KR101758197B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 보호시트에 의한 태양광 흡수율 저하를 방지하고, 태양광 발전시 발생하는 온도 상승을 억제할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼로 구성되는 단위 셀과; 상기 단위 셀의 상부와 하부에 마련되는 기판과; 상기 단위 셀과 기판 사이에 마련되되, 상기 단위 셀의 수광면에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트와; 상기 단위 셀이 수용되되, 상기 단위 셀을 지지하는 지지시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{ A solar cell and a manufacturing method thereof}
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 보호시트에 의한 태양광 흡수율 저하를 방지하고, 태양광 발전시 발생하는 온도 상승을 억제할 수 있는 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해서 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)이 발생한다.
이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)은 P형 반도체로 이동하고, 상기 전자(-)는 N형 반도체로 이동하게 되고, 이에 의하여 전위가 발생하여 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조하는 것이다.
한편, 상기 박막형 태양전지는 유리와 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고, 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
종래의 기판형 태양전지의 구성을 보면 도19에서 도시한 바와 같이, 제1,2기판(11,12)과, 상기 제1,2기판(11,12) 사이에 배치되며 웨이퍼로 구성되는 단위 셀(20)과, 상기 단위 셀(20)과 상기 제1기판(11) 사이, 그리고, 상기 단위셀(20)과 상기 제2기판(12)사이에 배치되는 보호시트(30)를 포함한다.
보호시트(30)는 상기 단위셀(20)의 표면에 배치되어, 상기 단위셀(20)의 표면을 보호하는 역할을 하고, 외부 습기의 침투를 방지하는 역할을 한다.
이와 같은 구조하에서, 태양광이 조사되면, 태양광은 제1기판(11) 또는 제2기판(12)과, 상기 보호시트(30)를 통과하여 상기 단위셀(20)에 이르게 되고, 단위셀(20)에서는 광전변환에 의하여 발전 동작을 수행한다.
그런데, 이 경우, 보호시트(30)가 단위셀(20)의 수광면을 덮고 있는데, 상기 보호시트(30)가 단파장대 태양광을 흡수하고, 상대적으로 장파장대 태양광이 주로 단위셀에 입사하게 되므로 발전 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.
또한, 태양광 발전시 단위 셀(20)에서 온도가 상승하는데, 단위 셀 양면에 모두보호 시트를 배치함으로써 온도가 상승이 현저해지고, 이로 인하여 발전 효율이 저하됨은 물론 단위 셀 (20)자체의 수명도 단축시키는 결과도 초래하였다.
또한, 태양전지 제작 작업시 단위 셀(20)이 파괴되는 것을 방지하기 위하여, 보호시트(30)가 단위 셀(20)의 상하 표면을 덮도록 배치되는데, 단위 셀(20)의 표면 뿐만 아니라, 단위 셀(20)과 단위 셀(20) 사이의 공간도 덮어야 하기 때문에 비용적인 측면에서도 부담이 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 파장대의 태양광이 원활하게 단위셀에 입광되도록 하여 발전 효율을 제고하는데 그 목적이 있다.
또한, 태양광 발전시 과도한 열 발생으로 인한 태양전지 수명 단축을 방지하는데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼로 구성되는 단위 셀과; 상기 단위 셀의 상부와 하부에 마련되는 기판과; 상기 단위 셀과 기판 사이에 마련되고, 상기 단위셀의 수광면에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트와, 상기 단위 셀이 수용되되, 상기 단위 셀을 지지하는 지지시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
상기 타공부의 형상과 크기는 상기 단위 셀의 수광면의 형상과 크기에 대응되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판과 상기 단위셀 사이에 마련되며, 상기 타공부에 의하여 형성되는 공간부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀은 복수 개로 마련되되, 상호 이격되게 마련되고, 상기 보호시트는 상기 단위 셀 간의 이격된 공간에 대응되는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지시트는 상기 단위 셀과 단위 셀 사이에 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지시트는 상기 단위 셀이 삽입되는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지지시트는 상면 또는 하면 중 적어도 한 면에는 상기 보호시트가 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지시트의 개구부와 상기 보호시트의 타공부는 서로 대응되는 형상과 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 지지시트의 높이는 상기 단위 셀의 높이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼로 구성되는 단위 셀과; 상기 단위 셀의 상부와 하부에 마련되는 기판과;상기 단위 셀과 기판 사이에 마련되고, 상기 단위 셀의 수광면에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 타공부의 형상과 크기는 상기 단위 셀의 수광면의 형상과 크기에 대응되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판과 상기 단위셀 사이에 마련되며, 상기 타공부에 의하여 형성되는 공간부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위셀은 복수 개로 마련되되, 상호 이격되게 마련되고, 상기 보호시트는 상기 단위 셀 간의 이격된 공간에 대응되는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 보호시트의 타공부의 테두리는 상기 단위셀의 테두리에 걸쳐지게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제1기판에 단위 셀을 마련하는 단계와; 상기 단위셀이 삽입될 수 있는 개구부를 구비하는 지지시트 및 타공부를 구비하는 보호시트를 상기 단위셀의 주위에 배치하는 단계와; 제2기판으로 단위셀과, 상기 지지시트 및 상기 보호시트를 덮는 단계와; 상기 제1,2기판 및 상기 제1,2기판 사이에 배치된 상기 단위셀과 상기 지지시트와 상기 보호시트에 대한 진공 형성단계와; 상기 보호시트를 융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 보호시트를 융착시키는 단계는 열 또는 압력에 의하여 라미네이팅하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 진공형성 단계는 상기 라미네이팅 단계를 수행할 수 있는 라미네이팅 장치에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제1기판에 단위 셀을 마련하는 단계와; 상기 단위셀의 형상에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트를 상기 단위셀의 주위에 배치하는 단계와;제2기판으로 단위셀과, 상기 보호시트를 덮는 단계와; 상기 제1,2기판 및 상기 제1,2기판 사이에 배치된 상기 단위셀과 상기 보호시트에 대한 진공 형성단계와; 상기 보호시트를 융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 보호시트를 융착시키는 단계는 열 또는 압력에 의하여 라미네이팅 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 진공형성 단계는 상기 라미네이팅 단계를 수행할 수 있는 라미네이팅 장치에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
기판과 단위 셀 사이에 보호필름이 제거됨으로써, 장파장 광 뿐만 아니라 단파장 광도 바로 단위셀에 입사할 수 있게 되어 발전 효율이 현저하게 증가될 수 있다는 장점이 있다.
단위 셀의 상부와 하부에 보호필름 없이 진공의 공간부가 마련되기 때문에, 종래 기술의 문제점, 즉, 단위 셀의 온도가 보호필름에 의하여 과도하게 상승하는 문제점이 해결될 수 있다.
게다가, 보호필름에 타공부가 형성된 경우, 타공부 만큼의 보호필름을 절약할 수 있으므로, 제품의 중량 감소 및 원가 절감에도 도움을 줄 수 있다는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지의 측단면도이다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 사용되는 보호시트의 도면이다.
도3은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지의 분해사시도이다.
도4는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지에 사용되는 단위 셀의 측단면도이다.
도5 내지 도9는 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지의 제작공정을 도시한 것이다.
도10은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지에서 태양광이 입사되는 상황을 도시한 측단면도이다.
도11은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지의 측단면도이다.
도12는 본 발명의 제2실시예에 사용되는 보호시트의 도면이다.
도13은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지의 분해사시도이다.
도14 내지 도17은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지의 제작공정을 도시한 것이다.
도18은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지에서 태양광이 입사되는 상황을 도시한 측단면도이다.
도19는 종래 기술에 의한 태양전지의 측단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 알아보도록 하겠다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지(100)의 측단면도이다.
도1에서 도시한 바와 같이, 제1실시예에 의한 태양전지(100)는 최하부에 마련되는 제1기판(110)과, 최상부에 마련되며 상기 제1기판(110)과 이격되는 제2기판(120)이 그 외관을 형성한다.
상기 제1,2기판(110,120) 모두는 투명한 플라스틱 또는 유리기판으로 구성될 수 있고, 한편으로는 둘 중 어느 하나는 불투명하거나 반투명 기판으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1,2기판(110,120)은 딱딱한 기판으로 구성되거나, 플렉시블 기판으로 구성될 수 있다.
제1기판(110)과 상기 제2기판(120) 사이에는 웨이퍼로 구성되는 복수의 단위 셀(200)과, 상기 단위 셀(200)이 삽입되어 지지되는 지지시트(300)와, 상기 지지시트(300)의 상하면에 배치되며, 상기 제1,2기판(110,120)과 면접하는 보호시트(400)를 포함한다.
상기 지지시트(300)에는 상기 단위 셀(200)이 삽입되는 개구부(310)가 마련되고, 상기 보호시트(400)에는 상기 개구부(310)에 대응되는 형태의 타공부(410)가 마련된다.
한편, 상기 지지시트(310)의 두께는 상기 단위 셀(200)의 두께보다 두껍게 형성되는것이 바람직한데, 이는 상기 단위 셀(200)과 상기 제1,2기판(110,120) 사이에 소정의 공간부(500)를 형성하기 위함이다.
따라서, 상기 단위 셀(200)의 상부와 하부에는 공간부(500)가 마련되되, 상기 공간부(500)는 상기 개구부(310) 및 상기 타공부(410)의 내부 공간을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
후술하겠지만, 상기 공간부(500)는 진공 공간으로 형성됨으로써, 상기 제1기판(110) 또는 제2기판(120)을 통과하여 입사되는 태양광이 직접적으로 상기 단위 셀로 입사될 수 있도록 안내하는 역할을 한다.
상기 공간부(500)를 통과한 태양광은 상기 단위셀(200)의 수광면에 입사되기 때문에, 상기 공간부(500)는 상기 단위 셀(200)의 수광면의 위치에 대응되는 위치에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 공간부(500)는 상기 단위 셀(200)의 상부와 하부에 형성되는 것이 바람직한데, 이는 태양광이 상기 태양전지(100)의 상부 뿐만 아니라 하부에서 입사될 수 있는 상황까지 고려한 것이다.
상기 지지시트(300)는 상기 단위 셀(200)과 단위 셀(200)에 위치할 수 있도록 배치되며, 상기 지지시트(300) 위에는 상기 보호시트(400)가 마련된다는 점은 전술한 바와 같다.
상기 지지시트(300)는 상기 단위셀(200)을 고정시키고 지지하며, 상기 태양전지의 전체적인 강도를 보강하기 위하여 마련되는 것으로서 유리나 또는 플라스틱과 같은 일정 수준 이상의 강도를 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 지지시트(300)는 광투과성을 가짐으로써, 태양광이 단위셀(200)로 입사할 수 있도록 돕는 역할도 수행하므로, 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 보호시트(400)는 상기 지지시트(300)의 상부와 하부에 마련된다.
상기 보호시트(300)는 태양전지 외부의 습기등이 내부로 침투하는 것을 방지하는 실링 부재역할을 하는데, 광 투과성을 높이기 위해서 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
그 예로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/염화 비닐 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/비닐알코올 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
상기 보호시트(400)가 상기 지지시트(300) 및 상기 제1기판(110), 또는 상기 제2기판(120) 사이에 배치된 상태에서 열 또는 압력을 가하여 라미네이팅 공정을 수행함으로써 상기 지지시트(300) 및 제1,2기판(110,120) 사이에 융착되어 고정될 수 있다.
또는 상기 보호시트(400)가 양면테이프와 같이 양면에 점착물질이 도포됨으로써, 그러한 점착물질에 의하여 상기 지지시트(300) 및 상기 제1,2기판(110,120) 사이에 부착되어 고정될 수도 있다.
도2는 상기 보호시트의 평면도를 도시한 것이다. 상기 보호시트(400)는 평면 형태의 시트로 구성되며, 그 내부에는 상기 타공부(410)가 형성된다.
상기 타공부(410)는 상기 단위셀(200)의 형상과 크기에 대응되는 것이 바람직하다.
상기 타공부(410)는 상기 단위셀(200)의 배치에 대응될 수 있도록 배열되는데, 여기서 상기 타공부(410)는 복수개로 마련되고, 상호 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.
본 도면에서는 상기 타공부(410)가 복수의 열과 행을 갖는 매트릭스 또는 메쉬구조로 배치된 것을 도시하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 상기 단위셀(410)이 복수로 마련된 상태에서 배치되는 형태가 무엇이든 그 형태에 대응되게 설치될 수 있다.
상기 타공부(410)와 타공부(410) 사이에 마련되는 경계선 부분 및 상기 보호시트의 외곽 테두리 부분은 상기 지지시트(300) 및 상기 제1,2기판(110,120)에 부착되는 부분이다.
상술한 바와 같이, 이러한 부분이 점착물질 또는 열융착에 의하여 상기 지지시트 및 상기 제1,2기판(110,120)에 부착되어 지지될 수 있다.
도3은 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지의 분해사시도이다.
상기 태양전지의 최상부와 최하부는 상기 제1,2기판으로 구성된다.
상기 제1,2기판의 사이에는 웨이퍼 타입의 단위 셀이 마련된다. 상기 단위셀은 복수개로 마련되어 상호 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 지지시트는 상기 단위셀이 삽입되어 고정되는 개구부를 구비하는데, 상기 개구부는 상기 단위셀의 크기 및 형상에 대응되는 형태를 갖고, 그 배치 상태 또한 상기 단위셀의 배치상태에 대응되는 것이 바람직하다.
상기 보호시트는 상기 지지시트의 상면과 하면에 마련되는데, 상술한 바와 같이, 상기 보호시트는 상기 개구부/단위셀의 위치 및 행태 , 그리고 크기에 대응되는 타공부를 구비한다.
도 4은 본 발명의 단위 셀(200)의 개략적인 단면도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 단위 셀(200)은 PN구조의 반도체 웨이퍼로 구성되는 광전 변환부(240), 상기 광전변환부(240)의 상면에 형성된 전면반사방지층(250), 상기 전면반사방지층(250)의 상면에 형성된 전면전극(260), 상기 광전변환부(240)의 하면에 형성된 후면반사방지층(270), 상기 후면반사방지층(270)의 하면에 형성된 후면전극(280)으로 이루어진다.
상기 광전변환부(240)는 P형 다결정실리콘층(241), 상기 P형 다결정실리콘층(241) 상면에 형성된 N형 다결정실리콘층(243), 및 상기 P형 다결정실리콘층(241) 하면에 형성된 P+형 다결정실리콘층(245)으로 이루어진다.
이와 같은 광전변환부(240)는 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 상면에 고온 확산법 또는 플라즈마 이온 도핑법을 이용하여 N형 도펀트를 도핑함으로써 N형 다결정실리콘층(243)을 형성하고, P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 하면에 고온확산법 또는 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 P형 도펀트를 도핑하여 고농도의 P+형 다결정실리콘층(245)을 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 고온확산법은 고온에서 도펀트를 확산시키는 공정으로서, 상기 고온확산법을 이용하여 P형 다결정 실리콘 웨이퍼(241)의 상면에 N형 다결정 실리콘층(243)을 형성하는 공정에 대해서 간단히 설명하면, 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(141)를 대략 800℃이상의 고온의 확산로에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급하여 N형 도펀트를 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 표면으로 확산시킨다.
한편, 상기 고온확산공정을 수행하면 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 상면, 측면 및 하면 전체에 N형 다결정실리콘이 형성되는데, 이와 같은 구조를 그대로 사용하게 되면 태양전지에서 누설전류가 발생하는 문제점을 야기한다.
따라서, 누설전류의 발생을 방지하기 위해서 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 측면 및 하면에 형성된 N형 다결정실리콘을 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 제거하여 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 상면에만 N형 다결정실리콘층(243)이 형성되도록 한다.
상기 플라즈마 이온도핑법은 도펀트를 플라즈마 이온화하여 도핑시키는 공정이다.
상기 플라즈마 이온도핑법을 이용하여 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 상면에 N형 다결정실리콘층(243)을 형성하는 공정에 대해서 간단히 설명하면, 우선 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)를 플라즈마 발생장치에 안치시킨 상태에서 POCl3, PH3 등과 같은 N형 도펀트 가스를 공급한다.
그리고, 플라즈마를 발생시키면 플라즈마 내부의 인(P) 이온이 RF전기장에 의해 가속되어 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)의 상면으로 입사하여 이온도핑된다.
한편, 상기 플라즈마 이온도핑 공정 후에는 상기 P형 다결정실리콘 웨이퍼(241)를 적절한 온도로 가열하는 어닐링 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
그 이유는 상기 어닐링 공정을 수행하지 않을 경우에는 도핑된 이온이 단순한 불순물로 작용할 수있지만, 상기 어닐링 공정을 수행하게 되면 도핑된 이온이 Si와 결합하여 활성화되기 때문이다.
상기 N형 다결정실리콘층(243)은 그 표면이 요철구조로 이루어진 것이 바람직한데, 그 이유는 요철구조로 형성할 경우 태양광의 흡수면적이 넓어져 태양전지의 효율이 증진될 수 있기 때문이다.
상기 P+형 다결정실리콘층(245)은 반드시 형성해야 하는 것은 아니지만, 상기 P형 다결정실리콘층(241)의 하면에 P+형 다결정실리콘층(245)을 형성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 상기 P+형 다결정실리콘층(245)을 형성할 경우 태양광에 의해서 형성된 전자가 태양전지의 후면에서 재결합하여 소멸되는 것이 방지됨으로써 태양전지의효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 광전변환부(240)는 N형 다결정실리콘층, 상기 N형 다결정실리콘층 상면에 형성된 P형 다결정실리콘층, 및 상기 N형 다결정실리콘층 하면에 형성된 N+형 다결정실리콘층으로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 광전변환부(240)는 N형 다결정실리콘 웨이퍼의 상면에 고온확산법 또는 플라즈마 이온 도핑법을 이용하여 P형 도펀트를 도핑함으로써 P형 다결정실리콘층을 형성하고, N형 다결정실리콘 웨이퍼의 하면에 N형 도펀트를 도핑하여 고농도의 N+형 다결정실리콘층을 형성하는 공정을 통해 형성할 수 있다.
상기 N형 다결정실리콘 웨이퍼의 상면에 형성되는 P형 다결정실리콘층은 그 표면이 요철구조로 이루어진 것이태양광의 흡수면적을 넓힐 수 있어 바람직하다.
상기 전면반사방지층(250)은 상기 광전변환부(240)의 상부에서 입사되는 입사광이 외부로 반사되는 것을 방지하는 역할을 하고, 상기 후면반사방지층(270)은 상기 PN구조의 반도체 웨이퍼(240)의 하부에서 입사되는 반사광이 외부로 반사되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 상기 전면반사방지층(250) 및 상기 후면반사방지층(270)은 생략해도 무방하지만 태양전지의 효율증진을 위해서는 추가하는 것이 바람직하다.
상기 전면반사방지층(250) 및 상기 후면반사방지층(270)은 ZnO 또는 SiN과 같은 물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전면전극(260) 및 상기 후면전극(280)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni,Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속을 이용하여 형성한다.
상기 전면전극(260) 및 상기 후면전극(280)은 그 단면적이 작도록 패턴 형성하는 것이 입사광 및 반사광의 태양전지 내부로의 투과율을 증가시킬 수 있어 바람직하다.
따라서, 상기 전면전극(260) 및 상기 후면전극(280)은 스퍼터링법 등을 이용하여 박막을 형성한 후 식각공정을 통한 패터닝 공정을 통해 형성할 수도 있고, 또는 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯 인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 및 미세접촉 인쇄법(microcontact printing)과 같은 방법을 이용하여 소정의 패턴을 직접 형성하는 것도 가능하다.
상기 스크린 인쇄법은 스크린과 스퀴즈(squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 잉크젯 인쇄법은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 그라비아 인쇄법은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 미세접촉 인쇄법은 소정의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방법이다.
이하에서는 도 5 내지 도9를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 의한 태양전지를 제작하는 방법에 대하여 알아보도록 하겠다.
도5에서 도시한 바와 같이, 상기 제1기판(110)에 상기 단위 셀(200)을 배치하되, 상호 간에 이격되도록 배치한다.
여기서, 상기 단위셀(200)의 제1전극은 인접한 다른 단위셀(200)의 제2전극과 소정의 배선에 의하여 연결되어 직렬 연결상태가 될 수 있다.
한편, 도6에서 도시한 바와 같이, 상기 지지시트(300)의 상면과 하면에 상기 보호시트(400)를 마련하는데, 이 때, 상기 지지시트(300)의 개구부(310)와 상기 보호시트의 타공부(410)의 위치가 일치되도록 하는 것이 중요하다.
도7에서 도시한 바와 같이, 상기 보호시트(400)가 배치되는 지지시트(300)를 상기 제1기판(110)에 배치시키되, 상기 단위 셀(200)과 단위 셀(200) 사이에 위치하도록 배치시킨다.
상기 단위셀(200)은 상기 개구부(310) 및 상기 타공부(410)에 삽입되어 고정되되, 도8에서 도시한 바와 같이, 그 가조립된 상태에서 소정의 조작을 통하여 상기 단위셀(200)의 상면과 하면에 상기 제1,2기판(110,120)으로 부터 이격될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이로 인하여, 도8에서 도시한 바와 같이, 상기 제1,2기판(110,120)과 상기 단위셀(200) 사이에는 상기 공간부(500)가 형성될 수 있다.
이후 도9에서 도시한 바와 같이, 열처리 및 압착을 통하여 태양전지(100)를 완성하기 위하여 상술한 구조물을 라미네이팅 장치(600)의 공정챔버(610)에 배치하되, 상기 공정챔버(610) 내부에 마련되는 히팅 플레이트(630) 위에 배치한다.
이 상태에서, 우선, 상기 라미네이팅 장치 공정챔버(610)에 연결되는 진공펌프(620)를 이용하여, 상기 공정챔버(610) 내부 상태가 진공상태가 되도록 한다. 이로 인하여, 상기 공간부(500) 내부도 진공상태가 될 수 있다.
이후, 상기 히팅 플레이트(630)를 동작하여, 태양전지(100)를 가열한 상태에서, 소정의 압착 장치를 이용하여, 상기 제2기판(120)을 균일한 힘으로 압축하면, 상기 보호시트(400)가 녹으면서, 상기 지지 시트(400) 및 상기 제1,2기판(110,120)에 융착되고, 이로 인하여 태양전지(100) 내부와 외부에 대한 실링이 될 수 있다.
상기 압착장치는 상기 공정챔버(610) 내에 마련되어 탄성변형부재와, 상기 탄성변형부재에 공기를 유입시키거나 유출시킬 수 있는 공기조절장치가 될 수 있다.
또는 상기 압착장치는 압착롤러나 압착 플레이트로도 구성될 수 있다.
이후, 소정의 냉각과정을 거치면, 도10과 같은 태양전지(100)가 완성될 수 있다.
한편, 위의 과정 처럼 지지시트(300)에 보호 시트(400)를 배치하여 제작하는 것 이외에, 제1,2기판(110,120)에 각각 보호시트(400)를 배치한 이후에, 제1,2기판(110,120)을 지지시트(300)에 인접하게 배치하여, 지지시트(300)에 보호시트(400)를 배치시킬 수 도 있다.
이하에서는 도10을 이용하여 태양전지(100)에 태양광이 입사되는 상태에 대하여 알아보도록 하겠다.
상기 태양전지(100)에 대해서 태양광이 입사되는 경우, 태양광은 상기 제1기판(110) 또는 제2기판(120) 중 적어도 어느 하나를 통과한다.
상기 제1기판(110) 또는 상기 제2기판(120)을 통과한 태양광은 상기 공간부(500)를 통과하여, 상기 단위 셀(200)이 직접 입사됨으로써, 광전변환과정을 거쳐서 상기 단위 셀(200)에 의하여 전기로 변환된다.
종래 기술에 있어서, 상기 단위 셀의 상면과 하면에 보호 시트가 마련되는 경우에는, 단파장의 빛을 보호 필름에서 흡수함으로써, 상대적으로 장파장의 광이 주로 단위 셀에 입사되어 발전되었다.
따라서, 단파장 광에 의한 발전 비율이 장파장 광에 의한 발전비율보다 현저하게 떨어지게 됨으로써, 전체적인 발전효율이 떨어질 수 있었다.
그러나, 본 발명과 같이, 기판(110,120)과 단위 셀(200) 사이에 보호시트(400)가 제거됨으로써, 장파장 광 뿐만 아니라 단파장 광도 바로 단위셀(200)에 입사할 수 있게 되어 발전 효율이 현저하게 증가될 수 있게 되었다.
한편, 태양광 발전시 상기 단위셀의 온도가 상승하게 되는데, 상기 단위셀의 상면과 하면에 보호시트가 장착되면 보호시트에 의한 보온효과로 인하여 단위셀의 표면온도가 급격하게 상승하여 그 수명을 단축시키는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 경우, 단위 셀(200)의 상부와 하부에 보호 없이 진공의 공간부가 마련되기 때문에, 종래 기술의 문제점, 즉, 단위 셀의 온도가 보호시트(400)에 의하여 과도하게 상승하는 문제점이 해결될 수 있다.
도11은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지의 단면도이다.
도11에서 도시한 바와 같이, 제2실시예에 의한 태양전지(1100)는 최하부에 마련되는 제1기판(2110)과, 최상부에 마련되며 상기 제1기판(2110)과 이격되는 제2기판(2120)이 그 외관을 형성한다.
상기 제1,2기판(2110,2120) 모두는 투명한 플라스틱 또는 유리기판으로 구성될 수 있고, 한편으로는 둘 중 어느 하나는 불투명하거나 반투명 기판으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1,2기판(2110,2120)은 딱딱한 기판으로 구성되거나, 플렉시블 기판으로 구성될 수 있다.
제1기판(2110)과 상기 제2기판(2120) 사이에는 웨이퍼로 구성되는 복수의 단위 셀(2200), 상기 단위 셀(220)의 상하면에 배치되며, 상기 제1,2기판(2110,2120)과 면접하는 보호시트(2400)를 포함한다.
상기 보호시트(2400)는 타공부(2411)가 형성되며, 상기 단위 셀(2200)의 일면에 배치되는 제1보호시트(2410)와, 타공부(2410)가 형성되지 않고, 연속된 필름 형태로 마련되며 상기 단위 셀(2200)의 타면에 배치되는 제2보호시트(2420)를 포함한다.
여기서, 상기 제1보호시트(2410)가 배치된 곳으로 빛이 통과하는 것이 바람직하다.
본 도면에서는 상기 제1보호시트(2410)가 상기 단위 셀(2200)의 상부에 배치되고, 상기 제2보호시트(2420)가 상기 단위 셀(2200)의 하부에 배치되는 것을 도시하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 제1보호시트(2410)의 타공부(2411)는 상기 단위 셀(2200)의 상부에 배치되어, 후술할 진공이 형성되는 공간부(2500)를 형성하는데, 상기 공간부(2500)는 태양광이 입사되도록 안내하는 역할을 수행한다.
상기 공간부(2500)를 통과한 태양광은 상기 단위셀(2200)의 수광면에 입사되기 때문에, 상기 공간부(2500)는 상기 단위 셀(2200)의 수광면의 위치에 대응되는 위치에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 보호시트(2400)는 태양전지 외부의 습기등이 내부로 침투하는 것을 방지하는 역할을 하면서, 광 투과성을 높이기 위해서 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
그 예로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/염화 비닐 공중합체, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌/비닐알코올 공중합체, 염소화 폴리에틸렌, 염소화 폴리프로필렌 등을 들 수 있다.
상기 보호시트(2400)가 상기 단위 셀(2200)과 상기 1기판(2110) 사이, 또는 상기 단위 셀(2200)과 제2기판(2110) 사이에 배치된 상태에서 열 또는 압력을 가하여 라미네이팅 공정을 수행함으로써 상기 단위셀(2200) 및 제1,2기판(2110,2120) 사이에 융착되어 고정될 수 있다.
또는 상기 보호시트(2400)가 양면테이프와 같이 양면에 점착물질이 도포됨으로써, 그러한 점착물질에 의하여 상기 제1,2기판(2110,2120) 및 상기 단위 셀(2200)에 부착되어 고정될 수도 있다.
도12(a)는 상기 제1보호시트(2410)의 평면도이고, 도12(b)는 상기 제2보호시트(2420)의 평면도이다.
상기 제1보호시트(2410)는 평면 형태의 시트로 구성되며, 그 내부에는 상기 타공부(2411)가 형성된다. 상기 타공부(2411)는 상기 단위셀(2200)의 형상과 크기에 대응되는 것이 바람직하다.
상기 타공부(2411)는 상기 단위셀(2200)의 배치에 대응될 수 있도록 배열되는데, 여기서 상기 타공부(2411)는 복수개로 마련되고, 상호 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.
본 도면에서는 상기 타공부(2411)가 복수의 열과 행을 갖는 매트릭스 또는 메쉬구조로 배치된 것을 도시하였으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 상기 단위셀(2200)이 복수로 마련된 상태에서 배치되는 형태가 무엇이든 그 형태에 대응되게 설치될 수 있다.
상기 타공부(2411)와 타공부(2411) 사이에 마련되는 경계선 부분 및 상기 제1보호시트(2410)의 외곽 테두리 부분은 상기 제2기판(2120) 및 상기 단위셀(2200)의 외곽 테두리에 부착되는 부분이다.
상술한 바와 같이, 이러한 부분이 점착물질 또는 열융착에 의하여 상기 제2기판(2120) 및 단위셀(2200)의 테두리에 부착되어 지지될 수 있다.
도2(b)에서 도시한 바와 같이, 상기 제2보호시트(2420)는 타공부가 없는 평면 필름으로 구성되며, 상기 제1기판(2110) 및 상기 단위 셀(2200)의 하면에 부착될 수 있다.
다만, 상기 제1보호시트(2410)와 상기 제2보호시트(2420)의 위치는 바뀔 수 있다.
도13은 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지(1100)의 분해사시도이다.
상기 태양전지(1100)의 최상부와 최하부는 상기 제1,2기판(2110,2120)으로 구성된다.
상기 제1,2기판(2110,2120)의 사이에는 웨이퍼 타입의 단위 셀(2200)이 마련된다. 상기 단위셀(2200)은 복수개로 마련되어 상호 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제1보호시트(2410)는 상기 단위 셀(2200)과 상기 제2기판(2120) 사이에 배치되고, 상기 제2보호시트(2420)는 상기 단위셀(2200)과 상기 제1기판(2110) 사이에 배치된다.
상술한 바와 같이, 상기 제1보호시트(2410)는 상기 단위셀(2200)의 위치 및 형태 , 그리고 크기에 대응되는 타공부(2411)를 구비한다.
다만, 상기 타공부(2411)의 크기는 상기 단위셀(2200)의 크기보다 약간 작게 형성됨으로서, 상기 타공부(2411)의 테두리가 상기 단위 셀(2200)의 테두리에 걸릴 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 단위 셀(2200)의 구조는 도4에서 설명한 것과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 하겠다.
이하에서는 도 14 내지 도17를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 의한 태양전지를 제작하는 방법에 대하여 알아보도록 하겠다.
도14에서 도시한 바와 같이, 상기 제1기판(2110)에 상기 제2보호시트(2420)를 배치하고, 그 위에, 상기 단위 셀(2200)을 배치하되, 상기 단위셀(2200) 상호 간에 이격되도록 배치한다.
여기서, 상기 단위셀(2200)의 제1전극은 인접한 다른 단위셀의 제2전극과 소정의 배선에 의하여 연결되어 직렬 연결상태가 될 수 있다.
한편, 도15에서 도시한 바와 같이, 상기 제2기판(2120)의 하면에 상기 제1보호시트(2410)를 마련하는데, 제1보호시트(2410)의 타공부(2411)의 위치와 상기 단위셀(2200)의 위치가 일치되도록 하는 것이 중요하다.
도16에서 도시한 바와 같이, 상기 제2기판(2120)을 상기 단위 셀(2200)의 위에 올려놓되, 상기 제1보호시트(2410)가 상기 단위 셀(2200)과 접촉할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 상기 타공부(2411)의 폭을 상기 단위셀(2200)의 폭보다 작게 함으로써, 상기 타공부(2411)의 테두리가 상기 단위 셀(2200)의 테두리에 걸릴 수 있게 한다.
이로 인하여, 상기 타공부(2411) 내부의 공간이 상기 단위 셀(2200) 상부에 마련되는 공간부(2500)를 형성할 수 있고, 상기 공간부(250)의 높이는 상기 제1보호시트(2410)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.
이후 도17에서 도시한 바와 같이, 열처리 및 압착을 통하여 태양전지를 완성하기 위하여 상술한 구조물을 라미네이팅 장치(600)의 공정챔버(610)에 배치하되, 상기 공정챔버(610) 내부에 마련되는 히팅 플레이트(630) 위에 배치한다.
이 상태에서, 우선, 상기 라미네이팅 장치(600)의 공정챔버(610)에 연결되는 진공펌프(620)를 이용하여, 상기 공정챔버(610) 내부 상태가 진공상태가 되도록 한다. 이로 인하여, 상기 공간부(250) 내부도 진공상태가 될 수 있다.
이후, 상기 히팅 플레이트(630)를 동작하여, 태양전지를 가열한 상태에서, 소정의 압착 장치를 이용하여, 상기 제2기판(2120)을 균일한 힘으로 압축하면, 상기 제1,2보호시트(2410,2420)가 녹으면서, 각각 상기 제1,2기판(2110,2120)에 융착되고, 이로 인하여 태양전지 내부와 외부에 대한 실링이 될 수 있다.
상기 압착장치는 상기 공정챔버 내에 마련되어 탄성변형부재와, 상기 탄성변형부재에 공기를 유입시키거나 유출시킬 수 있는 공기조절장치가 될 수 있다.
또는 상기 압착장치는 압착롤러나 압착 플레이트로도 구성될 수 있다.
이후, 소정의 냉각과정을 거치면, 도18과 같은 태양전지(1100)가 완성될 수 있다.
이하에서는 도18을 이용하여 제2실시예에 의한 태양전지(1100)에 태양광이 입사되는 상태에 대하여 알아보도록 하겠다.
상기 태양전지(1100)에 대해서 태양광이 입사되는 경우, 태양광은 상기 제1기판(2110) 또는 제2기판(2120) 중 어느 하나를 통과한다.
상기 제1기판(2110) 또는 상기 제2기판(2120)을 통과한 태양광은 상기 공간부(2500)를 통과하여, 상기 단위 셀(2200)에 입사됨으로써, 광전변환과정을 거쳐서 상기 단위 셀에 의하여 전기로 변환된다.
상기 단위 셀의 상면과 하면에 보호 필름이 마련되는 경우에는, 단파장의 빛을 보호 필름에서 흡수함으로써, 상대적으로 장파장의 광이 주로 단위 셀에 입사되어 발전되었다.
따라서, 단파장 광에 의한 발전 비율이 장파장 광에 의한 발전비율보다 현저하게 떨어지게 됨으로써, 전체적인 발전효율이 떨어질 수 있었다.
그러나, 본 발명과 같이, 기판(2110,2120)과 단위 셀(2200)의 일면 사이에 보호필름이 제거됨으로써, 장파장 광 뿐만 아니라 단파장 광도 바로 단위셀에 입사할 수 있게 되어 발전 효율이 현저하게 증가될 수 있게 되었다.
한편, 태양광 발전시 상기 단위셀의 온도가 상승하게 되는데, 상기 단위셀의 상면과 하면에 보호필름이 장착되면 보호필름에 의한 보온효과로 인하여 단위셀의 표면온도가 급격하게 상승하여 그 수명을 단축시키는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 경우, 단위 셀(2200)의 일면에 보호필름 없이 진공의 공간부(2500)가 마련되기 때문에, 종래 기술의 문제점, 즉, 단위 셀(2200)의 온도가 보호필름에 의하여 과도하게 상승하는 문제점이 해결될 수 있다.
100; 1100: 태양전지 110, 2110: 제1기판
120, 2120: 제2기판 200, 2200: 단위셀
300: 지지시트 400, 2400: 보호시트
410, 2411: 타공부 500: 공간부

Claims (20)

  1. 웨이퍼로 구성되는 단위 셀과;
    상기 단위 셀의 상부와 하부에 마련되는 기판과;
    상기 단위 셀과 기판 사이에 마련되고, 상기 단위 셀의 수광면에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트와;
    상기 단위 셀이 수용되고, 상기 단위 셀을 지지하는 지지시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타공부의 형상과 크기는 상기 단위 셀의 수광면의 형상과 크기에 대응되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판과 상기 단위셀 사이에 마련되며, 상기 타공부에 의하여 형성되는 공간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀은 복수 개로 마련되되,
    상호 이격되게 마련되고, 상기 보호시트는 상기 단위 셀 간의 이격된 공간에 대응되는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지시트는 상기 단위 셀과 단위 셀 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지시트는 상기 단위 셀이 삽입되는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 지지시트는 상면 또는 하면 중 적어도 한 면에는 상기 보호시트가 부착되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 삭제
  9. 제4항에 있어서,
    상기 지지시트의 높이는 상기 단위 셀의 높이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  10. 웨이퍼로 구성되는 단위 셀과;
    상기 단위 셀의 상부와 하부에 마련되는 기판과;
    상기 단위 셀과 기판 사이에 마련되고, 상기 단위 셀의 수광면에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 타공부의 형상과 크기는 상기 단위 셀의 수광면의 형상과 크기에 대응되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판과 상기 단위셀 사이에 마련되며, 상기 타공부에 의하여 형성되는 공간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1기판에 단위 셀을 마련하는 단계와;
    상기 단위셀이 삽입될 수 있는 개구부를 구비하는 지지시트 및 타공부를 구비하는 보호시트를 상기 단위셀의 주위에 배치하는 단계와;
    제2기판으로 단위셀과, 상기 지지시트 및 상기 보호시트를 덮는 단계와;
    상기 제1,2기판 및 상기 제1,2기판 사이에 배치된 상기 단위셀과 상기 지지시트와 상기 보호시트에 대한 진공 형성단계와;
    상기 보호시트를 융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1기판에 단위 셀을 마련하는 단계와;
    상기 단위셀의 형상에 대응되는 타공부를 구비하는 보호시트를 상기 단위셀의 주위에 배치하는 단계와;
    제2기판으로 단위셀과, 상기 보호시트를 덮는 단계와;
    상기 제1,2기판 및 상기 제1,2기판 사이에 배치된 상기 단위셀과 상기 보호시트에 대한 진공 형성단계와;
    상기 보호시트를 융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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