KR101708243B1 - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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장대희
고지훈
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김종환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 이 태양 전지 모듈은 빛이 입사되지 않은 쪽에 위치한 복수의 제1 집전부와 복수의 제2 집전부를 각각 구비한 복수의 태양 전지, 상기 복수의 태양 전지의 입사면 쪽에 위치한 제1 보호막, 상기 제1 보호막 위에 위치하는 투명 부재, 그리고 상기 복수의 태양 전지의 비입사면 쪽에 위치한 도전성 패턴부를 포함하고, 상기 도전성 패턴부는 상기 복수의 제1 집전부와 연결되는 복수의 제1 돌출부를 구비한 제1 패턴과 상기 복수의 제2 집전부와 연결되는 복수의 제2 돌출부를 구비한 제2 패턴을 갖고 있고, 상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제1 돌출부 사이 그리고 상기 복수의 제2 집전부와 상기 복수의 제2 돌출부 사이에 위치한 도전성 접착부에 의해 상기 복수의 제1 집전부는 상기 복수의 제1 돌출부와 연결되고, 상기 복수의 제2 집전부는 상기 복수의 제2 돌출부와 연결된다. 이로 인해, 태양 전지 모듈의 제조 시간이 감소하여 태양 전지 모듈의 생산 효율이 향상된다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}

본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 셀이 주목 받고 있다. 이러한 태양 전지 중에서, 전자를 외부로 출력하기 위한 단자와 정공을 외부로 출력하기 위한 단자를 기판의 후면, 즉 빛이 입사되지 않는 면에 모두 형성하여 수광 면적을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시키는 후면 접합형 태양전지가 개발되고 있다.

이러한 후면 접합형 태양 전지는 원하는 출력을 얻기 위해 여러 개를 직렬 또는 병렬로 연결되어 패널(panel) 형태의 태양전지 모듈로 제작된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지 모듈의 제조 시간을 줄이는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 태양 전지 모듈의 생산 효율을 향상시키는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지 모듈은 빛이 입사되지 않은 쪽에 위치한 복수의 제1 집전부와 복수의 제2 집전부를 각각 구비한 복수의 태양 전지, 상기 복수의 태양 전지의 입사면 쪽에 위치한 제1 보호막, 상기 제1 보호막 위에 위치하는 투명 부재, 그리고 상기 복수의 태양 전지의 비입사면 쪽에 위치한 도전성 패턴부를 포함하고, 상기 도전성 패턴부는 상기 복수의 제1 집전부와 연결되는 복수의 제1 돌출부를 구비한 제1 패턴과 상기 복수의 제2 집전부와 연결되는 복수의 제2 돌출부를 구비한 제2 패턴을 갖고 있고, 상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제1 돌출부 사이 그리고 상기 복수의 제2 집전부와 상기 복수의 제2 돌출부 사이에 위치한 도전성 접착부에 의해 상기 복수의 제1 집전부는 상기 복수의 제1 돌출부와 연결되고, 상기 복수의 제2 집전부는 상기 복수의 제2 돌출부와 연결된다.

상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 각각 25㎛ 내지 50㎛의 두께를 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 돌출부와 상기 복수의 제2 돌출부 각각은 0.01179Ω 이하의 저항값을 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 돌출부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 돌출부 각각의 폭은 서로 동일할 수 있다.

상기 복수의 제1 돌출부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 돌출부 각각의 폭은 서로 상이할 수 있다.

상기 복수의 제1 패턴의 면적에 대한 상기 복수의 제2 패턴의 면적의 비는 0.6~1: 1~0.6일 수 있다.

상기 복수의 제1 패턴과 상기 복수의 제2 패턴에서, 인접한 제1 패턴과 제2 패턴은 절연 물질에 의해 분리되어 있는 것이 좋다.

상기 특징에 따른 태양 전지 모듈은 상기 도전성 패턴부 하부에 위치한 후면 시트를 더 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 태양 전지 모듈은 상기 복수의 태양 전지와 상기 도전성 패턴부 사이에 위치한 제2 보호막을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 보호막은 상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제2 집전부를 드러내는 복수의 제1 개구부를 구비하는 것이 좋다.

상기 특징에 따른 태양 전지 모듈은 상기 제2 보호막과 도전성 패턴부 위에 위치한 절연 시트를 더 포함할 수 있다.

상기 절연 시트는 상기 복수의 제1 개구부에 대응하게 위치하는 복수의 제2 개구부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 제1 개구부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 개구부 각각의 폭은 서로 동일할 수 있다.

상기 복수의 제1 개구부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 개구부 각각의 폭은 서로 다를 수 있다.

상기 특징에 따른 태양 전지 모듈은 상기 도전성 패턴부와 상기 후면 시트 사이에 위치한 제2 보호막을 더 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 태양 전지 모듈은 상기 복수의 태양 전지와 상기 도전성 패턴부 위에 위치한 절연 시트를 더 포함할 수 있다.

상기 절연 시트는 상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제2 집전부를 드러내는 복수의 개구부를 구비하는 것이 좋다.

상기 절연 시트는 상기 복수의 개구부가 위치하지 않은 부분에 형성된 복수의 홀을 더 구비할 수 있다.

상기 특징에 따른 태양 전지 모듈은 상기 도전성 패턴부와 상기 제2 보호막 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함할 수 있다.

상기 절연 필름과 상기 도전성 패턴부 중 적어도 하나는 복수의 홀을 구비할 수 있다.

상기 복수의 제1 돌출부와 상기 복수의 제2 돌출부는 곡면 형상의 모서리를 갖고 있을 수 있다.

상기 도전성 접착부는 도전성 접착 필름, 도전성 페이스트(paste) 또는 도전성 에폭시(epoxy)로 이루어질 수 있다.

상기 도전성 접착 필름은 수지 및 수지 내에 분산된 도전성 입자를 포함할 수 있다.

상기 수지는 열경화성 수지일 수 있다.

상기 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 가질 수 있다.

이러한 특징에 따라, 도전성 패턴부를 구비한 패턴 형성부에 의해 태양 전지 모듈의 제조 시간이 감소하여, 태양 전지 모듈의 생산 효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 부분 단면도로서, 라미네이션 공정이 행해지기 전의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 도전성 패턴부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지를 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 4에 도시한 태양 전지의 후면 평면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 하부 보호막과 절연 시트 중 적어도 하나의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 도전성 패턴부에 대한 다른 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시한 태양 전지 모듈의 부분 단면도로서, 라미네이션 공정이 행해지기 전의 단면도이다.
도 12의 (a)와 (b)과 도 13의 (a)와 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 절연 시트에 대한 다른 예들을 각각 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 도전성 패턴부의 다른 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 대하여 설명한다.도 1을 참고로 하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 복수의 태양 전지(1), 복수의 태양 전지(1)를 보호하는 보호막(20a, 20b), 태양 전지(1)의 수광면 쪽에 위치한 보호막(이하, '상부 보호막'이라 함)(20a) 위에 위치하는 투명 부재(40), 빛이 입사되지 않는 수광면의 반대 쪽에 위치한 보호막(이하, '하부 보호막'이라 함)(20b)의 하부에 배치된 절연 시트(30), 절연 시트(30) 하부에 배치된 패턴 형성부(50), 그리고 이들 구성요소를 수납하는 프레임(60)을 구비한다.

태양 전지 모듈(100)의 수광면 쪽에 위치한 투명 부재(40)는 투과율이 높고 파손을 방지하기 위해 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(40)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면은 엠보싱(embossing)처리가 행해질 수 있다.

상부 및 하부 보호막(20a, 20b)은 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양 전지 모듈(100)을 충격으로부터 보호하는 보호 부재이다. 이러한 상부 및 하부 보호막(20a, 20b)은 복수의 태양 전지(1)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정(lamination process) 시에 복수의 태양 전지(1)와 일체화된다. 이러한 보호막(20a, 20b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 등으로 이루어질 수 있다.

복수의 태양 전지(1)는, 도 1에 도시한 것처럼, 행렬 구조로 배열되어 있다. 도 1에서, 복수의 태양 전지(1)는 3×2 행렬 구조를 가지고 있지만, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 행과 열 방향으로 각각 배치되는 태양 전지(1)의 개수는 조절 가능하다.

복수의 태양 전지(1)는 모두 동일한 구조를 갖고 있고, 본 실시예에서, 각 태양 전지(1)는 전자를 외부로 출력하기 위한 단자인 전자용 집전부와 정공을 외부로 출력하기 위한 단자인 정공용 집전부 모두가 태양 전지(1)의 후면에 위치한 후면 접합용 태양 전지이다.

다음, 도 4 및 도 5를 참고로 하여, 이러한 후면 접합용 태양 전지의 한 예에 대하여 설명한다.

도 4 및 도 5를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 복수의 비아 홀(via hole)(181)을 구비하고 있는 기판(110), 기판(110)에 위치한 에미터부(120), 빛이 입사되는 입사면인 기판(110)의 면[이하, '전면(front surface)'라 함]의 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 반사 방지부(130)가 위치하지 않는 기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 위치한 복수의 전면 전극(front electrode)(141), 빛이 입사되지 않고 전면과 마주보고 있는 비입사면인 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'라 함]에 위치하는 후면 전극(back electrode)(151), 비아 홀(181)과 비아 홀(181) 주변에 위치한 기판(110) 후면의 에미터부(120)에 위치하고 복수의 전면 전극(141)과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 전면전극용 집전부(161), 기판(110)의 후면에 위치하고 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되어 있는 후면전극용 집전부(162), 그리고 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(171)를 구비한다.

기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.

이러한 기판(110)은 표면이 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(texturing surface)을 갖는다. 편의상 도 4에서, 기판(110)의 가장자리 부분만 텍스처링 표면으로 도시하여 그 위에 위치하는 반사 방지부(130) 역시 그 가장자리 부분만 요철면으로 도시한다. 하지만, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 텍스처링 표면을 갖고 있으며, 이로 인해 기판(110)의 전면 위에 위치한 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.

복수의 요철을 갖고 있는 텍스처링 표면에 의해, 기판(110)의 전면 쪽으로 입사되는 빛은 반사 방지부(130)와 기판(110)의 표면에 형성된 복수의 요철에 의해 복수 번의 반사 동작이 발생하면서 기판(110) 내부로 입사된다. 이로 인해, 기판(110)의 전면에서 반사되는 빛의 양이 감소하여 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 또한, 텍스처링 표면으로 인해, 빛이 입사되는 기판(110)과 반사 방지부(130)의 표면적이 증가하여 기판(110)으로 입사되는 빛의 양 또한 증가한다.

에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역이다. 따라서, 제2 도전성 타입의 에미터부(120)는 기판(110) 중 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.

기판(110)과 에미터부(120)와의 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.

에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.

에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑(doping)하여 형성될 수 있고, 반대로 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.

기판(110) 전면의 에미터부(120) 위에 형성된 반사 방지부(130)는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어져 있다. 반사 방지부(130)는 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(1)의 효율을 높인다. 반사 방지부(130)는 단일막 구조 또는 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.

반사 방지부(130)와 그 하부의 에미터부(120)에는 기판(110) 전면의 가장자리 일부를 드러내는 노출부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 따라서, 노출부에 의해 기판(110)의 전면에 형성된 에미터부(120)와 기판(110)의 후면에 형성된 에미터부(120)가 전기적으로 분리된다.

복수의 전면 전극(141)은 기판(110) 전면에 형성된 에미터부(120) 위에 위치하여 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.

복수의 전면 전극(141)은 서로 나란하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.

복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집하여 비아홀(181)을 통해 전기적으로 연결되어 있는 예를 들어, 전자용 집전부인 복수의 전면전극용 집전부(161)로 전달한다.

복수의 전면 전극(141)은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고, 이들 도전성 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질일 수 있다.

기판(110)의 후면에 위치한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 버스 바(bus bar)라고도 불리며, 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 기판(110)의 전면에 위치한 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 뻗어 있으므로, 주로 스트라이프(stripe) 형상을 갖는다.

도 4 및 도 5에 도시한 것처럼, 복수의 비아홀(181)은 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161)가 교차하는 기판(110) 부분에 형성되어 있다. 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161) 중 적어도 하나가 복수의 비아홀(181)을 통해 기판(110)의 전면과 후면 중 적어도 한쪽으로 연장되어 서로 반대쪽에 위치하는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161)가 연결된다. 이로 인해, 복수의 비아홀(181)을 통하여 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(161)는 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.

이러한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 전기적으로 연결된 복수의 전면 전극(141)으로부터 전달되는 전하를 외부 장치로 출력한다.

본 실시예에서, 복수의 전면전극용 집전부(161)는 은(Ag)을 함유하고 있지만, 이와는 달리, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.

기판(110)의 후면 위에 위치한 후면 전극(151)은 인접한 전면전극용 집전부(161)와 이격되게 위치한다.

후면 전극(151)은 복수의 전면전극용 집전부(161)가 형성된 부분을 제외한 기판(110)의 후면 거의 전체면에 위치한다. 또한, 후면 전극(151)는 기판(110) 후면의 가장자리 부분에 위치하지 않을 수 있다.

이러한 후면 전극(151)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.

기판(110)의 후면에 위치한 에미터부(120)는 기판(110)의 후면 일부를 노출하고 복수의 전면전극용 집전부(161)를 에워싸는 복수의 노출부(183)를 구비하고 있다.

이러한 노출부(183)에 의해 전자 또는 정공을 수집하는 복수의 전면전극용 집전부(161)와 정공 또는 전자를 수집하는 후면 전극(151) 간의 전기적인 연결이 끊어져 전자와 정공의 이동이 원활해진다.

후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있지만, 대안적인 실시예에서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.

본 실시예에서, 정공용 집전부인 복수의 후면 전극용 집전부(162)는 기판(110) 후면 위에 위치하고 후면 전극(151)과 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으며, 복수의 전면전극용 집전부(161)와 나란하게 뻗어 있다.

따라서 복수의 후면전극용 집전부(162)는 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하, 예를 들어 정공을 수집하여 외부로 출력한다.

복수의 후면전극용 집전부(162)는 복수의 전면전극용 집전부(161)와 동일한 재료로 이루어져 있으므로, 예를 들어 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다. 하지만 대안적인 실시예에서, 복수의 후면전극용 집전부(162)는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.

본 실시예에서, 전면전극용 집전부(161)의 개수는 2개이고 후면전극용 집전부(162)의 개수는 3개이지만 필요에 따라 가변된다. 또한, 본 실시예에서, 각 후면전극용 집전부(162)는 각 전면전극용 집전부(161)와 같이 정해진 방향으로 길게 연장되어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있다.

이와 같이 복수의 전면전극용 집전부(161)과 복수의 후면전극용 집전부(162)가 위치한 본 실시예에 따른 기판(110)의 후면의 형상은 도 6과 같다.

즉, 이미 설명한 것처럼, 전면전극용 집전부(161)과 후면전극용 집전부(162)가 정해진 간격으로 교대로 배치되어 있어, 전면전극용 집전부(161)과 후면전극용 집전부(162) 사이는 주로 후면 전극(151)이 위치한다. 이 경우, 후면 전극(151)과 전면전극용 집전부(161) 간의 전기적인 절연을 위해 전면전극용 집전부(161)를 따라 노출부(183)가 형성되어 노출부(183)를 통해 기판(110)의 일부가 노출된다. 본 예와 달리, 후면 전극(151)과 후면전극용 집전부(162)는 일부 중첩될 수 있다. 예를 들어, 후면 전극(151) 위에 후면전극용 집전부(162)의 가장자리 일부가 위치하거나 그 반대로 후면전극용 집전부(162) 위에 후면 전극(151)의 일부가 위치할 수 있다. 이 경우, 후면 전극(151)과 후면전극용 집전부(162)와의 접촉 면적이 증가하여 후면 전극(151)과 후면전극용 집전부(162)와의 접촉 저항이 감소하고 안정적인 접촉에 의해 후면 전극(151)에서 후면전극용 집전부(162)로의 전하 전송이 좀더 안정적으로 행해진다.

대안적인 예에서, 각 후면전극용 집전부(162)의 형상은 도 7에 도시한 것처럼, 섬(island) 형태의 복수의 도전체(1621)가 정해진 방향을 따라 정해진 간격으로 배치된 구조를 가진다. 이때, 복수의 도전체(1621) 각각의 단면 형상은 사각형, 삼각형, 원형, 또는 타원형과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 이 경우에도 각 도전체(1621)는 후면 전극(151)과 일부 중첩될 수 있다.

후면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 기판(110)의 후면에 부분적으로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다. 이 후면 전계부(171)는 주로 후면 전극(151)과 접해있는 기판(110)의 후면에 위치하므로, 후면 전극(151)은 후면 전계부(171)를 통해 기판(110)과 전기적으로 연결되어 있다.

기판(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(171) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(171) 쪽으로 정공 이동을 용이하게 한다. 따라서, 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)의 이동을 가속화시켜 후면 전극(151)과 후면전극용 집전부(162)로의 전하 이동량을 증가시킨다.

이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)는 복수의 전면 전극(141)과 연결되는 복수의 전면전극용 집전부(161)를 비입사면인 기판(110)의 후면에 위치시킨 태양 전지로서, 그 동작은 다음과 같다.

태양 전지(1)로 빛이 조사되어 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하여 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가하고 이에 더하여, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.

이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 비아 홀(181)을 통해 연결된 복수의 전면전극용 집전부(161)로 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 후면 전계부(171)를 통해 후면 전극(151)에 의해 수집되어 복수의 후면전극용 집전부(162)로 이동한다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.

다시 도 1 내지 도 3으로 되돌아가면, 복수의 태양 전지(1) 하부에 위치한 하부 보호막(20b)은 상부 보호막(20a)과는 달리 복수의 개구부(21)를 구비하고 있다. 따라서, 상부 보호막(20a)과 하부 보호막(20b)는 서로 다른 구조를 갖고 있다.

복수의 개구부(21)의 위치는 태양 전지(1)에 위치한 복수의 집전부(161, 162)와 대응하며, 각 개구부(21)를 통해 해당하는 집전부(161, 162)의 적어도 일부가 노출된다. 이때, 개구부(21)의 폭은 집전부(161, 162)의 폭보다 작거나 동일하지만, 클 수도 있다.

하부 보호막(20b)과 패턴 형성부(50) 사이에 배치된 절연 시트(30)는 절연 물질로 이루어져 있고, 하부 보호막(20b)과 패턴 형성부(50) 사이를 절연하며, 복수의 개구부(31)를 구비한다. 복수의 개구부(31)의 위치는 하부 보호막(20b)에 형성된 복수의 개구부(21)에 대응하며, 이로 인해, 각 개구부(31)를 통해 해당하는 집전부(161, 162)의 적어도 일부가 노출된다.

이때, 절연 시트(30)에 형성된 개구부(31)의 폭(D2)과 하부 보호막(20b)에 형성된 개구부(21)의 폭(D1)은 도 2에 도시한 것처럼 서로 동일하지만, 이와는 달리 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 절연 시트(30)에 형성된 개구부(31)의 폭(D2)이 하부 보호막(20b)에 형성된 개구부(21)의 폭(D1)보다 크거나 작을 수 있다.

도 1에서 개구부(21, 31)는 마주하는 각 집전부(161, 162)의 길이와 폭과 대응되게 정해진 방향으로 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있다.

하지만, 이와는 달리, 도 8에 도시한 것처럼, 각 개구부(21, 31) 중 적어도 하나는 복수의 구멍(211)이 각 집전부(161, 162)의 연장 방향을 따라 배열되어 있는 구조를 가질 수 있다. 이때, 각 구멍의 단면 형상은 원형, 다각형, 타원형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있고, 배치 간격을 일정하거나 그렇지 않을 수 있다. 또한, 각 구멍의 크기와 개수는 집전부(161, 162)의 폭과 길이에 따라 정해질 수 있다. 이럴 경우, 각 집전부(161, 162)는 복수의 구멍(211)을 통해 노출된다.

패턴 형성부(50)는 복수의 태양 전지(1)를 전기적으로 연결시키고, 태양 전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(1)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 패턴 형성부(50)는, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 후면 시트(52)와 이 후면 시트(52) 위에 위치한 도전성 패턴부(51)를 구비한다.

후면 시트(52)는 FP/PE/FP(fluoropolymer/polyeaster/fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진 얇은 시트로 이루어지지만, 다른 절연 물질로 이루어진 절연 시트일 수 있다.

이러한 후면 시트(52)는 태양 전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(1)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(52)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.

도전성 패턴부(51)는 후면 시트(52) 위에 위치한다. 본 실시예에서, 복수의 도전성 패턴부(51)는 구리(Cu)로 이루어졌지만, 대안적인 실시예에서, 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 니켈(Ni)과 같은 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 도전성 및 태양 전지(1)와의 접촉 특성을 좋게 하기 위해, 도전성 패턴부(51) 위에 도전성 물질을 다시 코팅하여 도전성 패턴부(51) 위에 다른 도전막을 형성할 수 있다. 이때, 도전성 패턴부(51)와 도전막은 서로 같은 도전성 물질로 이루어지거나 도전성 특성이 다른 도전성 물질로 각각 형성될 수 있다. 서로 다른 도전성 물질로 도전성 패턴부(51)와 도전막이 각각 형성될 경우, 도전성 패턴부(51)의 도전성보다 도전막의 도전성이 더 좋을 수 있다. 이 경우, 도전성 패턴부(51)는 알루미늄(Al)이나 니켈(Ni) 등으로 이루어질 수 있고, 도전성 패턴부(51) 위에 코팅된 도전막은 금(Au)이나 은(Ag)일 수 있다.

도전성 패턴부(51)는 각 태양 전지(1)에 형성된 복수의 전면전극용 집전부(161)와 접촉하는 복수의 전면전극용 패턴(511), 복수의 후면전극용 집전부(162)와 접촉하는 복수의 후면전극용 패턴(512), 그리고 이들 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)을 분리하는 분리부(513)를 구비한다. 따라서 분리부(513)가 형성된 부분에는 후면 시트(52)의 절연물질이 노출된다. 이로 인해, 라미네이션 공정이 행해지면 분리부(513)는 후면 시트(52)의 물질인 절연 물질로 채워진다. 분리부(513)의 폭은 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 개수와 면적, 도전성 패턴부(51)가 위치하는 후면 시트(52)의 크기 그리고 행렬로 배열되는 복수의 태양 전지(1) 중에서 인접한 태양 전지(1)간의 간격 등에 따라 조정될 수 있다.

각 패턴(511, 512)은 가로 방향으로 연장하는 주 가지(main branch)(511a, 512a)로부터 세로 방향으로 빗살 형상으로 뻗어 나와 있는 부 가지(sub-branch), 즉 돌출부(511b, 512b)를 갖고 있고, 각 패턴(511, 512)의 돌출부(511b, 512b)는 분리부(513)의 크기(간격)만큼 이격되어 서로 맞물려 있다. 따라서, 동일한 태양 전지(1)에 대응하는 한 쌍의 패턴(511, 512)은 분리부(513)에 의해 서로 전기적으로 절연되어 있다.

또한, 동일한 행에 위치하고 행 방향으로 인접한 두 태양 전지(1)에 대응하는 패턴(511, 512)에서, 하나의 태양 전지(1)에 위치하는 하나의 집전부, 예를 들어, 전면전극용 집전부(161)에 대응하는 전면전극용 패턴(511)과 다른 하나의 태양 전지(1)에 위치하는 다른 하나의 집전부, 예를 들어, 후면전극용 집전부(162)에 대응하는 후면전극용 패턴(512)은 서로 연결되어 있고, 이때 서로 연결되지 않은 나머지 패턴(512, 511)은 행 방향으로 이전에 또는 이후에 위치한 다른 태양 전지(1)에 대응하는 다른 종류의 패턴(511, 512)과 연결되어 있다.

이에 더하여, 서로 다른 행에 위치하고, 첫 번째 열 또는 마지막 열에서 열 방향으로 인접한 두 태양 전지(1)에 대응하는 패턴(511, 512)에서, 서로 다른 태양 전지(1)에 각각 위치하는 서로 다른 집전부(161, 162)에 대응하는 서로 다른 패턴(511, 512)은 연결되어 있고, 이때 서로 연결되지 않은 패턴(512, 511)은 행 방향으로 이전 또는 이후에 위치한 다른 태양 전지(1)에 대응하는 다른 종류의 패턴(511, 512)과 연결되어 있다.

도전성 패턴부(51)에서 다른 종류의 패턴(511, 512)과 연결되지 않은 서로 다른 종류의 패턴(511, 512)은 별도의 도선이나 도전성 테이프를 통하여 패턴 형성부(50)의 이면(하부)에 배치한 정션 박스(junction box, 도시하지 않음)과 같은 외부 장치와 연결되어 있다.

이로 인해, 절연 시트(30) 및 하부 보호막(20b)의 개구부(31, 21)를 통해 노출되는 각 태양 전지(1)의 복수의 전면전극용 집전부(161)는 각 도전성 패턴부(51)의 전면 전극용 패턴(511)과 마주하고, 절연 시트(30)와 하부 보호막(20b)의 개구부(31, 21)를 통해 노출되는 각 태양 전지(1)의 복수의 후면전극용 집전부(162)는 각 도전성 패턴부(51)의 후면 전극용 패턴(512)과 마주한다.

도 3에 도시한 것처럼, 전면전극용 패턴(511)의 돌출부(511b)의 폭(w1)은 모두 동일하며, 후면전극용 패턴(512)의 돌출부(512b)의 폭(w2)은 모두 동일하다. 도 3에서, 전면전극용 패턴(511)의 돌출부(511b)의 폭(w1)은 후면전극용 패턴(512)의 돌출부(512b)의 폭(w2)보다 크지만, 이에 한정되지 않는다.

즉, 전면전극용 패턴(511)의 돌출부(511b)의 폭(w1)과 후면전극용 패턴(512)의 돌출부(512b)의 폭(w2)은 서로 동일하거나 폭(w1)이 폭(w2)보다 클 수 있다. 패턴(511, 512)의 돌출부(511b, 512b)의 폭(w1, w2) 크기는 전면전극용 집전부(161)와 후면전극용 집전부(162)의 개수에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 집전부(161, 162)의 개수가 많을수록 패턴(511, 512)의 각 돌출부(511b, 512b)를 통해 흐르는 전류의 양이 적어진다. 따라서 흐르는 전류의 양, 즉 부하의 양이 감소할수록 돌출부(511b, (512b)의 폭(w1, w2)은 작아진다. 본 실시예에서, 전면전극용 집전부(161)의 개수는 2개이고 후면전극용 집전부(162)의 개수는 3개이므로, 전면전극용 패턴(511)의 폭(w1)이 후면전극용 패턴(512)의 폭(w2)보다 크다. 그리고, 전면전극용 패턴(511)의 면적에 대한 후면전극용 패턴(512)의 면적의 비는 약 0.6~1: 약 1~0.6이다. 이 면적 비 범위 내에서, 좀더 원활하게 패턴(511, 512)으로 전달되는 전하를 전송할 수 있고, 도전성 패턴부(51)의 크기(예, 장축의 폭)에 맞게 좀더 적절히 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 크기가 정해질 수 있다.

전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 각 두께는 약 25㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 이때, 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 각 두께가 약 25㎛ 이상일 경우, 원하는 크기의 전도도가 얻어져 패턴(511, 512)의 두께를 크게 증가시키지 않아도 된다. 또한, 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 각 두께가 약 50㎛ 이하이면, 식각 등을 통한 패턴 형성의 어려움을 좀더 감소시키면서 태양 전지(1)의 해당 부분과의 접촉이 좀더 원활하게 이루어질 수 있으며, 라미네이션 공정 시 후면 시트(52)의 물질이 분리부(513)를 채울 때, 분리부(513)가 너무 깊지 않기 때문에, 즉, 분리부(513)의 두께가 너무 높지 않기 때문에 분리부(513)는 좀더 안정적으로 절연 물질로 채워져 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 전기적인 절연이 좀더 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한, 복수의 개구부(21, 31)를 통해 드러나는 복수의 집전부(161, 162) 각각과 접촉하는 복수의 돌출부(511b, 512b)에 대한 저항은 주로 각 패턴(511, 512)의 돌출부(511b, 512b)의 단면적(폭×높이)과 길이에 관련된다. 즉, 단면적이 증가할수록 각 돌출부(511b, 512b)의 저항값은 감소하고 길이가 증가할수록 저항값은 증가한다.

따라서 각 돌출부(511b, 512b)를 통한 전하의 전송을 원활히 실행하기 위해, 각 돌출부(511b, 512b)의 저항값은 설정값 이하를 유지해야 한다, 즉, 각 돌출부(511b, 512b)의 저항값이 설정값을 초과할 경우, 각 돌출부(511b, 512b)의 저항으로 인하여 전하의 전송이 정상적으로 행해지지 않는다. 본 실시예에서, 설정값, 즉 저항의 최대값은 약 0.01179Ω이고, 각 돌출부(511b, 512b)가 최대값 이하의 저항값을 갖기 위해서 각 돌출부(511b, 512b)는 약 22.5×10-8㎡이상의 단면적을 가져야 한다. 이러한 저항의 최대값은 태양 전지(1)의 복수의 전면전극용 집전부(161)와 후면전극용 집전부(162) 위에 부착되어 복수의 태양 전지(1)의 전기적인 연결을 실시하는 리본(ribbon)과 같은 별도의 도전성 테이프의 저항값에 기초한다. 즉 각 태양 전지(1)에 부착되는 리본의 저항값 이하로 각 돌출부(511b, 512b)의 저항값이 유지되어야 정상적인 태양 전지(1)의 전기적인 흐름이 유지된다.

이때, 각 돌출부(511b, 512b)의 길이는 태양 전지(1)의 길이에 따라 정해지고, 복수의 돌출부(511b, 512b)의 길이는 실질적으로 동일하다. 따라서 각 돌출부(511b, 512b)의 두께와 폭(w1, w2)의 크기를 적절히 조정하여, 원하는 크기 이상의 단면적을 유지하도록 한다. 이때, 태양 전지(1)의 길이는 집전부(161, 162)의 연장 방향을 따라서 측정된 태양 전지(1)의 길이이다.

이를 위해, 각 패턴(511, 512)의 돌출부(511b, 512b)의 폭(w1, w2)은 약 2.1㎜ 내지 약 8.6㎜이다. 이때, 패턴부(51)가 구리(Cu)로 형성되어 있을 경우, 각 돌출부의 비저항값은 약 1.72×10-8 (Ω/m)으로 일정하다.

예로서, 도전성 패턴부(51)가 구리로 이루어져 있고, 집전부(161, 162)가 연장하는 방향을 따라 측정된 각 태양 전지(1)의 길이가 약 156㎜일 경우, 돌출부(511b, 512b)의 폭(w1와 w2 중 적어도 하나)이 약 6.4㎜일 때, 두께는 약 35㎛일 수 있다.

이와 같이, 각 돌출부(511b, 512b)의 폭(w1, w2)과 높이를 조정하여, 각 돌출부(511b, 512b)는 기준치 이상의 단면적을 갖게 되어 안정적인 전하의 출력이 이루어진다.

도 2에 도시한 것처럼, 절연 시트(30)의 개구부(31) 위에 도전성 접착부(54)가 위치한다. 이 도전성 접착부(54)는 라미네이션 공정 시 인가되는 열에 의해 개구부(31, 21)로 유입된다. 이로 인해, 절연 시트(30)와 하부 보호막(20b)의 개구부(31, 21)에 위치한 도전성 접착부(54)에 의해 개구부(21, 31)를 통해 노출된 해당 집전부(161, 162)와 도전성 패턴부(51)는 서로 접촉한다.

도전성 접착부(54)는 도전성 접착 필름, 도전성 페이스트(conductive paste), 도전성 에폭시(conductive epoxy) 등으로 이루어질 수 있다.

도전성 접착 필름은 수지 및 수지 내에 분산된 도전성 입자를 포함할 수 있다. 수지는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단 접착 신뢰성을 높이기 위해서 수지는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.

수지는 열 경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 공지의 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다.

예를 들면, 수지는 도전성 패턴부(51)와 태양 전지(1)와의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 도전성 입자의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.

그리고 도전성 입자는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 주성분으로 포함할 수 있으며, 금속 입자만으로 이루어지거나, 금속 피복 수지 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 구성의 도전성 접착 필름은 박리 필름을 더 포함할 수 있다.

도전성 입자의 압축 응력을 완화하고 접속 신뢰성을 향상시키기 위해서는 도전성 입자로 금속 피복 수지 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

분산성을 향상시키기 위해 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 갖는 것이 바람직하다.

수지가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지 내에 분산되는 도전성 입자의 배합량은 도전성 접착 필름의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다. 도전성 입자의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 전면 전극과의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.

이로 인해, 후면 시트(52) 위에 위치한 도전성 패턴부(51)의 각 전면전극용 패턴(511)의 돌출부(511b)는 해당 도전성 패턴부(51)에 대응하는 태양 전지(1)의 전면전극용 집전부(161)과 전기적으로 연결되고, 패턴 형성부(50) 위에 형성된 각 도전성 패턴부(51)의 후면전극용 패턴(512)의 돌출부(512b)는 해당 도전성 패턴부(51)에 대응하는 태양 전지(1)의 후면전극용 집전부(162)과 전기적으로 연결된다.

이미 설명한 것처럼, 각 태양 전지(1)에 대응하는 전면전극용 패턴(511)의 돌출부(511b)는 주 가지(511a)에 의해 서로 연결되고 있고, 또한 각 태양 전지(1)에 대응하는 후면전극용 패턴(512)의 돌출부(512b)도 주 가지(512a)에 의해 서로 연결되어 있으므로 각 태양 전지(1)에 위치한 복수의 전면전극용 집전부(161)는 전면전극용 패턴(511)에 의해 서로 연결되고 있고, 마찬가지로 각 태양 전지(1)에 위치한 복수의 후면 전극용 집전부(162)는 후면전극용 패턴(512)에 의해 서로 연결되고 있다.

또한, 이미 설명한 것처럼, 도전성 패턴부(51)의 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)의 연결 상태와 분리부(513)의 형성 위치에 의해, 복수의 태양 전지(1)는 직렬 연결이 이루어진다. 이미 설명한 것처럼, 도전성 패턴부(51)의 서로 다른 패턴(511, 512)이 외부 장치와 연결되어 있으므로, 직렬로 연결된 복수의 태양 전지(1)로부터 출력되는 전하가 외부 장치로 출력되어 전류가 흐른다.

이러한 실시예에 따르면, 별도의 리본을 이용하여 태양 전지(1)를 전기적으로 연결하는 대신에, 별도의 도전성 패턴부(51)를 구비한 패턴 형성부(50)에 의해 복수의 태양 전지(1)의 전기적인 연결이 자동으로 행해진다.

즉, 패턴 형성부(50) 위에 절연 시트(30)를 배치하고 절연 시트(30)의 해당 위치에 도전성 접착부(54)를 위치시킨 후 절연 시트(30) 위에 하부 보호막(20b)를 배치한다.

그런 다음, 복수의 태양 전지(1)를 일정한 간격으로 배치하고 복수의 태양 전지(1) 위에 상부 보호막(20a)을 정렬하고, 그 위에 투명 부재(40)를 배치한다

이후, 라미네이션 공정을 실시하여 이들 부품들을 일체화한다. 즉, 라미네이션 공정 시 인가되는 열에 의하면, 상부 및 하부 보호막(20a, 20b)이 녹아 각 부품 사이의 공간을 채우게 되어, 투명 부재(40), 상부 보호막(20a), 복수의 태양전지(1), 하부 보호막(20b), 절연 시트(30), 패턴 형성부(50)가 접합되어 일체화된다. 따라서, 라미네이션 공정에 의해 보호막(20a, 20b)가 하나의 보호 부재로 되어, 복수의 태양 전지(1)들은 보호 부재 즉, 에바(EVA)로 에워싸여져 외부로부터의 충격이나 수분 등으로 보호된다.

이러한 라미네이션 공정 시 도전성 접착부(54) 역시 열에 의해 개구부(21, 31)를 채우게 되고, 이 도전성 접착부(54)에 의해 태양 전지(1)의 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)는 패턴 형성부(50)의 도전성 패턴부(51)와 연결된다.

이로 인해, 리본을 재단한 후 복수의 태양 전지(1)의 집전부(161, 162) 위에 리본을 부착해야 하는 작업 대신에, 원하는 패턴을 갖는 도전성 패턴부(51)에 의해, 라미네이션 공정이 완료되면 자동으로 복수의 태양 전지(1)의 전기적인 연결이 행해지므로 태양 전지 모듈(100)의 제조 시간이 감소하여 태양 전지 모듈의 생산 효율이 향상된다.

도 1 및 도 2에서 도전성 패턴부(51)가 후면 시트(52)와 일체형으로 제조되어, 하나의 부품으로 패턴 형성부(50)가 제조된 경우를 도시한 예이다. 이 경우, 후면 시트(52) 위에 구리(Cu) 등을 이용한 도전막을 형성한 후, 건식 식각법 또는 습식 식각법 등으로 이용하여 도전막을 원하는 형태로 패터닝하여 후면 시트(52) 위에 형성된 도전성 패턴부(51)를 형성한다.

하지만, 이와는 달리, 도전성 패턴부(51)와 후면 시트(52)는 별개의 부품으로 제조될 수 있다. 이 경우, 별개의 부품인 시트 형태의 후면 시트(52) 위에 이미 원하는 형상으로 패터닝되어 있는 시트 형태의 도전성 패턴부(51)를 배치한다. 이 때 도전성 패턴부(51)의 배치 위치는 하부 보호막(20b)과 절연 시트(30)의 각 개구부(21, 31)의 위치를 고려하여 정해진다. 이로 인해, 도전성 패턴부(51)와 후면 시트(52)이 별개의 부품으로 제조될 경우, 후면 시트(52)만이 후면 시트로서 작용한다.

또한, 대안적인 예에서, 절연 시트(30) 역시 패턴 형성부(50)와 일체형으로 제작될 수 있다. 이 경우, 패턴 형성부(50)는 절연 시트(30), 도전성 패턴부(51) 및 후면 시트(52)로 이루어진다.

또한, 도 2에서, 도전성 접착부(54)는 절연 시트(30) 위에 배치되지만, 이와는 달리, 후면 보호막(20b) 위에 또는 절연 시트(30)와 도전성 패턴부(51) 위에 배치될 수 있다. 도전성 접착부(54)가 후면 보호막(20b) 위에 배치될 경우, 개구부(21) 위에 배치될 수 있고, 도전성 접착부(54)가 도전성 패턴부(51) 위에 배치될 경우, 절연 시트(30)의 개구부(31)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

프레임(60)은 일체화된 부품(50, 31, 20b, 1, 20a, 40)을 수납한다. 프레임(60)은 절연 물질로 코팅되어 있는 알루미늄 등과 같이 외부 환경으로 인한 부식과 변형 등이 발생하지 않는 물질로 이루어지고, 배수, 설치 및 시공이 용이한 구조를 갖고 있다.

도 3에서, 각 돌출부(511b, 512b)의 모서리는 각진 형상을 갖고 있다. 하지만, 이와는 달리, 다른 예에서, 도 9에 도시한 것처럼, 각 돌출부(511b, 512b)의 모서리는 곡면 형상을 갖는다. 각 돌출부(511b, 512b)의 모서리가 각이 질 경우, 각 돌출부(511b, 512b)의 각진 부분으로 전하 쏠림 현상이 발생하여 각 돌출부(511b, 512b)에서의 전하가 균일하게 분포하지 않고 이로 인해 아크(arc) 발생 등과 같은 문제를 감소시킨다. 하지만 도 9에 도시한 것처럼, 돌출부(511b, 512b)의 모서리를 곡면 형상으로 처리하여 전하 분포를 균일하게 함으로써, 아크 발생 등과 같은 전기적인 문제가 줄어든다.

다음, 도 10 및 도 11를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 대하여 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시한 태양 전지 모듈의 부분 단면도로서, 라미네이션 공정이 행해지기 전의 단면도이다.

도 1 및 2에 도시한 태양 전지 모듈(100)과 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지 모듈(100)에서, 패턴 형성부(50)가 하부 보호막(20b) 하부에 위치한 것에 비해, 도 10에 도시한 태양 전지 모듈(100a)에서 패턴 형성부(50a)는 하부 보호막(20b1) 위에 배치된다. 따라서, 도 1 및 도 2와 비교할 때, 하부 보호막(20b1)의 배치 순서와 형상이 상이하다.

이러한 태양 전지 모듈(100a)에 대하여 좀더 자세히 설명한다.

도 10 및 도 11에 도시한 것처럼, 태양 전지 모듈(100a)는 행렬 형태로 배열된 복수의 태양 전지(1), 복수의 태양 전지(1) 위에 위치하는 상부 보호막(20a), 복수의 태양 전지(1) 하부에 위치하는 절연 시트(30), 절연 시트(30) 하부에 배치된 패턴 형성부(50a), 그리고 패턴 형성부(50a) 하부에 순차적으로 배치된 하부 보호막(20b1)과 후면 시트(53)를 구비한다.

이미 설명한 것처럼, 절연 시트(30)는 복수의 태양 전지(1) 바로 밑에 위치한다는 것을 제외하면, 도 1 및 도 2에 도시한 복수의 개구부(31)를 구비한 절연 시트(30)와 그 기능과 구조는 동일하다.

패턴 형성부(50a)는, 이미 설명한 것처럼, 복수의 태양 전지(1)를 전기적으로 연결시키고, 이를 위해, 절연 물질로 이루어진 절연 필름(52a)과 이 절연 필름(52a) 위에 위치한 도전성 패턴부(51)를 구비한다.

따라서, 도 11에 도시한 것처럼, 절연 시트(30)의 개구부(31) 위에 도전성 접착부(54)가 위치함에 따라, 이전 실시예에서 이미 설명한 것처럼, 도전성 접착부(54)를 통해 태양 전지(1)의 전면전극용 집전부(161) 및 후면전극용 집전부(162)와 도전성 패턴부(51)의 전면전극용 패턴(511)과 후면전극용 패턴(512)이 서로 연결되어, 복수의 태양 전지(1)의 전기적인 연결이 행해진다.

이러한 패턴 형성부(50a)의 도전성 패턴부(51)의 구조는 이미 설명한 패턴 형성부(50)의 도전성 패턴부(51)와 동일하다.

하부 보호막(20b1)은 복수의 태양 전지(1)의 전기적인 연결을 수행하는 패턴 형성부(50a) 하부에 위치하므로 도 1 및 도 2의 하부 보호막(20b)과 달리 복수의 개구부는 구비하지 않는다. 따라서, 도 10 및 도 11에 도시한 상부 보호막(20a)과 하부 보호막(20b)의 형상은 동일하다. 이러한 구조적인 차이를 제외하면, 하부 보호막(20b1)는 도 1 및 도 2에 도시한 하부 보호막(20b)과 동일한 재료로 이루어져 있고 같은 기능을 수행한다.

후면 시트(53) 역시 도 1 및 도 2에 도시한 후면 시트(52)와 같이 태양 전지 모듈(100a)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(1)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(53)는 EP/PE/FP(fluoropolymer/polyeaster/fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진다.

하지만, 도 12의 (a)나 (b)에 도시한 것처럼, 절연 시트(30)는 다른 예에서 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)를 노출하는 복수의 개구부(31) 이외에도 복수의 홀(hole)(32)을 구비한 다공성 패턴을 구비한다.

이때, 각 홀(32)의 단면 형상은 도 12의 (a)에 도시한 것처럼, 원형이지만, 이와는 달리 다각형 형상이나 타원형 형상과 같이 다양한 형상을 가질 수 있고, 홀(32)은 일정한 간격으로 형성되거나 일정하지 않은 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 각 홀(32)의 직경은 모두 동일하거나 적어도 두 개의 다른 직경을 가질 수 있다.

각 홀(32)의 단면이 사각형 형상을 가질 경우, 도 12의 (b)에 도시한 것처럼, 절연 시트(30)는 그물망 형상의 패턴을 가질 수 있다.

도 12의 (a)와 (b)에서, 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)를 노출하는 복수의 개구부(31)는 스트라이프 형상으로 형성되었지만, 이미 도 8를 참고로 하여 설명한 것처럼, 각 개구부(31) 역시 원형, 다각형, 또는 타원형의 단면 형상을 갖고 집전부(161, 162)를 따라가면서 형성된 복수의 구멍(211)으로 이루어질 수 있다. 이런 경우, 절연 시트(30)는 도 13의 (a)나 (b)에 도시한 패턴을 가질 수 있다.

이러한 다공성 패턴은 절연 필름(52a)도 가질 수 있다. 이 경우 절연 필름(52a)에는 복수의 전면전극용 집전부(161)와 복수의 후면전극용 집전부(162)를 노출하는 복수의 개구부(21 또는 31)를 구비하지 않으므로, 절연 필름(52a)의 전체에 복수의 홀(32)이 정해진 패턴으로 형성된다. 절연 필름(52a)이 다공성 패턴을 가질 경우의 예를 도 13의 (a)와 (b)와 같을 수 있다.

또한, 도전성 패턴부(51) 역시 복수의 홀(32)을 갖는 다공성 패턴을 가질 수 있다. 도전성 패턴부(51)가 다공성 패턴을 가질 경우의 예를 도 14 및 도 15에 도시한다. 이미 설명한 것처럼, 홀(32)은 타원, 다각형 또는 타원형을 가질 수 있고, 홀(32)간의 간격과 각 홀(32)의 직경은 동일하거나 다를 수 있다.

이와 같이, 절연 시트(30), 절연 필름(52a) 및 도전성 패턴부(51) 중 적어도 하나가 복수의 홀(32)을 구비한 다공성 패턴을 가질 경우, 라미네이션 공정 시 열에 의해 보호막(20a, 20b1)이 녹아 하나의 보호 부재로 되어 복수의 태양 전지(1)들을 에워쌀 경우, 하부 보호막(20b1)의 물질이 복수의 홀(32)을 통해 좀더 원활하게 복수의 태양 전지(1) 쪽으로 이동하여 좀더 안정적이고 용이하게 밀봉 동작을 실행할 수 있게 된다.

패턴 형성부(50)와 동일하게, 패턴 형성부(50a)의 절연 필름(52a)과 도전성 패턴부(51)는 일체형으로 제작되거나 별개의 부품으로 제작될 수 있다.

이미 설명한 거서럼, 도 11에서 도전성 접착부(54)는 절연 시트(30) 위에 배치되지만, 절연 시트(30)와 도전성 패턴부(51) 위에 배치될 수 있다. 도전성 접착부(54)가 도전성 패턴부(51) 위에 배치될 경우, 절연 시트(30)의 개구부(31)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

이와 같이 도전성 패턴부(51)를 구비한 패턴 형성부(50a)에 의해 복수의 태양 전지(1)의 전기적인 연결은 좀더 용이하고 신속하게 행해진다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (26)

  1. 빛이 입사되지 않은 쪽에 위치한 복수의 제1 집전부와 복수의 제2 집전부를 각각 구비한 복수의 태양 전지,
    상기 복수의 태양 전지의 입사면 쪽에 위치한 제1 보호막,
    상기 제1 보호막 위에 위치하는 투명 부재, 그리고
    상기 복수의 태양 전지의 비입사면 쪽에 위치한 도전성 패턴부
    를 포함하고,
    상기 도전성 패턴부의 평면 형상은 상기 복수의 제1 집전부와 연결되는 복수의 제1 돌출부를 구비한 제1 패턴과 상기 복수의 제2 집전부와 연결되는 복수의 제2 돌출부를 구비한 제2 패턴을 갖고 있고,
    상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제1 돌출부 사이 그리고 상기 복수의 제2 집전부와 상기 복수의 제2 돌출부 사이에 위치한 도전성 접착부에 의해 상기 복수의 제1 집전부는 상기 복수의 제1 돌출부와 연결되고, 상기 복수의 제2 집전부는 상기 복수의 제2 돌출부와 연결되고,
    상기 복수의 태양 전지와 상기 도전성 패턴부 사이에 복수의 개구부를 구비한 절연 시트를 더 구비하고, 상기 절연 시트에 구비된 복수의 개구부를 통해 상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제1 돌출부 사이 및 복수의 제2 집전부와 상기 복수의 제2 돌출부 사이는 서로 전기적으로 연결되는
    태양 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 각각 25㎛ 내지 50㎛의 두께를 갖는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 돌출부와 상기 복수의 제2 돌출부 각각은 0.01179Ω 이하의 저항값을 갖는 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 돌출부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 돌출부 각각의 폭은 서로 동일한 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 돌출부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 돌출부 각각의 폭은 서로 상이한 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 패턴의 면적에 대한 상기 복수의 제2 패턴의 면적의 비는 0.6~1: 1~0.6인 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 패턴과 상기 복수의 제2 패턴에서, 인접한 제1 패턴과 제2 패턴은 절연 물질에 의해 분리되어 있는 태양 전지 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 도전성 패턴부 하부에 위치한 후면 시트를 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 복수의 태양 전지와 상기 도전성 패턴부 사이에 위치한 제2 보호막을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 제2 보호막은 상기 복수의 제1 집전부와 상기 복수의 제2 집전부를 드러내는 복수의 제1 개구부를 구비하고 있는 태양 전지 모듈.
  11. 삭제
  12. 제1항에서,
    상기 절연 시트는 상기 복수의 제1 개구부에 대응하게 위치하는 복수의 제2 개구부를 구비하는 태양 전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 제1 개구부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 개구부 각각의 폭은 서로 동일한 태양 전지 모듈.
  14. 제12항에서,
    상기 복수의 제1 개구부 각각의 폭과 상기 복수의 제2 개구부 각각의 폭은 서로 다른 태양 전지 모듈.
  15. 제8항에서,
    상기 도전성 패턴부와 상기 후면 시트 사이에 위치한 제2 보호막을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에서,
    상기 절연 시트는 상기 복수의 개구부가 위치하지 않은 부분에 형성된 복수의 홀을 더 구비하는 태양 전지 모듈.
  19. 제15항에서,
    상기 도전성 패턴부와 상기 제2 보호막 사이에 위치한 절연 필름을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  20. 제19항에서,
    상기 절연 필름은 복수의 홀을 구비한 태양 전지 모듈.
  21. 제15항에서,
    상기 도전성 패턴부는 복수의 홀을 구비한 태양 전지 모듈.
  22. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 복수의 제1 돌출부와 상기 복수의 제2 돌출부는 곡면 형상의 모서리를 갖고 있는 태양 전지 모듈.
  23. 제1항에서,
    상기 도전성 접착부는 도전성 접착 필름, 도전성 페이스트(paste) 또는 도전성 에폭시(epoxy)로 이루어져 있는 태양 전지 모듈.
  24. 제23항에서,
    상기 도전성 접착 필름은 수지 및 수지 내에 분산된 도전성 입자를 포함하는 태양 전지 모듈.
  25. 제24항에서,
    상기 수지는 열경화성 수지인 태양 전지 모듈.
  26. 제24항에서,
    상기 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 갖는 태양 전지 모듈.
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