JP2014007384A - 太陽電池モジュール及びそれに適用されるリボン結合体 - Google Patents

太陽電池モジュール及びそれに適用されるリボン結合体 Download PDF

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Abstract

【課題】本願発明の目的は、光の使用量を増加させて、太陽電池の効率を向上できる太陽電池モジュール及びそれに使用され得るリボン結合体を提供することにある。
【解決手段】実施例に係る太陽電池モジュールは、第１太陽電池及び第２太陽電池を含む複数の太陽電池と、前記第１太陽電池と前記第２太陽電池を電気的に連結するリボンと、前記複数の太陽電池と前記リボンとの間に位置する絶縁部と、を含み、前記絶縁部が透過性を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びそれに適用されるリボン結合体に関する。
最近、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに代わる代替エネルギーに関する関心が高まっている。その中でも太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換させる次世代電池として脚光を浴びている。
このような太陽電池は、複数個がリボンにより直列または並列に連結され、複数の太陽電池を保護するためのパッケージング（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）工程によってモジュールの形態で製造される。リボンにより複数の太陽電池を連結する時に、不必要な短絡を防止するために絶縁フィルムを使用することになり、従来は、審美的な特性を向上するために、絶縁フィルムを不透明な材質で形成していた。
そうすると、不透明な絶縁フィルムが位置した部分に入射する光を利用できないため、光の使用量が低下し、これによって太陽電池の効率が低下する。
本願発明の目的は、光の使用量を増加させて、太陽電池の効率を向上できる太陽電池モジュール及びそれに使用され得るリボン結合体を提供するである。
本実施例に係る太陽電池モジュールは、第１太陽電池及び第２太陽電池を含む複数の太陽電池と、前記第１太陽電池と前記第２太陽電池を電気的に連結するリボンと、前記複数の太陽電池と前記リボンとの間に位置する絶縁部と、を含み、前記絶縁部が透過性を有する。
本実施例に係るリボン結合体は、複数の太陽電池を電気的に連結するように形成され、少なくとも一面に傾斜面を有する凹凸が形成されるリボンと、前記リボンの一面に位置し、透過性を有する絶縁部と、を含む。
本実施例に係る太陽電池モジュールでは、リボンの太陽電池側の一面に凹凸が形成され、リボンと太陽電池との間に位置する絶縁フィルムが透過性を有する。絶縁フィルムを透過した光がリボンの凹凸で反射され、太陽電池の前面基板で全反射されるようにして、絶縁フィルム側に入射される光を太陽電池に使用できるようになる。このように、反射効果を向上させて、太陽電池の効率を向上することができる。このとき、審美的な特性を考慮して、絶縁フィルムの透過度を一定水準以上を有する範囲内に低くすると、一定水準の透過度を有しながら、向上した審美的効果を有することができる。
本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを示す後面斜視図である。 図１の太陽電池モジュールにおいて一つの太陽電池の部分断面図である。 図２の太陽電池の後面平面図である。 図１の太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の様々な実施例に係るリボンを示す斜視図である。 図４のVI−VI線に沿う太陽電池モジュールを示す部分断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池モジュールに適用されるリボン結合体を示す断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を概略的に示す部分後面平面図である。 図１４の変形例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を概略的に示す部分後面平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す部分後面平面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施例に限定されるものではなく、様々な形態に変形可能であることは勿論である。
図面では、本発明を明確且つ簡略に説明するために、説明と関係のない部分の図示を省略し、明細書全体において同一又はほぼ同様の部分に対しては同一の図面参照符号を使用する。そして、図面では、説明をより明確にするために、厚さ、幅などを拡大または縮小して示したが、本発明の厚さ、幅などは図面に示したものに限定されない。
そして、明細書全体においてある部分が他の部分を「含む」とするとき、特別に反対の記載がない限り、他の部分を排除するのではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとするとき、これは、他の部分の「直ぐ上に」ある場合のみならず、その中間に他の部分が位置する場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直ぐ上に」あるとする場合は、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを説明する。
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池モジュールを示す後面斜視図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と、太陽電池１５０の前面上に位置する前面基板１１０と、太陽電池１５０の後面上に位置する後面シート２００と、を含むことができる。また、太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と前面基板１１０との間の第１封止材１３１と、太陽電池１５０と後面シート２００との間の第２封止材１３２と、を含むことができる。
まず、太陽電池１５０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体素子であって、シリコン太陽電池（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）であってもよいが、これに限定されるものではない。したがって、太陽電池１５０は、化合物半導体太陽電池（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、タンデム型太陽電池（ｔａｎｄｅｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、色素増感太陽電池など様々な構造を有することができる。
一例として、本実施例では、互いに異なる導電型の第１及び第２導電型領域（図２の参照符号２２，２４）が半導体基板（図２の参照符号１０）の後面に位置した形態のシリコン太陽電池を、太陽電池１５０として使用することができる。これを図２及び図３を参照して詳細に後述する。そして、このような太陽電池１５０は、複数個がリボン１４２により電気的に直列、並列または直並列に連結されて、太陽電池ストリング１４０をなす。これについての具体的な構造は、図４を参照して詳細に後述する。
そして、バスリボン１４５は、太陽電池ストリング１４０のリボン１４２の両端を交互に連結して、太陽電池ストリング１４０を電気的に連結する。バスリボン１４５は、太陽電池ストリング１４０の端部において太陽電池ストリング１４０の長さ方向と交差する方向に配置することができる。このようなバスリボン１４５は、太陽電池１５０が生産した電気を集め、電気が逆流することを防止するジャンクションボックス（図示せず）と連結される。
第１封止材１３１は、太陽電池１５０の受光面に位置し、第２封止材１３２は、太陽電池１５０の裏面に位置することができ、第１封止材１３１と第２封止材１３２とはラミネーションにより接着して、太陽電池１５０に悪影響を及ぼし得る水分や酸素を遮断し、太陽電池の各要素が化学的に結合できるようにする。
このような第１封止材１３１と第２封止材１３２には、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、ポリビニルブチラール、ケイ素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂などを使用することができる。
しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、第１及び第２封止材１３１，１３２は、その他の様々な物質を用いてラミネーション以外の他の方法により形成することができる。
前面基板１１０は、太陽光を透過するように第１封止材１３１上に位置し、外部の衝撃などから太陽電池１５０を保護するために強化ガラスであることが好ましい。また、太陽光の反射を防止し、太陽光の透過率を高めるために、鉄分が少なく含まれた低鉄分強化ガラスであることがより好ましい。
後面シート２００は、太陽電池１５０の裏面で太陽電池１５０を保護する層であって、防水、絶縁及び紫外線遮断機能をする。後面シート２００は、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであってもよいが、これに限定されるものではない。また、後面シート２００は、前面基板１１０側から入射された太陽光を反射して再利用できるように、反射率に優れた材質であってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、後面シート２００が、太陽光が入射できる透明材質で形成されて、両面太陽電池モジュール１００を具現することもできる。
本実施例において複数の太陽電池１５０を構成する一つの太陽電池１５０の構造を、図２及び図３を参照して詳細に説明した後、複数の太陽電池１５０を電気的に連結する構造を、図４を参照して詳細に説明する。
図２は、図１の太陽電池モジュールにおいて一つの太陽電池の部分断面図で、図３は、図２の太陽電池の後面平面図である。
図２を参照すると、本実施例において太陽電池１５０のそれぞれは、半導体基板１０と、半導体基板１０の一面（以下、「後面」という）において互いに離隔する第１及び第２導電型領域２２，２４と、第１及び第２導電型領域２２，２４にそれぞれ電気的に連結される第１及び第２電極４２，４４と、を含む。そして、第１及び第２導電型領域２２，２４をパッシベーションするパッシベーション膜３２をさらに含むことができる。これをより詳細に説明する。
半導体基板１０は、多様な半導体物質を含むことができ、一例として、第１導電型不純物を含むシリコンを含むことができる。シリコンとしては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを使用することができ、第１導電型は、例えば、ｎ型であってもよい。すなわち、半導体基板１０は、燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素を含む単結晶または多結晶シリコンからなることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、半導体基板１０がｐ型であってもよい。
半導体基板１０の前面及び後面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されてピラミッドなどの形状の凹凸を有することができる。このようなテクスチャリングにより半導体基板１０の前面などに凹凸が形成されて表面粗さが増加すると、半導体基板１０の前面などを通じて入射される光の反射率を低くすることができる。したがって、ｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができるので、光損失を最小化することができる。
図面では、半導体基板１０の前面側にのみテクスチャリングされたことを示したが、本発明がこれに限定されるものではない。前面及び後面のうち少なくともいずれか一つの面がテクスチャリングされることができる。または、前面及び後面がテクスチャリングされなくてもよい。
本実施例では、半導体基板１０の後面側に、互いに異なる導電型ドーパントを有するｐ型の第１導電型領域２２及びｎ型の第２導電型領域２４が形成される。このような第１導電型領域２２と第２導電型領域２４は、シャント（短絡）を防止できるように、互いの間にアイソレーション領域３６を置いて互いに離隔することができる。アイソレーション領域３６によって、第１導電型領域２２と第２導電型領域２４とが互いに一定間隔（一例として、数十μｍ〜数百μｍ）だけ離隔することができる。そして、第１導電型領域２２と第２導電型領域２４の厚さは互いに同一であってもよく、互いに異なる厚さを有してもよい。本発明が、上述した間隔または第１及び第２導電型領域２２，２４の厚さに限定されるものではない。
このような第１導電型領域２２は、ｐ型の不純物をイオン注入して形成することができ、第２導電型領域２４は、ｎ型の不純物をそれぞれイオン注入して形成することができる。ｐ型ドーパントとして３族元素（Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ等）を使用することができ、ｎ型ドーパントとして、５族元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等）などを使用することができる。
しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、ｐ型の不純物を有する非晶質シリコンで構成された層、及びｎ型の不純物を有する非晶質シリコンで構成された層をそれぞれ半導体基板１０の後面上に形成して、第１及び第２導電型領域２２，２４を形成してもよい。その他にも多様な方法により第１及び第２導電型領域２２，２４を形成してもよいことは勿論である。
このような第１及び第２導電型領域２２，２４の平面形状を図３を参照して説明する。図３は、本発明の一実施例に係る太陽電池の第１及び第２導電型領域２２，２４と第１及び第２電極４２，４４を示した後面平面図である。図３では、明確な図示のために、パッシベーション膜３２の図示を省略した。
第１導電型領域２２は、半導体基板１０の第１縁部（図面の下縁部）に沿って形成される第１幹部２２ａと、この幹部２２ａから第１縁部と反対側の第２縁部（図面の上縁部）に向かって延びる複数の第１枝部２２ｂと、を含むことができる。そして、第２導電型領域２４は、半導体基板１０の第２縁部に沿って形成される第２幹部２４ａと、この第２幹部２４ａから第１縁部に向かって第１枝部２２ｂの間に延びる複数の第２枝部２４ｂと、を含むことができる。第１導電型領域２２の第１枝部２２ｂと第２導電型領域２４の第２枝部２４ｂは互いに交互に位置することができる。このような形状により、ｐｎ接合される面積を増加させることができる。
このとき、ｐ型である第１導電型領域２２の面積は、ｎ型である第２導電型領域２４の面積より大きくてもよい。一例として、第１及び第２導電型領域２２，２４の面積は、第１及び第２導電型領域２２，２４の第１及び第２幹部２２ａ，２４ａ及び／または第１及び第２枝部２２ｂ、２４ｂの幅を異なるようにして調節され得る。
本実施例では、キャリアが後面側にのみ収集されて、半導体基板１０の水平方向においてキャリアの移動距離が相対的に大きい。ところが、電子より正孔の移動速度が相対的に低いため、これを考慮して、ｐ型である第１導電型領域２２の面積をｎ型である第２導電型領域２４より大きくすることができる。このとき、電子の移動速度：正孔の移動速度（の比）が約３：１であることを考慮して、第１導電型領域２２の面積を第２導電型領域２４の面積の２倍〜６倍にすることができる。すなわち、このような面積の比率は、電子及び正孔の移動速度を考慮して、第１及び第２導電型領域２２，２４の設計を最適化するためである。
再び図２を参照すると、第１及び第２導電型領域２２，２４上にはパッシベーション膜３２を形成することができる。このようなパッシベーション膜３２は、半導体基板１０の後面（すなわち、第１及び第２導電型領域２２，２４の表面）に存在する欠陥を不動態化して、少数キャリアの再結合サイトを除去することができる。これによって、太陽電池１５０の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加させることができる。
本実施例において、第１及び第２導電型領域２２，２４に対応するパッシベーション膜３２が同一の物質を含む単一層として備えられて、１種類のパッシベーション膜３２が形成されたことを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものでなく、第１及び第２導電型領域２２，２４にそれぞれ対応する物質を含む複数のパッシベーション膜を含むこともできる。このようなパッシベーション膜３２としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選択された物質を少なくとも一つ使用することができる。
パッシベーション膜３２上には、第１導電型領域２２に連結される第１電極４２および第２導電型領域２４に連結される第２電極４４を形成することができる。より具体的には、第１電極４２は、パッシベーション膜３２を貫通する第１貫通孔３２ａによって第１導電型領域２２に連結され、第２電極４４は、パッシベーション膜３２を貫通する第２貫通孔３４ａによって前記第２導電型領域２４に連結することができる。
このとき、図３に示したように、第１電極４２は、第１導電型領域２２の幹部２２ａに対応して形成される幹部４２ａと、第１導電型領域２２の枝部２２ｂに対応して形成される枝部４２ｂとを備えることができる。同様に、第２電極４４は、第２導電型領域２４の幹部２４ａに対応して形成される幹部４４ａと、第２導電型領域２４の枝部２４ｂに対応して形成される枝部４４ｂとを備えることができる。第１電極４２（より詳細には、第１電極４２の幹部４２ａ）は、半導体基板１０の一側（図面の下側）に位置し、第２電極４４（より詳細には、第２電極４４の幹部４４ａ）は、半導体基板１０の他側（図面の上側）に位置する。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、第１電極４２及び第２電極４４が多様な平面形状を有してもよいことは勿論である。
再び図２を参照すると、第１及び第２電極４２，４４は多様な物質を含むことができ、一例として、複数の金属層が積層されて多様な特性を向上することができる。第１及び第２電極４２，４４の積層構造が実質的に同一であるので、図２では、第１電極４２の構造のみを例示した。以下の積層構造に関する説明は第１及び第２電極４２，４４に共通して適用することができる。
第１及び第２電極４２，４４は、第１及び第２導電型領域２２，２４に順次積層される第１金属層４２２、第２金属層４２４及び第３金属層４２６を含むことができる。
このとき、第１金属層４２２は、一例として、シード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）であってもよい。このような第１金属層４２２は、アルミニウム（Ａｌ）を含む層と、チタン−タングステン合金（ＴｉＷ）またはクロム（Ｃｒ）を含む層と、銅（Ｃｕ）を含む層であってもよい。ここで、アルミニウムを含む層は、第１及び第２導電型領域２２，２４とオーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）しながら後面反射体として機能することができる。チタン−タングステン合金またはクロムを含む層は、拡散を防止するバリアとして作用できる。銅（Ｃｕ）を含む層は、後続めっき工程のシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）として機能することができる。または、シード層である第１金属層４２２がニッケルシリサイドを含むことができる。
第２金属層４２４は、銅を電解または無電解めっきして形成された層であってもよい。
第３金属層４２６は、キャッピング層（ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ）であって、錫（Ｓｎ）を含む単一層、銀（Ａｇ）を含む単一層、または錫を含む層と銀を含む層との積層構造であってもよい。このとき、第１金属層４２２の厚さは３００〜５００ｎｍで、第２金属層４２４は、１０〜３０μｍであってもよい。そして、第３金属層４２６は５〜１０μｍであってもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様に変形可能であることは勿論である。
また、本発明が上述した積層構造に限定されるものではなく、第１及び第２電極４２，４４が、多様な金属を含む単一層または複数の層で形成されてもよいことは勿論である。
一方、半導体基板１０の前面には前面電界層５０を形成することができる。このような前面電界層５０は、半導体基板１０より高い濃度に不純物がドーピングされた領域であって、後面電界層（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ、ＢＳＦ）と同様に作用する。すなわち、入射される太陽光によって分離された電子と正孔が、半導体基板１０の前面で再結合して消滅することを防止する。
そして、前面電界層５０上には反射防止膜６０を形成することができる。反射防止膜６０は、半導体基板１０の前面に全体的に形成することができる。反射防止膜６０は、半導体基板１０の前面に入射される光の反射率を減少させ、前面電界層５０の表面またはバルク内に存在する欠陥を不動態化させる。
半導体基板１０の前面を通じて入射される光の反射率を低くすることにより、半導体基板１０と第１または第２導電型領域２２，２４の界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加することができる。これによって、太陽電池１５０の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加することができる。そして、欠陥を不動態化して少数キャリアの再結合サイトを除去することにより、太陽電池１５０の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加することができる。このように、反射防止膜６０によって太陽電池１５０の開放電圧と短絡電流を増加させて、太陽電池１５０の変換効率を向上することができる。
このような放射防止膜６０は、多様な物質で形成することができる。一例として、反射防止膜６０は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2などからなる群から選択されたいずれか一つの単一膜、または２個以上の膜が組み合わされた多層膜構造を有することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
図４は、図１の太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図で、図５は、本発明の多様な実施例に係るリボンを示す斜視図である。図６は、図４のVI−VI線に沿う太陽電池モジュールを示す部分断面図である。
本実施例に係る太陽電池１５０は、複数個備えられている。より明確な説明のために、図４及び下記の説明では、一例として、上部に位置した第１太陽電池１５１と下部に位置した第２太陽電池１５２との連結構造を例示して図示及び説明する。
図４に示したように、第１太陽電池１５１の第１電極４２（特に、第１電極４２の幹部４２ａ）と第２太陽電池１５２の第２電極４４（特に、第２電極４４の幹部４４ａ）は互いに隣接して位置し、第１太陽電池１５１の第１電極４２と第２太陽電池１５２の第２電極４４とがリボン１４２により電気的に連結される。
すなわち、リボン１４２が、第１太陽電池１５１の第１電極４２と第２太陽電池１５２の第２電極４４とを連結する接続部１４２ａを含むことができる。このとき、接続部１４２ａを複数個備えることができ、複数個の接続部１４２ａは、太陽電池ストリング１４０の長さ方向の中心線（Ｃ）を基準に対称に形成することができる。すなわち、複数個の接続部１４２ａは、第１電極４２及び第２電極４４上で一定の間隔を置いて互いに離隔して形成することができる。これによって、第１及び第２電極４２，４４とリボン１４２の接合時に生じうる応力（一例として、熱応力）を最小化できる。
このようなリボン１４２の接続部１４２ａは、一例として、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さ、５〜３０ｍｍの幅、５ｍｍ〜３０ｍｍの長さを有することができる。このような範囲内で、太陽電池１５０間において抵抗による損失を最小化することができるからである。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、太陽電池１５０の大きさ、種類、設計事項などによってリボン１４２の厚さ、幅、長さなどが変更可能であることは勿論である。
本実施例のリボン１４２は、複数の接続部１４２ａと共に、複数の接続部１４２ａに連結される連結部１４２ｂを含む。このような連結部１４２ｂは、複数の接続部１４２ａを連結して、複数の接続部１４２ａを別々に取扱う場合の不便さを減少させることができる。そして、連結部１４２ｂは、絶縁部１４４上に位置するようになるので、太陽電池１５０と不必要な電気的短絡が発生しない。
リボン１４２は、電気的特性に優れ且つ物理的特性に優れた多様な物質からなることができる。一例として、リボン１４２がソルダ用物質を含むことができ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ系、Ｓｎ／Ａｇ／Ｐｂ系、Ｓｎ／Ａｇ系、Ｓｎ／Ｐｂ系物質などを含むことができる。または、優れた伝導性の金属物質（一例として、アルミニウム）などを含むことができる。または、リボン１４２が、ソルダ用物質上に酸化防止膜などを積層して形成することができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。
このようなリボン１４２と太陽電池１５０との間には、リボン１４２と太陽電池１５０間の電気的短絡を防止するための絶縁部１４４が位置する。このような絶縁部１４４は、少なくとも半導体基板１０とリボン１４２との間で、第１太陽電池１５１の第１電極４２と第２太陽電池１５２の第２電極４４との間に位置する空間を埋めながら位置する。このとき、アライメント公差などを考慮して、絶縁部１４４と第１及び第２電極４２，４４の一部の部分が重なってもよい。
本実施例において絶縁部１４４は、透過性を有し、光が通過してリボン１４２へ向かうことができるようにする。このようにリボン１４２へ向かった光は、リボン１４２で反射された後に前面基板１１０側から再反射されて光電変換に使用されることができ、これについては、図５及び図６を参照して以後に説明する。
一例として、絶縁部１４４の透過度は５０〜１００％であってもよい。このとき、反射効果を極大化して効率を最大化するためには、透過度を１００％まで高めることができ、反射効果と共に審美的な特性を考慮する場合には、前面でリボン１４２の輪郭線が見えるように透過度を５０％まで低くすることができる。
このような絶縁部１４４は、透明で且つ優れた絶縁特性を有する多様な物質を含むことができる。一例として、絶縁部１４４は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、シリコン樹脂のような樹脂物質であるか、またはシリコン酸化物、シリコン窒化物のようなセラミック物質を含むことができる。このとき、透過度を５０％以上の一定値に低くしようとする場合には、亜鉛酸化物、チタン酸化物、シルバーホワイトなどのような白色顔料を絶縁部１４４に添加して、絶縁部１４４が所望の透過度を有するようにすることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、絶縁部１４４が多様な物質を有することができ、透過度を調節する方法も多様な方法が適用されることができる。
リボン１４２、絶縁部１４４及び太陽電池１５０の固定方法については、以後に詳細に説明する。
図５を参照すると、本実施例では、リボン１４２において太陽電池１５０に隣接した面に凹凸（Ｐ）が形成される。このような凹凸（Ｐ）は、一例として、太陽電池１５０の平面と２０〜４５度の角度（Ａ）を持つ傾斜面を有するようになる。これは、凹凸（Ｐ）の傾斜面から反射された光が、前面基板１１０と外部空気との境界面で全反射され得る角度に限定されたものである。全反射などについては、以後に再び説明する。このように、傾斜面を有する場合であれば、リボン１４２の凹凸（Ｐ）は多様な形状を有することができる。
一例として、図５の（ａ）に示したように、凹凸（Ｐ）が、連結部１４２ｂと接続部１４２ａ両方に形成され、リボン１４２の長さ方向に沿って延びるストライプ形状を有することができる。すなわち、凹凸（Ｐ）が両側に傾斜面を三角柱状を有し、リボン１４２の長さ方向に沿って延びる形状を有することができる。または、図５の（ｂ）に示したように、凹凸（Ｐ）が、連結部１４２ｂと接続部１４２ａ両方に形成され、リボン１４２の幅方向に沿って延びるストライプ形状を有することができる。または、図５の（ｃ）に示したように、凹凸（Ｐ）が、ピラミッド形状を有しながら形成されてもよい。
図５の（ａ）乃至（ｃ）では、連結部１４２ｂと接続部１４２ａ両方に凹凸（Ｐ）が形成されることを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、図５の（ｄ）乃至（ｆ）のように、第１太陽電池１５１と第２太陽電池１５２との間に位置する連結部１４２ａにのみ凹凸（Ｐ）が形成されてもよいことは勿論である。
このように、絶縁部１４４が透光性を有するようにし、リボン１４２に前面基板１１０と一定角度を有する凹凸（Ｐ）を形成すると、図６に示したように、リボン１４２が形成された部分に入射した光（図６の実線矢印）が、透過性を有する絶縁部１４４を通過してリボン１４２の凹凸（Ｐ）に到達する。リボン１４２の凹凸（Ｐ）に到達した光は、凹凸（Ｐ）に形成された傾斜面によって反射して前面基板１１０へ向かうようになる（図６の点線矢印）。前面基板１１０と外部空気の屈折率の差によって、臨界角以上である場合、前面基板１１０と外部空気との間の境界面で光の全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が起こり、全反射した光（図６の一点鎖線矢印）が太陽電池１５０に向かうようになって太陽電池１５０内で使用できるようになる。
すなわち、本実施例によれば、絶縁部１４４が透光性を有するようにし、リボン１４２に、前面基板１１０と一定角度（Ａ）を有する凹凸（Ｐ）を形成して、リボン１４２部分に入射する光を反射によって太陽電池１５０で利用できるようにする。また、絶縁部１４４においてリボン１４２が形成されていない部分では、第２封止材１３２及び後面シート２００側に光を通過させることができる。そうすると、第２封止材１３２または後面シート２００の界面で光が反射して太陽電池１５０に向かうようにすることができる。このような効果は、表面散乱特性に優れた第２封止材１３２または後面シート２００を使用する場合にさらに倍加され得る。このように、本実施例では、光の使用量を増加させて太陽電池１５０の効率を向上することができる。
しかし、本実施例とは異なり、審美的な特性のみを考慮して、不透明な絶縁フィルムを使用した従来技術では、絶縁部側に入射した太陽光を使用できないため、高い効率を期待できない。
本実施例に係る太陽電池モジュール１００は、２６０Ｗ級を基準として２Ｗ程度の出力が増加した。一般のガラスの透過度が９１％で、反射防止ガラスの透過度が９４％以上であることを考慮すれば、本実施例の出力増加効果は、前面基板１１０を反射防止ガラスとして使用する場合にさらに向上するものと期待される。
また、本実施例では、リボン１４２において太陽電池１５０と隣接した部分に凹凸（Ｐ）を形成するので、絶縁部１４４と接触する面での面積を広げることができる。これによって、リボン１４２と絶縁部１４４との接着特性を向上することができる。
以下では、太陽電池１５０、リボン１４２及び絶縁部１４４の固定方法をより詳細に説明する。
一実施例として、リボン１４２及び絶縁部１４４は互いに結合されて、一体に形成されたリボン結合体１４１ａ，１４１ｂを構成できる。一例として、図７の（ａ）に示したように、凹凸（Ｐ）を有するリボン１４２上に直接絶縁部１４４を形成して、リボン結合体１４１ａを形成できる。すなわち、蒸着または塗布などの方法により、リボン１４２上に絶縁部１４４を接触形成できる。他の実施例であって、図７の（ｂ）に示したように、リボン１４２と絶縁部１４４との間に第１接着層１４８ａを位置させることで、第１接着層１４８ａによりリボン１４２と絶縁部１４４を一体化したリボン結合体１４１ｂを形成してもよい。また、絶縁部１４４の他の面に第２接着層１４８ｂを形成することで、太陽電池１５０との固定をより容易にすることができる。第１及び第２接着層１４８ａ，１４８ｂとしては、多様な接着剤、接着フィルムなどを使用することができる。また、第１及び第２接着層１４８ａ，１４８ｂと絶縁部１４４は一つの両面テープで構成することができる。
この場合には、リボン１４２及び絶縁部１４４が結合されたリボン結合体１４１ａ，１４１ｂを、太陽電池１５０の後面に固定することにより、太陽電池１５０、リボン１４２及び絶縁部１４４を固定できる。
このとき、絶縁部１４４を太陽電池１５０側に位置するようにした後、リボン１４２の一方に位置した接続部１４２ａを第１太陽電池１５１の第１電極４２上に位置させ、リボン１４２の他方に位置した接続部１４２ｂを第２太陽電池１５２の第２電極４４上に位置させることができる。リボン１４２は、多様な方法により第１及び第２電極４２，４４と電気的に連結することができる。一例として、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４間にこれらの接合のための接合層（図示せず）を形成することができる。
リボン１４２がソルダ用物質を含む場合に、接合層はフラックスであってもよい。すなわち、第１及び第２電極４２，４４上にフラックス（ｆｌｕｘ）を塗布し、フラックスが塗布された上にリボン１４２を位置させた後、焼成過程を行って、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結することができる。
または、伝導性フィルムまたはテープを接合層として、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結することができる。一例として、第１及び第２電極４２，４４とリボン１４２間に伝導性テープを利用できる。または、第１及び第２電極４２，４４とリボン１４２間に伝導性テープを位置させた後、熱圧着によりこれらを連結することができる。伝導性フィルムは、導電性に優れた金、銀、ニッケル、銅などで形成した導電性粒子が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などで形成されたフィルム内に分散されたものであってもよい。このような伝導性フィルムを、熱を加えながら圧着すると、導電性粒子がフィルムの外部に露出し、露出した導電性粒子によって第１及び第２電極４２，４４とリボン１４２とを電気的に連結することができる。このように、伝導性テープまたはフィルムを用いる場合には、工程温度が低くなり、太陽電池ストリング１４０の反りを防止することができる。このとき、伝導性テープまたはフィルムはリボン１４２によりコーティングされて、リボン１４２と一体に形成することができる。
または、伝導性接着剤層を接合層として、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結できる。すなわち、第１及び第２電極４２，４４上に伝導性接着体層を塗布し、伝導性接着体層上にリボン１４２を位置させて、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結できる。
または、金属ペーストを焼成した金属層を接合層として、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結できる。すなわち、第１及び第２電極４２，４４上に金属ペーストを塗布し、金属ペースト上にリボン１４２を位置させ、焼成して、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結できる。このとき、金属ペーストとしては、銀（Ａｇ）ペーストのような低温焼成用ペーストを使用することができる。
または、第１及び第２電極４２，４４とリボン１４２上に固定部（図１２の参照符号１４６）を位置させて、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を連結できる。これについては、図１２を参照して再び説明する。
他の実施例であって、リボン１４２及び絶縁部１４４は、別々に形成されて太陽電池１５０に固定することができる。この場合、シート、フィルム、ペーストなどの形態を有する絶縁部１４４を太陽電池１５０の後面に位置させた状態で、リボン１４２が、絶縁部１４４上で太陽電池１５０の第１及び第２電極４２，４４を連結するようにして、複数の太陽電池１５０を電気的に連結することができる。上述したように、絶縁部１４４と太陽電池１５０は、直接または接着層などを通じて互いに固定することができ、リボン１４２と太陽電池１５０は、直接または接合層、固定部などを通じて互いに固定することができる。これについては、上記で詳細に説明したので、その説明を省略する。
以下、本発明の他の実施例を図８乃至図１８を参照して詳細に説明する。上記の実施例と同一又はほぼ同様の部分に対しては詳細な説明を省略し、互いに異なる部分を詳細に説明する。
図８は、本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。
図８を参照すると、連結部１４２ｂの幅が均一である上述した実施例とは異なり、本実施例では、連結部１４２ｂの幅が変化する部分が存在する。より詳細には、連結部１４２ｂが、接続部１４２ａと隣接した部分と接続部１４２ａから遠くに位置した部分の幅が互いに異なるように形成する。より詳細には、接続部１４２ａから遠ざかるほど、連結部１４２ｂの幅が漸次小さくなる。これによって、一つの接続部１４２ａに対応する連結部１４２ｂが略菱形状を有することができる。
そして、本実施例では、接続部１４２ａにおいて絶縁部１４４と重なる部分に貫通孔１２４４が形成される。すなわち、本実施例に係るリボン１４２は、相対的に広い第１幅を有する部分に貫通孔１２４４を形成して、幅の差を最小化することができる。これによって、熱応力を最小化して、熱によってリボン１４２が膨張及び縮小するときの熱衝撃を最小化することができる。したがって、リボン１４２の耐久性を向上できる。また、貫通孔１２４４によって絶縁部１４４との接着特性をさらに向上することができる。
図８では、各接続部１４２ａにおいて絶縁部１４４と重なる部分に一つの貫通孔１２４４が形成されることを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、多様な変形が可能であることは勿論である。すなわち、図９に示したように、各接続部１４２ａにおいて絶縁部１４４と重なる部分に複数の貫通孔１２４４が形成されてもよい。これによれば、リボン１４２の幅の差による熱応力を最小化し、絶縁部１４４の接着特性をより向上することができる。
また、図８では、貫通孔１２４４が四角形であることを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、図１０に示したように、貫通孔１２４４が円形の形状を有し、又は、図１１に示したように、貫通孔１２４４が楕円形の形状を有することができる。または、貫通孔１２４４が、三角形、菱形、その他の多様な多角形の形状を有してもよいことは勿論である。
図１２は、本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。
図１２を参照すると、本実施例では、連結部（図４の参照符号１４２ｂ）を備えずに、互いに離隔する複数個の接続部１４２ａのみを備える。そうすると、熱応力を最小化して、熱によって接続部１４２ａが膨張及び縮小するときの衝撃を最小化することができる。これによって、リボン１４２の耐久性を向上することができる。
図１２では、一例として、リボン１４２の接続部１４２ａ上に、リボン１４２を第１及び第２電極４２，４４に固定する固定部１４６が形成されたものを示した。固定部１４６は、フィルム、テープ、ペーストなどの多様な形態を有し、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４を固定できる物質を含むことができる。この場合には、第１及び第２電極４２，４４上に、リボン１４２を載せた状態で、固定部１４６を第１及び第２電極４２，４４、そしてリボン１４２上に位置させることにより、第１及び第２電極４２，４４とリボン１４２を連結することができる。または、互いに離隔した複数の接続部１４２ａと固定部１４６を一体に形成した後、一体化された接続部１４２ａ及び固定部１４６を太陽電池１５０の後面に固定してもよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、固定部１４６を省略してもよいことは勿論である。
図１３は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。
図１３を参照すると、本実施例では、第１及び第２電極４２，４４が枝部（図３の参照符号４２ｂ，４４ｂ、以下同様）を備えずに、幹部４２ａ，４４ａのみを備える。このような構造を有すると、第１及び第２電極４２，４４の構造を単純化して、製造工程上有利となり得る。
図１４は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す部分後面平面図である。図１４では、明確な説明のために、第１及び第２導電型領域２２，２４を概略的な形状で示した。
図１４を参照すると、実施例に係る第１電極４２及び第２電極４４がリボン１４２の接続部１４２ａに対応する部分よりも他の部分の幅がさらに小さければよい。これによって、リボン１４２の接続部１４２ａに対応しない部分において、第１及び第２電極４２，４４の幅を小さくして、この部分まで第１及び第２導電型領域２２，２４の第１及び第２枝部２２ｂ、２４ｂを延長して形成できる。
より詳細に説明すると、半導体基板１０の一側（半導体基板１０の下部側）に位置した第１電極４２において、接続部１４２ａに対応する部分以外の部分の幅を小さくすると、この部分まで第２枝部２４ｂを延長して形成できる。また、半導体基板１０の他側（半導体基板１０の上部側）に位置した第２電極４４において、接続部１４２ａに対応する部分以外の部分の幅を小さくすると、この部分まで第１枝部２２ｂを延長して形成できる。
これによって、光電変換に寄与する第１及び第２導電型領域２２，２４の面積を増加させることができて、太陽電池の効率を効果的に向上することができる。
図１４では、第１及び第２電極４２，４４がそれぞれ半導体基板１０の一側において長く延びながら、リボン１４２の接続部１４２ａに対応する部分において大きい幅を有し、これを連結する部分が小さい幅を有することを例示した。しかし、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、図１５に示したように、第１及び第２電極４２，４４が、リボン１４２の接続部１４２ａに対応する部分でのみ形成されるアイランド（ｉｓｌａｎｄ）形状を有してもよいことは勿論である。
また、図１４及び図１５では、第１及び第２電極４２，４４が、半導体基板１０の一側に位置する幹部（図４の参照符号４２ａ，４４ａ参照、以下同様）のみを備えたことを例示したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、第１及び第２電極４２，４４が第１及び第２導電型領域２２，２４の枝部２２ｂ、２４ｂに対応する枝部（図４の参照符号４２ｂ，４４ｂ参照、以下同様）をさらに備えることができる。この場合には、幹部４２ａ，４４ａがリボン１４２の接続部１４２ａに対応する部分よりも他の部分の幅がさらに小さければよい。そして、接続部１４２ａが形成されていない部分において、第１及び第２導電型領域２２，２４の第１及び第２枝部２２ｂ，２４ｂ及び第１及び第２電極４２，４４の枝部４２ｂ，４４ｂを延長することができる。
図１６は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールにおいて２個の太陽電池の連結構造を示す後面平面図である。
図１６を参照すると、本実施例に係るリボン１４２は均一な幅を有するように形成される。すなわち、リボン１４２の一側（図面の上部側）が全体的に第１太陽電池１５１の第１電極４２に接触し、リボン１４２の他側（図面の下部側）が全体的に第２太陽電池１５２の第２電極４４に接触する。これによれば、リボン１４２と第１及び第２電極４２，４４の接触面積を増加させて、電子または正孔の収集が効率的になされる。
図１７は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。図１７を参照すると、実施例に係る絶縁部１４４は、第１及び第２太陽電池１５１，１５２の半導体基板１０とリボン１４２との間で、第１太陽電池１５１の第１電極４２と第２太陽電池１５２の第２電極４４との間に位置し、第１及び第２太陽電池１５１，１５２の半導体基板１０の側面の間には位置しない。これは、図６に示した実施例において、絶縁部１４４が第１及び第２太陽電池１５１，１５２の間（特に、半導体基板１０の側面の間）にも位置したものとは差がある。
図１８は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。
図１８を参照すると、本実施例に係るリボン１４２は、第１及び第２太陽電池１５１，１５２に隣接した面だけでなく、その反対面（すなわち、後面シート２００側に位置した面）にも傾斜面を有する凹凸（Ｐ）が形成される。すなわち、リボン１４２の両面に凹凸（Ｐ）が形成されて、太陽電池モジュールの後面から入射する光を反射して再使用するようにすることができる。これは、両面型（ｂｉ−ｆａｃｉａｌ）太陽電池に有用に適用することができる。
本実施例に係る太陽電池モジュールでは、リボンの太陽電池側の一面に凹凸が形成され、リボンと太陽電池との間に位置する絶縁フィルムが透過性を有する。絶縁フィルムを透過した光がリボンの凹凸で反射し、太陽電池の前面基板で全反射するようにして、絶縁フィルム側に入射する光を太陽電池に使用できるようになる。このように、反射効果を向上させて、太陽電池の効率を向上することができる。このとき、審美的な特性を考慮して、絶縁フィルムの透過度を一定水準以上を有する範囲内に低くすると、一定水準の透過度を有しながら、向上した審美的効果を有することができる。
上述したような特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示した特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者によって、他の実施例に対しても組み合わせ又は変形して実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形に係る内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
１００ 太陽電池モジュール
１５０ 太陽電池
１４２ リボン
１４４ 絶縁フィルム

Claims (20)

  1. 第１太陽電池及び第２太陽電池を含む複数の太陽電池と、
    前記第１太陽電池と前記第２太陽電池を電気的に連結するリボンと、
    前記複数の太陽電池と前記リボンとの間に位置する絶縁部と、を含み、
    前記絶縁部が透過性を有する、太陽電池モジュール。
  2. 前記絶縁部の透過度が５０〜１００％である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記第１太陽電池及び前記第２太陽電池のそれぞれは、
    半導体基板と、
    前記半導体基板に形成される第１導電型領域及び第２導電型領域と、
    前記半導体基板の後面に位置し、前記第１導電型領域に電気的に連結される第１電極と、
    前記半導体基板の後面において前記第１電極と離隔して位置し、前記第２導電型領域に電気的に連結される第２電極と、を含み、
    前記リボンの少なくとも一面に、傾斜面を有する凹凸が形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記リボンの両面または前記リボンにおいて前記複数の太陽電池と隣接した一面に凹凸が形成される、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記凹凸は、前記リボンの長さ方向または幅方向に沿って長く延びる、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記凹凸は、ピラミッド形状を有する、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記凹凸の傾斜面は、前記太陽電池モジュールの前面と２０〜４５度の角度をなす、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記リボンが、前記第１太陽電池の第１電極と前記第２太陽電池の第２電極とを連結する接続部を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域の少なくとも一部が、前記半導体基板の後面に位置し、
    前記第１電極が、前記半導体基板の第１側に位置し、
    前記第２電極が、前記第１側と反対側の前記半導体基板の第２側に位置し、
    前記第１導電型領域は、前記第１電極から前記第２電極に向かって延びる複数の枝部を含み、
    前記第２導電型領域は、前記第２電極から前記第１電極に向かって延びる複数の枝部を含み、
    前記第１導電型領域及び前記第２導電型領域のうち少なくとも一つの前記複数の枝部は、前記接続部が位置した部分よりも前記接続部が位置していない部分においてさらに長く形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記接続部が複数個備えられており、前記接続部が前記太陽電池の中心線を基準に対称形成される、請求項８に記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記接続部が互いに離隔して位置する、請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記接続部に連結され、前記絶縁部に対応して位置する連結部を含む、請求項８に記載の太陽電池モジュール。
  13. 前記連結部は、前記接続部から遠ざかるほど、幅が漸次小さくなる、請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
  14. 前記リボンは、第１幅を有する部分と、第１幅よりも小さい第２幅を有する部分とを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  15. 前記第１幅を有する部分に少なくとも一つの貫通孔が形成される、請求項１４に記載の太陽電池モジュール。
  16. 前記リボンは、全体的に均一な幅を有する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  17. 前記リボン上に、前記リボンを前記第１電極または前記第２電極に固定する固定部をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  18. 前記絶縁部が樹脂またはセラミック物質を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  19. 前記絶縁部が白色顔料をさらに含む、請求項１８に記載の太陽電池モジュール。
  20. 複数の太陽電池を電気的に連結するように形成され、少なくとも一面に傾斜面を有する凹凸が形成されるリボンと、
    前記リボンの一面に位置し、透過性を有する絶縁部と、を含む、リボン結合体。
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