KR20150109596A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR20150109596A
KR20150109596A KR1020140032520A KR20140032520A KR20150109596A KR 20150109596 A KR20150109596 A KR 20150109596A KR 1020140032520 A KR1020140032520 A KR 1020140032520A KR 20140032520 A KR20140032520 A KR 20140032520A KR 20150109596 A KR20150109596 A KR 20150109596A
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장대희
유정훈
임충현
김민표
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 서로 인접하여 배치되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지; 제1, 2 태양 전지의 제1, 2 전극에 각각 접속되는 복수의 도전성 배선이 일면에 구비되는 절연성 부재;를 포함하고, 복수의 도전성 배선은 제1, 2 전극에 접속하는 면이 노출되도록 절연성 부재의 일면에 매립된다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
특히, 태양전지의 효율을 높이기 위해 실리콘 기판의 수광면에 전극을 형성하지 않고, 실리콘 기판의 이면 만으로 n 전극 및 p 전극을 형성한 이면 전극 형 태양 전지 셀에 대한 연구 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 이면 전극 형 태양전지 셀을 복수개 연결하여 전기적으로 접속하는 모듈화 기술도 진행되고 있다.
상기 모듈과 기술에는 복수 개의 태양전지 셀을 금속 인터커넥터로 전기적으로 연결하는 방법과, 미리 배선이 형성된 배선기판을 이용해 전기적으로 연결하는 방법이 대표적이다.
본 발명은 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 서로 인접하여 배치되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지; 제1, 2 태양 전지의 제1, 2 전극에 각각 접속되는 복수의 도전성 배선이 일면에 구비되는 절연성 부재;를 포함하고, 복수의 도전성 배선은 제1, 2 전극에 접속하는 면이 노출되도록 절연성 부재의 일면에 매립된다.
여기서, 절연성 부재는 일면에 복수의 도전성 배선이 배치되는 배선 기판층과 배선 기판층의 일면 중에서 각각의 복수의 도전성 배선 사이에 배치되는 고분자층을 포함할 수 있다.
이때, 고분자층은 제1, 2 태양 전지 각각의 후면에 접촉될 수 있다.
아울러, 배선 기판층과 고분자층은 폴리머 계열의 물질 중에서 서로 동일하거나 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
일례로, 배선 기판층은 PET(Polyethylene phthalate), PA(polyamide), polyimide, epoxy-glass, polyester 및 BT(bismaleimide triazine) 중 적어도 하나를 포함하고, 고분자층은 EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer) 및 poly-olefin 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 배선 기판층은 불투명하고, 광반사 물질을 포함할 수 있다.
여기서, 광반사 물질은 배선 기판층의 일면에 필름 형태로 구비되거나, 배선 기판층 내부에 필러(filler) 형태로 구비될 수 있고, 광반사 물질의 재질은 백색 형광체 또는 TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 도전성 배선은 복수 개의 와이어(wire) 형태로 구비될 수 있다.
이때, 복수의 도전성 배선은 제1 태양 전지의 제1 전극을 제2 태양 전지의 제2 전극과 전기적으로 연결시킬 수 있다.
이때, 복수의 도전성 배선과 제1, 2 태양 전지의 제1, 2 전극은 도전성 접착제에 의해 서로 접속될 수 있다.
아울러, 제1, 2 태양 전지는 제1, 2 태양 전지 각각의 제1, 2 전극의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배열되고, 복수의 도전성 배선의 길이 방향은 제1, 2 태양 전지 각각의 제1, 2 전극의 길이 방향과 교차하는 방향으로 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 각 태양 전지의 후면에 접속되는 절연성 부재에 구비된 복수의 도전성 배선은 태양 전지의 전극에 접속되는 면이 노출되도록 절연성 부재의 일면에 매립되도록 형성됨으로써, 태양 전지 모듈의 제조 공정을 보다 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제1 실시예에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 태양 전지 모듈에 적용 가능한 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 태양 전지의 반도체 기판(110) 후면에 형성된 제1, 2 전극(C141, C142)의 패턴을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈의 절연성 부재(P)의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4a 및 도 4b는 도전성 배선의 단면 구조에 대한 다양한 일례를 설명하기 위하여, 도 3의 (b)에서 K부분을 확대 도시한 도이다.
도 5는 도 2a 및 도 2b에 도시된 태양 전지의 후면에 도 3에 도시된 절연성 부재(P)가 접속된 일례를 도시한 것이다.
도 6a는 도 5에서 6a-6a 라인에 따른 단면 모습이다.
도 6b는 도 5에서 6b-6b 라인에 따른 단면 모습이다.
도 6c는 도 5에서 6c-6c 라인에 따른 단면 모습이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제2 실시예를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 도 7에 도시된 태양 전지 모듈에 적용 가능한 절연성 부재(P’)의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 도 2a 및 도 2b에서 설명한 태양 전지의 후면에 도 8에 도시된 절연성 부재(P’)가 접속된 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 다양한 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 부여하였다.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판 일면의 반대면일 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제1 실시예에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)와 각 태양 전지의 후면에 접속되는 절연성 부재(P)를 포함하고, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 서로 전기적으로 직렬 연결시키는 인터커넥터(IC)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 서로 바로 인접하여 배치될 수 있으며, 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각은 반도체 기판(미도시)과 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 복수의 제1, 2 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 이와 같은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈에 적용 가능한 태양 전지의 일례에 대해서는 도 2a 및 도 2b에서 구체적으로 설명한다.
절연성 부재(P)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면 각각에 일체로 접속될 수 있다. 따라서, 태양 전지와 절연성 부재(P)는 각각 낱개로 접속되어 하나의 개별 소자로 형성될 수도 있다.
그러나, 도 1과 다르게, 하나의 절연성 부재(P)에 복수 개의 태양 전지가 접속될 수도 있다. 이에 대해서는 도 7 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
이와 같은 절연성 부재(P)에는 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 서로 전기적으로 직렬 연결시키기 위한 복수의 도전성 배선(미도시)이 구비될 수 있다. 이와 같은 절연성 부재(P)의 일례에 대해서는 도 3 내지 도 4b에서 보다 구체적으로 설명한다.
인터커넥터(IC)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)의 후면에 접속된 절연성 부재(P)의 일면 가장자리와 제2 태양 전지(C2)의 후면에 접속된 절연성 부재(P)의 일면 가장자리에 전기적으로 접속되어, 각 절연성 부재(P)에 구비된 도전성 배선을 서로 전기적으로 접속함으로써, 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2)를 서로 전기적으로 직렬 연결시킬 수 있다.
도 1에서는 인터커넥터(IC)가 별도로 구비된 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 같은 별도의 인터커넥터(IC)는 생략될 수도 있으며, 별도의 인터커넥터(IC)가 생략되는 경우, 절연성 부재(P)에 구비되는 도전성 배선의 패턴을 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 서로 직렬 연결시킬 수 있도록 형성할 수도 있다.
이와 같은 경우, 절연성 부재(P)에 구비되는 도전성 배선만으로도 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 서로 직렬 연결시키는 것도 가능하다. 이와 같은 경우의 일례에 대해서는 도 7 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 2a는 도 1에 도시된 태양 전지 모듈에 적용 가능한 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2b은 도 2a에 도시된 태양 전지의 반도체 기판(110) 후면에 형성된 제1, 2 전극(C141, C142)의 패턴을 설명하기 위한 도이다.
도 2a 및 도2b를 참조 하면, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반도체 기판(110), 반사 방지막(130), 에미터부(121), 후면 전계부(back surface field;BSF, 172), 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)을 포함할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130)과 후면 전계부(172)는 생략될 수도 있으나, 이하에서는 도 2a에 도시된 바와 같이 반사 방지막(130)과 후면 전계부(172)가 포함된 것을 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(110)일 수 있다. 이와 같은 반도체 기판(110)은 결정질 실리콘 재질로 형성되는 반도체 웨이퍼에 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
에미터부(121)는 전면과 마주보고 있는 반도체 기판(110)의 후면 내에 서로 이격되어 위치하며, 서로 나란한 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있다. 이와 같은 에미터부(121)는 복수 개일 수 있으며, 복수의 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 일례로 p형 도전성 타입의 불순물이 포함될 수 있다.
이에 따라 반도체 기판(110)과 에미터부(121)에 의해 p-n 접합이 형성될 수 있다.
후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면 내부에 복수 개가 위치할 수 있으며, 복수의 에미터부(121)와 이격되어 형성되며, 복수의 에미터부(121)와 동일한 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있다. 따라서, 도 2a 및 도 2b에 도시한 것처럼, 반도체 기판(110)의 후면에서 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)는 교대로 위치할 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물, 예를 들어 n++ 부일 수 있다.
복수의 제1 전극(C141)은 에미터부(121)와 각각 물리적 및 전기적으로 연결되어 에미터부(121)를 따라서 반도체 기판(110)의 후면에 형성될 수 있다.
또한, 복수의 제2 전극(C142)은 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 반도체 기판(110)의 후면에 형성되며, 후면 전계부(172)를 통하여 반도체 기판(110)과 각각 물리적 및 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)의 후면 상에서 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)은 서로 물리적 및 공간적으로 이격되어, 전기적으로 격리될 수 있다.
보다 구체적으로, 복수의 제1 전극(C141)의 각각은 앞선 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 방향(x)으로 뻗어 있을 수 있으며, 복수의 제1 전극(C141) 각각은 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 서로 이격되어 배열될 수 있다.
아울러, 복수의 제2 전극(C142) 각각도 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 방향(x)으로 뻗어 있을 수 있으며, 복수의 제2 전극(C142) 각각은 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 서로 이격되어 배열될 수 있다.
아울러, 복수의 제1, 2 전극(C141, C142)은 서로 이격되어, 서로 교번하여 배치될 수 있다.
이와 같은 구조로 제조된 본 발명에 따른 태양 전지에서 제1 전극(C141)을 통하여 수집된 정공과 제2 전극(C142)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 2a에만 한정하지 않으며, 태양 전지에 구비되는 제1, 2 전극(C141, C142)이 반도체 기판(110)의 후면에만 형성되는 점을 제외하고 다른 구성 요소는 얼마든지 변경이 가능하다.
일례로, 각각의 제1, 2 전극(C141, C142)은 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 있지 않고, 제1 방향(x)으로 도트 형태로 배열되는 것도 가능하고, 아울러, 반도체 기판(110)의 후면에서 제1 방향(x)의 어느 한 끝단에는 복수의 제1 전극(C141) 모두와 공통으로 연결되도록 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 제1 버스바(미도시)가 더 구비되는 것도 가능하며, 반도체 기판(110)의 후면에서 제1 방향(x)의 나머지 한 끝단에는 복수의 제2 전극(C142) 모두와 공통으로 연결되도록 제2 방향(y)으로 뻗어 있는 제2 버스바(미도시)가 더 구비되는 것도 가능하다.
다음, 도 1의 절연성 부재(P)의 구체적인 구조의 일례는 다음과 같다.
도 3은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈의 절연성 부재(P)의 일례를 설명하기 위한 도이고, 도 4a 및 도 4b는 도전성 배선의 단면 구조에 대한 다양한 일례를 설명하기 위하여, 도 3의 (b)에서 K부분을 확대 도시한 도이다.
여기서, 도 3의 (a)는 반도체 기판(110)의 후면에 접속되는 절연성 부재(P)의 일면을 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서 3(b)-3(b) 라인에 따른 단면을 도시한 것이다.
도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연성 부재(P)는 반도체 기판(110)과 접속하는 일면에 복수의 도전성 배선(P141, P142)이 구비될 수 있다.
여기서, 복수의 도전성 배선(P141, P142)은 전도성이 뛰어난 금속 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 일례로, 복수의 도전성 배선(P141, P142) 각각은 Cu, Au, Ag, Al 중 적어도 어느 하나의 금속 물질을 포함하여 형성될 수 있다.
이와 같은 복수의 도전성 배선(P141, P142)은 각 태양 전지의 제1 전극(C141)에 접속하는 제1 도전성 배선(P141)과 제2 전극(C142)에 접속하는 제2 도전성 배선(P142)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 도전성 배선(P141)은 복수의 제1 접속부(PC141)와 제1 패드부(PP141)를 포함하고, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 접속부(PC141)는 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있으며, 제1 패드부(PP141)는 제2 방향(y)으로 길게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 패드부(PP141)에는 복수의 제1 접속부(PC141)의 끝단이 공통으로 연결되고, 제1 패드부(PP141)의 일면에는 인터커넥터(IC)가 접속될 수 있다.
아울러, 제2 도전성 배선(P142)도 복수의 제2 접속부(PC142)와 제2 패드부(PP142)를 포함하고, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 접속부(PC142)는 제1 접속부(PC141)와 이격되어 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있으며, 제2 패드부(PP142)는 제2 방향(y)으로 길게 형성될 수 있다. 따라서, 제2 패드부(PP142)에도 제2 접속부(PC142)의 끝단이 공통으로 연결되며, 제2 패드부(PP142)의 일면에는 또 다른 인터커넥터(IC)가 접속될 수 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1, 2 전극(C141, C142)에 접속하는 면이 노출되도록 절연성 부재(P)의 일면에 매립될 수 있다.
아와 같이, 본 발명에 따른 절연성 부재(P)는 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 절연성 부재(P)의 일면에 매립되도록 하되, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)에서 제1, 2 전극(C141, C142)에 접속하는 면이 노출되도록 함으로써, 절연성 부재(P)를 반도체 기판(110)의 후면에 접속할 때에, 제1, 2 전극(C141, C142) 각각에 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)의 얼라인을 보다 용이하게 할 수 있다.
또한, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 절연성 부재(P)의 일면에 도 3과 같이 매립된 경우, 절연성 부재(P)를 태양 전지의 후면에 접속할 때, 제1, 2 전극(C141, C142) 사이 또는 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 사이를 절연하기 위한 별도의 절연층을 도포하는 공정을 생략할 수 있어, 태양 전지 모듈의 제조 공정을 보다 단순화할 수 있다.
이와 같은 절연성 부재(P)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 배선 기판층(200)과 고분자층(210)을 포함할 수 있다.
배선 기판층(200)의 일면에는 복수의 도전성 배선(P141, P142)이 배치되고, 고분자층(210)은 배선 기판층(200)의 일면 중에서 각각의 복수의 도전성 배선(P141, P142) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 배선 기판층(200)과 고분자층(210)은 폴리머 계열의 물질 중에서 서로 동일하거나 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 즉, 배선 기판층(200)과 고분자층(210)은 폴리머 계열의 물질 중에서 서로 동일한 물질로 형성될 수도 있으나, 다음과 같이 서로 다른 물질을 포함하여 형성될 수도 있다.
일례로, 배선 기판층(200)은 PET(Polyethylene phthalate), PA(polyamide), polyimide, epoxy-glass, polyester 및 BT(bismaleimide triazine) 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 형성될 수 있으며, 고분자층(210)은 일례로, EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer) 및 poly-olefin 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 태양 전지의 반도체 기판(110) 후면에 절연성 부재(P)가 접속되기 이전부터 배선 기판층(200)은 이미 경화된 상태일 수 있으며, 고분자층(210)은 경화되지 않은 상태일 수 있다. 따라서, 고분자층(210)은 절연성 부재(P)를 반도체 기판(110)의 후면에 접속하기 위한 열처리하는 공정 중에 경화될 수 있다.
아울러, 배선 기판층(200)의 일면 위에 형성된 고분자층(210)의 두께는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
여기서, 고분자층(210)의 두께와 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)의 두께 차이는 반도체 기판(110)의 후면에 형성되는 제1, 2 전극(C141, C142)의 두께보다 작을 수 있다.
이와 같이, 고분자층(210)의 두께가 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)의 두께보다 두껍게 형성되는 경우, 태양 전지 모듈의 제조 공정 중 상대적으로 더 두꺼운 고분자층(210)이 제1, 2 전극(C141, C142) 사이의 비어 있는 공간에 삽입되도록 할 수 있어, 얼라인 공정을 보다 용이하게 할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 절연성 부재(P)의 배선 기판층(200)은 반도체 기판(110)의 후면에 위치하므로, 투명할 필요가 없으며, 불투명해도 무방하다.
이때, 배선 기판층(200)은 광반사 물질을 포함하여, 반도체 기판(110)을 투과하는 빛을 다시 반도체 기판(110) 방향으로 반사시킬 수 있다.
이때, 광반사 물질은 배선 기판층(200)의 일면에 필름 형태로 구비되거나, 배선 기판층(200) 내부에 필러(filler) 형태로 구비될 있으며, 광반사 물질의 재질은 백색 형광체 또는 TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이에 따라, 배선 기판층(200)의 반사도를 향상시켜, 반도체 기판(110)의 광흡수율을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 도 3의 (b)에서는 절연성 부재(P)에 구비되는 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 하나의 층으로 형성된 경우를 일례로 설명하였으나, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)은 복수 개의 층으로 형성될 수도 있다. 이에 대한 다양한 일례를 설명하면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 (b)에서 K 부분에 대응되는 부분의 다양한 일례를 설명하기 위한 도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 각각은 배선 기판층(200) 위에 형성되는 제1, 2 시드층(P141S, P142S)과 제1, 2 시드층(P141S, P142S) 위에 형성되는 제1, 2 금속층(P141M, P142M)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1, 2 시드층(P141S, P142S)과 제1, 2 금속층(P141M, P142M) 각각은 Cu, Au, Ag, Al 중 적어도 어느 하나의 금속 물질을 포함하여 형성될 수 있다.
이때, 제1, 2 시드층(P141S, P142S)과 제1, 2 금속층(P141M, P142M)의 두께와 밀도는 서로 달라질 수 있다.
일례로, 제1, 2 금속층(P141M, P142M)의 두께는 제1, 2 시드층(P141S, P142S)의 두께보다 클 수 있고, 제1, 2 금속층(P141M, P142M)의 밀도가 제1, 2 시드층(P141S, P142S)의 밀도보다 클 수 있다.
이와 같은 제1, 2 시드층(P141S, P142S)은 printing, dispensing, sputtering 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있으며, 제1, 2 금속층(P141M, P142M)은 printing, dispensing, sputtering, plating 방법 등에 의해 형성될 수 있다.
일례로, 제1, 2 시드층(P141S, P142S)을 printing, dispensing, sputtering 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성하고, 제1, 2 금속층(P141M, P142M)을 plating 방법으로 형성할 수 있다.
이와 같은 경우, 제1, 2 금속층(P141M, P142M)의 조밀도는 제1, 2 시드층(P141S, P142S)의 조밀도보다 클 수 있다. 따라서, 단위 부피당 제1, 2 시드층(P141S, P142S)에 포함되는 void의 부피는 단위 부피당 제1, 2 금속층(P141M, P142M)에 포함되는 void의 부피보다 클 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 각각은 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1, 2 시드층(P141S, P142S)과, 제1, 2 금속층(P141M, P142M) 이외에 제1, 2 금속층(P141M, P142M) 위에 각각 위치하는 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)을 더 구비할 수도 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)은 전도성 물질이면, 특별한 제한이 없으나, 상대적으로 낮은 온도인 130℃ ~ 250℃에서도 녹는점이 형성되는 도전성 물질이 더 바람직하고, 일례로, 솔더 페이스트(solder paste), 금속 입자를 포함하는 도전성 접착제, 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 탄소를 포함하는 전도성 입자, wire, needle 등이 이용될 수 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)은 각각의 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 각각의 제1, 2 전극(C141, C142)에 접속될 때에, 태양 전지 전극과 도전성 배선 사이의 접촉 저항을 최소화시키고, 접촉력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
아울러, 도 4b와 같이, 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)이 미리 형성된 경우, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)을 태양 전지의 제1, 2 전극(C141, C142)에 접속할 때, 제1, 2 전극(C141, C142) 위에 별도의 도전성 접착제(미도시)를 도포하기 위한 공정을 생략할 수 있어, 태양 전지 모듈의 제조 공정을 보다 용이하게 할 수 있다.
아울러, 도 4b에서는 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)이 절연성 부재(P)에 미리 구비된 경우를 일례로 설명하였지만, 이와 같은 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)이 절연성 부재(P)에 미리 구비되지 않은 경우에도 절연성 부재(P)를 반도체 기판(110)의 후면에 접속할 때에, 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 사이는 제1, 2 도전성 접착층(P141C, P142C)과 동일한 기능을 하는 도전성 접착제를 통하여 서로 전기적으로 접속될 수 있다.
이와 같이, 도 3 내지 도 4b에서 설명한 절연성 부재(P)는 앞선 도 2a 및 도 2b에서 설명한 태양 전지의 반도체 기판(110) 후면에 접속될 수 있다.
이와 같이, 절연성 부재(P)가 태양 전지의 후면에 접속되는 경우의 일례에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 도 2a 및 도 2b에 도시된 태양 전지의 후면에 도 3에 도시된 절연성 부재(P)가 접속된 일례를 도시한 것이고, 도 6a는 도 5에서 6a-6a 라인에 따른 단면 모습, 도 6b는 도 5에서 6b-6b 라인에 따른 단면 모습, 도 6c는 도 5에서 6c-6c 라인에 따른 단면 모습이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 반도체 기판(110)이 하나의 절연성 부재(P)에 중첩되어 하나의 태양 전지 개별 소자가 형성될 수 있다.
이때, 반도체 기판(110)의 후면에서 제1 전극(C141)과 제1 도전성 배선(P141)에 포함되는 복수의 제1 접속부(PC141)는 제1 방향(x)으로 서로 중첩하여 연결 및 접속될 수 있으며, 제2 전극(C142)과 제2 도전성 배선(P142)에 포함되는 복수의 제2 접속부(PC142)도 제1 방향(x)으로 서로 중첩하여 연결 및 접속될 수 있다.
이때, 도 6a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 복수의 제1 전극(C141)과 절연성 부재(P)의 전면에 형성된 복수의 제1 접속부(PC141)는 서로 중첩되며, 도전성 접착제(CA)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 복수의 제2 전극(C142)과 절연성 부재(P)의 전면에 형성된 복수의 제2 접속부(PC142)도 서로 중첩되며, 도전성 접착제(CA)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이의 서로 이격된 공간에는 고분자층(210)이 채워질 수 있고, 제1 도전성 배선(P141)과 제2 도전성 배선(P142) 사이의 이격된 공간에도 고분자층(210)이 채워질 수 있다.
따라서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)와 제1 패드부(PP141) 사이는 고분자층(210)에 의해 절연될 수 있고, 아울러, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)와 제2 패드부(PP142) 사이도 고분자층(210)에 의해 절연될 수 있다.
아울러, 이와 같은 고분자층(210)은 태양 전지의 반도체 기판(110)의 후면에 접착되어, 제1, 2 전극(C141, C142)과 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 사이의 접착력을 보다 향상시키는 역할을 할 수 있다.
이와 같은, 절연성 부재(P)가 태양 전지의 반도체 기판(110)의 후면에 접속되기 이전에, 고분자층(210)은 경화되지 않은 상태이었다가, 반도체 기판(110)의 후면에 접속되는 열처리 공정 중에 녹아 부피가 확장되면서, 제1, 2 전극(C141, C142) 사이의 빈 공간까지 채워질 수 있고, 이와 같이 채워진 상태에서 고분자층(210)이 경화될 수 있다.
그러나, 배선 기판층(200)은 고분자층(210)과 달리 미리 경화된 상태로 구비되므로, 절연성 부재(P)와 반도체 기판(110)의 후면에 접속할 때에, 제1, 2 절연성 배선(P141, P142)의 흐트러지는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 반도체 기판(110)과 중첩되는 제1 영역(PP141-S1, PP142-S1)과, 반도체 기판(110)과 중첩되지 않는 제2 영역(PP141-S2, PP142-S2)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 패드부(PP141)의 제1 영역(PP141-S1)에서는 복수의 제1 접속부(PC141)와 연결되고, 제2 영역(PP141-S2)은 인터커넥터(IC)와 연결될 수 있는 공간을 확보하기 위하여 반도체 기판(110)과 중첩되지 않고 밖으로 노출될 수 있다.
아울러, 제2 패드부(PP142)의 제1 영역(PP142-S1)에서는 복수의 제2 접속부(PC142)와 연결되고, 제2 영역(PP142-S2)은 인터커넥터(IC)와 연결될 수 있는 공간을 확보하기 위하여 반도체 기판(110)과 중첩되지 않고 밖으로 노출될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 제2 영역(PP141-S2, PP142-S2)을 구비함으로써, 인터커넥터(IC)를 보다 용이하게 연결할 수 있으며, 아울러, 인터커넥터(IC)를 태양 전지에 연결할 때에, 반도체 기판(110)에 대한 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다.
따라서, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 반도체 기판(110)과 중첩되지 않는 제2 영역(PP141-S2, PP142-S2)이 반도체 기판(110)의 밖으로 노출될 수 있고, 이와 같은 제2 영역(PP141-S2, PP142-S2)에 인터커넥터(IC)가 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제2 실시예를 설명하기 위한 도이다.
지금까지는 절연성 부재(P’)가 각각의 태양 전지 후면에 접속되고, 복수 개의 태양 전지는 절연성 부재(P’)에 구비된 도전성 배선에 별도의 인터커넥터(IC)가 도 1과 같이 접속되어 구성된 경우를 일례로 설명하였으나, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 별도의 인터커넥터(IC) 없이 절연성 부재(P’)에 구비된 도전성 배선(미도시)만으로도 직렬 연결될 수 있다.
이와 같은 경우, 태양 전지 모듈에는 도 2a 및 도 2b에서 설명한 바와 동일한 태양 전지가 적용될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
그러나, 절연성 부재(P’)의 경우, 앞서 설명한 바와 다르게, 절연성 부재(P’)의 면적이 태양 전지의 적어도 2배 이상으로 크게 형성될 수 있으며, 도전성 배선(미도시)의 패턴도 별도의 인터커넥터(IC) 없이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 직접 직렬 연결 시키므로, 앞서 설명한 바와 다르게 형성될 수 있다.
이와 같이 도 7에 적용 가능한 절연성 부재(P’)에 대해 도 8에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은 도 7에 도시된 태양 전지 모듈에 적용 가능한 절연성 부재(P’)의 일례를 설명하기 위한 도이고, 도 9는 도 2a 및 도 2b에서 설명한 태양 전지의 후면에 도 8에 도시된 절연성 부재(P’)가 접속된 일례를 설명하기 위한 도이다.
여기서, 도 8의 (a)는 본 발명에 따른 절연성 부재(P’)의 다른 일례를 설명하기 위한 도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에서 K1-K1 라인에 따른 단면을 도시한 것이다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연성 부재(P’)에서 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)은 복수 개의 와이어 형태로 구비될 수 있으며, 복수 개의 와이어 형태로 구비된 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)은 절연성 부재(P’)의 전면에 미리 형성될 수 있다.
여기서, 복수 개의 와이어 형태로 구비된 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 각각은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 태양 전지의 후면에 형성되는 제1, 2 전극(C141, C142)의 길이 방향과 교차하는 방향인, 제2 방향(y)으로 길게 배치되어 형성될 수 있다. 그러나, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 각각의 길이 방향이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 절연성 부재(P’)는 도 3과 동일하게 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 배선 기판층(200)과 고분자층(210)을 포함할 수 있다.
이때, 배선 기판층(200)의 일면에는 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 배치되며, 배선 기판층(200)의 일면 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 사이에는 고분자층(210)이 형성될 수 있다.
여기서, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)의 단면 구조는 앞선 도 4a 및 도 4b에서 설명한 바와 동일할 수 있으며, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142), 배선 기판층(200) 및 고분자층(210)의 재질은 앞선 도 3 내지 도 4b에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 구비된 절연성 부재(P’)에서 AC1 내지 AC4 각 영역 위에는 도 2a 및 도 2b에서 설명한 태양 전지가 배치될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 도 8에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)이 구비된 절연성 부재(P’) 위의 전술한 영역(AC1 내지 AC3)에 각각의 태양 전지가 순차적으로 일렬로 배열될 수 있으며, 이때, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 각각은 복수의 태양 전지를 전기적으로 서로 직렬로 연결시킬 수 있다.
구체적으로 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 중 어느 하나는 제1 태양 전지(C1)의 제1 전극(C141)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 전극(C142)을 서로 전기적으로 직렬 연결시킬 있다.
보다 구체적으로, 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 구비된 복수의 제1 전극(C141)에는 제1 도전성 배선(P141)이 접속되고, 제1 태양 전지(C1)에 구비된 복수의 제2 전극(C142)에는 제2 도전성 배선(P142)이 접속될 수 있다.
아울러, 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2) 사이의 직렬 연결을 위하여, 제1 도전성 배선(P141)은 제2 태양 전지(C2)에 구비된 복수의 제2 전극(C142)에 더 접속될 수 있다.
이때 태양 전지 각각에 포함되는 복수 개의 제1, 2 전극(C141, C142) 각각은 제1 방향(x)으로 길게 형성되며, 복수 개의 태양 전지는 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 아울러, 복수 개의 와이어 형태로 구비된 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 각각은 제2 방향(y)으로 길게 위치할 수 있다.
따라서, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)과 각 제1, 2 전극(C141, C142)은 서로 교차하여 중첩되는 부분 중에서 복수 개의 태양 전지의 직렬 연결을 위하여 필요한 부분에서 서로 접속되거나 절연될 수 있다.
이때, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142)과 각 제1, 2 전극(C141, C142) 사이의 접속은 도전성 접착제(CA)에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 도전성 접착제(CA)의 재질은 도 6a 내지 도 6c에서 전술한 바와 동일할 수 있다.
아울러, 제1, 2 도전성 배선(P141, P142) 사이 및 제1, 2 전극(C141, C142) 사이는 절연층(IL)에 의해 절연될 수 있다. 여기서, 절연층(IL)의 재질은 일례로 고분자층(210)의 재질과 동일할 수 있다.
구체적으로, 제1 도전성 배선(P141)이 제1 태양 전지(C1)의 제2 전극(C142)과 교차하는 부분은 절연성 물질의 절연층(IL)에 의해 제1 도전성 배선(P141)과 제1 태양 전지(C1)의 제2 전극(C142)이 서로 절연되고, 제2 도전성 배선(P142)이 제1 태양 전지(C1)의 제1 전극(C141)과 교차하는 부분은 절연층(IL)에 의해 제2 도전성 배선(P142)과 제1 태양 전지(C1)의 제1 전극(C141)이 서로 절연될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 복수의 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 서로 인접하여 배치되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지;
    상기 제1, 2 태양 전지의 제1, 2 전극에 각각 접속되는 복수의 도전성 배선이 일면에 구비되는 절연성 부재;를 포함하고,
    상기 복수의 도전성 배선은 상기 제1, 2 전극에 접속하는 면이 노출되도록 상기 절연성 부재의 일면에 매립된 태양 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 절연성 부재는
    일면에 상기 복수의 도전성 배선이 배치되는 배선 기판층;과
    상기 배선 기판층의 일면 중에서 각각의 상기 복수의 도전성 배선 사이에 배치되는 고분자층;을 포함하는 태양 전지 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고분자층은 상기 제1, 2 태양 전지 각각의 후면에 접촉되는 태양 전지 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 기판층과 상기 고분자층은 폴리머 계열의 물질 중에서 서로 동일하거나 서로 다른 물질을 포함하는 태양 전지 모듈.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 기판층은 PET(Polyethylene phthalate), PA(polyamide), polyimide, epoxy-glass, polyester 및 BT(bismaleimide triazine) 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 모듈.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 고분자층은 EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer) 및 poly-olefin 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 모듈.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 기판층은 불투명한 태양 전지 모듈.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 기판층은 광반사 물질을 포함하는 태양 전지 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광반사 물질은
    상기 배선 기판층의 일면에 필름 형태로 구비되거나,
    상기 배선 기판층 내부에 필러(filler) 형태로 구비되는 태양 전지 모듈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 광반사 물질의 재질은 백색 형광체 또는 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 도전성 배선은 복수 개의 와이어(wire) 형태로 구비되는 태양 전지 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 도전성 배선은
    상기 제1 태양 전지의 제1 전극을 상기 제2 태양 전지의 제2 전극과 전기적으로 연결시키는 태양 전지 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 도전성 배선과 상기 제1, 2 태양 전지의 제1, 2 전극은 도전성 접착제에 의해 서로 접속되는 태양 전지 모듈.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1, 2 태양 전지는 상기 제1, 2 태양 전지 각각의 제1, 2 전극의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배열되고,
    상기 복수의 도전성 배선의 길이 방향은 상기 제1, 2 태양 전지 각각의 제1, 2 전극의 길이 방향과 교차하는 방향으로 형성되는 태양 전지 모듈.
KR1020140032520A 2014-03-20 2014-03-20 태양 전지 모듈 KR20150109596A (ko)

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