KR20120011109A - 후면 전극 태양전지 간의 전극 연결 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 전면 전극으로 인해 모듈의 효율이 저감하는 것을 방지하여 에너지 변환 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 태양광 모듈 제조 공정에서 발생하는 파손율을 줄일 수 있는 태양전지 간의 전극 연결 방법을 제공함에 있다.
이러한 본 발명은 레이저 가공을 통해 음극 및 양극 전극을 태양전지의 후면에 두어 태양전지의 전면 전체가 수광 면적으로 사용할 수 있도록 제조된 2가지 타입의 후면 전극 태양전지를 사용함으로써 태양광이 최대한 흡수되도록 하여 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 태양광 모듈 제조 시 후면만을 통해 전극 연결이 이루어져 태양전지 간의 연결을 용이할 수 있도록 하여 이 때문에 태양전지가 Interconnection Ribbon(I?R)에 의해 받는 스트레스를 완화 시켜주어 태양광 모듈 제조 공정에서 발생하는 파손율도 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

후면 전극 태양전지 간의 전극 연결 방법{How to connect electrodes between back-content solar cells}
본 발명은 태양전지 간의 전극 연결 방법에 관한 것으로 특히 태양전지 후면에 양극, 음극 전극을 모두 두어 태양전지의 앞면 전체가 수광 면적으로 사용되는 2가지 타입의 후면 전극 태양전지를 사용하여 태양전지의 전면 전극으로 인해 모듈의 효율이 저감하는 것을 방지하여 에너지 변환 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 태양광 모듈 제조 공정에서 발생하는 파손율을 줄일 수 있는 후면 전극 태양전지 간의 전극 연결 방법에 관한 것이다.
최근 치솟는 유가 상승과 지구환경문제와 화석에너지의 고갈 등의 문제로 인하여 신 재생에너지에 대한 관심이 고조되고 있으며 그 중 연료비용이 필요 없으며 소음과 공해가 발생하지 않고 장기간 사용할 수 있는 무공해 에너지 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 지고 있으며 현재까지는 결정질 태양전지가 태양전지 시장의 거의 대부분을 차지하고 있다.
이러한 장점을 가진 태양전지는 광기전력 효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시켜주는 전자소자로서 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시킨 p-n접합 다이오드로 되어 있다. 이러한 구조의 태양전지를 발전용으로 사용하기 위해 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 제작하고자 다수개의 태양전지를 Interconnection Ribbon(I?R)을 이용하여 전면과 후면에 엇갈리도록 직렬 연결한다.
도면을 참조하여 종래의 기술을 설명하면 다음과 같다.
도 1(a)은 종래의 태양전지 p-n접합 구조를 나타낸 단면도이고 도 1(b)은 종래의 태양전지 간의 전극 연결 방법을 이용하여 제작한 태양광 모듈 단면도
도 1(a)은 전형적인 태양전지 구조를 나타낸 것으로 기본적으로 에미터(emitter)인 n층과 베이스(base)인 p층으로 구성되어 있다. 즉, p형 기판 상부에 n형을 도핑하면 p형 반도체층 및 그 상면에 형성된 n형 반도체층으로 이루어진 p-n접합층(100)이 형성된다. 이와 같이 p-n접합(100)으로 구성된 반도체 소자에 금지대폭보다 큰 에너지를 가진 파장영역의 태양광이 입사되면 광 에너지에 의해 전자-전공 쌍이 여기되고 내부전계에 의해 분리된 전자와 정공이 이동하여 n층과 p층을 각각 음극과 양극으로 대전시킴으로써 기전력이 발생하며 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 원리로 태양전지의 전면은 음극(101)이 되고 그 후면은 양극(102)이 된다.
도 1(b)에서 보는 바와 같이 단위 태양전지(109)들을 필요한 단위 용량으로 제작하기 위해 다수개의 태양전지(109)를 Interconnection Ribbon(I?R)(106)을 이용하여 전면과 후면에 엇갈리도록 직렬연결 및 BusBar Ribbon(B?R)(105)을 통해 모듈 회로를 연결한 후 태양전지(109)들을 보호하기 위해 저 철분 강화유리(103)를 기판으로 하여 EVA(104), 태양전지들(109), EVA(104), Backsheet(107) 순서로 적층한 후 고온/고압으로 각층을 서로 접착시켜 태양광 모듈(108)을 제작한다.
도 2(a)는 종래의 태양광 모듈 전면을 나타낸 평면도이고, 도 2(b)는 종래의 태양광 모듈 후면을 나타낸 평면도이다.
도 2(a),(b)는 상기에서 설명한 방법으로 제조한 태양광 모듈(108)로 태양전지(109)를 외부 환경으로부터 보호하고 태양전지(109)를 전기적으로 연결하여 안정된 전기적 출력을 전력 시스템에 전달하는 것으로 태양광 발전 시스템의 중요 부품이며 소비자에게 직접 판매 가능한 완성 제품 형태를 가지게 된다.
그러나 상기와 같은 방법으로 제조되는 태양광 모듈(108)은 태양광 모듈(108)의 효율이 태양광 모듈(108) 출력 대비 태양광 모듈(108) 면적이기 때문에 태양광 모듈(108) 출력은 높고 면적이 작을수록 태양광 모듈(108)의 효율은 상승하게 되므로 대부분의 태양광 모듈(108) 제조업체들은 태양전지(109)를 원하는 수만큼 연결하는 Tabbing & String공정에서 태양전지(109) 간의 간격을 쇼트지 나지 않을 정도의 간격만 띄우고 있다. 이렇다 보니 태양전지(109)의 전?후면으로 엇갈리며 부착되는 Interconnection Ribbon(I?R)(106)으로 인해 태양광 모듈(108)을 패키지화하기 위한 Lamination 공정에서 고온/고압으로 누를 때 태양전지 모서리 부분이 파손되는 불량률이 많이 발생하고 있다.
또한, 전면 전극 부분에 Interconnection Ribbon(I?R)(106)을 부착 시 미스 얼라인 나면 수광 면적을 줄이면서 에너지 변환 효율에 영향을 미친다.
따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로 태양전지의 전면 전극으로 인해 모듈의 효율이 저감하는 것을 방지하여 에너지 변환 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 태양광 모듈 제조 공정에서 발생하는 파손율을 줄일 수 있는 태양전지 간의 전극 연결 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 태양전지의 전면 전체가 수광 면적으로 사용할 수 있도록 제조된 후면 전극 패턴이 양극부터 시작하는 태양전지; 및 후면 전극 패턴이 음극부터 시작하는 태양전지; 및 후면만을 통해 전극 연결이 이루어져 태양전지 간의 연결을 용이할 수 있도록 하여 태양전지를 직렬로 연결하기 위한 전극 연결 방법을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 전극 패턴이 양극부터 시작하는 태양전지와 후면 전극 패턴이 음극부터 시작하는 태양전지 즉, 후면 전극 패턴이 서로 다른 2가지 타입의 후면 전극 태양전지는 베이스(base)층인 p형 기판에 n형을 도핑함으로써 p-n접합을 형성하는 태양전지 또는 베이스(base)층인 n형 기판에 p형을 도핑함으로써 p-n접합을 형성하는 태양전지로 구성됨이 바람직하다.
또, 후면 전극 패턴이 서로 다른 2가지 타입의 후면 전극 태양전지 제조 방식은 Laser Drilling으로 이루어짐이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 특정한 실시 예를 중심으로 상세하게 설명하나 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면은 본 발명의 기술사상을 한정한 것이 아니라 단지 예시한 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 의하면 레이저 가공을 통해 음극 및 양극 전극을 태양전지의 후면에 두어 태양전지의 전면 전체가 수광 면적으로 사용할 수 있도록 제조된 전극 패턴이 서로 다른 2가지 타입의 후면 전극 태양전지를 사용함으로써 태양광이 최대한 흡수되도록 하여 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 태양광 모듈 제조 시 후면만을 통해 전극 연결이 이루어져 태양전지 간의 연결을 용이할 수 있도록 하여 이 때문에 태양전지가 리본에 의해 받는 스트레스를 완화 시켜주어 태양광 모듈 제조 공정에서 발생하는 파손율도 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전/후면 전극 방식에 비해 모듈 제조 시 후면 연결만을 하기 때문에 후면 전극 태양전지 간의 연결 작업 공정이 간소화되고 동시에 태양광 모듈 생산 라인 자동화가 용이하다.
또한, 전면에 전극이 없어 외관이 미려하기 때문에 투박한 기존의 태양광 모듈과 차별화할 수 있게 한 효과가 있다.
도 1(a)은 종래의 태양전지 p-n접합 구조를 나타낸 단면도, 도 1(b)은 종래의 태양전지 간의 전극 연결 방법을 이용하여 제작한 태양광 모듈 단면도
도 2(a)는 종래의 태양광 모듈 전면을 나타낸 평면도, 도 2(b)는 종래의 태양광 모듈 후면을 나타낸 평면도
도 3(a)은 본 발명에 사용되는 후면 전극 태양전지 p-n접합 구조를 나타낸 단면도, 도 3(b)은 본 발명에 따른 실시 예의 태양광 모듈 단면도
도 4(a)는 본 발명에 따른 실시예의 태양광 모듈 전면을 나타낸 평면도, 도 4(b)는 본 발명에 따른 실시 예의 태양광 모듈 후면을 나타낸 평면도
이하, 본 발명의 목적 및 장점 그리고 다른 특징은 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3(a)은 본 발명에 사용되는 후면 전극 태양전지 p-n접합 구조를 나타낸 단면도이고 도 3(b)은 본 발명에 따른 실시 예의 태양광 모듈 단면도를 나타낸 것이다.
도 3(a)에서 보는 바와 같이 후면 전극 태양전지(209, 210) 역시 p-n접합(200) 구조로 이루어져 있으나 상기 설명한 종래의 태양전지(109)와 달리 음극(201) 및 양극 전극(202)이 태양전지(209, 210)의 후면에 존재한다는 것이다. 이렇게 함으로써 전극이 없는 다른 면에서 태양광이 최대한 흡수되도록 하여 효율을 향상시킨다. 이러한 후면 전극 태양전지(209,210)를 이용하여 도 3(b) 도면에 나타낸 바와 같이 단위 후면 전극 태양전지(209,210)들을 필요한 단위 용량으로 제작하기 위해 다수개의 후면 전극 태양전지(209,210)를 Interconnection Ribbon(I?R)(206)을 이용하여 후면을 통해서 직렬연결 및 BusBar Ribbon(B?R)(205)을 이용하여 모듈 회로를 연결한 후 태양전지들을 보호하기 위해 저 철분 강화유리(203)를 기판으로 하여 EVA(204), 후면 전극 태양전지들(209, 210), EVA(204), Backsheet(207) 순서로 적층한 후 고온/고압으로 각층을 서로 접착시켜 태양광 모듈(208)을 제작한다.
도 4(a)는 본 발명에 따른 실시예의 태양광 모듈 전면을 나타낸 평면도이고 도 4(b)는 본 발명에 따른 실시 예의 태양광 모듈 후면을 나타낸 평면도이다.
도 4(a),(b)에 표시된 바와 같이 후면 전극 태양전지(209, 210)의 후면만을 통해 직렬로 연결하기 위하여 전극 패턴이 서로 다른 A type의 후면 전극 태양전지(209)와 B type의 후면 전극 태양전지(210)를 일정 간격을 두어 번갈아 가며 놓고 Interconnection Ribbon(I?R)(206)으로 후면 전극 태양전지(209, 210)들을 연결시켜 준다.
상기 후면 전극 태양전지(209 210) 위에 Interconnection Ribbon(I?R)(206)을 부착할 때 전/후면으로 엇갈리지 않고 직선으로만 직렬 연결할 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 음극(201) 및 양극 전극(202)이 태양전지(209, 210)의 후면에 같이 존재하여 Interconnection Ribbon(I?R)(206)을 연결하기 위해 표기된 전극 패턴의 폭(211) 보다 Interconnection Ribbon(I?R)(206)이 클 경우 쇼트 나므로 전극 패턴의 폭(211)보다 적은 폭의 Interconnection Ribbon(I?R)(206)을 사용하여야 함을 밝혀둔다.
또한, 도면에서는 상기 후면 전극 태양전지(209, 210)의 전극 패턴(211) 수를 5개로 표시하고 있으나 그 수는 5개에 국한되지 않으며 더 적은 수 또는 더 많은 수의 전극 패턴(211)을 가진 후면 전극 태양전지(209, 210) 이용이 가능함을 밝혀둔다.
상기 도 2(a), (b)에서 설명한 종래와 같은 방법으로 제조되는 태양광 모듈의 경우 전/후면으로 엇갈리며 부착되는 Interconnection Ribbon(I?R)으로 인해 태양광 모듈을 패키지화하기 위한 Lamination 공정에서 고온/고압으로 누를 때 태양전지 모서리 부분이 파손되는 문제점으로 인해 발생되는 불량률이 높은 반면에 후면 전극 태양전지를 이용하고 본 발명에 따른 후면 전극 태양전지 연결 방법을 이용함으로써 Interconnection Ribbon(I?R)에 의해 받는 스트레스를 완화 시켜주어 태양전지의 파손을 줄일 수 있고 태양전지의 전면 전극으로 인해 모듈의 효율이 저감하는 것을 방지하여 에너지 변환 효율을 높일 수 있는 부가적인 기능까지 갖출 수 있다.
100,200:P-N 접합 101, 102, 201, 202 : 전극
103,203:저 철분 강화 유리 104,204:EVA(Ethylene Vinyl Acetate)
105,205:BusBar Ribbon(B?R) 106,206:Interconnection Ribbon(I?R)
107,207:Backsheet 108,208:태양광 모듈
109, 209, 210:태양전지 211:전극 폭

Claims (4)

  1. 태양에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 태양전지의 전면 전체가 수광 면적으로 사용할 수 있도록 제조된 후면 전극 패턴이 양극부터 시작하는 태양전지; 및 후면 전극 패턴이 음극부터 시작하는 태양전지; 및 후면만을 통해 전극 연결이 이루어져 Interconnection Ribbon(I?R)을 이용하여 태양전지 간의 직렬연결이 용이함을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지 간의 전극 연결 방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 후면 전극 태양전지의 후면으로만 통하여 직렬로 연결하기 위해 후면 전극 패턴이 양극부터 시작하는 태양전지와 후면 전극 패턴이 음극부터 시작하는 태양전지 즉, 후면 전극 패턴이 서로 다른 2가지 타입의 후면 전극 태양전지를 사용하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지 간의 전극 연결 방법
  3. 제1항에 있어서, 상기 후면 전극 태양전지 위에 Interconnection Ribbon(I?R)을 부착할 때 전/후면으로 엇갈리지 않고 직선으로만 직렬 연결하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지 간의 전극 연결 방법
  4. 제1항에 있어서, 상기 Interconnection Ribbon(I?R)은 후면 전극 태양전지 전극 패턴의 폭 보다 적은 폭의 Interconnection Ribbon(I?R)을 이용하여 연결하는 것을 특징으로 하는 후면 전극 태양전지 간의 전극 연결하는 방법
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