KR20120037259A - 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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최기원
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Abstract

태양 전지 모듈 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 배치된 투명 전극 배선과, 상기 투명 전극 배선 상에 배치되며, 일면에 돌출부가 형성되어 상기 투명 전극 배선과 접합되는 복수의 태양 전지 셀을 포함한다.

Description

태양 전지 모듈 및 그 제조 방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 플립칩 방식을 이용하여 두께가 얇은 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지 셀은 외부에서 들어온 빛에 의해 태양 전지 셀의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다. 최근들어 휴대 전화기나 PDA(Personal Digital Assistance)와 같은 휴대용 정보기기의 보조 전원으로 사용할 수 있는 작고, 얇고, 가벼운 고출력 태양 전지 모듈이 연구되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지 셀(20)을 포함하여 구성되며, 태양 전지 셀(20)은 PCB 기판(10) 상에 배치되고, 태양 전지 셀(20)은 투명 수지(60) 등에 의해 보호되며 상기 투명 수지(60) 상부에는 외부 충격 등으로부터 내부를 보호할 수 있도록 유리패널(70)과 같은 구성요소가 포함되어 있다.
태양 전지 셀(20)이 빛을 받아 발생시킨 전류는 태양 전지 셀(20)과 PCB 기판(10)을 연결하는 와이어(25)에 의해 PCB 기판(10)으로 이동하고, PCB 기판(10)에 제1 금속층(30), 비아홀(50) 및 제2 금속층(40)이 순차적으로 적층되어, 외부로 노출되는 제2 금속층(40)에 서로 다른 극을 가지는 외부접촉단자가 형성되어, 생산된 전류를 외부로 공급하게 된다. 와이어(25)는 태양 전지 셀(20)과 PCB 기판(10)을 연결하여 전자 및 정공이 원활히 이동될 수 있도록 전도성이 뛰어난 구리 또는 금으로 제작될 수 있다.
한편, 상기와 같이 태양 전지 셀(20)과 PCB 기판(10)을 와이어 본딩함으로써, 와이어(25)가 차지하는 공간만큼의 여유공간이 필요하게 된다. 특히, 태양 전지 셀(20)과 PCB 기판(10) 사이를 와이어(25)로 연결할 경우, 태양 전지 셀(20)의 위로 와이어(25)가 돌출되게 된다. 따라서, 와이어(25)가 태양 전지 셀(20)을 보호하기 위해 사용되는 투명 수지(60)에 충분히 침식되도록 충분한 두께로 형성될 필요가 있어서, 태양 전지 모듈의 두께를 얇게 제작하는데 어려우며, 이는 최근 전자제품의 경량화 및 초박화 추세에 부응하는데 한계를 가진다.
본 발명이 해결하려는 과제는 와이어 본딩 방법을 대체함으로써 얇은 두께로 제작가능한 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 PCB 기판을 제거하여 얇은 두께로 제작가능한 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 배치된 투명 전극 배선과, 상기 투명 전극 배선 상에 배치되며, 일면에 돌출부가 형성되어 상기 투명 전극 배선과 접합되는 복수의 태양 전지 셀을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 투명 기판 상에 투명 전극 배선을 형성하는 단계와, 일면에 돌출부가 형성된 복수의 태양 전지 셀을 제공하는 단계와, 상기 투명 전극 배선과 상기 돌출부의 사이에 이방성 도전성 필름을 제공하는 단계와, 상기 돌출부가 형성된 태양 전지 셀을 상기 투명 전극 배선을 향해 가압하여 열압착하는 단계와, 상기 이방성 도전성 필름이 일부 융해되었다가 경화되어 상기 돌출부와 상기 투명 전극 배선을 도통되도록 결합시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 배면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이다.
도 4a는 도 3a에서 세로 배선의 수를 줄인 도면이다.
도 4b는 도 3b에서 세로 배선의 수를 줄인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6 내지 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 2 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이고, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 배면도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 평면도이고, 도 4a는 도 3a에서 세로 배선의 수를 줄인 도면이고, 도 4b는 도 3b에서 세로 배선의 수를 줄인 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 투명 기판(100)과, 상기 투명 기판(100) 상에 배치된 투명 전극 배선(200)과, 상기 투명 전극 배선(200) 상에 배치되며, 일면에 돌출부(310)가 형성되어 상기 투명 전극 배선(200)과 접합되는 복수의 태양 전지 셀(300)을 포함한다.
투명 기판(100)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질 즉, 유리, 투명 플라스틱 필름 또는 시트와 같은 투명 재질이고 경우에 따라서는 적용에 적당한 불투명 재질일 수 있다.
구체적으로 투명 플라스틱 필름은 폴리카보네이트(poly carbonate) 계열, 폴리술폰(poly sulfone) 계열, 폴리아크릴레이트(poly acrylate) 계열, 폴리스티렌(poly styrene) 계열, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride) 계열, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol) 계열, 폴리노르보넨(poly norbornene) 계열, 폴리에스테르(poly ester) 계열의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
구체적인 물질의 예를 들면, 투명 기판(100)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(poly ethylene naphthalate) 등으로 이루어질 수 있다. 한편, 플렉서블 장치에 적용 가능하도록 투명하면서도 가요성 재질인 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열, 폴리에테르술폰(polyethersulfone) 계열 또는 폴리아릴레이트(polyarylate) 계열의 재질로 투명 기판(100)을 제작할 수 있다.
본 실시예의 투명 기판(100)에 대응되는 종래의 태양 전지 모듈의 투명 패널은, 태양 전지 셀, PCB 기판 및 이들을 연결하는 와이어를 보호하기 위해 충진되는 투명 수지의 상부에 구비된다. 투명 수지가 외부의 충격으로부터 내부 구성요소를 보호하기에 충분한 강도를 지니지 못하기 때문에, 투명 패널을 경화된 투명 수지 위에 더 구비함으로써, 외부 충격으로부터 내부 구성요소인 태양 전지 셀, PCB 기판 및 와이어를 보호한다.
반면, 본 실시예의 투명 기판(100)은 도 2상으로 하부에 구비되는 태양 전지 셀(300)을 보호하는 기능을 수행함과 동시에, 별도의 와이어 본딩 없이 투명 기판(100) 상에 형성된 투명 전극 배선(200)과 태양 전지 셀(300)이 직접 접합되도록 하는 기능을 수행한다.
따라서, 태양 전지 셀(300) 및 투명 전극 배선(200)을 지지 및 보호할 수 있도록 투명 기판(100)은 경도가 높은 유리 또는 강화유리로 제작될 수 있다.
투명 전극 배선(200)은 투명 기판(100) 위에 형성된다. 투명 전극 배선(200)은 투명 기판(100)과 태양 전지 셀(300)의 사이에 배치되고, 태양광은 도 2에 도시된 바와 같이 투명 기판(100)의 상부에서 조사되기 때문에, 투명 전극 배선(200)이 투명하지 않은 재질 예컨대 구리, 알루미늄 또는 은과 같은 금속 재질로 형성되면, 상기 금속 재질의 불투명한 전극이 기판의 전면(front surface)을 덮으면, 전극의 면적만큼 태양광을 흡수하지 못하여 발생하는 쉐이딩 손실(shading loss)이 증가될 수 있다. 따라서, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 투명 전극 배선(200)이 제작되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 투명 전극 배선(200)은 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 탄소나노튜브 (Carbon Nano Tube; CNT), 나노와이어 (Nanowire) 및 전도성 폴리머 (Conductive Polymer) 중에서 선택된 하나 이상의 물질로 제작될 수 있다. 상기 나열한 물질은 저항이 낮기 때문에 전도성이 뛰어나면서도 광투과율(85% 이상)이 높기 때문에, 투명 전극 배선(200)을 구성하여 후술하는 바와 같이 태양 전지 셀(300)과 전기적으로 연결되어 전자 및 정공을 운반하여 외부로 전원을 운반 및 공급할 수 있다.
특히, 탄소나노튜브와 나노와이어 및 전도성 폴리머는 ITO 및 IZO에 비해 가요성이 뛰어나기 때문에, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈이 플렉서블한 전자제품에 적용될 경우에도 투명 전극 배선(200)으로 사용될 수 있다. 탄소나노튜브의 종류에는 제한이 없으며, SWCNT(Single-Walled CNT), DWCNT(Double-Walled CNT) 및 MWCNT(Multi-Walled CNT) 중에서 하나 이상 혼합하여 투명 전극 배선(200)을 형성할 수 있다.
또한, ITO, IZO, 탄소나노튜브, 나노와이어 및 전도성 폴리머 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 투명 전극 배선(200)을 형성할 수 있다. 즉, 유기용매 및/또는 물에 상기 투명 전도성 물질을 하나 이상 혼합한 후, 분산제 또는 광경화성 물질 등을 첨가하여, 투명 도전성 조성물을 제조한 후 이를 투명 기판(100) 위에 도포하여 코팅한 후 이를 패터닝하여 원하는 투명 전극 배선(200)을 형성할 수 있다.
유기용매로는 통상의 유기용매를 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 알콜류, 케톤류, 글리콜류, 글리콜 에테르류, 글리콜 에테르 아세테이트류, 아세테이트류, 터피네올류 등을 각각 단독으로 사용하거나 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
분산제로는 통상의 분산제를 제한없이 사용할 수 있으며 구체적인 예로서, 소듐 도데실 설페이트(SDS), 트리톤 X(Triton X), Tween20(Polyoxyethyelene Sorbitan Monooleate), CTAB(Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide) 등을 들 수 있다.
투명 전극 배선(200)을 형성하기 위해 투명 기판(100) 위에 상기 조성물을 도포하는 방법으로는 일반적인 코팅방법, 예를 들어 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 필트레이션(filtration)이나 바 코팅(bar coating) 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 바람직하게는 상기의 방법들 중에서 용액의 특성과 사용하는 용도에 따라 적절한 방법을 선정할 수 있다. 이때, 투명 기판(100)은 미리 표면 처리하여 사용할 수 있으며, 표면 처리 방법으로는 예를 들어 O2 플라스마 처리와 같은 공지된 방법들을 제한없이 이용될 수 있다.
태양 전지 셀(300)은 외부에서 들어온 빛에 의해, 태양 전지 셀(300)의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, PN 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 N형 반도체로 이동하고 정공은 P형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.
즉 태양 전지 셀(300)은 태양 빛을 받아 전하를 생성하는 반도체와, 이 반도체의 수광면 측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극으로 구성되고, 경우에 따라 제2 전극은 제1 전극과 다른 면에 위치할 수도 있다.
태양 전지 모듈의 전력을 높이기 위해서, 일정 면적 이상의 태양 전지를 제작할 경우, 대면적의 단일 셀로는 높은 효율을 얻기가 어렵기 때문에, 일반적으로 복수 개의 태양 전지 셀을 연결전극을 사용하여 연결하거나, 단위셀의 내부에 전자를 효율적으로 포집하는 그리드 전극을 삽입한다. 특히, 종래의 태양 전지 모듈은 복수 개의 태양 전지 셀을 연결하기 위해 와이어 본딩 방법을 사용하게 된다. 이와 같은 와이어는 앞서 설명한 바와 같이, 일정한 공간을 차지하기 때문에 태양 전지 모듈을 박형화 하는데 있어서 불리한 측면이 있다.
이를 개선하여 본 실시예의 태양 전지 모듈을 구성하는 태양 전지 셀(300)은 그 일면에 돌출부(310)가 형성되어 있다. 돌출부(310)는 태양 전지 셀(300)의 제1 및 제2 전극과 도통되며, 투명 전극 배선(200)과 접합되어 태양 전지 셀(300)을 투명 기판(100)과 결합시킨다. 투명 전극 배선(200)의 상기 돌출부(310)에 대응되는 위치에는 상기 돌출부(310)와 부합되는 오목부가 형성될 수 있다. 따라서, 태양 전지 셀(300)의 돌출부(310)와 투명 전극 배선(200)의 오목부가 결합되어 플립칩(Flip-Chip) 결합을 이룰 수 있다.
보다 구체적으로, 투명 전극 배선(200)의 오목부와 태양 전지 셀(300)의 돌출부(310) 사이에 이방성 도전성 필름(Anisotropic Conductive Film; ACF)이 개재될 수 있다. 이방성 도전성 필름은 열경화성 수지에 도전성 입자를 분산시킨 것으로서, 오목부와 돌출부 사이에 이방성 도전성 필름을 개재시키고, 이를 열압착 하면, 이방성 도전성 필름이 융해되었다가 이를 냉각시키면 경화되어 오목부와 돌출부 사이를 접착시키게 된다. 이방성 도전성 필름의 내부에는 도전성 입자가 분사되어 있기 때문에, 오목부와 돌출부 사이가 도통되도록 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 다른 태양 전지 모듈은 와이어 본딩을 이용하여 각 태양 전지 셀을 연결하는 방식을 사용하지 않고, 투명 기판(100)에 투명 전극 배선(200)을 형성한 후 상기 투명 전극 배선(200) 위에 태양 전지 셀(300)을 배치함으로써, 별도의 와이어 없이도 각 태양 전지 셀(300)은 서로 전기적으로 연결된다. 따라서, 종래의 태양 전지 모듈에 비해 두께가 얇고 가벼운 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
이어서, 도 3a 및 도 3b를 참고하면, 본 실시예의 투명 전극 배선(200)의 패턴과 태양 전지 셀(300)의 배치가 용이하게 파악될 수 있다. 도 3a는 도 2의 태양 전지 모듈의 배면에서 도시한 도면이고, 도 3b는 도 2의 태양 전지 모듈의 평면에서 도시한 도면이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 투명 기판(100) 위에 투명 전극 배선(200)이 형성된다. 투명 전극 배선(200)의 패턴에는 제한이 없으며, 투명 전극 배선(200)은 각 태양 전지 셀(300)을 전기적으로 연결시키고 외부로부터 접촉할 수 있는 접촉 단자를 제공하는 것을 수행하는 것이므로, 복수로 배열된 태양 전지 셀(300)의 전부 또는 일부를 통과하는 복수의 배선을 포함할 수 있다. 도 3a 및 3b에서는 투명 전극 배선(200)이 ㄷ자 형태로 형성되어 있는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 태양 전지 셀(300)을 서로 연결할 수 있는 범위 내에서 다양한 패턴을 가지며 투명 기판(100) 상에 형성될 수 있다.
특히, 도시된 바와 같이 서로 나란하게 종으로 배열된 경우, 왼쪽 열과 오른쪽 열의 태양 전지 셀(300)이 연결될 수 있도록 투명 전극 배선(200)의 일측단이 횡으로 연결되는 형태일 수 있다. 도시된 예에서는 투명 전극 배선(200)의 상부측단이 횡으로 연결된 형태이다.
한편, 투명 전극 배선(200)의 타측단은 서로 다른 극을 형성하도록 분리되어 있다. 도시된 예에서는 투명 전극 배선(200)의 하부측단이 서로 분리되어 왼쪽 열은 (-) 극을 형성하고 있고, 오른쪽 열은 (+) 극을 형성하고 있다. 따라서, 외부에서 왼쪽 열의 하부측단과 오른쪽 열의 상부측단에 접촉하여 전원을 공급받을 수 있다.
도시된 예에서 투명 전극 배선(200)은 하나의 태양 전지 셀(300)에 6개의 서로 나란한 세로 배선이 통과하도록 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 세로 배선의 수를 조절할 수 있다. 특히, 하나의 태양 전지 셀(300)을 통과하는 세로 배선의 수가 일정 수 이상 늘어나게 되면 저항이 증가하기 때문에 전력 손실이 발생할 우려가 있으므로, 저항을 고려하여 적절한 세로 배선의 수를 결정할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서는 각 셀을 통과하는 세로 배선의 개수를 2개로 줄인 구성이 개시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 태양 전지 셀(300)은 앞서 살펴본 바와 같이, 투명 기판(100)에 형성된 투명 전극 배선(200) 위에 배치된다. 태양 전지 셀(300)을 배치함에 있어서 공간효율성을 최대화 하기 위해서, 태양 전지 셀(300)이 최소한의 간격을 유지하면서 서로 나란하게 배치될 수 있다.
도면 상으로 복수의 태양 전지 셀(300)의 형태는 직사각형태 인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 다른 태양 전지 모듈은 와이어 본딩을 이용하여 각 태양 전지 셀을 연결하는 방식을 사용하지 않고, 투명 기판(100)에 투명 전극 배선(200)을 형성한 후 상기 투명 전극 배선(200) 위에 태양 전지 셀(300)을 배치함으로써, 별도의 와이어 없이도 각 태양 전지 셀(300)은 서로 전기적으로 연결된다. 따라서, 종래의 태양 전지 모듈에 비해 두께가 얇고 가벼운 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
이어서, 도 5 내지 도 9을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 순서도이며, 도 6 내지 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 투명 기판 상에 투명 전극 배선을 형성하는 단계(S100)와, 일면에 돌출부가 형성된 복수의 태양 전지 셀을 제공하는 단계(S200)와, 상기 투명 전극 배선과 상기 돌출부의 사이에 이방성 도전성 필름을 제공하는 단계(S300)와, 상기 돌출부가 형성된 태양 전지 셀을 상기 투명 전극 배선을 향해 가압하여 열압착하는 단계(S400)와, 상기 이방성 도전성 필름이 일부 융해되었다가 경화되어 상기 돌출부와 상기 투명 전극 배선을 도통되도록 결합시키는 단계(S500)를 포함한다.
먼저, 투명 기판(100)을 제공하고, 투명 기판(100) 상에 투명 전극 배선(200)을 형성한다(S100). 앞서 설명한 바와 같이, 투명 기판(100)은 유리, 투명 플라스틱 필름 또는 시트와 같은 투명 재질일 수 있으며, 투명 전극 배선(200)은 빛을 투과하면서 전기전도도가 뛰어난 ITO, IZO, 탄소나노튜브, 나노와이어 또는 전도성 폴리머 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하여 제작될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈이 플렉서블한 장치에 사용되는 경우 가요성이 뛰어난 탄소나노튜브, 나노와이어, 전도성 폴리머 또는 이들의 혼합하여 사용할 수 있다.
투명 기판(100) 상에 형성되는 투명 전극 배선(200)은 각 태양 전지 셀(300)을 전기적으로 연결시키며 외부로부터 접촉할 수 있는 접촉 단자를 제공하도록 일부가 교차하는 복수의 배선을 포함할 수 있으며, 투명 기판(100) 상에 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 태양 전지 셀(300)의 돌출부(310)와 플립칩(Flip-Chip) 결합이 이루어지도록, 투명 전극 배선(200)에는 복수의 오목부가 형성될 수 있다.
이어서, 일면에 돌출부(310)가 형성된 복수의 태양 전지 셀(300)을 제공한다(S200). 앞서 살펴본 바와 같이, 복수의 태양 전지 셀(300)은 외부에서 들어온 빛에 의해 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, PN 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 N형 반도체로 이동하고 정공은 P형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산하며, 태양 빛을 받아 전하를 생성하는 반도체와, 이 반도체의 수광면 측에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극으로 구성될 수 있다.
이어서, 투명 전극 배선(200)과 돌출부(310)의 사이에 이방성 도전성 필름(320)을 제공하고(S300), 돌출부(310)가 형성된 태양 전지 셀(300)을 투명 전극 배선(200)을 향해 가압하여 열압착 하여 결합시킨다(S400).
투명 전극 배선(200)에 오목부가 형성되어 있는 경우에는 오목부와 돌출부(310) 사이에 이방성 도전 필름(320)을 제공한다. 앞서 설명한 바와 같이, 이방성 도전성 필름은 열경화성 수지에 도전성 입자를 분산시킨 것으로서, 오목부와 돌출부 사이에 이방성 도전성 필름을 개재시키고, 이를 열압착 하면, 이방성 도전성 필름이 융해되었다가 이를 냉각시키면 경화되어 오목부와 돌출부 사이를 접착시키게 된다. 이방성 도전성 필름의 내부에는 도전성 입자가 분사되어 있기 때문에, 오목부와 돌출부 사이가 도통되도록 유지할 수 있다. 이방성 도전 필름(320)은 도 8에 도시된 바와 같이, 돌출부(310)와 투명 전극 배선(200)이 접하는 영역에 한하여 선택적으로 제공될 수도 있으며, 돌출부(310)에 일면이 접착되고 이를 투명 전극 배선(200)에 열압착하여 투명 전극 배선(200)과 돌출부(310)가 결합되도록 할 수 있다.
이어서, 열압착된 이방성 도전성 필름(320)은 가해진 열과 압력으로 인해 순간적으로 일부 융해되었다가 다시 경화되면서, 도 9에 도시된 바와 같이, 돌출부(310)와 투명 전극 배선(200)을 도통되도록 결합시킨다(S500).
투명 전극 배선(200)과 결합된 복수의 태양 전지 셀(300)은 서로 이격되어 있으나, 투명 전극 배선(200)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 별도의 와이어로 결합시키는 와이어 본딩이 없기 때문에, 그만큼 부피를 감소시킬 수 있어서 태양 전지 모듈의 초박화에 유리하다.
앞서 도 3a 및 3b를 참조하여 설명한 바와 같이, 투명 전극 배선(200)의 양단은 외부에서 접촉 가능한 제1 전극과 제2 전극(양극과 음극)을 구성하며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 투명 기판의 일측 가장자리에 인접하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 다른 태양 전지 모듈을 설명한다. 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 본 발명의 일 실시예에 복수의 태양 전지 셀(300)을 둘러싸는 투명 수지(400)를 더 포함한다.
투명 수지(400)는 투명 기판(100)의 일부 또는 전체에 도포되며, 복수의 태양 전지 셀(300) 및 투명 전극 배선(200)을 에워싸는 형태로 구비된다. 빛을 투과시키기 때문에, 태양 전지 셀(300)의 수광 영역에 충진되어도 태양 전지 셀(300)의 효율에 영향을 미치지 않는다.
투명 수지(400)는 외부 충격으로부터 태양 전지 셀(300) 및 투명 전극 배선(200)을 보호하는 기능을 수행한다. 앞서 설명한 바와 같이 종래의 태양 전지 모듈의 경우에는 와이어 본딩으로 인해 와이어의 부피 및 높이만큼 투명 수지가 더 도포되므로 전체적으로 태양 전지 모듈의 높이가 증가되는 단점이 있었으나, 본 실시예의 태양 전지 모듈은 와이어 및 PCB 기판을 제거하고 직접 투명 기판(100)에 투명 전극 배선(200)을 형성하고, 상기 투명 전극 배선(200)과 도통되도록 태양 전지 셀(300)을 구비함으로써, 태양 전지 모듈의 초박화 및 경량화를 달성할 수 있다.
투명 수지(400)는 빛을 투과시키는 투명한 재질이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 하부충진용 수지(Underfill resin) 또는 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA)를 사용할 수 있다. 도 10a는 투명 수지(400)로서 하부충진용 수지를 도포한 태양 전지 모듈의 단면도이고, 도 10b는 투명 수지(400)로서 에틸렌비닐아세테이트를 도포한 태양 전지 모듈의 단면도이다.
투명 수지(400)는 투명 기판(100) 상의 필요한 영역에 선택적으로 도포되어 전체 태양 전지 모듈의 무게를 감소시킬 수 있다.
투명 수지(400)를 도포하면 외부에서 태양 전지 셀(300)에 의해 형성된 전자와 정공이 제공된 투명 전극 배선(200)에 접촉할 수 없게 되는 것을 방지하기 위해, 투명 수지(400)에 비아홀(미도시)을 형성하여 외부에서 투명 전극 배선(200)에 형성된 전극을 접근할 수 있도록 하여, 태양 전지 셀(300)에 의해 제공된 전원을 외부로 공급할 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 설명한다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 복수의 태양 전지 셀(300)을 둘러싸는 투명 수지(400)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이 투명 수지는 하부충진용 수지 또는 에틸렌비닐아세테이트 일 수 있으며, 액상의 수지를 원하는 영역에 도포한 후 이를 경화시켜 외부의 충격 등으로부터 내부의 구성요소인 투명 전극 배선(200) 및 태양 전지 셀(300)을 보호하게 된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 와이어 본딩 방법을 플립칩 결합 방법으로 대체할 뿐만 아니라, 별도의 PCB 기판 없이 투명 전극 배선이 투명 기판에 형성됨으로써, 태양 전지 모듈을 얇은 두께로 제작할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 투명 기판
200 : 투명 전극 배선
300 : 태양 전지 셀
310 : 돌출부
320 : 이방성 도전성 필름
400 : 투명 수지

Claims (17)

  1. 투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 배치된 투명 전극 배선과,
    상기 투명 전극 배선 상에 배치되며, 일면에 돌출부가 형성되어 상기 투명 전극 배선과 접합되는 복수의 태양 전지 셀을 포함하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 유리로 제작되는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선은 ITO, IZO, 탄소나노튜브, 나노와이어 및 전도성 폴리머 중에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선의 상기 돌출부에 대응되는 위치에는 상기 돌출부와 부합되는 오목부가 형성되어 있는 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선과 상기 돌출부의 사이에 이방성 도전성 필름이 개재된 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 셀을 둘러싸는 투명 수지를 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투명 수지는 하부충진용 수지 또는 에틸렌비닐아세테이트로 이루어진 태양 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 셀은 상기 투명 전극 배선에 의해 서로 전기적으로 연결되는 태양 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선의 양단은 외부에서 접촉 가능한 제1 전극과 제2 전극을 구성하며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 투명 기판의 일측 가장자리에 인접하여 형성된 태양 전지 모듈.
  10. 투명 기판 상에 투명 전극 배선을 형성하는 단계와,
    일면에 돌출부가 형성된 복수의 태양 전지 셀을 제공하는 단계와,
    상기 투명 전극 배선과 상기 돌출부의 사이에 이방성 도전성 필름을 제공하는 단계와,
    상기 돌출부가 형성된 태양 전지 셀을 상기 투명 전극 배선을 향해 가압하여 열압착하는 단계와,
    상기 이방성 도전성 필름이 일부 융해되었다가 경화되어 상기 돌출부와 상기 투명 전극 배선을 도통되도록 결합시키는 단계를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 투명 기판은 유리로 제작되는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선은 ITO, IZO, 탄소나노튜브, 나노와이어 및 전도성 폴리머 중에서 선택된 하나 이상의 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선의 상기 돌출부에 대응되는 위치에는 상기 돌출부와 부합되는 오목부가 형성되어 있는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 셀을 둘러싸는 투명 수지를 제공하는 단계를 더 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 투명 수지는 하부충진용 수지 또는 에틸렌비닐아세테이트로 이루어진 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 셀은 상기 투명 전극 배선에 의해 서로 전기적으로 연결되는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 투명 전극 배선의 양단은 외부에서 접촉 가능한 제1 전극과 제2 전극을 구성하며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 투명 기판의 일측 가장자리에 인접하여 형성된 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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