KR101911845B1 - 양면 수광형 태양전지 모듈 - Google Patents
양면 수광형 태양전지 모듈 Download PDFInfo
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Abstract
열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지를 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비하는 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서, 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판; 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 제2 기판; 및 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 1층 이상의 밀봉재로 구성된 밀봉 부재를 포함하며, 인접한 서로 다른 2개의 스트링에 각각 위치하는 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 최소 간격은 동일한 스트링 내에 위치하는 인접한 서로 다른 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 최대 간격과 서로 다른 크기로 형성된다.
Description
본 발명은 양면 수광형 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 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
통상의 태양전지는 기판 및 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 포함하며, 기판의 한쪽 면을 통해 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다.
따라서, 통상의 태양전지는 빛이 기판의 한쪽 면을 통해서만 입사되므로 전류 변환 효율이 낮다. 이에, 근래에는 기판의 양쪽 면을 통해 빛이 입사되도록 한 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 양면 수광형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은, 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지를 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비하는 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서, 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판; 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 제2 기판; 및 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 1층 이상의 밀봉재로 구성된 밀봉 부재를 포함하며, 인접한 서로 다른 2개의 스트링에 각각 위치하는 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 최소 간격은 동일한 스트링 내에 위치하는 인접한 서로 다른 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 최대 간격과 서로 다른 크기로 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 최소 간격은 최대 간격보다 크게 형성된다. 즉, 동일한 스트링 내에서의 태양전지간 간격(최대 간격 또는 셀간 간격)은 인접한 스트링에 각각 위치하는 태양전지간 간격(최소 간격 또는 스트링간 간격)보다 작게 형성된다.
여기에서, 최소 간격은 인접한 서로 다른 2개의 스트링 중 제1 스트링의 양면 수광형 태양전지 및 이 태양전지와 가장 인접한 제2 스트링의 양면 수광형 태양전지의 서로 마주하는 모서리 사이의 간격으로서, 본 실시예에서 상기 최소 간격은 5㎜ 내지 9㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜로 형성된다.
그리고 최소 간격으로 배열된 제1 스트링의 양면 수광형 태양전지 및 제2 스트링의 양면 수광형 태양전지는 동일한 행에 위치할 수 있다.
최대 간격은 동일한 스트링 내에서 인접한 서로 다른 2개의 양면 수광형 태양전지의 서로 마주하는 모서리 사이의 간격이며, 본 실시예에서 상기 최대 간격은 4㎜ 이하로 형성된다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서, 제1 기판으로 입사된 빛은 밀봉 부재와 제2 기판의 계면에서 반사된 후 양면 수광형 태양전지의 제1 면 또는 제2 면으로 재입사된다.
제2 기판은 광 반사성의 불투명 재질로 형성될 수 있다. 일례로, 제2 기판은 태양전지 모듈에 사용되는 통상의 후면 시트(back sheet)일 수 있다.
밀봉 부재는 제1 기판과 태양전지의 제1 면 사이에 위치하는 제1 밀봉재와, 제2 기판과 태양전지의 제2 면 사이에 위치하는 제2 밀봉재를 포함할 수 있으며, 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
이러한 특징에 따라 상기 최소 간격(또는 스트링간 간격)이 5㎜ 내지 9㎜, 바람직하게 6㎜ 내지 8㎜를 만족하면, 양면 수광형 태양전지 모듈의 전체 크기를 최소화 하면서도 태양전지의 제2 면으로 입사되는 양을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
따라서, 제1 기판으로 입사된 빛 중에서 스트링간 간격을 통해 제2 기판과 밀봉 부재의 계면에 입사되는 빛은 제2 기판과 밀봉 부재의 계면에서 반사된 후 양면 수광형 태양전지의 제2 면으로 효과적으로 입사된다.
그리고 상기 최대 간격(또는 셀간 간격)을 4㎜ 이하로 형성함으로써, 태양전지 모듈의 시리즈 저항을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1의 주요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 주요부 측면도이다.
도 4는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛이 양면 수광형 태양전지의 전면에 입사되기 위한 산란 각도를 계산하기 위한 도면이다.
도 5는 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛을 최대로 활용할 수 있는 최소 간격(또는 스트링간 간격)을 나타내는 도면이다.
도 6은 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛을 최대로 활용할 수 있는 최소 간격의 크기와 제1 기판 및 밀봉 부재의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 최소 간격의 크기에 따라 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 형성되는 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역의 크기를 나타내는 도면으로서, 양면 수광형 태양전지의 평면도이다.
도 8은 상기 최소 간격의 크기에 따라 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 형성되는 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역의 크기를 나타내는 도면으로서, 양면 수광형 태양전지 모듈의 주요부 측면도이다.
도 9는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛 중에서 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛의 비율과 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9의 "A"부분을 확대한 그래프로서, 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛 중 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛의 비율과 상기 최소 간격의 크기의 관계 및 전류 특성(Isc)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 제2 면 전체에 재입사되는 빛의 산란 각도와 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛 중 양면 수광형 태양전지의 제1 면 및 제2 면에 각각 재입사되는 빛의 비율과 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 주요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 주요부 측면도이다.
도 4는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛이 양면 수광형 태양전지의 전면에 입사되기 위한 산란 각도를 계산하기 위한 도면이다.
도 5는 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛을 최대로 활용할 수 있는 최소 간격(또는 스트링간 간격)을 나타내는 도면이다.
도 6은 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛을 최대로 활용할 수 있는 최소 간격의 크기와 제1 기판 및 밀봉 부재의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 상기 최소 간격의 크기에 따라 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 형성되는 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역의 크기를 나타내는 도면으로서, 양면 수광형 태양전지의 평면도이다.
도 8은 상기 최소 간격의 크기에 따라 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 형성되는 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역의 크기를 나타내는 도면으로서, 양면 수광형 태양전지 모듈의 주요부 측면도이다.
도 9는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛 중에서 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛의 비율과 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9의 "A"부분을 확대한 그래프로서, 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛 중 양면 수광형 태양전지의 제1 면에 재입사되는 빛의 비율과 상기 최소 간격의 크기의 관계 및 전류 특성(Isc)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 제2 면 전체에 재입사되는 빛의 산란 각도와 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛 중 양면 수광형 태양전지의 제1 면 및 제2 면에 각각 재입사되는 빛의 비율과 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
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 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 제1 면(first surface, 이하, "전면(front surface)"이라 함)과 제2 면(second surface, 이하, "후면(rear surface)"이라 함)을 각각 구비한 복수의 양면 수광형 태양전지(110)와, 인접한 태양전지(210)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(120), 양면 수광형 태양전지(110)의 전면(front surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판(130, 이하, "전면 기판"이라 함), 양면 수광형 태양전지(110)의 후면(rear surface) 쪽에 위치하는 제2 기판(140), 및 전면 기판(130)과 후면 기판(140) 사이에 위치하는 밀봉 부재(150)를 포함한다.
그리고 양면 수광형 태양전지 모듈은 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임 및 양면 수광형 태양전지(110)들에서 생산된 전력을 수집하는 단자함(junction box)을 더 포함한다.
후면 기판(140)은 태양전지 모듈의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 양면 수광형 태양전지(110)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 기판(140)은 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
일례로, 후면 기판(140)은 불투명 재질로 형성된 통상의 후면 시트(back sheet)일 수 있으며, 다른 예로, 전면 기판(150)과 마찬가지로 광 투과성 재질로 형성될 수 있다.
전면 기판(130)과 후면 기판(140) 사이에서 양면 수광형 태양전지(110)를 밀봉하는 밀봉 부재(150)는 전면 기판(130)과 태양전지(110)의 전면 사이에 위치하는 제1 밀봉재(150a)와, 후면 기판(140)과 태양전지(110)의 후면 사이에 위치하는 제2 밀봉재(150b)를 포함할 수 있다.
제1 밀봉재(150a)와 제2 밀봉재(150b)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate) 또는 실리콘 수지(silicone resin)로 형성될 수 있으며, 서로 동일한 물질로 형성되거나, 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
제1 밀봉재(150a) 위에 위치하는 전면 기판(130)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리로 이루어질 수 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 전면 기판(130)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
양면 수광형 태양전지는 일례로, 기판, 기판의 한쪽 면, 예를 들면 전면에 위치하는 에미터부, 에미터부 위에 위치하는 전면 유전층, 에미터부 위에 위치하며 에미터부와 전기적으로 연결된 전면 전극부, 기판의 후면에 위치하는 후면 전계부, 후면 전계부 위에 위치하는 후면 유전층, 및 후면 전계부 위에 위치하며 후면 전계부와 전기적으로 연결된 후면 전극부를 포함한다.
기판은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다.
이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판이 n형의 도전성 타입을 가지는 경우, 기판은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
하지만, 이와는 달리, 기판은 p형 도전성 타입을 가질 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판은 표면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 기판은 전면과 후면 중 적어도 한 면이 텍스처링 표면으로 형성될 수 있다.
후면 전계부는 기판과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
후면 전계부는 기판과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판 후면 쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판의 후면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
후면 전계부에는 후면 전극부가 전기적 및 물리적으로 연결되어 있으며, 후면 전극부가 위치하지 않는 영역의 기판 후면에는 반사방지막 및/또는 패시베이션 막이 위치한다.
후면 전극부는 기판 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력하기 위해 형성되며, 알루미늄(A), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한 예로, 후면 전극부는 은(Ag) 또는 은(Ag)과 알루미늄의 혼합물(Ag:Al)을 인쇄 및 소성하는 것에 따라 형성될 수 있다.
이와는 달리, 후면 전극부는 금속 물질을 도금하여 형성한 도금층으로 형성될 수도 있다. 이때, 도금층은 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2)로 이루어진 금속 시드층, 니켈 확산방지층, 구리층 및 주석층을 포함할 수 있으며, 이 외에도 다양한 층 구조를 가질 수 있다.
이러한 구성의 후면 전극부는 제1 방향으로 뻗은 복수의 후면 핑거 전극 및 후면 핑거 전극과 직교하는 제2 방향으로 뻗은 복수의 후면 버스바 전극을 포함할 수 있다.
기판의 전면에 위치하는 에미터부는 기판의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판과 p-n 접합을 형성한다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판이 n형이고 에미터부가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판에 도핑하여 형성할 수 있다.
이와는 달리, 기판이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부 쪽으로 이동한다.
에미터부가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판에 도핑하여 형성할 수 있다.
본 실시예에서, 전면 유전층 및 후면 유전층은 기판의 전면 및 후면을 통해 각각 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지의 효율을 증가시키는 반사방지막으로 기능할 수 있으며, 또한 패시베이션 막으로도 기능할 수 있다.
이러한 구성의 전면 유전층 및 후면 유전층은 수소화된 실리콘 질화막, 수소화된 실리콘 산화막, 수소화된 실리콘 산화질화막, 및 산화 알루미늄막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전면 전극부는 기판 전면의 에미터부 위에 위치하며, 에미터부와 전기적 및 물리적으로 연결된다.
이러한 전면 전극부는 에미터부 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
전면 전극부는 후면 전극부와 마찬가지로 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 형성된다.
이러한 구성의 전면 전극부는 후면 핑거 전극과 동일한 방향으로 뻗은 복수의 전면 핑거 전극 및 후면 버스바 전극과 동일한 방향으로 뻗은 복수의 전면 버스바 전극을 포함할 수 있다.
전면 버스바 전극은 전면 핑거 전극보다 큰 선폭으로 형성될 수 있고, 이와 마찬가지로 후면 버스바 전극은 후면 핑거 전극보다 큰 선폭으로 형성될 수 있다.
그리고 후면 핑거 전극의 개수는 전면 핑거 전극의 개수보다 많을 수 있으며, 전면 버스바 전극 및 후면 버스바 전극 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
이상에서는 양면 수광형 태양전지의 한 예를 설명하였지만, 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에는 다양한 구조의 양면 수광형 태양전지를 사용할 수 있다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지를 구비한 태양전지 모듈은 다양한 경로로 태양전지에 입사되는 빛에 의해 전류를 생산할 수 있다.
여기에서, 양면 수광형 태양전지에 입사되는 빛의 경로를 보다 구체적으로 살펴 보면 다음과 같다.
먼저 양면 수광형 태양전지(110)의 전면에 입사되는 빛의 경로를 살펴 보면, 태양전지의 전면에는 적어도 2개의 경로를 통해 빛이 입사되는데, 이 중 하나의 경로는 태양전지가 위치하는 영역 위의 전면 기판(130)을 통과한 빛이 태양전지의 전면에 직접 입사되는 경로(①)이고, 다른 하나의 경로는 람베르시안 산란(Lambertian reflection)에 의해 형성된 빛이 태양전지의 전면에 입사되는 경로(②)이다.
그리고 양면 수광형 태양전지의 후면에 입사되는 빛의 경로를 살펴 보면, 태양전지의 후면에는 적어도 2개의 경로를 통해 빛이 입사되는데, 이 중 하나의 경로는 태양전지가 위치하는 영역 위의 전면 기판(130)을 통과한 빛이 태양전지에서 흡수되지 못하고 태양전지를 투과한 후 제2 밀봉재(150b)와 후면 기판(140)의 계면에서 반사되어 태양전지의 후면에 입사되는 경로(③)이고, 다른 하나의 경로는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛이 태양전지의 후면에 입사되는 경로(④)이다.
이상에서는 태양전지의 전면 및 후면에 입사되는 빛의 경로 중에서 대표적인 경로에 대해 설명하였지만, 태양전지의 전면 및 후면에는 위에서 설명한 경로 외에도 다양한 경로로 빛이 입사될 수 있다.
이하, 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서 태양전지의 전기적 연결 구조에 대해 설명한다.
도 1은 인접한 양면 수광형 태양전지들이 서로 밀접하여 배열된 것으로 도시하였지만, 실질적으로 양면 수광형 태양전지들은 도 2에 도시한 바와 같이 인접한 태양전지들 사이에 일정한 간격을 두고 형성된다.
양면 수광형 태양전지 모듈에 구비된 복수의 양면 수광형 태양전지(110)는 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지(110)를 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비한다.
따라서, 도 1에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈은 4개의 스트링, 예컨대 제1 스트링 내지 제4 스트링(S1, S2, S3, S4)을 갖는다.
이에 따라, 하나의 스트링, 예를 들어 제1 스트링(S1) 내에서 열방향으로 서로 인접 배치된 복수의 양면 수광형 태양전지(110)들 중 어느 한 태양전지의 전면 버스바 전극은 인접한 태양전지의 후면 버스바 전극과 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결된다. 그리고 각각의 스트링은 리드선에 의해 인접한 스트링과 전기적으로 연결된다.
이때, 본 실시예의 양면 수광형 태양전지 모듈은 동일한 스트링 내에 위치하는 인접한 서로 다른 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 간격(이하, "최대 간격"또는 "셀간 간격"이라 함)이 인접한 서로 다른 2개의 스트링에 각각 위치하는 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 간격(이하, "최소 간격" 또는 "스트링간 간격"이라 함)과 다른 크기로 형성된다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 한 예로, 제1 스트링(S1) 내에 배치된 양면 수광형 태양전지들 사이의 최대 간격(G1)은 4㎜ 이하로 형성된다.
이와 같이, 상기 최대 간격(G1)을 4㎜ 이하로 형성하면, 인터커넥터(120)의 길이가 불필요하게 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 인터커넥터의 길이 증가로 인해 태양전지 모듈의 시리즈 저항이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
그리고 제1 스트링(S1)에 배열된 양면 수광형 태양전지와 제2 스트링(S2)에 배열된 양면 수광형 태양전지 사이의 최소 간격(G2)은 5㎜ 내지 9㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜의 범위로 형성된다.
이와 같이, 본 실시예의 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서, 동일한 스트링 내에서의 태양전지간의 최대 간격(G1)은 인접한 스트링에 각각 위치하는 태양전지간의 최소 간격(G2)보다 작게 형성된다.
이하, 상기 최소 간격(G2)을 상기 범위로 형성하는 이유에 대해 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 양면 수광형 태양전지의 전면에는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛이 경로(②)를 통해 입사되며, 양면 수광형 태양전지의 후면에는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛이 경로(④)를 통해 입사된다.
도 4는 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛이 양면 수광형 태양전지의 전면에 입사되기 위한 산란 각도를 계산하기 위한 도면이다.
본 실험을 실시함에 있어서, 전면 기판(130)으로는 3.5㎜의 두께(T1)를 가지며 1.5의 굴절률을 갖는 유리를 사용하였고, 제1 밀봉재(150a) 및 제2 밀봉재(150b)로는 0.35㎜의 두께(T2)를 가지며 1.48의 굴절률을 갖는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 각각 사용하였다.
그리고, 전면 기판(130) 위에서 레이저 포인터를 사용하여 전면 기판(130)에 레이저를 조사하였다.
본 발명인의 실험에 의하면, 전면 기판(130)에 수직 방향으로 레이저를 조사한 경우, 레이저가 조사된 부분에서는 레이저 포인트에 의해 형성된 빛(L1)과, 제2 밀봉재(150b)와 후면 기판(140)의 계면에서 반사한 빛 중에서 일정한 각도(θ1) 이상의 각도로 전면 기판(130)에 입사된 후 전면 기판(130)의 전면에서 재반사되는 빛(L2)이 형성되며, 빛(L1)과 빛(L2) 사이에는 그늘 영역(S)이 형성된다.
이때, 상기 각도(θ1)는 35.54°이며, 상기 그늘 영역(S)은 상기 각도(θ1)보다 작은 각도로 반사된 빛이 전면 기판(130)을 통해 외부로 빠져나가기 때문에 형성된다.
이때, 그늘 영역(S)의 크기(D)는 전면 기판, 제1 밀봉재, 제2 밀봉재의 두께 및 굴절률에 따라 조금씩 변할 수 있다.
따라서, 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면에 재입사되는 빛을 최대로 활용하기 위해서는 그늘 영역(S)을 제거해야 하며, 그늘 영역(S)을 제거하기 위해서는 도 5에 도시한 바와 같이 스트링간 간격, 즉 최소 간격(G2)을 그늘 영역(S)의 크기(D)의 2배 이상으로 형성해야 한다.
도 6은 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면에 재입사되는 빛을 최대로 활용할 수 있는 최소 간격(G2)의 크기와 제1 기판 및 밀봉 부재의 두께(T1+T2+T2)의 관계를 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 전면 기판(130)의 두께(T1)와 밀봉 부재(150a, 150b)의 두께(2×T2)를 합한 전체 두께(T1+T2+T2)의 값이 증가할수록 최소 간격(G2)이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7 및 도 8은 최소 간격의 크기에 따라 양면 수광형 태양전지의 전면에 형성되는 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역의 크기를 나타내는 도면으로서, 도 7은 양면 수광형 태양전지의 평면도이고, 도 8은 양면 수광형 태양전지 모듈의 주요부 측면도이다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 양면 수광형 태양전지(110)의 한쪽 모서리로부터 제1 거리(D1)만큼 이격된 곳에 입사되는 빛(⑤)은 람베르시안 산란에 의해 태양전지(110)의 전면에 제1 그늘 영역(S1)을 형성하고, 제2 거리(D2)만큼 이격된 곳에 입사되는 빛(⑥)은 람베르시안 산란에 의해 태양전지(110)의 전면에 제2 그늘 영역(S2)을 형성한다.
그리고 제3 거리(D3)만큼 이격된 곳에 입사되는 빛(⑦)은 람베르시안 산란에 의해 태양전지(110)의 전면에 제3 그늘 영역(S3)을 형성하고, 제4 거리(D4)만큼 이격된 곳에 입사된 빛(⑧)은 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역을 태양전지(110)의 전면에 형성하지 않는다.
이때, 제1 거리(D1)는 0.7㎜이고, 제2 거리(D2)는 2.0㎜이며, 제3 거리(D3)는 3.0㎜이다.
그리고, 그늘 영역을 형성하는 임계 각도, 즉 위에서 설명한 각도(θ1)에 의하면, 제1 거리(D1)보다 작은 거리, 일례로 0.49㎜ 이내의 거리만큼 이격된 곳에 입사된 빛은 상기 각도(θ1)보다 작은 각도로 전면 기판(110)에 입사되므로, 이 빛에 의해서는 람베르시안 산란에 의한 그늘 영역이 태양전지(110)의 전면에 형성되지 않는다.
도 9는 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면에 재입사되는 빛의 양과 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 10은 도 9의 "A"부분을 확대한 그래프로서, 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면에 재입사되는 빛의 양과 상기 최소 간격의 크기의 관계 및 전류 특성(Isc)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 태양전지의 한쪽 모서리로부터의 거리가 멀어질수록, 즉 인접한 서로 다른 스트링에 각각 배치된 태양전지 사이의 최소 간격(G2)이 증가할수록 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛(L2) 중 양면 수광형 태양전지의 전면에 재입사되는 빛의 비율, 즉 재입사 비율(R)이 선형(linear)으로 증가하며, 상기 최소 간격이 10㎜인 지점에서는 람베르시안 산란에 의해 재입사되는 빛의 비율이 100%인 것을 알 수 있다.
즉, 최소 간격이 10㎜인 지점에서 레이저가 조사된 경우, 람베르시안 산란에 의해 형성된 빛(L2)은 전면 기판(130)을 통해 외부로 빠져나가지 않고 모두 태양전지의 전면에 재입사된다.
그리고 전류 특성(Isc)은 재입사되는 빛의 면적과 유사하게 최소 간격이 증가할수록 선형으로 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 9 및 도 10에 의하면, 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면에 재입사되는 빛의 재입사 비율(R)이 증가할수록 전류 특성(Isc)이 개선되는 것을 알 수 있다.
도 11은 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 후면 전체에 재입사되는 빛의 산란 각도와 상기 최소 간격(G2)의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 후면 전체에 재입사되는 빛의 산란 각도(reflected degree)는 최소 간격이 증가할수록 감소하며, 최소 간격이 6㎜인 지점부터 새츄레이션(saturation)되는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 후면에 재입사되는 빛은 태양전지의 전면에 재입사되는 빛에 비해 최소 거리의 증가에 대한 게인(gain)이 작은 것을 알 수 있다.
도 12는 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면 및 후면에 각각 재입사되는 빛의 양과 상기 최소 간격의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 양면 수광형 태양전지의 경우 람베르시안 산란에 의해 양면 수광형 태양전지의 전면 및 후면에 각각 재입사되는 빛의 양을 감안할 때, 최소 간격은 5㎜ 내지 9㎜, 바람직하게는 6㎜ 내지 8㎜로 형성하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
이상에서는 후면 기판이 불투명한 재질의 후면 시트로 형성된 것을 예로 들어 설명하였지만, 본 실시예는 후면 기판이 전면 기판과 유사하게 광 투과성 재질로 이루어진 태양전지 모듈에도 적용이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 권리범위는 상기 실시예로 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 태양전지 120: 인터커넥터
130: 전면 기판 140: 후면 기판
150: 밀봉 부재
130: 전면 기판 140: 후면 기판
150: 밀봉 부재
Claims (12)
- 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지를 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비하는 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서,
상기 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판;
상기 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 제2 기판; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 1층 이상의 밀봉재로 구성된 밀봉 부재
를 포함하며,
인접한 서로 다른 2개의 스트링에 각각 위치하는 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 최소 간격은 동일한 스트링 내에 위치하는 인접한 서로 다른 2개의 양면 수광형 태양전지들 사이의 최대 간격보다 크게 형성되고,
상기 최소 간격은 상기 인접한 서로 다른 2개의 스트링 사이 공간으로 입사된 후 상기 밀봉 부재와 상기 제2 기판의 계면에서 람베르시안 산란에 의해 반사된 빛에 의해 형성되는 그늘 영역의 크기의 2배 이상으로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항에서,
상기 최소 간격은 인접한 서로 다른 2개의 스트링 중 제1 스트링의 양면 수광형 태양전지 및 이 태양전지와 가장 인접한 제2 스트링의 양면 수광형 태양전지의 서로 마주하는 모서리 사이의 간격인 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제3항에서,
상기 최소 간격은 5㎜ 내지 9㎜로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제3항에서,
상기 최소 간격은 6㎜ 내지 8㎜로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제3항에서,
상기 최소 간격으로 배열된 상기 제1 스트링의 양면 수광형 태양전지 및 상기 제2 스트링의 양면 수광형 태양전지는 동일한 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제3항에서,
상기 최대 간격은 서로 다른 2개의 양면 수광형 태양전지의 서로 마주하는 모서리 사이의 간격인 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제7항에서,
상기 최대 간격은 4㎜ 이하인 양면 수광형 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
상기 제2 기판은 광 반사성의 불투명 재질로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제10항에서,
상기 밀봉 부재는 상기 제1 기판과 상기 제1 면 사이에 위치하는 제1 밀봉재와, 상기 제2 기판과 상기 제2 면 사이에 위치하는 제2 밀봉재를 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제11항에서,
상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재는 서로 동일한 물질로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
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2012
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