KR101892277B1 - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 제1 면에 복수의 렌즈를 구비하는 제1 투명 기판; 및 제1 면과 반대면인 제1 투명 기판의 제2 면 아래에 배치되며, p-n 접합을 형성하는 반도체 기판, 반도체 기판의 제1 면에 배치되는 제1 전극, 반도체 기판의 제2 면에 배치되는 제2 전극을 구비하는 복수의 태양 전지;를 포함하고, 제1 투명 기판에 구비된 복수의 렌즈에서 렌즈와 렌즈 사이의 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 제1 전극의 위치와 중첩된다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양 전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 복수의 태양 전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 태양 전지들을 보호하는 전면 보호 부재와 후면 보호 부재 및 이들 보호 부재 사이에서 태양 전지들을 밀봉하는 밀봉 부재를 포함한다.
본 발명은 효율이 향상된 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 제1 면에 복수의 렌즈를 구비하는 제1 투명 기판; 및 제1 면과 반대면인 제1 투명 기판의 제2 면 아래에 배치되며, p-n 접합을 형성하는 반도체 기판, 반도체 기판의 제1 면에 배치되는 제1 전극, 반도체 기판의 제2 면에 배치되는 제2 전극을 구비하는 복수의 태양 전지;를 포함하고, 제1 투명 기판에 구비된 복수의 렌즈에서 렌즈와 렌즈 사이의 골짜기들 중 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 제1 전극의 위치와 중첩된다.
여기서, 제1 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 핑거 전극과 제1 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제1 버스바 전극을 구비할 수 있다.
이와 같은 경우, 복수의 렌즈에서 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 제1 핑거 전극의 위치와 중첩되고, 복수의 렌즈에서 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 제1 버스바 전극의 위치와 중첩될 수 있다.
아울러, 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지를 서로 연결하는 인터커넥터를 포함하고, 복수의 렌즈에서 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 인터커넥터의 위치와 중첩될 수 있다.
또한, 복수의 렌즈에서 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 복수의 태양 전지 중 서로 인접한 두 태양 전지 사이 공간의 위치와 중첩될 수 있다.
여기서, 렌즈의 측면 형상은 반원 또는 사다리꼴 형상을 가질 수 있으며, 렌즈의 측면 형상은 사다리꼴을 포함하는 경우, 사다리꼴의 경사면의 위치는 제1 전극의 위치와 중첩될 수 있다.
또한, 렌즈의 평면 형상은 원형 또는 사각형 형상을 가질 수 있다.
또한, 렌즈의 재질은 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly ethylene terephthalate) 및 메틸메타 아크릴레이트-스티렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
그러나, 렌즈는 제1 투명 기판과 동일한 재질이고, 제1 투명 기판과 일체로 형성될 수도 있다.
또한, 복수의 태양 전지에서 제2 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 제2 핑거 전극과 제1 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제2 버스바 전극을 구비할 수 있으며, 복수의 태양 전지의 제2 면 아래에 배치되고, 제2 면에 복수의 렌즈를 구비하는 제2 투명 기판;을 더 포함할 수 있다.
이때, 제2 투명 기판에 구비된 복수의 렌즈에서 렌즈와 렌즈 사이의 골짜기들 중 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 제2 전극의 위치와 중첩될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제1 투명 기판에 형성된 렌즈와 렌즈 사이의 골짜기들 중에서 적어도 어느 한 골짜기가 태양 전지의 전극의 위치와 중첩되도록 하여, 태양 전지의 반도체 기판으로 보다 많은 빛이 입사되도록 할 수 있다.
이에 따라, 태양 전지 모듈의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에서 태양 전지 모듈의 각 태양 전지가 인터커넥터에 연결된 일례를 도시한 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 제1 투명 기판의 제1 면에 형성된 복수의 렌즈에 대한 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 5에서 라인 ⅤⅠ-ⅤⅠ에 따른 측면도이다.
도 7는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 제1 투명 기판의 제1 면에 형성된 복수의 렌즈에 대한 다른 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 도 5에서 라인 ⅤⅠ-ⅤⅠ에 따른 측면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 양면형 태양 전지가 사용된 경우 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 측면도이다.
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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(10) 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에서 태양 전지 모듈의 각 태양 전지가 인터커넥터에 연결된 일례를 도시한 도이다.
도 1을 참고로 하면, 태양 전지(10) 모듈은 복수의 태양 전지(10)들, 인접한 태양 전지(10)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 태양 전지(10)들을 보호하는 전면(front surface) 보호막(30a) 및 후면(back surface) 보호막(30b), 태양 전지(10)들의 수광면 쪽으로 전면 보호막(30a) 위에 배치되는 제1 투명 기판(40), 수광면 반대 쪽으로 후면 보호막(30b)의 하부에 배치되는 후면 시트(back sheet)(50)를 포함한다.
제1 투명 기판(40)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 제1 투명 기판(40)은 외측면인 제1 면에는 입사된 빛을 모아주는 복수의 렌즈(40P)를 구비한다. 이와 같은 복수의 렌즈(40P)에 대해서는 도 5 이하에서 구체적으로 설명한다.
후면 시트(50)는 태양 전지(10) 모듈(10)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(10)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(50)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
양면 수광형 태양 전지(10)의 경우에는 후면 시트(50) 대신에 광 투과성의 유리 또는 수지를 사용하는 것도 가능하다.
전면 보호막(30a) 및 후면 보호막(30b)은 태양 전지(10)들의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양 전지(10)들과 일체화되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양 전지(10)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 전면 및 후면 보호막(30a, 30b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
복수의 태양 전지(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 투명 기판(40)의 제1 면과 반대면인 제2 면 아래에 배치되며, 행렬 구조로 배열되어 있으며, 행과 열 방향으로 배치되는 태양 전지(10)의 개수는 필요에 따라 다양하게 조정이 가능하다.
복수의 태양 전지(10)들은 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 인터커넥터(20)에 의해 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 복수의 태양 전지(10)들이 인접 배치된 상태에서, 어느 한 태양 전지(10)의 제1 면에 형성된 제1 전극(140)은 인터커넥터(20)에 의해 인접한 태양 전지(10)의 제2 면에 형성된 제2 전극(150)과 전기적으로 연결된다.
도 3은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10)는 제1 투명 기판(40)의 제2 면 아래에 배치되며, p-n 접합을 형성하는 반도체 기판(100), 반도체 기판(100)의 제1 면에 배치되는 제1 전극(140), 반도체 기판(100)의 제2 면에 배치되는 제2 전극(150)을 구비한다.
여기서, 반도체 기판(100)은 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 제1 반도체부(110)와 제1 도전성 타입의 불순물과 반대인 제2 도전성 타입의 불순물을 함유하는 에미터부(120)를 포함할 수 있다.
아울러, 제1 전극(140)은 복수의 제1 핑거 전극(141)과 복수의 제1 핑거 전극(141)을 서로 연결하는 제1 버스바 전극(142)을 구비할 수 있으며, 제2 전극(150)은 반도체 기판(100)의 제2 면에 전체적으로 형성되는 후면 전극층(151)과 제2 버스바 전극(152)을 구비할 수 있다.
아울러, 이와 같은 반도체 기판(100) 위에는 도 3에 도시된 바와 같이, 반사 방지막(130)이 더 형성될 수 있으며, 후면 전극층(151)과 제1 반도체부(110) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF)부(172)를 더 포함할 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 다르게, 반사 방지막(130)이나 후면 전계부(172)가 생략되는 것도 가능하다.
제1 반도체부(110)는 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 제1 반도체부(110)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다
제1 반도체부(110)의 표면은 복수의 요철을 갖는 텍스처링(texturing) 표면으로 형성될 수 있다.
에미터부(120)는 제1 반도체부(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 제1 반도체부(110)와 p-n 접합을 이룬다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 제1 반도체부(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 반도체부(110)에 입사된 빛에 의해 반도체 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 제1 반도체부(110)가 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 제1 반도체부(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
이와는 반대로, 제1 반도체부(110)는 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 제1 반도체부(110)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 제1 반도체부(110)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
에미터부(120)는 제1 반도체부(110)와 p-n접합을 형성하게 되므로, 제1 반도체부(110)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 제1 반도체부(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 반도체 기판(100)에 도핑하여 형성할 수 있다.
반사 방지막(130)은 제1 반도체부(110)의 에미터부(120) 위에 배치되며, 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이산화티탄(TiO2) 등으로 형성될 수 있다. 반사 방지막(130)은 태양 전지(10)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양 전지(10)의 효율을 높인다.
복수의 제1 핑거 전극(141)은 에미터부(120) 위에 형성되어 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되고, 인접하는 제1 핑거 전극(141)과 서로 이격된 상태로 제1 방향으로 형성된다. 각각의 제1 핑거 전극(141)은 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
제1 버스바 전극(142)은 복수의 제1 핑거 전극(141)과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있으며, 복수의 제1 핑거 전극(141)으로 수집된 전하를 수집하여, 인터커넥터(20) 방향으로 이동시키는 역할을 한다.
후면 전계부(172)는 반도체 기판(100)의 제2 면 위에 형성되며, 제1 반도체부(110)와 동일한 도전성 타입의 불순물이 제1 반도체부(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 후면 전계부(172)는 제1 반도체부(110) 전위 장벽으로 작용하게 된다. 따라서, 제1 반도체부(110)의 후면부 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소되므로 태양 전지(10)의 효율이 향상된다.
후면 전극층(151)은 후면 전계부(172) 위에 형성되어 있으며, 제1 반도체부(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
복수의 제2 버스바 전극(152)은 일부 영역이 후면 전극층(151)과 중첩하여 제1 핑거 전극(141)과 교차하는 방향으로 형성되며, 후면 전극층(151)과 전기적으로 연결된다.
제2 버스바 전극(152) 또한 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 후면 전극층(151)과 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 제2 버스바 전극(152)은 후면 전극층(151)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 정공을 외부 장치로 출력한다.
이러한 구성의 태양 전지(10)는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 인터커넥터(20)에 의해 이웃하는 태양 전지(10)와 전기적으로 연결된다. 여기서 인터커넥터(20)는 제1 버스바 전극(142) 위나, 제2 버스바 전극(152) 위에 중첩하여 배치되며, 인터커넥터(20)의 폭은 제1 버스바 전극(142)의 폭(W142)이나 제2 버스바 전극(152)의 폭과 대략 동일할 수 있으며, 제1 버스바 전극(142)의 폭(W142)이나 제2 버스바 전극(152)의 폭보다 크거나 작은 것도 가능하다.
그러나, 이하의 실시예에서는 인터커넥터(20)의 폭이 제1 버스바 전극(142)의 폭(W142)이나 제2 버스바 전극(152)의 폭과 동일한 경우를 일례로 설명한다.
도 2에서는 본 발명에 따른 태양 전지(10) 모듈에서 태양 전지(10)의 제2 전극(150)이 후면 전극층(151)과 제2 버스바 전극(152)으로 구성된 경우를 일례로 설명하였으나, 본 발명에 따른 태양 전지(10) 모듈은 도 4에 도시된 바와 같이, 태양 전지(10)의 제2 면으로도 빛을 입사받는 양면형(bi-facial) 태양 전지(10)도 사용이 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4에서, 본 발명에 따른 태양 전지(10)의 다른 일례 중에서 제2 전극(150)을 제외한 나머지 부분은 도 3과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 차이가 나는 부분에 대해서만 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양면형 태양 전지(10)의 제2 전극(150)은 제1 전극(140)과 동일하게, 제1 방향으로 뻗어 있는 제2 핑거 전극(151’)과 제1 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제2 버스바 전극(152)을 구비할 수 있다.
아울러, 후면 전계부(172)는 제1 반도체부(110)의 제2 면 전체면에 형성될 수 있으며, 제2 전극(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
아울러, 후면 전계부(172) 위에는 반도체 기판(100)의 제1 면에 형성된 반사 방지막(130)과 동일한 기능을 하는 후면 반사 방지막(160)이 더 형성될 수 있다.
아울러, 이와 같이, 본 발명의 태양 전지(10) 모듈에 양면형 태양 전지(10)가 사용된 경우, 태양 전지(10) 모듈에서 태양 전지(10)의 제2 면 아래에는 후면 시트(60) 대신에 제2 투명 기판(50’, 도 9참조)이 배치될 수 있다.
이와 같은 제2 투명 기판(50’)의 재질은 실질적으로 제1 투명 기판(40)의 재질과 동일할 수 있으며, 일례로 강화 유리가 사용될 수 있다.
아울러, 제2 투명 기판(50’)은 제1 투명 기판(40)과 동일하게 복수의 렌즈(50P)를 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 9에서 상세히 설명한다.
이와 같은 양면형 태양 전지(10)는 기판의 제2 면으로도 빛을 입사받을 수 있어, 태양 전지(10)의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 1에서 설명한 제1 투명 기판(40)의 제1 면에 형성된 복수의 렌즈(40P)에 대해서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 제1 투명 기판의 제1 면에 형성된 복수의 렌즈에 대한 일례를 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 5에서 라인 ⅤⅠ-ⅤⅠ에 따른 측면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10) 모듈에서, 제1 투명 기판(40)의 외측면인 제1 면에는 복수의 렌즈(40P)가 구비된다.
이와 같은 제1 투명 기판(40)에 구비된 복수의 렌즈(40P)에서, 렌즈(40P)와 렌즈(40P) 사이의 골짜기(40PB, 도 6참조)들 중 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치는 제1 전극(140)의 위치와 중첩된다.
즉, 제1 전극(140)이 전술한 바와 같이, 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142)을 포함하는 경우, 복수의 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치는 제1 핑거 전극(141)의 위치와 중첩될 수 있으며, 아울러, 복수의 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치는 제1 버스바 전극(142)의 위치와 중첩될 수 있다.
여기의 도 6 및 7에서는 일부 골짜기(40PB)들의 위치가 제1 핑거 전극(141) 및 제1 버스바 전극(142) 모두의 위치와 중첩되는 것을 일례로 도시하고 있지만, 일부 골짜기(40PB)들의 위치가 상대적으로 폭(W141)이 매우 얇은 제1 핑거 전극(141)의 위치와는 중첩되지 않고, 상대적으로 폭(W142)이 매우 두꺼운 제1 버스바 전극(142)의 위치와만 중첩되는 것도 가능하다.
아울러, 복수의 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치는 제1 버스바 전극(142) 위에 위치하는 인터커넥터(20)의 위치와도 중첩될 수 있으며, 복수의 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치는 복수의 태양 전지(10) 중 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)의 위치와 중첩될 수 있다.
여기서, 골짜기(40PB)이라 함은 복수의 렌즈(40P)에서 각 렌즈(40P) 사이에서 높이가 가장 낮은 부분과 이를 포함한 그 주위 부분을 의미한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10) 모듈에서, 제1 투명 기판(40)에 구비된 복수의 렌즈(40P)에서, 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치가 제1 전극(140)의 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142), 인터커넥터(20), 및 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)의 위치와 중첩되는 경우, 태양 전지(10) 모듈로 입사되는 대부분의 빛이 태양 전지(10)의 반도체 기판(100)으로 입사되도록 할 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치가 제1 전극(140)의 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142), 인터커넥터(20), 및 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)의 위치와 중첩되도록 하여, 태양 전지(10) 모듈의 제1 면으로 입사되는 빛 중에서, 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142), 인터커넥터(20), 및 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)으로 입사되는 빛이 버려지지 않고, 반도체 기판(100)으로 입사되도록 하여, 각 태양 전지(10)의 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 태양 전지(10) 모듈의 광전 변환 효율도 보다 향상시킬 수 있다.
즉, 제1 투명 기판(40)의 제1 면에 복수의 렌즈(40P)가 구비되더라도, 복수의 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치가 제1 전극(140)이나 인터커넥터(20) 또는 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)의 위치와 중첩되지 않는 경우, 제1 전극(140)이나 인터커넥터(20) 또는 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)으로 입사되는 빛은 태양 전지(10)의 효율 향상에 전혀 기여하지 못하고 버려지는 빛이 된다. 이와 같은 경우, 태양 전지(10) 모듈의 효율이 전반적으로 저하될 수 있다.
그러나, 본 발명과 같이, 제1 투명 기판(40)의 제1 면에 복수의 렌즈(40P)에서, 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치가 제1 전극(140)이나 인터커넥터(20) 또는 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)의 위치와 중첩되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 어느 한 골짜기(40PB)으로 입사된 빛은 굴절되어 제1 전극(140)이나 인터커넥터(20) 또는 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)으로 입사되지 않고, 태양 전지(10)의 반도체 기판(100)으로 굴절되어 보다 많은 양의 빛이 광전 변환에 사용될 수 있다.
이에 따라, 각 태양 전지(10)의 단락 전류(Jsc)가 향상될 수 있으며, 이에 따라 필 팩터(F.F)도 함께 향상되어, 전반적으로 각 태양 전지(10)의 효율이 향상될 수 있다.
아울러, 이와 같이, 제1 투명 기판(40)의 제1 면에 복수의 렌즈(40P)에서, 적어도 어느 한 골짜기(40PB)의 위치가 제1 전극(140)의 위치와 중첩되도록 하는 경우, 제1 전극(140)에 구비되는 제1 핑거 전극(141)의 폭(W141)을 더욱 크게 할 수 있다. 일례로, 제1 핑거 전극(141)의 폭(W141)을 제1 버스바 전극(142)의 폭(W142)과 동일하게도 할 수 있다.
즉, 복수의 렌즈(40P)에 의해 굴절되는 빛의 각도에 따라 제1 핑거 전극(141)의 폭(W141)을 보다 크게 설계할 수 있다. 이와 같은 경우, 제1 핑거 전극(141)에서 반도체 기판(100)과 접촉하는 면에서의 면저항을 보다 감소시킬 수 있어, 태양 전지(10)의 단락 전류(Jsc)를 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, 렌즈(40P)의 재질은 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly ethylene terephthalate) 및 메틸메타 아크릴레이트-스티렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
그러나, 이와 다르게, 제1 투명 기판(40)의 제1 면을 식각하여 렌즈(40P)를 형성하는 경우, 렌즈(40P)는 제1 투명 기판(40)과 동일한 재질이고, 제1 투명 기판(40)과 일체로 형성될 수도 있다.
이와 같은 경우, 제1 투명 기판(40)과 렌즈(40P)의 재질이 동일하고, 일체로 형성되므로, 제1 투명 기판(40)과 렌즈(40P) 사이에서 광반사가 발생하지 않아 태양 전지 모듈의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같은 복수의 렌즈(40P)는 측면 형상이 도 6에 도시된 바와 같이 반원 형상일 수 있고, 평면 형상은 도 5에 도시된 바와 같이, 원형 형상일 수 있다.
그러나, 렌즈(40P)의 측면 형상과 평면 형상은 다양한 형태로 변형이 가능하며, 외부로부터 입사된 빛을 반도체 기판(100)의 특정 영역으로 모아주는 형태이면 어떤 형태도 가능하다.
따라서, 렌즈(40P)의 측면 형상은 가운데 부분의 두께가 가장 가리 부분의 두께보다 두꺼운 형상이면 어떠한 형상도 가능하다. 따라서, 렌즈의 측면 형상은 앞서 설명한 바와 같이, 원형 형상이나, 후술할 사다리꼴 형상도 가능하고, 이외에 삼각형, 타원형 등도 가능하다.
이하에서는 이와 같은 여러 가지 일례 중, 렌즈(40P)의 측면 형상이 사다리꼴 형상으로 변형된 형태에 대해 설명한다.
도 7는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 제1 투명 기판의 제1 면에 형성된 복수의 렌즈에 대한 다른 일례를 설명하기 위한 평면도이고, 도 8은 도 5에서 라인 ⅤⅠ-ⅤⅠ에 따른 측면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일례에 따른 렌즈(40P)의 형상은 평면이 사각형 형상을 가질 수 있으며, 측면 형상은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다.
이때, 사다리꼴의 경사면의 위치는 제1 전극(140)의 위치와 중첩될 수 있다.
이와 같은 렌즈(40P)는 앞선 도 5 및 6에서 언급한 바와 같이, 렌즈(40P)의 재질이 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly ethylene terephthalate) 및 메틸메타 아크릴레이트-스티렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
하지만, 이와 다르게 제1 투명 기판(40)의 제1 면을 식각하여 렌즈(40P)의 형상을 구현할 수 있다. 이에 따라, 렌즈(40P)는 제1 투명 기판(40)과 동일한 재질이고, 제1 투명 기판(40)과 일체로 형성될 수 있다.
이때, 렌즈(40P)의 패턴에서, 적어도 어느 한 골짜기(40PB) 패턴은 제1 핑거 전극(141)과 제1 버스바 전극(142)의 위치와 중첩될 수 있다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 렌즈(40P)의 형상에서, 사다리꼴의 경사면을 포함하는 렌즈(40P)에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB)는 제1 핑거 전극(141), 제1 버스바 전극(142) 및 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이 공간(BC)과 각각 중첩하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 태양 전지(10)의 반도체 기판(100)으로 입사되는 빛의 양을 더욱 증가시켜, 태양 전지(10) 모듈의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
지금까지는 태양 전지(10) 모듈에서, 태양 전지(10)의 반도체 기판(100)이 제1 면으로만 빛을 입사받는 경우만 일례로 설명하였으나, 이에 더하여, 본 발명은 반도체 기판(100)의 제1 면과 제2 면을 통하여 빛을 입사받는 양면형 태양 전지(10)에도 적용이 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 양면형 태양 전지가 사용된 경우 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 측면도이다.
도 9에서, 앞선 도 7 및 8과 중복되는 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 태양 전지(10) 모듈에 앞선 도 4에서 설명한 바와 같이, 양면형 태양 전지(10)가 사용된 경우, 태양 전지(10) 모듈에서 복수의 태양 전지(10)의 제2 면 아래에는 복수의 렌즈(50P)를 구비하는 제2 투명 기판(50’)이 포함될 수 있다.
이와 같은 제2 투명 기판(50’)은 제1 투명 기판(40)과 같이 강화 유리가 사용될 수 있으며, 이때, 제2 투명 기판(50’)에 구비된 복수의 렌즈(50P)에서 렌즈(50P)와 렌즈(50P) 사이의 골짜기(50PB)들 중 적어도 어느 한 골짜기(50PB)의 위치는 제2 전극(150)의 위치와 중첩될 수 있다.
즉, 도 4에서 설명한 바와 같이, 양면형 태양 전지(10)의 경우, 제2 전극(150)은 제2 핑거 전극(151’)과 제2 버스바 전극(152)을 구비하여 형성될 수 있는데, 제2 투명 기판(50’)에 구비된 복수의 렌즈(50P)에서 적어도 어느 한 골짜기(50PB)의 위치는 제2 핑거 전극(151’) 또는 제2 버스바 전극(152)의 위치와 중첩하여 형성될 수 있다.
이때, 제2 투명 기판(50’)에 형성되는 렌즈(50P)의 형상과 재질은 앞선 도 5 내지 도 8에서 설명한 바와 동일하게 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10) 모듈은 제1 투명 기판(40) 및/또는 제2 투명 기판(50’)에 복수의 렌즈(40P, 50P)를 형성하고, 이와 같은 복수의 렌즈(40P, 50P)의 골짜기(40PB, 50PB)들 중에서 적어도 어느 한 골짜기(40PB, 50PB)의 위치를 태양 전지(10)의 제1 전극(140) 및/또는 제2 전극(150)의 위치, 또는 인터커넥터(20) 또는 서로 인접한 두 태양 전지(10) 사이의 공간(BC)과 중첩되도록 함으로써, 태양 전지(10) 모듈의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
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.

Claims (14)

  1. 제1 면에 복수의 렌즈를 구비하는 제1 투명 기판; 및
    상기 제1 면과 반대면인 상기 제1 투명 기판의 제2 면 아래에 배치되며, p-n 접합을 형성하는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 제1 면에 배치되는 제1 전극, 상기 반도체 기판의 제2 면에 배치되는 제2 전극을 구비하는 복수의 태양 전지; 및
    상기 복수의 태양 전지를 서로 전기적으로 연결하는 인터커넥터를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 각각의 평면 면적은 상기 복수의 태양 전지 각각의 평면 면적보다 작고, 상기 복수의 렌즈의 단면 형상은 상기 태양 전지의 전면에 나란한 평탄면과 상기 렌즈의 평탄면에 경사지도록 형성된 경사면을 구비한 사다리꼴 형상을 가지며,
    상기 사다리꼴 형상을 갖는 렌즈의 경사면은 상기 제1 전극 및 상기 인터커넥터와 중첩되고, 상기 복수의 태양 전지 중 서로 인접한 두 태양 전지 사이 공간의 위치와 중첩되고,
    상기 사다리꼴 형상을 갖는 렌즈의 평탄면은 상기 복수의 태양 전지 각각의 영역에서 상기 제1 전극 및 상기 인터커넥터와 중첩되지 않는 나머지 영역과 중첩되는 태양 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 제1 핑거 전극과 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제1 버스바 전극을 구비하는 태양 전지 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈에서 렌즈와 렌즈 사이의 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 상기 제1 핑거 전극의 위치와 중첩되는 태양 전지 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈에서 렌즈와 렌즈 사이의 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 상기 제1 버스바 전극의 위치와 중첩되는 태양 전지 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈의 평면 형상은 사각형 형상을 갖는 태양 전지 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈의 재질은 폴리 메틸 메타아크릴레이트(Poly methyl methacrylate), 폴리 카보네이트(Polycarbonate), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly ethylene terephthalate) 및 메틸메타 아크릴레이트-스티렌 공중합체 중에서 선택된 어느 하나인 태양 전지 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 제1 투명 기판과 동일한 재질이고, 상기 제1 투명 기판과 일체로 형성되는 태양 전지 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지에서 상기 제2 전극은 제1 방향으로 뻗어 있는 제2 핑거 전극과 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 뻗어 있는 제2 버스바 전극을 구비하는 태양 전지 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은
    상기 복수의 태양 전지의 제2 면 아래에 배치되고, 제2 면에 복수의 렌즈를 구비하는 제2 투명 기판;을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 투명 기판에 구비된 복수의 렌즈에서 렌즈와 렌즈 사이의 골짜기들 중 적어도 어느 한 골짜기의 위치는 상기 제2 전극의 위치와 중첩되는 태양 전지 모듈.
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