KR101788169B1 - 태양 전지 모듈 및 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈 및 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 후면에 서로 다른 극성의 제1, 2 전극을 각각 구비하는 복수의 태양 전지; 및 및 복수의 태양 전지에서 이웃한 두 개의 태양 전지 중 제1 태양 전지의 제1 전극과 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 도전성 배선;을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 반도체 기판의 표면 위에 위치하는 제1 전극층과 제1 전극층 위에 위치하는 제2 전극층을 포함하고, 도전성 배선은 제1 전극 및 제2전극과 제1 도전성 접착제에 의해 접착되고, 제1 도전성 접착제는 제1, 2 전극 각각에 포함되는 제2 전극층의 금속 물질과 제1 도전성 접착제의 물질이 혼합되어 형성된 혼합층을 포함한다
또한, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1, 2 전극을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 제1 전극층과 제2 전극층을 포함하고, 제2 전극층은 니켈-바나듐 합금(NiV)층을 포함하고, 제2 전극층의 두께는 제1 전극층 두께의 1/3보다 크고, 제1 전극층의 두께보다 작을 수 있다.

Description

태양 전지 모듈 및 태양 전지{SOLAR CELL MODULE AND SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지 모듈 및 태양 전지에 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 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.
이와 같은 태양 전지는 복수 개가 인터커넥터에 의해 서로 연결되어 모듈로 형성될 수 있다.
한편, 이와 같은 태양 전지 중 전극이 모두 후면에 접속되는 후면 컨텍 태양 전지는 도 12에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1)의 후면에 위치한 전극(4)에 태양 전지를 직렬 연결하기 위한 금속 배선(2)이 도전성 접착제(3)를 통해 접속될 수 있다.
그러나, 이와 같이 금속 배선(2)이 도전성 접착제(3)에 의해 태양 전지의 후면에 위치한 전극(4)에 접속되어 형성된 태양 전지 모듈의 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 금속 배선(2)을 태양 전지의 후면에 접속시키는 열처리 공정 과정에서 전극(4) 중 도전성 접착제(3)가 형성된 부분도 열처리 온도에 의해 도전성 접착제와 함께 용융될 수 있다.
이에 따라, 전극(4) 중 도전성 접착제(3)가 형성된 부분은 전극(4)의 층 구조(layer stack)가 사라져 버리고, 전극(4)의 금속 물질과 도전성 접착제(3)의 물질이 상호 혼합되어, 도전성 접착제(3)가 반도체 기판(1)에 직접 접촉하는 문제점이 발생할 수 있다.
이와 같이, 도전성 접착제(3)가 접속되는 부분에서 전극 층 구조가 사라지는 경우, 해당 부분에서 반도체 기판(1)과의 접착력을 유지하는 전극(4)의 층 구조 역시 사라지고, 전극(4) 물질이 혼합된 도전성 접착제(3)가 기판(1)의 후면에 직접 접촉하므로 도전성 접착제(3)의 물리적 접착력이 상대적으로 약화될 수 있다.
이에 따라, 기판(1)의 후면에 금속 배선(2)이 접착되는 접합부의 물리적 접착력이 상대적으로 취약해지고, 이로 인한 접합부 불량으로 인하여 태양 전지 모듈의 생산성이 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 신뢰성이 향상된 태양 전지 모듈과 태양 전지를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 다른 극성의 제1, 2 전극을 각각 구비하고, 제1 방향으로 길게 직렬 연결되는 복수의 태양 전지; 및 복수의 태양 전지에서 이웃한 두 개의 태양 전지 중 제1 태양 전지의 제1 전극과 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 도전성 배선;을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 반도체 기판의 표면 위에 위치하는 제1 전극층과 제1 전극층 위에 위치하는 제2 전극층을 포함하고, 도전성 배선은 제1 전극 및 제2전극과 제1 도전성 접착제에 의해 접착되고, 제1 도전성 접착제는 제1, 2 전극 각각에 포함되는 제2 전극층의 금속 물질과 제1 도전성 접착제의 물질이 혼합되어 형성된 혼합층을 포함한다.
아울러, 제1 도전성 접착제는 혼합층과 도전성 배선 사이에 적어도 주석(Sn)을 포함하는 솔더 페이스트층을 더 포함하고, 혼합층은 솔더 페이스트층의 물질 중 적어도 주석(Sn)이 포함될 수 있다.
여기서, 제1 전극층은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여, 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 전극층의 두께는 260nm ~ 320nm 사이 수 있다.
또한, 제2 전극층은 니켈-바나듐 합금(NiV)층을 포함하고, 제2 전극층의 두께는 제1 전극층 두께의 1/13 ~ 1/4사이일 수 있다. 일례로, 제2 전극층은 20nm ~ 80nm 사이일 수 있다.
또한, 혼합층은 적어도 주석(Sn), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)을 포함할 수 있다. 더불어, 혼합층은 도전성 배선의 성분 중 적어도 하나의 성분인 비스무스(Bi) 를 더 포함할 수 있다.
아울러, 제1, 2 전극층 두께의 합 대비 혼합층의 두께의 비는 1 : 1.5 ~ 4.5 사이일 수 있다. 일례로, 혼합층의 두께는 0.5um ~ 1.5um 사이일 수 있다.
여기서, 도전성 배선 각각은 도전성 코어와 코어의 표면을 코팅하는 도전성 코팅층을 포함할 수 있다.
이와 같은 도전성 배선은 반도체 기판 상에 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 제1 전극에 제1 도전성 접착제를 통해 접속되는 복수의 제1 도전성 배선과 제2 전극에 제1 도전성 접착제를 통해 접속되는 복수의 제2 도전성 배선을 포함할 수 있다.
또한, 제1, 2 전극 각각은 반도체 기판의 후면에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되고, 제1 도전성 배선은 제1 전극과 교차되는 부분에서 제1 도전성 접착제에 의해 제1 전극에 접속되고, 제2 전극과 교차되는 부분에서 절연층에 의해 제2 전극과 절연되고, 제2 도전성 배선은 제2 전극과 교차되는 부분에서 제1 도전성 접착제에 의해 제2 전극에 접속되고, 제1 전극과 교차되는 절연층에 의해 제1 전극과 절연될 수 있다.
또한, 복수의 태양 전지 중 서로 인접하여 배치되는 제1, 2 태양 전지 사이에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되며, 제1, 2 태양 전지를 제1 방향으로 직렬 연결하기 위하여, 제1 태양 전지에 접속된 복수의 제1 도전성 배선과 제2 태양 전지에 접속된 복수의 제2 도전성 배선이 공통으로 접속되는 인터커넥터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 반도체 기판 및 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1, 2 전극을 포함하고, 제1, 2 전극 각각은 반도체 기판의 후면 위에 위치하는 제1 전극층과 제1 전극층 위에 위치하는 제2 전극층을 포함하고, 제2 전극층은 니켈-바나듐 합금(NiV)층을 포함하고, 제2 전극층의 두께는 제1 전극층 두께의 1/3보다 크고, 제1 전극층의 두께보다 작을 수 있다.
일례로, 제2 전극층은 120nm ~ 250nm 사이일 수 있다.
아울러, 제1 전극층은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여, 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다.
일례로, 제1 전극층의 두께는 260nm ~ 320nm 사이로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 전극층은 반도체 기판에 후면에 위에 위치하는 제1 금속층과 제1 금속층 위에 위치하는 제2 금속층을 포함하고, 제1 금속층은 티타늄(Ti) 또는 텅스텐(W) 중 어느 하나를 포함하고, 제2 금속층은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 금속층의 두께는 제1 금속층의 두께보다 클 수 있다. 일례로, 제1 금속층의 두께는 1nm ~ 5nm 사이이고, 제2 금속층의 두께는 245nm ~ 290nm 사이 수 있다.
또한, 제1 전극층은 제2 금속층 위에 위치하고, 티타늄(Ti)을 포함하는 제3 금속층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제3 금속층의 두께는 제1 금속층의 두께보다 크고, 제2 금속층의 두께보다 작을 수 있고, 제3 금속층의 두께는 10nm ~ 20nm 사이일 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 도전성 배선이 접속되더라도, 제1 도전성 접착제가 반도체 기판에 직접 접촉되지 않도록 제1, 2 전극 각각이 제1, 2 전극층의 층 구조를 유지하도록 하도록 하여, 반도체 기판과 전극의 접착력을 양호하게 유지하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 제1 도전성 접착제가 제2 전극층의 금속 물질과 혼합되는 혼합층을 구비하도록 함으로써, 도전성 배선과 전극이 서로 접착되는 접합부의 물리적 접착력을 보다 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 태양 전지 모듈의 생산성과 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈의 전면 전체 평면 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 2은 도 1에서 제1 방향(x)으로 서로 인접하여, 인터커넥터에 의해 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 단면을 개략적으로 도시한 일례이다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 직렬 연결 구조를 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 적용되는 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 도 6 내지 도 8에 도시된 태양 전지에서 제1, 2 전극(200)의 보다 구체적인 층 구조에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 10 및 도 11은 도 5에서 태양 전지의 전극과 도전성 배선 사이에 위치하는 제1 도전성 접착제(251)의 구조에 대해 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 12는 종래 기술에 따른 문제점을 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.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 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.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판의 반대면일 수 있다.
아울러, 이하에서 셀 스트링이라 함은 복수의 태양 전지가 서로 직렬 연결된 구조나 형태를 의미한다.
또한, 어떤 구성 부분의 두께나 폭이 다른 구성 부분의 두께나 폭과 동일하다는 의미는 공정 오차를 포함하여, 10%의 범위 내에서 동일함을 의미한다.
도 1는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈의 전면 전체 평면 모습을 설명하기 위한 도이고, 도 2은 도 1에서 제1 방향(x)으로 서로 인접하여, 인터커넥터에 의해 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 단면을 개략적으로 도시한 일례이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지 및 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)을 포함한다.
아울러, 이에 더하여, 복수의 태양 전지를 제1 방향(x)으로 서로 직렬 연결하는 인터커넥터(300), 복수의 태양 전지가 서로 직렬 연결된 셀 스트링을 캡슐화하는 전면 투명 기판(10), 충진재(20, 30), 후면 시트(40) 및 프레임(50)을 더 구비할 수 있다.
여기서, 복수의 태양 전지는 반도체 기판(110)과 반도체 기판(110)의 후면에 복수의 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 구비할 수 있다. 이와 같은 복수의 태양 전지에 대해서는 도 6 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지 각각의 후면에 접속될 수 있다.
이와 같이, 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)이 접속된 복수의 태양 전지는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인터커넥터(300)에 의해 제1 방향(x)으로 직렬 연결될 수 있다.
일례로, 인터커넥터(300)는 복수의 태양 전지 중 제1 방향(x)으로 서로 인접하여 배치되는 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2)를 서로 직렬 연결할 수 있다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210)의 전면과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220)의 전면이 인터커넥터(300)의 후면에 접속될 수 있고, 이에 따라, 복수의 태양 전지가 직렬 연결되는 셀 스트링이 형성될 수 있다.
이와 같은 셀 스트링은 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치된 상태에서 열압착되어 라미네이팅될 수 있다.
일례로, 복수의 태양 전지는 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치되고, EVA 시트와 같이 투명한 충진재(20, 30)가 복수의 태양 전지 전체의 전면 및 후면에 배치된 상태에서, 열과 압력이 동시에 가해지는 라미네이션 공정에 의해 일체화되어 캡슐화될 수 있다.
아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 라미네이션 공정으로 캡슐화된 전면 투명 기판(10), 후면 시트(40) 및 충진재(20, 30)는 프레임(50)에 의해 가장 자리가 고정되어 보호될 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈의 전면에는 전면 투명 기판(10)과 충진재(20, 30)를 투과하여, 복수의 태양 전지와 복수의 제1, 2 도전성 배선(200), 인터커넥터(300), 후면 시트(40) 및 프레임(50)이 보여질 수 있다.
더불어, 셀 스트링 각각은 제1 방향(x)으로 길게 위치하고, 제2 방향(y)으로 이격되어 배열될 수 있고, 이와 같은 복수의 셀 스트링은 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있는 버싱바(310)에 의해 제2 방향(y)으로 직렬 연결 될 수 있다.
여기서, 전면 투명 기판(10)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 시트(40)는 태양 전지들(C1, C2)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 이러한 후면 시트(40)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 후면 시트(40)는 FP (fluoropolymer) / PE (polyeaster) / FP (fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진 얇은 시트로 이루어지지만, 다른 절연 물질로 이루어진 절연 시트일 수 있다.
이와 같은 라미네이션 공정은 전면 투명 기판(10)과 태양 전지 사이 및 태양 전지와 후면 기판 사이에 면 형상의 충진재(20, 30)가 배치된 상태에서 진행될 수 있다.
여기서, 충진재(20, 30)의 재질은 절연층(252)의 재질과 다른 재질로 형성될 수 있으며, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양 전지 (C1, C2)를 충격으로부터 보호하고, 이를 위해 충격을 흡수할 수 있는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 형성될 수 있다.
따라서, 전면 투명 기판(10)과 태양 전지 사이 및 태양 전지와 후면 기판 사이에 배치된 면 형상의 충진재(20, 30)는 라미네이션 공정 중에 열과 압력에 의해 연화 및 경화될 수 있다.
이하에서는 도 1, 2 에 도시된 태양 전지 모듈에서, 복수의 태양 전지가 제1, 2 도전성 배선(200) 및 인터커넥터에 의해 직렬 연결되는 구조를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 직렬 연결 구조를 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
여기서, 도 3은 도 1에서 제1 방향(x)으로 서로 인접하여, 인터커넥터에 의해 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 전면을 도시한 일례이고, 도 4는 도 3에 도시된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면을 도시한 일례이고, 도 5는 도 3 및 도 4 에서 X1-X1 라인에 따른 단면을 도시한 것이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서, 제1, 2 도전성 배선(200)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에 구비된 반도체 기판(110)의 후면에 접속될 수 있다.
여기서, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1 방향(x)으로 이격되어 배열될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각은 적어도 반도체 기판(110) 및 반도체 기판(110)의 후면에 서로 이격되어 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 형성되는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 구비할 수 있다.
아울러, 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 배열 방향인 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 배치되고, 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각에 접속될 수 있다.
이와 같은, 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 복수의 제1 전극(141)에 교차 및 중첩되어 접속되는 복수의 제1 도전성 배선(210)과 복수의 제2 전극(142)에 교차 및 중첩되어 접속되는 복수의 제2 도전성 배선(220)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 도전성 배선(210)은 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 제1 전극(141)에 도전성 재질의 제1 도전성 접착제(251)를 통하여 접속되고, 절연성 재질의 절연층(252)에 의해 제2 전극(142)과 절연될 수 있다.
아울러, 제2 도전성 배선(220)은 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 제2 전극(142)에 제1 도전성 접착제(251)를 통하여 접속되고, 절연층(252)에 의해 제1 전극(141)과 절연될 수 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 배선(200)은 도전성 금속 재질로 형성되되, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는 도전성 코어와, 코어(CR)의 표면을 코팅하고, 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 도전성 코팅층을 포함할 수 있다.
바람직한 일례로, 코어는 구리(Cu)로 형성될 수 있으며, 코팅층은 주석(Sn)을 포함하는 합금인 SnBiAg로 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 도전성 배선(210)의 양단 중 인터커넥터(300)와 접속하는 일단은 반도체 기판(110)의 일측면 밖으로 돌출될 수 있고, 제2 도전성 배선(220)의 양단 중 인터커넥터(300)와 접속하는 일단은 반도체 기판(110)의 타측면 밖으로 돌출될 수 있다.
따라서, 제1 도전성 배선(210)의 일단 및 제2 도전성 배선(220)의 일단은 각각 반도체 기판의 투영 영역 밖으로 돌출될 수 있고, 제1 도전성 배선(210)의 타단 및 제2 도전성 배선(220)의 타단은 반도체 기판의 투영 영역 내에 위치할 수 있다.
여기서, 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 단면이 원형을 갖는 도전성 와이어 형태이거나 폭이 두께보다 큰 리본 형태를 가질 수 있다.
여기서, 도 4및 도 5에 도시된 제1, 2 도전성 배선(200) 각각의 선폭은 도전성 배선의 선저항을 충분히 낮게 유지하면서, 제조 비용이 최소가 되도록 고려하여, 0.5mm ~ 2.5mm 사이로 형성될 수 있으며, 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220) 사이의 간격은 제1, 2 도전성 배선(200)의 총 개수를 고려하여, 태양 전지 모듈의 단락 전류가 훼손되지 않도록 4mm ~ 6.5mm 사이로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1, 2 도전성 배선(200) 각각이 하나의 태양 전지에 접속되는 개수는 10개 ~ 20개일 수 있다. 따라서, 제1, 2 도전성 배선(200)이 하나의 태양 전지에 접속되는 총 개수의 합은 20개 ~ 40개일 수 있다.
여기서, 제1 도전성 접착제(251)는 도전성 금속 재질로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 제1 도전성 접착제(251)는 제1, 2 전극(141, 142) 각각에 포함되는 일부 금속 물질이 혼합된 혼합층으로 형성되거나, 솔더 페이스트층 또는 에폭시 솔더 페이스트층 중 어느 하나의 층과 혼합층이 함께 포함되어 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 도전성 접착제(251)가 제1, 2 전극(141, 142) 각각에 포함되는 일부 금속 물질이 혼합된 혼합층을 포함하도록 하여, 제1 도전성 접착제(251)와 제1, 2 전극(141, 142) 사이의 물리적 접착력을 보다 향상시킬 수 있고, 제1 도전성 접착제(251)와 제1, 2 전극(141, 142) 사이의 전기적 저항을 최소화할 수 있다.
여기서, 솔더 페이스트층은 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 형성되고, 에폭시 솔더 페이스트층은 에폭시에 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 도전성 접착제(251)의 상세한 구조에 대해서는 도 10 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 절연층(252)은 절연성 재질이면 어떠한 것이든 상관 없으며, 일례로, 에폭시 계열, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 아크릴 계열 또는 실리콘 계열 중 어느 하나의 절연성 재질이 사용될 수 있다.
이와 같은 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 각각의 일단이 인터커넥터(300)에 연결되어, 복수의 태양 전지를 서로 직렬 연결할 수 있다.
보다 구체적으로, 인터커넥터(300)는 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2) 사이에 위치하고, 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있을 수 있다.
여기서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 태양 전지를 평면에서 봤을 때, 인터커넥터(300)는 제1 태양 전지(C1)의 반도체 기판(110) 및 제2 태양 전지(C2)의 반도체 기판(110)과 이격되어 배치될 수 있다.
아울러, 이와 같은 인터커넥터(300)에 제1 태양 전지(C1)의 제1 전극(141)에 접속된 제1 도전성 배선(210)의 일단과 제2 태양 전지(C2)의 제2 전극(142)에 접속된 제2 도전성 배선(220)의 일단이 공통으로 접속되어, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1 방향(x)으로 서로 직렬 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)가 제1 방향(x)으로 배열된 상태에서, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1, 2 도전성 배선(200)과 인터커넥터(300)에 의해 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 직렬 연결되는 하나의 스트링을 형성할 수 있다.
여기서, 일례로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(200) 각각의 일단은 인터커넥터(300)와 중첩되어, 제2 도전성 접착제(350)를 통해 인터커넥터(300)에 접착될 수 있다.
여기서, 제1, 2 도전성 배선(200)과 인터커넥터(300)를 서로 접착시키는 제2 도전성 접착제(350)는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 금속 재질로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 도전성 접착제(350)는 (1) 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 솔더 페이스트(solder paste) 형태로 형성되거나, (2) 에폭시에 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금이 포함된 에폭시 솔더 페이스트(epoxy solder paste) 또는 도전성 페이스트(Conductive psate) 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지 모듈은 별도의 인터커넥터(300)를 구비하므로, 복수 개의 태양 전지 중 제1, 2 도전성 배선(200)과 제1, 2 전극(200) 사이에 접속 불량이 발생한 태양 전지가 있는 경우, 인터커넥터(300)과 복수의 제1, 2 도전성 배선(200) 사이의 접속을 해제하여, 해당 태양 전지만 보다 용이하게 교체할 수 있다.
지금까지는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서, 서로 인접한 임의의 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각의 후면에 제1, 2 도전성 배선(200)이 접속되고, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)가 인터커넥터로 직렬 연결되는 구조를 설명하였다.
이하에서는 이와 같은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)로 적용 가능한 태양 전지의 구체적인 구조에 대해서 설명한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 적용되는 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도로서, 도 6은 본 발명에 적용되는 태양 전지의 일례를 나타내는 일부 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 태양 전지의 제1 방향(x) 단면을 도시한 것이고, 도 8은 반도체 기판의 후면에 형성된 제1, 2 전극(200)의 패턴을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반사 방지막(130), 반도체 기판(110), 터널층(180), 제1 반도체부(121), 제2 반도체부(172), 진성 반도체부(150), 패시베이션층(190), 복수의 제1 전극(141) 및 복수의 제2 전극(142)을 구비할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130), 터널층(180) 및 패시베이층(190)은 생략될 수도 있으나, 구비된 경우 태양 전지의 효율이 더 향상되므로, 이하에서는 구비된 경우를 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제 1 도전성 타입 또는 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 일례로, 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)에 함유된 제 1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물은 n형 또는 p형 도전성 타입 중 어느 하나일 수 있다.
반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이하에서는 이와 같은 반도체 기판(110)의 함유된 불순물이 제2 도전성 타입의 불순물이고, n형인 경우를 일례로 설명한다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 반도체 기판(110)의 전면에 복수의 요철면을 가질 수 있다. 이로 인해 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치한 제1 반도체부(121) 역시 요철면을 가질 수 있다.
이로 인해, 반도체 기판(110)의 전면에서 반사되는 빛의 양이 감소하여 반도체 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가할 수 있다.
반사 방지막(130)은 외부로부터 반도체 기판(110)의 전면으로 입사되는 빛의 반사를 최소화하기 위하여, 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치하며, 알루미늄 산화막(AlOx), 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
터널층(180)은 반도체 기판(110)의 후면 전체에 직접 접촉하여 배치되며, 유전체 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 터널층(180)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)에서 생성되는 캐리어를 통과시킬 수 있다.
이와 같은 터널층(180)은 반도체 기판(110)에서 생성된 캐리어를 통과시키며, 반도체 기판(110)의 후면에 대한 패시베이션 기능을 수행할 수 있다.
아울러, 터널층(180)은 600℃ 이상의 고온 공정에도 내구성이 강한 SiCx 또는 SiOx로 형성되는 유전체 재질로 형성될 수 있다.
제1 반도체부(121)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 배치되되, 일례로, 터널층(180)의 후면의 일부에 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
아울러, 이와 같은 제1 반도체부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 제2 방향(y)으로 길게 배치되며, 제2 도전성 타입과 반대인 제1 도전성 타입을 갖는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 반도체부(121)는 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑될 수 있으며, 반도체 기판(110)에 함유된 불순물이 제2 도전성 타입의 불순물인 경우, 제1 반도체부(121)는 터널층(180)을 사이에 두고 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성할 수 있다.
각 제1 반도체부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 제1 반도체부(121)는 p형의 도전성 타입을 가질 수 있으며, 복수의 제1 반도체부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 제1 반도체부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)의 후면에 제1 반도체부(121)와 나란한 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 배치되며, 일례로 터널층(180)의 후면 중에서 전술한 제1 반도체부(121) 각각과 이격된 일부 영역에 직접 접촉하여 형성될 수 있다.
이와 같은 제2 반도체부(172)는 제2 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 도핑되는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 반도체 기판(110)이 제2 도전성 타입의 불순물인 n형 타입의 불순물로 도핑되는 경우, 복수의 제2 반도체부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
이러한 제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)과 제2 반도체부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자의 이동 방향인 제2 반도체부(172) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 제2 반도체부(172) 쪽으로의 캐리어(예, 전자) 이동을 용이하게 할 수 있다.
따라서, 제2 반도체부(172) 및 그 부근 또는 제1, 2 전극(200)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 제2 반도체부(172)로의 전자 이동량을 증가시킬 수 있다.
지금까지의 도 6 내지 도 7에서는 반도체 기판(110)이 제2 도전성 타입의 불순물인 경우를 일례로 설명하면서, 제1 반도체부(121)가 에미터부로서 역할을 하고, 제2 반도체부(172)가 후면 전계부로서 역할을 하는 경우를 일례로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게, 반도체 기판(110)이 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 경우, 제1 반도체부(121)가 후면 전계부로서 역할을 하고, 제2 반도체부(172)가 에미터부로서 역할을 할 수도 있다.
아울러, 여기의 도 6 및 도 7에서는 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172)가 터널층(180)의 후면에 다결정 실리콘 재질로 형성된 경우를 일례로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게, 터널층(180)이 생략된 경우, 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)의 후면 내에 불순물이 확산되어 도핑될 수 있고, 이와 같은 경우, 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 단결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
진성 반도체부(150)은 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172) 사이에 노출된 터널층(180)의 후면에 형성될 수 있고, 이와 같은 진성 반도체부(150)은 제1 반도체부(121) 및 제2 반도체부(172)와 다르게 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되지 않은 진성 다결정 실리콘층으로 형성될 수 있다.
아울러, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 진성 반도체부(150)의 양측면 각각은 제1 반도체부(121)의 측면 및 제2 반도체부(172)의 측면에 직접 접촉되는 구조를 가질 수 있다.
패시베이션층(190)은 제1 반도체부(121), 제2 반도체부(172) 및 진성 반도체부(150)에 형성되는 다결정 실리콘 재질의 층의 후면에 형성된 뎅글링 본드(dangling bond)에 의한 결함을 제거하여, 반도체 기판(110)으로부터 생성된 캐리어가 뎅글링 본드(dangling bond)에 의해 재결합되어 소멸되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
복수의 제1 전극(141)은 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 반도체부(121)에 접속하고, 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 형성될 수 있다. 이와 같은, 제1 전극(141)은 제1 반도체부(121) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어 정공을 수집할 수 있다.
복수의 제2 전극(142)은 제2 반도체부(172)에 접속하고, 제1 전극(141)과 나란하게 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 형성될 수 있다. 이와 같은, 제2 전극(142)은 제2 반도체부(172) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어, 전자를 수집할 수 있다.
이와 같은 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제2 방향(y)으로 길게 형성되며, 제1 방향(x)으로 이격될 수 있다. 아울러, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제1 방향(x)으로 교번하여 배치될 수 있다.
이와 같은 구조로 제조된 본 발명에 따른 태양 전지에서 제1 전극(141)을 통하여 수집된 정공과 제2 전극(142)을 통하여 수집된 전자는 외부의 회로 장치를 통하여 외부 장치의 전력으로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 적용된 태양 전지는 반드시 도 6 및 도 7에만 한정하지 않으며, 태양 전지에 구비되는 제1, 2 전극(200)이 반도체 기판(110)의 후면에만 형성되는 점을 제외하고 다른 구성 요소는 얼마든지 변경이 가능하다.
예를 들어 본 발명의 태양 전지 모듈에는 제1 전극(141)의 일부 및 제1 반도체부(121)가 반도체 기판(110)의 전면에 위치하고, 제1 전극(141)의 일부가 반도체 기판(110)에 형성된 홀을 통해 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(141)의 나머지 일부와 연결되는 MWT 타입의 태양 전지도 적용이 가능하다.
한편, 이와 같은 본 발명의 태양 전지에서, 제1, 2 전극(200)은 스퍼터링 법으로 형성될 수 있으며, 따라서, 제1, 2 전극(200)에서 금속 물질의 함유량이 99% 이상일 수 있다.
이하에서는 이와 같은 제1, 2 전극(200)의 구체적인 구조에 대해서 설명한다.
도 9는 도 6 내지 도 8에 도시된 태양 전지에서 제1, 2 전극(200)의 보다 구체적인 층 구조에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지에서 반도체 기판(110)의 후면에 형성되는 제1, 2 전극(200)은 제1 전극층(140S1)과 제2 전극층(140S2)을 포함할 수 있으며, 제1 전극층(140S1)은 반도체 기판(110)의 후면 위에 보다 근접하여 위치하고, 제2 전극층(140S2)은 제1 전극층(140S1) 위에 위치할 수 있다.
여기서, 제1 전극층(140S1)은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여, 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 제1 전극층(140S1)의 두께(T1+T2+T3)는 260nm ~ 320nm 사이로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 전극층(140S1)은 제1 금속층(140S1a), 제2 금속층(140S1b)을 포함할 수 있으며, 제1 금속층(140S1a)은 제1 전극층(140S1) 중 반도체 기판(110)의 후면에 가장 가까이 위치하며, 제2 금속층(140S1b)은 제1 금속층(140S1a) 위에 위치할 수 있으며, 제3 금속층(140S1c)은 제2 금속층(140S1b) 위에 위치할 수 있다. 여기서, 제3 금속층(140S1c)도 선택적으로 구비될 수 있으며, 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.
이와 같은, 제1 금속층(140S1a)의 광투과성은 50% 내지 100%의 투과도를 가질 수 있고, 좀더 구체적으로는, 80% 내지 100%의 투과도를 가질 수 있다.
이와 같은 제1 금속층(140S1a)은 반도체 기판(110)과 제2 금속층(140S1b) 사이의 열팽창 계수 차이에 의한 열팽창 스트레스를 최소화하기 위하여, 반도체 기판(110)의 열팽창 계수와 제2 금속층(140S1b)의 열팽창 계수 사이의 열팽창 계수를 가질 수 있다.
이와 같이 제1 금속층(140S1a)은 반도체층(121, 172)과 제2 금속층(140S1b) 사이의 열팽창 계수 차이에 의한 열팽창 스트레스를 최소화하여 물리적 접착 특성을 보다 향상시킬 수 있으며, 반도체 기판(110)과의 접속 저항을 최소화할 수 있다.
일례로, 이와 같은 제1 금속층(140S1a)은 전술한 바와 같은 열팽창 계수를 갖는 티타늄(Ti) 또는 텅스텐(W)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 99% 이상 순수한 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
더불어, 티타늄(Ti) 또는 텅스텐(W)을 포함하는 제1 금속층(140S1a)은 제2 금속층(140S1b)에 포함된 금속 재질이 반도체 기판(110)이나 반도체 기판(110) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서의 역할도 함께 수행할 수 있다.
이와 같은 제1 금속층(140S1a)의 두께(T1)는 반도체 기판(110)과 제2 금속층(140S1b) 사이의 열팽창 스트레스를 충분히 완화하기 위하여, 일례로, 1nm ~ 5nm 사이로 형성될 수 있다.
제2 금속층(140S1b)은 제1 금속층(140S1a)의 후면 위에 위치하여, 제1 금속층(140S1a)과의 계면에서 빛을 반사하는 기능을 할 수 있다.
따라서, 제2 금속층(140S1b)이 제1 금속층(140S1a)의 후면에 바로 접속하여 배치되는 경우, 반도체 기판(110)을 투과한 장파장 대역의 빛을 다시 반도체 기판(110) 방향으로 반사시켜, 태양 전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 광반사 기능을 확보하기 위하여, 제2 금속층(140S1b)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금을 포함하여 형성될 수 있다. 바람직하게는 제2 금속층(140S1b)은 99% 이상 순수한 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
이와 같은 제2 금속층(140S1b)의 두께(T2)는 광반사 기능을 충분히 확보하기 위하여, 제1 금속층(140S1a)의 두께(T1)보다 크게 형성될 수 있으며, 일례로, 245nm 내지 290nm 사이에서 형성될 수 있다.
여기서, 제2 금속층(140S1b)의 두께(T2)를 245nm 이상이 되도록 하는 것은 광반사 기능을 충분히 확보하기 위함이고, 290nm 이하로 하는 것은 광반사 기능을 충분히 확보한 상태에서 제조 비용을 최소화하기 위함이다.
아울러, 제3 금속층(140S1c)은 티타늄(Ti)을 포함하여 형성될 수 있으며, 일례로, 99% 이상의 순수 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다. 이와 같은 제3 금속층(140S1c)은 제2 전극층(140S2)의 증착 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
이와 같은, 제3 금속층(140S1c)의 두께(T3)는 제1 금속층(140S1a)의 두께(T1)보다 크고, 제2 금속층(140S1b)의 두께(T2)보다 작게 형성될 수 있다. 일례로, 제3 금속층(140S1c)의 두께(T3)는 10nm ~ 20nm 사이로 형성될 수 있다.
아울러, 제2 전극층(140S2)은 제1 전극층(140S1) 위에 위치하며, 제1 전극층(140S1)이 도 9에 도시된 바와 같이, 제3 금속층(140S1c)을 포함하는 경우, 제2 전극층(140S2)은 제3 금속층(140S1c) 위에 위치할 수 있고, 제3 금속층(140S1c)이 생략된 경우, 제2 전극층(140S2)은 제2 금속층(140S1b) 위에 위치할 수 있다.
이와 같은 제2 전극층(140S2)은 니켈-바나듐 합금(NiV)층을 포함하여 형성되고, 바람직하게는 99% 이상 순수한 니켈-바나듐 합금(NiV)으로 형성될 수 있다.
이와 같은 제2 전극층(140S2)은 제1, 2 전극(200) 위에 제1 도전성 접착제(251)를 이용하여 제1, 2 도전성 배선(200)을 전기적으로 접속시키는 열처리 공정이나 라미네이션 공정 중 제1 도전성 접착제(251)에 포함된 주석(Sn)이 제1 전극층(140S1)이나 반도체 기판(110) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서의 역할을 수행할 수 있으며, 접착 특성이 양호하여, 제1 도전성 접착제(251)나 제1, 2 도전성 배선(200)과의 접촉 저항을 양호하게 유지하고, 물리적 접착력을 더욱 강화시킬 수 있다.
이와 같은 제2 전극층(140S2)의 두께(T4)는 제1 전극층(140S1) 두께(T1+T2+T3)의 1/3보다 크고, 제1 전극층(140S1)의 두께(T1+T2+T3)보다 작을 수 있다. 일례로, 제2 전극층(140S2)의 두께(T4)는 120nm ~ 250nm 사이일 수 있으며, 바람직하게는 120nm~180nm 사이로 형성될 수 있다.
여기서, 제2 전극층(140S2)의 두께(T4)를 120nm 이상이 되도록 하는 것은 전술한 배리어층으로서의 역할을 충분히 수행하도록 하기 위함이고, 250nm 이하가 되도록 하는 것은 제조 비용을 최소화하기 위함이다.
더불어, 제1, 2 전극(200) 위에 제1 도전성 접착제(251)를 이용하여 제1, 2 도전성 배선(200)을 전기적으로 접속시키는 열처리 공정이나 라미네이션 공정 중 99% 이상 순수한 니켈-바나듐 합금(NiV)으로 형성된 제2 전극층(140S2)의 일부가 용융되어 제거될 수 있는데, 이를 고려하여, 제2 전극층(140S2)의 두께(T4)를 120nm 이상이 되도록 함으로써, 제2 전극층(140S2)이 열처리 공정이나 라미네이션 공정 이후에도 잔존되도록 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 라미네이션 공정 이후에도 제2 전극층(140S2)이 잔존되도록 하여, 제2 전극층(140S2)이 배리어층으로서의 역할을 충분히 수행하도록 하면서, 제1, 2 전극(200)과 제1, 2 도전성 배선(200) 사이의 접촉 저항 및 물리적 접착력을 충분히 확보할 수 있다.
이하에서는 이와 같이 제1, 2 전극(200) 각각이 제1, 2 전극층을 포함하여 형성된 상태에서 제1, 2 도전성 배선(200)이 제1 도전성 접착제(251)를 통해 접속된 상태의 구조를 보다 구체적으로 설명한다.
도 10 및 도 11은 도 5에서 태양 전지의 전극과 도전성 배선 사이에 위치하는 제1 도전성 접착제(251)의 구조에 대해 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 제1, 2 전극(200) 각각이 제1 전극층(140S1)과 제2 전극층(140S2)으로 형성된 상태에서, 제1 도전성 접착제(251)를 통해, 제1 전극(141) 위에는 제1 도전성 배선(210)이, 제2 전극(142) 위에는 제2 도전성 배선(220)이 접속될 수 있다.
여기서, 제1 전극층(140S1)은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여, 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 전극층(140S1)은 앞선 도 9에서 설명한 바와 같이 형성될 수 있으며, 제1 전극층(140S1)의 두께(T140S1)는 260nm ~ 320nm 사이로 형성될 수 있다.
아울러, 제2 전극층(140S2)은 일례로, 앞선 도 9에서 설명한 바와 같이 니켈-바나듐 합금(NiV)으로 형성될 수 있다.
또한, 제1, 2 도전성 배선(200)은 일례로, 도 10에 도시된 바와 같이, 구리(Cu)로 형성되는 코어(200CR)와 코어(200CR)의 표면을 코팅하고, SnBiAg로 형성되는 코팅층(200CT)을 포함할 수 있다.
아울러, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 접착제(251)는 일례로 혼합층(251a)과 솔더 페이스트층(251b)을 포함할 수 있다.
여기서, 혼합층(251a)은 제1, 2 전극(200)의 제2 전극층(140S2)과 제1, 2 도전성 배선(200) 사이에 위치하며, 솔더 페이스트층(251b)은 혼합층(251a)과 제1 도전성 배선(210) 사이 및 혼합층(251a)과 제2 도전성 배선(220) 사이에 위치할 수 있다.
여기서, 솔더 페이스트층(251b)은 적어도 주석(Sn)을 포함하여 형성되고, 보다 구체적으로 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 일례로, 솔더 페이스트층(251b)은 SnAgCu 합금으로 형성될 수 있다.
여기서, 혼합층(251a)은 제1, 2 전극(141, 142) 각각에 포함되는 제2 전극층(140S2)의 금속 물질과 제1 도전성 접착제(251)의 물질이 혼합되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 혼합층(251a)은 제1 도전성 접착제(251)의 솔더 페이스트층(251b)을 통해 제1 전극(141)과 제1 도전성 배선(210) 및 제2 전극(142)과 제2 도전성 배선(220)을 접속시키는 열처리 과정 중에, 니켈-바나듐 합금(NiV)을 포함하는 제2 전극층(140S2)의 일부 금속 물질과 주석(Sn)을 포함하는 솔더 페이스트층(251b)의 일부 금속 물질이 용융 및 상호 확산되어 형성될 수 있다.
즉, 제1, 2 전극(140)과 제1, 2 도전성 배선(200)을 접속시키는 열처리 과정 중 제2 전극층(140S2)의 일부와 솔더 페이스트층(251b)의 일부가 용융되어, 니켈과 바나듐 각각이 제1, 2 도전성 배선(200) 방향으로 확산되고, 주석(Sn)이 제2 전극층(140S2) 방향으로 확산되어 혼합된 상태에서, 냉각되는 과정에 혼합층(251a)이 형성될 수 있다.
따라서, 혼합층(251a)은 제1, 2 전극(200) 각각에 포함되는 제2 전극층(140S2)의 금속 물질과 적어도 주석(Sn)이 혼합되어 형성된 합금층으로 형성될 수 있다.
이와 같은 혼합층(251a)은 도 10에 도시된 바와 같이, 적어도 주석(Sn), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)을 포함하고, 이에 더해 Ni-Sn 합금, 솔더 페이스트층(251b)의 구리(Cu), 은(Ag), SnAgCu 합금을 더 포함할 수 있다.
이에 따라 혼합층(251a)은 세라믹화된 형태로 존재할 수 있으며, 제1, 2 전극(200)과 제1, 2 도전성 배선(200) 사이의 물리적 접착력을 더욱 강화시킬 수 있다.
여기서, 제1, 2 전극층 두께의 합(T140S1+T140S2) 대비 혼합층(251a)의 두께(T2S1)의 비는 1 : 1.5 ~ 4.5 사이로 형성될 수 있으며, 일례로, 혼합층(251a)의 두께(T2S1)는 0.5um ~ 1.5um 사이로 형성될 수 있다.
아울러, 제1, 2 전극(140)과 제1, 2 도전성 배선(200)을 접속시키는 열처리 과정 중 확산에 의해 제2 전극층(140S2)의 일부가 소실되므로, 제2 전극층(140S2)의 두께(T140S2)는 앞선 도 9에서 설명한 두께보다 작아질 수 있다.
따라서, 제2 전극층(140S2)의 두께(T140S2)는 제1 전극층(140S1) 두께(T140S2)의 1/13 ~ 1/4사이로 형성될 수 있으며, 일례로, 제2 전극층(140S2)은 20nm ~ 80nm 사이로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 앞선 반도체 기판(110)의 후면에 제1, 2 전극(200)을 형성하는 셀 형성 공정에서, 도 9에서 설명한 바와 같이, 제2 전극층(140S2)의 두께를 충분히 형성함으로써, 제1, 2 도전성 배선(200)을 제1, 2 전극(200)에 접속시키는 열처리 공정 이후에도 계속 잔존되도록 할 수 있다.
이에 따라, 제1, 2 도전성 배선(200)이 태양 전지의 후면에 접속된 상태에서도 제2 전극층(140S2)이 잔존되도록 하여, 제1, 2 전극(200)과 제1, 2 도전성 배선(200) 사이의 접촉 저항 및 물리적 접착력을 충분히 확보할 수 있다.
아울러, 도 10에서는 제1, 2 도전성 배선(200)이 태양 전지의 후면에 접속된 상태에서 제1 도전성 접착제(251)의 솔더 페이스트층(251b)이 혼합층(251a)과 제1, 2 도전성 배선(200) 사이에 잔존하는 경우를 일례로 설명하였지만, 제1, 2 도전성 배선(200)이 태양 전지의 후면에 접속시키는 열처리 공정의 열처리 온도와 열처리 시간에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 접착제(251)의 솔더 페이스트층(251b)이 완전히 용융되어 사라지고, 제1 도전성 접착제(251)는 혼합층(251a)만으로 형성될 수도 있다.
아울러, 도 11에 도시된 바와 같이, 이와 같은 경우, 제1, 2 도전성 배선(200)의 코팅층(200CT)에 포함되는 일부 금속도 용융 및 확산되어, 제1 도전성 접착제(251)의 혼합층(251a)으로 형성될 수 있다.
따라서, 이와 같이, 혼합층(251a)만으로 형성된 제1 도전성 접착제(251)는 도전성 배선(200)의 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 혼합층(251a)으로 형성된 제1 도전성 접착제(251)는 도 11에 도시된 바와 같이, 니켈(Ni), 바나듐(V), Ni-Sn 합금과 같은 제2 전극층(140S2)의 금속 물질과, 주석(Sn), 구리(Cu), 은(Ag), SnAgCu 합금과 같은 솔더 페이스트층(251b)의 금속 물질 및 도전성 배선(200)의 코팅층(200CT)의 금속 물질인 비스무스(Bi)가 포함되어 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제1, 2 전극(200)과 제1, 2 도전성 배선(200)을 서로 물리적 및 전기적으로 접속시키는 제1 도전성 접착제(251)가 혼합층(251a)을 포함되도록 하면서, 물리적 접착 특성이 좋은 제2 전극층(140S2) 역시 계속 잔존되도록 하여, 제1, 2 전극(200)과 제1, 2 도전성 배선(200) 사이의 물리적 접착력을 더욱 강화시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 태양 전지 모듈의 구조적 안정성을 더욱 확보하고, 신뢰성을 더욱 개선할 수 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 (25)

  1. 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 표면에 서로 다른 극성의 제1, 2 전극을 각각 구비하고, 제1 방향으로 길게 직렬 연결되는 복수의 태양 전지; 및
    상기 복수의 태양 전지에서 이웃한 두 개의 태양 전지 중 제1 태양 전지의 제1 전극과 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 도전성 배선;을 포함하고,
    상기 제1, 2 전극 각각은 상기 반도체 기판의 표면 위에 위치하는 제1 전극층과 상기 제1 전극층 위에 위치하는 니켈-바나듐 합금(NiV)층으로 형성되는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 도전성 배선은 상기 제1 전극 및 상기 제2전극과 주석(Sn)을 포함하는 솔더 페이스트를 포함하는 제1 도전성 접착제에 의해 접착되고,
    상기 제1 도전성 접착제는 상기 제1, 2 전극 각각에 포함되는 상기 제2 전극층의 금속 물질과 상기 제1 도전성 접착제의 물질이 혼합되어 형성된 혼합층을 더 포함하고,
    상기 혼합층은 적어도 주석(Sn), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)을 포함하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전성 접착제는 상기 혼합층과 상기 도전성 배선 사이에 적어도 주석(Sn)을 포함하는 솔더 페이스트층을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여, 적어도 하나의 층으로 형성되는 태양 전지 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 두께는 260nm ~ 320nm 사이인 태양 전지 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 두께는 상기 제1 전극층 두께의 1/13 ~ 1/4사이인 태양 전지 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 두께는 20nm ~ 80nm 사이인 태양 전지 모듈.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합층은 상기 도전성 배선의 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 태양 전지 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 2 전극층 두께의 합 대비 상기 혼합층의 두께의 비는 1 : 1.5 ~ 4.5 사이인 태양 전지 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합층의 두께는 0.5um ~ 1.5um 사이인 태양 전지 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 도전성 배선 각각은 도전성 코어와 상기 코어의 표면을 코팅하는 도전성 코팅층을 포함하는 태양 전지 모듈.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 도전성 배선은 상기 반도체 기판 상에 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 전극에 상기 제1 도전성 접착제를 통해 접속되는 복수의 제1 도전성 배선과 상기 제2 전극에 상기 제1 도전성 접착제를 통해 접속되는 복수의 제2 도전성 배선을 포함하는 태양 전지 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1, 2 전극 각각은 상기 반도체 기판의 후면에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되고,
    상기 제1 도전성 배선은 상기 제1 전극과 교차되는 부분에서 상기 제1 도전성 접착제에 의해 상기 제1 전극에 접속되고, 상기 제2 전극과 교차되는 부분에서 절연층에 의해 상기 제2 전극과 절연되고,
    상기 제2 도전성 배선은 상기 제2 전극과 교차되는 부분에서 상기 제1 도전성 접착제에 의해 상기 제2 전극에 접속되고, 상기 제1 전극과 교차되는 상기 절연층에 의해 상기 제1 전극과 절연되는 태양 전지 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 중 서로 인접하여 배치되는 제1, 2 태양 전지 사이에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되며,
    상기 제1 태양 전지에 접속된 상기 복수의 제1 도전성 배선과 상기 제2 태양 전지에 접속된 상기 복수의 제2 도전성 배선이 공통으로 접속되는 인터커넥터;를 포함하는 태양 전지 모듈.
  16. 반도체 기판 및
    상기 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1, 2 전극을 포함하고,
    상기 제1, 2 전극 각각은 상기 반도체 기판의 후면 위에 위치하는 제1 전극층과 상기 제1 전극층 위에 위치하는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제1 전극층은 상기 반도체 기판에 후면에 위에 위치하고, 티타늄(Ti) 또는 텅스텐(W) 중 어느 하나를 포함하는 제1 금속층,
    상기 제1 금속층 위에 위치하고, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 제2 금속층, 및
    상기 제2 금속층 위에 위치하고, 티타늄(Ti)을 포함하는 제3 금속층을 더 포함하고,
    상기 제2 전극층은 상기 제3 금속층 위에 위치하고, 니켈-바나듐 합금(NiV)층을 포함하고,
    상기 제2 전극층의 두께는 상기 제1 전극층 두께의 1/3보다 크고, 상기 제1 전극층의 두께보다 작은 태양 전지.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 120nm ~ 250nm 사이인 태양 전지.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하여, 적어도 하나 이상의 층으로 형성되는 태양 전지.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 두께는 260nm ~ 320nm 사이인 태양 전지.
  20. 삭제
  21. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 금속층의 두께는 상기 제1 금속층의 두께보다 큰 태양 전지.
  22. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 두께는 1nm ~ 5nm 사이이고, 상기 제2 금속층의 두께는 245nm ~ 290nm 사이인 태양 전지.
  23. 삭제
  24. 제16 항에 있어서,
    상기 제3 금속층의 두께는 상기 제1 금속층의 두께보다 크고, 상기 제2 금속층의 두께보다 작은 태양 전지.
  25. 제16 항에 있어서,
    상기 제3 금속층의 두께는 10nm ~ 20nm 사이인 태양 전지.
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