KR20220121317A - A method of solar cell module integration with the single crystal silicon wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 실리콘웨이퍼를 사용하여 태양광모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for constructing a single crystal solar wafer module, and more particularly, to a method for manufacturing a solar module using a single crystal silicon wafer.
태양광발전은 태양광의 전자파 파동 에너지가 반도체의 PN 접합부분에서 자유전자를 발생시키고, 자유전자는 P형 단자로 이동함으로 전류가 발생하게 되는 원리를 이용한다.Solar power generation uses the principle that the electromagnetic wave energy of sunlight generates free electrons at the PN junction of the semiconductor, and the free electrons move to the P-type terminal, thereby generating a current.
단결정 실리콘은 다결정 실리콘에 비해 자유전자가 P형 단자로 이동하면서 생기는 재결합(Recombination)현상에서 다결정 실리콘보다 유리하다. 본 발명은 단결정실리콘으로 만드는 태양광 모듈에 관한 기술이다.Compared to polycrystalline silicon, single crystal silicon is more advantageous than polycrystalline silicon in the recombination phenomenon that occurs when free electrons move to the P-type terminal. The present invention relates to a photovoltaic module made of single crystal silicon.
단결정 실리콘은 제조 방법이 용융된 다결정 실리콘을 회전시키면서 상방으로 올리기 때문에 원형 봉 형태로 만들어진다. Single crystal silicon is made into a circular rod shape because the manufacturing method rotates the molten polycrystalline silicon and raises it upward.
원형 형태는 직사각형 태양광 모듈 생산에 비효율적이기 때문에 유효면적 손실을 최소화 하는 기술이 필요하다. Since the circular shape is inefficient for the production of rectangular solar modules, a technology that minimizes the effective area loss is required.
그러나 이와 같은 종래기술은, 정방형 혹은 준정방형 형태로 분리하는데 손실이 발생함으로, 이를 방지하기 위하여 실리콘 웨이퍼의 형태를 바꾸고 분리조립 한다. 즉 원형 형태를 다수의 현과 다수의 호로 구분하고, 호는 아치 부분으로 남기고, 현은 직선으로 컷 팅( Cutting) 한다. 웨이퍼 셀 부분은 서로 인접하는 상호 두 개의 평탄면을 서로 마주 보고 조립한다. 웨이퍼 이용률이 낮거나, 모듈 조립 시 웨이퍼를 엇대어 조립하는 공정상 셀 정렬 면에서 불리하다. However, in this prior art, a loss occurs in separating into a square or quasi-square shape, and in order to prevent this, the shape of the silicon wafer is changed and assembled separately. That is, the circular shape is divided into multiple strings and multiple arcs, the arc is left as an arch, and the string is cut in a straight line. The wafer cell part is assembled with two mutually adjacent flat surfaces facing each other. Wafer utilization is low, or it is disadvantageous in terms of cell alignment in the process of assembling the wafers side by side during module assembly.
혹은 아치 부분 없이 다수의 현으로 컷 팅(Cutting)하여 모듈을 조립하는데, 셀 이용률이 양호하나, 레이저의 고열 발생으로 첨단부분에 강도 저하 및 활성 영역에 광전 자유전자 발생을 제한 할 수 있다. Alternatively, the module is assembled by cutting with a number of strings without an arch. The cell utilization rate is good, but the high heat generation of the laser lowers the strength at the tip and restricts the generation of photoelectric free electrons in the active area.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 있어, 원형 봉으로 되어 있는 것을 12각 각주로 절삭 연마하여, 웨이퍼 유효면적 이용률이 개선된 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, in a method of manufacturing a silicon wafer, a method of constructing a single crystal solar wafer module with improved wafer effective area utilization rate by cutting and polishing a circular rod into a dodecagonal prism. There is a purpose.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법은, 단결정 실리콘웨이퍼를 사용하여 태양광모듈을 제조하는 방법에 있어서, 단결정 실리콘 잉곳의 형상을 12각 각형으로 형성하는 단계; 상기 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이스하여 그 웨이퍼의 12개의 변이 8개의 접면용 선분과 4개의 보호용 선분을 갖도록 형성하는 단계를 포함하되, 상기의 구성에서 연속하는 2개의 접면용 선분(10-a)과 1개의 보호용 선분(10-b)을 합한 중심각이 90도 이며, 접면용 선분(10-a)과 보호용 선분(10-b)이 이루는 내각이 157.5도를 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method for constructing a single crystal solar wafer module according to the present invention comprises the steps of: forming a single crystal silicon ingot into a dodecagonal shape in a method for manufacturing a solar module using a single crystal silicon wafer; and slicing the single crystal silicon ingot to form 12 sides of the wafer to have 8 tangential line segments and 4 protective line segments, wherein two continuous tangential line segments 10-a and 1 It is characterized in that the sum of the central angle of the protection line segments 10-b is 90 degrees, and the interior angle between the tangential line segment 10-a and the protection line segment 10-b is 157.5 degrees.
상기 단결정 실리콘 웨이퍼에서 중앙의 6각형의 1개의 주기판과 양측의 각각 2개의 보조 기판으로 분리하고, 기본 셀의 접면용 선분에 마주대어 접속할 수 있다.The single-crystal silicon wafer may be separated into one central hexagonal main substrate and two auxiliary substrates on both sides, and may be connected to each other by facing the line segments for the contact surface of the primary cell.
상기 주기판과 보조 기판의 그리드 장축 방향이 서로 90도의 각도가 되도록, 상기 주기판의 금속선 연결 후 상기 보조 기판의 그리드와 버스 바를 추가로 설치할 수 있다.The grid and bus bars of the auxiliary substrate may be additionally installed after connecting the metal lines of the main substrate so that the grid major axis directions of the main substrate and the auxiliary substrate are at an angle of 90 degrees to each other.
상기 기본 셀의 접면용 선분에 마주대어 접속하며 생기는 가장자리 공간을 메우기 위하여, 상기 보조 기판을 반 분리 보조 기판으로 분리하여 조립할 수 있다. 또한, 분리된 상기 주기판, 상기 보조 기판 및 상기 반 분리 보조 기판을 조립하고, 상기 주기판과 보조 기판 간에 공유 버스 바를 배치하여, 직렬 저항손이 감소하게 할 수 있다.In order to fill an edge space generated by facing and connecting to the line segment for the contact surface of the basic cell, the auxiliary substrate may be separated and assembled into a semi-separated auxiliary substrate. In addition, by assembling the separated main substrate, the auxiliary substrate, and the semi-separated auxiliary substrate, and disposing a shared bus bar between the main substrate and the auxiliary substrate, the series resistance loss can be reduced.
상기 구성된 실리콘 기판들을 전기적으로 연결하기 위하여, 각 기판의 연결 틈새 부분에 1개 이상의 병렬전극, 1개 이상의 직렬전극으로 연결할 수 있다.In order to electrically connect the configured silicon substrates, one or more parallel electrodes and one or more series electrodes may be connected to a connection gap between the respective substrates.
상기 주기판은 종횡비가 최대 1.424이고, 가로가 세로보다 긴 형태는 버스 바가 직류전류를 인버터에 보내는 전류통로가 감소하여 모듈에 발생하는 전압강하를 최소화 할 수 있다.The main board has an aspect ratio of up to 1.424, and in the case where the width is longer than the length, the current path through which the bus bar transmits the DC current to the inverter is reduced, thereby minimizing the voltage drop occurring in the module.
또한, 양면 태양광 모듈 혹은 기타 목적으로 사용하는 태양광 모듈로서, 어느 일면에 청구항 4의 방법으로 만든 보조 기판 또는 반 분리 보조 기판을 사용하고, 인버터를 연결할 수 있다.In addition, as a double-sided photovoltaic module or a photovoltaic module used for other purposes, an auxiliary board or a semi-separated auxiliary board made by the method of
또한, 건축물 지붕이나 혹은 기타 구조물 면에 설치하는 태양광 모듈로서, 그 건축 모양에 적합하게 삼각형 혹은 평행 사변형 모듈 형태로 구성하는데 있어, 청구항 4의 반 분리 보조 기판을 포함할 수 있다.In addition, as a photovoltaic module installed on the roof or other structure surface of a building, the semi-separation auxiliary substrate of
또한, 태양광 발전 목적으로 사용하는 태양광 모듈에 있어, 어느 일면에 청구항 4의 방법으로 만든 주기판과 보조 기판 혹은 반 분리 보조 기판을 사용하여, 가로 6개 세로 12개를 포함하는 총 72개의 태양광 셀을 조립하고 그 둘레에 알루미늄 테두리로 마감할 수 있다.In addition, in the photovoltaic module used for the purpose of photovoltaic power generation, a total of 72 solar cells including 6 horizontal and 12 vertical using the main board and auxiliary board or semi-separated auxiliary board made by the method of
본 발명의 기타 특징 및 더욱 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other features and more specific details of the invention are incorporated into the detailed description and drawings.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법에 의하면, 종래에 사용 용도를 얻기 어려웠던 부분을 사용하여 웨이퍼 유효면적 이용률이 개선된다. 즉, 종래 방식으로는 원형 단결정 실리콘 웨이퍼 사용에 있어, 주변 아치형 조각을 잘라 버리고, 중앙에 있는 정 사각형 혹은 준 정 사각형 부분만으로, 태양광 모듈을 구성하여 사용하였다. According to the method for constructing a single crystal solar wafer module according to the present invention configured as described above, the effective area of the wafer is improved by using a portion that has been difficult to obtain in the prior art. That is, in the conventional method, when using a circular single crystal silicon wafer, the peripheral arcuate piece was cut out, and a solar module was constructed and used only with a regular square or semi-regular portion in the center.
예로서, 유효 가용 면적이 준 정사각형 경우 진성 원형 웨이퍼의 면적당 69.3%의 이용률에 불과한데, 본 발명에 의하여 89.1%로 향상되는 효과가 있다. For example, when the effective usable area is quasi-square, the utilization rate per area of the intrinsic circular wafer is only 69.3%, but the present invention has an effect of improving to 89.1%.
본 발명은 단결정 실리콘 웨이퍼의 모듈 제조 시 버리는 부분을 최소화 하여 이용률이 높은 태양광 모듈로 만든다. 이 방법으로 발전되는 태양광 모듈은 발전전력 킬로와트 당 모듈 재료비 단가를 낮추는 효과도 있다. The present invention makes a solar module with a high utilization rate by minimizing the discarded part during module manufacturing of a single crystal silicon wafer. Solar modules generated in this way also have the effect of lowering the module material cost per kilowatt of power generation.
예로서, 모듈 발전부의 공간이 알루미늄 프레임을 제외한 모듈 부분이 100퍼센트 활용되어 면적당 전력생산량(kWH/m2 )이 향상되는 효과도 있다.For example, 100% of the space of the module power generation unit is utilized 100% of the module part except for the aluminum frame, which has the effect of improving the power production per area (kWH/m 2 ).
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법의 일실시예에 따른 원통형 단결정 잉곳(Ingot)의 절삭 연마 공정을 거쳐 8개의 현과 4개의 호를 포함하는 총 12개의 테두리를 갖는 단결정 실리콘 잉곳과 이로 부터 분리된 웨이퍼를 보여주는 모식도이다.
도 2는 상기 도 1의 잉곳을 가지고 제조한 실리콘 웨이퍼의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 단결정 웨이퍼를 태양광발전모듈로 만들기 위하여, 12각형 웨이퍼를 절단하여 얻어지는 1매의 주기판과 2매의 보조 기판의 분리과정을 나타내는 평면 모식도이다.
도 4는 상기 도 2에 제시된 단결정 웨이퍼와 분리 후의 주기판과 보조 기판을 하나의 셀로 만든 조립 형태를 보여주는 모식도이다.
도 5는 단결정웨이퍼를 절단하여 얻어지는 2매의 주기판과 2매의 보조 기판으로 조립된 모듈을 보여주는 모식도이다.
도 6은 배열된 기판들의 전기적 연결 후, 형성된 직렬 병렬 구조의 일예를 보여주는 평면모식도이다.
도 7은 72개의 태양광 셀이 배열되고 알루미늄 모듈 테두리로 둘레가 고정된 후, 형성된 병렬 구조의 일예를 보여주는 평면모식도이다.
도 8은 보조 셀 24매와 반 분리 보조 셀 16매로 배열한 태양광 모듈의 다른 실시예를 나타낸 평면 모식도이다.
도 9는 건축물 지붕 위 모서리형상을 만들기 위하여 보조 셀 6매와 반 분리 보조 셀 4매로 배열한 태양광 모듈의 일예를 나타낸 평면 모식도이다.
도 10은 모듈구성의 또 다른 실시예를 통하여, 기본 셀의 형상에서 종횡비(Aspect-ratio)를 보여주는 모식도이다.
도 11은 보호용 선분(10-b)과 웨이퍼 캐리어(20)의 상대적 위치를 보여주는 모식도이다.1 is a single crystal silicon ingot having a total of 12 edges including 8 strings and 4 arcs through a cutting and polishing process of a cylindrical single crystal ingot according to an embodiment of the method for constructing a single crystal solar wafer module of the present invention; It is a schematic diagram showing a wafer separated from this.
FIG. 2 is a plan view of a silicon wafer manufactured using the ingot of FIG. 1 .
3 is a schematic plan view showing the separation process of one main substrate and two auxiliary substrates obtained by cutting a dodecagonal wafer in order to make the single crystal wafer of the present invention into a photovoltaic module.
4 is a schematic diagram showing an assembly form in which the single crystal wafer shown in FIG. 2 and the main substrate and the auxiliary substrate after separation are made into one cell.
5 is a schematic diagram showing a module assembled with two main substrates and two auxiliary substrates obtained by cutting a single crystal wafer.
6 is a schematic plan view showing an example of a series-parallel structure formed after electrical connection of the arranged substrates.
7 is a schematic plan view showing an example of a parallel structure formed after 72 solar cells are arranged and the circumference is fixed with an aluminum module rim.
8 is a schematic plan view showing another embodiment of a solar module arranged with 24 auxiliary cells and 16 semi-separated auxiliary cells.
9 is a schematic plan view showing an example of a solar module arranged with 6 auxiliary cells and 4 semi-separated auxiliary cells to make a corner shape on the roof of a building.
10 is a schematic diagram showing the aspect ratio (Aspect-ratio) in the shape of a basic cell through another embodiment of the module configuration.
11 is a schematic diagram showing the relative positions of the protective line segment 10-b and the
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함하는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 “가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 이동, 구성요소, 부품 또는 이들을 조함한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 이동, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, movement, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, movements, elements, parts, or combinations thereof does not preclude in advance the possibility of addition.
이하에, 적절하게 도 1 내지 도 10을 참조하면서 단결정 12각형 잉곳 단면 프로파일 설계, 웨이퍼 칩 분리 및 조립 방법, 모듈의 배선연결 방법 등의 특징을 설명한다.Hereinafter, features such as a single crystal dodecagonal ingot cross-sectional profile design, a wafer chip separation and assembly method, and a wiring connection method of a module will be described with reference to FIGS. 1 to 10 as appropriate.
본 발명에 따른 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법은, 단결정 실리콘웨이퍼를 사용하여 태양광모듈을 제조하는 방법에 있어서, 단결정 실리콘 잉곳(SI)의 형상을 12각 각형으로 형성하는 단계; 상기 단결정 실리콘 잉곳(SI)을 150 내지 300 마이크론 두께로 슬라이스(slice)하여 그 웨이퍼(10)의 12개의 현이 8개의 접면용 선분(10-a)과 4개의 보호용 선분(10-b)을 갖도록 형성하는 단계를 포함하되, 상기의 구성에서 연속하는 2개의 접면용 선분(10-a)과 1개의 보호용 선분(10-b)을 합한 중심각이 90도 이며, 접면용 선분(10-a)과 보호용 선분(10-b)이 이루는 내각이 157.5도를 이루도록 한다.A method for constructing a single crystal solar wafer module according to the present invention, a method for manufacturing a solar module using a single crystal silicon wafer, comprising: forming a shape of a single crystal silicon ingot (SI) in a dodecagonal shape; The single crystal silicon ingot SI is sliced to a thickness of 150 to 300 microns so that 12 chords of the
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 설계 및 공정에 있어, 원형 봉으로 되어 있는 것을 12각 각주로 절삭 연마하여, 그 웨이퍼 형태가 도 2에 예시된 바와 같이, 8 개의 접면용 선분과 4개의 보호용 선분을 갖게 한다. In the present invention, in the design and process of a silicon wafer, a circular rod is cut and polished into a dodecagonal prism, and as the wafer shape is illustrated in FIG. 2, 8 line segments for contact and 4 line segments for protection to have
본 발명은, 실리콘 웨이퍼의 형태를 상기 방법, 즉 12각 각주로부터 스라이싱(Slicing)하여 만드는 것에 한정하지 않는다. 즉 원형 웨이퍼로 부터 태양광웨이퍼 훼부리케이션(Wafer Fabrication) 후에 다이아몬드소우방식(Diamond Saw) 혹은 유체 냉각식 레이저 컷(Laser Cut) 등의 방식으로 분리하여 12각형을 만들어도 무방하다.The present invention is not limited to making the shape of the silicon wafer by the above method, that is, by slicing from the dodecagonal prisms. That is, it is okay to make a dodecagon by separating from a circular wafer by a method such as a diamond saw method or a fluid-cooled laser cut after solar wafer fabrication (Wafer Fabrication).
본 발명의 12각형 형태의 웨이퍼는 직12각 형태로 인접한 2개의 접면용 선분(중심각=45-a 도)과 양쪽의 반 분리 보호형 선분(중심각=a도)이 좌.우.상.하로 배치된 형태이다.In the dodecagonal wafer of the present invention, two tangential line segments (central angle = 45-a degree) adjacent to each other in a right dodecagonal shape and half-separation protection type line segments on both sides (central angle = a degree) are left, right, up and down. placed form.
따라서 원은 360도 임으로, 인접된 두 개의 접면용 선분과 양쪽으로 반 분리된 한 개의 보호용 선분의 합(중심각=2*a 도)은 그 중심각의 합이 90도가 된다.Therefore, since a circle is 360 degrees, the sum of two adjacent tangent line segments and one protective line segment split in half on both sides (central angle = 2*a degree) is 90 degrees.
본 발명에서 반 분리 보호용 선분의 중심각(a도)은 3도에서 6도로 설정하여 기술하지만 그 범위를 한정하지 않는다. In the present invention, the central angle (a degree) of the line segment for anti-separation protection is described by setting it from 3 degrees to 6 degrees, but the range is not limited.
이후 실리콘의 표면에 나노 돌기를 형성하여 광 반응성이 우수한 실리콘 표면을 형성하는 텍스추어 표면화 작업이 수행된다. 이 작업에서 생성된 돌기(Random Pyramid)는 특정한 방향성을 갖지 않는다.Thereafter, a texture surface treatment is performed to form a silicon surface with excellent light reactivity by forming nano-protrusions on the surface of the silicon. The protrusions (Random Pyramid) generated in this work do not have a specific directionality.
본 발명은 태양광 웨이퍼 제조공정에 쓰이는 접점 마스크(Contact Mask), 혹은 실크스크린 마스크는 도-6에 도시되어 있는 설계 패턴을 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the design pattern shown in FIG. 6 is used for a contact mask or silk screen mask used in a solar wafer manufacturing process.
상기 단결정 실리콘 웨이퍼(10)에서 중앙의 6각형의 1개의 주기판(11)과 양측의 각각 2개의 보조 기판(12)으로 분리하고, 기본 셀의 접면용 선분에 마주대어 접속한다.The single-
상기 주기판(11)과 보조 기판(12)의 그리드 장축 방향이 서로 90도의 각도가 되도록, 상기 주기판(11)의 금속선 연결 후 상기 보조 기판(12)의 그리드(13)와 버스 바(14)를 추가로 설치한다.After connecting the metal wires of the
따라서 주기판과 보조기판에 생성되는 그리드는 장축 방향이 서로 90도의 각도를 갖고 버스 바도 동일하게 90도 방향이 다르다.Accordingly, the grids generated on the main substrate and the auxiliary substrate have an angle of 90 degrees to each other in the major axis directions, and the direction of the bus bars is also different from each other by 90 degrees.
본 발명은 웨이퍼 프로세스 공정으로, 주기판과 보조 기판의 그리드 장축 방향이 서로 90도의 각도가 되도록, 주기판의 금속선 연결 후 보조 기판의 그리드와 부스 바를 추가로 설치하는 것을 특징으로 한다. The present invention is a wafer process process, wherein the grid and busbars of the auxiliary substrate are additionally installed after connecting the metal wires of the main substrate so that the grid major axes of the main substrate and the auxiliary substrate are at an angle of 90 degrees to each other.
본 발명은, 예시된 단결정 실리콘 웨이퍼에서 1개의 기본 기판과 2개의 보조 기판을 분리하고, 이것을 도4에 예시된 바와 같이 주기판의 접면용 선분에 마주대어 접속하는 것 을 태양광 모듈 제조공정의 특징으로 한다.In the present invention, one basic substrate and two auxiliary substrates are separated from the illustrated single crystal silicon wafer, and these are connected face to face with a line segment for a contact surface of the main substrate as illustrated in FIG. 4, which is a feature of the solar module manufacturing process do it with
상기 기본 셀의 접면용 선분에 마주대어 접속하며 생기는 가장자리 공간을 메우기 위하여, 상기 보조 기판(12)을 반 분리 보조 기판(12-a)으로 분리하여 조립한다. 분리된 상기 주기판(11), 상기 보조 기판(12) 및 상기 반 분리 보조 기판(12-a)을 조립하고, 상기 주기판(11)과 보조 기판(12) 간에 공유 버스 바(14-a)를 배치하여, 직렬 저항손이 감소하게 한다.In order to fill an edge space generated by facing the line segments for the contact surface of the basic cell, the
상기 구성된 실리콘 기판(11)(12)(12-a)들을 전기적으로 연결하기 위하여, 각 기판의 연결 틈새 부분에 1개 이상의 병렬전극(15), 1개 이상의 직렬전극(16)으로 연결한다.In order to electrically connect the
상기 주기판(11)은 종횡비(Aspect ratio=가로/세로 )가 최대 1.424이고, 가로가 세로보다 긴 형태는 버스 바(14)가 직류전류를 인버터(19)에 보내는 전류통로의 거리가 감소하게 되어 모듈에 발생하는 전압강하를 최소화 할 수 있다.The
양면 태양광 모듈 혹은 기타 목적으로 사용하는 태양광 모듈로서, 어느 일면에 청구항 4의 방법으로 만든 보조 기판(12) 또는 반 분리 보조 기판(12-a)을 사용하고, 인버터(19)를 연결한다.As a double-sided photovoltaic module or a photovoltaic module used for other purposes, the
건축물 지붕이나 혹은 기타 구조물 면에 설치하는 태양광 모듈로서, 그 건축 모양에 적합하게 삼각형 혹은 평행 사변형 모듈 형태로 구성하는데 있어, 청구항 4의 반 분리 보조 기판(12-a)을 포함한다.As a photovoltaic module installed on the roof of a building or other structure surface, it includes the semi-separation auxiliary substrate 12-a of
태양광 발전 목적으로 사용하는 태양광 모듈에 있어, 어느 일면에 청구항 4의 방법으로 만든 주기판(11)과 보조 기판(12) 혹은 반 분리 보조 기판(12-a)을 사용하여, 가로 6개 세로 12개를 포함하는 총 72개의 태양광 셀을 조립하고 그 둘레에 알루미늄 테두리(18)로 마감한다.In the photovoltaic module used for the purpose of photovoltaic power generation, using the
더욱 상세하게는, 웨이퍼 공정의 효율을 위하여 태양광 웨이퍼는 단결정 성장과정에서 보론(Br)을 불순물로 도핑(Doping)한다. 조칼로스키(Czochralsky) 단결정 제조 방법은 용융된 실리콘에서 결정을 회전하며 인상(Pull)된 잉곳의 표면이 매끄럽지 못하여, 진 원형으로 연마한다. More specifically, for the efficiency of the wafer process, the solar wafer is doped with boron (Br) as an impurity during a single crystal growth process. The Czochralsky single crystal manufacturing method rotates the crystal in molten silicon and the surface of the pulled ingot is not smooth, so it is polished in a true circle.
셀 접면용 테두리는 그라인딩과 폴리싱(Polishing)으로 잉곳 표면으로 부터 시작하여 접면용 플랫 존(Flat zone)까지 이르는 깊이 까지 도달 하도록 하며 셀 보호용 선분(10-b)은 접면용 플랫 존 작업 후 동일한 방법으로 한다. 잉곳 횡 방향으로 회전하며, 총 8개의 접면용 선분(10-a)과 4개의 보호용 선분(10-b)이 만들어 질 때까지 계속한다. The cell interface edge is made by grinding and polishing to reach the depth from the ingot surface to the flat zone for the contact surface. do it with The ingot rotates in the transverse direction, and continues until a total of 8 tangential line segments (10-a) and 4 protective segments (10-b) are made.
도 1에 예시한 바와 같이 단결정 잉곳(SI)은 와이어 컷(Wire cut)으로 슬라이싱(Slicing)되어 두께가 100 마이크론 내지 300마이크론, 직경이 150mm 내지 300mm 되는 웨이퍼(10) 형태로 기판이 되며, 절단공정에서 발생한 손상된 표면을 제거하기 위하여 화학에칭처리공정을 거친다.As illustrated in FIG. 1 , the single crystal ingot (SI) is sliced by wire cut (Wire cut) to become a substrate in the form of a
다음으로 표면 반사에 의한 에너지 손실의 감소나, 반사에 대비한 태양광 발전용 셀의 내부에 효율적으로 광을 가두기 위하여, 광이 입사하는 실리콘 위 표면을 화학에칭 한다. 이 때 발생하는 돌기(Random Pyramid)는 방향성을 가지지 않는다.Next, in order to reduce energy loss due to surface reflection or to efficiently trap light in the photovoltaic cell in preparation for reflection, the surface on the silicon where light is incident is chemically etched. The protrusions (Random Pyramid) generated at this time have no directionality.
본 발명에 사용하는 태양전지 셀은, 내부에 부성/양성 불순물(P/N) 접합 혹은 전극연결 등을 포함하는 광전변환부로 이루어지는 반도체이다.The solar cell used in the present invention is a semiconductor composed of a photoelectric conversion unit including a negative/positive impurity (P/N) junction or electrode connection therein.
상기 기술된 단결정웨이퍼 중 p형 도전형의 경우임으로, 웨이퍼(10)의 표면 측에 n형 불순물의 확산 층을 형성함으로써, p-n 접합부를 형성한다. 웨이퍼(10)의 상부 표면에 인(P)을 확산시킴으로 형성한다. In the case of the p-type conductivity type among the single crystal wafers described above, a p-n junction is formed by forming a diffusion layer of n-type impurity on the surface side of the
또한 p-n접합부가 형성된 웨이퍼(10)는 표면에 광의 반사에 의한 광 에너지의 손실을 줄이기 위한 반사방지막을 형성한 후에 , 표면 및 그 이 면에 웨이퍼와 직접 접합한 전극을 형성한다. In addition, the
표면의 핑거는, 반사방지막을 개구, 또는 관통시킨 후, 웨이퍼에 직접 접촉시켜 전극을 형성하고 태양광 발전용 셀이 된다.After opening or penetrating the antireflection film, the finger on the surface directly contacts the wafer to form an electrode and becomes a cell for photovoltaic power generation.
다른 방법으로는, 표면에 핑거와 버스 바(14)를 스크린인쇄에 의해 형성하면, 12각형 형상을 유지한 태양전지 셀(10)이 된다.Alternatively, if the fingers and the
반사 방지막은 실리콘과 굴절율이 상이한 투명 재료로 구성되고 예를 들어 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 이산화티탄막이 사용된다.The antireflection film is made of a transparent material having a refractive index different from that of silicon, and, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a titanium dioxide film is used.
표면(수광면) 측의 전극은 p-n접합부에 대한 광의 입사효율을 높이기 위해, 예를 들어 가는 핑거 전극(셀 연결 병렬 및 직렬 전극: 15, 16)으로 되고 추가로 다수의 핑거 전극에서 모인 전력의 집전과 배부 저항 증가문제 때문에 적당한 간격으로 굵은 직선 상태의 버스 바(14) 전극이 형성된다. The electrode on the surface (light-receiving surface) side becomes, for example, a thin finger electrode (cell-connected parallel and series electrodes: 15, 16) in order to increase the incident efficiency of light to the p-n junction, Due to the problem of increasing the current collecting and distributing resistance, the
본 발명의 태양광 셀은 도 6에 예시된 바와 같이 가로된 접속 면에 평행한 핑거 전극(15, 16) 및 이에 직교하는 1개 이상의 버스 바(14)를 갖는다. 버스 바(14) 및 핑거(15, 16)는 인쇄 또는 증착에 의해 형성할 수 있고, 은 페이스트 등을 스크린프린팅에 의하여 형성하는 것이 간편하다.The photovoltaic cell of the present invention has
본 발명은 웨이퍼 프로세스 공정으로, 주기판과 보조 기판의 그리드 장축 방향이 서로 90도의 각도가 되도록, 주기판의 금속선 연결 후에 그리드(13)와 버스 바(14)를 추가로 설치하는 특징이 있다.The present invention is a wafer process process, wherein the
전항을 수행함으로 주기판(11), 보조 기판(12) 및 반 분리 보조 기판(12-a)을 조립할 경우, 도-6에 예시된 바와 같이, 주기판(11)과 보조 기판(12) 간에 공유 버스 바(14-a)를 배치할 수 있어, 직렬 저항손이 감소하게 하는 결과를 가져올 수 있다.When assembling the
이면에 형성되는 메탈 전극(음극)은 웨이퍼 뒷면 면적을 선택적으로 메우는 것으로 한다. The metal electrode (cathode) formed on the back surface is supposed to selectively fill the wafer back surface area.
도 10에 예시된 바와 같이 기본 셀은 종횡비(Aspect ratio=가로/세로 )가 최대 1.424이고 좌우에 2개씩 접면용 테두리가 있는 직6각형 형태로 모듈 구조 조립 시에 가장 효과적인 공간 절약을 가능하게 한다. As illustrated in FIG. 10 , the basic cell has an aspect ratio (Aspect ratio=width/length) of up to 1.424 and a right-angled hexagonal shape with two borders on the left and right for the most effective space saving when assembling the module structure. .
직류 진행방향으로 보아 가로가 세로보다 긴 형태는 버스 바가 직류전류를 인버터에 보내는 전류통로 성분이 됨으로 모듈에 발생하는 전압강하를 최소화 할 수 있다. When viewed in the direction of direct current, if the width is longer than the length, the bus bar becomes a component of the current path that sends the direct current to the inverter, thereby minimizing the voltage drop occurring in the module.
모듈 제조공정의 시작은, 전면의 보호용의 유리 및 충진 제 상에 셀을 배열하고 배선하는 공정이다. 옥외 발전용의 모듈에는, 기계적 강도나 내습성 이 요구되기 때문에 전면 보호용 유리로서는, 광 투과율이 높고 대 충격강도가 우수한 재료가 바람직하게 사용되고, 구체적으로는, 강화유리를 예시 할 수 있다. The beginning of the module manufacturing process is the process of arranging and wiring the cells on the protective glass and filler on the front side. Since a module for outdoor power generation requires mechanical strength and moisture resistance, a material having high light transmittance and excellent anti-impact strength is preferably used as the glass for front protection. Specifically, tempered glass can be exemplified.
다음은, 태양광 발전용 셀을 배열하는 공정이다. 셀끼리 겹치지 않는 형태로, 또한 충전율을 높이는 간격으로 배치한다. 다음은 , 각 태양광 발전용 셀을 금속배선(탭선: Tab Wire)에 의하여 전기적으로 병렬 혹은 직렬로 접속한다. The following is a process of arranging cells for solar power generation. The cells are arranged so that they do not overlap each other and at intervals to increase the filling rate. Next, each photovoltaic cell is electrically connected in parallel or in series with a metal wire (tab wire).
도 6에서 예시한 것과 같이 땜납 된 구리판을 사용하여 셀 간의 금속 배선을 한다.As illustrated in FIG. 6 , metal wiring between cells is made using soldered copper plates.
다음 공정에서는 , 태양광 발전용 셀의 이면에 보호용 시트를 붙인다. 이 면 보호시트에는 내식성이 강한 불소 수지가 사용된다.In the next step, a protective sheet is attached to the back surface of the photovoltaic cell. A fluororesin with strong corrosion resistance is used for this surface protection sheet.
태양광 모듈은 기계적 강도의 향상 및 부착을 위하여 모듈 주변에 프레임을 끼운다. 프레임으로서는 금속 프레임이 바람직하고, 단면 형상의 경량인 알루미늄을 사용한다.A photovoltaic module is framed around the module to improve mechanical strength and attach it. As the frame, a metal frame is preferable, and lightweight aluminum having a cross-sectional shape is used.
본 발명의 태양광 모듈은 , 복수의 셀 횡 및 이것과 직교하는 복수의 셀 열을 구성 하도록 병렬형상으로 배치 한 것이다.The photovoltaic module of the present invention is arranged in parallel to form a plurality of cell rows and a plurality of cell rows orthogonal thereto.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것으로, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 본 발명의 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.The embodiments of the present invention described in this specification and the configurations shown in the drawings relate to preferred embodiments of the present invention, and do not encompass all the technical ideas of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of filing It should be understood that there may be variations and variations. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims, anyone with ordinary skill in the art to which the invention pertains can make various modifications, as well as , such changes shall be within the scope of the claims of the present invention.
SI : 단결정 실리콘 잉곳
A : 태양광 셀 세로 폭
B : 태양광 셀 가로 폭
a : 보호용 선분 원주각의 1/2
10 : 웨이퍼
10-a : 접면용 선분
10-b : 보호용 선분
11 : 주기판
11-a : 반 분리 주기판
12 : 보조 기판
12-a : 반 분리 보조 기판
13 : 그리드
13-a : 그리드 장축방향
14 : 버스 바
14-a : 공유 버스 바
15 : 셀 연결 병렬전극
16 : 셀 연결 직렬전극
18 : 알루미늄 모듈 테두리
19 : 망 연계 형 인버터
20 : 웨이퍼 캐리어SI: single crystal silicon ingot
A: solar cell vertical width
B: solar cell width
a : 1/2 of the circumferential angle of the line segment for protection
10: wafer
10-a : Line segment for tangent
10-b : protective line segment
11: main board
11-a: half-separated main board
12: auxiliary board
12-a: semi-separation auxiliary substrate
13 : grid
13-a: grid long axis direction
14 : bus bar
14-a: Shared Bus Bar
15: cell connection parallel electrode
16: cell connection series electrode
18: aluminum module border
19: network-linked inverter
20: wafer carrier
Claims (10)
단결정 실리콘 잉곳(SI)의 형상을 12각 각형으로 형성하는 단계;
상기 단결정 실리콘 잉곳(SI)을 슬라이스(slice)하여 그 웨이퍼(10)의 12개변이 8개의 접면용 선분(10-a)과 4개의 보호용 선분(10-b)을 갖도록 형성하는 단계를 포함하되,
상기 연속하는 2개의 접면용 선분(10-a)과 1개의 보호용 선분(10-b)을 합한 중심각이 90도 이며, 접면용 선분(10-a)과 보호용 선분(10-b)이 이루는 내각이 157.5도를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
In the method for manufacturing a solar module using a single crystal silicon wafer,
forming a single crystal silicon ingot (SI) into a dodecagonal shape;
A step of slicing the single crystal silicon ingot (SI) to form 12 sides of the wafer 10 to have 8 tangential line segments (10-a) and 4 protective line segments (10-b). ,
The central angle of the sum of the two continuous tangential line segments 10-a and one protective line segment 10-b is 90 degrees, and the inner angle formed by the tangential line segment 10-a and the protective line segment 10-b Single crystal solar wafer module construction method, characterized in that to achieve this 157.5 degrees.
상기 단결정 실리콘 웨이퍼(10)에서 중앙의 6각형의 1개의 주기판(11)과 양측의 각각 2개의 보조 기판(12)으로 분리하고, 기본 셀의 접면용 선분에 마주대어 접속하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
The method according to claim 1,
Single crystal characterized in that the single crystal silicon wafer (10) is separated into a central hexagonal main substrate (11) and two auxiliary substrates (12) on both sides, and is connected to a line segment for a contact surface of a basic cell face to face How to construct a solar wafer module.
상기 주기판(11)과 보조 기판(12)의 그리드 장축 방향이 서로 90도의 각도가 되도록, 상기 주기판(11)의 금속선 연결 후 상기 보조 기판(12)의 그리드(13)와 버스 바(14)를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
3. The method according to claim 2,
After connecting the metal wires of the main substrate 11, the grid 13 and the bus bar 14 of the auxiliary substrate 12 are connected so that the long axis directions of the grids of the main substrate 11 and the auxiliary substrate 12 are at an angle of 90 degrees to each other. A method of constructing a single crystal solar wafer module, characterized in that it is additionally installed.
상기 기본 셀의 접면용 선분에 마주대어 접속하며 생기는 가장자리 공간을 메우기 위하여, 상기 보조 기판(12)을 반 분리 보조 기판(12-a)으로 분리하여 조립하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
3. The method according to claim 2,
Single-crystal solar wafer module configuration, characterized in that the auxiliary substrate 12 is separated and assembled into a semi-separated auxiliary substrate 12-a in order to fill the edge space generated by facing the line segment for the contact surface of the basic cell Way.
분리된 상기 주기판(11), 상기 보조 기판(12) 및 상기 반 분리 보조 기판(12-a)을 조립하고, 상기 주기판(11)과 보조 기판(12) 간에 공유 버스 바(14-a)를 배치하여, 직렬 접촉 저항손이 감소하게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
5. The method according to claim 4,
The separated main substrate 11, the auxiliary substrate 12, and the semi-separated auxiliary substrate 12-a are assembled, and a shared bus bar 14-a is formed between the main substrate 11 and the auxiliary substrate 12. A method of constructing a single crystal solar wafer module, characterized in that by disposing, the series contact resistance loss is reduced.
상기 구성된 실리콘 기판(11)(12)(12-a)들을 전기적으로 연결하기 위하여, 각 기판의 연결 틈새 부분에 1개 이상의 병렬전극(15), 1개 이상의 직렬전극(16)으로 연결하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
6. The method of claim 5,
In order to electrically connect the configured silicon substrates 11, 12, and 12-a, one or more parallel electrodes 15 and one or more series electrodes 16 are connected in the connection gap of each substrate. A method of constructing a single crystal solar wafer module, characterized in that it.
상기 주기판(11)은 종횡비(Aspect ratio=가로/세로 )가 최대 1.424이고, 가로가 세로보다 긴 형태는 버스 바(14)가 직류전류를 인버터(19)에 보내는 전류통로가 감소하여 모듈에 발생하는 전압강하를 최소화하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
3. The method according to claim 2,
The main board 11 has an aspect ratio (Aspect ratio=horizontal/length) of at most 1.424, and in the case where the width is longer than the length, the current path through which the bus bar 14 transmits the DC current to the inverter 19 is reduced and generated in the module. A method of constructing a single crystal solar wafer module, characterized in that it minimizes the voltage drop.
양면 태양광 모듈 혹은 기타 목적으로 사용하는 태양광 모듈로서, 어느 일면에 청구항 4의 방법으로 만든 보조 기판(12) 또는 반 분리 보조 기판(12-a)을 사용하고, 인버터(19)를 연결하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
5. The method according to claim 4,
As a double-sided photovoltaic module or a photovoltaic module used for other purposes, using the auxiliary board 12 or semi-separated auxiliary board 12-a made by the method of claim 4 on either side, and connecting the inverter 19 A method of constructing a single crystal solar wafer module, characterized in that.
건축물 지붕이나 혹은 기타 구조물 면에 설치하는 태양광 모듈로서, 그 건축 모양에 적합하게 삼각형 혹은 평행 사변형 모듈 형태로 구성하는데 있어, 청구항 4의 반 분리 보조 기판(12-a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.
5. The method according to claim 4,
A photovoltaic module installed on the roof or other structure surface of a building, comprising the semi-separation auxiliary substrate (12-a) of claim 4 in configuring it in a triangular or parallelogram module shape suitable for the architectural shape A method of constructing a single crystal solar wafer module.
태양광 발전 목적으로 사용하는 태양광 모듈에 있어, 어느 일면에 청구항 4의 방법으로 만든 주기판(11)과 보조 기판(12) 혹은 반 분리 보조 기판(12-a)을 사용하여, 가로 6개 세로 12개를 포함하는 총 72개의 태양광 셀을 조립하고 그 둘레에 알루미늄 테두리(18)로 마감한 것을 특징으로 하는 단결정 태양광 웨이퍼 모듈 구성 방법.5. The method according to claim 4,
In the photovoltaic module used for the purpose of photovoltaic power generation, using the main board 11 and the auxiliary board 12 or the semi-separated auxiliary board 12-a made by the method of claim 4 on one side, 6 horizontal and vertical A method of constructing a single crystal solar wafer module, characterized in that a total of 72 photovoltaic cells, including 12, are assembled and finished with an aluminum rim (18) around it.
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|---|---|---|---|
| KR1020210025207A KR20220121317A (en) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | A method of solar cell module integration with the single crystal silicon wafer |
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| KR101896619B1 (en) | 2011-06-07 | 2018-09-07 | 동우 화인켐 주식회사 | Single crystalline silicon wafers and method of preparing the same |
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