KR20110060083A - 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈 Download PDF

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양수미
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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈의 집적도를 향상시킴과 함께 낭비되는 잉곳을 최소화할 수 있는 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지용 기판의 제조방법은 평단면이 원을 이루는 원통 형상의 잉곳을 제조하는 단계와, 상기 잉곳의 원에 내접하는 정육각형에 상응하는 가상의 선을 설정하고, 상기 가성의 선을 따라 잉곳의 길이 방향으로 잉곳을 절개하여 정육각기둥을 제조하는 단계 및 상기 정육각기둥을 길이 방향으로 슬라이싱하여 정육각형의 태양전지용 기판을 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 잉곳, 웨이퍼

Description

태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈{Substrate for solar cell and fabricating method of the same and solar cell module with the same}
본 발명은 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지 모듈의 집적도를 향상시킴과 함께 낭비되는 잉곳을 최소화할 수 있는 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 이 때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 p-n 접합 다이오드를 구비하는 태양전지 구조를 태양전지 셀(cell)이라 하며, 복수의 태양전지 셀을 직렬 연결한 형태를 태양전지 모듈(module)이라 한다. 일반적으로, p형(또는 n형) 실리콘 기판에 n형(또는 p형) 반도체층을 하여 태양전지 셀을 형성함에 따라, 하나의 실리콘 기판이 하나의 태양전지 셀을 이룬다 할 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈은 복수의 실리콘 기판이 집적된 것을 의미한다.
태양전지용 실리콘 기판은 통상, 도 1에 도시한 바와 같이 사각형의 형태를 이루는데, 이와 같이 사각형 형태의 실리콘 기판을 사용하는 이유는 태양전지 모듈의 집적도를 향상시키기 위함이다. 모듈 기판 상에 복수의 태양전지 셀이 집적됨에 있어서, 집적도를 높이기 위해서는 태양전지 셀 사이의 공간이 최소화되어야 하는데, 이를 위해서 실리콘 기판의 형태를 사각형으로 가공하는 것이다.
한편, 사각형 형태의 실리콘 기판이 제조되는 과정을 살펴보면, 먼저 다결정 또는 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 성장시킨 다음, 실리콘 잉곳을 일정 두께로 슬라이싱(slicing)하여 실리콘 기판을 제조한다. 이 때, 실리콘 잉곳은 통상 초크랄스키(Czochralski) 방법을 통해 성장되며 원통 형상을 갖는다. 따라서, 사각형의 실리콘 기판을 얻기 위해서는 실리콘 잉곳의 주변부를 제거해야 한다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 원에 내접하는 사각형 이외의 부분은 제거하여 사각형의 실리콘 기판을 제조하는 것이다. 여기서, 원은 실리콘 잉곳이며, 원에 내접하는 사각형은 실리콘 기판을 의미한다.
이와 같이, 태양전지 모듈의 집적도를 향상시키기 위해 실리콘 기판을 사각형 형태로 제작하고 있으나, 사각형 형태의 실리콘 기판을 제조함에 있어서 적지 않은 양의 실리콘 잉곳이 버려지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 태양전지 모듈의 집적도를 향상시킴과 함께 낭비되는 잉곳을 최소화할 수 있는 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지용 기판은 평면 형상이 정육각형인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지용 기판의 제조방법은 평단면이 원을 이루는 원통 형상의 잉곳을 제조하는 단계와, 상기 잉곳의 원에 내접하는 정육각형에 상응하는 가상의 선을 설정하고, 상기 가성의 선을 따라 잉곳의 길이 방향으로 잉곳을 절개하여 정육각기둥을 제조하는 단계 및 상기 정육각기둥을 길이 방향으로 슬라이싱하여 정육각형의 태양전지용 기판을 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 함께, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 모듈 기판 및 상기 모듈 기판 상에 구비된 복수의 태양전지용 기판을 포함하여 이루어지며, 상기 태양전지용 기판은 평면 형상이 정육각형이며, 상기 복수의 태양전지용 기판은 각 변이 서로 접하는 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
태양전지용 기판이 육각형 형태를 이룸에 따라, 잉곳의 손실을 최소화할 수 있고 태양전지 모듈 제작시 모듈 집적도를 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈을 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판(310)은 그 평면 형상이 육각형 바람직하게는, 정육각형의 형태를 이룬다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판은 다결정 또는 단결정 잉곳으로부터 제조된다. 잉곳으로부터의 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이 초크랄스키(Czochralski) 방법 등의 결정성장방법을 통해 잉곳(510)을 제조한다(S401). 상기 잉곳(510)은 평단면이 원을 이루는 원통 형태의 결정 덩어리이다. 잉곳이 준비된 상태에서, 잉곳(510)의 원에 내접하는 정육각형에 상응하는 가상의 선(511)을 설정하고(도 5a 참조), 상기 정육각형에 해당되는 가상의 선(511)을 따라 상기 잉곳의 길이 방향으로 상기 잉곳(510)을 절개하면 정육각기둥(520)이 얻어진다(S402)(도 5b 참조). 그런 다음, 상기 정육각기둥(520)을 일정 두께로 슬라이싱하면 본 발명의 일 실시예에 따른 육각형 형태의 태양전지용 기판의 제조가 완료된다(S403)(도 5c 참조). 이 때, 상기 잉곳(510)은 반도체용 재료로 구성될 수 있으며, 일 실시예로 실리콘(Si), 갈륨-비소(GaAs) 등으로 구성될 수 있다.
잉곳을 가공하여 태양전지용 기판을 제조함에 있어서, 종래의 사각형 형태의 태양전지용 기판에 대비하여 본 발명의 육각형 형태의 태양전지용 기판은 잉곳의 손실이 상대적으로 적다. 구체적으로, 잉곳의 단면을 기준으로 하여 살펴보면 종래 기술에 따른 사각형 형태의 태양전지용 기판은 잉곳의 단면적 대비 기판 면적이 2/π임에 반해(도 6a 참조), 본 발명에 따른 사각형 형태의 태양전지용 기판은 잉곳의 단면적 대비 기판 면적이 3/π임을 알 수 있다(도 6b 참조).
<사각형 형태의 태양전지용 기판>
기판 면적 / 잉곳 단면적 = 2r2 / πr2 = 2 / π (r은 잉곳의 반지름)
<육각형 형태의 태양전지용 기판>
기판 면적 / 잉곳 단면적 = 3r2 / πr2 = 3 / π (r은 잉곳의 반지름)
즉, 육각형의 태양전지용 기판의 면적이 사각형의 태양전지용 기판의 면적보 다 크며, 이는 육각형의 태양전지용 기판의 제조시 버려지는 잉곳의 양이 사각형의 태양전지용 기판보다 작음을 의미한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판을 이용한 태양전지 모듈을 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈은 모듈 기판(110) 상에 복수의 육각형 태양전지용 기판(310)이 이웃하여 배치됨을 특징으로 하는데, 이 때 각각의 육각형 태양전지용 기판(310)은 도 7에 도시한 바와 같이 각 변이 서로 접하는 형태로 배치되며, 이에 따라 모듈 기판 상의 복수의 태양전지 기판(310)들은 벌집 형태를 이룬다.
상기 각각의 태양전지 기판은 p-n 접합 다이오드가 구비된 태양전지 셀에 상응하며, 각각의 태양전지 셀이 서로 밀접하여 배치됨에 따라, 종래의 사각형 태양전지 셀이 구비된 태양전지 모듈에 대비하여 집적도가 저하되지 않음을 알 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 평면도.
도 2는 종래 기술에 따른 잉곳으로부터 태양전지용 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판의 제조방법을 설명하기 위한 참고도.
도 6a 및 도 6b는 각각 종래 기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판의 면적을 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
310 : 태양전지용 기판 510 : 잉곳
511 : 정육각형의 가상의 선 520 : 정육각기둥

Claims (3)

  1. 평면 형상이 정육각형인 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판.
  2. 평단면이 원을 이루는 원통 형상의 잉곳을 제조하는 단계;
    상기 잉곳의 원에 내접하는 정육각형에 상응하는 가상의 선을 설정하고, 상기 가성의 선을 따라 잉곳의 길이 방향으로 잉곳을 절개하여 정육각기둥을 제조하는 단계; 및
    상기 정육각기둥을 길이 방향으로 슬라이싱하여 정육각형의 태양전지용 기판을 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판의 제조방법.
  3. 모듈 기판; 및
    상기 모듈 기판 상에 구비된 복수의 태양전지용 기판을 포함하여 이루어지며,
    상기 태양전지용 기판은 평면 형상이 정육각형이며, 상기 복수의 태양전지용 기판은 각 변이 서로 접하는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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