KR101747344B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
태양전지 모듈은 복수의 태양전지들; 태양전지들의 제1 면 쪽에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 광 투과성 전면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 제1 실리콘 수지(silicone resin); 태양전지들의 제2 면 쪽에 위치하는 후면 기판; 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 제2 실리콘 수지(silicone resin); 및 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 열 전도 부재를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 모듈은 복수의 태양전지들; 태양전지들의 제1 면 쪽에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 광 투과성 전면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 제1 실리콘 수지(silicone resin); 태양전지들의 제2 면 쪽에 위치하는 후면 기판; 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 제2 실리콘 수지(silicone resin); 및 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 열 전도 부재를 포함한다.
한 예로, 열 전도 부재는 제2 실리콘 수지의 내부에 분산된 복수의 입자를 포함할 수 있다.
입자는 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 큰 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성될 수 있다. 이때, 전기적인 절연성을 확보하기 위해, 복수의 입자는 이웃하는 입자와 서로 접촉하지 않도록 분산되는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 열 전도 부재를 갖는 태양전지 모듈은 태양전지들에서 발생하는 열이 상기 입자들을 통해 후면 기판 쪽으로 효과적으로 전달된 후 후면 기판을 통해 방출된다.
따라서, 열 응력으로 인해 후면 기판이 열화되는 것 및 제1 실리콘 수지와 제2 실리콘 수지의 디라미네이션(delamination) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 고열로 인해 태양전지 내부에서 불순물(dopant)들의 인터-디퓨젼(inter-diffusion) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 인터커넥터와 태양전지의 접합 부위에서의 스트레스 발생으로 인한 피로 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광 반사성의 입자들로 인해 태양전지 모듈의 내부 반사율이 개선되므로, 태양전지에 입사되는 빛의 양을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
제2 실리콘 수지의 내부에 분산된 복수의 입자는 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 크며 비전도성인 옥사이드(oxide) 계열의 광 투과성 물질로 형성될 수 있다.
이때, 광 투과성 물질로 형성된 입자는 제2 실리콘 수지의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이, 입자와 제2 실리콘 수지의 굴절률이 서로 다르게 형성되면, 입자에 입사된 빛은 입자와 제2 실리콘 수지의 계면에서 굴절되면서 제2 실리콘 수지로 방출되므로, 광 확산 효과 내지 광 산란 효과가 얻어진다. 따라서, 태양전지의 입사면으로 입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
또한, 태양전지들에서 발생하는 열이 상기 입자들을 통해 후면 기판 쪽으로 효과적으로 전달된 후 후면 기판을 통해 방출되므로, 열 응력으로 인한 손상을 감소시켜 신뢰성을 확보할 수 있다.
태양전지에서 발생하는 열을 후면 기판 쪽으로 효과적으로 전달함과 아울러, 광 반사 또는 광 산란 효과를 얻기 위해, 입자는 0.001㎛ 내지 2,000㎛의 크기로 형성될 수 있다.
복수의 입자는 제2 실리콘 수지와 복수의 입자의 전체 중량을 100으로 할 때, 전체 중량의 3 내지 40의 중량비로 제2 실리콘 수지에 분산되는 것이 바람직하다.
다른 예로, 제2 실리콘 수지는 태양전지들과 접촉하는 상부막 및 상부막과 후면 기판의 사이에 위치하는 하부막을 포함할 수 있으며, 이때, 복수의 입자는 상부막과 하부막 사이에 위치할 수 있다.
또 다른 예로, 열 전도 부재는 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하며 광 반사성의 금속 물질로 형성된 금속 섬유로 이루어질 수 있다.
금속 섬유의 한쪽 표면은 후면 기판과 접촉할 수 있으며, 이때 섬유 사이 공간에는 제2 실리콘 수지가 채워질 수 있다.
금속 섬유의 한쪽 표면 중 적어도 일부분은 후면 기판과 이격될 수 있으며, 이때 금속 섬유의 섬유 사이 공간 및 금속 섬유와 후면 기판 사이의 공간에는 제2 실리콘 수지가 채워질 수 있다.
태양전지 모듈은 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 메쉬 형태의 보강 부재를 더 포함할 수 있다.
보강 부재는 유리 섬유로 이루어지거나, 광 반사성의 금속 물질로 형성된 금속 섬유로 이루어질 수 있다.
보강 부재는 한쪽 표면이 후면 기판과 접촉할 수 있으며, 이때 보강 부재의 섬유 사이 공간에는 제2 실리콘 수지가 채워질 수 있다.
보강 부재는 한쪽 표면 중 적어도 일부분이 후면 기판과 이격될 수 있으며, 이때 보강 부재의 섬유 사이 공간 및 보강 부재와 후면 기판 사이의 공간에는 제2 실리콘 수지가 채워질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 태양전지들에서 발생하는 열이 상기 입자들을 통해 후면 기판 쪽으로 효과적으로 전달된 후 후면 기판을 통해 방출된다.
따라서, 열 응력으로 인해 후면 기판이 열화되는 것 및 제1 실리콘 수지와 제2 실리콘 수지의 디라미네이션(delamination) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 고열로 인해 태양전지 내부에서 불순물(dopant)들의 인터-디퓨젼(inter-diffusion) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 인터커넥터와 태양전지의 접합 부위에서의 스트레스 발생으로 인한 피로 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광 반사성의 입자들로 인해 태양전지 모듈의 내부 반사율이 개선되므로, 태양전지에 입사되는 빛의 양을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
제1 실리콘 수지 및 제2 실리콘 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 폴리 비닐 부티랄(PVB)과 같은 통상의 보호막에 비해 단파장 대역, 예를 들어 자외선 대역의 광 투과율이 높다. 따라서, 자외선 노출로 인한 탈색 문제를 억제할 수 있고, 태양전지로 입사되는 광량을 증가시켜 태양전지 모듈의 출력을 향상시킬 수 있다.
그리고 제1 실리콘 수지 및 제2 실리콘 수지는 기존에 보호막으로 사용하던 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)에 비해 얇은 두께로 형성이 가능하므로 모듈의 두께를 줄일 수 있다.
그리고 제1 실리콘 수지 및 제2 실리콘 수지는 전면 기판 및 후면 기판과의 접착력이 태양전지와의 접착력보다 우수하다.
예를 들어, 전면 기판 및 후면 기판이 유리로 이루어진 경우, 실리콘 수지와 전면 및 후면 기판의 접착력(수직으로 떼어냄 강도)은 10kg/cm2 내지 15kg/cm2이며, 실리콘 수지와 태양전지의 접착력은 3kg/cm2 내지 10kg/cm2이다.
이와 같이, 실리콘 수지와 기판의 접착력이 우수하므로, 본원 발명은 통상의 보호막에 비해 수분, 산소 및 불순물의 침입을 장시간 동안 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈의 장기 신뢰성이 우수한 효과를 갖는다.
그리고 후면 기판과 태양전지 사이에 보강 부재가 위치하므로, 보강 부재로 인해 태양전지 모듈의 강도가 증가되고 균열이 방지된다. 또한, 라미네이션 공정을 진행하는 동안 실리콘 수지의 뒤틀림이 방지되므로, 후면 기판 후면의 레벨링(leveling)이 우수하게 이루어진다.
메쉬 형태로 이루어진 보강 부재의 섬유 사이 공간 및 보강 부재와 후면 기판의 사이 공간에 제2 실리콘 수지가 채워지므로, 각 부품간의 접합이 용이하게 이루어진다.
보강 부재는 태양전지보다 후면 기판에 더 가깝게 배치될 수 있다. 이 경우에는 보강 부재가 후면 기판보다 태양전지에 더 가깝게 배치되는 경우에 비해 보강 부재의 반사 효과가 증가하여 태양전지의 효율 향상이 가능하다.
또한, 실리콘 수지는 경화 온도가 통상의 보호 부재에 비해 낮으므로 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 1의 "C" 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 실시예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 5의 보강 부재를 확대한 도면이다.
도 7은 도 5의 "D" 부분을 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 9 및 도 10은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 변형 실시예에 따른 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 11은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 1의 "C" 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 실시예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 5의 보강 부재를 확대한 도면이다.
도 7은 도 5의 "D" 부분을 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 9 및 도 10은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 변형 실시예에 따른 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 11은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
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 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 복수의 태양전지(10), 복수의 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 복수의 태양전지(10)를 보호하는 제1 실리콘 수지(30) 및 제2 실리콘 수지(40), 태양전지(10)의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판(50), 및 태양전지(10)의 후면에 위치하는 후면 기판(60)을 포함한다. 그리고 태양전지 모듈은 제2 실리콘 수지(40)의 내부에 분산된 복수의 입자(P)를 포함한다.
광 투과성 전면 기판(50)은 태양전지(10)의 제1 면, 예컨대 태양전지의 수광면 쪽에 위치하며, 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(50)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)는 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(10)를 충격으로부터 보호한다.
제1 실리콘 수지(30)는 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 70% 이상이며, 광 투과성 전면 기판(50)과의 접착력이 10kg/cm2 내지 15kg/cm2인 재질, 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)와 같은 실록산로 형성될 수 있다. 제1 실리콘 수지(30)는 액상의 것을 도포한 후 경화하여 형성할 수 있다.
도 2를 참고하여 빛의 파장에 따른 제1 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 빛 흡수계수(absorption coefficient, cm-1)를 살펴보면 다음과 같다.
도 2에 도시한 그래프에서, "A" 그래프는 빛의 파장대에 따른 EVA의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이고, "B" 그래프는 빛의 파장대에 따른 제1 실리콘 수지(30)의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이다.
실험에 사용된 EVA는 태양전지의 보호 부재로 사용하는 통상의 제품이고, 그래프 "B"에 사용된 제1 실리콘 수지(30)는 폴리디메틸실록산(PDMS)이다.
도 2에 도시한 것처럼, 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 EVA의 빛의 흡수 계수가 PDMS보다 높다. 따라서, 단파장 대역에서의 빛 흡수율은 제1 실리콘 수지(30)가 EVA에 비해 낮다.
단파장 대역에서의 빛 흡수율이 낮다는 것은 단파장 대역의 빛을 잘 투과시킨다는 의미이다. 본 발명인의 실험에 의하면, 제1 실리콘 수지(30), 보다 구체적으로 PDMS 또는 PDAS와 같은 실록산은 단파장 대역에서의 빛 투과율이 70% 이상인 것을 알 수 있었다.
따라서, 제1 실리콘 수지(30)에서 흡수되는 빛의 양이 감소하므로, 태양 전지(10)의 내부로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서, 태양 전지 모듈의 출력 효율이 향상된다.
그리고, 자외선 노출로 인한 보호 부재의 탈색 문제 및 공기와 산소 흡수로 인한 부식 문제를 억제할 수 있어 모듈의 내구성이 증가한다.
그리고 제1 실리콘 수지(30)는 기존에 보호막으로 사용하던 EVA에 비해 얇은 두께로 형성이 가능하므로 모듈의 두께를 줄일 수 있다.
예를 들면, EVA는 대략 1.0㎜의 두께로 형성되지만, 제1 실리콘 수지(30)는 대략 0.7㎜ 이하의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 제1 실리콘 수지(30)는 경화 온도가 EVA에 비해 낮으므로 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축하는 것도 가능하다.
예를 들면, 제1 실리콘 수지(30)는 대략 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 110℃의 온도에서 경화되지만, EVA는 대략 165℃의 온도에서 경화된다. 따라서, 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있다.
그리고 제1 실리콘 수지(30)를 경화하는 데에는 대략 1.5분(min) 정도의 시간이 소비되지만, EVA를 경화하는 데에는 대략 16분 정도의 시간이 소비된다. 따라서, 보호막의 경화 및 모듈화 공정에 소비되는 시간을 단축할 수 있다.
제1 실리콘 수지(30)는 경화제를 대략 50 중량부 정도 포함하여 제조할 수 있다.
제2 실리콘 수지(40)는 제1 실리콘 수지(30)보다 단파장 대역의 광 투과율이 낮으며 후면 기판(60)과의 접착력이 10kg/cm2 내지 15kg/cm2인 수지로 이루어질 수 있다.
제2 실리콘 수지(40)는 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 두께로 형성될 수 있으며, 제1 실리콘 수지(30)의 두께와 제2 실리콘 수지(40)의 두께는 동일하게 형성될 수 있다.
하지만, 태양전지 모듈의 내후성을 증가시키기 위해, 제2 실리콘 수지(40)의 두께를 제1 실리콘 수지(30)의 두께보다 두껍게 형성할 수도 있다.
제2 실리콘 수지(40)의 광 투과율이 제1 실리콘 수지(30)의 광 투과율보다 낮으므로, 제1 실리콘 수지(30)를 투과한 단파장 대역의 광 중에서 일부는 제2 실리콘 수지(40)를 투과하지 못하게 된다.
따라서 제2 실리콘 수지(40)를 투과한 단파장 대역의 광으로 인해 후면 기판(60), 예를 들어 백 시트(back sheet)가 변색 및 열화되는 것을 방지할 수 있다.
제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)의 계면(S)은 도 3의 확대부에 도시한 바와 같이 평탄하지 않은 면(uneven surface)으로 형성된다. 여기에서, 평탄하지 않은 면, 즉 비평탄면은 요철이 형성된 울퉁불퉁한 표면을 말한다.
이와 같이 계면(S)이 비평탄면으로 형성되는 이유는 코팅된 액상의 제1 실리콘 수지(30)를 설정 온도에서 경화시켜 경화된 제1 실리콘 수지(30)를 형성하고, 이후 경화된 제1 실리콘 수지(30) 위에 경화된 제2 실리콘 수지(40)를 형성하기 때문이다.
이와 같이, 제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)의 계면(S)이 비평탄면으로 형성되므로, 제1 실리콘 수지(30)를 투과한 광이 화살표로 도시한 바와 같이 상기 계면(S)에서 난반사된다. 따라서, 태양전지에 입사되는 광량이 증가한다.
복수의 태양전지(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)의 계면이 태양전지의 두께 중심에 위치하도록 배치된다.
이와는 달리, 복수의 태양전지(10)는 도 9에 도시한 바와 같이 태양전지(10)의 수광면 쪽에 위치하는 인터커넥터(20)가 제1 실리콘 수지(30)의 내부로 몰입되도록 배치될 수도 있으며, 도 10에 도시한 바와 같이 태양전지(10)의 수광면 쪽에 위치하는 인터커넥터(20)가 제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)의 계면(S)에 위치하도록 배치될 수도 있다.
태양전지(10)에서 발생되는 열을 후면 기판(60)에 전달하는 복수의 입자(P)는 열 전도 부재로 작용한다.
입자(P)는 제2 실리콘 수지(40)에 비해 열 전도성이 큰 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성될 수 있다.
예를 들면, 광 반사성의 입자(P)는 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 금(Au), 구리(Cu), 또는 이들의 화합물 중에서 선택된 하나로 형성될 수 있다.
광 반사성의 입자(P)는 0.001㎛ 내지 2,000㎛의 크기로 형성되며, 제2 실리콘 수지의 내부에 불순물(dopant)로서 섞여 있을 수 있다.
입자의 크기가 상기한 범위를 만족할 때, 입자는 태양전지에서 발생하는 열을 후면 기판 쪽으로 효과적으로 전달할 수 있으며, 광 반사 또는 광 산란 효과를 효과적으로 발생시킬 수 있다.
입자(P)가 금속 또는 금속 화합물로 형성되는 경우, 전기적인 절연성을 확보하기 위해 복수의 입자(P)는 이웃하는 입자와 서로 접촉하지 않도록 분산되는 것이 바람직하다.
즉, 복수의 입자가 태양전지(10)의 수광면 또는 수광면에 위치한 인터커넥터(20)와 접촉하게 되면 전기적인 절연성을 확보하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.
따라서, 제2 실리콘 수지(40)의 내부에 분산된 입자(P)의 양을 적당히 조절하는 것이 필요하다.
이에, 본 발명인의 실험에 의하면, 제2 실리콘 수지(40)와 복수의 입자(P)의 전체 중량을 100으로 할 때, 복수의 입자(P)를 전체 중량의 3 내지 40의 중량비로 제2 실리콘 수지(40)에 분산시키면 열 방출이 효과적으로 이루어지면서도 전기적인 절연성을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
예를 들면, 입자(P)와 제2 실리콘 수지(40)의 중량비는 3:97 내지 40:60일 수 있다.
복수의 입자(P)가 분산된 제2 실리콘 수지(40)는 액상의 실리콘 수지에 복수의 입자를 혼합 및 분산시킨 후, 상기 혼합 수지를 도포 및 경화시키는 것에 따라 제조할 수 있다.
전기적인 절연성을 확보하기 위한 다른 방법으로, 제2 실리콘 수지(40)를 태양전지(10)들과 접촉하는 상부막(41) 및 상부막(41)과 후면 기판(60)의 사이에 위치하는 하부막(43)으로 구성하고, 상부막(41)과 하부막(43)의 계면에 복수의 입자(P)를 위치시키는 것도 가능하다.
이러한 구조는 제2 실리콘 수지를 1차 도포 및 경화하여 상부막(41)을 형성한 상태에서 복수의 입자(P)를 상부막(41)의 표면에 위치시키고, 이후 제2 실리콘 수지를 2차 도포 및 경화하여 하부막(43)을 형성하는 것에 따라 제조할 수 있다.
전기적인 절연성을 확보하기 위한 또 다른 방법으로, 도 9에 도시한 바와 같이 제2 실리콘 수지(40)를 단일 막(single layer)으로 형성하되, 입자(P)를 제2 실리콘 수지(40)와 후면 기판(50)의 계면에 위치시키는 것도 가능하다.
이 경우, 복수의 입자(P)는 스퍼터링 등의 증착 공정 또는 스핀 코팅 등의 도포 공정에 의해 제2 실리콘 수지(40)와 후면 기판(50)의 계면에 형성할 수 있다.
광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성된 입자(P)는 태양전지들에서 발생하는 열을 후면 기판 쪽으로 효과적으로 전달하므로, 열 응력으로 인해 후면 기판(60)이 열화되는 것과 제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)의 디라미네이션(delamination) 현상이 발생하는 것이 방지된다.
또한, 고열로 인해 태양전지(10) 내부에서 불순물(dopant)들의 인터-디퓨젼(inter-diffusion) 현상이 발생하는 것이 방지되고, 인터커넥터(20)와 태양전지(10)의 접합 부위에서의 스트레스 발생으로 인해 피로 파괴가 발생하는 것이 방지된다.
또한, 광 반사성의 입자(P)들로 인해 태양전지 모듈의 내부 반사율이 개선되므로, 태양전지(10)에 입사되는 빛의 양이 증가한다.
이와는 달리, 입자(P)는 제2 실리콘 수지(40)에 비해 열 전도성이 크며 비전도성인 옥사이드(oxide) 계열의 광 투과성 물질로 형성될 수 있다.
예를 들면, 입자(P)는 실리카(silica), 이산화규소(SiO2) 또는 이들의 화합물 중 하나로 형성될 수 있다.
비전도성의 광 투과성 물질로 형성되는 입자(P)는 태양전지(10)의 수광면 또는 인터커넥터(20)와 접촉하더라도 전기적인 절연성이 확보된다.
따라서, 비전도성의 광 투과성 물질로 형성되는 입자(P)는 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성되는 입자에 비해 제2 실리콘 수지(40)의 내부에 보다 자유로운 형태로 분포될 수 있다.
한편, 비전도성의 광 투과성 물질로 형성된 입자(P)는 제2 실리콘 수지(40)의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이, 입자(P)와 제2 실리콘 수지(40)의 굴절률이 서로 다르게 형성되면, 입자(P)에 입사된 빛은 입자(P)와 제2 실리콘 수지(40)의 계면에서 굴절되면서 제2 실리콘 수지(40)로 방출되므로, 광 확산 효과 내지 광 산란 효과가 얻어진다. 따라서, 태양전지(10)의 입사면으로 입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
그리고 실리카 또는 이산화규소로 형성된 입자(P)는 제2 실리콘 수지(40)에 비해 열 전도성이 우수하므로, 태양전지에서 발생된 열을 후면 기판에 효과적으로 전달할 수 있다.
후면 기판(60)은 태양전지 모듈의 내부에 배열된 태양전지의 종류 또는 구조에 따라 투광성 재질의 기판으로 형성되거나, 불투광성 재질의 백 시트(back sheet)로 형성될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 태양전지 모듈에 사용이 가능한 태양전지의 일례에 대해 설명한다. 하지만 본 발명에는 도 4에 도시한 태양전지 외에 다양한 종류 및 구조를 갖는 태양전지가 사용될 수 있다.
태양전지(10)는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 반사방지막(130), 제1 반사방지막(130)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 제1 전극(140), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(150), 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 반사방지막(160), 제2 반사방지막(160)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 전극(170)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다. 이때, 기판(110)은 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 것이 바람직하다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 전면 및 후면 중 적어도 한 면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성된다.
기판(110) 전면(front surface)의 텍스처링 표면에 위치하는 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 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 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다. 이때, 에미터부(120)는 30Ω/sq 내지 120Ω/sq의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.
이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 형성된 제1 반사방지막(130)은 금속 산화물(metal oxide) 계열의 물질을 포함한다.
예를 들면, 제1 반사방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 이루어지는 상부막(131)과, 에미터부(120)와 상부막(131) 사이에 위치하는 하부막(133)으로 형성된다.
하부막(133)은 실리콘 질화막과 빛 흡수계수(absorption coefficient) 또는 밴드갭(Eg)의 차이가 큰 물질, 예컨대 산화 알루미늄막(AlOx)으로 이루어질 수 있다.
이러한 구성의 하부막(133)을 포함하는 제1 반사방지막(130)은 기판(110)의 전면(front surface)을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사방지막으로 기능하며, 또한 패시베이션 막으로도 기능한다.
한편, 하부막(133)으로 산화 알루미늄막(133) 대신에 실리콘 산화막(SiOx: H)을 사용하는 것도 가능하다.
제1 반사방지막(130)은 에미터부(120)의 일부를 노출하는 복수의 콘택 라인(도시하지 않음)을 포함한다. 그리고 콘택 라인을 통해 노출된 에미터부(120)에는 제1 전극(140)이 형성된다.
제1 전극(140)을 미세 선폭 및 높은 종횡비로 형성하기 위해, 콘택 라인은 20㎛ 내지 60㎛의 폭으로 형성될 수 있으며, 에미터부(120)의 평면적의 2% 내지 6%의 평면적으로 형성될 수 있다.
콘택 라인을 상기 폭으로 형성하면, 도금 공정을 이용하여 제1 전극(140)을 형성할 때, 제1 전극(140)을 20㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 제1 전극(140)은 높은 종횡비, 예를 들어 0.83 내지 1의 종횡비를 갖는다.
콘택 라인을 통해 노출된 에미터부(120)에 형성되는 제1 전극(140)은 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 제1 전극(140)은 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
이러한 제1 전극(140)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다. 본 발명에서, 제1 전극(140)은 핑거 전극(finger electrode)일 수 있다. 이와는 달리, 제1 전극(140)은 핑거 전극용 집전부일 수도 있으며, 핑거 전극 및 핑거 전극용 집전부 모두일 수도 있다.
본 실시예에서, 제1 전극(140)은 도금층으로 구성되며, 도금층은 에미터부(120) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층, 확산방지층 및 도전층을 각각 포함한다.
금속 시드층은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2 등을 포함)로 형성되며, 50㎚ 내지 200㎚의 두께로 형성된다.
여기에서 금속 시드층의 두께를 상기 범위로 제한하는 이유는 두께가 50㎚ 미만일 경우 저항이 높고 균일한 막 형성이 어려워 이후에 실시되는 확산방지층의 도금 공정에서 균일도(uniformity)를 확보하는 것이 용이하지 않고, 두께가 200㎚ 이상일 경우 열처리 과정에서 금속 시드층이 일정한 비율로 실리콘 쪽으로 확산되어 니켈 실리사이드 층을 형성하기 때문에 니켈 확산으로 인한 션트 리키지(shunt leakage)가 발생될 수 있기 때문이다.
금속 시드층 위에 형성되는 확산방지층은 도전층을 형성하는 물질이 금속 시드층을 통해 실리콘 계면으로 확산됨으로 인해 정션 디그라데이션(junction degradation)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성된 니켈을 포함한다.
그리고 확산방지층 위에 형성되는 도전층은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함한다. 이들 도전성 금속 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 금속 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 도전층은 구리층을 포함한다. 구리층은 실질적인 전기적 도선으로 기능하며, 10㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성된다. 그런데, 구리의 경우 공기 중에서 쉽게 산화되며 모듈화 공정에서 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 예컨대 리본(도시하지 않음)을 구리층에 직접 솔더링(soldering)하는 것이 용이하지 않은 것으로 알려져 있다.
따라서, 도전층이 구리층을 포함하는 경우에는 구리의 산화를 방지하고 리본의 솔더링 작업이 원활히 이루어지도록 하기 위해 구리층 위에 주석층이 더 형성되며, 주석층은 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성된다.
물론, 구리층 외에 다른 금속 물질로 도전층을 형성하는 경우, 상기 다른 금속 물질이 공기 중에서 쉽게 산화되지 않고 리본과의 솔더링이 가능한 경우에는 주석층을 생략하는 것도 가능하다.
제1 전극(140)이 핑거 전극인 경우, 기판(110)의 전면(front surface)에는 핑거 전극으로 이동한 전하를 수집하는 집전부가 더 형성될 수 있다. 집전부는 제1 전극(140)과 마찬가지로 도금 전극으로 형성할 수 있지만, 핑거 전극과는 달리 도전성 물질을 함유하는 도전 페이스트를 인쇄, 건조 및 소성하여 형성할 수도 있다.
기판(110)의 후면에 위치하는 제2 전극(170)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 본 발명에서, 제2 전극(170)은 핑거 전극(finger electrode)일 수 있다. 이와는 달리, 제2 전극(170)은 핑거 전극용 집전부일 수도 있으며, 핑거 전극 및 핑거 전극용 집전부 모두일 수도 있다.
제2 전극(170)은 알루미늄(A), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제2 전극(170)은 은(Ag) 입자를 함유하는 도전성 페이스트로 형성되거나, 제1 전극(140)과 마찬가지로 도금층으로 형성될 수 있다.
제2 전극(170)은 제1 전극(140)과 동일한 폭 또는 제1 전극(140)보다 큰 폭으로 형성될 수 있으며, 제2 전극(170)의 폭이 제1 전극(140)의 폭보다 크게 형성되는 경우에는 제2 전극(170)의 선저항을 줄일 수 있다.
제2 전극(170)이 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(150)는 기판(110)의 후면 전체에 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다. 이때, 후면 전계부(150)는 50Ω/sq 내지 150Ω/sq의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.
후면 전계부(150)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
제2 전극(170)이 위치하지 않는 상기 후면 전계부(150)의 후면에는 제2 반사방지막(160)이 위치하며, 제2 반사방지막(160)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성된다.
이러한 구성의 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(120) 및/또는 후면 전계부(150)를 통해 기판(110)으로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)이 텍스처링 표면으로 각각 형성되므로, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 제1 반사방지막(130) 및 제2 반사방지막(160)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(110)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(150)를 통해 제2 전극(170)으로 이동하고, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 제1 전극(140)으로 이동한다.
따라서, 도 1에 도시한 바와 같이 어느 한 태양전지의 제1 전극(140)과 인접한 태양전지의 제2 전극(170)을 인터커넥터(20) 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 이하의 실시예들에 있어서, 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예가 전술한 제1 실시예와 다른 점은 제2 실리콘 수지(40)와 후면 기판(60) 사이에 보강 부재(70)가 위치한다는 것이다.
보강 부재(70)는 도 6의 확대부에 도시한 바와 같이 공간(71)에 의해 분리되어 있는 개별 섬유(73)을 포함한다. 따라서, 보강 부재(70)는 메쉬 형태로 형성된다.
이러한 구성의 보강 부재(70)는 태양전지(10)보다 후면 기판(60)에 더 가까운 쪽에 위치할 수 있다. 예를 들면, 보강 부재(70)는 도 5에 도시한 바와 같이 후면 기판(60)과 접촉한다.
보강 부재(70)가 메쉬 형태로 형성되므로, 보강 부재(70)의 공간(71)에는 제2 실리콘 수지(40)가 채워진다. 도 6에서, 상기 공간(71)을 표시하기 위해 상기 공간(71)에 채워진 제2 실리콘 수지(40)는 도시하지 않았다. 하지만, 위에서 설명한 바와 같이 보강 부재(70)의 공간(71)에는 제2 실리콘 수지(40)가 채워진다.
도 7은 도 5의 "D"부분을 확대한 것으로, 보강 부재(70)의 적어도 일부분이 후면 기판(60)과 이격하는 상태를 도시한 것이다.
보강 부재(70)의 적어도 일부분은 도 7에 도시한 바와 같이 후면 기판(60)과 이격될 수 있으며, 이 경우 보강 부재(70)의 공간(71) 및 보강 부재(70)와 후면 기판(60) 사이에도 제2 실리콘 수지(40)가 채워진다.
따라서, 적어도 일부분의 보강 부재(70)가 후면 기판(60)과 이격된 경우 및 보강 부재(70)의 전체 부분이 후면 기판(60)과 접촉하는 경우 모두 제2 실리콘 수지(40)에 후면 기판(60)이 접착된다.
보강 부재(70)는 유리 섬유로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 비쥐에프 인더스트리(BGF Industries)에 의해 공급되는 규격 8인치(inch)ㅧ8인치(약 20.32㎝ㅧ20.32㎝)의 스타일(Style) 106 유리 섬유 단편일 수 있다. 그러나, 보강 부재(70)는 유리 섬유로 한정되지 않는다.
예를 들면, 보강 부재(70)는 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성된 금속 섬유로 형성될 수 있다.
보강 부재(70)는 제1 실리콘 수지(30)의 두께 및 제2 실리콘 수지의 두께보다 각각 작은 두께로 형성될 수 있다. 하지만, 보강 부재(70)의 두께는 제1 실리콘 수지(30)의 두께 및 제2 실리콘 수지(40)의 두께와 각각 동일하게 형성될 수도 있다. 바람직한 보강 부재(70)의 두께는 0.3㎜ 내지 0.5㎜이다.
이러한 구성의 보강 부재(70)를 태양전지(10)와 후면 기판(60) 사이에 배치하면, 보강 부재(70)로 인해 태양전지 모듈의 강도가 증가되고 균열이 방지된다. 또한, 제2 실리콘 수지(40)를 경화하는 동안 제2 실리콘 수지(40)의 뒤틀림이 방지되므로, 후면 기판(60)의 레벨링(leveling)이 우수하게 이루어진다.
또한, 태양전지에서 흡수되지 않은 빛이 보강 부재(70)에 의해 반사되므로, 내부 반사율이 증가하여 태양전지 모듈의 효율이 상승된다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
본 실시예가 전술한 제1 실시예와 다른 점은 제2 실리콘 수지(40)의 내부에 복수의 입자(P)를 배치하는 대신에 제2 실리콘 수지(40)와 후면 기판(60) 사이에 금속 섬유(F)로 이루어진 열 전도 부재를 배치한 것이다.
금속 섬유(F)로 이루어진 열 전도 부재는 전술한 제2 실시예에서 설명한 금속 섬유로 이루어진 보강 부재(70)와 동일하게 구성될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 변형 실시예들을 설명한다.
도 9의 변형 실시예가 전술한 제1 실시예와 다른 점은 태양전지(10)의 수광면에 위치한 인터커넥터(20) 부분이 제1 실리콘 수지(30)의 내부로 몰입된 것 및 열 전도 부재를 형성하는 복수의 입자(P)가 제2 실리콘 수지(40)와 후면 기판(60)의 사이에 위치하는 것이다. 이 경우, 복수의 입자(P)는 증착 또는 스핀 코팅에 의해 제2 실리콘 수지(40) 위에 위치할 수 있다.
그리고 도 10의 변형 실시예가 전술한 제1 실시예와 다른 점은 태양전지(10)의 수광면에 위치한 인터커넥터(20) 부분이 제1 실리콘 수지(30)와 제2 실리콘 수지(40)의 계면 위에 위치하는 것 및 복수의 입자(P)가 제1 실리콘 수지(30)의 내부에 위치하는 것이다.
도 10에서는 제1 실리콘 수지(30)가 상부막(31) 및 하부막(33)을 포함하고, 상부막(31)과 하부막(33) 사이에 복수의 입자(P)가 위치하는 것을 예로 들었지만, 복수의 입자(P)의 중량비를 적당히 조절하여 입자(P)의 분산 형태를 조절하는 경우에는 제1 실리콘 수지(30)를 단일막으로 형성하는 것도 가능하다.
한편, 도시하지는 않았지만, 복수의 입자(P)는 제1 실리콘 수지(30)의 내부 및 제2 실리콘 수지(40)의 내부에 각각 위치할 수 있다.
이때, 광 투과성 전면 기판(50)과 태양전지(10) 사이에는 광 투과성 물질로 형성된 입자를 배치하고, 태양전지(10)와 후면 기판(60) 사이에는 광 반사성 물질로 형성된 입자를 배치하는 것이 바람직하다.
이하, 도 11을 참조하여 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 전면 기판(50)의 한쪽 면에 제1 실리콘 수지를 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 두께로 도포하고, 30초 내지 60초 동안 방치하여 제1 실리콘 수지를 레벨링(leveling)한다.
이때, 전면 기판(50)을 둘러싸는 일정 높이의 틀(frame)을 설치하여 도포된 제1 실리콘 수지가 전면 기판(50)의 외부 공간으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 액상의 제1 실리콘 수지가 도포된 전면 기판을 오븐(oven)에 배치하고, 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 110℃의 온도에서 경화(curing) 공정을 진행하여 제1 실리콘 수지(30)를 형성한다.
경화 공정을 진행하면 제1 실리콘 수지(30)는 전면 기판과 접착되며, 제1 실리콘 수지(30)의 한쪽 표면, 즉 전면 기판(50)과 접착되는 면의 반대쪽 표면은 비평탄면으로 형성된다.
이후, 제1 실리콘 수지(30) 위에 복수의 태양전지(10)를 배치한다. 태양전지(10)를 배치하면, 상기 태양전지(10)는 무게로 인해 제1 실리콘 수지(30)의 내부로 몰입된다.
이후, 제2 실리콘 수지를 1차 도포한 후, 30초 내지 60초 동안 방치하여 1차 도포된 제2 실리콘 수지를 레벨링(leveling)한다.
이때, 액상의 제2 실리콘 수지를 1차 도포하는 작업도 제1 실리콘 수지를 도포할 때와 마찬가지로 틀(frame)을 설치한 상태에서 실시할 수 있다.
제2 실리콘 수지의 1차 도포 및 레벨링 작업에 따르면, 액상의 제2 실리콘 수지는 인접한 태양전지(10)의 사이 공간 및 태양전지(10)와 제1 실리콘 수지(30)의 사이 공간에도 채워진다.
1차 도포된 제2 실리콘 수지의 레벨링 작업을 완료한 후, 복수의 입자(P)를 배치하고, 이어서 제2 실리콘 수지를 2차 도포한 후 레벨링 작업을 실시한다.
이어서, 2차 도포된 제2 실리콘 수지 위에 후면 기판(60)을 배치한 후, 1차 도포된 제2 실리콘 수지와 2차 도포된 제2 실리콘 수지를 함께 경화시킨다.
1차 도포된 제2 실리콘 수지와 2차 도포된 제2 실리콘 수지의 경화 작업은 제1 실리콘 수지(30)와 마찬가지로 오븐에서 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 110℃의 온도로 가열하는 것에 따라 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 제2 실리콘 수지의 경화 작업은 통상의 라미네이팅 장비에 의해 이루어질 수도 있다.
한편, 제2 실리콘 수지(40)와 후면 기판(60) 사이에 보강 부재(70)가 위치하는 경우에는 보강 부재(70)와 후면 기판(60)의 무게로 인해 제2 실리콘 수지(40)가 눌려지면서 보강 부재(70)의 개별 섬유(73) 사이에 형성된 공간으로 제2 실리콘 수지(40)가 채워진다. 그리고 개별 섬유 사이에 형성된 공간에 채워진 제2 실리콘 수지(40)는 후면 기판과 접촉된다.
따라서, 제2 실리콘 수지를 경화할 때 보강 부재(70)의 공간(71)에 채워진 제2 실리콘 수지(40)가 후면 기판(60)과 접착된다. 그리고, 보강 부재(70)와 후면 기판(60)의 사이 공간에 채워진 제2 실리콘 수지(40)도 후면 기판(60)과 접착된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 열 전도 부재를 구성하는 금속 섬유(F)는 실질적으로 후면 기판(60)과 일정한 간격만큼 이격될 수 있다. 여기에서, 금속 섬유(F)가 실질적으로 후면 기판과 이격된다는 것은 후면 기판과 마주하는 금속 섬유(F)의 표면 중 국부적인 영역을 제외한 대부분의 표면이 후면 기판과 이격된다는 것을 포함한다. 따라서, 금속 섬유(F)는 태양전지보다는 후면 기판에 더 가까운 위치에서 제2 실리콘 수지(40)의 내부에 위치할 수 있다.
이 경우, 제2 실리콘 수지를 1차 도포한 후 금속 섬유(F)를 배치하고, 이후 제2 실리콘 수지를 2차 도포하는 방법을 사용할 수 있다.
그리고 금속 섬유(F)를 배치한 상태에서 1차 도포된 제2 실리콘 수지를 경화한 후, 제2 실리콘 수지를 2차 도포하고, 이후 후면 기판을 배치한 상태에서 2차 도포된 제2 실리콘 수지를 경화하는 것도 가능하다. 이 경우에는 1차 도포된 제2 실리콘 수지와 2차 도포된 제2 실리콘 수지의 계면도 비평탄면으로 형성할 수 있다.
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.
10: 태양전지 20: 인터커넥터
30: 제1 실리콘 수지 40: 제2 실리콘 수지
50: 전면 기판 60: 후면 기판
70: 보강 부재 P: 열 전도 부재
F: 금속 섬유
30: 제1 실리콘 수지 40: 제2 실리콘 수지
50: 전면 기판 60: 후면 기판
70: 보강 부재 P: 열 전도 부재
F: 금속 섬유
Claims (23)
- 복수의 태양전지들;
상기 태양전지들의 제1 면 쪽에 위치하는 광 투과성 전면 기판;
상기 광 투과성 전면 기판과 상기 태양전지들의 사이에 위치하는 제1 실리콘 수지(silicone resin);
상기 태양전지들의 제2 면 쪽에 위치하는 후면 기판;
상기 후면 기판과 상기 태양전지들의 사이에 위치하는 제2 실리콘 수지(silicone resin); 및
상기 제2 실리콘 수지의 내부에 위치하며, 복수의 입자, 또는 광 반사성의 금속 물질로 형성된 금속 섬유로 이루어지는 열 전도 부재
를 포함하고,
상기 제1 실리콘 수지와 상기 제2 실리콘 수지의 계면은 태양전지 사이 공간으로 입사된 빛을 난반사하기 위한 비평탄면으로 형성되는 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항에서,
상기 입자는 상기 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 큰 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성되는 태양전지 모듈. - 제3항에서,
상기 복수의 입자는 이웃하는 입자와 서로 접촉하지 않는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 입자는 상기 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 크며 비전도성인 옥사이드(oxide) 계열의 광 투과성 물질로 형성되며, 상기 입자의 굴절률과 상기 제2 실리콘 수지의 굴절률이 서로 다른 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 입자는 0.001㎛ 내지 2,000㎛의 크기로 형성되는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제2 실리콘 수지와 상기 복수의 입자의 전체 중량을 100으로 할 때, 상기 복수의 입자는 상기 전체 중량의 3 내지 40의 중량비로 상기 제2 실리콘 수지에 분산되는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제2 실리콘 수지는 상기 태양전지들과 접촉하는 상부막 및 상기 상부막과 상기 후면 기판의 사이에 위치하는 하부막을 포함하며, 상기 복수의 입자는 상기 상부막과 상기 하부막 사이에 위치하는 태양전지 모듈. - 제8항에서,
상기 입자는 상기 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 큰 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성되는 태양전지 모듈. - 제8항에서,
상기 입자는 상기 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 크며 비전도성인 옥사이드(oxide) 계열의 광 투과성 물질로 형성되며, 상기 입자의 굴절률과 상기 제2 실리콘 수지의 굴절률이 서로 다른 태양전지 모듈. - 제8항에서,
상기 입자는 0.001㎛ 내지 2,000㎛의 크기로 형성되는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 복수의 입자는 상기 후면 기판과 접촉하는 태양전지 모듈. - 제12항에서,
상기 입자는 상기 제2 실리콘 수지에 비해 열 전도성이 큰 광 반사성의 금속 또는 금속 화합물로 형성되는 태양전지 모듈. - 제12항에서,
상기 입자는 0.001㎛ 내지 2,000㎛의 크기로 형성되는 태양전지 모듈. - 제12항에서,
상기 복수의 입자는 이웃하는 입자와 서로 접촉하는 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항에서,
상기 금속 섬유의 한쪽 표면이 상기 후면 기판과 접촉하며, 상기 금속 섬유의 섬유 사이 공간에는 상기 제2 실리콘 수지가 채워지는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 금속 섬유의 한쪽 표면 중 적어도 일부분은 상기 후면 기판과 이격되며, 상기 금속 섬유의 섬유 사이 공간 및 상기 금속 섬유와 상기 후면 기판 사이의 공간에는 상기 제2 실리콘 수지가 채워지는 태양전지 모듈. - 제3항 내지 제15항 중 어느 한 항에서,
상기 열 전도 부재는 상기 복수의 입자로 이루어지며,
상기 제2 실리콘 수지의 내부에서 상기 열 전도 부재에 비해 상기 후면 기판 쪽에 가깝게 위치하는 메쉬 형태의 보강 부재를 더 포함하는 태양전지 모듈. - 제19항에서,
상기 보강 부재는 유리 섬유로 형성되는 태양전지 모듈. - 삭제
- 제20항에서,
상기 보강 부재의 한쪽 표면이 상기 후면 기판과 접촉하며, 상기 보강 부재의 사이 공간에는 상기 제2 실리콘 수지가 채워지는 태양전지 모듈. - 제20항에서,
상기 보강 부재의 한쪽 표면 중 적어도 일부분은 상기 후면 기판과 이격되며, 상기 보강 부재의 섬유 사이 공간 및 상기 보강 부재와 상기 후면 기판 사이의 공간에 상기 제2 실리콘 수지가 채워지는 태양전지 모듈.
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