KR101661766B1 - 태양전지 패널 - Google Patents
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Abstract
태양전지 패널은 복수의 태양전지들; 상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 및 상기 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판을 포함하며, 상기 태양전지들의 후면과 마주하는 상기 광 투과성 후면 기판의 내면에는 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하기 위한 제1 투명 도전 패턴이 위치한다.
Description
본 발명은 태양전지 패널에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 패널은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.
통상의 태양전지 패널은 하부 보호 부재로 불투명 재질의 시트를 사용하고 있으나, 최근에는 상기 하부 보호 부재로 광 투과성의 기판을 사용하여 채광성을 확보하거나, 태양전지의 하부면도 광 입사 표면으로 활용하는 기술이 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채광성 및 외관성이 향상된 태양전지 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 패널은 복수의 태양전지들; 상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 및 상기 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판을 포함하며, 상기 태양전지들의 후면과 마주하는 상기 광 투과성 후면 기판의 내면에는 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하기 위한 제1 투명 도전 패턴이 위치한다.
광 투과성 후면 기판은 도전성 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)를 포함하는 도전성 수지로 이루어지며, 제1 투명 도전 패턴은 상기 도전성 유리 또는 도전성 수지의 한 면에 형성된 투명 도전 산화막(Transparent Conductive Oxide, TCO)으로 이루어진다.
광 투과성 전면 기판은 저(low) 철분 강화 유리로 이루어지거나, 도전성 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)를 포함하는 도전성 수지로 이루어질 수 있다.
광 투과성 전면 기판이 저 철분 강화 유리로 이루어지는 경우, 태양전지는 반도체 기판 및 상기 반도체 기판의 후면에 위치하는 제1 집전부 및 제2 집전부를 포함하며, 태양전지들의 전면과 광 투과성 전면 기판 사이에는 전면 보호막이 위치하고, 태양전지들의 후면과 광 투과성 후면 기판 사이에는 후면 보호막이 위치할 수 있다.
광 투과성 전면 기판이 도전성 유리 또는 도전성 수지로 이루어지는 경우, 태양전지는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 전면에 위치하는 제1 집전부 및 상기 반도체 기판의 후면에 위치하는 제2 집전부를 포함하며, 태양전지들의 전면과 마주하는 광 투과성 전면 기판의 내면에는 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하기 위한 제2 투명 도전 패턴이 위치한다.
이때, 제1 투명 도전 패턴과 제2 투명 도전 패턴은 태양전지의 외부로 연장된 부분에서 전기 전도성의 접착 물질을 포함하는 접착부에 의해 전기적으로 연결되며, 태양전지들의 전면과 광 투과성 전면 기판 사이에는 전면 보호막이 위치하고, 태양전지들의 후면과 광 투과성 후면 기판 사이에는 후면 보호막이 위치할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 인접한 태양전지간의 전기적 연결이 투명 도전 패턴에 의해 이루어지므로, 태양전지 패널의 채광성 및 외관성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 패널의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 부분 단면도로서, 라미네이션 공정이 행해지기 전의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 광 투과성 후면 기판에 대한 평면도이다.
도 4는 후면 접합용 태양전지의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 패널의 일부 단면도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 광 투과성 후면 기판의 평면도이다.
도 8은 도 6의 실시예에 따른 광 투과성 전면 기판의 평면도이다.
도 9는 도 6의 실시예에 따른 태양전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 부분 단면도로서, 라미네이션 공정이 행해지기 전의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 광 투과성 후면 기판에 대한 평면도이다.
도 4는 후면 접합용 태양전지의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 패널의 일부 단면도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 광 투과성 후면 기판의 평면도이다.
도 8은 도 6의 실시예에 따른 광 투과성 전면 기판의 평면도이다.
도 9는 도 6의 실시예에 따른 태양전지의 일부 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 패널에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 패널의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 부분 단면도로서, 라미네이션 공정이 행해지기 전의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 광 투과성 후면 기판에 대한 평면도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 패널은 복수의 태양전지(100), 복수의 태양전지(100)를 보호하는 보호막(20a, 20b), 태양전지(100)의 수광면 쪽에 위치한 보호막(이하, '전면 보호막'이라 함)(20a) 위에 위치하는 광 투과성 전면 기판(30), 및 수광면의 반대 쪽에 위치한 보호막(이하, '후면 보호막'이라 함)(20b)의 하부에 배치된 광 투과성 후면 기판(40)을 포함한다.
수광면 쪽에 위치한 광 투과성 전면 기판(30)은 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(30)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
상부 및 후면 보호막(20a, 20b)은 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(100)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 상부 및 후면 보호막(20a, 20b)은 태양전지(100)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정(lamination process)에 의해 복수의 태양전지(100)와 일체화된다.
이러한 보호막(20a, 20b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등으로 이루어질 수 있다.
복수의 태양전지(100)는 행렬 구조로 배열되어 있다. 도 1에서, 복수의 태양전지(100)는 3×2 행렬 구조를 가지고 있지만, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 행과 열 방향으로 각각 배치되는 태양전지(100)의 개수는 조절 가능하다.
복수의 태양전지(100)는 모두 동일한 구조를 갖고 있고, 본 실시예에서, 각 태양전지(100)는 전자를 외부로 출력하기 위한 단자인 전자용 집전부와 정공을 외부로 출력하기 위한 단자인 정공용 집전부가 모두 태양전지(100)의 후면에 위치한 후면 접합용 태양전지다.
다음, 도 4 및 도 5를 참고로 하여, 이러한 후면 접합용 태양전지에 대하여 설명한다.
도 4는 후면 접합용 태양전지의 일부 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 태양전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참고로 하면, 태양전지(100)는 복수의 비아 홀(via hole)(181)을 구비하고 있는 기판(110), 기판(110)에 위치한 에미터부(120), 기판(110) 전면 측의 에미터부(120) 위에 위치하는 반사방지막(130), 반사방지막(130)이 위치하지 않는 기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 위치한 복수의 전면전극(front electrode)(141), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면전극(back electrode)(151), 비아 홀(181)과 비아 홀(181) 주변에 위치한 기판(110) 후면의 에미터부(120)에 위치하고 복수의 전면전극(141)과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면전극용 집전부(161), 기판(110)의 후면에 위치하고 후면전극(151)과 전기적으로 연결되어 있는 후면전극용 집전부(162), 그리고 후면전극(151)과 기판(110) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(171)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다.
기판(110)에 형성된 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 정공이 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 전자가 다수 캐리어가 된다.
본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 형성된 반사방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어져 있다. 반사방지막(130)은 태양전지(100)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(100)의 효율을 높인다. 반사방지막(130)은 단일막 구조 또는 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
반사방지막(130)과 그 하부의 에미터부(120)에는 기판(110) 전면의 가장자리 일부를 드러내는 노출부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 따라서, 노출부에 의해 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)와 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)가 전기적으로 분리된다.
복수의 전면전극(141)은 기판(110) 전면에 형성된 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되며, 복수의 전면전극(141)은 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
이러한 복수의 전면전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집하고 비아홀(181)을 통해 복수의 전면전극용 집전부(161)로 전달한다.
복수의 전면전극(141)은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고, 이들 도전성 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질일 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 버스 바(bus bar)라고도 불리며, 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면전극(141)과 교차하는 방향으로 거의 평행하게 뻗어 있으며, 주로 스트라이프 형상을 갖는다.
도 4 및 도 5에 도시한 것처럼, 복수의 비아홀(181)은 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161)가 교차하는 기판(110) 부분에 형성되어 있다. 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161) 중 적어도 하나가 복수의 비아홀(181)을 통해 기판(110)의 전면과 후면 중 적어도 한쪽으로 연장되어 서로 반대쪽에 위치하는 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161)가 연결된다. 이로 인해, 복수의 비아홀(181)을 통하여 복수의 전면전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161)는 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이러한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 전기적으로 연결된 복수의 전면전극(141)으로부터 전달되는 전하를 외부 장치로 출력한다.
복수의 전면전극용 집전부(161)는 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
기판(110)의 후면 위에 위치한 후면전극(151)은 인접한 전면전극용 집전부(161)와 이격된 상태로 위치한다.
후면전극(151)은 복수의 전면전극용 집전부(161)가 형성된 부분을 제외한 기판(110)의 후면 거의 전체 면에 위치한다.
이러한 후면전극(151)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
기판(110)의 후면에 위치한 에미터부(120)는 기판(110)의 후면 일부를 노출하고 복수의 전면전극용 집전부(161)를 에워싸는 복수의 노출부(183)를 구비하고 있다.
이러한 노출부(183)에 의해 전자 또는 정공을 수집하는 복수의 전면전극용 집전부(161)와 정공 또는 전자를 수집하는 후면전극(151) 간의 전기적인 연결이 끊어져 전자와 정공의 이동이 원활해진다.
후면전극(151)은 알루미늄(A), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
본 실시예에서, 정공용 집전부인 복수의 후면전극용 집전부(162)는 기판(110) 후면 위에 위치하고, 후면전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으며, 복수의 전면전극용 집전부(161)와 거의 평행하게 뻗어 있다.
따라서 복수의 후면전극용 집전부(162)는 후면전극(151)으로부터 전달되는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부로 출력한다.
복수의 후면전극용 집전부(162)는 복수의 전면전극용 집전부(161)와 동일한 재료, 예를 들어 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다. 하지만 복수의 후면전극용 집전부(162)는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
본 실시예에서, 전면전극용 집전부(161)의 개수는 2개이고 후면전극용 집전부(162)의 개수는 3개이지만 상기 집전부의 개수는 필요에 따라 변할 수 있다.
후면전극(151)과 기판(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
후면 전계부(171)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 전자 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양전지(100)는 복수의 전면전극(141)과 연결되는 복수의 전면전극용 집전부(161)를 빛이 입사되지 않은 기판(110)의 후면에 위치시킨 태양전지로서, 그 동작은 다음과 같다.
태양전지(100)로 조사된 빛이 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되고 이로 인해 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양전지(100)의 효율이 향상된다. 이에 더하여, 반사방지막(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동한다.
이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 복수의 전면전극(141)에 의해 수집되어 복수의 비아 홀(181)을 통해 전기적으로 연결된 복수의 전면전극용 집전부(161)로 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 후면 전계부(171)를 통해 후면전극(151)에 의해 수집되어 복수의 후면전극용 집전부(162)로 이동한다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수의 태양전지(100) 하부에 위치한 후면 보호막(20b)은 복수의 개구부(21)를 구비하고 있다. 복수의 개구부(21)의 위치는 태양전지(100)에 위치한 복수의 집전부(161, 162)와 대응하며, 각 개구부(21)를 통해 해당하는 집전부(161, 162)의 적어도 일부가 노출된다. 이때, 개구부(21)의 폭은 집전부(161, 162)의 폭보다 작거나, 동일하거나, 또는 클 수 있다.
광 투과성 후면 기판(40)은 태양전지 패널의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(100)를 외부 환경으로부터 보호한다. 또한, 도 3에 도시한 것처럼, 광 투과성 후면 기판(40)은 태양전지(100)들을 전기적으로 연결하기 위한 제1 투명 도전 패턴(41)을 구비한다.
제1 투명 도전 패턴(41)은 광 투과성 후면 기판(40) 위에 형성된다. 광 투과성 후면 기판(40)에 제1 투명 도전 패턴(41)을 형성하기 위해, 광 투과성 후면 기판(40)은 투명 도전 산화막(transparent conductive oxide, TCO)이 한 면에 형성된 도전성 유리로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 광 투과성 후면 기판(40)은 투명 도전 산화막이 한 면에 형성된 도전성 수지로 이루어질 수 있다. 이때, 도전성 수지로는 PET 수지가 사용될 수 있다.
제1 투명 도전 패턴(41)을 갖는 광 투과성 후면 기판(40)은 유리 또는 수지의 한 면에 투명 도전 산화막을 형성하고, 감광막을 형성한 후 이를 노광 및 현상한 후, 식각액을 이용하여 상기 투명 도전 산화막을 패터닝하여 제1 투명 도전 패턴을 형성하는 것에 따라 제조할 수 있다.
제1 투명 도전 패턴(41)을 갖는 광 투과성 후면 기판(40)을 형성하는 다른 예로, 유리 또는 수지의 한 면 중에서 제1 투명 도전 패턴(41)을 형성하지 않을 부분에 감광막을 형성하고, 상기 감광막이 형성되지 않은 부분에만 투명 도전 산화막을 형성하여 제1 투명 도전 패턴(41)을 형성하는 것에 따라 광 투과성 후면 기판(40)을 제조하는 것도 가능하다.
제1 투명 도전 패턴(41)은 각 태양전지(100)에 형성된 복수의 전면전극용 집전부(161)와 접촉하는 복수의 전면전극용 패턴(411), 복수의 후면전극용 집전부(162)와 접촉하는 복수의 후면전극용 패턴(412), 그리고 이들 전면전극용 패턴(411)과 후면전극용 패턴(412)을 분리하는 홈(413)을 구비한다. 따라서 홈(413)이 형성된 부분에는 유리 또는 수지(40)가 노출된다.
각 패턴(411, 412)은 가로 방향으로 연장하는 주 가지(main branch)로부터 세로 방향으로 빗살 형상으로 뻗어 나와 있는 부 가지(sub-branch), 즉 돌출부를 갖고 있고, 각 패턴(411, 412)의 돌출부는 홈(413)을 사이에 두고 맞물려 있다.
이때, 동일한 태양전지(100)에 대응하는 한 쌍의 패턴(411, 412)은 홈(413)에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다.
또한, 동일한 행에 위치하고 행 방향으로 인접한 두 태양전지(100)에 대응하는 패턴(411, 412)에서, 서로 다른 태양전지(100)에 각각 위치하는 서로 다른 집전부(161, 162)에 대응하는 서로 다른 패턴(411, 412)은 연결되어 있고, 이때 서로 연결되지 않은 패턴(412, 411)은 행 방향으로 이전 또는 이후에 위치한 태양전지(100)에 대응하는 다른 종류의 패턴(411, 412)과 연결되어 있다.
이에 더하여, 서로 다른 행에 위치하고, 첫 번째 열 또는 마지막 열에서 열 방향으로 인접한 두 태양전지(100)에 대응하는 패턴(411, 412)에서, 서로 다른 태양전지(100)에 각각 위치하는 서로 다른 집전부(161, 162)에 대응하는 서로 다른 패턴(411, 412)은 연결되어 있고, 이때 서로 연결되지 않은 패턴(412, 411)은 행 방향으로 이전 또는 이후에 위치한 태양전지(100)에 대응하는 다른 종류의 패턴(411, 412)과 연결되어 있다.
제1 투명 도전 패턴(41)에 있어서, 다른 종류의 패턴(411, 412)과 연결되지 않은 서로 다른 종류의 패턴(411, 412)은 별도의 도선이나 도전성 테이프를 통하여 광 투과성 후면 기판(40)의 이면(하부)에 배치한 정션 박스(junction box, 도시하지 않음)와 같은 외부 장치와 연결되어 있다.
이로 인해, 후면 보호막(20b)의 개구부(21)를 통해 노출되는 각 태양전지(100)의 복수의 전면전극용 집전부(161)는 제1 투명 도전 패턴(41)의 전면전극용 패턴(411)과 마주하고, 후면 보호막(20b)의 개구부(21)를 통해 노출되는 각 태양전지(100)의 복수의 후면전극용 집전부(162)는 제1 투명 도전 패턴(41)의 후면전극용 패턴(412)과 마주한다.
도 3에 도시한 것처럼, 전면전극용 패턴(411)의 돌출부의 폭(w1)은 모두 동일하며, 후면전극용 패턴(541)의 돌출부의 폭(w2)은 모두 동일하다. 도 3에서, 전면전극용 패턴(411)의 돌출부의 폭(w1)은 후면전극용 패턴(412)의 돌출부의 폭(w2)보다 작지만, 이에 한정되지 않는다.
즉, 전면전극용 패턴(411)의 돌출부의 폭(w1)과 후면전극용 패턴(412)의 돌출부의 폭(w2)은 서로 동일하거나, 폭(w1)이 폭(w2)보다 클 수 있다. 패턴(411, 412)의 돌출부의 폭(w1, w2)의 크기는 전면전극용 집전부(161)와 후면전극용 집전부(162)의 개수에 따라 정해질 수 있다.
예를 들어, 집전부(161, 162)의 개수가 많을수록 패턴(411, 412)의 돌출부를 통해 흐르는 전류의 양이 적어진다. 따라서 흐르는 전류의 양, 즉 부하의 양이 감소할수록 돌출부(w1, w2)의 폭은 작아진다. 본 실시예에서, 전면전극용 집전부(161)의 개수는 2개이고 후면전극용 집전부(162)의 개수는 3개이므로, 전면전극용 패턴(411)의 폭(w1)이 후면전극용 패턴(412)의 폭(w2)보다 크다.
도 2에 도시한 것처럼, 제1 투명 도전 패턴(41)의 돌출부 위에는 도전성 접착제(54)가 부착되어 있고, 이 도전성 접착제(54)는 후면 보호막(20b)의 개구부(21)를 통과하여 노출된 해당 집전부(161, 162)와 접촉한다.
이로 인해, 전면전극용 패턴(411)의 돌출부는 전면전극용 집전부(161)과 전기적으로 연결되고, 후면전극용 패턴(412)의 돌출부는 후면전극용 집전부(162)과 전기적으로 연결된다.
이미 설명한 것처럼, 각 태양전지(100)에 대응하는 전면전극용 패턴(411)의 돌출부는 주 가지에 의해 서로 연결되고 있고, 또한 각 태양전지(100)에 대응하는 후면전극용 패턴(412)의 돌출부도 주 가지에 의해 서로 연결되어 있으므로, 각 태양전지(100)에 위치한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 전면전극용 패턴(411)에 의해 서로 연결되고 있고, 마찬가지로 각 태양전지(100)에 위치한 복수의 후면전극용 집전부(162)는 후면전극용 패턴(412)에 의해 서로 연결되고 있다.
또한, 이미 설명한 것처럼, 제1 투명 도전 패턴(41)의 전면전극용 패턴(411)과 후면전극용 패턴(412)의 연결 상태와 홈(413)의 형성 위치에 의해, 복수의 태양전지(100)는 직렬 연결이 이루어진다.
이미 설명한 것처럼, 제1 투명 도전 패턴(41)의 서로 다른 패턴(411, 412)이 외부 장치와 연결되어 있으므로, 직렬로 연결된 복수의 태양전지(100)로부터 출력되는 전하가 외부 장치로 출력되어 전류가 흐른다.
이러한 실시예에 따르면, 제1 투명 도전 패턴(41)을 구비한 광 투과성 후면 기판(40) 위에 도전성 접착제(54)를 부착한 후 복수의 태양전지(100)를 정렬하는 것에 의해 복수의 태양전지(100)의 전기적인 연결이 행해진다.
즉, 제1 투명 도전 패턴(41)을 구비한 광 투과성 후면 기판(40) 위에 후면 보호막(20b)를 배치한다.
그런 다음, 후면 보호막(20b)의 개구부(21)를 통해 노출된 제1 투명 도전 패턴(41) 위에 도전성 접착제(54)를 부착한 후, 복수의 태양전지(100)를 일정한 간격으로 배치한다.
그런 다음, 복수의 태양전지(100) 위에 전면 보호막(20a)을 정렬하고, 그 위에 광 투과성 전면 기판(30)을 배치한다.
이후, 라미네이션 공정을 실시하여 이들 부품들을 일체화한다. 즉, 라미네이션 공정에 의하면, 광 투과성 전면 기판(30), 전면 보호막(20a), 태양전지(100), 후면 보호막(20b) 및 광 투과성 후면 기판(40)이 접합되어 일체화되고, 이때, 도전성 접착제(54)에 의해 태양전지(100)의 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)가 광 투과성 후면 기판(40)에 형성된 제1 투명 도전 패턴(41)과 전기적으로 연결된다.
이러한 패널 제조 방법에 의해, 복수의 태양전지(100)간의 전기적인 연결 작업이 별도의 수동 동작 없이 자동으로 이루어지므로, 패널 제조 시간과 감소하여 패널 생산 효율이 향상된다.
이하, 도 6 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 패널에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 패널의 일부 단면도이고, 도 7은 도 6의 실시예에 따른 광 투과성 후면 기판의 평면도이며, 도 8은 도 6의 실시예에 따른 광 투과성 전면 기판의 평면도이고, 도 9는 도 6의 실시예에 따른 태양전지의 일부 사시도이다.
본 실시예의 태양전지 패널에 사용되는 태양전지(200)는 도 9에 도시한 바와 같이 기판(210), 기판(210)의 전면에 위치한 에미터부(220), 에미터부(220) 위에 위치하는 복수의 전면전극(241), 전면전극(241)과 교차하는 방향으로 에미터부(220) 위에 위치하는 복수의 전면전극용 집전부(261), 전면전극(241) 및 전면전극용 집전부(261)가 위치하지 않는 영역의 에미터부(220) 위에 위치하는 반사방지막(230), 기판(210)의 후면에 위치하는 후면전극(251) 및 후면전극(251) 위에 위치하는 후면전극용 집전부(262)을 포함한다.
기판(210)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판일 수 있으며, 텍스처링 표면(texturing surface)을 형성하기 위해 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다.
에미터부(220)는 빛이 입사되는 기판(210)의 수광면에 위치하며 기판(210)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 태양전지 패널에 사용되는 태양전지(200)는 전면전극용 집전부(261)와 후면전극용 집전부(262)가 기판(210)의 서로 다른 면에 위치한다. 즉 전면전극용 집전부(261)는 기판(210)의 수광면 쪽에 위치하고, 후면전극용 집전부(262)는 기판(210)의 후면, 즉 수광면의 반대쪽 면에 위치한다.
따라서, 복수의 태양전지(200)를 직렬 연결하기 위해서는 어느 한 태양전지의 전면전극용 집전부(261)를 이웃하는 태양전지의 후면전극용 집전부(262)와 전기적으로 연결해야 한다.
이를 위해 통상적으로는 도전성 재질의 인터커넥터(또는 리본)을 사용하여 복수의 태양전지를 전기적으로 연결하였다.
하지만 본 실시예에서는 광 투과성 후면 기판(40')에 위치한 제1 투명 도전 패턴(41')과 광 투과성 전면 기판(30')에 위치한 제2 투명 도전 패턴(31')을 사용하여 복수의 태양전지를 전기적으로 연결한다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 광 투과성 후면 기판(40')은 제1 투명 도전 패턴(41')을 구비한 도전성 유리 또는 도전성 수지로 이루어지며, 광 투과성 전면 기판(30')은 제2 투명 도전 패턴(31')을 구비한 도전성 유리 또는 도전성 수지로 이루어진다.
광 투과성 후면 기판(40')에 위치하는 제1 투명 도전 패턴(41')은 후면 전극용 집전부(262)와 대응하는 위치에 위치하고, 광 투과성 전면 기판(30')에 위치하는 제2 투명 도전 패턴(31')은 전면 전극용 집전부(261)와 대응하는 위치에 위치한다.
이때, 제1 투명 도전 패턴(41')과 제2 투명 도전 패턴(31')의 한쪽 단부들은 기판(210)의 외측으로 각각 연장되며, 제1 투명 도전 패턴(41')과 제2 투명 도전 패턴(31')이 연장되는 방향은 서로 반대 방향이다. 따라서 제1 투명 도전 패턴(41')의 연장된 단부와 제2 투명 도전 패턴(31')의 연장된 단부는 일정한 크기로 중첩한다.
구체적으로 도시하지는 않았지만 후면 보호막(20b)은 후면전극용 집전부(262)와 대응하는 위치에 개구부(도시하지 않음)를 구비하고, 전면 보호막(20a)은 전면전극용 집전부(261)와 대응하는 위치에 개구부(도시하지 않음)를 구비한다.
또한 후면 보호막(20b)과 전면 보호막(20a)은 제1 투명 도전 패턴(41')과 제2 투명 도전 패턴(31')이 중첩하는 위치에 개구부(도시하지 않음)를 구비한다. 그리고 상기 개구부들에는 도전성 접착제(54)가 채워진다.
이러한 구성의 태양전지 패널에 따르면, 어느 한 태양전지(도 6에서 우측에 위치한 태양전지)의 전면전극용 집전부(261)는 도전성 접착제(54)를 통해 제2 투명 도전 패턴(31')과 전기적으로 연결되고, 제2 투명 도전 패턴(31')은 이웃한 태양전지(도 6에서 좌측에 위치한 태양전지)의 하부에 위치하는 제1 투명 도전 패턴(41')과 도전성 접착제(54)를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 제1 투명 도전 패턴(41')은 도전성 접착제(54)를 통해 후면전극용 집전부(262)와 전기적으로 연결된다. 따라서 복수의 태양전지(200)가 직렬로 연결된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
20a, 20b: 보호막 30: 광 투과성 전면 기판
40: 광 투과성 후면 기판 41: 제1 투명 도전 패턴
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사방지막 141: 전면전극
151: 후면전극 161: 전면전극용 집전부
162: 후면전극용 집전부 171: 후면전계부
40: 광 투과성 후면 기판 41: 제1 투명 도전 패턴
110: 기판 120: 에미터부
130: 반사방지막 141: 전면전극
151: 후면전극 161: 전면전극용 집전부
162: 후면전극용 집전부 171: 후면전계부
Claims (11)
- 반도체 기판의 후면에 형성되어 있는 제1 집전부 및 제2 집전부를 각각 포함하는 복수의 태양전지들;
상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판;
상기 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판;
상기 태양전지들의 전면과 광 투과성 전면 기판 사이에 위치하는 전면 보호막; 및
상기 태양전지들의 후면과 광 투과성 후면 기판 사이에 위치하고, 상기 제1 집전부와 상기 제2 집전부를 각각 노출시키는 개구부가 형성되어 있는 후면 보호막을 포함하며,
상기 광 투과성 후면 기판의 내면으로는 상기 개구부를 통해 노출된 상기 제1 집전부와 상기 제2 집전부를 인접한 태양전지의 제2 집전부와 제1 집전부에 각각 연결시키는 패턴을 갖는 제1 투명 도전 패턴이 형성되어 있는 태양전지 패널. - 제1항에서,
상기 광 투과성 후면 기판은 도전성 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)를 포함하는 도전성 수지로 이루어지는 태양전지 패널. - 제1항에서,
상기 제1 투명 도전 패턴은 투명 도전 산화막(Transparent Conductive Oxide, TCO)으로 이루어지는 태양전지 패널. - 제1항에서,
상기 광 투과성 전면 기판은 저(low) 철분 강화 유리로 이루어지는 태양전지 패널. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 광 투과성 전면 기판은 도전성 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)를 포함하는 도전성 수지로 이루어지는 태양전지 패널. - 반도체 기판의 전면에 위치하는 제1 집전부와 반도체 기판의 후면에 위치하는 제2 집전부를 각각 포함하는 복수의 태양전지들;
상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 및,
상기 태양전지들의 후면에 위치하는 광 투과성 후면 기판;
을 포함하며,
상기 광 투과성 후면 기판의 내면으로는 상기 반도체 기판의 후면에 위치하는 제2 집전부와 전기적으로 연결되는 제1 투명 도전 패턴이 형성되어 있고,
상기 광 투과성 전면 기판의 내면으로는 상기 반도체 기판의 전면에 위치하는 제1 집전부와 전기적으로 연결되는 제2 투명 도전 패턴이 형성되어 있는 태양전지 패널. - 삭제
- 제8항에서,
상기 제1 투명 도전 패턴과 제2 투명 도전 패턴은 태양전지의 외부로 연장된 부분에서 전기 전도성의 접착 물질을 포함하는 접착부에 의해 전기적으로 연결되는 태양전지 패널. - 제8항에서,
상기 태양전지들의 전면과 광 투과성 전면 기판 사이에 위치하는 전면 보호막 및 상기 태양전지들의 후면과 광 투과성 후면 기판 사이에 위치하는 후면 보호막을 더 포함하는 태양전지 패널.
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| KR1020100069961A KR101661766B1 (ko) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | 태양전지 패널 |
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| KR101079612B1 (ko) * | 2008-03-27 | 2011-11-03 | 주성엔지니어링(주) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 |
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2010
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