KR101221650B1 - 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

태양전지 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

태양전지 모듈 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극을 구비하며, 전극에 리드(lead)가 전기적으로 연결된 태양전지(solar cell)를 제공하는 단계, 및 태양전지를 투명 수지에 디핑(dipping)하여, 태양전지의 전체 표면에 투명 수지층을 코팅하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈 제조 방법이 제공된다.

Description

태양전지 모듈 및 그 제조 방법{SOLAR CELL MODLUE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 태양 에너지를 이용한 태양광 발전은 차세대 에너지 산업으로 각광을 받고 있다. 특히 상기 에너지원은 청정하고, 석탄이나 석유를 사용할 때 발생되는 지구 온난화 방지에 매우 적합하여, 친환경적인 대체 에너지원으로서 이용 가치가 높다.
태양광 발전에 이용되던 태양전지는 반도체에 태양광이 입사되면 전류를 방출시키는 원리를 이용한 것으로서, 글래스(glass) 기판 상에 에바 필름(EVA film)을 이용하여 태양전지를 접착시키고, 또 다시 에바 필름을 이용하여 태양전지 상에 백시트(back sheet)를 접착시킴으로써, 태양전지 모듈이 구현될 수 있다.
그러나 이와 같이 태양전지 모듈을 제조하기 위해 이용되는 글래스 기판의 경우, 강성 측면을 고려하여 3mm 이상의 일정한 두께가 요구되어, 그에 따라 무게가 증가되는 문제점을 지니고 있으며, 에바 필름의 경우 열에 취약하여 황변(yellow color change) 현상이 발생되고, 수분 침투에도 취약한 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 실시예는, 두께 및 무게가 최소화되고, 수분 침투 및 황변 현상이 최소화될 수 있는 태양전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극을 구비하며, 전극에 리드(lead)가 전기적으로 연결된 태양전지(solar cell)를 제공하는 단계, 및 태양전지를 투명 수지에 디핑(dipping)하여, 태양전지의 전체 표면에 투명 수지층을 코팅하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈 제조 방법이 제공된다.
투명 수지층을 코팅하는 단계는, 투명 수지층에 초음파 진동을 가하면서 수행될 수 있다.
태양전지 모듈 제조 방법은, 태양전지를 제공하는 단계와 투명 수지층을 코팅하는 단계 사이에, 태양전지의 표면을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
투명 수지층을 코팅하는 단계는, 투명 수지에 태양전지의 일측부터 디핑되도록 수행될 수 있다.
투명 수지층을 코팅하는 단계는, 1차로 투명 수지에 태양전지의 일측부터 디핑되도록 수행되고, 2차로 투명 수지에 태양전지의 타측부터 디핑되도록 수행될 수 있다.
리드의 단부는 태양전지의 표면으로부터 돌출될 수 있다.
태양전지 및 리드는 각각 복수개이며, 태양전지를 제공하는 단계는, 복수의 리드에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 태양전지를 제공하는 단계일 수 있다.
투명 수지층은 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
투명 수지층은 실리콘계 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극을 구비하는 태양전지, 전극에 전기적으로 연결되는 리드, 및 태양전지의 표면 전체에 코팅되는 투명 수지층을 포함하는 태양전지 모듈이 제공된다.
리드의 단부는 태양전지의 표면으로부터 돌출될 수 있다.
태양전지 및 리드는 각각 복수개이며, 복수의 태양전지는 복수의 리드에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
투명 수지층은 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
투명 수지층은 실리콘계 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양전지 모듈의 두께 및 무게가 최소화될 수 있으며, 태양전지 모듈로의 수분 침투 및 태양전지 모듈에 발생되는 황변 현상 역시 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 제조 방법의 각 공정을 나타낸 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 제조 방법의 디핑 공정을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 제조 방법에 의해 제조된 태양전지 모듈의 변형례를 나타낸 평면도.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 평면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 정면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 변형례를 나타낸 평면도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈이 적용된 상태를 각각 나타낸 도면.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100) 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100) 제조 방법의 각 공정을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 리드(120)가 연결된 태양전지(110)를 제공하는 단계(S110), 태양전지(110)의 표면을 세척하는 단계(S120), 및 태양전지(110)의 전체 표면에 투명 수지층(130)을 코팅하는 단계(S130)를 포함하는 태양전지 모듈(100) 제조 방법이 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 글래스 기판과 에바 필름 등을 사용하지 않고, 태양전지(110)의 전체 표면을 투명 수지층(130)으로 코팅함으로써, 글래스 기판과 에바 필름에 의한 두께 및 무게 증가를 방지할 수 있으며, 이들의 사용에 따른 제조 시간 및 비용의 증가를 방지할 수 있다.
그리고 글래스 기판과 에바 필름의 각 레이어 간 수분이 침투되는 문제를 방지할 수 있으며, 에바 필름에 존재하였던 황변 현상의 발생 역시 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 실시예에 따른 태양전지 모듈(100) 제조 방법의 각 공정에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극(112)을 구비하며, 전극(112)에 리드(120)가 전기적으로 연결된 태양전지(110)를 제공한다(S110).
태양전지(110)로는 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지 또는 비정질 실리콘 태양전지 등이 모두 이용될 수 있으며, 이러한 태양전지(110)의 일면에는 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(112), 즉 양전극 및 음전극이 모두 형성될 수 있다.
이들 한 쌍의 전극(112)에는 한 쌍의 리드(120)가 전기적으로 연결될 수 있다. 리드(120)는 솔더 등을 이용하여 다양한 방식에 의해 전극(112)에 본딩될 수 있다. 이러한 리드(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 단부가 태양전지(110)의 표면, 즉 태양전지(110)의 측면으로부터 외측으로 돌출되도록 배치되어 전극(112)에 접합될 수 있다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극(112)에 리드(120)가 결합된 태양전지(110)의 표면을 세척한다(S120). 이는 태양전지(110)를 세척조(10) 내에 수용된 세척액(20)에 담가 태양전지(110) 표면에 존재하는 유기물, 금속 물질 등을 제거하는 공정으로서, 다음과 같이 2가지 세척액(20)을 이용하여 2단계에 걸쳐 수행될 수 있다.
1단계로, 아세톤을 세척액(20)으로서 이용할 수 있다. 이와 같이 아세톤에 태양전지(110)를 침지함으로써 태양전지(110) 표면에 존재하는 유기물을 제거할 수 있다. 그리고 2단계로, IPA(icosapentaenoic acid)를 세척액(20)으로 이용할 수 있다. 태양전지(110)가 IPA에 침지됨으로써 태양전지(110) 표면의 유기물과 금속 물질이 제거될 수 있다.
다음으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 투명 수지층(130)에 초음파 진동을 가하면서 태양전지(110)를 투명 수지(50)에 디핑하여, 태양전지(110)의 전체 표면에 투명 수지층(130)을 코팅한다(S130).
이와 같이, 초음파 진동 발생기(40)로부터 발생되는 초음파 진동을 디핑조(30) 내의 투명 수지(50)에 가함으로써, 투명 수지(50) 및 태양전지(110)의 표면 에너지가 증가되어 이들 간 결합력이 증가될 수 있으므로, 이에 따라 투명 수지층(130)과 태양전지(110) 표면 간 공극의 발생을 최소화할 수 있다.
이러한 디핑 공정(S130)은 도 4에 도시된 바와 같이 태양전지(110)를 직립시켜 수직하게 위치시킨 상태에서, 태양전지(110)를 그 일측부터 반대편 타측 순으로 투명 수지(50)에 디핑할 수 있다. 이에 따라 태양전지(110)를 대면적 방향으로 디핑하는 경우에 비해 보다 균일한 투명 수지층(130)의 코팅이 가능하게 된다.
그리고 태양전지(110)의 전극(112)에는 상술한 바와 같이 리드(120)가 결합되어 있으므로, 본 디핑 공정(S130)은 다른 태양전지(110) 또는 외부 장치와의 전기적 연결을 고려하여 리드(120)의 적어도 일부 표면이 노출되도록 수행될 수 있다.
투명 수지(50)로는 에폭시 수지를 포함하는 재질이 이용될 수 있으며, 보다 구체적으로, 실리콘(silicone) 계열의 에폭시 수지가 이용될 수 있다.
이러한 실리콘계 에폭시 수지는 높은 태양광 투과율을 지니고 있으므로, 이와 같이 실리콘계 에폭시 수지를 이용하여 태양전지(110) 표면을 코팅하는 경우 보다 높은 효율을 갖는 태양전지 모듈(100)을 구현할 수 있다.
그리고 실리콘계 에폭시 수지는 섭씨 200도 정도의 고온에서도 손상이 발생되지 않고, 황변 현상이 일어나지 않으므로, 태양전지 모듈(100)의 수명을 현저히 증가시킬 수 있다. 이에 따라 결과적으로 종래 황변 현상 등에 의해 조기에 폐기되어야 했던 것에 비해 보다 친환경적인 태양전지 모듈(100)을 구현할 수 있다.
이와 같은 디핑 공정(S130)은 중력에 의해 발생되는 투명 수지층(130)의 두께 불균일 현상을 최소화하기 위해, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 2회에 걸쳐 수행될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100) 제조 방법의 디핑 공정을 나타낸 도면이다.
1차적으로, 태양전지(110)를 수직하게 위치시킨 상태에서, 태양전지(110)를 일측부터, 리드(120)가 존재하는 타측 순으로 투명 수지(50)에 디핑한다. 이와 같은 방식으로 태양전지(110)를 디핑한 뒤 투명 수지(50)로부터 태양전지(110)를 상측 방향으로 제거하면 도 6에 도시된 바와 같이 투명 수지층(130)은 중력의 영향에 의해 상부에서 하부로 갈수록 그 두께가 증가하는 형상을 가지게 된다.
2차적으로, 1차 디핑 공정이 수행된 태양전지(110)를 180도 회전시킨 상태에서, 태양전지(110)를 리드(120)가 존재하는 타측부터 일측 순으로 투명 수지(50)에 디핑한다. 이와 같은 방식으로 태양전지(110)를 디핑한 뒤 투명 수지(50)로부터 태양전지(110)를 상측 방향으로 제거하면 도 7에 도시된 바와 같이 투명 수지층(130)은 전체적으로 균일한 두께를 가질 수 있게 된다.
즉, 2차 디핑 공정의 경우에도 중력의 영향을 받게 됨은 물론이나, 도 7의 점선으로 표시된 바와 같이 1차 디핑 공정에 의해 형성된 투명 수지층(130) 상에 추가적으로 투명 수지층(130)이 형성되게 되므로, 결과적으로는 투명 수지층(130)은 태양전지(110)의 전체 표면 상에서 균일한 두께를 가지게 되는 것이다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 태양전지(110)가 격자 구조 등으로 배치되고 이들이 리드(120)에 의해 서로 전기적으로 연결된 상태에서, 투명 수지층(130)이 코팅될 수도 있다. 여기서, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100) 제조 방법에 의해 제조된 태양전지 모듈(100)의 변형례를 나타낸 평면도이다.
즉, 상술한 태양전지(110)를 제공하는 단계(S110)에 있어, 복수의 태양전지(110)를 이들에 각각 연결된 리드(120)에 의해 서로 전기적으로 연결시킨 상태에서, 이후 디핑 공정(S130)을 수행함으로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 태양전지(110)가 직렬 또는 병렬로 연결된 태양전지 모듈(100)이 구성될 수 있으며, 이 경우 투명 수지층(130)은 태양전지(110)들을 연결하는 리드(120)의 표면 역시 코팅할 수 있다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)을 나타낸 평면도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)을 나타낸 정면도이다.
본 실시예에 따르면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 태양전지(210), 리드(220), 및 투명 수지층(230)을 포함하는 태양전지 모듈(200)이 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 글래스 기판과 에바 필름 등을 사용하지 않고, 태양전지(210)의 전체 표면이 투명 수지층(230)에 의해 코팅됨으로써, 태양전지 모듈(200)의 두께 및 무게를 최소화할 수 있으므로, 이에 따라 휴대기기 등의 전자제품, 건축물(90)의 외벽 등에 다양하게 적용될 수 있다.
그리고 글래스 기판과 에바 필름의 각 레이어 간 수분이 침투되는 문제를 방지할 수 있으며, 에바 필름에 존재하였던 황변 현상의 발생 역시 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 13을 참조하여, 본 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
태양전지(210)로는 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지 또는 비정질 실리콘 태양전지 등이 모두 이용될 수 있으며, 이러한 태양전지(210)의 일면에는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(212), 즉 양전극 및 음전극이 모두 형성될 수 있다.
이들 한 쌍의 전극(212)에는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 한 쌍의 리드(220)가 전기적으로 연결될 수 있다. 리드(220)는 솔더 등을 이용하여 다양한 방식에 의해 전극(212)에 본딩될 수 있다. 이러한 리드(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 단부가 태양전지(210)의 표면, 즉 태양전지(210)의 측면으로부터 외측으로 돌출되도록 배치되어 전극(212)에 접합될 수 있다.
투명 수지층(230)은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 태양전지(210)의 표면 전체에 코팅될 수 있다. 이와 같은 투명 수지층(230)에 의해 외부로부터의 수분 침투 등이 효과적으로 방지될 수 있다.
투명 수지층(230)은 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로, 실리콘 계열의 에폭시 수지로 이루어질 수 있다.
이러한 실리콘계 에폭시 수지는 높은 태양광 투과율을 지니고 있으므로, 이와 같이 실리콘계 에폭시 수지를 이용하여 태양전지(210) 표면을 코팅하는 경우 보다 높은 효율을 갖는 태양전지 모듈(200)을 구현할 수 있다.
그리고 실리콘계 에폭시 수지는 섭씨 200도 정도의 고온에서도 손상이 발생되지 않고, 황변 현상이 일어나지 않으므로, 태양전지 모듈(200)의 수명을 현저히 증가시킬 수 있다. 이에 따라 결과적으로 종래 황변 현상 등에 의해 조기에 폐기되어야 했던 것에 비해 보다 친환경적인 태양전지 모듈(200)을 구현할 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이 복수의 태양전지(210)가 격자 구조 등으로 배치되고 이들이 리드(220)에 의해 서로 전기적으로 연결된 상태에서, 투명 수지층(230)이 코팅될 수도 있다. 여기서, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)의 변형례를 나타낸 평면도이다.
이에 따라 다수의 태양전지(210)가 직렬 또는 병렬로 연결된 태양전지 모듈(200)이 구성될 수 있으며, 이 경우 투명 수지층(230)은 태양전지(210)들을 연결하는 리드(220)의 표면 역시 코팅할 수 있다.
이하, 상술한 태양전지 모듈(200)이 적용될 수 있는 예를 설명한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)이 적용된 상태를 각각 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 태양전지 모듈(200)은 플라스틱 등으로 이루어진 지지판(60) 상에 배치될 수 있다. 이러한 태양전지 모듈(200)은 유리판(90)에 의해 커버될 수 있으며, 유리판(90)의 가장자리는 프레임(70)에 의해 지지될 수 있다. 그리고 수분 침투의 방지를 위해 유리판(90)과 프레임(70)의 사이 공간을 실링재 등으로 밀봉함으로써, 태양전지 모듈 구조체가 구성될 수 있다.
이와 같은 태양전지 구조체는 건축물의 옥상 등에 배치되어, 가정용, 산업용 등의 다양한 용도로 활용 가능한 전기 에너지를 생산할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 태양전지 모듈(200)은 건축물(90)의 외벽에 직접 설치될 수도 있다. 상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)은 글래스 기판과 에바 필름을 사용하지 않아 경량화 및 박형화될 수 있으므로, 건축물(90)의 외벽에 보다 효과적으로 설치가 가능하다.
이 경우, 태양전지(210)로 비정질 실리콘 태양전지를 이용하는 경우, 이러한 태양전지(210)는 반투명한 특성을 가지게 되므로, 건축물(90)의 창문 등에 태양전지 모듈(200)이 설치되더라도 건축물(90) 내부로의 채광을 확보할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 세척조
20: 세척액
30: 디핑조
40: 초음파 진동 발생기
50: 투명 수지
60: 지지판
70: 프레임
80: 유리판
90: 건축물
100, 200: 태양전지 모듈
110, 210: 태양전지
112, 212: 전극
120, 220: 리드
130, 230: 투명 수지층

Claims (14)

  1. 전극을 구비하며, 상기 전극에 리드(lead)가 전기적으로 연결된 태양전지(solar cell)를 제공하는 단계; 및
    상기 태양전지를 투명 수지에 디핑(dipping)하여, 상기 태양전지의 전체 표면에 투명 수지층을 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 투명 수지층을 코팅하는 단계는, 상기 투명 수지층에 초음파 진동을 가하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지를 제공하는 단계와 상기 투명 수지층을 코팅하는 단계 사이에,
    상기 태양전지의 표면을 세척하는 단계를 더 포함하는 태양전지 모듈 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 수지층을 코팅하는 단계는, 상기 투명 수지에 상기 태양전지의 일측부터 디핑되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투명 수지층을 코팅하는 단계는, 1차로 상기 투명 수지에 상기 태양전지의 일측부터 디핑되도록 수행되고, 2차로 상기 투명 수지에 상기 태양전지의 타측부터 디핑되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리드의 단부는 상기 태양전지의 표면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 태양전지 및 상기 리드는 각각 복수개이며,
    상기 태양전지를 제공하는 단계는,
    복수의 상기 리드에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 상기 태양전지를 제공하는 단계인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 투명 수지층은 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어지는 태양전지 모듈 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명 수지층은 실리콘계 에폭시 수지를 포함하는 재질로 이루어지는 태양전지 모듈 제조 방법.
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