KR101905169B1 - Solar Cell Battery And Solar Cell Baterty Module Including The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 표면의 액티브 영역을 넓혀 효율을 높일 수 있는 태양 전지 셀 및 이를 구비한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solar cell and a solar cell module having the same.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지 셀이 주목 받고 있다.In recent years, as energy resources such as petroleum and coal are expected to be depleted, interest in alternative energy to replace them has increased, and solar cell cells that produce electric energy from solar energy are attracting attention.
일반적인 태양 전지 셀은 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 각각 이루어지는 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer)를 구비한다. 이때, 에미터부는 기판의 수광면 쪽에 위치하며, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성된다.A typical solar cell has a substrate and an emitter layer, each of which is made of a semiconductor of a different conductive type, such as p-type and n-type. At this time, the emitter portion is located on the light receiving surface side of the substrate, and a p-n junction is formed at the interface between the substrate and the emitter portion.
에미터부 위에는 상기 에미터부와 전기적으로 연결되는 제1 전극이 위치하고, 수광면의 반대쪽으로 기판에는 상기 기판과 전기적으로 연결되는 제2 전극이 위치한다.A first electrode electrically connected to the emitter portion is disposed on the emitter portion, and a second electrode electrically connected to the substrate is disposed on the substrate opposite to the light receiving surface.
이러한 태양 전지 셀에 빛이 입사되면 반도체 내부의 전자가 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 자유전자(free electron)(이하, '전자'라 함)가 되고, 전자와 정공은 p-n 접합의 원리에 따라 n형 반도체와 p형 반도체 쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판 쪽으로 각각 이동한다. 그리고 이동한 전자와 정공은 기판 및 에미터부에 전기적으로 연결된 각각의 전극에 의해 수집된다.When light is incident on such a solar cell, electrons in the semiconductor become free electrons (hereinafter referred to as 'electrons') due to the photoelectric effect, and electrons and holes become electrons and holes in accordance with the principle of pn junction and moves toward the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, for example, toward the emitter portion and the substrate, respectively. And the transferred electrons and holes are collected by the respective electrodes electrically connected to the substrate and the emitter portion.
이때, 에미터부와 기판 위에는 에미터부와 기판에 배치된 각각의 전극을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 집전부, 예를 들어 버스 바(bus bar)가 형성된다. 그런데 전술한 구성의 태양 전지 셀은 이러한 버스 바로 인해 태양 전지 셀의 수광 면적이 줄어들게 된다.At this time, on the emitter portion and the substrate, at least one current collector for electrically connecting the emitter portion and each of the electrodes disposed on the substrate, for example, a bus bar, is formed. However, in the solar cell having the above-described configuration, the light receiving area of the solar cell is reduced due to such a bus.
본 발명은 표면의 액티브 영역을 넓혀 효율을 높일 수 있는 태양 전지 셀 및 이를 구비한 태양 전지 모듈을 제공한다.The present invention provides a solar cell and a solar cell module having the solar cell capable of increasing the efficiency by enlarging the active area of the surface.
본 발명에 따른 태양 전지 셀은 제 1 면과 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 갖는 광흡수층; 상기 광흡수층의 제 1 면에 형성된 에미터층; 상기 에미터층의 표면에 대해 제 1 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 따라 이격되어 형성된 복수개의 패턴층; 상기 패턴층의 표면에 대해 상기 패턴층과 접점을 갖도록 형성된 복수개의 핑거부를 포함할 수 있다.A solar cell according to the present invention includes: a light absorbing layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface; An emitter layer formed on the first surface of the light absorbing layer; A plurality of pattern layers formed to extend in a first direction with respect to a surface of the emitter layer and spaced apart from each other in a second direction different from the first direction; And a plurality of finger portions formed to have a contact with the pattern layer with respect to the surface of the pattern layer.
여기서, 상기 패턴층은 그라핀을 포함하여 형성될 수 있다.Here, the pattern layer may include graphene.
그리고 상기 패턴층은 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 이격되어 형성될 수 있다.The pattern layer may be spaced along a second direction orthogonal to the first direction.
또한, 상기 패턴층은 상기 제 2 방향에서 상호간에 나란하게 배열될 수 있다.In addition, the pattern layers may be arranged in parallel with each other in the second direction.
또한, 상기 핑거부는 상기 패턴층에 대해 직교하도록 배열될 수 있다.In addition, the finger portions may be arranged to be orthogonal to the pattern layer.
또한, 상기 패턴층의 주변에는 반사 방지층이 더 형성될 수 있다.Further, an anti-reflection layer may be further formed around the pattern layer.
또한, 상기 반사 방지층은 상기 패턴층과 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.The anti-reflection layer may be formed to have the same height as the pattern layer.
또한, 상기 핑거부는 상기 패턴층 및 반사 방지층의 표면에 대해 형성될 수 있다.Further, the finger portion may be formed on the surface of the pattern layer and the antireflection layer.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 상기 태양 전지 셀들을 포함할 수 있다.Further, the solar cell module according to the present invention may include the solar cell.
본 발명에 의한 태양 전지 셀 및 태양 전지 모듈은 광흡수층의 상부에 그라핀을 포함하는 패턴부를 구비하여, 핑거부의 갯수를 줄이도록 할 수 있고, 이에 따라 액티브 영역을 증대시켜 궁극적으로 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.The solar cell and the solar cell module according to the present invention may include a pattern portion including graphene on the upper portion of the light absorption layer to reduce the number of fingers and thereby increase the active region and ultimately increase the efficiency .
또한, 본 발명에 의한 태양 전지 셀 및 태양 전지 모듈은 패턴부가 상기 핑거부와 직교하면서 상기 광흡수층의 상면 대부분의 면적을 커버하도록 형성될 수 있기 때문에, 캐리어 수집율을 높여서 역시 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.In addition, since the solar cell module and the solar cell module according to the present invention can be formed such that the pattern portion covers almost the entire area of the upper surface of the light absorbing layer while being orthogonal to the fingering, the efficiency of the solar cell can be improved .
또한, 본 발명에 의한 태양 전지 셀 및 태양 전지 모듈은 상기 패턴부가 일종의 반사 방지막으로서 기능을 수행하도록 하여, 태양 전지의 효율을 높이는데 도움을 줄 수 있다.In addition, the solar cell module and the solar cell module according to the present invention allow the pattern portion to function as a kind of anti-reflection film, which can help increase the efficiency of the solar cell.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 셀의 일부 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 셀의 일부 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선 단면도이다.1 is an exploded perspective view of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial perspective view of the solar cell shown in FIG.
3 is a partial plan view of the solar cell shown in Fig.
4 is a sectional view taken along the line A-A 'in Fig.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 1을 참고로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 복수의 태양 전지 셀(10)들, 인접한 태양 전지 셀(10)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 태양 전지 셀(10)들을 보호하는 상부 보호막(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)(30a) 및 하부 보호막(30b), 태양 전지 셀(10)들의 수광면 쪽으로 상부 보호막(30a) 위에 배치되는 투명 부재(40), 수광면 반대 쪽으로 하부 보호막(30b)의 하부에 배치되는 후면 시트(back sheet)(50), 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임(도시하지 않음) 및 태양 전지 셀(10)들에서 생산된 전류 및 전압을 수집하는 정션 박스(junction box)(60)를 포함한다.1 is an exploded perspective view of a solar cell module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
여기에서, 후면 시트(50)는 태양 전지 모듈(10)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지 셀(10)을 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.Here, the
상부 보호막(30a) 및 하부 보호막(30b)은 태양 전지(10)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양 전지 셀(10)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양 전지 셀(10)을 충격으로부터 보호한다. 이러한 상부 및 하부 보호막(30a, 30b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.The upper
상부 보호막(30a) 위에 위치하는 투명 부재(40)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(40)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.The
이하에서는 상기 태양 전지 셀(10)의 구성을 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 셀의 일부 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 셀의 일부 평면도이다. 도 4는 도 3의 A-A'선 단면도이다.2 is a partial perspective view of the solar cell shown in FIG. 3 is a partial plan view of the solar cell shown in Fig. 4 is a sectional view taken along the line A-A 'in Fig.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 태양 전지 셀(10)은 광흡수층(11), 빛이 입사되는 광흡수층(11)의 수광면인 상면에 위치하는 에미터부(12), 상기 에미터부(12)에 제 1 방향을 따라 연장되어 형성된 다수의 패턴부(13), 상기 패턴부(13)가 형성되지 않은 영역을 채우면서 형성된 반사 방지막(14), 상기 패턴부(13) 및 반사 방지막(14)의 상부에 형성되고, 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향을 따라 연장되어 형성된 다수의 핑거부(15), 제 1 방향을 따라 연장되고 상기 핑거부(15)를 가로질러 결합되는 제 1 전극(16), 상기 기판(10)의 하면에 결합되는 제 2 전극(17), 상기 제 2 전극(17)에 결합되는 기판(18)을 포함할 수 있다. 2 to 4, the
또한, 태양 전지 셀(10)은 제2 전극(17)과 광흡수층(11) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF)부를 더 포함할 수도 있다. 이러한 후면 전계부는 광흡수층(11)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 광흡수층(11)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역으로 구성될 수 있다. 이러한 후면 전계부는 광흡수층(11) 전위 장벽으로 작용하게 된다. 따라서, 광흡수층(11)의 후면부 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소되므로 태양 전지의 효율이 향상된다.The
상기 광흡수층(11)은 CIGS층을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 CIGS층의 조성은 Cu(In1-XGax)Se2를 예시할 수 있다. x는 In과 Ga의 조성비를 나타내는 것으로 0<x<1이다. CIGS층상에는, 버퍼층으로서의 CdS(황화 카드뮴)층, ZnS(아연 황화물)층, ZnO(산화 아연)층, Zn(OH)2(수산화 아연)층 또는 이들의 혼정층을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 광흡수층(11)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.The
상기 에미터층(12)은 ZnO, ITO 또는 Al을 도프한 ZnO(AZO) 등의 투명 도전막(13)으로 구성될 수 있다. 상기 에미터층(12)은 통상적으로 TCO(transparent conductive oxide)으로 알려져 있다. 이러한 에미터층(12)은 상기 광흡수층(11)의 표면 전체에 대해 형성될 수 있다. 또한, 상기 에미터층(12)과 상기 광흡수층(11)의 사이에는 상술한 것처럼 버퍼층이 더 구비되는 것도 가능하다.The
상기 다수의 패턴부(13)는 상기 에미터층(12)의 상부에 제 1 방향을 따라 형성되며, 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향에서 나란한 다수개로 형성된다. 상기 패턴부(13)는 그라핀(Graphene)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 패턴부(13)를 구성하는 그라핀은 2차원 구조의 물질로서 높은 전도도와 투과율을 갖는다. 따라서, 상기 패턴부(13)를 구비한 태양 전지 셀(10)은 후술할 핑거부(15)의 갯수를 줄이도록 할 수 있고, 이에 따라 액티브 영역을 증대시켜 궁극적으로 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.The plurality of
상기 패턴부(13)는 상기 핑거부(15)의 접점을 형성하기 위해 상기 핑거부(15)와 수직하도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 패턴부(15)는 상기 핑거부(15)와 직교하면서 상기 에미터층(12)의 상면 대부분의 면적을 커버하도록 형성될 수 있기 때문에, 캐리어 수집율을 높여서 역시 태양 전지의 효율을 높일 수 있다. The
또한, 상기 패턴부(13)는 일종의 반사 방지막으로서 기능을 수행하는 것도 가능하다. 그라핀은 300~650[nm]의 파장 범위에서 높은 반사율을 보이기 때문에, 상기 패턴부(13)를 구성하는 경우, 상기 반사 방지막(14)과 더불어 태양 전지의 효율을 높이는데 도움을 줄 수 있다.Also, the
상기 반사 방지막(14)은 패턴부(13)가 형성되지 않은 영역을 채우면서 형성될 수 있다. 이러한 반사 방지막(14)은 상기 패턴부(13)와 동일한 높이로 형성될 수 있고, 이에 따라 상기 패턴부(13)의 높이에 따른 단차를 보정할 수 있다. 따라서, 상기 패턴부(13)의 높이와 무관하게 상기 패턴부(13)의 상부에 상기 핑거부(15)가 형성될 때, 상기 핑거부(15)가 박리되지 않도록 보정할 수 있다. The
또한, 상기 반사 방지막(14)은 통상적으로 산화 실리콘막을 이용할 수 있고, 이들 표면에 대해 텍스처링을 수행하여 반사 방지 특성을 더 높일 수 있다. 다만, 상기 반사 방지막(14)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.Further, the
상기 핑거부(15)는 상기 패턴부(13) 및 반사 방지막(14)의 상부에 형성되고, 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향을 따라 연장되어 형성된다. 핑거부(15)에 사용될 수 있는 금속으로는 전기전도성이 높은 금속이 바람직하기 때문에, 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 또는 금(Au)이 사용될 수 있다.The
상기 핑거부(15)는 상기 패턴부(13)에 수직한 제 2 방향으로 연장되어 형성되며, 상기 제 1 방향에서 이격된 다수로 구비될 수 있다. 상기 핑거부(15)는 금속의 경우 광 투과를 방지하기 때문에, 태양 전지의 액티브 영역을 감소시키게 된다. 따라서, 상기 핑거부(15)는 갯수 및 폭을 줄이는 것이 요구된다. 한편, 본 발명의 경우, 상기 패턴부(13)의 존재로 인해, 상기 핑거부(15)의 갯수를 줄이는 것이 가능하며, 그 폭 역시 줄일 수 있게 된다. 따라서, 상술한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 셀(10)은 상기 핑거부(15)를 줄이도록 하여, 효율을 높일 수 있게 된다.The
상기 제 1 전극(16)은 제 1 방향을 따라 연장되고 상기 핑거부(15)를 가로질러 결합될 수 있다. 상기 제 1 전극(16)은 통상적으로 버스바(bus bar)로서 통칭될 수 있다. 상기 제 1 전극(16)은 제 1 방향에서 연장되어 형성될 수 있고, 상기 핑거부(15)와 직교하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극(16)은 대략적으로 태양 전지 셀(10)의 중앙에 형성될 수 있다. 상기 제 1 전극(16)은 상기 핑거부(15)와 동일한 재질로 형성될 수 있고, 동일한 공정에서 형성될 수 있다.The
상기 제 2 전극(17)은 상기 광흡수층(11)의 하면에 결합될 수 있다. 상기 제 2 전극(17)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 또는 금(Au)으로 형성될 수 있다. 제 2 전극(17)은 이러한 금속에 유기물, 용매 및 유리프릿 등을 혼합하여 페이스트로 만들고 이를 인쇄하고 소성하는 방식으로 형성되거나, 또는 시드(seed)층을 이용한 도금공정으로 형성될 수도 있다.The
상기 기판(18)은 상기 제 2 전극(17)의 하면을 따라 형성될 수 있다. 상기 기판(18)은 글라스, 스테인리스 스틸(SUS), 폴리이미드(PI)와 같은 다양한 재질로 구성될 수 있다. 다만, 상기 기판(18)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다. The
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 셀 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.Although the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
100; 태양 전지 모듈 10; 태양 전지 셀
11; 광흡수층 12; 에미터층
13; 패턴부 14; 반사 방지층
15; 핑거부 16; 제 1 전극
17; 제 2 전극 18; 기판100;
11; A
13;
15; Fingering
17; A
Claims (9)
상기 광흡수층의 제 1 면에 형성된 에미터층;
상기 에미터층의 표면에 대해 제 1 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 따라 이격되어 형성된 복수개의 패턴층;
상기 제 2 방향을 따라 상기 패턴층과 교번하여 형성되고, 상기 패턴층과 동일한 높이를 갖도록 형성된 복수개의 반사 방지층;
상기 제 2 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 제 1 방향으로 이격되어 배열되어 상기 패턴층의 표면에 대해 상기 패턴층과 접점을 갖도록 형성된 복수개의 핑거부를 포함하는 태양 전지 셀.A light absorbing layer having a first side and a second side opposite to the first side;
An emitter layer formed on the first surface of the light absorbing layer;
A plurality of pattern layers formed to extend in a first direction with respect to a surface of the emitter layer and spaced apart from each other in a second direction different from the first direction;
A plurality of antireflection layers formed alternately with the pattern layer along the second direction and formed to have the same height as the pattern layer;
And a plurality of finger portions extending in the second direction, the plurality of finger portions being arranged to be spaced apart from each other in the first direction so as to have a contact point with the pattern layer with respect to the surface of the pattern layer.
상기 패턴층은 그라핀을 포함하여 형성되는 태양 전지 셀.The method according to claim 1,
Wherein the pattern layer includes graphene.
상기 패턴층은 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 이격되어 형성된 태양 전지 셀.The method according to claim 1,
And the pattern layer is spaced apart from the first direction in a second direction orthogonal to the first direction.
상기 패턴층은 상기 제 2 방향에서 상호간에 나란하게 배열된 태양 전지 셀.The method according to claim 1,
And the pattern layers are arranged in parallel with each other in the second direction.
상기 핑거부는 상기 패턴층에 대해 직교하도록 배열된 태양 전지 셀.The method according to claim 1,
And the finger portions are arranged to be orthogonal to the pattern layer.
상기 핑거부는 상기 패턴층 및 반사 방지층의 표면에 대해 형성된 태양 전지 셀.The method according to claim 1,
Wherein the finger portion is formed on the surface of the pattern layer and the antireflection layer.
상기 태양 전지 셀을 포함하는 태양 전지 모듈.9. The method according to any one of claims 1 to 5 and 8,
And the solar cell module.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170141091A KR101905169B1 (en) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | Solar Cell Battery And Solar Cell Baterty Module Including The Same |
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Citations (3)
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| WO2012085084A2 (en) | 2010-12-21 | 2012-06-28 | Condalign As | Method for forming conductive structures in a solar cell |
| US20140182674A1 (en) | 2011-09-05 | 2014-07-03 | Fujifilm Corporation | Transparent conductive film, method of producing the same, flexible organic electronic device, and organic thin-film solar battery |
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2017
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Patent Citations (4)
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