KR101142826B1

KR101142826B1 - 광기전력 장치 및 광기전력 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR101142826B1
Application number: KR1020090102048A
Authority: KR
Inventors: 이승현; 김승수
Original assignee: 한국철강 주식회사
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-05-08
Also published as: KR20110045451A

Abstract

본 발명은 기판 상에 형성되며 빛을 전기로 변환하는 광기전력 셀을 형성하는 단계; 상기 광기전력 셀 상에 제1 보호층을 형성하는 단계; 상기 제1 보호층 상에 제2 보호층을 형성하는 단계; 상기 제2 보호층 및 상기 기판의 측면과 접촉하는 측면 보호부를 형성하는 단계를 포함한다.

광기전력, 보호, EVA

Description

광기전력 장치 및 광기전력 장치의 제조 방법{Photovoltaic Device and Method for manufacturing the same}

본 발명은 광기전력 장치 및 광기전력 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.

태양광 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시켜주는 장치가 광기전력 장치, 즉 태양전지이다. 광기전력 장치는 주로 반도체 접합의 광기전력 현상을 이용한다. 즉, p형과 n형 불순물로 각각 도핑된 반도체 pn 접합에 빛이 입사되어 흡수되면 빛의 에너지가 반도체 내부에서 전자와 홀을 발생시키고 내부 전계에 의해 이들이 분리됨으로써 pn 접합 양단에 광기전력이 발생된다. 이 때 접합 양단에 전극을 형성하고 도선을 연결하면 전극 및 도선을 통하여 외부로 전류가 흐르게 된다.

석유와 같은 기존의 에너지원을 태양광 에너지원으로 대체해 가기 위해서는 상기한 바와 같은 광기전력 장치의 내구성이 보장되어야 한다.

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 광기전력 장치의 내구성을 높이기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 광기전력 장치의 제조 방법은 기판 상에 형성되며 빛을 전기로 변환하는 광기전력 셀을 형성하는 단계; 상기 광기전력 셀 상에 제1 보호층을 형성하는 단계; 상기 제1 보호층 상에 제2 보호층을 형성하는 단계; 상기 제2 보호층 및 상기 기판의 측면과 접촉하는 측면 보호부를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 광기전력 장치는 기판 상에 형성되어 빛을 전기로 변환하는 광기전력 셀; 상기 광기전력 셀 상에 형성되는 제1 보호층; 상기 제1 보호층 상에 형성되는 제2 보호층; 및 상기 제2 보호층 및 상기 기판의 측면과 접촉하는 측면 보호부를 포함한다.

본 발명은 제2 보호층 및 기판의 측면을 보호하는 측면 보호부를 포함하여 광기전력 장치의 내구성을 향상시킨다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명된다.

도 1a 내지 도 1m은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 나타낸다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(100)이 준비된다. 기판(100)은 유리와 같은 투광성 절연 기판일 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 제1 전극(210)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서 제1 전극(210)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 형성될 수 있으며, 산화주석(SnO₂)이나 산화아연(ZnO)과 같은 투명 전도성 산화물(TCO : Transparent Conductive Oxide)로 이루어질 수 있다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 레이저가 제1 전극(210) 측이나 기판(100)측으로 조사되어 제1 전극(210)이 스크라이브(scribe)된다. 이에 의하여 제1 전극(210)에 제1 분리홈(220)이 형성된다. 즉, 제1 분리홈(220)은 제1 전극(210)을 관통하므로 인접한 제1 전극들(210) 사이의 단락이 방지된다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 전극(210)과 제1 분리홈(220)을 덮도록 광전변환층(230)이 CVD법으로 적층된다. 이 때 광전변환층(230)은 p 타입 반도체층, 진성 반도체층 및 n 타입 반도체층 순으로 적층될 수 있다. p 타입 반도체층의 형성을 위하여 모노 실란(SiH4) 및 수소와 같은 원료 가스와 B₂H₆와 같이 3족 원소를 포 함하는 도핑 가스가 반응실에 혼입되면 CVD법에 따라 수소화된 p 타입 반도체층이 적층된다. 이후 원료 가스만이 반응실에 유입되면 CVD법에 따라 수소화된 진성 반도체층이 수소화된 p 타입 반도체층 상에 형성된다. 마지막으로 PH₃와 같이 5족 원소를 포함하는 도핑 가스와 원료 가스가 혼입되면 CVD법에 따라 수소화된 n 타입 반도체층이 진성 반도체층 상에 적층된다. 이에 따라 제1 전극(210) 상에 위치하는 광전변환층(230)은 수소화된 p 타입 반도체층, 수소화된 진성 반도체층 및 수소화된 n 타입 반도체층을 포함한다.

도 1e에 도시된 바와 같이, 대기중에서 레이저가 기판(100)측이나 광전변환층(230)측으로 조사되어 광전변환층(230)이 스크라이브된다. 이에 의하여 광전변환층(230)에 대하여 제2 분리홈(240)이 형성된다.

도 1f에 도시된 바와 같이, CVD나 스퍼터링 방법으로 광전변환층(230) 및 제2 분리홈(240)을 덮는 제2 전극(250)이 형성된다. 제2 전극(250)은 Al이나 Ag와 같은 금속 전극일 수 있다.

도 1g에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 레이저가 조사되어 광전변환층(230) 및 제2 전극(250)이 스크라이브된다. 이에 따라 광전변환층(230), 및 제2 전극(250)에 대하여 제3 분리홈(270)이 형성된다.

도 1h에 도시된 바와 같이, 광전변환층(230), 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)을 포함하는 광기전력 셀(200)을 보호하기 위하여 제1 보호층(300)이 광기전력 셀(200)을 덮는다. 광기전력 셀(200)은 빛을 전기로 변환하여 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)을 통하여 외부에 공급할 수 있다. 제1 보호층(300)은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 PVB(PolyVinyl Butyral)를 포함할 수 있다.

이 때 도 1i에 도시된 바와 같이, 제1 보호층(300)의 면적은 기판(100)의 면적보다 클 수 있다. 제1 보호층(300)의 면적이 기판(100)의 면적보다 작을 경우 광기전력 셀(200)의 일부를 보호하지 못할 수도 있다. 따라서 제1 보호층(300)의 면적이 기판(100)의 면적보다 크게 함으로써 광기전력 셀(200) 전체가 보호될 수 있다.

도 1j에 도시된 바와 같이, 제1 보호층(300) 상에 제2 보호층(400)이 위치한다. 제2 보호층(400)은 제1 보호층(300)과 더불어 광기전력 셀(200)을 보호한다. 제2 보호층(400)은 백 쉬트(back sheet)일 수 있다.

본 실시예에서 사용된 백 쉬트는 순차적으로 적층된 폴리에틸렌, PET, 알루미늄 박막, 및 플로로에틸렌코폴리머 박막을 포함하거나, 순차적으로 적층된 올레핀(olefin), PET, 알루미늄 박막, 및 PET를 포함할 수 있다. 이 밖에도 백 쉬트는 순차적으로 적층된 EVA 프라이머(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer primer), PET(PolyEthylene Terephthalate), 알루미늄 박막 및 PET를 포함하거나, 순차적으로 적층된 PET 또는 PVF(Polyvinyl fluoride) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중 하나, 접착제층, PET, 및 알루미늄 박막 을 포함할 수 있다.

또한 제2 보호층(400)은 기판(100)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 제2 보호층(400)이 기판(100)과 동일한 재질로 이루어질 경우, 제2 보호층(400)과 제1 기판(100)의 대량 구매로 인한 제조 원가를 낮출 수 있고 제2 보호층(400)과 제1 기판(100)의 관리가 용이하다. 또한 제2 보호층(400) 이 기판(100)과 같이 유리로 이루어진 경우, 유리가 백 쉬트에 비하여 상대적으로 저렴하므로 광기전력 장치의 제조 비용이 줄어든다.

도 1k에 도시된 바와 같이, 측면 보호부(500)가 제2 보호층(200) 상에 위치하며, 측면 보호부(500)의 기판(100) 끝단에 해당되는 지점에서 측면 보호부(500) 끝단까지의 길이(L)는 기판(100)의 밑면과 제2 보호층(400) 윗면 사이의 거리(T)보다 클 수 있다.

도 1l에 도시된 바와 같이, 라미네이션 공정에 의하여 측면 보호부(500)의 돌출된 부분이 기판(100)의 측면을 향하여 꺽이게 되어 기판(100)의 측면과 접촉하게 됨으로써 기판(100)의 측면을 보호하게 된다. 이와 같이 본 발명의 실시예에서 측면 보호부(500)가 기판(100)을 보호하는 이유는 외부에서 가해지는 압력이 기판(100)의 측면에 집중되어 기판(100)이 쉽게 파손될 수 있기 때문이다.

이 때 측면 보호부(500)는 제2 보호층(400), 제1 보호층(300) 및 광기전력 셀(200)의 측면을 덮으므로 제2 보호층(400), 제1 보호층(300) 및 광기전력 셀(200) 역시 보호한다.

또한 앞서 설명된 바와 같이, 측면 보호부(500)의 기판(100) 끝단에 해당되는 지점에서 측면 보호부(500) 끝단까지의 길이(L)는 기판(100)의 밑면과 제2 보호층(400) 윗면 사이의 거리(T)보다 크므로 측면 보호부(500) 끝단은 기판(100)의 밑면 상에 위치한다. 이에 따라 측면 보호부(500)은 기판(100)의 측면을 안정적으로 보호할 수 있다.

한편, 도 1l에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에서 측면 보호부(500)가 라미네이션되는 과정에서 제1 보호층(300) 역시 라미네이션된다. 즉, 측면 보호부(500)와 제1 보호층(300)은 동시에 라미네이션될 수 있다. 이에 따라 광기전력 장치의 제조가 간단하게 이루어질 수 있다.

도 1m에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법에서 점선을 따라 기판(100)의 측면에 있는 측면 보호부(500)의 일부분이 제거되는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 트리밍 공정은 광기전력 장치의 외관을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서 측면 보호부(500)와 제1 보호층(300)은 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 보호층(300)이 EVA나 PVB인 경우 측면 보호부(500) 역시 EVA나 PVB일 수 있다. 이에 따라 측면 보호부(500)와 제1 보호층(300)의 대량 구매로 인한 제조 원가를 낮출 수 있고 측면 보호부(500)와 제1 보호층(300)의 관리가 용이하다. 또한 제1 보호층(300)으로 사용하다 남은 부분을 측면 보호부(500)로 재활용할 수 있으므로 기판(100)의 측면을 보호함과 동시에 광기전력 장치의 제조 비용을 줄일 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 평면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이 측면 보호부(500)는 기판(100)의 전체 테두리의 일부에 위치할 수 있다. 이에 따라 측면 보호부(500)의 사용량이 줄어들어 제조 비용이 감소한다.

또한 측면 보호부(500)는 기판(100)의 전체 테두리의 일부인 기판(100)의 코 너에 위치할 수 있다. 외부 환경으로부터 가해지는 압력이나 힘은 기판(100)의 코너에 크게 영향을 미칠 수 있다. 따라서 측면 보호부(500)가 기판(100)의 코너에 위치할 경우 측면 보호부(500)는 기판(100)의 코너에 가해지는 압력이나 힘으로부터 기판(100)을 안정적으로 보호할 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 측면 보호부(500)는 기판(100)의 전체 테두리에 위치할 수 있다. 측면 보호부(500)가 기판(100)의 전체 테두리에 위치할 경우, 측면 보호부(500)의 기판(100) 보호 능력이 크게 향상된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 또다른 평면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 측면 보호부(500) 상에 코팅층(600)이 형성됨으로써 측면 보호부(500)의 벗겨짐이 방지될 수 있다. 코팅층(600)은 수동식 분무기나 자동식 분무 장치에 의하여 분사되어 형성될 수 있으며, 점도가 분무 가능한 실리콘(silicone), 폴리우레탄(polyurethane)이나 아크릴수지(acrylic resin), 에폭시수지(epoxy resin) 등이 사용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b에서는 코팅층(600)이 측면 보호부(500)의 가장자리만을 덮는 것으로 도시되어 있으나, 코팅층(600)은 측면 보호부(500) 전체를 덮을 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 측면 보호부(500)가 제2 보호층(400) 상에 위치한 후 라미네이션 공정이 이루어지나, 기판(100) 상에 위치한 후 라미네이션 공정이 이루어질 수도 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 제2 보호층(400)과 기판(100) 사이에 위치하는 p-i-n 타입 박막 광기전력 셀을 포함하는 광기전력 장치에 대하여 설명되었으나, 본 발명은 제2 보호층(400)과 기판(400) 사이에 위치하는 n-i-p 타입 박막 광기전력 셀, 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 벌크 타입 광기전력 셀 등과 같이 다양한 광기전력 셀을 포함하는 광기전력 장치에 적용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

기판 상에 형성되며 빛을 전기로 변환하는 광기전력 셀을 형성하는 단계;

상기 광기전력 셀 상에 제1 보호층을 형성하는 단계;

상기 제1 보호층 상에 제2 보호층을 형성하는 단계;

상기 제2 보호층 및 상기 기판의 측면과 접촉하는 측면 보호부를 형성하는 단계

를 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 보호층의 전면 면적은 상기 기판의 전면을 모두 덮고도 남는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 보호층은 PET, PVF 또는 PVDF 중 하나를 포함하는 백 쉬트인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 보호층의 재질은 상기 기판의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 보호층과 상기 기판은 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 기판 끝단에 해당되는 지점에서 상기 측면 보호부 끝단까지의 상기 측면 보호부의 길이는 상기 기판의 밑면과 상기 제2 보호층 윗면 사이의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 제2 보호층, 상기 제1 보호층 및 상기 광기전력 셀의 측면을 감싸는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부 끝단은 상기 기판의 밑면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부와 상기 제1 보호층은 동시에 라미네이션되는 것을 특징으 로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 기판의 측면에 있는 상기 측면 보호부의 일부분이 제거되는 트리밍 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부의 재질과 상기 제1 보호층의 재질은 동일한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 기판의 전체 테두리의 일부에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 기판의 전체 테두리의 일부인 상기 기판의 코너에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 기판의 전체 테두리에 위치하는 것을 특징으로 하 는 광기전력 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 측면 보호부 상에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치의 제조 방법.
기판 상에 형성되어 빛을 전기로 변환하는 광기전력 셀;

상기 광기전력 셀 상에 형성되는 제1 보호층;

상기 제1 보호층 상에 형성되는 제2 보호층; 및

상기 제2 보호층 및 상기 기판의 측면과 접촉하는 측면 보호부

를 포함하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 제1 보호층의 전면 면적은 상기 기판의 전면을 모두 덮고도 남는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 제2 보호층은 PET, PVF 또는 PVDF 중 하나를 포함하는 백 쉬트인 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 제2 보호층의 재질은 상기 기판의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 제2 보호층과 상기 기판은 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 기판 끝단에 해당되는 지점에서 상기 측면 보호부 끝단까지의 상기 측면 보호부의 길이는 상기 기판의 밑면과 상기 제2 보호층 윗면 사이의 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 제2 보호층, 상기 제1 보호층 및 상기 광기전력 셀의 측면을 감싸는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 측면 보호부 끝단은 상기 기판의 밑면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 측면 보호부의 재질은 상기 제1 보호층의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 기판의 전체 테두리의 일부에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제25항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 기판의 전체 테두리의 일부인 상기 기판의 코너에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 측면 보호부는 상기 기판의 전체 테두리에 위치하는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.
제16항에 있어서,

상기 측면 보호부 상에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 장치.