KR101779955B1 - 박막 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 기판; 기판 상부에 접촉되어 형성되는 제 1 전극, 제 1 전극 상부에 이격되어 형성되는 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되는 광전 변환부를 포함하는 복수의 셀들; 복수의 셀들 중 최외곽 셀의 상부에 배치되는 리본 전극; 및 최외곽 셀과 리본 전극 사이에 형성되어 최외곽 셀과 리본 전극을 서로 연결시키는 도전성 접착부;를 포함하며, 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극, 광전 변환부 및 제 2 전극 각각과 전기적으로 연결되는 제 1 연결부를 포함한다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 기판; 기판 상부에 접촉되어 형성되는 제 1 전극, 제 1 전극 상부에 이격되어 형성되는 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형성되는 광전 변환부를 포함하는 복수의 셀들; 복수의 셀들 중 최외곽 셀의 상부에 배치되는 리본 전극; 및 최외곽 셀과 리본 전극 사이에 형성되어 최외곽 셀과 리본 전극을 서로 연결시키는 도전성 접착부;를 포함하며, 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극, 광전 변환부 및 제 2 전극 각각과 전기적으로 연결되는 제 1 연결부를 포함한다.
Description
본 발명은 박막 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 반도체에서 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 p형 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형의 반도체부와 n형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명은 효율이 향상된 박막 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 기판; 기판 상부에 위치하는 제 1 전극, 제 1 전극 상부에 위치하는 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 광전 변환부를 각각 포함하는 복수의 셀들; 복수의 셀들 중 제 1 최외곽 셀 및 제 2 최외곽 셀의 상부에 각각 배치되는 리본 전극; 및 제 1 최외곽 셀과 리본 전극 및 제 2 최외곽 셀과 리본 전극 사이에 각각 위치하며, 제 1 및 제 2 최외곽 셀을 리본 전극에 전기적으로 각각 연결시키는 도전성 접착부;를 포함하며, 제1 최외곽 셀의 제2 전극과 상기 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극, 광전 변환부 및 제 2 전극 각각과 전기적으로 연결되는 제 1 연결부를 포함한다.
여기서, 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극은 제 1 최외곽 셀의 광전 변환부를 관통하여 제 1 최외곽 셀의 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 연결부를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 최외곽 셀의 제 1 전극은 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 제 1 연결부는 복수 개이며, 복수 개의 제 1 연결부의 폭들은 서로 다를 수 있다. 구체적으로 복수 개의 제 1 연결부의 폭들은 제 1 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과의 거리가 가까워질수록 증가할 수 있다.
또한, 제 2 연결부는 복수 개이고, 복수 개의 제 2 연결부의 폭들은 서로 다를 수 있다. 구체적으로 복수 개의 제 2 연결부의 폭들은 제 1 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과의 거리가 가까워질수록 증가할 수 있다.
여기서, 제 1 연결부 및 제 2 연결부 각각의 폭은 40㎛ 내지 150㎛ 사이일 수 있다.
아울러, 도전성 접착부는 전기 전도성의 금속 물질을 포함할 수 있으며, 접착성 수지 및 접착성 수지 내에 복수의 도전성 입자를 포함할 수도 있다.
또한, 태양 전지 모듈은 복수의 셀에서 생성된 전력을 회수하는 집전 박스; 및 복수의 셀들 상부를 가로질러 배치되어 집전 박스와 리본 전극을 서로 연결하는 버스바 전극;을 더 포함할 수 있다.
또한, 박막 태양 전지 모듈은 복수의 셀들과 버스바 전극 사이에 비전도성 물질의 절연부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 광전 변환부는 적어도 하나의 p-i-n층을 포함할 수 있다.
또한, 제 2 최외곽 셀의 제 2 전극과 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 제 2 최외곽 셀에 포함되는 제 2 전극과 전기적으로 연결되고, 제 2 최외곽 셀에 포함되는 광전 변환부 및 제 1 전극과는 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
여기서, 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극은 제 1 최외곽 셀과 바로 인접한 셀의 제 1 전극에 전기적으로 연결되고, 제 2 최외곽 셀의 제 1 전극은 제 2 최외곽 셀과 바로 인접한 셀의 제 2 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 2 전극의 상부면 및 측면과 서로 접촉되고, 제 1 최외곽 셀에 포함되는 광전 변환부의 측면과 서로 접촉되며, 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극의 상부 일부분과 서로 접촉될 수 있다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 도전성 접착부와 최외곽 셀과의 접촉 저항을 줄여 도전성 접착부와 최외곽 셀의 접촉 부분에서 발생하는 열을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 박막 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 박막 태양전지 모듈에 포함되는 각 단위 셀을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 6은 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 박막 태양전지 모듈의 양쪽 최외곽 셀에 적용된 일례에 대해 설명한다.
도 7은 박막 태양전지 모듈의 최외곽 셀 중 어느 하나의 셀에 포함되는 제 1 전극은 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극과 서로 전기적으로 연결된 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 8은 최외곽 셀에 포함된 제 1 연결부의 폭을 다르게 한 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 9는 최외곽 셀에 포함된 제 2 연결부의 폭을 다르게 한 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 박막 태양전지 모듈에 포함되는 각 단위 셀을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 6은 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 박막 태양전지 모듈의 양쪽 최외곽 셀에 적용된 일례에 대해 설명한다.
도 7은 박막 태양전지 모듈의 최외곽 셀 중 어느 하나의 셀에 포함되는 제 1 전극은 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극과 서로 전기적으로 연결된 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 8은 최외곽 셀에 포함된 제 1 연결부의 폭을 다르게 한 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 9는 최외곽 셀에 포함된 제 2 연결부의 폭을 다르게 한 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
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.
도 1 내지 도 2b는 본 발명에 따른 박막 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
여기서, 도 1은 박막 태양전지 모듈(10)을 배면에서 바라본 평면도를 도시한 것이고, 도 2a는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ라인을 따라 박막 태양전지 모듈(10)의 단측면을 Ⅱ-Ⅱ라인을 따라 개략적으로 도시한 것으로, 박막 태양 전지 모듈의 최외곽 셀과 도전성 접착부의 연결관계를 설명하기 위한 일례이고, 도 2b는 도 1 및 도 2a에 도시된 도전성 접착부(210)를 최외곽 셀에 전기적으로 연결시키는 일례를 설명하기 위한 도이며, 도 2c는 본 발명에 따른 박막 태양 전지 모듈의 최외곽 셀에서 제 2 연결부가 생략된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈(10)은 기판(100), 복수의 셀들(C, C1, C2), 복수의 도전성 접착부(210), 리본 전극(220), 버스바 전극(230), 절연부(240) 및 집전 박스(250)를 포함할 수 있다.
여기서, 절연부(240)는 경우에 따라 생략될 수도 있다.
기판(100)은 복수의 셀들(C, C1, C2)을 지지하고, 복수의 셀들(C, C1, C2)이 외부의 오염으로부터 손상되는 것을 방지한다. 아울러, 기판(100)은 입사되는 광(Light)이 광전변환부(PV)에 보다 효과적으로 도달하도록 하기 위해 실질적으로 투명한 재질, 예컨대 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
복수의 셀들(C, C1, C2)은 기판(100)의 상부에 배치되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 셀들(C, C1, C2) 각각은 제 1 전극(110), 제 2 전극(140), 광전 변환부(PV)를 포함한다.
여기서, 제 1 전극(110)은 기판(100)의 상부에 배치되며, 제 2 전극(140)은 제 1 전극(110)의 상부에 배치되되, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(140) 사이에 광을 입사받아 전기로 변환하는 광전 변환부(PV)가 배치된다. 이와 같은 셀에 대한 다양한 일례는 도 3 내지 도 5에서 보다 구체적으로 설명한다.
이와 같은 복수의 셀들(C, C1, C2)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 박막 태양 전지의 상하 방향으로 도시된 복수 개의 스크라이빙 라인(P1, P2, P3)에 의해 구분된다.
보다 구체적으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 셀들(C, C1, C2)에서 각 셀의 제 1 전극(110)은 제 1 스크라이빙 라인(P1)에 의해 구분되며, 각 셀의 광전 변환부(PV)는 제 2 스크라이빙 라인(P2) 및 제 3 스크라이빙 라인(P3)에 의해, 각 셀의 제 2 전극(140)은 제 3 스크라이빙 라인(P3)에 의해 구분된다.
이와 같은 각각의 제 1 스크라이빙 라인(P1), 제 2 스크라이빙 라인(P2), 및 제 3 스크라이빙 라인(P3) 패턴에 따른 제 1 전극(110), 광전 변환부(PV) 및 제 2 전극(140)에 대한 식각은 레이저 빔을 이용하여 수행될 수 있다.
이와 같은 태양 전지 모듈에 포함되는 복수의 셀들(C, C1, C2)이 형성되는 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(100)의 상부에 제 1 전극(110)을 전체적으로 형성한다. 이후, 전술한 바와 같이 제 1 스크라이빙 라인(P1) 패턴에 따라 제 1 전극(110)의 일부분을 제거하여 각 셀에 포함될 제 1 전극(110)을 구분한다.
이후, 제 1 전극(110) 상부의 전체 면에 광전 변환부(PV)를 형성한다. 이후, 전술한 바와 같이 제 2 스크라이빙 라인(P2) 패턴에 따라 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거하여 각셀에 포함될 광전 변환부(PV)를 구분한다.
마지막으로, 광전 변환부(PV)의 상부 전체 면에 제 2 전극(140)을 형성한다. 이때, 어느 한 셀의 제 2 전극(140)은 제 2 스크라이빙 라인(P2) 패턴에 의해 노출된 인접한 셀의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결된다. 아울러, 전술한 바와 같이, 제 3 스크라이빙 라인(P3) 패턴에 따라 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거하면 도 2a에 도시된 바와 같이 각 셀은 구분되어 진다.
이에 따라, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)은 바로 인접한 셀의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결되고, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 1 전극(110)은 인접한 셀의 제 2 전극(140)과 전기적으로 연결되어, 태양 전지 모듈에 포함된 복수의 셀들(C, C1, C2)은 서로 전기적으로 직렬 연결된다.
이와 같은 복수의 셀들(C, C1, C2) 중 하나의 최외곽 셀에 포함되는 제 2 전극(140)은 (+) 극성을 갖고, 다른 하나의 최외곽 셀에 포함되는 제 2 전극(140)은 (-) 극성을 갖는다.
일례로, 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)은 (+) 극성을 가지고, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 2 전극(140)은 (-) 극성을 가질 수 있다.
구체적으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 광전 변환부(PV)는 제 1 전극(110)이 박막 태양전지 모듈의 폐회로를 구성하지 않아 광전 변환부(PV)의 기능을 하지 못하고, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 제 2 전극(140)은 인접한 셀의 제 1 전극(110)과 연결되어 인접한 셀의 제 1 전극(110)으로 유입된 케리어(예를 들어 정공)가 그대로 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)으로 전달되기 때문에 (+) 극성을 가지게 된다.
여기서, 제 1 최외곽 셀(C1) 및 제 2 최외곽 셀(C2) 각각은 각각의 제 1 최외곽 셀(C1) 및 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함되는 제 2 전극(140) 상부에 리본 전극(220)이 배치되는 셀로 정의될 수 있다.
또한, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 1 전극(110)은 인접한 셀의 제 2 전극(140)과 전기적으로 연결되고, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 2 전극(140)은 도전성 접착부(210)와 리본 전극(220)을 통하여 집전 박스(250)에 연결되어 박막 태양전지 모듈의 폐회로를 구성하므로, 제 2 최외곽 셀(C2)의 광전 변환부(PV)는 광전 변환 기능을 수행하게 된다. 이에 따라, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 1 전극(110)으로는 예를 들어 정공이 수집되고, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 2 전극(140)은 예를 들어 전자가 수집되어, (-) 극성을 가지게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 박막 태양 전지 모듈에서 제 1 최외곽 셀(C1) 및 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 2 전극(140)의 극성은 박막 태양 전지 모듈에 포함되는 광전 변환부(PV)의 물질 및 구조에 따라 변화하는 것이고 반드시 전술한 바에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 제 2 스크라이빙 라인(P2) 패턴에 따라 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거할 때, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함될 광전 변환부(PV)의 일부분을 별도의 제 2 스크라이빙 라인(P2’) 패턴에 따라 추가로 제거한다.
아울러, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제 3 스크라이빙 라인(P3) 패턴에 따라 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거할 때, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함될 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)의 일부분을 별도의 제 3 스크라이빙 라인(P3’) 패턴에 따라 추가로 제거한다.
이와 같이, 최외곽 셀에 별도의 제 2 스크라이빙 라인(P2’) 및 별도의 제 3 스크라이빙 라인(P3’)에 따른 식각을 수행하는 이유는 제 1 최외곽 셀(C1)의 상부에 형성되는 도전성 접착부(210)와 제 1 최외곽 셀(C1)의 전기접 접촉을 더욱 견고히 하여 도전성 접착부(210)와 제 1 최외곽 셀(C1) 사이의 접촉 저항을 최소화하기 위함이다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.
리본 전극(220)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 셀들(C, C1, C2) 중 양쪽 최외곽 셀(C1, C2)의 상부에 배치된다. 보다 구체적으로 리본 전극(220)은 양쪽 최외곽 셀(C1, C2)의 상부에 배치된 제 2 전극(140) 상부에 배치되어 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각의 제 2 전극(140)과 전기적으로 연결된다.
이와 같은 리본 전극(220)은 복수의 셀들(C, C1, C2) 중 양쪽 최외곽 셀(C1, C2)로부터 광전 변환된 전기를 양쪽 최외곽 셀(C1, C2)의 후면에 형성되는 제 2 전극(140)과 전기적으로 접촉하는 도전성 접착부(210)를 통하여 입력받아 집전 박스(250)로 전기를 집전시키기 위하여 버스바 전극(230)으로 전기를 전달하는 기능을 한다.
복수의 도전성 접착부(210)는 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각과 리본 전극(220) 사이에 형성되어 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각과 리본 전극(220)을 전기적으로 연결시키는 기능을 한다. 보다 구체적으로 복수의 도전성 접착부(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각과 리본 전극(220) 사이에 형성되어 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각과 리본 전극(220)을 서로 연결시켜 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각과 리본 전극(220) 사이의 접촉 저항을 최소화시키는 기능을 한다.
이와 같은 도전성 접착부(210)는 전기 전도성의 금속 물질을 포함할 수 있으며, 일례로 은(Ag)이나 납(pb)을 포함할 수 있다. 이와 같은 은(Ag) 금속 물질은 전기 전도성이 좋으며 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각의 상부에 접착할 때에 셀 손상을 최소화할 수 있다.
이와 같은 도전성 접착부(210)를 형성하는 방법은 먼저 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각의 제 2 전극(140) 상부 중에 도전성 접착부(210)를 형성하고자 하는 위치에 페이스트 형태의 은(Ag) 금속 물질을 정해진 간격으로 이격시켜 도포한다.
이후, 리본 전극(220)을 페이스트 형태의 은(Ag) 금속 물질이 도포된 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각의 상부에 배치한 후 적절한 열과 압력을 가하여 페이스트 형태의 은(Ag) 금속 물질이 경화되면서 양쪽 최외곽 셀(C1, C2) 각각의 제 2 전극(140)과 리본 전극(220)이 서로 전기적으로 연결되도록 하여 도전성 접착부(210)를 형성한다.
또한, 이와 같은 도전성 접착부(210)는 전도성 필름(conductive film) 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도전성 접착부(210)는 접착성 수지 및 접착성 수지 내에 분산된 복수의 도전성 입자를 포함할 수 있다. 여기서, 도전성 입자는 외부의 압력이 없는 상태에서는 접착성 수지 내에 분산되어 있지만, 외부의 압력을 받을 경우 서로 물리적으로 접촉될 수 있다.
여기서 도전성 입자는 니켈과 같은 금속 입자로 구성될 수 있으며, 접착성 수지는 에폭시나 아크릴과 같은 물질이 포함되어 형성될 수 있다.
집전 박스(250)는 복수의 셀에서 생성된 전력을 회수하는 기능을 하고, 복수의 셀들(C, C1, C2) 상부를 가로질러 배치되는 버스바 전극(230)에 의해 집전 박스(250)는 리본 전극(220)과 서로 연결된다.
버스바 전극(230)은 복수의 셀들(C, C1, C2) 상부를 가로질러 배치되어 집전 박스(250)와 리본 전극(220)을 서로 연결하는 기능을 한다.
절연부(240)는 비전도성 물질로서 최외곽 셀(C1, C2)을 제외한 복수의 셀들(C)의 제 2 전극(140)과 버스바 전극(230) 사이에 배치되어, 복수의 셀들(C) 상부를 가로질러 배치되는 버스바 전극(230)과 복수의 셀들(C) 각각의 상부에 배치되는 제 2 전극(140) 사이를 절연하는 기능을 한다.
이와 같은 절연부(240)는 합성수지 재질로 구성될 수 있다. 예를 들면, 절연부(240)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 절연부(240)의 폭은 버스바 전극(230)의 폭보다 크게할 수 있다.
또한, 절연부(240)의 두께는 리본 전극(220)의 두께와 대략 동일하게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)과 리본 전극(220) 사이에 위치하는 복수의 도전성 접착부(210)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)를 관통하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결되고, 제 2 최외곽 셀(C2)의 제 2 전극(140)과 리본 전극(220) 사이에 위치하는 도전성 접착부(210)는 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함되는 제 2 전극(140)과 전기적으로 연결되고, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함되는 광전 변환부(PV) 및 제 1 전극(110)과는 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 각 도전성 접착부(210)는 복수의 셀들(C, C1, C2) 중에서 리본 전극(220)이 상부에 배치되는 최외곽 셀(C1, C2)의 상부에만 점착된다.
이와 같은 각 도전성 접착부(210)는 도 2a에 도시된 바와 같이 최외곽 셀의 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)를 관통하여 최외곽 셀의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결되는 부분인 제 1 연결부(210a)를 포함한다.
이에 따라, 도전성 접착부(210)는 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110), 광전 변환부(PV) 및 제 2 전극(140) 각각과 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)과 리본 전극(220) 사이에 위치하는 복수의 도전성 접착부(210)는 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 제 2 전극(140)의 상부면 및 측면과 서로 접촉될 수 있으며, 아울러, 도전성 접착부(210)는 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 광전 변환부(PV)의 측면 및 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 제 1 전극(110)의 상부 일부분과 서로 접촉될 수 있다.
이와 같은 제 1 연결부(210a)는 도 2a에서 복수 개인 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 다르게 제 1 연결부(210a)가 하나만 있는 경우도 가능하다.
여기서, 제 1 연결부(210a)는 제 3 스크라이빙 라인(P3) 패턴에 따라 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거할 때, 도 2b와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 별도의 제 3 스크라이빙 라인(P3’) 패턴에 따라 추가로 실시하여, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)의 일부분이 제거된 부분에 도전성 접착부(210)를 형성하는 페이스트가 유입되어 형성된다.
여기서, 도 2a에 도시된 박막 태양전지 모듈의 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 광전 변환부(PV)는 기능을 하지 못하고, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 광전 변환부(PV)는 기능을 하므로, (+) 극성을 가지는 제 1 최외곽 셀(C1)은 전술한 제 1 연결부(210a)를 구비하고, (-) 극성을 가지는 제 2 최외곽 셀(C2)은 전술한 제 1 연결부(210a)를 구비하지 않는 것으로 도시하였다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도전성 접착부(210)와 제 2 최외곽 셀(C2) 사이의 접촉 저항 및 박막 태양전지 모듈 전체에서 제 2 최외곽 셀(C2)이 발전 효율에 기여하는 정도를 모두 고려하여 광전 변환부(PV)가 기능을 하는 제 2 최외곽 셀(C2)도 제 1 연결부(210a)를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)은 제 1 최외곽 셀(C1)의 광전 변환부(PV)를 관통하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)은 최외곽 셀의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결되는 부분인 제 2 연결부(140a)를 포함할 수 있다. 이와 같은 제 2 연결부(140a)는 도 2a에서 복수 개인 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 다르게 제 2 연결부(140a)가 하나만 있는 경우도 가능하다.
여기서, 제 2 연결부(140a)는 제 2 스크라이빙 라인(P2) 패턴에 따라 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거할 때, 도 2b와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 별도의 제 2 스크라이빙 라인(P2’) 패턴을 추가로 실시하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 광전 변환부(PV)의 일부분이 제거된 부분에 형성된다.
이와 같이 도전성 접착부(210)가 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)를 관통하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결되도록 하고, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)은 제 1 최외곽 셀(C1)의 광전 변환부(PV)를 관통하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)에 전기적으로 연결되도록 하는 것은 도전성 접착부(210)와 제 1 최외곽 셀(C1)의 접촉 저항을 감소시키기 위함이다.
보다 구체적으로 설명하면, 박막 태양전지 모듈에 포함되는 복수의 셀들(C, C1, C2)은 서로 전기적으로 직렬 연결되고, 복수의 셀들(C, C1, C2) 중 가장 말단에 위치하는 제 1 최외곽 셀(C1)은 (+) 극성을 가지고, 제 2 최외곽 셀(C2)은 (-) 극성을 가지게 된다.
이와 같은 제 1 최외곽 셀(C1)과 제 2 최외곽 셀(C2)로 최종적으로 캐리어(전자 또는 정공)가 수집되어 도전성 접착부(210) 및 리본 전극을 통해 집전 전극으로 수집된다.
이와 같은 과정에서, 제 1 최외곽 셀(C1)로 집중된 캐리어는 도전성 접착부(210)를 통해 리본 전극으로 전달되므로 제 1 최외곽 셀(C1)과 도전성 접착부(210) 사이에 더욱 집중된다.
이에 따라 도전성 접착부(210)와 제 1 최외곽 셀(C1) 사이의 접촉 저항이 상대적으로 높은 경우, 도전성 접착부(210)와 제 1 최외곽 셀(C1) 사이의 접촉 부분에서는 캐리어의 이동에 따라 상대적으로 높은 열이 발생된다.
구체적으로, 박막 태양전지 모듈이 동작할 때, 박막 태양전지 모듈의 제 1 최외곽 셀(C1)이 형성된 가장 자리 부분은 태양 전지 모듈의 나머지 부분보다 대략 10℃ 내외로 온도가 올라가게 된다.
이와 같은 온도 상승은 박막 태양진지 모듈의 가장 자리에 근접하여 위치하는 에바(EVA)나 보호 시트 등과 같은 부자재에 영향을 주어 부자재의 기능 저하를 촉진하여, 결국 박막 태양전지 모듈의 수명을 단축시키는 하나의 요인으로 작용하게 된다.
그러나, 본 발명과 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 전기적으로 연결되는 도전성 접착부(210)가 전술한 바와 같이 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140) 및 광전 변환부(PV)를 관통하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)과 전기적으로 연결되면, 제 1 최외곽 셀(C1)과 도전성 접착부(210)가 전기적으로 연결되는 부분이 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140) 상부면 뿐만 아니라 측면 부분까지 확장되고, 아울러 제 1 전극(110)과도 전기적으로 연결되므로, 제 1 최외곽 셀(C1)과 도전성 접착부(210) 사이의 전기적 저항을 최소화할 수 있어 박막 태양진지 모듈의 가장 자리의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라 박막 태양전지 모듈의 내구성을 보다 향상시켜 박막 태양 전지 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)이 제 1 최외곽 셀(C1)의 광전 변환부(PV)를 관통하여 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 전극(110)에 전기적으로 연결되도록 하는 경우에도 인접 셀로부터 유입된 캐리어의 우회 경로를 제공하게 되므로, 제 1 최외곽 셀(C1)과 도전성 접착부(210) 사이의 전기적 저항을 최소화할 수 있고, 박막 태양진지 모듈의 가장 자리의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
지금까지는 제 1 최외곽 셀(C1)에 제 1 연결부(210a) 및 제 2 연결부(140a)가 함께 형성된 경우를 일례로 설명하였으나, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에서 제 2 연결부(140a)를 생략하고 제 1 연결부(210a)만 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에서 제 2 연결부(140a)를 생략하는 경우, 박막 태양 전지 모듈의 제조 과정 중에서 제 2 연결부(140a)를 형성하기 위해 제 2 스크라이빙 라인(P2) 패턴에 따라 광전 변환부(PV)의 일부분을 제거할 때, 도 2b와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 별도의 제 2 스크라이빙 라인(P2’) 패턴을 추가로 실시할 필요가 없어 박막 태양 전지 모듈의 제조 공정을 보다 단순화시킬 수 있다.
이하에서는 박막 태양전지 모듈의 최외곽 셀(C1, C2) 중에서 제 1 연결부(210a) 및 제 2 연결부(140a)가 제 1 최외곽 셀(C1)에만 형성되는 일례에 대해서만 설명하였으나, 이하의 도 6에서는 제 1 연결부(210a) 및 제 2 연결부(140a)가 제 2 최외곽 셀(C2)에도 형성되는 일례에 대해서 설명한다.
다만, 이를 설명하기에 앞서, 이하의 도 3 내지 도 5에서 먼저 박막 태양전지 모듈의 각 셀에 포함되는 구조를 먼저 설명한다.
다음의 도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 박막 태양전지 모듈에 포함되는 각 단위 셀을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 박막 태양 전지는 단층 p-i-n 구조로 형성될 수 있다.
도 3에서는 광전변환부(PV)의 구조가 입사면으로부터 p-i-n 구조로 되는 것을 일례로 설명하고 있으나, 광전변환부(PV)의 구조가 입사면으로부터 n-i-p 구조로 되는 것도 가능하다. 그러나, 이하에서는 설명의 편의상 광전변환부(PV)의 구조가 입사면으로부터 p-i-n 구조로 되는 것을 일례로 설명한다.
도 3를 살펴보면, 박막 태양 전지는 기판(100), 기판(100)에 배치되는 제 1 전극(110), 제 2 전극(140) 및 단층 p-i-n 구조의 광전변환부(PV)를 포함할 수 있다.
제 1 전극(110)은 기판(100) 상부에 배치되고, 입사되는 광의 투과율을 높이기 위해 실질적으로 투명하면서도 전기 전도성을 갖는 재질을 포함하는 것이 가능하다. 예컨대, 제 1 전극(110)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 통할 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도를 구비하기 위해 인듐주석산화물(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 아울러, 제 1 전극(110)의 비저항 범위는 약 10-2Ωㆍ㎝ 내지 10-11Ωㆍ㎝일 수 있다.
이러한 제 1 전극(110)은 광전변환부(PV)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 전극(110)은 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 정공을 수집하여 출력할 수 있다.
아울러, 제 1 전극(110)의 상부 표면에는 랜덤(random)한 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철이 형성될 수 있다. 즉, 제 1 전극(110)은 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비하고 있는 것이다. 이와 같이, 제 1 전극(110)의 표면을 텍스처링하게 되면, 입사되는 광의 반사를 저감시키고, 광의 흡수율을 높일 수 있어서 태양전지의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
한편, 도 3에서는 제 1 전극(110)에만 요철을 형성한 경우만을 도시하고 있지만, 광전변환부(PV)에도 요철을 형성하는 것이 가능하다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제 1 전극(110)에만 요철을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
제 2 전극(140)은 광전변환부(PV)가 발생시킨 전력의 회수 효율을 높이기 위해 전기 전도성이 우수한 금속 재질을 포함할 수 있다. 아울러, 제 2 전극(140)은 광전변환부(PV)와 전기적으로 연결되어 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 전자를 수집하여 출력할 수 있다.
여기서, 광전변환부(PV)는 제 1 전극(110)과 제 2 전극(140)의 사이에 배치되어 외부로부터 입사되는 광으로 전력을 생산하는 기능을 한다.
이와 같은 광전변환부(PV)는 기판(100)의 입사면으로부터 p-i-n 구조, 즉 p형 반도체층(PV-p), 진성(i형) 반도체층(PV-i), n형 반도체층(PV-n)을 포함할 수 있다.
여기서, p형 반도체층(PV-p)은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
진성(i) 반도체층(PV-i)은 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수할 수 있다. 이러한 진성 반도체층(PV-i)은 입사되는 광을 흡수하여, 전자와 정공과 같은 캐리어를 생성할 수 있다.
이러한 진성 반도체층(PV-i)은 미세 결정 실리콘(mc-Si) 재질, 예컨대 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H)을 포함할 수도 있고, 또는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon) 재질, 예컨대 수소화된 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon, a-Si:H)을 포함할 수 있다.
n형 반도체층(PV-n)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함한 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
이와 같은 광전변환부(PV)는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있는 것이다.
광전변환부(PV)의 p형 반도체층(PV-p) 및 n형 반도체층(PV-n)과 같은 도핑층은 진성 반도체층(PV-i)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성할 수 있다. 즉, 광전변환부(PV)는 n형 불순물 도핑층, 즉 n형 반도체층(PV-n)과 p형 불순물 도핑층, 즉 p형 반도체층(PV-p)의 사이에 배치될 수 있는 것이다.
이러한 구조에서, p형 반도체층(PV-p) 쪽으로 광이 입사되면 진성 반도체층(PV-i)의 내부에서는 상대적으로 높은 도핑 농도를 갖는 p형 반도체층(PV-p)과 n형 반도체층(PV-n)에 의해 공핍(depletion)이 형성되고, 이에 따라 전기장이 형성될 수 있다. 이러한 광기전력 효과(photovoltatic effect)에 의하여 광 흡수층인 진성 반도체층(PV-i)에서 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다. 예를 들어, 정공은 p형 반도체층(PV-p)을 통해 제 1 전극(110)쪽으로 이동하고, 전자는 n형 반도체층(PV-n)을 통해 제 2 전극(140)쪽으로 이동할 수 있다. 이러한 방식으로 전력이 생산될 수 있는 것이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 박막 태양 전지는 이중접합(Double Junction) 태양전지 혹은 p-i-n-p-i-n 구조로 형성될 수 있다.
이하에서는 이상에서 상세히 설명한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다
도 4를 살펴보면, 박막 태양 전지의 광전 변환부(PV)는 제 1 광전변환부(PV1) 및 제 2 광전변환부(PV2)를 포함할 수 있다.
도 4와 같이, 박막 태양 전지는 광입사면으로부터 제 1 p형 반도체층(PV1-p), 제 1 i형 반도체층(PV1-i), 제 1 n형 반도체층(PV1-n), 제 2 p형 반도체층(PV2-p), 제 2 i형 반도체층(PV2-i) 및 제 2 n형 반도체층(PV2-n)이 차례로 적층될 수 있다.
제 1 i형 반도체층(PV1-i)은 단파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있다. 아울러, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)은 장파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있다.
이처럼, 이중접합 구조의 태양전지는 단파장 대역 및 장파장 대역의 광을 흡수하여 캐리어를 생성하기 때문에 높은 효율을 갖는 것이 가능하다.
아울러, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 두께는 장파장 대역의 광을 충분히 흡수하기 위해 제 1 i형 반도체층(PV1-i)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같은 박막 태양 전지는 제 1 광전변환부(PV1)의 제 1 i형 반도체층(PV1-i) 및 제 2 광전변환부(PV2)의 제 2 i형 반도체층(PV2-i)이 모두 비정질 실리콘 재질을 포함할 수도 있고, 또는 제 1 광전변환부(PV1)의 제 1 i형 반도체층(PV1-i)은 비정실 실리콘 재질을 포함하나, 제 2 광전변환부(PV2)의 제 2 i형 반도체층(PV2-i)은 미세 결정질 실리콘 재질을 포함할 수도 있다.
또한, 도 4와 같은 이중접합 구조를 갖는 태양전지에서 제 2 i형 반도체층(PV2-i)에는 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로서 도핑될 수 있다. 게르마늄(Ge) 재질은 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 밴드갭을 낮출 수 있고, 이에 따라 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 장파장 대역 광의 흡수율이 향상됨으로써 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
즉, 이중접합 구조를 갖는 태양전지는 제 1 i형 반도체층(PV1-i)에서 단파장 대역의 광을 흡수하여 광전 효과를 발휘하고, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)에서 장파장 대역의 광을 흡수하여 광전 효과를 발휘하게 되는데, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)에 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로 도핑된 태양전지는 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 밴드갭을 더욱 낮춤으로써 보다 많은 양의 장파장 대역 광을 흡수할 수 있어 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
이와 같은 제 2 i형 반도체층(PV2-i)에 게르마늄(Ge)을 도핑하는 방법으로는 게르마늄(Ge) 가스가 채워진 챔버 내에서 VHF, HF 또는 RF를 이용한 PECVD공법을 일례로 들수 있다.
이와 같은 제 2 i형 반도체층(PV2-i)에 포함되는 게르마늄의 함량을 일례로 3~20atom%일 수 있다. 이와 같이 게르마늄의 함량이 적절하게 포함되는 경우 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 밴드갭이 충분히 낮아질 수 있고, 이에 따라 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 장파장 대역 광의 흡수율이 향상시킬 수 있다.
이러한 경우에도 제 1 i형 반도체층(PV1-i)은 단파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있고, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)은 장파장 대역의 광을 주로 흡수하여 전자와 정공을 생성할 수 있다. 아울러, 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 두께는 장파장 대역의 광을 충분히 흡수하기 위해 제 1 i형 반도체층(PV1-i)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 박막 태양 전지는 삼중접합(Triple Junction) 태양전지 혹은 p-i-n-p-i-n-p-i-n 구조로 형성될 수 있다. 이하에서는 이상에서 상세히 설명한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 5을 살펴보면, 박막 태양 전지의 광전변환부(PV)는 기판(100)의 입사면으로부터 제 1 광전변환부(PV1), 제 2 광전변환부(PV2) 및 제 3 광전변환부(PV3)가 차례대로 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 광전변환부(PV1), 제 2 광전변환부(PV2) 및 제 3 광전변환부(PV3)는 각각 p-i-n 구조로 형성될 수 있어, 기판(100)으로부터 제 1 p형 반도체층(PV1-p), 제 1 진성 반도체층(PV1-i), 제 1 n형 반도체층(PV1-n), 제 2 p형 반도체층(PV2-p), 제 2 진성 반도체층(PV2-i), 제 2 n형 반도체층(PV2-n), 제 3 p형 반도체층(PV3-p), 제 3 진성 반도체층(PV3-i) 및 제 3 n형 반도체층(PV3-n)이 차례로 배치될 수 있는 것이다.
여기서, 제 1 진성 반도체층(PV1-i), 제 2 진성 반도체층(PV2-i) 및 제 3 진성 반도체층(PV3-i)을 다양하게 구현될 수 있다.
제 1 예로, 제 1 진성 반도체층(PV1-i) 및 제 2 진성 반도체층(PV2-i)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질을 포함할 수 있으며, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 미세 결정 실리콘(mc-Si) 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 진성 반도체층(PV2-i)에는 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로 도핑되도록 하여 제 2 i형 반도체층(PV2-i)의 밴드갭을 낮출 수도 있다.
또한, 이와 다르게, 제 2 예로 제 1 진성 반도체층(PV1-i)은 비정질 실리콘(a-Si) 재질을 포함할 수 있으며, 제 2 진성 반도체층(PV2-i) 및 제 3 진성 반도체층(PV3-i)은 미세 결정 실리콘(mc-Si) 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)에는 게르마늄(Ge) 재질이 불순물로 도핑되도록 하여 제 3 i형 반도체층의 밴드갭을 낮출 수도 있는 것이다.
여기서, 제 1 광전변환부(PV1)는 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있으며, 제 2 광전변환부(PV2)는 단파장 대역과 장파장 대역의 중간 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있고, 제 3 광전변환부(PV3)는 장파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.
여기서, 제 3 진성 반도체층(PV3-i)의 두께는 제 2 진성 반도체층(PV2-i)의 두께보다 두껍고, 제 2 진성 반도체층(PV2-i)의 두께는 제 1 진성 반도체층(PV1-i)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
이와 같이 도 5과 같은 삼중접합 태양전지의 경우에는 보다 넓은 대역의 광을 흡수할 수 있기 때문에 전력 생산 효율이 높을 수 있는 것이다.
도 6은 제 1 연결부 및 제 2 연결부가 박막 태양전지 모듈의 양쪽 최외곽 셀에 적용된 일례에 대해 설명한다.
앞선 도 2a 및 도 2b에서는 제 1 연결부(210a) 및 제 2 연결부(140a)가 제 1 최외곽 셀(C1)에만 형성되는 일례에 대해서만 설명하였으나, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 최외곽 셀(C1) 뿐만 아니라 제 2 최외곽 셀(C2)에도 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 형성될 수 있다.
앞선 제 1 최외곽 셀(C1)의 경우, 태양 전지의 구조상 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 제 1 전극(110)이 박막 태양전지 모듈의 회로 구성에 포함되지 않기 때문에 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 광전 변환부(PV)는 캐리어를 생성하더라도 박막 태양전지 모듈의 광전 변환 효율에 기여를 하지 못하였다.
따라서, 제 1 최외곽 셀(C1)에 제 1 연결부(210a) 및 제 2 연결부(140a)가 형성되더라도 박막 태양전지 모듈의 효율 저하 없이 박막 태양전지 모듈의 제 1 최외곽 셀(C1)에서 발생되는 열을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
그러나, 제 2 최외곽 셀(C2)의 경우, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 1 전극(110)이 인접한 셀의 제 2 전극(140)에 전기적으로 연결되어 있고, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 2 전극(140)이 집전 박스(250)에 전기적으로 연결되므로, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 광전 변환부(PV)에서 생성된 캐리어는 박막 태양전지 모듈의 광전 변환에 기여할 수 있다.
따라서, 제 2 최외곽 셀(C2)에도 제 1 최외곽 셀(C1)과 같이 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 형성된 경우 제 2 최외곽 셀(C2)의 광전 변환 효율은 극단적으로 저하되어, 박막 태양전지 모듈의 광전 변환 효율에 기여를 하지 못하여 박막 태양전지 모듈의 광전 변환 효율이 미세하게 저하할 수도 있다.
그러나, 제 1 최외곽 셀(C1)과 같이, 제 2 최외곽 셀(C2)에도 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)를 형성시키면 제 2 최외곽 셀(C2)과 도전성 접착부(210) 사이의 접촉 저항을 현저하게 저하시킬 수 있다.
이에 따라 앞서 도 2a 및 도 2b 에서 설명한 바와 동일하게, 제 2 최외곽 셀(C2)과 도전성 접착부(210) 사이의 접촉 저항에 의한 발열을 최소화시켜, 오히려 박막 태양 전지 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 7은 박막 태양전지 모듈의 최외곽 셀 중 어느 하나의 셀에 포함되는 제 1 전극은 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극과 서로 전기적으로 연결된 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 최외곽 셀 중의 어느 하나의 셀에 포함되는 제 1 전극(110)은 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 제 1 전극(110)은 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 1 전극(110)은 통상적인 경우와 동일하게 제 1 스크라이빙 라인(P1)에 의해 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
이와 같이, 어느 하나의 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극(110)이 바로 인접한 셀에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결되도록 하는 기준은 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과의 전기적 연결 관계에 의해 결정된다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)과 바로 인접한 제 1 인접셀(CB1)은 제 1 인접셀(CB1)의 제 1 전극(110)을 통하여 제 1 최외곽 셀(C1)과 서로 직렬 연결된 구조이므로, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함된 제 1 전극(110)을 제 1 인접셀(CB1)에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결시키더라도 제 1 최외곽 셀(C1)과 제 1 인접셀(CB1) 사이의 직렬 연결 구조에는 영향이 없다.
그러나, 제 2 최외곽 셀(C2)과 바로 인접한 제 2 인접셀(CB2)은 제 2 인접셀(CB2)의 제 2 전극(140)을 통하여 제 2 최외곽 셀(C2)과 서로 직렬 연결되는 구조를 가지고 있어, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 1 전극(110)을 제 2 인접셀(CB2)에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결시키는 경우, 제 2 최외곽 셀(C2)과 제 2 인접셀(CB2) 사이의 직렬 연결 구조가 깨져 버려 문제가 발생하므로, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 1 전극(110)은 통상적인 경우와 동일하게 제 1 스크라이빙 라인(P1)에 의해 제 2 인접셀(CB2)에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
이와 같이, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 제 1 전극(110)을 제 1 인접셀(CB1)에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결시키는 경우, 제 1 인접셀(CB1)에서 생성되어 제 1 인접셀(CB1)의 제 1 전극(110)으로 수집된 캐리어는 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 전극(140)을 통한 경로(i110a)로 뿐만 아니라, 제 1 연결부(210a) 및 제 2 연결부(140a)를 통한 경로(i110b)로도 집전 박스(250)로 이동할 수 있다.
이에 따라, 캐리어의 이동 경로를 다양하게 형성시킬 수 있어, 캐리어가 하나의 경로로 집중되어 발열 온도가 높아지는 것을 보다 완화할 수 있는 효과가 있다.
도 7에서는 제 2 최외곽 셀(C2)이 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 포함된 일례의 경우에 적용되는 경우를 도시하였으나, 제 2 최외곽 셀(C2)이 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)를 포함하지 않는 경우에도, 제 1 최외곽 셀(C1)에 포함되는 제 1 전극(110)은 제 1 인접셀(CB1)에 포함되는 제 1 전극(110)과 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8은 최외곽 셀에 포함된 제 1 연결부의 폭을 다르게 한 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 복수 개의 제 1 연결부(210a)의 폭(210aT1, 210aT2)들을 서로 다르게 할 수 있으며, 일례로, 복수 개의 제 1 연결부(210a)의 폭들이 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과의 거리가 가까워질수록 증가하도록 할 수 있다.
구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 인접셀(CB1)과 거리가 가장 가까운 제 1 연결부(210a)의 폭(210aT1)은 제 1 인접셀(CB1)과 거리가 가장 먼 제 1 연결부(210a)의 폭(210aT2)보다 크게할 수 있으며, 제 1 연결부(210a)의 폭들이 제 1 인접셀(CB1)과의 거리가 가까워질수록 증가하도록 할 수 있다.
또한, 아울러, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 1 연결부(210b)의 폭(210bT1, 210bT2)들도 제 2 인접셀(CB2)과의 거리가 가까워질수록 증가하도록 할 수 있다.
구체적으로, 제 2 최외곽 셀(C2)이 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)를 포함하는 경우, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 1 연결부(210a)와 같이, 제 2 최외곽 셀(C2)도 제 2 인접셀(CB2)과 거리가 가장 가까운 제 1 연결부(210b)의 폭(210bT1)은 제 2 인접셀(CB2)과 거리가 가장 먼 제 1 연결부(210b)의 폭(210bT2)보다 크게할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 최외곽 셀과 인접한 셀에서 생성된 캐리어(예를 들면 정공이나 전자)가 복수의 제 1 연결부(210a)를 통하여 집전 박스(250)까지 이동하는 최단 경로(i200a)의 저항을 최소화할 수 있어 박막 태양전지 모듈의 효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같은, 제 1 연결부(210a)의 폭들은 40㎛ 내지 150㎛ 사이에서 형성될 수 있다.
도 7에서는 제 2 최외곽 셀(C2)에 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 포함된 일례의 경우에 적용되는 경우를 도시하였으나, 제 2 최외곽 셀(C2)에서 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 형성되지 않은 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 9는 최외곽 셀에 포함된 제 2 연결부의 폭을 다르게 한 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 복수 개의 제 2 연결부(140a)의 폭들을 서로 다르게 할 수 있으며, 일례로, 복수 개의 제 2 연결부(140a)의 폭들이 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과 거리가 가까워질수록 증가하도록 할 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 인접셀(CB1)과 거리가 가장 가까운 제 2 연결부(140a)의 폭(140aT1)은 제 1 인접셀(CB1)과 거리가 가장 먼 제 2 연결부(140a)의 폭(140aT2)보다 크게 할 수 있으며, 제 2 연결부(140a)의 폭들이 제 1 인접셀(CB1)과의 거리가 가까워질수록 증가하도록 할 수 있다.
또한, 아울러, 제 2 최외곽 셀(C2)에 포함된 제 2 연결부(140a)의 폭도 제 2 인접셀(CB2)과의 거리가 가까워질수록 증가하도록 할 수 있다.
구체적으로, 제 2 최외곽 셀(C2)이 도 8에 도시된 바와 같이 제 2 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)를 포함하는 경우, 제 1 최외곽 셀(C1)의 제 2 연결부(140a)와 같이, 제 2 최외곽 셀(C2)도 제 2 인접셀(CB2)과 거리가 가장 가까운 제 2 연결부(14b)의 폭(140bT1)은 제 2 인접셀(CB2)과 거리가 가장 먼 제 2 연결부(140b)의 폭(140bT2)보다 크게할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 제 1 인접셀(CB1)에서 생성된 캐리어(예를 들면 정공이나 전자)가 복수의 제 2 연결부(140a)를 통하여 집전 박스(250)까지 이동하는 최단 경로(i140a)의 저항을 최소화할 수 있어 박막 태양전지 모듈의 효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같은, 제 2 연결부(140a)의 폭들은 40㎛ 내지 150㎛ 사이에서 형성될 수 있다.
도 8에서는 제 2 최외곽 셀(C2)에 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 포함된 일례의 경우에 적용되는 경우를 도시하였으나, 제 2 최외곽 셀(C2)에서 제 1 연결부(210b) 및 제 2 연결부(140b)가 형성되지 않은 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 모듈은 도전성 접착부(210)와 최외곽 셀(C1, C2)과의 접촉 저항을 줄여 도전성 접착부(210)와 최외곽 셀(C1, C2)의 접촉 부분에서 발생하는 열을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
지금까지는 박막 태양 전지 모듈의 광전 변환부가 실리콘(Si) 물질을 포함하는 경우를 일례로만 설명하였으나, 이외에도 본 발명에 따른 박막 태양 전지 모듈은 광전 변환부는 CdTe(Cadmium telluride), CIGS(Copper indium gallium selenide) 또는 황화카드뮴(CdS) 등과 같은 다른 물질이 포함되는 경우에도 적용될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 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 (20)
- 기판;
상기 기판 상부에 위치하는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상부에 위치하는 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 광전 변환부를 각각 포함하는 복수의 셀들;
상기 복수의 셀들 중 제 1 최외곽 셀 및 제 2 최외곽 셀의 상부에 각각 배치되는 리본 전극; 및
상기 제1 최외곽 셀과 상기 리본 전극 및 상기 제2 최외곽 셀과 상기 리본 전극 사이에 각각 위치하며, 상기 제 1 및 제 2 최외곽 셀을 상기 리본 전극에 전기적으로 각각 연결시키는 도전성 접착부;를 포함하며,
상기 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 상기 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 상기 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극, 광전 변환부 및 제 2 전극 각각과 전기적으로 연결되는 제 1 연결부를 포함하고,
상기 제1 최외곽 셀의 제 2 전극은 상기 제1 최외곽 셀의 제 1 전극에 전기적으로 연결되는 제 2 연결부를 포함하는 박막 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 최외곽 셀의 제 1 전극은 바로 인접한 셀의 제 1 전극과 일체로 형성되는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 연결부는 복수 개인 박막 태양 전지 모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 연결부의 폭들은 서로 다른 박막 태양 전지 모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 연결부의 폭들은 상기 제1 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과의 거리가 가까워질수록 증가하는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 연결부는 복수 개인 박막 태양 전지 모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 2 연결부의 폭들은 서로 다른 박막 태양 전지 모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 2 연결부의 폭들은 상기 제1 최외곽 셀과 바로 인접한 셀과의 거리가 가까워질수록 증가하는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 연결부 및 상기 제 2 연결부 각각의 폭은 40㎛ 내지 150㎛ 사이인 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 접착부는 전기 전도성의 금속 물질을 포함하는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양 전지 모듈은
상기 복수의 셀에서 생성된 전력을 회수하는 집전 박스; 및
상기 복수의 셀들 상부를 가로질러 배치되어 상기 집전 박스와 상기 리본 전극을 서로 연결하는 버스바 전극;을 더 포함하는 박막 태양 전지 모듈. - 제 12 항에 있어서,
상기 박막 태양 전지 모듈은
상기 복수의 셀들과 상기 버스바 전극 사이에 비전도성 물질의 절연부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 광전 변환부는 적어도 하나의 p-i-n층을 포함하는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 최외곽 셀의 제 2 전극과 상기 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 상기 제 2 최외곽 셀에 포함되는 제 2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 최외곽 셀에 포함되는 광전 변환부 및 제 1 전극과는 전기적으로 연결되지 않는 박막 태양 전지 모듈. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극은 상기 제 1 최외곽 셀과 바로 인접한 셀의 제 1 전극에 전기적으로 연결되고,
상기 제 2 최외곽 셀의 제 1 전극은 상기 제 2 최외곽 셀과 바로 인접한 셀의 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 상기 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 상기 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 2 전극의 상부면 및 측면과 서로 접촉되는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 상기 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 상기 제 1 최외곽 셀에 포함되는 광전 변환부의 측면과 서로 접촉되는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 최외곽 셀의 제 2 전극과 상기 리본 전극 사이에 위치하는 도전성 접착부는 상기 제 1 최외곽 셀에 포함되는 제 1 전극의 상부 일부분과 서로 접촉되는 박막 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 도전성 접착부는 접착성 수지 및 접착성 수지 내에 복수의 도전성 입자를 포함하는 박막 태양 전지 모듈.
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