JP2015005754A - 太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率を最大化することができる太陽電池を提供する。【解決手段】太陽電池は、光電変換部と、光電変換部に接続される第1電極24および第2電極と、を有する。第1および第2電極のうち少なくとも一つは、複数のフィンガ電極24aと、複数のフィンガ電極と交差する方向に形成される少なくとも一つのバスバー電極24bと、を有する。バスバー電極は、メインバスバー241bと、メインバスバーと離隔空間を置いて隣接して形成される補助バスバー242bと、を有する。離隔空間の幅が、複数のフィンガ電極のピッチ以下である。【選択図】図4

Description

本発明は、太陽電池に関し、より詳細には、電極構造を改善した太陽電池に関する。
最近、石油や石炭などの既存エネルギ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への関心が高まっている。その中でも、太陽電池は、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する次世代電池として脚光を浴びている。
太陽電池は、設計によって、基板に形成された様々な層、電極などを含む。隣り合う太陽電池は、バスバー電極に接続されるリボンによって互いに電気的に接続される。ところが、アライメント誤差、またはリボンとバスバー電極との幅の差などによって、リボンが付着された部分に隣接してバスバー電極に接続されたフィンガ電極の部分に断線が発生することがある。このように断線が発生すると、断線がある部分でキャリアの移動経路がなくなるため、キャリアが他の経路に移動しなければならない。これによってキャリアの移動経路が長くなり、そのため、太陽電池の効率が低下することがある。
本発明の目的は、効率を最大化することができる太陽電池を提供することである。
本発明の実施例に係る太陽電池は、光電変換部と、光電変換部に接続される第1および第2電極と、を有する。第1および第2電極のうち少なくとも一つは、複数のフィンガ電極と、複数のフィンガ電極と交差する方向に形成される少なくとも一つのバスバー電極と、を有する。バスバー電極は、メインバスバーと、メインバスバーと離隔空間を置いて隣接して形成される補助バスバーと、を有する。離隔空間の幅が、複数のフィンガ電極のピッチ以下である。
本実施例によれば、フィンガ電極の第1ピッチよりも小さい幅を有するようにメインバスバーに隣接形成される補助バスバーを形成する。これによって、バスバー電極の幅を広く形成してリボンと安定的に接続可能にしながらも、バスバー電極を形成するための材料の量を減少させ、シェーディング損失(シャドウロス、影損失)を最小化することができる。また、上述したように、補助バスバーは、迂回経路を提供して、キャリア収集効率を向上させることができる。
本発明の一実施例に係る太陽電池を有する太陽電池モジュールの分解斜視図である。 図1のII−II線に沿って切断した太陽電池モジュールの概略的な断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の部分断面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の前面平面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池の後面平面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の前面平面図の一部を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の部分断面図である。 図7に示した太陽電池の部分後面平面図である。
以下では、添付の図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの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、本発明を明確か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、同一または極めて類似性の高い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ており、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「有する」とするとき、特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、他の部分をさらに有することができる。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「直上に」あるとするときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。
図1は、本発明の一実施例に係る太陽電池を有する太陽電池モジュールの分解斜視図であり、図2は、図1のII−II線に沿って切断した太陽電池モジュールの概略的な断面図である。
図1および図2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210と、太陽電池150の後面上に位置する後面シート220と、を有することができる。また、太陽電池モジュール100は、太陽電池150と前面基板210との間の第1密封材131と、太陽電池150と後面シート220との間の第2密封材132と、を有することができる。
まず、太陽電池150は、太陽エネルギを電気エネルギに変換する半導体素子であって、一例として、シリコン太陽電池(silicon solar cell)、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)、染料感応型太陽電池(dye-sensitized solar cell(色素増感太陽電池))などの様々な構造を有することができる。
このような太陽電池150は、リボン142を有する。隣り合う太陽電池150は、リボン142によって電気的に直列、並列または直並列に接続可能である。具体的には、リボン142は、太陽電池150の前面上に形成された第1電極と、隣接する他の太陽電池150の後面上に形成された第2電極と、を接続することができる。すなわち、一つの太陽電池150の前面から他の太陽電池150の後面まで延びるリボン142を配置した後、熱圧着すると、リボン142によって2つの太陽電池150を接続することができる。
リボン142は、電気的特性および物理的特性に優れた様々な物質からなることができる。一例として、リボン142は、ソルダリング物質を有することができ、Sn/Ag/Cu系、Sn/Ag/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Pb系物質などを有することができる。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)などを有してもよい。または、リボン142は、ソルダリング物質上に酸化防止膜などが積層されて形成されてもよい。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
詳細な説明などでは、“リボン142”という用語を使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、リボン142は、ソルダリング物質を有する場合だけでなく、様々な構造によって太陽電池150を接続する構造体を全て有することができる。
また、バスリボン145は、リボン142によって連結された一つの列の両端を交互に接続する。バスリボン145は、一つの列をなす太陽電池150の端部においてこれ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)と接続される。
第1密封材131は、太陽電池150の前面に位置し、第2密封材132は、太陽電池150の後面に位置することができる。第1密封材131と第2密封材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密封材131および第2密封材132は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂(EVA)、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、本発明はこれらに限定されるものではない。したがって、第1および第2密封材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210は、太陽光を透過するように第1密封材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、鉄分が少し含有さ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220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、絶縁および紫外線遮断の機能をする。後面シート220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220は、前面基板210側から入射し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、本発明はこれらに限定されるものではなく、後面シート220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のうち一つの太陽電池150の構造の一例を、図3乃至図5を参照して詳細に説明する。
図3は、本発明の実施例に係る太陽電池の部分断面図である。図4は、本発明の実施例に係る太陽電池の前面平面図であり、図5は、本発明の実施例に係る太陽電池の後面平面図である。ここで、図3は、図4および図5のIII−III線に沿って切断した断面図である。
図3を参照すると、本実施例に係る太陽電池150は、半導体基板110と、半導体基板110に形成される不純物領域20,30と、不純物領域20,30または半導体基板110に電気的に接続される電極24,34と、を有することができる。そして、太陽電池150は、隣接する太陽電池150との接続のために、電極24,34に電気的に接続されるリボン142を有することができる。ここで、半導体基板110および不純物領域20,30は、光電変換に寄与する領域であるので、光電変換部と定義することができる。不純物領域20,30は、エミッタ領域20と後面電界領域30とを有することができ、電極24,34は、エミッタ領域20に電気的に接続される第1電極24と、後面電界領域30に電気的に接続される第2電極34と、を有することができる。そして、半導体基板110の前面および/または後面には、反射防止膜22、パッシベーション膜(図示せず)などを形成することができる。これらについてより詳細に説明する。
半導体基板110は、不純物領域20,30が形成される領域と、不純物領域20,30が形成されない部分であるベース領域10と、を有する。ベース領域10は、一例として、第1導電型不純物を有するシリコンを有することができる。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導電型不純物は、n型またはp型であってもよい。
本実施例では、一例として、第1導電型不純物がp型である場合を例に挙げて説明する。このように、ベース領域10がp型を有する場合には、ベース領域10が、3族元素であるボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)などがドープされた単結晶または多結晶シリコンからなることができる。このように、ベース領域10がp型であれば、後面電界領域30がp型となるので、後面電界領域30を形成する工程を単純化することができる。これについては以降で再び説明する。
図示していないが、半導体基板110の前面および/または後面は、テクスチャリング(texturing)され、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110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110の前面などを介して入射する光の反射率を低下させることができる。したがって、半導体基板110とエミッタ領域20との界面に形成された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。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体基板110の前面および後面にテクスチャリングによる凹凸が形成されないことも可能である。
半導体基板110の前面側には、ベース領域10の導電型と反対の第2導電型を有するエミッタ領域20を形成することができる。すなわち、エミッタ領域20は、リン(P)、ヒ素(As)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)などの5族元素である第2導電型不純物がドープされた単結晶または多結晶シリコンからなることができる。
図面では、エミッタ領域20が全体的に均一なドーピング濃度を有する均一な構造(homogeneous structure)を有することを例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、他の実施例では、エミッタ領域20が選択的構造(selective structure)を有することができる。これについては、後で図7を参照してより詳細に説明する。
そして、本実施例では、半導体基板110の前面側に第2導電型不純物をドープして形成されたドーピング領域が、エミッタ領域20を構成する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、エミッタ領域20が、半導体基板110の前面上に別途の層として構成されるなど、様々な変形が可能である。
半導体基板110上に、より正確には、半導体基板110に形成されたエミッタ領域20上に反射防止膜22および第1電極24が形成される。
反射防止膜22は、第1電極24に対応する部分を除いて、実質的に半導体基板110の前面全体に形成することができる。反射防止膜22は、半導体基板110の前面に入射する光の反射率を減少させ、エミッタ領域20の表面上またはバルク(bulk)内に存在する欠陥(defect)を不動態化させる(passivate)。
半導体基板110の前面を介して入射する光の反射率を低下させることによって、半導体基板110とエミッタ領域20との界面に形成されたpn接合まで到達する光量を増加させることができる。これによって、太陽電池150の短絡電流(Isc)を増加させることができる。そして、エミッタ領域20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で、太陽電池150の開放電圧(Voc)を増加させることができる。このように、反射防止膜22によって太陽電池150の開放電圧および短絡電流を増加させて、太陽電池150の効率を向上させることができる。
反射防止膜22は、様々な物質で形成することができる。一例として、反射防止膜22は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜(silicon oxide nitride film)、アルミニウム酸化膜、MgF2、ZnS、TiO2およびCeO2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つ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、本発明はこれらに限定されるものではなく、反射防止膜22が様々な物質を有してもよいことは勿論である。そして、半導体基板110と反射防止膜22との間にパッシベーション(passivation(不動態化))のための別途の前面パッシベーション膜(図示せず)をさらに備えてもよい。これもまた本発明の範囲に属する。
第1電極24は、反射防止膜22に形成された開口部を通して(すなわち、反射防止膜22を貫通して)エミッタ領域20に電気的に接続される。このような第1電極24は、様々な物質によって様々な形状を有するように形成することができる。第1電極24の形状については、図4を参照して再び説明する。
半導体基板110の後面側には、ベース領域10と同一の第1導電型を有し、ベース領域10よりも高いドーピング濃度で第1導電型不純物を有する後面電界領域30が形成される。本実施例において、後面電界領域30は、第1導電型不純物として、3族元素であるボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)などのp型不純物を使用することができる。
このような局部的構造の後面電界領域30は、第2電極34内に有された元素などを熱処理により半導体基板110に拡散させることによって形成することができる。例えば、第2電極34がアルミニウムAlを有する場合には、アルミニウムを有するペーストを半導体基板110の後面上に形成した後、これを焼成することによって第2電極34を形成し、同時に、アルミニウムを半導体基板110に拡散させて、後面電界領域30を共に形成することができる。これによって、単純な工程により後面電界領域30を形成することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、後面電界領域30を形成するために、別途のドーピング工程(熱拡散法、レーザドーピング法、イオン注入法など)を行うことも可能である。
本実施例では、第2電極34が電極部34aとパッド部34bとを備え、電極部34aが第1導電型不純物を有することで、後面電界領域30が、電極部34aが形成された部分に対応して局部的に形成される局部的構造(local structure)を有することを例示した。
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第2電極34が、別途のパッド部34bを備えないことで全体的にアルミニウムなどの第1導電型不純物を有すると、後面電界領域が全体的に均一なドーピング濃度を有する均一な構造(homogeneous structure)を有することもできる。または、他の実施例として、図7に示したように、後面電界領域30が選択的構造(selective structure)を有することができる。これについては、後で図7を参照してより詳細に説明する。
そして、本実施例では、半導体基板110の後面側に第1導電型不純物をドープして形成されたドーピング領域が後面電界領域30を構成する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、後面電界領域30が、半導体基板110の後面上に別途の層として構成されるなど、様々な変形が可能である。
第2電極34は、後面電界領域30に電気的に接続される。このような第2電極34は、様々な物質によって様々な形状を有するように形成することができる。第2電極34については、図5を参照して再び説明する。
図4を参照すると、本実施例の第1電極24は、複数のフィンガ電極24aと、上記複数のフィンガ電極と交差する方向に形成される少なくとも一つのバスバー電極24bと、を有する。このとき、複数のフィンガ電極24aは、第1ピッチP1をもって互いに平行に配置することができる。そして、バスバー電極24bは、フィンガ電極24aと交差する方向に形成されて、フィンガ電極24aを接続することができる。このようなバスバー電極24bは、一つのみ備えられてもよく、図4に示すように、第1ピッチP1よりさらに大きい第2ピッチP2をもって複数個備えられてもよい。
フィンガ電極24aの幅W1は、バスバー電極24bの幅W2よりも小さく形成されて、第1電極24の面積によって発生し得るシェーディング損失(shading loss)を最小化することができる。このとき、フィンガ電極24aの幅W1およびバスバー電極24bの幅W2は、フィンガ電極24aまたはバスバー電極24bの最外郭の縁部間の幅を意味する。すなわち、バスバー電極24bの幅W2は、外郭に位置した二つの補助バスバー242bのそれぞれの外側縁間の距離を意味する。
この例では、バスバー電極24bは、メインバスバー241bと、メインバスバー241bと一定の幅W3を有する離隔空間Sを置いて隣接して形成される補助バスバー242bと、を有する。
ここで、メインバスバー241bとは、バスバー電極24bにおいてリボン142が付着されるように設計された部分である。本実施例では、第1電極24が太陽電池150の前面に位置する。メインバスバー241bの幅W4(より正確には、メインバスバー241bの中間領域においてメインバスバー241bの外側縁間の幅)を一定に維持しながらも、メインバスバー241bを形成するための材料を減少させ、シェーディング損失を低減することができるように、メインバスバー241bが開口部240aを備える。すなわち、メインバスバー241bの外側縁間に、電極が形成されていない空き空間である開口部240aが位置するようになる。
一例として、本実施例では、一定の幅W5を有する複数の開口部240aが、メインバスバー241bの長手方向に一つの列をなすように位置することができる。このように、複数の開口部240aがメインバスバー241bの幅W4方向において一つのみ位置するようにして開口部240aの幅W5を最大化することで、材料の量およびシェーディング損失を最小化することができる。一例として、メインバスバー241bの幅W4対開口部240aの幅W5の比率(W4:W5)が、1:0.2〜1:0.8であってもよい。上記比率(W4:W5)が1:0.2未満であると、材料の量およびシェーディング損失を最小化することが難しく、上記比率(W4:W5)が1:0.8を超えると、リボン142とメインバスバー241bとの接触面積が十分でないことがある。しかし、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記比率(W4:W5)などは変更可能である。
そして、本実施例では、複数の開口部240aがメインバスバー241bの長手方向に互いに離隔して位置する。これによって、メインバスバー241bの長手方向において複数の開口部240a間を連結するブリッジ電極部240cを備えるようになる。すなわち、メインバスバー241bは、幅方向に開口部240aの両側に位置する二つのメイン電極部240bと、二つのメイン電極部240bを接続する複数個のブリッジ電極部240cと、を有してなることができる。このようなメイン電極部240bおよびブリッジ電極部240cによって、複数の開口部240aを備えてもメインバスバー241bとリボン142との接触面積を最大化することができる。また、メイン電極部240bおよびブリッジ電極部240cの一部が損傷しても、他の経路にキャリアが移動することができる。
メインバスバー241bの中間領域では、隣接する二つの開口部240a間の距離L3(すなわち、ブリッジ電極部240cの厚さ)が均一な距離L3を有することができる。そして、複数の開口部240aのうちメインバスバー241bの一側(図面の上側、以下、“上側”)に隣接した開口部240aとメインバスバー241bの上側との間の第1距離L1と、複数の開口部240aのうちメインバスバー241bの他側(図面の下側、以下、“下側”)に隣接した開口部240aとメインバスバー241bの他側との間の第2距離L2と、が互いに異なる。より正確には、第1距離L1は距離L3より小さく、距離L3は第2距離L2より小さい。これは、リボン142の接続構造を考慮したものである。
具体的に説明すると、本実施例において、メインバスバー241bの上側は、リボン142の一端部が位置する領域であり、メインバスバー241bの下側は、リボン142が延びて隣接する太陽電池に接続される領域である。
リボン142の一端部が位置するメインバスバー241bの上側では、アライメント誤差、不良などを考慮して、リボン142をメインバスバー241bの縁から一定間隔だけ離隔させて付着する。すなわち、リボン142の一端部と太陽電池150の上側における縁とが互いに離隔して位置するようになる。これによって、メインバスバー241bの上側縁には、リボン142と直接接触しない部分が位置することができる。したがって、リボン142と直接接触しないメインバスバー241bの上側縁ではメインバスバー241bの形成面積を減少させることで、バスバー電極24bの形成のための材料の量およびシェーディング損失を最小化する。これと共に、メインバスバー241bの上側縁では幅W41を中間領域の幅W4よりも減少させて、メインバスバー241bの上側縁における面積をさらに減少させることができる。
そして、メインバスバー241bの上側よりも下側にリボン142によって印加される力がさらに大きくなるため、メインバスバー241bの下側には亀裂などが発生しやすい。これを考慮して、本実施例では、リボン142が延びる側に位置するメインバスバー241bの他側の第2距離L2を相対的に大きくして、メインバスバー241bの他側で十分な面積を有するようにすることができる。このとき、メインバスバー241bの他側には、両側から突出する突出部240dが位置して、中間領域の幅W4よりさらに大きい幅W42を有するようにすることができる。これによって、メインバスバー241bの他側で十分な接触面積を有するようにすることができる。
しかし、メインバスバー241bの形状および開口部240aの形状、配置などは、上述した説明に限定されるものではない。すなわち、開口部240aがメインバスバー241bの幅方向に複数位置してもよく、開口部240aが一つのみ備えられてもよく、ブリッジ電極部240cを備えなくてもよい。その他の様々な変形が可能であることは勿論である。
補助バスバー242bは、設計上ではリボン142が付着されないが、工程誤差などが発生する場合にはリボン142が付着されることもある領域である。そして、補助バスバー242bは、キャリアがメインバスバー241bに流れるように誘導する迂回(bypass)経路を提供する。これをより詳細に説明する。
メインバスバー241b上にリボン142を接続する工程(例えば、タビング工程(tabbing process)など)中に、リボン142のソルダリング部分がメインバスバー241bに隣接したフィンガ電極24aの上に流れ込むことがある。フィンガ電極24aが小さい幅W1を有するため、流れ込んだソルダリング部分によって亀裂が発生し得る。このような亀裂によって熱衝撃などが加わると、メインバスバー241bに隣接したフィンガ電極24aの部分が容易に断線し得る。このような現象をソルダリングによるグリッドインタラプション(Grid Interruption Caused by Soldering;GICS)と呼ぶ。このようなGICSによって、メインバスバー241bに隣接したフィンガ電極24aの一部が断線すると、キャリアが該当のメインバスバー241bに伝達され得ないため、キャリアは、遠くに位置した他のメインバスバー241bまで移動するか、またはメインバスバー241bに到達できなくなる。すると、太陽電池150の出力が減少する。
本実施例のように、メインバスバー241bと共に補助バスバー242bを形成する場合、GICSによってメインバスバー241bに隣接したフィンガ電極24aに断線が発生しても、補助バスバー242bを介してメインバスバー241bに到達できるようになる。すなわち、補助バスバー242bは、迂回経路を介してメインバスバー241bにキャリアを伝達する役割を果たす。
このような補助バスバー242bは、メインバスバー241bと離隔空間Sを置いて隣接して形成される。このように、本実施例では、メインバスバー241bの外側に離隔空間Sを置いて補助バスバー242bを形成することによって、バスバー電極24bの幅W2を既存より広くすることができる。これによって、リボン142の付着時にアライメント誤差などが発生しても、リボン142とバスバー電極24bとの接続を安定的に行うことができる。このとき、広い幅W2のバスバー電極24bを全領域にわたって形成するものではなく、離隔空間Sを置いて形成されるメインバスバー241bと補助バスバー242bとで構成して、バスバー電極24bを形成するための材料の量を減少させ、シェーディング損失を最小化することができる。また、上述したように、補助バスバー242bは、迂回経路を提供して、キャリア収集効率を向上させることができる。
ここで、離隔空間Sの幅W3は、フィンガ電極24aの第1ピッチP1と同一であるか、またはそれより小さい。このとき、離隔空間Sの幅W3は、メインバスバー241bの外側縁(すなわち、補助バスバー242bに隣接した縁部)と補助バスバー242bの内側縁(すなわち、メインバスバー241bに隣接した縁部)との間の距離を意味する。離隔空間Sの幅W3がフィンガ電極24aの第1ピッチP1よりも大きくなると、アライメント誤差よりも大きい離隔空間Sによって、補助バスバー242bが実質的にリボン142との安定した接続に寄与することができず、迂回経路を提供する補助バスバー242bの役割を十分に行うことが難しいことがある。
一例として、フィンガ電極24aの第1ピッチP1対各離隔空間Sの幅W3の比率(P1:W3)が、1:0.0025〜1:1であってもよい。上記比率(P1:W3)が1:0.0025未満であると、離隔空間Sの幅W3が小さいため、バスバー電極24bがアライメント誤差などを考慮した十分な幅W2を有することができない。上記比率(P1:W3)が1:1を超えると、上述したように、補助バスバー242bがその役割を十分に行うことが難しいことがある。このとき、バスバー電極24bが十分な幅W2を有すると共に、離隔空間Sが適切な幅W3を有するようにするために、上記比率(P1:W3)が、1:0.25〜1:0.75(より具体的には、1:0.25〜1:0.5)であってもよい。
バスバー電極24bの幅W2対各離隔空間Sの幅W3の比率(W2:W3)が、1:0.2〜1:0.4であってもよい。上記比率W2:W3が1:0.2未満であると、離隔空間Sの幅W3が小さくなるため、バスバー電極24bの幅W2を十分に確保することが難しく、バスバー電極24bの材料の量およびシェーディング損失を最小化することが難しいことがある。上記比率(W2:W3)が1:0.4を超えると、離隔空間Sの幅W3が大きくなるため、メインバスバー241bの幅W4を十分に確保することが難しく、そのため、リボン142との接続特性が低下することがある。
補助バスバー242bの幅W6は、リボン142の付着時にバスバー電極24bとして機能すると共に、キャリアの迂回経路を提供できる程度の幅を有することができる。一例として、フィンガ電極24aの幅W1対補助バスバー242bの幅W6の比率(W1:W6)が、1:0.6〜1:1.5であってもよい。上述した比率(W1:W6)が1:0.6未満であると、補助バスバー242bとしての役割を十分に行うことが難しく、上述した比率(W1:W6)が1:1.5を超えると、補助バスバー242bによって材料の量およびシェーディング損失などが増加し得る。このとき、補助バスバー242bをフィンガ電極24aよりも大きい幅に形成して(すなわち、上記比率(W1:W6)を1:1〜1:1.5にして)、GISCなどが発生したときに補助バスバー242bがあまり損傷しないようにすることができる。
上述したバスバー電極24bの上にはリボン142が位置する。リボン142は、上述したように、隣接する太陽電池150との接続のためのもので、様々な物質などを有する様々な構造を有することができる。図面では、バスバー電極24b上にリボン142が接触することを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、バスバー電極24bとリボン142との間に別途の接着層、接着フィルムなどがさらに備えられることも可能である。
リボン142の幅W7は、バスバー電極24bの幅W2と同一であるか、またはそれより小さくてもよく、メインバスバー241bの幅W4と同一であるか、またはそれより大きくてもよい。これによって、メインバスバー241bと十分に広い面積をもって接続しながら、バスバー電極24bを逸脱する面積を最小化することができる。また、GICSが発生したときにも、バスバー電極24bの外郭に位置する補助バスバー242bによって迂回経路を形成することができる。
一例として、リボン142の幅W7対バスバー電極24bの幅W2の比率(W7:W2)が、1:1〜1:3であってもよい。上記比率(W7:W2)が1:1未満であると、リボン142の幅W7が大きくなるため、GICSが発生し得る。上記比率(W7:W2)が1:3を超えると、リボン142の幅W7が小さくなるため、リボン142とバスバー電極24bとの接続面積が小さくなることがある。このとき、接続面積などを十分に確保することができるように、上記比率(W7:W2)が1:1〜1:2.2であってもよい。
図5を参照すると、本実施例において、半導体基板110の後面に形成される後面電極である第2電極34は、半導体基板110の後面全体にわたって形成される。これによって、半導体基板110がp型を有するので、第2電極34を用いて形成される後面電界領域30の面積を最大限確保することができる。これによって、半導体基板110の後面での再結合を効果的に防止することができる。また、全体的に形成された第2電極34は、半導体基板110の後面で光を反射させて、再び半導体基板110の内部に向かうようにすることで、光を再利用するようにすることができる。これによって、太陽電池150の効率を向上させることができる。
このとき、本実施例では、第2電極34は、リボン142が位置する部分に形成されるパッド部34bと、パッド部34bを除外した部分に形成される電極部34aと、を有する。パッド部34bは、リボン142の長手方向に互いに離隔する複数の部分を有することができる。これによって、電極部34aの形成面積を最大化して、後面電界領域30の形成面積を最大化することができ、パッド部34bの形成に必要な材料の量を低減することができる。このとき、パッド部34bの幅W8をリボン142の幅W7よりも大きくすることができる。これによって、アライメント誤差などが発生する場合にも、パッド部34bとリボン142とが安定的に接続できるようにする。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、パッド部34bの幅W8は、様々な値を有することができる。
このように、互いに異なる物質を有するパッド部34bおよび電極部34aによって、様々な特性を向上させることができる。すなわち、パッド部34bによってリボン142との接続特性を向上させると共に、電極部34aによって後面電界領域30を容易に形成できるようにする。パッド部34bは、リボン142との接続特性に優れた物質(例えば、銀(Ag))からなることができる。電極部34aは、優れた電気伝導性および反射度を有し、かつ後面電界領域30を形成することができる物質(例えば、アルミニウム(Al))からなることができる。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第2電極34の形状、構造、物質などは多様に変形することができる。すなわち、第2電極34が一定のパターン(例えば、第1電極24と同一または類似のパターン)をもって形成されてもよく、第2電極34が、パッド部34bを備えずに、全体的に電極部34aのみからなっていてもよい。また、パッド部34bおよび電極部34aの物質にも様々な物質を使用することができる。そして、後面電界領域30が、第2電極34によって形成されずに、別途のドーピング方法などにより形成されるなど、様々な変形が可能である。
上述したように、本実施例によれば、フィンガ電極24aの第1ピッチP1よりも小さい幅W3を有するようにメインバスバー241bに隣接形成される補助バスバー242bを形成する。これによって、バスバー電極24bの幅W2を広く形成してリボン142と安定的に接続されるようにしながらも、バスバー電極24bを形成するための材料の量を減少させ、シェーディング損失を最小化することができる。また、上述したように、補助バスバー242bは、迂回経路を提供して、キャリアの収集効率を向上させることができる。
上述した実施例では、ベース領域10がp型を有する場合に、前面電極である第1電極24が補助バスバー242bを備え、第2電極34は全体にわたって形成されたことを例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、第2電極34が補助バスバーを備え、第1電極24が補助バスバー242bを備えないことも可能であり、第1および第2電極24,34の全てが補助バスバー242bを備えることも可能である。すなわち、本発明では、第1および第2電極24,34のいずれか一つのみ補助バスバー242bを具備すればよい。また、ベース領域10および後面電界領域30がn型を有し、エミッタ領域20がp型を有するなどの変形も可能である。
そして、補助バスバー242bが、メインバスバー241bを挟んで両側にそれぞれ一つずつ位置することを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、補助バスバー242bが、メインバスバー241bの一側にのみ位置することも可能である。また、補助バスバー242bは、メインバスバー241bと同様に長く延びることも可能であり、一部の領域でのみ部分的に形成されることも可能である。その他にも様々な変形が可能である。
以下、図6乃至図8を参照して、本発明の他の実施例に係る太陽電池を詳細に説明する。上述した部分と同一または類似の部分については詳細な説明を省略し、互いに異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図6は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の前面平面図の一部を示す図である。
図6を参照すると、本実施例に係る第1電極24のブリッジ電極部240cに第2開口部242aを形成する。一例として、二つの第1開口部240a間に位置した一つのブリッジ電極部240cに複数個の第2開口部242aを形成して、第1電極24の面積を最小化することができる。これによって、第1電極24を形成するための材料の量を最小化することができる。
図7は、本発明の更に他の実施例に係る太陽電池の部分断面図であり、図8は、図7に示した太陽電池の部分後面平面図である。図8には、図5の拡大円に対応する部分を示した。
図7および図8を参照すると、本実施例に係る太陽電池150aにおいては、第1および第2電極24,34がそれぞれパターンをもって形成される。すなわち、第1および第2電極24,34が一定のパターンをもって形成されて、太陽電池150aの前面および後面にそれぞれ光が入射することができる。すなわち、太陽電池150aが両面受光型(bi-facial)構造を有することができる。
本実施例では、ベース領域10および後面電界領域30がn型を有し、エミッタ領域20がp型を有することができる。このように、n型の不純物を有するベース領域10を使用すると、半導体基板110の前面にp型の不純物を有するエミッタ領域20が形成されて、pn接合(junction)をなすようになる。このようなpn接合に光が照射されると、光電効果によって生成された電子が半導体基板110の後面側に移動して、第2電極34により収集され、正孔が半導体基板110の前面側に移動して、第1電極24により収集される。これによって、電気エネルギが発生する。すると、電子よりも移動速度の遅い正孔が半導体基板110の後面ではなく前面に移動して、変換効率が向上することができる。
エミッタ領域20は選択的構造を有することを例示した。すなわち、エミッタ領域20が、相対的に高い不純物濃度を有することで相対的に低い抵抗を有する第1部分20aと、相対的に低い不純物濃度を有することで相対的に高い抵抗を有する第2部分20bと、を備えることができる。すると、光が入射する第1電極24間に対応する部分に相対的に高い抵抗の第2部分20bを形成して、浅いエミッタ(shallow emitter)を具現することができる。これによって、太陽電池150aの電流密度を向上させることができる。これと共に、第1電極24と隣接する部分に相対的に低い抵抗の第1部分20aを形成して、第1電極24との接触抵抗を低減させることができる。このように、エミッタ領域20が選択的構造を有すると、太陽電池150aの効率を最大化することができる。しかし、上述したように、エミッタ領域20は、公知の様々な構造を有することができる。
そして、後面電界領域30が選択的構造を有することを例示した。すなわち、後面電界領域30が、相対的に高い不純物濃度を有することで相対的に低い抵抗を有する第1部分30aと、相対的に低い不純物濃度を有することで相対的に高い抵抗を有する第2部分30bと、を備えることができる。すると、第2電極34間に対応する部分に相対的に高い抵抗の第2部分30bを形成して、表面再結合を最小化することができる。これによって、太陽電池150aの電流密度を向上させることができる。これと共に、第2電極34と隣接する部分に相対的に低い抵抗の第1部分30aを形成して、第2電極34との接触抵抗を低減させることができる。このように、後面電界領域30が選択的構造を有すると、太陽電池150aの効率を最大化することができる。しかし、上述したように、後面電界領域30は、公知の様々な構造を有することができる。
本実施例では、第2電極34は、フィンガ電極34aおよびバスバー電極34bを有し、バスバー電極34bが、メインバスバー341bおよび補助バスバー342bを有することができる。
このとき、メインバスバー341bの開口部340aは、メインバスバー341bの幅方向に複数配置されて、メインバスバー341bが、複数の開口部340aを挟んで位置する複数のメイン電極部343b,344bを有する。開口部340aの幅、メイン電極部343b,344bの幅などは、開口部340aおよびメイン電極部343b,344bの個数によって多様に変わり得る。
ここで、複数のメイン電極部343b,344bは、メインバスバー341bの長手方向に沿って長く延びることができる。そして、複数のメイン電極部343b,344bは、両側外郭に位置する第1メイン電極部343bと、第1メイン電極部343b間に位置する第2メイン電極部344bと、を備えることができる。このとき、第1メイン電極部343bと第2メイン電極部344bは、幅および厚さが互いに異なっていてもよい。
例えば、第1メイン電極部343bの幅W11が第2メイン電極部344bの幅W12よりも大きく、第1メイン電極部343bの厚さ(または高さ)H1が第2メイン電極部344bの厚さH2よりも大きい。このような形状の第1および第2メイン電極部343b,344bは、印刷などによって電極を形成するとき、縦横比(aspect ratio)によって電極用ペーストの幅を大きくすると厚さが大きくなり、幅を小さくすると厚さが小さくなることを利用して容易に形成することができる。
第1および第2メイン電極部343b,344bの幅および厚さを互いに異ならせることによって、太陽電池150aの特性評価などのための検査時に正確度を向上させながらも、第2電極34を形成するのに必要な材料の量を低減することができる。すなわち、開口部340aの幅を減少させ、メイン電極部343b,344bを密に配置することによって、太陽電池150aの特性検査時にプローブを第2電極34に安定的に載置できるようにする。同時に、内部に位置する第2メイン電極部344bの幅W12および厚さH2を減少させることによって、第2電極34を形成するのに必要な材料の量を低減することができる。
そして、メインバスバー341bは、第1および第2メイン電極部343b,344bと交差する方向に形成されて第1および第2メイン電極部343b,344bを接続するブリッジ電極部345bをさらに有することができる。これによって、第1および第2メイン電極部343b,344bの一部に断線が発生した場合にも、キャリアが、他の第1および第2メイン電極部343b,344bを介して移動できるようにする。また、メインバスバー341bとリボン142との接続面積(または接触面積)を最大化することができる。
本実施例では、補助バスバー342bを有する第2電極34が太陽電池150aの後面に位置する後面電極である。すなわち、光の入射量が相対的に少ない第2電極34が、メインバスバー341bおよび補助バスバー342bを備えているので、メインバスバー341bの幅W31などを十分な幅に形成することができる。一例として、本実施例では、上述した図1乃至図5に示した実施例とは異なり、メインバスバー341bの幅W31をリボン142の幅W7よりも大きくてもよい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変形が可能であることは勿論である。
本実施例において、第1電極24は、第2電極34のフィンガ電極34a、およびメインバスバー341bを備えるバスバー電極34bと類似の形状のフィンガ電極、およびバスバー電極を備えることができる。ただし、第1電極24は、多くの量の光の入射がなされる半導体基板110の前面に位置するので、第2電極34の補助バスバー342bに対応する構成は備えなくてもよい。これによって、シェーディング損失を最小化することができる。
上述した実施例では、ベース領域10がn型を有する場合に、前面電極である第1電極24が補助バスバーを備えずに、第2電極34が補助バスバー342bを備えたことを例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、第1電極24が、第2電極34のフィンガ電極34a、並びにメインバスバー341bおよび補助バスバー342bを備えるバスバー電極34bと類似の形状のフィンガ電極並びにバスバー電極を備えることができる。または、第1電極24が、図4に示したような形状を有してもよい。その他にも、第1電極24は様々な形状を有することができる。そして、第1電極24が補助バスバーを備える場合には、第2電極34が補助バスバー342bを備えないことも可能である。また、第1電極24および第2電極34のメインバスバー341bの形状は、様々な変形が可能である。そして、ベース領域10および後面電界領域30がp型を有し、エミッタ領域20がn型を有するなどの変形も可能である。
そして、第2電極34の補助バスバー342bが、メインバスバー341bを挟んで両側にそれぞれ一つずつ位置したことを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、補助バスバー342bが、メインバスバー341bの一側にのみ位置することも可能である。また、補助バスバー342bは、メインバスバー341bと同様に長く延びることも可能であり、一部の領域でのみ部分的に形成されることも可能である。その他にも様々な変形が可能である。
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また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および変形に係わる内容は、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。
10 ベース領域
20 エミッタ領域
22 反射防止膜
24 電極
24a フィンガ電極
24b バスバー電極
30 後面電界領域
34 電極
100 太陽電池モジュール
110 半導体基板
131,132 密封材
142 リボン
150 太陽電池
210 前面基板
220 後面シート
240a 開口部
240b メイン電極部
240c ブリッジ電極部
240d 突出部
241b メインバスバー
242a 開口部
242b 補助バスバー
340a 開口部
341b メインバスバー
342b 補助バスバー
343b,344b メイン電極部
345b ブリッジ電極部”

Claims (20)

  1. 光電変換部と、
    前記光電変換部に接続される第1および第2電極と、を有し、
    前記第1および第2電極のうち少なくとも一つは、複数のフィンガ電極と、前記複数のフィンガ電極と交差する方向に形成される少なくとも一つのバスバー電極と、を有し、
    前記バスバー電極は、メインバスバーと、前記メインバスバーと離隔空間を置いて隣接して形成される補助バスバーと、を有し、
    前記離隔空間の幅が、前記複数のフィンガ電極のピッチ以下である、太陽電池。
  2. 前記複数のフィンガ電極の前記ピッチ対前記離隔空間の幅の比率が、1:0.0025〜1:1である、請求項1に記載の太陽電池。
  3. 前記バスバー電極の幅対前記離隔空間の幅の比率が、1:0.2〜1:0.4である、請求項1に記載の太陽電池。
  4. 前記フィンガ電極の幅対前記補助バスバーの幅の比率が、1:0.6〜1:1.5である、請求項1に記載の太陽電池。
  5. 前記バスバー電極に接続されるリボンをさらに有し、
    前記リボンの幅が、前記バスバー電極の幅以下であり、
    前記リボンの幅が、前記メインバスバーの幅以上である、請求項1に記載の太陽電池。
  6. 前記リボンの幅対前記バスバー電極の幅の比率が、1:1〜1:3である、請求項5に記載の太陽電池。
  7. 前記メインバスバーに開口部が形成される、請求項1に記載の太陽電池。
  8. 前記開口部が、前記メインバスバーの長手方向に一つの列をなすように複数個配置される、請求項7に記載の太陽電池。
  9. 前記メインバスバーの幅対前記開口部の幅の比率が、1:0.2〜1:0.8である、請求項8に記載の太陽電池。
  10. 前記複数の開口部のうち前記メインバスバーの一側に隣接した開口部と前記メインバスバーの一側との間の第1距離と、前記複数の開口部のうち前記メインバスバーの他側に隣接した開口部と前記メインバスバーの他側との間の第2距離とが互いに異なる、請求項8に記載の太陽電池。
  11. 前記バスバー電極に接続されるリボンをさらに有し、
    前記リボンは、前記バスバー電極の前記他側において前記太陽電池と隣接する他の太陽電池に延び、
    前記第1距離が前記第2距離よりも小さい、請求項10に記載の太陽電池。
  12. 前記複数の開口部のうち前記メインバスバーの中間領域に位置した開口部間の第3距離が、前記第1距離よりも大きく、前記第2距離よりも小さい、請求項11に記載の太陽電池。
  13. 前記第1および第2電極のうち前記第1電極が、前記複数のフィンガ電極と、前記メインバスバーおよび前記補助バスバーを有する前記バスバー電極と、を有し、
    前記第1電極が、前記太陽電池の前面に位置する前面電極である、請求項8に記載の太陽電池。
  14. 前記第1および第2電極のうち前記第1電極が、前記複数のフィンガ電極と、前記メインバスバーおよび前記補助バスバーを有する前記バスバー電極と、を有し、
    前記光電変換部は、ベース領域を有する半導体基板と、前記半導体基板に形成されるエミッタ領域と、を有し、
    前記ベース領域がp型であり、前記エミッタ領域がn型であり、
    前記第1電極が前記エミッタ領域に接続される、請求項8に記載の太陽電池。
  15. 前記第2電極に接続される他のリボンをさらに有し、
    前記第2電極は、前記リボンが接続された部分に形成されるパッド部と、前記パッド部を除外した部分に全体的に形成される電極部と、を有する、請求項14に記載の太陽電池。
  16. 前記開口部が前記メインバスバーの幅方向に複数個配置されて、前記メインバスバーが、前記複数の開口部を挟んで位置する複数のメイン電極部を有する、請求項7に記載の太陽電池。
  17. 前記複数のメイン電極部のうち両側外郭に位置する第1メイン電極部と、前記第1メイン電極部間に位置する第2メイン電極部とは、幅および厚さのうち少なくとも一つが互いに異なる、請求項16に記載の太陽電池。
  18. 前記複数のメイン電極部を前記複数のメイン電極部の長手方向と交差する方向に接続する少なくとも一つのブリッジ電極部を有する、請求項16に記載の太陽電池。
  19. 前記第1および第2電極のうち前記第2電極が、前記複数のフィンガ電極と、前記メインバスバーおよび前記補助バスバーを有する前記バスバー電極と、を有し、
    前記第2電極が、前記太陽電池の後面に位置する後面電極である、請求項16に記載の太陽電池。
  20. 前記第1および第2電極のうち前記第2電極が、前記複数のフィンガ電極と、前記メインバスバーおよび前記補助バスバーを有する前記バスバー電極と、を有し、
    前記光電変換部は、半導体基板と、前記半導体基板に形成されるエミッタ領域および後面電界領域を有し、
    前記後面電界領域がn型であり、前記エミッタ領域がp型であり、
    前記第2電極が前記後面電界領域に接続される、請求項16に記載の太陽電池。
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