KR19980081593A - 태양 전지 소자 모듈과 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광전 소자가 굽혀지거나 굴곡되어 변형되는 경우 장-기간 신뢰도를 보장하기 위한 것으로:
(1) 지지 부재 상에 수지로써 캡슐화된 광전 소자를 갖는 태양 전지 소자 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
광전 소자 및 지지 부재에 굽은 부분을 형성하는 단계가 사용되는데,
상기 굽은 부분의 형성은 광전 소자의 표면에 수직 방향에서 세공 압력을 감소시키면서 수행된다.
(2) 광전 소자를 포함하는 태양 전지 소자 모듈에 있어서,
상기 태양 전지 소자 모듈은 유연성 기판 상에 최소한 하나의 광활성 반도체층을 포함하되,
상기 유연성 기판의 최소한 일부는 광전 소자의 필 계수(이하, F.F.로 참조됨)를 낮추는 임계 스트레인보다 낮은 스트레인을 사용하여 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 장력 변형을 받아, 상기 광전 소자가 변형된다.
Description
본 발명은 태양 전지 소자 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 광전 소자를 포함한 영역이 높은 신뢰도를 갖는 광범위한 종류의 태양 전지 소자 모듈들 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 일반적으로 사용되는 태양 전지 소자들은 크리스탈-베이스드 실리콘을 사용한 타입 및 아모퍼스 실리콘을 사용한 타입의 소자들이다. 그 중에서도, 실리콘이 도전성 금속 기판 상에 피착되고, 투명한 도전막이 그 위에 형성되는, 아모퍼스 실리콘 태양 전지 소자가 유망한데, 그 이유는 그들이 저렴하고 크리스탈-베이스드 실리콘 타입의 태양 전지 소자들보다 더 가볍고 그들이 좋은 임팩트 저항 및 높은 융통성을 갖기 때문이다. 최근들어, 아모퍼스 실리콘 태양 전지 소자들이, 그 특성들인, 가벼움성, 좋은 임팩트 저항 및 융통성을 이용하여, 빌딩의 벽이나 지붕에 탑재된다. 이 경우, 지지 부재(강화 시트)가 태양 전지 소자의 비-광-수신 표면에 접착제를 사용하여 고정되고, 그 합성물은 건축 자재로서 사용된다. 이러한 지지 부재와 의 접착은 태양 전지 소자 모듈의 기계적 강도를 증가시키므로, 온도에 기인한 휨이나 비틀림을 방지한다. 특히, 그들은 더 많은 태양 빛을 포착할 수 있기 때문에, 그들을 지붕에 설치하는 것이 적극적으로 수행된다. 지붕에 활용시, 종래 방법들은 태양 전지 소자 상에 프레임을 마운팅하는 단계와, 지붕 위에 스탠드를 설치하는 단계와, 그 위에 태양 전지 소자들을 설치하는 단계를 포함하여; 지지 부재가 고정되어 있는 태양 전지 소자 모듈들이 그 지지 부재를 구부림으로써 지붕 재료들로서 지붕에 직접 설치될 수 있다. 이것은 원료 물질에 대한 비용 및 작업 단계의 개수를 크게 절감하여, 그것에 의해 저렴한 태양 전지 소자 모듈들이 제공될 수 있게 한다. 즉, 태양 전지 소자들은 금속의 지붕 재료들로서 취급될 수 있고, 우수한 탑재력, 가벼움성, 그리고 우수한 지진 저항력 때문에, 주목을 끌고 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제 7-302924에 제시된 지붕 물질 및 태양 전지 소자의 조합은 그것이 일반적인 지붕 물질들과 같은 방식으로 세공되기 때문에 탑재력에서 우수하다: 또한 종래 사용된 기계가 같은 방식으로 사용될 수 있기 때문에 취급하기가 쉽다. 그러나, 이 태양 전지 소자 모듈은 광전 소자가 옆으로-이어진 플랫한 이음매 지붕 재료의 평평한 부분 내에 설치되고 전혀 변형되지 않는다.
그러나, 최근에, 개인들의 독창성이 점점 중시되고 있고, 이러한 경향은 건축 재료들 및 태양 전지 소자들에 대해서도 마찬가지이다. 다양한 요구를 충족시키고 광범위한 종류의 모양들을 갖는 태양 전지 소자들 또는 건축 재료들을 만들기 위해, 광전 소자들 위의 영역들을 항상 평평하게 유지하는 것 보다는 광전 소자들을 포함하는 전체 영역들에 대한 세공 능력(workability)을 보장하는 것이 필수적이다.
일본 특허 공개 공보 제 8-222752호 또는 제 8-222753호 또는 일본 특허 공고 공보 제 6-5769는 이 다양성에 대한 요구에 부응하는 일 예로서 주름진 태양 전지 소자 모듈을 기술한다. 어느 경우에서도, 광전 소자는 빛의 활용 효율을 올리기 위해 주름진(골이 파진) 방식으로 배열되고, 그 제조 방법은 광전 소자들을, 접착제를 사용하여, 골판 모양으로 세공된 것과 같은 강판(steel sheet)에 고정하는 처리 과정을 수반한다.
한편, a-Si:H(hydrogenated amorphous silicon)과 그것의 스트레인(strain) 사이의 관계에 대한 연구 보고들이 있다.
예를 들면, Appl. Phys. Lett. 54 (17), 1989, pp. 1678-1680, Electrical properties of hydrogenated amorphous silicon layers on polymer film substrate under tensile stress는 100㎛ 두께의 PET 기판 상에 피착된 a-Si:H(0.5㎛ 두께 및 주로 i-타입 a-Si:H)의 단일막에 장력(tensile force)이 가해지는 어두운 상태(dark state)에서 저항의 변화에 대해 보고한다. 이 보고의 상세한 내용은 다음과 같다.
장력하에서, a-Si:H 층은 0.7% 스트레인에 이르기 전에는 압전 효과 때문에 그 저항(원상 회복이 가능함)이 점차 증가한다; 그러나 0.7% 스트레인이 초과된 후에는, 약한 Si-Si 결합이 끊어지기 때문에, 빠른 저항의 증가(원상 회복이 불가능함)를 겪는다. 하지만, 0.7% 이상의 스트레인에 기인하여 증가된 저항을 갖는 a-Si:H 층은 150℃에서 한시간 동안 어닐링에 의해 원상태로 회복될 수 있다.
또한, J. Appl. Phys. 66(1), 1989, pp. 308-311, Effect of mechanical strain on electrical characteristics of hydrogenated amorphous silicon junctions은 핀 정션을 갖는 a-Si:H의 압전정션 효과(piezojunction effect)를 보고한다. 이 보고의 상세한 내용은 다음과 같다.
핀 정션을 갖는 a-Si:H가 핀 정션과 평행하게 변형되는 경우, 7500με 의 장력(어두운 상태)에서 8% 전류 감소가 순 방향 및 역 방향 모두에서 발생한다. 또한, 7500με 의 압축 스트레스에서 8% 전류 증가가 발생한다.
그러나, 종래 기술에서는 광전 소자가 골이 파진 모양 또는 그와 비슷한 모양으로 굽혀진 경우에 광전 소자 상의 고유 스트레스에 대해서는 아무것도 설명되고 있지 않다. 즉, 그들은 기판의 변위량, 광전 소자의 변위량, 또는 태양 전지 소자 모듈의 변위량에 대해서는 설명하지 않고 있다. 스트레스 및 변형 효과와 그들의 신뢰성에 대해서는 전혀 설명된 바가 없다.
이러한 상황하에서, 태양 전지 소자 모듈들 내의 광전 소자들이 스트레스를 받는 모양으로 되거나 변형되는 것이 회피되어 왔다. 만일 모듈 형태가 주어지면, 그 형태는 항상 검사되어야 한다. 일반적으로 한가지 제품의 세공된 모양에 대해 많은 신뢰성 테스트들이 수행되어져야 하기 때문에, 한가지 제품을 상용화하기까지는 많은 시간이 필요하다. 이 방법은 광범위한 종류의 제품들을 제공하는데 필요한 현재 태양 전지 소자 및 건축 재료에 대한 요구를 충족하는 속도로 그 제품을 상업화 단계에 이르게 하는 것에 적합하지 않다.
상술한 바와 같이, 더 빠른 속도로 높은 신뢰도를 갖는 광범위한 종류의 태양 전지 소자를 만들기 위해 다음의 특징들이 충족될 필요가 있다.
(1) 광전 소자를 포함하는 영역을 세공하는 경우 광전 소자의 구체적인 변형 가능한 영역을 정의하기.
(2) 광전 소자가 변형될 경우 장-기간 신뢰도를 보장하기.
도 1a는 본 발명에 따른 태양 전지 소자 모듈의 투시도.
도 1b는 도 1a의 라인 1B-1B를 따라 취해진 단면도.
도 1c는 도 1b의 1C 부분의 확대도.
도 2a는 본 발명의 태양 전지 소자 모듈에 응용할 수 있는 일 예의 광전 소자의 평면도.
도 2b는 도 2a의 라인 2B-2B를 따라 취해진 단면도.
도 2c는 도 2a의 라인 2C-2C를 따라 취해진 단면도.
도 3은 태양 전지 소자 모듈의 제작 동안 스택된 층들을 나타낸 도면.
도 4a는 구부려진 에지들을 갖는 태양 전지 소자 모듈의 투시도.
도 4b는 최종 세공 후에 태양 전지 소자 모듈의 투시도.
도 5a는 본 발명의 태양 전지 소자 모듈에 응용할 수 있는 일 예의 소자 블록의 평면도.
도 5b는 도 5a의 5B 부분의 확대도.
도 5c는 도 5b의 라인 5C-5C를 따라 취해진 단면도.
도 6a는 본 발명에 따른 태양 전지 소자 모듈의 투시도.
도 6b는 도 6a의 6B-6B 라인을 따라 취해진 단면도.
도 6c는 도 6b의 6C 부분의 확대도.
도 7은 벤더를 사용하여 벤딩되는 태양 전지 소자 모듈의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 태양 전지 소자 모듈의 투시도.
도 9는 프레스 세공 기계를 사용하여 굴곡되는 태양 전지 소자 모듈의 단면도.
도 10a는 본 발명에 따른 태양 전지 소자 모듈의 평면도.
도 10b는 도 10a의 라인 10B-10B를 따라 취해진 단면도.
도 11은 태양 전지 소자 모듈 내의 스택된 층들의 비교예를 나타낸 도면.
도 12는 스크래치 저항 테스트를 나타낸 개략도.
도 13은 플랫-플래이트 모양의 태양 전지 소자 모듈의 단면도.
도 14는 세공 전에 광전 변환 효율이 1인 경우, 세공 전후에 광전 소자에 미치는 최대 압력과 광전 변환 효율의 변화 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도 15는 광전 소자의 세공 동안 스트레인의 일 예를 나타낸 그래프.
도 16은 a-Si의 피크 스트레인과 F.F. 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 광전 소자들
102 : 섬유 모양 무기 화합물
103 : 투명한 유기 폴리머 화합물
104 : 투명 수지막
105 : 투명한 유기 폴리머 화합물
106 : 배면 절연막
107 : 지지 부재
본 발명자는 상기 특징들을 얻기 위해 집중적이고 광범위한 연구 개발후다음과 같은 최선의 방법들을 발명하였다.
(1) 지지 부재 상에 수지를 사용하여 캡슐화된 광전 소자를 갖는 태양 전지 소자 모듈을 제조하는 방법에 있어서, 광전 소자 및 지지 부재 내에 구부러진 부분을 형성하는 단계가 사용되는데, 상기 구부러진 부분의 형성은 광전 소자 표면의 법선 방향으로 작용하는 압력을 줄이면서 수행된다; 그리고
(2) 유연성 기판 상에 최소한 한개의 광활성 반도체층을 포함하는 광전 소자를 포함하는 태양 전지 소자 모듈에 있어서, 상기 유연성 기판의 최소한 일부가 광전 소자의 필 계수(fill factor, 이하 F.F.로서 참조됨)를 낮추는 임계 스트레인보다 낮은 스트레인으로써 기판의 표면에 평행한 방향으로 늘이는 장력 변형(tensile deformation)을 받게 되고, 그것에 의해 광전 소자가 변형된다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 태양 전지 소자 모듈의 투시도, 단면도 및 부분 확대도이다. 도 1a 내지 도 1c에서, 참조 번호 101은 광전 소자들을, 102는 섬유 모양의 무기 화합물을, 103은 정면 충전재로서의 투명한 유기 폴리머 화합물을, 104는 가장 바깥쪽에 위치된 투명 수지막을, 105는 후면 충전재로서의 투명한 유기 폴리머 화합물을, 106은 후면 절연막을, 107은 지지 부재를 나타낸다.
본 발명에 사용된 세공 모양이 설명될 것이다. 우선, 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 제작되고, 그 다음 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같은 연속적으로 굽혀진 부분을 갖도록 구부려진다. 하지만, 여기서 주시해야 할 점은, 비록 도 1a 내지 도 1c가 연속적인 굽은 부분을 갖는 태양 전지 소자 모듈의 세공의 일 예를 나타내지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다; 그와는 달리, 이 태양 전지 소자 모듈은 그 일부에만 굽은 부분을 갖도록 세공될 수 있거나 또는 많은 오목한 부분들과 볼록한 부분들을 갖도록 세공될 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해, 광전 소자들이 손상없이 세공될 수 있다. 구체적으로, 이 제조 방법은 굽은 부분 형성 단계의 벤딩 압력을 줄이는 방법, 그리하여 광전 소자에 손상이 없는 태양 전지 소자 모듈을 형성하는 방법에 관한 것으로, 높은 신뢰도를 갖는 태양 전지 소자 모듈을 제조할 수 있다.
예를 들면, 도 1a 내지 도 1c에서와 같이, 넓은 태양 전지 소자 모듈은 좁은 세공 폭의 계단들을 갖는 지붕 재료로 세공될 수 있다. 그러므로, 이 태양 전지 소자 모듈은 각 계단에 조인트 부분을 제공할 필요가 없기 때문에 미적 감각면에서나 적은 조인트 부분들을 사용하는 탑재력에서도 우수하다. 또한, 광전 소자들은 세공 폭에 상관없이, 지지 부재 상에 배치될 수 있어서, 면적당 광전 소자들의 비율도 증가하고, 그것에 의해 태양 전지 소자들로부터의 출력이 효율적으로 추출될 수 있다.
또한, 광전 소자들이 제공된 부분들을 포함하는 지지 부재를 세공할 수 있는 능력은 도 1a 내지 도 1c의 예들에 한정되지 않는 다양한 외형을 제공하고, 미적 감각에서 우수한 건축 원자재의 생산을 가능하게 해준다.
상기 지지 부재는, 광전 소자와 더불어 조차도, 통상적인 강판을 사용한 건축 재료들과 같은 단계들에서 세공될 수 있기 때문에, 종래의 제조 장치가 대단히 큰 변화없이 사용될 수 있다. 이것은 제조 비용을 감소시킨다.
굽은 부분의 형성 방법
광전 소자들이 존재하는 부분들이 굽혀지기 때문에, 광전 소자들의 신뢰도를 보장하는 것이 필요한다. 본 발명자들은 세공 중에 광전 소자들의 표면에 수직으로 미치는 벤딩 압력을 줄이는 수단을 제공하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 더 구체적으로, 광전 소자에 미치는 이 압력이 500kgf/㎠ 이하인 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
도 14는 광전 변환 효율이 세공 전에 1인 경우에, 세공 전후에 광전 소자에 미치는 최대 압력과 광전 변환 효율의 변화 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 500kgf/㎠ 이상의 압력의 인가는 광전 소자의 손상을 증가시켜 그 변환 효율이 대단히 낮아지고 그 결과 태양 전지 소자 모듈에 요구되는 신뢰도를 보장할 수 없게 된다.
광전 소자에 세공 압력을 미치지 않고 태양 전지 소자 모듈을 제조하기 위해 생각할 수 있는 방법은 미리 세공된 지지 부재에 태양 전지 모듈들을 고정시키는 방법이다.
그러나, 이 세공 방법은 일반적인 강판을 사용한 일반적인 세공과 달라서, 더 낮은 대량-생산성을 갖고, 게다가, 이 방법은 접착제와 같은 또 다른 물질을 필요로하기 때문에, 비용을 증가시킨다.
따라서, 굽은 부분의 상기 세공은 바람직하게 다음과 같이 수행된다: 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 도 13에 도시된 바와 같이 먼저 형성되고, 그 다음 프레스 몰딩 기계, 롤러 포머 몰딩 기계(roller former molding machine) 또는 벤더 몰딩 기계에 의해 굽혀진다.
프레스 몰딩 기계는, 일단 몰드(molds)가 먼저 형성되면, 임의 모양의 세공에, 불규칙한 모양의 세공에 조차도, 활용될 수 있다. 그러므로 프레스 몰딩 기계가 도 9에 도시된 바와 같이 건축 재료의 세공에 적합하다. 프레스 세공에 의해 몰딩되는 경우, 태양 전지 소자 모듈은 상부 몰드와 하부 몰드 사이에 배치되어 세공된다. 이 경우, 만일 500kgf/㎠ 이상의 압력이 광전 소자에 미치면, 광전 소자가 손상되어, 태양 전지 소자의 신뢰도를 저하시킬 것이다. 이 압력을 줄이기 위해 다음의 방법들이 바람직하게 사용되어야 한다.
그 첫번째 방법은 태양 전지 소자 모듈의 광전 소자가 존재하지 않는 지지 부재 영역에만 압력을 가하여, 지지 부재의 일부 또는 전체를 조형적으로 변형함으로써, 그것에 의해 이 굽은 부분을 몰딩한다. 이것은 광전 소자들 위의 영역들을 전혀 건드리지 않고 태양 전지 소자 모듈이 세공되게 해준다.
또 하나의 방법은 프레스 몰드들과 태양 전지 소자 모듈 사이에 고무, 우레탄, 거품(foam), 짜여지지 않은 직물(nonweaven fabric), 폴리머 수지와 같은 완충 물질을 배치하는 방법이다. 이것은 프레스 몰드들의 압력을 분산시켜 그것에 의해 광전 소자들에 미치는 압력을 감소시킨다.
더 효과적인 방법은 최하부의 중앙의 태양 전지 소자 모듈과 세공 기계 사이에 틈새를 제공하는 방법이다. 즉, 태양 전지 소자 모듈은 그 모듈 전체에 압력을 부과하지 않고 세공될 수 있다. 굽은 부분을 형성하는 단계가 프레스 몰딩에 의해 되는 경우, 세공 능력이 강화된다.
롤러 포머 몰딩 기계는 길이 방향의 세공에 우수하다. 같은 몰딩 기계가 상이한 길이들의 강판들에 대해 사용될 수 있다. 특히, 이 롤러 포머는 긴 강판의 벤딩 및 복잡한 벤딩에 사용될 수 있고, 고속의 세공을 할 수 있어서, 이것은 높은 대량-생산성을 갖는 방법이다. 이 경우, 광전 소자에 미치는 압력을 줄이기 위해 고무, 우레탄, 거품(foam), 짜여지지 않은 직물(nonweaven fabric), 폴리머 수지와 같은 완충 물질로써 롤러 포머에 사용된 롤러들을 싸는 것도 바람직하다.
벤더 벤딩 기계는 단순한 디바이스 구조로써 재료를 구부릴 수 있다. 이것은 단순한 벤딩 및 비교적 소형 강판의 벤딩에 효과적이다. 그러나, 벤더 블레이드(bender blade)의 곡률 반경이 일반적으로 작기 때문에, 그 압력이 벤딩 동안 광전 소자에 집중된다. 그러므로 이 압력을 줄이기 위해, 벤더의 블레이드와 태양 전지 소자 모듈 사이에 완충 물질이 바람직하게 사용된다. 바람직한 완충 물질들은, 상술한 바와 유사하게, 고무, 우레탄, 거품(foam), 짜여지지 않은 직물(nonweaven fabric), 폴리머 수지 등의 시트들(sheets)이다. 또 하나의 방법은 벤더 블레이드의 곡률 반경을 100mm 이상으로 증가시키는 것이다. 굽은 부분을 형성하는 단계가 벤더를 사용한 벤딩에 의해 수행되는 경우, 굽은 부분이 저렴하고 쉬운 방법으로 형성될 수 있다. 특히, 이 방법은 태양 전지 소자 모듈의 세공에 효과적이다.
또한, 태양 전지 소자 모듈이 지붕 재료로서 사용되기 위해 굽혀지는 경우에, 때때로 태양 전지 소자 모듈의 에지 부분들에서 지지 부재가 굽혀진다. 도 1a 내지 도 1c는 두개의 상대하는 에지 부분들 중의 하나가 광-수신 측면으로 굽혀지고 반면 다른 하나는 비-광-수신 측면으로 굽혀진 경우를 나타낸다. 본 발명의 지붕 재료 및 태양 전지 소자의 조합 모듈들이 처마 에지로부터 탑재되는 경우에, 서로 조인트 기부(joint base)에서 인접한 상부와 하부의 태양 전지 소자 모듈들의 굽은 부분들을 단순히 끼워 맞춤으로써 탑재될 수 있기 때문에, 이러한 벤딩은 탑재력을 상당히 향상시킨다.
이러한 벤딩은 태양 전지 소자들을 지붕에 놓는 종래의 방법에서 필요했던 프레임과 스탠드의 요구를 제거하기 때문에, 비용을 크게 줄일 수 있고 무게도 줄일 수 있다. 이 벤딩이 롤러 포머를 사용한 세공에 의해 수행되는 경우에는, 세공 속도가 증가될 수 있고 더 나아가 비용의 절감도 얻을 수 있다.
본 발명의 태양 전지 소자 모듈을 태양 전지 소자 모듈이 건축 재료 상에 탑재되는 타입인 종래의 것과 비교할 때, 건축 재료로서도 기능하는 본 발명의 태양 전지 소자 모듈은 건축 재료를 필요로 하지 않기 때문에 낮은 비용으로 얻어질 수 있다.
광전 소자와 스트레인 사이의 관계
본 발명의 광전 소자와 스트레인 사이의 관계를 나타내기 위한 실험이 상세히 설명될 것이다. 사용된 광전 소자는 후면 반사층, 핀 정션 타입의 아모퍼스 실리콘 반도체의 광활성층, 투명한 도전층, 그리고 콜렉터 전극이 기판 상에 쌓여 있는 구조이다. 이 실험은 상기 광전 소자를 사용하여 수행되었고, 그 결과가 설명될 것이다. 우선, 스트레인 게이지(strain gauge)가 광전 소자 기판의 비-광-수신 표면에 고정되었다. 그런 다음, 초기 특성들이 측정되었다. 광전 소자를 기판 표면에 평행한 방향으로 당기기 위해 이 샘플은 장력 검사기에 의해 장력(tensile, expanding 신장) 스트레스(스트레인)을 받게 되었다. 이 경우에, 기판의 12000με (1.2% 신장)까지의 각 피크 스트레인들에서 측정이 이루어졌다. 이러한 방법으로 상이한 스트레인들을 사용하여 샘플들의 특성들이 다시 측정되었고 마지막으로 광전 소자들의 표면이 SEM(scanning electron microscope)에 의해 관찰되었다.
이 스트레인은 두가지 타입들, 장력을 인가하는 동안 나타나는 피크 스트레인과 장력을 없앤 후에도 남아있는 잔류 스트레인으로 분류될 수 있다(도 15 ). 만일 장력이 인가되는 동안의 피크 스트레인 포인트에서 크랙과 같은 결함이 a-Si:H에 나타난다면, 그 다음에 이어지는 모든 잔류 스트레인을 제거한다고 해도 이 결함은 보정되지 않을 것이다. 그러므로, 광전 소자의 변형 가능한 영역과 스트레인 사이의 관계가 고려되는 경우, 피크 스트레인이 중요하다.
상기 실험의 결과는 도 16에 도시되어 있다. 먼저 도 16의 그래프를 참조하여, 광전 소자의 F.F.를 낮추는 임계 스트레인에 대한 정의가 설명된다. 이 그래프는 광전 소자의 스트레인과 F.F. 변화율 사이의 관계를 나타내도록 되어 있다. 이 경우, 도 16에 도시된 바와 같이, 특정한 스트레인 포인트에서 F.F.가 약화(저하)하기 시작한다. 이 F.F.의 저하는 완만한 커브를 그리는데, F.F.를 낮추는 임계 스트레인은 도시된 바와 같이 두 접선들의 교차점에서 결정된다. a-Si:H를 사용한 도 16의 경우에서, 두 접선들 사이의 교차점은 7000με (0.7%) 스트레인에 있다. 이것은 피크 스트레인이 7000με 또는 그 이상으로 되는 때에 F.F.가 감소하기 시작함을 의미한다. 그러므로, 광전 소자를 세공하고 그것의 신뢰도를 보장하기 위해 광전 소자의 스트레인은 세공 동안에 F.F.를 낮추는 임계 스트레인보다 바람직하게 낮아야 한다. 이런 조건 아래서, 광전 소자를 변형하기 위해, 유연성 기판이 F.F.를 낮추는 임계 스트레인보다 낮은 조형적 변형 영역을 갖는 물질로 만들진다(a-Si:H의 경우에 0.7%). 기판이 F.F.를 낮추는 임계 스트레인(a-Si:H의 경우에 0.7%)보다 낮은 스트레인에서 변형되는 동안 광전 소자가 변형된다. 이것은 기판상의 광활성 반도체층의 기능을 저하시키지 않고 변형된 광전 소자를 얻는다.
여기서, F.F.는 다음과 같이 정의된다: F.F. = 최대 전력(Pm) / (단락 회로 전류(Isc) × 개방 회로 전압(Voc)). 그것의 물리적 의미는 실재로 획득된 전력 대 전압만 최대가 되는 경우의 전압값 Voc와 전류만이 최대가 되는 경우의 전류값 Isc의 곱의 비율이다. F.F.의 실재 값은 pn 정션의 순방향 특성들에 의해 결정되므로 만일 사용된 반도체 기판 내에 포함된 결함(defects) 및 pn 정션을 만드는 동안 또는 그 이후의 제작 단계들 동안 생성된 결함들을 통해 누설 전류가 흐른다면, F.F.가 감소할 것이다. 이것은 원래 기대될 수 있는 출력의 감소를 초래할 것이다. 이런 견지로부터, 장력 인가 테스트 이후에 F.F.의 감소는 장력 테스트에 기인하여 반도체층에 결함이 발생한 것을 의미한다.
상술한 바로도 알 수 있듯이, a-Si:H의 경우, 피크 스트레인이 0.7% 이상일 때, 즉 광전 소자가 F.F.를 낮추는 임계 스트레인보다 낮지 않은 스트레인을 갖는 때에는, 광전 소자 내에 결함이 발생된 것으로 여겨진다.
광전 소자가 SEM에 의해 광-수신 면으로부터 관찰되었을 때, F.F.를 낮추는 임계 스트레인보다 낮지 않은 스트레인이 있었던 부분들의 유연성 기판에는 수직 방향으로 많은 크랙들이 관찰되었다. 이때, 태양 전지 소자 특성의 저하로부터, 기판/금속층/투명 전극층/활성 반도체층들/투명 전극을 갖는 구조의 막들 사이에서, 또는 활성 반도체층들 내에서 경계면들 사이에 분리도 또한 발생할 가능성이 있을 것으로 추정된다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같은 벤딩에서 스트레인이 나타나는 위치들은 계단 모양의 최상부 및 최하부 부분들이다. 최대 스트레인은 계단 모양의 최상부 부분들에 나타난다. 최하부 부분들에서도 스트레인이 나타나지만, 그것은 매우 작다.
도 1a 내지 도 1c는 태양 전지 소자 모듈이 연속적인 계단 형태로 굽혀진 예를 나타내지만, 본 발명은 이 예에 결코 한정되지 않는다. 예를 들어, 그 세공이 유연성 기판의 스트레인을 F.F.를 낮추는 임계 스트레인보다 낮게 유지시키면서 조형의 변형을 유발하는 한, 태양 전지 소자 모듈의 일부만이 굽혀질 수 있고, 많은 오목한 부분들 및 돌출된 부분들을 갖도록 태양 전지 소자 모듈이 굽혀질 수 있고, 또는 플랫 모양에 장력 스트레스를 받도록 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 세공될 수 있다. 태양 전지 소자 모듈이 광전 소자의 유무에 상관없이 세공될 수 있기 때문에, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 넓은 태양 전지 소자 모듈이 좁은 세공 폭을 갖는 계단 모양의 지붕 물질로 세공될 수 있고, 이러한 태양 전지 소자 모듈을 사용한 지붕은 미적 감각에서 우수할 것이고, 또한 계단마다 조인트 부분을 제공할 필요가 없기 때문에 적은 조인트 부분들을 사용한 탑재 능력면에서도 우수할 것이다. 더우기, 광전 소자들의 배열이 태양 전지 소자 모듈의 형태에 따라 변화될 필요가 없고, 같은 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 다양한 모양들로 세공될 수 있다. 그러므로, 이 태양 전지 소자 모듈은 세공 능력 및 생산성 면에서 우수하다.
구체적으로, 지지 부재가 제공된 태양 전지 소자 모듈의 세공을 고찰하면, 지지 부재는 종종 기판보다 더 높은 강성율을 갖는 물질로 만들어지기 때문에 유연성 기판의 조형적 변형에 의해서만 태양 전지 소자 모듈의 세공된 모양을 유지하기가 어렵다. 이러한 경우에, 태양 전지 소자 모듈의 모양을 세공하는 예에는 지지 부재 상에 광전 소자가 없는 부분들만 조형적으로 변형하는 방법이 있는데, 그것에 의해 전체 지지 부재의 모양을 유지한다. 이 방법에 의해, 상기 지지 부재가 제공된 태양 전지 소자 모듈은 유연성 기판의 스트레인을 F.F.를 낮추는 임계 스트레인보다 낮게 유지하면서 태양 전지 소자 모듈로서 세공될 수 있고, 그것에 의해 그 모양이 유지될 수 있다. 그러므로, 이 태양 전지 소자 모듈은 신뢰도 면에서 그리고 미적 감각 면에서 모두 우수할 수 있다.
이하 본 발명에 사용된 광전 소자 및 이 광전 소자를 커버하는 물질들이 설명된다.
광전 소자 101
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 광전 소자에 응용할 수 있는 광전 소자의 예를 나타낸다. 참조 번호 201은 도전성 기판을, 202는 후면 반사층을, 203은 광활성 반도체층을, 204는 투명한 도전층을, 205는 콜렉터 전극을, 206은 출력 단자를 나타낸다.
도전성 기판(201)은 광전 소자의 기판으로서 기능하고 또한 하부 전극으로서도 기능한다. 도전성 기판(201)은 실리콘, 탄탈(tantalum), molybdenum, 텅스텐, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 티타늄, 카본 시트, 리드-플레이티드 아이론 시트(lead-plated iron sheet), 그리고 상부에 도전층이 형성된 수지 또는 세라믹 막으로부터 선택된 물질로 만들어질 수 있다.
상술한 도전성 기판(201) 상의 후면 반사막(202)으로서, 금속층 또는 금속 옥사이드층 또는 금속층과 옥사이드층의 조합이 형성될 수 있다. 금속층은, 예를 들면, Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, 또는 Ni로써 만들어지고, 금속 옥사이드층은, 예를 들면, ZnO, TiO2, SnO2로써 만들어진다. 상기 금속층 및 금속 옥사이드층의 형성 방법은 저항 가열 증착 방법, 전자 빔 증착 방법, 스퍼터링 방법, 등으로부터 선택된다.
광활성 반도체층(203)은 광전 변환 효과를 내는 부분이다. 광활성 반도체층(203) 물질의 구체적인 예들에는 pn 정션 타입 폴리크리스탈린 실리콘, pin 정션 타입 아모퍼스 실리콘, CuInSe2, CuInS2, GaAs, CdS/Cu2S, CdS/CdTe, CdS/InP, 그리고 CdTe/Cu2Te를 포함한 화합물 반도체들이 있다. 광활성 반도체층은 용융된 실리콘으로 판(sheet)을 만듦으로써(sheeting), 또는 폴리크리스탈린 실리콘인 경우에 아모퍼스 실리콘을 열처리함으로써; 또는 아모퍼스 실리콘인 경우에 실래인 가스(silane gas)와 같은 원료를 사용하여 플라즈마 강화형 CVD 방법에 의해; 또는 이온 플레이팅, 이온 빔 피착, 증착, 스퍼터링, 또는 화합물 반도체인 경우에 전기 증착(electrodeposition)에 의해 만들어진다. 투명한 도전층(204)은 태양 전지 소자의 상부 전극으로서의 역할을 한다. 투명한 도전층(204)은, 예를 들면, In2O3, SnO2, In2O3-SnO2(ITO), ZnO, TiO2, Cd2SnO4, 그리고 고농도의 불순물로 도핑된 크리스탈린 반도체층들로부터 선택된 물질로 만들어진다. 투명한 도전층을 형성하는 방법은 저항 가열 증착, 스퍼터링, 스프레잉, CVD, 그리고 불순물 확산 방법으로부터 선택된다.
투명한 도전층 상에는, 효율적으로 전류를 수집하기 위해 격자 패턴의 콜렉터 전극(205, grid)이 제공될 수 있다. 콜렉터 전극(205)의 구체적인 물질들에는, 예를 들면, Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn, 그리고 실버 페이스트를 포함한 도전성 페이스트가 있다. 콜렉터 전극(205)을 형성하는 방법은 매스크 패턴을 사용한 스퍼터링, 저항 가열, CVD, 먼저 전체 표면에 금속막을 증착하고 나서 불필요한 부분을 에칭에 의해 제거함으로써 패턴닝하는 방법, 포토-CVD에 의해 그리드 전극 패턴을 직접 형성하는 방법, 먼저 그리드 전극 패턴의 네가티브 패턴의 매스크를 형성한 다음 그 위에 플레이팅(plating)하는 방법, 도전성 페이스트를 페인팅하는 방법으로부터 선택될 수 있다. 이 도전성 페이스트는 일반적으로 실버, 골드, 구리, 니켈, 카본과 같은 것이 결합제 폴리머에 분산되어 있는 것들로부터 선택된다. 결합제 폴리머로서는, 예를 들어, 폴리에스테르, 에폭시, 아크릴릭(acrilic), 알키드(alkyd), 폴리비닐 아세테이트, 고무, 우레탄, 그리고 페놀 수지들이 포함될 수 있다.
마지막으로, 기전력을 끌어내기 위해 양의 출력 단자(206a)와 음의 출력 단자(206b)가 콜렉터 전극과 도전성 기판에 각각 부착된다. 출력 단자는 구리 탭과 같은 금속 부재를 스폿 용접(spot welding) 또는 납땜에 의해 도전성 기판에 고정시키는 방법으로 도전성 기판에 부착된다. 출력 단자는 금속 부재를 도전성 페이스트(207) 또는 땜납에 의해 콜렉터 전극에 전기적으로 접속시키는 방법으로 콜렉터 전극에 부착된다. 콜렉터 전극에 부착될 때, 출력 단자가 도전성 금속 기판 및 반도체층에 닿아서 단락-회로를 유발하는 것을 방지하기 위해 절연 부재(208)가 바람직하게 제공된다.
상술한 기법에 의해 제조된 광전 소자들은 원하는 전압 및 전류에 따라 직렬 또는 병렬로 연결된다. 그들이 직렬로 연결되는 경우, 한 소자의 양의 출력 단자가 다음 소자의 음의 출력 단자에 접속된다. 그들이 병렬로 연결되는 경우에는, 같은 전극의 출력 단자들이 서로 서로 연결된다. 이 예들과 다른 예로서, 원하는 전압 또는 전류를 얻기 위해 절연된 기판 상에 광전 소자들을 집적하는 것도 가능하다.
출력 단자들과 소자들을 접속하는데 사용된 금속 부재의 물질은, 높은 전도성, 땜납성, 그리고 비용을 고려하여, 구리, 실버, 땜납, 니켈, 아연, 주석으로부터 바람직하게 선택된다.
섬유 모양의 무기 화합물 102
다음에는, 표면 충전제에 담긴 섬유 모양의 무기 화합물(102)에 대해 설명된다. 우선, 아모퍼스 실리콘의 태양 전지 소자들의 표면이 플라스틱의 유연성을 충분히 이용하기 위해 플라스틱 막으로 커버된다. 그러나, 이 경우에는, 외부로부터의 스크래치에 대해 외부 표면이 글래스에 의해 커버된 외부 표면의 경우에서 보다 그 표면이 매우 약하다.
태양 전지 소자 모듈들, 특히 가옥의 지붕이나 벽에 탑재되는 모듈들은, 연소 저항을 갖도록 요구된다. 하지만, 표면을 커버하는 이 물질은 상당량의 투명한 유기 폴리머 수지와 더불어 연소되기가 매우 쉬워진다. 그러나 만일 폴리머 수지의 양이 작다면 외부 충격으로부터 내부의 광전 소자들을 보호할 수 없다.
소량의 수지를 사용하여 외부 환경으로부터 광전 소자들을 보호하기 위해, 섬유 모양의 무기 화합물이 담겨있는 투명한 유기 폴리머 수지가 표면 커버용 물질로 사용된다.
섬유 모양의 무기 화합물은 구체적으로 엮겨지지 않은 유리 섬유, 유리 섬유로 엮긴 직물, 유리 충전제 등으로부터 선택된다. 특히, 엮어지지 않은 유리 섬유가 바람직하게 사용된다. 유리 섬유는 값이 비싸서 충분히 사용되기가 어렵다. 유리 충전제가 사용되는 경우에는, 스크래치 저항이 거의 증가하지 않고, 소량의 투명 유기 폴리머 수지를 사용하여 광전 소자들을 커버하기가 쉽지 않다. 장-기간 사용을 위해서는, 충분한 접착성을 보장하기 위해, 투명 유기 폴리머 수지에 사용된 것들과 유사하게, 섬유 모양의 무기 화합물을 실래인 결합제 또는 유기 티탄산염 화합물로써 처리하는 것도 바람직하다.
충전제 103
표면 충전제(103)로서 사용된 투명한 유기 폴리머 수지는 광전 소자들의 평평하지 않은 부분을 이 수지로써 커버하기 위해, 광전 소자들을 온도 변화, 습도 및 충격과 같은 심각한 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 그리고 표면 막과 소자들 사이의 접착성을 보장하기 위해 필요하다. 그러므로, 기상 저항, 접착성, 충전성, 열 저항, 저온 저항 및 충격 저항에서 우수할 필요가 있다. 이러한 요구들을 만족하는 수지는 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트 코폴리머(EMA), 에틸렌-에틸아크릴레이트 코폴리머(EEA)와 같은 폴리오레핀-베이스드 수지들, butyral 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지 등을 포함한다. 이들 가운데, EVA가 바람직하게 사용되는데, 그 이유는 그들이 태양 전지 소자에 사용하기 위해 균형이 잘 잡힌 물리적 특성들을 갖고 있기 때문이다.
EVA가, 교차 결합(crosslink)이 않된 경우, 고온에서 사용시, 그들의 낮은 열적 변형 온도 때문에, 쉽게 변형되거나 휘어지므로, 그들은 열 저항을 강화하기 위해 바람직하게 교차 결합되어야 한다. EVA의 경우, 유기 과산화물을 사용하여 교차 결합을 이루는 것이 일반적이다. 유기 과산화물을 사용한 교차 결합은 유기 과산화물로부터 발생된 자유 래디컬들(free radicals)이 수지로부터 수소와 할로겐 원자들을 끌어 당겨 C-C 결합을 형성하는 방식으로 만들어 진다. 유기 과산화물을 활성화하는 공지된 방법은 열적 분해, 산화 환원 분해, 이온 분해를 포함한다. 일반적으로, 열적 분해 방법이 유망하게 사용된다. 유기 과산화물의 화학 구조의 구체적인 예들은 대략 hydroperoxide, dialkyl(allyl) peroxide, diacyl peroxide, peroxy ketal, peroxy ester, peroxy carbonate, 그리고 ketone peroxide로 분류된다.
첨가된 유기 과산화물의 양은 충전제 수지 무게 100 parts 당 무게로 0.5 내지 5 parts 범위이다.
상기 유기 과산화물이 충전제와 결합하여 사용되는 경우, 교차 결합 및 열압축 결합이 가열 및 가압하에서 이루어질 수 있다. 가열 온도 및 시간은 각 유기 과산화물의 열 분해 온도 특성에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 가열 및 가압은 이 열적 분해가 90% 더 바람직하게는 95% 이상 진행한 온도 및 시간에서 정지된다. 이것에 의한 충전제의 겔 퍼센티지는 바람직하게 80% 이상이다. 여기서 겔 퍼센티지는 다음의 방정식에 의해 주어진다.
겔 퍼센티지 = (용해된 것의 무게/원래 샘플의 무게) × 100 (%)
즉, 투명한 유기 폴리머 수지가 xylene 또는 그와 같은 것을 사용하여 추출된 경우에, 교차 결합에 의해 겔화된 부분은 분리되지 않고 교차 결합되지 않은 솔(sol) 부분만 분리된다. 100% 겔 퍼센티지는 완전한 교차 결합의 완성을 의미한다. 용해되지 않은 겔 부분만은 xylene을 추출 및 증발한 후에 남은 샘플로부터 취하여 얻어질 수 있다.
만일 겔 퍼센티지가 80% 이하이면, 그 결과의 수지는 열 저항 및 휨(변형) 저항이 저하되고, 예를 들어, 고온의 여름에 사용시 문제를 일으킬 것이다.
상기 교차 결합의 반응을 효율적으로 촉진시키기 위해, triallyl isocyanurate(TAIC)를 사용하는 것이 바람직한데, 그것은 교차 결합의 보조제로 불린다. 첨가된 교차 결합 보조제의 양은 일반적으로 충전제 수지 무게 100 parts 당 무게로 1 내지 5 parts 범위이다.
본 발명에 사용된 충전제 물질은 기상 저항에서 우수하지만, 기상 저항을 더 강화하기 위해 또는 충전제 아래 위치된 층을 보호하기 위해 자외선 흡수제도 첨가될 수 있다. 이 자외선 흡수제는 공지된 화합물들로부터 선택될 수 있고, 태양 전지 소자 모듈의 사용 환경을 고려하여, 낮은-휘발성 자외선 흡수제들로부터 바람직하게 선택된다. 자외선 흡수제들의 구체적인 화학 구조들은 대략 salicylic acid based, benzophenone based, benzotriazole based, 그리고 cyanoacrylate based 흡수제들로 분류된다. 이 자외선 흡수제들 중 최소한 하나를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 자외선 흡수제의 사용 이외에, 기상 저항을 주기 위한 방법으로서, hindered-amine-based stabilizer(안정제)의 사용이 유용하다는 것이 공지되어 있다. 이 hindered-amine-based stabilizer는 자외선 흡수제와는 달리, 자외선을 흡수하지 않지만, 자외선 흡수제와 함께 사용되면 대단한 상승 효과를 나타낼 수 있다.일반적으로 첨가된 안정제의 양은 수지 무게 100 parts 당 무게로 대략 0.1 내지 0.3 part이다. 물론, hindered-amine-based stabilizer 이외에 광 안정제들이 있지만, 그들 대부분은 착색되어 있고 본 발명의 충전제에 사용하는 것은 바람직하지 않다.
또한, 열 저항 및 열적 세공 능력을 향상시키기 위해 antioxidant가 첨가될 수 있다. 첨가된 antioxidant의 양은 바람직하게 무게로 수지 무게 100 parts 당 0.1 내지 1 part이다. antioxidants의 화학적 구조들은 대략 monophenole-based, bisphenol-based, polymer-type-phenol-based, sulfur-based, 그리고 phosphoric-acid-based inhibitors(억제제들)로 분류된다.
만일 태양 전지 소자 모듈들이 심각한 환경에서 사용될 것이라면, 충전제와 광전 소자들 또는 표면막 사이의 접착력을 강화하는 것이 바람직할 것이다. 이 접착력은 silane coupling agent 또는 organic titanate compond를 충전제에 첨가함으로써 강화될 수 있다. 첨가제의 양은 바람직하게 무게로 충전제 수지 무게 100 parts 당 0.1 내지 3 parts이고, 더 바람직하게는 충전제 수지 무게 100 parts 당 0.25 내지 1 part이다. 더우기, silane coupling agent 또는 organic titanate compond를 투명한 유기 폴리머에 첨가하는 것은 투명 유기 폴리머 화합물과 그 안에 있는 섬유 모양의 무기 화합물 사이의 접착력을 강화하는데도 효과적이다.
한편, 표면 충전제(filler)는 광전 소자들에 도달하는 빛의 양이 감소하는 것을 가능한 방지하기 위해 투명할 필요가 있다. 구체적으로, 그것의 광 투과도는 400nm 내지 800nm의 가시 광선 파장 영역 내에서 바람직하게 80% 이상이고 더 바람직하게는 90% 이상이다. 대기로부터 빛의 입사를 용이하게 하기 위해, 25℃에서 충전제의 굴절율은 바람직하게 1.1 내지 2.0이고, 더 바람직하게는 1.1 내지 1.6이다.
표면 수지막 104
본 발명에서 사용된 표면 수지막(104)은 태양 전지 소자의 최 외각층에 위치하기 때문에, 옥외 노출시 기상 저항, 오염 저항 및 기계적 강도를 포함하여, 태양 전지 소자 모듈의 장-기간 신뢰도를 보장하는 것이 필요하다. 본 발명에 사용된 수지막은 불소수지막, 아크릴릭 수지막, 등등을 포함한다. 그들 가운데, 불소수지막들은 그들의 우수한 기상 저항 및 오염 저항 때문에 호의적으로 사용된다. 불소 수지들의 구체적인 예들은 polyvinylidene fluoride resins, polyvinyl fluoride resins, tetrafluoroethylene-ethylene copolymers 등이다. Polyvinylidene fluoride resins이 기상 저항에서 우수한 반면, Tetrafluoroethylene-ethylene copolymers는 기상 저항 및 기계적 강도의 공존성과 투명성에서 우수하다.
충전제에의 점착성을 향상하기 위해, 막 표면이 바람직하게 코로나 처리(corona treating), 플라즈마 처리, 오존 처리, UV 조사(irradiation), 전자 빔 조사, 또는 연소 처리(flame treatment)와 같은 표면 처리를 받게 된다. 구체적으로, 광전 소자 측 표면의 웨팅 인덱스(wetting index)는 바람직하게 34dyne 내지 45dyne이다. 만일 웨팅 인덱스가 34dyne 이하이면, 수지막과 충전제 사이에 점착력이 충분치 않을 것이고, 수지막과 충전제 사이에 분리가 발생할 것이다. 또한, 수지막이 tetrafluoroethylene-ethylene copolymer 막인 경우, 45dyne 이상의 웨팅 인덱스를 달성하는 것이 어렵다.
만일 이 수지막이 방향성이 지어진 막이라면, 크랙들이 나타날 것이다. 태양 전지 소자 모듈의 에지 부분들이 본 발명에서와 같이 굽혀진 경우에, 이 막이 굽혀진 부분들에서 부서져 커버용 물질이 벗겨지는 것을 촉진하여 그 부분들에 물이 스며들고, 그것에 의해 신뢰도가 저하된다. 이런 이유로부터, 바람직하게 이 수지막은 방향성이 지어진 막이 아니다. 구체적으로, ASTM D-882 테스팅 방법에 따라 부서진 순간의 장력 신장(tensile elongation)은 그 길이 방향 및 가로 방향 모두에서 바람직하게 200% 내지 800%이다.
후면 충전제 105
후면 충전제는 광전 소자들과 후면 상의 절연막(106) 사이의 점착을 달성하기 위해 제공된다. 후면 충전제(105)로 바람직한 물질들은 도전성 기판에 충분한 점착성을 보장할 수 있고, 장-기간 내구성, 열 팽창 및 열 수축에 대한 저항 및 유연성이 우수한 것들이다. 적합하게 응용할 수 있는 물질들은 EVA, ethylene-methyl acrylate copolymer(EMA), ethylene-ethyl acrylate copolymers(EEA), polyethylene, 또는 polyvinyl butyral, 양면 접착 테이프, 유연성을 갖는 에폭시 접착제 등으로부터 선택된다. 또한, 지지 부재 및 절연막에의 접착력을 강화하기 위해, 이 접착제들의 표면이 tackifier 수지로 코팅될 수 있다. 이 충전제들은 종종 표면 충전제(103)에 사용된 투명한 폴리머 수지와 같은 물질들이다. 제조 단계들을 간단히 하기 위해, 상술한 접착제 층이 미리 절연막의 양쪽면에 일체적으로 놓인 물질을 사용하는 것도 가능하다.
절연막 106
절연막(106)은 광전 소자의 도전성 금속 기판(101)과 외부 사이의 전기적 절연을 유지하는데 필요하다. 그 바람직한 물질들은 도전성 금속 기판에 충분한 전기 절연성을 보장하고, 장-기간 내구력, 열 팽창 및 열 수축에 대한 저항과 유연성에서 우수한 것들이다. 적합하게 응용할 수 있는 막은 polyamide, polyethylene terephthalate, polycarbonate 등에서 선택된다.
지지 부재 107
지지 부재(107)는 태양 전지 소자의 기계적 강도를 증가시키기 위해, 온도 변화에 기인한 뒤틀림이나 휨을 방지하기 위해, 또는 지붕 재료로서도 기능하는 태양 전지 소자 모듈을 구현하기 위해 후면을 커버하는 막의 외부에 고정된다. 지지 부재(107)에 바람직한 물질은, 예를 들면, 우수한 기상 저항 및 녹 저항을 갖는 유기 폴리머 수지로 커버된, 페인트형 함석 시트(galvanized iron sheet), 플라스틱 시트, FRP(glass fiber reinforced plastic) 시트 등으로부터 선택된다.
모듈의 형성
도 3은 태양 전지 소자 모듈을 형성하는 충들의 스택(stack) 구조를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 광전 소자(301), 무기 충전제 화합물(302), 표면 충전제(303), 표면 수지막(304), 후면 충전제(305), 절연막(306), 그리고 지지 부재(307)가 도면에 도시된 순서로 또는 그 역순으로 스택되고, 진공 적층 장치(vacuum laminating apparatus)에 의해 가열 상태에서 압축되어, 태양 전지 소자 모듈(308)이 얻어진다. 압축 동안의 가열 온도 및 가열 시간은 교차 결합 반응의 만족할 만한 진행에 충분한 온도와 시간이 되도록 결정된다.
광전 소자의 캡슐화 단계는 캡슐화된 광전 소자를 지지 부재에 고정시키는 단계와 동시에 수행되기 때문에, 저-비용을 수반하는 태양 전지 소자 모듈이 얻어질 수 있다. 즉, 태양 전지 소자 모듈을 커버하는 단계는 간단한 장치를 사용하여 쉽게 수행될 수 있어서 생산성이 증가한다.
이와 같은 방법으로 생산된 태양 전지 소자 모듈은 굽은 부분을 갖도록 프레스 몰딩 기계, 롤러 포머 몰딩 기계, 또는 벤더 몰딩 기계에 의해 세공되고, 그것에 의해 본 발명의 태양 전지 소자 모듈이 얻어진다.
본 발명의 태양 전지 소자 모듈은 전력 변환 디바이스와 함께 사용되어, 전력 발생 시스템을 구성한다. 전력 변환 디바이스는 태양 전지 소자 모듈들로부터 출력이 항상 최대가 되도록 제어한다. 이 전력 발생 시스템은 상용의 전력 시스템과 연계된 기능을 갖을 수 있다.
예
예 1-1
[광전 소자]
먼저, 아모퍼스 실리콘(a-Si) 태양 전지 소자들(광전 소자들)이 만들어 진다. 이 제조 과정들이 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명될 것이다.
정화된 스테인레스 스틸 기판(201) 상에, 후면 반사층(202)을 형성하기 위해 Al 층(5000Å) 및 ZnO 층(5000Å)이 스퍼터링에 의해 형성된다. 그런 다음, 플라즈마 CVD 방법에 의해 SiH4, PH3, H2가스의 혼합물로 n-타입 a-Si 층들을 만들고, SiH4와 H2의 혼합 가스로 i-타입 a-Si 층들을 만들고, Si4, BF3, 및 H2의 혼합 가스로부터 p-타입 마이크로크리스탈린 Si( 즉, μc-Si) 층들을 만듦으로써, 텐덤(tandem) 타입 a-Si 광전 변환 반도체 층(203)이 150Å 두께의 n-층/ 4000Å 두께의 i-층/ 100Å 두께의 p-층/ 100Å 두께의 n-층/ 800Å 두께의 i-층/ 100Å 두께의 p-층의 층 구조로 형성된다. 그 다음, 저항 가열 방법에 의해 O2분위기 내에서 인듐(In)을 증착함으로써 In2O3박막(700Å 두께)이 투명한 도전막(204)으로서 형성된다. 또한, 전류를 수집하기 위한 그리드 전극(205)가 실버 페이스트를 스크린 프린팅함으로써 형성되고, 마지막 단계에서 출력 단자들을 형성하기 위해 구리 탭이 음의 출력 단자(206b)로서 스테인레스 기판에 땜납(207)을 사용하여 부착되고 틴 박편(tin foil)이 양의 출력 단자(206a)로서 콜렉터 전극(205)에 땜납을 사용하여 부착되어, 광전 소자가 얻어진다.
[셀 블록]
상술한 셀들을 직렬 5개 × 병렬 2개 구조로 연결하여 태양 전지 소자 모듈을 제조하는 방법이 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명될 것이다.
우선, 5개-직렬의 소자 블록들 2 세트가 만들어진다. 5개 소자들은 수평 라인으로 배열된 다음 인접한 소자들 가운데 하나의 양의 단자(503a)가 납땜(505)을 사용하여 구리 탭(504)을 통해 인접한 소자의 음의 단자(503b)에 접속된다. 이로써, 5개 소자들이 직렬로 연결되고, 그것에 의해 직렬-연결 전지 소자 블록이 형성된다. 끝단 소자의 출력 단자에 접속된 구리 탭은 이하 설명될 후면 커버층 내의 구멍을 통해 출력이 인출되도록 하는 후면 콜렉터 전극을 형성하기 위해 후면으로 보내진다. 도 5c에서, 참조 번호 502는 전기 절연을 위한 절연막들을 나타낸다. 그런 다음 2개의 직렬-연결 소자 블록들이 병렬되고, 직렬-연결 소자 블록들의 같은 극성의 후면 콜렉터 전극들이 구리 탭들과 땜납을 사용하여 병렬로 접속된다. 이와 같은 방법으로 태양 전지 소자 블록이 완성된다.
[모듈의 형성]
도 6a 내지 도 6c는 병렬 및 직렬로 연결된 광전 소자들(소자 블록들)을 커버하여 태양 전지 소자 모듈을 형성하는 방법을 나타낸다. 소자 블록(601), 섬유 모양의 무기 화합물(40 g/㎡, 602), 표면 충전제(603), 표면 수지막(604), 섬유 모양의 무기 화합물(20g/㎡, 605), 후면 적층막(606), 및 지지 부재(607)를 준비하여 도 6c의 순서로 그들을 스택(stacking)함으로써 태양 전지 소자 모듈이 제조된다. 셀 블록(601)의 양의 출력 단자(609)를 감추기 위해 장식용 테이프(608)가 양의 출력 단자 위에 놓인다.
[섬유 모양 무기 화합물 602]
기부 무게가 40g/㎡이고, 그 두께가 200㎛이고, 섬유 직경이 10㎛이고 바인더로서 4.0%의 아크릴 수지(acrylic resin)를 포함하는 엮여지지 않은 유리 섬유 직물이 준비된다.
[섬유 모양 무기 화합물 605]
기부 무게가 20g/㎡이고, 그 두께가 100㎛이고, 섬유 직경이 10㎛이고 바인더로서 4.0%의 아크릴 수지를 포함하는 엮여지지 않은 유리 섬유 직물이 준비된다.
[표면 충전제 603]
ethylene-vinyl acetate copolymer (25 wt% vinyl acetate), 교차 결합제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 광 안정제를 블렌딩하여 형성된 460 ㎛ 두께의 EVA 시트가 준비된다.
[표면 수지막 604]
방향성이 지어지지 않은 ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE) 막이 표면 수지막으로서 50㎛ 두께로 준비된다. 충전제(603)와 접촉하는 이 막의 표면은 플라즈마 처리에 의해 미리 가공된다.
[후면 적층막 606]
접착층으로서 ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA)(200㎛ 두께) 및 polyethylene (PE) 수지(25㎛ 두께), 그리고 절연막으로서 이방성 polyethylene terephthalate 막 (PET)(50㎛ 두께)이 EEA/PE/PET/PE/EEA 순서로 토탈 500㎛의 두께의 적층막이 적층막(606)으로서 준비된다.
[지지 부재 607]
galvalium sheet iron(aluminum-zinc 합금이 플래이트된 알루미늄 55%, 아연 43.4%, 그리고 실리콘 1.6%의 스틸 시트)의 한 쪽 표면이 폴리에스테르-베이스드 패인트로써 코팅되고, 다른 쪽 표면은 유리 섬유를 포함하는 폴리에스테르-베이스드 페인트로써 코팅되어 얻어진 스틸 시트가 지지 부재(607)로서 준비된다. 이 스틸 시트의 두께는 400㎛이다.
[장식용 테이프 608]
polyethylene terephthalate (PET) 막( 50㎛ 두께 및 검은색을 갖음)의 양쪽 면들에 EVA 막들(460㎛ 두께)을 일체화하여 적층함으로써 얻어진 EVA/PET/EVA 막이 장식용 테이프(608)로서 준비된다.
[모듈의 형성]
이 적층 구조는 단일 진공 시스템의 적층 장치를 사용하여 진공에서 가열되고, 그것에 의해 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 형성된다. 이 경우에 진공 조건은 76 Torr/sec의 배기율에서 배기되고 30분 동안 5 Torr로 되는 것이다. 그 다음, 적층 장치가 160℃의 핫-에어(hot-air) 내에 놓여 50분 동안 가열된다. 이 경우에, EVA는 140℃ 이상의 환경에서 15분 이상 동안 놓여진다. 이것은 EVA가 녹아서 교차 결합되도록 유발한다.
[롤러 포머(roller former)를 사용한 세공]
이제, 도 4a에 도시된 바와 같이, 지붕 재료 기능에 관여하는 이음새-조인트 부분들을 형성하기 위해 태양 전지 소자 모듈의 양쪽 에지들이 굽혀진다. 이 경우, 롤러들이 광전 소자 부분들을 건드리는 것이 방지되면서 이 태양 전지 소자 모듈이 굽혀진다.
[벤더를 사용한 세공]
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 광전 소자의 유무에 상관 없이, 지지 부재가 벤더에 의해 굽혀진다.
도 7은 벤더에 의한 벤딩 세공을 상세히 나타낸 도면이다. 우레탄 시트(702)가 벤더의 하부 블래이드(704)와 태양 전지 소자 모듈(701) 사이에 그리고 벤더의 상부 블래이드(703)와 태양 전지 소자 모듈 사이에 완충 물질로서 사용된다. 사용된 우레탄 시트(702)의 두께는 2mm이고 상부 블래이드(703)와 하부 블래이드(704) 사이의 간격은 8mm이다.
세공된 모양이 세공 폭 180mm와 세공 높이 30mm를 갖도록 벤딩이 수행된다.
마지막 단계에서, 전력을 인출하기 위한 배선들이 태양 전지 소자 모듈의 후면에 부착된다. 지지 부재는 미리 태양 전지 소자 그룹의 단자-출구 부분에서 구멍이 뚫어지고, 양의 출력 단자 및 음의 출력 단자들이 이 구명들을 통해 인출된다. 또한, 각 단자-출구 부분에는 절연 보호 및 방수용으로 polycarbonate junction box(610)가 제공된다. 사용된 케이블 라인들 각각은 그 끝단에 커넥터를 갖는다.
예 1-2
벤더에 의해 광전 소자들 위의 영역들을 벤딩하는 동안 압력을 줄이기 위한 방법으로써 곡률 반경 300mm를 갖는 벤더의 블래이드가 사용된다는 것을 제외하고는, 태양 전지 소자 모듈이 예 1-1에서와 같은 방법으로 제조된다.
예 1-3
예 1-3의 태양 전지 소자 모듈이 도 8에 도시되어 있다.
광전 소자들은 예 1-1에서와 같은 방법으로 만들어지고 그 이외의 단계들은 아래에 설명된다.
[소자 블록 801]
상술한 5개의 전지 소자들이 직렬로 연결되어 태양 전지 소자 블록(801)을 만든다. 이 블록을 만드는 방법은 예 1-1에서와 같다.
[모듈의 형성]
플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 예 1-1에서와 같은 방법으로 상기 5개-직렬 태양 전지 소자 블록을 사용하여 만들어진다.
[에지 부분들의 벤딩]
플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈의 네개 코너들이 코너 절단기에 의해 잘려진다. 그 다음에, 짧은 쪽 에지들을 강화하기 위해 짧은 쪽 에지들이 180° 접혀져서 짧은 쪽-에지 굽은 부분(802)을 형성한다; 긴 쪽 에지들은 벤더에 의해 광-수신 면에 90°로 굽혀져서 긴 쪽-에지 굽은 부분들(803)을 형성한다. 긴 쪽-에지 굽은 부분들(803)의 올려진 부분들의 높이는 25mm이다.
[프레스 세공]
굽은 부분은 도 9에 도시된 프레스 세공에 의해 형성된다. 프레스 세공은 볼록한 부분을 갖는 하부 몰드(904)와 오목한 부분을 갖는 상부 몰드(903) 사이에 태양 전지 소자 모듈(901)을 배치함으로써 수행된다. 이 경우, 프레스에 의해 광전 소자들에 미치는 수직 압력을 줄이기 위해 두께가 5mm인 우레탄 시트(902)가 몰드들과 태양 전지 소자 모듈 사이에 배치된다. 즉, 프레스 세공에서의 스택된 순서는 하부 몰드(904)/ 우레탄 시트(902)/ 태양 전지 소자 모듈(901)/ 우레탄 시트(902)/ 상부 몰드(903)이다.
예 1-4
예 1-4의 태양 전지 소자 모듈은 도 10a 내지 도 10b에 도시되어 있다.
플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈은 예 1-3에서와 같은 방법으로 만들어진다.
[프레스 세공]
오목한 부분들(1002)은 프레스 세공에 의해 형성된다. 태양 전지 소자 모듈은 오목한 부분들을 갖는 하부 몰드와 볼록한 부분들을 갖는 상부 몰드 사이에 배치되어 눌려지고, 오목한 부분들 및 볼록한 부분들은 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 각각 150mm × 150mm 크기를 갖는 정사각형들의 4 × 7의 매트릭스 형태로 배열된다. 이 경우, 프레스에 의해 광전 소자들에 미치는 수직 압력을 줄이기 위해서 두께 5mm의 우레탄 시트가 몰드들과 태양 전지 소자 모듈 사이에 배치된다. 즉, 이 프레스 세공에서 스택된 순서는 하부 몰드/ 우레탄 시트/ 태양 전지 모듈/ 우레탄 시트/ 상부 모듈이다.
비교예 1-1
태양 전지 소자 모듈은 벤더에 의해 미치는 압력을 줄이기 위한 우레탄 시트가 사용되지 않은 것을 제외하고는 예 1-1과 같은 방법으로 제작된다.
비교예 1-2
태양 전지 소자 모듈은 벤더에 의해 미치는 압력을 줄이기 위한 우레탄 시트 가 사용되지 않은 것을 제외하고는 예 1-3과 같은 방법으로 제작된다.
비교예 1-3
태양 전지 소자 모듈은 벤더에 의해 미치는 압력을 줄이기 위한 우레탄 시트 가 사용되지 않은 것을 제외하고는 예 1-4와 같은 방법으로 제작된다.
비교예 1-4
소자 블록은 예 1-1의 소자 블록 형성까지와 같은 방법으로 형성된다. 이하, 소자 블록 형성 이후의 단계들이 상세히 설명될 것이다.
[모듈의 형성]
태양 전지 소자 모듈은 예 1-1의 지지 부재를 사용하지 않고 제조된다. 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 소자 블록(1101), 섬유 모양의 무기 화합물(40g/㎠, 1102), 광-수신 면 상의 투명한 유기 폴리머 수지(1103), 표면 수지막(1104), 섬유 모양의 무기 화합물(20g/㎠, 1105), 후면 접착제(1106), 절연막(1107)을 준비하여 그들을 도시된 바와 같이 스택함으로써 태양 전지 소자 모듈이 제조된다.
[절연막 1107]
사용된 절연막은 polyethylene terephthalate 막(PET)(50㎛ 두께)이다.
[고정하기]
모듈 형성 후 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 굽은 부분을 갖도록 미리 세공된 지붕 재료로서 준비된 스틸 시트에 고정되어, 태양 전지 소자 모듈이 만들어진다.
각각의 예들의 태양 전지 소자 모듈들은 다음과 같은 항목들로써 평가된다. 그 결과가 아래 표 1에 나타내진다.
#세공 능력
세공 능력은 광전 소자들을 포함하는 지지 부재의 일부 또는 전체에 굽은 부분을 갖도록 태양 전지 소자 모듈의 세공시 세공 속도 및 작동 능력이 검사된다. 검사 결과들이 아래의 척도들을 근거로 나타내진다.
◎: 한개 모듈을 세공하는데 필요한 시간이 1초 내지 30초이고, 그에 따라 그 모듈이 매우 높은 대량-생산성 및 좋은 작동 능력을 갖는 것으로 여겨지는 경우.
○: 한개 모듈을 세공하는데 필요한 시간이 30초 내지 60초이고, 그에 따라 그 모듈이 대량-생산성 및 작동 능력의 측면에서 약간 열등한 것으로서 그러나 대량-생산이 가능한 것으로서 여겨지는 경우.
×: 한개 모듈을 세공하는데 필요한 시간이 60초 이상이고 이 모듈은 나쁜 대량-생산성 및 작동 능력을 갖고 대량 생산이 불가능한 것으로 여겨지는 경우.
# 초기 외부 모양
굽은 부분(최종 형태에서)을 갖는 태양 전지 소자 모듈들은 충전의 불량 및 태양 전지 소자들 표면들 상의 흠을 포함하여, 초기 외형에 대해 평가된다. 그 평가 결과들은 다음의 척도를 근거로 표 1에 나타내진다.
◎: 외형에 아무런 결함도 존재하지 않는 경우.
○: 외형에 결함들이 존재하지만 사용시 아무런 문제도 일으키지 않는 경우.
×: 충전 불량 및 표면의 흠이 과도해서 외형에 결함이 매우 큰 경우.
다른 결함들이 관찰된 경우에 대해서는, 각 경우에 따라 코멘트가 주어진다.
#고온 및 고습도 테스트
태양 전지 소자 모듈들은 85℃/85%(상대 습도)의 환경에서 3000시간 동안 배치된 후 채취된다. 외형의 변화가 시각적으로 관찰된다. 또한, AM 1.5: 100mW/㎠의 빛을 조사하여 변환 효율이 측정되고 이 테스트 이전의 초기 값으로부터 변화율이 계산된다. 계산 결과들은 다음의 척도를 근거로 도 1에 나타내진다.
모양
○: 외형에 아무 결함도 없는 경우.
△: 외형에 결함들이 존재하지만 사용시 아무 문제도 일으키지 않는 경우.
×: 상당한 박리 또는 그와 같은 것이 나타나고 외형상 결함들이 지나치게 큰 경우.
변환 효율
◎: 변환 효율의 변화가 1.0%보다 낮은 경우.
○: 변환 효율의 변화가 1.0% 이상이고 3.0% 이하인 경우.
△: 변환 효율의 변화가 3.0% 이상이고 5.0% 이하인 경우.
×: 변환 효율의 변화가 5.0% 이상인 경우.
# 온도/습도 사이클 테스트
태양 전지 소자 모듈들은 100회에 걸친 -40℃/0.5 시간: 85℃/85%(상대 습도)/20시간의 온도/습도 사이클 테스트들을 받게 된다. 외형의 변화가 시각적으로 관찰된다. 또한, AM 1.5: 100mW/㎠의 빛을 조사하여 변환 효율이 측정되고 이 테스트 이전의 초기 값으로부터 그 변화율이 계산된다. 계산 결과들은 다음의 척도를 근거로 도 1에 나타내진다.
외형
○: 외형에 결함이 전혀 존재하지 않는 경우.
△: 외형에 결함들이 존재하지만 사용시 아무 문제도 일으키지 않는 경우.
×: 상당한 박리 또는 그와 같은 것이 나타나고 외형상 결함들이 지나치게 큰 경우.
변환 효율
◎: 변환 효율의 변화가 1.0%보다 낮은 경우.
○: 변환 효율의 변화가 1.0% 이상이고 3.0% 이하인 경우.
△: 변환 효율의 변화가 3.0% 이상이고 5.0% 이하인 경우.
×: 변환 효율의 변화가 5.0% 이상인 경우.
#스크래치 저항
도 12에 도시된 방법에 의해, 금속 부재에 탑재된 태양 전지 소자 모듈(1201)의 표면에서 가장 크게 평탄하지 않은 부분이 테스트 블래이드(1202)를 사용하여 2 ponds 내지 5pounds의 무게로 스크래치된다. 태양 전지 소자 모듈들은 스크래치를 받은 표면 커버 물질이 외부로의 절연성을 유지할 수 있는지에 대해 평가된다. 그 판단은 다음과 같은 방식으로 행해진다: 이 모듈이 3000Ω㎝의 전도성을 갖는 전해질 용액에 담겨지고 2200V의 전압이 소자와 용액 사이에 인가된다: 만일 누설 전류가 50㎂를 넘는다면, 이 모듈은 불합격품으로 판단된다. 이 평가 결과는 다음의 척도를 근거로 표 1에 주어진다.
◎: 5-pound 테스트에서 승인
○: 2-pound 테스트에서 승인
×: 2-pound 테스트에서 불합격
표 1에서도 분명하듯이, 본 발명의 실시예들의 태양 전지 소자 모듈들은 우수한 세공 능력 및 충분한 대량-생산성을 나타낸다. 최종 형태의 초기 외형에 대해, 이들은 충전 불량, 표백(whitening), 또는 표면 막의 흠과 같은 결함을 갖지 않고, 미적 감각 및 건축 재료로서의 디자인에서 만족할 만큼 우수하다. 또한, 광전 소자들에 미치는 압력이 감소되기 때문에, 본 발명에 따른 실시예들의 태양 전지 소자 모듈들은 초기 전기 특성에서 우수할 뿐만 아니라, 변환 효율에 약간의 변화를 보이는 고온 및 고습도 테스트 이후와 온도/습도 사이클 테스트 이후에 대해서도 그 변화가 1% 미만이다. 그러므로, 태양 전지 소자 모듈로서의 신뢰도가 충분하다. 또한, 다양한 테스트 후에 외형의 변화가 없어서, 그 외형 또한 좋다. 스크래치 저항에 대해서, 본 발명에 따른 실시예들의 태양 전지 소자 모듈들은 모두 5-pounds 테스트를 통과하기 때문에 외부로부터의 스크래치에 대해 충분한 저항을 갖는다. 즉, 실시예들에 나타낸 모든 태양 전지 소자 모듈들은 일반적인 스틸 시트들이 갖는 것과 동등한 세공 능력을 갖고, 지붕 재료 및 벽 재료들에 필요한 디자인 특성을 갖고, 미적 감각에서 우수한 건축 재료들이다.
한편, 비교예들 1-1, 1-2, 1-3은 이 예들의 것과 동등한 우수한 세공 능력을 나타낸다. 그러나, 비교예 1-1은 벤더를 사용한 세공에서 광전 소자들 위의 영역들이 벤더의 블래이드에 의해 직접적으로 눌려지기 때문에, 크게 손상된 광전 소자들을 갖는다. 그러므로, 비교예 1-1의 모듈은 변환 효율의 상당한 저하를 나타낸다. 비교예 1-1의 초기 외형에 대해서는, 훨씬 많은 표백이 표면 커버용 물질에서 관찰된다. 이 표백은 여러 테스트들 이후에 더 악화되고, 그것에 의해 변환 효율의 저하가 더 촉진된다.
비교예 1-2 및 1-3에서는, 프레스 세공의 경우 광전 소자에 미치는 높은 압력 때문에 큰 결함이 소자들 내에서 검사되고, 변환 효율의 저하가 발생한다. 몰드가 표면에 직접 닿기 때문에, 태양 전지 소자 모듈의 표면에 흠들이 형성된다. 특히, 큰 흠들은 몰드의 에지가 접촉하는 부분들에 형성되고, 그것에 의해 환경 테스트 이후 그러한 부분들에서 분리(벗겨짐)가 관찰된다.
다음으로, 모듈 형성 후 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈이 굽은 부분을 갖도록 미리 세공된 지붕 재료 스틸 시트에 고정되는 비교예 1-4에서는, 처리 단계들의 개수가 증가하여 세공 능력이 저하된다. 고온 및 고습도 테스트에서, 나중에 고정된 접착제의 경계면에서 벗겨짐이 발생하고, 그에 따라 외형에 큰 결함들을 나타낸다.
예 2-1
이 예의 플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈은, 광-수신 면의 유기 폴리 수지와 같은 수지인 ethylene-vinyl acetate copolymer(EVA)(vinyl acetate 25wt% 및 두께가 225㎛)를 접착제 층으로서, 그리고 이방성 polyethylene terephthalate 막(PET)(100㎛ 두께)을 절연막으로서, EVA/PET/EVA의 순서에 의해 일체형으로 스택함으로써 얻어진 전체 두께 550㎛의 적층막에 의해 후면 적층막(606)이 배치된다는 것을 제외하고는, 예 1-1에서와 같은 방법으로 만들어진다.
[롤러 포머를 사용한 세공]
그런 다음 태양 전지 소자 모듈의 에지 부분들이, 도 4a에 도시된 바와 같이, 롤러 포머 몰딩 기계에 의해 광전 소자들을 포함하지 않은 영역들에서 굽혀진다. 이 경우 태양 전지 소자 모듈은 롤러들이 광전 소자 부분들에 닿지 않도록 방지하면서 형성된다.
[프레스 세공]
그 다음, 지지 부재가, 도 4b에 도시된 바와 같이, 광전 소자의 유무에 상관없이 프레스 몰딩 기계에 의해 굽혀진다. 이 프레스 세공은 볼록한 부분을 갖는 하부 몰드와 오목한 부분을 갖는 상부 몰드 사이에 태양 전지 소자 모듈을 배치하여 수행된다. 이 때 프레스 조건들은 광전 소자의 유연성 기판의 피크 스트레인이 0.6%(잔류 스트레인 0.4%)가 되도록 조절된다.
마지막 단계에서, 전력을 인출하기 위한 배선들이 태양 전지 소자 모듈의 후면에 부착된다. 지지 부재는 미리 태양 전지 소자 그룹의 단자-출구 부분들에서 구멍이 뚫리고 양과 음의 출력 단자들이 이 구멍들을 통해 인출된다. 또한, 각 단자-출구 부분에 절연 보호 및 방수를 위해 polycarbonate junction box가 제공된다. 사용된 케이블들은 각각 끝단에 커넥터를 갖는 케이블 라인들이다.
예 2-2
프레스 조건들이 광전 소자의 유연성 기판의 피크 스트레인이 0.3%( 잔류 스트레인 0.1%)가 되도록 예 2-1의 조건들로부터 변경된다. 이 태양 전지 소자 모듈은 프레스 조건들을 제외하고는 예 2-1에서와 같은 방법으로 만들어진다.
예 2-3
이 태양 전지 소자 모듈은 polyimide 막이 광전 소자들의 기판에 사용된 것을 제외하고는 예 2-1과 같은 방법으로 만들어진다.
예 2-4
예 2-4의 태양 전지 소자 모듈은 도 8에 도시된다. 이 태양 전지 소자들은 예 2-1과 같은 방법으로 만들어지는데 그와 다른 단계들은 아래에 설명된다.
[셀 블록]
상기 제조된 5개의 소자들이 직렬로 연결되어 태양 전지 소자 블록을 만든다. 태양 전지 소자 블록을 만드는 방법은 예 2-1에서와 같다.
[플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈]
플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈은 예 2-1에서와 같은 방법으로 상기 5-직렬 태양 전지 소자 블록을 사용하여 제조된다
[에지 부분들의 벤딩]
플랫-플래이트 태양 전지 소자 모듈의 네개 코너들이 코너 절단기에 의해 잘려진다. 그 다음에, 벤더에 의한 세공에 의해 짧은 쪽 에지들이 180°접혀지고 긴 쪽 에지들이 광-수신 면에 90°로 굽혀진다. 긴 쪽-에지 굽은 부분들(803)의 올려진 부분들의 높이는 25mm이다.
[프레스 세공]
프레스 세공에 의해 굴곡 부분이 제공된다. 이 굴곡 부분은 볼록한 부분을 갖는 하부 몰드와 오목한 부분을 갖는 상부 몰드(903) 사이에 태양 전지 소자 모듈을 배치하여 만들어진다. 이 프레스 세공은 광전 소자 기판의 피크 스트레인이 0.6%( 잔류 스트레인 0.4%)가 되도록 수행된다.
예 2-5
태양 전지 소자 모듈은 광전 소자 기판에 polyimid막이 사용된 것을 제외하고는 예 2-4와 같은 방법으로 제조된다.
비교예 2-1
태양 전지 소자 모듈은, 광전 소자 기판의 피크 스트레인이 0.9%( 잔류 스트레인 0.7%)가 되도록 프레스 세공이 수행되는 것을 제외하고는, 예 2-1과 같은 방법으로 제조된다.
비교예 2-2
태양 전지 소자 모듈은, 광전 소자 기판의 피크 스트레인이 1.4%( 잔류 스트레인 1.2%)가 되도록 프레스 세공이 수행되는 것을 제외하고는, 예 2-1과 같은 방법으로 제조된다.
비교예 2-3
태양 전지 소자 모듈은, 광전 소자 기판의 피크 스트레인이 4.8%( 잔류 스트레인 4.4%)가 되도록 프레스 세공이 수행되는 것을 제외하고는, 예 2-1과 같은 방법으로 제조된다.
비교예 2-4
태양 전지 소자 모듈은, 광전 소자 기판의 피크 스트레인이 1.4%( 잔류 스트레인 1.2%)가 되도록 프레스 세공이 수행되는 것을 제외하고는, 예 2-3과 같은 방법으로 제조된다.
비교예 2-5
태양 전지 소자 모듈은, 광전 소자 기판의 피크 스트레인이 1.4%( 잔류 스트레인 1.2%)가 되도록 프레스 세공이 수행되는 것을 제외하고는, 예 2-4와 같은 방법으로 제조된다.
태양 전지 소자 모듈들은 다음의 항목들에 대해 평가된다. 그 결과는 아래 표 2에 나타내진다.
# 초기 외형
태양 전지 소자 모듈들(최종 형태에서)은, 충전 불량 및 태양 전지 소자 표면의 흠들을 포함하여 초기 외형에 대해서 평가된다. 그와 동시에, 그들은 세공후 태양 전지 소자 모듈의 건축 재료 및 지붕 재료로서 미적 감각의 측면에서 또한 평가된다. 평가 결과는 다음의 척도를 근거로 표 2에 나타내진다.
◎: 그 모듈의 외형에 결함이 없고 건축 재료 및 지붕 재료로서 미적 감각에서도 우수한 경우.
○: 외형에 결함들이 존재하지만 사용시 아무 문제도 일으키지 않는 경우.
×: 외형에 대단한 충전 불량(failure in filling) 및 표면의 흠들과 함께 매우 큰 결함들이 나타나거나, 또는 그 모듈이 건축 재료 및 지붕 재료로서의 미적 감각에서 과도하게 손상된 경우.
# 고온 및 고습도 테스트와 온도/습도 사이클 테스트가 상술한 테스트 조건들 및 평가 척도에 따라 수행된다.
# 고온 및 고습도에서 축전시 순방향 바이어스(HHFB 테스트)
태양 전지 소자 모듈들은 85℃/85%(상대 습도)의 환경에 배치된다. 이 경우, 테스트 기계의 내부를 광-차단 환경으로 유지하거나 또는 샘플들의 광-수신 표면들을 쉴딩함으로써 빛이 샘플들로 들어가는 것이 방지된다. 이런 조건들에서, 최적의 동작 전압 (Vmp)이 태양 전지 소자의 내부 PV 회로(다이오드 소자)의 순방향으로 인가될 수 있도록 배선이 설치되고, 이 전압은 2000시간 동안 유지되고, 그런 다음 태양 전지 소자 모듈들이 꺼내지고, 광전 소자들의 각 전지 소자에 대해 낮은 조도(illuminance) Voc( 200 Lx의 조도에서 개방-회로 전압(Voc))가 측정되고, 그 변화율이 테스트가 시작되기 이전의 초기값으로부터 계산된다. 저-조도 Voc의 저하는 광전 소자 내부의 정션 결함들에 기인한 션트 저항(shunt resistance)의 저하를 나타낸다. 즉, 이러한 저하는 내부 결함들의 증가를 의미한다.
이 평가 결과는 다음의 척도를 근거로 표 2에 나타내진다.
◎: 저-조도 Voc의 변화가 1.0% 이하인 경우.
○: 저-조도 Voc의 변화가 1.0% 이상 3.0% 이하인 경우.
△: 저-조도 Voc의 변화가 3.0% 이상 5.0% 이하인 경우.
×: 저-조도 Voc의 변화가 5.0% 이상인 경우.
# 고온 및 고습도에서 축전시 역방향 바이어스(HHRB 테스트)
태양 전지 소자 모듈들은 85℃/85%(상대 습도)의 환경에 배치된다. 이 경우, 테스트 기계의 내부를 광-차단 환경으로 유지하거나 또는 샘플들의 광-수신 표면들을 쉴딩함으로써 빛이 샘플들로 들어가는 것이 방지된다. 이런 조건들에서, 바이패스 다이오드의 동작 전압(Vf)이 태양 전지 소자의 내부 PV 회로(다이오드 소자)의 역방향으로 인가될 수 있도록 배선이 설치되고, 이 전압은 2000시간 동안 유지되고, 태양 전지 소자 모듈들이 꺼내지고, 광전 소자들의 각 전지 소자에 대해 낮은 조도(illuminance) Voc( 200 Lx의 조도에서 개방-회로 전압)가 측정되고, 그 변화율이 테스트가 시작되기 이전의 초기값으로부터 계산된다. 저-조도 Voc의 저하는 광전 소자 내부의 정션 결함들에 기인한 션트 저항(shunt resistance)의 저하를 나타낸다. 즉, 이러한 저하는 내부 결함들의 증가를 의미한다.
이 평가 결과는 다음의 척도를 근거로 표 2에 나타내진다.
◎: 저-조도 Voc의 변화가 1.0% 이하인 경우.
○: 저-조도 Voc의 변화가 1.0% 이상 3.0% 이하인 경우.
△: 저-조도 Voc의 변화가 3.0% 이상 5.0% 이하인 경우.
×: 저-조도 Voc의 변화가 5.0% 이상인 경우.
# 옥외 노출
태양 전지 소자 모듈들이 옥외에(Ecology Research Center of CANON KABUSHIKI KAISHA, 1-1 Kizugawadai 4-chome, Kizu-cho, Soraku-gun, Kyoto에 있는 옥외 노출 장소에) 설치되고 3 개월, 6 개월, 12 개월 후에 평가된다. 광전 소자들의 각 전지 소자에 대해 저-조도(illuminance) Voc( 200 Lx의 조도에서 개방-회로 전압(Voc))가 측정되고, 그 변화율이 테스트가 시작되기 이전의 초기값으로부터 계산된다. 이 평가는 다음의 척도를 근거로 만들어진다.
◎: 저-조도 Voc의 변화가 1.0% 이하인 경우.
○: 저-조도 Voc의 변화가 1.0% 이상 3.0% 이하인 경우.
△: 저-조도 Voc의 변화가 3.0% 이상 5.0% 이하인 경우.
×: 저-조도 Voc의 변화가 5.0% 이상인 경우.
# SEM에 의한 관찰
가장 높은 스트레인을 갖는 것으로 보이는 부분들이 태양 전지 소자 모듈로부터 잘려져서 스캐닝 일렉트론 마이크로스코프(SEM)에 의해 관찰된다.
그 평가는 다음의 척도를 근거로 만들어진다.
○: 광전 소자의 표면에서 크랙이 관찰되지 않는 경우.
×: 광전 소자의 표면에서 크랙들이 관찰되는 경우.
표 2에서도 분명하듯이, 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지 소자 모듈들은 좋은 초기 외형을 갖는데 고온 및 고습도 테스트 이후 및 온도/습도 사이클 테스트 이후에 조차도 좋은 외형을 갖는다. 잔류 스트레인이 0.1%로 작게 조정되는 예 2-2에 있어서는, 그 결과의 태양 전지 소자 모듈이 세공이 다소 나쁘게 보이는 인상을 주지만, 문제를 일으키지 않는 수준이다. 전기적 특성의 측면에서, 그들은 고온 및 고습도 순방향 및 역방향 바이어스 테스트들(HHFB 및 HHRB) 이후에 조차도 저-조도 Voc의 저하를 나타내지 않는다. 그들은 12 개월 옥외 노출 이후에 조차도 기능 저하나 결함을 보이지 않는다. 실시예들에 따른 태양 전지 소자 모듈들의 광전 소자들의 표면들이 SEM에 의해 관찰되는 경우, 크랙이 관찰되지 않는데, 이것은 상기 테스트 결과들에 모순되지 않는다. 그러므로, 태양 전지 소자 모듈들이 높은 신뢰도를 가지고 제조된다.
한편, 세공시 피크 스트레인이 0.9%이고 잔류 스트레인이 0.7%인 비교예 2-1의 태양 전지 소자 모듈을 SEM에 의해 관찰하면 크랙들이 관찰된다. 이 크랙들은 광전 소자들이 세공시 0.9%의 스트레인을 받게될 때 형성되는 것으로 여겨진다. 이 샘플이 순방향 및 역방향 테스트들을 받는 경우, 1500시간 정도에서 저-조도 Voc의 저하가 발생한다. 옥외 노출시에는 노출 시작 후 6 개월부터 점차 저-조도 Voc가 발생한다.
또한, 세공시 피크 스트레인이 1.4% 그리고 잔류 스트레인이 1.2%인 비교예들 2-2, 2-4, 2-5에 있어서, 많은 크랙들이 SEM 관찰에 의해 관찰된다. HHBF 및 HHRB 테스트들에서, 저-조도 Voc의 저하는 1200시간 정도에서 발생한다. 또한 옥외 노출 테스트에서는 저-조도 Voc의 저하가 테스트 시작후 3 개월부터 발생한다. 고온 및 고습도 테스트 이후와 온도/습도 사이클 테스트 이후의 외형에 있어서, 커버용 물질에 약간의 표백이 관찰되지만 그것은 문제를 일으킬 수준은 아니다. 세공시 피크 스트레인이 4.8%이고 잔류 스트레인이 4.4%인 비교예 2-3의 태양 전지 소자 모듈에 있어서, 세공 후 초기 외형의 변화가 광전 소자들에서 시각적으로 관찰된다(색상 변화). 물론 많은 크랙들도 SEM에 의해 관찰된다. HHBF 및 HHRB 테스트들에서, 저-조도 Voc의 저하도 1000시간 이전에 발생하는데, 이것은 크랙들의 관찰 결과와 모순되지 않는다. 또한, 커버용 물질의 외형에 있어서, 표백도 세공 부분들에서 초기 단계부터 관측되기 때문에, 그리고 이 표백은 고온 및 고습도 테스트 이후와 온도/습도 사이클 테스트 이후에 더 현저해지기 때문에, 지붕 물질로서 미적 감각에 문제가 있다.
본 발명에 따르면, 광전 소자의 변형 가능 영역이 명확해지고, 다양한 종류의 태양 전지 소자 모듈들의 생산 개발 속도가 크게 증가될 수 있다. 또한 광전 소자들 위의 영역들이 태양 전지 소자 특성을 나쁘게 하지 않으며 자유로이 세공될 수 있기 때문에, 미적 감각 및 디자인에서 우수한 태양 전지 소자 모듈들이 제공될 수 있다. 이런 방법으로 세공된 태양 전지 소자 모듈들은 장 기간 동안 높은 신뢰도를 갖는 태양 전지 소자 모듈들이 될 것이다.
Claims (66)
- 지지 부재 상에 수지를 사용하여 캡슐화된 광전 소자를 갖는 태양 전지 소자 모듈을 제조하는 방법에 있어서,상기 광전 소자 및 지지 부재에 굽은 부분을 형성하는 단계를 포함하되,상기 굽은 부분의 형성은 상기 광전 소자의 표면에 대한 수직 방향의 세공 압력을 감소시키며 수행되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 광전 소자에 대한 수직 방향의 세공 압력은 500kgf/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 굽은 부분의 형성은 프레스 몰딩에 의해 수행된 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 태양 전지 소자 모듈의 광전 소자가 탑재되지 않은 지지 부재의 일부에만 압력을 가하여 상기 지지 부재의 일부 또는 전체를 조형적으로 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제3항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 프레스 몰딩을 위한 몰드와 상기 태양 전지 소자 모듈 사이에 완충 물질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제3항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 프레스 몰딩을 위한 몰드와 상기 태양 전지 소자 모듈 사이에 간격을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 굽은 부분의 형성 단계는 롤러 포머를 사용한 세공에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 롤 주위에 완충 물질을 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 굽은 부분의 형성은 벤더를 사용한 벤딩에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 상기 벤더의 블래이드와 상기 태양 전지 소자 모듈 사이에 완충 물질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 100mm보다 작지 않은 곡률 반경의 블래이드를 갖는 벤더를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 광전 소자는 유연성 기판과 비-모노크리스탈린 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 굽은 부분에 연속적인 오목한 부분 및 연속적인 볼록한 부분 가운데 최소한 하나를 제공하는 세공을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,충전제의 두께는 다른 부분들에서보다 굽은 부분에서 더 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 광전 소자의 광-수신 표면을 캡슐화하는 수지는 섬유 모양의 무기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 굽은 부분에는 상기 섬유 모양의 무기 화합물이 없는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 지지 부재는 금속인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 지지 부재 상에 수지를 사용하여 캡슐화된 광전 소자를 갖는 건축 재료를 제조하는 방법에 있어서,상기 광전 소자 및 상기 지지 부재에 굽은 부분을 형성하는 단계를 포함하되,상기 굽은 부분의 형성은 상기 광전 소자의 표면에 대한 수직 방향의 세공 압력을 감소시키며 수행되는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 광전 소자에 대한 수직 방향의 세공 압력은 500kgf/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 굽은 부분의 형성은 프레스 몰딩에 의해 수행된 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 건축 재료의 광전 소자가 탑재되지 않은 지지 부재의 일부에만 압력을 가하여 상기 지지 부재의 일부 또는 전체를 조형적으로 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제20항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 프레스 몰딩을 위한 몰드와 상기 건축 재료 사이에 완충 물질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제20항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 프레스 몰딩을 위한 몰드와 상기 건축 재료 사이에 간격을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 굽은 부분의 형성 단계는 롤러 포머를 사용한 세공에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 태양 건축 재료의 제조 방법.
- 제24항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 롤 주위에 완충 물질을 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 굽은 부분의 형성은 벤더를 사용한 벤딩에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제26항에 있어서,상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 상기 벤더의 블래이드와 상기 건축 재료 사이에 완충 물질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 세공 압력을 감소시키는 단계는 100mm보다 작지 않은 곡률 반경의 블래이드를 갖는 벤더를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 광전 소자는 유연성 기판과 비-모노크리스탈린 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 굽은 부분에 연속적인 오목한 부분 및 연속적인 볼록한 부분 가운데 최소한 하나를 제공하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,충전제의 두께는 다른 부분들에서보다 굽은 부분에서 더 작은 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서,상기 광전 소자의 광-수신 표면을 캡슐화하는 수지는 섬유 모양의 무기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제32항에 있어서,상기 굽은 부분에는 상기 섬유 모양의 무기 화합물이 없는 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 지지 부재는 금속인 것을 특징으로 하는 건축 재료의 제조 방법.
- 유연성 기판 상에 최소한 하나의 광활성 반도체층을 포함하는 광전 소자를 포함하는 태양 전지 소자 모듈을 제조하는 방법에 있어서,상기 광전 소자의 필 계수를 낮추는 임계 스트레인보다 낮은 스트레인을 사용하여 상기 유연성 기판의 적어도 일부가 기판 표면에 평행한 방향으로 장력 변형을 받게 하여, 상기 광전 소자를 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 장력 변형은 상기 유연성 기판의 조형적 변형 범위 이내이며 상기 필 계수를 낮추는 임계 스트레인보다 낮은 스트레인을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 변형을 발생하는 세공 수단은 프레스 몰드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 변형을 발생하는 세공 수단은 상기 기판 표면에 평행한 방향으로 장력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,최소한 상기 광전 소자의 광-수신 표면을 유기 폴리머 수지로 커버하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 광전 소자의 비-광-수신 표면에 지지 부재를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 태양 전지 소자 모듈의 광-수신 표면 측의 최외각 표면에 투명한 수지막층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제40항에 있어서,상기 지지 부재에 조형적 변형 범위 내의 스트레인을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제42항에 있어서,상기 광-수신 표면 측에 광전 소자가 제공되지 않은 지지 부재의 일부에만 조형적으로 변형된 영역을 형성하는 단계를 포함함으로써, 상기 태양 전지 소자 모듈이 그 모양을 유지하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 광활성 반도체층은 아모퍼스 실리콘인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 낮은 필 계수로의 임계 스트레인은 0.7%인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 유연성 기판은 도전성 기판인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제42항에 있어서,상기 조형적 변형 범위는 0.2% 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제46항에 있어서,상기 도전성 기판은 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 유연성 기판은 수지막인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제40항에 있어서,상기 지지 부재는 금속인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 제35항에 있어서,상기 태양 전지 소자 모듈은 건축 재료로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈의 제조 방법.
- 광전 소자를 포함하는 태양 전지 소자 모듈에 있어서,상기 태양 전지 소자 모듈은 유연성 기판 상에 최소한 하나의 광활성 반도체층을 포함하되,상기 유연성 기판의 최소한 일부는 광전 소자의 필 계수를 낮추기 위한 임계 스트레인보다 낮은 스트레인을 사용하여 상기 기판의 표면에 평행한 방향으로 장력 변형을 받아, 상기 광전 소자가 변형된 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 장력 변형은 상기 유연성 기판 또는 상기 광전 소자의 비-광-수신 표면 측에 제공된 지지 부재의 조형적 변형 범위 이내에 있고 상기 필 계수를 낮추기 위한 임계 스트레인보다 낮은 스트레인을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,최소한 상기 광전 소자의 비-광-수신 표면은 유기 폴리머 수지로 커버된 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 광전 소자의 비-광-수신 표면에는 지지 부재가 제공된 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 태양 전지 소자 모듈의 광-수신 표면 측의 최 외각 표면에는 투명한 수지막이 제공된 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제55항에 있어서,상기 지지 부재는 조형적 변형 범위 내의 스트레인을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제57항에 있어서,광전 소자가 제공되지 않는 상기 광-수신 표면 측의 상기 지지 부재의 일부에만 조형적으로 변형된 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 광활성 반도체층은 아모퍼스 실리콘인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 필 계수를 낮추는 임계 스트레인은 0.7%인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 유연성 기판은 도전성 기판인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제57항에 있어서,상기 조형적 변형 범위는 0.2% 이상인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제61항에 있어서,상기 도전성 기판은 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 유연성 기판은 수지막인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제55항에 있어서,상기 지지 부재는 금속인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
- 제52항에 있어서,상기 태양 전지 소자 모듈은 건축 재료로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자 모듈.
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