KR101976175B1 - 화합물 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈은 화합물 반도체층의 전면과 후면으로 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극을 가지며, 중첩 영역에서 부분적으로 중첩된 복수의 화합물 태양전지들, 상기 복수의 화합물 태양전지들 각각에서 상기 제2 전극에 접합해 화합물 태양전지를 지지하는 캐리어 필름을 포함하고, 상기 캐리어 필름은, 상기 복수의 화합물 태양전지들 중 상기 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지의 제2 전극과 제2 화합물 태양전지의 제1 전극이 전기적으로 연결하는 인터페이스(interface)를 포함하며, 상기 인터페이스는, 상기 복수의 화합물 태양전지들 중 상기 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지의 제2 전극과 제2 화합물 태양전지의 제1 전극을 전기적 물리적으로 연결하는 도전성 접합 물질이 제공된 비아 패턴과, 상기 도전성 접합 물질이 상기 비아 패턴에서 흘러 나오지 않도록 상기 도전성 접합 물질에 이웃하게 형성되며, 상기 제1 화합물 태양전지와 상기 제2 화합물 태양전지를 물리적으로 접합하는 범퍼를 포함한다.
Description
본 발명은 일부를 겹쳐 배열한 화합물 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
화합물 반도체는 실리콘이나 게르마늄과 같은 단일 원소가 아닌 2종 이상의 원소가 결합되어 반도체로서 동작한다. 이러한 화합물 반도체는 현재 다양한 종류가 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.
이 중에서 화합물 태양전지는 갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 인(InP), 갈륨 알루미늄 아세나이드(GaAlAs), 갈륨 인듐 아세나이드(GaInAs) 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체, 카드뮴 황(CdS), 카드뮴 텔루륨(CdTe), 아연 황(ZnS) 등의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 구리 인듐 셀레늄(CuInSe2)으로 대표되는 I-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 등으로 형성된 화합물 반도체층을 구비해 만들어진다.
이 같은 화합물 태양전지는 매우 얇은 두께를 가지고 있어, 다루기 쉽게 태양전지의 후면에 전면적으로 형성된 제2 전극에 캐리어 필름을 부착해 사용하기도 한다.
그런데, 캐리어 기판이 구비된 화합물 태양전지를 겹쳐 연결하는 경우에는 캐리어 필름이 제2 전극을 숨기고 있어 화합물 태양전지 사이를 전기적으로 연결하는데 어려움이 있다.
이 같은 문제를 해결하는 한 방법으로, 캐리어 필름의 후면에 제2 전극을 노출하는 비아홀을 형성하고, 이 비아홀에 도전성 접착제를 채워 이웃한 두 태양전지를 접합하는 방법에 제안되었다.
그러나, 이 같은 모듈화 방법에 따르면 도전성 접착제에 의해 접합되는 면적이 작아 충분한 기계적 강도를 갖도록 이웃한 두 태양전지를 접합하기가 어려우며, 또한 비아홀을 채우고 있던 도전성 접착제가 흘러나와 겹쳐진 두 태양전지의 측면을 타고 흘러내리면서 서로 전기적으로 나눠져 있어야 하는 n형 부분과 p형 부분이 숏트되는 문제가 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 높은 기계적 강도를 갖도록 화합물 태양전지를 간편하게 스트링하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 도전성 접합 물질에 의해 화합물 태양전지가 숏트되는 것을 방지하는데 있다.
본 발명은 이외에도 다양한 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 하는데, 여기서 기재되어 있지 않은 과제들은 본 발명을 설명하면서 같이 설명이 되거나, 아니면 당업자라면 본 발명의 설명을 통해 쉽게 예측할 수가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈은 화합물 반도체층의 전면과 후면으로 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극을 가지며, 중첩 영역에서 부분적으로 중첩된 복수의 화합물 태양전지들, 상기 복수의 화합물 태양전지들 각각에서 상기 제2 전극에 접합해 화합물 태양전지를 지지하는 캐리어 필름을 포함하고, 상기 캐리어 필름은, 상기 복수의 화합물 태양전지들 중 상기 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지의 제2 전극과 제2 화합물 태양전지의 제1 전극이 전기적으로 연결하는 인터페이스(interface)를 포함하며, 상기 인터페이스는, 상기 복수의 화합물 태양전지들 중 상기 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지의 제2 전극과 제2 화합물 태양전지의 제1 전극을 전기적 물리적으로 연결하는 도전성 접합 물질이 제공된 비아 패턴과, 상기 도전성 접합 물질이 상기 비아 패턴에서 흘러 나오지 않도록 상기 도전성 접합 물질에 이웃하게 형성되며, 상기 제1 화합물 태양전지와 상기 제2 화합물 태양전지를 물리적으로 접합하는 범퍼를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예예 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법은, 화합물 반도체층의 전면과 후면으로 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극을 가지며, 중첩 영역에서 부분적으로 중첩된 복수의 화합물 태양전지들을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 복수의 화합물 태양전지들의 제2 전극에 각각 비아 패턴이 형성된 캐리어 필름을 부착하는 단계, 상기 복수의 화합물 태양전지들 중 상기 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지 중 상기 제2 화합물 태양전지의 중첩 영역에 비도전성 접착제와 도전성 접합 물질을 제공하는 단계, 상기 중첩 영역에서 제1 화합물 태양전지에 형성된 캐리어 필름의 비아 패턴 안으로 상기 도전성 접합 물질과 상기 비도전성 접착제가 위치하게 상기 제2 화합물 태양전지 위로 상기 제1 화합물 태양전지를 위치시키는 단계, 상기 비도전성 접착제와 상기 도전성 접합 물질을 경화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중첩 영역에 배치된 범퍼에 위해 도전성 접합 물질이 흘러 넘치는 것이 방지되므로, 도전성 접합 물질에 의해 화합물 태양전지가 숏트되던 문제를 해결할 수가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 범퍼는 접합력이 우수한 비도전성 접착제로 형성되므로, 겹쳐 배열된 두 태양전지를 물리적으로 견고하게 접합시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 캐리어 필름을 포함해 구성된 화합물 태양전지의 전체 모습을 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 비아 패턴을 일 예들을 도시한 것이다.
도 6은 중첩 영역을 중심으로 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지의 평면 배치 모습을 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 C-C'선에 따른 단면 모습을 도시한 것이다.
도 8은 중첩 영역으로 도전성 접합 물질만 제공된 경우에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도전성 접합 물질과 범퍼를 일부 확대해서 도시한 것이다.
도 10 내지 도 13은 범퍼와 도전성 접합 물질의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 14 및 도 15는 범퍼가 도전성 접합 물질을 둘러 싸도록 형성된 실시예들을 보여준다.
도 16은 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지의 일부에 UV 접착제가 제공된 모습을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예예 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 18은 도 17의 S10 단계를 설명하는 모식도이다.
도 19는 도 17의 S20 단계를 설명하는 모식도이다.
도 20은 도 17의 S30 단계를 설명하는 도면이다.
도 21은 도 17의 S40 단계를 설명하는 모식도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 캐리어 필름을 포함해 구성된 화합물 태양전지의 전체 모습을 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 비아 패턴을 일 예들을 도시한 것이다.
도 6은 중첩 영역을 중심으로 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지의 평면 배치 모습을 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 C-C'선에 따른 단면 모습을 도시한 것이다.
도 8은 중첩 영역으로 도전성 접합 물질만 제공된 경우에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도전성 접합 물질과 범퍼를 일부 확대해서 도시한 것이다.
도 10 내지 도 13은 범퍼와 도전성 접합 물질의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 14 및 도 15는 범퍼가 도전성 접합 물질을 둘러 싸도록 형성된 실시예들을 보여준다.
도 16은 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지의 일부에 UV 접착제가 제공된 모습을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예예 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 18은 도 17의 S10 단계를 설명하는 모식도이다.
도 19는 도 17의 S20 단계를 설명하는 모식도이다.
도 20은 도 17의 S30 단계를 설명하는 도면이다.
도 21은 도 17의 S40 단계를 설명하는 모식도이다.
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 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제와 다르게 구성 요소를 단순화해 도시한다.
이하의 상세한 설명에서는 실시예에 따라 차이가 없는 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 평면 모습을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여주는 도면이다.
이 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈은 복수 개의 화합물 태양전지(10)가 각각 캐리어 필름(17)에 의해 지지된 채, 중첩 영역(11a)에서 포개어져 이웃한 것과 전기적 물리적으로 연결될 수 있다.
또한, 캐리어 필름(17)은 중첩 영역(11a)에서 포개어진 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)가 전기적 물리적으로 접합될 수 있도록 인터페이스(interface)(IF)를 포함해 구성된다.
바람직한 한 형태에서, 인터페이스(IF)는 중첩 영역(11a)에 제공된 도전성 접합 물질(19)가 중첩 영역 밖으로 흘러 넘치는 것을 방지하며, 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)를 물리적으로 접합시키는 범퍼(21)를 포함하며, 도전성 접합 물질이 제공되는 비아 패턴(미도시)를 포함해 구성될 수 있다.
여기서, 도전성 접합 물질은 도전입자가 포함되어 부재 사이를 전기적 물리적으로 연결하는 도전성 접착제 또는 솔더(solder), 비도전성 접착제는 도전성이 없는 접착제로 순수하게 부재 사이를 물리적으로 접합시킨다.
도전성 접착제는 주성분을 폴리머 기재와 도전 필러로 구성되어 도전 필러들의 기계적 물리적 접촉에 의해 부재 사이를 도전시킨다. 솔더는 솔더 분말과 플러스(Flux)를 혼합하여 만든 페이스트(paste) 형태나 크림(cream) 상을 가지며, 솔더 분말이 융점 이상에서 용융했다 식으면서 모재와 물리 화학적으로 결합해 부재 사이를 접합 및 도전시킨다. 여기서, 솔더 분말은 Sn-Cu계, Sn-Ag계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-In계, Sn-Ag-Zn계, Sn-Zn계, Sn-Bi계, Sn-In계 솔더 등 범용적으로 사용되는 다양한 종류의 솔더 물질로 만들어질 수 있다.
바람직하게, 도전성 접합 물질의 상 변화 온도는 캐리어 필름(17)의 녹는점보다 낮은 것이 바람직하다. 공정 순서상 도전성 접합 물질이 비아 패턴에 제공된 후에 열 경화될 때, 만약 캐리어 필름(17)의 상 변화 온도, 일 예로 녹는점보다 높게 되면, 도전성 접합 물질이 경화되는 동안에 캐리어 필름(17)이 열 손상을 받게 되므로, 도전성 접합 물질의 상 변화 온도는 캐리어 필름(17)의 녹는점보다 낮은 것이 바람직하다.
캐리어 필름(17)은 매우 얇은 두께(일 예로, 약 20um 내외)의 화합물 태양전지(10)를 물리적으로 지지하기 위한 구성이며, 화합물 태양전지의 후면에 전면적으로 부착될 수 있다.
일 예에서, 이 캐리어 필름(17)은 일 예에서 PET 필름으로 구성되고, 화합물 태양전지(10)의 후면, 보다 정확히는 화합물 태양전지의 후면에 전면적으로 형성된 제2 전극(미도시)에 라미네이팅(laminating)되어 접합될 수 있다. 이 캐리어 필름(10)은 100∼200(um) 전후의 두께를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 사용되는 태양전지(10)는 가로×세로의 크기가 2.5(mm) ×5(mm)의 크기를 갖는 화합물 태양전지(10)이다. 이 화합물 태양전지(10)는 반도체층으로, 갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 인(InP), 갈륨 알루미늄 아세나이드(GaAlAs), 갈륨 인듐 아세나이드(GaInAs) 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체, 카드뮴 황(CdS), 카드뮴 텔루륨(CdTe), 아연 황(ZnS) 등의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 구리 인듐 셀레늄((CuInSe2)으로 대표되는 I-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 등에서 선택된 반도체로 구성될 수 있다.
도 3은 캐리어 필름을 포함해 구성된 화합물 태양전지의 전체 모습을 보여주는 도면이다.
이 도면을 참조하면, 화합물 태양전지(10)는 화합물 반도체로 이뤄진 반도체층(11)과 이 반도체층(11)의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극(13)과 제2 전극(15)을 포함해 구성될 수 있다.
도시된 바에 따르면, 제1 전극(13)은 빛이 입사되는 전면 방향으로 위치하고 있어 입사되는 빛을 가리지 않도록 세폭의 핑거 전극들(13b)을 포함해 구성될 수가 있다.
그리고, 핑거 전극들(13b)의 일 단은 화합물 반도체층(11)의 가장 자리를 따라 길게 형성된 버스 전극(13a)에 의해 서로 연결되어 있다. 이 버스 전극(13a)의 선폭은 핑거 전극들(13a)의 선폭보다 두꺼운 것이 바람직하다.
제1 전극(13)은 이처럼 제1 방향으로 형성된 핑거 전극들(13b)과 제2 방향으로 형성된 버스 전극(13a)을 포함함으로써 전체적으로 빗 모양의 형상을 가질 수가 있다.
그리고, 제2 전극(15)은 빛이 입사되지 않는 후면 방향으로 위치하고 있어 화합물 반도체층(11)의 후면 전체에 통 전극으로 형성될 수가 있다.
이와 같은 제1 전극(13)과 제2 전극(15)은 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 및 게르마늄(Ge) 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질을 포함해 형성될 수 있다.
한편, 화합물 반도체층(11)의 두께는 약 3∼5(um)이고, 전극(13, 15)의 두께는 각각 5(um)∼10(um)일 수가 있다. 따라서 화합물 반도체층(11)과 전극(13, 15)까지 합친 태양전지의 두께는 약 20 (um) 내외의 매우 얇은 두께를 갖는다. 때문에, 화합물 태양전지를 지지하기 위해 100∼200(um) 내외의 두께를 갖는 캐리어 필름(17)이 제2 전극(15)의 후면 전체에 형성될 수가 있다. 캐리어 필름(17)의 두께는 캐리어 필름(17)을 제조하는 방법, 전극의 두께 또는 전극 형성 물질 등을 변수로 조정될 수가 있다.
캐리어 필름(17)은 절연성 기재로, PET(polyethyleneterephthalate), PI(polyimide), PE(polyethylene)와 같은 고절연성 필름으로 만들어질 수 있다.
캐리어 필름(17)은 제2 전극(15)과 전면적으로 접합되는데, 라미네이션과 같은 방법에 의해 제2 전극(15) 상에 전면적으로 접합될 수가 있다.
또한, 캐리어 필름(17)은 제2 전극(15)의 일부를 노출시키는 비아 패턴(23)을 더 포함해 구성될 수가 있다. 캐리어 필름(17)이 비아 패턴(23)을 포함해 구성됨으로써 이웃한 화합물 태양전지를 중첩 영역에서 겹쳐 연결할 때 이웃한 두 태양전지를 손쉽게 연결할 수가 있다.
본 발명의 바람직한 한 형태에서, 비아 패턴(23) 상에는 겹쳐진 두 태양전지를 전기적으로 연결하는 도전성 접합 물질(19)이 제공되며, 이 도전성 접합 물질이 비아 패턴(23) 밖으로 흘러 넘치는 것을 방지하며 물리적 접합력을 제공하는 범퍼(미도시)가 비아 패턴(23)과 같이 인터페이스를 제공하도록 구성된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조로, 비아 패턴(23)의 일 예들을 설명한다. 도 4 및 도 5는 비아 패턴(23)을 일 예들을 도시한 것이다.
일 실시예에서 비아 패턴(23)은 캐리어 필름(17)에 의해 가려진 제2 전극(15)을 노출하기 위한 구성으로, 두 화합물 태양전지(C1, C2)가 중첩 영역(11a)에서 포개어 접합될 때, 제1 화합물 태양전지(C1)의 제2 전극(15)이 제2 화합물 태양전지(C2)의 제1 전극(13)에 노출되도록 한다.
바람직한 한 형태에서, 본 발명의 화합물 태양전지 모듈은 제1 화합물 태양전지(C1)의 장변 일부와 제2 화합물 태양전지(C2)의 장변 일부가 포개어져 중첩 영역을 형성하고 접합되므로, 이 점을 고려해 화합물 태양전지의 장변에 이웃하게 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 화합물 태양전지(10)는 장변(Ls)이 5(cm) 내외, 단변(Ss)이 2.5(cm) 내외의 대략 직사각형 형상을 갖는다.
이에 비아 패턴(23)은 장변에 바로 이웃하게 위치해 장변을 따라 길게 직사각형 형상을 갖도록 형성될 수가 있다. 비아 패턴(23)의 폭(D1)은 바람직하게 중첩영역(11a)의 폭과 같거나 작은 것이 바람직하다. 이에 따라 두 화합물 태양전지가 겹쳐 배열될 때 비아 패턴(23)이 중첩 영역(11a)에 한정되게 위치할 수가 있다.
비아 패턴(23)이 이처럼 중첩 영역(11a)으로만 위치하게 되면, 비아 패턴(23)에 제공되는 도전성 접합 물질이 중첩 영역(11a) 밖으로 흘러 나와 겹쳐 배열된 화합물 태양전지가 숏트되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
한편, 캐리어 필름(17)은 비아 패턴(23)을 구획하며, 화합물 태양전지를 지지하는 서포터(supporter)(17a)를 포함해 구성될 수 있다. 상술한 바처럼 화합물 태양전지는 매우 얇은 두께를 갖고 있기 때문에, 화합물 태양전지를 핸들링(handling)하기 위해서는 캐리어 필름(17)이 필요하다. 그런데, 만약 서포터없이 비아 패턴(23)이 화합물 태양전지(10)의 장변(Ls)을 따라 전체에 형성되면, 화합물 태양전지(10) 중 비아 패턴(23)에 의해 노출된 부분은 캐리어 필름(17)에 의해 지지되지 못해 핸들링하기가 어려울 수 있다.
바람직한 한 형태에서, 서포터(17a)는 화합물 태양전지(10)의 단변(Ss)에 이웃하게 각각 형성되어, 그 사이로 장변(Ls)따라 길게 비아 패턴(23)이 만들어지도록 형성될 수 있다.
또는, 화합물 태양전지(10)에 대한 지지력을 더 높이기 위해 서포터(17a)는 단변에 배치된 한 쌍의 제1 서포터(17a)와 이 제1 서포터(17a1) 사이에 배치된 적어도 1개 이상의 제2 서포터(17a2)를 포함할 수 있고, 이 경우에 비아 패턴(23)은 장변(Ls)을 따라 복수 개로 형성될 수 있다.
이하, 비아 패턴(23)에 제공되는 도전성 접합 물질(19)과 이 도전성 접합 물질의 퍼짐을 방지하는 범퍼(21)의 배치 관계에 대해 설명한다. 본 발명의 바람직한 한 실시예에서, 범퍼는 비도전성 접착제가 열경화해 형성된 것일 수 있다.
도 6은 중첩 영역을 중심으로 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지의 평면 배치 모습을 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 C-C'선에 따른 단면 모습을 도시한 것이다.
이 도면들을 참조하면, 비아 패턴(23)이 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)가 겹쳐 있는 중첩 영역(11a)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 길게 형성된다.
바람직한 한 형태에서, 범퍼(21)는 제1 태양전지(C1)의 모서리(C1e)를 따라 비아 패턴(23)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 길게 형성된 제1 범퍼(21a)와 제1 범퍼(21a)로부터 떨어져 배치되며 제2 태양전지(C2)의 모서리(C2e)를 따라 제1 범퍼(21a)와 나란하게 배치된 제2 범퍼(21b)를 포함해 구성될 수 있다.
여기서, 제1 범퍼(21a)와 제2 범퍼(21b)는 모두 비아 패턴(23) 안쪽으로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 범퍼(21a)와 제2 범퍼(21b)가 모두 비아 패턴(23) 안쪽으로 위치하면, 도전성 접합 물질(19)이 비아 패턴(23)에 도포될 때 댐(dam)으로 작용해 도전성 접합 물질(19)이 비아 패턴(23) 밖으로 흘러 넘쳐 태양전지가 숏트되는 것을 방지할 수가 있다.
도 8은 중첩 영역(11a)으로 도전성 접합 물질(19)만 제공된 경우에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)가 오버랩된 중첩 영역(11a)에 제공된 도전성 접합 물질(19)은 액상이기 때문에 도시된 화살표 방향을 따라 흘러 넘칠 수가 있다.
이 경우에, 도전성 접합 물질(19)이 제1 화살표 방향(A1)을 따라, 즉 제1 화합물 태양전지(C1)의 모서리를 타고 흘러 넘치면서 제1 화합물 태양전지(C1)의 제2 전극(15)과 제1 전극(13)이 흘러 넘친 도전성 접합 물질에 의해 숏트(short)되거나, 또는 제2 화살표 방향(A2)을 따라 제2 화합물 태양전지(C2)의 제2 전극(15)과 제1 전극(13)이 흘러 넘친 도전성 접합 물질에 의해 숏트(short)되는 문제가 발생한다.
이와 비교해서, 본원 발명의 실시예에서는 제1 범퍼(21a)와 제2 범퍼(21b)가 각각 제1 화합물 태양전지(C1)의 모서리(C1e), 그리고 제2 화합물 태양전지(C2)의 모서리(C2e)를 따라 형성되어 있기 때문에, 도전성 접합 물질(19)이 비아 패턴 밖으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수가 있다.
또한, 본원 발명의 한 실시예에서 범퍼(21)는 도전성 접합 물질(19)보다 접합력이 더 좋은 비도전성 접착제에 의해 형성되므로, 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2) 사이를 물리적으로 매우 견고하게 접합시킬 수 있다.
도 9는 도전성 접합 물질과 범퍼를 일부 확대해서 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 바람직한 한 형태에서, 중첩 영역(11a)의 너비(P1)는 약 2∼3(mm)이다. 2mm보다 작으면 중첩 영역이 너무 작아 이웃한 두 태양전지를 물리적으로 안정된 상태로 접합시키기가 어렵고, 3(mm)보다 커지면 중첩 영역(11a)이 너무 커져 태양전지의 발전량이 줄어든다.
그리고, 범퍼(21)의 선폭(t1)은 300(um)∼1(mm), 도전성 접합 물질(19)의 선폭(t2)은 범퍼보다는 큰 1(mm) 전후로 형성될 수가 있다. 이때, 바람직하게 범퍼(21)와 도전성 접합 물질 사이, 그리고 도전성 접합 물질 사이로는 범퍼나 도전성 접합 물질이 형성되지 않은 버퍼 영역(BA)이 형성될 수 있다.
이 버퍼 영역(BA)은 범퍼(21)를 형성하는 비도전성 접착제 및 도전성 접합 물질이 열 변형에 따라 유발될 수 있는 응력을 흡수해 비도전성 접착제 및 도전성 접합 물질이 열변형하는 과정에서 중첩 영역(11a) 밖으로 흘러 넘치는 것을 방지한다.
또한, 바람직한 한 형태에서 도전성 접합 물질 사이의 간격(t3)보다는 범퍼(21)와 도전성 접합 물질(19) 사이의 간격(t4)이 좁은 것이 바람직하다.
이유는, 액상의 도전성 접합 물질(19)이 제1 방향(도면의 x축 방향)보다는 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 쉽게 움직일 수 있도록 하기 위함인데, 열경화되기 전까지는 범퍼(21) 역시 액상의 비도전성 접착제이므로, 제1 방향으로 도전성 접합 물질(19)이 쉽게 움직이는 경우에 도전성 접합 물질(19)이 제1 방향으로 쉽게 흐를 수 있고 그럼, 비도전성 접착제와 도전성 접합 물질(19)이 하나로 뭉쳐지며 볼륨을 키우게 되고, 결과적으로 중첩 영역(11a) 밖으로 흘러 넘칠 수가 있다.
이 같은 점을 고려해, 도전성 접합 물질(19)이 제1 방향보다는 제2 방향으로 쉽게 움직일 수 있도록 도전성 접합 물질(19) 사이의 간격(t3)을 도전성 접합 물질(19)과 범퍼 사이의 간격(t4)보다 크게 하는 것이 바람직하다.
한편 이상의 설명에서는 범퍼(21)가 도전성 접합 물질(19)을 샌드위치시킬 수 있도록 제1 및 제2 범퍼(21a, 21b)를 포함하도록 구성된 것을 설명하였으나. 범퍼(21)와 도전성 접합 물질(19)의 배치는 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 10 내지 도 13은 범퍼(21)와 도전성 접합 물질(19)의 다양한 실시예들을 보여준다.
이 도면들을 참조하면, 범퍼(21)는 제1 태양전지(C1)의 모서리(C1e)를 따라 비아 패턴(23)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 길게 형성되거나(도 10), 제2 태양전지(C2)의 모서리(C2e)를 따라 비아 패턴(23)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 길게 형성될 수 있다(도 11).
즉, 범퍼(21)는 도전성 접합 물질(19)의 좌, 우에 배치되는 것이 아니고, 좌, 우 중 어느 한 편으로만 형성될 수 있다.
또는 범퍼(21)는 도전성 접합 물질(19)과 동일하게 닷트(dot) 형상을 가질 수 있도록 형성되거나, 또는 도전성 접합 물질(19)이 범퍼(21)와 같이 라인(line) 형상을 갖도록 형성되는 것도 가능하다.
또는, 범퍼(21)는 도전성 접합 물질(19)을 감싸도록 형성될 수도 있다. 도 14에서는 닷트 형상을 갖도록 배열된 도전성 접합 물질(19) 전체가 범퍼(21)에 의해 둘러 싸여지도록 형성된 모습을 예시한다.
그리고, 도 15에서는 닷트 형상을 갖도록 배열된 도전성 접합 물질(19)이 각각 범퍼(21)에 의해 둘러 싸여지도록 형성된 모습을 예시하고 있다.
도 14를 참조하면, 도전성 접합 물질(19)은 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 닷트 형상을 갖도록 배열되며, 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 범퍼(21)가 도전성 접합 물질(19)을 샌드위치하도록 배치된다. 바람직한 한 형태에서 범퍼(21)는 도전성 접합 물질(19)의 오른편에 배치된 제1 범퍼(21a)와 왼편에 배치된 제2 범퍼(21b)를 포함한다.
또한, 제1 범퍼(21a)와 제2 범퍼(21b)의 끝은 각각 제3 범퍼(21c)에 의해 연결되어, 범퍼(21)는 전체적으로 속이 빈 직사각형 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이에 의하면, 도전성 접합 물질(19)이 범퍼(21)에 의해 사방이 막힌 상태로 배치가 되므로, 액상의 도전성 접합 물질(19)이 비아 패턴(23) 밖으로 흘러 넘치는 것을 효과적으로 차단할 수가 있다.
한편, 범퍼(21)는 적어도 하나 이상의 조절구(211)를 포함해 더 형성될 수가 있다. 여기서, 조절구(211)는 범퍼(21)가 부분적으로 형성되지 않은 오픈된 곳이다. 도전성 접합 물질(19)과 비도전성 접착제로 형성되는 범퍼(21)는 열 변형 과정을 거쳐 경화가 되는데, 이 과정에서 가스, 압력 등이 발생하게 되면서 비아 패턴(23) 안쪽으로 급격한 기압 변화가 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 변화된 압력을 효과적으로 맞추기 위해 범퍼(21)는 적어도 하나 이상의 조절구(211)를 포함해 구성이 될 수 있다.
만약, 범퍼(21)에 조절구(211)가 없다면, 열변형 과정에서 발생된 압력 변화는 비도전성 접착제나 도전성 접합 물질의 형태 변형을 유발하게 되고, 결과적으로 비아 패턴(23) 밖으로 도전성 접합 물질이나 비도전성 접착제가 흘러 넘치도록 해 주변을 오염시킬 수 있다.
한편, 도 16은 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지가 겹쳐 배열된 평면 모습을 보여준다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 바람직한 한 형태에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈에서 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)는 중첩 영역에 제공된 접착제에 의해 접합될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)는 중첩 영역(11a)에 위치하는 비아 패턴(23)에 제공된 도전성 접합 물질과, 범퍼(21)를 형성하는 비도전성 접착제에 의해 접합이 된다.
그런데, 도시된 바처럼 비아 패턴(23)은 캐리어 필름(17)에 마련된 서포터(17a)로 인해서 중첩 영역(11a)의 양쪽 가장 자리에 까지 형성되지 못하고, 따라서, 중첩 영역(11a)의 가장자리로는 접착제가 제공되지 못하기 때문에 가장 자리 부분이 제대로 접합되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 점을 고려해 제1 화합물 태양전지(C1)의 서포터(17a) 위쪽과 제2 화합물 태양전지(C2)의 일부 위 부분에 접착제를 제공해서 상술한 바와 같은 문제점을 해결한다.
여기서, 바람직한 한 형태에서 접착제(41)는 열경화하는 접착제이기보다는 UV에 의해 경화되는 투명한 UV 접착제인 것이 바람직하다.
이하, 도 17 내지 도 21을 참조로, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명하며, 도 18 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 다른 제조 방법을 설명하는 모식도이다.
본 발명의 바람직한 한 실시예에 따른 제조 방법은, 복수의 화합물 태양전지들에 각각 비아 패턴이 형성된 캐리어 필름을 부착하는 단계(S10), 복수의 화합물 태양전지들 중 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2) 중 제2 화합물 태양전지(C2)의 중첩 영역(11a)에 비도전성 접착제(UCA)와 도전성 접합 물질(CA)을 제공하는 단계(S20), 중첩 영역(11a)에서 제1 화합물 태양전지(C1)에 형성된 캐리어 필름(17)의 비아 패턴(21) 안으로 상기 도전성 접합 물질(CA)과 상기 비도전성 접착제(UCA)가 위치하게 상기 제2 화합물 태양전지(C2) 위로 상기 제1 화합물 태양전지(C1)를 레이업하는 단계(S30), 상기 비도전성 접착제(UCA)와 상기 도전성 접합 물질(CA)을 열처리하는 단계(S40)를 포함하고, 선택적으로 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)가 접합된 부분에 UV 접착제를 제공하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
먼저, S10 단계에서, 비아 패턴(23)이 형성된 캐리어 필름(17)이 화합물 태양전지에 부착된다.
S10 단계에 대해, 도 18을 참조로 자세히 설명한다. 프로그램된 절차데 맞춰 자동화로 진행되는 설비에서, 롤(R)에 감겨진 캐리어 필름(17)은 텐션 롤(TR)에 의해 텐션이 유지된 채 라미네이터(RA)로 공급이 되고, 복수의 화합물 태양전지(10)는 각각 이송 수단에 의해 라미네이터(RA)로 공급이 된다.
여기서, 캐리어 필름(17)은 복수의 화합물 태양전지(10)에 라미네이팅되어 부착될 수 있는데, 보다 정확히는 화합물 태양전지(10)의 후면에 전면적으로 형성된 제2 전극 위로 라미네이팅된다. 이때, 화합물 태양전지(10) 각각에 부착되는 캐리어 필름(17) 각각은 비아 패턴을 포함하고 있다.
다음으로, S20 단계에서, 비도전성 접착제(UCA)와 도전성 접합 물질(CA)이 화합물 태양전지(10)에 공급된다. 이에 대해서는 도 19를 참조로 자세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 한 형태에서, 비도전성 접착제(UCA)와 도전성 접합 물질(CA)은 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2) 중 제2 화합물 태양전지(C2)에 공급될 수가 있다. 여기서, 제2 화합물 태양전지(C2)는 중첩 영역(11a)에서 제1 화합물 태양전지(C1) 아래에 위치한다.
만약 비도전성 접착제(UCA)와 도전성 접합 물질(CA)이 제1 화합물 태양전지(C1)에 공급하기 위해서는 화합물 태양전지(10)의 후면이 전면을 향하도록 뒤집은 채 공정을 진행해야 하는 불편함이 있다.
상술한 바처럼 화합물 태양전지(10)의 전면으로 형성되는 제1 전극(13)은 장변을 따라 길게 형성된 버스 전극(13a)과 핑거 전극(13b)을 포함하며, 버스 전극(13a)은 중첩 영역(11a)에 배치가 된다.
댐부로 형성되는 비도전성 접착졔(UCA)는 버스 전극(13a)의 길이 방향(도면의 y축 방향)으로 길게 도포가 되며, 보다 정확히는 버스 전극(13a)에 일부 중첩되거나 또는 바로 이웃한 채 버스 전극(13a)과 나란하게 도포가 된다.
바람직한 한 형태에서, 비도전성 접착제(UCA)는 버스 전극(13a)을 사이에 두고 나란하게 쌍으로 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 비도전성 접착제(UCA)가 이와 같이 도포가 되면 도전성 접합 물질(CA)이 도포될 때 가이드 역할을 하기 때문에 버스 전극(13a) 바로 위로 도전성 접합 물질(CA)이 정확히 도포될 수 있도록 한다.
이 같은 비도전성 접착제(UCA)가 이와 같이 도포가 되면 도전성 접합 물질(CA)의 도포는 자동화된 디스펜싱 설비를 통해 실시될 수 있고, 바람직하게, 비도전성 접착제(UCA)를 도포한 후에 도전성 접합 물질(CA)이 도포될 수 있다.
또한, 보다 바람직하게 비도전성 접착제(UCA)의 점성은 액상으로 존재하는 동안 도전성 접합 물질(CA)의 퍼짐을 비도전성 접착제(UCA)기 방지할 수 있도록 하기 위해 도전성 접합 물질(CA)의 점성보다 작은 것이 바람직하다.
다음으로, S30 단계에서, 도 20에서 예시하는 바와 같이 제1 화합물 태양전지(C1)의 비아 패턴(23) 안으로, 도전성 접합 물질(CA)과 비도전성 접착제(UCA)가 위치하도록 제1 화합물 태양전지(C1)를 제2 화합물 태양전지(C2) 위로 레이업한다.
다음으로, S40 단계에서, 도전성 접합 물질(CA)과 비도전성 접착제(UCA)를 열경화시킨다. 이 단계(S40)에 대해 도 21을 참조로 자세히 설명한다.
도 21에서, 도전성 접합 물질(CA)과 비도전성 접착제(UCA)의 열 경화는 히팅 블록(HT)을 이용해 실시될 수 있다. 히팅 블록(HT)은 그 내부에 히팅 코일(HC)을 포함해 구성된다. 히팅 코일(HC)은 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 장치로, 코일로 입력된 전기는 히팅 코일의 높은 저항값으로 인해 열에너지로 변환이 된다. 이 같은 히팅 블록(HT)은 히팅 코일(HC)을 이용해 열을 만들어 내기 때문에 국부적 가열을 가능하게 한다. 또한 열풍기와 다르게 바람을 일으키지 않기 때문에, 매우 얇은 두께로 형성된 화합물 태양전지를 쉽게 고정할 수가 있다.
작업 선반대 위에 놓여진 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2) 위로 히팅 블록(HT)이 위치한다. 이때, 히팅 블록(HT)은 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2)의 중첩 영역(11a)에만 대응하도록 위치해 중첩 영역(11a)만을 가열하도록 배치가 된다. 중첩 영역(11a)은 히팅 블록(HT)에 의해 100℃∼200℃ 온도로 가열이 되며, 공정 시간은 바람직하게 1분 이하이다.
가열 온도가 200℃ 이상이 되면, 캐리어 필름(17)이 열변형을 일으킬 수 있고, 100℃보다 작으면 도전성 접합 물질(CA)와 비도전성 접착제(UCA)가 상 변화를 일으키지 않을 수 있다.
보다 바람직하게, 가열하는 동안 중첩 영역(11a)은 히팅 블록(HT)에서 제공되거나, 또는 별도의 수단에서 공급된 핀(HP)에 의해 포인트(point) 지지될 수가 있다. 바람직한 형태에서, 핀(HP)은 액상의 도전성 접합 물질(CA)과 비도전성 접착제(UCA)가 핀의 압력에 의해 퍼지지 않도록 도전성 접합 물질(CA) 또는/및 비도전성 접착제(UCA) 사이로 위치한다.
본 발명의 바람직한 제조 방법은 선택적으로 S50 단계를 더 포함할 수 있다. 이 S50 단계는 도 16을 통해 설명된 바처럼 제1 화합물 태양전지(C1)와 제2 화합물 태양전지(C2) 위로 UV 접착제를 도포하고 경화하는 과정이다.
바람직한 한 형태에서, 이 단계는 UV램프가 설치된 디스펜싱 시스템을 통해 이뤄져, UV 접착제의 도포와 경화 과정이 같이 진행된다. 이에 따르면, 액상의 UV 접착제(41)가 제1 또는 제2 화합물 태양전지(C1, C2) 위로 도포되면 표면 장력으로 인해 퍼질 수가 있는데, 도포 및 경화가 동시에 진행되므로 화합물 태양전지가 UV 접착제(41)에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 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.
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- 화합물 반도체층의 전면과 후면으로 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극을 가지며, 중첩 영역에서 부분적으로 중첩된 복수의 화합물 태양전지들을 제조하는 방법에 관한 것으로,
상기 복수의 화합물 태양전지들의 제2 전극에 각각 비아 패턴이 형성된 캐리어 필름을 부착하는 단계;
상기 복수의 화합물 태양전지들 중 상기 중첩 영역에서 겹쳐 배열된 제1 화합물 태양전지와 제2 화합물 태양전지 중 상기 제2 화합물 태양전지의 중첩 영역에 비도전성 접착제와 도전성 접합 물질을 제공하는 단계;
상기 중첩 영역에서 제1 화합물 태양전지에 형성된 캐리어 필름의 비아 패턴 안으로 상기 도전성 접합 물질과 상기 비도전성 접착제가 위치하게 상기 제2 화합물 태양전지 위로 상기 제1 화합물 태양전지를 위치시키는 단계; 그리고,
상기 비도전성 접착제와 상기 도전성 접합 물질을 경화하는 단계;
를 포함하는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 경화하는 단계는,
상기 제1 화합물 태양전지의 중첩 영역 위로 히팅 블록(heating block)을 위치시키고, 상기 중첩 영역을 100℃∼200℃ 온도에서 1분 이하로 가열해 이뤄지는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 경화하는 단계에서, 상기 제1 화합물 태양전지의 중첩 영역은 상기 히팅 블록에서 제공된 핀에 의해 고정되는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 비도전성 접착제와 상기 도전성 접합 물질을 제공하는 단계에서, 상기 비도전성 접착제를 제공한 후에 상기 도전성 접합 물질을 제공하는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 도전성 접합 물질은 도전성 접착제 또는 솔더 중 어느 하나인 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
비도전성 접착제는 상기 도전성 접합 물질을 사이에 두고 상기 비아 패턴의 양측 단부로 길이 방향을 따라 2줄로 공급되는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 도전성 접합 물질은 상기 비도전성 접착제 사이에 버퍼 영역이 존재하도록 상기 비도전성 접착제로부터 떨어지게 공급되는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 비도전성 접착제의 점성이 상기 도전성 접합 물질의 점성보다 낮은 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법.
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