KR101780771B1 - 박막형 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에서 서로 병렬로 연결되어 있는 복수 개의 전지 세트를 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 전지 세트 각각은 서로 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 단위셀을 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 단위셀 각각은 제1 전극, 반도체층, 및 제2 전극을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 제공한다.

Description

박막형 태양전지{A thin film type solar cell}
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 단위셀을 포함하는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때, 상기 PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생 되고, 그에 따라 전력을 생산할 수 있게 된다.
상기 태양전지는 박막형 태양전지(thin film type solar cell)와 웨이퍼형 태양전지(wafer type solar cell)로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 웨이퍼형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 웨이퍼형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승 되는 한계가 있다. 상기 박막형 태양전지는 웨이퍼형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면 전극을 형성하고, 상기 전면 전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면 전극을 형성하여 제조된다. 이때, 상기 전면 전극은 광이 입사되는 수광면에 형성되므로 ZnO와 같은 투명 도전물로 형성되며, 씨스루(see through)를 구현하기 위해서 상기 후면 전극도 투명 도전물로 형성되는 경우가 있다. 그러나, 기판이 대면적화됨에 따라 상기 투명도전물로 이루어진 전면 전극 및 후면 전극의 저항이 증가 되고, 그로 인해 전력손실이 크게 되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써 전면 전극과 후면 전극의 저항을 줄이는 방안이 널리 사용되고 있다.
이하, 도면을 참조로 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이고, 도 1b는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 1a에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는 기판(10) 상에 제1 단위셀, 제2 단위셀, 제3 단위셀 내지 제n 단위셀과 같이 복수 개의 단위셀이 서로 직렬로 연결되어 있으며, 이때, 첫 번째 단위셀에 해당하는 상기 제1 단위셀에 제1 도전 배선(21)이 연결되어 있고, 마지막 단위셀에 해당하는 상기 제n 단위셀에 제2 도전 배선(22)이 연결되어 있다. 상기 제1 도전 배선(21)은 첫 번째 단위셀의 (-) 단자에 연결되고, 상기 제2 도전 배선(22)은 마지막 단위셀의 (+) 단자에 연결되는 것이다.
도 1b에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지는 기판(10) 상에 복수 개의 단위셀이 구비되어 있고, 각각의 단위셀은 전면 전극(11), 반도체층(12), 및 후면 전극(13)을 포함하여 이루어진다. 복수 개의 전면 전극(11)은 제1 분리부(P1)에 의해 이격되어 있고, 복수 개의 반도체층(12)은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)에 의해 이격되어 있고, 복수 개의 후면 전극(13)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 상기 복수 개의 전면 전극(11)과 일대일로 연결되면서 상기 제2 분리부(P3)에 의해 이격되어 있으며, 이와 같은 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)에 의해서 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결되어 있다. 이때, 첫 번째 단위셀에 해당하는 제1 단위셀 상에 제1 도전 배선(21)이 연결되고 있고, 마지막 단위셀에 해당하는 제n 단위셀 상에 제2 도전 배선(22)이 연결되어 있다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지에 있어서, 각각의 단위셀의 폭을 증가시키게 되면 전자와 정공이 단위셀을 이동하는 과정에서 트랩(trap)되어 셀 효율이 저하되는 문제가 있고, 그로 인해서 단위셀의 폭을 증가시키는 데는 한계가 있다. 예로서, 단위셀의 폭을 10mm 보다 크게 할 경우 셀 효율이 저하될 수 있고, 따라서, 단위셀의 폭을 10mm이하로 설정하고 있다.
그러나, 단위셀의 폭을 줄이기 되면 단위셀의 개수가 증가하게 되고 그에 따라 박막형 태양전지의 전압이 증가된다. 이와 같이, 박막형 태양전지의 전압이 증가되면, 높은 사양의 컨버터(convertor)가 필요하게 되고 충전 시스템도 높은 사양이 요구되어 모듈의 원가가 상승하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 단위셀의 폭을 증가시키지 않아서 셀 효율이 저하되는 문제가 없고 전압이 증가되지 않아서 높은 사양의 컨버터 및 충전 시스템이 필요하지 않아 모듈의 원가를 줄일 수 있는 박막형 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판 상에서 서로 병렬로 연결되어 있는 복수 개의 전지 세트를 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 전지 세트 각각은 서로 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 단위셀을 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 단위셀 각각은 제1 전극, 반도체층, 및 제2 전극을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 첫 번째 단위셀들 사이를 전기적으로 연결하는 제1 연결부; 및 상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 마지막 단위셀들 사이를 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 전지 세트들의 경계 일부를 둘러싸도록 구비된 제1 이격부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 이격부는 복수 개의 전지 세트들 사이의 경계 영역에 형성된 제1 단절부, 상기 제1 단절부의 일단에서 일측 방향으로 연장된 제2 단절부, 및 상기 제1 단절부의 타단에서 타측 방향으로 연장된 제3 단절부를 포함할 수 있다.
상기 제2 단절부는 상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 첫 번째 단위셀을 제외한 나머지의 적어도 하나의 단위셀의 경계 영역에 형성되고, 상기 제3 단절부는 상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 마지막 단위셀을 제외한 나머지의 적어도 하나의 단위셀의 경계 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 이격부에는 상기 기판이 노출될 수 있다.
상기 제1 연결부 상에 구비되어 상기 첫 번째 단위셀들과 전기적으로 연결되는 제1 도전 배선; 및 상기 제2 연결부 상에 구비되어 상기 마지막 단위셀들과 전기적으로 연결되는 제2 도전 배선을 추가로 포함할 수 있다.
상기 단위셀을 구성하는 제1 전극, 반도체층, 및 제2 전극은 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부로 연장되어 있고, 상기 제1 도전 배선은 상기 제1 연결부로 연장된 제2 전극의 상면에 형성되고, 상기 제2 도전 배선은 상기 제2 연결부로 연장된 제2 전극의 상면에 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 단위셀은 제1 방향으로 배열되어 있고, 상기 제1 도전 배선과 상기 제2 도전 배선은 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열되어 있으며, 상기 제1 도전 배선과 상기 제2 도전 배선은 상기 복수 개의 단위셀의 외곽에 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 전지 세트들, 상기 제1 도전 배선, 및 상기 제2 도전 배선의 외곽에 구비된 제2 이격부를 추가로 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 전지 세트 각각이 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 단위셀들을 구비하고 있고, 또한 복수 개의 전지 세트들은 서로 병렬로 연결되어 있다. 따라서, 복수 개의 단위셀들의 폭을 증가시킬 필요가 없어서 셀 효율이 저하되지 않고, 또한 복수 개의 단위셀들이 모두 직렬로 연결되는 것이 아니라 복수 개의 전지 세트들 사이에는 병렬로 연결되기 때문에 전압이 증가되지 않는다. 결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면 높은 사양의 컨버터 및 충전 시스템이 필요하지 않아 모듈의 원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 도전 배선과 제2 도전 배선이 복수 개의 단위셀들의 배열방향과 수직방향으로 배열되어 있으며, 특히, 복수 개의 단위셀들의 외곽에 형성됨으로써, 상기 제1 도전 배선과 상기 제2 도전 배선이 상기 복수 개의 단위셀들 영역을 가리지 않아 태양전지의 효율이 저하되지 않고 미관도 향상될 수 있다.
도 1a는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이고, 도 1b는 종래의 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-B라인의 단면도이다.
도 6은 도 4의 C-D라인의 단면도이다.
도 7은 도 4의 E-F라인의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개념도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 제1 전지 세트, 제2 전지 세트, 제3 전지 세트 내지 제n 전지 세트를 포함하여 이루어질 수 있다. 도면에는 적어도 4개의 전지 세트를 포함한 박막형 태양전지에 대해서 도시하였지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명에 따른 박막형 태양전지가 2개의 전지 세트 또는 3개의 전지 세트를 포함할 수도 있다.
각각의 전지 세트는 제1 단위셀 및 제2 단위셀을 포함하여 이루어진다. 상기 제1 단위셀과 상기 제2 단위셀은 서로 직렬로 연결되어 있다. 즉, 상기 제1 전지 세트는 서로 직렬로 연결된 제1 단위셀과 제2 단위셀의 2개의 단위셀로 이루어지고, 상기 제2 전지 세트는 서로 직렬로 연결된 제1 단위셀과 제2 단위셀의 2개의 단위셀로 이루어지고, 상기 제3 전지 세트는 서로 직렬로 연결된 제1 단위셀과 제2 단위셀의 2개의 단위셀로 이루어지고, 상기 제n 전지 세트는 서로 직렬로 연결된 제1 단위셀과 제2 단위셀의 2개의 단위셀로 이루어진다.
또한, 제1 전지 세트 내지 제n 전지 세트는 서로 병렬로 연결되어 있다. 구체적으로, 제1 전지 세트의 (-) 단자, 제2 전지 세트의 (-) 단자, 제3 전지 세트의 (-) 단자 내지 제n 전지 세트의 (-) 단자는 제1 도전 배선(210)에 연결되어 있고, 제1 전지 세트의 (+) 단자, 제2 전지 세트의 (+) 단자, 제3 전지 세트의 (+) 단자 내지 제n 전지 세트의 (+) 단자는 제2 도전 배선(220)에 연결되어 있다.
특히, 제1 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제1 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비되고, 제2 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제2 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비되고, 제3 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제3 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비되고, 제n 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제n 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제1 도전 배선(210)은 각각의 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 연결될 수 있다.
또한, 제1 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제1 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제2 단위셀에 구비되고, 제2 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제2 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제2 단위셀에 구비되고, 제3 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제3 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제2 단위셀에 구비되고, 제n 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제n 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제2 단위셀에 구비될 수 있다. 따라서, 상기 제2 도전 배선(220)은 각각의 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제2 단위셀에 연결될 수 있다.
본 명세서에서 첫 번째 단위셀은 각 전지 세트 내에서 일측 끝단에 배치된 단위셀을 의미하고, 본 명세서에서 마지막 단위셀은 각 전지 세트 내에서 타측 끝단에 배치된 단위셀을 의미하는 것으로서, 예로서, 첫 번째 단위셀은 각 전지 세트 내에서 맨 왼쪽에 배치된 단위셀을 의미할 수 있고, 본 명세서에서 마지막 단위셀은 각 전지 세트 내에서 맨 오른쪽에 배치된 단위셀을 의미할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 전지 세트 각각이 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 단위셀들을 구비하고 있고, 또한 복수 개의 전지 세트들은 서로 병렬로 연결되어 있다. 따라서, 복수 개의 단위셀들의 폭을 증가시킬 필요가 없어서 셀 효율이 저하되지 않고, 또한 복수 개의 단위셀들이 모두 직렬로 연결되는 것이 아니라 복수 개의 전지 세트들 사이에는 병렬로 연결되기 때문에 전압이 증가되지 않는다. 결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면 높은 사양의 컨버터 및 충전 시스템이 필요하지 않아 모듈의 원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개념도이다.
도 3에 따른 박막형 태양전지는 복수 개의 전지 세트 각각이 제1 단위셀, 제2 단위셀, 및 제3 단위셀과 같이 서로 직렬로 연결되는 3개의 단위셀을 포함한 것을 제외하고, 전술한 도 2에 따른 박막형 태양전지와 동일하다. 이하에서는 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 3에 따르면, 제1 전지 세트, 제2 전지 세트 내지 제n 전지 세트 각각이 서로 직렬로 연결된 제1 단위셀, 제2 단위셀, 및 제3 단위셀의 3개의 단위셀로 이루어진다. 또한, 제1 전지 세트 내지 제n 전지 세트는 서로 병렬로 연결되어 있다.
이때, 제1 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제1 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비되고, 제2 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제2 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비되고, 제n 전지 세트의 (-) 단자는 상기 제n 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 구비될 수 있으며, 따라서, 제1 도전 배선(210)은 각각의 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀인 제1 단위셀에 연결될 수 있다.
또한, 제1 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제1 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제3 단위셀에 구비되고, 제2 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제2 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제3 단위셀에 구비되고, 제n 전지 세트의 (+) 단자는 상기 제n 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제3 단위셀에 구비될 수 있으며, 따라서, 제2 도전 배선(220)은 각각의 전지 세트 내의 마지막 단위셀인 제3 단위셀에 연결될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 병렬로 연결되는 전지 세트의 개수 및 상기 전지 세트 내에서 서로 직렬로 연결되는 단위셀의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 평면도로서, 이는 복수 개의 전지 세트 각각이 서로 직렬로 연결된 2개의 단위셀로 이루어진 전술한 도 2에 따른 구조에 해당한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100) 상에 제1 전지 세트, 제2 전지 세트, 제3 전지 세트 내지 제n 전지 세트를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지는 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 4개의 전지 세트를 포함할 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 2개의 전지 세트 또는 3개의 전지 세트만을 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 복수 개의 전지 세트 각각은 복수 개의 단위셀을 포함하여 이루어진다. 도 4에는 상기 복수 개의 전지 세트 각각이 제1 단위셀과 제2 단위셀의 2개의 단위셀로 이루어진 모습을 도시하였지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고 상기 복수 개의 전지 세트 각각이 3개 이상의 단위셀로 이루어질 수도 있다.
상기 복수 개의 전지 세트 내에 구비된 복수 개의 단위셀들은 서로 직렬로 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 전지 세트 내에 구비된 복수 개의 단위셀들 사이에는 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)가 구비되어 있고, 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)에 의해서 복수 개의 단위셀들이 서로 직렬로 연결되어 있다. 편의상, 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)를 별도로 구별하지 않고 하나의 점선 라인으로 도시하였으며, 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)의 구체적인 구성은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
상기 복수 개의 전지 세트들은 서로 병렬로 연결되어 있는데, 이를 위해서 제1 이격부(P4(1)) 및 연결부(350, 360)가 형성되어 있다.
상기 제1 이격부(P4(1))가 형성된 영역에는 기판(100)이 외부로 노출되어 있을 뿐 그 이외의 다른 구성이 형성되지 않는다. 따라서, 상기 제1 이격부(P4(1))를 중심으로 그 일측과 그 타측은 서로 전기적으로 단절되어 있다. 이와 같은 제1 이격부(P4(1))는 편의상 직선 라인으로 도시하였으며, 그 구체적인 구성은 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
도 4의 확대도에서 알 수 있듯이, 상기 제1 이격부(P4(1))는 제1 연결부(350)와 제2 연결부(360)를 제외하고 복수 개의 전지 세트들을 둘러싸는 형태로 형성된다. 즉, 상기 제1 이격부(P4(1))는 복수 개의 전지 세트들의 경계의 일부를 둘러싸도록 형성된다. 구체적으로, 상기 제1 이격부(P4(1))는 제1 단절부(310), 제2 단절부(320), 및 제3 단절부(330)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 단절부(310)는 제1 방향, 예로서 세로 방향으로 배열되어 있다. 상기 제1 단절부(310)는 복수 개의 전지 세트들 사이의 경계 영역에 형성된다. 따라서, 상기 제1 단절부(310)는 제1 전지 세트의 마지막 단위셀과 제2 전지 세트의 첫 번째 단위셀 사이에 형성되고, 제2 전지 세트의 마지막 단위셀과 제3 전지 세트의 첫 번째 단위셀 사이에 형성된다. 따라서, 상기 제1 단절부(310)에 의해서 서로 이웃하는 전지 세트들 사이가 전기적으로 단절된다.
상기 제2 단절부(320)와 상기 제3 단절부(330)는 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향, 예로서 가로 방향으로 배열되어 있다. 상기 제2 단절부(320)는 상기 제1 단절부(310)의 일단에서 일측 방향, 예로서 좌측 방향으로 연장되고, 상기 제3 단절부(330)는 상기 제1 단절부(310)의 타단에서 타측 방향, 예로서 우측 방향으로 연장된다.
상기 제2 단절부(320)는 각각의 전지 세트 내에서 첫 번째 단위셀의 경계 영역에는 형성되지 않고 그 이외의 단위셀의 경계 영역에는 형성된다. 따라서, 상기 첫 번째 단위셀을 제외한 적어도 하나의 단위셀과 제1 연결부(350) 사이는 상기 제2 단위셀(320)에 의해서 전기적으로 단절된다. 또한, 상기 첫 번째 단위셀을 제외한 적어도 하나의 단위셀과 제1 도전 배선(210) 사이는 상기 제2 단절부(320)에 의해서 전기적으로 단절된다. 따라서, 상기 제2 단절부(320)가 형성되지 않은 각각의 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀들은 상기 제1 연결부(350)를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1 연결부(350)를 통해서 각각의 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀들 사이가 전기적으로 연결된다. 특히, 상기 제1 연결부(350)에는 상기 제1 도전 배선(210)이 형성되어 있어, 각각의 전지 세트 내의 첫 번째 단위셀들은 상기 제1 도전 배선(210)에 전기적으로 연결된다.
상기 제3 단절부(330)는 각각의 전지 세트 내에서 마지막 단위셀의 경계 영역에는 형성되지 않고 그 이외의 단위셀의 경계 영역에는 형성된다. 따라서, 상기 마지막 단위셀을 제외한 적어도 하나의 단위셀과 제2 연결부(360) 사이는 상기 제3 단위셀(330)에 의해서 전기적으로 단절된다. 또한, 상기 마지막 단위셀을 제외한 적어도 하나의 단위셀과 제2 도전 배선(220) 사이는 상기 제3 단절부(330)에 의해서 전기적으로 단절된다. 따라서, 상기 제3 단절부(330)가 형성되지 않은 각각의 전지 세트 내의 마지막 단위셀들은 상기 제2 연결부(360)를 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제2 연결부(360)를 통해서 각각의 전지 세트 내의 마지막 단위셀들 사이가 전기적으로 연결된다. 특히, 상기 제2 연결부(360)에는 상기 제2 도전 배선(220)이 형성되어 있어, 각각의 전지 세트 내의 마지막 단위셀들은 상기 제2 도전 배선(220)에 전기적으로 연결된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 전지 세트들 사이의 경계 영역에는 제1 단절부(310)가 형성되어 있고, 복수 개의 전지 세트들 내의 첫 번째 단위셀 이외의 적어도 하나의 단위셀은 제2 단절부(320)에 의해 제1 연결부(350) 및 제1 도전 배선(210)과 전기적으로 단절되어 있고, 복수 개의 전지 세트들 내의 마지막 단위셀 이외의 적어도 하나의 단위셀은 제3 단절부(330)에 의해 제2 연결부(360) 및 제2 도전 배선(220)과 전기적으로 단절되어 있고, 복수 개의 전지 세트들 내의 첫 번째 단위셀들은 제1 연결부(350)에서 제1 도전 배선(210)과 연결되고, 복수 개의 전지 세트들 내의 마지막 단위셀은 제2 연결부(360)에서 제2 도전 배선(220)과 연결되어 있으며, 이와 같은 구조에 의해서 복수 개의 전지 세트들 사이가 서로 병렬로 연결된다.
상기 제1 도전 배선(210)과 상기 제2 도전 배선(220)은 가로 방향으로 배열되어 있다. 복수 개의 단위셀들은 세로 방향으로 배열되어 있고, 상기 제1 도전 배선(210)과 상기 제2 도전 배선(220)은 복수 개의 단위셀들의 배열방향과 수직방향으로 배열되어 있는 것이다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1 도전 배선(210)과 상기 제2 도전 배선(220)이 복수 개의 단위셀들의 배열방향과 수직방향으로 배열되어 있으며, 특히, 복수 개의 단위셀들의 외곽에 형성됨으로써, 상기 제1 도전 배선(210)과 상기 제2 도전 배선(220)이 상기 복수 개의 단위셀들 영역을 가리지 않아 태양전지의 효율이 저하되지 않고 미관도 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 도전 배선(210)은 상기 제2 단절부(320)의 외곽에서 가로 방향으로 배열되어 있으며, 상기 제2 도전 배선(220)은 상기 제3 단절부(330)의 외곽에서 가로 방향으로 배열되어 있다.
상기 제1 도전 배선(210)은 상기 제1 연결부(350) 상에 형성되어 복수 개의 전지 세트들 내의 첫 번째 단위셀들과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 도전 배선(210)은 상기 제2 연결부(360) 상에 형성되어 복수 개의 전지 세트들 내의 마지막 단위셀들과 전기적으로 연결된다. 상기 제1 도전 배선(210)은 상기 첫 번째 단위셀의 (-) 단자에 연결되고, 상기 제2 도전 배선(220)은 마지막 단위셀의 (+) 단자에 연결될 수 있다.
한편, 복수 개의 전지 세트들, 제1 도전 배선(210), 및 제2 도전 배선(220)의 외곽에는 제2 이격부(P4(2))가 구비되어 있다. 상기 제2 이격부(P4(2))는 태양 전지 모듈을 제조하는 과정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.
전술한 제1 이격부(P4(1))와 마찬가지로, 상기 제2 이격부(P4(2))가 형성된 영역에는 기판(100)이 외부로 노출되어 있을 뿐 그 이외의 다른 구성이 형성되지 않는다. 따라서, 상기 제2 이격부(P4(2))를 중심으로 그 일측과 그 타측은 서로 전기적으로 단절되어 있다. 상기 제2 이격부(P4(2))의 안쪽에 복수 개의 전지 세트들, 제1 도전 배선(210), 및 제2 도전 배선(220)이 형성되어 있다. 이와 같은 제2 이격부(P4(2))는 편의상 직선 라인으로 도시하였다.
이하에서는 단면구조를 통해서 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 도 4의 A-B라인의 단면도이다. 도 5에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1 전극(110), 반도체층(120), 및 제2 전극(130)이 형성되어 있다.
복수 개의 제1 전극(110)은 제1 분리부(P1)에 의해 이격되어 있고, 복수 개의 반도체층(120)은 콘택부(P2) 및 제2 분리부(P3)에 의해 이격되어 있고, 복수 개의 제2 전극(130)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 상기 복수 개의 제1 전극(110)과 일대일로 연결되면서 상기 제2 분리부(P3)에 의해 이격되어 있다. 이와 같은 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)에 의해서 제1 전지 세트와 제2 전지 세트 각각에 구비된 제1 단위셀과 제2 단위셀이 서로 직렬로 연결되어 있다.
상기 제1 전지 세트와 제2 전지 세트 사이에는 제1 이격부(P4(1))가 형성되어 있어, 상기 제1 이격부(P4(1))에 의해서 상기 제1 전지 세트와 제2 전지 세트가 전기적으로 단절되어 있다. 또한, 기판(100)의 최외곽 영역에는 제2 이격부(P4(2))가 형성되어 있다.
상기 제1 분리부(P1)는 제1 전극(110)의 소정 영역을 레이저 스크라이빙으로 제거하여 형성할 수 있고, 상기 콘택부(P2)는 반도체층(120)의 소정 영역을 레이저 스크라이빙으로 제거하여 형성할 수 있고, 상기 제2 분리부(P3)는 반도체층(120)과 제2 전극(130)의 소정 영역을 레이저 스크라이빙으로 제거하여 형성할 수 있고, 상기 제1 이격부(P4(1))와 상기 제2 이격부(P4(2))는 제1 전극(110), 반도체층(120), 및 제2 전극(130)의 소정 영역을 레이저 스크라이빙으로 제거하여 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(120)은 상기 제1 전극(110) 상에 형성되어 있다. 상기 반도체층(120)은 P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 포함한 PIN구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(120)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어, 정공은 P형 반도체층을 통해 제1 전극(110)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 제2 전극(130)으로 수집될 수 있다. 상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있고, 상기 I형 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 상기 N형 반도체층은 비정질 실리콘에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극(130)은 상기 반도체층(120) 상에 형성되어 있다. 상기 제2 전극(130)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수도 있고, Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속으로 이루어질 수도 있다.
도 6은 도 4의 C-D라인의 단면도이다. 도 6에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1 전극(110), 반도체층(120) 및 제2 전극(130)을 포함하고 있는 제1 단위셀과 제2 단위셀이 각각 형성되어 있다.
상기 제1 단위셀은 제1 연결부(350) 상에 구비된 제1 도전 배선(210)과 연결되어 있다. 상기 제1 연결부(350)는 상기 제1 단위셀을 구성하는 제1 전극(110), 반도체층(120) 및 제2 전극(130)이 연장되어 형성된다. 특히, 상기 제1 연결부(350)에 마련된 제2 전극(130)은 상기 제1 단위셀에서부터 상기 제1 도전 배선(210)의 하면까지 연장되어 상기 제2 전극(130)에 의해서 상기 제1 단위셀과 상기 제1 도전 배선(210)이 전기적으로 연결된다.
상기 제1 도전 배선(210)의 아래에는 상기 제1 단위셀에서부터 연장된 제2 전극(130), 반도체층(120) 및 제1 전극(110)이 구비되어 있다.
상기 제1 도전 배선(210)과 상기 제2 단위셀 사이에는 제1 이격부(P4(1))가 형성되어 있다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 제1 도전 배선(210)과 상기 제2 단위셀 사이에 형성된 제1 이격부(P4(1))는 전술한 도 4의 제2 단절부(320)에 해당한다.
상기 제1 도전 배선(210) 아래의 제2 전극(130)과 상기 제2 단위셀 내의 제2 전극(130)이 서로 단절되어 있으며, 그에 따라서 상기 제1 도전 배선(210)은 상기 제2 단위셀과 전기적으로 단절되어 있다.
도 7은 도 4의 E-F라인의 단면도이다. 도 7에서 알 수 있듯이, 기판(100) 상에 제1 전극(110), 반도체층(120) 및 제2 전극(130)을 포함하고 있는 제1 단위셀과 제2 단위셀이 각각 형성되어 있다.
상기 제2 단위셀은 제2 연결부(360)를 통해서 제2 도전 배선(220)과 연결되어 있다. 상기 제2 연결부(360)는 상기 제2 단위셀을 구성하는 제1 전극(110), 반도체층(120) 및 제2 전극(130)이 연장되어 형성된다. 특히, 상기 제2 연결부(360)에 마련된 제2 전극(130)은 상기 제2 단위셀에서부터 상기 제2 도전 배선(220)의 하면까지 연장되어 상기 제2 전극(130)에 의해서 상기 제2 단위셀과 상기 제2 도전 배선(210)이 전기적으로 연결된다.
상기 제2 도전 배선(220)의 아래에는 상기 제2 단위셀에서부터 연장된 제2 전극(130), 반도체층(120) 및 제1 전극(110)이 구비되어 있다.
상기 제2 도전 배선(220)과 상기 제1 단위셀 사이에는 제1 이격부(P4(1))가 형성되어 있다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 제2 도전 배선(220)과 상기 제1 단위셀 사이에 형성된 제1 이격부(P4(1))는 전술한 도 4의 제3 단절부(330)에 해당한다.
상기 제2 도전 배선(220) 아래의 제2 전극(130)과 상기 제1 단위셀 내의 제2 전극(130)이 서로 단절되어 있으며, 그에 따라서 상기 제2 도전 배선(220)은 상기 제1 단위셀과 전기적으로 단절되어 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 기판 110: 제1 전극
120: 반도체층 130: 제2 전극
210: 제1 도전 배선 220: 제2 도전 배선
310: 제1 단절부 320: 제2 단절부
330: 제3 단절부 350: 제1 연결부
360: 제2 연결부

Claims (10)

  1. 기판 상에서 서로 병렬로 연결되어 있는 복수 개의 전지 세트를 포함하여 이루어지고,
    상기 복수 개의 전지 세트 각각은 서로 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 단위셀을 포함하여 이루어지고,
    상기 복수 개의 전지 세트들의 경계 일부를 둘러싸도록 구비된 제1 이격부를 더 포함하고, 상기 제1 이격부는 복수 개의 전지 세트들 사이의 경계 영역에 형성된 제1 단절부, 상기 제1 단절부의 일단에서 일측 방향으로 연장된 제2 단절부, 및 상기 제1 단절부의 타단에서 타측 방향으로 연장된 제3 단절부를 포함하며,
    상기 제2 단절부는 상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 첫 번째 단위셀을 제외한 나머지의 적어도 하나의 단위셀의 경계 영역에 형성되고,
    상기 제3 단절부는 상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 마지막 단위셀을 제외한 나머지의 적어도 하나의 단위셀의 경계 영역에 형성되며,
    상기 복수 개의 단위셀 각각은 제1 전극, 반도체층, 및 제2 전극을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 첫 번째 단위셀들 사이를 전기적으로 연결하는 제1 연결부; 및
    상기 복수 개의 전지 세트들 각각의 마지막 단위셀들 사이를 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 추가로 포함하는 박막형 태양 전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이격부에는 상기 기판이 노출되어 있는 박막형 태양전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연결부 상에 구비되어 상기 첫 번째 단위셀들과 전기적으로 연결되는 제1 도전 배선; 및
    상기 제2 연결부 상에 구비되어 상기 마지막 단위셀들과 전기적으로 연결되는 제2 도전 배선을 추가로 포함하여 이루어진 박막형 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단위셀을 구성하는 제1 전극, 반도체층, 및 제2 전극은 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부로 연장되어 있고,
    상기 제1 도전 배선은 상기 제1 연결부로 연장된 제2 전극의 상면에 형성되고,
    상기 제2 도전 배선은 상기 제2 연결부로 연장된 제2 전극의 상면에 형성되어 있는 박막형 태양전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 단위셀은 제1 방향으로 배열되어 있고, 상기 제1 도전 배선과 상기 제2 도전 배선은 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배열되어 있으며,
    상기 제1 도전 배선과 상기 제2 도전 배선은 상기 복수 개의 단위셀의 외곽에 구비되어 있는 박막형 태양 전지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 전지 세트들, 상기 제1 도전 배선, 및 상기 제2 도전 배선의 외곽에 구비된 제2 이격부를 추가로 포함하는 박막형 태양 전지.
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