KR101975586B1 - 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
반도체 기판; 반도체 기판의 후면에 제1 방향으로 길게 형성되고, 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극들과 제2 전극들을 각각 구비하는 태양 전지들; 및 각각의 태양 전지에 구비된 반도체 기판의 후면에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되어, 제1, 2 전극들에 도전성 접착제를 통해 접속되거나, 제1, 2 전극들과 절연층에 의해 절연되는 도전성 배선들;을 포함하고, 도전성 접착제 및 절연층 각각의 제1 방향 길이는 도전성 배선들 각각의 선폭 이상이고, 도전성 배선들 사이의 간격보다 좁게 형성되되, 절연층의 제1 방향 길이는 도전성 접착제의 제1 방향 길이보다 크다.
반도체 기판; 반도체 기판의 후면에 제1 방향으로 길게 형성되고, 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극들과 제2 전극들을 각각 구비하는 태양 전지들; 및 각각의 태양 전지에 구비된 반도체 기판의 후면에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되어, 제1, 2 전극들에 도전성 접착제를 통해 접속되거나, 제1, 2 전극들과 절연층에 의해 절연되는 도전성 배선들;을 포함하고, 도전성 접착제 및 절연층 각각의 제1 방향 길이는 도전성 배선들 각각의 선폭 이상이고, 도전성 배선들 사이의 간격보다 좁게 형성되되, 절연층의 제1 방향 길이는 도전성 접착제의 제1 방향 길이보다 크다.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
이와 같은 태양 전지는 복수 개가 인터커넥터에 의해 서로 연결되어 모듈로 형성될 수 있다.
본 발명은 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 반도체 기판; 반도체 기판의 후면에 제1 방향으로 길게 형성되고, 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극들과 제2 전극들을 각각 구비하는 태양 전지들; 및 각각의 태양 전지에 구비된 반도체 기판의 후면에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되어, 제1, 2 전극들에 도전성 접착제를 통해 접속되거나, 제1, 2 전극들과 절연층에 의해 절연되는 도전성 배선들;을 포함하고, 도전성 접착제 및 절연층 각각의 제1 방향 길이는 도전성 배선들 각각의 선폭 이상이고, 도전성 배선들 사이의 간격보다 좁게 형성되되, 절연층의 제1 방향 길이는 도전성 접착제의 제1 방향 길이보다 크다.
일례로, 도전성 배선들의 선폭 대비 절연층의 제1 방향 길이의 비율은 1: 1.1 ~ 2 사이일 수 있다.
아울러, 도전성 배선들의 선폭 대비 도전성 접착제의 제1 방향 길이는 1: 1 ~ 1.25 사이일 수 있다.
또한, 도전성 배선들의 선폭은 1mm 이상 2.5mm 이하이고, 도전성 배선들 사이의 간격은 2mm 이상 반도체 기판의 제2 방향 길이의 0.5배 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 도전성 배선들 사이의 간격은 4mm 이상 8mm 이하일 수 있다.
또한, 도전성 접착제의 제1 방향 길이 대비 절연층의 제1 방향 길이의 비율은 1: 1.1 ~ 1.7 사이일 수 있다.
일례로, 도전성 접착제의 제1 방향 길이는 1mm ~ 3mm 사이이고, 절연층의 제1 방향 길이는 1.1mm ~ 4mm 사이일 수 있다.
또한, 제1, 2 전극들 각각의 선폭은 도전성 접착제 및 절연층의 제1 방향 길이보다 좁을 수 있다. 일례로, 제1, 2 전극들 각각의 선폭은 180um ~ 400um 사이일 수 있다.
아울러, 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 도전성 접착제 및 절연층의 제1 방향 길이보다 좁을 수 있다. 일례로, 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 0.5mm ~ 1.5mm 사이일 수 있다.
또한, 절연층의 선폭은 도전성 접착제의 선폭보다 클 수 있다. 일례로, 도전성 접착제의 선폭은 제1, 2 전극들 각각의 선폭과 동일할 수 있다.
보다 구체적으로, 도전성 접착제의 선폭은 180um ~ 400um 사이이고, 절연층의 선폭은 200um ~ 450um 사이일 수 있다.
여기서, 각 태양 전지의 반도체 기판은 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑되고, 반도체 기판의 후면에는 제1 도전성과 반대인 제2 도전성의 불순물이 도핑되는 에미터부; 및 반도체 기판보다 제1 도전성 타입의 불순물을 고농도로 도핑는 후면 전계부;를 더 포함하고, 제1 전극들 각각은 에미터부에 접속되고, 제2 전극들 각각은 후면 전계부에 접속될 수 있다.
여기서, 도전성 배선들은 제1 전극들에 도전성 접착제를 통해 접속되고, 제2 전극들과의 사이에 절연층에 의해 절연되는 제1 배선들과 제2 전극들에 도전성 접착제를 통해 접속되고, 제1 전극들과의 사이에 절연층에 의해 절연되는 제2 배선들을 포함할 수 있다.
아울러, 태양 전지들은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 바로 이웃하여 배열되고, 서로 직렬 연결되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 포함하고, 제1 태양 전지와 제2 태양 전지 사이에는 제1, 2 태양 전지를 서로 직렬 연결하는 인터커넥터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 인터커넥터는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지 사이에서 제1 방향으로 길게 배치되고, 인터커넥터에는 제1 태양 전지에 접속된 제1 도전성 배선들과 제2 태양 전지에 접속된 제2 도전성 배선들이 공통으로 접속될 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 절연층의 제1 방향 길이는 도전성 접착제의 제1 방향 길이보다 크게 형성하여, 도전성 배선이 원하지 않는 전극과 단락되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 적용되는 스트링을 후면에서 바라본 형상의 일례이다.
도 2는 도 1에 적용되는 태양 전지의 일례를 나타내는 일부 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양 전지의 제2 방향(y) 단면을 도시한 것이다.
도 4는 도 1에서 CSx1-CSx1 라인에 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 도 1 및 도 4에서 설명한 도전성 접착제(251)의 제1 방향(x) 길이(L251) 및 절연층(252)의 제1 방향(x) 길이(L252)에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 태양 전지의 일례를 나타내는 일부 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양 전지의 제2 방향(y) 단면을 도시한 것이다.
도 4는 도 1에서 CSx1-CSx1 라인에 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 도 1 및 도 4에서 설명한 도전성 접착제(251)의 제1 방향(x) 길이(L251) 및 절연층(252)의 제1 방향(x) 길이(L252)에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
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. 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 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판(110)의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판(110)의 반대면일 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이고, 도 6은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
여기서, 도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 적용되는 스트링을 후면에서 바라본 형상의 일례이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지(C1, C2), 복수의 태양 전지(C1, C2)의 후면에 형성된 복수의 제1, 2 전극(141, 142)에 접속되는 복수의 제1 도전성 배선(210)과 복수의 제2 도전성 배선(220), 및 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)에 접속되어 복수의 태양 전지(C1, C2)를 직렬 연결하는 인터커넥터(300)을 포함한다.
여기서, 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각은 적어도 반도체 기판(110) 및 반도체 기판(110)의 후면에 서로 이격되어 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 형성되는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 구비한다.
아울러, 복수의 도전성 배선(200)은 복수의 태양 전지 중 서로 인접한 두 개의 태양 전지 중 어느 하나의 태양 전지에 구비된 복수의 제1 전극(141)과 나머지 하나의 태양 전지에 구비된 복수의 제2 전극(142)을 인터커넥터(300)를 통해 서로 전기적으로 직렬 연결할 수 있다.
이를 위하여, 복수의 도전성 배선(200)은 제1, 2 전극(141, 142)의 길이 방향인 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 복수의 태양 전지 각각에 접속될 수 있다.
일례로, 복수의 도전성 배선(200)은 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 배선(210)은 각 태양 전지에 구비된 제1 전극(141)에 도전성 접착제(251)를 통하여 접속되고, 절연성 재질의 절연층(252)에 의해 제2 전극(142)과 절연될 수 있다.
아울러, 제2 도전성 배선(220)은 각 태양 전지에 구비된 제2 전극(142)에 도전성 접착제(251)를 통하여 접속되고, 절연성 재질의 절연층(252)에 의해 제1 전극(141)과 절연될 수 있다.
아울러, 이와 같은 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각은 복수의 태양 전지 사이에 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 배치되는 인터커넥터(300)에 접속될 수 있다. 이에 따라, 복수의 태양 전지는 제2 방향(y)으로 서로 직렬 연결될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제조 공정 중 도전성 배선(200)을 반도체 기판(110)의 후면에 접속시킬 때, 원하지 않는 전극(141 OR 142)과 도전성 배선(200)이 단락되는 것을 최소화하기 위하여, 절연층(252)의 제1 방향(x) 길이(L252)이 도전성 접착제(251)의 제1 방향(x) 길이(L251)보다 크게 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도 5에서 보다 구체적으로 설명한다.
아울러, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈에서는 인터커넥터(300)가 포함된 경우를 일례로 도시하고, 이에 대해 설명하고 있지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 인터커넥터(300)는 생략될 수도 있고, 이와 같이 인터커넥터(300)가 생략된 경우에는 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220)이 일체로 형성된 하나의 도전성 배선(200)에 제1 태양 전지(C1)의 제1 전극(141)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 전극(142)이 도전성 접착제(251)에 의해 접속되어, 복수의 태양 전지(C1, C2)를 직렬 연결할 수도 있다.
여기서, 복수의 태양 전지 각각에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 적용되는 태양 전지의 일례를 나타내는 일부 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 태양 전지의 제2 방향(y) 단면을 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반사 방지막(130), 반도체 기판(110), 터널층(180), 에미터부(121), 후면 전계부 (172, back surface field, BSF), 진성 반도체층(150), 패시베이션층(190), 제1 전극(141) 그리고 제2 전극(142)을 구비할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130), 진성 반도체층(150), 터널층(180) 및 패시베이층(190)은 생략될 수도 있으나, 구비된 경우 태양 전지의 효율이 더 향상되므로, 이하에서는 구비된 경우를 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 일례로, 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 도전성 타입은 n형 또는 p형 도전성 타입 중 어느 하나일 수 있다.
반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이하에서는 이와 같은 반도체 기판(110)의 제1 도전성 타입이 n형인 경우를 일례로 설명한다.
이러한 반도체 기판(110)의 전면에 복수의 요철면을 가질 수 있다. 이로 인해 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치한 에미터부(121) 역시 요철면을 가질 수 있다.
이로 인해, 반도체 기판(110)의 전면에서 반사되는 빛의 양이 감소하여 반도체 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가할 수 있다.
반사 방지막(130)은 외부로부터 반도체 기판(110)의 전면으로 입사되는 빛의 반사를 최소화하기 위하여, 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치하며, 알루미늄 산화막(AlOx), 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
터널층(180)은 반도체 기판(110)의 후면 전체에 직접 접촉하여 배치되며, 유전체 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 터널층(180)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)에서 생성되는 캐리어를 통과시킬 수 있다.
이와 같은 터널층(180)은 반도체 기판(110)에서 생성된 캐리어를 통과시키며, 반도체 기판(110)의 후면에 대한 패시베이션 기능을 수행할 수 있다.
아울러, 터널층(180)은 600℃ 이상의 고온 공정에도 내구성이 강한 SiCx 또는 SiOx로 형성되는 유전체 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이 외에도 s252icon nitride (SiNx), hydrogenerated SiNx, aluminum oxide (AlOx), s252icon oxynitride (SiON) 또는 hydrogenerated SiON로 형성이 가능하며, 이와 같은 터널층(180)의 두께(T180)는 0.5nm ~ 2.5nm 사이에서 형성될 수 있다.
에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 배치되며, 일례로, 터널층(180)의 후면의 일부에 직접 접촉하여, 복수 개가 제1 방향(x)으로 길게 배치되며, 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입을 갖는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있으며, 에미터부(121)는 터널층(180)을 사이에 두고 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성할 수 있다.
각 에미터부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 일례와 달리, 반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동할 수 있다.
복수의 에미터부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있고, 반대로 복수의 에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)에는 5가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면에 배치되며, 일례로 터널층(180)의 후면 중에서 전술한 복수의 에미터부(121) 각각과 이격된 일부 영역에 직접 접촉하여, 복수 개가 에미터부(121)와 나란한 제1 방향(x)으로 길게 위치하도록 형성될 수 있다.
이와 같은 후면 전계부(172)는 제1 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 도핑되는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 기판이 n형 타입의 불순물로 도핑되는 경우, 복수의 후면 전계부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
이러한 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 캐리어(예, 전자) 이동을 용이하게 할 수 있다.
따라서, 후면 전계부(172) 및 그 부근 또는 제1 및 제2 전극(141, 142)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(172)로의 전자 이동량을 증가시킬 수 있다.
여기의 도 2 및 도 3에서는 에미터부와 후면 전계부가 터널층의 후면에 다결정 실리콘 재질로 형성된 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 터널층이 생략된 경우, 에미터부와 후면 전계부는 반도체 기판(110)의 후면 내에 불순물이 확산되어 도핑될 수도 있다. 이와 같은 경우, 에미터부와 후면 전계부는 반도체 기판(110)과 동일한 단결정 실리콘 재질로 형성될 수도 있다.
진성 반도체층(150)은 에미터부와 후면 전계부 사이에 노출된 터널층의 후면에 형성될 수 있고, 이와 같은 진성 반도체층(150)은 에미터부(121) 및 후면 전계부(172)와 다르게 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되지 않은 진성 다결정 실리콘층으로 형성될 수 있다.
아울러, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 진성 반도체층(150)의 양측면 각각은 에미터부(121)의 측면 및 후면 전계부(172)의 측면에 직접 접촉되는 구조를 가질 수 있다.
패시베이션층(190)은 후면 전계부(172), 진성 반도체층(150) 및 에미터부(121)에 형성되는 다결정 실리콘 재질의 층의 후면에 형성된 뎅글링 본드(dangling bond)에 의한 결함을 제거하여, 반도체 기판(110)으로부터 생성된 캐리어가 뎅글링 본드(dangling bond)에 의해 재결합되어 소멸되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
이를 위하여, 패시베이션층(190)은 반도체 기판(110)의 후면 중에서 제1, 2 전극(141, 142)이 형성된 부분을 제외한 나머지 부분을 덮도록 형성될 수 있다.
이와 같은 패시베이션층(190)은 유전체층으로 형성될 수 있으며, 일례로, 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H), 수소화된 실리콘 산화막(SiOx:H), 수소화된 실리콘 질화산화막(SiNxOy:H), 수소화된 실리콘 산화질화막(SiOxNy:H), 수소화된 비정질실리콘막(a-Si:H) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
제1 전극(141)은 에미터부에 접속하고, 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 형성될 수 있다. 이와 같은, 제1 전극(141)은 에미터부(121) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어 정공을 수집할 수 있다.
제2 전극(142)은 후면 전계부에 접속하고, 제1 전극(141)과 나란하게 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 형성될 수 있다. 이와 같은, 제2 전극(142)은 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어, 전자를 수집할 수 있다.
이와 같은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1, 2 전극(141, 142) 각각은 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 형성될 수 있고, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 제2 방향(y)으로 교번하여 배치될 수 있다.
이와 같은 복수의 제1 및 제2 전극(141, 142)은 도전성 배선(200) 및 도전성 접착제(251)와 다른 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 일례로, 제1, 2 전극(141, 142) 각각은 티타늄(Ti), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈-바나듐 합금(NiV), 니켈, 니켈-알루미늄 합금(NixAly), 몰리브데넘(Mo), 주석(Sn) 중 적어도 하나의 재질이 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
이와 같은 제1, 2 전극(141, 142)은 스퍼터링(sputtering) 방법, 전자 빔 증착 장비(Electron Beam evaporator), 또는 무전해/전해 도금법 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
이와 같은 구조로 제조된 본 발명에 따른 태양 전지에서 제1 전극(141)을 통하여 수집된 정공과 제2 전극(142)을 통하여 수집된 전자는 외부의 회로 장치를 통하여 외부 장치의 전력으로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 적용된 태양 전지는 반드시 도 2 및 도 3에만 한정하지 않으며, 태양 전지에 구비되는 제1, 2 전극(141, 142)이 반도체 기판(110)의 후면에만 형성되는 점을 제외하고 다른 구성 요소는 얼마든지 변경이 가능하다.
예를 들어 본 발명의 태양 전지 모듈에는 제1 전극(141)의 일부 및 에미터부(121)가 반도체 기판(110)의 전면에 위치하고, 제1 전극(141)의 일부가 반도체 기판(110)에 형성된 홀을 통해 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(141)의 나머지 일부와 연결되는 MWT 타입의 태양 전지도 적용이 가능하다.
이와 같은 태양 전지가 도 1과 같이 도전성 배선(200)과 인터커넥터(300)를 이용하여 직렬 연결된 단면 구조는 다음의 도 4와 같다.
도 4는 도 1에서 CSx1-CSx1 라인에 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2)를 포함하는 복수의 태양 전지는 복수 개가 제2 방향(y)으로 배열될 수 있다.
이때, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에 구비되는 복수의 제1, 2 전극(141, 142)의 길이 방향이 제1 방향(x)으로 향하도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)가 제2 방향(y)으로 배열된 상태에서, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1, 2 도전성 배선(210, 220)과 인터커넥터(300)에 의해 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 직렬 연결되는 하나의 스트링을 형성할 수 있다.
여기서, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)과 인터커넥터(300)는 도전성 금속 재질로 형성되고, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 각 태양 전지의 반도체 기판(110)의 후면에 접속되며, 태양 전지의 직렬 연결을 위하여 각 반도체 기판(110)에 접속된 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 인터커넥터(300)에 접속될 수 있다.
아울러, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 단면이 원형을 갖는 도전성 와이어 형태이거나 폭이 두께보다 큰 리본 형태를 가질 수 있다.
구체적으로, 복수의 제1 도전성 배선(210)은 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 복수의 제1 전극(141)에 중첩되어 도전성 접착제(251)를 통해 접속되고, 절연성 재질의 절연층(252)에 의해 복수의 제2 전극(142)과 절연될 수 있다.
이때, 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각은 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지 사이에 배치된 인터커넥터(300) 방향 쪽의 반도체 기판(110) 밖으로 돌출되어 배치될 수 있다.
아울러, 복수의 제2 도전성 배선(220)은 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 복수의 제2 전극(142)에 중첩되어 도전성 접착제(251)를 통해 접속되고, 절연성 재질의 절연층(252)에 의해 복수의 제1 전극(141)과 절연될 수 있다.
이때, 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각은 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지 사이에 배치된 인터커넥터(300) 방향 쪽의 반도체 기판(110) 밖으로 돌출되어 배치될 수 있다.
여기서, 도전성 접착제(251)는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 금속 재질로 형성될 수 있다. 아울러, 이와 같은 도전성 접착제(251)는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하하는 솔더 패이스트(solder paste), 에폭시에 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금이 포함된 에폭시 솔더 패이스트(epoxy solder paste) 또는 도전성 패이스트(Conductive psate) 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다.
일례로, 도전성 접착제(251)가 솔더 패이스트의 형태로 적용된 경우, 솔더 패이스트에는 Sn, SnBi, SnIn, SnAgCu, SnPb, SnBiCuCo, SnBiAg, SnPbAg 또는 SnAg 중 적어도 하나의 금속 재질을 포함할 수 있고, 도전성 접착제(251)가 에폭시 솔더 패이스트의 형태로 적용된 경우, 에폭시 수지 내에 Sn, SnBi, SnIn, SnAgCu, SnPb, SnBiCuCo, SnBiAg, SnPbAg 또는 SnAg 중 적어도 하나의 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 도전성 접착제(251)가 도전성 패이스트의 형태로 적용된 경우, 에폭시와 같은 수지 내에 Sn, SnBi, Ag, AgIn 또는 AgCu 중 적어도 하나의 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 절연층(252)은 절연성 재질이면 어떠한 것이든 상관 없으며, 일례로, 에폭시 계열의 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 아크릴 계열의 수지 또는 실리콘 계열의 수지 중 어느 하나의 절연성 재질이 사용될 수 있다.
아울러, 여기서, 도전성 접착제(251)는 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이, 도전성 배선(200)과 교차하는 부분에 위치하는 제1 전극 또는 제2 전극의 후면 위에만 위치할 수 있고, 절연층(252)은 도전성 배선(200)과 교차하는 부분에 위치하는 제1 전극 또는 제2 전극의 후면 위뿐만 아니라 주위의 반도체 기판(110)의 후면 위에도 함께 위치할 수 있다.
이와 같은 위치에 도전성 접착제(251)와 절연층(252)이 형성되도록 함으로써, 원하지 않는 전극과 도전성 배선(200) 사이의 단락을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이, 각 태양 전지의 후면에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210) 및 복수의 제2 도전성 배선(220) 중 각 반도체 기판(110)의 밖으로 돌출되는 부분이 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 사이에 배치되는 인터커넥터(300)의 후면에 공통으로 접속될 수 있고, 이에 따라, 복수의 태양 전지(C1, C2)가 제2 방향(y)으로 직렬 연결된 하나의 스트링으로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지 모듈은 복수 개의 태양 전지 중 제1, 2 도전성 배선(210, 220)과 제1, 2 전극(141, 142) 사이에 접속 불량이 발생한 태양 전지가 있는 경우, 인터커넥터(300)과 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 사이의 접속을 해제하여, 해당 태양 전지만 보다 용이하게 교체할 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 도전성 접착제(251)의 제1 방향(x) 길이(L251) 및 절연층(252)의 제1 방향(x) 길이(L252)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 1 및 도 4에서 설명한 도전성 접착제(251)의 제1 방향(x) 길이(L251) 및 절연층(252)의 제1 방향(x) 길이(L252)에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위한 도로서, 도전성 배선(200)이 반도체 기판(110)의 후면에 접착된 부분을 확대한 일례이다.
도 5에서는 전술한 내용과 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다. 아울러, 도 5에서는 도 1 및 도 4에서 설명한 태양 전지 모듈을 일례로 설명하나, 도 6과 같은 태양 전지 모듈의 다른 일례에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도전성 접착제(251) 및 절연층(252) 각각의 제1 방향 길이(L251, L252)는 도전성 배선들(200) 각각의 선폭(W200) 이상이고, 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200)보다 좁을 수 있다.
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 도전성 접착제(251)에서 제1 방향(x)으로의 길이(L251)는 도전성 배선(200)과 중첩되되, 도전성 배선(200)을 중심으로 제1 방향(x)으로 돌출된 도전성 접착제(251)의 제1 방향(x) 양쪽 끝단의 최대 길이를 의미하고, 절연층(252)에서 제1 방향(x)으로의 길이(L252)는 도전성 배선(200)과 중첩되되, 도전성 배선(200)을 중심으로 제1 방향(x)으로 돌출된 절연층(252)의 제1 방향(x) 양쪽 끝단의 최대 길이를 의미한다.
이와 같은 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)와 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252) 각각은 도전성 배선(200)의 선폭(W200)과 동일하거나 더 클 수 있고, 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200) 보다 좁을 수 있다.
이때, 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)는 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)보다 크게 형성될 수 있다. 이와 같이, 도전성 접착제(251) 및 절연층(252) 각각의 제1 방향(x) 길이(L251, L252)는 도전성 배선들(200) 각각의 선폭(W200) 이상으로 형성하고, 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200)보다 좁게 형성하는 것은 도전성 배선(200)을 반도체 기판(110)의 후면에 접속시키는 태빙 공정 중, 도전성 배선(200)이 도전성 접착제(251)에 충분히 접속되도록 하여, 접촉 저항이 충분히 낮게 형성되도록 하기 위함다.
아울러, 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)를 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)보다 크게 하는 것은 앞서 간략히 기재한 바와 같이, 도전성 배선(200)을 반도체 기판(110)의 후면에 접속시키는 태빙 공정 중, 원하지 않는 전극(141 or 142)과 도전성 배선(200)이 단락되는 것을 최소화하기 위함이다.
즉, 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)가 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)과 동일하거나 더 큰 경우, 도전성 접착제(251)가 인접한 다른 극성의 전극까지 퍼져 접속될 가능성이 있고, 이로 인하여 원하지 않는 전극(141 or 142)과 도전성 배선(200)이 단락될 수 있는데, 본 발명과 같이, 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)이 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)보다 크게 형성되는 경우, 태빙 공정 중 도전성 접착제(251)가 제2 방향으로 퍼지더라도, 인접한 다른 극성의 전극에 접속될 가능성을 사전에 방지할 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈의 불량 가능성을 최소화할 수 있다.
보다 구체적으로, 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)는 도전성 배선들(200)의 선폭(W200)보다 크고, 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200)보다 작게 형성되되, 일례로, 도전성 배선들(200)의 선폭(W200) 대비 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)의 비율은 1: 1.1 ~ 2 사이로 형성될 수 있다.
이와 같이, 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)를 도전성 배선들(200)의 선폭(W200)보다 크게 하되, 1:1.1 이상으로 형성함으로써, 도전성 배선들(200) 중 일부가 다소 삐뚤어지게 배치되더라도, 도전성 배선(200)과 원하지 않는 전극 사이의 단락을 적절하게 방지할 수 있도록 공정 마진을 확보할 수 있고, 1:2 이하로 형성함으로써, 과도한 절연층(252)의 사용을 방지하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
일례로, 도전성 배선들(200)의 선폭(W200)은 1mm 이상 2.5mm 이하로 형성될 수 있고, 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200)은 2mm 이상 반도체 기판의 제2 방향 길이의 0.5배 이하로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200)은 4mm 이상 8mm 이하일 수 있다.
아울러, 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)는 전술한 도전성 배선들(200)의 선폭(W200)보다 크거나 같고 도전성 배선들(200) 사이의 간격(D200)보다 작게 형성되되, 전술한 공정 마진, 단락 방지 및 제조 비용을 고려하여, 바람직하게는, 1.1mm ~ 4mm 사이로 형성될 수 있다.
또한, 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)은 도전성 배선들(200)의 선폭(W200)과 동일하거나 더 크고, 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)보다 작게 형성될 수 있다.
일례로, 도전성 배선들(200)의 선폭(W200) 대비 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)는 1: 1 ~ 1.25 사이로 형성될 수 있다.
이와 같이, 도전성 배선들(200)의 선폭(W200) 대비 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)가 1:1 이상이 되도록 함으로써, 도전성 배선(200)이 도전성 접착제(251)를 통해 원하는 전극에 보다 안정적으로 접착될 수 있고, 도전성 배선(200)과 해당 전극 사이의 접촉 저항을 충분히 낮게 확보할 수 있고, 1:1.25 이하가 되도록 함으로써, 도전성 접착제(251)의 사용을 최소화하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
일례로, 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)는 전술한 도전성 배선들(200)의 선폭(W200)보다 크거나 같고 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)보다 작게 형성되되, 전술한 접촉 저항과 제조 비용을 고려하여, 바람직하게는, 1mm ~ 3mm 사이로 형성될 수 있다.
여기서, 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251) 대비 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)의 비율은 1: 1.1 ~ 1.7 사이로 형성될 수 있다. 여기서, 1:1.1 이상이 되도록 하여, 원하지 않는 전극과 도전성 배선(200)이 단락을 방지할 수 있고, 1:1.7 이하가 되도록 하여, 절연층(252)이 필요 이상으로 과도하게 많이 사용되는 것을 방지하면서, 태빙 공정 중 적절한 공정 마진을 확보할 수 있다.
아울러, 이때, 제1, 2 전극들(141, 142) 각각의 선폭(W141, W142)은 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)보다 좁게 형성되되, 일례로, 제1, 2 전극들(141, 142) 각각의 선폭(W141, W142)은 180um ~ 400um 사이로 형성될 수 있다.
아울러, 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 간격(DE)은 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)보다 좁을 수 있다. 일례로, 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 간격(DE)은 0.5mm ~ 1.5mm 사이일 수 있다.
또한, 도전성 접착제(251)의 선폭(W251)은 도전성 접착제(251)의 제1 방향 길이(L251)보다 좁고, 절연층(252)의 선폭(W252)은 절연층(252)의 제1 방향 길이(L252)보다 좁게 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 절연층(252)의 선폭(W252)은 단락 방지를 고려하여 도전성 접착제(251)의 선폭(W251)보다 크게 형성될 수 있다. 일례로, 절연층(252)의 선폭(W252)은 200um ~ 450um 사이로 형성될 수 있고, 도전성 접착제(251)의 선폭(W251)은 180um ~ 400um 사이로 형성될 수 있다.
이때, 도전성 접착제(251)의 선폭(W251)은 제1, 2 전극들(141, 142) 각각의 선폭(W141, W142)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 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.
Claims (10)
- 반도체 기판; 상기 반도체 기판의 후면에 제1 방향으로 연장되고, 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극들과 제2 전극들을 각각 구비하는 태양 전지들; 및
상기 각각의 태양 전지에 구비된 상기 반도체 기판의 후면에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되어, 상기 제1, 2 전극들에 도전성 접착제를 통해 접속되거나, 상기 제1, 2 전극들과 절연층에 의해 절연되는 도전성 배선들;을 포함하고,
상기 제1, 2 전극들 각각의 선폭은 180um ~ 400um 사이이고, 상기 제1, 2 전극 사이의 간격은 0.5mm ~ 1.5mm 사이이고,
상기 절연층의 상기 제1 방향 길이는 상기 도전성 접착제의 상기 제1 방향 길이보다 크고, 상기 도전성 배선들 사이의 간격보다 좁고,
상기 도전성 배선들 각각의 선폭은 상기 제1, 2 전극 사이의 간격보다 크고,
상기 도전성 접착제의 상기 제1 방향 길이는 상기 제1, 2 전극 사이의 간격보다 크고, 상기 도전성 배선들 선폭의 1.25배 이하인 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 도전성 배선들의 선폭 대비 절연층의 상기 제1 방향 길이의 비율은 1: 1.1 ~ 2 사이인 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 도전성 접착제의 상기 제1 방향 길이 대비 절연층의 상기 제1 방향 길이의 비율은 1: 1.1 ~ 1.7 사이인 태양 전지 모듈. - 제3 항에 있어서,
상기 도전성 접착제의 상기 제1 방향 길이는 1mm ~ 3mm 사이이고, 상기 절연층의 상기 제1 방향 길이는 1.1mm ~ 4mm 사이인 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 제1, 2 전극들 각각의 선폭은 상기 도전성 접착제 및 상기 절연층의 상기 제1 방향 길이보다 좁은 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 도전성 접착제 및 상기 절연층의 상기 제1 방향 길이보다 좁은 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 각 태양 전지의 반도체 기판은 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑되고,
상기 반도체 기판의 후면에는 상기 제1 도전성과 반대인 제2 도전성의 불순물이 도핑되는 에미터부; 및 상기 반도체 기판보다 상기 제1 도전성 타입의 불순물을 고농도로 도핑되는 후면 전계부;를 더 포함하고,
상기 제1 전극들 각각은 상기 에미터부에 접속되고, 상기 제2 전극들 각각은 상기 후면 전계부에 접속되는 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 태양 전지들 중 서로 바로 인접한 제1 태양 전지와 제2 태양 전지 사이에서 상기 제1 방향으로 연장되어 배치되는 인터커넥터를 더 구비하는 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 제1, 2 도전성 배선들 각각의 선폭은 상기 제1, 2 전극들의 각 선폭보다 큰 범위로 형성되되, 1mm 이상 2.5mm 이하이고,
상기 제1, 2 도전성 배선들 사이의 간격은 4mm 이상 8mm 이하인 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 도전성 접착제의 상기 제2 방향 선폭은 상기 제1, 2 전극들 각각의 선폭과 같거나 크되, 180um ~ 400um 사이이고,
상기 절연층의 상기 제2 방향 선폭은 상기 도전성 접착제의 상기 제2 방향 선폭보다 크되, 200um ~ 450um 사이인 태양 전지 모듈.
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