KR102619679B1 - 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈은 전면 커버와 후면 커버 사이에 순차적으로 적층된 제1 및 제2봉지재와 스트링을 일체화시키는 라미네이션 공정을 진행하여 모듈을 제조하며, 스트링은 한쌍의 전극부재가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극패턴의 양면수광 태양전지 기판을 절단선에 따라 수직 방향으로 분할하고, 분할된 셀들을 부분적으로 중첩시켜 슁글드 어레이 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수직 방향으로 분할하는 절단선에 나란한 한쌍의 전극부재가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극패턴의 양면수광 태양전지 기판을 이용하여 모듈을 제조할 수 있는 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양으로부터 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하며 화석연료와 다르게 저탄소, 미래에도 고갈되지 않는 지속 가능한 친환경 에너지이다.
기존의 태양광 모듈 제작은 셀과 셀을 금속 리본(metal ribbon)으로 연결하여 제작하는 것으로 셀들을 금속 리본으로 연결하여 스트링 제작 시 셀들을 전기적으로 분리하기 위한 공간이 필요하다. 이로 인해 모듈에 전류를 생성하지 않는 빈 여백이 있어 출력 손실이 발생한다. 또한 셀에 전면 버스바(busbar)를 포함하고 있기 때문에 이 부분에는 전류 생성이 불가능하여 출력 손실을 유발한다.
다른 방식은 전도성 접착제(ECA)를 개재하여 슁글드 어레이 구조의 태양광 모듈이 제작될 수 있다. 예를 들어 분할 셀의 전면 버스바에 ECA(electrically conductive adhesives)를 도포하여 다른 분할 셀의 후면 전극 패드(Ag)와 접합하는 방식은 전면에 버스바가 없는(busbarless) 구조이기 때문에 버스바에 의한 광학적 손실을 감소시킬 수 있고 기존 모듈과 달리 셀 분리를 위한 공간이 필요 없어 동일 면적에 보다 많은 셀이 들어가 상대적으로 높은 출력을 생산할 수 있는 장점이 있다. 특허문헌 1에서 아래쪽 분할 셀의 버스바 전극에 위쪽 분할 셀의 후면 버스바 전극이 겹쳐지도록 하고 그 사이에 전도성 부재로 접착시켜 전기적으로 접속한다. 다른 예로서, 특허문헌 2에서 복수개의 태양전지를 인터커넥터에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결하는 태양전지 패널의 제조 방법이 개시되어 있다.
종래에는 동일한 복수의 태양전지를 연결하여 태양전지 스트링 또는 태양전지 모듈을 제조하는 것이 일반적이다. 동일한 복수의 태양전지를 이용하여 모듈을 제조시 동일한 단점 또는 문제를 가지는 태양전지가 복수로 사용되어 단점 또는 문제가 가중될 수 있다. 이의 대응 방안으로 앞에서 제기된 문제를 극복하기 위하여 하기 특허문헌 3에서 양면 수광형 제1 태양전지와 단면 수광형 제2 태양전지를 혼용하여 태양전지 모듈을 형성하는 방법이 제시되었다.
없음
종래의 슁글드 모듈은 분할된 셀의 전면 전극과 후면 전극이 수직선상에서 서로 어긋나게 하여 슁글드 모듈에 적합한 전극 패턴이 형성된 태양전지 기판을 사용해야 하는 제약이 따르기 때문에 수직 방향의 절단선에 나란한 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지 기판을 이용하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 목적은 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지 기판을 분할하고, 분할된 셀들을 중첩하여 전도성 접착제로 접합함으로써 다양한 형태의 슁글드 모듈을 제조할 수 있는 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈의 제조 방법은, (a) 수직 방향으로 분할하는 절단선에 나란한 적어도 한쌍의 전극부재가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극패턴의 양면수광 태양전지 기판을 준비하는 단계; (b) 양면수광 태양전지 기판의 절단 위치와 분할 셀들이 중첩되는 부분에서 접합되는 셀 단부의 접합 구조를 설정하는 단계; (c) 레이저 스크라이빙을 이용하여 양면수광형 태양전지 기판의 절단선을 따라 절단하여 복수개 단위 셀로 분할하는 단계; (d) 셀 단부의 접합 구조에 따라 분할된 단위 셀들을 부분적으로 중첩시키고 전도성 접착제를 이용하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 단계; (e) 라미네이션 장비를 이용하여 전면 커버와 후면 커버 사이에 순차적으로 적층된 제1봉지재, 스트링, 제2봉지재를 일체화하기 위한 라미네이션 공정을 진행하여 양면수광형 슁글드 모듈을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (a)단계에서 일반 전극 패턴은 기판 전면에 복수의 버스바 전극이 상호 이격되어 형성되고, 기판 전면에 대향하는 기판 하면에 복수의 버스바 전극이 상호 이격되어 형성되며, 전면의 버스바 전극과 후면의 버스바 전극으로 이루어진 적어도 한 쌍의 버스바 전극이 전면 및 후면에 수직한 일직선상에 정렬되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (d) 단계에서 제1 버스바 타입과 제2 버스바 타입 중 적어도 어느 하나의 버스바 타입이 적용된 스트링을 형성하되, 상기 제1 버스바 타입은 전면 버스바 전극 및 후면 버스바 전극이 일측 외곽에 각각 형성되며, 상기 제2 버스바 타입은 전면 버스바 전극 및 후면 버스바 전극이 양측 외곽에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (d) 단계에서 셀의 접합 구조는 어느 한 셀의 후면과 다른 한 셀의 전면에 형성된 버스바 전극을 중첩시키고 전도성 접착제로 중첩된 부분을 접합시키거나 어느 한 셀의 후면과 다른 한 셀의 전면을 중첩시키고 전도성 접착제로 중첩된 부분을 접합시키는 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈은, 전면 커버; 후면 커버; 상기 전면 커버의 하부에 위치하는 제1봉지재; 상기 후면 커버의 상부에 위치하는 제2봉지재; 상기 제1봉지재의 하부 및 제2봉지재의 상부에 위치하는 스트링;을 포함하고, 상기 전면 커버와 후면 커버 사이에 순차적으로 적층된 제1 및 제2봉지재와 스트링을 일체화시키는 라미네이션 공정을 진행하여 모듈을 제조하되, 상기 스트링은 한쌍의 전극부재가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극패턴의 양면수광 태양전지 기판을 절단선에 따라 수직 방향으로 분할하고, 분할된 셀들을 부분적으로 중첩시켜 슁글드 어레이 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스트링은 어느 한 셀의 후면과 다른 한 셀의 전면에 형성된 버스바 전극을 중첩시키고 전도성 접착제로 중첩된 부분을 접합시키거나 어느 한 셀의 후면과 다른 한 셀의 전면을 중첩시키고 전도성 접착제로 중첩된 부분을 접합시켜 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스트링은 전면 버스바 전극 및 후면 버스바 전극이 스트링의 일측 외곽에 각각 형성된 제1 버스바 타입과 전면 버스바 전극 및 후면 버스바 전극이 스트링의 양측 외곽에 형성된 제2 버스바 타입 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지 기판을 이용하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하고, 분할 셀의 후면과 다른 분할 셀의 전면에 형성된 버스바 전극을 접합시키거나 분할 셀의 후면과 다른 분할 셀의 전면을 직접 접합시키는 여러 방식의 셀 접합 구조를 적용할 수 있고, 일측 외곽에 버스바 전극이 형성된 제1 버스바 타입과 양측 외곽에 형성된 제2 버스바 타입의 분할 셀들을 이용하여 스트링을 구현할 수 있어 다양한 형태의 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈의 단면 구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 버스바 타입에 대응한 셀 분할 및 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 버스바 타입과 제2 버스바 타입에 대응한 셀 분할과 제1 및 제2 버스바 타입을 혼용한 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 버스바 타입 및 제2 버스바 타입으로 제작된 태양전지 시제품 이미지,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양면수광형 스트링의 전기적 특성을 분석하기 위해 제작된 스트링의 전면 및 후면 이미지,
도 6은 도 5의 양면수광형 스트링에 대해 전기적 특성을 측정하기 위한 출력안정성에 대한 그래프,
도 7은 도 5의 양면수광형 스트링의 성능 시험의 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 버스바 타입에 대응한 셀 분할 및 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 버스바 타입과 제2 버스바 타입에 대응한 셀 분할과 제1 및 제2 버스바 타입을 혼용한 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 버스바 타입 및 제2 버스바 타입으로 제작된 태양전지 시제품 이미지,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양면수광형 스트링의 전기적 특성을 분석하기 위해 제작된 스트링의 전면 및 후면 이미지,
도 6은 도 5의 양면수광형 스트링에 대해 전기적 특성을 측정하기 위한 출력안정성에 대한 그래프,
도 7은 도 5의 양면수광형 스트링의 성능 시험의 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈(1)은 전면 커버(2)와 후면 커버(3) 사이에 순차적으로 적층된 제1봉지재(4), 스트링(10), 및 제2봉지재(5)를 포함할 수 있다.
스트링(10)의 상부에 제1봉지재(4)와 전면 커버(2)를 적층하고 스트링(10) 하부에 제2봉지재(5)와 후면 커버(3)를 적층하며, 그런 다음 라미네이션 장비를 이용하여 순차적으로 적층된 전체 모듈 구성요소(전면 커버, 제1봉지재, 스트링, 제2봉지재, 후면 커버)를 일체화하기 위한 라미네이션을 진행하게 된다. 라미네이션 공정은 140 ~ 160℃의 저온에서 10~15분 동알 실행될 수 있다.
전면 커버(2)는 모듈 전면에 위치하여 태양전지 셀을 보호하는 투명 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어 전면 커버(2)는 투과율이 높고 외부 충격에 강인하여 파손을 방지하는 강화 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 커버(3)는 모듈의 후면으로 빛이 수광되도록 하기 위해여 투광성 재질이 이용될 수 있으며, 모듈의 무게를 줄이기 위하여 유리 재질보다 가벼운 수지 재질을 포함하는 후면 백시트로 형성될 수 있다. 예를 들어 PET 타입의 투명한 합성 수지가 사용될 수 있으며, 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 기능을 한다.
전면 커버(2)와 후면 커버(3)의 일측에 보호 필름이 각각 형성될 수 있다. 보호 필름으로는 자외선 차단 필름 등이 사용될 수 있으며 태양전지 셀로 전달되는 자외선 따위를 차단하여 태양전지 셀의 수명을 늘이는데 도움을 줄 수 있다.
제1 및 제2 봉지재(4)(5)는 태양전지 모듈의 수명을 길게 유지하기 위한 소재로 스트링(10)의 전후면에 위치하여 셀의 파손을 막는 완충제 역할 및 전면 커버(2) 및 후면 커버(3)를 접착하여 봉입하는데, 봉지재의 소재로는 EVA, POE, Ionomer 등이 사용될 수 있다.
복수의 분할된 단일 셀들은 전도성 접착제(7)(ECA)로 접합하여 스트링(10)을 형성하게 된다. 전도성 접착제(7)는 전기 전자 제품이나 회로의 배선 접합에 사용하는 전기 전도성을 가진 접착제로, 에폭시 수지에 은 입자를 배합한 것을 사용한다.
모듈 외곽 부분을 감싸도록 미도시한 프레임이 위치하고, 프레임에 의해 외부 충격으로부터 내장 부품을 보호할 수 있다. 프레임은 강화 플라스틱, 스테인레스스틸 등 강성 재질로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 버스바 타입에 대응한 셀 분할 및 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 (a)를 참고하여, 스트링(10)은 수직 방향으로 분할하는 절단선(Ct)에 나란한 전극부재(11)(12)가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극 패턴의 양면수광 태양전지 기판을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서 일반 전극 패턴은 기판 전면에 복수의 버스바 전극(11)이 상호 이격되어 형성되고, 기판 전면에 대향하는 기판 하면에 복수의 버스바 전극(12)이 상호 이격되어 형성되며, 전면의 버스바 전극(11)과 후면의 버스바 전극(12)으로 이루어진 적어도 한 쌍의 버스바 전극이 전면 및 후면에 수직한 일직선상에 정렬되어 형성되어 있다.
레이저 스크라이빙을 이용하여 절단선(Ct)을 따라 균등한 크기로 분할하고 예를 들어 동일한 구조의 3개 분할된 단위 셀(10-1)(10-2)(10-3)이 얻어지며, 말단의 자투리 셀(10a)이 남는다. 3개 분할된 단위 셀(10-1)(10-2)(10-3)을 이용하여 스트링(10)을 형성하며, 분할된 단위 셀(10-1)(10-2)(10-3)은 동일한 크기와 모양을 가지고 동일한 전극 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어 분할된 단위 셀(10-1)(10-2)(10-3)은 일측에 한쌍의 전극부재(11)(12)가 수직 방향으로 일직선상에 대향하여 형성되고 타측에는 다른 분할 셀과 연결하기 위한 전극부재가 형성되지 않은 것으로, 이를 제1 버스바 타입이라 한다.
이러한 동일 구조의 제1 버스바 타입의 분할 셀(10-1)(10-2)(10-3)을 이용하여 스트링(10)을 구현할 수 있다.
도 2 (b)는 제1 버스바 타입의 분할 셀(10-1)(10-2)(10-3)을 이용하여 형성한 스트링(10)의 단면 구조를 나타내는 것으로, 분할된 셀들(10-1)(10-2)(10-3)을 부분적으로 중첩시켜 슁글드 어레이 구조의 스트링(10)을 형성한다. 여기서 좌측의 분할 셀(10-1)의 하면과 중간의 분할 셀(10-2) 일측 전면에 형성된 전극(11)을 부분적으로 중첩시키고, 중첩된 부분에 전도성 접착제(7)로 연결한다. 즉 중간의 분할 셀(10-2) 타측 후면이 우측의 분할 셀(10-3) 일측 전면과 부분적으로 중첩시키고 중첩된 부분에 전도성 접착제(7)로 연결한다. 좌측 분할 셀(10-1)과 중간의 분할 셀(10-2)의 중첩된 부분의 단차 높이(h1)는 중간의 분할 셀(10-2)과 우측 분할 셀(10-3)의 중첩된 부분의 단차 높이(h2)보다 크다. 우측 분할 셀(10-3)은 우측 외곽에 한 쌍의 전극(11)(12)이 위치하도록 우측에 배치되는 분할 셀(10-3)은 수평 방향으로 180도 회전하여 중첩시킨 상태로 다른 셀과 접합하게 된다. 이에 따라 스트링(10)은 좌쪽 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치되고 동시에 우측 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 버스바 타입과 제2 버스바 타입에 대응한 셀 분할과 제1 및 제2 버스바 타입을 혼용한 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 (a)에 예시한 바와 같이, 스트링(10)은 수직 방향으로 분할하는 절단선(Ct)에 나란한 전극부재(11)(12)가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극 패턴의 양면수광 태양전지 기판을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서 일반 전극 패턴은 기판 전면에 복수의 버스바 전극(11)이 상호 이격되어 형성되고, 기판 전면에 대향하는 기판 하면에 복수의 버스바 전극(12)이 상호 이격되어 형성되며, 전면의 버스바 전극(11)과 후면의 버스바 전극(12)으로 이루어진 적어도 한 쌍의 버스바 전극이 전면 및 후면에 수직한 일직선상에 정렬되어 형성되어 있다. 즉 도 2 (a)에서와 동일한 양면수광 태양전지 기판을 이용하며, 레이저 스크라이빙을 이용하여 절단선(Ct)을 따라 분할시 우측의 자투리 분할 셀이 남지 않도록 절단선(Ct)를 설정한다. 절단위치에 설정된 절단선(Ct)에 따라 총 2회의 절단으로 3개의 분할 셀(10-1)(10-2)(10-4)을 얻는다. 이와 같이 절단 횟수가 줄어들기 때문에 분할 셀을 형성하기 위한 절단 작업시간과 비용을 절감할 수 있다. 2개 분할 셀(10-1)(10-2)은 동일한 구조의 제1 버스타 타입이고, 나머지 분할 셀(10-4)은 분할 셀의 일측과 타측에 한쌍의 전극(11)(12)이 각각 형성된 제2 버스바 타입이다.
도 3 (b)는 제1 버스바 타입과 제2 버스바 타입의 분할 셀을 이용하여 형성한 스트링(10)의 단면 구조를 나타내는 것으로, 제1 버스바 티입의 분할된 셀들(10-1)(10-2)과 제2 버스바 타입의 분할 셀(10-4)을 부분적으로 중첩시켜 슁글드 어레이 구조의 스트링(10)을 형성한다. 이때 좌측의 분할 셀(10-1)의 하면과 중간의 분할 셀(10-2) 일측 전면에 형성된 전극(11)을 부분적으로 중첩시키고, 중첩된 부분에 전도성 접착제(7)로 연결한다. 중간의 분할 셀(10-2) 타측 후면이 우측의 분할 셀(10-4) 일측 전면에 형성된 전극(11)과 부분적으로 중첩시키고 중첩된 부분에 전도성 접착제(7)로 연결한다. 이에 따라 스트링(10)은 좌쪽 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치되고 동시에 우측 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치된다. 이때 분할 셀들(10-1)(10-2)(10-4)의 중첩된 부분의 단차 높이는 동일하다.
도 4 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 제1 버스바 타입 분할 셀, 도 4 (b)는 제2 버스바 타입 분할 셀에 대응하여 제작된 태양전지 시제품 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양면수광형 스트링의 전기적 특성을 분석하기 위해 제1 버스바 타입 분할 셀 및/또는 제2 버스바 타입 분할 셀을 이용하여 제작된 스트링의 전면 및 후면 이미지이고, 도 6은 도 5의 양면수광형 스트링에 대해 전기적 특성을 측정하기 위한 출력안정성에 대한 그래프이며, 도 7은 도 5의 양면수광형 스트링의 성능 시험의 그래프이다.
도 5의 시제품으로 20개 셀을 시험 제작하여 출력을 측정한 결과 도 6에서와 같이 평균 출력 18.58W 으로 나타났으며, 시제품에 대해 성능 시험한 결과, 시제품의 출력 특성은 도 7와 같이 개방전압(Voc) 12.9V, 단락전류(Isc) 1.883A, 측정 전력(Pm) 18.57W, 곡선인자(FF) 0.7645를 얻었다.
이하, 실시 예에 따른 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈의 제조 방법을 도 8에 따라 설명한다.
먼저, 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지 기판을 준비한다(S10). 여기서 일반 전극 패턴이 형성된 반도체 기판은 전면에 복수의 버스바 전극이 상호 이격되어 형성되고 기판 전면에 대향하는 기판 하면에 복수의 버스바 전극이 상호 이격되어 형성되며 전면의 버스바 전극과 후면의 버스바 전극으로 이루어진 한 쌍의 버스바 전극이 전면 및 후면에 수직한 일직선상에 대향하여 정렬되어 있다.
그런 다음 양면수광형 태양전지 기판의 절단 위치와 분할 셀들이 중첩되는 중첩부에서 셀 단부의 접합 구조를 설정한다(S20). 예를 들어 도 2 (a)와 같이 자투리 분할 셀(10a)을 남기고 분할 셀을 형성하는 경우 3회 절단을 위하여 절단선(Ct)을 설정하거나 도 3 (a)와 같이 2회 절단을 위하여 절단선(Ct)을 설정하게 된다.
그런 다음 도 2 (b)에서와 같이 제1 버스바 타입의 분할 셀(10-10(10-2)(10-3)을 이용하여 스트링(10)을 형성하는 경우 우측의 분할 셀(10-3)은 수평방향으로 180도 회전하여 중간의 분할 셀(10-2)과 중첩하여 접합시킬 수 있다. 다른 실시예로서 제1 버스바 타입의 분할 셀(10-1)(10-2)과 제2 버스바 타입의 분할 셀(10-4)에 대하여 설정된 절단위치에 따라 일반 전극 패턴이 형성된 양면수광형 태양전지 기판(100)을 절단하여 복수 개의 단위 셀(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)로 분할한다(S30). 단계 S30에서의 절단 공정은 예를 들어 나노 세컨드 레이저(532nm, 20ns, 30~100 KHz from coherent)에 의해 실행될 수 있다. 즉 532nm 파장을 사용하는 20ns 레이저에서 평균 파워 10W, 주파수 50 KHz, 스캔 속도 1,300mm/s로 설정하여 실행될 수 있다.
다음에 설정된 셀의 접합 구조에 따라 분할된 단위 셀들을 부분적으로 중첩시키고, 예를 들어 도 2 (b)와 같이 분할 셀들(10-1)(10-2)(10-3))을 중첩시키거나 도 3 (b)와 같이 분할 셀들(10-1)(10-2)(10-4))을 중첩시키고 중첩부에 전도성 접착제(7)를 이용하여 접합하여 슁글드 어레이 구조의 스트링(10)을 형성한다(S40). 전도성 접착제(7)는 시장에 나와 있는 전도성 접착제 중에 본 발명에 적합한 높은 전도성과 알맞은 점도를 가진 제품으로서, 예를 들어 SKC Panacol의 EL-3012, EL-3556, EL-3653, EL-3655과 Henkel의 CE3103WLV, CA3556HF을 적용할 수 있다. 또 전도성 접착제에서 전도성 충진제는 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni 및 카본 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
전도성 접착제가 도포되고 슁글드 어레이로 접합된 스트링(10)의 상부에 제1봉지재(4)와 전면 커버(2)를 적층하고 스트링(10) 하부에 제2봉지재(5)와 후면 커버(3)를 적층한다. 여기서 전면 커버(2)는 모듈 전면에 위치하여 태양전지 셀을 보호하는 투명 재질로서, 투과율이 높고 외부 충격에 강인하여 파손을 방지하는 강화 유리 등으로 형성될 수 있다. 후면 커버(3)는 모듈의 후면으로 빛이 수광되도록 하기 위해여 투광성 재질이 이용될 수 있으며, 모듈의 무게를 줄이기 위하여 유리 재질보다 가벼운 수지 재질을 포함하는 후면 백시트로 형성될 수 있다. 예를 들어 PET 타입의 투명한 합성 수지가 사용될 수 있으며, 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 기능을 한다. 또한 전면 커버(2)와 후면 커버(3)의 일측에 보호 필름이 각각 형성될 수 있다. 보호 필름으로는 자외선 차단 필름 등이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 봉지재(4)(5)는 태양전지 모듈의 수명을 길게 유지하기 위한 소재로 스트링(10)의 전후면에 위치하여 셀의 파손을 막는 완충제 역할 및 전면 커버(2) 및 후면 커버(3)를 접착하여 봉입하는데, 봉지재의 소재로는 EVA, POE, Ionomer 등이 사용될 수 있다.
그런 다음 라미네이션 장비를 이용하여 순차적으로 적층된 전체 모듈 구성요소(전면 커버, 제1봉지재, 스트링, 제2봉지재, 후면 커버)를 일체화하기 위한 라미네이션을 진행하여 양면수광형 슁글드 모듈을 제작한다. 라미네이션 공정은 140 ~ 160℃의 저온에서 10~15분 동안 실행될 수 있다(S50).
이와 같이 실시예에 따르면 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지 기판에 절단 위치를 설정하여 일측 외곽에 버스바 전극이 형성된 제1 버스바 타입과 스트링의 양측 외곽에 형성된 제2 버스바 타입의 분할 셀들을 형성하고, 분할 셀의 후면과 다른 분할 셀의 전면에 형성된 버스바 전극을 접합시키거나 분할 셀의 후면과 다른 분할 셀의 전면을 직접 접합시키는 여러 방식의 셀 접합 구조를 적용하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성할 수 있다. 이에 따라 건물일체형 태양광 발전(BIPV), 방호벽, 온실구조물, 영농형 발전설비 등에 적합한 다양한 형태의 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 양면수광형 슁글드 모듈
2 : 전면 커버
3 : 후면 커버
4,5 : 제1 및 제2 봉지재
10 : 스트링
2 : 전면 커버
3 : 후면 커버
4,5 : 제1 및 제2 봉지재
10 : 스트링
Claims (7)
- (a) 수직 방향으로 분할하는 절단선에 나란한 적어도 한쌍의 전극부재가 전면과 후면에 이격되어 형성된 일반 전극패턴의 양면수광 태양전지 기판을 준비하는 단계;
(b) 양면수광 태양전지 기판의 절단 위치와 분할 셀들이 중첩되는 부분에서 접합되는 셀 단부의 접합 구조를 설정하는 단계;
(c) 레이저 스크라이빙을 이용하여 양면수광형 태양전지 기판의 절단선을 따라 절단하여 복수개 단위 셀로 분할하는 단계;
(d) 셀 단부의 접합 구조에 따라 분할된 단위 셀들을 부분적으로 중첩시키고 전도성 접착제를 이용하여 슁글드 어레이 구조의 스트링을 형성하는 단계;
(e) 라미네이션 장비를 이용하여 전면 커버와 후면 커버 사이에 순차적으로 적층된 제1봉지재, 스트링, 제2봉지재를 일체화하기 위한 라미네이션 공정을 진행하여 양면수광형 슁글드 모듈을 제조하는 단계를 포함하고,
(d-1) 상기 (d) 단계에서 스트링 형성 단계는 전면 버스바 전극(11)과 후면 버스바 전극(12)이 분할 단위 셀의 일측에 형성되는 제1 버스바 타입과 전면 버스바 전극(11)과 후면 버스바 전극(12)이 분할 단위 셀의 양측에 형성되는 제2 버스바 타입 중 적어도 하나의 버스바 타입이 적용된 스트링(10)을 형성하되,
(d-1-1) 상기 제1 버스바 타입의 분할 셀(10-1)(10-2)(10-3)만으로 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링(10)을 형성하는 경우, 좌측 분할 셀(10-1)과 중간의 분할 셀(10-2)의 중첩된 부분의 단차 높이(h1)는 중간의 분할 셀(10-2)과 우측 분할셀(10-3)의 중첩된 부분의 단차 높이(h2)보다 크며, 우측 분할 셀(10-3)은 우측 외곽에 한 쌍의 전극(11)(12)이 위치하도록 우측에 배치되는 분할 셀(10-3)은 수평 방향으로 180도 회전하여 중첩시킨 상태로 다른 셀과 접합함에 따라 스트링(10) 좌측 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치됨과 동시에 우측 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치되며,
(d-1-2) 상기 제1 버스바 타입의 분할된 셀들(10-1)(10-2)과 제2 버스바 타입의 분할된 셀(10-4)을 혼용한 셀 접합을 통하여 슁글드 어레이 구조의 스트링(10)을 형성하는 경우, 좌측의 분할 셀(10-1)의 하면과 중간의 분할 셀(10-2) 일측 전면에 형성된 전극(11)을 부분적으로 중첩시키고, 중첩된 부분에 전도성 접착제(7)로 연결하며, 중간의 분할 셀(10-2) 타측 후면이 우측의 분할 셀(10-4) 일측 전면에 형성된 전극(11)과 부분적으로 중첩시키고 중첩된 부분에 전도성 접착제(7)로 연결함에 따라 스트링(10)은 좌쪽 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치되고 동시에 우측 외곽에 버스바 전극(11)(12)이 배치되는 것을 특징으로 하는 일반 전극 패턴이 형성된 태양전지를 이용한 양면수광형 슁글드 모듈의 제조 방법. - 삭제
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