KR102367363B1 - 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지; 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함하고, 상기 밀봉재에 인접한 상기 태양 전지의 표면 부분에 산 억제 물질이 구비된다.

Description

태양 전지 패널 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL PANEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조 및 공정을 개선한 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법에 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. 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다.
이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 패널의 형태로 제조된다. 태양 전지 패널은 다양한 환경에서 장기간 동안 발전을 하여야 하므로 장기 신뢰성이 크게 요구된다. 고온 다습한 환경에서는 원하지 않게 태양 전지 패널의 특성이 변화되어 출력이 저감될 수 있다.
본 발명은 장기 신뢰성을 향상할 수 있으며 단순한 제조 공정에 의하여 제조될 수 있는 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 태양 전지; 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함하고, 상기 밀봉재에 인접한 상기 태양 전지의 표면 부분에 산 억제 물질이 구비된다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법은, 광전 변환부 및 전극을 포함하는 태양 전지의 표면 부근에 산 억제 물질을 위치시키는 단계; 및 상기 태양 전지와, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 적층하여 부착하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 밀봉재에 인접한 태양 전지의 표면 부분에 산 억제 물질이 위치하여 수분 침투에 따른 전극의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 의하여 고온 다습한 환경에서 발생할 수 있는 출력 저하 현상을 방지 또는 최소화할 수 있으며, 이에 따라 태양 전지 패널의 장기 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 간단한 공정에 의하여 산성 물질에 의한 전극의 부식 등을 방지하여 출력 저하를 감소시키거나 방지할 수 있는 태양 전지 패널을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 8은 실시예 1에 따른 태양 전지 패널의 전기 루미네선스 사진이다.
도 9는 비교예 1에 따른 태양 전지 패널의 전기 루미네선스 사진이다.
도 10은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지 패널에서 최초 출력에 대비한 상대적인 출력 저하 값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 6에 따른 태양 전지의 내산 평가 후의 사진이다.
도 12는 비교예 2에 따른 태양 저지의 내산 평가 후의 사진이다.
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. 그리고 "제1", "제2" 등의 용어는 서로 간의 구별을 위하여 사용할 뿐 본 발명이 "제1", "제2"의 용어에 한정되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 간략한 도시를 위하여 도 1에는 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 도시하지 않았다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 태양 전지(10)와, 태양 전지(10)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 일면(일 예로, 전면)에 위치하는 제1 커버 부재(또는 전면 부재)(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 타면(일 예로, 후면)에 위치하는 제2 커버 부재(또는 후면 부재)(120)를 포함하고, 밀봉재(130)에 인접한 태양 전지(10)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 구비된다.
이때, 태양 전지(10)는 광의 입사에 의하여 전자 및 정공이 생성되는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되어 생성된 전자 및 정공을 수집하는 전극(도 3의 참조부호 42, 44, 이하 동일)을 포함할 수 있다. 광전 변환부 및 전극(42, 44)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 적용될 수 있는 태양 전지(10)의 일 예를 추후에 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
제1 커버 부재(110)는 제1 밀봉재(131) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 전면을 구성하고, 제2 커버 부재(120)는 제2 밀봉재(132) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 후면을 구성한다. 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)는 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(10)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 커버 부재(110)는 우수한 내구성, 절연 특성, 방습성, 광 투과성 등을 가지는 유리 기판일 수 있다. 제2 커버 부재(120)는 필름 또는 시트 등의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 커버 부재(120)가 수지를 포함하는 복수의 층을 구비하여 다양한 특성을 향상할 수 있다. 일 예로, 제2 커버 부재(120)가, 베이스 부재와, 베이스 부재의 적어도 일면에 형성되는 수지층을 포함할 수 있다. 수지층은 밀봉재(130)에 인접하는 제1 수지층을 포함하고, 제1 수지층의 반대면에 위치하는 제2 수지층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재는 폴리아미드계 물질 또는 폴리에스테르계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 이때, 폴리에스테르계 물질로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET)를 포함할 수 있다. 제1 수지층은 불소계 고분자(fluoro polymer) 또는 폴리올레핀계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 제2 수지층은 불소계 고분자, 폴리올레핀계 물질, 폴리아미드계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 불소계 고분자로는 폴리불화비닐(poly vinly fluoride, PVF), 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE) 등을 포함할 수 있다. 불소계 고분자는 가수 분해의 우려가 있는 결합을 가지고 있지 않기 때문에 내후성, 내약품성 등이 우수하다. 폴리올레핀계 물질로는 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다. 일 예로, 제1 수지층은 비용이 상대적으로 저렴한 폴리올레핀계 물질을 포함하고, 제2 수지층은 내환경성이 우수한 불소계 고분자를 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132), 제1 커버 부재(110), 또는 제2 커버 부재(120)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)가 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가지거나, 제2 커버 부재(120)가 비투광성 물질 또는 반사 물질 등으로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 복수 개의 태양 전지(10)가 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 인커커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)으로는 리본, 와이어 등 태양 전지(10)를 연결할 수 있는 다양한 구조, 형상이 적용될 수 있다. 예를 들어, 인터커넥터(142)는, 하나의 태양 전지(10)의 전면에 위치한 제1 전극(도 3의 참조부호 42)과 이에 이웃한 태양 전지(10)의 후면에 위치한 제2 전극(도 3의 참조부호 44)를 연결하도록 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형태로 이웃한 태양 전지(10)를 연결할 수도 있다.
이때, 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)은 솔더 물질을 이용한 태빙(tabbing) 공정을 이용하여 태양 전지(10) 또는 인터커넥터(142)에 전기적 및 물리적으로 연결될 수도 있다. 또는, 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)이 도전성 접착 물질로 구성된 도전성 필름일 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 태양 전지 패널(100)이 하나의 태양 전지(10)만을 포함할 수도 있고, 복수의 태양 전지(10)가 인터커넥터(142) 및 버스 리본(145)이 아닌 다른 연결 부재에 의하여 전기적으로 연결될 수도 있다.
밀봉재(130)는, 서로 전기적으로 연결된 태양 전지(10)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(131)와, 서로 전기적으로 태양 전지(10)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
밀봉재(130)는 수분과 산소가 태양 전지(150)에 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 모듈(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 밀봉재(130)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질을 베이스 물질로 포함한다. 예를 들어, 밀봉재(130)는 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 아이오노머(ionomer) 등을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 베이스 물질이라 함은 각 층 내에서 가장 많은 중량%로 포함된 물질을 의미한다. 특히, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)가 에틸렌비닐아세테이트로 구성되어, 낮은 재료 비용으로도 우수한 특성을 가지도록 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 밀봉재(130)는 추가 산 억제 물질(134)을 더 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 추후에 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
그 외 밀봉재(130)는 과산화물계 개시제 및 가교 반응을 증가시키는 관능기를 가지는 가교제 등을 더 포함하고, 필요에 따라 자외선 차단제(예를 들어, 벤조페논계 자외선 차단제), 자외선 안정제(예를 들어, 아민계 자외선, 산화 방지제(예를 들어, 하이드록시 페닐계 산화 방지제), 커플링제(예를 들어, 실란 커플링제) 등을 더 포함할 수 있다.
적층 공정 및 라미네이션 공정에 의하여 제2 커버 부재(120), 제2 밀봉재(132), 태양 전지(10), 제1 밀봉재(131), 실링 부재(150) 및 제1 커버 부재(110)가 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 밀봉재(130)에 인접한 태양 전지(10)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치한다. 도 3을 참조하여 이를 좀더 상세하게 설명한다.
도 3는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 3을 참조하면, 태양 전지(10)는, 베이스 영역(14)을 포함하는 반도체 기판(12)과, 반도체 기판(12)에 또는 반도체 기판(12) 위에 형성되는 도전형 영역(20, 30)과, 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 반도체 기판(10), 도전형 영역(20, 30) 등이 광전 변환에 관여하는 광전 변환부를 구성할 수 있다. 여기서, 도전형 영역(20, 30)은 서로 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있고, 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(12)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(14)을 포함할 수 있다. 그리고 반도체 기판(12)의 일면(일 예로, 전면) 쪽에는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 그리고 반도체 기판(12)의 후면 쪽에는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(14)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(14)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(14)보다 높은 도핑 농도를 가진다.
본 실시예에서는 제1 또는 제2 도전형 도펀트로는 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 사용할 수 있고, n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, p형 도펀트가 보론(B)이고 n형 도펀트가 인(P)일 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(14)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(14)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(14)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 전계 영역은 반도체 기판(12)의 표면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 전계를 형성한다. 일 예로, 본 실시예에서는 베이스 영역(14)이 제2 도전형을 가져, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고, 제2 도전형 영역(30)이 후면 전계 영역을 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 기판(12), 또는 이에 형성된 베이스 영역(14), 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(14) 또는 반도체 기판(12)을 기반으로 한 태양 전지(10)은 전기적 특성이 우수하다. 그리고 반도체 기판(12)의 전면 및/또는 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조(일 예로, 피라미드 형상 등을 가지는 텍스쳐링 구조)가 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(12)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(12)의 위에서 반도체 기판(12)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)이 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층(일 예로, 비정질 실리콘층, 미세 결정 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)와 반도체 기판(12) 사이에 별도의 층(터널링층, 패시베이션층 등)이 형성될 수도 있다.
그리고 적어도 반도체 기판(12)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(12)의 전면에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위)에 제1 절연막인 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)이 위치할 수 있다. 그리고 적어도 반도체 기판(12)의 후면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(12)의 후면에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위)에 제2 절연막인 제2 패시베이션막(32)이 위치할 수 있다.
제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 개구부(102, 104)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(12) 위에 전체적으로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 제2 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 개구부(102)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 제2 개구부(104)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 전극(42, 44)을 도전성 물질로 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 전극용 페이스트를 도포하고 소성하여 제조될 수 있는데, 이에 의하면 제1 및 제2 전극(42, 44) 또는 전극용 페이스트가 접착 특성을 향상하기 위한 유리 프릿(glass frit)을 포함할 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가지면서 부분적으로 형성된다. 이에 따라 제1 및 제2 전극(42, 44)이 형성되지 않은 부분으로 광이 입사될 수 있다. 태양 전지(10)가 반도체 기판(12)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 일 예로, 제1 및 제2 전극(42, 44)이 복수의 핑거 전극과, 이들과 교차하는 방향으로 형성되어 이들을 연결하는 버스바 전극을 포함할 수 있다. 버스바 전극에는 인터커넥터(142)가 부착될 수 있다. 그러나 본 발명이 특정한 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 도면에서는 양면 수광형 구조를 도시하였으나 제2 전극(44)이 반도체 기판(12)의 후면에 전체적으로 형성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서는 태양 전지(10)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치할 수 있다. 이러한 산 억제 물질(152)은 밀봉재(130)와 인접한 태양 전지(10)의 표면 부분, 특히, 적어도 밀봉재(130)와 인접한 전극(42, 44)에 포함되거나 밀봉재(130)와 인접한 전극(42, 44) 위에 위치할 수 있다. 본 실시예에서는 밀봉재(130)에 인접한 전극(42, 44)의 부근에 산 억제 물질(152)을 포함하여 전극(42, 44)의 부식을 방지하여 태양 전지 패널(10)의 출력 저하 현상을 방지할 수 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 고온 다습한 환경에서 태양 전지 패널(10)을 사용하면 시간의 흐름에 따라 출력이 저하하는 현상이 발생할 수 있다. 이에 대한 명확한 이유는 밝혀지지 않았지만, 고온 다습한 환경에서 산성 물질(acid)이 발생되어 전극(42, 44)의 부식을 가속화하여 전극(42, 44)에 포함된 물질을 용출시켜 전극(42, 44)의 저항이 증가되고 충밀도(fill factor)가 감소하였기 때문으로 예측된다. 이러한 산성 물질은 외부로부터 태양 전지 패널(100)의 내부로 침투된 수분이 밀봉재(130)를 구성하는 물질과 반응하여 형성될 수 있다. 일 예로, 밀봉재(130)가 에틸렌비닐아세테이트로 구성될 경우에는 이에 포함된 아세테이트 이온(CH3COO-)이 수분으로부터 수소 이온(H+)을 제공 받으면 아세트산(CH3COOH)이 형성될 수 있다. 특히 제2 커버 부재(120)가 필름, 시트 등으로 이루어질 경우에 제2 커버 부재(120)를 통하여 수분이 상대적으로 쉽게 침투되어 이러한 문제가 더 심각하게 나타날 수 있다. 그리고 전극(42, 44)이 은(Ag)을 포함하고, 유리 프릿으로 보론(B)(예를 들어, 보론 산화물(B2O3))을 포함하는 경우에 이러한 문제가 더 크게 발생한다.
상술한 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지(100)(특히, 베이스 영역(14)이 n형을 가지는 경우)에는 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)이 각기 도전형 물질로 은(Ag)을 포함하는 경우가 많아 이러한 문제가 심각하게 발생할 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서는 적어도 전극(42, 44) 또는 이의 주변부에 산성 물질이 발생하는 것을 방지할 수 있는 산 억제 물질(152)을 위치시켜 전극(42, 44)의 부식을 방지하여 태양 전지(100)의 충밀도 및 효율을 우수하게 유지하여 태양 전지 패널(100)의 출력 저감을 방지할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 밀봉재(130)에 인접한 전극(42, 44) 부분에 산 억제 물질(152)을 위치시켜 전극(42, 44)의 부식에 좀더 효과적으로 대응할 수 있다. 반면, 밀봉재(130)의 내부에만 산 억제 물질을 위치시키는 경우(예를 들어, 밀봉재(130)를 구성하는 물질 중에 하나로 산 억제 물질을 섞어서 밀봉재(130)를 형성하는 경우)에는 전극(42, 44)의 주변부에 산 억제 물질(152)이 안정적으로 위치하지 않을 수 있어 전극(42, 44)의 부식을 방지하는 데 충분하지 않을 수 있다.
여기서, 산 억제 물질(152)은 수지 또는 유기물, 또는 금속과 비금속의 화합물로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 산 억제 물질(152)이 전극(42, 44)과 태양 전지(10) 사이에 위치하므로 그 형태, 물질 등이 한정되지 않기 때문이다. 예를 들어, 산 억제 물질(152)이 카르보디이미드(carbodiimide), 아지리딘(aziridin), 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(calcium stearate), 스테아린산 마그네슘(magnesium stearate), 하이드로탈사이트(hydrotalcite), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 소듐 제올라이트(sodium zeolite), 칼륨 제올라이트(potassium zeolite), 아인산염(phosphate), 아연 산화물(일 예로, ZnO), 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 수분으로부터 생성된 수소 이온(H+)을 받아들여 산성 물질의 생성을 방지할 수 있다.
예를 들어, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물은 수분으로부터 생성된 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-)과 반응하여(즉, 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-))을 받아들여 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 토금속 수산화물로 쉽게 변화할 수 있다. 이에 의하여 밀봉재(130)에 포함된 아세트이온(CH3COO-)과 반응할 수소 이온(H+)을 제거하여 산성 물질(예를 들어, 아세트산)의 생성을 방지할 수 있다.
예를 들어, 산 억제 물질(152)이 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물로 구성되어, 리튬 산화물(일 예로, Li2O), 소듐 산화물(일 예로, Na2O), 칼륨 산화물(일 예로, K2O), 베릴륨 산화물(일 예로, BeO), 마그네슘 산화물(일 예로, MgO), 칼슘 산화물(일 예로, CaO), 스트론튬 산화물(일 예로, SrO), 바륨 산화물(일 예로, BaO), 라듐 산화물(일 예로, RaO) 등으로 구성된 금속 산화물 입자일 수 있다. 이러한 물질은 전극(42, 44) 및 밀봉재(130)의 특성을 변화시키지 않으면서 산을 억제하기 적합한 물질이기 때문이다. 일 예로, 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 마그네슘 산화물이 산 억제 물질(152)로 사용되면, 산성 물질의 생성을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물과 같은 알칼리 금속 산화물을 산 억제 물질(152)로 사용하면, 산성 물질의 생성을 좀더 효과적으로 방지할 수 있다.
산 억제 물질(152)이 마그네슘 산화물인 경우에 앞서 설명한 바와 같이 산성 물질의 생성을 방지하는 원리를 아래 화학식 1 내지 3을 이용하여 설명하다.
[화학식 1]
H2O -> (H+) + (OH-)
[화학식 2]
(H+) + (CH3COO-) -> CH3COOH
[화학식 3]
MgO + (H+) + (OH-) -> Mg(OH)2
태양 전지 패널(100)의 내부로 수분(H2O)이 침투되면 화학식 1과 같이 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-)로 분해될 수 있다. 이렇게 생성된 수소 이온(H+)이 아세트이온(CH3COO-)과 반응하면, 화학식 2와 같이, 산성 물질인 아세트산(CH3COOH)이 생성된다. 그런데, 마그네슘 산화물(MgO)이 존재하면 수분이 분해되어 생성된 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-)과 반응하여 화학식 3과 같이 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)을 형성하므로, 아세트이온(CH3COO-)과 반응할 수소 이온(H+)을 제거하여 산성 물질의 생성을 방지하는 역할을 할 수 있다.
이에 따라 태양 전지 패널(100)의 내부, 즉 태양 전지(10)의 표면 부근에는 산 억제 물질(152)과 수소 이온(H+) 및/또는 수산화 이온(OH-)(특히, 수소 이온)과 반응하여 형성된 산 억제 부산물(152a)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 산 억제 물질(152)이 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물인 경우에는 수소 이온(H+) 및 수산화 이온(OH-)과 반응하여 형성된 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 토금속 수산화물로 구성된 산 억제 부산물(152a)을 더 포함할 수 있다. 즉, 산 억제 물질(152) 중 일부는 반응하지 않고 그대로 잔존하고, 다른 일부는 수소 이온(H+) 및/또는 수산화이온(OH-)과 반응하여 산 억제 부산물(152a)로 변화되어 잔존할 수 있다. 산 억제 부산물(152a)은 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.
산 억제 물질(152) 또는 산 억제 부산물(152a)은 마이크로 수준 또는 나노 입자 수준의 크기(또는 직경)(일 예로, 1nm 내지 1mm의 크기)를 가지는 입자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 산 억제 물질(152) 또는 산 억제 부산물(152a)의 입경이 0.01um 내지 10um(일 예로, 0.01um 내지 3um)일 수 있다. 상술한 입경이 일정 크기(즉, 1mm, 예를 들어, 10um)를 초과하면, 동일한 양의 산 억제 물질(152)을 포함할 경우에 태양 전지(10)의 표면 부근에서 분산되는 정도가 작아져서 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 효과적으로 구현되지 않을 수 있다. 상술한 입경이 일정 크기(즉, 1nm, 예를 들어, 0.01um) 미만이면, 작은 입경에 의하여 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 효과적으로 구현되지 않을 수 있다. 도면에서는 산 억제 물질(152)이 구형 입자의 형상을 가지는 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 산 억제 물질(152)은 서로 다른 형상, 또는 서로 다른 입경을 가지는 입자들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이러한 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 일 예로, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등에 의하여 형성될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 상세하게 설명한다. 상술한 산 억제 물질(152)은 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등에 의하여 쉽게 태양 전지(10) 위에 도포될 수 있다.
본 실시예에서는 태양 전지(10)와 밀봉재(130) 사이에 산 억제 물질(152)이 위치한다. 도 3에서는 산 억제 물질(152)을 구성하는 복수의 입자들이 태양 전지(10)의 표면 부분에서 조밀하게 위치하여 끊어지지 않고 서로 연속적으로 이어지는 하나의 산 억제층(150)을 형성한 것을 예시하였다. 이러한 산 억제층(150)이 태양 전지(10)와 밀봉재(130) 사이에 위치하여 태양 전지(10)와 밀봉재(130)에 서로 접촉할 수 있다. 그러면 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 효과적으로 구현될 수 있으며 별도의 패터닝 없이 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 다양한 형태를 가지면서 다양한 위치에 형성될 수 있다. 다양한 변형예를 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다. 참조로, 도 4에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 4를 참조하면, 본 변형예에서는 입자 형태를 가지는 산 억제 물질(152)이 적어도 일부끼리는 서로 인접하여 접하고 나머지는 이격되거나, 입자 형태를 가지는 산 억제 물질(152)이 각기 이격되어 위치한다. 그리고 라미네이션 공정 등에서 산 억제 물질(152)이 밀봉재(130)의 내부로 일부 밀려들어가서 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에서 밀봉재(130)에 둘러싸여 밀봉재(130) 내부에 위치할 수도 있다. 그러면, 산 억제 물질(152)이 명확한 층 형상을 가지지 않고 산 억제 물질(152)을 구성하는 입자 형태 또는 이러한 입자들이 응집된 형태로 부분적으로 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에서 흩어진 형태로 위치할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다. 참조로, 도 5에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 5를 참조하면, 본 변형예에서는 산 억제 물질(152)이 밀봉재(130)와 인접한 태양 전지(10)의 전극(42, 44)에 대응하여 부분적으로 위치할 수 있다. 산성 물질에 의하여 전극(42, 44)이 부식되어 문제가 발생할 수 있는바, 전극(42, 44) 부분에만 부분적으로 산 억제 물질(152)을 위치시킨 것이다. 그러면 재료 비용, 공정 시간 등을 저감할 수 있다.
도 5에서는 산 억제 물질(152)이 도 3에 도시한 바와 같이 산 억제층(150)의 형상으로 구비된 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 4에 도시한 바와 같이 산 억제 물질(152)이 부분적으로 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에서 흩어진 상태로 위치할 수도 있다.
다시 도 2를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 산 억제 물질(152)이 태양 전지(10)의 전면, 후면 및 측면에서 연속적 및 전체적으로 형성될 수 있다. 태양 전지(10)의 전면, 후면 및 측면 중 적어도 하나에 산 억제 물질(152)이 위치하면 족하다. 이때, 전극(42, 44) 위에 이웃한 태양 전지(10)와의 연결을 위한 인터커넥터(142)가 위치하는 경우에는 산 억제 물질(152)이 인터커넥터(142) 위에 위치할 수 있다. 이는 태양 전지(10)에 인터커넥터(142)를 부착한 후에 산 억제 물질(152)을 도포한 경우이다. 또는, 산 억제 물질(152)이 전극(42, 44)과 인터커넥터(142) 사이에 위치할 수 있다. 산 억제 물질(152)이 위치하더라도 매우 얇은 두께로 위치하거나 도 4에 도시한 바와 같이 전극(152) 위에서 서로 이격되어 일부에만 위치하여 전극(42, 44)과 인터커넥터(142)의 전기적 연결을 크게 방해하지 않기 때문이다. 또는, 인터커넥터(142)가 배치되는 전극(42, 44)에 인접하여 산 억제 물질(152)이 산 억제층(150)의 형상으로 위치하더라도 전극(42, 44)과 인터커넥터(142)의 태빙 공정 중에 산 억제층(150)의 적어도 일부를 뚫고 전극(42, 44)과 인터커넥터(142)의 전기적 연결이 이뤄질 수 있다. 즉, 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 전극(42, 44) 위에 위치하더라도 전극(42, 44)과 인터커넥터(142)의 전기적 연결을 방해하지 않는다. 설사 인터커넥터(142)가 배치되는 전극(42, 44)(예를 들어, 버스바 전극) 위에 위치한 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)의 대부분이 제거되는 경우에도, 인터커넥터(142)가 위치하지 않는 전극(42, 44)(예를 들어, 핑거 전극) 위에는 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 그대로 잔존한다.
한편, 본 실시예에서는 밀봉재(130)의 내부에 추가 산 억제 물질(134)을 더 포함할 수 있다. 이에 의하면, 밀봉재(130)의 내부에 위치한 추가 산 억제 물질(134)에 의하여 전극(42, 44)의 부식을 좀더 방지할 수 있다.
이러한 추가 산 억제 물질(134)로는 카르보디이미드, 아지리딘, 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 하이드로탈사이트, 수산화마그네슘, 소듐 제올라이트, 칼륨 제올라이트, 아인산염, 아연 산화물, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 이때, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물로 상기 산 억제 물질인 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 베릴륨 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물 및 라듐 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 밀봉재(130)의 내부에는 추가 산 억제 물질(134)이 수소 이온(H+) 및/또는 수산화이온(OH-)과 반응하여 형성된 추가 산 억제 부산물(134a)을 더 포함할 수 있다. 즉, 추가 산 억제 물질(134) 중 일부는 반응하지 않고 그대로 잔존하고, 다른 일부는 수소 이온(H+) 및/또는 수산화이온(OH-)과 반응하여 추가 산 억제 부산물(134a)로 변화되어 잔존할 수 있다. 추가 산 억제 부산물(134a)은 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.
추가 산 억제 물질(134)은 밀봉재(130)를 제조할 때 첨가하여 밀봉재(130) 내부에 위치할 수 있다. 이에 따라 추가 산 억제 물질(134)은 밀봉재(130)의 전체에 걸쳐 고르게 분산된 형태로 존재할 수 있다. 추가 산 억제 물질(134)은 밀봉재(130)의 형성 시에 함께 첨가하는 것이므로 종류, 형태 등과 관계 없이 포함될 수 있다. 이에 따라 산화물뿐만 아니라 다양한 화합물 또는 수지 등이 추가 산 억제 물질(134)로 사용될 수 있다. 추가 산 억제 물질(134)과 산 억제 물질(152)은 서로 동일한 물질일 수도 있고 서로 다른 물질일 수도 있다.
이때, 동일한 단위 영역을 기준으로 보면, 태양 전지(10)의 표면 부분에 위치한 산 억제 물질(152)의 밀도가 밀봉재(130) 내부에 포함된 추가 산 억제 물질(134)의 밀도와 같거나 그보다 더 클 수 있다. 특히, 태양 전지(10)에 인접한 부분에서 산 억제 물질(152)의 밀도가 밀봉재(130) 내부의 추가 산 억제 물질(134)의 밀도보다 더 클 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(10)에 인접한 부분에서 산성 물질에 의하여 발생할 수 있는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 밀봉재(130)에 인접한 태양 전지(10)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하여 수분 침투에 따른 전극(42, 44)의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 효과는 전극(42, 44)이 은(Ag)을 포함하거나 유리 프릿으로 보론(B)을 포함하는 경우에 좀더 배가될 수 있다. 이에 의하여 고온 다습한 환경에서 발생할 수 있는 출력 저하 현상을 방지 또는 최소화할 수 있으며, 이에 따라 태양 전지 패널(100)의 장기 신뢰성을 향상할 수 있다. 이와 같이 태양 전지 패널(100)의 장기 신뢰성이 향상되면, 수분 침투를 고려한 다른 구성의 특성을 정밀하게 제어하지 않아도 되므로 재료 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어, 종래에는 수분 침투를 방지하기 위하여 매우 엄격한 조건의 제2 커버 부재(120), 전극(42, 44) 등을 사용하였으나, 본 실시예에 따르면 제2 커버 부재(120), 전극(42, 44)의 조건을 다소 완화하여 재료 비용을 절감할 수 있다.
도면에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)에 각기 인접하여 산 억제 물질(152)이 위치하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 영역(14)이 n형을 가지는 경우에 제1 전극(42)이 은을 포함하고 제2 전극(44)은 은 이외의 다른 물질(예를 들어, 알루미늄)을 포함할 수 있다. 또는, 베이스 영역(14)의 도전형과 관계 없이 전면에 위치한 제1 전극(42)보다 후면에 위치한 제2 전극(44)에 유리 프릿을 더 많이 첨가할 수 있다. 이때, 은을 포함하거나 유리 프릿을 더 적게 포함하는 제1 전극(42)의 부식이 더 문제될 수 있는바, 제1 전극(42) 또는 이에 인접한 부분에는 산 억제 물질(152)이 위치하고, 제2 전극(44) 또는 이에 인접한 부분에는 산 억제 물질(152)이 위치하지 않을 수 있다. 또는, 제1 전극(42)의 주변에 위치한 산 억제 물질(152)의 양, 밀도 등이 제2 전극(44)의 주변에 위치한 산 억제 물질(154)의 양, 밀도 등보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 베이스 영역(14)이 p형을 가지거나, 및/또는 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 적어도 어느 하나가 은을 포함하지 않거나 유리 프릿을 적은 양으로 포함하는 경우에도, 제1 및 제2 전극(42, 44) 각각에 산 억제 물질(152)이 구비(특히, 동일한 양으로 구비)될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 태양 전지 패널(100)의 제조 방법을 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법을 도시한 단면도이다. 참조로, 도 6a 및 도 6b에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 태양 전지(10)를 제조한다. 태양 전지(10)의 제조에는 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 태양 전지(10)의 표면 부근에 산 억제 물질(152)을 위치시킨다. 산 억제 물질(152)을 위치시키는 방법으로 다양한 방법이 적용될 수 있다. 일 예로, 용매에 입자 형태의 산 억제 물질(152)을 분산시킨 후 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등에 의하여 원하는 위치에 도포한 후에 용매를 제거(예를 들어, 열처리에 의하여 용매를 휘발하여 건조)할 수 있다.
특히, 스프레이 노즐(154)을 이용하여 압력을 가하여 산 억제 물질(152)을 포함하는 용액을 흩뿌려서 도포하는 스프레이 코팅에 의하면 소량의 산 억제 물질(152)을 고르게 태양 전지(10) 위에 위치시킬 수 있다. 이 경우에 입자 형태의 산 억제 물질(152)의 입경이 0.01um 내지 10um(일 예로, 0.01um 내지 3um)일 수 있다. 용매로는 이소프로필알코올(isopropylalcohol, IPA), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 톨루엔(toluene), 알파-테르피네올(alpha-terpineol), 텍사놀(texanol), 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate, BCA), 에틸렌글리콜 페닐 에테르(ethyleneglycol phenyl ether, EPH), 플로필렌글리콜 모노메틸 에테르(propylene glycol monomethyl ether, PGME) 플로필렌글리콜 메틸에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate, PGMEA) 등을 포함할 수 있다. 이때, 용액 전체 100 중량부에 대하여 산 억제 물질(152)이 0.01 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 산 억제 물질(152)의 함량을 최소화하면서 고르게 태양 전지(10) 위에 도포할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 용액 전체에 대한 산 억제 물질(152)의 중량부가 다른 값을 가질 수도 있다.
산 억제 물질(152)을 포함하는 용액을 태양 전지(10) 위에 도포한 후에 건조를 위한 열처리를 하여 용매를 휘발시킨다. 일 예로, 열처리는 40℃ 내지 150℃의 온도에서 10초 내지 300초 동안 수행될 수 있다. 이러한 온도 및 시간에서 태양 전지(10)에 영향을 미치지 않으면서 용매를 안정적으로 휘발하거나 태양 전지(100)를 안정적으로 건조시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 열처리의 온도 및 시간이 다른 값을 가질 수 있다.
일 예로, 태양 전지 패널(100)에 포함된 태양 전지(10) 전체 100 중량부에 대하여 산 억제 물질(152)이 0.001 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 산 억제 물질(152)에 의한 효과를 충분히 발휘하면서도 산 억제 물질(152)에 의한 원하지 않는 변화 등이 발생하지 않도록 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 산 억제 물질(152)의 중량부가 이와 다른 값을 가질 수도 있다. 그리고 상술한 설명에서는 스프레이 코팅을 일 예로 하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법으로 산 억제 물질(152)을 태양 전지(10)의 표면 위에 위치시킬 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 태양 전지(10) 위에 인터커넥터(142)가 부착되는 경우에는 인터커넥터(142)가 부착되기 전에 산 억제 물질(152)을 위치시킬 수도 있고, 인터커넥터(142)가 부착된 후에 산 억제 물질(152)을 위치시킬 수도 있다.
이어서, 도 6c에 도시한 바와 같이, 태양 전지(10)와, 태양 전지(10)를 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재 위에서 태양 전지(100의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재(120)를 서로 적층하여 부착하는 단계를 수행한다. 이에 의하면 태양 전지(10)의 표면 위에 위치하던 산 억제 물질(152)이 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에 그대로 위치하게 된다. 이때, 밀봉재(130)는 내부에 분산된 추가 산 억제 물질(134)을 더 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6b 및 도 6c에서는 산 억제 물질(152)이 도 3에 도시한 바와 같이 태양 전지(10)의 표면 부근에서 전체적으로 형성된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 산 억제 물질(152)이 도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같이 위치할 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면 간단한 공정에 의하여 산성 물질에 의한 전극(42, 44) 부식 등을 방지하여 출력 저하를 감소시키거나 방지할 수 있는 태양 전지 패널(100)을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다. 참조로, 도 7에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 태양 전지(10)의 전극(42, 44)이 산 억제 물질(152)을 포함할 수 있다. 일 예로, 전극(42, 44)은 전극용 페이스트를 이용한 인쇄 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 전극용 페이스트를 제조할 때 산 억제 물질(152)을 첨가하거나, 제조된 전극용 페이스트에 산 억제 물질(152)을 첨가하여 전극(42, 44)이 산 억제 물질(152)을 포함하도록 할 수 있다.
이때, 산 억제 물질(152)은 수지 또는 유기물을 포함하지 않고, 금속과 비금속의 화합물로 구성될 수 있다. 전극(42, 44)에 포함되는 산 억제 물질(152)로 수지를 사용하면 전극(42, 44)의 소성 과정에서 산 억제 물질(152)이 제거될 수 있음을 고려한 것이다. 예를 들어, 전극(42, 44)에 포함된 산 억제 물질(152)로는 하이드로탈사이트, 수산화마그네슘, 소듐 제올라이트, 칼륨 제올라이트, 아인산염), 아연 산화물, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 이때, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물로 상기 산 억제 물질인 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 베릴륨 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물 및 라듐 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 산 억제 물질(152)은 마이크로 수준 또는 나노 입자 수준의 크기(또는 직경)(일 예로, 1nm 내지 1mm의 크기)를 가지는 입자로 구성될 수 있다. 그리고 각 전극(42, 44)을 전체 100 중량부라 할 때 산 억제 물질(152)이 0.0011 내지 5.55 중량부로 포함될 수 있다. 산 억제 물질(152)이 0.0011 중량부 미만으로 포함되면, 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 산 억제 물질(152)이 5.55 중량부를 초과하여 포함되면, 전극(42, 44)의 전기적 특성이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 산 억제 물질(152)의 입경, 중량부가 다른 값을 가질 수도 있다.
참조로, 도 7에서는 산 억제 물질(152)만을 개시하였으나, 산 억제 물질(152)이 반응에 의하여 변화한 산 억제 부산물(도 3의 참조부호 152a)을 포함할 수도 있다.
좀더 구체적으로, 전극(42, 44)을 형성하는 전극용 페이스트는 전도성 입자와, 용매, 바인더, 유리 프릿, 산 억제 물질(152), 그 외 다른 첨가제 등을 포함할 수 있다. 이때, 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 대하여 산 억제 물질(152)이 0.001 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 전극용 페이스트를 만들어 절연막(즉, 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 또는 제2 패시베이션막(32)) 위에 도포한 후에 열처리에 의하여 소성할 때 절연막을 관통하는 파이어 스루(fire-through)에 의하여 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 형성할 수 있다. 또는, 절연막에 제1 또는 제2 개구부(102, 104)를 형성한 후에 전극용 페이스트를 도포하고 이를 열처리하여 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 형성할 수 있다.
전도성 입자로는 전도성을 제공하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 전도성 입자로 금속 입자를 사용할 수 있으며, 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등을 단독으로 또는 두 개 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
전극용 페이스트에는 용매가 포함되나, 전극용 페이스트의 열처리 시 용매는 휘발되어 전극(42, 44)에는 포함되지 않거나 매우 미량으로 포함될 수 있다. 용매로는 유기 용매를 사용할 수 있는데, 일 예로, 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate, BCA), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate, CA) 등을 사용할 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 바인더로는 셀룰로오스 계열의 바인더를 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
유리 프릿으로는 다양한 산화물이 사용될 수 있는데, 일 예로, 보론 산화물(B2O3)가 포함될 수 있다. 보론 산화물을 전극용 페이스트의 접착 특성을 향상하는 데 적합하기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그 외에 첨가제로 분산제, 칙소제(thixotropic agent), 레벨링(levelling)제, 소포제 등을 더 포함할 수도 있다. 분산제는 전도성 분말, 유리 프릿 등의 분산 특성을 향상할 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 칙소제는 우레아계, 아마이드계, 우레탄계 등의 고분자/유기물이 사용되거나 무기계의 실리카 등이 사용될 수 있다. 레벨링제, 소포제 등으로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다.
이와 같은 전극용 페이스트는 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 바인더를 용매에 용해한 후 프리 믹싱(pre-mixing)하여 유기 비히클을 형성한다. 전도성 분말, 유리 프릿 및 첨가제를 유기 비히클에 첨가하여 일정 시간 동안 숙성(aging) 시킨다. 숙성된 혼합물을 3롤밀(3 roll mill) 등을 통해 기계적으로 혼합 및 분산시킨다. 혼합물을 여과 및 탈포하여 페이스트 조성물을 제조한다. 그러나 이러한 방법은 일례로 제시한 것에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 전도성 입자와, 용매, 바인더, 유리 프릿, 산 억제 물질(152), 그 외 다른 첨가제 등을 혼합하여 전극용 페이스트를 형성할 수 있는데, 산 억제 물질(152)은 다양한 공정 또는 순서에서 첨가될 수 있다. 즉, 산 억제 물질(152)과 유리 프릿을 함께 혼합한 후에 전도성 입자, 용매, 바인더, 그 외 다른 첨가제들과 함께 혼합할 수도 있다. 또는, 산 억제 물질(152)을 제외한 다른 물질들을 혼합하여 제조된 전극용 페이스트에 산 억제 물질(152)을 후첨하여 본 실시예에 따른 전극용 페이스트를 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이와 같이 전극(42, 44)이 산 억제 물질(152)을 포함하면 전극(42, 44)이 형성된 부분에 산 억제 물질(152)도 함께 형성되므로 전극(42, 44)의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 전극(42, 44)의 전체 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하도록 하기 위한 얼라인 공정 등이 전혀 요구되지 않으면서도 전극(42, 44)에 맞춰 부분적으로 산 억제 물질(152)이 위치하여 산 억제 물질(152)를 안정적으로 포함시킬 수 있다. 또한, 전극(42, 44)의 내산 특성을 향상하여 전극(42, 44)이 산성 물질에 의하여 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 전극(42, 44)을 형성하는 전극용 페이스트에 산 억제 물질(152)을 첨가하는 간단한 공정에 의하여 이와 같이 높은 장기 신뢰성을 가지는 태양 전지 패널을 제조할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만 밀봉재(130)의 내부에 추가 산 억제 물질(도 2의 참조부호 134) 및 추가 산 억제 부산물(도 2의 참조부호 134a)가 더 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이하의 실험예는 본 발명을 예시하기 위하여 제시한 것에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
태양 전지를 제조하고 그 위에 인터커넥터를 부착한 후에 마그네슘 산화물 입자와 용매를 혼합한 용액을 태양 전지 위에 분사하였다. 이때, 마그네슘 산화물 입자의 평균 크기가 0.2um였고, 용액 전체 100 중량부에 대한 마그네슘 산화물의 중량부가 0.5 중량부였다. 그 후에 밀봉재, 제1 및 제2 커버 부재를 라미네이션하여 태양 전지 패널을 제조하였다.
비교예 1
마그네슘 산화물 입자와 용매를 혼합한 용액을 태양 전지 위에 분사하지 않았다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지에 초가속 온도 및 습도 스트레스 테스트(higly accelerated temperature and humidity stress test, HAST)를 수행하였다. 초가속 온도 및 습도 스트레스 테스트를 192 시간 동안 진행한 이후에 실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지 패널의 전기 루미네선스(electroluminescence, EL) 사진을 촬영하고 출력 저하 값을 측정하였다. 실시예 1에 따른 태양 전지 패널의 전기 루미네선스 사진을 도 8에 첨부하고, 비교예 1에 따른 태양 전지 패널의 전기 루미네선스 사진을 도 9에 첨부하였다. 그리고 실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지 패널에서 최초 출력에 대비한 상대적인 출력 저하 값을 도 10에 나타내었다. 참조로, 태양 전지 모듈에 전압을 인가하면서 촬영된 전기 루미네선스 사진에서 정상적인 부분은 밝게 표시되고 결함이 있거나 동작하지 않는 부분은 어둡게 표시된다.
도 8을 참조하면, 실시예 1에 따른 태양 전지 패널은 대부분 밝게 표시되어 고온 다습한 조건에서도 출력 저하가 거의 발생하지 않았음을 것을 알 수 있다. 반면, 도 9를 참조하면, 비교예 1에서는 태양 전지 패널의 일부가 어둡게 표시되어 고온 다습한 조건에서 매우 큰 출력 저하가 발생하는 것을 알 수 있다. 도 10을 을 참조하면, 실시예 1에 따른 태양 전지 모듈의 출력 저하 값이 비교예 1 에 따른 태양 전지 패널의 출력 저하 값의 52%에 불과하여 매우 낮은 것을 알 수 있다.
실시예 2
평균 크기가 0.2um인 마그네슘 산화물 입자를 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 0.5 중량부로 포함하여 전극용 페이스트를 제조하여 이를 이용하여 태양 전지의 전극을 형성하였다. 그 후에 밀봉재, 제1 및 제2 커버 부재를 라미네이션하여 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 3
마그네슘 산화물 입자의 평균 크기가 0.3um라는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 4
마그네슘 산화물 입자를 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 1 중량부로 포함하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 5
마그네슘 산화물 입자 대신 소듐 산화물(Na2O) 입자를 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 0.5 중량부로 포함하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 6
소듐 산화물 입자를 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 1 중량부로 포함하였다는 점을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 7
마그네슘 산화물 입자 대신 칼륨 산화물(K2O) 입자를 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 0.5 중량부로 포함하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 8
칼륨 산화물 입자를 전극용 페이스트 전체 100 중량부에 1 중량부로 포함하였다는 점을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
비교예 2
마그네슘 산화물 입자를 전극용 페이스트에 포함하지 않고 마그네슘 산화물 입자의 중량부만큼 금속 입자를 더 포함한 전극용 페이스트를 제조하여 이를 이용하여 태양 전지의 전극을 형성하였다. 이렇게 제조된 태양 전지 위에 인터커넥터를 부착한 후에 밀봉재, 제1 및 제2 커버 부재를 라미네이션하여 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 2 내지 8 및 비교예 2에 따른 태양 전지에 내산 특성 및 내습 특성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 내산 특성은 태양 전지를 상온의 8.95%의 아세트산에 3 시간 동안 넣어 박리되었는지 여부를 판단하였으며, 내습 특성은 고압 고습 시험(pressure cooker test, PCT)를 24시간 동안 수행한 후에 출력 저하를 측정하였다. 표 1에서 내습 특성은 비교예 2에 의한 출력 저하 값을 100%로 한 상대 값을 기재하였다. 내산 특성과 관련하여, 실시예 6과 비교예 2에 따른 태양 전지의 내산 평가 후의 사진을 각기 도 11 및 도 12에 첨부하였다.
내산 평가 내습 특성/출력 저하
(상대값)
실시예 2 부분 박리 78.06%
실시예 3 부분 박리 79.32%
실시예 4 부분 박리 62.89%
실시예 5 부분 박리 31.96%
실시예 6 박리되지 않음 14.95%
실시예 7 부분 박리 10.31%
실시예 8 부분 박리 11.34%
비교예 2 완전 박리 100%
표 1을 참조하면, 실시예 2 내지 8에 따른 태양 전지 패널은 내산 평가 후에 완전히 박리되지 않아 우수한 내산 특성을 가지며, 내습 특성 후의 출력 저하 값이 비교예 2에 비하여 작은 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 5 내지 8에서는 매우 낮은 출력 저하 값을 가지는바, 알칼리 토금속 산화물보다 알칼리 금속을 산 억제 물질로 사용할 때 더 우수한 효과를 가짐을 알 수 있다. 반면, 비교예 2에서는 전극이 완전 박리되며 출력도 크게 저하되었음을 알 수 있다.
이에 따라 실시예에 따른 산 억제 물질에 의하여 태양 전지의 전극의 접착 특성을 향상할 수 있으며 태양 전지 패널의 출력 저하를 방지할 수 있음을 알 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 패널
110: 제1 커버 부재
120: 제2 커버 부재
130: 밀봉재
134: 추가 산 억제 물질
134a: 추가 산 억제 부산물
152: 산 억제 물질
152a: 산 억제 부산물
150: 산 억제층
10: 태양 전지
42: 제1 전극
44: 제2 전극

Claims (20)

  1. 광전 변환부와 전극을 포함하는 태양 전지;
    상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재;
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재
    를 포함하고,
    상기 전극은 산 억제 물질을 포함하고,
    상기 산 억제 물질은 금속과 비금속의 화합물로만 구성되며,
    상기 산 억제 물질은 상기 전극을 전체 100 중량부라 할 때 0.0011 내지 5.55 중량부 포함되는,
    태양 전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산 억제 물질은 상기 전극 위에 더 위치하는 태양 전지 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 카르보디이미드(carbodiimide), 아지리딘(aziridin), 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(calcium stearate), 스테아린산 마그네슘(magnesium stearate), 하이드로탈사이트(hydrotalcite), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 소듐 제올라이트(sodium zeolite), 칼륨 제올라이트(potassium zeolite), 아인산염(phosphate), 아연 산화물, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 패널.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산 억제 물질인 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 베릴륨 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물 및 라듐 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지의 표면 부분에 상기 산 억제 물질과 수소 이온이 반응하여 형성된 산 억제 부산물을 더 포함하는 태양 전지 패널.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 상기 태양 전지와 상기 밀봉재 사이에 더 위치하는 태양 전지 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 복수의 입자를 포함하는 태양 전지 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 입자 중에 적어도 일부끼리는 서로 접하고 나머지는 이격되거나, 상기 복수의 입자가 각기 서로 이격되어 위치하는 태양 전지 패널.
  9. 제7항에 있어서
    상기 산 억제 물질의 입경이 0.01um 내지 10um인 태양 전지 패널.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 태양 전지와 상기 밀봉재 사이에 위치한 상기 산 억제 물질이 산 억제층을 구성하고,
    상기 산 억제층이 상기 전극에 대응하여 부분적으로 위치하거나,
    상기 전극 및 상기 전극이 형성되지 않은 부분에 형성된 절연막 위에 함께 위치하는 태양 전지 패널.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉재 내부에 추가 산 억제 물질이 더 포함되는 태양 전지 패널.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 태양 전지의 표면 부분에 위치한 상기 산 억제 물질의 밀도가 상기 밀봉재 내부에 포함된 상기 추가 산 억제 물질의 밀도와 같거나 그보다 큰 태양 전지 패널.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 전극이 보론(B)을 포함하는 태양 전지 패널.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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