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JP7699671B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、且つ、より詳細には、構造が改善された太陽電池及びその製造方法に関する。
半導体基板を含む太陽電池は、優れた効率を有するため広く使用されている。しかしながら、半導体基板を含む太陽電池は効率を向上する様態に一定の限界があり、且つ、光電変換効率を向上させることができる多様な構造の太陽電池が提案されている。
一実例として、短波長の光を吸収し、且つ、短波長を利用した光電変換を実行するペロブスカイト化合物を光電変換部として含む太陽電池が提案されている。このようなペロブスカイト化合物を光電変換部として含む太陽電池では、韓国公開特許第１０－２０１６－００４０９２５号に記載されているように、通常、ペロブスカイト化合物を含む光電変換部とは異なる構造又は物質からなる別の光電変換部を積層することによって、優れた効率を実現する。
このような構造の太陽電池では、効率を向上するために、互いに積層された複数の光電変換部が優れた接続特性を有することは、非常に重要である。
このため、韓国特許第１０－２０１８－００２６４５４号には多接合型光電装置が開示されている。上記した従来技術では、ヘテロ接合構造とペロブスカイト太陽電池とを積層した直列太陽電池を保護請求しており、且つ、両者の接合層、すなわち、複合層として、ＴＣＯを適用した。
しかしながら、上記した構造では、親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ）の接合層であるＴＣＯと疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ）を有する正孔輸送層（ＨＴＬ）の材料との間の表面エネルギ差により、２つの表面の間の接合が不安定になる。
したがって、正孔輸送層プロセスにおいて、必要なスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）プロセス又はウェットプロセスが伴うか、又は、他の異なる接続プロセスが要求される。
韓国公開特許第１０－２０１６－００４０９２５号（２０１６．０４．１５．）
韓国公開特許第１０－２０１８－００２６４５４号（２０１８．０３．１６．）
本実施例は、優れた効率を有する太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。特に、本実施例は、ペロブスカイト化合物を含む光電変換部と、及び物質又は構造が異なる別の光電変換部とが設けられた直列型構造を有しつつ、優れた効率を有する太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
より具体的には、本実施例は、複数の光電変換部が設けられた直列型構造において、２つの光電変換部との間の接合特性を向上しつつ、キャリアの移動をスムーズにして、優れた効率を有する太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
なお、本実施例は、簡単なプロセスで製造できて生産性を向上させることができる太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本実施例による太陽電池は、光電変換部、接合層、第１の電極及び第２の電極を含み、前記光電変換部は、ペロブスカイト化合物からなる光電変換層を含む第１の光電変換部と、半導体基板を含む第２の光電変換部とを含み、前記接合層は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に形成され、前記第１の電極は、前記光電変換部の一方の面において前記光電変換部に電気的に接続され、且つ、前記第２の電極は、前記光電変換部の他方の面において前記光電変換部に電気的に接続され、前記接合層は、前記第２の光電変換部に接する裏面と前記第１の光電変換部に接する正面とを含み、且つ、前記裏面と前記正面は表面特性が異なる。
前記第２の光電変換部は、前記半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上の第１の導電タイプの第１の半導体層と、前記半導体基板の他方の面上の第２の導電タイプの第２の半導体層とを含んでもよい。
前記接合層の裏面は、親水性の表面特性を有してもよく、且つ、前記接合層の正面は、疎水性の表面特性を有してもよい。
前記接合層は、前記第１の導電タイプの第１の導電体層上に形成され且つ親水性の表面特性を有する透明導電タイプ酸化物層（ＴＣＯ）を含む。
前記接合層の前記透明導電タイプ酸化物層の前記正面は、プラズマ表面処理により疎水性の表面特性を有してもよい。
前記接合層は、前記透明導電タイプ酸化物層上において前記第１の光電変換部に接する界面層をさらに含んでもよい。
前記界面層は、ドーピングされた半導体層を含んでもよく、且つ、疎水性の表面特性を有してもよい。
前記半導体基板と前記第２の導電タイプの第２の半導体層との間には、トンネリング層をさらに含んでもよく、且つ、前記界面層は、前記トンネリング層よりも薄い厚さに形成されてもよい。
前記第１の光電変換部は、前記ペロブスカイト化合物からなる前記光電変換層と、前記光電変換層の上部に形成される第１の輸送層と、前記光電変換層の下部に形成される第２の輸送層とを含んでもよく、前記第２の輸送層は、前記接合層に接合されるように形成されてもよく、且つ、前記第２の輸送層は、疎水性の表面特性を有してもよい。
前記第２の輸送層は、疎水性の表面特性を有するＮＰＢ又はＳｐｉｒｏ－ＴＴＢを含んでもよい。
前記第２の光電変換部の一方の面上には前記第１の光電変換部が位置決めされてもよく、前記第１の光電変換部上には前記第１の電極が位置決めされてもよく、前記第２の光電変換部の前記第２の半導体層上には前記第２の電極が位置決めされてもよく、前記第２の半導体層は多結晶部分を含んでもよく、且つ、前記第１の電極と前記第２の電極は積層構造が互いに異なってもよい。
また、本発明の実施例による太陽電池の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上の第１の半導体層と、前記半導体基板の他方の面上に前記第１の半導体層と異なる導電タイプを有する第２の半導体層とを含む第２の光電変換部を形成するステップと、前記第１の半導体層上に接合層を形成するステップと、前記接合層の正面の表面特性を変化させるステップと、前記接合層の正面上にペロブスカイト化合物からなる光電変換層を含む第１の光電変換部を形成するステップと、前記第１の光電変換部の一方の面において前記第１の光電変換部に電気的に接続される第１の電極、及び前記第２の光電変換部の他方の面において前記第２の光電変換部に電気的に接続される第２の電極を形成するステップと、を含む。
前記接合層を形成するステップにおいて、前記半導体基板の前記第１の半導体層上に親水性の表面特性を有する透明導電タイプ酸化物層（ＴＣＯ）を形成してもよい。
前記接合層の表面特性を変化させるステップにおいて、前記接合層の裏面が親水性の表面特性を有し且つ前記接合層の正面が疎水性の表面特性を有するように処理を行なってもよい。
前記接合層の表面特性を変化させるステップにおいて、前記接合層の前記透明導電タイプ酸化物層の前記正面上で、疎水性の表面特性を有するように形成するようにプラズマ表面処理を実行してもよい。
前記プラズマ表面処理は、２００度以下の温度で行い且つＣＨ４プラズマ又はフッ素プラズマ処理によって実行されてもよい。
前記接合層の表面特性を変化させるステップは、前記透明導電タイプ酸化物層上に前記第１の光電変換部に接する界面層を形成するステップをさらに含んでもよい。
前記界面層を形成するステップは、前記透明導電タイプ酸化物層上に非結晶シリコン層を堆積するステップと、前記表面特性を疎水性に変化させるように前記非結晶シリコン層上に高濃度のドーパントを注入するステップと、を含んでもよい。
前記半導体基板と前記第２の半導体層との間には、トンネリング層をさらに含んでもよく、且つ、前記界面層は、前記トンネリング層よりも薄い厚さに形成されてもよい。
前記第１の光電変換部は、前記ペロブスカイト化合物からなる前記光電変換層、前記光電変換層の上部に形成される第１の輸送層、及び前記光電変換層の下部に形成される第２の輸送層を含むように形成され、前記第２の輸送層は前記接合層に接するように形成されてもよく、且つ、前記第２の輸送層は、疎水性の表面特性を有する物質を堆積することによって形成されてもよい。
本実施例によれば、ペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部と、半導体基板を含む第２の光電変換部が設けられた直列型構造では、第１の光電変換部と第２の光電変換部との間の接合層を親水性に変換することにより、接合特性を向上させることができる。
なお、ＴＣＯをそのまま接合層として適用することができるため、プロセスの不安定性を有するウェットプロセスを有しない場合に、ドライプロセスに置き換えることができ、さらに直列セル構造を実現できる。
これにより、接合層と第１の光電変換部の積層中において、マッチング性が改善され、大面積化に寄与する。
サンドイッチ又はプラズマ処理を行っても、上記した接合層も、変わらないＴＣＯの光学、電気的特性を有することができ、且つ、ＴＣＯと正孔輸送層の接合特性を向上することにより正孔移動度を向上することができ、且つ、フィルファクター（ＦＦ、Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を増加することにより直列セル駆動性能を向上することができる。
図１は本発明の一実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。 図２は図１に示す太陽電池の正面を示す正面平面図である。 図３は本発明の一実施例による太陽電池の光電変換部に含まれる複数の層の導電タイプと作用の一実例を模式的に示す図である。 図４は図３に示す太陽電池、及び比較例１による太陽電池の光電変換部のエネルギバンドを概略的に示すエネルギバンド図である。 図５は本発明の一実施例による太陽電池の製造方法のフローチャートである。 図６は図５のドーピング層形成までの詳細なシーケンス図である。 及び 図７ａ及び図７ｂは図６の製造方法を説明するための断面図である。 図８は図５の接合層形成までの詳細なシーケンス図である。 図９は図８の製造方法を示す断面図である。 図１０は図８の接合層の表面性質変化を表す接触角を示している。 図１１は図５の第１の光電変換部と電極を形成する詳細なシーケンス図である。 ～ 図１２ａ～図１２ｂは図１１の製造方法を示す断面図である。 図１３は本発明の別の実施例による太陽電池を概略的に示す断面図である。 図１４は接合層の表面性質変化を示す図である。 図１５は接合層の表面性質に応じて変化する光学特性を示すグラフである。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明は、このような実施例に限定されず、多様な形態に変形できる。
本発明を明確かつ簡潔に説明するために、説明に関係のない部分の図面は図示を省略し、且つ、明細書全体において、同じ又は極めて同様な部分には、同じ図面符号を使用する。なお、説明をより明確にするために、図面において厚さ、幅などが拡大又は縮小して示されており、且つ、本発明の厚さ、幅などは図に示すものに限定されない。
なお、明細書全体において、ある部分が他の部分を「含む」と呼ばれるとき、特に反対の記載がない限り、他の部分を排除するものではなく、他の部分をさらに含んでもよい。なお、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上」にあるとき、これは直接に他の部分「上」にある場合だけではなく、その中央に他の部分が位置決めされている場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が直接に他の部分「上」にあると呼ばれるとき、中央に他の部分が位置決めされていないことを意味する。
以下、本発明の実施例による太陽電池及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書には、「第１」又は「第２」という表現は、単に互い間の区別のみに使用され、且つ、本発明はこれに限定されない。
図１は、本発明の一実施例による太陽電池を概略的に示す断面図であり、且つ、図２は、図１に示す太陽電池の正面を示す正面平面図である。理解を明確にするために、図２には、第１の電極の第１の電極層の図示を省略し、且つ、第２の電極層を主に示している。
図１を参照すると、本実施例による太陽電池１００は、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０とを含む光電変換部１０を含んでもよい。すなわち、光電変換部１０は、互いに積層された複数の光電変換部１１０、１２０を含む直列型構造を有してもよい。このとき、接合層（トンネリング接合層）１３０は、第２の光電変換部１２０の一方の面（一実例として、正面）上又は第１の半導体層１２４上に位置して、第２の光電変換部１２０とその上に位置する第１の光電変換部１１０とを電気的に接続する。図１において、接合層１３０は、複数の層状の構造を有し、且つ、第２の光電変換部１２４の第１の半導体層１２４と第１の光電変換部１１０の第２の輸送層１１６との間に配置されているが、本発明はこれに限定されない。このような接合層１３０は、キャリアのトンネリングをスムーズに行うように薄い厚さを有してもよく、且つ、多層として構成されてもよい。
より具体的には、光電変換部１０は、ペロブスカイト化合物からなる光電変換層１１２を含む第１の光電変換部１１０、及び半導体基板（一実例として、シリコン基板）１２２を含む第２の光電変換部１２０を含んでもよい。このとき、第２の光電変換部１２０は、半導体基板１２２、半導体基板１２２の一方の面（一実例として、正面）において半導体基板１２２とは別に形成された第１の半導体層１２４、及び半導体基板１２２の他方の面（一実例として、裏面）において半導体基板（１０）とは別に形成された第２の半導体層１２６を含んでもよい。そして、太陽電池１００は、光電変換部１０の一方の面（一実例として、正面）において光電変換部１０に電気的に接続される第１の電極４２、及び光電変換部１０の他方の面（一実例として、裏面）において光電変換部１０に電気的に接続された第２の電極４４を含んでもよい。より詳細な説明は以下の通りである。
本実施例では、第２の光電変換部１２０において、半導体基板１２２は、単一の半導体物質（一実例として、第４族の元素）を含む晶体半導体（例えば、単結晶又は多結晶半導体、一実例として、単結晶又は多結晶シリコン）から構成されてもよい。そして、結晶性が高く欠陥が少ない半導体基板１２２に基づくため、第２の光電変換部１２０は、優れた電気的特性を有することができる。特に、半導体基板１２２は、単結晶半導体（一実例として、単結晶シリコン）から構成されてもよいため、より優れた電気的特性を有する。上記した通り、第２の光電変換部１２０は、晶体半導体基板１２２を含む結晶質シリコン太陽電池構造を有してもよい。
半導体基板１２２の正面及び／又は裏面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されて凹凸又は反射防止構造を有してもよい。一実例として、凹凸又は反射防止構造は、半導体基板１２２の正面及び／又は裏面を構成する表面が半導体基板１２２の（１１１）面として構成されかつ不規則な大きさを有するピラミッド形状を有してもよい。これにより、比較的大きい表面粗さを有するとき、光の反射率を低減することができる。図面には、半導体基板１２２の正面と裏面上にそれぞれ凹凸又は反射防止構造を形成して反射防止効果を最大化する場合を例示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、正面と裏面のうちの少なくとも１つに凹凸又は反射防止構造が形成されていてもよく、又は正面と裏面のいずれにも凹凸又は反射防止構造が設けられてもよい。
本実施例では、半導体基板１２２は、第１又は第２の導電タイプドーパントを第１の半導体層１２４又は第２の半導体層１２６よりも低いドーピング濃度でドーピングして、第１又は第２の導電タイプを有するベース領域として構成されてもよい。すなわち、半導体基板１２２は、ベース領域にドーパントが追加でドーピングされて形成されるドーピング領域が設けられなくてもよく、ベース領域のみが設けられてもよい。
本実施例では、半導体基板１２２の一方の面（一実例として、正面）上に位置する第１の半導体層１２４は、第１の導電タイプドーパントを含み第１の導電タイプを有する半導体層であってもよい。そして、半導体基板１２２の他方の面（一実例として、裏面）上に位置する第２の半導体層１２６は、第２の導電タイプドーパントを含み第２の導電タイプを有する第２の半導体層であってもよい。
一実例として、第１の導電タイプドーパントと第２の導電タイプドーパントでは、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの第３族の元素をｐ型のドーパントとして使用してもよく、且つ、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの第５族の元素をｎ型のドーパントとして使用してもよい。半導体基板１２２の第１の導電タイプドーパント又は第２の導電タイプドーパントと第１の半導体層１２４又は第２の半導体層１２６の第１の導電タイプドーパント又は第２の導電タイプドーパントも、互いに同じ物質であってもよく、且つ、互いに異なる物質であってもよい。
半導体基板１２２、第１の半導体層１２４及び第２の半導体層１２６の導電タイプに応じて、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６の作用、第１の光電変換部１１０に含まれる第１の輸送層１１４と第２の輸送層１１６の物質、作用などは、異なるようになってもよい。これについて、第１の光電変換部１１０及び第１の電極４２と第２の電極４４について説明した後、さらに詳しく説明する。
そして、半導体基板１２２の正面と第１の半導体層１２４との間には、第１の中間膜１２４ａが設けられてもよく、且つ、半導体基板１２２の裏面と第２の半導体層１２６との間には第２の中間膜１２６ａが設けられてもよい。これにより、構造を簡素化することでキャリア移動路径を簡素化することができるが、本発明はこれに限定されず、且つ、多様な変形が可能である。
第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、電子と正孔に対して障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）として機能してもよく、これにより、少数キャリア（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）を通過させず、且つ、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａに隣接する部分に蓄積した後で、所定以上のエネルギを有する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）のみを第１の中間膜１２４ａ及び第２の中間膜１２６ａを通過させる。一実例として、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、トンネリング膜であってもよい。このとき、所定以上のエネルギを有する多数キャリアは、トンネリング効果により第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａを容易に通過することができる。
このような第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、キャリアキャリアのトンネリングを可能にする多様な物質を含んでもよく、一実例として、窒化物、半導体、導電高分子などを含んでもよい。例えば、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、真性非結晶半導体（一実例として、真性非結晶シリコン）、真性多結晶半導体（一実例として、真性ナノ多結晶シリコン）などを含んでもよい。このとき、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、真性非結晶半導体を含んでもよい。一実例として、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、非結晶シリコン（ａ－Ｓｉ）層、非結晶シリコンカーバイド（ａ－ＳｉＣｘ）層、非結晶シリコン酸化物（ａ－ＳｉＯｘ）層などとして構成されてもよい。そして、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａが半導体基板１２２と同様な特性を有するため、半導体基板１２２の表面特性をより効果的に向上することができる。
このとき、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａはそれぞれ半導体基板１２２の正面と裏面上に全体的に形成されてもよい。これにより、半導体基板１２２の正面と裏面を全体的にパッシベーションすることができ、且つ、追加のパターニングを行うことなく容易に形成することができる。第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａの厚さは、トンネリング効果を十分に実現するために、導電領域１２４、１２６の厚さよりも小さい厚さ（一実例として、５ｎｍ以下）を有してもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、多様な物質、形状、厚さなどを有してもよい。
本実施例では、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６及び／又は第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、それぞれ半導体基板１２２の正面と裏面において全体的に形成されてもよい。これにより、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６及び／又は第１の中間膜１２４ａと第２の中間膜１２６ａは、追加のパターニングを行うことなく十分な面積に形成することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
本実施例では、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６は、基板１２２と同じ半導体層として形成されかつ同じ結晶構造を有してもよいが、半導体基板１２２又はベース領域とは別に形成された半導体層として構成されてもよい。すなわち、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６の結晶構造と半導体基板１２２とは互いに異なってもよいし、同じであってもよい。
なお、第１の半導体層１２４は、半導体基板１２２と同じ結晶構造を有してもよく、逆に、第２の半導体層１２６は、半導体基板１２２と異なる結晶構造を有してもよい。
接合層（トンネリング接合層）１３０は、第２の光電変換部１２０の一方の面（一実例として、正面）上又は第１の半導体層１２４上に位置して、第２の光電変換部１２０とその上に位置する第１の光電変換部１１０とを電気的に接続する。図１には、接合層１３０が第２の光電変換部１２０の第１の半導体層１２４と第１の光電変換部１１０の第２の輸送層１１６に接触する単一層として形成される場合を示しているが、これに限定されない。
このような接合層１３０は、薄い厚さを有してもよく、一実例として、層の厚さは、キャリアのトンネリングをスムーズに行うように、第１の電極４２の第１の電極層４２０の厚さよりも薄い厚さを有してもよい。
接合層１３０は、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０とを電気的に接続してもよく、且つ、第１の光電変換部１１０に使用される光（一実例として、長波長の光）を透過させることができる物質を含んでもよい。一実例として、接合層１３０は、透明導電物質（一実例として、透明導電酸化物）（ＴＣＯ）を含んでもよい。一実例として、スズドープ酸化インジウム（ｔｉｎ ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、タングステンドープ酸化インジウム（ｔｕｎｇｓｔｅｎ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）、セシウムドープ酸化インジウム（ｃｅｓｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＦＴＯ）うちの少なくとも１つを含む物質から形成されてもよい。
なお、接合層１３０は、導電炭素物質、導電高分子、ｎ型又はｐ型非結晶シリコンなどの多様な物質のうちの少なくとも１つを含んでもよい。又は、接合層１３０は、第２の光電変換部１２０に使用される光（一実例として、短波長の光）を第２の光電変換部１２０で反射させ、第１の光電変換部１１０に使用される光（一実例として、長波長の光）を透過可能にしかつ第１の光電変換部１１０に提供してもよい。
接合層１３０は、第２の光電変換部１２０の面積よりも小さい面積を有するように形成されてもよく、且つ、その上に形成される第１の光電変換部１１０の面積は、接合層１３０の面積と同じ又はそれよりも小さく形成されてもよいが、これに限定されない。
上記した接合層１３０が透明導電物質（ＴＣＯ）から形成される場合、ＴＣＯは、親水性の表面性質を有してもよいが、その表面、すなわち、第１の光電変換部１１０に接する正面上には、疎水性の性質を有するように表面処理面１３４を有する。
したがって、接合層１３０の２つの表面は、互いに異なる表面性質を有する。
すなわち、第２の光電変換部１２０に接する接合層１３０の裏面１３２は、親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ）を有し、且つ、第１の光電変換部１１０に接する接合層１３０の正面１３４は、疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ）を有する。
上記した通り、第１の光電変換部１１０に当接する面１３４が疎水性を有する場合、後に形成される第１の光電変換部１１０は、ドライ方式により形成してもよい。
接合層１３０には、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層１１２を含む第１の光電変換部１１０が位置決めされてもよい。より具体的には、第１の光電変換部１１０は、光電変換層１１２、第２の光電変換部１２０に隣接する光電変換層１１２の一方の面とは反対の他方の面において光電変換層１１２と第１の電極４２との間に位置する第１の輸送層（第１のキャリア輸送層）（１１４）、及び第２の光電変換部１２０に隣接する光電変換層１１２の一方の面において接合層１３０と光電変換層１１２との間に位置する第２の輸送層（第２のキャリア輸送層）１１６を含んでもよい。
例えば、光電変換層１１２は、ペロブスカイト構造を有するペロブスカイト化合物からなってもよく、且つ、光により励起されてキャリア（電子及び正孔）を形成する光活性層であってもよい。一実例として、ペロブスカイト構造は、ＡＭＸ3（ここで、Ａは一価の有機アンモニウムカチオン又は金属カチオンであり、Ｍは二価の金属カチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンを意味する）の化学式を有してもよい。このような光電変換層１１２はＡＭＸ3として機能し、それは、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩxＣｌ(3-x)、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩxＢｒ(3-x)、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＣｌxＢｒ(3-x)、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩ3、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩxＣｌ(3-x)、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＩｘＢｒ(3-x)、ＨＣ（ＮＨ2）2ＰｂＣｌxＢｒ(3-x)などを含んでもよく、又は、ＡＭＸ3のＡに部分的にＣｓがドーピングされた化合物を含んでもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、多様な物質は、光電変換層１１２として使用してもよい。
光電変換層１１２の他方の面（一実例として、裏面）において接合層１３０と光電変換層１１２との間に位置する第２の輸送層１１６は、光電変換層１１２とのバンドギャップ関係に基づいて第２のキャリアを抽出かつ輸送する層であり、且つ、光電変換層１１２の一方の面（一実例として、正面）において光電変換層１１２と第１の電極４２との間に位置する第１の輸送層１１４は、光電変換層１１２とのバンドギャップ関係に基づいて第１のキャリアを抽出かつ輸送する層である。ここで、第１のキャリアとは、第１の半導体層１２４の第１の導電タイプに基づいて第１の半導体層１２４へ移動するキャリアを指し、第１の導電タイプに対する多数キャリア（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ）である。第１の半導体層１２４がｎ型であるとき、第１のキャリアは電子であり、且つ、第１の半導体層１２４がｐ型であるとき、第１のキャリアは正孔である。そして、第２のキャリアとは、第２の半導体層１２６の第２の導電タイプに基づいて第２の半導体層１２６へ移動するキャリアを指し、第２の導電タイプに対する多数キャリアである。第２の半導体層１２６がｐ型であるとき、第２のキャリアは正孔であり、且つ、第２の半導体層１２６がｎ型であるとき、第２のキャリアは電子である。
第１の輸送層１１４と第２の輸送層１１６のうち電子を輸送する層を電子輸送層と称してもよく、且つ、正孔を輸送する層を正孔輸送層と称してもよい。例えば、第２の輸送層１１６が正孔輸送層であるとき、正孔輸送層としては、スピロビフルオレン化合物（例えば、２，２´，７，７´－テトラキス（Ｎ，Ｎ－ジ－ｐ－メトキシアニリン）－９，９´－スピロビフルオレン（ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）、２，２´，７，７´－テトラキス（Ｎ，Ｎ－ジメトキシアニリン）－２，７－ジアミノ－９，９－スピロビフルオレン（ｓｐｉｒｏ－ＴＡＤ）、２，２´，７，７´－テトラキス（Ｎ，Ｎ－ジ－ｐ－トリル）アミノ－９，９－スピロビフルオレン（ｓｐｉｒｏ－ＴＴＢ）、ｎ－プロピルブロミド（ＮＰＢ）など）、ポリトリアリールアミン（ｐｏｌｙ－ｔｒｉａｒｙｌａｍｉｎｅ、ＰＴＡＡ）又は金属化合物（例えば、酸化モリブデンなど）を含んでもよい。
このとき、接合層１３０の正面１３４が疎水性を有するため、疎水性を有する物質について、一実例として、２，２´，７，７´－四（Ｎ，Ｎ－ジ－ｐ－トリル）アミノ－９，９－スピロビフルオレン（ｓｐｉｒｏ－ＴＴＢ）、ｎ－プロピルブロミド（ＮＰＢ）は、第２の輸送層１１６である正孔輸送層として適用してもよい。したがって、接合層１３０と第２の輸送層１１６とは表面特性が同じに保つため、正孔移動度（ｈｏｌｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）を向上することができ、接合特性を向上することができ、且つ、フィルファクター（ＦＦ、Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を増加することができる。上記した特性の増加により直列セル駆動性能向上を誘導することができる。
そして、電子輸送層として、フラーレン（Ｃ60）又はその誘導体（例えば、フェニル－Ｃ６１－酪酸メチルエステル（ｐｈｅｎｙｌ－Ｃ６１－ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ、ＰＣＢＭ）など）を含んでもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、第１の輸送層１１４と第２の輸送層１１６、又は電子輸送層と正孔輸送層を介して第１のキャリア又は第２のキャリアを輸送する作用を実行できる多様な物質を含んでもよい。
図１には、第２の輸送層１１６、光電変換層１１２及び第１の輸送層１１４が互いに接触してキャリア移動路径を最小化する場合が例示されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、多様な変形が可能である。
第１の電極４２は光電変換部１０（一実例として、第１の光電変換部１１０の正面での第１の輸送層１１４に位置する）上に位置してもよく、且つ、第２の電極４４は光電変換部１０（一実例として、第２の光電変換部１２０の裏面での第２の半導体層１２６に位置する）に位置してもよい。
本実施例では、第１の電極４２は、光電変換部１０の一方の面（一実例として、正面）上に順次に積層された第１の電極層４２０と第２の電極層４２２を含んでもよい。
ここで、第１の電極層４２０は、光電変換部１０（一実例として、第１の光電変換部１１０の正面での第１の輸送層１１４に位置する）上に全体的に形成されてもよい。一実例として、第１の電極層４２０は、光電変換部１０（一実例として、第１の光電変換部１１０の正面での第１の輸送層１１４に位置）に接触しつつその上に全体的に形成されてもよい。本明細書において、全体的に形成することとは、空き空間又は空き領域がない場合に光電変換部１０全体を覆うことだけでなく、必然的に一部が形成されないことも含む。上記した通り、第１の電極層４２０が第１の光電変換部１１０上に全体的に形成されるとき、第１のキャリアは第１の電極層４２０を通過して第２の電極層４２２に到達しやすくなり、水平方向における抵抗を低減することができる。
上記した通り、第１の電極層４２０が第１の光電変換部１１０上に全体的に形成されるため、第１の電極層４２０は、光を透過可能な物質（透光性物質）からなってもよい。すなわち、第１の電極層４２０は、光を透過可能にしつつ、キャリアを容易に移動するように、透明導電物質からなる。これにより、たとえ第１の電極層４２０が光電変換部１０上に全体的に形成されても、光の透過が妨げられることはない。一実例として、第１の電極層４２０は、（例えば、透明導電酸化物、一実例として、金属ドープ酸化インジウム、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｔｕｂｅ、ＣＮＴ）などの透明導電物質を含んでもよい。金属ドープ酸化インジウムとして、スズドープ酸化インジウム（ｔｉｎ ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、タングステンドープ酸化インジウム（ｔｕｎｇｓｔｅｎ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）、セシウムドープ酸化インジウム（ｃｅｓｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）などが挙げられる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、第１の電極層４２０は、これ以外の多様な物質を含んでもよい。
そして、第２の電極層４２２は第１の電極層４２０上に形成されてもよい。一実例として、第２の電極層４２２は第１の電極層４２２に接触して形成されてもよい。第２の電極層４２２は、第１の電極層４２０よりも優れた導電率を有する物質からなってもよい。これにより、第２の電極層４２２によるキャリア収集効率、抵抗低減などの特性をさらに向上することができる。一実例として、第２の電極層４２２は、優れた導電率を有する不透明の金属又は第１の電極層４２０よりも低い透明度を有する金属からなってもよい。
上記した通り、第２の電極層４２２は不透明又は透明度が低いことによって光の入射を妨げることができるため、遮光損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）を最小化できるように部分的に所定のパターンとして形成されてもよい。これにより、光は第２の電極層４２２が形成されていない部分に入射できる。
例えば、第２の電極層４２２は、それぞれ所定のピッチを有しつつ互いに離隔された複数のフィンガー電極４２ａを含んでもよい。図２には、フィンガー電極４２ａが互いに平行でありかつ光電変換部１０（一実例として、半導体基板１２２）の主縁と平行である場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。そして、第２の電極層４２２は、フィンガー電極４２ａと交差する方向に形成されかつフィンガー電極４２ａを接続するバスバー電極４２ｂを含んでもよい。このようなバス電極４２ｂも、１つだけ設けられてもよく、且つ、図２に示すように、フィンガー電極４２ａのピッチよりも大きいピッチを有しつつ複数設けられてもよい。このとき、バスバー電極４２ｂの幅は、フィンガー電極４２ａの幅より大きくてもよいが、本発明はこれに限定されない。したがって、バスバー電極４２ｂの幅は、フィンガー電極４２ａの幅と同じであってもよく、又は、それよりも狭い幅を有していてもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、第２の電極層４２２は、多様な平面形状を有してもよい。
本実施例では、第２の電極４４は、第１の電極４２と異なる積層構造を有してもよい。これは、第１の光電変換部１１０の物質と第２の光電変換部１２０に含まれる第２の半導体層１２６の結晶構造を考慮してもよい。
例えば、本実施例では、第２の電極４４は、光電変換部１０の他方の面（一実例として、裏面）上に位置する金属電極層４４２を含んでもよい。一実例として、第２の電極４４は、光電変換部１０（より具体的には、第２の半導体層１２６）に接触する金属電極層４４２の単一層として構成されてもよく、且つ、透明導電酸化物層などが設けられなくてもよい。
第２の電極４４の金属電極層４４２は、第１の電極４２の第１の電極層４２０よりも優れた導電率を有する物質からなってもよい。一実例として、第２の電極４２の金属電極層４４２は、優れた導電率を有する不透明の金属又は第１の電極４２の第１の電極層４２０よりも低い透明度を有する金属からなってもよい。上記した通り、金属電極層４４２は、所定のパターンを有するように、光電変換部１０上に部分的に形成されてもよい。これにより、両面受光構造では、光は、金属電極層４４２が形成されていない部分に入射できる。
例えば、金属電極層４４２は、それぞれ所定のピッチを有しつつ互いに隔離された複数のフィンガー電極を含んでもよく、且つ、フィンガー電極と交差する方向に形成されかつフィンガー電極を接続するバスバー電極をさらに含んでもよい。金属電極層４４２が光電変換部１０の他方の面に位置するという点を除き、第１の電極４２の第２の電極層４２２に含まれるフィンガー電極４２ａとバスバー電極４２ｂに対する説明は、金属電極層４４２のフィンガー電極とバスバー電極に適用されてもよい。このとき、第１の電極４２のフィンガー電極４２ａとバスバー電極４２ｂの幅、ピッチなどは、第２の電極４４のフィンガー電極及びバスバー電極の幅、ピッチなどと互いに同じ又は互いに異なる値を有してもよい。そして、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２は、互いに同じ又は互いに異なる物質、組成、形状又は厚さを有してもよい。
本実施例では、太陽電池１００の第１の電極４２と第２の電極４４のうち不透明又は金属を含む金属電極層４４２は、光が光電変換部１１０、１２０の正面と裏面に入射できるように所定のパターンを含む両面受光型（ｂｉ－ｆａｃｉａｌ）構造を有する。これにより、太陽電池１００に使用される光量を増加させることによって、太陽電池１００の効率向上に寄与することができる。
上記説明には、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２がそれぞれパターンを有しつつ互いに同じ又は同様な平面形状を有することが例示されている。しかしながら、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２は、互いに異なる平面形状を有してもよい。一実例として、太陽電池１００は光が裏面に入射しない片面受光型構造を有する場合、第２の電極４４又は金属電極層４４２も、光電変換部１０（より具体的には、第２の半導体層１２６）上に全体的に形成（接触かつ形成）されてもよい。上記した通り、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２の形状、配置などは多様な変形が可能である。
本実施例では、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２は、金属と樹脂を含む印刷層を含んでもよい。ここで、第２の電極層４２２は、第１の電極層４２０上に接触して形成され、且つ、金属電極層４４２が位置決めされている第２の半導体層１２６の表面上に絶縁膜が設けられていないため、絶縁膜などを貫通する焼き切り（ｆｉｒｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）を必要としない。これについて、本実施例では、所定の金属化合物（一実例として、酸素を含む酸化物、炭素を含む炭化物、硫黄を含む硫化物）などからなるガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）を設けず、且つ、金属と樹脂（接着剤、硬化剤、添加剤）のみを含む低温焼成ペーストを用いて印刷層を形成してもよい。
より具体的には、ガラスフリットを設けず、且つ、金属と樹脂を含む低温焼成ペーストを塗布し、それを熱処理して硬化させて印刷層を形成してもよい。これにより、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２に含まれる印刷層は、複数の金属粒子が焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）しかつ互いに接触して凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）することなく導電性を有することができる。一実例として、従来の低温プロセスに使用される温度よりも低い温度（一実例として、１５０℃以下）で低温焼成ペーストを硬化させることにより、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２に含まれる印刷層では、複数の金属粒子が完全にネック化（ｎｅｃｋｉｎｇ）しておらず、互いに接触しつつ接続する形状を有してもよい。
上記した通り、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２が低温焼成ペーストを用いて形成された印刷層を含むとき、簡単なプロセスにより第２の電極層４２２又は金属電極層４４２を形成することができ、且つ、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２の形成プロセスにおいて、ペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０の劣化現象などの発生を防止することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。第２の電極層４２２又は金属電極層４４２も、印刷層以外の追加の金属層を含んでもよく、且つ、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２は印刷層を含まなくてもよいが、電気めっき層、スパッタリング層なども含んでもよい。その他の多様な変形が可能である。
第２の電極層４２２又は金属電極層４４２は、複数の金属を含んでもよい。例えば、第２の電極層４２２又は金属電極層４４２は、銀、銅、金、アルミニウムなどの複数の金属を含んでもよい。本実施例では、第２の電極層４２２と金属電極層４４２も、互いに同じ物質、構造、形状、厚さなどを有してもよく、且つ、互いに異なる物質、構造、形状、厚さなどを有してもよい。一実例として、第２の電極層４２２の幅は、金属電極層４４２の幅より小さくてもよく、及び／又は第２の電極層４２２の厚さは、金属電極層４４２の厚さよりも大きくてもよい。これは、正面上に位置する第２の電極層４２２による遮光損失を低減しつつ抵抗率を十分に確保するためであるが、本発明はこれに限定されない。
上記した通り、本実施例による光電変換部１０は、単一の半導体物質（一実例として、シリコン）に基づく第２の光電変換部１２０と、ペロブスカイト化合物に基づく第１の光電変換部１１０とを接合層１３０により接合された直列型構造を有してもよい。このとき、第１の光電変換部１１０は、第２の光電変換部１２０よりも大きいバンドギャップを有する。すなわち、第１の光電変換部１１０は、比較的大きいバンドギャップを有し、且つ、比較的小さい波長の短波長を吸収することでそれを利用して光電変換を引き起こさせ、第２の光電変換部１２０は第１の光電変換部１１０よりも低いバンドギャップを有し、且つ、第１の光電変換部１１０に使用される光よりも大きい波長を有する長波長を効率的に吸収することでそれを利用して光電変換を引き起こさせる。
より詳細には、光が太陽電池１００の正面により入射すると、第１の光電変換部１１０は、短波長を吸収し、且つ、光電変換により電子と正孔を生成する。このとき、第１のキャリアは第１の電極４２へ移動して収集され、且つ、第２のキャリアは、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０を経って第２の電極４４側へ移動して収集される。第１の光電変換部１１０で使用されずそれを通過した長波長が第２の光電変換部１２０に到達すると、第２の光電変換部１２０はそれを吸収し、且つ、光電変換により第１のキャリアと第２のキャリアを生成する。このとき、第１のキャリアは第１の光電変換部１１０を経って第１の電極４２側へ移動して収集され、且つ、第２のキャリアは第２の電極４４側へ移動して収集される。
上記した通り、第１の光電変換部１１０に隣接する第１の電極４２と、第２の光電変換部１２０に隣接する第２の電極４４は、互いに異なる積層構造を有してもよい。
半導体基板１２２の正面上に位置する第１の半導体層１２４は、第１の導電タイプドーパントがドーピングされた非結晶部分（一実例として、非結晶層）を含んでもよい。より具体的には、本実施例では、第１の半導体層１２４は、第１の導電タイプドーパントがドーピングされかつ非結晶シリコンから形成されてもよい。
例えば、第１の半導体層１２４は、第１の導電タイプドーパントがドーピングされた非結晶シリコン層を含んでもよい。
一実例として、第１の半導体層１２４が非結晶シリコン層を含むとき、半導体基板１２２と同じ半導体物質を含むことにより、半導体基板１２２との特性差異を最小化することができる。
そして、半導体基板１２２の裏面上に位置する第２の半導体層１２６は、第２の導電タイプドーパントがドーピングされた多結晶部分（一実例として、多結晶層）を含んでもよい。より具体的には、本実施例では、第２の半導体層１２６は、第２の導電タイプドーパントがドーピングされかつ水素化された多結晶部分（すなわち、水素を含む多結晶部分）を含んでもよい。このため、一実例として、第２の半導体層１２６のパッシベーション特性を向上するために、第２の半導体層１２６に水素を注入する水素注入プロセスを実行してもよい。
ここで、多結晶部分を含むこととは、全体的に多結晶構造を有する場合だけでなく、且つ、多結晶構造を有する部分の体積比が非結晶構造を有する部分の体積比よりも大きい場合も含んでもよい。一実例として、本実施例では、第２の半導体層１２６は、優れた光電変換効率と優れた電気的特性を有するように、全体的に多結晶構造を有する多結晶半導体層からなってもよい。
例えば、第２の半導体層１２６は、第２の導電タイプドーパントがドーピングされかつ水素を含む多結晶シリコン層を含んでもよい。ここで、多結晶シリコン層は、シリコンを主物質とする多結晶部分が設けられていることを意味してもよい。一実例として、第２の半導体層１２６は、第２の導電タイプドーパントがドーピングされ、水素を含みかつ全体的に多結晶構造を有する多結晶シリコン層からなってもよい。
上記した通り、第２の半導体層１２６が多結晶部分からなるとき、高キャリア移動度を有することができるため、優れた光電変換効率と優れた電気的特性を有することができる。
これにより、半導体基板１２２、第２の半導体層１２６及び／又は第２の中間膜１２６ａは、互いに同じ半導体物質（一実例として、シリコン）を含み、絶縁物質からなる第２の中間膜１２６ａ（すなわち、絶縁膜）を介して接合した絶縁接合（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造又はトンネル接合（ｔｕｎｎｅｌ－ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有してもよい。このとき、第２の中間膜１２６ａの厚さが薄いため、キャリアの移動を妨げない。
本実施例では、半導体基板１２２の裏面上に位置する第２の半導体層１２６は、比較的に多い光を吸収する多結晶部分からなってもよく、且つ、半導体基板１２２の正面上に位置する第１の半導体層１２４は、第２の半導体層１２６よりも少ない光を吸収する非結晶部分からなってもよい。これにより、半導体基板１２２の正面における望ましくない光吸収を最小化することができる。そして、半導体基板１２２の裏面上に位置する第２の半導体層１２６において、キャリア移動特性、電気的接続特性などを効果的に向上させることができる。
そして、第１の光電変換部１１０に隣接するように位置決められた第１の半導体層１２４は、非結晶部分からなってもよく、これにより、ペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０のマッチング性を向上させてキャリア移動特性を向上させることができる。
第１の半導体層１２４は、接合層１３０を介して第１の光電変換部１１０に直接接触していてもよい。すなわち、接合層１３０は、第１の半導体層１２４に接触するように位置決めしてもよく、且つ、第１の光電変換部１１０は、接合層１３０に接触するように位置決めしてもよい。そして、構造を簡素化することができ、且つ、キャリアの移動をスムーズに行うことができる。
そして、半導体基板１２２において第１の光電変換部１１０が位置決めされている面とは反対の面上に位置決めされている第２の半導体層１２６は、多結晶部分を含んでもよく、これにより、キャリア移動特性、電気的接続特性などを効果的に向上させることができる。
このとき、第２の半導体層１２６の厚さは、第１の半導体層１２４の厚さと同じ又はそれより大きくてもよい。一実例として、第２の半導体層１２６の厚さは、第１の半導体層１２４の厚さより大きくてもよい。これは、第２の半導体層１２６が半導体基板１２２の裏面に位置決めされているので、比較的大きい厚さを有しても、入射する光を妨げる程度が大きくないためである。又は、第１の半導体層１２４の厚さは１０ｎｍ以下（一実例として、５ｎｍ～１０ｎｍ）であってもよく、且つ、第２の半導体層１２６の厚さは１０ｎｍ以上（一実例として、１０ｎｍ超え５００ｎｍ以下）であってもよい。このような厚さは、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６の特性、それらを通過する光量などが考慮されるものであるが、本発明はこれに限定されない。
また、上記した通り、接合層１３０は、第１の半導体層１２４に接する裏面１３２と、第２の輸送層１１６に接する正面１３４とに区分されてもよい。
上記した区分は、同じ物質から形成された単一層の接合層１３０に対して正面１３４と裏面１３２の表面特性が異なることを概略的に示している。
すなわち、裏面１３２は、単一の接合層１３０を構成する透明導電物質（ＴＣＯ）の特性である親水性の表面を有し、且つ、正面１３４は、表面特性を、ＴＣＯを表面処理することにより疎水性の表面を有して他の表面特性を有することに変化する。
以上言及されている通り、半導体基板１２２、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６の導電タイプに応じて、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６、第１の輸送層１１４と第２の輸送層１１６の作用、物質などは、異なるようになってもよい。これを考慮すると、本実施例による一実例の太陽電池１００の構造について図３を参照して説明し、且つ、それによるキャリア移動特性について図４を参照して説明する。
図３は、本発明の一実施例による太陽電池１００の光電変換部１０に含まれる複数の層の導電タイプと作用の一実例を模式的に示す図である。理解を明確にするために、図３には、凹凸又は反射防止構造などを具体的に示していないが、光電変換部１０に含まれる複数の層の積層順、導電タイプ及び作用を主に示している。
図３を参照すると、本実例において、半導体基板１２２は、ｎ型を有してもよい。半導体基板１２２がｎ型を有するとき、バルク（ｂｕｌｋ）特性が優れ、且つ、キャリアの寿命（ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）を向上させることができる。
そして、本実施例では、第１の半導体層１２４は、半導体基板１２２と同じ導電タイプであるｎ型を有してもよく、且つ、半導体基板１２２よりも高いドーピング濃度を有してもよく、且つ、第２の半導体層１２６は、半導体基板１２２と異なる導電タイプであるｐ型を有してもよい。これにより、半導体基板１２２の裏面上に位置する第２の半導体層１２６は、半導体基板１２２とｐｎ接合を形成する出射領域を構成してもよく、且つ、正面上に位置する第１の半導体層１２４は、複合の正面電場領域を防止するために、正面電場（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成するように構成してもよい。そして、光電変換に直接関与する出射領域が裏面上に位置するため、出射領域を十分な厚さ（一実例として、正面電場領域よりも厚く形成される）に形成してもよく、これにより光電変換効率を向上させることができる。そして、正面電場領域である第１の半導体層１２４を薄く形成してもよく、これにより損失を最小化する。
このような場合、第２の光電変換部１２０上に位置する第１の光電変換部１１０では、上部に位置する第１の輸送層１１４は、電子を輸送する電子輸送層として構成されてもよく、且つ、下部に位置する第２の輸送層１１６は、正孔を輸送する正孔輸送層として構成されてもよい。このような場合、第１の光電変換部１１０は、優れた効果を有してもよい。
このような太陽電池１００では、光が太陽電池１００の正面により入射すると、第１の光電変換部１１０は、短波長を吸収し、且つ、光電変換により電子と正孔を生成する。このとき、電子は第１の輸送層１１４を経って第１の電極４２側へ移動して収集され、且つ、正孔は第２の輸送層１１６と第２の光電変換部１２０を経って第２の電極４４側へ移動して収集される。第１の光電変換部１１０で使用されずそれを通過した長波長が第２の光電変換部１２０に到達すると、第２の光電変換部１２０はそれを吸収し、且つ、光電変換により電子と正孔を生成する。このとき、電子は第１の半導体層１２４と第１の光電変換部１１０を経って第１の電極４２側へ移動して収集され、且つ、正孔は第２の半導体層１２６を経って第２の電極４４側へ移動して収集される。
図４は、図３に示す太陽電池であって、比較例１による太陽電池のエネルギバンドのエネルギバンドを概略的に示す図である。図４には、第１の中間膜、第２の中間膜、第１の電極の第２の電極層及び第２の電極の図示を省略している。
図４を参照すると、本実例には、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０において正孔と電子の移動がスムーズに移動するエネルギバンド図を有する。すなわち、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０のそれぞれにおいて、伝導バンドのエネルギが電子の流れ方向に徐々に減少する傾向があり、且つ、価電子伝導バンドのエネルギが電子の流れ方向に徐々に増加する傾向がある。すなわち、第１の半導体層１２４は低エネルギバンドギャップ（１．５～１．７ｅＶ）の非結晶部分として構成され、キャリアがスムーズに流れることができるエネルギバンド図を形成するため、キャリアの移動特性が極めて優れている。
なお、透明導電物質（ＴＣＯ）が接合層１３０として適用されるとき、プラズマ表面処理により第２の輸送層１１６に接合される正面１３４の表面特性が親水性から疎水性に変化し、ＮＰＢ、Ｓｐｉｒｏ－ＴＴＢ、ＴＡＤなどの疎水性物質は、第２の輸送層１１６として適用されてもよい。
このとき、ＮＰＢは測定角が６８～７０°程度に測定される疎水性を有し、且つ、Ｓｐｉｒｏ－ＴＴＢは８３～８７°程度に測定される疎水性を有する。
したがって、エネルギバンドギャップを満足してキャリアの流れを満足しつつ、表面特性を満たす物質を正孔輸送層である第２の輸送層１１６として適用してもよい。
図４は、図３に示す太陽電池１００の構造を一実例として示している。半導体基板１２２、及び第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６の導電タイプが異なるようになる場合、エネルギバンド図の傾向も、キャリア移動特性が向上する傾向を有してもよい。
上記した通り、本実施例によれば、接合層１３０の表面特性を変化させることにより、上部に形成されるペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０のマッチング性を向上させることができ、キャリア移動特性を向上させる。そして、第２の半導体層１２６は、優れたキャリア移動度を有する多結晶部分として構成されてもよく、これにより、キャリア移動特性を向上し、且つ、第２の電極４４の材料コストを削減して製造プロセスを簡略化できる。これにより、直列型構造を有する太陽電池１００の効率及び生産性を向上させることができる。
上記構造を有する太陽電池１００の製造方法について図５～図１２ｂを参照して詳細に説明する。上記説明で既に説明した内容については、その詳細な説明を省略し、且つ、未説明の部分について詳しく説明する。
図５は、本発明の一実施例による太陽電池の製造方法のフローチャートであり、図６は、図５のドーピング層形成までの詳細なシーケンス図であり、図７ａ及び図７ｂは、図６の製造方法を説明するため断面図であり、図８は、図５の接合層形成までの詳細なシーケンス図であり、図９は、図８の製造方法を示す断面図であり、図１０は、図８の接合層の表面性質変化を表す接触角を示しており、図１１は、図５の第１の光電変換部と電極を形成する詳細なシーケンス図であり、且つ、図１２ａ～図１２ｂは、図１１の製造方法を示す断面図である。
図５を参照すると、本実施例による太陽電池１００の製造方法は、第２の光電変換部の両面トンネリング層形成ステップ（Ｓ１０）、第１の半導体層と第２の半導体層形成ステップ（Ｓ２０）、水素注入ステップ（Ｓ３０）、接合層形成ステップ（Ｓ４０）、プラズマ処理ステップ（Ｓ５０）、第１の光電変換部形成ステップ（Ｓ６０）、及び電極形成ステップ（Ｓ７０）を含む。
図６を参照すると、ドーピング層形成ステップ（Ｓ２０）まで細分し、これにより、６つのステップを含んでもよい。
具体的には、先ず、第１の導電タイプドーパント又は第２の導電タイプドーパントを有するベース領域として構成された半導体基板１２２を作成する。このとき、凹凸を有して反射防止構造（Ｓ１１）を有するように半導体基板１２２の正面と裏面のうちの少なくとも１つの面にテクスチャリングを行ってもよい。半導体基板１２２の表面のテクスチャリングとしては、ウェット又はドライテクスチャリングを使用してもよい。ウェットテクスチャリングは、半導体基板１２２をテクスチャリング溶液に浸漬することによって実行されてもよく、且つ、両面テクスチャリングは、ＴＭＡＨ又はＫＯＨ溶液に浸漬することによって実行されてもよい。
また、図７ａに示すように、裏面上のみにテクスチャリングを行う場合、正面研磨プロセス（Ｓ１２）を追加で行ってもよい。裏面研磨プロセスは、一方の面のみをエッチング溶液に浸漬することによって行われてもよく、ＨＦ、ＨＮＯ3の酸溶液において行われてもよく、且つ、搬送方式又はフローティング方式のいずれも適用されてもよい。なお、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって半導体基板１２２をテクスチャリングしてもよい。上記した通り、本発明において、複数の方法によって半導体基板１２２をテクスチャリングしてもよい。
次に、図７ａに示すように、半導体基板１２２の両面上に第２の中間膜１２６ａと第１の中間膜１２４ａを形成する（Ｓ１３）。
一実例として、上記した第２の中間膜１２６ａと第１の中間膜１２４ａは、熱酸化法、堆積法（例えば、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ））などによって形成されてもよい。具体的には、研磨後に両面の洗浄を行い、洗浄した半導体基板の両面にウェット方式によってＤＩＯ3、Ｈ2Ｏ2を適用することにより酸化し、且つ、ドライ方式により炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）で熱酸化し又はＵＶＯを実行してもよい。上記した通り、生成したシリコン酸化膜は、半導体基板１２２の裏面において第２の中間膜１２６ａとして用いられ、且つ、正面において第１の中間膜１２４ａとして用いられてもよい。
正面と裏面上に形成されたシリコン酸化膜は、トンネリングを実行できるように、その厚さが２ｎｍより薄く形成される。
続いて、図７ｂに示すように、両面上に真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂ（Ｓ２１）を形成する。
上記した通り、形成された真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂが半導体基板１２２の正面と裏面上に形成し、そして、側面上に選択的で全体的に形成した後、半導体基板１２２の側面上に形成された真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂを除去することにより、半導体基板１２２の正面と裏面上のみに真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂを形成することができる。
例えば、真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂは、熱酸化法、堆積法（例えば、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ））などによって形成されてもよい。例えば、真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂは、堆積法（例えば、化学気相堆積法（ＣＶＤ）によって、一実例として、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ））などによって形成されてもよい。本実施例では、真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂは、ドーパントを含まない半導体物質からなる多結晶部分として形成されてもよい。真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂは、低圧化学気相堆積法によりＳｉＨ4雰囲気中で６００℃以下で１００ｎｍ以下の厚さに形成されてもよい。
続いて、裏面の真性多結晶シリコン層１２６ｂ上にドーピング層（図示せず）を形成する（Ｓ２２）。
ドーピング層は、大気圧化学気相堆積法又はプラズマ化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ）によって形成されてもよく、且つ、第２の半導体層１２６が半導体基板１２２の裏面上に形成されるとき、第２の半導体層１２６がｐ型の場合、ホウ素ケイ酸ガラス（ＢＳＧ、Ｂｏｒｏｎ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）又はアンドープケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ、Ｕｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）を堆積し、ドーピングソースとして使用してもよい。このとき、ＳｉＨ4、Ｏ2、Ｂ2Ｈ2、Ｈ2の雰囲気中で堆積する間、ドーピング層の厚さは８０～１５０ｎｍを満足するように形成される。
また、半導体基板１２２の正面上に正面ドーピング層を形成する（図示せず）。このとき、第１の導電タイプがｎ型の場合、正面ドーピング層は、リン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ、Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）として形成されてもよい。
したがって、ＰＳＧは半導体基板１２２の正面上においてドーピング層として形成され、且つ、ＢＳＧ／ＵＳＧは裏面上において第２のタイプドーパントを保留するドーピング層として形成される。
続いて、熱処理を行って下部の真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂのそれぞれにドーピングを実行する（Ｓ２２）。
具体的には、図７ｂに示すように、活性化により第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６を形成する。
具体的には、炉（Ｆｕｒｎａｃｅ）機器内にＰＯＣｌ３雰囲気中で９００℃以上の温度で熱処理を実行するとき、基板１２２の正面と裏面上に形成された真性多結晶シリコン層１２４ｂ、１２６ｂは上部に積層された対応するドーピング層からドーパント拡散によってドーピングされ、再結晶化される。
したがって、裏面上において第２のドーパントを拡散させることで第２の半導体層１２６を有する多結晶構造の半導体層を形成し、且つ、正面上において第１のドーパント拡散を拡散させることで第１の半導体層１２４を形成する。
このとき、第１の半導体層１２４をドーピングにより半導体基板１２２と同じ層内に形成する場合、半導体基板１２２と同様に非結晶の結晶構造を有しつつ形成してもよい。
続いて、半導体基板１２２の上部及び下部に残存するドーピング層を完全に除去することにより、第１の半導体層１２４を基板１２２の正面に露出し、且つ、第２の半導体層１２６を基板１２２の裏面に露出することができる。
上記した洗浄及びドーピング層除去は、ＤＨＦによるエッチングによって行われてもよいが、これに限定されない。
続いて、半導体基板１２２の両面上に水素注入を実行する（Ｓ３０）。
水素注入ステップにおいて、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６に水素を注入する。上記した通り、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６が９００℃以上又は６００～８００℃の高温で形成されるため、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６に水素が含まれていても、高温により脱水素化が可能である。これについて、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６を形成した後に水素注入ステップを実行することで、水素含有量を増加させ、水素パッシベーションを十分に行う。
一実例として、半導体基板１２２の第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６上に、水素を含む水素注入層を形成し（図示せず）、且つ、常温より高い温度（一実例として、４００～６００℃）で熱処理を行って水素を注入してもよい。
ここで、含有量が高い水素を含んでもよい絶縁層、例えば、水素を含む窒化シリコン層、水素を含む酸化アルミニウム層などを水素注入層として使用してもよい。水素注入ステップの後に水素注入層を除去する。
しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、水素注入層を残して裏面パッシベーション膜、反射膜、反射防止膜などとして使用してもよい。これ以外の複数の方法が可能である。
そして、水素注入ステップの水素注入方法は、上記の方法に限定されない。例えば、水素とキャリア気体（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）など）が混合された混合気体雰囲気中で常温より高い温度（一実例として、４００～６００℃）で熱処理を行って水素を注入してもよい。なお、水素プラズマ等を用いて水素を注入することもできる。
上記した通り、第１の半導体層１２４と第２の半導体層１２６への水素注入がそれぞれ完了すると、図８に示すように、第１の半導体層１２４上に接合層１３０（Ｓ４１、Ｓ４０）が形成される。
より具体的には、第２の光電変換部１２０の第１の半導体層１２４の少なくとも一部の上に接合層１３０を形成してもよい。一実例として、接合層１３０は、スパッタリングプロセスにより形成されてもよい。スパッタリングプロセスは、低温下で実行されてもよく、且つ、接合層１３０は、片面プロセスにより第２の半導体層１２４上のみに形成されてもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、塗布法などの複数の方法が適用可能である。
前記接合層１３０の面積は、前記第２の光電変換部１２０と同じように形成されてもよいが、これと異なり、第２の光電変換部１２０よりも小さく形成されてもよい。
これは、第２の光電変換部１２０のエッジ領域を露出しつつ中央領域のみに形成するように、マスクを配置した（図示せず）後、スパッタリングプロセスを行ってもよいが、これに限定されず、且つ、複数の方法により形成されてもよい。
このとき形成される接合層１３０は、キャリアのトンネリングをスムーズに行うように薄い厚さを有してもよく、且つ、層の厚さは、第１の電極４２の第１の電極層４２０の厚さよりも薄い厚さを有してもよい。
接合層１３０は、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０とを電気的に接続してもよく、且つ、第１の光電変換部１１０に使用される光（一実例として、長波長の光）を透過させることができる物質を含んでもよい。接合層１３０は、透明導電物質（一実例として、透明導電酸化物）（ＴＣＯ）から形成されてもよい。一実例として、スズドープ酸化インジウム（ｔｉｎ ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、タングステンドープ酸化インジウム（ｔｕｎｇｓｔｅｎ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）、セシウムドープ酸化インジウム（ｃｅｓｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＦＴＯ）うちの少なくとも１つを含む物質から形成されてもよい。
なお、接合層１３０は、第２の光電変換部１２０に使用される光（一実例として、短波長の光）を第２の光電変換部１２０で反射させ、且つ、第１の光電変換部１１０に使用される光（一実例として、長波長の光）を透過可能にしかつ第１の光電変換部１１０に提供してもよい。
上記した接合層１３０が透明導電物質（ＴＣＯ）から形成される場合、透明導電物質は親水性の表面性質を有する。したがって、接触角が非常に小さい特性を有する。
続いて、親水性の表面特性を疎水性を有する表面特性（Ｓ５１、Ｓ５０）に変化するように、形成される接合層１３０の正面１３４（すなわち、第１の光電変換部１１０に接する面）に表面処理を行ってもよい。
具体的には、図９に示すように、プラズマ処理を実行することにより、表面の改質が疎水性状態を有する正面１３４が形成される。
上記したプラズマ処理は、基板１２２をＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＥＡＬＤなどのプラズマ機器内に配置し、且つ、ＣＨ4、ＣＨ4／Ｈ2、ＣＨ4／Ｎ2の雰囲気中でプラズマ表面処理を実行する。
一実例として、以下の表１に示すように、プロセス条件を満足するように、プラズマ表面処理を実行してもよい。
［表１］
すなわち、プラズマ機器内で複数のプロセス条件によりプラズマ処理を行ってもよく、且つ、表１の４つの実験例に示すように、電力密度（ＰＯＷＥＲ ＤＥＮＳＩＴＹ）が６０～７０以内の機器内で１秒以上のプロセス時間を有し、且つ、電力密度が３００～３５０を満たす機器内で３０秒以内のプロセス時間を有する。しかしながら、複数の機器内で、プロセス温度も２００℃以内を満たし、具体的には、１５０℃以下、４０℃～１２０℃以内を満たし、これにより、基板として適用した非結晶シリコンの劣化を防止する。上記した通り、表１に示すように、処理されたプラズマ処理はＣＨ4を含み、且つ、他のＨ2、Ｎ2を添加した雰囲気中で処理を行ってもよく、図１０に示すように、その効果に応じて、同様な疎水性の表面特性を有するように変化する。
図１０を参照すると、セシウムドープ酸化インジウム（ＩＣＯ）は、プラズマ処理前の接合層１３０として適用され、且つ、その表面の接触角結果が６８．３°程度を有する。
このとき、実験例１～４に示すように、表面処理されたセシウムドープ酸化インジウム（ＩＣＯ）の表面をＣＨ4プラズマ処理することにより、接触角が９０°以上の疎水性を保つことができる。
このとき、各接触角はＡＳＴＭ Ｄ５９３６標準に従って測定される。
上記した通り、ＣＨ4プラズマ処理したセシウムドープ酸化インジウム（ＩＣＯ）の親水性表面は、疎水性に変化することができ、且つ、図９に示す互いに異なる性質の両面が存在する。
すなわち、第２の光電変換部１２０に接する接合層１３０の裏面１３２は、親水性を有し、且つ、第１の光電変換部１１０に接する接合層１３０の正面１３４は、疎水性を有する。
また、本発明においてＣＨ4プラズマ処理を実行することを説明したが、これと異なり、フッ素プラズマ処理（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を行ってもよい。
フッ素プラズマ処理を行う場合、同じプラズマ機器内でＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3などのフッ素雰囲気中でプラズマ処理を実行する。
上記したフッ素プラズマ処理により、親水性の表面から疎水性の表面までの表面改質の変化を行ってもよい。フッ素プラズマ処理においてプロセス温度をも１５０℃以下として行ってもよい。
続いて、上記した表面処理の後で接合層１３０を有する疎水性の正面１３４上に、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層１１２を含む第１の光電変換部１１０が形成される。
すなわち、図１１及び図１２に示すように、第１の光電変換部１１０及び電極を形成することにより、直列型太陽電池１００（図５のＳ６０、Ｓ７０）を形成する。
第１の光電変換部１１０を形成するステップ（Ｓ６０）では、図１２ａに示すように、接合層１３０上に、第１の光電変換部１１０を形成する。より具体的には、接合層１３０上に、第２の輸送層１１６、光電変換層１１２及び第１の輸送層１１４（Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３）を順次に形成してもよい。
第２の輸送層１１６、光電変換層１１２及び第１の輸送層１１４は複数の方法により形成されてもよく、特に、第２の輸送層１１６は、ウェットプロセスなしの場合にドライプロセスにより行われてもよい。
一実例として、第２の輸送層１１６は、堆積（例えば、物理堆積法、化学堆積法、プラズマ堆積などのドライ方法）によって疎水性を有するＳｐｉｒｏ－ＴＴＢ又はＮＰＢを疎水性の接合層の正面上に堆積する。
上記した通り、堆積により形成される第２の輸送層１１６は、疎水性を有するため、疎水性を有する接合層１３０の正面１３４及び表面のエネルギ差は、非常に小さく、さらに落脱することなく均一かつ薄い基板を行うことができる。
上記した通り、表面エネルギ差が非常に小さい状態で堆積する場合、第２の輸送層と接合層との間でリーク電流が低減され、且つ、正孔輸送がスムーズに行われ、これにより、オープン電圧とフィルファクター（ＦＦ、Ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）が向上して、直列型太陽電池１００の全体効率が向上する。
第２の輸送層１１６上に複数の方法によって光電変換層１１２と第１の輸送層１１４を形成してもよい。
すなわち、第２の輸送層１１６のように堆積により形成されてもよいが、光電変換層１１２の特性に応じて、光電変換層１１２及び第１の輸送層１１４は、印刷法などによって形成されてもよい。ここで、印刷法は、インクジェット印刷、グラビア印刷、スプレーコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、グラビア塗布、ブラシ塗布及びスリット塗布などを含んでもよい。
次に、図１２ｂに示すように、電極形成ステップ（Ｓ７０）において、第１の電極４２と第２の電極４４を形成してもよい。
すなわち、第１の光電変換部１１０（より具体的には、第１の輸送層１１４）上に第１の電極４２の第１の電極層４２０（Ｓ７１）を形成してもよく、且つ、第１の電極層４２０上に第２の電極層４２２（Ｓ７２）を形成してもよい。そして、第２の光電変換部１２０（より具体的には、多結晶部分として構成された第２の半導体層１２６）上に第２の電極４４の金属電極層４４２を形成してもよい。
一実例として、第１の電極４２の第１の電極層４２０は、真空堆積プロセス又はスパッタリングプロセスにより形成されてもよい。真空堆積プロセス又はスパッタリングプロセスは、低温下で実行してもよく、且つ、片面の正面上のみに第１の電極４２の第１の電極層４２０を形成してもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、塗布法などの複数の方法を適用してもよい。そして、本実施例では、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２を形成してもよい。一実例として、金属と樹脂を含む低温焼成ペーストを塗布し、且つ、それを硬化させる硬化熱処理を実行することで、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２を形成してもよい。
一実例として、第１の電極４２の第１の電極層４２０を形成した後、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２のための低温焼成ペーストを塗布し、且つ、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２に使用される低温焼成ペースト同時硬化の硬化熱処理を実行する。硬化熱処理は、１５０℃以下の低温度で実行されてもよく、これにより、ペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０の特性変化、劣化などを防止する。
第１の電極４２の第１の電極層４２０の形成プロセス、第１の電極４２の第２の電極層４２２の塗布プロセスと熱処理プロセス、及び第２の電極４４の金属電極層４４２の塗布プロセスと熱処理プロセスの順序は、多様な変形が可能である。
上記説明は、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２を印刷法により形成してプロセスを簡素化することを例示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、第１の電極４２の第２の電極層４２２と第２の電極４４の金属電極層４４２の形成方法、プロセス条件などは、多様な変形が可能である。
本実施例によれば、簡単な製造プロセスにより優れた効率を有する直列型構造の太陽電池を形成することで、生産性を向上することができる。このとき、ペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０を形成する第１の光電変換部形成ステップ（ＳＴ６０）の後に実行される電極形成ステップ（Ｓ７０）などのプロセス温度を低温度（例えば、１５０℃以下）に保つことにより、非結晶部分として構成される第１の半導体層１２４又はペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０の特性劣化などを効果的に防止できる。
本実施例では、半導体基板１２２の正面上に反射防止作用を実行するように、テクスチャリングによる凹凸又は反射防止構造が設けられており、これにより、太陽電池１００の正面には反射防止膜が設けられていない。このとき、半導体基板１２２の正面上に位置する第１の半導体層１２４、接合層１３０、第２の輸送層１１６、光電変換層１１２、第１の輸送層１１４、第１の電極層４２０の両側表面上にも半導体基板１２２の正面上に形成される凹凸又は反射防止構造に対応する凹凸又は反射防止構造が設けられてもよい。上記した通り、追加の反射防止構造が設けられていないため、構造を簡素化することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、図１２ｂに示すように、第１の電極４２の第１の電極層４２０上の少なくとも一部にも反射防止膜４６０が設けられてもよい。これ以外の多様な変形が可能である（Ｓ７３）。
そして、本実施例では、第２の半導体層１２６上に追加のパッシベーション膜が設けられていないため、簡単な構造を有する場合を例示している。これは、第２の半導体層１２６が水素注入ステップにより十分な量の水素を含んで、優れたパッシベーション特性を有するので、パッシベーション膜の残存による効果が大きくないためである。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
以下、本発明の別の実施例について図１３を参照して説明する。図１３は、本発明の別の実施例による太陽電池の断面図を概略的に示す。
図１３を参照すると、本発明の別の適用例による量子ドット型太陽電池は、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層１１２を第１の光電変換部１１０、及び第１の光電変換部１１０と異なる物質又は構造を有する第２の光電変換部１２０をさらに含む直列型構造を有してもよい。
本適用例による太陽電池１００では、第２の光電変換部１２０は、半導体基板１２２を含むｐｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有してもよい。一実例として、第２の光電変換部１２０は、半導体基板１２２、及び半導体基板１２２中又は半導体基板１２２上に形成された導電領域１２４、１２６を含んでもよい。導電領域１２４、１２６は、第１の導電タイプを有する第１の導電領域１２４、及び第２の導電タイプを有する第２の導電領域１２６を含んでもよい。
半導体基板１２２は、単一の半導体物質（一実例として、ＩＶ族の元素）を含む晶体半導体（例えば、単結晶又は多結晶半導体、一実例として、単結晶又は多結晶シリコン）からなってもよい。そして、結晶性が高く欠陥が少ない半導体基板１２２に基づくため、第２の光電変換部１２０は、優れた電気的特性を有することができる。一実例として、第２の光電変換部１２０は、結晶シリコン太陽電池構造を有してもよい。
半導体基板１２２の配置は図１の半導体基板１２２と同じであるため、詳細な説明は省略する。
半導体基板１２２の正面上には、第１の導電タイプを有する第１の導電領域１２４が形成されてもよい。なお、半導体基板１２２の第１の導電タイプとは反対の第２の導電タイプを有する第２の導電領域１２６が位置決め（一実例として、接触）されてもよい。
第１の導電領域１２４は、第１の導電タイプドーパントを含み第１の導電タイプを有する領域であってもよい。そして、第２の導電領域１２６は、第２の導電タイプドーパントを含み第２の導電タイプを有する領域であってもよい。
第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６は、それぞれ半導体基板１２２と同じ半導体物質（より具体的には、単一の半導体物質、一実例として、シリコン）を含んでもよい。一実例として、第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６は、非結晶シリコン（ａ－Ｓｉ）層、非結晶シリコンカーバイド（ａ－ＳｉＣｘ）層、非結晶シリコン酸化物（ａ－ＳｉＯｘ）層などとして構成されてもよい。そして、第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６が半導体基板１２２と同様な特性を有して互いに異なる半導体物質を含む場合に生じる可能性がある特性差異を最小化することができる。
例えば、第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６のそれぞれは、第１の導電タイプドーパント又は第２の導電タイプドーパントを、堆積などの複数の方法によって容易に製造する非結晶半導体などにドーピングして形成されてもよい。そして、第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６は、簡単なプロセスにより容易に形成することができる。また、第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６のそれぞれは、堆積などの複数の方法によりナノ結晶シリコン又は多結晶シリコン層として製造されてもよく、且つ、第１の導電タイプドーパント又は第２の導電タイプドーパントをドーピングすることにより形成されてもよい。そして、第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６は、簡単なプロセスにより容易に形成されてもよい。
第１の導電領域１２４と第２の導電領域１２６が半導体基板１２２と異なる結晶特性を有する場合、基板１２２との間にトンネリング層１２４ａ、１２６ａを追加で含んでもよく、且つ、その説明は図１と同じであるため省略する。
本実施例では、半導体基板１２２（又は、ベース領域）が第１の導電タイプを有するとき、第２の導電領域１２６は、半導体基板１２２とｐｎ接合を形成する出射領域として構成されてもよい。第１の導電領域１２４は、複合の正面電場領域を防止するために、正面電場（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）を形成するように構成してもよい。そして、光電変換に直接関与する出射領域が裏面上に位置するため、出射領域を十分な厚さ（一実例として、正面電場領域よりも厚く形成される）に形成してもよく、これにより光電変換効率をより向上させることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。したがって、半導体基板１２２も、第２の導電タイプを有してもよく、これにより第１の導電領域１２４が出射領域を構成し、且つ、第２の導電領域１２６が裏面電場領域を構成する。
本実施例では、第１の導電領域１２４と半導体基板１２２は、ｎ型を有してもよく、且つ、第２の導電領域１２６は、ｐ型を有してもよい。そして、第２の光電変換部１２０上に位置する第１の光電変換部１１０では、上部に位置する第１の輸送層１１４は電子を輸送してもよく、且つ、下部に位置する第２の輸送層１１６は正孔を輸送してもよい。このような場合、第１の光電変換部１１０は、逆な場合と比べて、優れた効果を有することができる。なお、半導体基板１２２は、ｎ型を有してもよく、これによりキャリアの寿命（ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）を向上する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、且つ、半導体基板１２２が第１の導電タイプと第２の導電タイプのうちの何れの導電タイプを有するか、ｎ型とｐ型のうちの何れの導電タイプをするかなどについては、多様な変形が可能である。
接合層（トンネリング接合層）１１０ａは、第２の光電変換部１２０の正面（前面）上に位置して、第２の光電変換部１２０とその上に位置する第１の光電変換部１１０とを接続する。図面には、接合層１３０がそれぞれ第１の導電領域１２４と第１の光電変換部１１０に直接接触することを示しているが、本発明はこれに限定されない。このような接合層１３０は、薄い厚さを有してもよく、一実例として、キャリアのトンネリングをスムーズに行うように、電極層４２０、４４０の厚さよりも薄い厚さを有してもよい。
このとき、図１の太陽電池１００とは異なり、図１３の接合層１３０は、複数の層状の構造を有する。
すなわち、接合層１３０はベース接合層１３２上に界面層１３６をさらに含む。
ベース接合層１３２は、第１の光電変換部１１０と第２の光電変換部１２０とを電気的に接続してもよく、且つ、第１の光電変換部１１０に使用される光（一実例として、長波長の光）を透過させることができる物質を含んでもよい。ベース接合層１３２は、透明導電物質（一実例として、透明導電酸化物）（ＴＣＯ）から形成されてもよい。一実例として、スズドープ酸化インジウム（ｔｉｎ ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、タングステンドープ酸化インジウム（ｔｕｎｇｓｔｅｎ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＷＯ）、セシウムドープ酸化インジウム（ｃｅｓｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ、ＩＣＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＦＴＯ）うちの少なくとも１つを含む物質から形成されてもよい。
このような接合層１３０は、第２の光電変換部１２０に使用される光（一実例として、短波長の光）を第２の光電変換部１２０で反射させ、且つ、第１の光電変換部１１０に使用される光（一実例として、長波長の光）を透過可能にしかつ第１の光電変換部１１０に提供してもよい。
ベース接合層１３２が透明導電物質（ＴＣＯ）から形成される場合、透明導電物質（ＴＣＯ）は親水性の表面性質を有する。したがって、接触角が非常に小さい特性を有する。
ベース接合層１３２上にはさらに界面層１３６が形成される。
界面層１３６はベース接合層１３２上に形成され、且つ、同様なトンネリング効果を誘導しつつ第１の光電変換部１１０との接合面が疎水性を有するように、表面特性を有する物質で形成される。
上記した界面層１３６はトンネリング層１２４ａ、１２６ａよりも薄い厚さを有するように形成されてもよく、且つ、接合層１３０の電気的特性全体に影響を与えないように形成されてもよい。
上記した界面層１３６は、半導体基板１２２と同じ非結晶シリコンに高濃度ドープを実行することにより形成されてもよい。
上記したドーパントの高濃度ドープにより、表面特性は、疎水性を有してもよい。
一実例として、ベース接合層１３２である透明導電物質（ＴＣＯ）上に、化学堆積などにより非結晶シリコン層を形成した後、Ｂ2Ｈ6又はＰＨ3の雰囲気中でドーピングを実行してもよい。
上記した堆積及びドープの熱処理は、何れも１００℃度以内の温度で実行されてもよい。
なお、これと異なり、疎水性を有する樹脂層は薄く形成されてもよく、これにより界面層１３６として利用されてもよい。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ ｅｔｈｙｌｅｎｅ）を上記した疎水性を有する樹脂層として適用してもよい。
上記した界面層１３６は、１．５～２ｎｍ内の薄い厚さに形成されてもよい。
したがって、界面層１３６を形成してトンネリング効果を保ちつつ、接合層１３０の正面（すなわち、第１の光電変換部１１０に接する面）が疎水性の表面特性を有するように形成してもよい。
前記疎水性の接合層１３０上に、ペロブスカイト化合物を含む第１の光電変換部１１０が形成される。
第１の光電変換部１１０は、光電変換層１１２、光電変換層１１２の一側において接合層１３０と光電変換層１１２との間に位置する第２の輸送層（第２のキャリア輸送層）１１６、及び光電変換層１１２の別の側において光電変換層１１２と第１の電極４２との間に位置する第１の輸送層（第１のキャリア輸送層）１１４を含んでもよい。
このとき、形成される第２の輸送層１１６は、ドライプロセスにより疎水性の表面特性を有するｓｐｉｒｏ－ＴＴＢ、ＮＰＢなどとして適用されてもよく、これにより大面積の直列型の太陽電池１００が形成できる。
第１の光電変換部１１０の各層の構造及び材料は図１と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
なお、第１の電極４２は、第１の光電変換部１１０（一実例として、その正面上の第１の輸送層１１４に位置する）上に位置してもよく、且つ、第２の電極４４は、第２の光電変換部１２０（一実例として、その裏面上の第２の導電領域１２６に位置する）上に位置してもよい。すなわち、本実施例による太陽電池１０は、単一の半導体物質（一実例として、シリコン）に基づく第２の光電変換部１２０と、ペロブスカイト化合物に基づく第１の光電変換部１１０を接合層１３０により接合した直列型構造を有してもよい。
上記した通り、形成される本発明の太陽電池は、図１４～図１５に示す特性を有する。
図１４は、接合層の表面性質変化を示す図であり、且つ、図１５は、接合層の表面性質に応じて変化する光学特性を示すグラフである。
図１４を参照すると、接合層１３０又はベース接合層１３２として適用される透明導電物質（ＴＣＯ）としてＩＣＯが適用される基板の表面を示しており、水滴実験により眼で親水性を有することが確認できる。
このとき、比較画像を検査するとき、ＩＣＯ表面上でＣＨ4プラズマ処理を行い、又はＮ型ドーパントがドーピングされた非結晶シリコン層が界面層１３６として含まれており、又はＰＨ3ドーパントがドーピングされた場合、表面が疎水性に変化していることが確認できる。
また、図１５を参照すると、複数の基板処理による光学特性変化を示している。
代表的に、光学特性として、屈射率ｎ及び消衰係数ｋを限定しており、且つ、一般的なガラス基板の光学特性が図１５ａに示されている。
すなわち、本発明の接合層１３０を通過する波長帯域である２００ｎｍ～１０００ｎｍの波長帯域において、屈射率ｎは、波長に応じて小さくなる特性を示し、且つ、当該波長帯域において、消衰係数ｋはほぼ０に収束する。
このとき、図１５ｂは、ＣＨ4プラズマ処理を実行した後の光学特性を分析し、且つ、図１５ｃ及び図１５ｄは、ＰＨ3ドーピング処理を実行した後の光学特性を分析したものである。
図１５ｂに示すように、プラズマ処理の後、光学特性と一般的なガラス基板の光学特性との差異は観察されなかった。
なお、図１５ｃ及び図１５ｄを参照すると、ＰＨ３低ドーピング状態の図１５ｃが一般的なガラス基板と同じレベルを有する光学特性を示している。しかしながら、低濃度のドープ時に表面特性が疎水性を示すことが低減する傾向がある。
このとき、図１５ｄに示すように、ドーパントを過剰にドーピングする場合、光学特性と一般的なガラス基板とを比較するとき、一部の差異が生じ、又は表面特性が強疎水性を示す。
このとき、図１５ｄをより詳細に観察するとき、本発明の接合層１３０に必要な光の波長帯域である４００～８００ｎｍ内に、１以下の消衰係数ｋを有し、実際に光学特性に大きな差異がないことが観察できる。
したがって、直列型太陽電池１００には、界面層１３６中に過剰にドーピングした非結晶シリコン層を接合層１３０として含むことにより、光学特性の影響を受けないと同時に、表面特性を疎水性に保つことができる。
したがって、接合層１３０を一般的な導電層としてＴＣＯを適用しつつ表面処理又は界面層により親水性の表面を疎水性に変化することで、光学特性を保ちつつ上部に形成される第１の光電変換部１１０のカバー範囲を改善して、プロセスマッチング性と表面形状影響性を改善できる。
上記の特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つ実施例に含まれ、且つ、必ずしも１つの実施例のみに限定されない。なお、各実施例に例示される特徴、構造、効果なども、当業者が他の実施例を組み合わせ又は変形することにより実施可能である。したがって、このような組み合わせ及び変形に関する内容は本発明の範囲内に含まれると解釈されるべきである。
１００：太陽電池
１０：光電変換部
１１０：第１の光電変換部
１１２：光電変換層
１１４：第１の輸送層
１１６：第２の輸送層
１２０：第２の光電変換部
１２２：半導体基板
１２４：第１の半導体層
１２６：第２の半導体層
４２：第１の電極
４４：第２の電極
１３０：接合層
１３２：裏面／ベース接合層
１３６：界面層

Claims (17)

  1. 太陽電池であって、光電変換部、接合層、第１の電極及び第２の電極を含み、
    前記光電変換部は、ペロブスカイト化合物からなる光電変換層を含む第１の光電変換部、及び半導体基板を含む第２の光電変換部を有し、
    前記接合層は、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部との間に形成され、且つ、前記接合層の正面は疎水性の表面特性を有し、
    前記第１の電極は、前記光電変換部の一方の面において前記光電変換部に電気的に接続され、
    前記第２の電極は、前記光電変換部の他方の面において前記光電変換部に電気的に接続され、
    前記接合層は、前記第２の光電変換部に接する裏面と、前記第１の光電変換部に接する正面とを含み、且つ、前記裏面と前記正面は表面特性が異なり、
    前記第１の光電変換部は、前記ペロブスカイト化合物からなる前記光電変換層と、前記光電変換層の上部に形成される第１の輸送層と、前記光電変換層の下部に形成される第２の輸送層とを含み、
    前記第２の輸送層は、前記接合層に接合されるように形成され、
    前記第２の輸送層は、疎水性の表面特性を有し、
    前記第２の輸送層は、疎水性の表面特性を有するＮＰＢ又はＳｐｉｒｏ－ＴＴＢを含む
    太陽電池。
  2. 前記第２の光電変換部は、前記半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上の第１の導電タイプの第１の半導体層と、前記半導体基板の他方の面上の第２の導電タイプの第２の半導体層とを含む
    請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記接合層の裏面は親水性の表面特性を有する、
    請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記接合層は、前記第１の導電タイプの第１の導電体層上に形成され且つ親水性の表面特性を有する透明導電タイプ酸化物層（ＴＣＯ）を含む
    請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記接合層の前記透明導電タイプ酸化物層の前記正面は、プラズマ表面処理により疎水性の表面特性を有するように形成される
    請求項４に記載の太陽電池。
  6. 前記接合層は、前記透明導電タイプ酸化物層上において前記第１の光電変換部に接する界面層をさらに含む
    請求項４に記載の太陽電池。
  7. 前記界面層は、ドーピングされた半導体層を含み且つ疎水性の表面特性を有する
    請求項６に記載の太陽電池。
  8. 前記半導体基板と前記第２の導電タイプの第２の半導体層との間にトンネリング層をさらに含み、且つ、前記界面層は、前記トンネリング層よりも薄い厚さに形成される
    請求項６に記載の太陽電池。
  9. 前記第２の光電変換部の一方の面上には前記第１の光電変換部が位置決めされ、
    前記第１の光電変換部上には前記第１の電極が位置決めされ、
    前記第２の光電変換部の前記第２の半導体層上には前記第２の電極が位置決めされ、
    前記第２の半導体層は多結晶部分を含み、
    前記第１の電極と前記第２の電極は積層構造が互いに異なる
    請求項３に記載の太陽電池。
  10. 太陽電池の製造方法であって、
    半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上の第１の半導体層と、前記半導体基板の他方の面上に前記第１の半導体層と異なる導電タイプを有する第２の半導体層とを含む第２の光電変換部を形成するステップと、
    前記第１の半導体層上に接合層を形成するステップと、
    前記接合層の正面の表面特性を変化させるステップと、
    前記接合層の正面上に、ペロブスカイト化合物からなる光電変換層を含む第１の光電変換部を形成するステップと、
    前記第１の光電変換部の一方の面において前記第１の光電変換部に電気的に接続される第１の電極、及び前記第２の光電変換部の他方の面において前記第２の光電変換部に電気的に接続される第２の電極を形成するステップと、を含み、
    前記第１の光電変換部は、前記ペロブスカイト化合物からなる前記光電変換層と、前記光電変換層の上部に形成される第１の輸送層と、前記光電変換層の下部に形成される第２の輸送層とを含むように形成され、
    前記第２の輸送層は前記接合層に接するように形成され、
    前記第２の輸送層は、疎水性の表面特性を有するＮＰＢ又はＳｐｉｒｏ－ＴＴＢを含む物質を堆積することによって形成され、
    前記接合層の表面特性を変化させるステップにおいて、前記接合層の正面が疎水性の表面特性を有するように処理を行う
    太陽電池の製造方法。
  11. 前記接合層を形成するステップにおいて、前記半導体基板の前記第１の半導体層上に、親水性の表面特性を有する透明導電タイプ酸化物層（ＴＣＯ）を形成する
    請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記接合層の表面特性を変化させるステップにおいて、前記接合層の裏面が親水性の表面特性を有するように処理を行う
    請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
  13. 前記接合層の表面特性を変化させるステップにおいて、疎水性を有する表面特性を形成するように、前記接合層の前記透明導電タイプ酸化物層の前記正面上でプラズマ表面処理を実行する
    請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
  14. 前記プラズマ表面処理は２００度以下の温度で行い且つＣＨ４プラズマ又はフッ素プラズマ処理によって実行される
    請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 前記接合層の表面特性を変化させるステップは、
    前記透明導電タイプ酸化物層上に、前記第１の光電変換部に接する界面層を形成するステップをさらに含む
    請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
  16. 前記界面層を形成するステップは、
    前記透明導電タイプ酸化物層上に非結晶シリコン層を堆積するステップと、
    前記表面特性を疎水性に変化させるように、前記非結晶シリコン層上に高濃度のドーパントを注入するステップと、を含む
    請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
  17. 前記半導体基板と前記第２の半導体層との間にトンネリング層をさらに含み、且つ、前記界面層は、前記トンネリング層よりも薄い厚さに形成される
    請求項１６に記載の太陽電池の製造方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015138861A (ja) 2014-01-22 2015-07-30 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
WO2017195722A1 (ja) 2016-05-09 2017-11-16 株式会社カネカ 積層型光電変換装置およびその製造方法
CN112086535A (zh) 2020-08-20 2020-12-15 隆基绿能科技股份有限公司 一种叠层电池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7259405B2 (en) * 2004-11-23 2007-08-21 Au Optronics Corporation Organic photoelectric device with improved electron transport efficiency
KR20110068217A (ko) * 2009-12-15 2011-06-22 엘지디스플레이 주식회사 박막 태양전지 및 그 제조방법
KR101878732B1 (ko) * 2011-06-24 2018-07-16 삼성전자주식회사 그래핀 기재 및 이를 채용한 투명전극과 트랜지스터
KR101666563B1 (ko) * 2014-04-28 2016-10-27 성균관대학교산학협력단 페로브스카이트 태양전지 및 그의 제조 방법
EP2942826B1 (en) * 2014-05-09 2023-03-01 Novaled GmbH Doped perovskites and their use as active and/or charge transport layers in optoelectronic devices
KR101628952B1 (ko) 2014-10-06 2016-06-13 한국과학기술연구원 탠덤 태양전지 및 그 제조방법
US10535791B2 (en) * 2014-12-03 2020-01-14 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University 2-terminal metal halide semiconductor/C-silicon multijunction solar cell with tunnel junction
US20180175112A1 (en) 2015-06-12 2018-06-21 Oxford Photovoltaics Limited Multijunction photovoltaic device
KR101717430B1 (ko) * 2015-06-30 2017-03-27 광주과학기술원 페로브스카이트 기반 태양전지
KR102805661B1 (ko) * 2020-03-04 2025-05-13 트리나 솔라 컴패니 리미티드 태양 전지 및 이의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015138861A (ja) 2014-01-22 2015-07-30 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
WO2017195722A1 (ja) 2016-05-09 2017-11-16 株式会社カネカ 積層型光電変換装置およびその製造方法
CN112086535A (zh) 2020-08-20 2020-12-15 隆基绿能科技股份有限公司 一种叠层电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG, Mingqi et al.，Surface Engineering of PTAA by adding Al2O3 interfacial layer for Inverted Perovskite Solar Cell，Proceedings of 2021 19th International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN)，2021年08月，pp. 1-3

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