KR101265929B1 - 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액상의 고분자 물질을 도포 후 열처리 공정만으로 태양광의 반사율을 낮추고 태양광 흡수율을 높임으로써 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에서 사용된 액상 고분자 물질은 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 등이며, 본 발명에 따른 후처리 공정 후 태양전지의 효율이 대략 0.35 % 이상 개선된다.
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Description
본 발명은 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액상의 고분자 물질을 도포 후 열처리 공정만으로 태양광의 반사율을 낮추고 태양광 흡수율을 높임으로써 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지에 관한 것이다.
현재 양산되고 있는 태양전지는 크게 실리콘계 태양전지와 비실리콘계 태양전지로 대별되는데, 특히 경제성이 있는 결정질 실리콘 태양전지의 경우 그 결정상에 따라 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지로 분류된다.
주지된 바와 같이, 이러한 결정질 실리콘 태양전지는 p형 반도체 기판과 n형 반도체 기판이 접한 부분에 빛이 입사하게 되면 빛 에너지에 의하여 내부에서 전자와 정공이 발생하게 된다.
이때, 태양전지를 구성하는 실리콘의 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 빛이 전자와 정공을 발생시키고 이들은 내부 전계에 의해 각각 n형 반도체 측과 p형 반도체 측으로 이동하여 양쪽의 전극 부분에 집결하게 되면서 양단의 전위차가 발생하게 되어 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부의 부하나 시스템에서 전력원으로 이용하게 된다.
그러나, 제조 공정상 태양전지는 캐리어의 재결합에 의한 손실, 캐리어를 수집하는 전극 부분에서의 저항에 따른 손실, 태양전지 표면에서 발생하는 광학적 손실 등에 의해 특성이 저하되는 것으로 알려져 있다.
그 중에서도 특히 태양전지 표면에 입사되는 빛의 반사에 의한 광학적 손실이 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 이러한 손실을 감소시키기 위한 연구가 다각적으로 진행되고 있다.
태양전지의 이러한 광학적 손실을 저감시키기 위해서 일반적으로 순수 실리콘 기판에 텍스처링(texturing) 방법을 이용하여 표면을 처리하는 방법이 자주 이용되는데, 태양전지의 텍스처링 공정은 기판 표면에 요철 구조를 형성하여 표면 반사율을 낮추는 공정으로 크게 화학적 식각(chemical etching) 방법, 플라즈마 식각(plasma etching) 방법, 기계적 식각 방법(mechanical scribing) 및 사진인쇄법(photolithography) 등의 방법이 사용되고 있으며, 그 중에서도 효율성이 높은 화학적 식각 방법을 사용하여 요철 구조를 형성하여 광학적 손실을 저감시키는 방법이 자주 이용된다.
특히, 단결정 실리콘인 경우, 주로 염기성 용액을 이용하여 이방성 식각을 통해 비교적 쉽게 텍스처링을 할 수 있다.
반면에, 다결정 실리콘 기판은 결정의 방향이 각각 그레인 바운드리(grain boundary)마다 다르기 때문에 주로 산성 용액을 이용한 식각 방법과 메카니컬 텍스처링 방법 등이 있다.
광학적 손실을 줄이기 위해 화학기상증착이나(Chemical Vapor Deposition, CVD) 직접 증착법과 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 결정질 실리콘 표면에 SiNx 혹은 SiO2 혹은 TiO2 등과 같은 반사방지막을 형성하는 것이 일반적인데, 이는 표면의 굴절율을 낮추어 광흡수을 높이고 표면 재결합을 줄임으로서 태양전지의 효율을 보다 개선하기 위함이다.
상부의 텍스쳐링 공정과 일반적으로 적용되고 있는 반사방지막 형성 기술과 같이 광투과율 및 광흡수율을 개선시키기 위한 모든 공정은 고효율 태양전지를 개발하기 위해 꼭 거쳐야 하는 공정이다.
하지만, 텍스처링 공정은 태양전지 종류 및 재료에 따라 공정 방법을 변경해야 하는 문제점이 있으며, 대부분의 텍스처링 방법이 태양전지 제조 공정을 복잡하게 하여 생산성을 저하시키거나 높은 공정 단가를 요구하기 때문에 상업적인 적용이 매우 힘든 실정이다.
특히, 반사방지막 형성의 경우, 고가의 CVD 장비를 이용하기 때문에 재정적인 부담을 가지며 박막 형성을 위해 가스가 주입되어야 하고 챔버 내에 진공상태로 만들어야 하기 때문에 공정 시간이 증가되어 생산량이 줄어드는 단점이 있으며, 유지보수를 해야하는 단점이 있다.
따라서 태양전지의 간단한 방법으로 어떠한 면에도 적용할 수 있는 새로운 태양전지 표면처리방법이 요구되고 있다.
이하에서는 태양전지의 효율을 개선하기 위하여 종래에 개시된 기술에 대하여 설명하기로 한다.
발명의 명칭이 "광투과율 및 자정작용이 우수한 태양전지 및 그 제조방법(고려대학교 산학협력단)"인 한국공개특허 제10-2011-0013048호에는 태양전지의 광투과율 등을 개선하기 위한 방법 등이 개시되어 있다.
그러나, 상기 기술은 태양전지의 모듈 제작시 사용되는 유리 기판에 엠보싱 기법 또는 임프린팅 기법을 통해 나노패턴을 형성하고, 그 위에 SiO2를 증착시키고 상기 나노패턴 위에 자기조립단분자막을 형성하는 것으로 제조 공정이 복잡하여 산업적으로 적용하기 어려움은 물론 그 효과 또한 단순히 광투과율 및 자정작용 개선에 초점을 두고 있다는 문제점이 있다.
또한, 발명의 명칭이 " 태양전지의 표면처리방법 및 그에 따라 제조된 태양전지(성균관대학교 산학협력단)" 인 한국공개특허 10-2010-0128557에는 소정의 고분자 물질을 태양전지 표면상에 형성하여 태양전지의 효율을 개선시키는 것을 목적으로 한다. 그러나, 상기 기술은 주물법으로 형틀을 제작하고, 탄성중합체를 분리시키기 위해 산소 플라즈마 처리를 하여 유리기판을 소수성으로 만든 후, 형틀에 고분자 물질을 도포한 후 몰딩을 시키고, 그 후 열을 가하여 경화를 시켜 구형체의 나노 패턴을 형성한다. 그 후 태양전지의 표면이나 유리기판에 전사시킨 다음, 고분자 물질과 형틀과 분리를 시키는 공정방법을 사용하여 태양전지의 효율을 개선시키고자 하나 고분자 수지를 복잡한 공정을 통하여 구형 형태의 나노 패턴으로 형성하여 소정의 목적을 달성하고자 한다는 점에서 제조 공정이 복잡하여 여전히 경제성이 떨어진다눈 문제점을 안고 있다.
또한, 발명의 명칭이 "태양전지의 방진방오층 제조방법(강성수)"인 한국공개특허 10-2010-0131045에는 태양전지 표면에 소정의 고분자 물질을 형성하여 태양전지의 효율을 개선하기 위한 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 기술에의 제조 공정은 1) 태양전지 표면에 자외선 경화성 고분자 박막을 형성하는 단계; 2) 마이크로 패턴을 가진 PDMS 몰드를 제조하는 단계; 3) 상기 PDMS 몰드를 상기 자외선 경화성 고분자 박막 상에 접촉시키고, 자외선을 조사하여 상기 태양전지 표면에 마이크로 패턴을 형성하는 단계; 4) 나노 패턴을 가진 PUA 몰드를 제조하는 단계; 5) 상기 마이크로 패턴이 형성된 태양전지 표면에 상기 PUA 몰드를 접촉시키고, 자외선을 조사하여 나노 패턴을 형성하는 단계 등으로 이루어져 여전히 그 제조 공정이 복잡하다는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 소정의 액상 고분자 물질을 이용하여 태양전지의 광투과율, 반사율 저감, 넓은 파장대역에서의 EQE(external quantum efficiency) 개선, 및 단락전류밀도를 향상하여 최종적으로 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은 태양전지의 상부 표면에 액상의 고분자 물질을 도포 후 열처리하는 간단한 공정을 추가함으로써 태양광의 반사율을 낮추고 태양광 흡수율을 높임으로써 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지의 효율 극대화를 위하여 기존 제조 공정중에서 소정의 고분자 물질을 태양전지의 상부 표면에 도포함으로써 경제적으로 태양전지를 제조하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 텍스쳐링 공정 및 반사방지막 기술 등이 적용된 일반적인 태양전지 제조 공정중에서 소정의 고분자 물질을 도포하는 것만으로 개선된 효율을 얻는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명은 태양전지 모듈을 제작시 완성된 태양전지의 상부 표면에 일반적으로 사용되는 밀봉재인 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)시트를 상부에 덮음으로써 결정질 태양전지와 모듈용 강화유리 사이를 밀봉하여 외부 환경에 대한 보호, 방습에 대한 보호, 전극 산화 방지를 가능하게 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예인 태양전지의 상부 표면 처리 방법은 전극이 형성된 태양전지의 상부 표면상에 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 도포하고 열처리하여 경화시키는 것이 바람직하며, 상기 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예인 태양전지의 상부 표면 처리 방법은 전극이 형성된 태양전지의 상부 표면상에 반사 방지막을 형성한 후 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 도포하고 열처리하여 경화시키는 것이 바람직하며, 상기 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 바람직한 제 3 실시예인 태양전지의 상부 표면 처리 방법은 태양전지 모듈상에 복수개의 태양전지 셀을 전기적으로 연결하는 버스바 및 리본의 형성을 위한 공정 완료 후에 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 상기 복수개의 태양전지 셀의 상부 표면상에 도포하고 열처리하여 경화시키는 것이 바람직하며, 상기 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 중 어느 하나를 포함한다.
한편, 본 발명은 전술한 태양전지의 상부 표면 처리 방법을 사용하여 제작된 태양전지에 관하여도 보호받고자 한다.
본 발명에서 제안하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그 그에 따라 제작된 태양전지는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 태양전지의 상부 표면 혹은 모듈상에 배치된 태양전지 셀에 대하여 본 발명에서 제안하는 불소계 고분자 물질을 도포함으로써 빛의 투과율이 개선되고 반사율이 저감됨으로써 태양전지의 효율이 전체적으로 향상된다.
둘째, 본 발명에 따른 태양전지의 경우 넓은 파장대역에서 양자효율이 개선되며, 특히 단파장 대역에서 양자 효율 개선이 두드러져 태양전지의 전체 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
셋째, 본 발명의 제조 공정은 태양전지의 전극 형성 후 이루어지므로 전극의 산화를 방지함은 물론 태양전지를 외부의 영향으로부터 보호할 수 있다는 이점도 있다.
도 1은 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 태양전지의 상부 표면 처리 방법의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 설명한 태양전지의 상부 표면 처리 전과 처리 후의 파장대역별 반사율 차이를 나타내는 실험 그래프
도 3은 도 1에서 설명한 태양전지의 상부 표면 처리 전과 처리 후의 파장 대역별 양자 효율 특성을 측정한 그래프이다
도 4 내지 도 7은 도 1에서 설명한 본 발명에 따른 태양전지의 상부 표면 처리 전과 후의 효율(Eta %), 단락전류(Isc), 필 팩터(Fill Factor:FF), 및 개방전압(Voc) 변화량을 보여주는 실험 데이터이다.
도 8은 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 태양전지의 상부 표면 처리 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 단결정 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 전과 그 후의 상태 변화를 보여주는 사진 도면이다.
도 10a 및 10b는 본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 다결정 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 전과 후의 상태 변화를 보여주는 사진 도면이다.
도 2는 도 1에서 설명한 태양전지의 상부 표면 처리 전과 처리 후의 파장대역별 반사율 차이를 나타내는 실험 그래프
도 3은 도 1에서 설명한 태양전지의 상부 표면 처리 전과 처리 후의 파장 대역별 양자 효율 특성을 측정한 그래프이다
도 4 내지 도 7은 도 1에서 설명한 본 발명에 따른 태양전지의 상부 표면 처리 전과 후의 효율(Eta %), 단락전류(Isc), 필 팩터(Fill Factor:FF), 및 개방전압(Voc) 변화량을 보여주는 실험 데이터이다.
도 8은 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 태양전지의 상부 표면 처리 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 단결정 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 전과 그 후의 상태 변화를 보여주는 사진 도면이다.
도 10a 및 10b는 본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 다결정 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 전과 후의 상태 변화를 보여주는 사진 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 태양광 반사율을 저감시키고 태양광 흡수율을 개선시키기 위한 태양전지의 상부 표면 처리 방법 및 그에 따라 제조된 태양전지에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명 명세서에서 기술되는 태양전지의 상부 표면 처리 방법에 있어서 상부 표면이란 태양전지의 전극 형성 공정 완료 후의 상부 표면 또는 버스바용 리본 공정 완료 후의 상부 표면을 의미하는 것으로 이해하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 태양전지의 상부 표면 처리 방법의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 1 에 도시된 태양전지 단면도는 본원 발명을 설명하기 위한 일반적인 태양전지(셀)의 구조도로 백 콘택트부(101)와, N타입 반도체(102)와, P타입 반도체(103)와, 프런트 콘택트부(104), 및 본원 발명의 고분자 물질(105)가 순차적으로 적층되어 있는 구조를 나타낸다.
도 1은 본원 발명의 개념을 설명하기 위한 개략도에 불과한 것으로 일반적인 태양전지 셀의 상부 구조에 모두 적용 가능하다.
도시된 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상부 표면 처리 방법의 일 실시예는 태양전지의 전극이 형성된 후의 태양전지 상부 표면상에 본 발명에서 제안하는 소정의 액상 고분자 물질을 도포하는 공정으로 이루어진다.
본 발명에서 제안하는 액상 고분자 물질은 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 의미한다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 위하여 선택적으로 사용된 불소계 메타크릴레이트(methacrylate) 물질로는 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 등을 포함한다. 한편, 본 발명에서 사용된 불소계의 메타크릴레이트에 대한 용매재로는 메틸알콜 또는 에틸알콜이 사용되었다.
본 발명에서는 위와 같이 도포된 불소계 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 소정 시간 열처리하여 경화시킨 후 일반적인 태양 전지 제조 방법을 순차적으로 수행한다.
도 1에서와 같은 후처리 과정을 소정의 웨이퍼상에 형성된 특정 태양전지 셀에 대하여 개별적으로 수행한 경우의 효율 측정치의 일예는 아래 표 1과 같았다.
| 측정 횟수 |
태양전지 셀 | ||
| 처리 전 | 처리 후 | 효율 개선 | |
| 1 | 15.403 | 15.822 | 0.419 |
| 2 | 15.409 | 15.818 | 0.409 |
| 3 | 15.418 | 15.818 | 0.4 |
| 4 | 15.424 | 15.811 | 0.387 |
| 5 | 15.421 | 15.811 | 0.39 |
| 6 | 15.429 | 15.802 | 0.373 |
| 7 | 15.432 | 15.802 | 0.37 |
| 8 | 15.43 | 15.799 | 0.369 |
| 9 | 15.429 | 15.795 | 0.366 |
| 10 | 15.43 | 15.792 | 0.362 |
| 최대치 | 15.432 | 15.822 | 0.419 |
| 최소치 | 15.403 | 15.792 | 0.362 |
| 차이값 (difference value) |
0.029 | 0.03 | 0.057 |
| 표준편차 | 0.0098573 | 0.0104456 | 0.019716 |
| (-)2% 차이값 | 15.4238 | 15.807 | 0.383 |
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본원 발명의 후처리 공정을 수행하는 경우 태양전지의 효율이 대략 0.35% 이상 개선됨을 알 수 있다.
이하에서는 본원 발명의 특징에 대하여 보다 구체적으로 살펴 보기로 한다.
본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 태양전지의 상부 표면상에 도포하고 열처리한 경우의 태양전지의 특성 변화는 도 2 내지 도 7에 도시되어 있다.
도 2는 도 1에서 설명한 태양전지의 상부 표면 처리 전과 처리 후의 파장대역별 반사율 차이를 나타내는 실험 그래프로, 도시된 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 후처리 공정 후 광투과율이 개선되고 반사율이 저감됨으로써 태양전지의 효율이 개선될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 후처리 공정 후 전체적으로 평균적인 반사율이 저감됨은 물론, 특히, 단파장대역에서의 반사율이 후처리 공정을 수행하지 않은 경우보다 현저하게 감소한다는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 도 1에서 설명한 태양전지의 상부 표면 처리 전과 처리 후의 파장 대역별 양자 효율 특성을 측정한 그래프이다.
도 3에 도시된 파장 대역별 양자효율 측정 그래프로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 후처리 과정 수행시 단파장 대역은 물론 장파장 대역에서 양자효율이 개선되는 것을 알 수 있다.
현재 태양전지 관련 연구에서는 단파장 및 장파장 대역에서의 태양전지의 광흡수율 개선을 위한 다양한 연구가 진행중이나 본 발명에서 제안하는 후처리 공정 과정을 통하여 양자효율을 개선시킨 경우는 거의 찾아 보기 어려우며 이는 본 발명에서와 같은 태양전지의 상부 표면 처리가 상당한 효과가 있음을 입증하는 귀중한 자료 중의 하나이다.
다음, 도 4 내지 도 7은 도 1에서 설명한 본 발명에 따른 태양전지의 상부 표면 처리 전과 후의 효율(Eta %), 단락전류(Isc), 필 팩터(Fill Factor:FF), 및 개방전압(Voc) 변화량을 보여주는 실험 데이터이다.
실험에 사용된 태양전지 셀은 각각 상이하게 제작된 3개의 태양전지(B-1, B-2, B-3)에 대하여 도 1에서 설명한 후처리 과정을 수행한 것으로, 도 4 내지 도 7에 도시된 실험 결과치에서 알 수 있는 바와 같이 태양전지의 특성을 파악할 수 있는 모든 항목에서 태양전지의 효율이 개선되었음을 알 수 있다.
특히, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 태양전지(B-1)의 경우 후처리 공정 전후에 효율이 약 0.3832, 태양전지(B-2)의 경우 후처리 공정 전후에 효율이 약 0.42625, 태양전지(B-3)의 경우 후처리 공정 전후에 효율이 약 0.61675 로 개선됨을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 후처리 공정을 수행하는 경우 태양전지의 샘플에 따라 차이가 있기는 하지만 태양전지의 효율이 대략 0.35~0.65 %정도 개선됨을 알 수 있다.
또한, 태양전지 각각의 단락전류, 필 팩터, 개방전압 또한 후처리 과정 전과 비교하여 모두 개선됨을 알 수 있다.
한편, 지금까지 설명한 본 발명에 따른 태양전지의 상부 표면 처리 방법은 태양전지의 전극이 형성된 후에 이루어지므로 외부 요인에 의한 전극의 산화 등을 방지할 수 있는 효과도 얻을 수 있다,
그리고, 위에서 제안된 본 발명에 따른 태양전지의 상부 처리 공정 이후에는 종래의 일반적인 태양전지 제조 공정 및 모듈 제조 공정이 연속적으로 이루어진다.
즉, 본 발명에서 제안하는 후처리 공정은 불소계 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 전극이 형성된 태양전지의 상부 기판상에 도포 처리한다는 것을 제외하고는 기존의 일반적인 태양전지의 제조 방법과 큰 차이가 없다. 그러나, 본 발명에 따른 후처리 공정 처리시 태양전지의 평균적인 광 반사율이 저감되고 평균적인 광 흡수율이 개선됨으로써 태양전지 셀 및 이를 이용한 모듈의 효율을 획기적으로 개선시킬 수 있다는 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 후처리 공정에 있어서, 태양전지의 상부 표면상에 반사 방지막을 형성한 후 전술한 불소계 메타크릴레이트 물질을 도포하는 것도 가능하다.
도 8은 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 태양전지의 상부 표면 처리 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본원 발명에 따라 후처리 방법을 살시하기 위하여 모듈 기판(801)과, 태양전지 셀(802)와, 버스바(803) 등이 표시된 태양전지 모듈의 일반적인 사시도가 도시되어 있다.
일반적으로 알려진 바와 같이, 태양전지 모듈 기판 상에는 복수개의 태양전지 셀이 일정 간격을 두고 배치되며, 이와 같이 배치된 각 태양전지 셀은 금속성의 리본에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
즉, 각 태양전지 셀의 표면에는 전도성을 갖는 버스바(Bus Bar)가 형성되고, 리본(미표시)은 그 일측이 태양전지 셀의 표면에 형성된 버스바에 부착되고 타측은 다른 태양전지 셀의 후면에 형성된 전극에 부착되어 태양전지 셀과 다른 태양전지 셀사이를 전기적으로 연결하게 구조를 형성한다.
본 발명에서는 제조 공정상 작업 효율을 개선하기 위하여 도 8에서와 같이 버스바용 리본이 형성된 후의 태양전지의 상부 표면상에 소정의 액상 고분자 물질을 도포하는 공정으로 이루어진다.
즉, 태양전지 모듈 기판상에 리본 형성 공정 완료 후 도 1에서 언급한 불소계 메타크릴레이트 물질을 도포하여 본 발명에서 구하고자 하는 개선된 효율을 얻을 수도 있다.
도 8에서 도포되는 불소계 메타크릴레이트 물질은 전술한 바와 동일하게 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 등을 포함하며, 불소계 메타크릴레이트에 대한 용매재로는 메틸알콜 또는 에틸알콜이 사용된다.
도 8과 같은 공정을 한 경우에도 도 1에서와 같은 공정과 유사한 결과를 얻을 수 있다.
참고로, 도 8에서 설명한 태양전지의 후처리 과정 후 EVA시트 형성과 같은 기존의 공정이 추가적으로 이루어지는 것도 가능하지만 필요에 따라서는 EVA시트를 사용하지 않을 수도 있을 것이다. 그 이유는 고체 물질인 EVA 시트를 태양전지 표면에 덮고 열을 가하면서 제조하는 공정보다 액상 고분자 물질을 태양전지 표면에 도포하고 열처리를 했을 때 외부 공기의 유입을 차단함으로써 태양전지 모듈과 강화유리 사이의 밀착력이 개선될 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명에서 사용된 고분자 물질은 단파장 뿐만 아니라 넓은 파장 대역에서 매우 우수한 투과율을 나타내기 때문에 태양전지의 효율이 개선될 수 있기 때문이다.
다음, 도 9a와 도 9b는 본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 단결정 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 전과 그 후의 상태 변화를 보여주는 사진이며, 도 10a와 도 10b는 본 발명에서 제안하는 불소계 메타크릴레이트 물질을 다결정 태양전지의 상부 표면상에 도포하기 전과 후의 상태 변화를 보여주는 사진이다.
도 9a~ 도 10b에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 물질을 도포하는 경우 기존의 일반 태양전지의 상부 표면이 전체적으로 검은색을 띄게 됨을 알 수 있다.
지금까지 본 발명에서는 태양전지의 효율을 개선시키기 위하여 전극이 형성된 태양전지의 상부 기판 또는 태양전지 모듈 제작시 리본이 형성된 후의 표면상에 불소계 메타크릴레이트 물질을 도포하는 것을 제안하였다.
그러나, 본 발명의 기술적 사상인 광반사율을 감소시키고 광흡수율을 증대시킨 태양전지 제조 방법에 사용된 불소계 메타크릴레이트 물질은 볼소 성분을 포함하는 물질, 예컨대 폴리디메틸실록세인, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등으로도 대체 가능할 것이며 이러한 화합물의 단순 치환 내지 교체에 의하여 본원 발명이 얻고자 하는 목적을 달성할 수 있는 경우 이러한 화합물은 본원 발명에서 의도하고자 하는 목적 화합물의 범주에 당연히 포함된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 태양전지의 후처리 공정은 소정의 고분자 물질을 태양전지의 상부 표면상에 도포하는 과정을 단순 추가함으로써 기존 태양전지의 효율을 획기적으로 개선시킬 수 있다는 이점이 있어 매우 경제적이다.
즉, 본 발명에서 제안하는 표면 처리 방법은 태양전지 셀 제조 후 또는 태양전지 모듈 제작 후 언제든지 추가할 수 있고 그 효과 또한 첨부된 도면에서 알 수 있는 바와 같이 기존 공정 대비 현저한 차이가 발생하며, 이러한 태양전지의 효율차이는 기존의 태양전지 제조 공정에서는 용이하게 획득하기 어려운 것이다.
또한, 본 발명에서 제안하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법은 결정질 실리콘 태양전지에 관한 것이나, 제조 공정이 유사한 경우 비실리콘계 태양전지의 제조 공정에도 동일하게 적용 가능하며, 본 발명에서 제안하는 기술적 사상을 단순히 대체 변경하여 이와 유사한 효과를 얻기 위한 공정은 특허청구범위에 기재된 사항내에서 본원 발명에서 보호받고자 하는 사항에 당연히 포함된다.
101: 백 콘택트부
102: N타입 반도체
103: P타입 반도체
104: 프런트 콘택트부
105: 고분자 물질
801: 모듈 기판
802: 태양전지 셀
803: 버스바
102: N타입 반도체
103: P타입 반도체
104: 프런트 콘택트부
105: 고분자 물질
801: 모듈 기판
802: 태양전지 셀
803: 버스바
Claims (7)
- 태양전지의 상부 표면 처리 방법에 관한 것으로,
전극이 형성된 태양전지의 상부 표면상에 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 도포하고 열처리하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법. - 태양전지의 상부 표면 처리 방법에 관한 것으로,
전극이 형성된 태양전지의 상부 표면상에 반사 방지막을 형성한 후 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 도포하고 열처리하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법. - 태양전지의 상부 표면 처리 방법에 관한 것으로,
태양전지 모듈상에 복수개의 태양전지 셀을 전기적으로 연결하는 버스바 및 리본의 형성을 위한 공정 완료 후에 불소계의 메타크릴레이트(methacrylate) 물질을 상기 복수개의 태양전지 셀의 상부 표면상에 도포하고 열처리하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 불소계의 메타크릴레이트 물질은 2,2,2-rifluoroethyl methacrylate(3FMA), 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate(4FMA), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methacrylate(5FMA), 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl methacrylate(HFIPM), 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate(HFBM), 2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutyl methacrylate(HTFBM), 1H,1H-Perfluoro-n-octyl methacrylate(PFOM) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지의 상부 표면 처리 방법. - 제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 태양전지의 상부 표면 처리 방법을 사용하여 제작된 태양전지.
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Patent Citations (1)
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