KR101109087B1 - 효율 개선된 태양전지 및 그의 연결방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효율 개선된 태양전지 및 그의 연결방법에 관한 것이다. 본 발명은 태양전지의 본체를 구성하는 4면의 측면 중에서 3면에만 에미터 도핑을 수행하여 버스바 전극(110)을 형성한다. 상기 본체의 전면에는 일정 간격으로 이격되어 형성되는 적어도 하나의 전면 에미터 전극(130)을 형성한다. 상기 전면에는 소수 캐리어의 이동을 도와주는 전면 버스바 전극(140)이 형성되거나 형성하지 않는다. 상기 본체의 후면에는 베이스 전극(150)이 형성되고, 그로부터 상기 전면 에미터 전극(130)의 형성방향과 직각되는 방향으로 복수 개의 서브 베이스 전극(150') 및 상기 서브 베이스 전극(150') 사이에 후면 에미터 전극(160)을 형성한다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 태양전지 전면에서의 빛의 수광능력과 소수 캐리어의 수집 능력이 향상되는 이점이 있다. 아울러, 상기한 구조의 태양전지들을 직렬 및 병렬 연결로 연결할 경우에도 보다 간단한 방식으로 연결할 수 있다.

태양전지, 측면 버스바, 전면/후면, 에미터 전극, 버스바 전극

Description

효율 개선된 태양전지 및 그의 연결방법{Improved Solar Cell and Method for connecting the Solar cell between}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 태양 광의 수광 효율 및 소수 캐리어(carrier)의 수집 능력을 향상시키도록 구조가 개선된 태양전지 및 그 태양전지를 연결하는 방법에 관한 것이다.

최근 환경문제와 에너지 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없으며 에너지 효율이 높은 대체 에너지로서의 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.

상기 태양전지는 광 기전력 현상을 응용하여 태양의 빛 에너지를 전기적 에너지로 바꾸는 에너지 변환소자로서, 태양전지의 구조에 따라 그 효율은 상이하다. 이에 상기 태양전지는 태양 광을 최대한 많이 흡수하는 것이 최대 관건이라 할 수 있다.

따라서, 상기 태양전지는 개발 초기부터 효율 향상을 위하여 태양전지의 구조를 개선하는 연구가 진행되어 왔다.

이하에서는 그 중에서 3가지 종류의 태양전지에 대해 설명하기로 한다.

첫 번째, MWA(Metallization Wrap Around) 구조의 태양전지이다. 상기 MWA는 미국 등록특허(US 6,846,984호 : 이하, '선행기술 1'이라 함)에 개시되어 있다.

상기 선행기술 1을 보면, MWA 타입의 태양전지는 빛의 수광 면적을 높이기 위하여 버스바를 측면에 형성한 구조를 제공한다.

두 번째, 후면접합 타입의 태양전지(이하, '선행기술 2'라 함)이다.

상기 선행기술 2는 태양전지 셀의 후면에 에미터 및 베이스를 형성하여 금속배선(metallization) 시켜서 전면에서의 빛 수광 효율을 향상시키기 위한 구조이다.

세 번째, 3단자 접합 타입의 태양전지이다. 이 구조는 2001. 09. 21.자로 공개된 일본국 공개특허(JP 2001-257371호 : 이하, '선행기술 3'이라 함)에 개시되어 있다.

상기 선행기술 3은 'Bifacial' 구조의 태양전지로 전면과 후면에 전극이 형성된다. 즉 태양전지 셀의 전면과 후면에 에미터를 형성하고 또 상기 후면의 일부에 베이스 컨택(Base Contact)을 형성하여 전면과 후면에서 빛을 수광하면서 소수 운송자를 수집하기 위한 구조이다.

상술한 바와 같이 태양전지는 그 구조가 다양하게 개발되고 있으며, 이 모두는 태양전지의 효율 향상이 주 목적이다.

하지만, 상기한 구조들의 태양전지는 어느 정도의 효율 향상은 기대하고 있지만, 다른 문제점을 초래하고 있다.

첫 번째, 상기 선행기술 1의 태양전지는, 태양전지의 후면 전체가 전극으로 덮어있기 때문에 후면을 통해서는 빛을 수광할 수 없는 문제가 있다.

두 번째, 상기 선행기술 2의 태양전지는, 태양전지의 전면에 전극이 형성되어 있지 않아, 태양전지의 후면에 형성된 전극으로의 소수 캐리어의 이동이 제한적이다.

세 번째, 상기 선행기술 3의 태양전지는 전면과 후면이 에미터와 베이스만으로 구성되어 있고 소수 캐리어를 전면 및 후면에서 수집할 수 있다. 그렇지만 전면 전극으로 인하여 태양 광을 흡수하는 흡수율이 감소하는 'Shadow loss' 현상으로 수광 능력이 떨어진다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양 광의 수광 효율을 향상시키고, 동시에 전면 및 후면에서 태양 광을 수집하여 소수 캐리어의 수집 능력을 향상시키도록 한 효율 개선된 태양전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 태양전지 상호간의 연결을 보다 용이하게 하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 태양전지의 본체: 상기 본체의 측면 3면에 형성된 버스바 전극: 상기 본체의 전면에 일정 간격으로 이격되어 형성되는 적어도 하나의 에미터 전극: 그리고 상기 본체의 후면에 상기 에미터 전극의 형성방향과 직각 또는 평형되는 방향으로 형성되는 복수 개의 베이스 전극 및 상기 베이스 전극 사이에 형성된 에미터 전극을 포함하여 구성된다.

상기 에미터 전극은 상기 측면 3면에 형성된 버스바 전극 중 적어도 하나의 버스바 전극과 연결되게 구성된다.

상기 본체의 전면에는 전면의 중앙에서 수집된 소수 캐리어를 측면에 형성된 버스바 전극으로 전달하기 위해 적어도 하나의 버스바 전극이 형성되거나, 미 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본체의 측면 3면에 버스바 전극이 형성되며, 상기 본체의 전면에는 에미터 전극이 형성되며, 상기 본체의 후면에는 에미터 전극 및 베이스 전극이 형성된 태양전지들을 상호 연결할 경우, 어느 하나의 태양전지의 베이스 전극과 다른 하나의 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극을 서로 접촉시켜서 직렬로 연결하는 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본체의 측면 3면에 버스바 전극이 형성되며, 상기 본체의 전면에는 에미터 전극이 형성되며, 상기 본체의 후면에는 에미터 전극및 베이스 전극이 형성된 태양전지들을 상호 연결할 경우, 어느 하나의 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극과 다른 하나의 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극을 서로 접촉시켜서 병렬로 연결하는 방법을 제공한다.

본 발명에서는, 태양전지의 3측면에 버스바를 형성하고, 전면과 후면에도 에미터를 형성한 구조를 제공한다.

따라서, 기존의 태양전지들보다 소수 캐리어의 수집 능력이 향상되고, 빛의 수광 능력도 향상된다.

또한, 후면에 에미터와 베이스를 함께 형성시키고 있으며 크기와 간격을 조절하여 태양전지의 후면을 통해서도 빛을 수광할 수 있음은 물론이고, 전극으로 이동하는 소수 캐리어의 이동거리도 최소화할 수 있다.

또한, 태양전지의 전면에 버스바의 형성을 최대한 억제하고, 측면 버스바를 이용할 수 있어, 전면에서의 태양 광 흡수율 감소를 최소화할 수 있다.

이 결과 태양전지의 전체적인 효율 향상이 기대되다.

이하 본 발명에 따른 효율 개선된 태양전지 및 그의 연결방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 효율 개선된 태양전지의 구조부터 살펴보기로 한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 효율 개선된 태양전지의 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 저면도가 도시되어 있다.

이를 보면, 태양전지(100)는 측면의 3면에 도전성 물질로 도핑된 버스바 전극(110)이 형성된다. 상기 버스바 전극(110)은 3면을 각각 별도로 형성하고 이후에 서로를 연결하거나, 한꺼번에 동시에 형성할 수 있다.

상기 버스바 전극(110)은 상기 태양전지(100)의 전면에 태양 광이 입사되어 생성된 소수 캐리어를 전달받게 된다. 이는 전면에서의 빛의 수광 능력을 향상시키는 것이다.

상기 태양전지의 나머지 1면(120)은 다른 태양전지와의 직렬 연결시에 그 다른 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극과의 접촉을 위하여 버스바 전극이 형성되지 않은 구성이다. 즉 상기 1면(120)에는 도전성 물질이 미 도핑된 상태이다.

상기 태양전지(100)의 전면에는 도면에서 봤을 때 가로 방향으로 일정한 폭을 가지며 서로 일정 간격으로 이격되는 전면 에미터 전극(130)이 복수 개가 형성된다. 상기 전면 에미터 전극(130)은 소수 캐리어의 수집 능력을 향상시키기 위한 것이다. 이는 핑거 버스의 역할을 수행한다.

상기 전면 에미터 전극(130)과는 직각방향으로 전면 버스바 전극(140)이 형성된다. 상기 전면 버스바 전극(140)은 상기 태양전지(100)의 전면에서 상기 전면 에미터 전극(130)의 가운데 부분을 가로질러 형성된다. 도면에서는 상기 전면 버스바 전극(140)은 하나만 형성됨을 도시하고 있다. 하지만, 상기 태양전지F(100)의 전체 면적 등에 따라서 상기 전면 버스바 전극(140)은 반드시 형성할 필요는 없다. 이는 상기한 3면에 형성된 버스바 전극(110)이 소수 캐리어를 전달받을 수 있기 때문이다.

그와 같이 상기 전면 버스바 전극(140)의 형성을 최소화할 수 있음으로써, 상기 태양전지(100)의 전면에서 빛의 흡수율이 저하되는 것을 최대한 방지할 수 있게 된다.

상기 태양전지(100)의 후면에도 3면의 측면에 도전성 물질로 도핑된 버스바 전극(110)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 나머지 1면(120)은 앞서 설명한 바와 같이 다른 태양전지와의 결합을 위하여 버스바 전극은 미형성된 상태이다.

상기 후면에서, 상기 버스바 전극이 형성되지 않은 1면(120)에는 하부에 베이스 전극(150)이 형성된다.

상기 베이스 전극(150)은 후면의 일측면에 일정 부분이 도핑되어 형성되고 있다. 아울러, 상기 베이스 전극(150)은 후면을 가로질러 일정 두께의 서브 베이스 전극(150')이 복수 개가 연장되어 형성된다. 상기 베이스 전극(150)과 서브 베이스 전극(150')은 도펀트 도핑시에 일체로 형성된다.

상기 연장 형성된 서브 베이스 전극(150')들 사이에는 후면 에미터 전극(160)이 형성된다.

그리고 도면에서 도면부호 170은 에미터 도핑된 부분이고, 180은 후면전계(BSF) 영역이다.

상기한 바와 같이 상기 태양전지(100)의 후면에 베이스 전극(150)(150')과 후면 에미터 전극(160)이 함께 형성되고 있기 때문에, 상기 태양전지(100)의 후면을 통해서도 빛을 수광할 수 있고, 수집된 소수 캐리어의 이동 거리를 최소화할 수 있게 한다.

한편, 상기 태양전지(100)의 측면에 형성된 베이스 전극(110)은 에미터 전극으로서, 전면에 형성된 전면 에미터 전극(130) 및 후면에 형성된 후면 에미터 전극(160)과는 같은 도펀트가 도핑되어 형성되며, 이들은 모두 한번에 형성된다.

그와 같이 본 실시 예의 태양전지(100)는, 전면에서의 빛의 수광 능력을 향상시키기 위하여 3면의 측면에 버스바 전극(110)이 형성되고, 전면과 후면에는 빛의 수집 능력을 향상시키기 위해 전면/후면 에미터 전극(130)(160)이 형성됨을 알 수 있다.

상기 태양전지의 전면 및 후면측 단면 사시도를 도 3의 (a) 및 (b)에 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 일 면을 제외한 나머지 3면에 버스바 전극(110)이 에워싼 형태로 도핑되어 형성된 것을 알 수 있고, 전면에 전면 에미터 전극(130)이 가로 방향으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 전면에는 빛의 흡수율 저하를 방지하기 위해 전면 버스바 전극(140)이 1개가 형성되어 있다.

아울러 상기 후면에도 하단면 일부분 및 연장된 부분을 가지는 베이스 전극(150)(150')과 후면 에미터 전극(160)이 형성된다.

한편, 도 3에서는 상기 태양전지(100)의 전면, 후면, 측면에는 패시베이션층(passivation layer)층(190)이 더 형성된다. 그리고 상기 태양전지(100)의 전면에 반사 방지층(미도시)이 더 형성되면 태양전지의 태양 광의 흡수 효율을 더 향상시킬 수 있다.

그와 같이 상기한 태양전지(100)들은 동일한 구조의 태양전지들과 직렬 또는 병렬로 연결되어 보다 큰 전기에너지를 공급하게 된다.

이하에서는 상기 태양전지들의 연결 방식을 설명한다.

도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지를 직렬 연결한 예시도이다.

태양전지(200)의 1면은 도전성 물질이 미 형성되어 있기 때문에, 태양전지(200)의 후면에 형성된 베이스 전극(210)과 다른 태양전지(300)의 측면에 형성된 버스바 전극(310))을 도전성 물질(400)로 연결하여, 태양전지(200)(300) 상호간을 직렬로 연결할 수 있다.

상기 태양전지를 병렬 연결한 예시도는 도 5에 도시하고 있다.

상기 태양전지(200)(300)의 측면에 형성된 베이스 전극(220)(320)을 2개의 도전성 물질(400)로 병렬 연결하면, 상기한 태양전지(200)(300)는 병렬 연결이 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 태양전지의 측면 중 3면에 버스바 전극을 형성하고 아울러 전면과 후면에 에미터 전극을 형성하고 있어, 빛의 수광효율을 향상시킴은 물론 소수 캐리어의 수집 능력을 향상시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 태양전지 간의 직렬 및 병렬 연결도 용이하게 수행할 수 있게 된다.

그와 같은 본 실시 예의 태양전지 구조는 기존의 MWA 타입의 태양전지, 후면접합 태양전지, 3단자 타입의 태양전지들이 제공하는 단점을 모두 해소할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 효율 개선된 태양전지의 평면도

도 2는 도 1의 저면도

도 3의 (a) 및 (b)는 도 1에 도시된 태양전지의 전면 및 후면측 단면 사시도

도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지를 직렬 연결한 예시도

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양전지를 병렬 연결한 예시도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 버스바 전극 130 : 전면 에미터 전극

140 : 전면 버스바 전극 150 : 베이스 전극

150': 서브 베이스 전극 160 : 후면 에미터 전극

Claims (5)

1. 태양전지의 본체:

   상기 본체의 측면 3면에 형성된 버스바 전극:

   상기 본체의 전면에 일정 간격으로 이격되어 형성되는 적어도 하나의 에미터 전극: 그리고

   상기 본체의 후면에 상기 에미터 전극의 형성방향과 직각 또는 평형되는 방향으로 형성되는 복수 개의 베이스 전극 및 상기 베이스 전극 사이에 형성된 에미터 전극을 포함하여 구성되는 효율 개선된 태양전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 상기 측면 3면에 형성된 버스바 전극 중 적어도 하나의 버스바 전극과 연결되게 구성되는 것을 특징으로 하는 효율 개선된 태양전지.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 본체의 전면에는 전면의 중앙에서 수집된 소수 캐리어를 측면에 형성된 버스바 전극으로 전달하기 위해 적어도 하나의 버스바 전극이 형성되거나, 미 형성되는 것을 특징으로 하는 효율 개선된 태양전지.
4. 태양전지의 본체의 측면 3면에 버스바 전극이 형성되며, 상기 본체의 전면에 는 에미터 전극이 형성되며, 상기 본체의 후면에는 에미터 전극및 베이스 전극이 형성된 태양전지들을 상호 연결할 경우,

   어느 하나의 태양전지의 베이스 전극과 다른 하나의 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극을 서로 접촉시켜서 직렬로 연결하는 방법을 제공하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 연결방법.
5. 태양전지의 본체의 측면 3면에 버스바 전극이 형성되며, 상기 본체의 전면에는 에미터 전극이 형성되며, 상기 본체의 후면에는 에미터 전극및 베이스 전극이 형성된 태양전지들을 상호 연결할 경우,

   어느 하나의 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극과 다른 하나의 태양전지의 측면에 형성된 버스바 전극을 서로 접촉시켜서 병렬로 연결하는 방법을 제공하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 연결방법.

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