KR20100007938A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

태양 전지 모듈(100)은 취출 전극(20) 위에 접속되는 취출 배선재(30)와 취출 배선재(30)를 피복하는 피복재(40)와 이들을 밀봉하는 밀봉재(50)를 구비한다. 취출 배선재(30)는 피복재(40)에 의해 밀봉재(50)로부터 격리된다.
취출 전극, 취출 배선재, 피복재, 밀봉재, 격리

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 단일 기판 위에 있어서 전기적으로 직렬 접속된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
종래, 단일 기판 위에 있어서 전기적으로 직렬 접속된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2007-35695호 공보 참조). 이러한 태양 전지 모듈은 단일 기판 위에 형성되고, 복수의 태양 전지에 의해 생성된 전하를 외부로 취출하기 위한 취출 전극을 구비한다. 취출 전극 상에는 취출 전극으로부터 전하를 수집하는 취출 배선재가 접속된다.
복수의 태양 전지, 취출 전극 및 취출 배선재는 밀봉재에 의해 밀봉되기 때문에 취출 배선재는 밀봉재와 직접 접촉된다. 일반적으로, 취출 배선재의 기재로서는 구리가 사용되고, 밀봉재로서는 EVA(Ethylene vinyl acetate)가 사용된다.
여기서, EVA의 선팽창 계수(3.5×10-4)는 구리의 선팽창 계수(1.7×10-5)보다 크기 때문에, 태양 전지 모듈의 사용 환경 하에 있어서의 온도 변화에 따라 취출 배선재는 밀봉재로부터 응력을 받는다. 이러한 응력이 취출 배선재에 반복하여 가해짐으로써 취출 배선재와 취출 전극의 접속 부분에는 데미지가 축적된다. 그 결 과, 접속 부분이 파손되어 태양 전지 모듈의 출력 저하를 야기할 우려가 있었다.
본 발명은, 상기의 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 취출 전극에 접속되는 취출 배선재가 밀봉재로부터 받는 응력을 완화시킬 수 있는 태양 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 태양 전지 모듈은, 절연성을 갖는 기판과, 기판 위에 형성된 복수의 태양 전지와, 기판 위에 형성되고, 복수의 태양 전지에 의해 생성되는 전하를 복수의 태양 전지로부터 취출하는 취출 전극과, 취출 전극 위에 접속되어, 전하를 취출 전극으로부터 수집하는 취출 배선재와, 취출 배선재를 피복하는 피복재와, 복수의 태양 전지, 취출 전극, 취출 배선재 및 피복재를 기판과의 사이에 밀봉하는 밀봉재를 구비하고, 취출 배선재는 피복재에 의해 밀봉재로부터 격리되는 것을 요지로 한다.
이와 같은 태양 전지 모듈에 있어서, 취출 배선재는 밀봉재와 직접 접촉되지 않는다. 그로 인해, 태양 전지 모듈의 사용 환경 하에 있어서의 온도 변화에 따라 취출 배선재가 밀봉재로부터 받는 응력을 완화시킬 수 있다. 그 결과, 취출 전극과 취출 배선재의 접속 부분이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 특징에 있어서, 피복재는 점착 테이프이며, 피복재의 취출 배선재측의 표면은 점착성을 갖고 있어도 된다.
본 발명의 특징에 있어서, 피복재는 취출 전극을 피복하고 있으며, 취출 전극은 피복재에 의해 밀봉재로부터 격리되어 있어도 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈(100)의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈(100)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈(100)의 단면도이다.
다음에, 도면을 사용하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일하거나 또는 유사한 부분에는 동일하거나 또는 유사한 번호를 부여하고 있다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과 상이한 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호 간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
[제1 실시 형태]
(태양 전지 모듈의 구성)
본 발명의 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈(100)의 구성에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 1은 태양 전지 모듈(100)의 이면측의 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A선에 있어서의 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 태양 전지 모듈(100)은 기판(1), 복수의 태양 전지(10), 취출 전극(20), 취출 배선재(30), 출력 배선재(35), 절연 필름(36), 피복재(40), 밀봉재(50) 및 보호재(60)를 구비한다. 또한, 도 1에서는 밀봉재(50) 및 보호재(60)를 생략하여 도시하고 있다.
기판(1)은 복수의 태양 전지(10) 및 취출 전극(20)을 형성하기 위한 단일 기판이다. 기판(1)으로서는 절연성을 갖는 유리, 플라스틱 등을 사용할 수 있다.
복수의 태양 전지(10) 각각은 기판(1) 위에 있어서, 제1 방향을 따라 형성된다. 복수의 태양 전지(10)는 제1 방향에 대략 직교하는 제2 방향에 있어서 배열되며, 서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.
태양 전지(10)는 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)을 갖는다. 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)은 기판(1) 위에 순차적으로 적층된다. 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)은 주지의 레이저 패터닝에 의해 패터닝되어 있다.
제1 전극층(11)은 기판(1)의 주면 위에 적층되어 있으며, 도전성 및 투광성을 갖는다. 제1 전극층(11)으로서는 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화인듐(In2O3), 또는 산화티탄(TiO2) 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 이들의 금속 산화물에는 불소(F), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 갈륨(Ga), 니오븀(Nb) 등이 도핑되어 있어도 된다.
반도체층(12)은 제1 전극층(11)측으로부터의 입사광에 의해 전하(전자 및 정공)를 생성한다. 반도체층(12)으로서는, 예를 들어 pin 접합 또는 pn 접합을 기본 구조로서 갖는 아몰퍼스 실리콘 반도체층이나 미결정 실리콘 반도체층의 단층체 혹은 적층체를 사용할 수 있다.
제2 전극층(13)으로서는, 예를 들어 도전성을 갖는 ITO, 은(Ag) 등의 단층체 혹은 적층체를 사용할 수 있다. 하나의 태양 전지(10)의 제2 전극층(13)은 하나의 태양 전지(10)에 인접하는 다른 태양 전지(10)의 제1 전극층(11)에 접촉된다. 이에 의해, 하나의 태양 전지(10)와 다른 태양 전지(10)가 전기적으로 직렬로 접속된다.
취출 전극(20)은 복수의 태양 전지(10)로부터 전하를 취출한다. 취출 전극(20)은 태양 전지(10)와 마찬가지로, 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)을 갖는다. 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)은 기판(1) 위에 순차적으로 적층된다. 취출 전극(20)은 기판(1) 위에 있어서 제1 방향을 따라 형성된다.
취출 배선재(30)는 취출 전극(20)으로부터 전하를 취출한다. 즉, 취출 배선재(30)는 취출 전극(20)으로부터 전하를 수집하는 수집 전극으로서의 기능을 갖는다.
취출 배선재(30)는 도전성 부재에 의해 구성된다. 취출 배선재(30) 표면에는 땜납 도금이 실시되어 있어도 된다. 취출 배선재(30)는 취출 전극(20)을 따라(제1 방향을 따라) 취출 전극(20) 위에 땜납 접속된다. 취출 배선재(30)로서는, 박판 형상, 선 형상 혹은 꼬인 선 형상으로 성형된 구리 등을 사용할 수 있다. 또한, 취출 배선재(30)는 복수 개소에 있어서 부분적으로 취출 전극(20)에 땜납 접속되어도 된다. 취출 배선재(30)는 후술하는 피복재(40)에 의해 피복된다.
출력 배선재(35)는 취출 배선재(30)에 의해 수집된 전하를 태양 전지 모듈(100)의 외부로 유도한다. 출력 배선재(35)는 취출 배선재(30)와 마찬가지의 구 성을 갖고 있으며, 출력 배선재(35)의 일단부는 취출 배선재(30) 위에 땜납 접속된다.
절연 필름(36)은 태양 전지(10)와 출력 배선재(35) 사이에 개재 삽입된다. 출력 배선재(35)는 절연 필름(36)에 의해 태양 전지(10)로부터 전기적으로 분리된다.
피복재(40)는, 본 발명의 특징적 부분에 관한 것으로, 취출 전극(20) 위에 있어서 취출 배선재(30)를 피복한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 피복재(40)는 후술하는 밀봉재(50)와 직접 접촉되지만, 취출 배선재(30)는 밀봉재(50)와 직접 접촉되지 않는다. 이와 같이, 취출 배선재(30)는 피복재(40)에 의해 밀봉재(50)로부터 격리된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 피복재(40)는 취출 배선재(30)측의 표면에 있어서 점착성을 갖는 점착 테이프이다. 피복재(40)는 취출 배선재(30)의 상면에 접착된다. 또한, 피복재(40)의 양단부는 취출 전극(20)의 제1 방향 양단부 위에 접착된다.
밀봉재(50)는 복수의 태양 전지(10), 취출 전극(20), 취출 배선재(30) 및 피복재(40)를 기판(1)과 보호재(60) 사이에 밀봉한다. 또한, 밀봉재(50)는 태양 전지 모듈(100)에 가해지는 충격을 완충시킨다. 밀봉재(50)로서는 EVA, EEA, PVB, 실리콘, 우레탄, 아크릴, 에폭시 등의 수지를 사용할 수 있다.
보호재(60)는 밀봉재(50) 위에 배치된다. 보호재(60)로서는 PET, PEN, ETFE, PVDF, PCTFE, PVF, PC, 아크릴, 유리, SUS, 갈바륨 등의 단층체나, 이들에 의해 금속박을 사이에 둔 적층체를 사용할 수 있다.
(태양 전지 모듈의 제조 방법)
우선, CVD법 혹은 스퍼터법 등의 제막법을 사용하여 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)을 기판(1) 위에 순차적으로 적층한다. 이때, 주지의 레이저 패터닝법을 사용하여 제1 전극층(11), 반도체층(12) 및 제2 전극층(13)을 순차적으로 패터닝함으로써 복수의 태양 전지(10) 및 취출 전극(20)을 형성한다.
다음에, 취출 배선재(30)(땜납 도금 동박)를 취출 전극(20) 위에 초음파 납땜한다. 계속해서, 취출 배선재(30)에 출력 배선재(35)를 납땜하고, 취출 배선재(30)와 태양 전지(10) 사이에 절연 필름(36)을 개재 삽입한다.
다음에, 피복재(40)(점착 테이프)를, 취출 배선재(30)를 피복하도록 취출 전극(20) 위에 접착한다. 그 후, 밀봉재(50)와 보호재(60)를 순차적으로 적층한다. 이때, 밀봉재(50)와 보호재(60)에 형성된 절입 부분으로부터 출력 배선재(35)의 일단부를 빼내어 둔다.
다음에, 라미네이터 장치를 사용하여 진공 가열함으로써 태양 전지 모듈(100)이 완성된다. 또한, 태양 전지 모듈(100)에는 Al, SUS, 또는 철제의 프레임을 설치해도 된다.
(작용 및 효과)
본 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈(100)은 취출 전극(20) 위에 접속되는 취출 배선재(30)와, 취출 배선재(30)를 피복하는 피복재(40)와, 이들을 밀봉하는 밀봉재(50)를 구비한다. 취출 배선재(30)는 피복재(40)에 의해 밀봉재(50)로부터 격리된다.
이와 같이, 취출 배선재(30)는 밀봉재(50)로부터 격리되어 있어, 밀봉재(50)와 직접 접촉되지 않는다. 그로 인해, 태양 전지 모듈(100)의 사용 환경 하에 있어서의 온도 변화에 따라 취출 배선재(30)가 밀봉재(50)로부터 받는 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)의 접속 부분이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)의 「접속 부분」은 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)의 계면에 한하지 않는다. 예를 들어, 반도체층(12) 위에 적층된 제2 전극층(13)에 취출 배선재(30)가 접속되어 있는 경우, 반도체층(12)과 제2 전극층(13)의 계면에서 박리가 특히 발생되기 쉽다. 이러한 경우에도 본 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈(100)에 따르면, 제2 전극층(13)이 반도체층(12)으로부터 박리되는 것을 억제할 수 있다.
이상으로부터, 사용 환경 하에 있어서의 태양 전지 모듈(100)의 출력 저하를 억제할 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태와 상기 제1 실시 형태의 차이점은 피복재(40)의 구성이다. 그 밖의 점은 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 이하 차이점에 대하여 주로 설명한다.
본 실시 형태에 따른 피복재(40)는 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)를 피복한다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)는 밀봉 재(50)와 직접 접촉되지 않는다. 이와 같이, 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)는 피복재(40)에 의해 밀봉재(50)로부터 격리된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 피복재(40)는 띠 형상으로 형성된 부재이며, PET 필름 등의 가요성 재료를 사용해도 되고, 또한 세라믹스 등의 비가요성 재료를 사용해도 된다. 도 3에 도시된 바와 같이 피복재(40)는 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)에 접촉되지 않아도 된다.
피복재(40)의 제2 방향의 양단부는 점착성을 갖는다. 피복재(40)의 일단부는 제1 방향을 따라 기판(1) 위에 접착된다. 피복재(40)의 타단부는 제1 방향을 따라 취출 전극(20)에 인접하는 태양 전지(10) 위에 접착된다.
(작용 및 효과)
본 실시 형태에 있어서, 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)는 피복재(40)에 의해 밀봉재(50)로부터 격리된다.
이와 같이, 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)는 밀봉재(50)와 직접 접촉되지 않는다. 그로 인해, 태양 전지 모듈(100)의 사용 환경 하에 있어서의 온도 변화에 따라 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)가 밀봉재(50)로부터 받는 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 취출 배선재(30)와 취출 전극(20)의 접속 부분뿐만 아니라, 취출 전극(20) 자체에 데미지가 축적되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 사용 환경 하에 있어서의 태양 전지 모듈(100)의 출력 저하를 더욱 억제할 수 있다.
(기타 실시 형태)
본 발명은 상기한 실시 형태에 의해 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확하게 될 것이다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 반도체층(12)의 주체를 실리콘계 반도체 재료로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 다른 반도체 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 카드뮴텔루륨 반도체 재료나, CIS(구리, 인듐, 셀레늄) 또는 CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄)계 반도체 재료 등의 비실리콘계의 반도체 재료를 사용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 태양 전지 모듈(100)이 기판(1)측에서 수광하는 것으로 했지만, 보호재(60)측에서 수광해도 된다. 구체적으로는 보호재(60)측에서 수광하는 경우, 제2 전극층(13), 밀봉재(50) 및 보호재(60)가 투광성을 갖고 있으면 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 피복재(40)가 취출 배선재(30)의 대략 전체를 피복하는 것으로 했지만, 피복재(40)는 취출 배선재(30)의 적어도 일부만 피복하고 있어도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 취출 전극(20)과 취출 배선재(30)가 복수의 접속 부분에 있어서 접속되는 경우, 피복재(40)는 취출 배선재(30) 중 접속 부분 이외를 피복하고 있으면 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 피복재(40)의 전체 혹은 양단부가 점착성을 갖는 것으로 했지만, 피복재(40)는 점착성을 갖고 있지 않아도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 복수의 태양 전지(10)의 양단부측에 취출 전극(20)을 형성했지만, 취출 전극(20)의 위치는 복수의 태양 전지(10)의 양단부측에 한정되지 않는다.
이와 같이, 본 발명은 여기에서는 기재되어 있지 않은 다양한 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 설명으로부터 타당한 특허 청구 범위에 따른 발명 특정 사항에 의해서만 결정되는 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 취출 전극에 접속되는 취출 배선재가 밀봉재로부터 받는 응력을 완화시킬 수 있는 태양 전지 모듈을 제공할 수 있기 때문에 태양광 발전 분야에 있어서 유용하다.

Claims (3)

  1. 절연성을 갖는 기판과,
    상기 기판 위에 제1 방향을 따라 각각 형성되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서 배열된 복수의 태양 전지와,
    상기 기판 위에 상기 제1 방향을 따라 형성되고, 상기 복수의 태양 전지에 의해 생성되는 전하를 취출하는 취출 전극과,
    상기 취출 전극 위에 접속되어, 상기 전하를 상기 취출 전극으로부터 수집하는 취출 배선재와,
    상기 취출 배선재를 피복하는 피복재와,
    상기 복수의 태양 전지, 상기 취출 전극, 상기 취출 배선재 및 상기 피복재를 상기 기판과의 사이에 밀봉하는 밀봉재를 구비하고,
    상기 취출 배선재는, 상기 피복재에 의해 상기 밀봉재로부터 격리되어 있으며,
    상기 피복재의 양단부는, 상기 취출 전극의 상기 제1 방향의 양단부 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피복재는 상기 취출 배선재측의 표면에 점착성을 갖는 점착 테이프인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피복재는 상기 취출 전극을 피복하고 있고,
    상기 취출 전극은, 상기 피복재에 의해 상기 밀봉재로부터 격리되는 것을 특징으로 하는, 태양 전지 모듈.
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