KR101733055B1 - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 이러한 태양 전지는 제1 도전성 타입의 결정질 반도체 기판, 상기 제1 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입의 갖고 상기 결정질 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부, 상기 에미터부 위에 위치하고 실리콘 질화물로 이루어져 있는 제1 반사 방지막, 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하는 실리콘 산화물로 이루어져 있는 제2 반사 방지막, 상기 에미터부에 연결되어 있는 제1 전극부, 그리고 상기 기판과 연결되어 있는 제2 전극부를 포함하고, 상기 제1 반사 방지막은 2.05 내지 2.15의 굴절률과 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 갖고, 상기 제2 반사 방지막은 1.5 내지 1.7의 굴절률과 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 갖는다. 이로 인해, 제1 및 제2 반사 방지막에 의해 빛의 반사도가 감소하므로, 태양 전지로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지의 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 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 태양 전지 모듈은 기판과 상기 기판 위에 위치하는 반사 방지부를 구비한 복수의 태양 전지, 상기 복수의 태양 전지를 에워싸고 있고, 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어진 보호 부재, 그리고 상기 보호 부재 상부에 위치하는 투명 부재를 포함하고, 상기 반사 방지부는 상기 기판 위에 위치하고, 실리콘 질화물로 이루어지며, 2.05 내지 2.15의 굴절률을 갖는 제1 반사 방지막 그리고 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고, 실리콘 산화물로 이루어지며, 1.5 내지 1.7의 굴절률을 갖는 제2 반사 방지막을 포함한다.
상기 제1 반사 방지막은 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 갖고, 상기 제2 반사 방지막은 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 갖는 것이 좋다.
상기 복수의 태양 전지 각각은 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 더 포함하고, 상기 에미터부는 불순물 도핑 두께가 서로 상이한 제1 에미터 부분과 제2 에미터 부분을 구비하는 것이 좋다.
상기 복수의 태양 전지 각각은 상기 에미터부와 연결되어 있는 전극부를 더 포함하고, 상기 전극부는 상기 제1 에미터 부분과 연결되어 있고, 상기 반사 방지부는 상기 제2 에미터 부분과 연결될 수 있다.
상기 제1 에미터 부분의 불순물 도핑 두께는 상기 제2 에미터 부분의 불순물 도핑 두께보다 큰 것이 좋다.
상기 제1 에미터 부분의 면저항값은 상기 제2 에미터 부분의 면저항값보다 작은 것이 좋다.
상기 기판의 표면에서부터 상기 제1 에미터 부분과 상기 기판과의 p-n 접합면까지의 최단 거리는 상기 기판의 표면에서부터 상기 제2 에미터 부분과 상기 기판과의 p-n 접합면까지의 최단 거리보다 긴 것이 좋다.
상기 기판은 단결정 실리콘 기판인 것이 좋다.
상기 기판은 텍스처링 표면을 갖는 것이 바람직하다.
상기 보호 부재의 굴절률은 상기 제2 반사 방지막의 굴절률보다 작을 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 복수의 태양 전지를 에워싸고 있는 보호 부재가 실리콘 수지로 이루어져 있으므로 복수의 태양 전지 내부로 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양 전지 모듈의 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 제1 및 제2 반사 방지부의 굴절률 변화와 두께 변화에 따라 빛의 파장대에 따른 빛의 반사도를 도시한 그래도이다.
도 4는 제1 및 제2 반사 방지부의 굴절률 변화와 두께 변화에 따라 빛의 파장대에 따른 내부 양자 효율을 도시한 그래도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지(1)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'라 함]에 위치한 에미터부(emitter region)(121), 에미터부(121) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 에미터부(121)와 연결되어 있는 전면 전극부(140), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(rear surface)'이라 함]에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(BSF region)(171), 그리고 기판(110)의 후면 위에 위치하는 후면 전극부(150)를 구비한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입을 함유하고 있고 단결정 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링(texturing)되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다. 편의상 도 1에서, 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.
이때, 텍스처링 표면을 주로 알카리 용액(alkaline solution)을 이용하여 형성되며, 복수의 요철은 불규칙한 폭과 높이를 갖고 있다. 이때, 형성되는 각 요철의 폭과 높이는 수십 ㎛일 수 있다.
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(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입의 불순물이 기판(110)에 도핑된 영역으로, 빛이 입사되는 면, 즉, 기판(110)의 전면에 위치한다. 따라서 제2 도전성 타입의 에미터부(121)는 기판(110) 중 제1 도전성 타입 부분과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 에미터부(121)는 서로 다른 불순물 도핑 두께(즉, 불순물 도핑 농도)를 갖는 제1 에미터 부분(1211)과 제2 에미터 부분(1222)을 구비한다.
본 실시예에서, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 두께는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 두께보다 커, 제1 에미터 부분(1211)의 불순물 도핑 농도는 제2 에미터 부분(1212)의 불순물 도핑 농도보다 크다. 예를 들어, 제1 에미터 부분(1211)은 기판(110)의 표면으로부터 약 400㎚ 내지 700㎚의 두께를 가질 수 있고, 제2 에미터 부분(1211)은 기판(110)의 표면으로부터 약 200㎚ 내지 500㎚의 두께를 가질 수 있다.
이처럼, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께가 서로 상이하므로, 기판(110)의 표면에서부터 제1 에미터 부분(1211)과 상기 기판(110)과의 p-n 접합면(제1 접합면)까지의 거리와 기판(110)의 표면에서부터 제2 에미터 부분(1212)과 기판(110)과의 접합면(제2 접합면)까지의 거리는 서로 상이하다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 표면에서부터 제1 접합면까지의 최단 거리(d1)는 기판(110)의 표면에서부터 제2 접합면까지의 최단 거리(d2)보다 길다.
또한, 기판(110) 내에서 제1 접합면과 제2 접합면은 동일선 상에 위치하여, 기판(110)의 후면에서부터 제1 접합면까지의 제1 최단 거리와 기판(110)의 후면에서부터 제2 접합면까지의 제2 최단 거리는 동일하다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면의 각 요철의 높이 차이로 인한 오차 범위 내에서 제1 최단 거리와 제2 최단 거리는 동일하다.
또한, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 불순물 도핑 두께 차이로 인해, 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)의 면저항값(sheet resistance) 역시 서로 상이하다. 일반적으로 면저항값은 불순물 도핑 두께에 반비례하므로, 불순물 도핑 두께가 두꺼운 제1 에미터 부분(1211)의 면저항값이 제2 에미터 부분(1222)의 면저항값보다 적다. 예를 들어, 제1 에미터 부분(1211)의 면 저항값은 약 30Ω/sq. 내지 70Ω/sq.이고, 제2 에미터 부분(1212)의 면 저항값은 약 80Ω/sq. 내지 150Ω/sq.일 수 있다.
이때, 에미터부(121)의 면저항값을 p-n 접합 부분에서의 전류 손실량과 전면 전극부(140)과의 접촉 저항 등을 고려하여 정해질 수 있다.
이때, 기판(110)으로의 불순물 확산에 의해 에미터부(121)가 형성되므로 기판(110)과 에미터부(121)의 접합면은 평탄면이 아니라 기판(110)의 텍스처링 표면 형상에 영향을 받아 요철면을 갖는다.
기판(110)과 에미터부(121)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(121)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(121) 쪽으로 이동한다.
에미터부(121)는 기판(110), 즉, 기판(110)의 제1 도전성 부분과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110) 후면 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(121)쪽으로 이동한다.
에미터부(121)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(121)는 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
반사 방지부(130)는 에미터부(121) 위에 위치한 제1 반사 방지막(131)과 제1 반사 방지막(131) 위에 위치하는 제2 반사 방지막(132)을 구비한다. 이때, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)은 제1 에미터 부분(1211)의 일부 위에도 위치하지만 주로 제2 에미터 부분(1212) 위에 위치한다.
본 실시예에서, 제1 반사 방지막(131)은 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어져 있고, 제2 반사 방지막(132)는 실리콘 산화물(SiOx:H)로 이루어져 있다.
제1 반사 방지막(131)은 기판(110)의 표면 및 그 근처에 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 페시베이션 기능(passivation function)을 주로 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
제2 반사 방지막(132)은 빛의 반사 방지 기능을 주로 실행하고, 또한, 하부에 위치하는 제1 반사 방지막(131)에 함유된 수소(H)가 상부 쪽으로 이동하는 것을 방해하고, 또한, 실리콘 산화물(SiOx:H)에 함유된 수소 역시 패시베이션 기능에 기여하므로, 패시베이션 효율을 더욱 향상시킨다.
이때, 기판(110)의 텍스처링 표면 위에 위치하는 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132) 역시 기판(110)과 유사하게 복수의 요철을 구비한 텍스처링 표면을 갖게 된다. 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)이 기판(110) 위에 순차적으로 위치하므로, 제1 및 제2 반사 방지막(131. 132)에 형성된 각 요철의 폭과 높이는 기판(110)에 형성된 각 요철의 폭과 높이와 거의 유사하거나 더 큰 값을 갖는다.
이미 설명한 것처럼, 기판(110)에 형성된 각 요철의 폭과 높이가 수십 ㎛이므로, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 각 요철 역시 수십 ㎛ 또는 그 이상이므로, 외부로부터 제2 및 제1 반사 방지막(132, 131)으로 입사되는 빛은 제2 및 제1 반사 방지막(132, 131)에 형성된 복수의 요철에 의해 반사되어 복수의 반사 동작이 행해지며 기판(110) 내부로 입사된다.
이미 설명한 것처럼, 제2 반사 방지막(132)은 실리콘 산화물(SiOx:H)로 이루어져 있어 제2 반사 방지막(132)에 빛이 부딪혀 반사되어도 제2 반사 방지막(132) 내부로 흡수되지 않는다. 하지만, 제1 반사 방지막(131)은 실리콘 질화물로 이루어져 있어 빛이 실리콘 질화물에 부딪칠 때마다 제1 반사 방지막(131)으로 흡수된다.
따라서, 위에서 기재한 것처럼 기판(110)의 전면으로 입사한 빛이 텍스처링 표면에 의해 실리콘 질화막인 제1 반사 방지막(131)에 복수 번 부딪쳐 복수 번의 반사 동작이 이루어진 후 기판(110) 내부로 입사되면, 제1 반사 방지막(131)의 요철면에 빛이 부딪칠 때마다 제1 반사 방지막(131) 내부로 흡수되어 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 감소한다.
따라서, 제2 반사 방지막(132)의 굴절률과 두께는 빛의 반사를 최소화하는 값으로 정해지고, 제1 반사 방지막(131)의 굴절률과 두께는 복수의 반사 동작 시 발생하는 빛의 흡수량을 최소화하는 값으로 정해진다.
일반적으로 막에서 빛의 흡수 동작에 영향을 미치는 매개변수(parameter)는 굴절률과 두께이고, 이중에서 굴절률의 영향이 약 70%이고 두께의 영향이 약 30%이므로 두께 변화량에 따른 반사도 변화량보다 굴절률 변화량에 따른 반사도 변화량이 크기 때문에, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 역할에 맞는 최적의 굴절률을 정한 후, 제1 미 제2 반사 방지막(131, 132)의 두께를 변화시켜 최적의 두께를 정한다.
본 실시예에서, 제1 반사 방지막(131)은 약 2.05 내지 2.15의 굴절률을 갖고 있고 약 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 갖고 있으며, 제2 반사 방지막(132)는 약 1,5 내지 1.7의 굴절률을 갖고 있고 약 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 갖고 있다.
따라서 본 실시예에서, 반사 방지부(130)의 총 두께는 약 145㎚ 내지 약 205㎚의 두께를 갖고, 제2 반사 방지막(132)의 굴절률은 제1 반사 방지막(131)의 굴절률보다 작은 값을 갖는다.
제1 반사 방지막(131)의 굴절률이 최대값(약 2.15)을 넘어설 경우, 제1 반사 방지막(131) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 좀더 증가하고, 제1 반사 방지막(131)의 굴절률이 최소값(약 2.05)에 도달하지 못할 경우, 제1 반사 방지막(131)의 빛의 반사도가 좀더 증가한다.
제1 반사 방지막(131)의 두께 역시 설정 범위를 벗어나면 빛의 반사도가 증가한다.
또한 제2 반사 방지막(132)의 두께가 최소값에 도달하지 못할 경우, 빛의 반사도가 좀더 증가하고, 제2 반사 방지막(132)의 두께가 최대값을 넘어설 경우, 태양 전지(1)의 제조 공정 시 전면 전극부(140)과 에미터부(121) 간의 연결 동작에 악영향을 미쳐, 전면 전극부(140)와 에미터부(121) 간의 안정적인 접촉 동작을 방해할 수 있다.
또한 이미 설명한 것처럼, 본 실시예의 에미터부(121)는 서로 다른 면저항값을 갖는 제1 및 제2 에미터 부분(1211, 1212)을 구비한 선택적 에미터 구조(selective emitter structure)를 갖고 있고, 반사 방지부(130)는 주로 높은 면저항값을 갖는 제2 에미터 부분(1212)에 위치한다. 이때, 제2 에미터 부분(1212)의 면저항값은 일반적 에미터 구조, 즉, 위치에 무관하게 일정한 면저항값을 갖고 있는 에미터 구조의 면저항값(약 50Ω/sq. 내지 70Ω/sq.)보다 높은 값을 갖는다.
이러한 선택적 에미터 구조를 얻기 위해, 에치백(etch back) 공정을 이용할수 있다. 예를 들어, 기판(110) 내부에 인(P)이나 붕소(B)와 같은 n형 또는 p형의 불순물을 기판(110) 내부로 확산시켜 에미터층을 형성한 후, 에미터층의 일부를 에치백으로 제거하여 위치에 따라 면저항값(불순물 도핑 두께)이 상이한 제1 에미터부(1211)와 제2 에미터부(1212)를 형성할 수 있다.
이 경우, 기판(110)의 표면으로 갈수록 불순물 도핑 농도가 증가하므로, 비활성 불순물의 농도 역시 기판(110)의 표면 쪽으로 갈수록 증가한다. 따라서 기판(110)의 표면 및 그 근처에 이러한 비활성 불순물들이 모여 있고, 이들 비활성 불순물들은 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 데드 영역(dead layer)을 형성한다. 이러한 데드 영역에 존재하는 비활성 불순물에 의해 전하의 손실이 발생한다. 이때, 기판(110) 내부로 확산된 불순물이 정상적으로 기판(110)의 물질, 예를 들어, 실리콘(Si)과 결합하지 못한(용해되지 않는) 불순물을 비활성 불순물이라 한다.
하지만 본 실시예의 경우 선택적 에미터 구조를 형성할 때, 데드 영역의 적어도 일부가 에치백 공정 시에 제거된다. 이처럼, 데드 영역이 제거됨에 따라, 데드 영역에 위치한 불술물들로 인한 전하의 재결합율이 크게 감소하고 또한 데드 영역의 적어도 일부가 제거된 기판(110) 위에 제1 반사 방지막(131)이 위치하므로, 제1 반사 방지막(131)에 의한 패시베이션 효과는 더욱 향상된다.
반면, 위치에 따라 일정한 면저항값과 불순물 도핑 두께를 갖는 일반적인 에미터 구조를 태양 전지에서, 에미터부 위에 바로 위에 패시베이션 기능을 수행하는 막과 그 위에 반사 방지 기능을 수행하는 막을 위치시킨 이중 반사 방지 구조를 가질 경우, 에미터부에 존재하는 데드 영역에 의한 전하의 재결합율에 의해 원하는 만큼의 패시베이션 효과를 얻지 못할 뿐만 아니라 이중 반사 방지 구조로 인한 막 두께의 증가로 인해 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 손실량이 오히려 증가하여, 태양 전지의 효율은 감소한다.
하지만, 이미 설명한 것처럼, 선택적 에미터 구조를 갖는 본 실시예의 경우, 데드 영역의 적어도 일부가 제거된 제2 에미터 부분(1212) 위에 패시베이션 기능을 수행하는 제1 반사 방지막(131)이 위치하므로 패시베이션 효과가 크게 향상되어, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 이중 반사 방지 구조로 인한 두께 증가의 악영향에도 불구하고 태양 전지(1)의 효율은 크게 향상된다.
또한 본 실시예의 경우, 제2 반사 방지막(132)의 굴절률이 1.5 내지 1.7의 범위를 갖기 때문에, 공기(air)에서부터 기판(110)쪽으로의 굴절률이 순차적으로 변한다. 즉, 공기의 굴절률은 약 1이고, 실리콘(Si)으로 이루어진 기판(110)의 굴절률은 약 3.5인데, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)은 "1"과 "3.5" 사이의 값을 갖는 것이 좋다. 따라서, 이미 설명한 것처럼, 제1 반사 방지막(131)은 2.05 내지 2.15의 굴절률을 갖고 있다.
일반적으로 복수의 태양 전지(1)를 이용하여 태양 전지 모듈을 형성할 때, 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 태양 전지(1)를 수분이나 외부 충격으로부터 보호하기 위해, 복수의 태양 전지(1)는 실리콘 수지(silicon resin)로 이루어지는 보호 부재로 에워싸여져 있다. 이때, 보호 부재는 대략 1.45의 굴절률을 가질 수 있다.
따라서, 공기(air)에서부터 기판(110)쪽으로의 굴절률이 순차적으로 변할 수 있도록 제2 반사 방지막(132)의 굴절률은 서로 연결된 복수의 태양 전지(1)의 입사면 위에 위치하는 보호 물질의 굴절률보다 크고 제1 반사 방지막(131)의 굴절률보다 작은 값을 갖고 있고, 예를 들어, 이미 설명한 것처럼, 제2 반사 방지막(132)의 굴절률은 1.5 내지 1.7의 값을 갖는다.
이로 인해, 굴절률의 변화는 공기→ 보호 부재→ 제2 반사 방지막(132)→ 제1 반사 방지막(131)→ 기판(110)의 순서로 증가하므로, 반사 방지 효과는 더욱 향상된다.
전면 전극부(140)는 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 전면 버스바(142)를 구비한다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)과 전기적·물리적으로 연결되어 있고, 서로 이격되어 정해진 방향으로 나란히 뻗어있다. 복수의 전면 전극(141)은 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 전자를 수집한다.
복수의 전면 버스바(142)는 에미터부(121)의 제1 에미터 부분(1211)과 전기적·물리적으로 연결되어 있고 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 나란하게 뻗어 있다.
이때, 복수의 전면 버스바(142)는 복수의 전면 전극(141)과 동일 층에 위치하여 각 전면 전극(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적·물리적으로 연결되어 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)은 가로 또는 세로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고, 복수의 전면 버스바(142)는 세로 또는 가로 방향으로 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있어, 전면 전극부(140)는 기판(110)의 전면에 격자 형태로 위치한다.
복수의 전면 버스바(142)는 접촉된 에미터부(121)의 부분으로부터 이동하는 전하뿐만 아니라 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한다.
각 전면 버스바(142)는 교차하는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 되므로, 각 전면 버스바(142)의 폭은 각 전면 전극(141)의 폭보다 크다.
또한, 제2 에미터 부분(1212)의 두께가 얇아짐에 따라, 기판(110)과의 p-n 접합면 위치가 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한다. 즉, 기판(110)의 표면에서부터 p-n 접합면의 수직 거리가 감소하여 전면 전극부(140)와 p-n 접합면과의 간격이 줄어든다. 이로 인해, 전면 전극부(140)로 이동하는 전하의 이동 거리가 줄어들어, 전면 전극부(140)의 전하 수집율이 향상되어, 태양 전지(1)의 효율이 향상된다.
또한 인접한 전면 전극부(140)로의 전하 이동이 주로 행해지는 제2 에미터 부분(1212)은 낮은 불순물 도핑 농도를 갖고 있어 전하의 이동도가 향상되고, 전면 전극부(140)와 접촉하여 전하를 출력하는 제1 에미터 부분(1211)은 높은 불순물 도핑 농도로 인한 높은 전도도와 낮은 저항값을 갖고 있다. 따라서 제1 에미터 부분(1211)에서 전면 전극(140)으로의 전하 전송율이 향상되어 태양 전지(1)의 효율이 증가한다.
복수의 전면 버스바(142)는 외부 장치와 연결되어 수집된 전하(예, 전자)를 외부 장치로 출력된다.
본 실시예에서, 제1 반사 방지막(131)이 양의 고정 전하(positive fixed charge)의 특성을 갖고 있는 실리콘 질화물(SiNx)으로 이루어져 있으므로, 기판(110)이 p형 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)으로부터 전면 전극부(140)로의 전하 전송 효율이 향상된다. 즉, 제1 반사 방지막(131)이 양 전하의 특성을 띄게 되므로, 양 전하인 정공의 이동을 방해한다. 따라서, 제1 반사 방지막(131)은 자신이 위치한 기판(110)의 전면 쪽으로 정공이 이동하는 것을 방해하는 반면, 자신과 반대로 음 전하 특성을 갖는 전자를 기판(110)의 전면 쪽으로, 즉, 제1 반사 방지막(131)쪽으로 끌어 당긴다. 따라서 기판(110)으로부터 전면 전극부(140)으로 전하(예, 전자)의 전송 효율이 향상되어 전면 전극부(140)에서 출력되는 전하(전자)의 양은 증가한다.
복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면 버스바(142)를 구비한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있다.
도 1에서, 기판(110)에 위치하는 전면 전극(141)과 전면 버스바(142)의 개수는 한 예에 불과하고, 경우에 따라 변경 가능하다.
후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, P+ 영역이다.
이러한 기판(110)의 제1 도전성 영역과 후면 전계부(172)간의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되고, 이로 인해, 정공의 이동 방향인 후면 전계부(172) 쪽으로 전자 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(172) 쪽으로의 정공 이동을 용이하게 한다. 따라서, 기판(110)의 후면 및 그 부근에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 원하는 전하(예, 정공)자 이동을 가속화시켜 후면 전극부(150)로의 전하 이동량을 증가시킨다.
후면 전극부(150)는 후면 전극(151)과 후면 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 후면 버스바(152)를 구비한다.
후면 전극(151)은 기판(110)의 후면에 위치한 후면 전계부(172)와 접촉하고 있고, 기판(110)의 후면 가장 자리와 후면 버스바(152)가 위치한 부분을 제외하면 실질적으로 기판(110)의 후면 전체에 위치한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있다.
이러한 후면 전극(151)은 후면 전계부(172)쪽으로부터 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
이때, 후면 전극(151)이 기판(110)보다 높은 불순물 농도로 유지하는 후면 전계부(172)와 접촉하고 있으므로, 기판(110), 즉 후면 전계부(172)와 후면 전극(151) 간의 접촉 저항이 감소하여 기판(110)으로부터 후면 전극(151)으로의 전하 전송 효율이 향상된다.
복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)이 위치하지 않는 기판(110)의 후면 위에 위치하며 인접한 후면 전극(151)의 부분과 연결되어 있다.
또한, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주본다.
복수의 후면 버스바(152)는 복수의 전면 버스바(142)와 유사하게, 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집한다.
복수의 후면 버스바(152) 역시 외부 장치와 연결되어, 복수의 후면 버스바(152)에 의해 수집된 전하(예, 정공)는 외부 장치로 출력된다.
이러한 복수의 후면 버스바(152)는 후면 전극(151)보다 양호한 전도도를 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
대안적인 예에서, 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 전체에 위치할 수 있고, 이 경우, 복수의 후면 버스바(152)는 기판(110)을 중심으로 복수의 전면 버스바(142)와 대응되게 마주보며 후면 전극(151) 위에 위치한다. 이때, 경우에 따라 후면 전극(151)은 기판(110)의 후면 전체 또는 후면 전체 가장 자리 부분을 제외한 실질적인 후면 전체 면에 위치할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(1)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(1)로 빛이 조사되어 제2 및 제1 반사 방지막(132, 131)을 통해 반도체부인 에미터부(121)와 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체부에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 텍스처링 표면과 제2 및 제1 반사 방지막(132, 131)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 전자와 정공은, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121)과 p형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 각각 이동한다. 이처럼, 에미터부(121)쪽으로 이동한 전자는 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면 버스바(142)를 따라 이동하고, 기판(110)쪽으로 이동한 정공은 인접한 후면 전극(151)에 의해 수집되어 복수의 후면 버스바(152)를 따라 이동한다. 이러한 전면 버스바(142)와 후면 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
다음, [표 1] 및 [표 2]를 참고로 하여, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 굴절률 및 두께 변화에 따른 태양 전지 모듈의 효율 변화를 살펴본다.
[표 1]은 텍스처링 표면을 갖는 단결정 실리콘 기판 위에 선택적 에미터 구조를 형성한 후, 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어진 단일 반사 방지막을 구비한 태양 전지 그리고 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어진 제1 반사 방지막과 실리콘 산화물(SiOx:H)로 이루어진 제2 반사 방지막을 구비한 복수의 태양 전지에서, 반사 방지막들의 각 굴절률에 따라 두께를 변화시킬 때, 이들 태양 전지를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈에서 측정된 효율 변수들, 예, 단락 전류(Jsc), 개방 전압(Voc), 필팩터(fill factor, FF) 및 효율(Effi)의 변화를 나타낸다. 이때, 제1 에미터 부분의 면저항값은 약 40Ω/sq. 내지 45Ω/sq.이고, 제2 에미터 부분의 면저항값은 약 85Ω/sq.이었다.
Figure 112010057741920-pat00001
[표 1]에 도시한 것처럼, 2.1의 굴절률과 82nm의 두께를 갖는 실리콘 질화물(SiNx:H)으로 이루어진 단일막 구조의 반사 방지부를 구비한 태양 전지 모듈보다 실리콘 질화물과 실리콘 산화물로 이루어진 이중막 구조의 반사 방지부를 구비한 태양 전지 모듈이 높은 효율 변수들값을 출력하였다. 이로 인해, 단일막 구조의 반사 방지부를 갖는 태양 전지 모듈 효율(Effi)은 17.62%이었지만, 이중막 구조의 반사 방지부를 갖는 태양 전지 모듈 효율은 17.62%보다 높은 값을 가졌다.
또한, [표 1]에 기재된 이중막 구조의 반사 방지부 구조에서, 제1 반사 방지막의 굴절률이 2.5이고 제2 반사 방지막의 굴절률이 1.5일 때, 제1 반사 방지막의 두께는 65㎚ 내지 85㎚의 범위 내에서 그리고 제2 반사 방지막의 두께는 80㎚ 내지 100㎚의 범위 내에서 태양 전지 모듈은 약 17.75% 내지 17.79%의 효율을 출력하였다.
반면, 제1 반사 방지막의 굴절률이 2.5이고 제2 반사 방지막의 굴절률이 1.5일 경우, 제1 반사 방지막이 65㎚이고 제2 반사 방지막의 두께가 60㎚일 때 그리고 제1 반사 방지막의 두께가 105㎚이고 제2 반사 방지막의 두께가 120㎚ 내지 140㎚일 때, 태양 전지 모듈의 효율은 17.45% 내지 17.65%이었다. 따라서, 제1 및 제2 반사 방지부의 두께가 너무 얇거나 두꺼워도 태양 전지 모듈의 효율이 크게 감소함을 알 수 있었다.
또한, [표 1]에서, 제1 반사 방지막의 굴절률이 2.1이고 제2 반사 방지막의 굴절률이 1.5일 때, 제1 반사 방지막의 두께는 65㎚ 내지 85㎚의 범위 내에서 그리고 제2 반사 방지막의 두께는 60㎚ 내지 100㎚의 범위 내에서 태양 전지 모듈은 약 17.74% 내지 17.81%의 효율을 출력하였다.
[표 1]에서, 제1 반사 방지막의 굴절률이 2.2이고 제2 반사 방지막의 굴절률이 1.5일 때, 제1 반사 방지막의 두께는 75㎚이고 제2 반사 방지막의 두께가 100 ㎚ 일 경우 태양 전지 모듈은 약 17.75%의 효율을 출력하였다.
반면, [표 1]에서, 제1 반사 방지막의 굴절률이 2.3이고 제2 반사 방지막의 굴절률이 1.5일 때, 제1 반사 방지막의 두께는 75㎚이고 제2 반사 방지막의 두께가 100㎚ 일 경우 태양 전지 모듈은 약 17.28%의 효율을 출력하였다.
이러한 [표 1]에 기초하고 제1 및 제2 반사 방지부의 굴절률과 두께의 여유도를 고려할 때, 약 17.7%대의 효율을 출력하는 태양 전지 모듈을 얻기 위해서는 제1 반사 방지막은 약 2.05 내지 2.15의 굴절률과 약 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 갖고, 제2 반사 방지막은 약 1.5 내지 1.7의 굴절률과 약 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 가질 수 있다.
반면, [표 2]은 실리콘 잉곳(ingot)에서 태양 전지용 기판을 제작하기 위한 슬라이싱(slicing) 공정 시 발생하는 손상 부분을 제거하는 공정(saw damage etching)이 행해진 다결정 실리콘 기판 위에 선택적 에미터 구조를 형성한 후, 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어진 단일 반사 방지막을 구비한 태양 전지 그리고 실리콘 질화물(SiNx:H)로 이루어진 제1 반사 방지막 및 실리콘 산화물(SiOx:H)로 이루어진 제2 반사 방지막을 구비한 복수의 태양 전지에서, 반사 방지막들의 각 굴절률에 따라 두께를 변화시킬 때, 이들 태양 전지를 이용하여 제작된 태양 전지 모듈에서 측정된 효율 변수들[단락 전류(Jsc), 개방 전압(Voc), 필팩터(fill factor, FF) 및 효율(Effi)]의 변화를 나타낸다. 이때, 제1 에미터 부분의 면저항값은 약 40Ω/sq. 내지 55Ω/sq.이고, 제2 에미터 부분의 면저항값은 약 90Ω/sq.이었다.
Figure 112010057741920-pat00002
[표 2]를 살펴보면, 제1 및 제2 반사 방지막의 두께 변화에 따라 효율 변수들의 값 변화폭이 크게 증가하였고, 다결정 실리콘 기판을 갖는 태양 전지 모듈의 효율은 약 13.4% 내지 16.26%로서, [표 1]에 도시한 다결정 실리콘 기판일 경우 모듈의 효율(Effi) 변화폭(약 17.28% 내지 17.79%)보다 훨씬 넓고 낮은 값을 갖고 있음을 알 수 있었다.
다음, 도 3은 [표 1]에 도시한 예들 중에서 일부 예에 따른 제1 반사 방지부와 제2 반사 방지부를 이용할 경우, 태양 전지의 반사도(reflectance)를 도시한 그래프이다.
도 3에서, 제1 그래프(A1)는 2.1의 굴절률과 82㎚의 두께를 실리콘 질화물로 이루어진 단일막 구조의 반사 방지부일 때의 반사도이고, 제2 그래프(A2)는 2.05의 굴절률과 85㎚의 두께를 실리콘 질화물과 1.5의 굴절률과 100nm의 두께를 갖는 실리콘 산화물로 각각 이루어진 제1 및 제2 반사 방지막일 때의 반사도이다. 또한, 제3 그래프(A3)는 2.1의 굴절률과 65㎚의 두께를 실리콘 질화물과 1.5의 굴절률과 80nm의 두께를 갖는 실리콘 산화물로 각각 이루어진 제1 및 제2 반사 방지막일 때의 반사도이며, 제4 그래프(A4)는 2.2의 굴절률과 75㎚의 두께를 실리콘 질화물과 1.5의 굴절률과 100nm의 두께를 갖는 실리콘 산화물로 각각 이루어진 제1 및 제2 반사 방지막일 때의 반사도이다.
도 3의 그래프에 기초하면, 단일막 구조를 갖는 반사 방지부의 경우보다 이중막 구조를 갖는 반사 방지부일 경우, 빛의 반사도가 낮음을 알 수 있고, 특히 2.05 내지 2.15의 굴절률과 약 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 갖는 제1 반사 방지막과 1.5 내지 1.7의 굴절률과 약 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 갖는 제2 반사 방지막을 구비할 경우, 약 450㎚ 이하의 파장을 갖는 단파장대의 빛에 대한 반사도가 크게 감소함을 알 수 있었다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 태양 전지는 장파장 대역의 빛뿐만 아니라 단파장 대역의 빛도 외부로 반사되지 않고 기판 쪽으로 입사되므로, 기판 쪽으로 입사되는 빛의 양이 증가함을 알 수 있다.
또한, 도 4는 도 3에 도시한 네 가지 경우에 대한 내부 양자 효율(IQE, internal quantum efficiency)을 그래프로 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 것처럼, 단일만 구조의 반사 방지부를 갖는 경우(B1)보다 이중 반사 방지막을 갖는 경우(B2, B2)가 내부 양자 효율이 증가함을 알 수 있었다.
이때, 도 3에 도시한 그래프를 기초할 경우, 2.2의 굴절률을 갖고 75㎚의 두께를 갖는 제1 반사 방지막과 1.5의 굴절률을 갖고 100㎚의 두께를 갖는 제2 반사 방지막의 경우(A4)의 단파장대 빛의 반사도가 크게 감소하였으나, 같은 조건의 경우(B4), 도 4에 도시한 내부 양자 효율은 크게 감소함을 알 수 있었다. 이러한 내부 양자 효율 감소는 제1 반사 방지막의 굴절률이 본 실시예의 범위인 2.15를 넘어선 높은 굴절률(2.2)을 갖고 있으므로, 실리콘 질화막(SiNx:H)인 제1 반사 방지막에서 흡수되는 빛의 양이 증가함에 따라 발생한 것으로 추측되었다.
따라서, [표 1] 및 [표 2]에 도시한 굴절률과 두께에 따른 태양 전지의 효율 변수의 변화와 도 3 및 도 4에 도시한 태양 전지 모듈의 반사도 변화 및 내부 양자 효율 그래프를 참고로 하면, 약 17.7%대 이상의 높은 효율을 얻기 위한 제1 반사 방지부는 2.05 내지 2.15의 굴절률을 갖고 약 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 가지고, 제 제2 반사 방지부(132)는 1.5 내지 1.7의 굴절률을 갖고 약 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 가져야 함을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 설정된 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)의 굴절률 범위와 두께 범위로 인해, 단파장 대역의 빛의 반사도가 크게 감소하므로, 기판 쪽으로 입사되는 빛의 양이 증가하고, 또한 선택적 에미터 구조에 의한 전하의 재결합율 감소와 패시베이션 효율 상승으로 인해 전하 손실량이 크게 줄었으며, 제1 반사 방지막(132) 자체에서의 빛 흡수량이 감소하였으므로, 태양 전지(1)의 효율은 크게 감소한다.
이미 설명한 것처럼, 이러한 복수의 태양 전지들(1)은 직렬 또는 병렬로 연결되어 태양 전지 모듈로 제작된다.
다음 도 5를 참고로 하여 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)에 대하여 설명한다.
전지 모듈(100)은 복수의 태양전지(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 후면 시트(back sheet)(50), 그리고 이들 구성요소를 수납하는 프레임(60)을 구비한다.
후면 시트(50)는 태양 전지 모듈(10)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(1)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(50)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
상부 및 하부 보호막(20a, 20b)은 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양 전지 모듈(10)을 충격으로부터 보호하는 보호 부재이다. 이러한 상부 및 하부 보호막(20a, 20b)은 태양 전지(1)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정(lamination process) 시에 태양 전지(1)와 일체화된다. 이러한 보호막(20a, 20b)은 규소 수지(silicon resin)로 이루어져 있다.
상부 보호막(20a) 위에 위치하는 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.
복수의 태양 전지(1)는 행렬 구조로 배열되어 있고, 각 태양 전지(1)는 복수의 연결부(70)에 의해 직렬로 연결되어 있다. 도 5에서, 복수의 태양 전지(1)는 4×4 행렬 구조를 가지고 있지만, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 행과 열 방향으로 각각 배치되는 태양 전지(1)의 개수는 조절 가능하다.
프레임(60)은 일체화된 부품(50, 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.
이러한 태양 전지 모듈(10)은 태양 전지(1)들을 테스트하는 단계, 테스트가 완료된 복수의 태양 전지(1)들을 복수의 연결부(70)로 전기적으로 연결하는 단계, 모듈화하기 위한 부품들을 순차적으로, 예컨대 하부로부터 후면 시트(50), 하부 보호막(20b), 태양 전지(1), 상부 보호막(20a) 및 투명 부재(40)의 순서로 배치하는 단계, 진공 상태에서 라미네이션 공정을 실시하여 이들 부품들을 일체화하는 단계, 에지 트리밍(edge trimming) 단계 및 모듈 테스트를 실시하는 단계 등의 공정 순서에 따라 제조된다.
이러한 공정을 통해 태양 전지 모듈(10)을 제작할 때, 라미네이션 공정에 의해 보호막(20a, 20b)가 하나로 보호 부재되어, 복수의 태양 전지(1)들은 보호 부재, 즉, 실리콘 수지로 에워싸여져 외부로부터의 충격이나 수분 등으로 보호된다.
따라서 복수의 태양 전지(1)가 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)보다 빛을 덜 흡수하는 실리콘 수지로 에워싸여져 있으므로, 상부 및 하부 보호막(20a, 20b)이 EVA로 이루어져 복수의 태양 전지(1)가 EVA로 에워싸여져 있을 경우보다 복수의 태양 전지(1)로 입사되는 빛의 양이 증가한다.
다음, 도 6를 참고로 하여 빛의 파장에 따른 실리콘 수지와 EVA의 빛 흡수 계수(absorption coefficient, cm-1)를 살펴본다.
도 6에 도시한 그래프에서, "A" 그래프는 빛의 파장대에 따른 EVA의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이고,
"B"는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이다.
실험에 사용된 EVA는 일반적으로 사용되는 제품이고, 그래프 "B"에 사용된실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)이다. EVA와 실리콘 수지에 대한 빛의 흡수 계수에 대한 보다 자세한 내용은 [K.R. McIntosh, J.N. Cotsell, J.S. Cumpston, A.W. Norris, N.E. Powell and B.M. Ketola, "Optical modeling results comparing silicone and EVA photovoltaic encapsulants", 34th IEEE PVSC (Photovoltaic Specialists Conference), Philadelphia, June 2009]의 문헌에 기재되어 있고, 이 문헌에 기재된 내용은 본 발명의 일부를 구성합니다.
도 6에 도시한 것처럼, EVA의 빛 흡수 계수는 PDMS보다 높고, 이로 인해, EVA에서의 빛 흡수율이 실리콘 수지보다 높다는 것을 알 수 있었다. 특히, 약 700nm이하의 파장대에서 실리콘 수지의 빛 흡수율이 크게 감소한다.
따라서, 보호막(90a, 90b)으로 EVA를 이용할 때보다 실리콘 수지를 이용할 경우, 복수의 태양 전지(11)를 보호하고 있는 실리콘 수지(보호막(90a, 90b)에서 흡수되는 빛의 양이 감소하므로, 결과적으로 태양 전지(110)의 내부로 입사되는 빛의 양이 증가하여, 태양 전지 모듈(100)의 출력 효율이 향상된다.
특히, 이미 설명한 것처럼, 본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 반사 방지막(131, 132)에 의해 약 450nm 이하의 단파장대에서 빛의 반사도 감소뿐만 아니라 실리콘 수지의 보호막(90a, 90b)에 의한 빛의 흡수율 감소도 함께 실현되므로, 태양 전지 모듈(100)의 출력 효율이 특히 단파장대에서 크게 향상된다.
이미 설명한 것처럼, 본 실시예에서, 실리콘 수지의 굴절률은 약 1.45이다.
따라서, 태양 전지 모듈(100) 외부의 공기(air)에서부터 실리콘 수지인 보호막(90a)을 통과해 각 태양 전지(11)의 반사 방지부(130)를 거쳐 기판(110) 내부로 빛이 입사될 때, 공기에서부터의 기판(110)까지의 굴절률 변화가 순차적으로 변하다. 이로 인해, 태양 전지 모듈(100) 내부로 입사된 빛의 반사율이 감소하여 복수의 태양 전지(11) 내부로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다. 따라서 태양 전지 모듈의 효율은 더욱더 향상된다.
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.
1: 태양 전지 20a, 20b: 보호막
40: 투명 부재 50: 후면 시트
110: 기판 121: 에미터부
130: 반사 방지부 131, 132: 반사 방지막
140: 전면 전극부 141: 전면 전극
142: 전면 버스바 150: 후면 전극부
151: 후면 전극 152: 후면 버스바
171: 후면 전계부 1211, 1212: 에미터 부분

Claims (10)

  1. 기판과 상기 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부와, 상기 에미터부 위에 위치하는 반사 방지부와, 상기 에미터부와 연결되는 전극부를 구비한 복수의 태양 전지,
    상기 복수의 태양 전지를 에워싸고 있고, 실리콘 수지로 이루어진 보호 부재, 그리고
    상기 보호 부재 상부에 위치하는 투명 부재
    를 포함하고,
    상기 기판은 단결정 실리콘 기판이고,
    상기 반사 방지부는 상기 에미터부 위에 위치하고 실리콘 질화물로 이루어지며 2.05 내지 2.15의 굴절률 및 65㎚ 내지 95㎚의 두께를 갖는 제1 반사 방지막 그리고 상기 제1 반사 방지막 위에 위치하고 실리콘 산화물로 이루어지며 1.5 내지 1.7의 굴절률 및 80㎚ 내지 110㎚의 두께를 갖는 제2 반사 방지막을 포함하고,
    상기 보호 부재의 굴절률이 상기 제2 반사 방지막의 굴절률보다 작아 상기 제1 반사 방지막, 상기 제2 반사 방지막 및 상기 보호 부재로 가면서 순차적으로 굴절률이 작아지고,
    상기 에미터부는 상기 전극부에 연결된 제1 에미터 부분과 상기 반사 방지부에 연결된 제2 에미터 부분을 포함하고,
    상기 제1 에미터 부분 및 상기 제2 에미터 부분의 전면에 각기 텍스쳐링 표면이 형성되는 태양 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1 에미터 부분과 상기 제2 에미터 부분은 불순물 도핑 두께가 서로 상이한 태양 전지 모듈.
  4. 삭제
  5. 제3항에서,
    상기 제1 에미터 부분의 불순물 도핑 두께는 상기 제2 에미터 부분의 불순물 도핑 두께보다 큰 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 에미터 부분의 면저항값은 상기 제2 에미터 부분의 면저항값보다 작은 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 기판의 표면에서부터 상기 제1 에미터 부분과 상기 기판과의 p-n 접합면까지의 최단 거리는 상기 기판의 표면에서부터 상기 제2 에미터 부분과 상기 기판과의 p-n 접합면까지의 최단 거리보다 긴 태양 전지 모듈.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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