KR101145926B1 - 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지는 제1 도전성 타입의 기판; 기판의 한쪽 면에 위치하는 제2 도전성 타입의 에미터부; 및 에미터부 위에 위치하며, 에미터부와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극을 포함한다. 이때, 기판은 중심 부분에 위치하는 제1 영역과, 제1 영역의 테두리 부분에 위치하는 제2 영역을 포함하고, 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 전극의 선폭 및 전극 간의 피치 중 적어도 하나가 서로 다르게 형성된다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 복수의 핑거 전극이 수광면에 위치하는 태양전지에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 복수의 태양전지 패널을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양광 발전 시스템에 구비되는 태양전지는 기판의 한쪽 면에 제1 전극을 형성하고, 기판의 다른 쪽 면, 즉 제1 전극이 형성된 면의 반대쪽 면에 제2 전극을 형성하며, 제1 전극과 제2 전극에서 서로 다른 극성의 전하를 수집하여 외부로 출력하도록 구성된다.
이러한 구성의 태양전지에 있어서, 빛이 입사하는 면에 위치하는 전극, 예를 들어 제1 전극은 복수의 핑거 전극을 포함하며, 핑거 전극은 기판에 위치하는 에미터부와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 제1 전극은 핑거 전극에서 수집된 전하를 외부로 출력하기 위한 집전부, 예를 들어 버스바를 더 포함할 수도 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지는, 제1 도전성 타입의 기판; 기판의 한쪽 면에 위치하는 제2 도전성 타입의 에미터부; 및 에미터부 위에 위치하며, 에미터부와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극을 포함한다.
이때, 기판은 중심 부분에 위치하는 제1 영역과, 제1 영역의 테두리 부분에 위치하는 제2 영역을 포함하고, 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 전극의 선폭 및 전극 간의 피치 중 적어도 하나가 서로 다르게 형성된다.
제2 영역은 제1 영역의 좌측 및 우측 테두리 부분에 위치하거나, 제1 영역의 상측 및 하측 테두리 부분에 위치하거나, 제1 영역의 좌측 및 우측 테두리 부분과 상측 및 하측 테두리 부분에 위치할 수 있다.
제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 피치로 형성되고, 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제2 피치로 형성되며, 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 선폭으로 형성되고, 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제2 선폭으로 형성된다.
한 예로, 제1 피치와 제2 피치는 서로 동일하게 형성되고, 제2 선폭은 제1 선폭보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 제1 영역과 제2 영역의 경계선에서, 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부에는 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부가 연결될 수 있다.
제1 영역과 제2 영역의 경계선에 제1 전극용 집전부가 위치할 때, 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 전극용 집전부와 연결될 수 있다.
다른 예로, 제1 선폭과 제2 선폭은 서로 동일하게 형성되고, 제1 피치는 제2 피치보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 제1 영역과 제2 영역의 경계선에서, 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부에는 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부가 연결될 수 있다.
제1 영역과 제2 영역의 경계선에 제1 전극용 집전부가 위치할 때, 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 전극용 집전부와 연결될 수 있다.
기판은 제2 영역의 테두리 부분에 위치하는 제3 영역을 더 포함할 수 있다. 제3 영역은 제2 영역의 좌측 및 우측 테두리 부분에 위치하거나, 제2 영역의 상측 및 하측 테두리 부분에 위치하거나, 제2 영역의 좌측 및 우측 테두리 부분과 상측 및 하측 테두리 부분에 위치할 수 있다.
복수의 제1 전극은 제3 영역에 위치하는 제3 전극군을 더 포함한다.
이때, 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제3 피치로 형성되고, 제3 피치는 제2 피치와 동일하거나 상기 제2 피치보다 크게 형성된다.
또한, 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제3 선폭으로 형성되고, 제3 선폭은 제2 선폭과 동일하거나, 제2 선폭보다 크게 형성된다.
제2 영역과 제3 영역의 경계선에서, 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부에는 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부가 연결될 수 있다.
그리고 제2 영역과 상기 제3 영역의 경계선에 제1 전극용 집전부가 위치할 때, 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 전극용 집전부와 연결될 수 있다.
제1 도전성 타입의 기판에 제2 도전성 타입의 에미터부를 형성하기 위해 불순물을 주입 또는 확산할 때, 에미터부의 면저항(sheet resistance)은 기판의 중심 부분과 테두리 부분에서 균일하게 형성되지 않는다.
즉, 기판의 중심 부분에서는 기판의 테두리 부분에 비해 에미터부의 면저항이 작게 측정된다.
따라서, 에미터부의 면저항이 상대적으로 작은 기판의 중심 부분에 위치하는 제1 전극들은 수광 면적을 증가시키도록 큰 피치 및/또는 작은 선폭을 갖도록 형성하고, 에미터부의 면저항이 상대적으로 큰 기판의 테두리 부분에 위치하는 제1 전극들은 시리즈 저항을 감소시키도록 작은 피치 및/또는 큰 선폭을 갖도록 형성하면, 태양전지의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 태양전지가 구비된 태양전지 패널의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 패널에 있어서 인접한 태양전지 간의 전기적 연결 구조를 나타내는 태양전지 패널의 측면도이다.
도 3은 에미터부의 면 저항 분포를 나타내는 개념도이다.
도 4는 제1 전극의 선폭 및 제1 전극 간의 피치와 태양전지의 효율(efficiency) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 경계선 부근에서의 단면 구조를 나타내는 태양전지의 사시도이다.
도 7은 도 5의 변형 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 9는 도 8의 변형 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 패널에 있어서 인접한 태양전지 간의 전기적 연결 구조를 나타내는 태양전지 패널의 측면도이다.
도 3은 에미터부의 면 저항 분포를 나타내는 개념도이다.
도 4는 제1 전극의 선폭 및 제1 전극 간의 피치와 태양전지의 효율(efficiency) 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 경계선 부근에서의 단면 구조를 나타내는 태양전지의 사시도이다.
도 7은 도 5의 변형 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 9는 도 8의 변형 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지에 대해 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지(10)를 구비한 태양전지 패널(100)에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도면을 참고로 하면, 태양전지 패널(100)은 복수의 태양전지(10)들, 인접한 태양전지(10)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 태양전지(10)들을 보호하는 전면(front surface) 보호막(30a) 및 후면(rear surface) 보호막(30b), 태양전지(10)들의 수광면 쪽으로 전면 보호막(30a) 위에 배치되는 투명 부재(40), 수광면 반대 쪽으로 후면 보호막(30b)의 하부에 배치되는 후면 시트(back sheet)(50)를 포함한다.
후면 시트(50)는 태양전지 패널(10)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(10)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(50)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
전면 보호막(30a) 및 후면 보호막(30b)은 태양전지(10)들의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(10)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(10)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 전면 및 후면 보호막(30a, 30b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
전면 보호막(30a) 위에 위치하는 투명 부재(40)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(40)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
복수의 태양전지(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 행렬 구조로 배열되어 있다. 도 1에서, 후면 보호막(30b) 위에 행과 열 방향으로 배치되는 태양 전지(10)의 개수는 필요에 따라 조정이 가능하다.
복수의 태양전지(10)들은 도 2에 도시한 바와 같이 인터커넥터(20)에 의해 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 복수의 태양전지(10)들이 인접 배치된 상태에서, 어느 한 태양전지의 제1 표면, 예컨대 전면(front surface)에 형성된 제1 전극부는 인터커넥터(20)에 의해 인접한 태양 전지의 제2 표면, 예컨대 후면(back surface)에 형성된 제2 전극부와 전기적으로 연결된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 태양전지(10)는 기판(11), 기판(11)의 제1 표면, 예컨대 빛이 입사되는 면에 위치하는 에미터부(12), 에미터부(12) 위에 위치하는 복수의 제1 전극, 복수의 제1 전극이 위치하지 않는 에미터부(12) 위에 위치하는 반사방지막(13), 및 기판(11)의 제2 표면에 위치하는 후면 전극(14)을 포함한다.
태양전지(10)는 후면 전극(14)과 기판(11) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF)부를 더 포함할 수 있다. 후면 전계부는 기판(11)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(11)보다 고농도로 도핑된 영역이다.
기판(11)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판일 수 있다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(11)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다
기판(11)의 표면은 복수의 요철을 갖는 텍스처링(texturing) 표면으로 형성될 수 있다.
기판(11)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되면 기판(11)의 제1 표면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 이루어져 태양전지의 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가된다.
따라서, 태양전지의 효율이 향상된다. 이에 더하여, 기판(11)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(11)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
에미터부(12)는 기판(11)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 기판(11)과 p-n 접합을 이룬다.
에미터부(12)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(12)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(11)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 기판(11)에 입사된 빛에 의해 반도체 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자(electron)는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공(hole)은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(11)이 p형이고 에미터부(12)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(11)쪽으로 이동하고, 분리된 전자는 에미터부(12)쪽으로 이동한다.
이와는 반대로, 기판(11)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(11)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(11)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
에미터부(12)는 기판(11)과 p-n접합을 형성하게 되므로, 기판(11)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(12)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(11)쪽으로 이동하고, 분리된 정공은 에미터부(12)쪽으로 이동한다.
에미터부(12)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(12)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(11)에 도핑하여 형성할 수 있다.
에미터부(12)는 도 3에 도시한 바와 같이 불균일한 면 저항을 갖는다. 즉, 기판(11)을 중심 부분과 테두리 부분으로 구분할 때, 기판(11)의 중심 부분에서 측정된 에미터부(12)의 면 저항은 기판(11)의 테두리 부분에서 측정된 에미터부(12)의 면 저항에 비해 작다.
도 3에서, 파란색 계열로 표시된 부분은 면 저항이 낮은 부분이고, 노란색 계열로 표시된 부분은 면 저항이 높은 부분이다.
본 발명인의 실험에 의하면, 기판(11)의 중심 부분에서는 에미터부(12)의 면 저항이 60Ω/square로 측정된 반면, 기판(11)의 테두리 부분에서는 에미터부(12)의 면 저항이 70Ω/square로 측정되었다.
이와 같이, 기판(11)의 중심 부분과 테두리 부분에서 에미터부(12)의 면 저항이 서로 다른 것은 불순물을 확산시킬 때 불순물이 불균일하게 도핑되기 때문이다.
도 4는 제1 전극의 선폭 및 제1 전극 간의 피치와 태양전지의 효율 간의 관계를 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
도 4에서, 가로축은 제1 전극 간의 피치(㎛)이고, 세로축은 태양전지의 효율(%)이다.
도 4의 실험은 20㎛의 선폭을 갖는 제1 전극을 500㎛, 1,000㎛, 1,500㎛, 2,000㎛, 2,500㎛, 3,000㎛의 피치로 형성한 경우와, 50㎛의 선폭을 갖는 제1 전극을 500㎛, 1,000㎛, 1,500㎛, 2,000㎛, 2,500㎛, 3,000㎛의 피치로 형성한 경우와, 100㎛의 선폭을 갖는 제1 전극을 500㎛, 1,000㎛, 1,500㎛, 2,000㎛, 2,500㎛, 3,000㎛의 피치로 형성한 경우에 대하여 각각 실시하였다.
도 4의 실험 결과에서 알 수 있듯이, 제1 전극은 선폭의 크기와 관계없이 1,500㎛ 정도의 피치로 형성될 때 가장 효율이 높고, 피치가 500㎛에서 1,500㎛인 구간에서는 피치가 증가함에 따라 효율이 점차적으로 증가하며, 피치가 1,500㎛에서 3,000㎛인 구간에서는 피치가 증가함에 따라 효율이 점차적으로 감소한다. 여기에서, '피치'는 인접한 전극들 사이의 간격을 말한다.
즉, 피치가 500㎛에서 1,500㎛인 구간에서는 피치가 증가함에 따라 태양전지의 효율이 점차적으로 증가하는데, 그 이유는 피치가 증가함으로 인해 빛의 입사 면적이 증가하기 때문이다.
하지만, 피치가 1,500㎛에서 3,000㎛인 구간에서는 피치가 증가함에 따라 태양전지의 효율이 점차적으로 감소하는데, 그 이유는 피치가 증가함으로 인해 시리즈 저항이 증가하기 때문이다.
상기한 실험 결과에 따르면, 제1 전극의 선폭과 제1 전극 간의 피치는 시리즈 저항 및 빛 입사 면적을 고려하여 적절하게 선택되어야 한다.
따라서, 통상적으로는 제1 전극 간의 피치를 대략 1,500㎛로 형성하여 태양전지의 효율을 향상시키고자 하였다.
하지만, 제1 전극 간의 피치를 위와 같이 형성하는 경우에도 태양전지의 효율이 만족스럽지 못한 실정이다.
본 발명은 에미터부(12)의 면 저항이 기판(11)의 중심 부분과 테두리 부분에서 불균일한 것에 착안하여 이루어진 것으로, 기판(11)의 중심 부분과 테두리 부분에서의 제1 전극의 구조(선폭 및/또는 피치)를 다르게 형성하여 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 경계선 부근에서의 태양전지의 단면 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기판(11)은 중심 부분에 위치하는 제1 영역(A1)과, 제1 영역(A1)의 테두리 부분에 위치하는 제2 영역(A2)으로 구분된다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)을 구분하는 경계선을 BD(Boundary Line)으로 표시하였다.
그리고 제1 영역(A1)에 위치하는 복수의 제1 전극들(15a)과 제2 영역(A2)에 위치하는 복수의 제1 전극들(15b)은 전극의 선폭 및 전극 간의 피치 중 적어도 하나가 서로 다르게 형성된다.
제1 영역(A1)에 위치하는 복수의 제1 전극(15a)은 제1 선폭(W1) 및 제1 피치(P1)로 형성되고, 제2 영역(A2)에 위치하는 복수의 제1 전극(15b)은 제2 선폭(W2) 및 제2 피치(P2)로 형성된다. 여기에서, '피치'는 인접한 전극들 사이의 간격을 말한다.
본 실시예에서, 제1 선폭(W1)은 제2 선폭(W2)과 동일하며, 제1 피치(P1)는 제2 피치(P2)와 다르다. 보다 구체적으로, 제1 피치(P1)는 제2 피치(P2)보다 큰 값, 예를 들어 제2 피치(P2)의 2배의 값에 제1 전극(15b)의 제2 선폭(W2)을 더한 값을 갖는다.
이러한 구조에 따르면, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 경계선(BL)에서, 제2 영역(A2)에 위치하는 복수의 제1 전극들(15b) 중 적어도 한 전극의 단부에는 제1 영역(A1)에 위치하는 복수의 제1 전극들(15a) 중 적어도 한 전극의 단부가 연결될 수 있다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 상측으로부터 N번째 열(N=1, 3, 5, …)에는 일체로 연결된 제1 전극(15a 및 15b)이 형성된다.
그리고, 기판(11)의 상측으로부터 (N+1)번째 열(N+1, 3, 5, …)에는 제2 영역(A2)에만 제1 전극들(15a)이 형성된다.
이와 같이, 에미터부(12)의 면 저항이 상대적으로 낮은 기판(11)의 중심 부분, 즉 제1 영역(A1)에는 시리즈 저항 감소로 인한 영향을 적게 고려하여 빛 입사 면적을 증가시키는 구조로 제1 전극들(15a)을 형성하고, 에미터부(12)의 면 저항이 상대적으로 큰 기판(11)의 테두리 부분, 즉 제2 영역(A2)에는 빛 입사 면적의 감소로 인한 영향을 적게 고려하여 시리즈 저항을 감소시키는 구조로 제1 전극들(15b)을 형성한다.
이러한 구조에 따르면, 빛 입사 면적의 크기에 따라 증감하는 단락 전류 밀도(Jsc)와, 시리즈 저항의 크기에 따라 증감하는 충진 팩터(Fill factor)를 동시에 개선할 수 있어 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
복수의 제1 전극들(15a, 15b)은 에미터부(12) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집하며, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
기판(11)의 에미터부(12) 위에 위치하는 반사방지막(13)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이산화티탄(TiO2) 등으로 이루어진다. 반사방지막(13)은 태양전지(10)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(10)의 효율을 높인다. 이러한 반사방지막(13)은 약 70㎚ 내지 80㎚ 의 두께를 가질 수 있으며, 필요에 따라 생략될 수 있다.
기판(11)의 제2 표면에 위치하는 제2 전극(14)은 기판(11)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집하며, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시한 태양전지는 통상의 집전부, 즉 제1 전극용 집전부와 제2 전극용 집전부를 구비하지 않는 논-버스바(non-Busbar) 구조를 채용하고 있다.
이와 같이 제1 전극용 집전부 및 제2 전극용 집전부를 구비하지 않는 논-버스바 구조의 태양전지는 집전부를 형성하는데 필요한 도전성 물질, 예컨대 은(Ag)의 양을 줄일 수 있어 태양전지의 제조 원가를 절감할 수 있다.
논-버스바 구조의 태양전지에 있어서, 인터커넥터(20)는 도 6에 도시한 바와 같이 필름 형태로 구성된 도전성 접착 필름(60)을 이용하여 제1 전극들(15a, 15b)과 전기적으로 연결된다.
이에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 기판(11)의 에미터부(12) 위에는 복수의 제1 전극들(15a, 15b)과 교차하는 방향으로 복수의 도전성 접착 필름(60)이 위치한다.
도 6은 한 개의 도전성 접착 필름(60)만 도시하였지만, 기판(11)의 전면(front surface)에는 2개 내지 4개의 도전성 접착 필름(60)이 위치할 수 있다.
도전성 접착 필름(60)은 수지 및 수지 내에 분산된 복수의 도전성 입자를 포함한다. 수지는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단 접착 신뢰성을 높이기 위해서는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.
수지는 열 경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 공지의 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다.
예를 들면, 수지는 제1 전극들(15a, 15b)과 인터커넥터(20)의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 도전성 입자의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
그리고 도전성 입자는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 주성분으로 포함할 수 있으며, 금속 입자만으로 이루어지거나, 금속 피복 수지 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 구성의 도전성 접착 필름(60)은 박리 필름을 더 포함할 수 있다.
도전성 입자의 압축 응력을 완화하고 접속 신뢰성을 향상시키기 위해서는 도전성 입자로 금속 피복 수지 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
분산성을 향상시키기 위해 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
수지가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지 내에 분산되는 도전성 입자의 배합량은 도전성 접착 필름(60)의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다.
도전성 입자의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 제1 전극들(15a, 15b)과의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.
도전성 접착 필름(60)은 복수의 제1 전극들(15a, 15b)과 교차하는 방향으로 제1 전극들(15a, 15b)과 접착된다. 따라서, 도전성 접착 필름(60)의 일부분은 제1 전극들(15a, 15b)의 일부분에 직접 접촉하고, 나머지 부분은 반사방지막(13)에 직접 접촉한다.
도전성 접착 필름(60)을 이용하여 태빙(tabbing) 작업을 실시할 때, 전기적 접속 확보 및 접착력 유지가 가능한 범위라면 가열 온도 및 가압 압력의 조건은 특별히 제한되지 않는다.
예를 들면, 가열 온도는 수지가 경화되는 온도 범위, 예컨대 150℃ 내지 180℃의 범위로 설정할 수 있고, 가압 압력은 제1 전극들(15a, 15b), 도전성 접착 필름(60) 및 인터커넥터(20)가 상호간에 충분히 밀착되는 범위로 설정할 수 있다. 또한 가열 및 가압 시간은 제1 전극들(15a, 15b) 및 인터커넥터(20) 등이 열로 인한 손상 또는 변질되지 않는 범위로 설정할 수 있다.
제1 전극들(15a, 15b)과 교차하는 방향으로 제1 전극들(15a, 15b)과 반사방지막(13)에 접착된 도전성 접착 필름(60)의 전면(front surface)에는 이 필름(60)과 동일한 방향으로 인터커넥터(20)가 접착되고, 도전성 접착 필름(60)에 접착되지 않은 인터커넥터(20)의 나머지 부분은 이웃하는 태양전지(10)의 제2 전극(14)에 접착된다.
도전성 접착 필름(60)에 의해 제1 전극들(15a, 15b)과 인터커넥터(20)가 접착된 상태에서, 도전성 입자와 제1 전극들(15a, 15b) 사이 및 도전성 입자와 인터커넥터(20) 사이에는 수지가 위치할 수 있다.
이 경우 제1 전극들(15a, 15b)로 이동한 전하는 도전성 입자로 점프(jump)한 후 다시 인터커넥터로 점프한다. 이때, 도전성 입자로 점프한 전하는 이웃하는 도전성 입자로 점프할 수도 있다. 따라서 제1 전극들(15a, 15b)로 이동한 전하는 인터커넥터(20)로 이동한다.
전하가 인접한 도전성 입자로도 점프할 수 있도록 하기 위해, 도전성 입자 사이의 간격을 적절히 설정할 수 있다. 도전성 입자 사이의 간격은 수지 내에 분산된 도전성 입자의 개수 또는 크기를 적절히 조절하는 것에 따라 설정할 수 있다.
따라서, 제1 전극들(15a, 15b)로 이동한 전하는 도전성 입자를 통해 인터커넥터(20)로 전달된다.
이와는 달리, 도전성 입자는 제1 전극들(15a, 15b) 및 인터커넥터(20) 중에서 적어도 하나와 직접 접촉하거나, 양쪽 모두와 직접 접촉할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 제1 전극들(15a, 15b)로 이동한 전하는 도전성 입자를 통해 인터커넥터(20)로 직접 전달되므로, 전류 흐름이 원활하게 이루어진다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들을 설명한다. 이하의 실시예들을 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 도 5의 변형 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다. 본 실시예가 전술한 도 5의 실시예와 다른 점은 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)의 상측 및 하측 테두리 부분과 좌측 및 우측 테두리 부분에 모두 형성되는 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다. 본 실시예가 전술한 도 5의 실시예와 다른 점은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 경계선(BL)에 제1 전극용 집전부(16)가 위치하는 것이다.
제1 전극용 집전부(16)가 위치하는 경우, 제2 영역(A2)에 위치하는 복수의 제1 전극들(15b)과 제1 영역(A1)에 위치하는 복수의 제1 전극들(15a)은 제1 전극용 집전부(16)와 물리적으로 연결된다.
도 9는 도 8의 변형 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다. 본 실시예가 전술한 도 8의 실시예와 다른 점은 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)의 상측 및 하측 테두리 부분과 좌측 및 우측 테두리 부분에 모두 형성되는 것이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다. 본 실시예에서, 제1 피치(P1)는 제2 피치(P2)와 동일하다. 하지만, 제1 선폭(W1)은 제2 선폭(W2)과 다르다. 보다 구체적으로, 제2 선폭(W2)는 제1 선폭(W1)보다 큰 값을 갖는다.
이러한 구성의 태양전지도 전술한 실시예와 같이, 에미터부(12)의 면 저항이 상대적으로 낮은 기판(11)의 중심 부분, 즉 제1 영역(A1)에는 시리즈 저항 감소로 인한 영향을 적게 고려하여 빛 입사 면적을 증가시키는 구조로 제1 전극들(15a)이 형성되어 있고, 에미터부(12)의 면 저항이 상대적으로 큰 기판(11)의 테두리 부분, 즉 제2 영역(A2)에는 빛 입사 면적의 감소로 인한 영향을 적게 고려하여 시리즈 저항을 감소시키는 구조로 제1 전극들(15b)이 형성되어 있으므로, 태양전지의 효율을 개선하는 것이 가능하다.
도시하지는 않았지만, 제1 피치(P1)와 제2 피치(P2)를 동일하게 형성하고 제2 선폭(W2)을 제1 선폭(W1)보다 크게 형성하는 전극 구조는 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)의 상측 및 하측 테두리 부분과 좌측 및 우측 테두리 부분에 모두 위치하는 형태의 태양전지에도 적용이 가능하며, 또한 논-버스바 구조의 태양전지에도 적용이 가능하다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다. 본 실시예는 3개의 버스바를 갖는 3-버스바(three-Busbar) 구조의 태양전지에 관한 것으로, 기판(11)의 중심 부분에 위치하는 제1 영역(A1)에는 제1 선폭(W1)으로 형성된 복수의 제1 전극들(15a)이 제1 피치(P1)로 형성되고, 기판(11)의 테두리 부분에 위치하는 제2 영역(A2)에는 제1 선폭(W1)과 동일한 크기의 제2 선폭(W2)을 갖는 복수의 제1 전극들(15b)이 제1 피치(P1)보다 작은 제2 피치(P2)로 형성된다.
그리고 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 경계선(BL) 및 제1 영역(A1)의 중간 위치에는 각각 버스바(16)가 형성된다.
도시하지는 않았지만, 3개의 버스바(16)를 구비하는 태양전지의 전극 구조는 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)의 상측 및 하측 테두리 부분과 좌측 및 우측 테두리 부분에 모두 위치하는 형태의 태양전지에도 적용이 가능하며, 또한, 전극 간의 피치를 동일하게 형성하는 대신에 선폭의 크기를 다르게 형성하는 경우에도 적용이 가능하다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지의 평면도이다. 본 실시예는 4개의 버스바(16)를 갖는 4-버스바(four-Busbar) 구조의 태양전지에 관한 것이다.
본 실시예에 있어서, 기판(11)의 중심 부분에 위치하는 제1 영역(A1)에는 제1 선폭(W1)으로 형성된 복수의 제1 전극들(15a)이 제1 피치(P1)로 형성되고, 제1 영역(A1)의 테두리 부분에 위치하는 제2 영역(A2)에는 제1 선폭(W1)과 동일한 크기의 제2 선폭(W2)을 갖는 복수의 제1 전극들(15b)이 제1 피치(P1)보다 작은 제2 피치(P2)로 형성되며, 제2 영역(A2)의 테두리 부분에 위치하는 제3 영역(A3)에는 제1 선폭(W1) 및 제2 선폭(W2)과 동일한 크기의 제3 선폭(W3)을 갖는 복수의 제1 전극들(15c)이 제2 피치(P2)보다 작은 제3 피치(P3)로 형성된다.
그리고 각 영역의 경계선(BL)에는 각각 버스바(16)가 형성된다.
도시하지는 않았지만, 4개의 버스바(16)를 구비하는 태양전지의 전극 구조는 제2 영역(A2)이 제1 영역(A1)의 상측 및 하측 테두리 부분과 좌측 및 우측 테두리 부분에 모두 위치하는 형태의 태양전지에도 적용이 가능하며, 또한, 전극 간의 피치를 동일하게 형성하는 대신에 선폭의 크기를 다르게 형성하는 경우에도 적용이 가능하다..
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 태양전지 11: 기판
12: 에미터부 13: 반사방지막
14: 제2 전극 15a, 15b, 15c: 제1 전극
16: 제1 전극용 집전부 20: 인터커넥터
30a, 30b: 보호막 40: 투명 부재
50: 후면 시트 60: 도전성 접착 필름
A1: 제1 영역 A2: 제2 영역
A3: 제3 영역 BL: 경계선
12: 에미터부 13: 반사방지막
14: 제2 전극 15a, 15b, 15c: 제1 전극
16: 제1 전극용 집전부 20: 인터커넥터
30a, 30b: 보호막 40: 투명 부재
50: 후면 시트 60: 도전성 접착 필름
A1: 제1 영역 A2: 제2 영역
A3: 제3 영역 BL: 경계선
Claims (17)
- 제1 도전성 타입의 기판;
상기 기판의 한쪽 면에 위치하는 제2 도전성 타입의 에미터부; 및
상기 에미터부 위에 위치하며, 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극
을 포함하고,
상기 기판은 중심 부분에 위치하는 제1 영역과, 상기 제1 영역의 테두리 부분에 위치하는 제2 영역을 포함하며,
상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 전극의 선폭 및 전극 간의 피치 중 적어도 하나가 서로 다르게 형성되는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 좌측 및 우측 테두리 부분에 위치하는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 상측 및 하측 테두리 부분에 위치하는 태양전지. - 제1항에서,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 좌측 및 우측 테두리 부분과 상측 및 하측 테두리 부분에 위치하는 태양전지. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 피치로 형성되고, 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제2 피치로 형성되는 태양전지. - 제5항에서,
상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제1 선폭으로 형성되고, 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제2 선폭으로 형성되는 태양전지. - 제6항에서,
상기 제1 피치와 상기 제2 피치는 서로 동일하며, 상기 제2 선폭은 상기 제1 선폭보다 큰 태양전지. - 제7항에서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계선에서, 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부에는 상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부가 연결되는 태양전지. - 제7항에서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계선에는 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 방향으로 형성된 제1 전극용 집전부가 위치하며, 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 상기 제1 전극용 집전부와 연결되는 태양전지. - 제5항에서,
상기 제1 선폭과 상기 제2 선폭은 서로 동일하며, 상기 제1 피치는 상기 제2 피치보다 큰 태양전지. - 제10항에서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계선에서, 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부에는 상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부가 연결되는 태양전지. - 제10항에서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계선에는 상기 복수의 제1 전극들과 교차하는 방향으로 형성된 제1 전극용 집전부가 위치하며, 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 상기 제1 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 상기 제1 전극용 집전부와 연결되는 태양전지. - 제5항에서,
상기 기판은 상기 제2 영역의 테두리 부분에 위치하는 제3 영역을 더 포함하며,
상기 복수의 제1 전극은 상기 제3 영역에 위치하는 제3 전극군을 더 포함하는 태양전지. - 제13항에서,
상기 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제3 피치로 형성되고, 상기 제3 피치는 상기 제2 피치와 동일하거나 상기 제2 피치보다 크게 형성되는 태양전지. - 제13항에서,
상기 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 제3 선폭으로 형성되고, 상기 제3 선폭은 상기 제2 선폭과 동일하거나, 상기 제2 선폭보다 크게 형성되는 태양전지. - 제13항에서,
상기 제2 영역과 상기 제3 영역의 경계선에서, 상기 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부에는 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들 중 적어도 한 전극의 단부가 연결되는 태양전지. - 제13항에서,
상기 제2 영역과 상기 제3 영역의 경계선에는 상기 복수의 제1 전극들과 교차하는 방향으로 형성된 제1 전극용 집전부가 위치하며, 상기 제3 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들과 상기 제2 영역에 위치하는 복수의 제1 전극들은 상기 제1 전극용 집전부와 연결되는 태양전지.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019083059A1 (ko) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 현대중공업그린에너지 주식회사 | 에지 수집전극을 구비하는 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈 |
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-
2011
- 2011-03-29 KR KR1020110028040A patent/KR101145926B1/ko active IP Right Grant
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