KR101305810B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판 상에 순차적으로 배치되는 후면 전극층, 광 흡수층 및 전면 전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들; 상기 태양전지 셀들 상에 배치되는 상부 패널; 상기 지지기판의 외곽 영역과 상기 상부 패널 사이에 배치되며, 상기 지지기판과 상기 상부 패널을 밀봉하는 밀봉층들; 및 상기 밀봉층들 사이에 배치되는 흡습층을 포함한다.
Description
실시예는 흡습층과 밀봉층을 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.
태양전지의 최소단위를 셀이라고 하며, 보통 태양전지 셀 1 개로부터 나오는 전압은 약 0.5 V 내지 약 0.6 V로 매우 작다. 따라서, 여러 개의 태양전지 셀을 기판 상에 직렬로 연결하여 수 V 에서 수백 V 이상의 전압을 얻도록 패널 형태로 제작한 것을 모듈이라고 하며, 여러 개의 모듈을 프레임 등에 설치한 것을 태양광 발전장치라고 한다.
태양광 발전장치는 외부로부터 수분(H2O) 또는 산소(O2) 등에 저항력이 있어야 하며, 이러한 신뢰성 문제를 해결 하는 것은 태양전지 성능에 있어 상당히 중요한 요소 중 하나이다. 종래에는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 태양전지에 실링(Sealing) 처리를 하였으나, 실링 처리를 하더라도 기판과 실링 간의 계면을 타고 수분이 태양전지 내부로 침투하여 태양전지 전극이 부식되는 등, 태양전지의 성능이 저하 되는 문제가 있다.
실시예는 신뢰성 및 안정성이 향상된 태양광 발전장치 및 이의 제공방법을 제공하고자 한다.
제 1 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 순차적으로 배치되는 후면 전극층, 광 흡수층 및 전면 전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들; 상기 태양전지 셀들 상에 배치되는 상부 패널; 상기 지지기판의 외곽 영역과 상기 상부 패널 사이에 배치되며, 상기 지지기판과 상기 상부 패널을 밀봉하는 밀봉층들; 및 상기 밀봉층들 사이에 배치되는 흡습층을 포함한다.
제 2 실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 순차적으로 배치되는 후면 전극층, 광 흡수층 및 전면 전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들; 상기 태양전지 셀들 상에 배치되는 상부 패널; 상기 지지기판의 외곽 영역과 상기 상부 패널 사이에 배치되는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치되며, 상기 지지기판과 상기 상부 패널을 밀봉하는 밀봉층들; 상기 밀봉층들 사이에 배치되는 흡습층을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지는 지지기판의 외곽 영역에 다수개의 밀봉층들과 밀봉층들 사이에 흡습층을 형성함으로써, 수분(H2O) 또는 산소(O2)가 계면을 따라 태양전지 내부로 침투하는 것을 최소화 할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양전지는 수분과 산소로부터 태양전지 셀들을 효과적으로 보호함으로써, 소자의 안정성 및 신뢰성 확보에 크게 기여할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판과 밀봉층 사이에 버퍼층을 형성함으로써, 지지기판과 상부 패널의 밀봉시에 밀봉층들의 경화도를 보다 높일 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 분해도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시하는 단면도들이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시하는 단면도들이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 은 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 분해도이다. 또한, 도 2는 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판(100), 태양전지 셀들(200), 상부 패널(300), 밀봉층들(410, 420), 흡습층(500)을 포함한다. 더 자세하게, 상기 태양전지(200)는 후면 전극층(10), 광 흡수층(20), 버퍼층(30), 고저항 버퍼층(40) 및 전면 전극층(50)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 태양전지(200), 상부 패널(300), 밀봉층들(410, 420) 및 흡습층(500)을 지지한다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있고 리지드하거나 플렉서블할 수 있다. 또한, 상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다.
예를 들어, 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다.
이와는 다르게, 상기 지지기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다.
상기 지지기판(100)은 내부 영역(CR)과 외곽 영역(OR)으로 구분될 수 있다. 상기 내부 영역(CR)은 태양전지 셀들(200)이 형성되는 활성영역(active area; AA)을 의미한다. 또한, 상기 외곽 영역(OR)은 상기 내부 영역(CR)을 둘러 싸는 영역으로, 상기 태양전지 셀들(200)이 형성되지 않는 비활성영역(Non-active area; NAA)을 의미한다.
상기 태양전지 셀들(200)은 상기 지지기판(100)의 내부 영역(CR) 상에 배치된다. 상기 태양전지 셀들(200)은 다수개의 태양전지 셀들을 포함하며, 상기 다수개의 태양전지 셀들은 서로 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 다수개의 태양전지 셀들은 서로 직렬로 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이에 따라, 상기 태양전지 셀들(200)은 태양광을 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 태양전지 셀들(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되는 후면 전극층(10), 상기 후면 전극층(10) 상에 배치되는 광 흡수층(20), 상기 광 흡수층(20) 상에 배치되는 전면 전극층(50)을 포함한다. 상기 태양전지 셀들(200)은 상기 광 흡수층(20)과 상기 전면 전극층(50) 사이에 버퍼층(30), 고저항 버퍼층(40)을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 후면 전극층(10)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 광 흡수층(20)은 상기 후면 전극층(10) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(20)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(20)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)(Se,S)2; CIGSS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 버퍼층(30)은 상기 광 흡수층(20) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(30)은 황화 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(40)은 상기 버퍼층(30) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(40)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다.
상기 전면 전극층(50)은 상기 광 흡수층(20) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(50)은 상기 광 흡수층(20) 상의 고저항 버퍼층(40)과 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 전면 전극층(50)은 투광성 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(50)은 n 형 반도체의 특성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 전면 전극층(50)은 상기 버퍼층(30)과 함께 n 형 반도체층을 형성하여 p 형 반도체층인 상기 광 흡수층(20)과 pn 접합을 형성할 수 있다.
상기 상부 패널(300)은 상기 태양전지 셀들(200) 상에 배치된다. 상기 상부 패널(300)은 외부의 물리적인 충격 및/또는 이물질로부터 상기 태양전지 셀들(200)을 보호한다. 상기 보호패널은 투명하며, 예를 들어, 강화 유리 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부 패널(300)은 상기 밀봉층들(410, 420)에 의하여 상기 지지기판(100)과 함께 밀봉된다.
상기 밀봉층들(410, 420)은 상기 지지기판(100)과 상기 상부 패널(300) 사이에 배치된다. 더 자세하게, 상기 밀봉층들(410, 420)은 상기 지지기판(100)의 외곽 영역(OR)과 상기 상부 패널(300) 사이에 배치된다. 즉, 상기 밀봉층들(410, 420)은 상기 지지기판(100) 상면의 외곽 영역(OR)에 도포될 수 있다. 이에 따라, 상기 태양전지 셀들(200)의 외곽 둘레는 상기 밀봉층들(410, 420)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉층들(410, 420)은 사익 태양전지 셀들(200)의 네 측면을 모두 둘러싸도록 도포될 수 있다.
상기 밀봉층들(410, 420)은 자외선, 가시광선 또는 열을 이용하여 밀봉시킬 수 있는 물질로써, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한없이 사용가능하다. 예를 들어, 상기 밀봉층들(410, 420)은 에폭시계 수지 또는 실리콘계 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 상기 밀봉층들(410, 420)은 제 1 밀봉층(410) 및 제 2 밀봉층(420)을 포함한다. 한편 도 2에서는 두 개의 밀봉층만을 개시하였으나, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 상기 제 2 밀봉층(420)은 상기 제 1 밀봉층(410)의 둘레에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 밀봉층(420)은 상기 제 1 밀봉층(410)의 내부 둘레 영역 또는 외곽 둘레 영역에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 밀봉층들(410, 420)을 형성함으로써, 지지기판과 상부 패널을 보다 용이하게 밀봉시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 밀봉층들(410, 420)은 수분(H2O) 또는 산소(O2)가 계면을 따라 태양전지 셀들(200) 내부로 침투하는 것을 최소화 할 수 있다. 즉, 상기 밀봉층들(410, 420)은 수분과 산소로부터 태양전지 셀들(200)을 효과적으로 보호함으로써, 소자의 안정성 및 신뢰성 확보에 크게 기여할 수 있다.
상기 밀봉층들(410, 420) 사이에는 흡습층(500)이 배치된다. 실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 밀봉층들(410, 420)을 형성하고, 밀봉층들 사이에 흡습층(500)을 형성함으로써 별도의 수용홈 없이, 흡습층(500)을 고정할 수 있다. 상기 흡습층(500)은 수분 또는 산소를 흡수할 수 있는 것으로, 열 또는 광에 의해 경화되는 물질이라면 특별히 제한 없이 사용 가능하다.
도 2를 참조하면, 상기 흡습층(500)은 상기 제 1 밀봉층(410)과 상기 제 2 밀봉층(420) 사이에 형성된다. 더 자세하게, 상기 흡습층(500)은 상기 제 1 밀봉층(410)과 상기 제 2 밀봉층(420) 사이의 전부 또는 일부분에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡습층(500)은 상기 지지기판(100)의 네 모서리에 대응하는 영역에만 형성될 수 있다.
상기 흡습층(500)은 투명하거나 불투명할 수 있다. 더 자세하게, 상기 흡습층(500)은 투명한 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명한 흡습층(500)은 CaO, BaO, LiO, 또는 ZrO 을으로 이루어질 수 있으며, 더 바람직하게, 상기 투명한 흡습층(500)은 CaO 로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 불투명한 흡습층(500)으로는 불투명 흡습제는 산화바륨, 산화칼륨, 산화알류미늄, 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 황산코발트, 황산갈륨, 황산티타늄, 염화칼슘 및 질산칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 다수개의 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 흡습층(500)은 접착물질 및 상기 접착 물질에 분산된 다수개의 흡습 입자들을 포함할 수 있다. 상기 접착물질은 다수개의 흡습 입자들의 고정을 보다 용이하게 할 수 있다. 상기 접착물질로는 열가소성 수지를 사용할 수 있다.
이 때, 상기 흡습 입자들의 평균 직경은 약 1㎛ 내지 약 10 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 흡습 입자들의 평균 직경이 약 10 ㎛ 이하인 경우, 온도 변화에 따른 흡습층의 균열, 박리 등의 문제를 해소할 수 있다.
상기 흡습층(500)들은 상기 지지기판(100)과 상기 상부 패널(300) 사이의 내부 공간에 추가 배치될 수 있다. 상기 내부 공간은 상기 지지기판(100)과 상기 상부 패널(300)의 밀봉에 의해 구획되는 공간으로, 진공으로 형성되거나, 네온이나 아르곤 등과 같은 불활성 기체로 충전되거나, 동일한 기능을 수행할 수 잇는 액체 등으로 채워질 수 있다. 더 자세하게, 도 2를 참조하면, 상기 흡습층(500)은 상기 내부 공간 중 상기 제 1 밀봉층(410)의 내측벽에 추가로 배치될 수 있다. 또한, 상기 흡습층(500)은 상기 내부 공간 중 상기 상부 패널(300)의 하면에 추가로 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4는 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시하는 단면도들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글라스(sodalime glass) 기판일 수 있다. 소다 라임 글라스 기판은 제조 공정 중 Na+ 이온이 광 흡수층(300)으로 확산되어 태양전지의 광-전 변환 효율을 향상시킬 수 있으나, 지지기판과 상부 패널의 접착력 및 경화도를 약화시킬 수 있다. 이에 따라, 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 지지기판(100)과 상기 상부 패널(300) 사이에 버퍼층(600)을 추가로 배치시킨다. 상기 버퍼층(600)은 소다 라임 글라스 기판으로부터 용출되는 Na+을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 상부 패널(300)과 상기 버퍼층(600)간의 접착력을 강화시킬 수 있다. 상기 버퍼층(600)은 SiO2, Si3N4, 솔젤 실리카(solgel silica), ORMOCER(organically modified ceramics), 또는 BCB(benzo cyclobutene) 등의 물질 중 어느 하나로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 상기 버퍼층(600)은 상기 지지기판(100)의 외곽 영역(OR) 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 버퍼층(600)은 상기 밀봉층들(410, 420)이 형성될 영역에 대응하여 배치될 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 상기 버퍼층(600)은 상기 지지기판(100)의 외곽 영역(OR)뿐만 아니라, 상기 지지기판(100)의 내부 영역(OR)에도 형성될 수 있다. 한편, 도 4에는 상기 버퍼층(600) 상에 태양전지 셀들(200)이 형성되었으나, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 즉, 도 5에서와 같이 상기 버퍼층(600)은 상기 태양전지 셀들(200)의 상측에 형성될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 지지기판 상에 순차적으로 배치되는 후면 전극층, 광 흡수층 및 전면 전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들;
상기 태양전지 셀들 상에 배치되는 상부 패널;
상기 지지기판의 외곽 영역과 상기 상부 패널 사이에 배치되며, 상기 지지기판과 상기 상부 패널을 밀봉하는 밀봉층들; 및
상기 밀봉층들 사이에 배치되는 흡습층을 포함하고,
상기 밀봉층들은,
제 1 밀봉층 및 상기 제 1 밀봉층 둘레에 배치되는 제 2 밀봉층을 포함하고,
상기 흡습층은 상기 제 1 밀봉층과 상기 제 2 밀봉층 사이에 배치되는 태양전지 모듈.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡습층은 CaO, BaO, LiO, 또는 ZrO을 포함하는 태양전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡습층은 열 또는 광에 의해 경화되는 태양전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡습층은 직경이 1㎛ 내지 10 ㎛ 이하인 흡습 입자를 포함하는 태양전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 지지기판과 상기 상부 패널 사이의 내부 공간은 진공인 태양전지 모듈.
- 제 6 항에 있어서,
상기 흡습층은 상기 지지기판과 상기 상부 패널 사이의 내부 공간에 추가 배치되는 태양전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 밀봉층은 에폭시계 수지 또는 실리콘계 수지를 포함하는 태양전지 모듈.
- 지지기판 상에 순차적으로 배치되는 후면 전극층, 광 흡수층 및 전면 전극층을 포함하는 다수개의 태양전지 셀들;
상기 태양전지 셀들 상에 배치되는 상부 패널;
상기 지지기판의 외곽 영역과 상기 상부 패널 사이에 배치되는 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 배치되며, 상기 지지기판과 상기 상부 패널을 밀봉하는 밀봉층들;
상기 밀봉층들 사이에 배치되는 흡습층을 포함하는 태양전지 모듈.
- 제 9 항에 있어서,
상기 지지기판은 소다 라임 글래스 기판인 태양전지 모듈.
- 제 9 항에 있어서,
상기 버퍼층은 SiO2, Si3N4, 또는 솔젤 실리카를 포함하는 태양전지 모듈. - 제 9 항에 있어서,
상기 버퍼층은 상기 태양전지 셀들 상에 추가 배치되는 태양전지 모듈.
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