KR20120080886A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR20120080886A
KR20120080886A KR1020110002348A KR20110002348A KR20120080886A KR 20120080886 A KR20120080886 A KR 20120080886A KR 1020110002348 A KR1020110002348 A KR 1020110002348A KR 20110002348 A KR20110002348 A KR 20110002348A KR 20120080886 A KR20120080886 A KR 20120080886A
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solar cell
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front transparent
cell module
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KR1020110002348A
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안진형
문강석
이성은
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엘지전자 주식회사
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판; 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이에 배치되는 태양 전지; 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이에 충진되어 외부로부터 상기 태양 전지에 가해지는 충격을 흡수하는 충진부; 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이의 외곽 테두리에 도포되어 전면 투명 기판과 후면 투명 기판을 서로 부착시키는 실링(sealing)부; 및 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 측면에 형성되는 보호캡;을 포함하며, 여기서, 보호캡은 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면을 덮는 제 1 측면부, 제 1 측면부의 제 1 끝단에서 밴딩(bending)되어 전면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 제 2 측면부, 제 1 측면부의 나머지 제 2 끝단에서 밴딩(bending)되어 후면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 제 3 측면부로 이루어진다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 전면 전극, 광전 변환부, 및 후면 전극을 구비한다. 이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 광전 변환부 내부에서 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 전자와 정공이 분리되고, 전자와 정공은 n형 반도체와 p형 반도체 쪽으로 각각 이동한다. 그리고 이동한 전자와 정공은 각각의 전면 전극 및 후면 전극에 의해 수집된다.
이러한 구성의 태양 전지에서 생산되는 전압 및 전류는 매우 작은 편이므로 원하는 출력을 얻기 위해서는 여러 개의 태양 전지를 직렬 또는 병렬로 연결한 후 방수 처리한 형태의 태양 전지 모듈을 제조하여 사용한다.
태양 전지패널은 태양 전지 모듈 및 이 모듈의 전체 둘레를 둘러싸는 보호캡을 포함한다.
이러한 태양 전지 모듈은 자외선, 풍설, 산성비, 동결, 오염의 퇴적 등의 매우 가혹한 조건하에서 내구성을 유지해야 한다. 그 중에서도 태양 전지 모듈 내부로의 수분의 침입은 태양 전지 모듈의 수명을 단축하게 되므로 태양 전지 모듈의 내습성은 매우 중요한 문제로 인식되고 있다.
본 발명은 양호한 내습성을 유지하면서 무게가 가볍고 재료비 증가를 최소화한 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판; 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이에 배치되는 태양 전지; 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이에 충진되어 외부로부터 태양 전지에 가해지는 충격을 흡수하는 충진부; 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이의 외곽 테두리에 도포되어 전면 투명 기판과 후면 투명 기판을 서로 부착시키는 실링(sealing)부; 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 측면에 형성되는 보호캡;을 포함하며, 여기서, 보호캡은 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면을 덮는 제 1 측면부, 제 1 측면부의 제 1 끝단에서 밴딩(bending)되어 전면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 제 2 측면부, 제 1 측면부의 나머지 제 2 끝단에서 밴딩(bending)되어 후면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 제 3 측면부로 이루어진다.
여기서, 태양 전지는 전면 투명 기판의 상부에 접촉하여 형성되는 전면 전극, 전면 전극의 상부에 형성되는 후면 전극, 전면 전극과 후면 전극 사이에 형성되는 광전 변환부를 포함할 수 있다.
여기서, 광전 변환부는 P형 반도체층, 진성(i) 반도체층, 및 n형 반도체층인 p-i-n 구조가 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판은 실질적으로 투명한 글래스(glass) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부의 끝단까지의 길이는 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 태양 전지의 전면 전극, 후면 전극 및 광전 변환부의 일부분이 제거되어 전면 투명 기판의 일부분이 노출되는 분리 라인(isolation line)까지의 길이보다 짧을 수 있다.
여기서, 태양 전지는 분리 라인에 의해 전기를 생산하는 유효 셀과 전기를 생산하지 않는 더미 셀로 분리되며, 제 2 측면부의 끝단은 전면 투명 기판의 장측면 중 더미 셀의 위치와 대응하는 부분까지 연장될 수 있다.
또한, 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부의 끝단까지의 길이는 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이에서 태양 전지가 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역의 폭과 동일하거나 짧을 수 있다.
또한, 제 1 측면부, 제 2 측면부 및 제 3 측면부 중 적어도 하나의 두께는 0.1mm 이상 1.5mm 이하일 수 있다.
또한, 제 2 측면부의 끝단은 전면 투명 기판이 위치하는 내부 방향으로 밴딩될 수 있다.
또한, 제 2 측면부는 끝단으로 진행할수록 두께가 얇아질 수 있다.
또한, 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 3 측면부의 끝단까지의 길이는 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 분리 라인(isolation line)까지의 길이보다 길 수 있다.
또한, 보호캡은 스텐레스 재질, 알루미늄(Al) 합금 재질 또는 플라스틱 재질 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 태양 전지 모듈은 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면과 제 1 측면부 사이, 전면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부와 제 2 측면부 사이, 및 후면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부와 제 3 측면부 사이에 형성되는 접착부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 접착부의 두께는 0.1mm 이상 2mm 이하일 수 있다.
또한, 실링부는 전면 투명 기판과 후면 투명 기판 사이에서 태양 전지가 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역에 도포될 수도 있다.
여기서, 실링부는 실리콘(Si) 계열 또는 부틸(butyl) 계열의 수지류 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 충진부는 EVA(ethylene vinyl acetate) 재질 또는 PVB(poly vinyl butyral) 재질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 태양 전지 모듈은 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판의 외곽 테두리 측면과 보호캡 사이에 배치되어 탄성력에 의해 전면 투명 기판과 후면 투명 기판을 지지하는 가스캣;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 전술한 바와 같이 태양 전지 모듈에서 보호캡을 단순한 구조로 형성함으로써, 태양 전지 모듈의 무게를 감소시키며 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 포함되는 태양 전지에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 5 내지 도 10은 도 2에 도시된 보호캡의 다양한 일례에 대해 설명한다.
도 11 내지 도 15는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 보호캡(50)을 제외한 태양 전지(10), 전면 투명 기판(20), 후면 투명 기판(30), 충진부(40) 및 실링부(60)가 배치되는 일례를 설명하기 위한 도이고, 도 2는 태양 전지(10), 전면 투명 기판(20), 후면 투명 기판(30)이 충진부(40)와 실링부(60)에 의해 결합된 상태에서 보호캡(50)이 결합된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 태양 전지(10), 전면 투명 기판(20), 후면 투명 기판(30), 충진부(40), 실링부(60) 및 보호캡(50)을 포함한다.
여기서, 태양 전지(10)는 외부로부터 빛을 입사받아 전기를 생산하는 기능을 한다. 이와 같은 태양 전지(10)는 도 1 및 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 전면 투명 기판(20)의 상부에 배치된다.
이와 같은 태양 전지(10)는 각각의 셀이 전면 투명 기판(20)의 상부에 접촉하여 형성되는 전면 전극(11), 전면 전극(11)의 상부에 형성되는 후면 전극(14), 전면 전극(11)과 후면 전극(14) 사이에 형성되는 광전 변환부(PV)를 포함하고, 복수 개의 셀(EC)은 복수 개의 스크라이빙 라인(SL)(scribing line)에 의해 구분되며, 복수 개의 셀 중 최외곽 셀은 분리 라인(P4)(isolation line)에 의해 전기를 생산하는 유효 셀(EC)과 전기를 생산하지 않는 더미 셀(DC)로 분리될 수 있다.
이와 같은 태양 전지(10)에 대한 보다 상세한 설명은 도 3 및 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.
다음, 전면 투명 기판(20)는 태양 전지(10)의 전면 상부에 배치되어 외부의 충격으로부터 태양 전지(10)를 보호하고, 후면 투명 기판(30)는 태양 전지(10)의 후면 상부에 배치되어 외부의 충격으로부터 태양 전지(10)를 보호하는 기능을 한다. 이와 같은 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30)는 실질적으로 투명한 글래스(glass) 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 후면 투명 기판(30)는 도시된 바와 다르게 투명한 재질의 시트(sheet)로 이루어지는 것도 가능하다.
충진부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이, 보다 구체적으로는 후면 투명 기판(30)과 태양 전지(10) 사이에 충진되어 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30)를 접착시키며, 외부로부터 태양 전지(10)에 가해지는 충격을 흡수하여 태양 전지(10)를 보호하고, 태양 전지(10)를 밀봉하여 외부의 습기로부터 태양 전지(10)를 보호하는 방습 기능이 있다. 이와 같은 충진부(40)는 EVA(ethylene vinyl acetate) 재질 또는 PVB(poly vinyl butyral) 재질 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
실링부(60)는 충진부(40)가 형성되지 않는 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이의 외곽 테두리에 도포되며, 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30)을 서로 부착시키는 기능을 한다. 이와 같은 실링부(60)는 실리콘(Si) 계열 또는 부틸(butyl) 계열의 수지류 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 우수한 접착력과 방습 특성이 있다.
다음, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 보호캡(50)은 전면 투명 기판(20), 태양 전지(10) 및 후면 투명 기판(30)가 충진부(40)와 실링부(60)에 의해 결합된 이후, 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 측면에 결합되어 형성된다. 이와 같은 보호캡(50)은 스텐레스 재질, 알루미늄(Al) 합금 재질 또는 플라스틱 재질 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 이와 같은 보호캡(50)은 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리를 외부의 충격으로부터 보호하고, 전면 투명 기판(20) 상에서 태양 전지(10)가 배치되지 않은 영역에 충진되어 있는 충진부(40)의 계면이나 실링부(60)의 계면이 외부의 빛에 노출되는 것을 방지한다.
보다 구체적으로, 충진부(40)나 실링부(60)가 외부의 빛에 노출될 경우 열화가 촉진되어 황변(색깔이 노랑색으로 변색되는 현상)이 발생하면서 계면 접착력이 약화되어 충진부(40)의 방습 특성이 약화될 수 있는데, 보호캡(50)은 이와 같이 충진부(40)가 빛에 노출되는 것을 방지하여 충진부(40)의 황변 현상을 방지하는 기능을 한다.
이와 같은 보호캡(50)은 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 “ㄷ”자 형태의 제 1 측면부(50A), 제 2 측면부(50B), 및 제 3 측면부(50C)로 이루어진다.
여기서, 제 1 측면부(50A)는 보호캡(50)에서 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면을 덮는 부분으로, 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면을 외부의 충격으로부터 보호하며, 제 1 측면부(50A)와 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면 사이에 도포된 실링부(60)의 황변 현상이나 접착력 저하를 방지하는 기능을 한다.
제 2 측면부(50B)는 제 1 측면부(50A)의 제 1 끝단에서 밴딩되어 전면 투명 기판(20)의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 부분으로, 전면 투명 기판(20)의 장측면 외곽 테두리 일부를 외부의 충격으로부터 보호하고, 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30) 사이에서 태양 전지(10)가 배치되지 않은 에지 제거(edge deletion) 영역(ED)에 형성되는 충진부(40)나 실링부(60)의 황변 현상을 방지하고 충진부(40)나 실링부(60)의 방습 또는 접착 기능이 저하되는 것을 방지하는 기능을 한다.
제 3 측면부(50C)는 제 1 측면부(50A)의 나머지 제 2 끝단에서 밴딩(bending)되어 후면 투명 기판(30)의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 부분으로, 후면 투명 기판(30)의 장측면 외곽 테두리 일부를 외부의 충격으로부터 보호하는 기능을 한다.
이와 같이 “ㄷ”자 형태의 제 1 측면부(50A), 제 2 측면부(50B), 및 제 3 측면부(50C)로 이루어진 보호캡(50)은 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 테두리 보호 기능을 그대로 유지하면서 구조가 최대한 단순하게 형성됨으로써 보호캡(50)의 무게 및 재료비 증가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이와 같은 보호캡(50)은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리와 보호캡(50) 사이에 도포된 실링(sealing)부에 의해 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리에 부착될 수 있다.
여기서, 실링부(60)는 실리콘(Si) 계열 또는 부틸(butyl) 계열의 수지류 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 전술한 충진부(40)보다 방습 특성이 우수하며, 보호캡(50)이 스텐레스 재질 또는 알루미늄(Al) 합금 재질과 같은 금속 재질로 이루어지고, 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30)가 글래스로 이루어진 경우, 금속 재질의 보호캡(50)을 글래스 재질의 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30)에 보다 효과적으로 부착시킬 수 있는 우수한 접착력을 가지질 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 포함되는 태양 전지에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 3은 도 1에서 Ι-Ι라인의 단측면을 대략적으로 도시한 도이고, 도 4는 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ라인의 단측면을 대략적으로 도시한 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지(10)의 일례는 전면 전극(11), 광전 변환부(PV) 및 후면 전극(14)을 포함할 수 있다.
여기서, 전면 전극(11)은 전면 투명 기판(20)의 상부에 배치되며, 후면 전극(14)은 전면 전극(11)의 상부에 배치되며, 광전변환부(PV)는 전면 전극(11)과 후면 전극(14) 사이에 배치되어 전면 투명 기판(20)의 입사면으로 입사되는 광을 전기로 변환하는 기능을 한다.
이와 같은 태양 전지(10)의 전면 전극(11), 광전 변환부(PV) 및 후면 전극(14)은 하나의 셀을 형성한다. 여기서, 전면 전극(11), 후면 전극(14) 및 광전변환부(PV)에 대한 보다 상세한 설명은 도 4에서 후술한다.
이와 같은 태양 전지(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 유효 셀(EC)과 더미 셀(DC)을 포함할 수 있다. 이와 같은 유효 셀(EC)과 더미 셀(DC)은 태양 전지(10)의 전면 전극(11), 후면 전극(14) 및 광전 변환부(PV)의 동일한 일부분이 제거되어 전면 투명 기판(20)의 일부분이 노출되는 분리 라인(P4)에 의해 분리될 수 있다.
또한, 각각의 유효 셀(EC)은 도 3에 도시된 바와 같이, 스크라이빙 라인(SL)에 의해 구분되며, 각각의 유효 셀(EC)은 서로 인접한 셀의 전면 전극(11)과 후면 전극(14)이 서로 연결되어 직렬 연결될 수 있다.
또한, 전면 투명 기판(20) 중에서 더미 셀(DC)의 외곽 방향으로는 셀이 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역(ED)이 존재할 수 있다. 이와 같은 에지 제거 영역(ED)은 전면 전극(11), 광전변환부(PV), 및 후면 전극(14)의 끝단 일부분을 샌드 블라스트(sand blast) 공정이나 레이저를 이용하여 제거함으로 형성될 수 있다.
여기서, 더미 셀(DC)이 배치되는 영역과 에지 제거 영역(ED)은 태양 전지(10)에서 광전 변환 기능을 수행하지 않는 데드 영역(dead area)이라 정의할 수 있다.
이와 같은 데드 영역은 태양 전지(10)에서 광전 변환 기능을 수행하는 유효 영역의 크기를 감소시켜 태양 전지(10)의 광전 변환 효율을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 다르게, 본 발명은 태양 전지(10)의 광전 변환 효율을 향상시키기 위해 전술한 분리 라인(P4)이나 더미 셀(DC)을 생략한 구조로 태양 전지(10)를 형성하여 유효 셀(EC)로만 이루어지도록 하여 유효 영역의 크기를 확장시킬 수도 있다.
이하에서는 전면 전극(11), 후면 전극(14) 및 광전변환부(PV)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 태양 전지(10)는 단층 p-i-n 구조로 형성될 수 있다.
도 4에서는 광전변환부(PV)의 구조가 입사면으로부터 p-i-n 구조로 되는 것을 일례로 설명하고 있으나, 광전변환부(PV)의 구조가 입사면으로부터 n-i-p 구조로 되는 것도 가능하다. 그러나, 이하에서는 설명의 편의상 광전변환부(PV)의 구조가 입사면으로부터 p-i-n 구조로 되는 것을 일례로 설명한다.
도 4를 살펴보면, 태양전지(10)는 전면 투명 기판(20)에 배치되는 전면 전극(11), 후면 전극(14) 및 단층 p-i-n 구조의 광전변환부(PV)를 포함할 수 있다.
전면 전극(11)은 전면 투명 기판(20)에 배치되고, 입사되는 광의 투과율을 높이기 위해 실질적으로 투명하면서도 전기 전도성을 갖는 재질을 포함하는 것이 가능하다. 예컨대, 전면 전극(11)은 대부분의 빛이 통과하며 전기가 통할 수 있도록 높은 광 투과도와 높은 전기 전도도를 구비하기 위해 인듐주석산화물(indium tin oxide: ITO), 주석계 산화물(SnO2 등), AgO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것으로 형성될 수 있다. 아울러, 전면 전극(11)의 비저항 범위는 약 10-2Ωㆍ㎝ 내지 10-11Ωㆍ㎝일 수 있다.
이러한 전면 전극(11)은 광전변환부(PV)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 전면 전극(11)은 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 정공을 수집하여 출력할 수 있다.
아울러, 전면 전극(11)의 상부 표면에는 랜덤(random)한 피라미드 구조를 갖는 복수 개의 요철이 형성될 수 있다. 즉, 전면 전극(11)은 텍스처링 표면(texturing surface)을 구비하고 있는 것이다. 이와 같이, 전면 전극(11)의 표면을 텍스처링하게 되면, 입사되는 광의 반사를 저감시키고, 광의 흡수율을 높일 수 있어서 태양전지(10)의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
한편, 도 4에서는 전면 전극(11)에만 요철을 형성한 경우만을 도시하고 있지만, 광전변환부(PV)에도 요철을 형성하는 것이 가능하다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전면 전극(11)에만 요철을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
후면 전극(14)은 광전변환부(PV)가 발생시킨 전력의 회수 효율을 높이기 위해 전기 전도성이 우수한 금속 재질을 포함할 수 있다. 아울러, 후면 전극(14)은 광전변환부(PV)와 전기적으로 연결되어 입사되는 광에 의해 생성된 캐리어 중 하나, 예컨대 전자를 수집하여 출력할 수 있다.
여기서, 광전변환부(PV)는 전면 전극(11)과 후면 전극(14)의 사이에 배치되어 외부로부터 입사되는 광으로 전력을 생산하는 기능을 한다.
이와 같은 광전변환부(PV)는 전면 투명 기판(20)의 입사면으로부터 p-i-n 구조, 즉 p형 반도체층(p), 진성 반도체층(i), n형 반도체층(n)을 포함할 수 있다.
여기서, p형 반도체층(p)은 실리콘(Si)을 포함한 원료 가스에 붕소, 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 포함하는 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
진성 반도체층(i)은 캐리어의 재결합율을 줄이고 광을 흡수할 수 있다. 이러한 진성 반도체층(i)은 입사되는 광을 흡수하여, 전자와 정공과 같은 캐리어를 생성할 수 있다.
이러한 진성 반도체층(i)은 미세 결정 실리콘(mc-Si) 재질, 예컨대 수소화된 미세 결정 실리콘(mc-Si:H)을 포함할 수도 있고, 또는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon) 재질, 예컨대 수소화된 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon, a-Si:H)을 포함할 수 있다.
n형 반도체층(n)은 실리콘을 포함한 원료 가스에 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 포함한 가스를 이용하여 형성할 수 있다.
이와 같은 광전변환부(PV)는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)과 같은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 의해 형성될 수 있는 것이다.
광전변환부(PV)의 p형 반도체층(p) 및 n형 반도체층(n)과 같은 도핑층은 진성 반도체층(i)을 사이에 두고 p-n 접합을 형성할 수 있다. 즉, 광전변환부(PV)는 n형 불순물 도핑층, 즉 n형 반도체층(n)과 p형 불순물 도핑층, 즉 p형 반도체층(p)의 사이에 배치될 수 있는 것이다.
이러한 구조에서, 진성 반도체층(i)의 내부에서는 상대적으로 높은 도핑 농도를 갖는 p형 반도체층(p)과 n형 반도체층(n)에 의해 공핍(depletion)이 형성되고, p형 반도체층(p) 쪽으로 광이 입사되면 진성 반도체층(i)에서 전자와 정공이 생성되고, 생성된 전자와 정공은 접촉 전위차에 의해 분리되어 서로 다른 방향으로 이동된다. 예를 들어, 정공은 p형 반도체층(p)을 통해 전면 전극(11)쪽으로 이동하고, 전자는 n형 반도체층(n)을 통해 후면 전극(14)쪽으로 이동할 수 있다. 이러한 방식으로 전력이 생산될 수 있는 것이다.
지금까지는 광전 변환부(PV)가 p-i-n 구조가 단층으로 이루어지는 것을 일례로 설명하였으나, 이와 다르게 두 개의 p-i-n 구조가 적층하여 이루어지는 것도 가능하고, 3개의 p-i-n 구조가 적층하여 이루어지는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명에 따른 보호캡(50)의 다양한 일례에 대해 설명한다.
도 5 내지 도 10은 도 2에 도시된 보호캡의 다양한 일례에 대해 설명한다.
이하에서는 태양 전지(10), 전면 투명 기판(20), 후면 투명 기판(30), 실링부(60) 및 보호캡(50)에 대해 이전에 설명한 부분과 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하고, 설명이 되지 않은 부분에 대해서만 설명한다. 또한, 태양 전지(10)의 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 경우를 일례로 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 충진부(40)는 후면 투명 기판(30)과 태양 전지(10) 사이부터 전면 투명 기판(20)에서 태양 전지(10)가 배치되지 않는 에지 제거 영역(ED) 일부분까지 충진될 수 있으며, 실링부(60)는 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이의 외곽 테두리에 도포되되, 보다 구체적으로, 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이에서 태양 전지(10)가 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역(ED)의 나머지 일부분에 도포될 수 있다.
이와 같은 경우, 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30)가 접합되는 에지 제거 영역(ED)의 나머지 부분에 방습 특성이 더 뛰어난 실링부(60)가 도포되므로 태양 전지(10)에 대한 방습 특성을 더욱 향상시켜 태양 전지 모듈의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 다르게 실링부(60)가 에지 제거 영역(ED)의 전체면에 도포되는 것도 가능하다.
다음, 본 발명에 따른 보호캡(50)은 도 5에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부(50B)의 끝단까지의 길이(D2)를 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 분리 라인(P4)까지의 길이(D1)보다 짧게 형성할 수 있다. 일례로 본 발명에 따른 보호캡(50)은 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 측면부(50B)의 끝단의 위치가 전면 투명 기판(20)의 장측면 중 더미 셀(DC)의 위치와 대응하는 부분까지 연장되도록 할 수도 있다.
이와 같이 함으로써, 태양 전지(10)의 입사면에 배치되는 유효 셀(EC)로 입사되는 빛이 보호캡(50)에 의해 방해받지 않도록 할 수 있으며, 보호캡(50)의 제 2 측면부(50B)의 폭을 최대한 확보함으로써 보호캡(50)의 전면 투명 기판(20)의 테두리를 최대한 보호하고, 제 2 측면부(50B)와 전면 투명 기판(20) 사이에 도포되는 실링부(60)의 도포 면적이 최대가 되도록 함으로써 태양 전지(10)에 대한 방습 특성이 최대가 되도록 할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 보호캡(50)은 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부(50B)의 끝단까지의 길이(D2)를 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 분리 라인(P4)까지의 길이(D1)보다 짧게 형성하되 3mm 이상이 되도록 형성할 수 있다. 이는 통상적으로 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면에서부터 분리 라인(P4)까지의 길이(D1)가 적어도 3mm 이상에서 형성되기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지(10)가 도 3에 도시된 바와 다르게, 광전 변환 효율을 향상시키기 위해 분리 라인(P4)이나 더미 셀(DC)이 생략된 구조로 형성된 경우, 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부(50B)의 끝단까지의 길이(D2)는 전면 투명 기판(20)와 후면 투명 기판(30) 사이에서 태양 전지(10)가 배치되지 않는 에지 제거 영역(ED)의 폭과 동일하게 형성되거나 짧게 형성될 수 있다.
이와 같은 경우에도 유효 셀(EC)로 입사되는 빛이 보호캡(50)에 의해 방해받지 않도록 할 수 있으며, 보호캡(50)의 제 2 측면부(50B)의 폭을 최대한 확보함으로써 보호캡(50)의 전면 투명 기판(20)의 테두리를 최대한 보호하고, 태양 전지(10)에 대한 방습 특성이 최대가 되도록 할 수 있다.
여기서, 제 1 측면부(50A), 제 2 측면부(50B) 및 제 3 측면부(50C) 중 적어도 하나의 두께(TF1)는 0.1mm 이상 5mm 이하의 범위에서 적용이 가능하나, 보다 바람직하게는 0.1mm 이상 1.5mm 이하가 되도록 할 수 있다.
일례로 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 측면부(50A)의 두께(TF1)가 0.1mm 이상 1.5mm 이하가 되도록 할 수 있다. 이외에도 제 2 측면부(50B)의 두께나 제 3 측면부(50C)의 두께도 0.1mm 이상 1.5mm 이하가 되도록 할 수 있다.
이와 같이, 보호캡(50)의 두께(TF1)가 0.1mm 이상이 되도록 하는 것은 보호캡(50) 자체에 대한 최소한의 강도를 확보하기 위함이고, 보호캡(50)의 두께(TF1)가 1.5mm 이하가 되도록 하는 것은 보호캡(50)이 적절한 강도를 가지되, 보호캡(50)의 무게를 최소화하여 보호캡(50)의 제조 비용을 최소화하기 위함이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보호캡(50)은 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 3 측면부(50C)의 끝단까지의 길이(D3)를 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부(50B)의 끝단까지의 길이(D2)와 동일하게 할 수 있으나, 이와 다르게 도 6과 같이, 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 3 측면부(50C)의 끝단까지의 길이(D3)를 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면으로부터 분리 라인(P4)까지의 길이(D1)보다 길게 형성할 수 있다.
이는 후면 투명 기판(30)에서 보호캡(50)이 형성된 면으로는 빛이 입사되지 아니하므로 제 3 측면부(50C)의 폭(D3)을 전면 투명 기판(20)의 장측면에 형성된 제 2 측면부(50B)의 폭(D2)보다 크게 함으로써, 보호캡(50)의 구조적 안정성을 향상시키며, 방습 특성을 더욱 향상시키기 위함이다.
다음, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 도 6에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(20)과 보호캡(50) 사이와 후면 투명 기판(30)과 보호캡(50) 사이에 접착부(70)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 접착부(70)는 보호캡(50)이 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30)에 보다 확실하게 접착할 수 있도록 하여 태양 전지 모듈의 방습 기능 및 보호 기능을 더 증진시키는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 접착부(70)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 측면부(50A)와 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면 사이, 전면 투명 기판(20)의 장측면 외곽 테두리 일부와 제 2 측면부(50B) 사이, 및 후면 투명 기판(30)의 장측면 외곽 테두리 일부와 제 3 측면부(50C) 사이에 도포될 수 있다.
여기서, 제 1 측면부(50A)와 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 단측면 사이, 전면 투명 기판(20)의 장측면 외곽 테두리 일부와 제 2 측면부(50B) 사이, 및 후면 투명 기판(30)의 장측면 외곽 테두리 일부와 제 3 측면부(50C) 사이에 도포되는 접착부(70)의 두께(TS)는 0.1mm 이상 2mm 이하일 수 있다.
여기서, 접착부(70)는 도 6에서 점선으로 표시된 K부분 만큼 제 2 측면부(50B) 또는 제 3 측면부(50C)의 외부로 돌출될 수도 있지만, 이와 다르게 도 6에서와 같이 접착부(70)는 제 2 측면부(50B) 또는 제 3 측면부(50C)의 외부로 돌출되지 않도록 할 수 있다. 이는 접착부(70)가 제 2 측면부(50B) 또는 제 3 측면부(50C)의 끝단보다 더 돌출되어 외부에 노출될 경우, 실링부(60)의 노출된 부분은 황변을 일으키면서 접착 특성이나 방습 특성이 저하될 수 있으며, 이와 같은 노출된 부분의 특성 저하는 장기적으로 제 2 측면부(50B) 또는 제 3 측면부(50C)의 내부에 도포되는 실링부(60)에도 악영향을 미칠 수 있는데, 이를 방지하기 위함이다.
이와 같은 접착부(70)는 전술한 실링부(60)와 동일한 실리콘(Si) 계열 또는 부틸(butyl) 계열의 수지류 중 적어도 어느 하나가 사용될 수도 있고, 이와 다르게, 양면 테이프나 폼 테이프가 사용될 수도 있다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 보호캡(50)에서 제 2 측면부(50B)의 끝단(50B1)이 전면 투명 기판(20)가 위치하는 내부 방향으로 밴딩(bending)될 수도 있다.
이와 같이 함으로써, 제 2 측면부(50B)와 전면 투명 기판(20) 사이에 도포되는 실링부(60)가 외부로 노출되는 것을 최대한 방지할 수 있어, 실링부(60)의 특성이 저하되는 것을 더욱 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 보호캡(50)은 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 측면부(50B)의 끝단으로 진행할수록 두께가 TF1에서 TF2로 얇아지도록 형성할 수 있다. 이는 통상적으로 태양 전지 모듈은 태양의 최적 고도에 맞추어 경사지도록 설치되는데, 이와 같은 경우 경사지도록 설치된 태양 전지 모듈에서 전면 투명 기판(20)의 하부 경사면과 보호캡(50)의 제 2 측면부(50B) 끝단 근처에서 이물질이 주로 퇴적될 수 있다.
그러나, 도 8에 도시된 바와 같이 제 2 측면부(50B)의 끝단으로 진행할수록 두께가 얇아지도록 형성하면 이와 같은 이물질이 퇴적되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제 2 측면부(50B)와 전면 투명 기판(20) 사이에 도포된 실링부(60)의 폭을 끝단으로 진행할수록 점진적으로 작게 형성하고, 제 2 측면부(50B)도 끝단으로 진행할수록 폭을 점진적으로 작아지게 하면서 전면 투명 기판(20) 방향으로 밴딩되도록 형성할 수 있다. 이와 같은 경우, 제 2 측면부(50B)의 끝단에서 실링부(60)가 외부로 노출되지 않도록 하면서 아울러 제 2 측면부(50B) 끝단의 폭을 줄여 이물질이 제 2 측면부(50B) 끝단 근처에 퇴적되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 전면 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30)의 외곽 측면과 보호캡(50) 사이에 배치되는 가스캣(80)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 가스캣(80)은 탄성력에 의해 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30)을 지지하여 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30)이 탄성력에 의해 서로 보다 밀착되도록 하는 기능을 한다.
이와 같이, 가스캣(80)이 형성된 경우, 가스캣(80)과 보호캡(50) 사이에 접착부(70)가 도포됨으로써, 보호캡(50)이 첩착부(70)에 보다 확실히 접착되도록 할 수 있으며, 또한, 도시되지는 않았지만, 가스캣(80)과 투명 기판(20) 및 후면 투명 기판(30) 사이에 접착부(70)가 도포되도록 할 수도 있다.
지금까지는 태양 전지 모듈에 p-i-n 구조로 형성된 태양 전지(10) 사용된 것을 일례로 설명하였지만, 이와 다르게 태양 전지 모듈에 다른 형태의 태양 전지가 사용될 수도 있다.
이하의 도 11 내지 도 15에서는 본 발명에 따른 태양 전지(200) 모듈에 p형 불순물이 도핑된 p형 반도체부와 n형 불순물이 도핑된 n형 반도체부가 p-n 접합을 형성하는 태양 전지(200)가 사용된 일례를 설명하기 위한 도이다.
이와 같은 도 11 내지 도 15에서는 앞에서 전술한 바와 동일한 내용에 대한 설명은 생략하고, 서로 다른 점에 대해서 주로 설명한다.
먼저, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양 전지(200) 모듈의 다른 일례는 도 1과 다르게, 태양 전지(200)가 전면 투명 기판(20)에 접하여 배치되는 것이 아니고, 태양 전지(200)와 전면 투명 기판(20) 사이가 이격되며, 태양 전지(200)와 전면 투명 기판(20) 사이에 전면 충진부(40a)가 배치되고, 태양 전지(200)와 후면 투명 기판(30) 사이에 후면 충진부(40b)가 배치된다.
이와 같은 전면 충진부(40a)와 후면 충진부(40b)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 충진부(40)와 동일한 재료로 구성될 수 있다.
그리고, 실링부(60)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 바와 동일하게 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이의 외곽 테두리에 도포된다.
또한, 여기서의 태양 전지(200)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 p-i-n 구조의 박막 태양 전지(200)가 아니라 p형 불순물이 도핑된 p형 반도체부와 n형 불순물이 도핑된 n형 반도체부가 p-n 접합을 형성하는 태양 전지(200)가 사용될 수 있다. 이에 대해서는 도 13에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 11에 도시된 같이 전면 투명 기판(20), 태양 전지(200) 및 후면 투명 기판(30)이 전면 충진부(40a), 후면 충진부(40b) 및 실링부(60)에 의해 결합되면, 도 12에 도시된 바와 같이 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30)의 외곽 테두리 측면에는 보호캡(50)이 결합될 수 있다. 이와 같은 도 12의 보호캡(50)은 도 1 내지 도 10에서 설명한 보호캡(50)과 동일한 다양한 형태를 지닐 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 12에 도시된 보호캡(50)도 “ㄷ”자 형태의 제 1 측면부(50A), 제 2 측면부(50B), 및 제 3 측면부(50C)로 이루어지며, 도 2에서 전술한 보호캡(50)과 동일한 기능을 한다.
여기서, p-n 접합을 형성하는 도 11 및 도 12의 태양 전지(200)의 일례는 도 13과 같은 형태를 지닐 수 있다.
도 13을 참고로 하면, 본 발명에 따른 태양 전지(200)의 일례는 제1 불순물부(110)와 제2 불순물부인 에미터부(120)를 구비한 기판(100), 빛이 입사되는 기판(100)[이하, ‘전면(front surface)’라 함]의 에미터부(120) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 에미터부(120) 위에 위치한 전면 전극부(140), 빛이 입사되지 않고 전면의 반대편에 위치하는 기판(100)의 면[이하, ‘후면(rear surface)’라 함]에 위치하는 후면 전극(rear electrode)(151), 그리고 후면 전극(151)과 기판(100) 사이에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(171)를 구비할 수 있다.
이와 같은 도 13의 태양 전지(200)는 태양 전지의 일부분을 나타낸 것이다.
제1 불순물부(110)는 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(100)에 위치하며 제1 도전성 타입의 제1 불순물을 함유하고 있다. 이때, 제1 불순물부(110)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘이나 비정질 실리콘이다. 하지만, 이와는 달리, 기판(100)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 이 경우, 제1 불순물부(110)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 기판(100)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(100)에 형성된 에미터부(120)는 기판(100)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 제2 불순물부로서, 반도체 기판(100)의 제1 불순물부(110)과 p-n 접합을 이룬다. 실질적으로, 기판(100)에서 에미터부(120)를 제외한 대부분의 영역이 제1 불순물부(110)가 된다.
이러한 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(100)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(100)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 제1 불순물부(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)는 제1 불순물부(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(100)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 제1 불순물부(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(100)에 도핑하여 형성될 수 있고, 반대로 에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(100)에 도핑하여 형성될 수 있다.
반사 방지부(130)는 에미터부(120) 위에 위치하며, 기본적으로 외부로부터 입사되는 빛의 반사도를 최대한 방지하는 기능을 한다. 이와 같은 반사 방지부(130)는 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘산화질화막(SiOxNy) 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 반사 방지막(130)은 기판(100)의 표면에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)와 같은 결함(defect)을 안정화된 결합으로 만드는 부동화 효과(passivation effect)를 발휘하여, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하가 불안정한 결합과 재결합되어 소멸되는 것을 감소시키고, 또한 기판(100)으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시킨다.
전면 전극부(140)는, 도 13에 도시한 것처럼, 복수의 전면 전극(141)과 복수의 전면전극용 집전부(142)를 구비할 수 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)와 전기적, 물리적으로 연결되어 있고, 서로 나란한 방향으로 뻗어 있다.
복수의 전면 전극(141)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 에미터부(20) 위에 복수의 전면 전극(141)과 교차하는 방향으로 거의 평행하게 뻗어 있고, 에미터부(120)뿐만 아니라 복수의 제1 전극(141)과 전기적, 물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면전극용 집전부(142)는 복수의 전면전극(141)과 동일 층에 위치하여, 복수의 전면전극용 집전부(142)는 각 전면 전극층(141)과 교차하는 지점에서 해당 전면 전극(141)과 전기적, 물리적으로 연결되어 있다.
복수의 전면 전극용 집전부(142)는 복수의 전면 전극(141)과 연결되어 있으므로, 복수의 전면 전극(141)을 통해 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
이러한 전면 전극부(140)는 은(Ag)과 같은 도전성 물질을 함유하고 있지만, 이와는 달리, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 금속 물질을 함유할 수 있다.
에미터부(120)와 전기적?물리적으로 연결되어 있는 전면 전극부(140)로 인해, 반사 방지부(130)의 제1 반사 방지막(131)은 전면 전극부(140)가 위치하지 않는 에미터부(120) 위에 존재한다.
기판(100)의 후면 위에 위치한 후면 전극(151)은 기판(100)의 후면 거의 전체면에 위치한다.
이러한 후면 전극(151)은 제1 불순물부(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
후면 전극(151)은 알루미늄(A)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유하고 있지만, 대안적인 실시예에서, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 함유하거나, 이외의 다른 도전성 물질을 함유할 수 있다.
후면 전극(151)과 기판(100)의 제1 불순물부(110) 사이에 위치한 후면 전계부(171)는 제1 불순물부(110)와 동일한 도전성 타입의 불순물이 제1 불순물부(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
제1 불순물부(110)과 후면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 제1 불순물부(110) 후면쪽으로의 전자 이동이 방해되어, 제1 불순물부(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
이러한 구조 이외에 태양 전지(200)는 기판(100)의 후면에 위치하는 복수의 후면전극용 집전부를 더 구비할 수 있다.
복수의 후면전극용 집전부는, 복수의 전면전극용 집전부(142)와 유사하게, 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되어 후면 전극(151)으로부터 전달되는 전하를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 이러한 후면전극용 집전부는 은(Ag)과 같은 적어도 하나의 도전성 물질을 함유한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(200)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(200)로 빛이 조사되어 에미터부(120)를 통해 반도체의 기판(100)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 반도체의 기판(100)에서 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 반사 방지부(130)에 의해 기판(100)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(100)으로 입사되는 빛의 양은 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(100)의 제1 불순물부(110)와 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되어 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 제1 불순물부(110)쪽으로 이동한다. 이처럼, 에미터부(120)쪽으로 이동한 전자는 주로 복수의 전면 전극(141)에 의해 수집되어 복수의 전면전극용 집전부(142)로 이동하고, 제1 불순물부(110)쪽으로 이동한 정공은 후면 전계부(171)를 통해 후면 전극(151)에 의해 수집된다. 이러한 복수의 전면전극용 집전부(142)와 후면 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 p형 불순물이 도핑된 p형 반도체부와 n형 불순물이 도핑된 n형 반도체부가 p-n 접합을 형성하는 태양 전지의 일례로 도 13과 같은 구조의 태양 전지를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 에미터부(120)가 제 1 불순물부(110)의 후면에 배치되고, 에미터부(120) 위에 형성되는 전면 전극부(140)도 제 1 불순물부(110)의 후면에 배치되는 후면 접합형 태양 전지의 구조도 본 발명의 태양 전지 모듈에 적용이 가능하다.
그 밖에 다른 형태의 태양 전지도 p-n 접합을 형성하면 어떠한 형태의 태양 전지도 본 발명에서 적용이 가능하다.
한편, 도 13과 같은 구조의 태양 전지(200)는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 태양 전지(200)의 외곽 테두리에 절연 라인(IL)을 포함할 수 있다.
이와 같은 절연 라인(IL)은 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 에미터부(120)가 후면 전계부(171)나 후면 전극(151)과 전기적으로 연결되는 경우 발생할 수 있는 단락(shunt) 전류를 방지하기 위한 것으로 태양 전지(200)에서 반사 방지막(130)과 에미터부(120)의 동일한 일부분을 제거함으로써 외부로 제 1 불순물부(110)가 노출된 부분을 의미한다.
이와 같은 절연 라인(IL)은 도 11에 도시된 바와 같이 태양 전지(200) 모듈에 배치되는 각각의 태양 전지(200)에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지(200) 모듈은 도 15에 도시된 바와 같이, 충진부(40)는 후면 투명 기판(30)과 태양 전지(200) 사이부터 전면 투명 기판(20)에서 태양 전지(200)가 배치되지 않는 에지 제거 영역(ED) 일부분까지 충진될 수 있으며, 실링부(60)는 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이의 외곽 테두리에 도포되되, 보다 구체적으로, 전면 투명 기판(20)과 후면 투명 기판(30) 사이에서 태양 전지(200)가 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역(ED)의 나머지 일부분에 도포될 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 보호캡(50)은 도 15에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 제 2 측면부(50B)의 끝단까지의 길이(D2)를 전면 투명 기판(20)의 외곽 테두리 단측면으로부터 외곽 테두리 단측면과 가장 인접한 절연 라인(IL)까지의 길이(D1)보다 짧게 형성할 수 있다.또한, 도 13과 같은 태양 전지(200)가 적용된 태양 전지 모듈에서도 도 6 내지 도 10에서 설명한 다양한 형태의 예가 그대로 적용될 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.

Claims (19)

  1. 전면 투명 기판 및 후면 투명 기판;
    상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판 사이에 배치되는 태양 전지;
    상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판 사이에 충진되어 외부로부터 상기 태양 전지에 가해지는 충격을 흡수하는 충진부;
    상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판 사이의 외곽 테두리에 도포되어 상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판을 서로 부착시키는 실링(sealing)부;및
    상기 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 측면에 형성되는 보호캡;을 포함하며,
    상기 보호캡은 상기 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면을 덮는 제 1 측면부, 상기 제 1 측면부의 제 1 끝단에서 밴딩(bending)되어 상기 전면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 제 2 측면부, 상기 제 1 측면부의 나머지 제 2 끝단에서 밴딩(bending)되어 상기 후면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부를 덮는 제 3 측면부로만 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 상기 전면 투명 기판의 상부에 접촉하여 형성되는 전면 전극, 상기 전면 전극의 상부에 형성되는 후면 전극, 상기 전면 전극과 상기 후면 전극 사이에 형성되는 광전 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광전 변환부는 P형 반도체층, 진성(i) 반도체층, 및 n형 반도체층인 p-i-n 구조가 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판은 투명한 글래스(glass) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 상기 제 2 측면부의 끝단까지의 길이는 상기 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 상기 태양 전지의 전면 전극, 후면 전극 및 광전 변환부의 일부분이 제거되어 상기 전면 투명 기판의 일부분이 노출되는 분리 라인(isolation line)까지의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 상기 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 상기 태양 전지의 전면 전극, 후면 전극 및 광전 변환부의 일부분이 제거되어 상기 전면 투명 기판의 일부분이 노출되는 분리 라인에 의해 상기 전기를 생산하는 유효 셀과 상기 전기를 생산하지 않는 더미 셀로 분리되며,
    상기 제 2 측면부의 끝단은 상기 전면 투명 기판의 장측면 중 상기 더미 셀의 위치와 대응하는 부분까지 연장되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 상기 제 2 측면부의 끝단까지의 길이는 상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판 사이에서 상기 태양 전지가 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역의 폭과 동일하거나 짧은 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 측면부, 상기 제 2 측면부 및 상기 제 3 측면부 중 적어도 하나의 두께는 0.1mm 이상 1.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 측면부의 끝단은 상기 전면 투명 기판이 위치하는 내부 방향으로 밴딩되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 측면부는 끝단으로 진행할수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 상기 제 3 측면부의 끝단까지의 길이는 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면으로부터 상기 분리 라인(isolation line)까지의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡은 스텐레스 재질, 알루미늄(Al) 합금 재질 또는 플라스틱 재질 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은 상기 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 단측면과 상기 제 1 측면부 사이, 상기 전면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부와 상기 제 2 측면부 사이, 및 상기 후면 투명 기판의 장측면 외곽 테두리 일부와 상기 제 3 측면부 사이에 형성되는 접착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착부의 두께는 0.1mm 이상 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판 사이에서 상기 태양 전지가 배치되지 않는 에지 제거(edge deletion) 영역에 도포되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 실리콘(Si) 계열 또는 부틸(butyl) 계열의 수지류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진부는 EVA(ethylene vinyl acetate) 재질 또는 PVB(poly vinyl butyral) 재질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은
    상기 전면 투명 기판 및 상기 후면 투명 기판의 외곽 테두리 측면과 상기 보호캡 사이에 배치되어 탄성력에 의해 상기 전면 투명 기판과 상기 후면 투명 기판을 지지하는 가스캣;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 p형 불순물이 도핑된 p형 반도체부와 n형 불순물이 도핑된 n형 반도체부를 포함하며 상기 p형 반도체부와 상기 n형 반도체부가 p-n 접합을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
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