KR101232034B1

KR101232034B1 - 방열패키지 일체형 태양전지모듈

Info

Publication number: KR101232034B1
Application number: KR1020110030150A
Authority: KR
Inventors: 김효태; 김종희; 김창열; 김흥순; 문병용
Original assignee: 한국세라믹기술원; 문병용; 주식회사 신우테크
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2013-02-22
Also published as: KR20120111585A

Abstract

본 발명에 의한 태양전지모듈은 외부로부터 광이 입사되는 패널과, 상기 패널 하부에 이격 배치되어 상기 입사된 광으로 발전하는 솔라셀과, 상기 패널의 측부 및 상기 솔라셀의 하부에 배치되어 상기 패널 및 솔라셀을 지지하고 동시에 상기 솔라셀로부터 열을 전달받아 이를 외부로 방출하는 방열프레임을 포함한다. 또한, 상기 솔라셀과 상기 방열프레임 간에 이들의 열 팽창율 차이를 완화하기 위한 버퍼층을 더 포함할 수 있다.

Description

방열패키지 일체형 태양전지모듈 {SOLAR CELL MODULE INTEGRATED WITH HEAT RADIATING PACKAGE}

본 발명은 태양전지모듈용 방열패키지에 관한 것으로, 특히 태양전지모듈의 냉각효율이 개선된 방열패키지 일체형 태양전지모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 태양전지모듈의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 태양전지모듈이 직렬 및 병렬 중의 하나 이상으로 조합된 태양전지 어레이 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전을 위한 태양전지모듈은 반도체 구조물로 이루어진 복수의 단위 태양전지들(즉, 솔라셀(solar cell))이 요구된 단위용량으로 직렬 또는 병렬 연결되어 구성된다.

그런데, 이러한 태양전지는 태양광의 50% 이상이 반도체 구조물에 의해 열 형태로 흡수되므로, 에너지를 변환하는 과정 중에 발생되는 열은 태양전지의 출력감소를 야기하게 된다. 이러한 태양전지의 온도 상승에 의한 출력감소율은 일반적으로 0.45∼0.5%/℃이라 보고되고 있다.

이에 따라, 지금까지 태양광 발전 모듈의 온도를 효과적으로 감소시키기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 그 일례로서는 다음과 같이 크게 4가지 종류의 냉각방법을 들 수 있다:

- 물과 같은 냉각용매를 뿌리거나 순환시키는 방법 (국제공개특허공보 WO 2009113865호 및 WO 2010039090호, 미국특허 6,005,185호, 일본공개특허공보 평07-038131호 및 평18-198468호, 국내공개특허공보 2010-0020346호, 2011-0001489호, 2010-0027379호, 2009-0119647호 및 2011-0001457호, 국내특허 913972호);

- 공기를 순환시키는 방법 (국제공개특허공보 WO 20055117142호, 미국특허 6,750,392호);

- 다공질 구조물(예를 들어, 금속 윅(wick))이나 히트파이프를 통한 응축 및 증발열에 의한 냉각 방법 (일본공개특허공보 평10-321890, 국내특허 910623호 및 835255호, 국내공개특허공보 2010-0097266호);

- 열전소자에 의한 복합 냉각, 난방 및 발전 방법 (국내특허 976353호, 국내공개특허공보 2009-0080322호).

그리고, 상술한 종래 냉각기술들은 모두 도 1에 도시하는 바와 같은 종래 태양전지모듈의 구조와 결합된다. 도 1은 종래 태양전지모듈의 개략구조도이다.

도 1을 참조하면, 종래 태양전지모듈(1)은 복수의 솔라셀(2)로 되는 어레이는 글라스 기판(7) 상에서 그 상부 및 저부가 각각 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 재질의 한 쌍의 봉지시트(5)로 에워싸여지며, 그 하나의 봉지시트(5)의 반대면에는 이면시트(9)가 접착되어 구성된다. 그리고, 이들을 가열 및 가압하여 상기 봉지시트(5)를 가교경화시킴으로써 접착 일체화하여 형성된다. 이후, 이러한 태양전지모듈은 열전달 물질(TIM: thermal interface materials)로 된 층(미도시)을 통하여 최종적으로 알루미늄 프레임(미도시)에 장착되고 그 배면에 상술한 종래 냉각기술들에 의한 구조물(미도시)을 부착함으로써 태양전지모듈의 냉각이 구현된다.

이와 같이, 종래 태양전지모듈은 솔라셀의 열이 열전도율이 낮은 EVA 시트 및 이면시트를 거친 후에야 비로소 상기 TIM을 통해 상술한 냉각 구조물로 전달되는 구조이어서 열전달 효율이 상당히 열악하므로, 냉각효율이 낮고 이에 따라 태양광 발전효율이 저하된다는 근본적인 문제를 갖는다.

따라서, 이러한 종래의 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉각효율이 개선되어 태양광 발전효율이 우수한 태양전지모듈용 방열패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 태양전지모듈은 외부로부터 광이 입사되는 패널과, 상기 패널 하부에 이격 배치되어 상기 입사된 광으로 발전하는 솔라셀과, 상기 패널의 측부 및 상기 솔라셀의 하부에 배치되어 상기 패널 및 솔라셀을 지지하고 동시에 상기 솔라셀로부터 열을 전달받아 이를 외부로 방출하는 방열프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 태양전지모듈은 상기 솔라셀과 상기 방열프레임 간에 이들의 열 팽창율 차이를 완화하기 위한 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 버퍼층은 i) 글라스 프릿과, 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si₃N₄) 중의 하나 이상으로 되는 세라믹 분말을 포함한 조성, ii) 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상으로 되는 금속분말과 글라스 프릿을 포함한 조성, iii) 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si₃N₄) 중의 하나 이상의 세라믹 분말을 포함한 조성 중의 하나로 될 수 있다.

또한, 상기 태양전지모듈은 상기 버퍼층과 솔라셀 간에 금속전극층을 더 포함할 수 있고, 이는 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상의 금속분말을 포함하는 조성으로 될 수 있고 이에는 글라스 프릿이 포함될 수 있다. 또한, 상기 솔라셀은 기판과, 상기 기판 상면에 순차적으로 형성된 그리드 전극 및 컬렉터 단자와, 상기 기판 저면에 형성된 하부전극을 포함할 수 있고, 상기 하부전극은 생략될 수도 있다.

또한, 상기 태양전지모듈은 그 내부가 진공으로 되며, 이에 따라 솔라셀의 상방으로 단열화됨으로써 상기 솔라셀로부터의 열은 각각 상기 금속전극층, 버퍼층 및 방열프레임을 순차적으로 경유하여 외부로 방출된다.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 태양전지모듈의 제조방법은 상기 방열프레임 상에 상기 조성분말로 된 페이스트를 상기 방열프레임 상에 후막도포하여 상기 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 형성된 버퍼층 상에 상기 솔라셀을 장착한 후 500~550℃로 열처리하는 공정과, 상기 솔라셀과 상방 이격되도록 상기 패널의 양 측부를 상기 방열프레임의 양 측부에 각각 고정한 후 상기 고정부위를 밀봉하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 밀봉하는 공정은 밀봉재로 밀봉한 후 밀봉재의 경화를 위하여 350~400℃로 밀봉열처리하는 공정 및/또는 상기 태양전지모듈 내부를 탈기하여 진공화하는 공정을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 태양전지모듈의 제조방법은 상기 방열프레임 상에 상기 조성분말을 상기 방열프레임 상에 상온후막증착하여 상기 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 버퍼층을 100~500℃로 후열처리하는 공정과, 상기 형성된 버퍼층 상에 상기 솔라셀을 장착하고 상기 솔라셀과 상방 이격되도록 상기 패널의 양 측부를 상기 방열프레임의 양 측부에 각각 고정한 후 상기 고정부위를 밀봉하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 밀봉하는 공정은 밀봉재로 밀봉한 후 밀봉재의 경화를 위하여 350~400℃로 밀봉열처리하는 공정 및/또는 상기 태양전지모듈 내부를 탈기하여 진공화하는 공정을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 방열 패키지가 솔라셀에 부착되어 일체화되므로 냉각효율이 개선되어 태양광 발전효율이 크게 향상된다. 또한, 종래의 EVA나 이면시트를 사용하지 않으므로 제조단가가 절감된다.

도 1은 종래 태양전지모듈의 개략구조도.
도 2a~2c는 본 발명의 일 구현예에 의한 태양전지모듈의 개략구조도로서, 각각 도 2a는 그 단면도, 도 2b는 그 정면도, 도 2c는 그 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 구현예에 의한 복수의 태양전지모듈을 조립하기 위한 조립 프레임의 개략 구조도.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 일 구현예에 의한 복수의 태양전지모듈이 도 3의 조립 프레임에 의해 조합 구성된 태양전지 어레이 유닛의 개략 구조로서, 각각 도 4a는 그 정면도, 도 4b는 그 평면도.

이하, 본 발명을 바람직한 구현예들과 이의 도면들을 참조하며 설명한다.

먼저, 도 2a~2c는 본 발명의 일 구현예에 의한 태양전지모듈의 개략구조도로서, 각각 도 2a는 그 단면도, 도 2b는 그 정면도, 도 2c는 그 평면도이다.

방열프레임(61) 및 패널(20)

도 2a를 참조하면, 먼저 본 발명에 의한 태양전지모듈(10)은 종래의 글라스 기판 대신 고방열 특성의 방열프레임(61)을 포함함으로써 방열효율을 극대화한다. 이러한 방열프레임(61)은 알루미늄(Al), 스테인레스 스틸(SUS), 구리(Cu) 또는 이들의 합금과 카본 및 그래핀 중의 하나 이상을 포함하는 소재 또는 이의 유기 및/또는 무기 복합소재로 될 수 있고, 절삭, 다이캐스팅, 프레스 등의 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 방열프레임(61)의 표면은 전기적 절연 및/또는 부식방지를 위하여 코팅, 애노다이징(anodizing), 화학처리 등으로 박막의 산화물 막 내지는 절연층으로 개질 및 도포될 수도 있다.

또한, 방열프레임(61)은 그 하단에 방열핀(67)을 포함할 수 있고, 및/또는 그 내부에 히트파이프(65)를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 히트파이프(65)의 내부에는 물, 알콜 또는 불활성 액체로 되는 작동유체가 액상 또는 기상으로 포화상태를 이룰 수 있고, 응축부와 증발부 간의 유동이 기상 간의 압력 차이와 액상의 표면장력에 의해 형성되어 별도의 동력 공급없이 열전달이 이루어지므로, 방열효율이 크게 향상된다. 또한, 이러한 히트파이프에 공지된 통상의 냉각수 순환장치(미도시)가 부가될 수 있고 이로써 냉각수가 순환되어 방열을 배가시킬 수 있다.

또한, 글래스 또는 수지 패널(20)의 양 측단이 상기 방열프레임(61)의 걸림부에 지지되어 통상의 밀봉재로써 밀봉(27)된다. 또한, 상기 패널(20)의 일면에는 반사 방지막 또는 요철형상 구조를 가지며, 및/또는 UV 차단 코팅면이 형성될 수 있다.

솔라셀(11~14)

또한, 본 발명에 의한 태양전지모듈(10)에 있어서 솔라셀(11~14)은 결정질 및 비정질계 Si 솔라셀, CIGS(Copper Indium Galium Selenide)계 박막 솔라셀, 카드뮴계 박막 솔라셀 및 염료감응형 솔라셀(DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell)를 포함한 해당 분야에 공지된 모든 솔라셀로 될 수 있다. 특히, 본 구현예의 솔라셀은 PV 기판(11), 투명전극(TCO)으로 되는 그리드 전극(12), 컬렉터 전극단자(13) 및 하부전극(14)을 포함하여 구성될 수 있으며 이외에도 해당 분야에 공지된 모든 솔라셀 구조로 될 수 있다.

버퍼층 (72)

그리고, 이러한 솔라셀(11~14)은 방열프레임(61)의 상부에 배치되며, 특히 솔라셀(11~14)과 방열프레임(61)의 열팽창율 차이를 완화하고 접착성의 향상과 전기절연성의 보장을 위하여 이들 간에 버퍼층(72)이 개입되어 접합된다. 또한, 후술하겠지만, 여러 실시예 중 하나에서는 이러한 버퍼층(72) 상부에 금속전극층(75)이 형성되고 이 금속전극층(75) 상부에 상기 솔라셀이 장착될 수도 있다.

일 실시예로서, 버퍼층(72)의 재질은 글라스 프릿과, 고열전도성 충진재로서 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si₃N₄) 중의 하나 이상으로 되는 세라믹 분말 60vol% 이하를 혼합한 조성의 글라스-세라믹 페이스트로 된다. 그리고, 이러한 글라스-세라믹 페이스트는 방열프레임(61) 상면에 도포되고 솔라셀(11~14)과 방열프레임(61) 상면을 가압 등으로 접착한 후 열처리됨으로써 접합된다. 이때, 이러한 열처리 접합온도는 솔라셀(11~14)의 손상을 방지하기 위하여 그 하부전극(14)의 열처리온도의 이하로 되어야 하며, 500~550℃가 좋다. 이렇게 형성된 버퍼층(72)의 열전도도는 1~5 W/m·K로서, 종래의 수지계 EVA 봉지시트(도 1의 "5") 및 이면시트(도 1의 "9")의 0.1~0.3W/m·K보다 수십 배 높은 열 전도율을 가지므로, 솔라셀(11~14)로부터 방열프레임(61)으로의 열전달 효율이 증대된다.

다른 일 실시예로서, 버퍼층(72)의 재질은 반도성 내지는 전도성 무기결합제로서 세라믹-금속 혼합재인 서멧(cermet)으로 된다. 즉, 우수한 열 전도성의 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상으로 되는 금속분말과, 글라스 프릿 분말을 3 : 97 ~ 85 : 15 범위의 중량비(wt%)로 혼합한 후막 페이스트 또는 그린시트로 된다. 그리고, 이러한 후막 페이스트 또는 그린시트는 전술한 실시예와 마찬가지로 방열프레임(61) 상면에 도포되고 솔라셀(11~14)과 방열프레임(61) 상면을 가압 등으로 접착한 후 열처리됨으로써 접합된다. 이때, 이러한 열처리 접합온도는 솔라셀(11~14)의 손상을 방지하기 위하여 그 하부전극(14)의 열처리온도의 이하로 되어야 하며, 500~550℃가 좋다. 이렇게 형성된 버퍼층(72)의 열전도도는 10~50 W/m·K로서 전술한 실시예보다 뛰어나다.

또 다른 일 실시예로서, 버퍼층(72)은 전술한 두 실시예와는 달리 높은 절연성 및 열 전도성 모두를 갖고, 특히 고전력(예를 들어, 100-600 Volts, 1-10 amperes) 발전환경에서의 전기절연성을 확보하기 위해, 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si₃N₄) 중의 하나 이상의 고열전도성 세라믹 분말을 솔라셀 하부전극(14)이 부착될 방열프레임(61) 상면에 상온후막증착(room temperature deposition)함으로써 상온에서 수~수십㎛ 두께의 후막으로 형성된다. 상기 고열도성 세라믹 분말에는 PI, PMMA, PTFE, PPE, BCB 및 LCP 계 폴리머 중의 하나 이상이 첨가될 수 있다. 또한, 상기 고열도성 세라믹 분말 또는 상기 폴리머가 이에 첨가된 복합체 분말에는 우수한 열 전도성의 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상으로 되는 금속분말이 첨가될 수 있고, 이러한 금속분말은 전체 분말 대비 15vol% 이하의 범위에 있는 것이 좋고, 특히 전체 분말의 전기적 절연저항이 1×10⁹ Ω·cm 이상이 유지되는 범위 이내로 혼합하는 것이 더 좋다.

이러한 상온후막증착은 본 출원인의 등록특허공보 966487호(2009. 9. 24 공개) 및 공개특허공보 2011-1688호(2011. 1. 6 공개) 등에 상세히 개시되어 있다. 이러한 상온후막증착의 일 예로서, 상기 세라믹 분말이나, 상기 폴리머 및/또는 금속 분말이 첨가된 복합체 분말을 에어로졸 증착기에 장입하여 에어로졸 상태로 만들고, 이 분말을 헬륨(He) 및 질소(N₂) 등의 압축혼합기체로 되는 이송가스로써 상기 방열프레임(61) 상면에 고속분사함으로써, 상기 분말의 운동에너지가 상기 방열프레임(61) 상면에 충격량으로 전달되어 이 분말들의 입자 미세화가 발생되어 상기 방열프레임(61) 상면에 후막의 버퍼층(72)이 형성된다. 또한, 이렇게 형성된 후막 버퍼층(72)은 전술한 에어로졸 증착 공정시 방열프레임(61)과 증착된 후막 버퍼층(72)에 내재한 스트레스를 완화하기 위하여 100~500℃ 범위의 온도에서 후열처리(annealing)를 하는 것이 좋다.

금속전극층 (75)

본 발명의 일 실시예로서, 전술하였듯이 상기 버퍼층(72) 상에 솔라셀 하부전극(14)이 부착됨으로써 솔라셀(11~14)이 버퍼층(72) 상에 장착된다.

또한, 다른 일 실시예로서, 버퍼층(72) 상면에 소정의 금속전극층(75)이 스크린 인쇄되어 후막으로 형성되고 솔라셀의 하부전극(14)은 생략된다. 이러한 금속전극층(75)의 소재로는 전기전도성이 좋은 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상을 포함하는 금속분말로 된다. 이때, 특히 상기 금속분말 대비 1~5 중량비(wt%)의 글라스 프릿을 포함하여 구성됨이 좋고 이로써 버퍼층(72)과의 미세한 열팽창율 차이를 더 완화할 수 있다. 이 경우, 하부전극(14)이 없는 솔라셀(11~13)이 버퍼층(72) 상면의 금속전극층(75)에 접합됨으로써 이 금속전극층(75)은 솔라셀의 하부전극(14)의 기능을 하게 된다. 이에 따라, 금속전극층(75)의 간단한 스크린 인쇄만으로 솔라셀(11~14) 각 층의 적층공정에 있어서 기존의 하부전극(14)의 적층 및 열처리 공정이 생략될 수 있어 공정이 단순화되고, 상기 버퍼층(72)과 솔라셀(11~14) 간의 열팽창율 차이가 더 완화되고 또한 접착성이 향상되므로, 매우 유리하다.

또한, 또 다른 일 실시예로서, 버퍼층(72) 상면에 상기 금속전극층(75)이 스크린 인쇄되어 후막으로 형성되고 이에 솔라셀(11~14)이 장착되며, 이로써 접착성이 향상되고 금속전극층(75)과 솔라셀 하부전극(14)은 하나의 전극기능을 하게 된다.

리드선 (33)

또한, 상기 태양전지모듈(10)의 외부와의 전기적 접속을 위하여 2개의 리드선(33)이 상기 솔라셀의 컬렉터 전극단자(13) 및 하부전극(14)과 전기적 연결되어 이들로부터 각각 연장된다. 또한, 전술한 버퍼층(72) 상면에 금속전극층(75)이 형성되어 솔라셀의 하부전극(14)을 대체하는 실시예에서는 리드선(33)은 이 금속전극층(75)에 전기적 연결된다.

이러한 리드선(33)은 방열프레임(61)의 양측부에 형성된 2개의 관통홀(23) 각각을 통하여 외부와 접속되며, 이후 상기 관통홀(23)은 밀봉된다. 또는, 리드선(33)은 상기 관통홀(23) 대신 배기구(25)를 통하여 외부와 접속될 수도 있다.

이에 따라, 후술하는 복수의 태양전지모듈 어레이로 되는 솔라셀 어레이 유닛(100)에 있어서 태양전지모듈들의 전기적 직렬 및/또는 병렬 연결이 달성된다.

밀봉 및 탈기 진공

전술하였듯이, 패널(20)과 방열프레임(61) 간과 관통홀(23) 각각은 글라스 프릿과 유기용제, 바인더 및 첨가제를 포함하는 글라스 밀봉 페이스트 등의 통상의 밀봉재로 밀봉되고 밀봉재의 경화를 위하여 열처리된다. 이러한 열처리 온도는 솔라셀 전극들(12~14)의 열처리 온도, 방열프레임(61) 재질의 융점 및 변형시작온도 등보다 낮아야 하며, 특히 350~400℃로 됨이 좋고 또한 10~30분간 열처리함이 좋다.

또한, 솔라셀(11~14)의 장수명화 및 산화방지를 위하여 상기 열처리 밀봉과 동시에 배기구(25)를 통해 탈기하여 모듈 내부(42)를 진공상태로 함이 좋고 특히 10^-2∼10^-7 torr의 진공도를 유지함이 좋다. 이러한 진공화에 의해 솔라셀(11~14)의 열은 그 상방으로는 단열화되며 가능한 하방으로 방열됨으로써 금속전극층(75), 버퍼층(72) 및 방열프레임(61)을 통하여 열이 전달된다.

방열 패키지 일체형 태양전지 어레이 유닛(100)

이상 전술한 바와 같이 본 발명에 의한 태양전지모듈(10)은 방열핀(67) 및/또는 히트파이프(65)를 지닌 방열프레임(61), 버퍼층(72) 및 금속전극층(75) 등을 포함한 방열 패키지가 솔라셀(11~14)에 부착되어 일체화되며, 이러한 복수의 태양전지모듈(10)은 도 3에 도시하는 조립 프레임(110)에 각각 삽입됨으로써 직렬 및/또는 병렬 어레이로 조합되어 태양전지 어레이 유닛(100)을 구성할 수 있다. 이때, 상기 각각 삽입된 태양전지모듈(10)의 방열프레임(61)은 상기 조립 프레임(110)과 나사(115) 등으로 체결된다. 도 3은 이러한 본 발명의 다른 일 구현예에 의한 복수의 태양전지모듈(10)을 조립하기 위한 조립 프레임의 개략 구조도이고, 도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 일 구현예에 의한 복수의 태양전지모듈(10)이 도 3의 조립 프레임(110)에 의해 조합 구성된 태양전지 어레이 유닛의 개략 구조로서, 도 4a는 그 정면도이고, 도 4b는 그 평면도이다.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 열처리 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. 아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 태양전지모듈 11: PV 기판
12: 그리드 전극 13: 컬렉터 전극단자
14: 하부전극 20: 패널
23: 관통홀 25: 배기구
27: 밀봉 33: 리드선
61: 방열프레임 65: 히트파이프
67: 방열핀 72: 버퍼층
75: 금속전극층 100: 태양전지 어레이 유닛

Claims

외부로부터 광이 입사되는 패널과;
상기 패널 하부에 이격 배치되어 상기 입사된 광으로 발전하는 솔라셀과;
상기 패널의 측부 및 상기 솔라셀의 하부에 배치되어 상기 패널 및 솔라셀을 지지하고 동시에 상기 솔라셀로부터 열을 전달받아 이를 외부로 방출하는 방열프레임과;
상기 솔라셀과 상기 방열프레임 간에 이들의 열 팽창율 차이를 완화하기 위한 버퍼층을 포함하는 태양전지모듈.
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제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 글라스 프릿과, 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si₃N₄) 중의 하나 이상으로 되는 세라믹 분말을 포함한 조성으로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제3항에 있어서,
상기 세라믹 분말의 함량은 전체 조성분말대비 0vol%보다 크고 60vol% 이하로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상으로 되는 금속분말과 글라스 프릿을 포함한 조성으로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제5항에 있어서,
상기 금속분말 및 글라스 프릿의 함량 중량비(wt%)는 3 : 97 ~ 85 : 15 범위로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si₃N₄) 중의 하나 이상의 세라믹 분말을 포함한 조성으로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제7항에 있어서,
상기 조성은 폴리머와 금속분말 중의 하나 이상을 더 포함하고, 상기 폴리머는 PI, PMMA, PTFE, PPE, BCB 및 LCP 계 폴리머 중의 하나 이상이고, 상기 금속분말은 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제8항에 있어서,
상기 금속분말의 함량은 전체 조성분말 대비 0vol%보다 크고 15vol% 이하로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 버퍼층과 솔라셀 간에 금속전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제10항에 있어서,
상기 금속전극층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 동(Cu) 및 이들의 합금 중의 하나 이상의 금속분말을 포함하는 조성으로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제11항에 있어서,
상기 조성은 글라스 프릿을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제12항에 있어서,
상기 글라스 프릿의 함량은 상기 금속분말 대비 1~5 중량비(wt%)로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제10항에 있어서,
상기 솔라셀은 기판과, 상기 기판 상면에 순차적으로 형성된 그리드 전극 및 컬렉터 단자와, 상기 기판 저면에 형성된 하부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제14항에 있어서,
상기 솔라셀은 상기 하부전극이 생략된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제10항에 있어서,
상기 솔라셀로부터의 열은 각각 상기 금속전극층, 버퍼층 및 방열프레임을 순차적으로 경유하여 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 솔라셀에 전기적 연결되어 외부로 연장되는 하나 이상의 리드선을 더 포함하고, 상기 방열프레임은 이 하나 이상의 리드선이 외부로 관통하는 하나 이상의 관통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 방열프레임은 알루미늄(Al), 스테인레스 스틸(SUS), 구리(Cu) 또는 이들의 합금과 카본 및 그래핀 중의 하나 이상을 포함한 조성으로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제18항에 있어서,
상기 방열프레임의 표면은 산화물 또는 절연층으로 개질된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 방열프레임은 그 하단에 형성된 방열핀 및 그 내부에 형성된 히트파이프 중의 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 패널은 그 일면에 반사 방지막, 요철형상구조체 및 UV 차단코팅막 중의 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제1항에 있어서,
상기 태양전지모듈의 내부는 진공으로 된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제22항에 있어서,
상기 진공은 10^-2∼10^-7 torr 범위의 진공도인 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
제3항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 의한 태양전지모듈의 제조방법에 있어서,
상기 방열프레임 상에 상기 조성분말로 된 페이스트를 상기 방열프레임 상에 후막도포하여 상기 버퍼층을 형성하는 공정과;
상기 형성된 버퍼층 상에 상기 솔라셀을 장착한 후 500~550℃로 열처리하는 공정과;
상기 솔라셀과 상방 이격되도록 상기 패널의 양 측부를 상기 방열프레임의 양 측부에 각각 고정한 후 고정한 부위를 밀봉하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 제조방법.
제24항에 있어서,
상기 밀봉하는 공정은 밀봉재로 밀봉한 후 밀봉재의 경화를 위하여 350~400℃로 밀봉열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 제조방법.
제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 의한 태양전지모듈의 제조방법에 있어서,
상기 방열프레임 상에 상기 조성분말을 상기 방열프레임 상에 상온후막증착하여 상기 버퍼층을 형성하는 공정과;
상기 버퍼층을 100~500℃로 후열처리하는 공정과;
상기 형성된 버퍼층 상에 상기 솔라셀을 장착하고 상기 솔라셀과 상방 이격되도록 상기 패널의 양 측부를 상기 방열프레임의 양 측부에 각각 고정한 후 고정한 부위를 밀봉하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 제조방법.
제26항에 있어서,
상기 밀봉하는 공정은 밀봉재로 밀봉한 후 밀봉재의 경화를 위하여 350~400℃로 밀봉열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 제조방법.
제25항에 있어서,
상기 밀봉열처리는 10~30분간 수행하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 제조방법.
제25항에 있어서,
상기 밀봉하는 공정은 상기 태양전지모듈 내부를 탈기하여 진공화하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈의 제조방법.
직렬 및 병렬 중의 하나 이상으로 조합되어 상호 전기적 연결된 복수의 제1항 및 제3항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 의한 태양전지모듈을 포함하는 태양전지 어레이 유닛.