KR102531270B1 - Silicon-Based Window-Type Semi Transparent Flexible Solar Cell Module And Manufacturing Method Of Solar Cell Module - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명은 (a) 반도체 기판에 전면 전극, 핑거 전극, 및 후면 전극이 형성된 태양전지 셀을 형성하고, 격자무늬의 절단선을 기준으로 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀로 분할하는 단계; (b) 분할된 단위 셀들을 슁글드 방식으로 접합하여 스트링을 형성하는 단계; (c) 유연한 연결배선에 매설된 전도성 와이어를 이용하여 복수의 스트링을 연결하여 태양광 모듈을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 태양광 모듈 형성 단계는 스트링 양측에 형성된 단위 셀의 전극에 전도성 접착제를 도포하고, 전도성 와이어를 배치한 상태에서 열처리에 의한 경화 공정을 통해 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 한다.The present invention disclosed includes (a) forming a solar cell having a front electrode, a finger electrode, and a rear electrode formed on a semiconductor substrate, and dividing the solar cell into a plurality of unit cells by cutting the solar cell based on a cutting line of a grid pattern; (b) forming a string by joining the divided unit cells in a shingled manner; (c) forming a photovoltaic module by connecting a plurality of strings using a conductive wire buried in a flexible connection wiring; including, but the photovoltaic module forming step is a conductive adhesive to the electrode of the unit cell formed on both sides of the string It is characterized in that it is electrically connected through a hardening process by heat treatment in a state where a conductive wire is applied and a conductive wire is disposed.
Description
본 발명은 슁글드 방식으로 접합된 스트링을 유연한 연결배선으로 연결하여 태양광 모듈을 제조하는 실리콘 기반 창호형 반투명 유연태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon-based window-type translucent flexible solar module for manufacturing a solar module by connecting strings bonded in a shingled manner with a flexible connection wire and a manufacturing method thereof.
최근 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있으며 현재에는 태양광 발전소나, 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.Recently, the use of photovoltaic power generation facilities capable of generating electric power using solar energy has become increasingly common. Solar cells using this solar energy do not use fossil fuels such as coal or oil, but use sunlight, a pollution-free and infinite energy source, so they are in the limelight as a new alternative energy source in the future. , it is used to obtain power generation for automobiles, etc.
다양한 태양전지의 응용 분야 중에서 건물일체형 태양광 발전(BIPV)은 향후 급속한 시장 성장이 예측되는 태양전지 분야이며 특히 창호형 태양전지는 높은 발전 효율뿐만 아니라 높은 광 투과율 또한 요구되는 차세대 태양전지 분야라고 할 수 있다. 염료감응형 태양전지(DSSC)는 n형 반도체 나노입자의 분산성 및 막두께 조절을 통하여 발전부의 투과율 조절이 가능하고 색상이나 이미지를 도입할 수 있다는 점에서는 창호용 BIPV로 적합하다고 할 수 있다. 하지만 DSSC는 태양전지가 갖추어야 하는 가장 기본적인 요구사항인 안정성 문제가 아직 해결되지 않아, 실제 적용까지는 많은 시간이 필요할 것으로 예상된다. 또한 DSSC는 인체에 매우 유독한 액체 전해질이 사용되고 있어 파손 시 유독 물질의 누수로 인한 심각한 안정성 문제를 유발할 수도 있다. Among various solar cell application fields, building-integrated photovoltaic power generation (BIPV) is a solar cell field that is expected to grow rapidly in the future. can Dye-sensitized solar cell (DSSC) can be said to be suitable as a BIPV for windows in that it can control the transmittance of the power generation unit through control of the dispersibility and film thickness of n-type semiconductor nanoparticles and can introduce colors or images. However, DSSC is expected to take a long time to be applied in practice as the stability problem, which is the most basic requirement for solar cells, has not yet been resolved. In addition, since DSSC uses a liquid electrolyte that is very toxic to the human body, it may cause serious stability problems due to leakage of toxic substances when damaged.
종래기술에 따르면 태양광 모듈의 크기에 대응하여 더 많은 분할 셀을 접합하여 스트링의 길이를 조절할 수 있지만, 스트링의 폭이 제한되기 때문에 스트링과 스트링의 조합으로 만들어지는 태양광 모듈의 형태를 다양하게 설계하기 어려운 문제가 있다.According to the prior art, the length of the string can be adjusted by bonding more divided cells corresponding to the size of the solar module, but since the width of the string is limited, the shape of the solar module made of a combination of strings and strings is variously There are problems that are difficult to design.
이러한 배경하에서 반투명 고효율 실리콘 태양전지를 이용하여 채광성 확보뿐만 아니라 안정성 면에서도 월등한 창호용 BIPV 태양전지를 제조하는 것이 필요하다. 또한 건물, 차량의 창호에 양면수광으로 롤러블하게 구현할 수 있는 새로운 태양전지 구조 및 제조 공정이 요구된다.Under this background, it is necessary to manufacture BIPV solar cells for windows that are superior in terms of stability as well as securing light mining by using translucent high-efficiency silicon solar cells. In addition, there is a need for a new solar cell structure and manufacturing process that can be implemented rollably by receiving double-sided light on windows and doors of buildings and vehicles.
상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 태양전지 셀의 전극 구조를 개선하여 슁글드 방식으로 단위 셀들을 접합한 스트링의 폭과 길이를 조절함으로써 다양한 형태의 창호형 태양전지 모듈을 설계할 수 있는 실리콘 기반 창호형 반투명 유연태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problem is to improve the electrode structure of a solar cell and adjust the width and length of a string connecting unit cells in a shingled manner, thereby designing various types of window-type solar cell modules. To provide a silicon-based window-type translucent flexible solar module and a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 기반 창호형 반투명 유연태양광 모듈의 제조 방법은, (a)반도체 기판에 전면 전극, 핑거 전극, 및 후면 전극이 형성된 태양전지 셀을 형성하고, 격자무늬의 절단선을 기준으로 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀로 분할하는 단계; (b)분할된 단위 셀들을 슁글드 방식으로 접합하여 스트링을 형성하는 단계; (c) 유연한 연결배선에 매설된 전도성 와이어를 이용하여 복수의 스트링을 연결하여 태양광 모듈을 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 태양광 모듈 형성 단계는 스트링 양측에 형성된 단위 셀의 전극에 전도성 접착제를 도포하고, 전도성 와이어를 배치한 상태에서 열처리에 의한 경화 공정을 통해 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 한다.Method for manufacturing a silicon-based window-type translucent flexible solar module according to the present invention for achieving the above object, (a) forming a solar cell in which a front electrode, a finger electrode, and a rear electrode are formed on a semiconductor substrate, and a grid pattern Dividing the solar cell into a plurality of unit cells by cutting the solar cell based on the cutting line; (b) forming a string by joining the divided unit cells in a shingled manner; (c) forming a photovoltaic module by connecting a plurality of strings using a conductive wire buried in a flexible connection wiring; including, but the photovoltaic module forming step is a conductive adhesive to the electrode of the unit cell formed on both sides of the string It is characterized in that it is electrically connected through a hardening process by heat treatment in a state where a conductive wire is applied and a conductive wire is disposed.
또한, 상기 태양광 모듈 형성 단계에서 전도성 와이어에 의해 연결되는 스트링의 개수는 2 ~ 200개 이고, 스트링들간 이격 간격은 1 ~ 100mm 인 것을 특징으로 한다.In addition, the number of strings connected by the conductive wire in the photovoltaic module forming step is 2 to 200, and the distance between the strings is 1 to 100 mm.
또한, 상기 태양광 모듈 형성 단계에서 경화 공정의 열처리 온도는 130 ~ 150℃이고, 열처리 시간은 10초 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the heat treatment temperature of the curing process in the solar module forming step is 130 ~ 150 ℃, characterized in that the heat treatment time is 10 seconds or less.
또한, 상기 태양광 모듈 형성 단계에서 E형 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어를 적용시 상기 전도성 와이어에서 분기된 3가닥 제1 보조 전도성 와이어가 단위 셀의 전극에 직접 전기접속되고, 상기 전도성 와이어는 접속되는 단위 셀의 전극보다 2 ~ 4배 굵은 직경으로 형성되고, 상기 제1 보조 전도성 와이어는 단위 셀의 전극과 동일한 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, when a conductive wire having an E-shaped electrical connection pattern is applied in the photovoltaic module forming step, the three-stranded first auxiliary conductive wire branched from the conductive wire is directly electrically connected to the electrode of the unit cell, and the conductive wire is connected. It is formed to have a diameter 2 to 4 times thicker than the electrode of the unit cell, and the first auxiliary conductive wire is formed to have the same diameter as the electrode of the unit cell.
또한, 상기 태양광 모듈 형성 단계에서 H형 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어를 적용시 전도성 와이어에서 분기된 3가닥 제1 보조 전도성 와이어를 매개로 연결되고 상기 전도성 와이어와 평행하게 배치된 제2 보조 전도성 와이어가 단위 셀의 전극에 전기접속되고, 상기 전도성 와이어는 접속되는 단위 셀의 전극보다 2 ~ 4배 굵은 직경으로 형성되고, 상기 제1 및 제2 보조 전도성 와이어는 단위 셀의 전극과 동일한 직경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, when a conductive wire having an H-type electrical connection pattern is applied in the photovoltaic module forming step, a second auxiliary conductive wire is connected via a three-stranded first auxiliary conductive wire branched from the conductive wire and disposed in parallel with the conductive wire. A wire is electrically connected to the electrode of the unit cell, the conductive wire is formed to have a diameter 2 to 4 times thicker than the electrode of the unit cell to be connected, and the first and second auxiliary conductive wires have the same diameter as the electrode of the unit cell. characterized by the formation of
또한, 상기 단위 셀 분할 단계에서 격자무늬로 절단되는 단위 셀은 가로 폭이 3 ~ 50 mm 이고, 세로 폭이 3 ~ 50 mm 인 것을 특징으로 한다.In addition, the unit cells cut into a grid pattern in the unit cell dividing step are characterized in that the horizontal width is 3 to 50 mm and the vertical width is 3 to 50 mm.
또한, 상기 스트링 형성 단계에서 단위 셀들의 접합에 의해 형성된 스트링의 길이는 50 ~ 3,000 mm 이고, 스트링의 폭은 3 ~ 25 mm 이고, 스트링의 출력 전압은 직렬 연결된 단위 셀의 개수에 비례하는 것을 특징으로 한다.In addition, the length of the string formed by bonding of unit cells in the string forming step is 50 to 3,000 mm, the width of the string is 3 to 25 mm, and the output voltage of the string is proportional to the number of unit cells connected in series. to be
또한, 상기 전도성 와이어는 단면이 원형인 도체로서 코어, 코어에 도금된 보호막으로 이루어진 복합체로 구성하되, 상기 코어는 구리(Cu)를 사용하고, 상기 보호막은 주석(Sn)을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the conductive wire is a conductor having a circular cross section and is composed of a composite composed of a core and a protective film plated on the core, wherein the core uses copper (Cu) and the protective film uses tin (Sn). do.
또한, 상기 태양광 모듈 형성 단계에서 스트링 번들은 쉐이딩 손실을 줄이기 위하여 병렬 연결하는 스트링 개수를 5~10개로 설정하고, 태양광 모듈의 설치 면적에 따라 확장시 전도성 와이어를 이용하여 스트링 번들 상호간 직렬로 연결하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the photovoltaic module formation step, string bundles set the number of strings connected in parallel to 5 to 10 to reduce shading loss, and when expanded according to the installation area of the photovoltaic module, string bundles are used in series with each other by using conductive wires characterized by connection.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 실리콘 기반 창호형 반투명 유연태양광 모듈은 상술한 실리콘 기반 창호형 반투명 유연태양광 모듈의 제조 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the silicon-based window-type translucent flexible solar module according to the present invention to achieve the above object is characterized in that formed by the manufacturing method of the above-described silicon-based window-type translucent flexible solar module.
본 발명에 따르면 단위 셀의 가로 폭과 세로 폭을 가변하여 스트링의 길이와 폭을 조절하고, 이러한 단위 셀을 접합한 만든 복수의 스트링을 유연한 연결배선으로 병렬 연결하여 쉐이딩 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 태양광 모듈 설계가 다양하게 이루어질 수 있어 건축 구조물과 차량에 적합한 창호형 태양광 모듈을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce shading loss by adjusting the length and width of a string by varying the horizontal width and vertical width of a unit cell, and connecting a plurality of strings made by bonding these unit cells in parallel with a flexible connection wire. Since various solar module designs can be made, window-type solar modules suitable for building structures and vehicles can be provided.
본 발명에 따르면 여러 스트링이 묶여진 스트링 번들에 대해서는 상호간 직렬 연결하는 것에 의해 설치 환경에 적합한 태양광 모듈을 제조할 수 있기 때문에 설치 면적에 대응하여 태양광 모듈의 출력을 용이하게 설정할 수 있다 According to the present invention, since a solar module suitable for an installation environment can be manufactured by serially connecting string bundles in which several strings are bundled, the output of the solar module can be easily set in response to the installation area.
본 발명에 따르면 유연한 연결배선을 이용한 배선 작업시 스트링 양측에 마련되는 단위 셀의 전극에 전도성 접착제를 도포한 후 간단한 열처리에 의해 이루어지는 경화 공정을 통해 E형 전기접속 패턴 또는 H형 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어와 전기적으로 접속하기 때문에 비용과 작업 시간을 단축할 수 있다.According to the present invention, during wiring work using flexible connection wiring, conductive adhesive is applied to the electrodes of the unit cells provided on both sides of the string, and then through a hardening process performed by simple heat treatment, having an E-type electrical connection pattern or an H-type electrical connection pattern Because it is electrically connected to the conductive wire, cost and working time can be reduced.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 전면을 나타내는 도면.
도 3은 도 2의 태양전지 후면을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 슁글드 어레이 구조의 스트링을 나타내는 도면,
도 5는 도 4의 스트링을 제조하기 위하여 분할된 단위 셀들을 접합하는 동작을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 5의 A-A선 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 유연한 연결배선을 이용하여 병렬 연결한 스트링들을 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 전도성 와이어 구조를 나타내느 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 E 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어를 이용하여 병렬 연결하는 스트링들을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 H 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어를 이용하여 병렬 연결하는 스트링들을 나타내는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 도 10의 H 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어를 이용하여 스트링을 병렬 연결하는 일련의 공정을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 스트링 번들을 구비한 창호형 유연태양광 모듈을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈의 제조 공정을 설명하기 위한 흐름도.1 is a view showing a cross-sectional structure of a solar module according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a front surface of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a rear side of the solar cell of FIG. 2;
4 is a diagram showing a string of a shingled array structure according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a view for explaining an operation of joining divided unit cells to manufacture the string of FIG. 4;
Figure 6 is a cross-sectional view along line AA of Figure 5;
7 is a diagram showing strings connected in parallel using a flexible connection wire according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing the structure of the conductive wire of FIG. 7;
9 is a view showing strings connected in parallel using conductive wires having an E-shaped electrical connection pattern according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing strings connected in parallel using conductive wires having an H-shaped electrical connection pattern according to another embodiment of the present invention.
11A to 11C are diagrams illustrating a series of processes of connecting strings in parallel using conductive wires having an H-shaped electrical connection pattern of FIG. 10;
12 is a view showing a window-type flexible solar module having a string bundle according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a solar module according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described by describing embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 발명에서 사용하는 용어 "슁글드(shingled) 어레이 구조"는 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 구조를 의미한다.The term "shingled array structure" used in the present invention refers to forming a plurality of unit cells by cutting solar cells provided with a front electrode and a rear electrode in order to increase the conversion efficiency and output per unit of a solar cell module. It refers to a structure in which electrodes and rear electrodes are bonded together with a conductive adhesive.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈(1)은 복수의 분할된 단일 셀(10)을 전도성 접착제(7)(ECA)로 접합하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성한다. As shown in FIG. 1, a solar module 1 according to an embodiment of the present invention bonds a plurality of divided
전도성 접착제(7)는 전기 전자 제품이나 회로의 배선 접합에 사용하는 전기 전도성을 가진 접착제로, 에폭시 수지에 은 입자를 배합한 것을 사용한다. 이러한 전도성 접착제가 전도성을 발현하는 원리는 접착제 중에 분산되어 있는 전도성 필러가 경화 또는 고화 단계에서 필러와 필러의 접촉이 일어나 전도성을 발현하는 것이다. 또 전도성 접착제는 마이크로 디스펜서를 이용하여 도포하며 니들로부터의 토출량이 일정해야 하고 흘러내리지 않게 된다. 전도성 충진제로는 금, 백금, 은, 구리, 니켈 등의 금속분말, 카본 섬유, 흑연 및 복합 분말 등이 사용될 수 있다.The
스트링의 상부에 제1봉지재(4)와 전면 커버(2)를 적층하고 스트링 하부에 제2봉지재(5)와 후면 백시트(3)를 적층하며, 그런 다음 라미네이션 장비를 이용하여 순차적으로 적층된 전체 모듈 구성요소(전면 커버, 제1봉지재, 스트링, 제2봉지재, 후면 백시트)를 일체화하기 위한 라미네이션을 진행하게 된다. 라미네이션 공정은 140 ~ 160℃의 저온에서 실행될 수 있다.The first encapsulant (4) and the front cover (2) are laminated on the upper part of the string, the second encapsulant (5) and the rear back sheet (3) are laminated on the lower part of the string, and then sequentially using lamination equipment. Lamination is performed to integrate all the stacked module components (front cover, first encapsulant, string, second encapsulant, rear back sheet). The lamination process may be performed at a low temperature of 140 to 160°C.
전면 커버(2)는 외부의 충격 등으로부터 태양전지 셀을 보호하는 역할을 한다. 전면 커버(2)의 소재는 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene), ECTFE(ethylene chlorotrifluoroethylene), PC(polycarbonate), 아크릴(acrylic) 등 투명 소재가 사용될 수 있다. 전면 커버(2)는 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 가질 수 있고, 설치 환경이나 설계에 따라 사각형이나 원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다. The front cover 2 serves to protect the solar cell from external impact. A transparent material such as ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), polycarbonate (PC), or acrylic may be used as the material of the front cover (2). The front cover 2 may have waterproof, insulating, and UV blocking functions, and may be manufactured in various shapes such as a square or a circle depending on an installation environment or design.
후면 백시트(3)는 불소수지 계열의 TPT(Tedlar Polyester Tedlar) 및 PET 타입의 투명한 합성 수지가 사용될 수 있으며, 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 기능을 한다. The
전면 커버(2)와 후면 백시트(3)의 일측에 보호 필름이 각각 형성될 수 있다. 보호 필름으로는 자외선 차단 필름 등이 사용될 수 있으며 유리를 통해 태양전지 셀로 전달되는 자외선 따위를 차단하여 태양전지 셀의 수명을 늘이는데 도움을 줄 수 있다. A protective film may be formed on one side of the front cover 2 and the
제1 및 제2 봉지재(4)(5)는 태양전지 모듈의 수명을 길게 유지하기 위한 소재로 분할 셀(10)의 전후면에 위치하여 셀의 파손을 막는 완충제 역할 및 전면 커버(2) 및 후면 백시트(3)를 접착하여 봉입하는데, 봉지재의 소재로는 EVA, POE, Ionomer 등이 사용될 수 있다. The first and
도 2에 도시된 바와 같이 태양광 모듈의 형태를 다양하게 설계하기 위하여 태양전지 셀을 여러 조각으로 분할한다. 레이저 스크라이빙을 이용하여 절단선(Ct)을 따라 격자무늬(checkerboard)로 절단하여 다양한 크기의 단위 셀(10)로 분할할 수 있다. 예를 들어 분할된 단위 셀(10)은 가로 폭(m1)이 3 ~ 50 mm이고, 세로 폭(n1)은 25 ~ 170 mm이다. 태양전지의 전면에 전극부재로서 전면 전극(20)과 핑거 전극(40)이 형성될 수 있으며, 분할된 단위 셀들(10)은 거의 동일한 크기와 모양을 가지고 동일한 전극 패턴이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, a solar cell is divided into several pieces in order to design various shapes of a solar module. It can be divided into
태양전지 셀은 반도체 기판에 형성된다. 반도체 기판은 제1 도전성 타입, 예를 들면 n형 또는 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체일 수 있고, 에미터는 반도체 기판의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어 p형 또는 n형의 도전성 타입의 불순물로서, 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하게 된다.A solar cell is formed on a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be a semiconductor made of silicon of a first conductivity type, for example n-type or p-type conductivity type, and the emitter may be of a second conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, for example p-type or n-type. As an impurity of the conductivity type of , it forms a p-n junction with the semiconductor substrate.
복수의 핑거 전극(40)은 광전 변환된 캐리어(carrier)를 수집하기 위하여 전면 전극(20)에 연결되는데, 각 핑거 전극(40)의 선폭은 0.08 ~ 0.12mm 이다. A plurality of
전면 전극(20)은 핑거 전극(40)에 의해 수집된 캐리어를 외부의 축전지 등으로 이송시키는 버스 바 전극의 역할을 한다. 전면 전극(20)의 선폭은 0.8 ~ 1.2mm 이다. 전면 전극(20)과 핑거 전극(40)의 소재는 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 하나로 이루어지며, 실시 예에서 전면 전극(20)과 핑거 전극(40)은 은(Ag)으로 이루어진다.The
도 3을 참고하여, 분할된 단위 셀(10)의 후면에는 분할 셀의 개수에 대응하여 후면 전극(30)이 형성될 수 있다. 후면 전극(30)은 전면에 형성된 전극 패턴과 동일하게 형성될 수 있다. 후면 전극(30)은 다른 단위 셀(10)의 전면 전극(20)에 전기적 물리적으로 접속된다. 후면 전극(30)의 소재는 도전성 물질로서 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 하나로 이루어지며, 실시 예에서 제조 비용 등을 고려하여 후면 전극(30)은 알루미늄(Al)으로 이루어진다.Referring to FIG. 3 ,
도 4에 도시된 바와 같이, 슁글드 어레이 구조의 스트링은 복수의 단위 셀(10)을 접합하여 형성하는데, 스트링의 양측에 각각 형성된 -전극과 +전극이 외부의 축전지와 전기적으로 연결된다. 여기서 어느 한 단위 셀(10)의 단변과 다른 한 단위 셀(10)의 단변이 일정 부분이 중첩되고, 스트링의 길이가 확장됨에 따라 단위 셀들(10)의 중첩 부분(H1)이 늘어나게 된다.As shown in FIG. 4, the string of the shingled array structure is formed by bonding a plurality of
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하기 위하여 분할된 단위 셀들(10)은 전도성 접착제(7)를 매개로 하여 열처리 공정을 통해 접합될 수 있다. 예를 들어 어느 한 단위 셀(10)의 단변과 다른 한 단위 셀(10)의 단변을 겹쳐서 스트링을 만들 수 있는데, 서로 마주보고 겹쳐지는 부분(H1)에서 아래쪽 단위 셀(10)의 전면 전극(20)과 위쪽 단위 셀(10)의 후면 전극(30) 사이에 전도성 접착제(7)를 배치하고 열처리 공정을 통해 접합함으로써 두 개의 단위 셀(10)이 일체화됨과 동시에 핑거 전극(40)에서 수집된 전류가 이동하게 되는 전기적 통전 상태가 된다.As shown in FIGS. 5 and 6 ,
실시예에 따른 태양광 모듈은 반투명 고효율 실리콘 태양전지를 이용하여 채광성 확보뿐만 아니라 안정성 면에서도 월등한 창호용으로 적용할 수 있으며, 도 7에 예시한 바와 같이 건물과 차량의 창호에 롤러블하게 구현할 수 있는 양면수광형 태양광 모듈을 제시한다.The photovoltaic module according to the embodiment can be applied to windows and doors that are superior in terms of stability as well as securing lighting by using translucent high-efficiency silicon solar cells, and as illustrated in FIG. We present a double-sided photovoltaic module that can be implemented.
도 7에서, 창호형 태양광 모듈은 다양한 모양과 크기에 따라 복수의 스트링(S)을 병렬 연결하여 구성할 수 있다. 각각의 스트링(S)은 슁글드 어레이 구조로 접합된 단위 셀들(10)로 구성된다. 스트링(S)의 길이(w1)은 50 ~ 3,000mm이고, 스트링(S)의 폭은 3 ~ 25mm이다. 여기서 각 스트링(S)의 출력 전압은 직렬 연결된 단위 셀들(10)의 개수에 대응한다.In Figure 7, the window-type solar module can be configured by connecting a plurality of strings (S) in parallel according to various shapes and sizes. Each string S is composed of
스트링(S)의 출력 전압(Vs) = 0.6V × (직렬 연결된 단위 셀의 개수)Output voltage (Vs) of string (S) = 0.6V × (number of unit cells connected in series)
창호형 태양광 모듈의 설치 환경을 고려하여 복수의 스트링(S)이 배치될 수 있다. 스트링들(S)간 이격 간격(e1)은 1 ~ 100mm 이고, 각각의 스트링(S) 양측이 -전극과 +전극의 역할을 하며, 이 전극들은 전도성 와이어(110)가 매설된 연결배선(100)을 이용하여 전기적으로 연결된다. 연결배선(100)은 환형의 유연한 재질로 형성될 수 있다. 유연한 재질의 연결배선(100)에 의해 직렬 또는 병렬로 연결되는 스트링(S)의 개수는 2 ~ 200개 이다.A plurality of strings (S) may be disposed in consideration of the installation environment of the window-type solar module. The spacing (e1) between the strings (S) is 1 to 100 mm, and both sides of each string (S) serve as -electrodes and +electrodes, and these electrodes are connected wires (100) in which conductive wires (110) are buried ) is electrically connected using The
도 8을 참고하여, 전도성 와이어(110)는 단면이 원형으로 전기 전도성이 우수한 도체를 사용할 수 있고, 코어(111)와 보호막(120)으로 이루어진 복합체로 구성할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
코어(111)는 구리(Cu)와 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다. 보호막(112)은 코어(111)의 표면에 형성되는데 주석(Sn), 고순도 인듐(In), 은(Ag) 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다. 실시 예에서 코어(111)로서 구리(Cu)를 사용하는 경우 보호막(112)으로서 주석(Sn)을 도금하여 제조하게 된다. 코어(111)의 직경(B1)과 보호막(112)의 두께(C1)는 연결하는 스트링의 전극의 접속 면적과 전기적 특성에 따라 변경할 수 있다. 실시예와 다르게 전도성 와이어(110)가 전도체로서 단일 금속으로 구현할 수도 있다.The
유연한 연결배선(100)이 스트링(S) 양측의 전극들에 연결되는 유형은 2종류로 구분할 수 있는데, 전도성 와이어(110)와 단일 셀(10)의 전극 사이를 연결하는 전기접속 패턴의 형상에 따라 구분한다. 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 E 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)를 사용하는 경우, 전도성 와이어(110)에서 분기된 제1 보조 전도성 와이어(101)가 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 직접 접속될 수 있다. 여기서 굵은 전도성 와이어(110)에서 3가닥으로 분기된 가는 제1 보조 전도성 와이어(101)는 각각의 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 연결될 수 있다. 분기된 제1 보조 전도성 와이어(101)의 직경(d2)은 후면 전극(30)의 폭과 동일하고, 전도성 와이어(110)의 직경(d1)은 후면 전극(30)의 폭보다 2~4배 굵게 형성할 수 있다.The type in which the
다른 예로서, 도 10에 도시된 바와 같이 H 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)를 사용하는 경우, 제1 보조 전도성 와이어(101)를 매개로 제2 보조 전도성 와이어(102)가 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 직접 접속될 수 있다. 전도성 와이어(110)와 제2 보조 전도성 와이어(102)가 평행하게 배열되고, 전도성 와이어(110)와 제2 보조 전도성 와이어(102) 사이에 제1 보조 전도성 와이어(101)가 연결된다. 여기서 제1 보조 전도성 와이어(101)의 직경(d2)과 제2 보조 전도성 와이어(102)의 직경(d3)은 후면 전극(30)의 폭과 동일하고, 전도성 와이어(110)의 직경(d1)은 후면 전극(30)의 폭보다 2~4배 굵게 형성할 수 있다. As another example, in the case of using the
H 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어를 이용하여 스트링의 단일 셀과 연결하는 제조 공정을 설명한다. 먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이 스트링을 구성하는 단일 셀들(10)을 준비하고, 각각의 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 전도성 접착제(50)을 도포한다.A manufacturing process of connecting a single cell of a string using a conductive wire having an H-shaped electrical connection pattern will be described. First, as shown in FIG. 11A , the
그런 다음 도 11b에 도시된 바와 같이 사전 제조된 H 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)의 제2 보조 전도성 와이어(102)가 전도성 접착제(50)에 배치된 상태에서 열처리를 통해 경화시킨다. 경화 공정은 130 ~ 150℃에서 일정 시간(10초 이하) 수행할 수 있다. 경화 공정이 완료되면 도 11c에 도시된 바와 같이 전도성 와이어(110)와 평행하게 배열된 제2 보조 전도성 와이어(102)는 복수의 스트링을 구성하는 단일 셀들(10)을 병렬 연결하여 전기적으로 접속할 수 있다.Then, as shown in FIG. 11B, the second auxiliary
도 12에 도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 창호형 유연태양광 모듈은 복수의 스트링 번들(G1, G2, G3, G4)을 유연한 전도성 와이어(110A)(110B)로 연결할 수 있다.As shown in Figure 12, the window-type flexible solar module according to the embodiment can connect a plurality of string bundles (G1, G2, G3, G4) with a flexible conductive wire (110A) (110B).
각각의 스트링 번들(G1, G2, G3, G4)은 쉐이딩 손실(shading loss)을 줄이기 위하여 복수의 스트링을 병렬 연결하여 구성한다. 스트링의 개수는 설치 면적에 대응하여 태양광 모듈의 출력 전류를 최적화하여 설정하는데, 통상 5~10개 스트링으로 구성할 수 있다. Each string bundle (G1, G2, G3, G4) is configured by connecting a plurality of strings in parallel to reduce shading loss. The number of strings is set by optimizing the output current of the solar module in response to the installation area, and it can be configured with 5 to 10 strings.
스트링 번들(G1, G2, G3, G4) 상호간 직렬로 연결하여 확장된 형태의 창호형 유연태양광 모듈을 구현하는데, 앞서 도 9 및 도 10에서 설명한 E형 또는 H형 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어로 연결함으로써 스트링 및 단위 셀의 파손을 최소화할 수 있다. The string bundles (G1, G2, G3, G4) are connected in series with each other to implement an extended window-type flexible solar module, with a conductive wire having an E-type or H-type electrical connection pattern described above in FIGS. 9 and 10 By connecting, damage to strings and unit cells can be minimized.
도 12에 예시한 창호형 유연태양광 모듈은 1㎡ 창호에서 개구율에 따라 출력이 가변될 수 있다. 아래의 표는 개구율에 따른 출력 예상값이다.The output of the window-type flexible photovoltaic module illustrated in FIG. 12 may be varied according to the aperture ratio in a 1 m2 window. The table below is the expected output value according to the aperture ratio.
-. 선탠 창호의 투과율 20~30%
-. 단위 셀 5.2W/장 적용시 전체 영역 213.6W-. 1㎡ window
-. Transmittance of
-. When unit cell 5.2W/sheet is applied, total area 213.6
실시 예에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명한다.A method of manufacturing a solar cell module according to an embodiment will be described.
먼저, 전면에 핑거 전극(40)과 전면 전극(20)을 형성하고, 후면에 후면 전극(30)을 형성한 태양전지 셀을 준비한다(S10). First, a solar cell in which
다음에, 상기 단계 S10에서 마련된 태양전지 셀을 직사각 형태로 절단하여 복수 개의 단위 셀(10)로 분할한다(S20). 상기 단계 S20에서의 절단은 예를 들어 나노 세컨드 레이저(532nm, 20ns, 30~100 KHz from coherent)에 의해 실행될 수 있다. 즉 532nm 파장을 사용하는 20ns 레이저에서 평균 파워 10W, 주파수 50 KHz, 스캔 속도 1,300mm/s로 설정하여 실행될 수 있다.Next, the solar cell prepared in step S10 is cut into a rectangular shape and divided into a plurality of unit cells 10 (S20). Cutting in step S20 may be performed by, for example, a nanosecond laser (532 nm, 20 ns, 30 to 100 KHz from coherent). That is, it can be executed by setting an average power of 10W, a frequency of 50 KHz, and a scan speed of 1,300 mm/s in a 20 ns laser using a 532 nm wavelength.
상기 단계 S20에서 마련된 단위 셀들(10)을 일부 겹치게 하고 어느 한쪽에 전도성 접착제(7)를 도포하여 슁글드 어레이 구조로 접합하여 스트링을 형성한다(S30). 여기서 전도성 접착제의 도포는 위쪽 어느 한 단위 셀(10)의 후면 전극(30)과 아래쪽 다른 단위 셀(10)의 전면 전극(20) 중 어느 한쪽에 대해 실행되던가 양쪽 모두에 각각 실행될 수 있다. 전도성 접착제의 도포 위치 결정은 전도성 접착제의 특성 및 토출량에 따라 결정될 수 있다. 전도성 접착제가 도포되면 열처리 공정(25~35초, 130~150℃)에 의해 슁글드 어레이 구조로 접합되어 스트링을 형성하게 된다. The
이어서 복수의 스트링(S)을 연결배선(100)으로 연결하여 창호형 유연태양광 모듈을 형성한다(S40). 각각의 스트링(S)의 양측에 형성되는 -전극과 +전극에 전도성 와이어(110)의 일측을 전기적으로 접속한다. Subsequently, a plurality of strings (S) are connected with a connection wire (100) to form a window-type flexible solar module (S40). One side of the
예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 E 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)를 사용하는 경우, 전도성 와이어(110)에서 분기된 제1 보조 전도성 와이어(101)가 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 직접 접속될 수 있다. 여기서 굵은 전도성 와이어(110)에서 3가닥으로 분기된 가는 제1 보조 전도성 와이어(101)는 각각의 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 연결될 수 있다. 분기된 제1 보조 전도성 와이어(101)의 직경(d2)은 후면 전극(30)의 폭과 동일하고, 전도성 와이어(110)의 직경(d1)은 후면 전극(30)의 폭보다 2~4배 굵게 형성할 수 있다.For example, when using a
다른 예로서 도 10에 도시된 바와 같이 H형 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)를 사용하는 경우, 제1 보조 전도성 와이어(101)를 매개로 제2 보조 전도성 와이어(102)가 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 직접 접속될 수 있다. 전도성 와이어(110)와 제2 보조 전도성 와이어(102)가 평행하게 배열되고, 전도성 와이어(110)와 제2 보조 전도성 와이어(102) 사이에 제1 보조 전도성 와이어(101)가 연결된다. 여기서 제1 보조 전도성 와이어(101)의 직경(d2)과 제2 보조 전도성 와이어(102)의 직경(d3)은 후면 전극(30)의 폭과 동일하고, 전도성 와이어(110)의 직경(d1)은 후면 전극(30)의 폭보다 2~4배 굵게 형성할 수 있다. As another example, when using the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be.
10 : 단위 셀
20 : 전면 전극
30 : 후면 전극
40 : 핑거 전극
100 : 연결배선
110 : 전도성 와이어10: unit cell
20: front electrode
30: rear electrode
40: finger electrode
100: connection wiring
110: conductive wire
Claims (10)
(b) 분할된 단위 셀들(10)을 일부 겹치게 하고 위쪽 어느 한 단위 셀(10)의 후면 전극(30)과 아래쪽 다른 단위 셀(10)의 전면 전극(20) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두에 전도성 접착제(7)를 도포하고 열처리 공정에 의해 슁글드 어레이 구조로 접합하여 복수의 스트링(S)을 형성하는 단계(S30);
(b-1) 상기 (b) 단계에서 스트링(S)의 길이(w1)은 50~3,000mm이고, 스트링(S)의 폭은 3~25mm, 스트링(S)의 출력전압은 직렬 연결된 단위 셀들(10)의 개수에 대응하며, 연결되는 스트링는 2~200개이고 스트링들간 간격은 1~100mm으로 형성하며,
(c) 복수의 스트링(S) 각각의 양측에 형성되는 단위 셀의 전극에 유연한 연결배선(100)에 매설된 전도성 와이어(110)의 일측을 접속하여 창호형 유연태양광 모듈을 형성하는 단계(S40);를 포함하되,
(c-1) 상기 (c) 단계에서 스트링 양측에 형성된 단위 셀의 전극에 전도성 접착제를 도포하고, 전도성 와이어(110)를 배치한 상태에서 열처리 온도 130~150℃, 열처리 시간 10초 이하인 열처리 조건에 따른 경화 공정을 통해 전기적으로 접속하고,
(c-2) 상기 (c-1) 단계에서 E 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)를 사용하는 경우, 전도성 와이어(110)에서 분기된 제1 보조 전도성 와이어(101)가 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 직접 접속될 수 있고,
(c-3) 상기 (c-1) 단계에서 H 형태의 전기접속 패턴을 갖는 전도성 와이어(110)를 사용하는 경우, 제1 보조 전도성 와이어(101)를 매개로 제2 보조 전도성 와이어(102)가 단일 셀(10)의 후면 전극(30)에 직접 접속될 수 있으며,
상기 전도성 와이어(110)는 접속되는 단위 셀(10)의 전극보다 2~4배 굵은 직경으로 형성되고, 상기 제1 및 제2 보조 전도성 와이어(101)(102)는 단위 셀(10)의 전극과 동일한 직경으로 형성되며,
상기 유연한 연결배선에 매설된 전도성 와이어는 단면이 원형인 도체로서 코어, 코어에 도금된 보호막으로 이루어진 복합체로 구성하되, 상기 코어는 구리(Cu)를 사용하고 상기 보호막은 주석(Sn)을 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 기반 창호형 반투명 유연태양광 모듈의 제조 방법.(a) Forming a finger electrode 40 and a front electrode 20 on the front surface of a semiconductor substrate, and forming a rear electrode 30 on the rear surface of a solar cell is cut into a rectangular shape into a plurality of unit cells 10 Dividing (S20);
(b) The divided unit cells 10 are partially overlapped, and either or both of the rear electrode 30 of one unit cell 10 on the upper side and the front electrode 20 of the other unit cell 10 on the lower side are conductive. Forming a plurality of strings (S) by applying an adhesive (7) and joining them in a shingled array structure by a heat treatment process (S30);
(b-1) In step (b), the length (w1) of the string (S) is 50 to 3,000 mm, the width of the string (S) is 3 to 25 mm, and the output voltage of the string (S) is unit cells connected in series Corresponds to the number of (10), the number of connected strings is 2 to 200, and the spacing between strings is 1 to 100 mm,
(c) forming a window-type flexible solar module by connecting one side of the conductive wire 110 buried in the flexible connection wiring 100 to the electrodes of the unit cells formed on both sides of each of the plurality of strings (S) (S40 ); including,
(c-1) Heat treatment conditions in which a conductive adhesive is applied to the electrodes of the unit cells formed on both sides of the string in step (c) and the conductive wire 110 is placed at a heat treatment temperature of 130 to 150 ° C and a heat treatment time of 10 seconds or less Electrically connected through the curing process according to,
(c-2) In the case of using the conductive wire 110 having an E-shaped electrical connection pattern in step (c-1), the first auxiliary conductive wire 101 branched from the conductive wire 110 is a single cell can be directly connected to the back electrode 30 of (10),
(c-3) In the case of using the conductive wire 110 having an H-shaped electrical connection pattern in step (c-1), the second auxiliary conductive wire 102 via the first auxiliary conductive wire 101 can be directly connected to the back electrode 30 of the single cell 10,
The conductive wire 110 is formed to have a diameter 2 to 4 times thicker than the electrode of the unit cell 10 to which it is connected, and the first and second auxiliary conductive wires 101 and 102 are electrodes of the unit cell 10. It is formed with the same diameter as
The conductive wire buried in the flexible connection wire is a conductor having a circular cross section and is composed of a composite consisting of a core and a protective film plated on the core, wherein the core uses copper (Cu) and the protective film uses tin (Sn). Method for manufacturing a silicon-based window-type translucent flexible solar module, characterized in that.
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