KR20100026291A - 박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

박막 태양 전지 모듈을 제공한다. 상기 태양 전지 모듈은 전면 기판, 상기 전면 기판 위에 배열되어 있는 복수개의 박막 태양 전지, 상기 박막 태양 전지 위에 형성되어 있는 후면 기판, 상기 후면 기판 위에 형성되어 있고, 상기 복수개의 박막 태양 전지 각각에 연결되어 있는 복수개의 내부 연결 단자, 그리고 상기 복수개의 내부 연결 단자를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하는 커넥터를 포함한다.
내부 연결 단자, 커넥터, 에바 시트

Description

박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법{Thin film solar cell module and method of manufacturing the same}
본 발명은 복수개의 박막 태양 전지 모듈화 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것이다. 태양 전지는 기본적으로 PN접합으로 구성된 다이오드로서, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
광흡수층으로 실리콘을 이용하는 태양 전지는 결정질(단결정, 다결정) 기판(Wafer)형 태양 전지와 박막형(결정질, 비정질) 태양 전지로 구분된다.
박막 태양 전지는 얇은 유리나 플라스틱 기판에 막을 입히는 방식으로, 일반적으로 박막 특성상 캐리어의 확산거리가 결정질에 비해 매우 짧아 PN접합 구조로만 제조될 경우 태양광에 의해 생성되는 전자-정공쌍(Electron-Hole Pairs)의 수집효율이 매우 낮아 광흡수율이 높은 진성 반도체 재질의 광흡수층을 P형과 N형 반도체 사이에 삽입한 PIN구조를 갖는다.
태양 전지 한 개에서 얻을 수 있는 전기의 양은 대단히 적고, 전압도 낮다. 그러므로 좀 더 많은 전기를 얻기 위해서는 태양 전지를 여러 개 연결해야 하는데, 이렇게 여러 개의 태양 전지를 연결한 것을 태양 전지 모듈이라고 한다.
박막계 태양 전지는 결정계 태양 전지와 다르게 셀이 바로 모듈과 일 대 일로 매칭(Matching)이 된다. 즉, 셀을 여러 개 사용하지 않고, 하나의 셀을 바로 모듈화를 한다. 그러나, 파일럿 라인(Pilot Line)이나 초기 1, 2세대 LCD 설비를 이용하여 생산되는 태양 전지는 단위 셀의 크기가 작고, 이를 모듈화한 제품은 일반 제품과 다른 크기를 갖는다. 그에 따라, 동일 면적당 작업수의 증가로 설치 작업에 많은 시간이 소요되고, 각각의 태양 전지를 모듈화하는데 필요한 프레임(Frame)이 증가하여 단위 면적당 하중이 증가하는 문제가 있다. 또한, 여러 개의 태양 전지를 모듈화한 태양 전지 모듈화 구조에서 각 태양 전지 사이의 결선이 내부에서 형성되어 있기 때문에 장기적인 사용에 따라 결선에 문제가 발생할 때 모듈 전체를 사용할 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부에서 각각의 박막 태양 전지를 전기적으로 연결하여 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈은 전면 기판, 상기 전면 기판 위에 배열되어 있는 복수개의 박막 태양 전지, 상기 박막 태양 전지 위에 형 성되어 있는 후면 기판, 상기 후면 기판 위에 형성되어 있고, 상기 복수개의 박막 태양 전지 각각에 연결되어 있는 복수개의 내부 연결 단자, 그리고 상기 복수개의 내부 연결 단자를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하는 커넥터를 포함한다.
상기 후면 기판 위에 형성되어 있고, 상기 복수개의 내부 연결 단자 중의 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 있는 외부 연결 단자를 더 포함한다. 이 때, 상기 외부 연결 단자는 다른 박막 태양 전지 모듈과 연결되어 있다.
상기 외부 연결 단자 내부에 설치되어 있는 바이패스 다이오드를 더 포함한다.
상기 후면 기판을 관통하는 버스바(Busbar)에 의해 상기 후면 기판 위에서 상기 내부 연결 단자와 상기 박막 태양 전지가 결선된다.
상기 전면 기판과 상기 박막 태양 전지 사이에 삽입되어 있는 에바 시트(Polyethylene Vinyl Acetate Sheet, EVA)를 더 포함한다.
상기 후면 기판과 상기 박막 태양 전지 사이에 삽입되어 있는 에바 시트(Polyethylene Vinyl Acetate Sheet, EVA)를 더 포함한다.
상기 후면 기판은 유리(Glass) 또는 백시트(Back Sheet)로 형성된다.
상기 전면 기판은 저철분(Low-Iron) 강화 유리로 형성된다.
상기 백시트(Back Sheet)는 폴리 에틸렌 수지(polyethylene terephthalate, PET)를 이용하여 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈 제조 방법은 전면 기판 위에 복수개의 박막 태양 전지를 배열시키는 단계, 상기 복수개의 박막 태양 전지 의 전면을 덮도록 에바(EVA) 시트를 형성하는 단계, 상기 에바 시트 위에 후면 기판을 형성하는 단계, 상기 에바 시트 및 상기 후면 기판을 라미네이팅(Laminating)하는 단계, 상기 후면 기판 위에 배치되어 있는 복수개의 내부 연결 단자와 상기 복수개의 박막 태양 전지를 각각 연결하는 단계, 그리고 상기 복수개의 내부 연결 단자를 서로 커넥터에 의해 연결하는 단계를 포함한다.
상기 박막 태양 전지 및 상기 내부 연결 단자를 각각 연결하는 것은 상기 박막 태양 전지 위에 형성되어 있고, 상기 에바 시트 및 상기 후면 기판을 관통하는 버스바(Busbar)에 의해 상기 후면 기판 위에서 연결한다.
상기 박막 태양 전지는 바이패스 다이오드가 설치되어 있는 외부 연결 단자에 의해 다른 박막 태양 전지 모듈과 연결한다.
상기 전면 기판 위에 복수개의 박막 태양 전지를 배열하기 전에 상기 전면 기판 위에 에바 시트를 형성하는 단계를 더 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 박막 태양 전지 모듈을 일반 제품과 동일한 크기로 제작할 수 있고, 후면 기판 외부로 단자가 연결되어 어느 하나의 태양 전지에서 단락이 발생하여도 전체 모듈을 살릴 수 있다. 또한, 결선 방법만을 변경하여 출력 전압/전류를 조절할 수 있어 적은 양의 케이블로 결선이 가능하여 경제적이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기 로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 사시도 및 평면도이다. 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ' 의 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈을 제조하기 위해 먼저, 유리 기판(100)을 준비한다. 유리 기판(100)은 태양 전지가 많은 전기 에너지로 변환될 수 있도록 투과성이 좋은 저철분(Low-Iron) 강화 유리로 형성할 수 있다. 이 때, 유리 기판(100)은 광투과도가 높고, 표면 광반사 손실을 낮추기 위한 처리가 되어 있을 수 있다.
유리 기판(100) 위에 에바(Polyethylene Vinyl Acetate, EVA) 시트(110)를 형성한다. 에바 시트(110)는 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체(copolymer)로서, 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름이다.
도 2를 참조하면, 에바 시트(110) 위에 복수개의 박막 태양 전지(120)가 배열되어 있다. 박막 태양 전지(120) 위에 (+)단자와 (-)단자와 각각 연결되는 버스바(Busbar)(180)가 형성되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 복수개의 박막 태양 전지(120)의 전면을 덮는 에바 시트(130)를 형성한다. 태양 전지(120) 전, 후면에 형성되어 있는 에바 시트(110, 130)는 태양 전지(120)의 파손을 방지하고, 전면 기판(100)과 후면 기판(140)을 접착하여 봉인하는 역할을 한다.
에바 시트(110, 130)는 장기간 자외선에 노출될 경우 변색되고 방습성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있으므로 모듈을 제조할 때, 에바 시트의 특성에 맞는 공정을 채택해서 모듈 수명을 연장하고 신뢰성을 확보하는 것이 중요하다.
에바 시트(130) 위에 후면 기판(140)을 형성한다. 후면 기판(140)은 유리(Glass) 또는 백시트(Back Sheet)를 이용하여 형성할 수 있다. 유리(Glass)를 사용하면 두껍고 무거우나 가격이 저렴하다. 백시트(Back Sheet)를 사용하면 얇고 가벼우나 가격이 비싸다. 백시트는 폴리에틸렌 수지(polyethylen terephthalate, PET)를 이용하여 형성할 수 있다.
에바 시트(130)와 후면 기판(140)은 진공 상태에서 고온, 압축 처리되어 견고하게 라미네이팅(Laminating)될 수 있다. 후면 기판(140)은 방수, 절연, 자외선 차단의 역할을 한다. 에바 시트(130)와 후면 기판(140)에는 태양 전지(120) 위에 형성되어 있는 버스바(Busbar)(180)가 관통하기 위한 홀(190)이 형성되어 있다. 홀(190)을 통해 태양 전지(120)는 전면 기판(100) 위에 배열되어 있는 다른 태양 전지와 전기적으로 연결될 수 있다.
후면 기판(140) 위에 복수개의 내부 연결 단자(150)를 형성한다. 내부 연결 단자(150) 각각은 버스바(Busbar)(180)를 통해 복수개의 박막 태양 전지(120)와 연결될 수 있다. 내부 연결 단자(150)는 후면 기판(140) 위에 형성됨으로써 외부에 노출되어 있다. 내부 연결 단자(150)는 커넥터(Connector)(160)에 의해 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 결국, 복수개의 태양 전지(120)는 서로 버스바(Busbar)(180)를 통해 후면 기판(140) 위에서 결선이 된다. 도 3에서 내부 연결 단자(150)는 커넥터(160)에 의해 직렬 연결되어 있는 것을 나타낸다.
따라서, 내부의 복수개의 태양 전지(120) 중에 어느 하나에 단락 등의 문제가 발생한 경우라도 전체 모듈은 살릴 수 있다. 또한, 내부 연결 단자(150)는 후면 기판(140) 외부에서 커넥터(160)에 연결되므로 결선 방법을 변경하여 출력 전압/전류를 조절할 수 있다. 이에 따라, 각각의 모듈에 사용되는 커넥터 또는 케이블 보다 적은 양의 커넥터 또는 케이블로 결선이 가능하다.
후면 기판(140) 위에 외부 연결 단자(170)를 형성한다. 외부 연결 단자(170)는 내부 연결 단자(150)와 연결되어 있다. 복수개의 태양 전지(120)를 연결하는 내부 연결 단자(150)에 바이패스 다이오드(By-Pass Diode)는 필요하지 않다. 바이패스 다이오드는 외부 연결 단자(170)에만 설치되어 있다. 외부 연결 단자(170)는 다른 박막 태양 전지 모듈과 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈은 하나의 프레임(미도시)으로 둘러쌀 수 있다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈에서 결선 방법을 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 도 3에 나타낸 복수개의 내부 연결 단자(150)가 서로 직렬로 연결되어 있다. 모듈을 사용하는 과정에서 복수개의 박막 태양 전지(120) 중에 어느 하나가 단락 등의 문제가 발생하는 경우에 그 문제가 발생한 내부 연결 단자(T)를 제거하고 전체 모듈을 살릴 수 있다. 다시 말해, 처음에 내부 연결 단자(T)와 연결되어 있던 커넥터(A)를 제거하고, 문제가 발생한 내부 연결 단자(T)를 우회하는 커넥터(B)를 새로 연결한다.
도 6을 참조하면, 결선 방법만 변경하여 복수개의 내부 연결 단자(150)를 병렬 연결할 수 있다. 이처럼, 결선 방법 변경을 통해 출력 전압/전류를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈을 도 3 및 도 4를 다시 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈은 전면 기판(100) 위에 에바 시트(110)가 형성되어 있고, 에바 시트(110) 위에 박막 태양 전지(120)가 복수개 형성되어 있다. 각각의 박막 태양 전지(120) 위에는 (+) 및 (-)단자와 연결되는 버스바(Busbar)(180)가 돌출되어 있다. 버스바(180)가 관통하는 홀(190)을 가지는 에바 시트(130)가 복수개의 박막 태양 전지(120) 전면을 덮고 있다. 에바 시트(130) 위에 역시 버스바(180)가 관통하는 홀(190)을 가지는 후면 기판(140)이 형성되어 있다. 에바 시트(130) 및 후면 기판(140)의 홀(190)을 관통하여 외부로 노 출되어 있는 버스바(180)는 후면 기판(140) 위에 형성되어 있는 복수개의 내부 연결 단자(150)와 각각 연결되어 있다. 복수개의 내부 연결 단자(150)는 서로 커넥터(Connector, 160)에 의해 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 태양 전지는 후면 기판(140) 위에 형성되어 있고, 내부 연결 단자(150)와 연결되어 있는 외부 연결 단자(170)가 구비한다. 외부 연결 단자(170)에는 바이패스 다이오드(By-Pass Diode)가 설치되어 있고, 다른 박막 태양 전지 모듈과 연결되어 있다.
에바 시트(Polyethylene Vinyl Acetate Sheet, EVA, 110, 130)는 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체(copolymer)로서, 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름이다.
유리 기판(100)은 태양 전지가 많은 전기 에너지로 변환될 수 있도록 투과성이 좋은 저철분(Low-Iron) 강화 유리로 형성할 수 있다. 이 때, 유리 기판(100)은 광투과도가 높고, 표면 광반사 손실을 낮추기 위한 처리가 되어 있을 수 있다.
후면 기판(140)은 유리(Glass) 또는 백시트(Back Sheet)를 이용하여 형성할 수 있다. 백시트는 폴리 에틸렌 수지(polyethylen terephthalate, PET)를 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈은 기판 위에 복수개의 박막 태양 전지를 배열하여 하나의 모듈을 형성하기 때문에 1, 2세대의 LCD 설비를 이용하여 실제 제품의 크기와 동일하고, 큰 전력을 갖는 태양 전지 모듈을 생산할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ' 의 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 태양 전지 모듈에서 결선 방법을 나타내는 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 유리 기판 110, 130 에바 시트
120 박막 태양 전지 140 후면 기판
150 내부 연결 단자 160 커넥터
170 외부 연결 단자 180 버스바(Busbar)
190 홀(Hole)

Claims (13)

  1. 전면 기판,
    상기 전면 기판 위에 배열되어 있는 복수개의 박막 태양 전지,
    상기 박막 태양 전지 위에 형성되어 있는 후면 기판,
    상기 후면 기판 위에 형성되어 있고, 상기 복수개의 박막 태양 전지 각각에 연결되어 있는 복수개의 내부 연결 단자, 그리고
    상기 복수개의 내부 연결 단자를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하는 커넥터를 포함하는 박막 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 후면 기판 위에 형성되어 있고, 상기 복수개의 내부 연결 단자 중의 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 있는 외부 연결 단자를 더 포함하고, 상기 외부 연결 단자는 다른 박막 태양 전지 모듈과 연결되어 있는 박막 태양 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 외부 연결 단자 내부에 설치되어 있는 바이패스 다이오드를 더 포함하는 박막 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 후면 기판을 관통하는 버스바(Busbar)에 의해 상기 후면 기판 위에서 상기 내부 연결 단자와 상기 박막 태양 전지가 결선되는 박막 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 전면 기판과 상기 박막 태양 전지 사이에 삽입되어 있는 에바 시트(Polyethylene Vinyl Acetate Sheet, EVA)를 더 포함하는 박막 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 후면 기판과 상기 박막 태양 전지 사이에 삽입되어 있는 에바 시트(Polyethylene Vinyl Acetate Sheet, EVA)를 더 포함하는 박막 태양 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 후면 기판은 유리(Glass) 또는 백시트(Back Sheet)로 형성된 박막 태양 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 백시트(Back Sheet)는 폴리 에틸렌 수지(polyethylene terephthalate, PET)를 이용하여 형성된 박막 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 전면 기판은 저철분(Low-Iron) 강화유리로 형성된 박막 태양 전지 모듈.
  10. 전면 기판 위에 복수개의 박막 태양 전지를 배열시키는 단계,
    상기 복수개의 박막 태양 전지의 전면을 덮도록 에바(EVA) 시트를 형성하는 단계,
    상기 에바 시트 위에 후면 기판을 형성하는 단계,
    상기 에바 시트 및 상기 후면 기판을 라미네이팅(Laminating)하는 단계,
    상기 후면 기판 위에 배치되어 있는 복수개의 내부 연결 단자와 상기 복수개의 박막 태양 전지를 각각 연결하는 단계, 그리고
    상기 복수개의 내부 연결 단자를 서로 커넥터에 의해 연결하는 단계를 포함 하는 박막 태양 전지 모듈 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 박막 태양 전지 및 상기 내부 연결 단자를 각각 연결하는 것은
    상기 박막 태양 전지 위에 형성되어 있고, 상기 에바 시트 및 상기 후면 기판을 관통하는 버스바(Busbar)에 의해 상기 후면 기판 위에서 연결하는 박막 태양 전지 모듈 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 박막 태양 전지는 바이패스 다이오드가 설치되어 있는 외부 연결 단자에 의해 다른 박막 태양 전지 모듈과 연결하는 박막 태양 전지 모듈 제조 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 전면 기판 위에 복수개의 박막 태양 전지를 배열하기 전에
    상기 전면 기판 위에 에바 시트를 형성하는 단계를 더 포함하는 박막 태양 전지 모듈 제조 방법.
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