KR101183743B1 - 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 태양 에너지 집광 기술 분야에서 이용된다. 본 발명에 따라 2차원으로 배열된 다수의 태양전지를 갖는 태양전지 모듈이 제공된다. 본 발명에 따라 이들 태양전지는 태양전지를 향하고 있는 표면상에 금속층으로 피복된 기판에 적용된다. 상기 금속층은 각각 하나의 태양전지에 할당된 2차원의 부분으로 구분되는 방식으로 구성된다. 각각의 부분들 내의 금속층은 서로 전기적으로 절연된 2개의 영역을 갖고, 제1 영역은 할당된 태양전지 아래에 연장되고 전기 도전성 방식으로 태양전지에 접촉한다. 마찬가지로, 제2 영역은 태양전지의 다른 전기적 접점에 연결된다. 각각의 태양전지의 병렬 및 직렬 회로를 제조하기 위하여, 금속층의 각각의 부분은 부분적으로 금속층의 일부가 되는 연결부에 의하여 적절한 방식으로 서로 연결된다.

Description

태양전지 모듈 및 그 제조 방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}
본 발명은 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 형태의 태양전지 모듈은 태양 에너지를 집광하는 기술분야에서 이용된다.
광전지 산업에서, 복수의 태양전지는 서로 결합하여 보다 큰 모듈을 형성한다. 하나의 모듈 내에는, 복수의 태양전지가 서로 배선되어 있고, 상기 모듈은 추가로 풍화 작용으로부터 일반적으로 매우 민감한 전지를 보호하는 것과 같은 과제를 더 수행한다.
광전지 산업의 특별한 분야로서 소위 "집광 광전지 산업(concentrator photovoltaics)"이 있고, 여기에서 태양광선이 광학 시스템(예를 들어, 렌즈, 거울)에 의하여 집광되고, 집광된 광선은 -설비 형태에 따라서- 비교적 작은 크기의 태양전지에 부딪힌다.
이러한 목적을 위하여, 전지는 정확히 렌즈의 초점에 위치하여야 한다. 전지가 작기 때문에, 전지에 접촉하기 위하여 통상적으로 특별한 접촉 방법(예를 들어, 결합(bonding))이 필요하다. 그러나, 이러한 방법은 모듈 내의 서로 다른 전지를 배선하는데 종종 부적합하다. 이를 위하여, 다른 접촉 방식이 더욱 필요하다.
집광 광전지 산업에서, 태양 복사는 렌즈에 의하여 초점을 맞추게 된다. 이러한 방식에 의하여, 매우 좁은 면적에 매우 높은 에너지 밀도가 이루어질 수 있다. 이와 같은 방식으로, 예를 들어, 500배의 태양 에너지가 2 mm 직경의 원 안에 얻어질 수 있다. 여기서, 복사 분포는 가우스 분포(Gaussian distribution)를 갖고, 이의 결과로서, 2000배 이상으로 집광된 태양 복사가 초점의 중심(약 0.3 mm 직경의 영역)에 나타난다. 이와 같이, 태양전지는 열흡입재(heat sink)와 직접 접촉하도록 장착되어야 한다. 과열점(hot spot)의 형성을 방지하기 위하여, 이러한 열흡입재의 가장 중요한 임무는 먼저 측 방향, 즉 너비 방향으로 해당 손실 에너지를 분포시키는 것이며, 또한 동시에, 밑에 있는 층에 전도(transmission)하는 것이다. 이를 달성하기 위하여, 종래에는 태양전지의 후면이 금속층에 연결된다. 또한, 태양전지의 상측은 제2 전기 단자로서 접촉되어야 한다. 이러한 접촉은 하측에서 태양전지와 접촉하는 동일한 금속층을 이용하여 수행된다. 따라서, 이러한 층은 다양한 전기적으로(또한, 기계적으로, 그리고 열적으로) 분리된 영역으로 구성되어야 한다. 이는 특정한 영역에서 구리(copper)를 제거함으로써, 전기적으로 서로 절연된 영역이 형성되도록 이루어진다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지를 도시한다. 태양전지는 점착층(2a)에 의하여 구리판(3a)이 도포된 기판(모듈 기저, 유리 담체)을 갖는다. 태양전지(5a)는 전기적으로 도전성의 점착층(4a)에 의하여 상기 구리판(3a) 상에 위치한다. 태양전 지(5a)와 구리판(3a)의 전기적 도전성 접촉에 의하여, 상기 태양전지는 배면 접점, 여기서는 양극 단자(positive terminal)에 접촉된다. 상기 태양전지(5a)에 대하여 측면으로 이격되어(offset), 예를 들어 유리섬유 합성물질로 구성될 수 있는 절연층(6)이 배치된다. 상기 절연층(6)은 기판(1)으로부터 멀어지는 측면에 전기적으로 도전성의 금층(7)(gold layer)을 포함한다. 상기 금층(7)은 결합 와이어(9)에 의하여 태양전지의 음극 단자로서의 접점(11a)에 전기적으로 배선된다.
도 1에서, 기판상에 측면으로 이격된 전술한 태양전지의 배열에 추가하여, 제2 태양전지(5b)가 해당 방식으로 배치된다. 상기 2개의 태양전지(5a 및 5b)의 직렬배선을 위하여, 상기 금층(7)이 태양전지(5b)의 구리층(3b)에 접점(8b)를 통하여 전기적으로 연결된다.
이러한 형태의 태양전지를 제조하기 위하여, 각각 고정된 구리판(3a 및 3b)(소위 태양전지 칩)이 점착성 접점(2a)을 통하여 기판(1) 위에 개별적으로 장착된다. 태양전지의 중심이 상부에 고정된 렌즈의 초점에 위치할 수 있도록, 태양전지(5a 및 5b)는 각각 정확하게 위치되어야 한다. 이후, 각각의 전지 사이의 전기적 연결(8b)이 예를 들어, 은 조각(silver strip)(8b)을 납땜함으로써 이루어진다. 많은 수의 개별적 부품이 필요하고, 공급뿐만 아니라 장착 및 제작에 있어서 비용이 증가하는 점에서 바람직하지 않다. 조립 동안에, 각 면(surfaces)의 준비, 점착 및 납땜과 같은 결합 재료의 적용, 각 부품의 물림(gripping) 및 위치결정, 점착층의 경화 및 다양한 납땜 공정과 같은 많은 다른 조작 단계가 발생한다. 이와 더불어, 상기 공정과 관련된 단계가 더 있을 수 있다. 이러한 많은 조작 단계는 사이클 시 간을 증가시키고, 집광 광전지 산업에서 태양전지 모듈의 제조 라인의 처리량을 감소시킨다. 또한, 재료 경비가 매우 높아 고비용을 초래한다.
특히, 태양전지 모듈을 제조하는데 필요한 예를 들어 납땜 공정과 같은 몇몇 단계는 특히 많은 비용이 소요된다. 마찬가지로, 은 조각(8b)의 재료 경비가 매우 높다.
따라서, 본 발명의 목적은 태양전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것으로서, 이를 통하여, 태양전지가 합리적이고, 저렴하게, 또한 제조 기술과 관련하여 보증되어야 하는 우수한 열 방산(heat dissipation)과 함께 정교하게 제조될 수 있다.
이러한 목적은 청구항 1에 의한 태양전지 모듈 및 청구항 24에 따른 방법에 의하여 달성된다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조 방법의 유리한 개선점이 각각의 종속항에 제공된다.
본 발명에서, 모듈의 제조 중에, 각각의 완전히 접촉된 태양전지 칩이 우선 제조되고, 이어서 개별적으로 위치되는 것은 아니고, 오히려 하나의 조작 단계에서, 전체 모듈 표면은 예를 들어 구리층과 같은 금속층으로 제공되고, 한편 상기 금속층은 태양전지를 음극 및 양극 단자 모두에 접촉할 수 있게 하고, 무엇보다도 태양전지 자체의 위치 결정을 용이하게 한다.
이러한 목적을 위하여, 판상의, 예를 들어 0.01 내지 3 mm 두께의 얇은 구리박막(copper foil)과 같은 금속 기판이 펀칭(punching) 또는 레이저빔 컷팅 (cutting)과 같은 적당한 방법에 의하여 구조화된다. 이러한 구조의 금속 표면 (metal surface)은 모듈 기저(기판)에 연결될 수 있다. 또한 모듈 기저 상에 금속층을 먼저 형성하고, 이어서 유리 위에 적층된 금속 박막과 같은 적층 구조 (laminate)를 제조할 수 있다. 구조화 작업(structuring)은 이어서 기판 상에 직접 이루어질 수 있다. 상기 구조화 자체는, 예를 들어, 식각 방법 또는 레이저 머시닝 (laser machining)과 같은 모든 종래의 수단을 통하여 가능하다.
금속층 또는 금속 박막용 금속으로서, 열도전성 박막으로 유리하게 이용되는 모든 금속, 특히 구리, 알루미늄 및/또는 이들의 합금이 적당하다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈을 통하여, 태양전지의 전기적 접촉 및 각각의 태양전지의 전기적 배선이 모듈 내에서 보장된다. 또한, 상기 태양전지는 항상 집광 광학계(concentrating optics)의 초점에 위치할 수 있도록 모듈 내의 소정의 위치에 정확하게 영구적으로 배치된다. 더욱이, 고 열전도 금속 표면의 영향으로 태양전지 내에 발생하는 열이 효과적으로 방산되어 태양전지의 과열을 방지할 수 있다. 본 발명의 구성에 의하여, 예를 들어, 기판으로서의 유리 담체(glass carrier) 상에 적층된 매우 얇은 구리층(청구항 11에 따른, 예를 들어 70 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께)을 이용하여, 다음의 기능이 동시에 수행될 수 있다:
1. 전지의 기계적 고정
2. 각각의 전지의 전기적 접촉
3. 전지의 상호 간의 전기적 배선
4. 외부 공기로의 열 방산
또한, 금속 표면은 모듈 내의 기판, 금속 및 태양전지의 다양한 재질의 열팽창의 결과로서 발생하는 힘이 흡수되고, 필요하면 보상되도록 구성될 수 있다. 또한, 금속 표면이기 때문에 제조 중에 직접 전기적 회로와 같은 다양한 전기적 보호 장치 및 보충 기능을 집적하는 것도 가능하다.
태양전지 모듈의 제조과정 중의 이러한 특별한 절차의 결과로서, 조작 준비, 저장 및 조립에서의 물류 복잡성(logistical complexity)이 상당히 감소된다. 마찬가지로, 재료 사용량이 감소되어 전반적으로 낮은 기계적, 인적, 재정적 복잡성이 요구된다.
또한, 본 발명의 결과로서, 태양전지 모듈을 제조하는 전자산업 분야에서 이미 표준으로 사용되는 인쇄회로기판(printed circuit board) 기술, 적층기술 및 리드 프레임(lead-frame) 기술을 이용하는 것이 처음으로 가능하게 되었다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 태양전지, 보호 회로 등에 설치하는 것은 표준 기술을 이용하여 달성될 수 있다.
금속 표면에 구성된 조정 마크(adjustment marks)를 이용함으로써, 태양전지 및 그 밖의 전자 부품의 위치 결정을 표준화하고 정교하게 하는 것도 가능하다.
금속 표면 또는 금속 박막 상의 각각의 태양전지의 위치는 연속적인 금속 표면에 의하여 서로 상대적으로 고정되기 때문에, 예를 들어 태양전지에 대한 조준렌즈(collimator lens) 배열과 같은 집광 렌즈 시스템을 배치하기 위하여 단 1회의 조정 단계가 필요하다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은 바람직하게는 이하에서 열거되는 다양한 특징을 더 포함한다.
● 집광 시스템의 초점이 형성되는 위치에, 태양전지를 수용하기 위하여 제공되는 공간이 위치한다.
● 상기 위치에서, 태양전지는 고정 처리 과정 중 매우 정교하게 배치되며, 태양전지의 배면 접점(양극 단자 또는 음극 단자)은 금속 기판에 전기적으로 연결된다.
● 전지를 보다 용이하게 배치하기 위하여, 금속 기판의 구조화 과정은 위치 결정 마크(positioning marks)의 형성을 포함할 수 있다.
● 태양전지의 표면(음극 단자)으로부터의 전류를 방산하기 위하여, 금속 기판은 전지마다 칩의 부근에서 종결되는 하나 이상의 접촉 손가락(contact fingers)을 포함한다.
● 상기 접촉 손가락은, 전지 중심으로부터의 열 방산의 교란을 최소화하기 위하여, 이상적으로 방사상 및/또는 매우 좁은 띠형(strip) 전도체의 형태로서 안내된다. 유리하게는 접촉 표면은, 한편으로는 최대 안정성 및 전기 도전성을 달성하고, 다른 한편으로는 태양전지에서의 측 방향 열 방산의 방해를 최소화하기 위하여, 즉 태양전지의 넓은 배면 접점을 위한 공간을 유지하기 위하여, 태양전지 방향으로 점점 가늘어진다(taper).
● 접촉 손가락은 전지로부터의 특정 위치에서 종결될 수 있다. 이에 따라, 결합 와이어를 충분히 짧게 유지하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 동시에 금속 기판의 구성 후에 초점의 위치 선정에 있어서 다양성을 고려하는 것이 가능하고, 상응하는 오프셋 방식으로 전지를 배치하는 것도 가능하다. 또한, 배면 접점을 위하여 더 많은 표면이 이용되므로, 적당한 간격주기(spacing)로 열전달이 개선된다.
● 접촉 손가락의 첨단(tip)은 결합에 의한 더 나은 접촉을 가능하게 하기 위하여 적당한 재질(소위 패드(pads)의 형성)로 국부적으로 도포될 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, 0.5 내지 5 ㎛ 두께의 금층에 이어 1 내지 6 ㎛ 두께의 니켈층으로 이루어진, 특히 부분적 금코팅(gold-coating)이 적당하다.
● 접촉 손가락의 첨단은 가느다란 와이어("와이어 결합")에 의하여 제2 접점, 예를 들어, 태양전지의 상부측에 연결된다. 제2 접점은 태양전지의 음극 단자 또는 양극 단자로서 제1 접점 또는 배면 접점에 대향하는 단자 방식으로 구성된다.
● 금속 기판은 태양전지의 음극 단자에 직접 연결되고 양극 단자에 직접 연결되는 구역을 포함한다.
● 직렬 회로를 이루기 위하여, 인접한 칩의 각각의 대향하는 구역은 서로 연결된다.
● 병렬 회로를 이루기 위하여, 인접한 칩의 동일 구역은 서로 연결된다.
● 적용 목적에 따라, 복수의 전지는 서로 연결된다. 해당 크기의 금속 표면을 이용하여, 하나의 모듈의 모든 전지가 하나의 표면상에 형성되거나 또는 단지 각각의 전지가 결합되어 종래의 방식으로 서로 간에 연결되는 블록을 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 몇몇 예가 이하에서 제공된다. 동일 또는 유사한 참조번호는 동일 유사한 구성요소를 위하여 사용된다.
도 1은 장착된 태양전지 칩을 갖는 종래의 태양전지 모듈의 단면을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 모듈의 단면을 도시하고 있다.
도 3은 도 2에 따른 태양전지 모듈의 다른 확대 단면을 도시하고 있다.
도 4 내지 도 6은 다른 태양전지 모듈의 구성을 도시하고 있다.
도 7은 집광 광학계를 갖는 완전한 태양전지 모듈을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시하고 있다. 본 발명은 집광 태양 에너지 시스템을 위한 태양전지 모듈에 관한 것이다. 태양광선은 단지 하나의 작은 태양전지가 위치한 작은 초점 상에 광학계의 도움을 받아 집광된다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 2차원 배열의 초점을 생성하는 해당 집광 광학계를 포함하는 판상의, 2차원 배열로 구성된다. 태양전지는 각각의 초점에 배치된다. 이는 고효율의 태양전지가 집광 태양 에너지 기술에 이용될 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러므로, 프레넬 렌즈(Fresnel lenses)의 배열은, 예를 들어 소위 플라트콘(FlatconTM) 기술에서 사용되었고, 상기 렌즈는 태양광선을 300 내지 1000의 팩 터(factor)로 집광하고, 작은 초점에 집중하게 한다. 각각의 프레넬 렌즈의 각각의 초점에, 1 내지 10 ㎟의 작은 태양전지가 위치한다. 그러므로, 예를 들어 III-V 적층전지(stacked cells)와 같은 고효율 태양전지의 전반적으로 고비용의 반도체 표면이, 비교적 저비용의 렌즈 시스템으로 교체될 수 있다. 또한, 태양전지의 효율도는 태양광선의 집중도에 대수적으로 증가하여, 집광 태양 에너지 기술이 종래 태양 에너지 기술에 비하여 더 높은 효율을 나타낸다.
도 2에서, 이러한 태양전지 모듈의 기판상에 배열된 태양전지의 3개의 구성요소의 평면도를 나타내었다. 검은색 부분은 비도전성 영역이고, 반면 흰색 부분은 도전성의 구리층이다. 특히, 상기 구리층은 장홈(groove)(16)에 의하여 구성되어, 서로 전기적으로 절연된 영역(18a 내지 18c 또는 19a 내지 19c)이 생성된다.
각각의 부분(12a 내지 12c)의 중심에는 각각 하나의 태양전지(5a 내지 5c)가 배열된다. 이에 따라, 태양전지의 배열은 조정(adjustment) 또는 보상 영역 (compensation region)(21a 내지 21c) 내에서 이루어진다. 도면에서 보는 바와 같이, 부분(12a)(이하, 해당 태양전지(5b 및 5c), 그들 각각의 영역에서의 해당 구성요소의 경우도 같음)의 태양전지(5a)의 배면 또는 하면은 영역(19a) 내의 구리 표면과 접촉한다. 상기 표면(19a)은 양극 단자를 나타낸다. 이에 따라, 상기 표면(19a)은 매우 넓은 면적에 걸쳐 태양전지(5a)와 배면으로 접촉하여, 태양전지 (5a)에서 생성된 열이 현저하게 방산 및 분배될 수 있도록 한다. 따라서, 표면 (19a)은 도시되지 않은 결합 와이어에 의하여 태양전지(5a)의 음극 단자와 상부 표면에서 접촉하는 2개의 접촉 손가락(14a, 14b)에 의하여만 감소된다. 태양전지의 또 다른 접촉이 상기 손가락을 통하여 가능할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 장홈(16)은 펀치 마크(20a, 20b, 20c)에 의하여 차단되어, 제조 공정 중에 음극 단자(18a)와 양극 단자(19a) 사이에서 다른 기계적 연결 및 이에 따른 전기적 접촉이 여기에 존재한다. 이러한 형태의 펀치 마크는 모든 부분(12a 내지 12c)에 걸쳐 기계적으로 연속적인 구리막을 얻기 위하여 필요하고, 상기 구리막은 일체로 연결되어 기판에 도포될 수 있다. 구리막을 도포한 후, 상기 펀치 마크(20a, 20b, 20c)는 예를 들어 레이저에 의하여 분리되어, 영역(18a)와 영역(19a) 사이의 전기적 절연이 이루어질 수 있다. 펀치 마크(연결 웹 (connecting webs))를 사용하는 것은 기판에의 도포 전이라도 구리층을 구성하는 것이 가능하도록 한다. 결과적으로, 구리층의 일측으로부터 예를 들어 식각 (etching)과 같이 구성화하는 것에 더하여, 양측으로부터 구성하는 것이 가능하게 된다. 만약 예를 들어, 분리(separating) 장홈이 양측으로부터 식각되는 경우, 그들의 너비는 일측으로부터만 식각되는 경우에 비하여 상당히 작게 유지될 수 있다. 따라서, 절연 장홈의 너비가 감소될 수 있으며(예를 들어, 반감), 이에 따라 열 방산을 위하여 남아있는 구리층이 확장될 수 있다.
본 실시예에서, 영역(19a, 18b 및 19c)은 사행(meandering) 구조(21a 및 21b)에 의하여 전기적으로 서로 연결된다. 영역(18a, 19b 및 18c)은 동일 방식으로 전기적으로 서로 연결된다. 이는 태양전지의 양극 단자(19a)가 접촉 손가락(14a')에 의하여 태양전지(5b)의 음극 단자에 연결되고, 태양전지(5b)의 양극 단자는 영역(19b) 및 접촉 손가락(14a")을 통하여 태양전지(5c)의 음극 단자에 연결됨을 의 미한다. 따라서, 이는 태양전지(5a, 5b 및 5c)의 직렬 배선을 이룬다.
상기 사행 구조(21a 및 21b)는 각각의 부분(12a, 12b 및 12c)을 서로 분리하고, 각각의 부분(12a 내지 12c) 사이의 기계적 보상을 보장하고, 이에 따라 각각의 부분(12a, 12b 및 12c)의 서로 다른 열팽창에 대한 보상을 보장한다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이, 위치결정 마크(17a 및 17b)는 각각의 부분 (12a 내지 12c)의 태양전지(5a 내지 5c)에의 정확하고 자동적인 부착을 가능하게 하는 부분(2b 및 2c) 내에 배치된다.
도 3은 도 2에 도시된 부분(12b)의 일부를 도시한다. 태양전지(5b)를 향해 있는 손가락(14a' 및 14b')의 단부를 볼 수 있다. 태양전지(5b)는 마킹된 조정 영역(22b) 내에 배치되고, 결합 와이어(9)를 통하여 상기 손가락(14a' 및 14b')에 연결된다.
도 4는 펀치 마크(20a 내지 20y)가 아직 뚫리지 않은 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 도시한다. 이러한 형태의 펀치 마크는 이미 기술된 바와 같이, 기판에 적용하기 전에 박막(foil)이 구성되는 경우에 필요하다. 만약 박막이 기판에 적층되는 상태에서만 구성되는 경우, 이러한 형태의 펀치 마크는 불필요하다.
도 4에서, 2x3 태양전지(5a 내지 5f)의 배열로 구성된 모듈이 나타나 있다. 이러한 태양전지 모듈은 도시된 평면 위에 위치한 집광 프레넬 렌즈 없이 그 구리층이 나타나고, 결과적으로 상기 태양전지 모듈은 6개의 부분(12a 내지 12f)로 구분되고, 부분(12a 내지 12f) 사이의 분리파선(13)은 도 4의 발명의 이해를 보다 용이하게 하기 위하여 도시된 것이다. 파선(13)은 실제의 모듈에서는 볼 수 없다.
이 경우, 태양전지(5a 내지 5f)의 모든 하면, 즉 모든 양극 단자는 균일한 표면(19)을 형성하는 표면(19a 내지 19f)을 통하여 서로 연결된다. 마찬가지로, 손가락(14a 내지 14f')을 포함하는 균일 표면(18)을 형성하는 표면(18a 내지 18f)은 전기 도전성 방식으로 서로 연결된다. 따라서, 도 4의 배열은 태양전지(5a 내지 5f)의 병렬 회로에 관한 것이다.
도 5에서, 도 4에 해당하는 2x3 태양전지(5a 내지 5f)의 배열이 도시되나, 직렬 연결로 구성된다. 모듈을 각각의 부분(12a 내지 12f)으로 구분하는 파선(13)은 보다 용이한 이해를 위하여 도시된 것이다. 다른 모든 도면들과 마찬가지로, 도전성 구리 표면이 흰색으로 나타나 있고, 비도전성 영역은 검은색으로 도시된다. 도 5에서, 하나의 태양전지의 각각의 손가락(14)은 전기 도전성 방식으로 다음 태양전지의 배면에 연결되므로, 직렬 연결과 관련된다.
도 6은 4x12 태양전지(5)를 포함하는 하나의 태양전지 모듈 내의 직렬 연결의 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 맨 처음의 태양전지만이 여기서 참조부호가 제공된다.
손가락(14)은 다시 표면(18)을 통하여 후속 태양전지의 표면(19)에 연결되고, 이에 의하여 태양전지의 양극 단자로 연결됨을 알 수 있다. 상기 손가락(14)은 더 짧게 구성되어 있어, 본 도면에서 도시된 결합 와이어는 제2 마지막 태양전지의 경우에서만 도 4 및 도 5의 실시예보다 길 필요가 있다.
도 7은 본 발명에 따른 집광 렌즈 시스템을 갖는 완전한 태양전지 모듈을 도시한다. 이러한 태양전지 모듈은 구리막(31)이 배치되는 기판(30)을 포함한다. 이 러한 구리막에 태양전지(5a, 5b, 5c 등)이 직렬로 연결되어 배치된다. 구리막의 구조 및 구성은 도 5에 도시된 구성 및 구조에 보다 광범위하게 일치한다. 기판(30) 상에 검은색으로 도시된 영역(태양전지(5a, 5b, 5c 등)을 제외)은 구리막이 없는 비도전성 영역이다. 구리막(31)은 부분적으로, 태양전지(5a)로부터 시작하여 태양전지(5b 및 5c) 및 이들에 병렬로 배치되고 부분적으로 도면에 나타나지 않은 태양전지를 경유하여 직렬 연결이 형성되도록 구성하는, 장홈(16)을 포함한다.
또한, 태양전지 모듈은 프레넬 렌즈(33a 내지 33f)의 초점이 각각 태양전지(5a, 5b, 5c 등)에 집중되는 방식으로 인접하게 배치되는 전체 6개의 프레넬 렌즈(33a 내지 33f)을 갖는 덮개(32)를 포함한다. 상기 프레넬 렌즈(33a 내지 33f)를 갖는 덮개(32)는 일체로 구성되고, 사출 성형 공정으로 예를 들어 플라스틱 재질 로부터 제조된다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 제조하기 위하여, 상기 덮개(32)를 기판(30)에 대하여 정확하게 위치시키는 것만이 필요하다. 이는 단일의 위치결정 단계만을 필요로 한다. 상기 덮개(32)는 벽체(34)(walls)에 의하여 기판 (30)으로부터 이격된다. 또한, 상기 벽체(34)는 태양전지의 내부가 오염되거나 손상되지 않도록 태양전지 모듈의 내부를 밀봉하는 역할을 한다. 또한, 본 실시예에서와 같이, 덮개(35)를 가지는 검사 구멍(inspection opening)이 측벽 중의 어느 하나의 벽체에 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하여 최초로 집광 광전지 산업에 있어서 경제적이고 정교한 방식으로 대면적(large-area) 모듈을 제조하는 것이 가능하다.

Claims (30)

  1. 판상 기판상의 평면에 배치되고, 기판 측에 제1 전기적 접점을 갖고, 기판으로부터 먼 측에 적어도 하나의 제2 전기적 접점을 갖는 복수의 태양전지를 갖는 집광 태양 에너지 시스템을 위한 태양전지 모듈에 있어서,
    상기 기판은 태양전지를 향하는 방향의 표면이 금속층으로 2차원적으로 도포되고, 상기 금속층은
    a) 하나의 태양전지에 각각 할당되고, 장홈에 의하여 전기적으로 절연된 제1 및 적어도 하나의 제2 영역을 각각 포함하는 복수의 판상 부분 및
    b) 금속층의 인접한 부분의 영역 사이를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 판상 부분의 제1 영역은 할당된 태양전지 아래로 연장되어 제1 접점과 전기 접촉하고, 그리고 제2 영역은 태양전지의 제2 접점과 전기 접촉으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 제1 및 제2 영역을 생성하기 위하여 장홈에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장홈은 ＜1 mm의 너비를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연결부는 기판과 금속층 사이의 재료 응력을 보상하기 위한 보상 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연결부는 연결될 영역 사이에서 적어도 부분적으로 사행 또는 삽입(interleaved) T-구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연결부는 각각 제1 영역 부분을 하나 이상의 인접한 부분의 제1 영역에 연결하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연결부는 각각 제1 영역 부분을 인접한 부분의 제2 영역에 연결하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 기판의 표면을 ＞50 % 까지 덮는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 기판의 주변 모서리 및 금속층 내에 구성된 장홈의 적어도 하나를 빼고 기판을 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 구리, 알루미늄 및 이들의 합금 중의 적어도 하나를 포함하거나 또는 구리 박막인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 적어도 영역 내에서 0.01 mm 이상 또는 3 mm 이하 두께의 구리 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  12. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 기판에 적층되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기판은 적어도 영역 내에서 유리 또는 유리섬유 합성물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  14. 제1항에 있어서, 보호 다이오드의 다른 전기적 구성요소가 기판상에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈
  15. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 기판상에 배치된 다른 전기적 구성요소에 연결되는, 데이터 라인, 입출력 라인의 전기적 라인 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  16. 제1항에 있어서, 상기 금속층은 위치결정 마킹 및 펀치 마크의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  17. 제1항에 있어서, 집광(light collecting) 장치가 기판의 표면으로부터 이격되어, 태양전지가 각각의 집광 장치의 초점에 위치하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 집광 장치는 조준렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  19. 제17항에 있어서, 상기 집광 장치는 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  20. 제1항에 있어서, 태양전지와 접촉하는 상기 제1 영역은, 태양전지의 위치에서 볼 때 ＞30°의 개방각으로 태양전지의 일측 또는 양측에 연장하는 연속적인 금속 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  21. 제1항에 있어서, 상기 제2 영역은 손가락 모양의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  22. 제21항에 있어서, 상기 손가락은 태양전지의 위치에서 볼 때 ＜30°의 개방각으로 연장하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  23. 제21항에 있어서, 상기 손가락은 적어도 태양전지를 향하고 있는 단부에서 적어도 5 mm의 길이로, 적어도 ＜2 mm 의 너비를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  24. 평면 기판의 표면이 금속층으로 도포되고,
    상기 금속층은 다수의 2차원 부분 및 부분의 영역을 형성하기 위하여, 상기 도포 전 또는 후에 구조화되고,
    태양전지는 상기 금속층의 소정의 위치에서 각각의 부분에 대하여 제1 전기 접점이 금속층과 전기적으로 접촉되어 배치되고,
    제2 영역은 각각의 부분에 대하여 태양전지의 제2 전기 접점에 연결되는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 태양전지 모듈을 제조 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 금속층을 구조화하기 위하여 장홈이 구리층에 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 금속층의 구조화는 석판 식각, 펀칭 및 레이저 컷팅의 적어도 하나에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 기판의 표면을 소정 위치에서 각각의 영역 또는 부분 사이에서 금속층으로 도포하기 전에 금속층을 구조화하는 경우, 금속으로 구성된 연결 웹이 인접한 영역 또는 부분 사이에 펀치 마킹으로서 유지되고,
    상기 연결 웹은 기판의 표면을 금속층으로 피복한 후 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 금속층에 위치 마킹이 구성되고, 태양전지 및 다른 전자적 구성요소의 적어도 하나가 위치 마킹을 고려하여 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제1항 내지 제23항 중 한 항에 있어서, 태양전지 모듈을 집광 광전지 산업에 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  30. 제24항 내지 제28항 중 한 항에 있어서, 태양전지 모듈을 제조하는 방법을 집광 광전지 산업에 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제조하는 방법.
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