KR102191907B1 - 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 본체; 상기 태양 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉층; 및 상기 태양 전지 본체와 상기 밀봉층 사이에 위치하며, 상기 밀봉층보다 우수한 방수 특성 및 상기 밀봉층보다 우수한 절연 특성 중 적어도 하나를 가지는 물질을 포함하는 코팅층을 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 밀봉 구조를 개선한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 모듈 형태로 제조된다. 이렇게 제조된 태양 전지 모듈은 다양한 환경에서 발전을 하여야 하므로 다양한 환경에서 오랜 시간 동안 발전을 할 수 있도록 높은 장기 신뢰성을 가져야 한다.
그런데 고온다습한 환경에서 태양 전지 모듈의 발전 효율이 감소하는 현상(potential induced degradation, PID)(이하, "PID 현상")이 많이 발생하고 있다. 여기서, PID 현상이란 고온다습한 환경에서 유리 내에 포함된 이온 등이 태양 전지 모듈로 이동하여 태양 전지 모듈이 손상되는 것에 의하여 태양 전지 모듈의 출력이 저하되는 현상을 말한다. 이에 따라 PID 현상을 개선하여 태양 전지 모듈의 장기 신뢰성을 향상하는 것이 요구된다.
본 발명은 우수한 장기 신뢰성을 가지는 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 본체; 상기 태양 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉층; 및 상기 태양 전지 본체와 상기 밀봉층 사이에 위치하며, 상기 밀봉층보다 우수한 방수 특성 및 상기 밀봉층보다 우수한 절연 특성 중 적어도 하나를 가지는 물질을 포함하는 코팅층을 포함한다.
상기 코팅층이 우레탄 계열 물질 또는 실리콘 계열 물질을 포함할 수 있다.
상기 코팅층이 우레탄 변성 아크릴 수지를 포함할 수 있다.
상기 코팅층이 상기 태양 전지 본체의 적어도 전면 및 후면에 형성될 수 있다.
상기 코팅층이 상기 태양 전지 본체의 일면, 타면 및 측면에 전체적으로 형성될 수 있다.
상기 코팅층은, 상기 태양 전지 본체의 일면 및 측면에 위치하는 제1 코팅층과, 상기 태양 전지 본체의 타면 및 상기 제1 코팅층 위에서 상기 태양 전지 본체의 측면 위에 위치하는 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 태양 전지 본체는 리본에 의하여 연결되는 복수 개의 태양 전지를 포함하고, 상기 코팅층은 상기 리본 및 상기 복수 개의 태양 전지와, 상기 밀봉층에 접촉하여 형성될 수 있다.
상기 코팅층은 상기 복수 개의 태양 전지 사이에서 상기 리본의 외면을 감싸면서 형성되고, 상기 복수 개의 태양 전지 사이에서 상기 리본이 복수 개 구비되며, 상기 복수 개의 리본 상에 형성된 상기 코팅층이 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 태양 전지 본체는 리본에 의하여 연결되는 복수 개의 태양 전지를 포함하고, 상기 코팅층의 두께는 상기 태양 전지의 전면 또는 후면에서보다 상기 리본과 평행한 상기 태양 전지의 측면에서 더 두꺼울 수 있다.
상기 코팅층은 상기 밀봉층보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
상기 코팅층 : 상기 밀봉층의 두께 비율이 1:5 내지 1:20일 수 있다.
상기 코팅층의 두께가 5um 내지 50um일 수 있다.
상기 밀봉층의 두께가 400um 내지 500um일 수 있다.
상기 밀봉층이 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 본체에 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅층을 형성한 태양 전지 본체를 둘러싸도록 밀봉층을 접합하는 단계를 포함한다.
상기 코팅층이 스프레이 코팅에 의하여 형성될 수 있다.
상기 코팅층은 우레탄 계열 물질 또는 실리콘 계열 물질과, 용매, 분사제를 포함하는 코팅 물질을 스프레이 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 태양 전지의 일면 및 측면에 스프레이 코팅에 의하여 제1 코팅층을 형성하고, 상기 태양 전지를 뒤집어서 상기 태양 전지의 타면 및 측면에 스프레이 코팅에 의하여 제2 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 밀봉층이 라미네이션 공정에 의하여 상기 코팅층이 형성된 상기 태양 전지 본체에 접합될 수 있다.
상기 코팅층이 우레탄 변성 아크릴 수지를 포함하고, 상기 밀봉층이 에틸렌 비닐 아세테이트를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 태양 전지 본체와 밀봉층 사이에 우수한 방수 특성 및/또는 절연 특성을 가지는 코팅층을 위치시켜 태양 전지 본체로 수분, 이온, 밀봉층의 구성 물질 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 모듈의 장기 신뢰성을 향상할 수 있다. 그리고 코팅층의 물질, 두께 등에 의하여 생산성을 좀더 향상할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 코팅층을 스프레이 코팅으로 형성하여 공정 시간 및 비용을 최소화하면서도 코팅층을 전체적으로 얇은 두께로 형성할 수 있다. 이에 의하여 코팅층에 의하여 우수한 특성을 가지는 태양 전지 모듈을 우수한 생산성으로 제조할 수 있다. 그리고 태양 전지 본체, 밀봉층, 전면 기판 및 후면 기판은 라미네이션 공정에 의하여 서로 접합하여 공정을 단순화하면서도 안정적으로 고정된 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 4는 도 1에서 리본을 지나는 IV-IV 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 5는 도 1에서 리본을 지나지 않는 V-V 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 6은 도 1의 VI-VI 선을 따라서 본 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 4는 도 1에서 리본을 지나는 IV-IV 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 5는 도 1에서 리본을 지나지 않는 V-V 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 6은 도 1의 VI-VI 선을 따라서 본 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 적어도 하나의 태양 전지(150)를 포함하는 태양 전지 본체(160)와, 태양 전지 본체(160)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉층(130)과, 태양 전지 본체(160)와 밀봉층(130) 사이에 위치하며 밀봉층(130)보다 우수한 방수 특성 및/또는 절연 특성을 가지는 코팅층(120)을 포함한다. 그리고 태양 전지 모듈(100)은, 태양 전지(150) 및 밀봉층(130)의 전면에 위치하는 전면 기판(110)와, 태양 전지(150) 및 밀봉층(130)의 후면에 위치하는 후면 기판(200)을 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 반도체 기판(일례로, 실리콘 웨이퍼)과 도전형 영역을 포함하는 광전 변환부가 적용될 수 있다. 이러한 구조의 태양 전지(150)를 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한 다음, 다시 도 1을 참조하여 태양 전지 모듈(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 도 3에서는 반도체 기판(152)과 제1 및 제2 전극(42, 44)을 위주로 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 베이스 영역(10)을 포함하는 반도체 기판(152)과, 도전형 영역(20, 30)과, 베이스 영역(10) 및/또는 도전형 영역(20, 30)에 각기 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 이하에서는 제1 도전형 영역을 에미터 영역(20)으로 칭하고, 제2 도전형 영역을 후면 전계 영역(30)으로 칭한다. 제1 및 제2 도전형 영역의 용어는 단순히 구별을 위하여 사용한 것에 불과하고 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 전극(42)은 에미터 영역(20)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(44)은 베이스 영역(10) 또는 후면 전계 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 그리고 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등이 더 형성될 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(152)은, 도전형 영역(20, 30)이 형성되는 영역과 도전형 영역(20, 30)이 형성되지 않는 부분인 베이스 영역(10)을 포함한다. 베이스 영역(10)은, 일례로 제1 도전형 불순물을 포함하는 실리콘으로 구성될 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼) 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제1 도전형 불순물은 p형 또는 n형일 수 있다.
베이스 영역(10)이 p형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)은 상술한 물질 외의 다양한 물질을 사용할 수 있다.
이때, 베이스 영역(10)은 제1 도전형 불순물로 n형의 불순물을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(10)과 pn 접합을 이루는 에미터 영역(20)이 p형을 가지게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(152)의 제2 면(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(152)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(152)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 다만, 이와 같이 n형의 베이스 영역(10)을 가지는 태양 전지(150)에서 PID 현상이 좀더 쉽게 발생될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지고 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(152)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(152)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(152)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(10)과 에미터 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(152)의 전면 및 후면에 텍스쳐링에 의한 요철이 형성되지 않는 것도 가능하다.
반도체 기판(152)의 전면 쪽에는 베이스 영역(10)과 반대되는 제2 도전형을 가지는 에미터 영역(20)이 형성될 수 있다. 에미터 영역(20)이 n형일 때에는 인, 비소, 비스무스, 안티몬 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있고, p형일 때에는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도면에서는 에미터 영역(20)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 에미터 영역(20)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 에미터 영역(20) 중에서 제1 전극(42)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도 및 높은 저항을 가질 수 있다. 에미터 영역(20)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
그리고 본 실시예에서는 반도체 기판(152)의 전면 쪽에 제2 도전형 불순물을 도핑하여 형성된 도핑 영역이 에미터 영역(20)을 구성한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에미터 영역(20)이 반도체 기판(152)의 전면 위에 별도의 층으로 구성되는 비정질, 미세 결정 또는 다결정 반도체층 등으로 구성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
반도체 기판(152) 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(152)에 형성된 에미터 영역(20) 위에 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 차례로 형성되고, 제1 전극(42)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여(즉, 개구부(104)를 통하여) 에미터 영역(20)에 접촉하여 형성된다.
패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 제1 전극(42)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(152)의 전면 전체에 형성될 수 있다.
패시베이션막(22)은 에미터 영역(20)에 접촉하여 형성되어 에미터 영역(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(152)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(152)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(10)과 에미터 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
패시베이션막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이셔막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(22)은, 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 에미터 영역(20)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
방사 방지막(24)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 중 어느 하나가 반사 방지 역할 및 패시베이션 역할을 함께 수행하여 다른 하나가 구비되지 않는 것도 가능하다. 또는, 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(152) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(42)은 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 형성된 개구부(104)를 통하여(즉, 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여) 에미터 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(42)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제1 전극(42)의 형상에 대해서는 도 3을 참조하여 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(152)의 후면 쪽에는 베이스 영역(10)과 동일한 제1 도전형을 가지되, 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도로 제1 도전형 불순물을 포함하는 후면 전계 영역(30)이 형성된다. 후면 전계 영역(30)은 반도체 기판(152)의 후면 쪽에 제2 도전형 불순물을 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 전계 영역(30)이 반도체 기판(152)의 후면 위에 별도의 형성된 비정질, 미세 결정, 또는 다결정 반도체층으로 구성되는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 후면 전계 영역(30)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 후면 전계 영역(30)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 후면 전계 영역(30) 중에서 제2 전극(44)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도 및 높은 저항을 가질 수 있다. 또 다른 실시예로, 후면 전계 영역(30)이 국부적 구조(local structure)를 가질 수 있다. 국부적 구조에서는 후면 전계 영역(30)이 제2 전극(44)이 형성된 부분에 대응하여 국부적으로 형성될 수 있다.
반도체 기판(152)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(152)에 형성된 후면 전계 영역(30) 위에 패시베이션막(32)이 차례로 형성되고, 제2 전극(44)이 패시베이션막(32)을 관통하여(즉, 개구부(102)를 통하여) 후면 전계 영역(30)에 연결된다.
패시베이션막(32)은 제2 전극(44)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(152)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
패시베이션막(32)은 후면 전계 영역(30)에 접촉하여 형성되어 후면 전계 영역(30)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다.
패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(32)은, 후면 전계 영역(30)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 또는, 패시베이션막(32) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(152)의 후면 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제2 전극(44)은 패시베이션막(32)에 형성된 개구부(102)를 통하여 후면 전계 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(44)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 반도체 기판(152)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 핑거 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a, 44a)을 연결하는 버스바 전극(42b, 44b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(42b, 44b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a, 44a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a, 44a)의 폭보다 버스바 전극(42b, 44b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일하거나 작은 폭을 가질 수 있다.
단면 상으로 볼 때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)은 모두 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(102)가 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)은 모두 패시베이션막(32)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(104)가 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(42b)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 위에 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a)이 패시베이션막(32)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(44b)은 패시베이션막(32) 위에 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 태양 전지(150)의 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(150)가 반도체 기판(152)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(150)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(150)의 효율 향상에 기여할 수 있다.
도면에서는 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 서로 동일한 형상을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)의 핑거 전극 및 버스바 전극의 폭, 피치 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)의 폭, 피치 등과 서로 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 설명에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 태양 전지(150)의 일 예를 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 구조, 방식 등은 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 태양 전지(150)는 화합물 반도체를 이용하거나, 염료 감응 물질을 이용하는 등의 다양한 구조를 가지는 광전 변환부가 적용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 실시예에서는 태양 전지(150)가 복수 개 구비되며, 복수 개의 태양 전지(150)가 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 전면에 형성된 제1 전극(도 2 및 도 3의 참조부호 42)과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 후면에 형성된 제2 전극(도 2 및 도 3의 참조부호 44)을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다. 플럭스는 솔더링을 방해하는 산화막을 제거하기 위한 것으로, 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
또는, 태양 전지(150)와 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도를 저하시킬 수 있어 태양 전지(150)의 휘어짐을 방지할 수 있다.
또한, 버스 리본(145)은 리본(142)에 의하여 연결된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)(즉, 태양 전지 스트링)의 리본(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 태양 전지(150) 사이의 연결 구조, 태양 전지(150)와 외부의 연결 구조 등은 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)이 복수 개의 태양 전지(150)를 구비하지 않고 하나의 태양 전지(150)로 구성되는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이 복수 개의 태양 전지(150)와 이를 연결하는 리본(142) 및 버스 리본(145)을 태양 전지 본체(160)라 할 수 있다. 본 실시예에서는 태양 전지 본체(160)에 접촉하면서 태양 전지 본체(160)에 전체적으로 코팅층(120)이 형성된다. 좀더 구체적으로, 코팅층(120)은 태양 전지 본체(160)와 밀봉층(130) 사이에 위치하면서 태양 전지 본체(160) 및 밀봉층(130)에 각기 접촉하도록 위치할 수 있다.
이와 같은 코팅층(120)은 밀봉층(130)보다 우수한 방수 특성 및 절연 특성 중 적어도 하나를 가질 수 있다.
여기서, 방수 특성이라 함은 물의 습윤 또는 침투에 대한 저항성을 의미하며, 방수 특성은 다양한 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 방수 특성은 우수 시험법(rain test), 적수 침투 시험법(drop penetration test), 정수압 시험법(hydrostatic pressure test) 등으로 측정될 수 있다. 또는, 방수 특성은 국제 전기 표준 회의(international electrotechnical commission, IEC) 60529 등에 의하여 측정될 수 있다. 절연 특성이라 함은 전기가 통하지 않는 특성을 의미하는 것으로서, 절연 특성은 다양한 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 절연 특성은 절연 저항을 측정하는 다양한 장비에 의하여 측정될 수 있다.
이와 같은 코팅층(120)이 태양 전지 본체(160)를 감싸면서 전체적으로 형성되면, 태양 전지 본체(160)로 수분 및 이온 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 수분, 이온 등의 침투에 의한 누설 전류 발생, PID 현상, 스네일 트레일(snail trail), 태양 전지 본체(160)의 손상 등의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 참고로, 스네일 트레일이라 함은 태양 전지 모듈(100)을 장기간 동안 사용하고 나면 태양 전지 본체(160)로 수분 등이 침투하여 태양 전지 모듈(100)의 균열 등을 따라 달팽이가 지나간 것과 같은 검은색 또는 갈색의 흔적이 남는 것을 말한다.
일 예로, 코팅층(120)은 방수 특성 및 절연 특성이 우수한 우레탄 계열 물질 또는 실리콘 계열 물질을 포함할 수 있다.
좀더 구체적으로, 코팅층(120)은 우레탄 계열 물질을 포함할 수 있다. 우레탄 계열 물질은 방수 특성 및 절연 특성 이외에도, 발수 특성, 방진 특성, 유연성, 내구성, 내오존성, 내아크성, 내열성, 내약품성, 내충격성, 내마모성, 내진도성, 내산화성이 우수하고, 경화 시에 변화가 거의 없으며, 비부식성을 가져 태양 전지 본체(160)의 리본(142) 및 버스 리본(145) 등이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 태양 전지 본체(160)를 전체적으로 일체화하는 역할을 하므로 태양 전지 본체(160)의 강도를 증가시켜 미세 균열(micro crack)을 방지하는 역할을 할 수도 있다. 또한, 밀봉층(130)으로부터 나오는 물질로부터 태양 전지 본체(160)를 보호하는 역할도 할 수 있다. 일 예로, 밀봉층(130)이 에틸렌비닐아세테이트와 같은 물질로 이루어지는 경우에는 코팅층(120)이 위치하지 않으면, 공정 중에 밀봉층(130)으로부터 아세트산이 나와서 태양 전지 본체(160)에 닿으면서 태양 전지 본체(160)를 부식시키는 문제가 있었는데, 본 실시예에서는 코팅층(120)이 아세트산이 태양 전지 본체(160)에 닿는 것을 방지할 수 있다. 앞서 설명한 스네일 트레일 현상은 수분, 아세트산 등이 태양 전지 본체(160)에 침투할 경우 등에 의하여 더 쉽게 발생할 수 있으므로, 본 실시예에서는 스네일 트레일 현상 또한 최소화할 수 있다. 일 예로, 우레탄 계열 물질로는 우레탄 변성 아크릴 물질을 포함할 수 있다. 또한, 우레탄 계열 물질은 방수 특성, 절연 특성 등을 높이기 위하여 사용하는 수지(예를 들어, 폴레올레핀)보다 가격이 저렴하여 공정 비용을 절감하는 효과 또한 가질 수 있다.
이러한 코팅층(120)은 스프레이 코팅에 의하여 태양 전지 본체(160)에 형성될 수 있다. 스프레이 코팅 등에 의하여 코팅층(120)을 형성하는 공정 등에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
코팅층(120)은 태양 전지 본체(160)의 외부면을 전체적으로 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 코팅층(120)은 태양 전지 본체(160)의 전면(즉, 전면 기판(110)에 대향하는 면), 태양 전지 본체(160)의 후면(즉, 후면 기판(200)에 대향하는 면), 그리고 태양 전지 본체(160)의 측면에 모두 형성될 수 있다. 이에 의하면 코팅층(120)에 의하여 태양 전지 본체(160)의 외부면을 전체적으로 감싸는 것에 의하여 코팅층(120)에 의하여 방수 특성 및 절연 특성을 효과적으로 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 코팅층(120)이 적어도 태양 전지 본체(160)의 전면 및 후면에 형성되면 족하다.
이때, 태양 전지 본체(160)는 복수 개의 태양 전지(150)와, 복수 개의 태양 전지(150)를 하나의 열(즉, 태양 전지 스트링)로 연결하는 리본(142)과, 복수 개의 열의 태양 전지(150)를 연결하는 버스 리본(145)을 포함할 수 있다. 이에 따라 코팅층(120)은 복수 개의 태양 전지(150), 리본(142) 및 버스 리본(145)의 외부면을 감싸면서 이들에 접촉하도록 형성될 수 있다.
즉, 각 태양 전지(150)의 전면 쪽에서는, 태양 전지(150)의 전면에 위치한 리본(142)의 상부면(즉, 전면 기판(110)에 대향하는 면) 및 측면과, 리본(142)이 위치하지 않은 부분의 태양 전지(150)의 전면(예를 들어, 도 2 및 도 3의 반사 방지막(24)) 위에 코팅층(120)이 위치할 수 있다. 그리고 각 태양 전지(150)의 후면 쪽에서는, 태양 전지(150)의 후면에 위치한 리본(142)의 상부면(즉, 후면 기판(200)에 대향하는 면) 및 측면과, 리본(142)이 위치하지 않은 부분의 태양 전지(150)의 후면(예를 들어, 도 2 및 도 3의 패시베이션막(32)) 위에 코팅층(120)이 위치할 수 있다. 그리고 각 태양 전지(150)의 측면(즉, 도 2 및 도 3의 반도체 기판(152) 등의 측면)에도 전체적으로 코팅층(120)이 위치할 수 있다.
하나의 열을 이루는 복수 개의 태양 전지(150)로 구성되는 태양 전지 스트링들은 각기 코팅층(120)이 서로 별개로 형성될 수 있다. 이에 따라 태양 전지 스트링 사이에는 코팅층(120)이 위치하지 않는 소정의 공간이 위치할 수 있다. 이는 코팅층(120)이 전술한 바와 같이 스프레이 코팅에 의하여 형성되어, 각 태양 전지 스트링 위에서만 균일하고 얇게 도포되었기 때문이다. 이에 따라 코팅층(120)의 양을 최소화하면서도 태양 전지 본체(160)를 전체적으로 코팅층(120)이 감쌀 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지 스트링 사이의 간격 등에 의하여 복수 개의 태양 전지 스트링이 하나의 코팅층(120)이 감싸지는 것도 가능하다.
그리고 태양 전지(150)와 태양 전지(150)의 사이에서는 리본(142)의 외부면 전체(즉, 전면, 후면 및 측면)을 감싸면서 코팅층(120)이 위치할 수 있다. 태양 전지(150)와 태양 전지(150) 사이에는 리본(142)의 외부면에만 코팅층(120)이 위치하여, 이웃한 리본(142)의 코팅층(120)이 서로 이격하여 별개로 위치할 수 있다. 이에 의하여 이웃한 리본(142)을 감싸는 코팅층(120) 사이에는 코팅층(120)이 위치하지 않는 소정의 공간이 위치할 수 있다. 이는 코팅층(120)이 전술한 바와 같이 스프레이 코팅에 의하여 형성되어, 리본(142) 위에서만 균일하고 얇게 도포되었기 때문이다. 이에 따라 코팅층(120)의 양을 최소화하면서도 태양 전지 본체(160)를 전체적으로 코팅층(120)이 감쌀 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 리본(142) 사이의 개수, 간격 등에 의하여 복수 개의 리본(142)을 하나의 코팅층(120)이 감싸는 것도 가능하다.
또한, 버스 리본(145)이 위치하는 부분에서는 리본(142)과 버스 리본(145)의 외부면 전체를 감싸면서 코팅층(120)이 위치할 수 있다. 버스 리본(145)의 외부면에만 코팅층(120)이 위치하여, 이웃한 버스 리본(145)의 코팅층(120)이 서로 이격하여 별개로 위치할 수 있다. 이에 의하여 이웃한 버스 리본(145)을 감싸는 코팅층(120) 사이에는 코팅층(120)이 위치하지 않는 소정의 공간이 위치할 수 있다. 이는 코팅층(120)이 전술한 바와 같이 스프레이 코팅에 의하여 형성되어, 버스 리본(145) 위에서만 균일하고 얇게 도포되었기 때문이다. 이에 따라 코팅층(120)의 양을 최소화하면서도 태양 전지 본체(160)를 전체적으로 코팅층(120)이 감쌀 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 버스 리본(145) 사이의 개수, 간격 등에 의하여 복수 개의 버스 리본(145)을 하나의 코팅층(120)이 감싸는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이 코팅층(120)은 스프레이 코팅에 의하여 형성될 수 있다. 좀더 구체적으로 코팅층(120)은 태양 전지 본체(160)의 전면을 스프레이 장비의 지그(도 7a의 참조부호 300, 참조) 상에 밀착 고정한 상태에서 태양 전지 본체(160)의 후면 쪽에서 코팅 물질을 스프레이한 후에, 태양 전지 본체(160)를 뒤집어 태양 전지 본체(160)의 후면을 스프레이 장비에 밀착 고정한 상태에서 태양 전지 본체(160)의 전면 쪽에서 코팅 물질을 스프레이하여 형성될 수 있다. 후면 쪽에서 코팅 물질을 스프레이할 때에 태양 전지 본체(160)의 측면에도 코팅층(120)이 형성될 수 있고, 전면 쪽에서 코팅 물질을 스프레이할 때에 태양 전지 본체(160)의 측면에도 코팅층(120)이 형성될 수 있다. 이러한 코팅층(120)의 구체적인 구조를 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1에서 리본(142)을 지나는 IV-IV 선을 따라 잘라서 본 단면도이고, 도 5는 도 1에서 리본(142)을 지나지 않는 V-V 선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 도 6은 도 1의 VI-VI 선을 따라서 본 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 코팅층(120)은, 태양 전지(150)의 후면 및 측면을 감싸면서 형성되는 제1 코팅층(121)과, 태양 전지(150)의 전면과 제1 코팅층(121) 위에서 태양 전지 본체(160)의 측면을 감싸면서 형성되는 제2 코팅층(122)을 포함할 수 있다. 도면 및 설명에서는 제1 코팅층(121)이 태양 전지(150)에 접촉하여 형성되고, 제2 코팅층(122)이 태양 전지(150) 및 제1 코팅층(121) 위에서 이와 접촉하여 형성되는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제2 코팅층(122)이 태양 전지(150)의 전면 및 측면에 접촉하여 형성되고, 제1 코팅층(121)이 태양 전지(150)의 후면 및 제2 코팅층(122)의 측면에 접촉하여 형성되는 것도 가능하다. 그 외에도 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
스프레이 코팅에 의하여 제1 코팅층(121)을 형성하면 태양 전지(150)의 측면에 형성되는 제1 코팅층(121)의 두께가 태양 전지(150)의 후면에 형성되는 제1 코팅층(121)의 두께와 같거나 이보다 다소 작을 수 있다. 이와 유사하게, 스프레이 코팅에 의하여 제2 코팅층(122)을 형성하면 태양 전지(150)의 측면에 형성되는 제2 코팅층(122)의 두께는 태양 전지(150)의 전면에 형성되는 제2 코팅층(1212)의 두께와 같거나 이보다 다소 작을 수 있다. 이는 태양 전지(150)의 측면에서는 상대적으로 코팅 물질이 적게 스프레이 될 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 또는 제2 코팅층(121, 122)의 두께가 이와 다르게 형성될 수도 있다.
그리고 리본(142)이 위치하지 않는 태양 전지(150)의 측면(리본(142)과 평행한 측면)에는 제1 코팅층(121)과 제2 코팅층(122)이 함께 위치하게 되므로, 리본(142)이 위치하지 않는 태양 전지(150)의 측면에서의 코팅층(120)의 제1 두께(T1)는 태양 전지(150)의 전면 또는 후면의 코팅층(120)의 제2 두께(T2)보다 클 수 있다(도 6 참조). 그리고 리본(142)이 위치하는 태양 전지(150)의 측면에서는 리본(142)이 위치하는 부분에서는 리본(142)이 태양 전지(150)의 측면을 가려 제1 코팅층(121) 및 제2 코팅층(122) 중 어느 하나만이 형성될 수 있다. 그러면, 리본(142)이 위치하는 태양 전지(150)의 측면에서는, 리본(142)의 하부 부분에서는 코팅층(120)이 상대적으로 작은 제3 두께(T3)를 가지고(도 4 참조), 리본(142)이 위치하지 않는 부분에서는 두께가 상대적으로 큰 제1 두께(T1)을 가질 수 있다(도 5 참조). 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 리본(142)의 폭이 작으므로 리본(142)이 위치하는 부분에 대응하는 태양 전지(150)의 측면에서도 제1 및 제2 코팅층(121, 122)이 모두 형성되어 전면 및 후면보다 두꺼운 두께를 가질 수 있음은 물론이다.
이와 유사하게, 태양 전지(150)의 사이에서는 리본(142)의 측면에 형성되는 제1 코팅층(121)의 두께가 리본(142)의 후면에 형성되는 제1 코팅층(121)의 두께와 같거나 이보다 다소 작을 수 있다. 이와 유사하게, 태양 전지(150)의 사이에서는 리본(142)의 리본(142)의 측면에 형성되는 제1 코팅층(122)의 두께가 리본(142)의 전면에 형성되는 제2 코팅층(122)의 두께와 같거나 이보다 다소 작을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 또는 제2 코팅층(121, 122)의 두께가 이와 다르게 형성될 수도 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 코팅층(121), 제2 코팅층(122), 그리고 코팅층(120)의 두께가 태양 전지 본체(160)의 전면, 후면, 측면 등에서 균일하고 리본(142)의 전면, 후면, 측면 등에서 균일한 것도 가능하며, 그 외의 다양한 경우가 가능하다.
밀봉층(130)은, 코팅층(120)과 전면 기판(110) 사이에 위치하는 제1 밀봉층(131)과, 코팅층(120)과 후면 기판(200) 사이에 위치하며 제1 밀봉층(131)과 접합되는 제2 밀봉층(132)을 포함할 수 있다. 밀봉층(130)은 태양 전지 본체(160)를 감싸면서 밀봉하여, 태양 전지 본체(160)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단한다. 그리고 태양 전지 모듈(100)을 구성하는 부분(즉, 전면 기판(110), 코팅층(120)을 구비하는 태양 전지 본체(160), 및 후면 기판(200))들을 화학적으로 결합한다. 후면 기판(200), 제2 밀봉층(132), 태양 전지 본체(160), 제1 밀봉층(131) 및 전면 기판(110)을 차례로 적층한 후에 이들을 열 및/또는 압력을 가하여 접합하는 라미네이션 공정 등을 수행하여 이들을 일체화할 수 있다.
제1 밀봉층(131)과 제2 밀봉층(132)은 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 이때, 제1 밀봉층(131)과 제2 밀봉층(132)은 서로 같은 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 물질로 이루어질 수 도 있다. 일 예로, 제1 밀봉층(131) 및 제2 밀봉층(132)이 각기 EVA로 구성될 수 있다. EVA는 밀봉 특성이 우수하고, 전면 기판(110) 및 후면 기판(200)과의 접착력이 우수하며, 유연성, 충격 흡수성 및 열적 특성이 우수하여, 태양 전지 본체(160)를 안전하게 보호할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉층(131, 132)은 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
본 실시예에서서 제1 밀봉층(131)과 제2 밀봉층(132)은 서로 동일하거나 유사한 두께를 가질 수 있고, 제1 또는 제2 밀봉층(132)의 두께보다 코팅층(120)의 두께가 더 얇을 수 있다. 즉, 제1 또는 제2 밀봉층(132)의 두께보다 코팅층(120)의 전면, 측면 및 후면의 두께가 얇을 수 있다. 이는 제1 및 제2 밀봉층(131, 132)은 우수한 밀봉 특성을 위하여 상대적으로 두꺼운 두께를 가지고, 코팅층(120)은 방수 특성 및 절연 특성을 향상할 수 있는 최소한의 두께로 형성하였기 때문이다. 또한, 코팅층(120)을 얇게 형성하여 공정 비용 및 시간을 최소화하고 우레탄 계열 물질 등을 포함하는 코팅층(120)이 두꺼워질 때 발생할 수 있는 응집 현상 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
예를 들어, 태양 전지 본체(160)의 일면(전면 또는 후면)에서의 코팅층(120)의 두께 : 제1 또는 제2 밀봉층(132)의 두께의 비율이 1:5 내지 1:20일 수 있다. 상기 비율이 1:5 미만이면, 코팅층(120)의 두께가 증가하여 공정 비용 및 시간이 증가하고 응집 현상 등이 발생할 수 있다. 상기 비율이 1:20을 초과하면, 코팅층(120)의 두껙 충분하지 않아 방수 특성 및 절연 특성을 향상하는 효과가 충분하지 않을 수 있다. 여기서, 코팅층(120)의 두께는 태양 전지(150) 또는 리본(142)의 전면, 후면, 또는 측면에 위치한 두께일 수 있다.
또는, 코팅층(120)의 두께가 5um 내지 50um이고, 제1 또는 제2 밀봉층(132)의 두께가 400um 내지 500um일 수 있다. 코팅층(120)의 두께가 5um 미만이면 코팅층(120)의 효과가 충분하지 않을 수 있고, 50um를 초과하면 공정 비용 및 시간이 증가하고 응집 현상 등이 발생할 수 있다. 여기서, 코팅층(120)의 두께는 태양 전지(150) 또는 리본(142)의 전면, 후면, 또는 측면에 위치한 두께일 수 있다. 제1 또는 제2 밀봉층(132)의 두께가 400um 미만이면 제1 또는 제2 밀봉층(132)에 의한 밀봉 효과, 충격 완화 효과 등이 충분하지 않을 수 있고, 500um를 초과하면 태양 전지 모듈(100)의 두께를 박형화하는 데 한계가 있고 재료 비용 등이 증가할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 코팅층(120) 및 밀봉층(130)이 다양한 두께를 가질 수 있음은 물론이다.
제1 밀봉층(131)을 사이에 두고 태양 전지(150)의 전면 위에 위치하는 전면 기판(110)은 태양광을 투과하는 투광성을 가지면서 외부 충격, 환경 등으로부터 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 전면 기판(110)은 유리 기판 또는 아크릴 수지를 포함하는 플레이트 등으로 구성될 수 있다. 전면 기판(110)이 유리 기판으로 구성될 때, 전면 기판(110)이 나트륨을 포함하지 않거나 나트륨의 함량이 적은 유리 기판일 수 있다. 전면 기판(110)이 나트륨을 많은 양으로 포함하는 유리 기판으로 이루어지는 경우에는 유리 기판 내부의 나트륨 이온이 전기장 작용하에서 전하를 운반(이온 전도)를 하여 전기 절연 특성이 저하되고 표면의 수분과 반응하여 표면 누설을 일으킬 수 있기 때문이다. 이와 같은 나트륨에 의한 문제 현상은 높은 온도에서 더 쉽게 일어날 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 전면 기판(110)을 나트륨을 포함하지 않거나 적은 양으로 포함하는 유리 기판, 또는 아크릴 수지 등으로 구성되도록 하여 고온에서의 PID 현상 방지에 기여할 수 있도록 한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 기판(110)이 일반적인 유리, 또는 그 외의 다양한 물질 등으로 이루어질 수 있다.
후면 기판(200)은 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(152)를 보호할 수 있는 강도를 가질 수 있으며, 원하는 태양 전지 모듈(100)의 구조에 따라 광을 투과하거나 반사하는 특성을 가질 수 있다. 일 예로, 후면 기판(200)을 통하여 광이 입사되도록 하는 구조에서는 후면 기판(200)이 투광성 물질을 가질 수 있고, 후면 기판(200)을 통하여 광이 반사되도록 하는 구조에서는 후면 기판(200)이 비투광성 물질 또는 반사 물질 등으로 구성될 수 있다. 일 예로, 후면 기판(200)는 유리와 같은 기판 형태로 구성될 수도 있고, 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 후면 기판(200)이 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지층을 포함하여 구성될 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 본 발명이 후면 기판(200)의 물질 등에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지 본체(160)와 밀봉층(130) 사이에 우수한 방수 특성 및/또는 절연 특성을 가지는 코팅층(120)을 위치시켜 태양 전지 본체(160)로 수분, 이온, 밀봉층(130)의 구성 물질 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 장기 신뢰성을 향상할 수 있다. 그리고 코팅층(120)의 물질, 두께 등에 의하여 생산성을 좀더 향상할 수 있다.
상술한 태양 전지 모듈(100)의 제조 방법을 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이, 태양 전지 본체(160)를 스프레이 장비의 내부에 위치시킨 상태에서 태양 전지 본체(160)의 일면을 지그(300) 위에 밀착 고정한 상태에서 코팅 물질을 노즐(310) 등을 이용하여 스프레이하여 태양 전지 본체(160)의 타면 및 측면에 제1 코팅층(121)을 형성한다. 이때, 스프레이 장비를 별도로 사용하는 것도 가능하며, 리본(142) 및/또는 버스 리본(145)을 태빙하는 태빙 장비를 스프레이 장비로 사용하는 것도 가능하다,
여기서, 코팅 물질이라 함은, 우레탄 또는 실리콘 계열 물질, 용매, 첨가제, 그리고 분사제를 포함하여 태양 전지 본체(160) 상에 분무되어 태양 전지 본체(160) 상에 코팅될 수 있는 물질일 수 있다. 여기서, 우레탄 계열 물질로는 우레탄 변성 아크릴 수지를 사용할 수 있다. 용매로는 메틸렌 클로라이드, 톨루엔, 크실렌 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이와 같이 용매로 다양한 물질을 함께 사용하여 다양한 특성을 향상할 수 있다. 분사제로는 디메틸에테르 등을 사용할 수 잇다. 첨가제로는 분산 특성 등의 다양한 특성을 향상할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다.
이때, 코팅 물질 100wt%에서 우레탄 또는 실리콘 계열 물질은 1 내지 30wt%만큼 포함될 수 있고, 분사제는 10 내지 50wt%만큼 포함될 수 있으며, 나머지 용매가 포함될 수 있다. 첨가제는 선택적으로 포함될 수 있고, 일 예로, 1 내지 10wt%만큼 포함될 수 있다. 우레탄 또는 실리콘 계열 물질이 1wt% 미만으로 포함되면 코팅 물질에 의한 방수 특성 및/또는 절연 특성을 향상하기 어려울 수 있고, 30wt%를 초과하면 분사제, 용매 등의 양이 줄어들어 스프레이 코팅 특성이 저하될 수 있다. 분사제가 10wt% 미만으로 포함되면 스프레이가 잘 되지 않아 스프레이 코팅 특성이 저하될 수 있고, 50wt%를 초과하면 우레탄 또는 실리콘 계열 물질, 용매 등의 양이 줄어들어 원하는 특성을 구현하기 어려울 수 있다. 첨가제가 1wt% 미만으로 포함되면 첨가제에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있고, 10wt%를 초과하면 우레탄 또는 실리콘 계열 물질, 분산제, 용매 등의 양이 줄어들어 원하는 특성을 구현하기 어려울 수 있다.
상술한 코팅 물질은 일 예로 제시한 것에 불과하고 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 우수한 방수 특성 및/또는 절연 특성을 가지는 다양한 물질을 코팅 물질로 사용할 수 있다.
코팅 물질을 스프레이한 후에는 상온에서 건조가 되므로 별도의 열처리 등을 하지 않아도 된다.
제1 코팅층(121)은 일 회의 스프레이 공정에 의하여 형성되어 공정 시간을 절감하는 것도 가능하고, 복수 횟수의 스프레이 공정에 의하여 원하는 충분한 두께를 가질 수 있도록 형성되는 것도 가능하다.
이어서, 도 7b에 도시한 바와 같이, 태양 전지 본체(160)를 뒤집어서 태양 전지 본체(160)의 타면을 지그(300) 위에 밀착 고정하여 태양 전지 본체(160)의 일면이 노출된 상태에서 스프레이 공정에 의하여 태양 전지 본체(160)의 일면 및 측면에 제2 코팅층(122)을 형성한다. 이에 의하여 태양 전지 본체(160)의 전체 외면에 코팅층(120)을 형성한다. 제2 코팅층(122)의 형성 공정은 제1 코팅층(121)의 형성 공정과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
이와 같은 스프레이 공정은 양산에 쉽게 적용할 수 있는데, 특히, 기존에 사용하던 다양한 장비(예를 들어, 상술한 바와 같이 리본(142) 및/또는 버스 리본(145)을 태빙하는 태빙 장비) 내에서 쉽게 적용될 수 있다. 이에 의하여 공정 추가에 따른 비용 및 시간 등을 최소화할 수 있다. 또한, 스프레이 공정에 의하여 태양 전지 본체(160)의 전체 외면에 얇은 두께의 코팅층(120)을 균일하게 형성할 수 있다. 이와 달리 코팅층(120)을 라미네이션 등의 공정으로 형성하는 경우에는 코팅층(120)이 태양 전지 본체(160)에 전체적으로 형성될 수 있도록 스프레이 공정에서보다 큰 두께를 가져야 한다. 또한, 기존 라미네이션의 공정 조건(즉, 공정 온도, 공정 시간 등)을 변경하여야 하므로 많은 변수가 발생할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 제1 및 제2 밀봉층(131, 132)의 라미네이션 공정 전에 별도의 스프레이 공정에 의하여 코팅층(120)을 형성하여, 코팅층(120)의 형성 비용 및 시간 등을 최소화하고 코팅층(120)의 특성을 향상할 수 있다.
이어서, 도 7c에 도시한 바와 같이, 라미네이션 장비 내에서 태양 전지 본체(160)의 일측에 제1 밀봉층(131) 및 전면 기판(110)을 차례로 위치시키고 타측에 제2 밀봉층(132) 및 후면 기판(200)을 차례로 위치시킨 상태에서, 이들에 열 및 압력을 가하는 것에 의하여 후면 기판(200), 제2 밀봉층(132), 코팅층(120)을 구비하는 태양 전지 본체(160), 제1 밀봉층(131) 및 전면 기판(110)을 함께 접합할 수 있다. 그러면, 제1 및 제2 밀봉층(131, 132)이 후면 기판(200), 태양 전지 본체(160) 및 전면 기판(110)을 서로 접합하면서 코팅층(120)을 구비하는 태양 전지 본체(160)를 감싸면서 태양 전지(150)를 밀봉할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 모듈(100)을 제조할 수 있다.
이와 같은 라미네이션 공정에 의하면 태양 전지 본체(160)의 밀봉 특성을 향상할 수 있고, 쉽고 간단한 공정에 의하여 태양 전지 모듈(100)을 안정적으로 결합할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 기판(200), 제2 밀봉층(132), 코팅층(120)을 구비하는 태양 전지 본체(160), 제1 밀봉층(131) 및 전면 기판(110)을 접합하는 방법으로 라미네이션 이외의 다양한 방법을 사용할 수 있다.
본 실시예에 따르면 코팅층(120)을 스프레이 코팅으로 형성하여 공정 시간 및 비용을 최소화하면서도 코팅층(120)을 전체적으로 얇은 두께로 형성할 수 있다. 이에 의하여 코팅층(120)에 의하여 우수한 특성을 가지는 태양 전지 모듈(100)을 우수한 생산성으로 제조할 수 있다. 그리고 태양 전지 본체(160), 밀봉층(130), 전면 기판(110) 및 후면 기판(200)은 라미네이션 공정에 의하여 서로 접합하여 공정을 단순화하면서도 안정적으로 고정된 태양 전지 모듈(100)을 제조할 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
120: 코팅층
130: 밀봉층
142: 리본
150: 태양 전지
160: 태양 전지 본체
120: 코팅층
130: 밀봉층
142: 리본
150: 태양 전지
160: 태양 전지 본체
Claims (20)
- 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 본체;
상기 태양 전지 본체를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉층; 및
상기 태양 전지 본체와 상기 밀봉층 사이에 위치하며, 상기 밀봉층보다 우수한 방수 특성 및 상기 밀봉층보다 우수한 절연 특성 중 적어도 하나를 가지는 물질을 포함하는 코팅층
을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층이 우레탄 계열 물질 또는 실리콘 계열 물질을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 코팅층이 우레탄 변성 아크릴 수지를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층이 상기 태양 전지 본체의 적어도 전면 및 후면에 형성되는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층이 상기 태양 전지 본체의 일면, 타면 및 측면에 전체적으로 형성되는 태양 전지 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 코팅층은, 상기 태양 전지 본체의 일면 및 측면에 위치하는 제1 코팅층과, 상기 태양 전지 본체의 타면 및 상기 제1 코팅층 위에서 상기 태양 전지 본체의 측면 위에 위치하는 제2 코팅층을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 태양 전지 본체는 리본에 의하여 연결되는 복수 개의 태양 전지를 포함하고,
상기 코팅층은, 상기 리본 및 상기 복수 개의 태양 전지와, 상기 밀봉층에 접촉하여 형성되는 태양 전지 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 복수 개의 태양 전지 사이에서 상기 리본의 외면을 감싸면서 형성되고,
상기 복수 개의 태양 전지 사이에서 상기 리본이 복수 개 구비되며,
상기 복수 개의 리본 상에 형성된 상기 코팅층이 서로 이격되어 위치하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 태양 전지 본체는 리본에 의하여 연결되는 복수 개의 태양 전지를 포함하고,
상기 코팅층의 두께는 상기 태양 전지의 전면 또는 후면에서보다 상기 리본과 평행한 상기 태양 전지의 측면에서 더 두꺼운 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 밀봉층보다 얇은 두께로 형성되는 태양 전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 코팅층 : 상기 밀봉층의 두께 비율이 1:5 내지 1:20인 태양 전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 코팅층의 두께가 5um 내지 50um인 태양 전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 밀봉층의 두께가 400um 내지 500um인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 밀봉층이 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate)를 포함하는 태양 전지 모듈. - 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 본체에 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층을 형성한 태양 전지 본체를 둘러싸도록 밀봉층을 접합하는 단계
를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 코팅층이 스프레이 코팅에 의하여 형성되는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 코팅층은 우레탄 계열 물질 또는 실리콘 계열 물질과, 용매, 분사제를 포함하는 코팅 물질을 스프레이 코팅하여 형성되는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 코팅층을 형성하는 단계는,
상기 태양 전지의 일면 및 측면에 스프레이 코팅에 의하여 제1 코팅층을 형성하고,
상기 태양 전지를 뒤집어서 상기 태양 전지의 타면 및 측면에 스프레이 코팅에 의하여 제2 코팅층을 형성하는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 밀봉층이 라미네이션 공정에 의하여 상기 코팅층이 형성된 상기 태양 전지 본체에 접합되는 태양 전지 모듈의 제조 방법. - 제15항에 있어서,
상기 코팅층이 우레탄 변성 아크릴 수지를 포함하고,
상기 밀봉층이 에틸렌 비닐 아세테이트를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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