KR101798148B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 측면에 따른 태양전지 모듈은 기판 및 기판에 위치하는 전극부를 포함하는 복수의 태양전지들; 전도성 금속 재질의 코어 및 코어의 외면에 위치하는 산화 방지막을 포함하며, 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 전극부와 인터커넥터 사이에 위치하며, 전극부와 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름을 포함하고, 산화 방지막은 도전성 접착 필름과 접합되는 접합부를 포함하며, 접합부는 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성된다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}

본 발명은 인접한 태양전지들을 인터커넥터에 의해 서로 전기적으로 접속한 태양전지 모듈에 관한 것이다.

광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 복수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.

태양전지 모듈에 있어서, 태양전지에 의해 발전된 전력을 외부로 출력하기 위해서는 태양전지의 양극 및 음극에 연결된 도전체, 예컨대 인터커넥터를 리드선으로 연결하여 태양전지 모듈의 외부로 취출하고, 상기 리드선을 단자함에 연결하여 단자함의 전력선을 통해 전류를 취출하는 방법이 이용된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태빙 공정으로 인한 태양전지의 손상을 방지할 수 있으며 태빙 대상물의 접착력을 균일하게 유지할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 측면에 따른 태양전지 모듈은 기판 및 기판에 위치하는 전극부를 포함하는 복수의 태양전지들; 전도성 금속 재질의 코어 및 코어의 외면에 위치하는 산화 방지막을 포함하며, 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 전극부와 인터커넥터 사이에 위치하며, 전극부와 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름을 포함하고, 산화 방지막은 도전성 접착 필름과 접합되는 접합부를 포함하며, 접합부는 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성된다.

접합부는 도전성 접착 필름과 접합되는 접합면을 포함한다. 이때, 접합부의 두께가 상기한 범위를 만족하면, 접합면은 실질적으로 평탄하게 형성된다. 즉, 접합부는 실질적으로 동일한 두께로 형성된다.

여기에서, 접합면이 실질적으로 평탄하게 형성된다는 것은 접합면이 국부적인 영역을 제외한 대부분의 영역이 평탄하게 형성된다는 것을 의미한다.

그리고 접합부가 실질적으로 동일한 두께로 형성된다는 것은 접합부가 국부적인 영역(예를 들어, 단부 쪽)을 제외한 대부분의 영역이 동일한 두께로 형성된다는 것을 의미한다.

접합면은 코어의 폭의 0.7배 내지 1배 이하의 폭으로 형성된다. 따라서, 도전성 접착 필름과 산화 방지막의 접합 면적이 종래에 비해 증가하므로, 전류 전송 효율이 향상된다.

코어는 구리로 형성될 수 있고, 산화 방지막은 주석(Sn), 은(Ag), 납(Pb), 또는 이들의 화합물 중에서 선택된 어느 한 물질로 형성될 수 있다.

도전성 접착 필름은 전극부 및 인터커넥터와 중첩하는 영역에서 제1 두께로 형성되는 수지 및 수지에 분산되며 제1 두께보다 큰 두께의 도전성 입자를 포함할 수 있다.

도전성 입자의 두께는 단일 입자의 두께 또는 서로 중첩한 적어도 2개의 입자의 두께이다.

이러한 구성에 따르면, 인터커넥터와 전극부 사이의 간격은 제1 두께로 유지된다.

수지의 제1 두께는 3㎛ 내지 15㎛로 형성되며, 도전성 입자의 두께도 3㎛ 내지 15㎛로 형성된다.

도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 방사형의 금속 입자로 형성된다.

여기에서, '방사형의 금속 입자'는 대략 구체(球體) 형상을 갖는 금속 입자의 표면에 복수의 돌기가 불규칙적으로 형성된 금속 입자를 말한다.

도전성 입자가 방사형의 금속 입자로 이루어지는 경우, 도전성 입자의 두께는 금속 입자의 표면에 형성된 복수의 돌기들의 단부를 연결하는 가상선에 의해 형성된 대략 구체 형상의 것으로부터 측정한 최단(最短) 직경을 말한다.

방사형의 금속 입자가 2개 이상 적층된 경우, 도전성 입자의 두께는 각 입자의 최단 직경을 합한 값을 말한다.

이러한 구성에 의하면, 도전성 입자의 일부분은 인터커넥터 및 전극부 중 적어도 하나의 내부로 몰입(embedded)될 수 있다.

따라서, 전극부에 수집된 전하가 도전성 입자를 통해 인터커넥터로 직접 전달되므로, 전류 전송 효율이 향상된다.

이러한 특징에 따르면, 태양전지의 기판 면에 위치하는 전극부로 이동한 전하가 도전성 접착 필름의 도전성 입자를 통해 인터커넥터에 전달된다.

이때, 인터커넥터의 코어 외면에 위치하는 산화 방지막의 접합부의 두께가 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성되고, 이로 인해 접합면이 실질적으로 평탄하게 형성되므로, 산화 방지막과 인터커넥터의 접합 면적이 증가한다. 그리고 도전성 입자가 인터커넥터의 내부로 몰입되어 있으므로, 도전성 입자와 인터커넥터의 접촉 면적이 증가한다. 따라서, 전류 전송 효율 및 신뢰성이 향상된다.

또한, 도전성 접착 필름의 사용으로 인해 태빙 작업을 저온에서 실시할 수 있다.

즉, 플럭스(flux)를 이용한 솔더링(soldering) 방식으로 이루어지는 종래의 태빙 작업은 대략 220℃ 이상의 온도에서 작업이 이루어지는데 반하여, 도전성 접착 필름을 사용하는 태빙 작업은 플럭스(flux)를 이용한 솔더링(soldering) 방식이 아닌 본딩(bonding) 방식이므로, 180℃ 이하의 온도에서 태빙 작업을 실시할 수 있다.

따라서, 태빙 작업시에 발생하는 기판 휨(bowing) 현상이 종래에 비해 현저히 줄어들게 되므로, 얇은 두께의 기판을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 플럭스를 이용한 종래의 태빙 방식은 태양전지의 전극부와 인터커넥터의 계면에서 크랙(crack)을 발생시키거나 인터커넥터의 솔더 내부에서 여러 물질 간의 박리 현상을 발생시키는 등의 문제로 인해 태양전지 모듈의 출력이 저하하는 문제점이 있지만, 도전성 접착 필름을 이용한 태빙 방식은 상기한 문제점을 해결할 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈의 신뢰성을 장기간 유지할 수 있다.

또한, 플럭스(flux)를 사용하지 않으므로 균일한 접착력을 유지함과 아울러 오정렬(miss alignment)을 방지할 수 있어 출력 감소를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 인터커넥터의 단면도이다.
도 6은 도 4의 태양전지 패널에서 기판 전면부의 조립 상태를 나타내는 다양한 실시예의 단면도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 사용된 제1 도전성 입자의 확대도이다.

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 다양한 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 부여하였다.

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.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 측면도이다.

도면을 참고하면, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 패널(100)을 포함한다.

태양전지 패널(100)은 복수의 태양전지(110)들, 인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(120), 태양전지(110)들을 보호하는 보호막(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)(130), 태양전지(110)들의 수광면 쪽으로 보호막(130) 위에 배치되는 투명 부재(140), 및 수광면 반대 쪽으로 보호막(130)의 하부에 배치되는 불투명 재질의 후면 시트(back sheet)(150)를 포함한다.

그리고 태양전지 모듈(100)은 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임(200) 및 태양전지(110)들에서 생산된 전력을 수집하는 단자함(junction box)(300)을 포함한다.

후면 시트(150)는 태양전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(110)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(150)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.

보호막(130)은 태양전지(110)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(110)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(110)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 보호막(130)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.

보호막(130) 위에 위치하는 투명 부재(140)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(140)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.

이하, 본 발명의 태양전지 모듈에 구비된 태양전지 패널의 전기적 연결 구조에 대해 도 2 및 도 3을 참조로 하여 상세히 설명한다. 도 3은 태양전지(110) 간의 간격을 확대하여 도시하고 있지만, 실질적으로 태양전지(110)들은 인접한 태양전지들 간에 소정의 간격, 예컨대 대략 3㎜ 이내의 좁은 간격을 두고 배치된다.

태양전지 패널(100)에 구비된 복수의 태양전지(110)는 복수의 스트링(string) 형태로 배열된다. 여기에서, 스트링은 복수의 태양전지들이 일렬로 배열된 상태에서 전기적으로 연결된 것을 말한다. 따라서, 도 1에 도시한 태양전지 패널(100)은 4개의 스트링, 예컨대 제1 스트링 내지 제4 스트링(S1, S2, S3, S4)을 갖는다.

각각의 스트링(S1-S4)에 배열된 복수의 태양전지(110)들은 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결된다.

인터커넥터(120)는 도 5에 도시한 바와 같이 코어(122) 및 산화 방지막(124)으로 구성된다.

코어(122)는 전도성 금속 재질, 예를 들어 구리(Cu)로 형성되며, 산화 방지막(124)은 주석(Sn), 은(Ag), 납(Pb), 또는 이들의 화합물 중에서 선택된 어느 한 물질로 형성되어 코어(122)의 산화를 방지한다.

이때, 산화 방지막(124)은 도전성 접착 필름(160)과 접합되는 접합부(124a)를 포함하며, 접합부(124a)는 1㎛ 내지 10㎛의 두께(T1)로 형성된다.

접합부(124a)는 도전성 접착 필름(160)과 접합되는 접합면(124aa)을 포함한다. 이때, 접합부(124a)의 두께(T1)가 상기한 두께 범위(1㎛ 내지 10㎛)를 만족하면, 접합면(124aa)은 코어(122)와 동일한 형상으로 형성된다.

따라서, 접합면(124aa)은 실질적으로 평탄하게 형성된다. 즉, 접합부(124a)는 실질적으로 동일한 두께(T1)로 형성된다.

여기에서, 접합면(124aa)이 실질적으로 평탄하게 형성된다는 것은 접합면(124aa)의 표면이 무시할 수 있을 정도의 비평탄면으로 형성된 경우를 포함한다. 즉, 접합면(124aa)이 실질적으로 평탄하게 형성된다는 것은 접합면(124aa)의 국부적인 영역을 제외한 대부분의 영역이 평탄하게 형성된다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명에 있어서, 접합면(124aa)은 평탄하게 형성된 접합부(124a)의 면이라고 생각할 수 있다.

그리고 접합부(124a)가 실질적으로 동일한 두께(T1)로 형성된다는 것은 접합부(124a)의 두께(T1)이 무시할 수 있을 정도의 두께 차이로 형성된 경우를 포함한다. 또한, 접합부(124a)가 실질적으로 동일한 두께(T1)로 형성된다는 것은 접합부(124a)의 국부적인 영역(예를 들어, 접합부의 양 단부 쪽 영역)을 제외한 대부분의 영역이 동일한 두께로 형성된다는 것을 의미한다.

접합면(124aa)은 코어(122)의 폭(W1)의 0.7배 내지 1배 이하의 폭(W2)으로 형성된다.

여기에서, 코어(122)의 폭(W1)은 코어(122)가 도시한 바와 같이 상면 또는 하면(122a)과 측면(122b)을 연결하는 곡선부(122c)를 포함할 때 상기 곡선부(122c)를 제외한 상면 또는 하면(122a)의 폭을 의미한다.

그리고 코어(122)가 곡선부(122c)를 포함하지 않는 경우, 코어(122)의 폭(W1)은 코어(122)의 상면 또는 하면(122a)의 폭을 의미한다.

이와 마찬가지로, 접합면(124aa)의 폭(W2)은 코어(122)의 상면 또는 하면(122a)에 위치하는 접합부(124a) 영역 중에서 곡선부를 제외한 나머지 영역의 폭을 의미한다.

이러한 구성의 인터커넥터는 산화 방지막(124)의 접합면(124aa)이 평탄하게 형성되어 있으므로, 도전성 접착 필름(160)과 산화 방지막(124)의 접합 면적이 종래에 비해 증가한다. 따라서, 전류 전송 효율이 향상된다.

도면에 도시하지는 않았지만, 인접한 스트링의 단부에 위치한 인터커넥터를 연결하는 리드선은 전술한 인터커넥터(120)와 동일한 구조로 형성될 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 인터커넥터와 태양전지의 전극 간의 접합 구조에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 인터커넥터의 단면도이며, 도 6 및 도 7은 도 4의 태양전지 패널에서 기판 전면부의 조립 상태를 나타내는 다양한 실시예의 단면도이다.

본 실시예의 태양전지(110)는 기판(111), 기판(111)의 제1 면(first surface), 즉 빛이 입사되는 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(112), 에미터부(112) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(113) 및 복수의 제1 전극용 집전부(114), 제1 전극(113) 및 제1 전극용 집전부(114)가 위치하지 않는 에미터부(112) 위에 위치하는 반사방지막(115), 기판(111)의 제2 면(second surface), 즉 제1 면과 반대쪽에 위치한 기판(111)의 후면(back surface)에 위치하는 제2 전극(116) 및 제2 전극용 집전부(117)를 포함한다.

태양전지(110)는 제2 전극(116)과 기판(111) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF)부를 더 포함할 수 있다. 후면 전계부는 기판(111)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(111)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.

이러한 후면 전계부는 기판(111)의 후면에서 전위 장벽으로 작용하게 된다. 따라서, 기판(111)의 후면 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소되므로 태양전지의 효율이 향상된다.

기판(111)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(111)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다

기판(111)의 표면을 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성하기 위해 상기 기판(111)은 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다.

기판(111)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되면 기판(111)의 수광면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 이루어져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가된다.

따라서, 태양전지의 효율이 향상된다. 이에 더하여, 기판(11)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(11)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.

에미터부(112)는 기판(111)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 기판(111)과 p-n 접합을 이룬다.

에미터부(112)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(112)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(111)에 도핑하여 형성될 수 있다.

이에 따라, 기판(111)에 입사된 빛에 의해 반도체 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(111)이 p형이고 에미터부(112)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(111)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(112)쪽으로 이동한다.

이와는 반대로, 기판(111)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(111)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(111)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.

에미터부(112)는 기판(11)과 p-n접합을 형성하게 되므로, 기판(111)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(112)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(111)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(112)쪽으로 이동한다.

에미터부(112)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(112)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(111)에 도핑하여 형성할 수 있다.

기판(111)의 에미터부(112) 위에는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO₂) 또는 이산화 티탄막(TiO₂) 등으로 이루어진 반사방지막(115)이 형성되어 있다. 반사방지막(115)은 태양전지(110)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(110)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지막(115)은 약 70㎚ 내지 80㎚ 의 두께를 가질 수 있으며, 필요에 따라 생략될 수 있다.

복수의 제1 전극(113)은 핑거 전극(finger electrode)이라고도 하며, 에미터부(112) 위에 형성되어 에미터부(112)와 전기적으로 연결되고, 인접하는 제1 전극(113)과 서로 이격된 상태로 어느 한 방향으로 형성된다. 각각의 제1 전극(113)은 에미터부(112)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.

복수의 제1 전극(113)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.

예를 들면, 제1 전극(113)은 은(Ag) 페이스트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 전극(113)은 스크린 인쇄 공정을 이용하여 은 페이스트를 반사방지막(115) 위에 도포하고, 기판(111)을 약 750℃ 내지 800℃의 온도에서 소성(firing)하는 과정에서 에미터부(112)와 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 전술한 전기적 연결은 소성 과정에서 은(Ag) 페이스트에 포함된 식각 성분이 반사방지막(115)을 식각하여 은 입자가 에미터부(112)와 접촉하는 것에 따라 이루어진다. 이때, 식각 성분은 산화납일 수 있다.

기판(111)의 에미터부(112) 위에는 제1 전극(113)과 교차하는 방향으로 제1 전극용 집전부(114)가 적어도 2개 이상 형성된다.

제1 전극용 집전부(114)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 에미터부(112) 및 제1 전극(113)과 전기적 및 물리적으로 연결된다. 따라서, 제1 전극용 집전부(114)는 제1 전극(113)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 전자를 외부 장치로 출력한다.

제1 전극용 집전부(114)를 구성하는 도전성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.

제1 전극용 집전부(114)는 제1 전극(113)과 마찬가지로 도전성 금속 물질을 반사방지막(115) 위에 도포한 후 패터닝하고, 이를 소성하는 과정에서 에미터부(112)와 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 제1 전극용 집전부(114)의 표면은 도 6에 도시한 바와 같이 평탄한 면으로 형성될 수 있다. 하지만, 제1 전극용 집전부(114)의 표면은 복수의 요철을 갖는 요철 표면으로 형성될 수도 있다. 그리고 도시하지는 않았지만, 제1 전극(113) 또한 제1 전극용 집전부(114)와 마찬가지로 요철 표면 또는 평탄한 면으로 형성될 수 있다.

제2 전극(116)은 기판(111)의 제2 면, 즉 기판(111)의 후면(back surface)에 형성되며, 기판(111) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.

제2 전극(116)은 기판(111)의 제2 면 전체에 형성되거나, 테두리 부분을 제외한 기판(111)의 제2 면 전체에 형성되거나, 제2 전극용 집전부(117)가 위치하는 영역을 제외한 제2 면 전체에 형성될 수 있다

제2 전극(116)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어진다. 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

제2 전극(116)과 동일한 면에는 복수의 제2 전극용 집전부(117)가 위치하고 있다. 제2 전극용 집전부(117)는 제1 전극(113)과 교차하는 방향으로 형성된다. 즉 제2 전극용 집전부(117)는 제1 전극용 집전부(114)와 동일한 방향으로 형성된다.

제2 전극용 집전부(117) 또한 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어지고, 제2 전극(116)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제2 전극용 집전부(117)는 제2 전극(116)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 정공을 외부 장치로 출력한다.

제2 전극용 집전부(117)를 구성하는 도전성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.

기판(111)의 에미터부(112) 위에는 제1 전극용 집전부(114)와 평행한 방향으로 제1 전극용 집전부(114) 위에 도전성 접착 필름(160)이 위치한다. 또한, 기판(111)의 제2 전극용 집전부(117)에도 도전성 접착 필름(160)이 위치한다.

도 4는 기판(111)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에 각각 한 개씩의 도전성 접착 필름(160)이 위치하는 것을 도시하였지만, 기판(111)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에는 인터커넥터(120)와 동일한 개수의 도전성 접착 필름(160)이 각각 위치한다.

도전성 접착 필름(160)은 도 6에 도시한 바와 같이 수지(162) 및 수지(162)에 분산된 복수의 도전성 입자(164)를 포함한다. 수지(162)는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단 접착 신뢰성을 높이기 위해서는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.

수지(162)는 열경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 공지의 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 수지(162)는 제1 전극용 집전부(114)와 인터커넥터(120) 및 제2 전극용 집전부(117)와 인터커넥터(120)의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 제1 도전성 입자(164)의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지(162)는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.

수지(162)는 제1 전극용 집전부(114)와 중첩하는 영역에서 제1 두께(T2)로 형성되고, 인터커넥터(120)와 제1 전극용 집전부(114) 사이의 간격은 제1 두께(T2)로 유지된다. 바람직하게, 제1 두께(T2)는 3㎛ 내지 15㎛이다.

도전성 입자(164)는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다.

도전성 입자(164)는 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 두께(T2)보다 큰 두께를 갖는 것들(164a)과 제1 두께(T2)보다 작은 두께를 갖는 것들(164b)이 혼합되어 구성될 수 있다.

이하에서는, 제1 두께(T2)보다 큰 두께를 갖는 도전성 입자를 제1 도전성 입자(164a)라 하고, 제1 두께(T2)보다 작은 두께를 갖는 도전성 입자를 제2 도전성 입자(164b)라 한다.

이와 같이, 본원 발명의 도전성 접착 필름(160)은 수지(162) 내에 분산된 복수의 제1 도전성 입자(164a)와 복수의 제2 도전성 입자(164b)를 포함할 수 있다.

하지만, 도전성 접착 필름(160)은 제1 도전성 입자(164a)들만 포함할 수도 있으며, 이와는 달리 제2 도전성 입자(164b)들만 포함할 수도 있다.

도전성 접착 필름(160)이 제1 도전성 입자(164a)들만 포함하는 경우에는 제1 도전성 입자의 두께가 제1 두께(T2)보다 두껍기 때문에 제1 전극용 집전부(114)에서 수집된 전하를 인터커넥터(120)에 양호하게 전달할 수 있다.

하지만, 도전성 접착 필름(160)이 제2 도전성 입자(164b)들만 포함하는 경우에는 도 6에 도시한 것처럼 적어도 2개 이상의 도전성 입자(164b)가 전극부(114)와 인터커넥터(120) 사이에서 상하 방향으로 중첩해야 제1 전극용 집전부(114)에 수집된 전하를 인터커넥터(120)에 양호하게 전달할 수 있다.

따라서, 본원 발명은 도전성 입자(164)의 두께가 수지(162)의 제1 두께(T2)보다 큰 것을 만족한다.

여기에서, 도전성 입자의 두께는, 도전성 접착 필름(160)이 제1 도전성 입자(164a)를 포함하는 경우에는 제1 도전성 입자(164a)의 두께를 말하고, 도전성 접착 필름이 제2 도전성 입자(164b)들만 포함하는 경우에는 서로 중첩한 제2 도전성 입자(164b)들의 두께를 합한 전체 두께를 말한다.

제1 도전성 입자(164a)의 두께(S1)는 3㎛ 내지 15㎛이다.

제1 도전성 입자(164a) 및 제2 도전성 입자(164b)는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 주성분으로 하는 방사형의 금속 입자로 이루어질 수 있다.

여기에서, '방사형'은 대략 구체(球體) 형상을 갖는 금속 입자의 표면에 복수의 돌기가 불규칙적으로 형성된 금속 입자를 말한다.

제1 도전성 입자(164a)가 방사형의 금속 입자로 이루어지는 경우, 제1 도전성 입자(164a)의 두께(S1)는 도 8에 도시한 바와 같이, 금속 입자의 표면에 형성된 복수의 돌기들의 단부를 연결하는 가상선(L)에 의해 형성된 대략 구체 형상의 것으로부터 측정한 최단(最短) 직경으로 표시할 수 있다.

이와 마찬가지로, 제2 도전성 입자가 방사형의 금속 입자로 형성되는 경우, 제2 도전성 입자의 두께는 금속 입자의 표면에 형성된 복수의 돌기들의 단부를 연결하는 가상선에 의해 형성된 대략 구체 형상의 것으로부터 측정한 최단(最短) 직경을 말한다.

방사형의 금속 입자로 이루어진 제1 도전성 입자는 원형 또는 타원형의 금속 입자에 비해 전극부 및/또는 인터커넥터와의 접촉 면적이 증가하므로, 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

수지(162)가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지(162) 내에 분산되는 도전성 입자(164)의 배합량은 도전성 접착 필름(160)의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다.

도전성 입자(164)의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 제1 전극용 집전부(114)와의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지(162)의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.

도전성 접착 필름(160)은 제1 전극용 집전부(114)와 평행한 방향으로 상기 제1 전극용 집전부(114)에 접착되며, 제2 전극용 집전부(117)와 평행한 방향으로 상기 제2 전극용 집전부(117)에 접착된다.

이때, 태빙(tabbing) 작업은 태양전지의 제1 전극용 집전부(114)에 도전성 접착 필름(160)을 예비 접합(pre-bonding)하는 단계와, 인터커넥터(120)와 도전성 접착 필름(160)을 최종 접합(final-bonding)하는 단계에 따라 이루어진다.

도전성 접착 필름(160)을 이용하여 태빙(tabbing) 작업을 실시할 때, 전기적 접속 확보 및 접착력 유지가 가능한 범위라면 가열 온도 및 가압 압력의 조건은 특별히 제한되지 않는다.

예를 들면, 예비 접합 단계에서의 가열 온도는 대략 100℃ 이하로 설정할 수 있고, 최종 접합 단계에서의 가열 온도는 수지(162)가 경화되는 온도 범위, 예컨대 140℃ 내지 180℃의 범위로 설정할 수 있다.

그리고, 예비 접합 단계에서의 가압 압력은 대략 1MPa로 설정할 수 있고, 최종 접합 단계에서의 가압 압력은 제1 전극용 집전부(114), 제2 전극용 집전부(117) 및 인터커넥터(120)가 도전성 접착 필름(160)에 충분히 밀착되는 범위, 예컨대 대략 2MPa 내지 3MPa로 설정할 수 있다.

이때, 가압 압력은 제1 전극용 집전부(114)와 인터커넥터(120) 사이에는 제1 두께(T2)가 유지되도록 함으로써, 제1 두께(T2)보다 큰 두께(S1)의 제1 도전성 입자가 제1 전극용 집전부(114) 및/또는 인터커넥터(120)의 내부로 몰입될 수 있도록 한다.

또한 예비 접합 단계에서의 가열 및 가압 시간은 대략 5초 내외로 설정할 수 있으며, 최종 접합 단계에서의 가열 및 가압 시간은 제1 전극용 집전부(114), 제2 전극용 집전부(117) 및 인터커넥터(120) 등이 열로 인한 손상 또는 변질되지 않는 범위, 예컨대 대략 10초 정도로 설정할 수 있다.

도전성 접착 필름(160)에 의해 제1 전극용 집전부(114)와 인터커넥터(120)가 접착된 상태에서, 본 발명에서는 제1 도전성 입자(164a)와 인터커넥터(120)가 접촉하는 접촉면 및/또는 제1 도전성 입자(164a)와 제1 전극용 집전부(114)가 접촉하는 접촉면이 비평탄면으로 형성되는 특징을 갖는다.

즉, 도 6에 도시한 바와 같이 제1 도전성 입자(164a)의 일부분은 인터커넥터(120)의 내부로 몰입되며, 접촉면은 인터커넥터(120)의 내부로 몰입된 부분의 제1 도전성 입자(164a)의 표면 형상과 동일하다.

인터커넥터(120)가 코어(122) 및 산화 방지막(124)으로 이루어진 경우 제1 도전성 입자(164a)의 일부분은 인터커넥터(120)의 산화 방지막(124)의 내부로 몰입되거나, 산화 방지막(124) 및 코어(122)의 내부로 몰입될 수 있다.

그리고 제1 전극용 집전부(114)의 표면은 도 6에 도시한 바와 같이 평탄한 면으로 형성될 수 있다. 하지만 제1 전극용 집전부(114)의 표면은 복수의 요철을 갖는 요철 표면으로 형성될 수도 있다.

그리고 수지(162)에는 제2 도전성 입자(164b)가 분산되어 있다. 제2 도전성 입자(164b)는 제1 도전성 입자(164a)보다 작은 두께, 바꿔 말하면 수지(162)의 제1 두께(T2)보다 작은 두께로 형성되므로, 수지(162)의 내부에서 제1 전극용 집전부(114) 및 인터커넥터(120)에 접촉하지 않거나, 제1 전극용 집전부(114) 및 인터커넥터(120) 중 하나와 접촉할 수 있다. 그리고 도 6에 도시한 바와 같이 2개 이상의 제2 도전성 입자(164b)가 적층될 수도 있다.

이러한 접속 구조에 의하면, 제1 전극용 집전부(114)로 이동한 전하는 제1 도전성 입자(164a)를 통해 인터커넥터(120)로 직접 이동하며, 따라서 전류 전송 효율이 향상된다. 제2 도전성 입자(164b)가 적층된 경우, 제1 전극용 집전부(114)로 이동한 전하는 적층된 제2 도전성 입자(164b)를 통해서도 인터커넥터(120)로 직접 이동한다.

제1 도전성 입자(164a) 및 제2 도전성 입자(164b)들은 인접한 것들과 서로 물리적으로 접촉할 수도 있다.

이러한 구조에 따르면, 제1 전극용 집전부(114)로 이동한 전하의 일부는 제1 도전성 입자(164)를 통해 인터커넥터(120)로 직접 전달되며, 제1 도전성 입자(164)와 인터커넥터(120)의 접촉 면적 증가로 인해 전류 흐름이 원활하게 이루어진다.

또한 제1 전극용 집전부(114)로 이동한 전하의 일부는 제2 도전성 입자(164)들을 통해 점프(jump)하여 인터커넥터(120)로 이동한다.

한편, 제1 전극용 집전부(114)로 이동한 전하가 인터커넥터(120)로 양호하게 전달되도록 하기 위해, 인접한 제1 도전성 입자(164a)들 및 제2 도전성 입자(164b)들은 서로 물리적으로 접촉될 수 있으며, 제1 전극용 집전부(114) 위에는 적어도 2개의 제1 도전성 입자(164a)들이 위치할 수 있다.

도 6에서는 제1 전극용 집전부(114)와 도전성 접착 필름(160) 및 인터커넥터(120)의 접속 구조에 대해 설명하였지만, 전술한 내용은 제2 전극용 집전부(117)와 도전성 접착 필름(160) 및 인터커넥터(120)의 접속 구조에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 제1 전극용 집전부와 도전성 접착 필름 및 인터커넥터의 선폭은 다양하게 변경할 수 있다.

예를 들어, 도전성 접착 필름(160)의 선폭, 인터커넥터(120)의 선폭, 제1 전극용 집전부(114)의 선폭은 도 6에 도시한 바와 같이 서로 동일하게 형성될 수 있다.

이와는 달리, 도전성 접착 필름(160)의 선폭은 인터커넥터(120)의 선폭 및 제1 전극용 집전부(114)의 선폭보다 크게 형성할 수 있다.

이 경우, 도전성 접착 필름(160)은 제1 전극용 집전부(114)의 양쪽 측면을 덮는다.

이와는 달리, 도전성 접착 필름(160)의 일부분은 상기 기판의 표면, 즉 반사방지막(115)의 표면으로부터 일정한 거리를 두고 상기 제1 전극용 집전부(114)의 측면 일부에도 접착될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 인터커넥터(120) 및 제1 전극용 집전부(114)의 선폭을 도전성 접착 필름(160)의 선폭보다 크게 형성하는 것도 가능하다.

위에서 설명한 바와 같이, 제1 전극용 집전부(114), 도전성 접착 필름(160) 및 인터커넥터(120)의 선폭은 다양한 형태로 변형이 가능하다.

이상에서는 도전성 접착 필름(160)의 선폭에 대한 인터커넥터(120)의 선폭 및 제1 전극용 집전부(114)의 선폭의 관계에 대해서만 설명하였지만, 이러한 기술적 구성은 제2 전극용 집전부(117)에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.

전술한 구조의 도전성 접착 필름(160)을 이용하면, 인터커넥터(120)의 산화 방지막(124)과 제1 전극용 집전부(114) 및 인터커넥터(120)의 산화 방지막(124)과 제2 전극용 집전부(117) 간의 접합이 양호하게 이루어진다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

111: 기판 112: 에미터부
113: 제1 전극 114: 제1 전극용 집전부
115: 반사방지막 116: 제2 전극
117: 제2 전극용 집전부 118: 후면 전계부
120: 인터커넥터 160: 도전성 접착 필름
162: 수지 164: 도전성 입자

Claims (11)

1. 기판 및 상기 기판에 위치하는 전극부를 포함하는 복수의 태양전지들;
   평탄한 상부면 및 평탄한 하부면을 구비하는 전도성 금속 재질의 코어 및 상기 코어의 외면에 위치하는 산화 방지막을 포함하며, 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및
   상기 전극부와 상기 인터커넥터 사이에 위치하며, 상기 전극부와 상기 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름
   을 포함하고,
   상기 산화 방지막은 상기 도전성 접착 필름과 접합되는 접합부를 포함하고, 상기 접합부는 1㎛ 내지 10㎛의 두께 범위 내에서 균일한 두께로 형성되어 평탄하게 형성되며 상기 도전성 접착 필름과 접합되는 접합면을 포함하며,
   상기 평탄하게 형성된 접합면의 폭은 상기 코어의 폭의 0.7배 내지 1배 이하인 태양전지 모듈.
2. 제1항에서,
   상기 접합면은 상기 코어의 평탄한 상부면 및 평탄한 하부면과 평행한 태양전지 모듈.
3. 제1항에서,
   상기 접합부는 균일한 두께로 형성되는 태양전지 모듈.
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 코어는 구리로 형성되고, 상기 산화 방지막은 주석(Sn), 은(Ag), 납(Pb), 또는 이들의 화합물 중에서 선택된 어느 한 물질로 형성되는 태양전지 모듈.
6. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에서,
   상기 도전성 접착 필름은 상기 전극부 및 상기 인터커넥터와 중첩하는 영역에서 제1 두께로 형성되는 수지 및 상기 수지에 분산되며 상기 제1 두께보다 큰 두께의 도전성 입자
   를 포함하는 태양전지 모듈.
7. 제6항에서,
   상기 도전성 입자의 두께는 단일 입자의 두께 또는 서로 중첩한 적어도 2개의 입자의 두께인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
8. 제6항에서,
   상기 인터커넥터와 상기 전극부 사이의 간격이 상기 제1 두께로 유지되는 태양전지 모듈.
9. 제6항에서,
   상기 수지의 제1 두께는 3㎛ 내지 15㎛이며, 상기 도전성 입자의 두께는 3㎛ 내지 15㎛인 태양전지 모듈.
10. 제6항에서,
    상기 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 방사형의 금속 입자로 형성되는 태양전지 모듈.
11. 제6항에서,
    상기 도전성 입자의 일부분은 상기 인터커넥터 및 상기 전극부 중 적어도 하나의 내부로 몰입(embedded)되는 태양전지 모듈.

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