KR20070098637A - 태양 전지 모듈 및 태양 전지 모듈의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

광이 입사하는 광입사면 및 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와, 태양 전지의 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와, 태양 전지의 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와, 광입사측 지지 부재와 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서, 밀봉재는 광입사면에 접하는 제1 영역과, 이면에 접하는 제2 영역을 갖고 있고, 제2 영역의 가교도는 제1 영역의 가교도보다도 작다.
태양 전지 모듈, 밀봉재, 광전 변환부, 집전 전극, 태양 전지 스트링

Description

태양 전지 모듈 및 태양 전지 모듈의 제조 방법 {Solar Cell Module And Manufacturing Method Thereof}
도1은 종래의 태양 전지로의 응력을 설명하는 도면.
도2는 종래의 태양 전지로의 응력을 설명하는 도면.
도3은 종래의 태양 전지로의 응력을 설명하는 도면.
도4는 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈을 설명하는 도면.
도5는 실시 형태에 관한 태양 전지를 설명하는 도면.
도6은 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈을 설명하는 도면.
도7은 라미네이트 공정에 이용하는 진공 라미네이트 장치를 설명하는 도면.
도8은 경화 공정에 이용하는 가열 장치를 설명하는 도면.
도9는 실시 형태에 관한 태양 전지로의 응력을 설명하는 도면.
도10은 온도 사이클 시험의 온도 조건 변화의 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 태양 전지 모듈
101 : 태양 전지
102 : 광입사측 지지 부재
103 : 이면측 지지 부재
104 : 밀봉재
[문헌 1] 일본 특허 공개 평11-61055호 공보
본 발명은 태양 전지 모듈 및 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 신뢰성을 향상시킨 태양 전지 모듈 및 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지 시스템은 깨끗하고 무한으로 공급되는 태양광을 직접 전기로 변환한다. 따라서, 태양 전지 시스템은 새로운 에너지원으로서 기대되고 있다.
여기서, 태양 전지 시스템을 구성하는 태양 전지에서는 1매당의 출력이 수W 정도이다. 따라서, 가옥이나 빌딩 등의 전원으로서 태양 전지 시스템을 이용하는 경우에는, 태양 전지 시스템에는 복수의 태양 전지가 전기적으로 직렬 또는 병렬로 접속된 태양 전지 모듈이 이용된다. 이에 의해, 태양 전지 시스템의 출력은 수백W 정도까지 높일 수 있다.
구체적으로는, 도1에 도시한 바와 같이, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(101)와, 태양 전지(101)의 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재(102)와, 태양 전지(101)의 이면측에 설치된 이면측 지지 부재(103)와, 광입사측 지지 부재(102)와 이면측 지지 부재(103) 사이에서 태양 전지(101)를 밀봉하는 밀봉 재(104)를 갖는다.
이와 같은 태양 전지 모듈(100)에 있어서, 밀봉재(104)의 경화를 강하게 하기 위해, 밀봉재(104)에 가교제를 첨가하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평11-61055호 공보 참조).
태양 전지 모듈(100)이 태양광을 수광하고 있지 않은 상태에서는, 도1에 도시한 바와 같이 태양 전지(101)의 광입사면측에 있어서의 응력(a)은 태양 전지(101)의 이면측에 있어서의 응력(b)과 대략 동등하다.
한편, 태양 전지 모듈(100)이 태양광을 수광하고 있는 상태에서는 태양 전지(101)의 광입사면측의 온도가 태양 전지(101)의 이면측의 온도보다도 높아진다. 이에 수반하여, 태양 전지(101)의 광입사면측에서는 태양 전지(101)의 이면측보다도 밀봉재가 열팽창한다. 밀봉재(104)의 쪽이 태양 전지(101)보다도 큰 열팽창계수를 가지므로, 도2에 도시한 바와 같이 태양 전지(101)의 광입사면측에 있어서의 응력(a)은 태양 전지(101)의 이면측에 있어서의 응력(b)보다도 작아진다.
이와 같이, 태양 전지(101)가 태양광을 수광하고 있는 상태에서는 응력(a) 및 응력(b)의 밸런스가 무너지기 때문에, 도2에 도시한 바와 같이 태양 전지(101)의 휨이 생긴다.
여기서, 도3에 도시한 바와 같이, 태양 전지(101)에서는 광전 변환부(105)에 있어서 생성되는 광생성 캐리어를 집전하기 위해, 광전 변환부(105)의 광입사면측에 집전 전극(106)이 설치되어 있고, 광전 변환부(105)에 있어서 생성되는 광생성 캐리어를 집전하기 위해, 광전 변환부(105)의 이면측에 집전 전극(107)이 설치되어 있다. 집전 전극(106)은 태양 전지(101)의 광입사면측에 설치되어 있으므로, 태양광의 수광을 방해하지 않도록, 가능한 범위에서 가늘게 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 태양광의 수광에 의해 태양 전지(101)의 휨이 생기면, 응력이 집전 전극(106)에 가해진다. 그리고, 태양 전지 모듈(100)은 옥외에서 사용되고, 수광과 비수광이 반복되므로, 집전 전극(106)에 데미지가 축적된다. 이로 인해, 집전 전극(106)의 집전 능력이 저하될 우려가 있다. 그리고, 태양 전지(101)의 휨은 광전 변환부(105)를 구성하는 기판의 두께가 얇아질수록 커지므로, 종래는 기판의 두께를 그 정도로 얇게 할 수 없었다.
그래서, 본 발명은 상술한 과제에 비추어 이루어진 것으로, 광입사면측에 설치된 집전 전극에 축적되는 데미지의 영향을 저감시킨 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 특징에 관한 태양 전지 모듈은, 광이 입사하는 광입사면 및 상기 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와, 상기 태양 전지의 상기 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와, 상기 태양 전지의 상기 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와 상기 광입사측 지지 부재와 상기 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비하고, 상기 밀봉재는 상기 광입사면에 접하는 제1 영역과, 상기 이면에 접하는 제2 영역을 갖고 있고, 상기 제2 영역의 가교도는 상기 제1 영역의 가교도보다도 작은 것을 요지로 한다.
이와 같은 태양 전지 모듈에 따르면, 태양 전지의 이면과 접하는 밀봉재의 제2 영역의 가교도를, 태양 전지의 광입사면과 접하는 밀봉재의 제1 영역의 가교도보다도 작게 함으로써, 제1 영역보다도 낮은 온도에 있어서, 제2 영역을 열팽창하기 쉽게 하고 있다. 이로 인해, 한낮의 태양광이 조사될 때에 온도가 올라가기 어려운 제2 영역도 열팽창시킬 수 있다. 이에 의해, 태양 전지에 가해지고 있는 응력을 이면측에서도 작게 할 수 있으므로, 태양 전지의 광입사측과 이면측에서 응력의 크기의 차를 작게 할 수 있다. 이 결과, 태양 전지를 광입사측에 대해 볼록해지도록 뒤로 젖히고자 하는 힘이 완화되므로, 광입사면측에 접착된 집전 전극에 가해지는 스트레스가 약해지게 된다.
본 발명의 제2 특징은, 본 발명의 제1 특징에 관한 것으로, 상기 제2 영역의 겔분율은 상기 제1 영역의 겔분율보다도 작은 것을 요지로 한다.
본 발명의 제3 특징은, 본 발명의 제1 또는 제2 특징에 관한 것으로, 상기 제2 영역의 가교에 이용하는 가교용 첨가제량은 상기 제1 영역의 가교에 이용하는 가교용 첨가제량보다도 적은 것을 요지로 한다.
본 발명의 제4 특징은, 본 발명의 제1 특징에 관한 것으로, 상기 태양 전지는 광의 입사에 의해 광생성 캐리어를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 광입사면 및 이면에 접착되어 상기 광전 변환부로부터 상기 광생성 캐리어를 수집하는 집전 전극을 구비하고, 상기 광전 변환부의 광입사면에 접착된 집전 전극의 접착 면적은 이면에 접착된 집전 전극의 접착 면적보다도 작은 것을 요지로 한다.
본 발명의 제5 특징에 관한 태양 전지 모듈은, 광이 입사하는 광입사면 및 상기 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와, 상기 태양 전지의 상기 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와, 상기 태양 전지의 상기 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와 상기 광입사측 지지 부재와 상기 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비하고, 상기 밀봉재는 상기 광입사면에 접하는 제1 영역과, 상기 이면에 접하는 제2 영역을 갖고 있고, 상기 제2 영역의 겔분율은 상기 제1 영역의 겔분율보다도 작은 것을 요지로 한다.
본 발명의 제6 특징에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 광이 입사하는 광입사면 및 상기 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와, 상기 태양 전지의 상기 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와, 상기 태양 전지의 상기 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와, 상기 광입사측 지지 부재와 상기 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비한 태양 전지 모듈의 제조 방법이며, 상기 광입사측 지지 부재와, 상기 밀봉재를 구성하는 제1 밀봉재 시트와, 상기 태양 전지와, 상기 밀봉재를 구성하는 제2 밀봉재 시트와, 상기 이면측 지지 부재를 차례로 적층하여 적층체를 취득하는 공정 A와, 상기 적층체를 가열하여 상기 밀봉재의 가교 반응을 촉진하는 공정 B를 포함하고, 상기 공정 B에 있어서, 상기 제2 밀봉재 시트의 가열 조건은 상기 제1 밀봉재 시트의 가열 조건에 비해 상기 밀봉재의 가교 반응이 진행되기 어려운 조건인 것을 요지로 한다.
≪제1 실시 형태≫
다음에, 도면을 이용하여 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일하거나 또는 유사한 부분에는 동일하거나 또는 유사 한 부호를 붙이고 있다. 단, 도면은 개략적인 것이고, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 하는 것이다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
<태양 전지 모듈(10)의 구성>
본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈(10)의 단면도를 도4에 도시한다. 도4의 (A)는 모듈화 공정을 거쳐서 일체화된 후의 상태를 설명하기 위한 단면 구조도이다. 또한, 도4의 (B)는 모듈화 공정 전의 상태를 설명하기 위한 분해도이다.
태양 전지 모듈(10)은 태양 전지 스트링(1), 밀봉재(2), 광입사측 지지 부재(3) 및 이면측 지지 부재(4)를 구비하고 있다.
태양 전지 스트링(1)은 복수의 태양 전지(1a, 1a …)를 배선재(5)에 의해 서로 전기적으로 접속함으로써 형성되어 있다.
태양 전지(1a)는 광전 변환부(6) 및 집전 전극(7)을 구비하고 있다.
광전 변환부(6)는 내부에 PN 접합이나 PIN 접합 등의 반도체 접합을 갖는, 단결정 Si(실리콘)나 다결정 Si 등의 결정계의 반도체 재료, CaAs나 CuInSe 등의 화합물계의 반도체 재료를 비롯하여, 박막 실리콘계, 색소 증감계 등의 유기계 등, 일반적인 태양 전지 재료를 이용하여 제작할 수 있다.
집전 전극(7)은 광전 변환부(6)의 광입사면 및 이면에 접착되어 광전 변환부(6)로부터 광생성 캐리어를 수집한다. 따라서, 집전 전극(7)에는 광입사면측 집전 전극(7a)과 이면 전극(7b)이 포함된다.
광입사면측 집전 전극(7a) 및 이면 전극(7b)은 은이나 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 금 등, 혹은 이들의 합금 등의 도전성 재료를 포함한 것으로 형성된다. 또한, 전극은 도전성 재료를 포함한 단층 구조라도 좋고, 다층 구조라도 좋다. 또한, 이들 도전성 재료를 포함하는 층에 부가하여, SnO2, ITO, IWO, ZnO 등의 투광성 도전 산화물을 포함하는 층을 갖고 있어도 좋다.
광입사면측 집전 전극(7a)은 광전 변환부(6)의 광입사측 면적을 크게 하기 위해, 즉 광전 변환부(6)의 노출 부분의 면적을 크게 취하기 위해, 가능한 한 작은 면적이 되도록 설치되어 있다. 예를 들어, 광입사면측 집전 전극(7a)은 태양 전지(1a)의 상면도(도5 참조)에 도시된 바와 같이, 전극 폭을 작게 하고, 빗살형으로 설치된다. 한편, 이면 전극(7b)은 광전 변환부(6)의 이면측 전체면에 설치해도 좋고, 광입사면측 집전 전극(7a)과 마찬가지로 빗살형으로 설치해도 좋다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 광전 변환부(6)의 광입사면에 접착된 광입사면측 집전 전극(7a)의 접착 면적은 이면에 접착된 이면 전극(7b)의 접착 면적보다도 작다.
밀봉재(2)는 태양 전지 스트링(1)을 밀봉하고 있다. 구체적으로는, 도4의 (A)에 도시한 바와 같이, 태양 전지(1a)의 광입사면은 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)과 접하고 있고, 태양 전지(1a)의 이면은 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)과 접하고 있다.
밀봉재(2)는 EVA(에틸렌비닐아세틸레이트)나 PVB(폴리비닐부티랄), 실리콘 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 불소계 수지, 아이오노머 수지, 실란 변성 수지, 에틸렌아크릴산 공중합체, 에틸렌메타크릴산 공중합체, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프 로필렌계 수지, 산변성 폴리올레핀계 수지, 에폭시계 수지 등의 수지 재료를 이용하여 구성할 수 있고, 이들 수지의 2종류 이상을 혼합하여 이용해도 좋다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 태양 전극(1a)의 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)의 가교도는 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)의 가교도보다도 작다. 이와 같은 밀봉재(2)의 구성은 본 발명의 특징에 관한 것이므로 이후에 설명한다. 또한, 가교도라 함은, 밀봉재의 가교 비율을 나타내고, 가교도가 작을수록 가교 반응이 생기지 않는 수지 성분의 영역이 많이 존재하는 것을 의미한다.
광입사측 지지 부재(3)는 태양 전지(1a)의 광입사측에 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)을 거쳐서 접착되어 있다. 광입사측 지지 부재(3)는 유리나 플라스틱 등의 태양 전지(1a)를 흡수할 수 있는 파장의 광을, 태양을 투과시키는 부재를 이용하여 구성할 수 있다.
이면측 지지 부재(4)는 태양 전지(1a)의 이면측에 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)을 거쳐서 접착되어 있다. 이면측 지지 부재(4)는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름 등이나 불소 수지 필름 등의 수지 필름이나, 실리카나 알루미나 등의 금속 산화물의 증착막이 형성된 수지 필름, 알루미늄박 등의 금속 필름, 혹은 이들의 적층 필름 등의 재료를 이용하여 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 태양 전지(1a)의 광입사면은 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)과 접하고 있고, 태양 전지(1a)의 이면은 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)과 접하고 있다.
<밀봉재(2)의 가교도에 대해>
본 실시 형태에서는 태양 전지(1a)의 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)의 가교도가, 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)의 가교도보다도 작은 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이, 제2 영역(2b)의 가교도를 제1 영역(2a)의 가교도보다 작게 하기 위해서는, 이하와 같은 방법을 이용할 수 있다.
첫째로, 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)을 형성하기 위한 밀봉 재료로서, 동일 종류ㆍ동일 양의 가교제가 첨가된 동일 재료의 밀봉 재료를 이용하여 각각의 가교 조건을 바꿈으로써, 제2 영역(2b)의 가교도를 제1 영역(2a)의 가교도보다 작게 할 수 있다. 즉, 제2 영역(2b)을 형성하기 위한 밀봉 재료를 가교시킬 때의 온도를, 제1 영역(2a)을 형성하기 위한 밀봉 재료를 가교시킬 때의 온도보다도 낮게 함으로써, 제2 영역(2b)의 가교도를 제1 영역(2a)의 가교도보다도 작게 할 수 있다.
둘째로, 제2 영역(2b)을 형성하기 위한 밀봉 재료 중에 첨가하는 가교제의 양을, 제1 영역(2a)을 형성하기 위한 밀봉 재료 중에 첨가하는 가교제의 양보다도 적게 함으로써, 제2 영역(2b)의 가교도를 제1 영역(2a)의 가교도보다 작게 할 수 있다. 이 경우, 밀봉재의 가교도는 첨가되는 가교제의 양에 의존하고, 밀봉 재료의 종류에의 의존도는 작기 때문에, 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)을 형성하기 위한 밀봉 재료로서, 전술한 EVA나 PVB 등의 수지 재료를 단독 혹은 조합하여 이용할 수 있다.
또한, 가교제에는 일반적으로 유기 과산화물이 이용된다. 예를 들어, EVA를 가교시키는 유기 과산화물로서는, 2, 5-디메틸헥산, 2, 5-디하이드로퍼옥사이드, 2, 5-디메틸-2, 5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 3-디-t-부틸퍼옥사이드, t-디쿠밀퍼옥사이드, 2, 5-디메틸-2, 5-디(t-부틸퍼옥시)헥신, 디쿠밀퍼옥사이드, α, α'-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, n-부틸-4, 4-비스(t-부틸퍼옥시)부탄, 2, 2-비스(t-부틸퍼옥시)부탄, 1, 1-비스(t-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1, 1-비스(t-부틸퍼옥시)3, 3, 5-트리메틸시클로헥산, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 벤조일퍼옥사이드 등을 이용할 수 있다.
<밀봉재(2)의 구성에 대해>
본 발명은 태양 전지(1a)의 광입사면 및 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)의 가교도가 전술한 관계를 만족시키고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 따라서, 전술한 관계를 만족시키는 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)을 구비하고 있으면, 이들 이외의 밀봉재를 더 구비하고 있어도 좋다.
예를 들어, 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 제1 영역(2a)을 구비하고, 또한 그 광입사면측에 1 또는 복수의 밀봉재층을 갖고 있어도 좋다. 마찬가지로, 태양 전지(1a)의 이면과 접하는 제2 영역(2b)을 구비하고, 또한 그 이면측에 1 또는 복수의 밀봉재층을 갖고 있어도 좋다. 또한, 이들을 조합한 구조라도 좋다.
도6은 제1 영역(2a)의 광입사면에 제3 영역(2c)을 구비하고, 또한 제2 영역(2b)의 이면에 제4 영역(2d)을 구비하는 태양 전지 모듈(10)의 분해 단면도이다. 도6에 도시하는 태양 전지 모듈(10)에 있어서도 태양 전지(1a)의 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)의 가교도는 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2) 의 제1 영역(2a)의 가교도보다도 작다. 한편, 제3 영역 및 제4 영역을 형성하기 위한 밀봉 재료는 전술한 EVA나 PVB 등의 수지 재료를 단독 혹은 조합한 것으로부터 선택할 수 있다.
이와 같이, 밀봉재(2)는 3층 이상의 다층 구조를 갖고 있어도 좋다.
<태양 전지 모듈(10)의 제조 방법>
본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈(10)의 제조 방법, 즉 태양 전지 모듈(10)의 모듈화 공정에 대해 도7 및 도8을 이용하여 설명한다. 우선, 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)에 동일한 밀봉 재료를 이용하는 경우에 대해 설명한 후에, 제2 영역(2b)의 밀봉 재료 중에 첨가하는 가교제의 양을 제1 영역(2a)의 밀봉 재료 중에 첨가하는 가교제의 양보다도 적게 하는 경우에 대해 설명한다.
(1) 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)에 동일한 밀봉 재료를 이용하는 경우
이 경우, 태양 전지(1a)의 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)의 가교도를, 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)의 가교도보다도 작게 하기 위해, 가열 온도, 가열 시간의 조건을 변화시키기 위해 이하의 3개의 공정을 이용한다.
라미네이트 공정 : 이 공정은 도7에 도시하는 진공 라미네이트 장치(20)를 이용하여 각 부재 사이의 기포의 발생을 억제하면서 내부 부재끼리를 가접착하기 위한 공정이다. 진공 라미네이트 장치(20)의 내부는 다이어프램(30)에 의해 상하 2실로 분리되어 있고, 각 실을 독립적으로 감압할 수 있다. 우선, 진공 라미네이트 장치(20) 내에 가열 가능하게 구성된 적재대(40) 상에 광입사측 지지 부재(3), 광입사측 밀봉재 시트(제1 영역)(2a), 태양 전지 스트링(1), 이면측 밀봉재 시트(제2 영역)(2b) 및 이면측 지지 부재(4)를 이 순서로 적재한다. 다음에, 적재대(40)를 소정의 온도로 가열하면서 상하 각 실로부터 배기하여 탈포한다. 여기서, 상기 소정의 온도는 밀봉재(2)의 가교 온도 이하의 온도이다. 계속해서, 상부실에 흡기함으로써, 다이어프램(30)에서 태양 전지 모듈(10)을 소정 시간만큼 압박하여 가접착한다.
제1 경화 공정 : 이 공정은 도8의 (A)에 도시하는 가열 장치(50)를 이용하여 밀봉재(2)를 가교시키기 위한 공정이다. 가열 장치(50)는 온풍을 이송함으로써, 태양 전지 모듈(10)을 균일하게 가열할 수 있다. 우선, 가접착된 태양 전지 모듈(10)을 가열 장치(50) 내에 투입한다. 다음에, 태양 전지 모듈(10)을 소정의 온도에서 소정의 시간만큼 가열한다. 여기서, 상기 소정의 온도는 밀봉재(2)의 가교 온도 이상의 온도이다. 이에 의해, 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)과, 태양 전지(1a)의 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)에 있어서의 가교 반응이 생긴다.
제2 경화 공정 : 이 공정은 도8의 (B) 또는 (C)에 도시하는 가열 장치(60)를 이용하여 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)에 있어서의 가교 반응을 진행시키기 위한 공정이다. 도8의 (B) 또는 (C)에 도시하는 가열 장치(60)는 온풍에 의해 광입사면측을 가열하면서 이면측을 냉각 매체 또는 냉풍에 의해 냉각하는 것, 광입사면측의 밀봉재의 면만을 가교 온도 이상의 온도로 가열하는 동시에, 이면측의 밀봉재를 가교 온도 이하의 온도에서 가열한다. 이에 의해, 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)에 있어서의 가교 반응만이 진행된다.
이상의 공정을 경유함으로써, 광입사면측의 밀봉재는 제1 경화 공정 및 제2 경화 공정의 동안, 가교 반응이 생긴다. 한편, 이면측의 밀봉재는 제1 경화 공정의 동안에만 가교 반응이 생긴다.
(2) 제2 영역(2b)의 밀봉 재료 중에 첨가하는 가교제의 양을 제1 영역(2a)의 밀봉 재료 중에 첨가하는 가교제의 양보다도 적게 하는 경우
이 경우, 가교도는 가교제의 양에 의해 결정되므로, 제1 영역(2a) 및 제2 영역(2b)에 동일한 밀봉 재료를 이용하는 경우와는 달리, 경화 공정에 있어서의 가열 시간을 제1 영역(2a)과 제2 영역(2b)에서 개별적으로 조정할 필요가 없다. 따라서, 태양 전지 모듈(10)의 광입사면측과 이면측에서 가열 온도, 가열 시간의 조건을 변화시킬 필요가 없으므로, 라미네이트 공정과 제1 경화 공정의 2개의 공정만을 이용한다.
상술한 라미네이트 공정을 경유한 후, 제1 경화 공정에 있어서, 태양 전지 모듈(10)을 밀봉재(2)의 가교 온도 이상의 온도에서 소정의 시간만큼 가열한다. 여기서, 상기 소정의 시간은 밀봉재(2)가 완전히 가교되는 시간이다. 제2 경화 공정을 행할 필요는 없다.
이상과 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈(10)은 제조된다.
<작용 및 효과>
본 실시 형태에 따르면, 이와 같은 구성을 가짐으로써, 광이 닿는 쪽의 상이 에 기인하는 집전 전극으로의 데미지의 축적을 억제하여 신뢰성이 향상된 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다. 이 이유를 이하에 상세하게 설명한다.
표1은 태양 전지 모듈을 구성하는 주된 부재의 선팽창계수를 나타내는 특성표이다. 밀봉재로서는 주된 재료인 EVA 수지의 값을 나타내고 있다. 또한, 태양 전지로서, 일반적으로 이용되는 재료인 실리콘의 값을 나타내고 있다. 또한, 이면 필름으로서 PET 필름의 값을 기입하고 있다. 표1에 나타낸 바와 같이, 선팽창계수는 밀봉재 ＞ PET 필름 ＞ 구리 ＞ 유리 ≒ 실리콘의 관계이다. 또한, 태양 전지 모듈을 구성하는 부재 중에서 밀봉재의 선팽창계수와 실리콘의 선팽창계수의 차가 가장 큰 것을 알 수 있다.
[표1]
구성 부재 열팽창계수(ppm/℃)
밀봉재 ~400(대표예)
PET ~70(대표예)
구리 ~17
유리 ~5
실리콘 ~3
따라서, 모듈화 공정에 있어서 열팽창된 각 구성 부재의 수축 정도는 선팽창계수가 큰 밀봉재가 가장 크고, 선팽창계수가 작은 실리콘 재료로 이루어지는 태양 전지가 가장 작다.
이로 인해, 종래의 태양 전지 모듈(100)이 태양광을 수광하고 있는 상태에서는, 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 태양 전지(101)의 광입사면에 가하는 응력(a)과, 태양 전지(101)의 이면에 가하는 응력(b)의 밸런스가 무너져 태양 전지(101)의 휨이 생긴다. 그 결과, 집전 전극(106)에 데미지가 축적되어 집전 전극(106)의 집 전 능력이 저하된다.
또한, 이상의 태양 전지 모듈의 출력 저하는 실리콘 웨이퍼가 얇아지는 것에 따라서 보다 일어나기 쉬워진다.
한편, 본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈(10)에 따르면, 태양 전지(1a)의 이면과 접하는 밀봉재(2)의 제2 영역(2b)의 가교도를, 태양 전지(1a)의 광입사면과 접하는 밀봉재(2)의 제1 영역(2a)의 가교도보다도 작게 함으로써, 제1 영역보다도 낮은 온도에 있어서, 제2 영역(2b)을 열팽창하기 쉽게 하고 있다. 이로 인해, 한낮의 태양광이 조사될 때에 온도가 올라가기 어려운 제2 영역(2b)도 열팽창시킬 수 있다. 이에 의해, 태양 전지(1a)에 가해지고 있는 응력을 이면측에서도 작게 할 수 있으므로, 태양 전지(1a)의 광입사측과 이면측에서 응력의 크기의 차를 작게 할 수 있다. 이 결과, 태양 전지(1a)를 광입사측에 대해 볼록해지도록 뒤로 젖히고자 하는 힘이 완화되므로, 광입사면측 집전 전극(7a)에 가해지는 스트레스가 약해지게 된다.
구체적으로는, 도9에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈(10)에 태양광이 입사되어 있는 경우, 태양 전지(1a)의 광입사면에 가해지는 응력과 이면에 가해지는 응력의 크기의 밸런스가 동등하거나[도9의 (A) 참조], 또는 이면측에 가해지는 응력의 쪽이 크다[도9의 (B) 참조]. 또한, 이면 전극(7b)은 광입사면측 집전 전극(7a)과 비교하여 광전 변환부(6)와의 접착 면적을 크게 함으로써 접착 강도를 강하게 할 수 있으므로, 도9의 (B)에 도시한 바와 같이 태양 전지(1a)가 이면측으로 볼록해지도록 휘었다고 해도, 이면 전극(7b)에 대한 데미지는 작다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 태양 전지 모듈(10)에 따르면, 광입사면측에 설치된 집전 전극으로의 데미지의 축적을 억제하여 신뢰성의 향상을 가능하게 하는 태양 전지 모듈(10) 및 태양 전지 모듈(10)의 제조 방법을 제공할 수 있다.
<그 밖의 실시 형태>
본 발명은 상기한 실시 형태에 의해 기재하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 설명 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 원용 기술이 명백해질 것이다.
예를 들어, 상기한 실시 형태에서는 이면 전극(7b)을 광전 변환부(6)의 이면 전체면에 접착하는 것으로 하였지만, 광전 변환부의 일부를 노출시키도록 접착되어도 좋고, 광입사면측 집전 전극(7a)과 동일한 빗살형으로 형성되어 있어도 좋다.
이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재되어 있지 않은 다양한 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 설명으로부터 타당한 특허청구의 범위에 관한 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.
[실시예]
이하, 본 발명에 관한 태양 전지 모듈에 대해 실시예를 예로 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 나타낸 것으로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서, 적절하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.
<가열 조건과 가교도의 관계>
우선, 밀봉재 시트로서 EVA 시트를 이용하여 가교 공정 시의 온도와 가교도의 관계에 대해 조사하였다. 우선, 라미네이트 장치의 적재대 상에 유리판 및 두께 0.6 ㎜의 EVA 시트, PET 필름을 이 순서로 적재하였다. 계속해서, 감압 중, 약 120 ℃의 온도에서 10분간 가열함으로써 탈포 및 가접착을 행하였다. 또한, 약 120 ℃의 온도는 EVA의 가열 온도 이상의 온도이다. 계속해서, 가접착된 샘플을 가열로 내에 투입하고, 가열 온도를 약 150 ℃로 하여 가교 공정을 행하였다. 이때, 제조 후의 밀봉체의 가교도는 가열 시간에도 의존하므로, 가열 시간을 5분 내지 45분 사이에서 변화하여 가교 공정을 행하였다. 그리고, 이와 같이 하여 제작된 샘플의 유리판으로부터 밀봉체만을 박리한 후에, 이하와 같이 하여 겔분율을 측정함으로써 각각의 밀봉체의 가교도를 평가하였다.
우선, 유리판으로부터 박리된 각 밀봉체의 중량을 측정하였다. 다음에, 각 밀봉체를 크실렌 용매 중에 침지함으로써, 가교하지 않고 졸 상태로 되어 있는 영역을 용매 중에 용출시켰다. 계속해서, 크실렌 용액을 증발시켜, 가교한 겔 영역을 추출하였다. 그리고, 추출된 겔 영역의 중량을 측정하여 용매에 침지 전의 중량에 대한 비율을 취함으로써 겔분율을 구하였다. 계산식은 이하의 식과 같다.
겔분율(％) ＝ (미용해분의 중량/시료의 원래의 중량) × 100
표2는 이와 같이 하여 구한 각 샘플의 겔분율을 나타내는 특성표이다.
[표2]
150 ℃ 가열 시간(분) 겔분율(％)
0 0
5 13
10 27
15 35
20 53
30 71
45 87
표2에 나타낸 바와 같이, 약 150 ℃의 온도에서 가교 공정을 행하는 경우에는 가열 시간을 5분 내지 45분 사이에서 조정함으로써, 얻을 수 있는 밀봉체의 겔분율을 13 ％ 내지 87 ％ 사이에서 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
<실시예 및 비교예의 제조>
다음에, 표2의 결과를 기초로 하여 본 발명에 관한 태양 전지 모듈을 이하와 같이 하여 제조하였다. 본 실시예에서는 광입사측의 밀봉재와 이면측의 밀봉재로서 동일한 밀봉재 시트를 이용하였다. 따라서, 가교 공정 시에 이면측의 밀봉재 시트의 가열 온도를 광입사측의 밀봉재 시트의 가열 온도보다도 낮게 하는 제2 경화 공정을 행함으로써 본 발명의 태양 전지 모듈을 제조하였다.
또한, 이하의 실시예에서는 광입사측 및 이면측의 밀봉재 시트로서 EVA 시트(두께 약 0.6 ㎜)를 이용하였다. 또한, 태양 전지로서, n형의 단결정 실리콘과 p형의 비정질 실리콘으로 구성되는 pn 접합을 갖고, 사이에 얇은 i형의 비정질 실리콘층을 개재 삽입시킨, HIT(등록 상표) 구조의 태양 전지(두께 100 내지 140 ㎛)를 이용하였다. 또한, 광입사측 지지 부재로서는 두께 약 3.2 ㎜의 유리판을, 이면측 지지 부재로서는 테드라 필름(두께 약 38 ㎛)/알루미늄 필름(두께 약 30 ㎛)/테드라 필름(두께 약 38㎛)의 적층 필름을 이용하였다.
(제1 실시예)
라미네이트 공정을 10분간, 제1 경화 공정을 0분간, 제2 경화 공정을 45분간 행하여 제1 실시예의 샘플을 제작하였다.
즉, 제1 실시예의 샘플에서는, 광입사면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 45분간, 이면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 0분간 가열되어 있다. 따라서, 전술한 표2의 결과로부터, 광입사면측의 밀봉재의 겔분율은 약 87 ％이고, 이면측의 밀봉재의 겔분율은 0 ％로 되어 있는 것이라 사료된다.
(제2 실시예)
라미네이트 공정을 10분간, 제1 경화 공정을 5분간, 제2 경화 공정을 40분간 행하여 제2 실시예의 샘플을 제작하였다.
즉, 제2 실시예의 샘플에서는, 광입사면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 45분간, 이면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 5분간 가열되어 있다. 따라서, 전술한 표2의 결과로부터, 광입사면측의 밀봉재의 겔분율은 약 87 ％이고, 이면측의 밀봉재의 겔분율은 약 13 ％로 되어 있는 것이라 사료된다.
(제3 실시예)
라미네이트 공정을 10분간, 제1 경화 공정을 10분간, 제2 경화 공정을 35분간 행하여 제3 실시예의 샘플을 제작하였다.
즉, 제3 실시예의 샘플에서는, 광입사면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 45분간, 이면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 10분간 가열되어 있다. 따라서, 전술한 표2의 결과로부터, 광입사면측의 밀봉재의 겔분율은 약 87 ％이고, 이면측의 밀봉재의 겔분율은 약 27 ％로 되어 있는 것이라 사료된다.
(제4 실시예)
라미네이트 공정을 10분간, 제1 경화 공정을 20분간, 제2 경화 공정을 25분간 행하여 제4 실시예의 샘플을 제작하였다.
즉, 제4 실시예의 샘플에서는, 광입사면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 45분간, 이면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 20분간 가열되어 있다. 따라서, 전술한 표2의 결과로부터, 광입사면측의 밀봉재의 겔분율은 약 87 ％이고, 이면측의 밀봉재의 겔분율은 약 53 ％로 되어 있는 것이라 사료된다.
(제5 실시예)
라미네이트 공정을 10분간, 제1 경화 공정을 30분간, 제2 경화 공정을 15분간 행하여 제5 실시예의 샘플을 제작하였다.
즉, 제5 실시예의 샘플에서는, 광입사면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 45분간, 이면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 15분간 가열되어 있다. 따라서, 전술한 표2의 결과로부터, 광입사면측의 밀봉재의 겔분율은 약 87 ％이고, 이면측의 밀봉재의 겔분율은 약 71 ％로 되어 있는 것이라 사료된다.
(제1 비교예)
라미네이트 공정을 10분간, 제1 경화 공정을 45분간, 제2 경화 공정을 0분간 행하여 제1 비교예의 샘플을 제작하였다.
즉, 제1 비교예의 샘플에서는, 광입사면측 및 이면측의 밀봉재는 150 ℃의 온도에서 45분간 가열되어 있다. 따라서, 전술한 표2의 결과로부터, 광입사면측 및 이면측의 밀봉재의 겔분율은 약 87 ％로 되어 있는 것이라 사료된다.
<온도 사이클 시험>
상술한 제1 내지 제5 실시예, 제1 비교예의 각각의 태양 전지 모듈에 대해, 항온조를 이용하여 다음에 서술하는 사이클 시험을 행하여, 시험 전후의 태양 전지 모듈의 출력을 비교하였다.
사이클 시험은 JIS C8917의 온도 사이클 시험에 준거한 방법을 사용하였다. 항온조의 제어기에 프로그램한 온도 조건 변화의 그래프를 도10에 나타낸다. 도10과 같이, 45분 걸려서 25 ℃로부터 90 ℃까지 상승시키고, 이 온도에서 90분간 유지하고, 계속해서 90분 걸려서 －40 ℃까지 강하시키고, 이 온도에서 90분간 유지하고, 또한 45분 걸려서 25 ℃까지 상승시킨다. 이를 1 사이클(6시간)로 한다.
이때, 본 발명자들은 현실의 태양광조사 환경 하에 근접하게 하기 위해, JIS C8917의 온도 사이클 시험 방법에 부가하여, 최초의 180분간, AM 1.5, 100 ㎷/㎠의 광을 태양 전지 모듈의 광입사면측으로부터 조사하였다. 또한, 1 사이클 중 밤낮의 시간이 반반이라 가정하여, 조사 시간을 1 사이클의 충분한 180분 사이로 하고 있다.
이 광조사에 의해, 시험 대상인 태양 전지 모듈의 광입사면측의 온도를 반대측의 온도보다도 고온으로 할 수 있다. 즉, 항온조 내부 온도를 90 ℃에서 유지하고 있을 때에는, 이 광조사에 의해 밀봉재의 광입사면측의 온도는 90 ℃보다 상승하고 있는 것이라 사료된다.
그리고, 이 사이클을 400 사이클 반복하여 사이클 시험을 행하고, 그 결과 얻을 수 있던 각 샘플의 출력 특성을 조사하였다. 이 결과를 표3에 나타낸다.
또한, 표3에 있어서는 측정의 결과를 규격화 출력 저하율로 나타내고 있다. 여기서, 출력 저하율은,
출력 저하율(％) ＝ (시험 전 출력 － 시험 후 출력)/시험 전 출력 × 100
의 계산식에 의해 계산된다. 따라서, 출력 저하율이 낮을수록 출력 저하가 적고 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈이라고 할 수 있다. 또한, 규격화 출력 저하율은 비교예에 있어서의 출력 저하율을 1.00으로 하여 규격화한 값이다.
[표3]
표측 겔분율(％) 이측 겔분율(％) 규격화 출력 저하율
제1 비교예 87 87 1.00
제1 실시예 87 0 0.50
제2 실시예 87 13 0.50
제3 실시예 87 27 0.53
제4 실시예 87 53 0.70
제5 실시예 87 71 0.73
표3으로부터 제1 내지 제5 실시예의 규격화 출력 저하율은 비교예의 규격화 출력 저하율에 비해 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 제1 내지 제5 실시예의 샘플에 따르면, 이면측의 밀봉재의 가교도를 광입사면측의 밀봉재의 가교도에 비해 작게 한 것에 의해, 광이 닿는 쪽의 상이에 기인하는 장시간 사용 후의 특성 저하를 억제할 수 있던 결과에 의한 것이라 사료된다.
또한, 제1 내지 제3 실시예와 같이, 이면측의 겔분율이 광입사측의 겔분율보다도 50 ％ 이상 작은 경우에는, 비교예에 대해 출력 저하율이 절반 정도로 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이상과 같이, 본 실시 형태에 의해, 종래에 비해 모듈 출력 저하율이 낮고, 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈을 얻을 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 광이 닿는 쪽의 상이에 기인하는 장시간 사 용 후의 특성 저하를 억제하여 신뢰성이 향상된 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 특히 본 발명은 스트레스에 의해 휘기 쉬워지는, 두께가 얇은 기판을 이용한 태양 전지를 갖는 태양 전지 모듈에 적합하다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 판단되어야 한다. 본 발명의 실시 형태는 특허청구의 범위에 나타낸 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 적절하고 다양한 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 광입사면측에 설치된 집전 전극에 축적되는 데미지의 영향을 저감시킨 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 광이 입사하는 광입사면 및 상기 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와,
    상기 태양 전지의 상기 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와,
    상기 태양 전지의 상기 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와,
    상기 광입사측 지지 부재와 상기 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비하고,
    상기 밀봉재는 상기 광입사면에 접하는 제1 영역과, 상기 이면에 접하는 제2 영역을 갖고 있고,
    상기 제2 영역의 가교도는 상기 제1 영역의 가교도보다도 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 영역의 겔분율은 상기 제1 영역의 겔분율보다도 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 영역의 가교에 이용하는 가교용 첨가제량은 상기 제1 영역의 가교에 이용하는 가교용 첨가제량보다도 적은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 태양 전지는 광의 입사에 의해 광생성 캐리어를 생성하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 광입사면 및 이면에 접착되어 상기 광전 변환부로부터 상기 광생성 캐리어를 수집하는 집전 전극을 구비하고,
    상기 광전 변환부의 광입사면에 접착된 집전 전극의 접착 면적은 이면에 접착된 집전 전극의 접착 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  5. 광이 입사하는 광입사면 및 상기 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와,
    상기 태양 전지의 상기 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와,
    상기 태양 전지의 상기 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와,
    상기 광입사측 지지 부재와 상기 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비하고,
    상기 밀봉재는 상기 광입사면에 접하는 제1 영역과, 상기 이면에 접하는 제2 영역을 갖고 있고,
    상기 제2 영역의 겔분율은 상기 제1 영역의 겔분율보다도 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  6. 광이 입사하는 광입사면 및 상기 광입사면의 반대측에 설치된 이면을 갖는 태양 전지와, 상기 태양 전지의 상기 광입사면측에 설치된 광입사측 지지 부재와, 상기 태양 전지의 상기 이면측에 설치된 이면측 지지 부재와, 상기 광입사측 지지 부재와 상기 이면측 지지 부재 사이에 있어서, 상기 태양 전지를 밀봉하는 밀봉재를 구비한 태양 전지 모듈의 제조 방법이며,
    상기 광입사측 지지 부재와, 상기 밀봉재를 구성하는 제1 밀봉재 시트와, 상기 태양 전지와, 상기 밀봉재를 구성하는 제2 밀봉재 시트와, 상기 이면측 지지 부재를 차례로 적층하여 적층체를 취득하는 공정 A와,
    상기 적층체를 가열하여 상기 밀봉재의 가교 반응을 촉진하는 공정 B를 포함하고,
    상기 공정 B에 있어서, 상기 제2 밀봉재 시트의 가열 조건은 상기 제1 밀봉재 시트의 가열 조건에 비해 상기 밀봉재의 가교 반응이 진행되기 어려운 조건인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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