)을 DC 스퍼터링 장치(도시안됨) 내에 Ag를 400mm까지 침착한 다음에, 하부 전극(402)가 ZnO를 400nm까지 침착함으로써 형성되었다.
(2) 기판을 뺀 후에, 이것을 RF 플라즈마 CVD막 발생기(도시안됨) 내에 놓여진 다음에, n층(403), i층(404) 및 p층(405)의 순서로 비정질 실리콘 반도체층에 대한 침착이 이루어진다.
(3) 이것은 저항 가열 시스템(도시안됨) 금속화 장치 내로 넣어지고 ITO막은 반사 저항 효과(막 발생 온도: 450℃/막 두께 70nm)의 기능을 또한 갖는 투명 전도막(406)으로서 발생되었다.
(4) 실시예 47에서와 같이 동일한 페이스트 번호 8 및 9를 사용함으로써, 전도성 접합 물질로 이루어진 코팅층을 갖는 전극(200)이 만들어졌다.
(5) 전극(200)은 도선링 장치(도시안됨)를 사용함으로써 그 표면 상에 은이 피복된 구리 포일된 태브(501)을 갖는 기판(401) 상에 배열되었고, 태양 전지의 유효영역 외부에서 5mm 폭인 접착부를 제공하고, 그 다음 그들은 그들 양 단부에 접착제로 일시적으로 고정되었다.
(6) 가열 접촉 접합 장치(도시안됨)를 사용함으로써, 그들은 그리드 전극 (307)을 형성하기 위해 도선에 가해진 페이스트 번호 9를 동하여 기판 상에 고정되었다.
(7) 제13도에 도시한 바와 같이, 애노드 드레인부(1302)와 캐소드 드레인부 (1303)은 단일 셀 30cm 정사각형을 생성하도록 땜납과 접속되었다.
(8) 캡슐화는 상기 전극이 아래에 설명된 바와 같이 형성된 비정질 태양 전지에 대해 이루어졌다. 비정질 태양 전지(1300)은 그 양측면 상에 EVA로 피복되고, 그 다음에 플루오로플라스틱막 ETFE(에칠렌 테트라플로오로에칠렌)(Du Pont제품명 "Tefzel")로 피복되고, 온도를 높여 45분 동안 150℃를 유지하면서 진공 라미네이트용 진공 라미네이트기 내로 넣어졌다.
이 실시예의 샘플의 생성은 상기 (1) 내지 (8) 공정에서 완료되었다.
생성된 샘플에 대한 초기 특성은 아래에 기술된 바와 같이 측정되었다. AM1.5 전역 일광 스펙트럼의 광의 100mW/㎠를 갖는 시뮬레이트된 광원(이후, 시뮬레이터라 함)을 사용함으로써, 태양 전지의 특성이 측정으로 검사되었다. 측정하였을때 변환 효율 6.7%, 션트 저항(다크 상태) 50kΩ㎠, 및 직렬 저항 9.5Ω㎠의 값이 나왔고 이는 바람직하다.
이들 샘플에 대한 신뢰도 테스트가 환경 테스트 방법과 일본 공업 표준 C8917의 수정 시스템 태양 전지의 지속 테스트 방법에서 정의된 온도 및 상대 습도주기 테스트 A-2에 기초하여 수행되었다. 무엇보다도 먼저, 주기 테스트가 샘플을 그 내부 습도가 제어 가능한 일정한 온도 및 습도 용기 내로 놓고 온도를 -40℃에서 +85℃(상대 습도: 85%)로 변화시킴으로써 20번 반복되었다. 그 다음에, 태양 전지의 특성이 초기 특성의 측정과 동일한 방식으로 시뮬레이터를 사용함으로써 10회 반복 테스트가 완료될 때마다 검사했을 때, 초기 변환 효율에 비해 3.2%의 감소가관찰되었고, 테스트의 20회 반복 완료 후에는 션트 저항(다크 상태)에 대해 10%의 감소를 보였고, 그러므로 양자의 경우에 어떤 상당한 저하도 발견되지 않았다. 또한, 직렬 저항이 측정되었고 약 2.4%만의 증가가 제14도에 도시한 것과 같은 이 실시예의 샘플에서 관찰되었고, 전극부 내의 필링과 같은 현상이 발견되지 않았다.
이 실시예의 결과로서, 본 발명에 따른 태양 전지는 양호한 특성을 갖는 고신뢰성을 보장한다는 것을 이해할 수 있었다.
(비교예 6)
이 예에서, 전극은 커플링제가 페이스트의 복합시에 혼합되지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 형성되었다. 다음에, 이들 전극을 사용함으로써, 비정질 태양 전지가 실시예 53과 동일한 방식으로 만들어졌다. 부가적으로, 샘플은 실시예 53과 동일한 방식으로 상기 비정질 태양 전지의 캡슐화를 수행하여 만들어졌다.
실시예 53과 동일한 방식으로 샘플의 초기 특성을 측정한 결과로서, 초기 변환 효율은 5.8%이었고 직렬 저항은 15.5Ω㎠이먼고, 따라서 직렬 저항은 실시예 53에 비해 높았다.
다음에, 신뢰도 테스트가 실시예 53과 동일한 방식으로 이 샘플들에 대해 수행되었다. 온도 및 습도 주기 테스트의 완료 이후의 샘플의 변환 효율을 측정한 결과로서, 20회 반복 테스트 이후에 초기값에 비해 17%의 감소가 관찰되었고 이는 상당한 정도의 저하를 나타낸 것이다.
이들 샘플의 직렬 저항이 측정되었을 때,지속적인 변화가 제14도에 도시한바와 같이 관찰되었고 이것은 20회 반복 테스트 이후의 초기 테스트의 약 2배만큼 증가되었다. 따라서, 전극들 사이의 접착성이 감소되었다는 것이 판명되었다.
(실시예 54)
이 실시예는 태양 전지가 트리플형 비정질 태양 전지(400)과 같이 제4C도에 도시한 구조를 갖고 마이크로웨이브 CVD 방법이 반도체층을 생성하기 위해 사용된다는 점이 실시예 53과 다르다.
다음에 생성 장치에 따른 생성 방법이 설명된다.
(1) Ag와 ZnO를 포함하는 하부 전극(402)가 SUS 기판(401) 상에 형성되었다.
(2) 이것은 마이크로웨이브 플라즈마 CVD 막 발생기(도시안됨) 내로 넣어졌고, 하부층은 n층(403), 1층(404), 및 p층(405)의 순서로 형성되었다. 다음에, 동일한방식으로, 반도체층의 n층(413), i층(414), 및 p층(415)의 순서로 중간층과 n층(423), i층(424), 및 p층(425)의 순서로 상부층을 순차적으로 형성함으로써 생성되었다.
(3) ITO막이 실시예 53과 동일한 방식으로 반사 저항 효과(막 생성 온도: 450℃, 막 두께: 70nm)의 기능을 또한 갖는 투명 전도막(406)으로서 생성되었다.
(4) 실시예 47과 동일한 샘플 페이스트 번호 8과 9를 사용함으로써, 도전 접합 물질로 이루어진 코팅층을 갖는 전극(200)이 생성되었다.
(5) 전극(200)은 도선링 장치(도시안됨)를 사용함으로써 그 표면 상에 은이 피복된 구리 포일된 태브(501)을 갖는 기판(401) 상에 배열되었고, 태양 전지의 유효 영역 외부에 5mm 폭인 접착부를 제공한 다음, 이들은 양단부에서 접착제로 일시적으로 고정되었다.
(6) 가열 접촉 접합 장치(도시안됨)을 사용함으로써, 이들은 그리드 전극 (307)을 형성하기 위해 도선에 가해진 페이스트 번호 9를 통해 기판 상에 고정되었다.
(7) 제13도에 도시한 바와 같이, 애노드 드레인부(1302)와 캐소드 드레인부(1303)은 단일 셀 30cm 정사각형을 생성하도록 땜납에 접속되었다.
(8) 캡슐화가 상기 전극들이 실시예 53과 동일한 방식으로 형성된 비정질 태양 전지에 대해 이루어졌다.
이 실시예의 샘플의 생성은 상기 (1) 내지 (8) 공정에서 완료되었다.
생성된 샘플의 초기 특성은 실시예 53과 동일한 방식으로 측정되었다. 측정된 초기 변환 효율 8.3%, 션트 저항(다크 상태) 42kΩ㎠, 및 직렬 저항 33.0Ω㎠의 특성이 바람직하다.
또한, 이들 샘플에 대한 신뢰도 테스트가 실시예 53과 동일한 방식으로 수행되었다. 결과적으로, 20회 반복 테스트 이후에 초기값에 대한 2.7%의 직렬 저항 증가가 관찰되었고 초기값에 대한 1.8%의 변환 효율 감소가 관찰되었고, 따라서 어떤 상당한 저하도 양자에서 발견되지 않았다,
이 실시예의 결과로서, 본 발명에 따른 태양 전지가 바람직한 특성을 갖고 고신뢰성을 보장한다는 것을 이해할 수 있었다.
(실시예 55)
이 실시예에서, 전극의 장기간 보존 안정성을 체크하기 위해, 실시예 47 내의 전극은 보빈 구성으로 감겨졌고 이들은 100일 동안 상온에서의 환경에 유지되었다. 그 다음에, 전극(200)의 접착성이 실시예 47과 동일한 방식으로 체크되었고, 바람직한 접착 특성이 실시예 47과 같이 확인되었다.
상기 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 우수한 접착성 및 장기간보존 특성을 갖는 신뢰성있는 전류 컬렉터 전극용 피복 배선이 얻어진다.
또한, 전류 컬렉터 전극용 피복 배선을 사용함으로써 높은 초기 특성과 우수한 장기간 신뢰성을 갖는 광기전력 소자가 얻어진다.
게다가, 생산 수율이 개선되기 때문에, 바람직한 신뢰성 특성을 갖는 광기전력 소자를 생성하는 방법이 얻어진다.
제1A도 및 제1B도는 본 발명에 따라서 금속 도선 위에 코팅층이 제공된 컬렉터 전극 구성을 도시한 개략 단면도.
제2A도, 제2B도 및 제2C도는 다수의 코팅층을 갖는 컬렉터 전극의 구성과 기판 위의 컬렉터 전극의 고정 조건을 도시한 개략 단면도.
제3도는 본 발명의 컬렉터 전극을 제조하는데에 사용된 도선 코팅 장치를 도시한 개략 단면도.
제4A도, 제4B도 및 제4C도는 본 발명에 따라서 비정질 실리콘 형의 태양 전지 구성을 도시한 개략 단면도.
재5도는 본 발명에 따라서 단결정질 실리콘 형의 구성을 도시한 개략 단면도.
제6도는 본 발명에 따라서 다결정질 실리콘 형의 구성을 도시한 개략 단면도.
제7도는 본 발명에 따라서 다결정질 실리콘 형의 박막 태양 전지의 구성을 도시한 개략 단면도.
제8A도 및 제8B도는 본 발명에 따른 광기전력 소자의 한 예의 태양 전지의 구성을 도시한 개략 평면도.
제9도는 본 발명에 따라서 두 개의 코팅층을 갖는 광 기전 소자 모듈을 채용한 광기전력 소자의 구성을 도시한 개략 단면도.
제10도는 본 발명에 따라서 두 개의 세 개의 코팅층을 갖는 컬렉터 전극을 채용한 광기전력 소자의 구성을 도시한 개략 단면도.
제11도는 본 발명에 따라서 세 개의 코팅층을 갖는 컬렉터 전극을 채용한 광기전 소자 모듈의 구성을 도시한 개략 단면도.
제12도는 본 발명에 따라서 광기전력 소자의 한 모듈의 체적 비저항과 변환효율 사이의 관계를 도시한 그래프.
제13도는 본 발명에 따라서 코팅층을 갖는 컬렉터 전극을 채용한 광기전력 소자의 또다른 모듈의 구성을 도시한 개략 평면도.
제14도는 본 발명에 따라서 광기전력 소자의 한 모듈의 가열 주기와 직렬 저항 사이의 관계를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 컬렉터 전극
201, 1101 : 금속 도선
202, 203, 1102, 1103 : 코팅층
401 : 기판
402 : 하부 전극
403, 413, 423 : n형 반도체층
404, 414, 424 : i형 반도체층
405, 415, 425 : p형 반도체층
406 : 상부 전극
407 : 컬렉터 그리드 전극

Claims (40)

  1. 전도성 접착제의 피복층으로 피복되고 상기 피복층을 통해 광기전력소자에 접착되도록 형성되는 금속선을 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선(coated wire for a collector electrode)에 있어서 상기 피복층은 상기 금속선의 금속 이온이 상기 컬렉터 전극의 상기 피복 배선의 표면으로 침투하는 것을 막는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복층은 상기 금속 배선에 상기 광기전력 소자의 광생성 전압(photogenerated voltage)보다 높은 전압이 인가되는 경우에도 금속 이온이 침투되는 것을 막은 기능을 하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착제는 전도성 입자 및 고중합체 수지를 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착제는 커플링제(coupling agent), 전도성 입자 및 고중합체 수지를 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커플링제는 실란계(silane based) 커플링제, 티타네이트계(titanate based) 커플링제, 및 알루미늄계 커플링제로부터 선택된 적어도 하나의 종류인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착제의 다공성(porosity)은 1㎛ 이하의 반지름을 갖는 기공에 대해 0.04ml/g 이하이 값을 갖는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  7. 제3항에 있어서, 상기 고중합체 수지의 평균 분자량은 500 내지 5000인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  8. 제3항에 있어서, 상기 고중합체 수지는 20 내지 100%의 겔 분율(gel fraction)을 갖는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  9. 제7항에 있어서, 상기 피복층은 적어도 2개 이상의 층을 포함하고, 이들 중에 가장 바깥쪽에 있는 피복층을 제외한 적어도 1개 이상의 피복층은 제7항 또는 제8항에 따른 고중합체 수지로 만들어진 전도성 접착제를 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  10. 제9항에 있어서, 상기 피복층은 적어도 2개 이상의 층을 포함하고, 최소한 가장 바깥쪽의 피복층은 적어도 비경화된 열경화성 고중합체 수지(thernally hardening high polymer resin not hardened)로 이루어진 전도성 접착제로 이루어지는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착제는 적어도 2개 이상의 층을 포함하고, 상기 전극에 인접한 층을 이루는 상기 전도성 접착제의 연화점 (softening point)은 상기 광기전력 소자의 열 이력(heat history)에서 가장 높은 온도보다 높은 컬렉터 전극용 피복 배선.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전도성 접착제는 0.1 내지 100 Ωm의 고유 저항을 갖는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  13. 제3항에 있어서, 상기 고중합체 수지는, 우레탄, 페녹시, 에폭시, 부티랄, 패놀, 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드로부터 선택된 적어도 한 종류인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착제는 경화제로서 블럭 이소시아니트(block isocynate)를 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착제의 유리 전이점(glass transition point)은 100℃ 이상인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  16. 제3항에 있어서, 상기 전도성 입자의 주요 입자의 평균 반지름은 0.02 ㎛ 내지 15㎛인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  17. 제3항에 있어서, 상기 전도성 입자는, 흑연, 카본 블랙(carbon black), In2O3, TiO2, SnO2, ITO, ZnO 및 이들 물질에 3가 금속 원소를 도핑한 것들로부터 선택된 적어도 하나의 종류인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  18. 적어도 하나의 핀(pin) 접합 또는 pn 접합을 포함하는 반도체층과 상기 반도체층의 광입사면측에 제공되는 컬렉터 전극을 포함하는 광기전력 소자에 있어서,
    상기 컬렉터 전극은 제1항 내지 제17항중 어느 한 항에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선에 의해 형성되는 광기전력 소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반도체층의 광입자면측의 투명 전극과 상기 투명 전극상에 컬렉터 전극으로서 컬렉터 전극용 피복 배선을 더 포함하는 광기전력 소자.
  20. 제18항에 있어서, 상기 컬렉터 전극용 피복 배선이 컬렉터 전극으로서 제공되어, 상기 광기전력 소자의 상기 반도체층 상에 배열된 상기 투명 전극상에, 제 1항 내지 제17항중 어느 한 항에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선의 전도성 접착제가 접하는 광기전력 소자.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 반도체층은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 박막 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 게르마늄 및 비정질 실리콘 카본 중 선택된 적어도 한 종류를 포함하는 광기전력 소자.
  22. 제18항 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체층은 핀 접합 또는 pn 접합을 포함하는 3개의 셀이 적층된 3중 셀인 광기전력 소자.
  23. 광입사면 측에 컬렉터 전극을 갖는 구조의 광기전력 소자를 제조하는 방법에 있어서, 제1항 내지 제17항중 어느 한 항에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을, 열, 압력 또는 열과 압력에 의해 상기 광기전력 소자의 광입사면에 접착시키는 광기 전력 소자 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 컬렉터 전극용 상기 피복 배선에 가해진 열은 상기 블럭 이소시아니트의 해리 온도 이상의 온도인 광기전력 소자 제조 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 피복 배선은, 상기 피복층을 형성하는 비경화된 열 경화성 중합체 수지가 20% 내지 100%의 겔 분율을 가질 때까지 가열되는 광기전력 소자 제조 방법.
  26. 전도성 접착제의 피복층을 포함하고 상기 피복층을 통해 광기전력 소자에 접착되는 금속 배선을 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선에 있어서, 상기 피복 층은 적어도 2개층을 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  27. 제26항에 있어서, 상기 전도성 접착제는 전도성 입자와 고등합체 수지를 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  28. 제27항에 있어서, 상기 전도성 접착제는, 커플링제, 전도성 입자 및 고중합체 수지로부터 형성되는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  29. 제28항에 있어서, 상기 커플링제는, 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제 및 알루미늄계 커플링제로부터 선택된 적어도 하나의 종류인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  30. 제27항에 있어서, 가장 바깥측의 피복층을 제외한 내부 피복층을 이루는 전도성 접착제는 500 내지 5000의 평균 분자량을 갖는 고중합체 수지를 포함하는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  31. 제27항에 있어서, 가장 바깥측의 피복층을 제외한 적어도 하나 이상의 피복층을 이루는 전도성 접착제는 20 내지 100%의 겔 분율을 갖는 고증합체 수지를 포함하는 컬렉저 전극용 피복 배선.
  32. 제27항에 있어서, 적어도 가장 바깥쪽의 피복층을 이루는 전도성 접착제는 비경화된 열경화성 고중합체 수지로 이루어지는 컬렉터 전극용 피복 배선.
  33. 제27항에 있어서, 상기 고중합체 수지는 우레탄, 페녹시, 에폭시, 부티랄, 페놀, 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리아미드이미드로부터 선택된 적어도 한종류인 컬렉터 전극용 피복 배선.
  34. 적어도 하나의 핀 접합 또는 pn 접합을 포함하는 반도체층과 상기 반도체층의 광입사면측에 제공된 컬렉터 전극을 포함하는 광기전력 소자에 있어서,
    상기 컬렉터 전극은 제27항 내지 제33항중 어느 한 항에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선에 의해 형성되는 광기전력 소자.
  35. 제34항에 있어서, 상기 반도체층의 광입사면측의 투명 전극과, 상기 투명 전극상에 컬렉터 전극으로서 컬렉터 전극용 피복 배선을 더 포함하는 광기전력 소자.
  36. 제34항에 있어서, 상기 컬렉터 전극용 피복 배선이 컬렉터 전극으로서 제공되어, 상기 광기전력 소자의 상기 반도체층상의 상기 투명 전극 상에, 제27항 내지 제33항중 어느 한 항에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선의 전도성 접착제가 접하는광기전력 소자.
  37. 광입사면측에 컬렉터 전극을 갖는 구조의 광기전력 소자를 제조하는 방법에 있어서, 제27항 내지 제33항중 어느 한 항에 따른 컬렉터 전극용 피복 배선을, 열, 압력 또는 열과 압력에 의해 상기 광기전력 소자의 광입사면에 접착시키는 광기전력 소자 제조 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 컬렉터 전극용 피복 배선에 가해진 열은 상기 전도성 접찹체에 포함된 블럭 이소시아니트의 해리 온도보다 높은 온도인 광기전력소자 제조 방법.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 컬렉터 전극용 피복 배선은, 상기 피복층을 형성하는 비경화된 열 경화성 고중합체 수지가 20% 내지 100%의 겔 분율을 가질 때까지 가열되는 광기전력 소자 제조 방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 컬렉터 전극용 피복 배선은 상기 피복층중 가장 바깥쪽에 있는 피복층의 연화점 이상으로 열을 가함으로써 접착되는 광기전력소자 제조 방법.
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