KR102196929B1 - 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 태양 전지; 태양 전지의 일면에 위치하는 제1 기판; 및 상기 태양 전지의 타면에 위치하는 제2 기판을 포함한다. 상기 제2 기판은, 상기 태양 전지에 대응하며 광 투과성을 가지는 투과 영역과, 상기 투과 영역 이외의 영역으로서 광 비투과성을 가지는 비투과 영역으로 구획된다.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판에 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 종래 태양 전지 모듈에서는 태양 전지 모듈 내로 입사되는 광을 충분히 사용하기 어려워 태양 전지 모듈의 출력이 좋지 않았다. 따라서 태양 전지 모듈의 출력을 최대화할 수 있도록 태양 전지 모듈을 설계하는 것이 요구된다.
본 발명은 광 손실을 최소화하여 출력을 최대화할 수 있는 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 태양 전지; 태양 전지의 일면에 위치하는 제1 기판; 및 상기 태양 전지의 타면에 위치하는 제2 기판을 포함한다. 상기 제2 기판은, 상기 태양 전지에 대응하며 광 투과성을 가지는 투과 영역과, 상기 투과 영역 이외의 영역으로서 광 비투과성을 가지는 비투과 영역으로 구획된다.
상기 비투과 영역에 광 비투과성을 가지는 비투과 패턴이 형성될 수 있다.
상기 제2 기판은, 투광성을 가지는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재 위에 형성되는 상기 비투과 패턴을 포함할 수 있다.
상기 베이스 부재가 유리 또는 투명 필름일 수 있다.
상기 비투과 패턴이 상기 베이스 부재의 상기 태양 전지 쪽에 대향하는 일면 위에 위치할 수 있다.
상기 베이스 부재에 상기 비투과 패턴에 대응하는 홈 또는 홀이 형성되고, 상기 홈 또는 상기 홀 내에 상기 비투과 패턴이 위치할 수 있다.
상기 비투과 패턴은, 안료 또는 반사 물질을 구비하는 수지로 구성되거나, 절연 특성을 가지는 반사 물질로 구성될 수 있다.
상기 태양 전지 사이의 간격을 제1 길이, 상기 제1 길이에 대응하는 위치에서 상기 비투과 영역의 폭을 제2 길이이라 할 때, 상기 제1 길이 : 상기 제2 길이의 비율은 1:0.5 내지 1:1.5일 수 있다.
상기 태양 전지 사이의 간격을 제1 길이, 상기 제1 길이에 대응하는 위치에서 상기 비투과 영역의 폭을 제2 길이이라 할 때, 상기 제2 길이가 상기 제1 길이와 같거나 이보다 작을 수 있다.
상기 비투과 패턴이, 일 방향을 따라 형성되는 복수 개의 제1 부분과, 이에 교차하는 방향을 따라 형성되는 복수 개의 제2 부분을 포함하여, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분에 의하여 폐쇄 공간을 정의할 수 있다. 상기 폐쇄 공간 내에 상기 투과 영역이 하나씩 위치할 수 있다.
상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 서로 연결되어 일체의 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 제1 부분과 상기 복수의 제2 부분 각각이 서로 별개로 구성될 수 있다.
상기 제1 부분 또는 상기 제2 부분이 전체적으로 균일한 폭을 가질 수 있다.
상기 비투과 패턴이, 상기 태양 전지 사이에서 일 방향을 따라 형성되는 복수 개의 제1 부분과, 상기 태양 전지 사이에서 상기 제1 부분과 교차하는 방향을 따라 형성되는 복수 개의 제2 부분과, 상기 태양 전지의 모서리 부근에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함할 수 있다. 상기 제3 부분의 폭이 상기 제1 및 제2 부분의 폭보다 클 수 있다.
상기 태양 전지는 중앙 부분보다 가장자리 부분의 폭이 더 작을 수 있다.
상기 비투과 패턴의 두께가 20um 내지 250um일 수 있다.
상기 제1 기판은 광 투과성을 가질 수 있다.
상기 태양 전지가 양면 수광형 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 기판이 상기 태양 전지의 전면에 위치하고, 상기 제2 기판이 상기 태양 전지의 후면에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 후면 기판은 태양 전지 모듈에 사용되는 후면 기판으로서, 태양 전지에 대응하며 광 투과성을 가지는 투과 영역과, 상기 투과 영역 이외의 영역으로서 광 비투과성을 가지는 비투과 영역으로 구획될 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서는 후면 기판이 광 투과성을 가지는 투과 영역과 광 비투과성을 가지는 비투과 영역을 포함한다. 그러면, 태양 전지에 대응하는 투과 영역으로는 태양 전지 모듈의 후면으로부터 광이 입사하여 광전 변환에 이용하도록 할 수 있고, 태양 전지에 대응하지 않는 비투과 영역으로는 전면에서 입사되어 후면 기판에 도달된 광을 다시 태양 전지로 향하게 하여 태양 전지에 입사되어 재사용되도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지에 도달하는 광의 양을 최대화하고 이에 의하여 태양 전지의 효율 및 태양 전지 모듈의 출력을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1의 A 부분에서 태양 전지와 비투과 패턴(또는 투과 영역과 비투과 영역)의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 따라 베이스 부재에 백색 안료를 포함하는 백색 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 구성된 비투과 패턴을 부착한 태양 전지 모듈의 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지와 비투과 패턴의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지와 비투과 패턴의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1의 A 부분에서 태양 전지와 비투과 패턴(또는 투과 영역과 비투과 영역)의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 따라 베이스 부재에 백색 안료를 포함하는 백색 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 구성된 비투과 패턴을 부착한 태양 전지 모듈의 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지와 비투과 패턴의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지와 비투과 패턴의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
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 이에 사용되는 후면 기판을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1의 A 부분에서 태양 전지와 비투과 패턴(또는 투과 영역과 비투과 영역)의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 3에서는 태양 전지, 비투과 패턴, 투과 영역 및 비투과 영역만을 도시하였다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 일면 상에 위치하는 제1 기판(이하 "전면 기판")(110) 및 태양 전지(150)의 타면 상에 위치하는 제2 기판(이하 "후면 기판")(200)을 포함한다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 기판(200) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 후면 기판(200)이 서로 다른 특성을 가지는 투과 영역(SA)과 비투과 영역(DA)으로 구획된다. 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 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명한 다음, 다시 도 1 및 도 2를 참조하여 태양 전지 모듈(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 도 5에서는 반도체 기판(152)과 제1 및 제2 전극(42, 44)을 위주로 도시하였다.
도 4을 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), 캡핑막(34) 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 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼)으로 구성될 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 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. 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 등 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 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 5를 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.
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) 및 캡핑막(34)이 차례로 형성되고, 제2 전극(44)이 패시베이션막(32) 및 반사 방지막(34)을 관통하여 후면 전계 영역(30)에 연결된다.
패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)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. 캡핑막(34)은 패시베이션막(32)이 오염되거나 원하지 않는 물질이 패시베이션막(32)으로 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 캡핑막(34)은 제2 전극(44)의 형성 공정 등에서 제2 전극(44)을 형성하기 위한 물질 등이 패시베이션막(32)으로 확산하는 것을 방지할 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.
캡핑막(34)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 캡핑막(34)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, 캡핑막(34)은 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 캡핑막(34)을 구비하지 않는 것도 가능하다. 또는, 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(152) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제2 전극(44)은 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)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 5를 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(44a, 44b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(42b, 44b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 5에 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) 및 캡핑막(34)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) 및 캡핑막(34)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(44b)은 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34) 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 4 및 도 5를 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 1 내지 도 3을 참조하면, 태양 전지(150)는 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 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)의 일면과 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)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.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 전면에 위치할 수 있다. 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 후면에 위치할 수 있다. 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지 모듈(100)의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 후면 기판(200), 제2 밀봉재(132), 태양 전지(150), 제1 밀봉재(131), 전면 기판(110)을 차례로 위치시킨 상태에서 열 및/또는 압력 등을 가하여 태양 전지 모듈(100)을 일체화할 수 있다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 광 투과성을 가져 후면 기판(200)을 통하여 입사되는 광 또는 후면 기판(200)에서 투과되지 않고 재입사되는 광을 태양 전지(150)에 전달하도록 할 수 있다.
전면 기판(110)은 제1 밀봉재(131) 상에 위치하여 태양 전지 모듈(100)의 전면을 구성한다. 전면 기판(110)은 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 강도와 태양광 등의 광을 투과할 수 있는 광 투과성을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 전면 기판(110)은 유리 기판 등으로 구성될 수 있다. 이때, 강도를 향상할 수 있도록 전면 기판(110)이 강화 유리 기판으로 구성될 수도 있고, 그 외의 다양한 특성을 향상할 수 있는 다양한 물질을 추가적으로 포함하는 등과 같이 다양한 변형이 가능하다. 또는, 전면 기판(110)이 수지 등으로 구성되는 시트 또는 필름일 수도 있다. 즉, 본 발명이 전면 기판(110)의 물질에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판(110)이 다양한 물질로 구성될 수 있다.
후면 기판(200)는 태양 전지(150)의 후면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 할 수 있다.
본 실시예에서 후면 기판(200)은, 태양 전지(150)가 형성된 부분에 대응하는 영역에 형성되며 광 투과성을 가지는 투과 영역(SA)과, 투과 영역(SA) 이외의 영역으로서 광 비투과성을 가지는 비투과 영역(DA)으로 구획될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 후면 기판(200)이 투광성을 가지는 베이스 부재(210)와, 베이스 부재(210) 상에 일정한 패턴을 가지면서 형성되며 광이 투과되지 않는 비투과 패턴(220)을 포함할 수 있다. 여기서, 비투과 패턴(220)이라 함은, 광의 적어도 일부를 비투과하여 반사, 산란 등의 다양한 방법에 의하여 다시 태양 전지(150)으로 향하도록 하는 다양한 구조, 물질 등을 모두 포함하는 개념이다. 도면에서는 비투과 패턴(220)이 베이스 부재(210) 상에 별도로 형성된 층으로 도시하였으나, 경우에 따라, 이와 달리 비투과 패턴(220)이 베이스 부재(210) 상에 형성된 요철부 등으로 구성될 수도 있다.
비투과 패턴(220)이 형성된 영역이 비투과 영역(DA)을 구성하고, 비투과 패턴(220)이 형성되지 않은 영역이 투과 영역(DA)을 형성한다. 이에 의하여 간단하고 쉬운 구조 및 방법에 의하여 후면 기판(200)이 투과 영역(SA)과 비투과 영역(DA)으로 구획될 수 있다.
베이스 부재(210)는 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 강도와 태양광 등의 광을 투과할 수 있는 광 투과성을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 그리고 베이스 부재(210)은 절연 특성을 가져 불필요한 쇼트 등을 방지하도록 할 수 있다. 일 예로, 베이스 부재(210)는 투명한 유리 기판으로 구성될 수 있다. 또는, 베이스 부재(210)가 투명한 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재(210)가 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지 등으로 구성될 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 그러나 본 발명에서 베이스 부재(210)는 광 투과성을 가지면 족하고, 본 발명에서 베이스 부재(210)의 물질이 한정되는 것은 아니다.
베이스 부재(210)의 일면에는 소정의 패턴을 가지는 비투과 패턴(220)이 형성된다. 비투과 패턴(220)은, 일 예로, 태양 전지(150)가 형성되지 않은 영역의 일부 또는 전부에 형성되어 비투과 영역(DA)을 형성한다. 태양 전지(150)가 형성되지 않은 영역으로 입사된 광은 광전 변환에 이용되지 못하고 후면 기판(200)에 도달하게 된다. 그런데, 본 실시예와 같이 태양 전지(150)가 형성되지 않은 영역에 비투과 패턴(220)을 형성하게 되면, 후면 기판(200)에 도달한 광이 비투과 패턴(220)에서 반사, 산란 또는 굴절되어 태양 전지(150)의 후면 쪽에서 태양 전지(150)로 재입사될 수 있다(도 2의 확대원의 화살표 A 참조). 또는, 후면 기판(200)에 도달한 광이 비투과 패턴(220)에서 반사, 산란 또는 굴절되어 전면 기판(110) 쪽으로 향한 후에 전면 기판(110)과 외부 공기 사이의 경계면에서 전반사(total reflection)되어 태양 전지(150)의 전면 쪽에서 태양 전지(150)로 재입사될 수 있다(도 2의 확대원의 화살표 B 참조). 이에 따라 태양 전지(150)가 형성되지 않은 영역으로 입사된 광을 비투과 패턴(220)에 의하여 태양 전지(150)로 향하게 하여, 태양 전지(150)에 입사되는 광을 최대화할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율을 향상하고 태양 전지 모듈(100)의 출력을 최대화할 수 있다.
여기서, 비투과 패턴(220)은 베이스 부재(210)에서 태양 전지(150) 쪽에 대향하는 일면 위에 위치하여(즉, 제2 밀봉재(132)에 인접하여, 일 예로, 제2 밀봉재(132)에 접촉하여) 형성될 수 있다. 그러면, 태양 전지(150)가 형성되지 않은 영역으로 입사된 광의 이동 경로를 최소화하여 광의 손실을 최소화할 수 있다. 즉, 비투과 패턴(220)이 베이스 부재(210)에서 태양 전지(150)와 반대되는 면에 위치하게 되면, 태양 전지(150)의 사이로 입사된 광이 베이스 부재(210)를 통과한 후에 비투과 패턴(220)에서 반사되어 다시 베이스 부재(210)를 통과하여야 한다. 이와 같이 베이스 부재(210)를 두 번 통과하면서 광의 일부가 흡수되는 등과 같이 손실될 수 있다. 반면, 본 실시예와 같이 비투과 패턴(220)이 베이스 부재(210)에서 태양 전지(150) 쪽에 인접한 면에 형성되면 광이 베이스 부재(210)를 통과하지 않아도 되므로 광의 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 비투과 패턴(220)이 베이스 부재(210)에서 태양 전지(150)에 반대되는 면에 위치할 수도 있다.
이와 같은 비투과 패턴(220)은 베이스 부재(210) 상에 페이스트 또는 액체 상태로 도포되어 건조, 경화 또는 소성되어 베이스 부재(210) 상에 형성될 수 있다. 도포 방법으로는 인쇄 등과 같은 다양한 방법이 사용될 수 있다. 비투과 패턴(220)은 비투과 영역(DA)에 대응하는 형상을 가지도록 도포되는 것도 가능하고, 전체적으로 도포된 후에 패터닝 등에 의하여 태양 전지(150)에 대응하는 부분이 제거되는 것도 가능하다. 또는, 필름 형태로 제조된 비투과 패턴(220)을 열, 압력, 또는 별도의 접착 물질 등을 이용하여 베이스 부재(210) 상에 부착하는 것에 의하여 비투과 패턴(220)을 베이스 부재(210) 상에 위치시킬 수 있다. 이와 같이 비투과 패턴(220)은 기존에 사용되는 후면 기판(또는 베이스 부재(210)) 상에 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 상술한 구조를 가지는 본 실시예의 후면 기판(200)을 쉽게 형성할 수 있다.
비투과 패턴(220)으로는 광을 투과하지 않는 다양한 광 비투과성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 비투과 패턴(220)은 PET, 폴리에틸렌(polyethylene, PE), PVDF, 폴리불화비닐(poly vinyl fluoride, PVF) 등의 수지를 포함할 수 있고, 광의 투과를 방지할 수 있는 백색 안료 등과 같은 안료 물질 및/또는 광의 산란 또는 반사를 유도할 수 있는 티타늄 산화물(TiO2)과 같은 반사 물질 등을 포함할 수 있다. 이와 같이 비투과 패턴(220)이 수지를 포함하면 가격을 절감할 수 있고 베이스 부재(210)와 동일 또는 유사한 수지를 사용하여 열적 특성 등을 향상할 수 있다. 또는, 비투과 패턴(220)이 광의 산란 또는 반사를 유도할 수 있는 티타늄 산화물 등과 같은 세라믹 물질로 구성된 반사 물질로 구성될 수 있다. 이와 같이 비투과 패턴(220)은 절연 특성을 가지면 태양 전지 모듈(100)의 안정성을 좀더 향상할 수 있다. 비투과 패턴(220)이 전기 전도도가 높으면 베이스 부재(210) 등에 포함된 이온 등이 비투과 패턴(220)을 통하여 이동하는 등에 의하여 경우에 따라 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 아니다. 따라서, 비투과 패턴(220)이 우수한 반사 특성을 가지는 금속 등으로 이루어질 수도 있고, 금속이 분산된 수지 등으로 이루어질 수도 있다. 그 외에도 후면 기판(200)으로 도달한 광을 태양 전지(150)쪽으로 다시 향하게 할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다.
일 예로, 비투과 패턴(220)의 두께는 20um 내지 250um일 수 있다. 비투과 패턴(220)의 두께가 20um 미만이면, 두께가 충분하지 않아 광의 일부가 투과되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 비투과 패턴(220)의 두께가 250um이면, 비투과 패턴(220)의 형성에 필요한 비용 등이 증가하고 태양 전지 모듈(100)의 두께가 증가할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 비투과 패턴(220)이 다양한 두께를 가질 수 있다.
상술한 비투과 패턴(220)은 평면 상에서 태양 전지(150)와 태양 전지(150) 사이에 대응하는 영역의 적어도 일부를 채우도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 비투과 패턴(220)이 복수 개의 태양 전지(150) 사이에서 일 방향(일 예로, 도면의 x축 방향)을 따라 형성되는 복수 개의 제1 부분(222)과, 이에 교차하는 방향(일 예로, 도면의 y축 방향)을 따라 형성되는 복수 개의 제2 부분(224)을 포함할 수 있다. 일 예로, 복수의 제1 부분(222)이 평행하게 위치하고 복수의 제2 부분(224)이 평행하게 위치하여 비투과 패턴(220)이 격자 형상을 가질 수 있다. 상술한 구조에 의하여 비투과 패턴(220)의 제1 부분(222)과 제2 부분(224)에 의하여 이들의 내부에 서로 이격되는 복수 개의 폐쇄된 공간이 정의될 수 있다. 예를 들어, 인접한 두 개의 제1 부분(222)과 인접한 두 개의 제2 부분(224)에 의하여 정의된 사각형의 폐쇄된 공간이 정의될 수 있다. 또는, 비투과 패턴(220)이 투과 영역(SA)에 대응하도록 서로 이격되는 복수 개의 개구부를 구비한다고 볼 수도 있다.
비투과 패턴(220)에 의하여 정의되는 비투과 영역(SA)도 비투과 패턴(220)과 동일한 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 비투과 영역(SA)도 제1 부분(222)과 제2 부분(224)에 대응하여 형성되어 격자 형상을 가질 수 있다. 그리고 비투과 영역(SA)은 내부에 서로 이격되는 복수 개의 폐쇄된 공간이 구비되도록 형성될 수 있다.
비투과 패턴(220) 또는 비투과 영역(SA) 내부에 위치하는 서로 이격되는 복수 개의 폐쇄된 공간 각각이 하나씩 투과 영역(SA)을 구성하게 되고, 이 복수 개의 투과 영역(SA)이 복수 개의 태양 전지(150)에 일대일 대응하도록 위치할 수 있다. 이러한 투과 영역(SA)은 광 투과성을 가지므로, 투과 영역(SA)을 통하여 광이 입사할 수 있다. 따라서, 태양 전지 모듈(100)의 후면으로부터 입사되는 광이 태양 전지(150)의 후면으로 입사하여 광전 변환에 이용하도록 할 수 있다. 이에 의하면 양면 수광형 구조의 태양 전지(150)의 후면으로 광이 입사하도록 하여 광량을 최대화할 수 있다.
이에 따라, 복수 개의 열 및 행을 형성하면서 배치되는 복수 개의 태양 전지(150) 사이의 영역에 비투과 패턴(220) 또는 비투과 영역(DA)을 넓은 면적으로 형성할 수 있다. 이에 의하여 비투과 패턴(220) 또는 비투과 영역(DA)의 면적을 최대화하여 후면 기판(200)을 통하여 외부로 유출되는 광의 양을 최소화할 수 있다. 그리고 태양 전지(150)에 대응하는 영역에서는 투과 영역(SA)이 형성되어 태양 전지(150)로 향하는 광을 방해하지 않도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 비투과 패턴(220)을 구성하는 제1 부분(222) 또는 제2 부분(224)이 각기 전체적으로 균일한 폭을 가지면서 형성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 태양 전지(150)의 형상, 배치 등을 고려하여 비투과 패턴(220)의 폭이 서로 다른 부분을 포함할 수 있다. 이러한 구조의 일 예를 도 7을 참조하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
일 예로, 태양 전지(150)와 태양 전지(150)의 간격을 제1 길이(W1), 제1 길이(W1)에 대응하는 위치에서 비투과 패턴(220)(또는 비투과 패턴(220)에 의하여 형성된 비투과 영역(DA))의 폭을 제2 길이(W2)라 할 때, 제1 길이(W1) : 제2 길이(W2)의 비율이 1:0.5 내지 1:1.5일 수 있다. 상술한 비율(W1:W2)이 0.5 미만이면 비투과 영역(DA)의 면적이 충분하지 않아 비투과 패턴(DA)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있고, 1.5를 초과하는 경우에는 비투과 영역(DA)을 불필요하게 넓게 형성하여 후면 기판(200)의 후면으로부터 태양 전지(150)로 향하는 광을 오히려 방해할 수 있다. 그러나 본 발명이 상술한 비율(W1:W2)의 하한에 한정되는 것은 아니며, 비율(W1:W2)의 하한은 다양한 값을 가질 수 있다.
여기서, 제2 길이(W2)가 제1 길이(W1)과 같거나 이보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 제1 길이(W1) : 제2 길이(W2)의 비율이 1 이하일 수 있다. 제2 길이(W2)가 제1 길이(W1)보다 커지면, 비투과 패턴(220)의 일부가 태양 전지(150)와 겹쳐지면서 후면 쪽에서 입사되는 광의 일부를 가릴 수 있다. 이에 의하여 광 손실이 발생할 수 있다. 또한, 비투과 패턴(220)에 의하여 가려진 태양 전지(150)의 부분에서는 광전 변환이 일어나지 않고 태양 전지(150)의 다른 부분에서만 광전 변환이 일어날 수 있다. 이와 같이 태양 전지(150)의 일부에서만 광전 변환이 일어나면 태양 전지(150)의 특정 부분에서 저항이 증가하게 되고 이에 의하여 심할 경우 핫 스팟(hot spot)이 발생할 수도 있다. 따라서 비투과 패턴(220)이 태양 전지(150)를 가리지 않도록 형성되도록 할 수 있으며, 이를 위하여 제2 길이(W2)가 제1 길이(W1)과 같거나 이보다 작게 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 길이(W1, W2)의 관계 등은 다양하게 변형이 가능하다.
본 실시예에서 비투과 패턴(220)을 구성하는 제1 부분(222)과 제2 부분(224)은 서로 연결된 일체의 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제1 부분(222)과 제2 부분(224)이 균일한 두께를 가지면서 동일한 층에 위치할 수 있다. 이와 같이 제1 부분(222)과 제2 부분(224)이 서로 연결된 일체의 구조를 가져 비투과 패턴(220)을 형성하기 위한 부품 개수를 줄일 수 있어, 공정을 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 다른 실시예에 대해서는 도 8을 참조하여 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)에서는 후면 기판(200)이 광 투과성을 가지는 투과 영역(SA)과 광 비투과성을 가지는 비투과 영역(DA)을 포함한다. 그러면, 태양 전지(150)에 대응하는 투과 영역(SA)으로는 태양 전지 모듈(100)의 후면으로부터 광이 입사하여 광전 변환에 이용하도록 할 수 있고, 태양 전지(150)에 대응하지 않는 비투과 영역(DA)으로는 전면에서 입사되어 후면 기판(200)에 도달된 광을 다시 태양 전지(150)로 향하게 하여 태양 전지(150)에 입사되어 재사용되도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)에 도달하는 광의 양을 최대화하고 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율 및 태양 전지 모듈(100)의 출력을 최대화할 수 있다.
본 실시예와 달리 후면 기판을 모두 비투과 영역으로만 형성하면, 광전 변환 초기에 반사 또는 산란에 의한 초기 출력이 우수한 반면, 태양 전지 모듈의 후면으로는 광이 입사되지 않으므로 발전에 의한 발전 출력이 좋지 않다. 이와 반대로, 후면 기판을 모두 투과 영역으로만 형성하면, 광전 변환 초기에 반사 또는 산란이 일어나지 않으므로 초기 출력이 낮을 수 있다. 후면 기판(200)에 비투과 영역(DA)과 투과 영역(SA)이 모두 정의되는 본 실시예에서는 비투과 영역(DA)에 의하여 초기 출력을 향상하고 투과 영역(DA)에 의하여 발전 출력을 모두 향상할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 초기 출력 및 발전 출력을 모두 향상할 수 있어, 태양 전지 모듈(100)의 출력을 크게 향상할 수 있다. 일 예로, 베이스 부재에 백색 안료를 포함하는 백색 PET로 구성되는 비투과 패턴을 부착한 도 6에 도시한 바와 같은 후면 기판이 적용된 태양 전지 모듈(100)에서는 그 출력을 5% 이상 향상할 수 있었다.
상술한 실시예에서는 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 전면 기판(110)이 광 투광성을 가지는 투광 영역으로 이루어지고 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 후면 기판(200)이 광 투과성의 투과 영역(SA)과 광 비투과성의 비투과 영역(DA)으로 구획되는 것을 예시하였다. 그러면, 광이 상대적으로 많이 입사되는 전면에서는 광이 전체적으로 입사되도록 하고, 후면에서는 광이 투과 영역(SA)을 통하여 입사되고 비투과 영역(DA)을 통해서는 반사되도록 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판(110)에 투과 영역과 비투과 영역을 형성하는 것도 가능하다.
이하, 도 7 내지 도 10를 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양 전지 모듈을 좀더 상세하게 설명한다. 앞서 설명한 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다. 그리고 각 실시예에 적용될 수 있는 변형들은 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지와 비투과 패턴의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 7에서는 태양 전지, 비투과 패턴, 투과 영역 및 비투과 영역만을 도시하였다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 비투과 패턴(220)이, 태양 전지 사이에서 일 방향을 따라 형성되는 복수 개의 제1 부분(222)과, 태양 전지 사이에서 제1 부분(222)과 교차하는 방향을 따라 형성되는 복수 개의 제2 부분(224)과, 태양 전지의 모서리 부근에서 제1 부분(222)과 제2 부분(224)을 연결하는 제3 부분(115)을 포함할 수 있다. 이때, 제3 부분(226)의 폭(W3)이 제1 및 제2 부분(222, 224)의 폭(W2)보다 클 수 있다.
이는 태양 전지(150)의 중앙 부분의 폭(W4)보다 가장자리 부분의 폭(W5)이 더 작은 것을 고려한 것이다. 즉, 본 실시예와 같이 반도체 기판(도 4 및 도 5의 참조부호 152, 이하 동일)을 포함하는 태양 전지(150)에서는 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 등을 반도체 기판(152)으로 사용하게 된다. 이러한 단결정 실리콘 웨이퍼 기판은 성장된 잉곳을 잘라서 제조되는데 잉곳의 형상에 의하여 대체적으로 원형의 형상을 가지게 된다. 이와 같이 원형의 형상을 가지는 실리콘 웨이퍼 기판을 최대한 넓은 면적으로 사용할 수 있도록 반도체 기판(152)의 중앙 부분의 폭(W4)을 가장자리 부분의 폭(W5)보다 크게 한다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 중앙 부분의 폭(W4)이 가장자리 부분의 폭(W5)이 더 클 수 있고, 태양 전지(150)의 가장자리 부분에서는 가장자리로 향하면서 폭이 점진적으로 작아질 수 있다. 일 예로, 태양 전지(150)는 팔각형의 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서 비투과 패턴(220)은 상술한 태양 전지(150)의 형상을 고려하여 태양 전지(150)의 가장자리들이 모여 있는 태양 전지(150)의 모서리 부근에 위치한 제3 부분(226)을 넓은 폭으로 형성한 것이다. 이에 의하여 태양 전지(150) 사이의 영역에 전체적으로 대응하도록 비투과 패턴(220)을 형성하여, 비투과 패턴(220)에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 상술한 바와 같이 태양 전지(150)가 팔각형의 형상을 가지면, 4개의 태양 전지(150) 사이에 위치하는 제3 부분(226)은 태양 전지(150)의 사이를 전체적으로 메울 수 있도록 마름모 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 형상 등에 따라 비투과 패턴(220)의 형상 등은 변화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지와 비투과 패턴의 배치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 8에서는 태양 전지, 비투과 패턴, 투과 영역 및 비투과 영역만을 도시하였다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서는 비투과 패턴(220)의 제1 부분(222)과 제2 부분(224)이 서로 다른 별개의 층으로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 부분(222)이 균일한 폭을 가지는 일자 형태로 형성될 수 있고, 제2 부분(224)이 균일한 폭을 가지는 일자 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 복수 개의 제2 부분(224)을 베이스 부재(도 1의 참조부호 210, 이하 동일) 위에 부착하고, 베이스 부재(210)와 제2 부분(224)의 위로 복수 개의 제1 부분(222)을 부착하여, 비투과 패턴(220)을 형성할 수 있다. 도면에서는 제2 부분(224) 위에 제1 부분(222)이 위치한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 부분(222) 위에 제2 부분(224)이 위치하는 것도 가능하다. 또는, 제1 부분(222)과 제2 부분(224)이 서로 교차하지 않도록 태양 전지(150)의 모서리 부근에서는 제1 부분(222) 및 제2 부분(224) 중 하나만이 위치하고 다른 하나는 해당 부분에서 끊어져서 형성되지 않을 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이와 같은 구조는 테이프 또는 필름 형태의 비투과 패턴(220)을 베이스 부재(210) 상에 차례로 부착하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 그러면, 하나의 테이프 또는 필름을 이용하여 다양한 형상의 비투과 패턴(220)을 형성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 비투과 패턴(220)이 인쇄 등에 의하여 형성되는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다. 도 9에는 도 2의 확대원에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 비투과 패턴(220)이 균일한 두께를 가지는 베이스 부재(210) 위에 돌출되도록 위치하는 것이 아니라, 베이스 부재(210)에 비투과 패턴(220)에 대응하는 홈(또는 오목부)(210a)를 형성하고 그 홈(210a) 내부를 채우도록 비투과 패턴(220)을 형성한다. 그러면, 비투과 패턴(220)을 원하는 위치에 형성할 수 있고, 비투과 패턴(220)에 해당하는 두께에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 두께가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다. 도 10에는 도 2의 확대원에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 10를 참조하면, 본 실시예에서는 비투과 패턴(220)과 베이스 부재(210)가 동일한 층에서 동일한 두께를 가지면서 형성될 수 있다. 즉, 베이스 부재(210)에 비투과 패턴(220)에 대응하는 홀(210b)이 형성되고, 비투과 패턴(220)이 홀(210b)을 채우면서 위치할 수 있다. 그러면, 비투과 패턴(220)을 원하는 위치에 형성할 수 있고, 비투과 패턴(220)에 해당하는 두께에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 두께가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
비투과 패턴(220)이 홀(210b)을 채우는 페이스트 등으로 구성될 수 있다. 또는, 이종 재질 사출 등에 의하여 상술한 구조의 후면 기판(200)을 형성할 수 있다. 이와 같이 비투과 패턴(220)은 다양한 물질을 포함할 수 있고, 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
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
110: 전면 기판
131: 제1 밀봉재
132: 제2 밀봉재
150: 태양 전지
200: 후면 기판
210: 베이스 부재
220: 비투과 패턴
110: 전면 기판
131: 제1 밀봉재
132: 제2 밀봉재
150: 태양 전지
200: 후면 기판
210: 베이스 부재
220: 비투과 패턴
Claims (20)
- 양면 수광형 구조를 가지는 복수의 태양 전지;
상기 태양 전지의 일면에 위치하며 유리 기판으로 구성되는 제1 기판; 및
상기 태양 전지의 타면에 위치하며, 투명 기판 및 상기 투명 기판 위에 위치하는 비투과 패턴을 포함하는 제2 기판
을 포함하고,
상기 복수의 태양 전지가 제1 방향으로 연결되어 형성된 태양 전지 열이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 복수로 구비되고,
상기 제2 기판은, 상기 태양 전지에 대응하며 광 투과성을 가지는 투과 영역과, 상기 투과 영역 이외의 영역으로서 상기 비투과 패턴에 의하여 광 비투과성을 가지는 비투과 영역으로 구획되고,
상기 비투과 패턴이, 상기 복수의 태양 전지 열 사이에서 상기 제1 방향을 따라 연장되는 제1 필름, 그리고 상기 제1 필름과 별개로 구비되며 상기 태양 전지 열에 구비되는 상기 복수의 태양 전지 사이에서 상기 제2 방향을 따라 연장되어 상기 제1 필름과 교차 영역에서 중첩되는 제2 필름을 포함하고,
상기 제1 필름의 폭이 상기 복수의 태양 전지 열 사이의 간격보다 작은 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 투명 기판이 유리 기판 또는 투명 필름인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 비투과 패턴이 상기 투명 기판의 상기 태양 전지 쪽에 대향하는 일면 위에 위치하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 투명 기판에 상기 비투과 패턴에 대응하는 홈 또는 홀이 형성되고, 상기 홈 또는 상기 홀 내에 상기 비투과 패턴이 위치하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 비투과 패턴은, 안료 또는 반사 물질을 구비하는 수지로 구성되거나, 절연 특성을 가지는 반사 물질로 구성되는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 태양 전지 사이의 간격을 제1 길이, 상기 제1 길이에 대응하는 위치에서 상기 비투과 영역의 폭을 제2 길이이라 할 때,
상기 제1 길이 : 상기 제2 길이의 비율은 1:0.5 내지 1:1.5인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 태양 전지 열에 구비되는 상기 복수의 태양 전지 사이의 간격을 제1 길이, 상기 제1 길이에 대응하는 위치에서 상기 제2 필름의 폭을 제2 길이라 할 때,
상기 제2 길이가 상기 제1 길이와 같거나 이보다 작은 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 필름과 상기 제2 필름에 의하여 폐쇄 공간이 정의되고,
상기 폐쇄 공간 내에 상기 투과 영역이 하나씩 위치하는 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 필름 또는 상기 제2 필름이 전체적으로 균일한 폭을 가지는 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 태양 전지는 중앙 부분보다 가장자리 부분의 폭이 더 작은 태양 전지 모듈. - 제1항에 이어서,
상기 비투과 패턴의 두께가 20um 내지 250um인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 기판은 광 투과성을 가지는 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 기판이 상기 태양 전지의 전면에 위치하고,
상기 제2 기판이 상기 태양 전지의 후면에 위치하는 태양 전지 모듈. - 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈에 사용되는 후면 기판에 있어서,
투명 기판; 및
상기 투명 기판 위에 위치하는 비투과 패턴
을 포함하고,
상기 태양 전지에 대응하며 광 투과성을 가지는 투과 영역과, 상기 투과 영역 이외의 영역으로서 상기 비투과 패턴에 의하여 광 비투과성을 가지는 비투과 영역으로 구획되고,
상기 비투과 패턴이, 제1 방향을 따라 연장되는 제1 필름, 그리고 상기 제1 필름과 별개로 구비되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되어 상기 제1 필름과 교차 영역에서 중첩되는 제2 필름을 포함하는 후면 기판.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020130144806A KR102196929B1 (ko) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130144806A KR102196929B1 (ko) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20150060413A KR20150060413A (ko) | 2015-06-03 |
| KR102196929B1 true KR102196929B1 (ko) | 2020-12-30 |
Family
ID=53505033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130144806A KR102196929B1 (ko) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판 |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
2013
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Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR20150060413A (ko) | 2015-06-03 |
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