KR20110095952A - 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 태양전지 모듈(1)은, 복수의 태양전지 어레이(11)로 구성되어 있다. 태양전지 어레이(11)는, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자(20)와, 적어도 한 쌍의 바이패스 다이오드(40)와, 복수의 구형상 반도체 소자(20)와 복수의 바이패스 다이오드(40)를 병렬접속하는 한 쌍의 리드부재(14)를 구비하며, 리드부재(14)는, 복수의 구형상 반도체 소자(20)가 전기적으로 접속되고 또한 구형상 반도체 소자(20)의 반경 이하의 협폭인 하나 또는 복수의 리드 스트링(15)과, 리드부재(14)의 적어도 양단부에 리드 스트링(15)과 일체적으로 형성되고 또한 바이패스 다이오드(40)가 구형상 반도체 소자에 전기적으로 역접속되며 또한 바이패스 다이오드(40)의 폭 이상의 광폭인 복수의 리드편(16)을 가진다.

Description

태양전지 모듈 및 그 제조방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은, 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히, 복수의 구형상(球形狀) 태양전지 셀을 도전접속기구의 협폭(狹幅)의 리드 스트링에 고정부착시키고, 복수의 바이패스 다이오드를 도전접속기구의 광폭(廣幅)의 리드편(片)에 고정부착시킴으로써 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치하고, 적어도 태양광 입사측의 패널부재가 광투과성인 한 쌍의 패널부재에 일체적으로 내장된 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, 창문재에 태양전지 셀을 내장시킨 패널형상의 다양한 태양전지 모듈이 이미 실용화되어 있다. 이러한 태양전지 모듈에 내장되는 태양전지 셀로서는, 평판형상의 실리콘 결정으로 형성된 평판형상 태양전지 셀, 구형상의 실리콘 결정으로 형성된 구형상 태양전지 셀, 유리기판상에 성막(成膜)하여 형성된 박막형 태양전지 셀 등이 채용되고 있다.
여기서, 본원의 발명자는, 특허문헌 1에 개시된 구형상 태양전지 셀을 제안한 바 있다. 이 구형상 태양전지 셀은, 직경이 1∼2mm인 p형 또는 n형의 구형상 실리콘 단결정과, 상기 구형상 실리콘 단결정의 표면 근방에 형성된 부분구면(球面)형상의 pn접합과, 구(球)의 중심을 사이에 두고 p형 또는 n형 표면영역의 중심부에 각각 낮은 저항으로 접촉하는 스폿형상의 양전극 및 음전극을 가지는 것이다. 양전극 및 음전극은 셀의 양단부에 있기 때문에, 상기 태양전지 셀은 어느 방향의 직사광에 대해서도 치우침이 없는 수광(受光)이 가능한 동시에, 태양전지 셀 주위의 반사광이나 확산광도 수광이 가능하므로, 외부의 광 이용 효율이 평판형상의 태양전지 셀보다 현격히 향상된다.
또한, 본원의 발명자는, 특허문헌 2에 개시된 태양전지 모듈을 제안한 바 있다. 이 태양전지 모듈에 있어서는, 예컨대, 도전방향을 일치시킨 25개의 구형상 태양전지 셀을, 5행 5열의 매트릭스형상으로 배치하고, 6개의 금속제 리드 프레임으로 이루어진 도전기구에 의해 끼움부착시킨 후, 외주를 투명수지(피복재)로 몰딩하였다. 특허문헌 3 및 4의 태양전지 모듈에도 상기와 같은 것이 기재되어 있다.
그런데, 상기의 구형상 태양전지 셀에 있어서는, 구형상 실리콘 단결정의 중량 당 출력을 높이기 위해, 직경이 1∼2mm정도인 구형상 실리콘 단결정이 채용되고 있다. 각 구형상 태양전지 셀의 출력은, 저출력(예컨대, 0.5mW 정도)이기 때문에, 모듈의 대(大)출력화를 도모하기 위해서는, 직렬접속되는 구형상 태양전지 셀의 개수나 병렬접속되는 구형상 태양전지 셀의 개수를 증대시킬 필요가 있다. 그러나, 다수의 작은 구형상 태양전지 셀을 결선하는 것은 어려울 뿐만 아니라, 제조비용도 높아진다. 이 때문에, 다수의 구형상 태양전지 셀을 결선하기 위한 용이하면서도 저렴한 제조방법이 요망되어 왔다.
이에, 상기의 특허문헌 2∼4의 태양전지 모듈의 제조방법에서는, 우선, 구형상 태양전지 셀을 평판형상 리드 프레임에 형성된 3개의 리드 스트링 상에 도전방향을 일치시켜서 등간격으로 5개씩 각각 접속한다. 그런 다음, 그 위에 동일형상의 리드 프레임을 재치(載置)하여 접속하고, 추가로 구형상 태양전지 셀을 리드 프레임의 각 리드 스트링 상에 5개씩 각각 접속한다. 이후, 상기와 동일하게 리드 프레임과 태양전지 셀을 차례로 재치하고 접속하여, 리드 프레임과 직교하는 방향으로 5행 5열로 배치된 3세트의 태양전지 셀 집합체를 제조한다. 상기 셀 집합체를 수지 몰딩함으로써 3세트의 태양전지 모듈을 제작한다.
이와 같은 특허문헌 2∼4의 태양전지 모듈에서는, 복수의 구형상 태양전지 셀이 메시형상의 접속회로에 의해 직렬 및 병렬로 접속되어 있기 때문에, 각각의 태양전지 셀의 출력전류에 다소의 편차가 있더라도 병렬접속을 통해 전류분포의 균등화가 도모되며, 또한, 이러한 일부의 태양전지 셀이 응달이 되어 출력전류가 저하되었을 경우에도 마찬가지로 전류분포의 균등화가 도모된다.
[특허문헌 1] 국제공개공보 WO98/15983호 [특허문헌 2] 국제공개공보 WO02/35613호 [특허문헌 3] 국제공개공보 WO03/017382호 [특허문헌 4] 국제공개공보 WO03/017383호
그러나, 상기의 특허문헌 2∼4의 태양전지 모듈은, 복수의 구형상 태양전지 셀을 포함하는 서브어레이를 복수 단(段)으로 적층한 구조인데, 리드 스트링의 폭이 태양전지 셀의 반경보다도 좁은 일정 폭으로 형성되어 있기 때문에, 서브어레이를 조립하고 나서 그 서브어레이를 복수 단으로 적층하는 등의 방법으로 제작하는 것이 불가능하다. 왜냐하면, 서브어레이에는 자동조립장치의 핸드로 파지하는 파지부(把持部)가 없고, 서브어레이를 위치결정하는데 적합한 걸림결합부를 형성할 수도 없기 때문이다. 이 때문에, 상기와 같은 특수한 제조방법으로 제작해야 하므로, 제작비용이 높아진다.
상기의 태양전지 모듈의 제조방법에서는, 복수의 리드 스트링이 형성된 금속판 사이에 복수의 구형상 태양전지 셀을 내장시켜 복수 행/복수 열의 태양전지 셀의 조립체를 복수 세트 작성하고, 이후 이것들을 금형내에 수용하여 수지 몰딩하기 때문에, 복잡한 구조의 금형이 필요하여, 제작비용이 높아진다.
또한, 수지 몰딩 시에 복수 세트의 조립체 사이에 금형을 삽입할 필요가 있기 때문에, 조립체 사이에 스페이스를 확보할 필요가 생긴다. 이 때문에, 복수의 리드 스트링을 형성한 금속판으로서 대형 금속판이 필요해지며, 금속판에 슬롯을 형성하면서 발생되는 스크랩(scrap)도 많아지기 때문에, 제작비용이 높아진다.
본 발명의 목적은, 능률적인 조립이 가능한 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것과, 수지시일의 면에서 유리한 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은, 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치되고 또한 광전변환기능을 가지는 복수의 구형상 반도체 소자를 가지며, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자를 그들의 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시켜서 리드부재를 통해 병렬접속한 태양전지 어레이로 구성된 태양전지 모듈에 있어서, 상기 구형상 반도체 소자는, p형 또는 n형의 구형상 반도체와, 상기 구형상 반도체의 표층부에 형성된 부분구면형상의 pn접합을 구비하며, 상기 태양전지 어레이는, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자와, 적어도 한 쌍의 바이패스 다이오드와, 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 병렬접속하는 한 쌍의 리드부재를 구비하며, 상기 리드부재는, 복수의 구형상 반도체 소자가 전기적으로 접속되고 또한 구형상 반도체 소자의 반경 이하의 협폭인 하나 또는 복수의 리드 스트링과, 리드부재의 적어도 양단부에 상기 리드 스트링과 일체적으로 형성되고 또한 상기 바이패스 다이오드가 구형상 반도체 소자와 전기적으로 역병렬로 접속되며 또한 상기 바이패스 다이오드의 폭 이상의 광폭인 복수의 리드편(片)을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은, 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치되고 또한 광전변환기능을 가지는 복수의 구형상 반도체 소자를 가지며, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자를 그들의 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시켜서 리드부재를 통해 병렬접속한 태양전지 어레이로 구성된 태양전지 모듈을 제조하는 태양전지 모듈의 제조방법에 있어서, p형 또는 n형의 구형상 반도체와 이 구형상 반도체의 표층부에 형성된 부분구면형상의 pn접합을 각각 가지는 복수의 구형상 반도체 소자를 미리 준비하고, 또한 상기 구형상 반도체 소자와 동일한 크기의 구형상인 복수의 바이패스 다이오드를 미리 준비하는 제 1 공정과, 얇은 금속시트에 복수 행/복수 열로 슬릿형상의 복수의 개구부를 형성하고, 행방향 양단부와 각 열 사이에 열방향으로 연속되는 밴드부를 형성하는 동시에, 복수의 각 개구부 사이에 구형상 반도체 소자의 반경 이하의 협폭인 복수의 리드 스트링을 형성하는 제 2 공정과, 상기 복수의 각 리드 스트링 상에 복수의 구형상 반도체 소자를 접속하기 위한 반(半)고체 상태의 제 1 도전접속재료를 복수의 스폿형상으로 도포하는 동시에, 상기 밴드부에 있어서의 복수의 리드 스트링에 대응하는 부위에, 바이패스 다이오드를 각각 접속하기 위한 반고체 상태의 제 2 도전접속재료를 스폿형상으로 도포하는 제 3 공정과, 상기 복수의 제 1 도전접속재료에 복수의 구형상 반도체 소자의 양극 또는 음극을 각각 접속하는 동시에, 상기 복수의 제 2 도전접속재료에 복수의 바이패스 다이오드의 음극 또는 양극을 각각 접속하는 제 4 공정과, 상기 복수의 리드 스트링 상의 복수의 구형상 반도체 소자의 꼭대기부에 각각 스폿형상으로 제 1 도전접속재료를 도포하는 동시에, 상기 복수의 밴드부 상의 복수의 바이패스 다이오드의 꼭대기부에 각각 스폿형상으로 제 2 도전접속재료를 도포하는 제 5 공정과, 상기 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 배치한 얇은 금속시트를 가열하여, 제 1 및 제 2 도전접속재료를 고화시켜 제 1 및 제 2 도전접속부로 하는 제 6 공정과, 상기 얇은 금속시트의 밴드부를 각 리드 스트링 사이의 중간에 대응하는 위치에서 분단하여 리드편으로 함으로써, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드와 1개의 리드부재를 포함하는 태양전지 서브어레이를 제작하는 제 7 공정과, 상기 태양전지 서브어레이에 있어서의 복수의 구형상 반도체 소자의 꼭대기부의 제 1 도전접속부와, 복수의 바이패스 다이오드의 꼭대기부의 제 2 도전접속부에 도전접착재를 도포하는 제 8 공정과, 소정의 조립 지그의 한 쌍의 안내부에 의해, 상기 태양전지 서브어레이의 양단의 한 쌍의 리드편을 안내하면서, 복수의 태양전지 서브어레이를 순차로 적층해나감으로써 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 복수 행/복수 열의 매트릭스형상 셀 집합체로 조립하는 제 9 공정과, 상기 매트릭스형상 셀 집합체를 가열처리함으로써, 도전접착재를 고화시키는 제 10 공정을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 상기 구성에 더하여, 다음과 같은 여러 가지의 구성을 채용해도 된다.
(1) 상기 구형상 반도체 소자는, 그 중심을 지나며 상기 열방향과 평행한 축선 상에 있어서 구형상 반도체 소자의 양단부에 도트형상으로 형성되고 또한 pn접합의 양단에 낮은 저항으로 접속된 한 쌍의 제 1 도전접속부를 통해 상기 리드 스트링에 접속되어 있다.
(2) 상기 바이패스 다이오드는, 그 중심을 지나며 상기 열방향과 평행한 축선 상에 있어서 바이패스 다이오드의 양단부에 형성되고 또한 바이패스 다이오드의 pn접합의 양단에 낮은 저항으로 접속된 한 쌍의 제 2 도전접속부를 통해 상기 리드편에 접속되어 있다.
(3) 복수 행의 모든 복수의 구형상 반도체 소자의 도전방향을 동일방향으로 일치시키고, 매트릭스의 열방향으로 인접하는 태양전지 어레이는, 이들 태양전지 어레이의 사이에 위치하는 리드부재를 공유하며, 각 열의 복수의 구형상 반도체 소자 및 각 열의 복수의 바이패스 다이오드는 복수의 리드부재를 통해 직렬접속되어 있다.
(4) 복수 행의 모든 복수의 구형상 반도체 소자의 도전방향을 동일방향으로 일치시키고, 매트릭스의 열방향으로 인접하는 각 태양전지 어레이 사이에 절연재료로 제작된 하나 또는 복수의 스페이서를 설치하고, 리드부재의 적어도 일단부에 외부 리드를 일체로 형성하였다.
(5) 상기 복수의 태양전지 어레이는 평판형상으로 구성되며, 이들 복수의 태양전지 어레이의 양면측을 막는 평행한 한 쌍의 패널부재를 설치하고, 상기 한 쌍의 패널부재 사이에 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 리드부재를 수지시일(seal)하는 투명합성수지를 충전하고, 적어도 태양광 입사측의 패널부재를 투명재료로 구성하였다.
(6) 상기 복수의 태양전지 어레이는 매트릭스의 행방향으로 복수 등분한 하나 또는 복수의 변곡점에 있어서 연속되는 복수의 부분원통면 형상, 또는 하나의 부분원통면 형상으로 구성되며, 이들 복수의 태양전지 어레이의 태양광 입사측의 면을 막고 또한 상기 하나 또는 복수의 부분원통면을 따르는 형상인 투명재료로 제작된 제 1 만곡패널부재와, 복수의 태양전지 어레이의 태양광 입사측과 반대되는 측의 면을 막고 또한 상기 하나 또는 복수의 부분원통면을 따르는 형상인 제 2 만곡패널부재를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 리드부재를 수지시일하는 투명합성수지를 충전하였다.
(7) 상기 매트릭스의 행방향에 있어서의 리드부재의 하나 또는 복수의 중도부에 상기 리드편과 동일한 하나 또는 복수의 중간리드편이 일체로 형성되며, 각 행의 하나 또는 복수의 중간리드편에 대응하는 바이패스 다이오드를 설치하였다.
(8) 상기 한 쌍의 패널부재 사이에 끼움부착된 복수의 리드편에 의해, 한 쌍의 패널부재 사이의 간격을 설정하도록 구성하였다.
(9) 상기 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 끼움부착된 복수의 리드편에 의해, 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이의 간격을 설정하도록 구성하였다.
(10) 상기 리드편의 외측단부에, 태양전지 모듈의 조립시에 외부의 안내부재에 걸림결합시키기 위한 걸림결합부를 형성하였다.
(11) 상기 한 쌍의 패널부재 중, 태양광의 입사측과 반대되는 측의 패널부재의 내면 또는 외면에 반사막 또는 장식을 한 프린트막을 형성하였다.
(12) 상기 제 10 공정 다음에, 상기 매트릭스형상 셀 집합체를 적어도 일방이 투명한 한 쌍의 패널부재 사이에 배치하는 동시에 한 쌍의 패널부재 사이에 투명합성수지를 충전하고, 이후 가열처리하는 제 11 공정을 가진다.
(13) 상기 제 2 공정에서, 상기 슬릿형상의 개구부로서 원호형상의 개구부를 형성하는 동시에, 각 열의 리드 스트링을 원호형상으로 형성한다.
(14) 상기 제 10 공정에 이어서, 상기 매트릭스형상 셀 집합체를 적어도 일방이 투명한 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 배치하는 동시에 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 투명합성수지를 충전하고, 이후 가열처리하는 제 11 공정을 가진다.
본 발명의 태양전지 모듈에 따르면, 상기 리드부재는, 복수의 구형상 반도체 소자가 전기적으로 접속되며 또한 구형상 반도체 소자의 반경 이하의 협폭인 하나 또는 복수의 리드 스트링과, 리드부재의 적어도 양단부에 상기 리드 스트링과 일체적으로 형성되고 또한 상기 바이패스 다이오드가 전기적으로 접속되며 또한 상기 바이패스 다이오드의 폭 이상의 광폭인 복수의 리드편을 가진다. 그러므로, 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 리드 스트링과 리드편을 포함하는 1개의 리드부재에 부착시킨 태양전지 서브어레이를 제작하여, 이들 복수의 서브어레이를 복수 단으로 적층할 때, 자동조립장치의 핸드로 리드편을 파지할 수 있다. 또한, 상기 서브어레이를 적층할 때 위치결정을 위한 어떠한 위치결정용 걸림결합부를 리드편에 형성하는 것도 가능하므로, 자동조립장치에 의해 능률적으로 조립할 수 있는 태양전지 모듈을 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 태양전지 모듈에 한 쌍의 패널부재를 설치하고, 이들 패널부재의 사이에, 태양전지 모듈의 모듈 본체 부분(태양전지 셀의 셀 집합체)을 끼워넣고 수지시일할 경우에, 복수의 리드편을 한 쌍의 패널부재로 끼움지지함으로써, 한 쌍의 패널부재의 간격을 설정할 수 있기 때문에, 수지시일함에 있어서 유리하다.
본 발명의 태양전지 모듈의 제조방법에 따르면, 복수의 태양전지 서브어레이를 제작하고, 이러한 서브어레이를 순차로 적층하여 패널형상의 매트릭스형상 셀 집합체로 조립하기 때문에, 이러한 매트릭스형상 셀 집합체를 패널부재 사이에 끼워넣고 수지시일하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 복잡한 구조의 금형을 이용하지 않고도, 한 쌍의 패널부재 사이에 상기 셀 집합체를 수지시일하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 태양전지 모듈의 제조비용을 절감할 수 있고, 태양전지 모듈의 대형화가 가능해진다.
각 리드 스트링의 양단부에 리드편을 일체로 형성하므로, 복수의 태양전지 서브어레이를 제작하고 나서, 이것들을 적층하여 조립해나갈 때, 자동조립장치의 핸드로 리드편을 파지할 수 있으며, 리드편을 이용하여 서브어레이의 위치결정을 행할 수 있으므로, 태양전지 모듈을 능률적이면서도 정밀도 높게 조립할 수 있다. 태양전지 셀의 조립체를 수지시일할 때, 복수의 리드편을 한 쌍의 패널부재로 끼움지지함으로써, 한 쌍의 패널부재의 간격을 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다.
도 4는 태양전지 셀 집합체의 정면도이다.
도 5는 태양전지 셀 집합체의 평면도이다.
도 6은 태양전지 셀 집합체의 저면도이다.
도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도이다.
도 8은 태양전지 셀 집합체의 등가회로도이다.
도 9는 복수의 구형상 태양전지 셀과 복수의 리드부재의 주요부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 10은 복수의 바이패스 다이오드와 복수의 리드부재의 주요부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 11은 복수의 개구부가 형성된 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 12는 복수의 리드 스트링과 밴드부에 복수의 도전 페이스트를 도포한 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 13은 복수의 도전 페이스트 상에 복수의 구형상 태양전지 셀과 복수의 바이패스 다이오드가 각각 설치된 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 14는 복수의 구형상 태양전지 셀과 복수의 바이패스 다이오드의 꼭대기부에 도전 페이스트가 각각 도포된 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 15는 얇은 금속시트를 분단하여 형성된 복수의 태양전지 서브어레이의 평면도이다.
도 16은 복수의 태양전지 서브어레이를 적층하여 고정부착시킨 매트릭스형상 셀 집합체의 정면도이다.
도 17은 태양전지 모듈의 부분적 변경 형태를 나타낸 단면도이다.
도 18은 태양전지 모듈의 부분적 변경 형태를 나타낸 단면도이다.
도 19는 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도 20은 도 19의 XX-XX선에 따른 단면도이다.
도 21은 복수 행/복수 열로 슬릿형상의 복수의 개구부가 형성된 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 22는 복수의 도전 페이스트 상에 복수의 구형상 태양전지 셀과 복수의 바이패스 다이오드가 각각 설치된 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 23은 복수의 구형상 태양전지 셀과 복수의 바이패스 다이오드의 꼭대기부에 도전 페이스트가 각각 도포된 얇은 금속시트의 평면도이다.
도 24는 얇은 금속시트를 분단하여 형성된 복수의 태양전지 어레이의 평면도이다.
도 25는 복수의 태양전지 어레이를 적층하여 고정부착시킨 매트릭스형상 셀 집합체의 측면도이다.
도 26은 제 3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도 27은 도 26의 XXⅦ-XXⅦ선에 따른 단면도이다.
도 28은 태양전지 셀 집합체의 정면도이다.
도 29는 태양전지 셀 집합체의 평면도이다.
도 30은 태양전지 셀 집합체의 저면도이다.
도 31은 도 28의 XXXI-XXXI선에 따른 단면도이다.
도 32는 태양전지 셀 집합체의 등가회로도이다.
도 33은 복수의 태양전지 어레이를 직렬접속한 상태의 태양전지 셀 집합체의 정면도이다.
도 34는 복수의 태양전지 어레이를 병렬접속한 상태의 태양전지 셀 집합체의 정면도이다.
도 35는 제 3 실시예에 따른 태양전지 셀 집합체를 부분적으로 변경한 태양전지 셀 집합체의 정면도이다.
이하에서는, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해, 실시예에 기초하여 설명한다.
[제 1 실시예]
우선, 태양전지 모듈(1)의 구성에 대해 설명한다.
도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 태양전지 모듈(1)은, 예컨대 연직자세로 설치되는 직사각형 패널형상이다. 이 태양전지 모듈(1)은, 광투과성인 평판형상의 한 쌍의 패널부재(3, 4)와, 패널부재(3, 4) 사이에 끼움부착된 복수의 태양전지 어레이(11)로 구성되는 태양전지 셀 집합체(10)와, 패널부재(3, 4) 사이에 충전된 투명합성수지(6)와, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 출력을 외부로 출력하기 위한 복수의 외부 리드(8p, 8n)를 가지고 있다. 상기 태양전지 모듈(1)에서는, 하측의 외부 리드(8p)가 양극이고, 상측의 외부 리드(8n)가 음극이다. 참고로, 도 1의 상하좌우를 상하좌우로 하여 설명하며, 지면(紙面) 앞쪽을 태양광 입사측으로 한다.
패널부재(3, 4)는, 복수의 태양전지 어레이(11)의 양면측을 막기 위해 평행하게 설치되어 있다. 패널부재(3, 4)는, 예컨대, 투명유리, 투명한 폴리카보네이트, 아크릴, 실리콘 수지 등으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 각각 형성되어 있다. 패널부재(3, 4) 사이에 끼움부착된 후술하는 복수의 리드편(16)과 복수의 중간리드편(17)에 의해, 패널부재(3, 4) 사이의 간격이 설정되어 있다. 참고로, 패널부재(3, 4) 중, 적어도 태양광 입사측의 패널부재는 투명재료로 구성되어 있다.
태양전지 셀 집합체(10)를 수지시일하는 투명합성수지(6)가, 패널부재(3, 4) 사이에 충전되어 있다. 이 투명합성수지(6)에는, 예컨대, EVA 수지 또는 실리콘 수지 등의 재료가 사용된다. 참고로, 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 패널부재(3, 4) 중, 태양광 입사측과 반대되는 측의 패널부재(4)의 내면에 반사막(4a) 또는 장식을 한 프린트막(4a)을 설치해도 되고, 패널부재(4)의 외면에 반사막(4b) 또는 장식을 한 프린트막(4b)을 설치해도 된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 태양전지 모듈(1) 하단부의 복수의 외부 리드(8p)에 있어서는, 그 단부(8a)가 셀 집합체(10)의 최하단의 리드부재(14)에 있어서의 리드편(16)과 중간리드편(17)의 하면에 도전성 접합부재(8b)에 의해 각각 접착되어 있다. 이 때문에, 하단부의 외부 리드(8p)는, 셀 집합체(10)의 최하단의 리드부재(14)에 전기적으로 접속되어 있다.
태양전지 모듈(1)의 상단부의 복수의 외부 리드(8n)에 있어서는, 그 단부(8a)가 셀 집합체(10)의 최상단의 리드부재(14)에 있어서의 리드편(16)과 중간리드편(17)의 상면에 도전성 접합부재(8b)에 의해 각각 접착되어 있다. 이 때문에, 상단부의 외부 리드(8n)는, 셀 집합체(10)의 최상단의 리드부재(14)에 전기적으로 접속되어 있다.
대형의 태양전지 패널을 제조할 경우에는, 상기 모듈(1)과 동일한 복수의 모듈을 복수 행/복수 열로 배열한 후, 상하로 인접하는 모듈(1)끼리를 마주보는 외부 리드(8p, 8n)를 접속함으로써 전기적으로 접속하고, 이러한 복수의 모듈을 알루미늄으로 제작된 외주 프레임에 조립부착하여, 그 외주 프레임의 출력단자로부터 전력을 취출(取出)하도록 구성한다.
다음으로, 태양전지 셀 집합체(10)에 대해 설명한다.
도 4∼도 8에 나타낸 바와 같이, 태양전지 셀 집합체(10)는, 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치되며 또한 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시킨 광전변환기능을 가지는 복수의 구형상 태양전지 셀(20)(구형상 반도체 소자에 상당함)과, 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시키고 또한 구형상 태양전지 셀(20)과 역병렬로 접속된 복수의 바이패스 다이오드(40)와, 각 행의 복수의 구형상 태양전지 셀(20) 및 복수의 바이패스 다이오드(40)를 병렬접속하는 동시에 각 열의 복수의 구형상 태양전지 셀(20) 및 복수의 바이패스 다이오드(40)를 직렬접속하는 도전접속기구(13)를 가진다. 복수의 태양전지 어레이(11)로 이루어진 셀 집합체(10)는 평판형상으로 구성되어 있다. 참고로, 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)가 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배열되어 있다.
셀 집합체(10)를 구성하는 복수의 태양전지 어레이(11)의 각각은, 각 행의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과, 각 행의 복수의 바이패스 다이오드(40)와, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 병렬접속하는 한 쌍의 리드부재(14, 14)를 구비하고 있다. 복수 행의 모든 복수의 구형상 태양전지 셀(20)은 도전방향을 동일방향으로 일치시키고 있다. 매트릭스의 열방향으로 인접하는 태양전지 어레이(11)는, 이들 태양전지 어레이(11) 사이에 위치하는 리드부재(14)를 공유하고 있다. 각 열의 복수의 구형상 태양전지 셀(20) 및 각 열의 복수의 바이패스 다이오드(40)는 복수의 리드부재(14)를 통해 직렬접속되어 있다. 참고로, 태양전지 어레이(11)에는, 적어도 한 쌍의 바이패스 다이오드(40)가 포함되어 있다.
다음으로, 도전접속기구(13)에 대해 설명한다.
도 4∼도 7에 나타낸 바와 같이, 도전접속기구(13)는, 매트릭스의 복수의 행간부(行間部)와 매트릭스의 열방향 양단부에 설치된 복수의 직선형상의 리드부재(14)로 구성되어 있다. 각 리드부재(14)는, 해당 리드부재(14)의 양단부에 형성된 한 쌍의 리드편(16)과 중도부에 형성된 복수의 중간리드편(17)으로서 바이패스 다이오드(40)의 직경(폭) 이상의 광폭인 복수의 리드편(16, 17)과, 이들 리드편(16, 17) 사이에 형성된 복수의 리드 스트링(15)으로서 태양전지 셀(20)의 반경 이하의 협폭인 복수의 리드 스트링(15)을 가진다.
리드부재(14)의 중도부의 중간리드편(17)은, 매트릭스의 행방향의 중도부에 하나 또는 복수 개가 설치된다. 리드편(16)과 중간리드편(17)은, 매트릭스의 열방향과 직교상태로 설치되며 또한 매트릭스의 행방향과 직교되는 방향의 폭이 바이패스 다이오드(40)의 직경보다 크다. 리드부재(14)는, 예컨대 철-니켈 합금(Fe 56%, Ni 42%)으로 이루어진 두께가 0.3mm인 얇은 금속판으로 구성되어 있다. 리드부재(14)의 표면은, 은 또는 니켈로 도금되어 있다. 리드 스트링(15)의 폭은, 예컨대 0.5mm∼0.7mm이다. 리드편(16)과 중간리드편(17)의 폭은, 예컨대 2.6∼3.0mm이다.
셀 집합체(10)의 최상단의 리드부재(14)를 제외하고, 각 리드 스트링(15)의 상면에, 복수의 태양전지 셀(20)의 양전극(31)이 고정부착되어 있다. 셀 집합체(10)의 최하단의 리드부재(14)를 제외하고, 각 리드 스트링(15)의 하면에, 도전접착재(19)를 통해 복수의 태양전지 셀(20)의 음전극(32)이 고정부착되어 있다(도 9 참조). 도전접속기구(13)는, 태양전지 셀(20)을 직렬 및 병렬로 접속하는 메시형상의 접속회로를 구성하고 있다.
셀 집합체(10)의 최상단의 리드부재(14)를 제외하고, 리드편(16)과 중간리드편(17)의 상면에, 복수의 바이패스 다이오드(40)의 음극(48)이 고정부착되어 있다. 셀 집합체(10)의 최하단의 리드부재(14)를 제외하고, 리드편(16)과 중간리드편(17)의 하면에, 복수의 바이패스 다이오드(40)의 양극(47)이 도전접착재(19)를 통해 고정부착되어 있다(도 10 참조).
상기의 셀 집합체(10)의 복수의 리드편(16)과 복수의 중간리드편(17)이 패널부재(3, 4)와 직교하는 방향을 향하도록, 패널부재(3, 4) 사이에 끼움부착되기 때문에, 복수의 리드편(16)과 복수의 중간리드편(17)에 의해 패널부재(3, 4) 사이의 간격이 설정된다. 리드편(16)의 외측단부에는, 후술하는 바와 같이 태양전지 모듈(1)의 조립시에 태양전지 서브어레이(12)를 복수 층으로 적층할 때 자동조립장치의 안내부재에 걸림결합시켜서 안내하기 위한 반원형상의 노치로 이루어진 걸림결합부(16a)가 형성되어 있다.
다음으로는, 구형상 태양전지 셀(20)의 구조에 대해 설명한다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 태양전지 셀(20)은, p형 반도체로 이루어진 구형상 반도체(21)(실리콘 단결정)와, 상기 구형상 반도체(21)의 표면 일부를 연마가공한 평탄면(22)과, 구형상 반도체(21)의 중심을 사이에 두고 평탄면(22)과 마주보는 구형상 반도체(21)의 표층부에 스폿형상으로 n+형 확산층(24)을 형성함으로써 형성된 스폿형상의 pn+접합(25)과, 구형상 반도체(21)의 표층부에 n형 확산층(26)을 형성함으로써 형성된 부분구면형상의 pn접합(27)과, 구형상 반도체(21)의 중심을 사이에 두고 마주보는 표층부에 형성되어 pn+접합(25)과 pn접합(27)의 양단에 접합된 한 쌍의 양전극(31) 및 음전극(32)(제 1 도전접속부에 상당함)과, 양전극(31) 및 음전극(32)을 제외한 부분에 형성된 반사방지막(34)을 가진다. 양전극(31)은 구형상 반도체(21)의 평탄면(22)의 중앙부에 낮은 저항으로 접속되고, 음전극(32)은 n형 확산층(26)의 표면에 낮은 저항으로 접속되어 있다.
상기 구형상 태양전지 셀(20)은, 양전극(31)과 음전극(32)이 구형상 반도체(21)의 중심을 사이에 두고 대칭을 이루는 위치에 있으며, 스폿형상으로 작게 형성되어 있기 때문에, 구형상 반도체(21)의 표면으로 오는 직사광, 반사광, 확산광을 수광할 수 있어, 광 이용 효율이 높은 것으로 되어 있다. 구형상 태양전지 셀(20) 끼리를 리드부재나 그 밖의 도전부재에 의해 3차원으로 입체적 접속이 가능하므로, 의장성이나 디자인성이 우수한 태양전지 모듈(1)로 만드는 것이 가능하다.
다음으로, 상기 구형상 태양전지 셀(20)의 제조방법에 대해 간단히 설명한다.
먼저, p형의 구형상 실리콘 단결정(21)을 준비한다. 이 실리콘 단결정(21)을 제조하기 위해서는, 예컨대, 상부 도가니에서 용융시킨 p형 불순물을 포함하는 실리콘의 융액으로부터 액체방울을 자유낙하시킨다. 상기 액체방울은, 낙하 중에 표면장력에 의해 진구(眞球)가 된 후, 냉각되고 응고되어, 구형상의 결정이 된다. 구형상 결정의 직경이 1.6mm정도가 되도록 모든 조건을 설정하는데, 종종 표면에 작은 돌기가 발생하기 때문에, 그 돌기를 제거하여 치수정밀도가 높은 구형체로 마무리 가공을 하여, 예컨대, 직경이 약 1.5mm인 진구로 만든다.
다음으로, 그 진구형상의 실리콘 단결정(21)의 일부를 연마가공하여, 직경이 0.7mm∼0.9mm인 평탄면(22)을 마련한다. 상기 평탄면(22)은, 이후의 제조공정에 있어서 구형상 결정의 구름(轉動)을 방지하는 동시에, 전극형성과 외부도체와의 접속시의 위치결정 등에 이용된다. 그런 다음, p형 실리콘 단결정(21)을, 산소를 포함하는 분위기 중에서 가열하여 전체면을 실리콘 산화막으로 덮어 불순물 확산의 마스크를 형성한다.
그런 다음, 평탄면(22)과 마주보는 p형 실리콘 단결정 표면의 실리콘 산화막을 에칭에 의해 제거하여, 직경 0.7mm∼0.9mm의 실리콘을 노출시킨다. 이후, 노출시킨 실리콘 단결정의 표면에 인(燐) 확산을 행하여, 깊이가 1㎛인 스폿형상의 n+형 영역(24)을 형성하고, 깊은 pn+ 접합(25)을 형성한다. 그런 다음, 평탄면(22)과 그 주변의 일부의 실리콘 산화막을 남기고, 다시 단시간의 인 확산을 행하여, 구면 대부분에 약 0.3㎛ 깊이의 위치까지 새롭게 n형 확산층(26)을 형성하고, 얕은 pn접합(27)을 형성한다. 마지막으로, 공지된 CVD법에 의해 구면 전체에 SiN막을 형성하여, 패시베이션(passivation)을 겸한 반사방지막(34)을 형성한다.
다음으로, 구형상 바이패스 다이오드(40)의 구조에 대해 설명한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 바이패스 다이오드(40)는, n형 반도체로 이루어진 구형상 반도체(41)(실리콘 단결정)와, 상기 구형상 반도체(41)의 표면 일부를 연마가공한 평탄면(42)과, 구형상 반도체(41)의 표층부에 p+형 확산층(44)을 형성함으로써 형성된 부분구면형상의 p+n접합(45)과, 구형상 반도체(41)의 중심을 사이에 두고 마주보는 표층부에 형성되어 p+n접합(45)의 양단에 접합된 한 쌍의 양극(47) 및 음극(48)(제 2 도전접속부에 상당함)과, 양극(47) 및 음극(48)을 제외한 부분에 형성된 표면보호막(49)을 가진다. 음극(48)은, 구형상 반도체(41)의 평탄면(42)의 중앙부에 낮은 저항으로 접속되고, 양극(47)은 p+형 확산층(44)에 낮은 저항으로 접속되어 있다.
상기 바이패스 다이오드(40)는, 매트릭스의 각 행의 양단측의 리드편(16)과 복수의 중도부의 중간리드편(17)을 통해 각 행의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)에 역병렬로 접속되어 있다. 상기 바이패스 다이오드(40)는, 구형상 태양전지 셀(20)과 동일한 크기의 구형상이다. 참고로, 바이패스 다이오드(40)는, 각 행의 적어도 양단부에 설치하면 되므로, 중간리드편(17)에 접속되는 바이패스 다이오드(40)를 생략하고, 그 대신에 태양전지 셀(20)을 설치해도 된다.
다음으로, 상기 구형상 바이패스 다이오드(40)의 제조방법에 대해 간단히 설명한다.
먼저, 구형상 태양전지 셀(20)과 동일한 직경을 가지는 구형상의 n형 실리콘 단결정(41)을 준비한다. 상기 구형상의 n형 실리콘 단결정(41)의 일부에 평탄면(42)을 형성한다. 상기 평탄면(42)을 중심으로 한 n형 실리콘 단결정(41)의 하측 반구(半球)부분의 표면에, 상기와 같이 불순물의 확산 마스크로서 SiO2막을 형성한다. 나머지의 노출된 n형 반도체(41)의 표면에 붕소를 확산시켜, 깊이가 10㎛정도인 p+형 영역(44)을 형성한다. 이에 따라 p+n접합(45)이 형성된다. 또한, 상기와 마찬가지로 구면 전체에 Si3N4의 피막을 형성하여, 패시베이션을 겸한 표면보호막(49)으로 한다.
상기 바이패스 다이오드(40)는, 정류 다이오드로서의 기능을 가지며, 광기전력(光起電力)을 발생시킬 필요는 없다. 이 때문에, 구형상 바이패스 다이오드(40) 대신에 평면형상의 pn접합을 가지는 정류 다이오드의 칩을 이용하는 것도 가능하다. 단, 역병렬로 접속되는 태양전지 셀에 역전압이 가해졌을 경우에, 그 전류가 바이패스 가능할 정도의 순방향특성을 가질 필요가 있다.
이와 같이, 태양전지 셀(20)은, 그 중심을 지나며 열방향과 평행한 축선 상에 있어서, 구형상 반도체(21)의 양단부에 도트형상으로 형성되어 pn+접합(25)과 pn접합(27)의 양단에 낮은 저항으로 접속된 한 쌍의 양전극(31) 및 음전극(32)(제 1 도전접속부)에 의해 리드 스트링(15)에 전기적으로 접속되어 있다. 바이패스 다이오드(40)는, 그 중심을 지나며 열방향과 평행한 축선 상에 있어서, 바이패스 다이오드(40)의 양단부에 도트형상으로 형성된 한 쌍의 양극(47) 및 음극(48)(제 2 도전접속부)에 의해 리드편(16, 17)에 전기적으로 접속되어 있다.
다음으로, 태양전지 모듈(1)의 등가회로도에 대해 설명한다.
도 8은, 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치된 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 가지는 태양전지 모듈(1)의 등가회로도이다. 예컨대, 상기 태양전지 모듈(1)에, 15행 12열로 배치된 복수의 태양전지 셀(20)이 내장된 경우를 예로 들어 설명한다.
1개의 태양전지 셀(20)의 개방전압이 예컨대 0.6V일 경우, 양전극(14p)과 음전극(14n) 사이에 15개의 태양전지 셀(20)이 직렬접속되어 있으므로, 9.0V의 전압이 발생한다. 1개의 태양전지 셀(20)에 의해 발생되는 전류를 I라고 하면, 12개의 태양전지 셀(20)이 병렬접속되어 있으므로, 양전극(14p)측으로부터 12I의 전류가 외부회로로 출력된다. 참고로, 모듈(1)의 출력전압을 올리려면, 직렬접속되는 태양전지 셀(20)의 개수를 늘리면 된다. 모듈(1)로부터의 출력전류를 올리려면, 병렬접속되는 태양전지 셀(20)의 개수를 늘리면 된다.
다음으로, 상기 태양전지 모듈(1)의 제조방법에 대해 도 11∼도 16에 근거하여 설명한다.
우선, 제 1 공정에서, p형의 구형상 반도체(21)와 상기 구형상 반도체(21)의 표층부에 형성된 스폿형상의 pn+접합(25)과 부분구면형상의 pn접합(27)과 반사방지막(34)을 각각 가지는 복수의 구형상 태양전지 셀(20)을 미리 준비한다. 이와 병행하여, 태양전지 셀(20)과 동일한 크기의 복수의 구형상 바이패스 다이오드(40)를 미리 준비한다. 참고로, 이때의 태양전지 셀(20)은, 양전극(31) 및 음전극(32)이 pn+접합(25)과 pn접합(27)의 양단에 낮은 저항으로 접속되기 이전 상태의 것이고, 바이패스 다이오드(40)는, 양극(47) 및 음극(48)이 p+n접합(45)의 양단에 낮은 저항으로 접촉되기 이전 상태의 것이다.
다음으로, 제 2 공정에서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 표면이 은 또는 니켈로 도금된 철-니켈 합금(두께 0.3mm정도)의 얇은 금속시트(50)를, 타발(打拔)가공 또는 에칭가공함으로써, 복수 행/복수 열로 슬릿형상의 복수의 개구부(51)을 형성하고, 복수의 개구부(51) 사이에는 구형상 태양전지 셀(20)의 반경 이하의 협폭인 복수의 리드 스트링(15)을 형성하고, 행방향 양단부와 각 열 사이에는 열방향으로 연속되는 광폭의 밴드부(52)를 형성하고, 상단부와 하단부에는 광폭의 밴드부(53)를 형성한다.
상기 타발가공 또는 에칭가공 시에, 밴드부(52)의 리드 스트링(15)에 대응하는 외주부에 반원형 노치로 이루어진 걸림결합부(16a)를 형성한다. 이 걸림결합부(16a)는, 그 이후의 공정에서, 얇은 금속시트(50)의 이송이나, 후술하는 태양전지 어레이(11)의 위치결정에 사용된다.
다음으로, 제 3 공정에서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 최상단의 리드 스트링(15)을 제외하고, 각 리드 스트링(15) 상에 복수의 구형상 태양전지 셀(20)을 접속하기 위한 반고체 상태의 도전 페이스트(31a)(Al과 유리 프릿(glass frit)을 첨가한 Ag 페이스트로서, 제 1 도전접속재료에 상당함)를 복수의 스폿형상으로 도포한다.
동시에, 최상단의 리드 스트링(15)을 제외하고, 밴드부(52)에 있어서의 복수의 리드 스트링(15)에 대응하는 복수의 부위에, 바이패스 다이오드(40)를 각각 접속하기 위한 반고체 상태의 도전 페이스트(48a)(유리 프릿을 첨가한 Ag 페이스트로서, 제 2 도전접속재료에 상당함)를 스폿형상으로 도포한다. 이러한 도전 페이스트(31a, 48a)의 도포 두께는, 0.3mm∼0.5mm정도이다.
다음으로, 제 4 공정에서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 리드 스트링(15) 상에 도포된 복수의 도전 페이스트(31a)에 복수의 태양전지 셀(20)의 평탄면(22)을 각각 접속한다. 동시에, 밴드부(52)에 도포된 복수의 도전 페이스트(48a)에 복수의 바이패스 다이오드(40)의 평탄면(42)을 각각 접속한다.
다음으로, 제 5 공정에서, 도 14에 나타낸 바와 같이, 복수의 태양전지 셀(20)의 꼭대기부에 스폿형상으로 도전 페이스트(32a)(유리 프릿을 첨가한 Ag 페이스트로서, 제 1 도전접속재료)를 각각 도포한다. 동시에, 복수의 바이패스 다이오드(40)의 꼭대기부에 스폿형상으로 도전 페이스트(47a)(Al과 유리 프릿을 첨가한 Ag 페이스트, 제 2 도전접속재료에 상당함)을 각각 도포한다. 이러한 꼭대기부에 도포되는 도전 페이스트(32a, 47a)는, 직경이 0.5mm 정도이고, 두께가 0.2mm∼0.3mm정도이다.
다음으로, 제 6 공정에서, 약 750℃의 질소 가스 분위기 속에, 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 배치한 얇은 금속시트(50)를 배치하고, 단시간 동안 급속가열하여, 도전 페이스트(31a, 32a, 47a, 48a)를 각각 고화시킨다. 이때, 도전 페이스트(31a, 32a)는, 구형상 태양전지 셀(20)의 반사방지막(34)을 관통하여, 그 수직 하방의 반도체 표면과 낮은 저항으로 접속된다. 마찬가지로, 도전 페이스트(47a, 48a)는, 바이패스 다이오드(40)의 표면보호막(49)을 관통하여, 그 수직 하방의 반도체 표면과 낮은 저항으로 접촉된다. 이와 같이 하여, 태양전지 셀(20)의 양전극(31) 및 음전극(32)(제 1 도전접속부)이 각각 형성되고, 바이패스 다이오드(40)의 양극(47) 및 음극(48)(제 2 도전접속부)이 각각 형성된다.
다음으로, 제 7 공정에서, 도 15에 나타낸 바와 같이, 얇은 금속시트(50)의 밴드부(52)를 리드 스트링(15) 사이의 중간에 대응하는 위치에서 타발금형 또는 레이저광에 의해 분단하여 리드편(16)과 중간리드편(17)으로 한다. 이와 같이 하여, 각 행에 있어서의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)와 복수의 리드 스트링(15)과 복수의 리드편(16)과 복수의 중간리드편(17)을 포함하는 동일형상 및 동일치수의 복수의 태양전지 서브어레이(12)를 제작한다.
다음으로, 제 8 공정에서, 각 태양전지 서브어레이(12)에 있어서의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 꼭대기부의 음전극(32)과, 복수의 바이패스 다이오드(40)의 꼭대기부의 양극(47)에 페이스트 상태의 도전접착재(19)를 각각 도포한다.
다음으로, 제 9 공정에서, 자동조립장치의 한 쌍의 핸드로 태양전지 서브어레이(12)의 양단의 리드편(16)을 파지하여, 자동조립장치의 한 쌍의 안내부에, 리드편(16)의 걸림결합부(16a)를 걸림결합시켜, 한 쌍의 리드편(16)을 안내 및 위치결정하면서, 복수의 태양전지 서브어레이(12)를 순차로 적층한다. 마지막으로, 태양전지 셀(20) 및 바이패스 다이오드(40)가 배치되어 있지 않은 상단부의 리드부재(14)를 적층하여, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 복수 행/복수 열의 매트릭스형상 셀 집합체(10)로 조립한다.
다음으로, 제 10 공정에서, 도 16에 나타낸 바와 같이, 매트릭스형상 셀 집합체(10)의 상단에 추(W)를 올려놓고, 상기 추(W)에 의해 열방향으로 압축한 상태에서 셀 집합체(10)를 가열처리함으로써, 도전접착재(19)를 고화시켜 태양전지 셀 집합체(10)를 제작한다. 이후, 태양전지 셀 집합체(10)의 상단과 하단의 리드부재(14)에 복수의 외부 리드(8p, 8n)를 레이저광을 이용하여 땜납(도전성 접합부재)으로 접속한다.
다음으로, 제 11 공정에서, 태양전지 셀 집합체(10)를, 한 쌍의 패널부재(3, 4) 사이에 수지시일하기 위해, 투명합성수지 시트와 함께 패널부재(3, 4) 사이에 배치한다. 참고로, 패널부재(3, 4) 중 태양광 입사측에 위치하는 적어도 일방의 패널부재는 투명재료로 구성되어 있다. 상기 셀 집합체(10)가 끼움지지된 패널부재(3, 4)를 상하에 수용 챔버를 가지는 소정의 라미네이트 장치의 하측 챔버에 수용하고, 그 상측 챔버와 하측 챔버를 진공배기하면서, 히터에 의해 가열한다.
일정시간이 지난 후, 상측 챔버에 가스를 도입하여 상측 챔버와 하측 챔버의 압력차에 의해 양측의 패널부재(3, 4)에 압력을 가하면서 약 150℃로 가열하고 나서 상온으로 되돌린다. 이에 따라, 양측의 패널부재(3, 4)는 접착되는 동시에 패널부재(3, 4) 사이에 배치된 태양전지 셀 집합체(10)가 투명합성수지 시트가 녹아서 고화된 투명충전재(6)로 수지시일된다. 이와 같이 하여, 1 세트의 태양전지 모듈(1)을 제작할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 태양전지 모듈(1) 및 그 제조방법의 효과에 대해 설명한다.
상기 태양전지 모듈(1)에 따르면, 리드부재(14)는, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)이 전기적으로 접속되고 또한 구형상 태양전지 셀(20)의 반경 이하의 협폭인 하나 또는 복수의 리드 스트링(15)과, 리드부재(14)의 적어도 양단부에 리드 스트링(15)과 일체적으로 형성되고 또한 바이패스 다이오드(40)가 전기적으로 접속되고 또한 바이패스 다이오드(40)의 폭 이상의 광폭인 복수의 리드편(16, 17)을 가진다. 이에 따라, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 복수의 리드 스트링(15)과 복수의 리드편(16, 17)을 포함하는 1개의 리드부재(14)에 부착시킨 태양전지 서브어레이(12)를 제작하여, 이들 복수의 서브어레이(12)를 복수 단으로 적층할 때, 자동조립장치의 핸드로 리드편(16)을 파지할 수 있다. 서브어레이(12)를 적층할 때 안내 및 위치결정하기 위한 위치결정용 걸림결합부(16a)를 리드편(16)에 형성하는 것도 가능하기 때문에, 자동조립장치에 의해 능률적으로 조립할 수 있는 태양전지 모듈(1)을 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 태양전지 모듈(1)에 한 쌍의 패널부재(3, 4)를 설치하고, 이들 패널부재(3, 4) 사이에, 태양전지 모듈(1)의 셀 집합체(10)(모듈 본체부분)를 끼워서 수지시일할 경우에, 복수의 리드편(16)과 복수의 중간리드편(17)을 한 쌍의 패널부재(3, 4)로 끼움지지함으로써, 한 쌍의 패널부재(3, 4)의 간격을 설정할 수 있기 때문에, 수지시일함에 있어서 유리하다.
복수의 구형상 태양전지 셀(20)을 내장하였기 때문에, 수광(受光)의 지향성이 넓어 다방향(多方向)의 입사광을 광전변환할 수 있는 태양전지 모듈(1)이 된다. 이 때문에, 직접 도달하는 광 이외에 태양전지 모듈(1) 내부에서 발생하는 반사산란광이나 확산광을 수광하여 발전(發電)할 수 있기 때문에, 광 이용 효율이 높아진다. 상기 평판형상 패널부재(3, 4)의 양방을 투명재료로 구성할 경우에는, 양면으로부터 수광하여 발전하는 모듈이 된다.
복수의 리드 스트링(15)이 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치된 복수의 태양전지 셀(20)을 메시형상의 도전접속기구(13)에 의해 직렬 및 병렬접속하는 동시에, 각 행의 복수의 태양전지 셀(20)에 바이패스 다이오드(40)를 역병렬로 접속하였기 때문에, 태양전지 모듈(1)이 부분적으로 차광되어, 그 부분의 태양전지 셀(20)의 출력이 정지하더라도, 바이패스 다이오드(40)에 의해, 다른 구형상 태양전지 셀(20)의 출력을 방해함이 없이, 차광된 부분의 구형상 태양전지 셀(20)에 과다한 역전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
구형상 태양전지 셀(20)의 반경 이하의 협폭인 리드 스트링(15)에 의해, 태양전지 모듈(1)에 직접 도달하는 광의 차폐량을 작게 할 수 있으므로, 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 평판형상의 태양전지 모듈(1)은, 태양전지 셀(20)의 틈새를 통해 채광 또는 투시가 가능하므로, 복수의 태양전지 셀(20)의 모듈(1)에 대한 밀도에 따라 발전능력과, 채광성 또는 차광성의 비율 선택이 자유로운 설계가 가능해진다. 또한, 태양광 발전이 가능한 맞춤유리로서 창문재에 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 태양전지 모듈에 드는 전체적인 부재비용이나 설치비용을 절감할 수 있다.
상기의 태양전지 모듈(1)의 제조방법에 따르면, 복수의 태양전지 서브어레이(12)를 제작하고, 이들 서브어레이(12)를 순차로 적층하여 패널형상의 매트릭스형상 셀 집합체(10)로 조립하기 때문에, 이들 매트릭스형상 셀 집합체(10)를 패널부재(3, 4) 사이에 끼워넣고 수지시일하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 복잡한 구조의 금형을 이용할 필요없이, 한 쌍의 패널부재(3, 4) 사이에 상기 셀 집합체(10)를 수지시일하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 태양전지 모듈(1)의 제조비용을 절감할 수 있고, 태양전지 모듈(1)의 대형화가 가능해진다.
각 리드부재(14)의 양단부에 리드편(16)을 일체로 형성하므로, 복수의 태양전지 서브어레이(12)를 제작하고 나서, 이것들을 적층하여 조립해나갈 때, 자동조립장치의 핸드로 리드편(16)을 파지할 수 있고, 리드편(16)을 이용하여 서브어레이(12)의 위치결정을 행할 수 있으므로, 태양전지 모듈(1)을 능률적이면서도 정밀도 높게 조립할 수 있다. 셀 집합체(10)를 수지시일할 때, 복수의 리드편(16, 17)을 한 쌍의 패널부재(3, 4)로 끼움지지함으로써, 한 쌍의 패널부재(3, 4)의 간격을 설정할 수 있다.
[제 2 실시예]
제 2 실시예는, 상기 제 1 실시예를 부분적으로 변경한 태양전지 모듈(1A)의 예를 나타낸 것으로서, 상기 제 1 실시예와 동일한 것에 대해서는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 이에 대한 설명은 생략하며, 제 1 실시예와 상이한 구성에 대해서만 설명한다. 본 실시예의 태양전지 모듈(1A)은 복수의 부분원통면 형상으로 형성된 수광면을 가지며, 지붕 기와 겸용의 태양전지 모듈에 적합하다.
도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 태양전지 모듈(1A)은, 복수의 부분원통면을 가지는 제 1 및 제 2 만곡패널부재(63, 64)와, 만곡패널부재(63, 64) 사이에 끼움부착된 태양전지 셀 집합체(10A)와, 만곡패널부재(63, 64) 사이에 충전된 투명합성수지(66)와, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 출력을 외부로 출력하기 위한 복수의 외부 리드(68p, 68n)를 가지고 있다. 참고로, 도 19의 상하 좌우를 상하 좌우로 하여 설명하며, 도 19의 지면 앞쪽을 태양광 입사측으로 한다.
도 20에 나타낸 바와 같이, 제 1 만곡패널부재(63)는, 태양전지 모듈(1A)의 태양광 입사측의 면을 막는 것이며 복수의 부분원통면을 따르는 형상을 가지는 투명재료로 제작되어 있다. 제 2 만곡패널부재(64)는, 태양전지 모듈(1A)의 태양광 입사측과 반대되는 측의 면을 막는 것이며 복수의 부분원통면을 따르는 형상을 가지는 투명재료로 제작되어 있다.
만곡패널부재(63, 64) 사이에 끼움부착된 복수의 리드편(76)과 복수의 중간리드편(77)에 의해, 만곡패널부재(63, 64) 사이의 간격이 설정되어 있다. 제 2 만곡패널부재(64)의 외면 중 부분원통면을 따르는 외면에, 반사막(64a) 또는 장식을 한 프린트막(64a)이 설치되어 있다. 만곡패널부재(63, 64) 사이에 셀 집합체(10A)를 수지시일하는 투명합성수지(66)가 충전되어 있다.
태양전지 모듈(1A)의 하단의 2개의 외부 리드(68p)의 단부는, 셀 집합체(10A) 하단의 리드부재(74)의 양단부의 리드편(76)의 걸림결합부(76a)에 각각 도전성 접착재에 의해 고정부착되고, 매트릭스 하단의 복수의 태양전지 셀(20)의 양전극(31) 및 복수의 바이패스 다이오드(40)의 음극(48)에 전기적으로 접속되어 있다. 태양전지 모듈(1A)의 상단의 2개의 외부 리드(68n)의 단부는, 셀 집합체(10A) 상단의 리드부재(74)의 양단부의 리드편(76)의 걸림결합부(76a)에 각각 도전성 접착재에 의해 고정부착되고, 매트릭스 상단의 복수의 태양전지 셀(20)의 음전극(32), 및 복수의 바이패스 다이오드(40)의 양극(47)에 전기적으로 접속되어 있다.
다음으로, 태양전지 셀 집합체(10A)에 대해 설명한다.
태양전지 셀 집합체(10A)는, 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치된 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과, 이들 태양전지 셀(20)과 역병렬로 접속된 복수의 바이패스 다이오드(40)와, 이들을 직렬 및 병렬접속하기 위한 도전접속기구(13A)를 가지며, 매트릭스의 행방향으로 복수 등분한 복수의 변곡점에 있어서 연속되는 복수의 부분원통면 형상으로 구성되어 있다(도 20 참조). 참고로, 1개의 변곡점에 있어서 연속되는 2개의 부분원통면 형상으로 구성되어도 되며, 변곡점이 없는 1개의 부분원통면 형상으로 형성되어도 된다.
셀 집합체(10A)를 구성하는 복수의 태양전지 어레이(11A)의 각각은, 리드부재(74)에 있어서의 복수의 부분원호형상의 리드 스트링(75) 상에 예컨대 7개의 태양전지 셀(20)을 각각 배치하고, 리드부재(74)의 양단부의 리드편(76) 상이나 복수의 중도부의 중간리드편(77) 상에 바이패스 다이오드(40)를 각각 배치하고, 이것들을 한 쌍의 리드부재(74, 74) 사이에서 끼움지지하여 구성되어 있다. 복수 행의 모든 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 도전방향은 동일방향으로 일치되어 있다. 매트릭스의 열방향으로 인접하는 태양전지 어레이(11A)는, 이들 어레이(11A) 사이에 위치하는 리드부재(74)를 공유하고 있다. 각 열의 복수의 구형상 태양전지 셀(20) 및 각 열의 복수의 바이패스 다이오드(40)는 복수의 리드부재(74)를 통해 직렬접속되어 있다.
다음으로, 도전접속기구(13A)에 대해 설명한다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 도전접속기구(13A)는, 매트릭스의 복수의 행간부와 매트릭스의 열방향의 양단부에 배치된 복수의 리드부재(74)를 통해, 각 행의 복수의 태양전지 셀(20) 및 복수의 바이패스 다이오드(40)를 병렬접속하고 또한 각 열의 복수의 태양전지 셀(20)을 직렬접속하고 또한 각 열의 복수의 바이패스 다이오드(40)를 직렬접속하는 메시형상의 접속회로이다. 각 리드부재(74)는, 복수의 부분원호형상으로 형성된 리드 스트링(75)으로서, 각 구형상 태양전지 셀(20)의 반경 이하의 협폭인 복수의 리드 스트링(75)과, 리드 스트링(75)의 양단부의 광폭인 리드편(76)과, 복수의 변곡점의 광폭인 중간리드편(77)을 구비하고 있다.
각 리드부재(74)의 양단부에는, 매트릭스의 열방향과 직교되는 형상으로 배치되고 또한 매트릭스의 행방향과 직교되는 방향의 폭이 바이패스 다이오드(40)의 폭 이상인 커다란 리드편(76)이 리드 스트링(75)과 일체로 형성되어 있다. 각 리드부재(74) 중, 매트릭스의 행방향으로 복수 등분한 복수의 변곡점에 상당하는 중도부에는 중간리드편(77)이 리드 스트링(75)과 일체적으로 형성되어 있다. 각 행의 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)와, 한 쌍의 리드부재(74)의 접속구조는, 제 1 실시예의 도전접속기구(13)와 동일하므로 설명을 생략한다.
다음으로는, 태양전지 모듈(1A)의 제조방법에 대해, 도 21∼도 25에 근거하여 설명하되, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
우선, 제 1 공정에서, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 구형상 바이패스 다이오드(40)를 준비한다. 그런 다음, 제 2 공정에서, 도 21에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 실시예와 동일한 얇은 금속시트(50A)에, 타발가공 또는 에칭가공을 함으로써, 복수 행/복수 열로 슬릿형상의 복수의 개구부(81)를 형성한다. 상기 슬릿형상의 개구부(81)로서 원호형상의 개구부(81)가 형성되는 동시에, 각 열의 복수의 리드 스트링(75)이 원호형상으로 형성되며, 복수의 밴드부(82, 83) 및 복수의 밴드부(82)에 형성되는 복수의 걸림결합부(76a)도 형성한다.
다음으로, 제 3 공정에서, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)을 접속하기 위한 도전 페이스트(31a)(도시 생략)를 리드 스트링(75) 상에 복수의 스폿형상으로 도포하고, 이러한 리드 스트링(75)에 대응하는 밴드부(82)에 복수의 바이패스 다이오드(40)를 접속하기 위한 도전 페이스트(48A)를 복수의 스폿형상으로 도포한다. 그런 다음, 제 4 공정에서, 도 22에 나타낸 바와 같이, 상기의 복수의 도전 페이스트(31a, 48a)에 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 접속한다. 그런 다음, 제 5 공정에서, 도 23에 나타낸 바와 같이, 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)의 꼭대기부에 스폿형상으로 도전 페이스트(32a, 47a)를 각각 도포한다.
다음으로, 제 6 공정에서, 얇은 금속시트(50A)를 급속가열하여 도전 페이스트(31a, 32a, 47a, 48a)를 고화시킨다. 다음으로 제 7 공정에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 얇은 금속시트(50A)의 복수의 밴드부(82)를 타발가공 또는 레이저광에 의해 분단해서 리드편(76)과 중간리드편(77)을 형성하여, 동일형상 및 동일치수인 복수의 태양전지 서브어레이(12A)를 제조한다. 그런 다음, 제 8 공정에서, 각 태양전지 서브어레이(12A)에 있어서의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 꼭대기부의 음전극(32)과, 복수의 바이패스 다이오드(40)의 꼭대기부의 양극(47)에 도전접착재(19)를 각각 도포한다. 이후, 제 9 공정에서, 복수의 태양전지 서브어레이(12A)를 순차로 적층하여, 도 25에 나타낸 바와 같이, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 복수 행/복수 열의 매트릭스형상 태양전지 셀 집합체(10A)로 조립한다.
다음으로, 제 10 공정에서, 상기 셀 집합체(10A)를 가열처리하여, 도전접착재(19)를 고화시킴으로써, 완성된 태양전지 셀 집합체(10A)로 한다. 이후, 태양전지 셀 집합체(10A)의 복수의 행방향 중 상단과 하단의 리드편(76)의 걸림결합부(76a)에 외부 리드(68p, 68n)를 레이저광에 의해 납땜한다. 그런 다음, 제 11 공정에서, 매트릭스형상 셀 집합체(10A)를 한 쌍의 만곡패널부재(63, 64) 사이에 배치하는 동시에 만곡패널부재(63, 64) 사이에 투명합성수지 시트를 통해 투명합성수지(66)를 충전한 후, 가열처리하여, 태양전지 모듈(1A)을 제작한다.
다음으로, 태양전지 모듈(1A) 및 그 제조방법의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
본 태양전지 모듈(1A)에 따르면, 만곡패널부재(63, 64)의 수광면이, 상기 제 1 실시예의 평판형상 패널부재(3, 4)와는 달리, 복수의 부분원통면 형상으로 형성되어 있으므로, 수광면이 증가하여, 태양직사광의 입사방향이 시간과 함께 변동하더라도, 태양전지 모듈(1A)의 출력 변동을 억제할 수 있다. 이러한 부분원통면을 가지는 태양전지 모듈(1A)은, 지붕 기와나 벽재로서 적용이 가능하다. 수광면이 부분원통면 형상으로 형성되어 있으므로 태양전지 모듈(1A)에 의장성(디자인성)을 부여할 수 있다.
반사막(64a)으로서, 예컨대, 반사율이 높은 금속제 박막을 채용하거나, 백색의 세라믹 도료를 실크스크린 인쇄하여 가열 소성(燒成)하는 등의 방법을 채용해도 된다. 반사율은 다소 저하되지만, 원하는 색이나 디자인 무늬를 갖게 한 세라믹 도료를 프린트해도 된다. 이 경우, 반사막에 의한 반사산란광이, 태양전지 셀에서 수광되어 발전출력이 증가하는 것 외에, 시선이나 태양광선(방현성(防眩性) 혹은 차폐)이나 열을 적절히 제어하면서 아름다운 디자인을 도입한 건재(建材) 일체형 태양전지 패널로서의 이용이 가능하다. 참고로, 이러한 반사막을 상기 제 1 실시예에 적용해도 좋다. 기타의 작용 및 효과에 대해서는, 상기 제 1 실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
[제 3 실시예]
본 제 3 실시예는, 상기 제 1 실시예를 부분적으로 변경한 태양전지 모듈(1B)의 예를 나타낸 것으로서, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 그에 대한 설명을 생략하며, 상이한 구성에 대해서만 설명하기로 한다. 본 태양전지 모듈(1B)은, 모듈(1B)의 외부에 설치된 복수의 리드단자(81a, 81b)를 임의로 외부결선함으로써, 모듈(1B)로부터의 출력전압 및 출력전류를 자유롭게 설정가능하도록 한 것이다.
도 26 및 도 27에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 태양전지 모듈(1B)은, 평판형상의 한 쌍의 패널부재(3, 4)와, 패널부재(3, 4) 사이에 끼움부착된 태양전지 셀 집합체(10B)와, 패널부재(3, 4) 사이에 충전된 투명합성수지(6)와, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 출력을 외부로 출력하기 위한 복수의 외부 리드(8p, 8n)를 가지고 있다. 참고로, 도 26의 상하좌우를 상하좌우로 하여 설명하며, 도 26의 지면(紙面) 앞쪽을 태양광 입사측으로 한다.
한 쌍의 패널부재(3, 4)는, 복수의 태양전지 어레이(11B)의 양면측을 막기 위해 평행하게 설치되어 있다. 패널부재(3, 4) 사이에 끼움부착된 복수의 리드편(16)과 복수의 중간리드편(17)에 의해, 패널부재(3, 4) 사이의 간격이 설정되어 있다. 패널부재(3, 4) 사이에 태양전지 셀 집합체(10B)를 수지시일하기 위해 투명합성수지(6)를 충전하고, 적어도 태양광 입사측의 패널부재(3)를 투명재료로 구성하고 있다. 모듈(1B)의 좌우 양단부에는, 후술하는 복수의 한 쌍의 리드단자(81a, 81b)가 설치되어 있다.
다음으로, 태양전지 셀 집합체(10B)에 대해 설명한다.
도 28∼도 32에 나타낸 바와 같이, 셀 집합체(10B)는, 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치되며 또한 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시킨 광전변환기능을 가지는 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과, 매트릭스의 각 행의 양단부와 중도부에 복수 열로 배치된 복수의 바이패스 다이오드(40)와, 각 행의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)을 병렬접속하는 도전접속기구(13B)를 가지고 있다. 참고로, 바이패스 다이오드(40)는, 적어도 1열을 설치하면 된다.
셀 집합체(10B)를 구성하는 태양전지 어레이(11B)의 각각은, 각 행에 있어서의 복수의 구형상 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 한 쌍의 리드부재(14B, 14B) 사이에 끼움부착하여 구성되어 있다. 복수 행의 모든 복수의 구형상 태양전지 셀(20)은 도전방향이 동일방향으로 일치되어 있다. 매트릭스의 열방향으로 인접하는 각 태양전지 어레이(11B) 사이에 절연재료로 제작된 복수의 스페이서(85)를 끼워서 적층함으로써, 셀 집합체(10B)가 구성되어 있다. 각 구형상 태양전지 셀(20)은, 상기 제 1 실시예의 태양전지 셀(20)과 동일한 것이다. 참고로, 스페이서(85)는, 각 행에 반드시 복수 개를 설치할 필요는 없고 1개만 설치해도 좋다.
다음으로, 도전접속기구(13B)에 대해 설명한다.
도전접속기구(13B)는, 각 행의 복수의 전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)를 이들의 열방향 양단의 한 쌍의 리드부재(14B, 14B)를 통해 병렬접속하는 것인데, 각 리드부재(14B)는, 복수의 리드 스트링(15)과 복수의 리드편(16)과 하나 또는 복수의 중간리드편(17)을 구비하며, 제 1 실시예의 리드부재(14)와 동일한 것이다. 단, 리드편(16)에는, 행방향의 외측으로 연장되는 리드단자(81a, 81b)(외부 리드)가 설치되어 있다. 참고로, 리드부재(14B)의 적어도 일단부에 리드단자(81a) 또는 리드단자(81b)를 일체로 형성해도 된다. 각 행의 복수의 태양전지 셀(20)과 복수의 바이패스 다이오드(40)와, 한 쌍의 리드부재(14B)의 접속구조는, 제 1 실시예의 도전접속기구(13)와 동일하므로 설명을 생략한다.
다음으로, 상기 태양전지 모듈(1B)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
상기 태양전지 모듈(1B)에 있어서, 복수의 리드단자(81a, 81b)의 접속구조를 외부 스위치의 전환에 의해 바꿈으로써, 모듈의 출력특성을 적절히 변경시킬 수 있다. 태양전지 모듈(1B)로부터 최대출력전압을 취출할 경우에는, 도 33에 나타낸 바와 같이, 복수 행의 어레이(11B)를 외부 리드(82)를 통해 직렬접속하면 된다. 태양전지 모듈(1B)로부터 최대출력전류를 취출할 경우에는, 도 34에 나타낸 바와 같이, 복수 행의 어레이(11B)를 외부 리드(83, 84)를 통해 병렬접속하면 된다.
상기의 예에서는, 복수의 태양전지 어레이(11B)를 직렬접속 또는 병렬접속한 예에 대해 설명하였으나, 출력전압에 적합하도록 직렬접속하는 태양전지 어레이(11B)의 개수를 적절히 설정하는 동시에 출력전류에 적합하도록 병렬접속하는 태양전지 어레이(11B)의 개수를 적절히 설정하는 것이 가능하다. 기타의 작용 및 효과에 대해서는, 상기 제 1 실시예와 대략 동일하므로 설명은 생략한다.
한편, 상기 태양전지 셀 집합체(10B)에 다음과 같은 변경된 형태를 적용해도 된다.
도 35에 나타낸 바와 같이, 태양전지 셀 집합체(10C)에 있어서는, 태양전지 어레이(11B)와, 태양전지 어레이(11B)의 구형상 태양전지(20) 및 바이패스 다이오드(40)의 도전방향을 반전시킨 태양전지 어레이(11C)가 복수의 절연재료로 제작된 스페이서(85)를 사이에 두고 교대로 배치되어 있다. 각 어레이(11B, 11C)는 독립된 것이므로, 리드단자(81a, 81b)에 의한 외부결선의 용이성을 고려하여, 상기와 같이 복수의 어레이(11B)를 반전시켜 배치하는 것도 가능하다. 또한, 스페이서(85)의 사이즈를 변경하거나, 스페이서(85)를 생략함으로써, 각 어레이(11B, 11C) 사이의 간격을 자유롭게 설정하는 것도 가능하다.
여기서, 상기의 실시예를 부분적으로 변경하는 예에 대해 설명하면 다음과 같다.
[1] 상기 모듈(1, 1A, 1B)의 출력전력과 채광율의 비율은, 주로 사용하는 복수의 태양전지 셀(20)의 출력전력과, 태양전지 셀(20)과 바이패스 다이오드(40)와 도전접속기구(13)에 의한 차광 총면적에 의존한다. 이 때문에, 태양전지 셀이나 태양전지 어레이의 간격을 변화시켜 창문재로서 사용할 경우의 의장성을 높여 부가가치를 높이기 위해, 복수의 구형상 태양전지 셀(20)의 배치나 사용 개수, 도전접속기구(13)의 형상 등을 적절히 설계할 수 있다.
[2] 상기 모듈(1, 1A, 1B)에 있어서, 구형상 태양전지 셀(20)과 바이패스 다이오드(40)의 ｎ형층과 p형층이 반전된 구형상 태양전지 셀 및 바이패스 다이오드를 사용해도 된다. 이 경우, 모듈의 출력은 반대방향이 된다.
[3] 기타, 당업자라면 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 실시예에 여러 가지의 변경을 부가한 형태로 실시할 수 있으며, 본 발명은 이러한 변경된 형태도 포함하는 것이다.
본 발명의 태양전지 모듈은, 상기 태양전지 패널 이외에도, 이용이 기대되는 창문재를 포함한 건재, 예컨대, 유리창, 아트륨, 탑 라이트, 커튼월, 퍼사드, 캐노피, 루버(louver), 더블 스킨의 외면, 발코니의 난간, 고속도로나 철도의 방음벽 등에 적용할 수 있다.
1, 1A, 1B : 태양전지 모듈
3, 4 : 패널부재
6, 66 : 투명합성수지
10, 10A, 10B, 10C : 태양전지 셀 집합체
11, 11A, 11B, 11C : 태양전지 어레이
12, 12A : 태양전지 서브어레이
13, 13A, 13B : 도전접속기구
14, 14B : 리드부재
15 : 리드 스트링
16 : 리드편
17 : 중간리드편
20 : 구형상 태양전지 셀
21 : p형 구형상 반도체
31 : 양전극
32 : 음전극
40 : 바이패스 다이오드
41 : n형 구형상 반도체
47 : 양극
48 : 음극
50, 50A : 얇은 금속시트
63, 64 : 만곡패널부재

Claims (16)

  1. 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치되고 또한 광전변환기능을 가지는 복수의 구형상 반도체 소자를 가지며, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자를 그들의 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시켜서 리드부재를 통해 병렬접속한 태양전지 어레이로 구성된 태양전지 모듈로서,
    상기 구형상 반도체 소자는, p형 또는 n형의 구형상 반도체와, 상기 구형상 반도체의 표층부에 형성된 부분구면형상의 pn접합을 구비하며,
    상기 태양전지 어레이는, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자와, 적어도 한 쌍의 바이패스 다이오드와, 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 병렬접속하는 한 쌍의 리드부재를 구비하며,
    상기 리드부재는, 복수의 구형상 반도체 소자가 전기적으로 접속되고 또한 구형상 반도체 소자의 반경 이하의 협폭인 하나 또는 복수의 리드 스트링과, 리드부재의 적어도 양단부에 상기 리드 스트링과 일체적으로 형성되고 또한 상기 바이패스 다이오드가 구형상 반도체 소자와 전기적으로 역병렬로 접속되며 또한 상기 바이패스 다이오드의 폭 이상의 광폭인 복수의 리드편을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구형상 반도체 소자는, 그 중심을 지나며 상기 열방향과 평행한 축선 상에 있어서 구형상 반도체 소자의 양단부에 도트형상으로 형성되고 또한 pn접합의 양단에 낮은 저항으로 접속된 한 쌍의 제 1 도전접속부를 통해 상기 리드 스트링에 접속된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 바이패스 다이오드는, 그 중심을 지나며 상기 열방향과 평행한 축선 상에 있어서 바이패스 다이오드의 양단부에 형성되고 또한 바이패스 다이오드의 pn접합의 양단에 낮은 저항으로 접속된 한 쌍의 제 2 도전접속부를 통해 상기 리드편에 접속된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    복수 행의 모든 복수의 구형상 반도체 소자의 도전방향을 동일방향으로 일치시키고, 매트릭스의 열방향으로 인접하는 태양전지 어레이는, 상기 태양전지 어레이의 사이에 위치하는 리드부재를 공유하며, 각 열의 복수의 구형상 반도체 소자 및 각 열의 복수의 바이패스 다이오드는 복수의 리드부재를 통해 직렬접속된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  5. 제 3항에 있어서,
    복수 행의 모든 복수의 구형상 반도체 소자의 도전방향을 동일방향으로 일치시키고, 매트릭스의 열방향으로 인접하는 각 태양전지 어레이 사이에 절연재료로 제작된 하나 또는 복수의 스페이서를 설치하고, 리드부재의 적어도 일단부에 외부 리드를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 태양전지 어레이는 평판형상으로 구성되며,
    이들 복수의 태양전지 어레이의 양면측을 막는 평행한 한 쌍의 패널부재를 설치하고, 상기 한 쌍의 패널부재 사이에 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 리드부재를 수지시일하는 투명합성수지를 충전하고, 적어도 태양광 입사측의 패널부재를 투명재료로 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 태양전지 어레이는 매트릭스의 행방향으로 복수 등분한 하나 또는 복수의 변곡점에 있어서 연속되는 복수의 부분원통면 형상, 또는 하나의 부분원통면 형상으로 구성되며,
    이들 복수의 태양전지 어레이의 태양광 입사측의 면을 막고 또한 상기 하나 또는 복수의 부분원통면을 따르는 형상인 투명재료로 제작된 제 1 만곡패널부재와, 복수의 태양전지 어레이의 태양광 입사측과 반대되는 측의 면을 막고 또한 상기 하나 또는 복수의 부분원통면을 따르는 형상인 제 2 만곡패널부재를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 리드부재를 수지시일하는 투명합성수지를 충전한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 매트릭스의 행방향에 있어서의 리드부재의 하나 또는 복수의 중도부에 상기 리드편과 동일한 하나 또는 복수의 중간리드편이 일체로 형성되며, 각 행의 하나 또는 복수의 중간리드편에 대응하는 바이패스 다이오드를 설치한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 패널부재 사이에 끼움부착된 복수의 리드편에 의해, 한 쌍의 패널부재 사이의 간격을 설정하도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 끼움부착된 복수의 리드편에 의해, 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이의 간격을 설정하도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 리드편의 외측단부에, 태양전지 모듈의 조립시에 외부의 안내부재에 걸림결합시키기 위한 걸림결합부를 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 패널부재 중, 태양광의 입사측과 반대되는 측의 패널부재의 내면 또는 외면에 반사막 또는 장식을 한 프린트막을 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  13. 복수 행/복수 열의 매트릭스형상으로 배치되고 또한 광전변환기능을 가지는 복수의 구형상 반도체 소자를 가지며, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자를 그들의 도전방향을 매트릭스의 열방향으로 일치시켜서 리드부재를 통해 병렬접속한 태양전지 어레이로 구성된 태양전지 모듈을 제조하는 태양전지 모듈의 제조방법으로서,
    p형 또는 n형의 구형상 반도체와 이 구형상 반도체의 표층부에 형성된 부분구면형상의 pn접합을 각각 가지는 복수의 구형상 반도체 소자를 미리 준비하고, 또한 상기 구형상 반도체 소자와 동일한 크기의 구형상인 복수의 바이패스 다이오드를 미리 준비하는 제 1 공정과,
    얇은 금속시트에 복수 행/복수 열로 슬릿형상의 복수의 개구부를 형성하고, 행방향 양단부와 각 열 사이에 열방향으로 연속되는 밴드부를 형성하는 동시에, 복수의 각 개구부 사이에 구형상 반도체 소자의 반경 이하의 협폭인 복수의 리드 스트링을 형성하는 제 2 공정과,
    상기 복수의 각 리드 스트링 상에 복수의 구형상 반도체 소자를 접속하기 위한 반고체 상태의 제 1 도전접속재료를 복수의 스폿형상으로 도포하는 동시에, 상기 밴드부에 있어서의 복수의 리드 스트링에 대응하는 부위에, 바이패스 다이오드를 각각 접속하기 위한 반고체 상태의 제 2 도전접속재료를 스폿형상으로 도포하는 제 3 공정과,
    상기 복수의 제 1 도전접속재료에 복수의 구형상 반도체 소자의 양극 또는 음극을 각각 접속하는 동시에, 상기 복수의 제 2 도전접속재료에 복수의 바이패스 다이오드의 음극 또는 양극을 각각 접속하는 제 4 공정과,
    상기 복수의 리드 스트링 상의 복수의 구형상 반도체 소자의 꼭대기부에 각각 스폿형상으로 제 1 도전접속재료를 도포하는 동시에, 상기 복수의 밴드부 상의 복수의 바이패스 다이오드의 꼭대기부에 각각 스폿형상으로 제 2 도전접속재료를 도포하는 제 5 공정과,
    상기 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 배치한 얇은 금속시트를 가열하여, 제 1 및 제 2 도전접속재료를 고화시켜 제 1 및 제 2 도전접속부로 하는 제 6 공정과,
    상기 얇은 금속시트의 밴드부를 각 리드 스트링 사이의 중간에 대응하는 위치에서 분단하여 리드편으로 함으로써, 각 행의 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드와 1개의 리드부재를 포함하는 태양전지 서브어레이를 제작하는 제 7 공정과,
    상기 태양전지 서브어레이에 있어서의 복수의 구형상 반도체 소자의 꼭대기부의 제 1 도전접속부와, 복수의 바이패스 다이오드의 꼭대기부의 제 2 도전접속부에 도전접착재를 도포하는 제 8 공정과,
    소정의 조립 지그의 한 쌍의 안내부에 의해, 상기 태양전지 서브어레이의 양단의 한 쌍의 리드편을 안내하면서, 복수의 태양전지 서브어레이를 순차로 적층해나감으로써 복수의 구형상 반도체 소자와 복수의 바이패스 다이오드를 복수 행/복수 열의 매트릭스형상 셀 집합체로 조립하는 제 9 공정과,
    상기 매트릭스형상 셀 집합체를 가열처리함으로써, 도전접착재를 고화시키는 제 10 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 10 공정 다음에, 상기 매트릭스형상 셀 집합체를 적어도 일방이 투명한 한 쌍의 패널부재 사이에 배치하는 동시에 한 쌍의 패널부재 사이에 투명합성수지를 충전하고, 이후 가열처리하는 제 11 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 공정에서, 상기 슬릿형상의 개구부로서 원호형상의 개구부를 형성하는 동시에, 각 열의 리드 스트링을 원호형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 10 공정에 이어서, 상기 매트릭스형상 셀 집합체를 적어도 일방이 투명한 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 배치하는 동시에 제 1 및 제 2 만곡패널부재 사이에 투명합성수지를 충전하고, 이후 가열처리하는 제 11 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
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