KR20110099061A - 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

태양 전지 모듈로서, 제1 전극층(13), 발전층(14) 및 제2 전극층(16)이 차례대로 적층된 적층체(12)를 포함하고, 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀(21); 복수의 상기 태양 전지 셀(21) 중에서 서로 인접하는 태양 전지 셀(21)을 구획하는 스크라이브선(20); 상기 발전층(14)과 상기 제2 전극층(16)을 관통하도록 형성된 스크라이브공(30); 상기 스크라이브공(30)의 주변에 생긴 션트 영역(31)으로 이루어지는 바이패스 경로;를 포함한다.

Description

태양 전지 모듈 및 그 제조 방법{Solar cell module and method for manufacturing same}
본 발명은 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2009년 3월 10일에 출원된 특원 2009-056777호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
에너지의 효율적인 이용의 관점에서 최근 태양 전지는 점점 널리 일반적으로 이용되고 있다. 특히, 실리콘 단결정을 이용한 태양 전지는 단위면적당 에너지 변환 효율이 뛰어나다. 그러나, 한편으로 실리콘 단결정을 이용한 태양 전지는 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이스한 실리콘 웨이퍼를 이용하기 때문에, 잉곳의 제조에 대량의 에너지가 소비되어 제조 비용이 높다. 특히, 옥외 등에 설치되는 대면적의 태양 전지를 실현하는 경우, 실리콘 단결정을 이용하여 태양 전지를 제조하면 현재로는 상당히 비용이 든다. 그래서, 보다 저렴하게 제조 가능한 아몰퍼스(비정질) 실리콘 박막을 이용한 태양 전지가 저비용의 태양 전지로서 보급되고 있다.
아몰퍼스 실리콘 태양 전지는, 광을 받으면 전자 및 홀을 발생하는 아몰퍼스 실리콘막(i형)이 p형 및 n형의 실리콘막에 의해 개재된 pin접합이라고 불리는 층 구조의 반도체막을 이용하고 있다. 이 반도체막의 양면에는 각각 전극이 형성되어 있다. 태양 광에 의해 발생한 전자 및 홀은 p형·n형 반도체의 전위차에 따라 활발하게 이동하고, 이것이 연속적으로 반복됨으로써 양면의 전극에 전위차가 생긴다.
이러한 아몰퍼스 실리콘 태양 전지의 구체적인 구성으로서는, 예를 들면 유리 기판에 TCO(Transparent Conductive Oxide) 등의 투명 전극을 하부 전극으로서 성막하고, 그 위에 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 반도체막과 상부 전극이 되는 Ag박막 등이 형성된 구성이 채용된다.
이러한 상하 전극과 반도체막으로 이루어지는 광전변환체를 구비한 아몰퍼스 실리콘 태양 전지에서는, 기판 상에 넓은 면적으로 균일하게 각 층을 성막한 것만으로는 전위차가 작고 저항값이 커지는 문제가 있다. 그 때문에, 예를 들면 광전변환체를 소정의 크기마다 전기적으로 구획된 태양 전지 셀을 형성하고, 서로 인접하는 태양 전지 셀을 전기적으로 접속함으로써 아몰퍼스 실리콘 태양 전지가 구성되어 있다.
구체적으로는 기판 상에 넓은 면적으로 균일하게 형성한 광전변환체에 레이저 광 등을 이용하여 스크라이브선(스크라이브 라인)이라고 불리는 홈을 형성하고, 단책(短冊)형상의 복수의 태양 전지 셀을 얻어 이 태양 전지 셀이 전기적으로 직렬로 접속된 구조가 채용된다.
그런데, 복수의 태양 전지 셀이 직렬로 접속되어 있는 박막계 실리콘 태양 전지에서는, 복수의 태양 전지 셀 중에서 일부의 태양 전지 셀에서의 출력(발전량)이 저하되면 박막계 실리콘 태양 전지 모듈 전체의 출력이 현저하게 저하된다. 예를 들면, 태양 전지 셀의 제조 공정에 있어서, 파티클이 혼입되거나 전극이 불균일하게 형성되거나 전극에 불량이 생기거나 한 경우, 또는 광 입사면에 쓰레기가 놓이거나 광 입사면이 그림자로 덮이거나 한 경우에, 박막계 실리콘 태양 전지 모듈 전체의 출력이 저하된다. 또, 출력이 저하되는 태양 전지 셀은 복수의 태양 전지 셀로 이루어지는 직렬 회로에서의 저항이 되고, 그 태양 전지 셀의 양단에는 역방향으로 전압(바이어스 전압)이 인가된다. 이 경우, 태양 전지 셀 내의 결함 장소에 전류가 집중되어 국소적으로 가열하는 현상(핫 스폿 현상)이 발생되어 버린다. 이러한 국소적으로 발생하는 열에 기인하여 태양 전지 셀의 광기전력을 잃어버려 태양 전지 셀이 파괴되는 문제가 있다.
종래 출력의 저하와 핫 스폿 현상을 회피하기 위해, 박막 실리콘 태양 전지 모듈에 바이패스 다이오드를 병렬로 접속함으로써 광기전력을 잃어버린 태양 전지 셀에 인가되는 전압을 저감시키고, 광기전력을 잃어버린 태양 전지 셀의 파괴를 방지하는 방법(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이 알려져 있다. 또, 스크라이브선에 평행하게 부분적 스크라이브선을 만드는 기술(예를 들면, 특허문헌 2 참조) 등이 알려져 있다.
그러나, 이들 기술에서는 제조 공정의 수가 증가하고, 복수의 바이패스 다이오드를 병렬 접속함으로써 비용이 증가하는 등의 문제가 있었다.
특허문헌 1: 특개 2001-068696호 공보 특허문헌 2: 특개 2002-76402호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 복잡한 구조가 불필요하고, 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈 제조에서의 공정의 수를 늘리지 않고 기설의 장치에서 이용할 수 있어 비용을 삭감할 수 있고, 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈을 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양의 태양 전지 모듈은 제1 전극층, 발전층 및 제2 전극층이 차례대로 적층된 적층체를 포함하고, 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀; 복수의 상기 태양 전지 셀 중에서 서로 인접하는 태양 전지 셀을 구획하는 스크라이브선; 상기 발전층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성된 레이저 스크라이브공; 상기 레이저 스크라이브공의 주변에 생긴 션트 영역으로 이루어지는 바이패스 경로;를 포함한다.
본 발명의 제1 태양의 태양 전지 모듈은, 상기 발전층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성된 복수의 레이저 스크라이브공(孔)을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 복수의 레이저 스크라이브공이 배열하는 방향은 스크라이브선에 평행한 방향이어도 되고, 스크라이브선에 직교하는 방향이어도 되며, 스크라이브선에 대해 소정의 각도로 교차하는 방향이어도 된다.
본 발명의 제2 태양의 태양 전지 모듈의 제조 방법은 기판 상에 제1 전극층, 발전층 및 제2 전극층이 차례대로 적층된 적층체를 형성하고, 스크라이브선을 형성함으로써 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀을 형성하며, 상기 발전층 및 제2 전극층의 일부에 레이저 광을 조사함으로써 상기 발전층과 상기 제2 전극층을 관통하는 스크라이브공을 형성하고, 상기 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 열에 의해 상기 발전층 및 제2 전극층의 가공 단면에 생긴 션트 영역으로 이루어지는 바이패스 경로를 형성한다.
또, 본 발명에서의 「태양 전지 모듈」은 단일의 발전층을 가지는 싱글 셀에 한정되지 않고, 복수의 발전층이 적층된 다접합 셀도 포함한다.
또한, 「가공 단면」이란 레이저 광의 조사 방향에 대략 평행한 면이다. 또한, 션트 영역은 기판에 평행한 방향에서 가공 단면으로부터 발전층 및 제2 전극층의 내측으로 향하여 형성된 영역이다. 이러한 션트 영역은 가공 단면의 근방에 형성되어 있고, 기판에 평행한 방향에서 소정의 깊이를 가진다. 이 션트 영역에서는, 발전층보다 낮은 저항으로 제1 전극층과 상기 제2 전극층이 접속되어 있거나 또는 제1 전극층, 발전층 및 제2 전극층이 전기적으로 합선되어 있다.
본 발명의 태양 전지 모듈은 발전층과 제2 전극층을 관통하도록 형성된 레이저 스크라이브공을 포함한다.
이에 의해, 복수의 태양 전지 셀 중 하나에 결함이 생겨 출력이 저하된 경우이어도, 레이저 스크라이브공 주변에 생긴 션트 영역이 바이패스 경로로서 작용하기 때문에 바이패스 경로에 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이 때문에, 출력이 저하된 태양 전지 셀에 인가되는 전압을 저감시켜 출력이 저하된 태양 전지 셀이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 태양 전지 모듈에서는 복잡한 구조가 불필요하고, 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 태양 전지 모듈에서는, 레이저 광을 조사함으로써 발전층 및 제2 전극층의 일부를 제거하고 레이저 스크라이브공을 형성하고 있다.
이 방법에 의해 얻어지는 태양 전지 모듈에 있어서, 레이저 스크라이브공을 형성할 때에 발생하는 열에 의해 발전층 및 제2 전극층의 가공 단면에 션트 영역이 형성된다.
그 결과, 본 발명의 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 공정의 수를 늘리지 않고 이미 설치된 장치에서 이 제조 방법을 이용할 수 있어 비용을 삭감할 수 있고, 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈을 도시하는 확대 사시도.
도 2a는 도 1에 도시된 태양 전지 모듈을 도시하는 단면도.
도 2b는 도 2a에 도시된 태양 전지 모듈을 도시하는 확대 단면도.
도 2c는 도 1에 도시된 태양 전지 모듈을 도시하는 단면도.
도 3a는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시하는 단면도.
도 3b는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시하는 단면도.
도 3c는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시하는 단면도.
도 3d는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시하는 단면도.
도 3e는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시하는 단면도.
도 3f는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시하는 단면도.
이하, 본 발명에 관한 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법의 실시형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다.
또, 각 도면에서는 각 구성 요소를 도면 상에서 인식할 수 있는 정도의 크기로 하기 때문에, 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 아몰퍼스 실리콘형 태양 전지 모듈을 도시하는 확대 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 태양 전지 모듈의 층 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2a는 도 1의 X1-X2선에 따른 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 부호 A로 나타난 부분을 도시하는 확대 단면도이다. 도 2c는 도 1의 Y1-Y2선에 따른 단면도이다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈(10)은, 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀(21)이 기판(11)의 제1면(11a) 상에 형성된 구성을 포함한다. 태양 전지 셀(21)은 제1 전극층(13), 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)을 차례대로 적층된 적층체(12)를 포함한다. 복수의 태양 전지 셀(21) 중에서 서로 인접하는 태양 전지 셀에는 스크라이브선(20)이 형성되어 있다. 스크라이브선(20)은 제1 전극층(13) 상에 형성되어 있고, 이에 따라 복수의 태양 전지 셀(21)이 구획되어 있다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈(10)에서는 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)을 관통하도록 형성된 레이저 스크라이브공(30)(스크라이브공)이 형성되어 있다. 레이저 스크라이브공(30)의 주변에는 션트 영역(31)이 생겨 있고, 션트 영역(31)으로 이루어지는 바이패스 경로가 설치되어 있다.
이에 의해, 복수의 태양 전지 셀 중 하나에 결함이 생겨 출력이 저하된 경우이어도, 레이저 스크라이브공(30) 주변에 생긴 션트 영역(31)이 바이패스 경로로서 작용하기 때문에 바이패스 경로에 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이 때문에, 출력이 저하된 태양 전지 셀에 인가되는 전압을 저감시켜 출력이 저하된 태양 전지 셀이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
그 결과, 본 실시형태의 태양 전지 모듈(10)에서는 복잡한 구조가 불필요하고, 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 우수한 신뢰성을 얻을 수 있다.
기판(11)은, 예를 들면 유리 또는 투명 수지 등 태양 광의 투과성이 뛰어나면서 내구성을 가지는 절연 재료로 이루어진다. 이 태양 전지 모듈(10)에서는, 제1면(11a)과는 반대쪽인 기판(11)의 제2면(11b)에 태양 광(S)이 입사된다.
적층체(12)에서는 기판(11)의 제1면(11a) 상에 제1 전극층(하부 전극)(13), 발전층(반도체층)(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(상부 전극)(16)이 차례대로 적층되어 있다.
제1 전극층(하부 전극)(13)은 투명한 도전 재료, 예를 들면 SnO2, ITO, ZnO 등의 광 투과성의 금속 산화물로 형성되어 있다.
발전층(반도체층)(14)은, 예를 들면 도 2b에 도시된 바와 같이 p형 아몰퍼스 실리콘막(14p)과 n형 아몰퍼스 실리콘막(14n) 사이에 i형 아몰퍼스 실리콘막(14i)이 개재된 pin접합 구조를 가진다.
발전층(14)에 태양 광이 입사하면 전자 및 홀이 생겨, p형 아몰퍼스 실리콘막(14p)과 n형 아몰퍼스 실리콘막(14n) 사이에서 전자 및 홀이 활발화된다. 이 작용이 연속적으로 반복됨으로써 제1 전극층(13)과 제2 전극층(16) 사이에 전위차가 생긴다(광전변환).
또한, 발전층(14)과 발전층(14)의 상방에 형성되는 제2 전극층(16) 사이에는 버퍼층(15)이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 발전층(14)과 제2 전극(16) 사이에 버퍼층(15)이 배치됨으로써, 제2 전극(16)으로부터 발전층(14) 중에 실리콘이 확산되어 반응하는 것을 억제할 수 있다. 이러한 버퍼층(15)의 재료는 예를 들면 ZnO 등이다.
제2 전극층(상부 전극)(16)은, 예를 들면 Ag(은) 또는 Al(알루미늄) 등의 도전성을 가지는 광 반사막으로 이루어진다. 이 제2 전극층(16)은, 예를 들면 스퍼터법 등의 성막법을 이용하여 형성할 수 있다.
이러한 적층체(12)는 스크라이브선(20)을 형성함으로써 복수의 적층체로 분할되어 있다. 이에 따라, 예를 들면 단책 형상의 외형을 가지는 복수의 태양 전지 셀(21)이 기판(11) 상에 형성되어 있다. 복수의 태양 전지 셀(21)은 전기적으로 구획되고, 서로 인접하는 태양 전지 셀(21)이 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 이러한 구성에서는, 상기 적층체(12)를 가지는 복수의 태양 전지 셀(21)의 전부가 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 이에 따라, 높은 전위차 및 높은 전류량을 가지는 전력을 얻을 수 있다.
스크라이브선(20)은, 예를 들면 기판(11)의 제1면(11a)에 균일하게 적층체(12)를 형성한 후, 레이저 광 등을 적층체(12)에 조사함으로써 형성된다. 이에 따라, 소정의 간격을 가지는 홈이 적층체(12)에 형성된다.
특히, 본 실시형태의 태양 전지 모듈(10)에서는, 도 1 및 도 2c에 도시된 바와 같이 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)을 관통하도록 복수의 레이저 스크라이브공(30)이 형성되어 있다. 레이저 스크라이브공(30)의 주변에 션트 영역(31)이 생겨 있고, 이에 따라 바이패스 경로가 설치되어 있다.
복수의 레이저 스크라이브공(30)은, 도 1에 도시된 바와 같이 스크라이브선(20)과 평행한 선 상에 배열되어 있다.
종래의 태양 전지 셀에서는, 광 입사면(제2면(11b))에 쓰레기가 놓이거나 이 광 입사면이 그림자로 덮이거나 한 경우에 태양 전지 모듈 전체의 출력이 저하된다. 또, 출력이 저하되는 태양 전지 셀은 복수의 태양 전지 셀로 이루어지는 직렬 회로에서의 저항이 되고, 그 태양 전지 셀의 양단에는 역방향으로 전압(바이어스 전압)이 인가된다. 이 경우, 태양 전지 셀 내의 결함 장소에 전류가 집중되어 국소적으로 가열하는 현상(핫 스폿 현상)이 발생되어 버린다.
이에 대해, 본 실시형태의 태양 전지 모듈(10)에서는 션트 영역(31)이 바이패스 경로로서 기능하기 때문에, 태양 전지 셀에서 생긴 역전압의 전부가 국소적으로 집중되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 핫 스폿이 형성되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 레이저 스크라이브공(30)이 형성되는 위치, 레이저 스크라이브공(30)의 형상, 레이저 스크라이브공(30)의 크기 등을 한정하지 않는다.
레이저 스크라이브공(30)을 형성하는 공정에서의 조건에 의존하여 태양 전지의 곡선 인자(FF)가 저하되는 경우가 있다. 예를 들면, 필요 이상으로 스크라이브공(30)의 수를 증가하면 특성이 저하되어 버린다. 이 때문에, 핫 스폿 내성이 얻어지도록, 예를 들면 FF값이 FF≥0.60의 범위가 되도록 스크라이브공(30)의 개수와 스크라이브공(30)이 형성되는 위치를 결정하는 것이 바람직하다.
구체적으로 예를 들면 복수의 레이저 스크라이브공(30)이 적층체(12)에 형성되고, 복수의 상기 스크라이브공이 선형상으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 특성을 저하시키지 않고 핫 스폿이 형성되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
다음에, 상술한 구성을 가지는 태양 전지 모듈(10)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시형태에 관한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 단면도이다. 도 3a 내지 도 3f 각각은 도 1의 Y1-Y2선에 따른 단면도에 대응한다.
본 실시형태의 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 레이저 광을 조사함으로써 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)의 일부가 제거되고 레이저 스크라이브공(30)이 형성되어 있다. 또, 레이저 광 조사시에 발생하는 열에 의해 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)의 가공 단면(rd)에 션트 영역(31)이 생겨 있다. 이 션트 영역(31)은 바이패스 경로로서 기능한다.
그 결과, 본 실시형태의 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 태양 전지 모듈 제조에서의 공정의 수를 늘리지 않고 기존 설치된 장치에서 이 제조 방법을 이용할 수 있어 비용을 삭감할 수 있고, 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 태양 전지 모듈(10)을 제조하는 것이 가능하다. 이하, 공정순으로 설명한다.
(1) 우선, 기판(11)을 준비한다.
기판(11)은, 예를 들면 유리 또는 투명 수지 등 태양 광의 투과성이 뛰어나면서 내구성을 가지는 절연 재료로 이루어진다.
(2) 다음에, 도 3a에 도시된 바와 같이 기판(11)의 제1면(11a) 상에 제1 전극층(13)을 형성한다.
이 제1 전극층(13)은 광투과성을 가지는 금속 산화물, 예를 들면 AZO(Al을 첨가한 ZnO), GZO(Ga를 첨가한 ZnO) 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide)로 이루어지는 TCO 전극이다.
(3) 다음에, 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 전극층(13) 상에 발전층(14)의 p형 아몰퍼스 실리콘막(14p), i형 아몰퍼스 실리콘막(14i) 및 n형 아몰퍼스 실리콘막(14n)을 형성한다(도 2b 참조). 이들 막(14p, 14i, 14n) 각각은 각 막을 형성하기 위한 전용 플라즈마 CVD 반응실 내에서 형성된다.
p형 아몰퍼스 실리콘막(14p)은 반응실 내에서 플라즈마 CVD법에 의해 형성된다. 성막 조건으로서는, 예를 들면 기판 온도가 180-200℃, 전원 주파수가 13.56MHz, 반응실 내 압력이 70~120Pa로 설정된다. 또한, 반응 가스 유량의 조건으로서는 모노실란(SiH4)이 300sccm, 수소(H2)가 2300sccm, 수소를 희석 가스로서 포함하는 디보란(B2H6/H2)이 180sccm 및 메탄(CH4)이 500sccm으로 설정된다.
i형 아몰퍼스 실리콘막(14i)은 반응실 내에서 플라즈마 CVD법에 의해 형성된다. 성막 조건으로서는, 예를 들면 기판 온도가 180~200℃, 전원 주파수가 13.56MHz, 반응실 내 압력이 70~120Pa로 설정된다. 또한, 반응 가스 유량의 조건으로서는 모노실란(SiH4)이 1200sccm으로 설정된다.
n형 아몰퍼스 실리콘막(14n)은 반응실 내에서 플라즈마 CVD법에 의해 형성된다. 성막 조건으로서는, 예를 들면 기판 온도가 180~200℃, 전원 주파수가 13.56MHz, 반응실 내 압력이 70~120Pa로 설정된다. 또한, 반응 가스 유량의 조건으로서는 수소를 희석 가스로서 포함하는 포스핀(PH3/H2)이 200sccm으로 설정된다.
(4) 다음에, 도 3c에 도시된 바와 같이 발전층(14) 상에 버퍼층(15) 및 제2 전극(16)을 스퍼터법에 의해 차례대로 형성한다. 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)은, 예를 들면 인라인형 스퍼터 장치를 이용하여 같은 장치 내에서 연속하여 형성(성막)된다. 또한, 제2 전극층(16) 상에 예를 들면 스퍼터법 등을 이용하여 보호층(17)을 형성해도 된다.
(5) 다음에, 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극층(16)으로 향하여 예를 들면 레이저 광선 등을 조사하여 스크라이브선(스크라이브 라인)(20)을 형성한다. 이에 의해, 적층체(12)는 복수의 적층체로 분할되어 있고, 이에 따라 단책형상의 복수의 태양 전지 셀(21)이 얻어진다.
복수의 태양 전지 셀(21)은 서로 전기적으로 구획되어 있다. 또한, 서로 인접하는 태양 전지 셀(21)은 전기적으로 직렬로 접속된다.
(6) 다음에, 도 3d 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 제2면(11b)에서의 소정의 부위에 레이저 광(r)을 조사함으로써 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극(16)을 제거하고 레이저 스크라이브공(30)을 형성한다. 구체적으로 제2면(11b) 상(제1 전극층(13) 상)을 레이저 광(r)의 조사 스폿(rp)으로 스캔함으로써, 이 부위에 대응하는 위치에 형성되어 있는 발전층(14), 버퍼층(15) 및 제2 전극(16)이 제거된다. 복수의 레이저 스크라이브공(30)은 스크라이브선(20)에 평행한 방향으로 배열되어 있다.
레이저광(r)으로서는, 예를 들면 IR 레이저광이 이용된다. 적외광을 발진하는 레이저광 발진기를 이용함으로써, IR(InfraRed) 레이저광을 발생시켜 기판(11)의 제2면(11b)에 레이저광을 조사할 수 있다.
적외광은 파장 780nm보다 긴 광으로 열선이라고도 불린다. 적외광은 큰 열작용을 일으키는 광이다.
이 IR 레이저광으로서는 CO2 레이저광 또는 YAG 레이저광(Yttrium Aluminum Garnet Laser)이 이용된다. YAG 레이저광을 이용하는 경우에는, IR 레이저광은 기본파(파장 1064nm)이고, 그 스폿(rp)의 직경을 예를 들면 60μm 이상으로 크게 할 수 있다.
IR 레이저광을 조사함으로써, 상기 발전층(14), 버퍼층(15), 제2 전극(16) 및 보호층(17)을 에칭하면, 이들 층(14, 15, 16, 17)의 가공 단면(rd)에 손상이 생긴다. 구체적으로 레이저광 조사시에 발생하는 열에 기인하여 층(14, 15, 16, 17)으로부터 증발하여 제거된 파티클이 가공 단면(rd)에 부착된다. 이러한 파티클은 주로 TCO이다. 또한, 발전층(14)이 흡수하는 파장에 적외파장이 포함되는 것에 기인하여 일렉트로마이그레이션 등의 손상도 생긴다. 이와 같이, 층(14, 15, 16, 17)의 가공 단면(rd)에 손상이 생김으로써 층(14, 15, 16, 17)이 서로 전기적으로 합선되어 있는 합선부가 형성되고, 즉 션트 영역(31)이 형성된다.
마지막으로, 도 3f에 도시된 바와 같이 도 1 및 도 2a 내지 도 2c에 도시된 태양 전지 모듈(10)이 얻어진다.
또, 상술한 태양 전지 모듈(10)의 제조 방법에서는 복수의 레이저 스크라이브공(30)은 스크라이브선(20)에 평행한 방향으로 배열되어 있는데, 복수의 레이저 스크라이브공(30)이 배열하는 방향은 스크라이브선(20)에 직교하는 방향이어도 되고, 스크라이브선에 대해 소정의 각도로 교차하는 방향이어도 된다.
이와 같이 하여 제조된 태양 전지 모듈(10)에서는, 복수의 태양 전지 셀 중 하나에 결함이 생겨 출력이 저하된 경우이어도, 레이저 스크라이브공 주변에 생긴 션트 영역이 바이패스 경로로서 작용하기 때문에 바이패스 경로에 전류를 흘려 보낼 수 있다. 이 때문에, 출력이 저하된 태양 전지 셀에 인가되는 전압을 저감시켜 출력이 저하된 태양 전지 셀이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 태양 전지 모듈(10)에서는 출력이 저하되는 것을 방지하고 핫 스폿 현상을 방지할 수 있어 우수한 신뢰성을 얻을 수 있다.
실시예
다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
이 실시예에서는 이하와 같이 태양 전지 모듈을 제작하고 있다.
우선, 투명 기판 상에 제1 전극층을 형성하였다.
다음에, 제1 전극층 상에 p형 아몰퍼스 실리콘막, i형 아몰퍼스 실리콘막 및 n형 아몰퍼스 실리콘막 각각을 각 막을 형성하기 위한 전용 플라즈마 CVD 반응실 내에서 형성하여 발전층을 형성하였다.
다음에, 발전층을 레이저 조사에 의해 분리한 후에, 발전층 상에 스퍼터법을 이용하여 버퍼층 및 제2 전극층을 차례대로 형성하였다. 다음에, 제1 전극층, 발전층 및 제2 전극층으로 향하여 레이저 광선을 조사하여 스크라이브선(스크라이브 라인)을 형성하였다.
다음에, 발전층, 버퍼층 및 제2 전극을 관통하도록 레이저 스크라이브공을 형성하였다.
이하에, 실시예 1~8 및 비교예에서의 레이저 스크라이브공을 형성하는 조건에 대해 설명한다.
(실시예 1~4)
YAG 레이저광(파장 1064nm)을 이용하여 레이저 스크라이브공을 형성하였다.
빔 직경은 45μm이다. 레이저광 조사 조건은 0.7~1.0(J/㎠)이다. 실시예 1~4에서는 스크라이브선에 평행한 방향으로 복수의 레이저 스크라이브공을 형성하였다. 복수의 레이저 스크라이브공의 간격은 표 1에 나타나 있다.
(실시예 5~8)
YAGSHG 레이저광(Aluminum Garnet Second Harmonic Generation Laser, 파장 532nm)을 이용하여 레이저 스크라이브공을 형성하였다. 빔 직경은 45μm이다. 레이저광 조사 조건은 0.7~1.0(J/㎠)이다. 실시예 5~8에서는 스크라이브선에 평행한 방향으로 복수의 레이저 스크라이브공을 형성하였다. 복수의 레이저 스크라이브공의 간격은 표 1에 나타나 있다.
(비교예)
비교예에서는 레이저 스크라이브공을 형성하지 않았다.
실시예 1~8의 태양 전지 모듈 및 비교예의 태양 전지 모듈에 대해 핫 스폿 시험을 행하였다.
태양 전지 모듈 각각의 평가 방법으로서는, IEC-61646(2008)의 핫 스폿 내성 시험(이하, HS시험이라고도 부름)을 행하기 전의 FF값과 HS시험을 행한 후의 FF값을 비교하였다.
평가 결과를 표 1에 나타낸다.

 레이저
종류		 빔 직경
[μm]		 도트 간격
[μm]		 FF값 범위
초기값 HS시험 후
실시예 1 YAG 45 50 0.65-0.73 0.6-0.7
실시예 2 YAG 45 100 0.65-0.73 0.6-0.68
실시예 3 YAG 45 200 0.65-0.73 0.6-0.68
실시예 4 YAG 45 500 0.65-0.73 0.6-0.65
실시예 5 YAGSHG 45 50 0.65-0.73 0.6-0.7
실시예 6 YAGSHG 45 100 0.65-0.73 0.6-0.68
실시예 7 YAGSHG 45 200 0.65-0.73 0.6-0.68
실시예 8 YAGSHG 45 500 0.65-0.73 0.6-0.65
비교예 없음 - - 0.65-0.73 0.45-0.6
표 1로부터 명백한 바와 같이, 레이저 스크라이브공을 형성하지 않은 비교예의 태양 전지 모듈에 있어서, HS시험을 행하기 전의 FF값(초기값)과 HS시험을 행한 후의 FF값을 비교하면 FF값이 크게 열화되어 있는 것이 확인되었다.
이에 대해, 레이저 스크라이브공을 형성한 실시예 1~8의 태양 전지 모듈에 있어서, HS시험을 행하기 전의 FF값(초기값)과 HS시험을 행한 후의 FF값을 비교하면 FF값의 열화가 대폭적으로 억제되어 있는 것이 확인되었다.
이와 같이 실시예 1~8에서 FF값의 열화를 억제할 수 있는 이유는, 레이저 스크라이브공 주변에 생긴 션트 영역이 바이패스 경로로서 기능하고 있다고 생각된다.
이상, 본 발명의 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 대해 설명하였지만, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태에 한정되지 않고 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.
상기 태양 전지 모듈에서는 모듈 구조로서 단일의 발전층을 가지는 싱글 셀 구조를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이 구조에 한정되지 않는다. 복수의 발전층이 적층된 다접합 셀에서도 본 발명의 구조를 적용할 수 있다.
본 발명은 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 널리 적용 가능하다.
10 태양 전지 모듈, 11 기판, 12 적층체, 13 제1 전극층, 14 발전층, 15 버퍼층, 16 제2 전극층, 20 스크라이브선, 21 태양 전지 셀, 30 레이저 스크라이브공, 31 션트 영역

Claims (3)

  1. 태양 전지 모듈로서,
    제1 전극층, 발전층 및 제2 전극층이 차례대로 적층된 적층체를 포함하고, 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀;
    복수의 상기 태양 전지 셀 중에서 서로 인접하는 태양 전지 셀을 구획하는 스크라이브선;
    상기 발전층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성된 스크라이브공(孔); 및
    상기 스크라이브공의 주변에 생긴 션트 영역으로 이루어지는 바이패스 경로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전층과 상기 제2 전극층을 관통하도록 형성된 복수의 스크라이브공을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  3. 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서,
    기판 상에 제1 전극층, 발전층 및 제2 전극층이 차례대로 적층된 적층체를 형성하고,
    스크라이브선을 형성함으로써 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀을 형성하며,
    상기 발전층 및 제2 전극층의 일부에 레이저 광을 조사함으로써 상기 발전층과 상기 제2 전극층을 관통하는 스크라이브공을 형성하고,
    상기 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 열에 의해, 상기 발전층 및 제2 전극층의 가공 단면에 생긴 션트 영역으로 이루어지는 바이패스 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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