KR101372050B1 - 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

태양전지 모듈 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성된 태양전지 셀; 및, 상기 태양전지 셀 상에 형성된 버스바;를 포함하며, 상기 버스바는 복수의 로드(rod) 형상으로 형성된다.

Description

태양전지 모듈 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL MODULE AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광-전 변환효율이 향상된 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목받고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS계 광 흡수층, 고 저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지를 형성하기 위한 후, 상부전극의 신호를 정션 박스(junction box)로 전송하기 위해, 태양전지 셀의 상부전극과 정션박스 사이에 버스바(bus bar)를 형성하고 있다.
발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 생산성이 향상될 수 있다.
발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판; 상기 지지기판 상에 형성된 태양전지 셀; 및, 상기 태양전지 셀 상에 형성된 버스바;를 포함하며, 상기 버스바는 복수의 로드(rod) 형상으로 형성된다.
발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 버스바의 표면적을 증가시켜, 전류의 흐름을 원활히 하고, 이에 따라 버스바의 설치 폭을 감소시킬 수 있다.
버스바의 설치면적이 감소하게 되므로, 감소한 영역만큼 빛을 흡수하는 영역이 증가하게 된다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'을 도시한 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 바, 프레임, 기판, 홈 또는 막 등이 각 패널, 바, 기판, 홈 또는 막 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 태양전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A'을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 패널(300), 상기 태양전지 패널(300)을 수용하는 프레임(100), 버스바(400), 정션 박스(500) 및 케이블(600)을 포함한다.
상기 프레임(100)은 상기 태양전지 패널(300)을 수용한다. 더 자세하게, 상기 프레임(100)은 상기 태양전지 패널(300)의 측면을 둘러싼다. 예를 들어, 상기 프레임(100)은 상기 태양전지 패널(300)의 4개의 측면에 배치된다.
상기 프레임(100)으로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 알루미늄 등의 금속을 들 수 있다. 상기 프레임(100)은 제 1 서브 프레임(110), 제 2 서브 프레임(120), 제 3 서브 프레임(130) 및 제 4 서브 프레임(140)을 포함한다. 상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120), 상기 제 3 서브 프레임(130) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 서로 체결될 수 있다.
상기 제 1 서브 프레임(110)은 상기 태양전지 패널(300)의 일 측면을 둘러싼다. 상기 제 2 서브 프레임(120)은 상기 태양전지 패널(300)의 다른 측면을 수용한다. 상기 제 3 서브 프레임(130)은 상기 태양전지 패널(300)을 사이에 두고, 상기 제 1 서브 프레임(110)과 마주본다. 상기 제 3 서브 프레임(130)은 상기 태양전지 패널(300)의 또 다른 측면을 수용한다. 상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)의 또 다른 측면을 수용한다. 상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)을 사이에 두고, 상기 제 2 서브 프레임(120)과 마주본다.
상기 제 1 서브 프레임(110), 제 2 서브 프레임(120), 제 3 서브 프레임(130) 및 제 4 서브 프레임(140)은 유사한 구조를 가진다. 즉, 상기 제 1 서브 프레임(110), 제 2 서브 프레임(120), 제 3 서브 프레임(130) 및 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)을 수용하기 위한 서포트부들을 포함한다.
예를 들어, 상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 제 1 서포트부(101), 제 2 서포트부(102), 제 3 서포트부(103) 및 제 4 서포트부(104)를 포함한다.
상기 제 1 서포트부(101)는 상기 태양전지 패널(300)의 측면에 배치된다. 상기 제 1 서포트부(101)는 상기 태양전지 패널(300)의 측면을 지지한다.
상기 제 2 서포트부(102)는 상기 제 1 서포트부(101)로부터 연장되어, 상기 태양전지 패널(300)의 상면에 배치된다. 상기 제 2 서포트부(102)는 상기 태양전지 패널(300)의 상면을 지지한다.
상기 제 3 서포트부(103)는 상기 제 1 서포트부(101)로부터 연장되어, 상기 태양전지 패널(300)의 하면에 배치된다. 상기 제 3 서포트부(103)는 상기 태양전지 패널(300)의 하면을 지지한다.
상기 제 4 서포트부(104)는 상기 제 1 서포트부(101)로부터 연장되어, 상기 제 3 서포트부(103) 아래에 배치된다.
상기 제 3 서포트부(103) 및 제 4 서포트부(104)를 통해 태양전지 패널(300)에서 발생한 열이 효과적으로 방출될 수 있다.
상기 제 1 서포트부(101), 상기 제 2 서포트부(102), 상기 제 3 서포트부(103) 및 상기 제 4 서포트부(104)는 일체로 형성된다.
상기 태양전지 패널(300)은 플레이트 형상을 가진다. 예를 들어, 상기 태양전지 패널(300)은 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 태양전지 패널(300)은 상기 프레임(100) 내측에 배치된다. 더 자세하게, 상기 태양전지 패널(300)의 외곽 영역이 상기 프레임(100) 내측에 배치된다. 즉, 상기 태양전지 패널(300)의 4 개의 측면이 상기 프레임(100) 내측에 배치된다. 상기 태양전지 패널(300)은 태양광을 입사받아 전기에너지로 변환시킨다. 상기 태양전지 패널(300)은 지지기판(310) 및 다수 개의 태양전지 셀들(320)을 포함한다.
상기 태양전지 패널(300)의 상부에는 상기 태양전지 패널(300)을 보호하는 보호막과, 상기 태양전지 패널(300)의 수광면 쪽으로 보호막 위에 배치되는 상부 기판이 형성될 수 있으며, 상기 부품들은 라미네이션 공정에 의해 일체화된다.
상부 기판 및 지지기판(310)은 태양 전지 모듈의 상,하면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지 패널(300)을 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 상부 기판 및 지지기판(310)은 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
보호막은 태양전지 패널(300)의 상부에 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지 패널(300)과 일체화되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지 패널(300)을 충격으로부터 보호한다. 이러한 보호막은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다. 상기 보호막은 태양전지 패널(300)의 하부에도 형성될 수 있다.
상기 보호막 위에는 상부기판이 형성될 수 있다. 상기 상부 기판은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저(low) 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 상부 기판은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
상기 버스바(400)는 상기 태양전지 패널(300)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 버스바(400)는 최 외곽에 배치되는 태양전지 셀들(320)의 상면에 배치된다. 상기 버스바(400)는 상기 최 외곽에 배치되는 태양전지 셀들(320)의 상면에 직접 접촉하여, 상기 태양전지 셀들(320)에 접속된다.
상기 태양전지 셀들(320)은 기판 상에 이면전극층(20), 광 흡수층(30), 버퍼층(40), 상부전극층(50)을 포함할 수 있다.
상기 지지기판(310)의 일부 영역에 홀을 형성하여 상기 버스바(400)가 홀을 통해 상기 케이블(600)에 연결될 수 있다.
버스바(400)는 태양전지 셀들(320)의 양단에 접촉할 수 있다. 즉, 도면을 기준으로 좌측단 패널(321)과 우측단 패널(322)에 전기적으로 접촉할 수 있다. 버스바(400)는 태양전지에서 생성된 전극의 신호를 정션박스(500)로 이동시키는 역할을 수행하는데, 상기 버스바(400)의 면적이 증가하면, 전류의 흐름은 원활해질 수 있으나, 그만큼 광흡수층(30)에서 빛을 흡수하는 영역이 감소하여 광-전 변환 효율이 감소할 수 있다. 버스바(400)의 표면적을 증가시키면 버스바(400)를 통해 흐르는 전류를 증가시킬 수 있다.
기존의 버스바(400)는 판형으로 형성되었으나, 대부분의 전류는 표면효과(skin effect)에 의해 버스바(400)의 표면을 따라 흐르게 된다. 이를 고려하여 발명의 실시예에 따른 버스바(400)는 가늘고 얇은 로드(rod)의 형태를 갖도록 형성되며, 복수개가 병렬로 연결되어 사용될 수 있다. 상기 버스바(400)가 복수의 로드로 형성되는 경우, 복수의 버스바는 각각 접할수도 있고, 이격될 수도 있다.
복수의 버스바가 이격되어 형성되는 경우, 태양전지로 입사되는 빛의 일정부분이 버스바(400) 사이를 지나 광흡수층(30)으로 입사될 수 있으므로 광-전 변환 효율이 향상될 수 있다.
상기 버스바(400)는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 니켈(Ni) 중 어느 하나로 형성되거나, 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 버스바(400)는 복수의 버스바로 형성될 수 있으며, 단면이 원형으로 형성될 수 있다. 복수의 버스바는 분기점(202)에서 분기되며, 각각의 직경(r)이 0.01mm 내지 0.05mm으로, 넓이(l)는 2~6 mm로 형성될 수 있다.
상기 상부전극층(50)과 버스바(400)는 모두 진공(vaccuum) 챔버에서 공정이 진행될 수 있으며, 동일한 챔버에서 진행될 수 있다.
이때, 상기 버스바(400)를 진공 챔버에서 형성하므로, 상기 상부전극층(50)과의 직렬 저항이 감소되어, 상기 버스바(400)의 전기 전도도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 상부전극층(50)은 알루미늄으로 도핑되어, 금속 물질인 상기 버스바(400)와 상기 전면전극(600)은 접착력이 강해질 수 있다.
즉, 상기 상부전극층(50)에 도핑된 알루미늄과 동일한 금속물질을 사용함으로써, 상기 상부전극층(50)과 버스바(400)의 결합력이 향상될 수 있다.
정션 박스(500)는 상기 태양전지 패널(300) 아래에 배치된다. 상기 정션 박스(500)는 상기 태양전지 패널(300)의 하면에 부착될 수 있다. 상기 정션 박스(500)는 다이오드 등을 구비하고, 상기 버스바(400) 및 상기 케이블(600)에 연결되는 회로기판을 수용할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 버스바(400)와 상기 회로기판을 연결하기 위한 배선을 더 포함할 수 있다. 상기 케이블(600)은 상기 회로기판에 연결되며, 다른 태양전지 패널(300)에 연결된다.
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 (9)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 형성된 복수의 태양전지 셀들; 및
    상기 복수의 태양전지 셀들 중 제 1 태양전지 셀들의 상면에 형성되어, 상기 제 1 태양전지 셀들에 접속되는 버스바;를 포함하며,
    상기 버스바는
    상기 제 1 태양전지 셀들의 열 방향으로 연장 형성되며, 분기점을 기준으로 상기 제 1 태양전지 셀들의 상면에 막대 형상을 가지며 형성되는 복수의 버스바로 구성되는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 버스바의 각 직경은 0.01mm 내지 0.05mm의 범위로 형성되는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 버스바의 넓이는 2~6 mm의 범위로 형성되는 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 버스바는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 태양전지 셀들은,
    상기 지지기판의 둘레 영역에 형성된 태양전지 셀들인 태양전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 버스바는 서로 병렬 연결되며, 인접하는 버스바는 서로 이격되는 태양전지 모듈.
  7. 지지기판 상에 상부전극층을 포함하는 복수의 태양전지 셀들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 태양전지 셀들 중 제 1 태양전지 셀들의 상면에 버스바를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 버스바는
    상기 제 1 태양전지 셀들의 열 방향으로 연장 형성되며, 분기점을 기준으로 상기 제 1 태양전지 셀들의 상면에 막대 형상을 가지며 형성되는 복수의 버스바로 구성되는 태양전지 모듈의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 버스바는 상기 상부 전극층이 형성되는 진공(vaccuum) 챔버(chamber)와 동일한 챔버에서 형성되는 태양전지 모듈의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 버스바는 라미네이팅 공정으로 상기 제 1 태양전지 셀들과 접착되는 태양전지 모듈의 제조방법.
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