KR101954476B1 - 후방-접촉 태양 전지를 위한 깍지끼움형 포일 상호 연결부 - Google Patents

후방-접촉 태양 전지를 위한 깍지끼움형 포일 상호 연결부 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 전도성 포일 및 절연 재료의 층이 일련의 후방-접촉 태양 전지를 상호 연결하도록 구성된다. 전도성 포일의 층은 반복 세트의 전기적으로 절연된 깍지끼움형 핑거를 형성하도록 패터닝될 수 있는 실시예가 제공된다. 각각의 세트의 깍지끼움형 핑거는 제2 인접 후방-접촉 전지의 음 극성 접촉부에 제1 후방-접촉 태양 전지의 양 극성 접촉부를 연결하는 데 사용될 수 있다. 절연 층은 패터닝된 전도성 포일에 부착되고, 기계적 지지 및/또는 전기 절연을 제공한다. 일부 실시예에서, 보호 백시트가 추가의 기계적 지지 및 환경적 보호를 제공하도록 전도성 포일 및/또는 절연 층 아래에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 포일 및 절연 재료의 층은 후방-접촉 PV 모듈 내의 상호 연결 회로로서 합체될 수 있다.

Description

후방-접촉 태양 전지를 위한 깍지끼움형 포일 상호 연결부{INTERDIGITATED FOIL INTERCONNECT FOR REAR-CONTACT SOLAR CELLS}
관련출원에 대한 교차-참조
본 출원은 2011년 10월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 후방-접촉 태양 전지를 위한 포일-계열의 상호 연결부(FOIL-BASED INTERCONNECT FOR REAR-CONTACT SOLAR CELLS)인 미국 임시 특허 출원 제61/553,764호, 2012년 2월 10일자로 출원되고 발명의 명칭이 후방-접촉 태양 전지를 위한 깍지끼움형 포일 상호 연결부(INTERDIGITATED FOIL INTERCONNECT FOR REAR-CONTACT SOLAR CELLS)인 미국 임시 특허 출원 제61/597,309호 그리고 2012년 5월 16일자로 출원되고 발명의 명칭이 후방-접촉 태양 전지를 위한 깍지끼움형 포일 상호 연결부(INTERDIGITATED FOIL INTERCONNECT FOR REAR-CONTACT SOLAR CELLS)인 미국 임시 특허 출원 제61/647,658호에 대한 우선권을 향유하고, 이들 출원의 각각은 실제로 참조로 여기에 합체되어 있다.
광전지(PV cell: photovoltaic cell)의 효율을 상승시키고 그 제조 비용을 감소시키기 위해, 태양 전지의 양 및 음 극성 접촉부의 양쪽 모두가 전지의 후방 또는 비-광-입사측으로부터 접근 가능한 후방-접촉 태양 전지를 개발하려는 상당한 노력이 수행되었다. 전통적인 전방-접촉 태양 전지에 비해, 후방-접촉 태양 전지는 전형적으로 전지의 전방 표면의 더 작은 또는 일부 경우에 0의 금속 피복률(metal coverage)을 갖는다. 이것은 금속 전방 전극의 전도도와 전지의 광-입사측의 이들의 피복률[또는 섀도우잉(shadowing)] 사이에서 전방-접촉 전지에서 일어나는 거래(tradeoff)를 피하게 하고, 그에 의해 더 양호한 광 내부-결합, 더 낮은 저항 전력 손실 그리고 더 높은 변환 효율로 이어진다. 후방-접촉 태양 전지의 예는 미국 특허 제3,903,427호, 제3,903,428호, 제4,927,770호, 제5,053,083호 및 제7,276,724호 그리고 미국 특허 출원 제US2009/0314346호, 제US2010/0139746호 및 제US2009/0256254호에서 찾아볼 수 있다. 실리콘-계열의 후방-접촉 태양 전지 기술의 철저한 검토는 Prog. Photovolt: Res. Appl. 2006; 14:107-123에서 찾아볼 수 있다.
더 높은 효율을 제공하는 것에 추가하여, 후방-접촉 태양 전지의 합체가 PV 모듈을 단순화시켜 그 제조 비용을 감소시킬 수 있는 적어도 2개의 다른 방식이 있다. 우선, 후방-접촉 PV 모듈 제조 라인에서, 후방-접촉 전지가 모듈 적층 직전에 전기-기능성 "전도성 백시트(conductive backsheet)"에 직접적으로 연결되는 간단한 배치 단계로써 전방-접촉 PV 모듈에서 요구되는 태빙 및 스트링잉 작업(tabbing and stringing operation)을 교체하는 것이 가능할 수 있다. 이것은 제조 라인의 전체적인 처리량을 향상시키는 것을 도울 수 있다. 그 다음에, 실리콘-계열의 PV 전지에 대해, 후방-접촉 PV 모듈은 전형적으로 두꺼운 집전 탭(current-collecting tab)이 이들에 연납땜될 때에 전방-접촉 실리콘 전지가 큰 열 팽창 계수(CTE: coefficient of thermal expansion) 부정합 응력을 유발하기 때문에 전방-접촉 PV 모듈보다 얇고 큰 전지의 합체에 더 양호하게-적합하다. 이러한 CTE 부정합 응력 그리고 관련된 전지 파괴는 전지가 일측 상에서 약 200 ㎛보다 얇거나 약 156 ㎜보다 크면 특히 문제가 크다. 대조적으로, 두꺼운 금속 전도체에 대한 필요성은 출력 전류가 전형적으로 전지의 후방 표면을 횡단하여 분포되기 때문에 후방-접촉 태양 전지에서 상당히 감소된다. 이것은 더 얇고 더 넓은 금속 전도체가 CTE 부정합 응력으로부터의 낮은 옴 전력 손실 그리고 감소된 파괴로써 후방-접촉 태양 전지의 후방에 부착될 수 있게 한다.
그러나, 현재, 후방-접촉 태양 전지를 상호 연결할 때의 어려움과 관련된 여러 개의 인자가 이들의 광범위한 실시를 제한한다. 하나의 인자는 상호 연결 공정에서 수반되는 도전적인 치수 요건으로부터 발생된다. 많은 후방-접촉 태양 전지 구조에서, 전지의 후방 표면 상에서 수 ㎜ 정도의 접촉부 간격을 갖는 것이 바람직하고, 한편 후방-접촉 태양 전지의 상호 연결된 조립체는 일반적으로 완성된 PV 모듈에서 1 ㎡ 이상이다. 높은 수율 그리고 낮은 비용으로써 이들 치수 요건의 양쪽 모두를 수용할 수 있는 단일의 회로 또는 장치를 제조하는 것은 어렵다. 종래 기술의 광역 전도성 백시트는 전형적으로 전도성 포일의 층이 마스크 및 식각 기술을 사용하여 깍지끼움형 양 및 음 전극으로 패터닝되는 "플렉스 회로(flex circuit)" 공정을 이용한다(예컨대, 미국 특허 출원 제2010/0012172호 참조). 많은 경우에, 이들 전도성 백시트의 제조 비용은 PV 모듈에서의 이들의 사용이 비실용적으로 되게 할 정도로 높다. 높은 비용은 부분적으로 재료의 0.5-2 m의 폭의 롤을 취급할 수 있는 스크린 인쇄 및 식각 장비의 이용성의 상대적인 부족에 그리고 부분적으로 두꺼운 금속 포일을 식각하는 것과 관련된 낮은 처리량에 기인될 수 있다.
추가로, 광역 전도성 백시트를 합체한 전방-접촉 PV 모듈로부터 충분한 장기간 신뢰성을 성취하는 것이 도전 과제이다. 예컨대, 이들 장치는 전도성 백시트 상의 하나의 극성의 전극이 후방-접촉 태양 전지 상의 반대 극성의 전극과 접촉되면 제조 및/또는 장기간 실외 노출 중에 전기 단락에 취약할 수 있다. 추가로, 실리콘 태양 전지는 전방-접촉 PV 모듈보다 후방-접촉 PV 모듈의 모듈 조립 중에 파괴되기 쉽지 않지만, 일부 경우에, 후방-접촉 PV 모듈에서의 (예컨대, 실리콘 태양 전지와 금속 포일 전도체 사이에서의) CTE 부정합 영향은 모듈의 주/야 온도 사이클링 중에 상당한 기계적 응력의 축적으로 이어질 수 있다. 긴 기간에 걸쳐, 이것은 후방-접촉 태양 전지로부터의 전도성 포일 층의 주름 형성 및/또는 박리로 또는 영향이 매우 충분하면 태양 전지와 전도성 백시트 사이에 전기 연결부를 형성하는 데 사용되는 연납 또는 전기 전도성 접착제(ECA: electrically conductive adhesive) 등의 재료의 기계적 파손으로 이어질 수 있다. 이것은 잠재적으로 후방-접촉 PV 모듈로부터의 전력 출력의 상당한 감소를 초래할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예는 전도성 포일 및 절연 재료의 층을 포함하는 상호 연결 회로이다. 상호 연결 회로는 일련의 후방-접촉 태양 전지를 상호 연결하는 데 사용될 수 있다. 전도성 포일의 층은 반복 세트의 전기 절연된 깍지끼움형 핑거를 형성하도록 패터닝될 수 있다. 각각의 세트의 깍지끼움형 핑거는 제2 인접 후방-접촉 전지의 음 극성 접촉부에 제1 후방-접촉 태양 전지의 양 극성 접촉부를 연결하는 데 사용될 수 있다. 절연 층은 패터닝된 전도성 포일에 부착되고, 기계적 지지 및 전기 절연을 제공한다. 나아가, 일부 실시예에서, 보호 백시트가 추가의 기계적 지지 및 환경적 보호를 제공하도록 상호 연결 회로 아래에 배치될 수 있다.
다른 태양은 상호 연결 회로를 제조하는 다양한 방법을 포함한다. 하나의 실시예에서, 상호 연결 회로를 제조하는 방법은 우선 전도성 포일의 일부를 통해 일련의 슬롯을 형성하는 단계, 그 다음에 절연 층에 전도성 포일을 적층하는 단계, 그 다음에 층의 모서리를 슬리팅(slitting)하는 단계 및/또는 전도성 포일의 인접한 영역을 완전히 격리하도록 연결 탭을 제거하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 선형 배열의 후방-접촉 태양 전지를 연결하는 상호 연결 회로를 형성하는 데 사용되는 기술 및 공정은 2-차원 상호 연결 회로의 제조까지 확장된다. 또 다른 실시예에서, 상호 연결 회로를 제조하는 방법은 캐리어 기판에 대해 전도성 포일을 키스 커팅(kiss cutting)하는 단계, 그 다음에 패터닝된 접착제를 사용하여 전도성 포일에 절연 층을 적층하는 단계 그리고 그 다음에 전도성 포일의 불필요한 영역과 함께 캐리어 기판을 제거하는 단계를 포함한다. 일단 완성되면, 상호 연결 회로가 선택 사항으로 태양 모듈 내로의 조립을 위해 보호 백시트에 적층되거나 후방-접촉 태양 전지에 연결될 수 있다.
다양한 실시예가 다음의 상세한 설명 그리고 첨부 도면에 개시되어 있다.
도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상호 연결 회로의 예를 도시하는 개략 순차 절결 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역전 구성(upside-down configuration)의 상호 연결 회로의 예를 도시하는 개략 순차 절결 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전도성 백시트의 예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 1d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후방-접촉 PV 모듈의 예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 2a-2f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호 연결 회로의 제조의 예를 도시하는 개략 순차 평면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호 연결 회로에 후방-접촉 태양 전지를 연결하는 데 사용될 수 있는 장치의 예를 도시하는 개략도이다.
도 4a-4f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2-차원 상호 연결 회로의 제조의 예를 도시하는 개략 순차 평면도이다.
도 5a-5e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2-차원 상호 연결 회로의 제조의 예를 도시하는 개략 순차 평면도이다.
위의 요약 그리고 또한 여기에서 설명된 기술의 일부 실시예의 다음의 상세한 설명은 첨부 도면과 연계하여 읽혀질 때에 더 양호하게 이해될 것이다. 여기에서 설명된 기술을 예시할 목적을 위해, 일부 실시예가 도면에 도시되어 있다. 그러나, 여기에서 설명된 기술은 첨부 도면에 도시된 배열 및 수단에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 도면의 구성 요소는 일정한 비율로 되어 있지 않고 또 다른 구성 요소에 대한 하나의 구성 요소의 상대적인 크기는 이러한 상대적인 크기를 요구하는 것으로 추론 또는 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 특정한 실시예의 다음의 상세한 설명은 첨부 도면과 연계하여 읽혀질 때에 더 양호하게 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 것과 같이, 단수로 인용되고 부정관사("a" 또는 "an")로써 시작되는 요소 또는 단계는 명시적으로 언급되지 않으면 복수개의 요소 또는 단계를 배제하지 않은 것으로서 이해되어야 한다. 나아가, "하나의 실시예"에 대한 인용은 인용된 특징부를 또한 합체하는 추가의 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 더욱이, 특정한 성질을 갖는 요소 또는 복수개의 요소를 "포함하는(comprising)" 또는 "갖는(having)" 실시예는 그 성질을 갖지 않는 추가의 요소를 포함할 수 있다.
그렇지 않은 것으로 언급되지 않으면, 상세한 설명 내에서, 층의 "전방(front)" 표면은 일반적으로 광이 그 특정한 표면 상에 직접적으로 입사되지 않더라도 후방-접촉 PV 모듈의 광-입사측과 대면하는 표면을 말하고; "후방(rear)" 표면은 모듈의 광-입사측으로부터 멀어지게 대면하는 층의 표면을 말한다는 것을 주목하여야 한다. 유사하게, 상부와 관련된 단어("upper", "top" 및 "above")는 일반적으로 모듈의 광-입사측에 더 근접한 위치를 나타내도록 의도되고, 반면에 하부와 관련된 단어("lower", "bottom" 및 "beneath")는 더욱 멀어지는 위치를 설명하도록 의도된다. 나아가, 상세한 설명 내의 용어 "개구(opening)"는 임의의 형상 또는 크기의 구멍, 슬릿, 슬롯 또는 간극을 포함하지만 이들에 제한되지 않고 없어진 재료가 층으로부터의 재료에 의해 완전히 또는 부분적으로 포위되는 지와 무관하게 주어진 층으로부터의 임의의 없어진 또는 사라진 재료를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예는 직렬로 선형 배열의 후방-접촉 태양 전지를 전기적으로 연결하는 데 사용될 수 있는 상호 연결 회로이다. 도 1a에서 순차 절결 평면도로 도시된 것과 같이, 상호 연결 회로(100)는 절연 층(110), 반복 세트의 깍지끼움형 핑거(125)를 형성하도록 패터닝된 전도성 포일(120), 선택 사항의 유전성 절연 층(130) 그리고 선택 사항의 제2 접착제 층(140)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상호 연결 회로(100)는 적어도 1개의 후방-접촉 태양 전지(145)를 포함하지만, 일반적으로 후방-접촉 태양 전지(145)는 존재하지 않아도 된다. 선택 사항의 유전성 절연 층(130) 및 제2 접착제 층(140)에는 전도성 포일(120)로부터 후방-접촉 태양 전지(145)까지의 전기 연결부가 형성되게 하는 일련의 개구가 패터닝될 수 있다. 상호 연결 회로(100)는 후방-접촉 태양 전지(145)의 길이의 여러 배인 것으로서 도 1a에 도시되어 있지만, 실제로, 회로의 길이는 후방-접촉 태양 전지(145)의 길이의 1 내지 100배의 범위 내에 있을 수 있다.
절연 층(110)은 전도성 포일(120) 그리고 상호 연결 회로(100)의 다른 상부 층에 전기 절연 및 기계적 지지를 제공한다. 일부 실시예에서, 절연 층(110)은 초기에 시트 형태로 가공될 수 있고, 후속적으로 제1 접착제 층(도시되지 않음)을 사용하여 전도성 포일(120)에 적층될 수 있다. 절연 층(110)에 적절할 수 있는 시트 재료의 예는 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 에틸 비닐 아세테이트(EVA) 또는 폴리비닐 부티랄(PVB)을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 절연 층(110)은 일반적으로 인접한 깍지끼움형 핑거(125) 사이의 측방 우회(lateral shunting)를 방지할 정도로 충분한 전기 저항성을 가져야 한다. 나아가, 절연 층(110)의 조성 및 두께는 가공 중에 일어날 수 있는 깍지끼움형 핑거(125) 사이의 간격의 왜곡을 최소화하도록 선택될 수 있다. 이것은 인접한 세트의 깍지끼움형 핑거(125)가 후방-접촉 태양 전지(145)의 접촉부와 적절하게 정렬될 것을 보증하는 것을 돕는다. 범위 10-125 ㎛ 내의 절연 층(110)의 두께가 이러한 요건을 충족시킬 정도로 충분할 수 있다. 일부 경우에, 절연 층(110)은 절연 층 또는 필름의 다층 적층체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 10-100 ㎛의 두께의 PET의 층이 그 낮은 비용, 양호한 가공성 그리고 우수한 전기 절연 특성으로 인해 절연 층(110)으로서 사용된다.
전도성 포일(120)은 후방-접촉 PV 모듈에 의해 마주치는 전형적인 가공 및 현장 노출 상태를 견딜 수 있는 임의의 충분한 전기 전도성의 재료를 포함한다. 전도성 포일(120)에 적절한 재료는 알루미늄, 구리, 강철, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 합금을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 전도성 포일(120)의 두께는 일반적으로 낮은 전기 저항을 갖는 전류 경로를 제공할 정도로 충분히 커야 하지만, 과도하게 높은 CTE 부정합 응력이 완성된 조립체에서 발생될 정도로 크지 않아야 한다. 알루미늄 또는 구리 포일의 경우에, 범위 10-200 ㎛ 내의 두께가 이들 기준을 충족시킬 정도로 충분할 수 있다. 다른 실시예에서, 범위 25-150 ㎛ 내의 포일 두께가 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 50-100 ㎛의 알루미늄 포일의 층이 그 양호한 전도도 그리고 낮은 비용으로 인해 사용될 수 있다. 전도성 포일(120)은 제1 접착제 층(도시되지 않음)을 사용하여 절연 층(110)에 접합될 수 있다. 제1 접착제 층에 적절할 수 있는 접착제 타입은 감압성 접착제, 접촉성 접착제, 열가소성 접착제, 교차-결합 접착제, UV 경화성 접착제 또는 2-성분 접착제를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다.
전도성 포일(120)에는 표면 마감 재료(도시되지 않음)가 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 표면 마감 재료의 목적은 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145)에 전도성 포일(120)을 연결하는 전도성 접착제 재료(도시되지 않음) 사이의 계면에서 절연 산화물이 형성되는 것을 방지하는 안정되고 잠재적으로 연납땜 가능한 표면을 제공하는 것이다. 적절한 표면을 제공할 수 있는 표면 마감재는 주석, 납, 아연, 니켈, 은, 팔라듐, 백금, 금, 인듐, 크롬, 구리, 이들의 합금, 유기 연납땜성 보존제(OSP: organic solderability preservative) 또는 다른 전기 전도성 재료를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 표면 마감 재료는 도금, 스퍼터링 또는 냉간 용접되거나 다른 수단을 거쳐 가해질 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 마감재의 두께는 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 범위 0.1 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 내의 두께가 사용될 수 있다.
강력한 표면 마감재의 사용은 전도성 포일이 알루미늄 또는 그 합금을 포함하면 알루미늄이 산소 또는 습기의 존재 하에서 용이하게 절연 자연 산화물을 형성하는 경향을 가지므로 특히 중요할 수 있다. 이러한 경우에 장기간 안정성 표면을 제공하기 위해, 표면 마감 재료는 일반적으로 산소 및/또는 습기의 내부-확산에 대한 저항성을 가져야 한다. 예컨대, 아연, 은, 주석, 구리, 니켈, 크롬 또는 금 도금이 알루미늄 상으로의 산화-저항성 표면의 형성에 특히 양호하게-적합할 수 있다.
나아가, 일부 적용예에서, (예컨대, 연납 또는 연납 페이스트가 후방-접촉 태양 전지로의 전기 연결부의 형성에서 또는 전도성 포일로의 버스바의 부착에서 사용되는 적용예에서) 전도성 포일(120)이 연납땜 가능한 것이 바람직하다. 알루미늄 전도성 포일의 경우에, 표면 마감 재료의 용융 온도가 연납의 용융 온도보다 상당히 높은 것이 바람직할 수 있다. 그렇지 않아서, 표면 마감 재료가 연납의 용융 중에 용융되면, 산소가 용융된 표면 마감재 층 내로 침투하여 알루미늄 표면을 산화시킬 수 있고, 그에 의해 계면에서 전도도를 감소시키고, 잠재적으로 기계적인 부착의 손실을 유발한다. 그러므로, 일반적으로 CTE 부정합 영향이 최소화될 수 있도록 350℃보다 낮은 연납 용융 온도로부터 이익을 취하는 후방-접촉 PV 모듈에서, 아연, 은, 구리, 니켈, 크롬 또는 금이 알루미늄을 포함하는 전도성 포일을 위한 적절한 표면 마감재일 수 있다.
각각의 세트의 깍지끼움형 핑거(125)는 제1 후방-접촉 태양 전지의 양 접촉부로부터 제2 인접 후방-접촉 태양 전지의 음 접촉부까지의 연속 전기 경로를 제공한다. 인접한 세트의 깍지끼움형 핑거(125)의 레이아웃은 일반적으로 후방-접촉 태양 전지(145)의 후방 표면 상의 양 및 음 접촉부의 패턴과 적어도 부분적으로 정합되어야 한다. 깍지끼움형 핑거(125)의 간극(하나의 핑거의 모서리와 인접한 핑거의 바로 인접한 모서리 사이의 거리는 일반적으로 인접한 세트의 핑거들 사이의 양호한 전기 절연을 보증할 정도로 충분히 커야 하지만, 후방-접촉 태양 전지(145)의 배치를 위해 약 0.5-1 ㎜의 공차를 남길 정도로 충분히 작아야 한다. 도 1에 도시된 깍지끼움형 핑거(125)의 패턴은 구형파-같은 형상을 나타내지만, 다른 실시예에서, 패턴은 이들 세트의 깍지끼움형 핑거(125)가 서로로부터 전기적으로 절연되어야 하고 후방-접촉 태양 전지(145)의 후방 표면 상의 적절한 접촉부와 중첩되어야 한다는 일반적인 의도로써 거의 어떤 다른 형상으로 변형될 수 있다. 예컨대, 후방-접촉 태양 전지(145)가 단지 전지 모서리 근처에서 접촉부를 갖는 실시예에서, 깍지끼움형 핑거의 길이는 후방-접촉 태양 전지(145)의 길이보다 상당히 작을 수 있다. 깍지끼움형 핑거(125)의 패턴을 변형시키는 다른 잠재적인 이유는 A) 핑거 아래에서의 저항 전력 손실을 감소시키는 것; B) 접촉 개구 근처에서의 접촉 패드 랜딩 영역을 증가시킴으로써 모듈 수율을 개선하는 것; C) 상호 연결 회로(100) 상에서의 기계 응력을 감소시키는 것; 또는 D) 상호 연결 회로(100)의 제조 공정을 단순화하는 것을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다.
깍지끼움형 핑거(125)로써의 전도성 포일(120)의 패터닝에 추가하여, 일부 실시예에서, 층에 어느 정도의 내부-평면 응력 완화를 제공하는 것을 돕는 추가의 개구(도시되지 않음)가 전도성 포일(120) 내에 형성될 수 있다. 선택 사항으로, 전도성 포일(120)은 전도성 접착제 및/또는 후방-접촉 태양 전지(145)와 전기 접촉되지 않는 포일의 영역에서 금속 산화물의 보호 절연 층을 제공하도록 예컨대 광-양극 산화를 사용하여 선택적으로 산화될 수 있다.
선택 사항의 유전성 절연 층(130)은 인접한 세트의 깍지끼움형 핑거(125) 사이에 그리고 또한 깍지끼움형 핑거(125)와 후방-접촉 태양 전지(145) 사이에 전기 절연을 제공한다. 개구가 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이의 전기 전도가 요구되는 영역에서[예컨대, 후방-접촉 태양 전지(145)의 접촉 지점 근처에서] 유전성 절연 층(130) 내에 패터닝될 수 있다. 은-충전 에폭시 또는 연납 페이스트 등의 인쇄 가능한 전기 연결 재료가 후방-접촉 태양 전지(145)에 전도성 포일(120)을 연결하는 데 사용되는 경우에, 유전성 절연 층(130)의 존재는 전기 연결 재료의 과도한 분산이 가공 중에 일어나면 인접한 깍지끼움형 핑거(125) 사이의 전기 단락을 방지하는 것을 도울 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 일부 실시예에서, 유전성 절연 층(130)은 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크제트 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 다른 인쇄 기술을 사용하여 피착될 수 있는 인쇄 가능한 재료를 포함할 수 있다. 제2 접착제 층(140)이 충분한 전기 절연성을 갖고 기계적으로 강력한 실시예에서, 상호 연결 회로(100) 내에 유전성 절연 층(130)을 포함하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 이것은 상호 연결 회로(100)의 제조 비용을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
제2 접착제 층(140)은 후방-접촉 태양 전지(145)와 하부의 상호 연결 회로(100) 사이에 접착제 접합을 제공한다. 유전성 절연 층(130)의 경우에서와 같이, 전기 접촉부가 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이에 형성되게 하는 개구가 제2 접착제 층(140) 내에 패터닝될 수 있다. 제2 접착제 층(140)은 일반적으로 상호 연결 회로(100) 상의 또는 후방-접촉 태양 전지(145) 상의 인접한 접촉 지점을 함께 측방으로 우회하지 않도록 충분히 높은 전기 저항을 가져야 한다. 제2 접착제 층(140)에 적절할 수 있는 접착제 타입은 감압성 접착제, 접촉성 접착제, 열가소성 접착제, 교차-결합 접착제, UV 경화성 접착제, 2-성분 접착제, B-스테이지 접착제, 열경화성 접착제 또는 전통적인 PV 봉합재를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 선택 사항으로, 상호 연결 회로(100)의 반사율을 개선하는 안료가 제2 접착제 층(140)에 추가될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 접착제 층(140)은 우선 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크제트 인쇄, 그라비어 인쇄 또는 어떤 다른 인쇄 기술을 사용하여 초기에 액체 형태로(즉, 용융된 상태로부터 또는 용액으로부터) 전도성 포일(120) 또는 후방-접촉 태양 전지(145) 중 어느 한쪽에 가해질 수 있다. 초기에 액체 상태로 되어 있는 접착제는 응고/건조되기 전에 유동될 수 있기 때문에, 일부 실시예에서, 액체 형태로 제2 접착제 층(140)을 가하는 것은 [예컨대, 깍지끼움형 핑거(125) 사이에서] 하부의 층 내의 임의의 보이드 또는 간극을 충전하거나 [예컨대, 전도성 포일(120)의 모서리에서] 존재하는 임의의 돌출부 또는 예리한 모서리를 매끄럽게 하는 것을 도울 수 있다. 이것은 후방-접촉 PV 모듈의 수율 및/또는 장기간 신뢰성을 개선하는 것을 도울 수 있다. 대체예에서, 제2 접착제 층(140)은 시트 형태로 제공될 수 있고, 그 다음에 전도성 포일(120) 또는 후방-접촉 태양 전지(145) 중 어느 한쪽에 적층될 수 있다. 이들 실시예에서, 개구가 선택 사항으로 회전 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 평탄형 베드 다이 커팅, 펀칭, 레이저 커팅 또는 다른 제거 기술을 사용하여 적층 전에 제2 접착제 층(140) 내에 패터닝될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 접착제 층(140)은 연속 시트로서 전도성 포일(120) 또는 후방-접촉 태양 전지(145) 중 어느 한쪽에 적층될 수 있고, 그에 후속하여 식각 또는 레이저 절제 등의 제거 기술을 사용한 제2 접착제 층(140) 내로의 개구의 형성이 수행된다.
제2 접착제 층(140)의 요구 두께는 층의 성질 그리고 후방-접촉 PV 모듈을 제조하는 데 사용되는 공정 기술 및 재료에 따라 10 내지 500 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 제2 접착제 층(140)의 개구 내에 사용되는 전기 연결 재료가 (예컨대, $1/g 정도로 고가일 수 있는 은-계열의 전도성 에폭시에서와 같이) 고가인 실시예에서, 후방-접촉 PV 모듈의 전체적인 비용은 일반적으로 제2 접착제 층(140)의 두께를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 이것은 제2 접착제 층(140) 내의 개구를 충전하여 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이에 접촉부를 형성하는 데 요구되는 전기 연결 재료의 체적을 감소시킨다. 예컨대, 1 ㎛ 내지 200 ㎛의 제2 접착제 층(140) 두께가 전기 연결 재료의 요구량을 감소시키는 것을 돕는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께가 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 층 두께가 사용될 수 있다.
그러나, 비교적 얇은 제2 접착제 층(140)을 사용하는 것과 관련된 잠재적인 도전 과제에 따르면, 모듈 적층 중에 (깍지끼움형 핑거들 사이 내의 간극 등의) 층 적층체 내의 모든 보이드 또는 간극을 충전하거나 전도성 포일 내의 임의의 돌출부 또는 예리한 모서리가 접착제를 통해 줄곧 압박되어 후방-접촉 태양 전지에 전기 단락되는 것을 방지하기에 불충분한 접착제 재료가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들 문제는 잠재적으로 A) 접착제를 가하는 동안에 임의의 간극을 충전하는(또는 돌출부를 매끄럽게 하는) 경향을 갖도록 (예컨대, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄 등에 의해) 초기에 액체 형태로 제2 접착제 층(140)을 가함으로써; 또는 B) 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이의 간극 또는 돌출부를 없애는 것을 돕도록 이들 2개 사이에 추가의 평탄화 층을 제공함으로써 중 어느 한쪽에 의해 처리될 수 있다. 이들 실시예의 각각은 설명 내의 다른 곳에서 논의될 것이다.
실리콘 등의 반도체와 많은 전도성 포일 사이의 비교적 큰 CTE 부정합으로 인해, 일부 경우에, 후방-접촉 PV 모듈의 장기간 주/야 온도 사이클링 중에 전도성 포일(120)이 후방-접촉 태양 전지(145)로부터 주름지고 및/또는 박리되는 경향이 있을 수 있다. 알루미늄을 포함하는 전도성 포일은 알루미늄의 더 높은 CTE(23 ppm/C 대 17 ppm/C) 그리고 더 높은 전기 비저항(2.8E-6 ohmcm 대 1.7E-6 ohmcm)으로 인해 구리를 포함하는 전도성 포일에 비해 이러한 영향에 특히 취약할 수 있다. (그 자체가 문제는 아니지만, 알루미늄의 더 높은 비저항은 일반적으로 주어진 전기 시트 저항이 요구되면 더 두꺼운 알루미늄 포일 층이 구리와 동일한 전기 시트 저항을 발생시키는 데 요구되고 이것은 층 적층체 내의 기계 응력 상승으로 이어질 수 있다는 것을 의미한다.) 전도성 포일 내에서의 주름 형성을 방지하는 것을 돕기 위해, 일부 실시예에서, 제2 접착제 층(140)은 그 용융 유동 지수(MFI, ASTM D1238에 의해 정의된 것과 같이, 2.16 kg, 190 C)에 따라 사전-선택되는 열가소성 접착제/봉합재일 수 있다. 열가소성 접착제/봉합재의 MFI는 190 C에서 1 dg/min 미만(이러한 경우에 가해진 힘/응력 하에서 접착제의 유동이 매우 적음) 내지 50 dg/min 초과(이러한 경우에 접착제가 급속하게 유동되는 경향을 가짐)의 범위 내에 있을 수 있다. 후방-접촉 PV 모듈은 전형적으로 실외 사용에서 190 C 정도로 높은 온도와 마주치지 않지만, 일부 실시예에서, MFI는 장기간 동작 중에 제2 접착제 층(140)이 크리핑되는 경향의 예측 변수로서 사용될 수 있다.
20 dg/min보다 높은 MFI를 갖는 열가소성 접착제가 전형적으로 STR® 포토캡(Photocap)® EVA 15420(널리-이용되는 상업적으로-이용 가능한 교차-결합 EVA 봉합재)보다 크리프에 취약하고 그에 따라 전도성 포일(120) 내에서의 주름 형성으로 이어지기 쉽지만, 10 dg/min보다 낮은 MFI를 갖는 열가소성 접착제가 전술된 교차-결합 EVA 제품보다 전도성 포일 내에서의 주름 형성을 훨씬 양호하게 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, 약 4 dg/min 이하의 MFI를 갖는 제2 접착제 층(140)은 50 내지 100 ㎛ 두께의 알루미늄 전도성 포일이 주/야 온도 사이클링 중에 상당한 주름 형성 없이 후방-접촉 PV 모듈에서 사용될 수 있게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 약 8 dg/min 이하의 MFI를 갖는 제2 접착제 층(140)이 충분할 수 있다. 전도성 포일(120)이 주름지는 경향과 제2 접착제 층(140)의 MFI의 상관 관계는 PV 산업계에서 잘 알려진 시험법인 후방-접촉 PV 모듈의 수 백회(예컨대, 400-800회)의 -40C 내지 +85C 온도 사이클에 따라 전도성 포일 층 내에서의 주름 형성의 정도를 정량화함으로써 직접적으로 측정될 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
후방-접촉 PV 모듈에서 저-MFI의 제2 접착제 층(140)을 사용하는 것과 관련된 잠재적인 도전 과제에 따르면, 전형적인 공정 온도 및 기간(예컨대, 5-60분 동안 120-160C)에서의 모듈 적층 중에 접착제가 층 적층체 내의 보이드 또는 간극을 충전할 정도로 상당히 충분히 유동되지 않을 수 있다는 것이다. 위에서 설명된 것과 같이 비교적 얇은 제2 접착제 층(140)을 사용할 때에 마주치는 문제와 유사하게, 일부 실시예에서, 이들 문제는 A) 접착제가 그를 가하는 중에 임의의 간극을 충전하는(또는 돌출부를 매끄럽게 하는) 경향을 갖도록 (용융 또는 용해된 상태로부터 예컨대 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄 등에 의해) 초기에 액체 형태로 제2 접착제 층(140)을 가함으로써; 또는 B) 제2 접착제 층(140)이 상당히 유동될 것이 요구되지 않도록 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이의 간극을 제거하고 돌출부를 매끄럽게 하도록 이들 2개 사이에 추가의 평탄화 층을 제공함으로써 처리될 수 있다.
일련이 전기 연결부(도시되지 않음)가 선택 사항의 유전성 절연 층(130) 및 제2 접착제 층(140) 내의 개구를 거쳐 전도성 포일(120)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 포일(120)은 이들 위치에서 후방-접촉 태양 전지(145)와 접촉 상태로 직접적으로 가압될 수 있고, 한편, 다른 실시예에서, 전기 연결 재료가 접촉부를 형성하는 데 사용될 수 있다. 잠재적으로 전기 연결부를 형성하는 데 적절한 재료는 연납, 연납 페이스트, 전도성 잉크, 등방성 ECA, 이방성 ECA 및 벌크 금속 전도체를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 전기 연결부는 연납 페이스트 또는 은 플레이크-충전, 에폭시-계열의 ECA 등의 인쇄 또는 분배될 수 있는 재료를 포함한다.
일부 실시예에서, 이들 영역이 모듈 동작 중에 산소 또는 습기에 노출되는 경우에 전기 연결부를 형성하는 데 사용되는 재료가 계면 및 벌크 산화에 대한 저항성을 갖는 것이 바람직하다. 일부 경우에, 부식 및/또는 산화에 대한 저항이 전기 연결 재료 내로의 부식 억제제의 포함을 통해 향상될 수 있다. 부식 억제제의 사용은 전도성 포일(120)의 상부 표면(즉, 표면 마감 재료 또는 표면 마감 재료의 부재 시에는 전도성 포일 그 자체)이 전기 연결부 내의 전도성 물질보다 음의 환원 전위(즉, 큰 산화 경향)를 가지면 특히 중요할 수 있다. 예컨대, 전기 연결 재료가 은-플레이크-충전 ECA이면, 표면 마감 재료 및/또는 주석, 납, 아연, 니켈, 은, 팔라듐, 인듐, 알루미늄 또는 구리 등의 금속을 포함하는 전도성 포일이 부식 억제제의 존재로부터 이익을 취할 수 있다. 부식 억제제의 일반적인 기능은 산화에 대한 배리어로서 작용하는 표면 마감부 또는 전도성 포일의 표면 상에 보호성이지만 비-전기 절연성의 층을 형성하는 것이다. 예컨대, 아미노산 또는 다른 카르복실산-함유 분자 등의 킬레이트 시약이 전기 연결 재료 내의 부식 억제제로서 사용될 수 있다.
후방-접촉 태양 전지(145)는 양 및 음 접촉부의 양쪽 모두가 태양 전지의 후방 표면으로부터 접근 가능한 임의의 형태의 태양 전지를 포함한다. 후방-접촉 태양 전지(145)는 그 양 및 음 접촉부가 교대 행 및/또는 열로 배열되도록 패터닝될 수 있다. 이것은 깍지끼움형 핑거(125)의 각각이 후방-접촉 태양 전지(145)의 후방 표면을 횡단하여 주어진 극성 타입의 모든 접촉부에 도달될 수 있는 것을 보증하는 것을 도울 수 있다. 일부 실시예에서, 후방-접촉 태양 전지(145)는 단- 또는 다-결정질 실리콘 웨이퍼로부터 제조될 수 있다. 후방-접촉 PV 모듈 내로 합체될 수 있는 실리콘 후방-접촉 태양 전지의 예는 금속 랩-스루 전지(metal wrap-through cell), 이미터 랩-스루 전지(emitter wrap-through cell), 후방 접합 전지(back junction cell), 모든-후방-접촉 전지(all-back-contact cell), 깍지끼움형 후방-접촉 전지(interdigitated back-contact cell), 후방-접촉-구성 부동태화 이미터 후방 국부-확산 전지(rear-contact-adapted passivated emitter rear locally-diffused cell), 후방 지점-접촉 전지(rear point-contact cell), 후방-접촉-구성 실리콘 이질 접합 전지(rear-contact-adapted silicon heterojunction cell)(진성의 얇은 층과의 이질 접합 또는 HIT로서 또한 알려져 있음) 및 후방-접촉-구성 집광 전지(rear-contact-adapted concentrator cell)를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 전형적인 비-집광 실리콘-계열의 후방-접촉 태양 전지는 10 내지 300 ㎛의 범위 내의 두께 그리고 100 내지 450 ㎛의 범위 내의 폭 및/또는 직경을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 절연 층 및 패터닝된 전도성 포일의 상대 위치는 상호 연결 회로의 층 적층체에서 역전될 수 있다. "역전 구성"으로서 여기에서 불리는 이러한 구성으로 된 상호 연결 회로의 예가 도 1b의 순차 절결 평면도에 도시되어 있다. 역전 상호 연결 회로(102)의 후방 층은 반복 세트의 깍지끼움형 핑거(127)를 형성하도록 패터닝된 전도성 포일(122)을 포함한다. 절연 층(112) 그리고 선택 사항의 제2 접착제 층(142)이 전도성 포일(122) 위에 배치된다. 역전 상호 연결 회로(102)는 적어도 1개의 후방-접촉 태양 전지(147)를 또한 포함할 수 있지만, 일반적으로 후방-접촉 태양 전지(147)는 존재하지 않아도 된다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 절연 층(112) 및 제2 접착제 층(142)에는 전도성 포일(122)로부터 후방-접촉 태양 전지(147)로의 전기 연결부가 형성되게 하는 일련의 개구가 패터닝된다.
도 1b에 도시된 역전 구성에는 적어도 2개의 잠재적인 장점이 있다. 우선, (도 1b에 도시된 실시예 등의) 일부 실시예에서, 절연 층(112)은 유전성 절연 층에 대한 대체물로서 사용될 수 있고, 그에 의해 층의 총 개수를 감소시키고, 역전 상호 연결 회로(102)의 제조 비용을 감소시킨다. 그 다음에, 절연 층(112)은 후방-접촉 태양 전지(147)와 상호 연결 회로(102)의 다른 층들 사이의 돌출부, 보이드 또는 간극을 없애는 것을 돕는 평탄화 표면으로서 작용할 수 있다.
절연 층(112) 및/또는 제2 접착제 층(142) 내의 개구를 충전하는 데 사용되는 전기 연결 재료가 고가인 실시예에서, 후방-접촉 PV 모듈의 전체적인 비용은 일반적으로 위에서 설명된 것과 같이 절연 층(112) 및/또는 제2 접착제 층(142)의 두께를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 나아가, 그렇지 않은 것으로 언급되지 않으면, 도 1a의 상호 연결 회로(100)의 특징을 설명하는 실시예, 상호 연결 회로(100)를 제조하는 데 사용되는 공정 기술 또는 전도성 백시트 및/또는 후방-접촉 PV 모듈 내로 상호 연결 회로(100)를 합체하는 데 사용되는 방법 및/또는 장치 구조가 선택 사항으로 도 1b의 역전 상호 연결 회로(102)에 또한 적용될 수 있고 그 역도 또한 같도록 의도된다.
또 다른 실시예는 1개 이상의 상호 연결 회로(100)를 포함하는 전도성 백시트(150)이다. 도 1c는 이러한 실시예에 따른 전도성 백시트(150)를 도시하는 평면도이다. 도면에 도시된 것과 같이, 1개 이상의 상호 연결 회로(100)가 보호 백시트(160) 위에 배치된다. 연결 버스바(170)가 직렬로 인접한 상호 연결 회로(100)를 전기적으로 연결한다. 외부 커넥터(180)가 전도성 백시트(150)를 통해 정션 박스 또는 다른 외부 단자로 전류를 보낸다.
보호 백시트(160)는 테들라(Tedlar)®, PET, EVA 프라이머, 폴리에틸렌 등의 전통적인 전방-접촉 PV 백시트에서 찾아볼 수 있는 층들의 일부 또는 모두를 포함할 수 있고, 한편, 다른 실시예에서, 보호 백시트(160)는 완전히 새로운 재료로부터 제조될 수 있다. 유사하게, 보호 백시트는 일부 실시예에서 상업적으로 이용 가능할 수 있거나, 다른 실시예에서 주문 또는 가내 제작될 수 있다. 보호 백시트(160)의 목적은 외부측 환경으로부터 기계적 및 환경적 보호를 제공하는 것이다. 추가로, 보호 백시트(160)는 여러 개의 후방-접촉 PV 모듈이 직렬로 연결될 때에 백시트를 통한 높은 전압 방전을 방지하는 (예컨대, PET 등의) 절연 재료의 연속 층을 포함할 수 있다.
역전 구성에서, (도 1b에 도시된 것과 같은) 상호 연결 회로(102)의 후방 표면은 패터닝된 전도성 포일(122)을 포함한다. 역전 상호 연결 회로(102)가 보호 백시트에 부착될 때에, 일부 실시예에서, 보호 백시트의 상부 층은 가열 적층 단계(들) 중에 전도성 포일(122) 내의 간극 내로[예컨대, 깍지끼움형 핑거(127) 사이 내의 공간 내로] 유동될 정도로 충분히 두껍고 이동 가능한 접착제를 포함할 수 있고, 그에 의해 층 적층체로부터 보이드를 제거하는 것을 돕는다. 예컨대, 전도성 포일(122)의 두께의 적어도 50%인 접착제 층 두께가 전도성 포일(122) 내의 간극 내로 유동되어 층 적층체로부터 보이드를 제거할 정도로 충분할 수 있다. 다른 실시예에서, 전도성 포일(122)의 두께와 대략 적어도 동일한 접착제 층 두께가 충분할 수 있다(예컨대, 전도성 포일이 100 ㎛의 두께를 가지면, 접착제 층은 대략 100 ㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다).
이러한 목적을 위해, 다수개의 상업적으로 이용 가능한 "TPE" 보호 백시트는 전도성 포일(122) 내의 간극 내로 유동될 정도로 충분히 두껍고 이동 가능할 수 있는 상부 접착제 층을 포함한다. 그러나, TPE 백시트 내의 상부 접착제 층들 중 많은 것들(예컨대, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 비-교차-결합 EVA 또는 다른 저온 열가소성 접착제 층)은 초기에 비-영구적인 성격을 갖는다. 이들 층이 적층 단계 중에 상호 연결 회로(102)에 직접적으로 접합되면, 많은 경우에, 접합부는 접착제 층이 전도성 포일(122) 내의 간극을 충전할 정도로 충분히 두껍더라도 그 직후에 파손될 것이다. 예컨대, 마디코(Madico) TPE HD 보호 백시트가 역전 상호 연결 회로(102)에 직접적으로 적층되면, 접합부는 85C/85%RH 시효에서 소수의 시간(예컨대, 10 시간 미만) 후에 파손될 것이다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 일부 실시예에서, 얇은 부착-촉진 타이 층(thin, adhesion-promoting tie layer)(도시되지 않음)이 적층 전에 보호 백시트(160)의 상부 접착제 층 및/또는 상호 연결 회로(102)의 저부에 가해질 수 있다. 이것은 보호 백시트(160)와 상호 연결 회로(102) 사이의 비교적 영구적인 접합부를 형성하는 것을 돕는다. 위에서 주어진 예에서, 상호 연결 회로(102)와의 접합 전에 보호 백시트(160)의 상부 접착제 층에 1-10 ㎛ 두께의 타이 층을 가하는 것은 85C/85%RH 시효에서 3000 시간 초과까지 접합부의 수명을 연장시킬 수 있고, 그에 의해 기본적으로 초기에 비-영구적인 성격을 갖는 접착제를 사용하여 거의-영구적인 접합부를 형성한다. 일부 실시예에서, 충분히 강력한 접합부가 보호 백시트(160)의 상부 접착제 층의 두께의 대략 20% 미만인 타이 층 두께를 사용하여 성취될 수 있다. 다른 실시예에서, 타이 층 두께는 상부 접착제 층의 두께의 약 10% 미만일 수 있다.
타이 층에 적절할 수 있는 재료 타입은 감압성 타이 층, 열가소성 타이 층, 열경화성 타이 층, 교차-결합 타이 층, UV 경화성 타이 층, 2-성분 타이 층 또는 다른 재료를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 교차-결합 타이 층이 사용될 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 전술된 타이 층 재료는 선택 사항으로 보호 백시트(160)에 (도 1a에 도시된 것과 같은) 기본-구성의 상호 연결 회로(100)를 접합하는 데 또한 사용될 수 있다.
연결 버스바(170)는 인접한 상호 연결 회로(100) 사이에 직렬 연결부를 제공한다. 일부 실시예에서, 전도성 버스바(170)는 상호 연결 회로(100) 위에 배치되고 그에 따라 상호 연결 회로(100)가 보호 백시트(160)에 적층되기 전에 또는 적층된 후에 중 어느 한쪽의 시기에 상호 연결 회로(100)에 부착될 수 있지만, 다른 실시예에서, 전도성 버스바(170)는 상호 연결 회로(100) 아래에 배치되고, 보호 백시트(160)로의 상호 연결 회로(100)의 적층 전에(또는 중에) 상호 연결 회로에 부착될 수 있다. 상호 연결 회로(100)에 연결 버스바(170)를 부착하는 데 사용될 수 있는 기술은 연납땜, 경납땜, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 PSA 또는 에폭시 등의 전도성 접착제로써의 접합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 간극, 개구 또는 다른 가요성-생성 구조물 등의 응력-완화 성질이 연결 버스바(170)의 설계 내에 포함될 수 있다. 이것은 주/야 열 사이클링 중에 연결 버스바(170) 상으로의 응력의 축적을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서 연결 버스바(170)는 제1 버스바가 각각의 상호 연결 회로(100)의 단부(도시되지 않음)에 부착되고 제2 연결 버스바가 2개의 인접한 제1 버스바들 사이에 단순한 전기 연결부를 형성하는 데 사용되는 2-단계 공정(도시되지 않음)을 사용하여 부착될 수 있다.
외부 커넥터(180)는 상호 연결 회로(100) 및/또는 연결 버스바(170)의 단자로부터 모듈의 외부측으로 전류를 보낸다. 외부 커넥터(180)는 인접한 상호 연결 회로(100) 사이 내로의 우회 다이오드의 부착을 위한 접촉 지점을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 커넥터(180)는 연결 버스바(170) 및 상호 연결 회로(100)가 보호 백시트(160)에 부착된 후에 연결 버스바(170) 및 상호 연결 회로(100)에 부착되고, 한편, 다른 실시예에서, 외부 커넥터(180)는 전도성 백시트(150) 내로의 이들 장치의 합체 전에(또는 중에) 연결 버스바(170) 및 상호 연결 회로(100)에 부착된다. 대체예에서, 외부 커넥터(180) 및/또는 연결 버스바(170)의 일부 또는 모두가 상호 연결 회로(100)로의 이들의 연결 전에 1개 이상의 외부 커넥터 조립체(도시되지 않음) 내로 합체될 수 있다. 이것은 상호 연결 회로(100)의 직렬 연결을 단순화할 수 있다.
또 다른 실시예는 도 1d의 평면도에 도시된 것과 같이 전도성 백시트(150) 그리고 1개 이상의 후방-접촉 태양 전지(145)를 포함하는 후방-접촉 PV 모듈(190)이다. 후방-접촉 PV 모듈(190)은 선택 사항으로 보호 백시트, 봉합재 재료, 후방 정션 박스, 프레임 그리고 저-철분 강화 유리(도시되지 않음) 등의 투명한 커버 시트를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 진공 적층 등의 전통적인 방법이 후방-접촉 PV 모듈을 제조하는 데 사용될 수 있지만, 전통적인 태빙 및 스트링잉 단계 대신에 후방-접촉 태양 전지(145)는 단순하게 예컨대 픽-앤드-플레이스 로봇(pick-and-place robot)을 사용하여 상호 연결 회로(100) 상에 위치될 수 있다.
전도성 백시트(150) 상으로의 후방-접촉 태양 전지(145)의 배치 전에, 전기 연결 재료(도시되지 않음)가 선택 사항으로 상호 연결 회로(100)에 후방-접촉 태양 전지(145)를 전기적으로 연결하도록 제2 접착제 층 및/또는 유전성 절연 층 내의 개구 내로 가해질 수 있다. 상호 연결 회로(100)에 후방-접촉 태양 전지(145)를 전기적으로 연결하는 데 사용될 수 있는 기술은 연납땜, 경납땜, 레이저 용접 또는 PSA 또는 은-적재 에폭시 등의 전도성 접착제로써의 접합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다.
제2 접착제 층이 상호 연결 회로(100) 및/또는 전도성 백시트(150)의 제조 중에 합체되지 않은 실시예에서, 접착제 또는 봉합재 층(도시되지 않음)이 선택 사항으로 후방-접촉 태양 전지(145) 및/또는 전도성 접착제 재료의 배치 전에 전도성 백시트(150)에 가해질 수 있다. 전기 연결부가 상호 연결 회로(100)와 후방-접촉 태양 전지(145) 사이에 형성되게 하는 개구가 시트 내에 형성될 수 있다. 이들 실시예에서, 후방-접촉 태양 전지(145)에 상호 연결 회로(100)를 접합하는 데 사용될 수 있는 접착제/봉합재 재료는 EVA, PVB, 폴리올레핀, 폴리우레탄 또는 실리콘을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다.
또 다른 실시예에서, 후방-접촉 PV 모듈은 상호 연결 회로(100) 및 후방-접촉 태양 전지(145)를 포함하지만, 보호 백시트(160)를 포함하지 않는다. 이러한 후방-접촉 PV 모듈(도시되지 않음)은 예컨대 보호 백시트(160) 대신에 유리의 후방 시트에 적층되는 상호 연결 회로(100)를 사용하여 제조될 수 있다.
도 1a-1d에 도시된 상호 연결 회로는 선형 배열의 후방-접촉 태양 전지를 연결하는 것으로서 도시되어 있지만, 2 차원으로(예컨대, 후방-접촉 PV 모듈 전체를 통한 직렬 연결을 위해 사행형 패턴으로) 후방-접촉 태양 전지를 연결하는 상호 연결 회로가 또한 실시예인 것으로 고려된다. 2-차원 상호 연결 회로를 제조하는 방법이 아래에서 설명될 것이다.
보호 백시트와 별개의 구성 요소로서 상호 연결 회로를 구성하는 것에는 잠재적인 장점이 있다. 즉, 이것은 각각의 기능의 분리를 가능케 한다. (전기 연결부를 제공하는) 상호 연결 회로의 목적은 일반적으로 주위의 환경으로부터의 화학적, 기계적 및 전기적 격리를 제공하는) 보호 백시트의 목적과 상이하므로, 이들 2개의 구성 요소를 분리하는 것은 일부 실시예에서 더 강력한 PV 모듈을 가져올 수 있다. 나아가, 이러한 분리는 공급 연쇄 장점을 제공할 수 있다. 즉, 상호 연결 회로 및/또는 전도성 백시트의 제조업자는 선택 사항으로 그 자체를 개발하는 대신에 상업적으로 이용 가능한 보호 백시트에 의존할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 여러 개의 상업적으로 이용 가능한 보호 백시트[예컨대, 3M 스카치실드 필름(Scotchshield Film)TM, 마디코 TPE HD 및 던모어 던-솔라(Dunmore Dun-Solar)TM TPE]가 상호 연결 회로(100) 및 역전 상호 연결 회로(102)와 호환 가능한 것으로 밝혀졌다.
추가로, 2개의 다른 장점이 잠재적으로 보호 백시트와 별개의 구성 요소로서의 상호 연결 회로의 합체로부터 유래될 수 있다. 우선, 일부 실시예에서, 연결 버스바가 상호 연결 회로 뒤에(즉, 상호 연결 회로와 보호 백시트 사이에) 부착될 수 있다. 이것은 전형적으로 버스 연결부를 위해 마련되는 모듈 모서리 근처의 비활성 영역을 감소시키는 것을 도울 수 있고, 그에 의해 모듈 효율의 상승으로 이어진다. 그 다음에, 보호 백시트의 크기보다 약간 작은 크기로 상호 연결 회로를 패터닝하는 것은 간단하다. 이것은 복잡한 공정 단계를 요구하거나 상호 연결 회로 내에 트림 폐기물(waste trim)을 발생시키지 않으면서 전기-절연 간극(또는 주변부)이 상호 연결 회로와 보호 백시트의 모서리(그에 따라 후방-접촉 PV 모듈의 모서리) 사이에서 유지될 수 있게 한다.
또 다른 실시예는 도 2a-2f의 순차 평면도에 도시된 것과 같이 상호 연결 회로를 제조하는 방법이다. 도 2a에서, 일련의 불연속 개구 또는 슬롯(210)이 전도성 포일(200)의 출발 롤 또는 시트 내에 패터닝된다. 전도성 포일(200)의 롤의 출발 폭은 후방-접촉 태양 전지의 폭의 대략 1/2 내지 후방-접촉 태양 전지의 폭의 2배 초과의 범위 내에 있을 수 있다. 비교적 길고 좁은 슬롯(210)이 도 2a에 도시되어 있지만, 실제로 슬롯은 후방-접촉 태양 전지 상의 접촉부의 패턴에 따라 광범위한 형상 및/또는 크기를 포함할 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다양한 방법이 슬롯(210)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 회전 다이 커팅이 전도성 포일(200)의 연속 롤로부터 슬롯(210)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
상호 연결 회로의 제조 공정에서 제거될 전도성 포일의 총 요구 체적 중에서, 일부 실시예에서, 대략 65-99%가 슬롯(210)의 형성 중에 제거될 수 있다. 슬롯(210)의 단부 근처에서, 연결 탭(220)이 선택 사항으로 전도성 포일(200)의 기계적 일체성을 보존하는 것을 돕도록 소정 위치에 남겨질 수 있다(즉, 슬롯을 형성하는 공정 중에 제거되지 않을 수 있다). 연결 탭(220)이 소정 위치에 남겨지지 않으면, 전도성 포일(200)이 슬롯(210)의 부근에서 얇아지고, 그에 의해 후속의 공정 단계 중에 전도성 포일(200)을 취급할 때의 어려움으로 이어진다. 일부 실시예에서, 연결 탭(220)의 사용은 각각의 세트의 깍지끼움형 핑거 내의 핑거의 개수가 증가되게 할 수 있다. 예컨대, 약 3 ㎝ 미만의 깍지끼움형 핑거 내의 주기성(즉, 1.5 ㎝ 이하의 핑거-핑거 간격)이 연결 탭의 사용을 통해 가능해질 수 있다. 다른 실시예에서, 주기성은 약 2 ㎝ 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 주기성은 약 1.5 ㎝ 이하일 수 있다.
추가로, 전도성 포일(200)의 기계적 일체성은 슬롯(210)이 전도성 포일(200)의 모서리까지 줄곧 연장되지는 않는 것을 보증함으로써 추가로 향상될 수 있다. 전도성 포일 내에서의 패터닝되지 않은 모서리 영역의 존재는 예컨대 상호 연결 회로가 낮은 개수의 후방 접촉부를 갖거나 전지 모서리 근처에서 접촉부를 갖는 후방-접촉 태양 전지를 연결하는 데 사용될 때에 슬롯 개구가 후방-접촉 태양 전지의 영역의 큰 분율을 점유하는 실시예에서 특히 유용할 수 있다.
도 2b에서, 절연 층(230)의 롤 또는 시트가 전도성 포일(200)의 후방 표면에 적층된다. 제1 접착제(도시되지 않음)가 2개의 층을 함께 적층하는 데 사용될 수 있다. 층들을 적층하는 데 사용될 수 있는 접착제 타입은 핫 멜트 접착제, 감압성 접착제, B-스테이지 접착제, 열경화성 접착제, 열가소성 접착제 또는 교차-결합 접착제를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 제1 접착제가 액체 형태로 가해지면, 일반적으로 상당량의 접착제가 슬롯(210)을 통해 전도성 포일(200)의 전방 표면 상으로 스며 나오지 않도록 주의가 취해져야 한다. 절연 층(230)의 출발 폭은 후방-접촉 태양 전지의 폭과 대략 동일한 폭 내지 후방-접촉 태양 전지의 폭의 2배 초과의 폭의 범위 내에 있을 수 있다.
절연 층(230)은 슬롯(210)의 형성 후에 가해지기 때문에, 절연 층(230)은 슬롯(210)의 패터닝을 위한 커팅 또는 패터닝 표면으로서 작용할 필요가 없다. 이것은 비교적 얇은 절연 층(230)이 상호 연결 회로에서 사용될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 절연 층(230) 두께는 약 50 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 실시예에서, 절연 층 두께는 약 25 ㎛ 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 절연 층 두께는 약 12.5 ㎛ 이하일 수 있다.
일부 실시예에서, 유전성 절연 층(도시되지 않음)이 그 다음에 전도성 포일의 전방 표면에 가해질 수 있다. 전기 연결부가 전도성 포일(200)과 후방-접촉 태양 전지의 양 및 음 극성 접촉부 사이에 형성되게 하는 개구가 유전성 절연 층 내에 형성될 수 있다.
역전 구성에서, 절연 층(230)은 후방 표면 대신에 전도성 포일(200)의 전방 표면에 적층된다. 이러한 구성에서, 절연 층(230)은 전도성 포일(200)과 후방-접촉 태양 전지(145) 사이에 어느 정도의 전기 절연을 제공할 수 있고, 그에 의해 잠재적으로 유전성 절연 층에 대한 필요성을 없앤다. 전도성 포일(200)로의 절연 층(230)의 적층 전에, 절연 층(230)에는 후방-접촉 태양 전지의 접촉부의 패턴과 적어도 부분적으로 정합되는 개구(도시되지 않음)가 패터닝될 수 있다. 절연 층(230) 내에 개구를 생성하는 데 사용될 수 있는 기술은 펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 하나의 실시예에서, 회전 다이 커팅이 그 높은 처리량 그리고 낮은 비용으로 인해 절연 층(230) 내에 개구를 형성하는 데 사용될 수 있다. 대체예에서, 일부 실시예에서, 절연 층(230)의 연속 시트가 전도성 포일(200)에 적층될 수 있고, 그에 후속하여 식각 또는 레이저 절제 등의 제거 기술을 사용한 절연 층(230) 내로의 개구의 형성이 수행된다.
다음에, 도 2c에 도시된 기본 구성으로 복귀하면, 제2 접착제 층(240)이 선택 사항으로 전도성 포일의 전방 표면에 가해질 수 있다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 제2 접착제 층(240)은 우선 (예컨대, 절연 층이 전도성 포일에 가해지고 및/또는 개구가 패터닝되기 전에 또는 그 후에) 유전성 절연 층에, 후방-접촉 태양 전지에 또는 역전 구성의 경우에 절연 층의 전방 표면에 가해질 수 있다. 제2 접착제 층(240)에는 후방-접촉 태양 전지 상의 양 및 음 극성 접촉부의 위치에 대응하는 개구(250)가 패터닝될 수 있다. 나아가, 제2 접착제 층(240)은 도 2d-2e에 도시된 후속의 제거 단계 전에 가해지는 것으로서 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 제2 접착제 층(240)은 공정에서 이들 및/또는 다른 단계 후에 가해질 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 접착제 층(240)은 용액 또는 용융된 상태로부터 액체 형태로 가해질 수 있다. 스크린 인쇄, 회전 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄, 그라비어 인쇄, 슬롯 코팅, 잉크제트 인쇄 또는 스프레이 코팅을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 기술이 개구(250)가 존재하지 않는 영역에서 제2 접착제 층(240)을 가하는 데 사용될 수 있다. 대체예에서, 제2 접착제 층(240)이 시트 또는 롤 형태로 제공되면, 층에는 선택 사항으로 다른 층에 가해지기 전에 개구가 패터닝될 수 있다. 제2 접착제 층(240) 내에 개구를 생성하는 데 사용될 수 있는 기술은 펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 제2 접착제 층(240)은 연속 시트로서 전도성 포일, 유전성 절연 층 또는 후방-접촉 태양 전지 중 어느 한쪽에 적층될 수 있고, 그에 후속하여 식각 또는 레이저 절제 등의 제거 기술을 사용한 제2 접착제 층(240) 내로의 개구의 형성이 수행된다.
역전 구성에서, 일부 실시예에서, 절연 층에는 위에서 설명된 것과 같이 전도성 포일로의 적층 전에 개구가 패터닝된다. 이들 실시예에서, 제2 접착제 층(240)은 선택 사항으로 절연 층 내로의 개구의 형성 전에 (예컨대, 시트를 적층하거나 코팅을 형성함으로써) 절연 층의 전방 표면에 가해질 수 있다. 개구가 그 다음에 단일의 커팅 또는 제거 단계를 사용하여 동시에 양쪽 모두의 층 내에 패터닝될 수 있고, 그에 의해 잠재적으로 상호 연결 회로의 전체적인 제조 공정을 단순화한다. 패터닝 중의 제2 접착제 층(240)을 위한 지지 층으로서의 절연 층의 사용은 제2 접착제 층(240)의 치수 안정성을 개선하는 것을 도울 수 있다. 이러한 접근법은 층 두께가 감소됨에 따라 패터닝 중에(또는 그에 후속하여) 미지지 접착제 재료가 왜곡 또는 변형되는 경향이 실질적으로 증가되는 경향을 가지므로 제2 접착제 층(240)이 얇을(예컨대, 100 ㎛ 미만의 두께일) 때에 특히 유리할 수 있다. 일단 제2 접착제 층(240) 및 절연 층이 함께 적층되고 이들에 개구가 패터닝되면, 절연 층의 후방 표면이 전도성 포일에 적층될 수 있다.
도 2d에 도시된 기본 구성으로 복귀하면, 패터닝된 전도성 포일, 제1 접착제, 절연 층 그리고 선택 사항의 제2 접착제 층을 포함하는 적층체의 모서리는 슬릿 모서리(260)를 형성하도록 예컨대 커팅 또는 슬리팅 공정을 사용하여 제거된다. 슬리팅 공정 중에, 절연 층은 전도성 포일에 기계적 지지를 제공하고, 선택 사항의 연결 탭과 함께, 모서리가 제거될 때에 전도성 포일이 기계적으로 분리되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 제거 단계 후에, 적층체의 최종 폭은 후방-접촉 태양 전지의 폭의 대략 1/2 내지 후방-접촉 태양 전지의 폭의 대략 1.5배의 범위 내에 있을 수 있다. 하나의 실시예에서, 적층체의 최종 폭은 후방-접촉 태양 전지의 폭과 대략 동일하다.
다음에, 연결 탭이 도 2e에 도시된 것과 같이 전기 절연된 세트의 깍지끼움형 핑거(270)를 형성하도록 전도성 포일로부터 제거된다. 도 2d에 도시된 커팅/슬리팅 단계에서와 같이, 전도성 포일이 절연 층에 의해 지지된다는 사실은 이들 세트의 깍지끼움형 핑거(270)가 연결 탭의 제거 중에 기계적으로 분리되지 않을 것을 보증한다. 이것은 깍지끼움형 핑거(270)의 취급을 상당히 단순화하고, 후속의 공정 단계 중에 이들의 정렬을 유지하는 것을 돕는다. 추가로, 일부 실시예에서, 절연 층은 후방-접촉 PV 모듈 내의 보호 백시트와 별개의 구성 요소로서 합체되므로, 모듈의 환경 복원력을 손상시키지 않으면서 연결 탭의 제거 중에 절연 층 내에 개구를 형성하는 것이 가능하다. 이것은 일반적으로 전기 절연을 최대화하도록 연속으로 형성되는 상업적으로 이용 가능한 보호 백시트에서 가장 흔하게 찾아볼 수 있는 절연 층과 대조된다. 연결 탭의 제거 중에 절연 층 내에 형성되는 개구의 예가 도 2e의 위치(275)에 도시되어 있다.
펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 절제, 큰 전압을 가하는 방법 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다양한 방법이 연결 탭을 제거하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 시선 정렬 시스템이 커팅 장치가 연결 탭을 정밀하게 제거하는 것을 보증하는 데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 시선 정렬 시스템과 관련된 회전 다이 커팅이 연결 탭을 제거하는 데 사용될 수 있다. 연결 탭을 제거하는 데 사용되는 다이 커팅 패턴은 연결 탭이 커팅 장치에 의해 완전히 제거되는 것을 확실하게 하도록 탭 그 자체의 크기보다 약간 크게 형성될 수 있다.
대체예에서, 일부 실시예에서, 연결 탭은 절연 층 내에 개구를 형성하지 않으면서 제거될 수 있다. 예컨대, 연결 탭이 절연 층에 바로 인접한 영역에서 절연 층에 전도성 포일을 접합하는 제1 접착제가 존재하지 않도록 제1 접착제가 선택적으로 가해지면, 연결 탭이 절연 층에 직접적으로 접합되지 않을 것이고, 키스 커팅 또는 레이저 커팅 등의 부분 커팅 기술을 사용하여 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 진공 제거와 조합되는 레이저 커팅이 연결 탭을 제거하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 표면 마감재(도시되지 않음)가 장기간 산화 및/또는 부식을 방지하는 것을 돕도록 전도성 포일의 노출된 상부 표면에 코팅되거나 가해질 수 있다. 표면 마감 재료는 도금, 스퍼터링 또는 냉간 용접되거나 다른 수단을 거쳐 가해질 수 있다. 표면 마감재가 도금되면, 일부 실시예에서, 표면 마감재가 제2 접착제 층을 가한 후에 가해질 수 있고, 그에 의해 도금된 재료의 총 체적이 감소될 수 있다. 이것은 상호 연결 회로의 제조 비용을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 나아가, 전기 도금을 사용하여 표면 마감재를 가하는 것이 바람직한 실시예에서, 표면 마감재는 연결 탭의 제거 전에 가해질 수 있고, 그에 의해 전도성 포일의 전기 연속성이 도금 공정 중에 유지될 수 있다.
전도성 포일 및 절연 층이 롤 형태로 공급되면, 롤이 도 2f에 도시된 것과 같이 1개 이상의 상호 연결 회로(295)를 형성하도록 별개의 시트로 절단될 수 있다. 정밀한 모서리 절단부(280)는 모서리 절단부(280)에 인접한(즉, 그 좌측 및 우측의 양쪽 모두 상의) 양쪽 모두의 상호 연결 회로(295)가 후방-접촉 PV 모듈에서 이용될 수 있는 것을 보증하도록 형성될 수 있다. 일단 절단되면, 일부 실시예에서, 상호 연결 회로(295)의 길이가 후방-접촉 태양 전지의 전형적인 직렬-연결된 스트링의 길이와 대략 동일할 수 있다. 예컨대, 후방-접촉 태양 전지의 각각의 길이가 대략 156 ㎜이고 직렬-연결된 스트링이 10개의 전지를 연결하면, 상호 연결 회로(295)의 길이가 대략 1560-1590 ㎜일 수 있다(작은 공차가 각각의 전지 사이에 1-2 ㎜의 공간을 부여하도록 상호 연결 회로 반복 길이에 구축될 수 있다).
일단 롤이 별개의 상호 연결 회로(295)로 절단되면, 연결 버스바(290)가 선택 사항으로 단부에 부착될 수 있다. 상호 연결 회로(295)에 연결 버스바(290)를 부착하는 데 사용될 수 있는 기술은 연납땜, 경납땜, 레이저 용접, 또는 PSA 또는 에폭시 등의 전도성 접착제로써의 접합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 도 2a-2f에 도시된 기본 구성에서, 연결 버스바(290)는 전도성 포일의 상부 표면에 부착될 수 있거나, 또 다른 실시예에서, 레이저 용접, 초음파 연납땜 또는 어떤 다른 접합 기술을 사용하여 절연 층을 통해 전도성 포일의 저부 표면에 연결될 수 있다. 역전 구성에서, 연결 버스바(290)가 선택 사항으로 전도성 포일의 노출된 후방 표면에 부착될 수 있고; 완성된 상호 연결 회로(295)가 그 다음에 [예컨대, 전도성 포일의 저부 표면과 보호 백시트의 상부 표면 사이에 배치되는 연결 버스바(290)로써] 보호 백시트에 부착될 수 있다.
일단 상호 연결 회로(295)가 제조되면, 적어도 2개의 상이한 접근법이 후방-접촉 PV 모듈 내로 상호 연결 회로를 합체하는 데 사용될 수 있다. 제1 실시예에서, 1개 이상의 상호 연결 회로(295)가 (도 1c에 도시된 것과 같이) 전도성 백시트를 형성하도록 보호 백시트에 적층된다. 인접한 회로들 사이의 간격은 인접한 상호 연결 회로가 서로와 접촉되어 잠재적으로 전기 단락으로 이어질 수 있는 것을 방지하도록 적층 중에 정밀하게 제어될 수 있다. 연결 버스바(290)는 연속의 상호 연결 회로(295) 사이에 직렬 연결부를 형성하도록 상호 연결될 수 있다. 상호 연결 회로(295), 버스바(290) 그리고 임의의 외부 커넥터가 전도성 백시트 내로 합체되면, 후방-접촉 태양 전지가 그 다음에 (예컨대, 전도성 접착제 도트를 분배하고 픽-앤드-플레이스 로봇을 사용하여 후방-접촉 태양 전지를 위치시킴으로써) 전도성 백시트에 연결될 수 있고, 후방-접촉 PV 모듈을 형성하도록 가공될 수 있다.
대체예에서, 1개 이상의 후방-접촉 태양 전지가 상호 연결 회로가 보호 백시트에 부착되기 전에 상호 연결 회로에 부착될 수 있다. 도 3은 상호 연결 회로(310)에 전기 연결 재료 및 후방-접촉 태양 전지(370)를 연속적으로 가하는 데 사용될 수 있는 전지 상호 연결 장치(300)의 예를 도시하고 있다. 분배 공구(320)가 우선 상호 연결 회로(310)의 일부의 노출된 접촉 패드 상에 ECA 또는 연납 페이스트 등의 전기 연결 재료를 피착하는 데 사용될 수 있다. 컨베이어(330)가 그 다음에 상호 연결 회로(310) 상에 후방-접촉 태양 전지(370)를 위치시키는 픽-앤드-플레이스 로봇(350)으로 증분식으로 전방으로 상호 연결 회로(310)를 이동시킨다. 픽-앤드-플레이스 로봇(350)에는 후방-접촉 태양 전지(370)의 배치 정확도를 개선하는 시선 정렬 시스템이 구비될 수 있다. 컨베이어는 그 다음에 선택 사항의 열 영역(360)으로 전방으로 상호 연결 회로(310)를 운반한다. 절연 접착제 재료 및/또는 전기 상호 연결 재료가 실온에서 충분한 점착성을 갖지 않는 경우에, 열 영역(360)이 후방-접촉 태양 전지(370)와 접합부를 형성하도록 접착제(절연성, 전도성 또는 이들의 조합 중 어느 한쪽)를 활성화시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 압력이 가열 중에 더 밀접한 접착을 제공하도록 상호 연결 회로(310) 및 후방-접촉 태양 전지(370)에 가해질 수 있다. 일단 제조되면, 일부 실시예에서, 상호 연결된 하위-조립체가 그 다음에 버스바의 부착 그리고 후속되는 백시트로의 적층을 위해 봉합재로-덮인 전방 유리 커버 시트(도시되지 않음) 상에 엎어져 위치될 수 있다.
도 2a-2f에 도시된 방법 및 기술은 2-차원 배열의 후방-접촉 태양 전지를 연결할 수 있는 큰-폭의 상호 연결 회로의 제조까지 확장될 수 있다. 도 4a-4f는 2-차원 상호 연결 회로를 형성하는 데 사용될 수 있는 공정의 예를 도시하고 있다. 도 4a에서, 일련의 불연속 개구 또는 슬롯(410)이 전도성 포일(400)의 출발 롤 또는 시트 내에 커팅된다. 슬롯(410)은 추가의 슬롯이 궁극적으로 후방-접촉 태양 전지의 직렬-연결된 스트링들 사이의 공간을 점유할 영역에서 커팅될 수 있다는 점을 제외하면 도 2a에 도시된 것들과 유사하다. 이들 슬롯은 도 4a에서 선(427)을 따라 도시되어 있다. 비교적 길고 좁은 슬롯(410)이 도 4a에 도시되어 있지만, 실제로 슬롯은 후방-접촉 태양 전지 상의 접촉부의 패턴에 따라 광범위한 형상 및/또는 크기를 포함할 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 슬롯을 형성하는 기술은 펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 하나의 실시예에서, 회전 다이 커팅이 전도성 포일(400)의 연속 롤로부터 슬롯(410)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
제조 공정에서 제거될 전도성 포일의 총 요구 체적 중에서, 대략 65-99%가 슬롯(410)의 형성 중에 제거될 수 있다. 연결 탭(420)이 전도성 포일(400)의 기계적 일체성을 보존하는 것을 돕도록 소정 위치에 남겨질 수 있다(즉, 슬롯을 형성하는 공정 중에 제거되지 않을 수 있다). 다른 실시예에서와 같이, 연결 탭(420)의 사용은 각각의 세트의 깍지끼움형 핑거 내의 핑거의 개수가 증가되게 할 수 있다. 예컨대, 약 3 ㎝ 미만의 깍지끼움형 핑거 내의 주기성(즉, 1.5 ㎝ 이하의 핑거-핑거 간격)이 연결 탭의 사용을 통해 가능해질 수 있다. 다른 실시예에서, 주기성은 약 2 ㎝ 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 주기성은 약 1.5 ㎝ 이하일 수 있다. 추가로, 스트링-사이의 연결 탭(425)이 전도성 포일(400)의 기계적 일체성을 추가로 보존하도록 연결 탭(420)에 추가하여 소정 위치에 남겨질 수 있다.
도 4b에서, 절연 층(430)의 롤 또는 시트가 패터닝된 전도성 포일(400)의 후방 표면에 적층된다. 제1 접착제(도시되지 않음)가 2개의 층을 함께 적층하는 데 사용될 수 있다. 층들을 적층하는 데 사용될 수 있는 접착제 타입은 핫 멜트 접착제, 감압성 접착제, B-스테이지 접착제, 열경화성 접착제, 열가소성 접착제 또는 교차-결합 접착제를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 제1 접착제가 액체 형태로 가해지면, 일반적으로 상당량의 접착제가 슬롯(410)을 통해 전도성 포일(400)의 전방 표면 상으로 스며 나오지 않도록 주의가 취해져야 한다.
절연 층(430)은 슬롯(410)의 형성 후에 가해지기 때문에, 절연 층(430)은 슬롯(410)의 패터닝을 위한 커팅 또는 패터닝 표면으로서 작용할 필요가 없다. 이것은 비교적 얇은 절연 층(430)이 2-차원 상호 연결 회로에서 사용될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 절연 층(430) 두께는 약 50 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 실시예에서, 절연 층 두께는 약 25 ㎛ 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 절연 층 두께는 약 12.5 ㎛ 이하일 수 있다.
일부 실시예에서, 유전성 절연 층(도시되지 않음)이 그 다음에 전도성 포일의 전방 표면에 가해질 수 있다. 전기 연결부가 전도성 포일(400)과 후방-접촉 태양 전지의 양 및 음 극성 접촉부 사이에 형성되게 하는 개구가 유전성 절연 층 내에 형성될 수 있다.
이전에 설명된 것과 같이, 역전 구성에서, 절연 층(430)은 후방 표면 대신에 전도성 포일(400)의 전방 표면에 적층된다. 이러한 구성에서, 절연 층(430)은 전도성 포일(400)과 후방-접촉 태양 전지 사이에 어느 정도의 전기 절연을 제공할 수 있고, 그에 의해 잠재적으로 유전성 절연 층에 대한 필요성을 없앤다. 전도성 포일(400)로의 절연 층(430)의 적층 전에, 절연 층(430)에는 후방-접촉 태양 전지의 접촉부의 패턴과 적어도 부분적으로 정합되는 개구(도시되지 않음)가 패터닝될 수 있다. 절연 층(430) 내에 개구를 생성하는 데 사용될 수 있는 기술은 펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 하나의 실시예에서, 회전 다이 커팅이 그 높은 처리량 그리고 낮은 비용으로 인해 절연 층(430) 내에 개구를 형성하는 데 사용될 수 있다. 대체예에서, 일부 실시예에서, 절연 층(430)의 연속 시트가 전도성 포일(400)에 적층될 수 있고, 그에 후속하여 식각 또는 레이저 절제 등의 제거 기술을 사용한 절연 층(430) 내로의 개구의 형성이 수행된다.
다음에, 도 4c에 도시된 기본 구성으로 복귀하면, 제2 접착제 층(440)이 선택 사항으로 전도성 포일의 전방 표면에 가해질 수 있다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 제2 접착제 층(440)은 우선 (예컨대, 절연 층이 전도성 포일에 가해지고 및/또는 개구가 패터닝되기 전에 또는 그 후에) 유전성 절연 층에, 후방-접촉 태양 전지에 또는 역전 구성의 경우에 절연 층의 전방 표면에 가해질 수 있다. 제2 접착제 층(440)에는 후방-접촉 태양 전지 상의 양 및 음 극성 접촉부의 위치에 대응하는 개구(450)가 패터닝될 수 있다. 나아가, 제2 접착제 층(440)은 도 4d-4e에 도시된 후속의 제거 단계 전에 가해지는 것으로서 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 제2 접착제 층(440)은 공정에서 이들 및/또는 다른 단계 후에 가해질 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 접착제 층(440)은 용액 또는 용융체로부터 액체 형태로 가해질 수 있다. 스크린 인쇄, 회전 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄, 그라비어 인쇄, 슬롯 코팅, 잉크제트 인쇄 또는 스프레이 코팅을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 기술이 개구(450)가 존재하지 않는 영역에서 제2 접착제 층(440)을 가하는 데 사용될 수 있다. 대체예에서, 제2 접착제 층(440)이 시트 또는 롤 형태로 제공되면, 층에는 선택 사항으로 다른 층에 가해지기 전에 개구가 패터닝될 수 있다. 제2 접착제 층(440) 내에 개구를 생성하는 데 사용될 수 있는 기술은 펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 커팅 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 제2 접착제 층(440)은 연속 시트로서 전도성 포일, 유전성 절연 층 또는 후방-접촉 태양 전지 중 어느 한쪽에 적층될 수 있고, 그에 후속하여 식각 또는 레이저 절제 등의 제거 기술을 사용한 제2 접착제 층(440) 내로의 개구의 형성이 수행된다.
역전 구성에서, 일부 실시예에서, 절연 층에는 위에서 설명된 것과 같이 전도성 포일로의 적층 전에 개구가 패터닝된다. 이들 실시예에서, 제2 접착제 층(440)은 선택 사항으로 절연 층 내로의 개구의 형성 전에 (예컨대, 시트를 적층하거나 코팅을 형성함으로써) 절연 층의 전방 표면에 가해질 수 있다. 개구가 그 다음에 단일의 커팅 또는 제거 단계를 사용하여 동시에 양쪽 모두의 층 내에 패터닝될 수 있고, 그에 의해 잠재적으로 상호 연결 회로의 전체적인 제조 공정을 단순화한다. 패터닝 중의 제2 접착제 층(440)을 위한 지지 층으로서의 절연 층의 사용은 제2 접착제 층(440)의 치수 안정성을 개선하는 것을 도울 수 있다. 이러한 접근법은 층 두께가 감소됨에 따라 패터닝 중에(또는 그에 후속하여) 미지지 접착제 재료가 왜곡 또는 변형되는 경향이 실질적으로 증가되는 경향을 가지므로 제2 접착제 층(440)이 얇을(예컨대, 100 ㎛ 미만의 두께일) 때에 특히 유리할 수 있다. 일단 제2 접착제 층(440) 및 절연 층이 함께 적층되고 이들에 개구가 패터닝되면, 절연 층의 후방 표면이 전도성 포일에 적층될 수 있다.
도 4d에 도시된 기본 구성으로 복귀하면, 패터닝된 전도성 포일, 제1 접착제, 절연 층 그리고 선택 사항의 제2 접착제 층을 포함하는 적층체의 모서리는 슬릿 모서리(460)를 형성하도록 예컨대 커팅 또는 슬리팅 공정을 사용하여 제거된다. 슬리팅 공정 중에, 절연 층은 전도성 포일에 기계적 지지를 제공하고, 선택 사항의 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭과 함께, 모서리가 제거될 때에 전도성 포일이 기계적으로 분리되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 적층체의 최종 폭은 도 2d에 도시된 실시예에서 후방-접촉 태양 전지의 폭과 대략 동일할 수 있지만, 도 4d에 도시된 실시예에서 최종 폭은 후방-접촉 태양 전지의 폭보다 여러 배만큼 클 수 있다. 예컨대, 후방-접촉 태양 전지의 폭이 156 ㎜이고 PV 모듈 내에 후방-접촉 태양 전지의 6개의 직렬-연결된 스트링이 있으면, 적층체의 최종 폭이 대략 936-960 ㎜일 수 있다(작은 공차가 각각의 스트링 사이에 1-2 ㎜의 공간을 부여하도록 적층체의 최종 폭에 구축될 수 있다). 다른 실시예에서, 적층체의 최종 폭은 PV 모듈 내의 후방-접촉 태양 전지의 직렬-연결된 스트링의 개수에 의해 승산된 후방-접촉 태양 전지의 폭의 0.8 내지 1.5배일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예컨대 500-1500 ㎜의 폭의 롤-롤 가공 장비의 이용 가능성이 제한되는 실시예에서, 적층체의 최종 폭은 2개, 3개 또는 4개의 후방-접촉 태양 전지의 합성 폭의 20% 내에 있을 수 있다.
다음에, 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭이 도 4e에 도시된 것과 같이 전기 절연된 세트의 깍지끼움형 핑거(470) 그리고 전기 절연된 인접한 스트링을 형성하도록 제거된다. 도 4d에 도시된 커팅/슬리팅 단계에서와 같이, 전도성 포일이 절연 층에 의해 지지된다는 사실은 이들 세트의 깍지끼움형 핑거(470)가 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭의 제거 중에 기계적으로 분리되지 않을 것을 보증한다. 이것은 깍지끼움형 핑거(470)의 취급을 상당히 단순화하고, 후속의 공정 단계 중에 이들의 정렬을 유지하는 것을 돕는다. 추가로, 일부 실시예에서, 절연 층은 후방-접촉 PV 모듈 내의 보호 백시트와 별개의 구성 요소로서 합체되므로, 모듈의 환경 복원력을 손상시키지 않으면서 연결 탭(420)의 제거 중에 절연 층 내에 개구를 형성하는 것이 가능하다. 이것은 일반적으로 전기 절연을 최대화하도록 연속으로 형성되는 상업적으로 이용 가능한 보호 백시트에서 가장 흔하게 찾아볼 수 있는 절연 층과 대조된다. 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭의 제거 중에 절연 층 내에 형성되는 개구의 예가 도 4e의 위치(472, 475)에 각각 도시되어 있다.
펀칭, 평탄형 베드 다이 커팅, 정합-금속 다이 커팅, 수형/암형 다이 커팅, 회전 다이 커팅, 레이저 절제, 큰 전압을 가하는 방법 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 다양한 방법이 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭을 제거하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 시선 정렬 시스템이 커팅 장치가 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭을 정밀하게 제거하는 것을 확실하게 하는 데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 시선 정렬 시스템과 관련된 회전 다이 커팅이 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭을 제거하는 데 사용될 수 있다. 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭을 제거하는 데 사용되는 다이 커팅 패턴은 연결 탭이 커팅 장치에 의해 완전히 제거되는 것을 확실하게 하도록 탭 그 자체의 크기보다 약간 크게 형성될 수 있다.
대체예에서, 일부 실시예에서, 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭은 절연 층 내에 개구를 형성하지 않으면서 제거될 수 있다. 예컨대, 연결 탭 및 스트링-사이의 연결 탭이 절연 층에 바로 인접한 영역에서 절연 층에 전도성 포일을 접합하는 제1 접착제가 존재하지 않도록 제1 접착제가 선택적으로 가해지면, 연결 탭이 절연 층에 직접적으로 접합되지 않을 것이고, 키스 커팅 또는 레이저 커팅 등의 부분 커팅 기술을 사용하여 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 진공 제거와 조합되는 레이저 커팅이 연결 탭을 제거하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 일부의 스트링-사이의 연결 탭이 인접한 스트링들 사이의 전기 연결부가 요구되는 위치에서 소정 위치에 남겨질 수 있다(즉, 제거되지 않을 수 있다). 예컨대, 스트링-사이의 연결 탭이 직렬로 인접한 스트링을 전기적으로 연결하도록 연속의 직렬-연결된 스트링의 교대 단부에 남겨질 수 있다. 남아 있는 스트링-사이의 연결 탭의 예가 도 4e의 위치(477)에 도시되어 있다.
전도성 포일 및 절연 층이 롤 형태로 공급되면, 롤이 도 4f에 도시된 것과 같이 1개 이상의 2-차원 상호 연결 회로를 형성하도록 별개의 시트로 절단될 수 있다. 정밀한 모서리 절단부(480)는 모서리 절단부(480)에 인접한(즉, 그 좌측 및 우측의 양쪽 모두 상의) 양쪽 모두의 2-차원 상호 연결 회로가 후방-접촉 PV 모듈에서 이용될 수 있는 것을 보증하도록 형성될 수 있다. 일단 절단되면, 일부 실시예에서, 2-차원 상호 연결 회로의 길이가 후방-접촉 태양 전지의 전형적인 직렬-연결된 스트링의 길이와 대략 동일할 수 있다. 예컨대, 후방-접촉 태양 전지의 각각의 길이가 156 ㎜이고 회로가 10개의 전지를 상호 연결하는 데 사용되면, 2-차원 상호 연결 회로의 길이가 대략 1560-1590 ㎜일 수 있다(작은 공차가 각각의 전지 사이에 1-2 ㎜의 공간을 부여하도록 상호 연결 회로 반복 길이에 구축될 수 있다).
일단 롤이 별개의 2-차원 상호 연결 회로로 절단되면, 연결 버스바(490)가 선택 사항으로 인접한 직렬-연결된 스트링(495)의 교대 단부에 부착될 수 있다. 스트링(495)에 연결 버스바(490)를 부착하는 데 사용될 수 있는 기술은 연납땜, 경납땜, 레이저 용접, 또는 PSA 또는 에폭시 등의 전도성 접착제로써의 접합을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 도 4a-4f에 도시된 기본 구성에서, 연결 버스바(490)는 전도성 포일의 상부 표면에 부착될 수 있거나, 또 다른 실시예에서, 레이저 용접, 초음파 연납땜 또는 어떤 다른 접합 기술을 사용하여 절연 층을 통해 전도성 포일의 저부 표면에 연결될 수 있다. 역전 구성에서, 연결 버스바(490)가 전도성 포일(400)의 노출된 후방 표면에 부착될 수 있고; 완성된 2-차원 상호 연결 회로가 그 다음에 [예컨대, 전도성 포일(200)의 저부 표면과 보호 백시트의 상부 표면 사이에 배치되는 연결 버스바(290)로써] 보호 백시트에 부착될 수 있다.
이전의 실시예에서와 같이, 공정의 다양한 단계에서, 표면 마감재가 장기간 산화 및/또는 부식을 방지하는 것을 돕도록 전도성 포일(400)의 노출된 표면에 가해질 수 있다. 추가로, 완성된 2-차원 상호 연결 회로가 우선 보호 백시트에 적층될 수 있거나, 우선 후방-접촉 태양 전지에 부착될 수 있고, 그에 의해 후방-접촉 PV 모듈(도시되지 않음)의 제조를 완성한다.
도 2a-2f 및 도 4a-4f에 도시된 실시예의 장점에 따르면, 상호 연결 회로, 2-차원 상호 연결 회로 그리고 상호 연결 회로를 포함하는 전도성 백시트는 롤-롤 적층 및 회전 다이 커팅 등의 저-비용, 고-처리량 공정 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 이들의 가장 간단한 형태에서, 도 2a-2f 및 4a-4f에서 설명된 실시예는 일련의 3개의 단계를 포함한다. 즉, 제1 제거 단계가 출발 전도성 포일 시트의 불필요한 영역의 대부분을 제거하지만, 그 기계적 일체성을 보존할 정도로 충분한 전도성 포일 재료를 남기고; 전도성 포일이 그 다음에 기계적 지지를 제공하는 절연 캐리어 기판에 부착되고; 그에 후속하여 전도성 포일의 잔여의 불필요한 영역의 제거가 수행된다. 이러한 접근법을 통해, 저-비용 공정 기술을 사용하여 전도성 포일의 기계-지지 및 전기-절연 영역을 포함하는 상호 연결 회로를 제조하는 것이 가능하다. 상호 연결 회로가 그 다음에 후방-접촉 태양 전지를 상호 연결하는 데 사용될 수 있다.
도 2a-2f 및 도 4a-4f에 도시된 제조 방법들 중 일부가 전도성 포일의 기계적 일체성을 보존하는 것을 돕는 연결 탭의 사용을 수반하지만, 다른 실시예에서, 연결 탭의 사용 없이도 상호 연결 회로를 형성하는 것이 가능하다. 이러한 공정 흐름의 예가 도 5a-5e에서 순차 평면도로 도시되어 있다. 먼저, 도 5a에서는 전도성 포일(500)의 롤 또는 시트의 저부 표면이 임시 캐리어 기판(510)에 적층된다. 임시 또는 저-점착성 접착제(도시되지 않음)가 바람직하게는 캐리어 기판(510)에 전도성 포일(500)을 부착하는 데 사용된다. 선택 사항으로 패터닝되지 않을 수 있는 임시 접착제는 이상적으로 아래에서 설명되는 것과 같이 포일(500)이 나중에 캐리어 기판(510)으로부터 박리될 때에 전도성 포일(500) 상에 잔여물을 남기지 않으면서 소정 위치에서 전도성 포일(500)을 보유할 수 있어야 한다.
다음에, 도 5b에서, 깍지끼움형 핑거(520)의 패턴이 전도성 포일/캐리어 기판 적층체 내로 키스(즉, 부분적으로) 커팅된다. 키스 커팅부의 위치는 도 5b에서 점선으로써 표시되어 있다. 키스 커팅부는 층 적층체의 전도성 포일측으로부터 개시되고, 일반적으로 전도성 포일이 커팅 장치에 의해 완전히 커팅될 정도로 충분히 깊어야 하지만, 캐리어 기판이 또한 완전히 커팅될 정도로 깊지는 않아야 한다. 평탄형 베드 키스 커팅, 회전 키스 커팅, 워터 제트 키스 커팅 또는 레이저 키스 커팅을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 기술이 층 적층체를 키스 커팅하는 데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 회전 키스 커팅이 그 높은 속도 그리고 낮은 비용으로 인해 사용될 수 있다.
캐리어 기판이 키스 커팅 공정을 통해 완전히 커팅되지 않는 것을 보증하는 것을 돕기 위해, 캐리어 기판(510)의 두께가 키스 커팅 장치의 정밀한 깊이보다 큰 것이 바람직하다. 예컨대, 회전 키스 커팅이 전도성 포일을 패터닝하는 데 사용되는 실시예에서, 약 50 내지 150 ㎛의 캐리어 기판(510)의 두께가 충분한 커팅 공차를 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 약 50 내지 100 ㎛의 두께가 충분할 수 있다. 나아가, 캐리어 기판(510)이 키스 커팅 공정 중에 전도성 포일에 기계적 지지를 제공할 정도로 충분한 내구성을 갖지만 정밀하게 커팅하기 어려울 정도로 강성을 갖지 않는 재료를 포함하는 것이 유리하다. 캐리어 기판은 폴리에틸렌, 폴리이미드, 종이, PEN 또는 저-점착성 접착제가 코팅된 PET를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 하나의 실시예에서, 캐리어 기판(510)은 PET를 포함한다.
전도성 포일이 패터닝될 때에 연결 탭이 소정 위치에 남겨지는 다른 실시예와 대조적으로, 도 5b에 도시된 실시예에서, 완성된 세트의 깍지끼움형 핑거가 단일의 키스 커팅 단계로 패터닝될 수 있다. 이것은 커팅 공정 중에 캐리어 기판(510)에 의해 제공되는 기계적 지지에 기인한다. 키스 커팅 패턴은 인접한 세트의 깍지끼움형 핑거(520) 사이의 간극(525)을 포함할 수 있다. 이것은 인접한 깍지끼움형 핑거(520)가 최종 상호 연결 회로에서 함께 전기적으로 단락되지 않는 것을 보증하는 것을 돕고, 후속의 공정 단계를 위한 정렬 공차를 제공한다. 일부 실시예에서, 간극(525)의 크기는 대략 2 ㎜ 이상일 수 있다. 다른 실시예에서, 간극(525)은 대략 1 ㎜ 이상일 수 있다.
도 5a-5b에 도시된 단계에 병행하여, 도 5c에서, 패터닝된 접착제 층(530)이 절연 층(540)의 롤 또는 시트 상에 인쇄된다. 패터닝된 접착제 층(530)의 패턴은 깍지끼움형 핑거(520)의 패턴과 대략 정합되도록 설계될 수 있지만, 일부 실시예에서, 패터닝된 접착제 층(530)의 특징부의 크기는 깍지끼움형 핑거(520) 내의 특징부의 크기에 비해 약간 감소될 수 있다[그에 따라 접착제가 인쇄되지 않은 접착제 간극(535)의 크기가 약간 증가될 수 있다]. 예컨대, 일부 실시예에서, 접착제 간극(535)의 크기는 깍지끼움형 핑거들 사이의 간극(525)의 크기의 100% 내지 250%일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 접착제 간극(535)의 크기는 간극(525)의 크기의 100% 내지 150%일 수 있다[예컨대, 간극(525)의 크기가 2 ㎜이면, 접착제 간극(535)의 크기가 2 내지 3 ㎜일 수 있다]. 간극(525)에 대한 접착제 간극(535)의 크기 증가는 아래에서 설명되는 것과 같이 패터닝된 접착제 층(530)이 단지 전도성 포일(500)의 요구 영역에 접합되는 것을 보증하는 공차를 생성하는 것을 돕는다.
도 5a에서, 캐리어 기판(510)에 전도성 포일(500)을 부착하는 접착제는 바람직하게는 임시적 또는 저-점착성 성격을 갖지만, 도 5c에 도시된 패터닝된 접착제 층(530)은 이상적으로 거의-영구적 또는 고-점착성 성격을 갖는다. 패터닝된 접착제 층(530)은 감압성 접착제, 접촉성 접착제, 열가소성 접착제, 열경화성 접착제, 교차-결합 접착제, UV 경화성 접착제 또는 2-성분 접착제를 포함하지만 이들에 제한되지 않는 접착제 타입을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 패터닝된 접착제 층(530)은 열 경화될 수 있는 교차-결합 접착제를 포함한다.
도 5d에서, 절연 층(540)은 패터닝된 접착제 층(530)을 거쳐 전도성 포일(500)의 노출된 표면[즉, 캐리어 기판(510)에 대향되는 전도성 포일(500)의 표면]에 부착된다. 패터닝된 접착제 층(530)은 예컨대 시선 정렬 시스템을 포함하는 인-라인 적층 장치를 사용하여 깍지끼움형 핑거(520)의 키스 커팅 패턴에 정렬될 수 있다. 적층 장치는 패터닝된 접착제 층(530)을 활성화시키는 경화 스테이션(예컨대, 열 또는 UV)을 추가로 포함할 수 있다. 적층 단계 중에, 패터닝된 접착제 층(530)이 깍지끼움형 핑거(520) 사이의 간극(525)을 점유하는 전도성 포일의 영역에 접합되는 것을 방지하도록 주의가 취해져야 한다. 하나의 실시예에서, 간극(525)에 대한 접착제 간극(535)의 더 큰 크기는 이것이 일어나지 않는 것을 보증하는 것을 돕는 공차를 제공한다.
다음에, 캐리어 기판(510) 그리고 간극(525)을 점유하는 전도성 포일(500)의 영역이 도 5e에 도시된 것과 같이 기계적 지지되는 패터닝된 포일(550)의 롤을 형성하도록 절연 층(540) 및 깍지끼움형 핑거(520)로부터 박리된다. (도 5e에 도시된 예는 절연 층을 통한 도면을 도시하고 있지만, 절연 층은 일반적으로 투명할 필요가 없다는 것을 주목하여야 한다.) 깍지끼움형 핑거(520)는 고-점착성의 패터닝된 접착제 층(530)에 접합되기 때문에 절연 층(540)에 부착된 상태로 체류되도록 유도되지만, 간극을 점유하는 전도성 포일의 영역은 패터닝된 접착제 층(530)과 접촉되지 않고, 그 대신에 박리될 때에 저-점착성 캐리어 기판에 부착된 상태로 남아 있다.
다른 실시예에서와 같이, 전도성 포일(500) 및 절연 층(540)이 롤 형태로 제공되면, 롤이 그 다음에 상호 연결 회로(도시되지 않음)를 형성하도록 별개의 시트로 절단될 수 있다. 추가로, 연결 버스바가 선택 사항으로 인접한 직렬-연결된 스트링의 교대 단부에 부착될 수 있다. 나아가, 공정의 다양한 단계에서, 표면 마감재가 다른 곳에서 설명된 것과 같이 장기간 산화 및/또는 부식을 방지하도록 전도성 포일(500)의 노출된 표면에 가해질 수 있다.
다른 실시예에서와 같이, 완성된 상호 연결 회로는 선택 사항으로 기본 구성 또는 역전 구성 중 어느 한쪽에서 보호 백시트에 부착될 수 있다. 역전 구성에서, 일부 실시예에서, 절연 층(540)에는 전도성 포일(500)로의 그 부착 전에 후방-접촉 태양 전지의 접촉부에 대응하는 일련의 개구가 패터닝될 수 있다. 추가로, 절연 층(540)은 선택 사항으로 전도성 포일(500)로의 그 패터닝 또는 부착 전에 패터닝된 접착제 층(530)에 대향되는 측면 상의 제2 접착제 층(도시되지 않음)에 적층될 수 있다.
절연 층(540)의 부착 전에 전도성 포일(500)을 패터닝하는 지지 기판으로서의 캐리어 기판의 사용에는 적어도 2개의 잠재적인 장점이 있다. 우선, 캐리어 기판은 키스 커팅 단계를 위한 공차를 제공하도록 비교적 두껍게(예컨대, 위에서 설명된 것과 같이 50-100 ㎛의 두께로) 형성될 수 있지만, 절연 층(540)은 키스 커팅 단계가 수행된 후에만 부착되므로 비교적 얇게 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 이것은 얇은 절연 층이 요구될 수 있는 역전 구성에서 특히 유용할 수 있다. 예컨대, 캐리어 기판의 사용은 약 50 ㎛보다 얇은 절연 층이 상호 연결 회로에서 실시될 수 있게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 절연 층 두께는 약 25 ㎛ 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 절연 층 두께는 약 12.5 ㎛ 이하일 수 있다.
그 다음에, 도 5d-5e에 도시된 박리 단계에서의 지지 캐리어 기판(510)의 존재는 전도성 포일(500)의 불필요한 영역이 포일을 파열시키지 않으면서 깍지끼움형 핑거(520)로부터 박리될 수 있는 것을 보증하는 것을 돕는다. 이것은 상호 연결 회로 제조 공정의 전체적인 수율을 상승시키는 것을 도울 수 있다. 이러한 접근법은 A) 전도성 포일 내의 키스 커팅 패턴이 복잡할 때에; B) 깍지끼움형 핑거의 세트당 또는 후방-접촉 태양 전지당 높은 개수의 핑거가 있을 때에; 또는 C) 핑거들 사이 내의 간격이 좁을 때에 특히 유리할 수 있고, 이들은 전형적으로 지지되지 않은 전도성 포일이 가장 쉽게 파열되는 상태이기 때문이다. 일부 실시예에서, 캐리어 기판(510)의 사용은 약 3 ㎝ 미만의 깍지끼움형 핑거 내의 주기성(즉, 1.5 ㎝ 이하의 핑거-핑거 간격)을 가능케 할 수 있다. 다른 실시예에서, 주기성은 약 2 ㎝ 이하일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 주기성은 약 1.5 ㎝ 이하일 수 있다.
여기에서 설명된 방법 및 장치는 일반적으로 집적 회로, 리지스터, 커패시터, 인덕터, 배터리 그리고 다른 전자 구성 요소 및/또는 전원을 포함하지만 이들에 제한되지 않는 전자 장치의 상호 연결까지 확장될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예는 잠재적으로 확장성, 제조 비용 및/또는 처리량의 관점에서 장점을 제공한다.
위의 설명은 예시의 의미를 갖고 제한의 의미를 갖지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 위에서-설명된 실시예(및/또는 그 태양)는 서로와 조합하여 사용될 수 있다. 추가로, 많은 변형이 그 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 개시 내용에 맞게 특정한 상황 또는 재료를 조정하도록 수행될 수 있다. 여기에서 설명되는 치수, 재료의 타입, 다양한 구성 요소의 배향 그리고 다양한 구성 요소의 개수 및 위치는 어떤 실시예의 파라미터를 한정하려는 것이고, 결코 제한의 의미를 갖지 않고, 단지 예시적 실시예일 뿐이다. 특허청구범위의 사상 및 범주 내의 많은 다른 실시예 및 변형예는 위의 설명을 검토할 때에 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구범위의 권리에 의해 부여되는 등가물의 모든 범주와 함께 이러한 특허청구범위를 참조하여 결정되어야 한다. 첨부된 특허청구범위에서, 용어 "포함(including)" 및 "여기에서(in which)"는 각각의 용어 "포함(comprising)" 및 "여기에서(wherein)"의 평이한-영어 등가물로서 사용된다. 더욱이, 다음의 특허청구범위에서, 순서와 관련된 용어("first", "second" 및 "third" 등)는 단지 라벨로서 사용되고, 이들의 대상에 수치적 요건을 부과하지 않는다. 나아가, 다음의 특허청구범위의 제한은 기능식 청구항으로 기재되어 있지 않고, 이러한 특허청구범위 제한이 추가의 구조 없이 기능을 진술하는 어구 "를 위한 수단(means for)"를 명시적으로 사용하지 않으면 35 U.S.C §112 제6절을 기초로 하여 해석되지 않아야 한다.

Claims (27)

  1. 상호 연결 회로이며,
    두 세트의 깍지끼움형 핑거를 포함하는 패터닝된 전도성 포일로서, 패터닝된 전도성 포일은 전방 표면과 후방 표면을 포함하고, 두 세트의 깍지끼움형 핑거는 서로로부터 전기적으로 절연되며, 두 세트의 깍지끼움형 핑거는 후방-접촉 전지의 접촉부와 중첩되도록 구성된, 패터닝된 전도성 포일과,
    패터닝된 전도성 포일을 후방-접촉 전지로부터 전기적으로 절연시키기 위한 절연 층으로서, 패터닝된 전도성 포일의 전방 표면이 절연 층에 적층되고, 패터닝된 전도성 포일이 절연 층에 의해 기계적으로 지지됨으로써 두 세트의 깍지끼움형 핑거 사이의 전기적 절연이 유지되며, 절연 층은 두 세트의 깍지끼움형 핑거와 후방-접촉 전지의 접촉부 사이의 전기적 연결을 허용하도록 패터닝된 개구를 포함하는, 절연 층과,
    부착-촉진 타이 층(adhesion-promoting tie layer)으로서, 패터닝된 전도성 포일이 부착-촉진 타이 층과 절연 층 사이에 배치되도록 패터닝된 전도성 포일의 후방 표면을 덮는, 부착-촉진 타이 층과,
    백시트 접착제 층으로서, 부착-촉진 타이 층이 백시트 접착제 층과 패터닝된 전도성 포일 사이에 배치되도록 부착-촉진 타이 층을 덮는, 백시트 접착제 층을 포함하는
    상호 연결 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    절연 층이 상호 연결 회로 접착제 층과 패터닝된 전도성 포일 사이에 배치되도록, 절연 층 상에 배치된 상호 연결 회로 접착제 층을 더 포함하고,
    상호 연결 회로 접착제 층은 두 세트의 깍지끼움형 핑거와 후방-접촉 전지의 접촉부 사이의 전기적 연결을 허용하도록 패터닝된 개구를 포함하는, 상호 연결 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상호 연결 회로 접착제 층의 두께는 100 마이크로미터 미만인, 상호 연결 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상호 연결 회로 접착제 층은 8 dg/min 미만의 용융 유동 지수를 갖는, 상호 연결 회로.
  5. 제1항에 있어서, 패터닝된 전도성 포일은 알루미늄을 포함하는, 상호 연결 회로.
  6. 제1항에 있어서, 패터닝된 전도성 포일은 주석, 납, 아연, 니켈, 은, 팔라듐, 금, 인듐, 크롬, 구리 및 유기 연납땜성 보존제(OSP: organic solderability preservative)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 표면 마감재를 포함하는, 상호 연결 회로.
  7. 제1항에 있어서, 절연 층은 깍지끼움형 핑거의 팁과 일치하는 추가적인 개구를 더 포함하는, 상호 연결 회로.
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  16. 제1항에 있어서,
    패터닝된 전도성 포일의 후방 표면에 연결되는 적어도 1개의 버스바를 더 포함하는, 상호 연결 회로.
  17. 제16항에 있어서, 적어도 1개의 버스바에 전기적으로 연결되는 외부 커넥터를 더 포함하는, 상호 연결 회로.
  18. 삭제
  19. 제1항에 있어서, 절연 층이 후방-접촉 전지와 패터닝된 전도성 포일 사이에 배치되도록 하는 후방-접촉 전지를 더 포함하는, 상호 연결 회로.
  20. 제19항에 있어서,
    전기 연결부를 더 포함하고,
    각각의 전기 연결부는 절연 층 내의 개구를 점유하고 후방-접촉 전지와 접촉하며,
    전기 연결부는 연납, 연납 페이스트, 전도성 잉크, 등방성 전기 전도성 접착제(ECA), 이방성 ECA 및 벌크 금속 전도체로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는, 상호 연결 회로.
  21. 제20항에 있어서, 전기 연결부는 부식 억제제를 포함하는, 상호 연결 회로.
  22. 제19항에 있어서, 절연 층의 폭은 후방-접촉 전지의 폭의 20% 내인, 상호 연결 회로.
  23. 제1항에 있어서, 절연 층 내의 각 개구는 패터닝된 전도성 포일과 완전히 중첩되는, 상호 연결 회로.
  24. 제1항에 있어서, 패터닝된 전도성 포일 내의 형상부를 매끄럽게 하고 간극을 제거하기 위해, 절연 층은 패터닝된 전도성 포일과 후방-접촉 전지 사이에서 평탄화 층으로서 작용할 수 있는, 상호 연결 회로.
  25. 제1항에 있어서, 패터닝된 전도성 포일은 내부-평면 응력 완화를 위한 패턴을 포함하는, 상호 연결 회로.
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