KR101349571B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

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Abstract

태양광 발전장치가 개시된다. 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 연결배선층; 상기 연결 배선층 상에 배치되는 절연층; 상기 절연층 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 후면전극층은 상기 연결배선층과 전기적으로 접속된다.

Description

태양광 발전장치{PHOTOVOLTAIC APPARATUS}
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면전극층이 형성되고, 이후, 상기 후면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다. 상기 광 흡수층을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 내지 1.8 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 2.2 내지 2.4 eV 이다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성된다. 상기 투명전극층으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이와 같은 태양광 발전장치에 있어서, 상기 광 흡수층 내의 밴드갭 에너지를 조절하여, 광 전 변환 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 특허 출원 번호 10-2008-0088744 등에 개시된다.
실시예는 향상된 성능을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 연결배선층; 상기 연결 배선층 상에 배치되는 절연층; 상기 절연층 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 후면전극층은 상기 연결배선층과 전기적으로 접속된다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판; 상기 지지기판 상에 배치되는 연결배선층; 상기 연결배선층 상에 배치되는 절연층; 상기 절연층 상에 배치되고, 서로 직렬로 연결되는 제 1 태양전지들; 및 상기 절연층 상에 배치되고, 서로 직렬로 연결되는 제 2 태양전지들을 포함하고, 상기 제 1 태양전지들 및 상기 제 2 태양전지들은 상기 연결배선층을 통하여 서로 병렬로 연결된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 연결배선층을 사용하여, 태양전지들을 직렬 및/또는 병렬로 연결시킬 수 있다. 특히, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 태양전지들을 직렬 및 병렬로 연결시켜서, 버스 바 등에 걸리는 전압을 감소시킬 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 열화에 의한 버스 바의 단선을 방지할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 내구성을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 연결 배선층을 상기 광 흡수층 및 상기 지지기판 사이에 개재시킨다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 발전 면적 감소 없이, 태양전지들을 다양하게 연결시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 발전 면적을 감소시키지 않고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 회로도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2에서 C-C`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2에서 D-D`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 7 내지 도 12는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
실시 예의 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 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 회로도이다. 도 2는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 3은 도 2에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 4는 도 2에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 5는 도 2에서 C-C`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 6은 도 2에서 D-D`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 지지기판(100), 연결배선층(110), 후면전극층(200), 제 1 버스 바(810), 제 2 버스 바(820), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 연결배선층(110), 상기 후면전극층(200), 상기 제 1 버스 바(810), 상기 제 2 버스 바(820), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 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. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 연결배선층(110)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 연결배선층(110)은 상기 지지기판(100)의 상면에 직접 배치될 수 있다. 또한, 상기 연결배선층(110)은 상기 후면전극층(200) 및 상기 지지기판(100) 사이에 배치될 수 있다.
상기 연결배선층(110)은 상기 지지기판(100)의 상면을 거의 덮을 수 있다. 상기 연결배선층(110)은 도전층이다. 상기 연결배선층(110)은 도전체를 포함한다. 상기 연결배선층(110)은 저항이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 상기 연결배선층(110)은 물질의 예로서는 몰리브덴, 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
상기 연결배선층(110)의 두께는 약 1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다. 상기 연결배선층(110)은 제 1 연결배선(111) 및 제 2 연결배선(112)을 포함한다. 상기 제 1 연결배선(111)은 및 상기 제 2 연결배선(112)은 서로 이격된다. 즉, 상기 연결배선층(110)은 패터닝에 의해서, 상기 제 1 연결배선(111) 및 상기 제 2 연결배선(112)으로 분리될 수 있다.
상기 연결배선층(110) 상에는 절연층(120)이 배치된다. 상기 절연층(120)은 상기 연결배선층(110) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 개재된다. 상기 절연층(120)은 상기 연결배선층(110) 및 상기 후면전극층(200)을 서로 절연시킨다. 또한, 상기 후면전극층(200)은 상기 절연층(120)에 형성된 컨택홀들(121, 122)을 통하여, 상기 연결배선층(110)에 접속될 수 있다.
상기 절연층(120)은 나트륨을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(120)에는 일정 량의 나트륨이 도핑될 수 있다. 상기 절연층(120)은 제조 공정에서, 상기 광 흡수층(300)에 소량의 나트륨을 공급하는 나트륨 공급층일 수 있다.
상기 절연층(120)은 절연체를 포함한다. 상기 절연층(120)의 두께는 약 1㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 상기 절연층(120)으로 사용되는 물질의 예로서는 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드 등과 같은 무기물 또는 폴리이미드(polyimide;PI) 등과 같은 폴리머 등을 들 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 절연층(120) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들(210, 220...) 및 복수의 접속 후면전극들(201, 202...) 로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들(210, 220...), 제 1 연결배선(111) 및 제 2 연결배선(112)이 정의된다. 상기 후면전극층(200)은 상기 후면전극들(210, 220...), 상기 제 1 연결배선(111) 및 상기 제 2 연결배선(112)을 포함한다.
상기 후면전극들(210, 220...)은 상기 절연층(120) 상에 배치된다. 상기 후면전극들(210, 220...)은 나란히 배치된다. 상기 후면전극들(210, 220...)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들(210, 220...)은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면전극들(210, 220...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 연결배선층(110)과 접속될 수 있다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(200)은 상기 절연층(120)에 형성되는 컨택홀들(121, 122)을 통하여, 상기 연결배선층(110)에 직접 접속될 수 있다.
상기 후면전극들(210, 220...) 중 하나는 상기 제 1 연결배선(111)에 접속될 수 있다. 또한, 상기 후면전극들(210, 220...) 중 다른 하나는 상기 제 2 연결배선(112)에 접속될 수 있다.
상기 제 1 버스 바(810)는 상기 지지기판(100)의 외곽 영역에 배치된다. 상기 제 1 버스 바(810)는 상기 연결배선층(110) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 1 버스 바(810)는 상기 제 2 연결배선(112) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(810)는 상기 제 2 연결배선(112)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제 1 버스 바(810)는 상기 후면전극층(200)에 접속될 수 있다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(200)은 상기 제 2 연결배선(112)에 접속되고, 상기 후면전극층(200)은 상기 제 2 연결배선(112)을 통하여, 상기 제 1 버스 바(810)에 접속될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(810)는 상기 지지기판(100)에 형성된 홀을 통하여, 상기 지지기판(100)의 배면으로 연장될 수 있다.
상기 제 2 버스 바(820)는 상기 지지기판(100)의 외곽 영역에 배치된다. 상기 제 2 버스 바(820)는 상기 연결배선층(110) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 2 버스 바(820)는 상기 제 1 연결배선(111) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 버스 바(820)는 상기 제 1 연결배선(111)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제 2 버스 바(820)는 상기 후면전극층(200)에 접속될 수 있다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(200)은 상기 제 1 연결배선(111)에 접속되고, 상기 후면전극층(200)은 상기 제 1 연결배선(111)을 통하여, 상기 제 2 버스 바(820)에 접속될 수 있다. 상기 제 2 버스 바(820)는 상기 지지기판(100)에 형성된 홀을 통하여, 상기 지지기판(100)의 배면으로 연장될 수 있다.
상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)는 서로 마주본다. 또한, 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)는 서로 대칭될 수 있다. 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)는 도전체이다. 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)는 은 등의 높은 도전성을 가지는 금속을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
또한, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 구분된다. 마찬가지로, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 약 10배 내지 200배 더 클 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물은 알루미늄(Al), 알루미나(Al2O3), 마그네슘(Mg) 또는 갈륨(Ga) 등의 도전성 불순물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 전면전극층(600)은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다. 상기 전면전극층(600)의 두께는 약 800㎚ 내지 약 1200㎚일 수 있다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 다수 개의 전면전극들(610, 620...)로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들(610, 620...)은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면전극들(610, 620...)은 상기 후면전극들(210, 220...)과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면전극들(610, 620...)은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면전극들(610, 620...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 투명한 도전물질이 채워져서 형성되는 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C11...C2n)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C11...C2n)이 구분된다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 절연층(120) 상에 배치되는 상기 태양전지들(C11...C2n)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지들(C11...C2n)은 서로 직렬 및/병렬로 연결된다. 상기 태양전지들(C11...C2n)은 제 1 태양전지들(C11...C1n) 및 제 2 태양전지들(C21...C2n)을 포함한다.
상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 서로 직렬로 연결된다. 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 서로 직렬로 연결된다. 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)과 병렬로 연결된다.
상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)과 다른 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)은 상기 버스 바들(810, 820)와 같은 방향으로 연장되는 분리선을 기준으로 2등분 될 수 있다. 이때, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 2등분된 영역 중 하나에 배치되고, 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 2등분된 영역 중 다른 하나에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 서로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 서로 나란히 배치될 수 있다.
상기 제 1 태양전지들(C11...C1n) 및 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 제 4 관통홈(TH4)에 의해서 서로 분리될 수 있다. 상기 제 4 관통홈(TH4)은 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)을 관통한다. 상기 제 4 관통홈(TH4)은 상기 지지기판(100)의 중앙 부분에 대응하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 제 2 연결배선(112)이 배치되는 영역에 배치된다. 즉, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 제 2 연결배선(112)에 대응되는 영역에 배치된다. 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 절연층(120)을 사이에 두고, 상기 제 2 연결배선(112)과 마주볼 수 있다.
또한, 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 상기 제 1 연결배선(111)이 배치되는 영역에 배치된다. 즉, 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 상기 제 1 연결배선(111)에 대응되는 영역에 배치된다. 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)은 상기 절연층(120)을 사이에 두고, 상기 제 1 연결배선(111)과 마주볼 수 있다.
상기 제 1 버스 바(810)는 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)에 연결된다. 또한, 상기 제 1 버스 바(810)는 상기 제 2 연결배선(112)을 통하여, 상기 2 태양전지들(C11...C2n)에 연결된다.
상기 제 2 버스 바(820)는 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)에 연결된다. 또한, 상기 제 2 버스 부는 상기 제 1 연결배선(111)을 통하여, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)에 연결된다.
상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 전면전극층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 태양전지들(C11...C2n)을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 태양전지들(C11...C2n)에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n) 중, 상기 제 4 관통홈(TH4)에 가장 인접한 태양전지(이하, 제 1 중앙 태양전지(C1n))는 상기 접속부(700) 및 제 1 접속 후면전극(201)을 통하여, 상기 제 1 연결배선(111)에 접속될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 중앙 태양전지(C1n)의 전면전극(610)은 상기 접속부(700) 및 상기 제 1 접속 후면전극(201)을 통하여, 상기 제 1 연결배선(111)에 접속된다.
상기 제 1 접속 후면전극(201)은 상기 절연층(120)에 형성되는 제 1 컨택홀(121)을 통하여, 상기 제 1 연결배선(111)에 직접 접속될 수 있다. 또한, 상기 접속부는 상기 제 1 중앙 태양전지(C1n)의 전면전극(610)으로부터 연장되고, 상기 제 1 접속 후면전극(201)에 직접 접속될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n) 중, 상기 제 4 관통홈(TH4)에 가장 인접한 태양전지(이하, 제 2 중앙 태양전지(C21))는 상기 제 2 연결배선(112)에 직접 접속될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 중앙 태양전지(C21)의 후면전극(220)은 상기 제 2 연결배선(112)에 직접 접속될 수 있다.
상기 제 2 중앙 태양전지(C21)의 후면전극(220)은 상기 절연층(120)에 형성되는 제 2 컨택홀(122)을 통하여, 상기 제 2 연결배선(112)에 직접 접속될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n) 중, 가장 외곽에 배치되는 태양전지(이하, 제 1 최외곽 태양전지(C11))는 상기 제 2 연결배선(112) 및 상기 제 1 버스 바(810)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 제 1 최외곽 태양전지(C11)의 후면전극(230)은 상기 제 2 연결배선(112)에 접속되고, 상기 제 2 연결배선(112)은 상기 제 1 버스 바(810)에 접속될 수 있다. 상기 제 1 최외곽 태양전지(C11)의 후면전극(230)은 상기 제 1 버스 바(810)에 직접 접속될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n) 중, 가장 외곽에 배치되는 태양전지(이하, 제 2 최외곽 태양전지(C2n))는 상기 제 2 연결배선(112) 및 상기 제 2 버스 바(820)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 제 2 최외곽 태양전지(C2n)의 전면전극(640)은 접속부(700) 및 제 2 접속 후면전극(202)을 통하여, 상기 제 2 버스 바(820) 및 상기 제 1 연결배선(111)에 접속될 수 있다.
이에 따라서, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)에 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속부, 상기 제 1 접속 후면전극(201), 상기 제 2 접속 후면전극(202), 상기 제 1 연결배선(111) 및 상기 제 2 연결배선(112)을 통하여, 상기 제 1 태양전지들(C11...C1n)은 상기 제 2 태양전지들(C21...C2n)에 병렬로 연결될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 연결배선층(110)을 사용하여, 상기 태양전지들(C11...C2n)을 직렬 및/또는 병렬로 연결시킬 수 있다. 특히, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 태양전지들(C11...C2n)을 직렬 및 병렬로 연결시켜서, 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820) 등에 걸리는 전압을 감소시킬 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 열화에 의한 상기 제 1 버스 바 및 상기 제 2 버스 바(820)의 단선을 방지할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 내구성을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 연결배선층(110)을 상기 광 흡수층(300) 및 상기 지지기판(100) 사이에 개재시킨다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 발전 면적 감소 없이, 상기 태양전지들(C11...C2n)을 다양하게 연결시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 발전 면적을 감소시키지 않고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
도 7 내지 도 12는 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다. 즉, 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명은 본 제조방법에 대한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 지지기판(100) 상에 연결배선층(110)이 형성된다. 상기 지지기판(100) 상에 도전층이 형성되고, 상기 도전층이 패터닝되어, 상기 연결배선층(110)이 형성될 수 있다. 또한, 이와 같은 패터닝 공정에 의해서, 제 1 연결배선(111) 및 제 2 연결배선(112)이 서로 분리될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 연결배선(111) 및 상기 제 2 연결배선(112)은 톱니 형상으로 맞물릴 수 있다. 즉, 상기 제 1 연결배선(111)은 복수의 제 1 연장부들(113)을 포함하고, 상기 제 2 연결배선(112)은 복수의 제 2 연장부들(114)을 포함한다.
상기 제 1 연장부들(113) 및 상기 제 2 연장부들(114)은 서로 교대로 배치된다. 또한, 상기 제 1 연장부들(113) 및 상기 제 2 연장부들(114)은 상기 제 1 연결배선(111)의 몸체 및 상기 제 2 연결배선(112)의 몸체로부터 각각 반대 방향으로 연장된다.
도 9를 참조하면, 상기 연결배선층(110) 상에 절연층(120)이 형성된다. 상기 절연층(120)에는 상기 연결배선층(110)을 노출시키는 복수의 컨택홀들(121, 122)이 형성될 수 있다. 상기 절연층(120)은 진공 증착 공정 또는 코팅 공정 등에 의해서 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 절연층(120) 상에 후면전극층(200)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들(210, 220...), 제 1 연결배선(111) 및 제 2 연결배선(112)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다. 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 마스크(20)를 사용하는 증착 공정에 의해서 형성된다. 이에 따라서, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 활성 영역(AR)에 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 지지기판(100)에 상기 마스크(20)가 장착된 상태에서, 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIS계 광 흡수층이 형성될 수 있다.
이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 작은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 12를 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 전면전극층(600)이 형성된다. 즉, 상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 전면전극층(600)은 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 전면전극층(600)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들 및 복수의 태양전지들(C11...C2n)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이후, 제 1 버스 바(810) 및 제 2 버스 바(820)가 형성될 수 있다. 상기 연결배선층(110) 상에 제 1 버스 바(810) 및 제 2 버스 바(820)가 형성될 수 있다.
상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)는 상기 지지기판(100)의 외곽을 따라서 형성된다. 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)의 일부는 상기 제 1 연결배선(111) 및 상기 제 2 연결배선(112) 상에 각각 형성된다.
상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)를 형성하기 위해서, 상기 제 1 연결배선(111) 및 상기 제 2 연결배선(112) 상에, 및 상기 지지기판(100) 상에 도전성 페이스트가 프린트된다. 더 자세하게, 상기 도전성 페이스트는 상기 지지기판(100)에 형성되는 관통홀들(101)까지 프린트된다.
이후, 상기 프린트된 도전성 페이스트는 열처리되고, 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)가 형성된다.
이와는 다르게, 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)는 진공 증착 방식에 의해서 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)에 대응하는 투과부를 포함하는 증착 마스크(20)가 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 이후, 상기 증착 마스크(20)를 통하여, 상기 후면전극층(200) 및 상기 지지기판(100) 상에 도전성 물질이 증착된다. 이에 따라서, 상기 제 1 버스 바(810) 및 상기 제 2 버스 바(820)가 형성될 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법에 의해서, 향상된 내구성을 가지는 태양광 발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 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.
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 (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 배치되는 연결배선층;
    상기 연결배선층 상에 배치되는 절연층;
    상기 절연층 상에 배치되고, 서로 직렬로 연결되는 제 1 태양전지들; 및
    상기 절연층 상에 배치되고, 서로 직렬로 연결되는 제 2 태양전지들을 포함하고,
    상기 제 1 태양전지들 및 상기 제 2 태양전지들은 상기 연결배선층을 통하여 서로 병렬로 연결되고,
    상기 연결배선층은
    상기 제 2 태양전지들이 배치되는 영역에 대응하여 배치되고, 상기 제 1 태양전지들과 연결되는 제 1 연결배선; 및
    상기 제 1 태양전지들이 배치되는 영역에 대응하여 배치되고, 상기 제 2 태양전지들과 연결되는 제 2 연결배선을 포함하는 태양광 발전장치.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 태양전지들은
    상기 절연층 상에 후면전극;
    상기 후면전극 상에 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 전면전극을 포함하고,
    상기 제 1 연결배선은
    상기 제 1 태양전지들 중 하나의 전면전극과 접속되는 태양광 발전장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 태양전지들에 연결되고,
    상기 제 2 연결배선에 연결되는 제 1 버스 바를 포함하는 태양광 발전장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 버스 바는 상기 제 1 태양전지들 중 다른 하나의 전면전극에 접속되는 태양광 발전장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 태양전지들은
    상기 절연층 상에 후면전극;
    상기 후면전극 상에 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 전면전극을 포함하고,
    상기 제 2 연결배선은
    상기 제 2 태양전지들 중 하나의 후면전극과 직접 접속되는 태양광 발전장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 태양전지들에 연결되고,
    상기 제 1 연결배선에 연결되는 제 2 버스 바를 포함하는 태양광 발전장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 버스 바는 상기 제 1 연결 배선의 상면에 직접 배치되는 태양광 발전장치.
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