KR20120138021A - 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 측면에 따른 태양전지 모듈은, 기판 및 기판에 위치하는 전극부를 포함하는 복수의 태양전지들; 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 전극부와 인터커넥터 사이에 위치하며, 전극부와 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름을 포함하며, 도전성 접착 필름은 수지 및 복수의 도전성 입자를 포함하고, 도전성 입자는 수지의 경화 온도 이하의 온도에서 용융하여 인터커넥터 및 전극부 중 적어도 하나와 금속 용융 접합을 형성하는 저융점 금속으로 구성된 제1 입자를 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 인접한 태양전지들을 인터커넥터에 의해 서로 전기적으로 접속한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 복수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양전지 모듈에 있어서, 태양전지에 의해 발전된 전력을 외부로 출력하기 위해서는 태양전지의 양극 및 음극에 연결된 도전체, 예컨대 인터커넥터를 리드선으로 연결하여 태양전지 모듈의 외부로 취출하고, 상기 리드선을 단자함에 연결하여 단자함의 전력선을 통해 전류를 취출하는 방법이 이용된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전류 전송 효율 및 신뢰성을 향상시킨 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지 모듈은, 기판 및 기판에 위치하는 전극부를 포함하는 복수의 태양전지들; 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및 전극부와 인터커넥터 사이에 위치하며, 전극부와 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름을 포함하며, 도전성 접착 필름은 수지 및 복수의 도전성 입자를 포함하고, 도전성 입자는 수지의 경화 온도 이하의 온도에서 용융하여 인터커넥터 및 전극부 중 적어도 하나와 금속 용융 접합을 형성하는 저융점 금속으로 구성된 제1 입자를 포함한다.
도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속으로 구성된 제2 입자를 더 포함할 수 있다.
제2 입자는 방사형으로 형성될 수 있으며, 제2 입자 중 적어도 하나의 두께는 수지의 두께와 동일하거나, 수지의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
제1 입자는 도전성 접착 필름의 단위 체적에 대하여 2 체적% 내지 10 체적%로 함유되고, 제2 입자는 상기 도전성 접착 필름의 단위 체적에 대하여 3 체적% 내지 15 체적%로 함유될 수 있다.
제1 입자는 제2 입자와 금속 용융 접합을 형성할 수 있다.
제1 입자와 제2 입자가 금속 용융 접합되면, 도전성 접착 필름의 폭방향 및 두께 방향 중 적어도 한 방향으로 도전성 입자들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 입자는 비스무스 또는 비스무스 화합물을 포함할 수 있다.
인터커넥터는 전도성 금속 및 전도성 금속의 표면에 피복된 솔더를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 입자는 솔더와 금속 용융 접합되어 SnPbAgBi, SnCuAgBi, SnCuBi 또는 SnBi 중 하나를 형성할 수 있다.
전극부는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 입자는 은과 금속 용융 접합되어 AgBi를 형성할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 도전성 접착 필름을 이용하여 인터커넥터를 전극부와 접합할 때, 도전성 입자들간의 금속 용융 접합, 도전성 입자와 전극부 간의 금속 용융 접합, 도전성 입자와 인터커넥터 간의 금속 용융 접합이 발생한다.
따라서, 금속 용융 접합이 발생하지 않는 경우에 비해 전류 전송 효율이 향상된다.
또한, 인터커넥터와 전극부가 금속 용융 접합과 수지에 의한 접합의 이중 접합 방식에 의해 접합되므로, 접합 신뢰성이 향상된다.
그리고 방사형으로 이루어진 제2 입자 중 적어도 하나의 두께가 수지의 두께보다 두껍게 형성되어 제2 입자의 일부분이 전극부 및/또는 인터커넥터의 내부로 몰입되므로, 접촉 저항이 감소하여 전류 전송 효율이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 도전성 접착 필름의 접합 전 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 태양전지 패널에서 기판 전면부의 조립 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시한 제2 입자의 확대도이다.
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 다양한 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 부여하였다.
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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 측면도이다.
도면을 참고하면, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 패널(100)을 포함한다.
태양전지 패널(100)은 복수의 태양전지(110)들, 인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(120), 태양전지(110)들을 보호하는 보호막(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)(130), 태양전지(110)들의 수광면 쪽으로 보호막(130) 위에 배치되는 투명 부재(140), 및 수광면 반대 쪽으로 보호막(130)의 하부에 배치되는 불투명 재질의 후면 시트(back sheet)(150)를 포함한다.
그리고 태양전지 모듈(100)은 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임(200) 및 태양전지(110)들에서 생산된 전력을 수집하는 단자함(junction box)(300)을 포함한다.
후면 시트(150)는 태양전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(110)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(150)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
보호막(130)은 태양전지(110)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(110)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(110)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 보호막(130)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
보호막(130) 위에 위치하는 투명 부재(140)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(140)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
이하, 본 발명의 태양전지 모듈에 구비된 태양전지 패널의 전기적 연결 구조에 대해 도 2 및 도 3을 참조로 하여 상세히 설명한다. 도 3은 태양전지(110) 간의 간격을 확대하여 도시하고 있지만, 실질적으로 태양전지(110)들은 인접한 태양전지들 간에 소정의 간격, 예컨대 대략 3㎜ 이내의 좁은 간격을 두고 배치된다.
태양전지 패널(100)에 구비된 복수의 태양전지(110)는 복수의 스트링(string) 형태로 배열된다. 여기에서, 스트링은 복수의 태양전지들이 일렬로 배열된 상태에서 전기적으로 연결된 것을 말한다. 따라서, 도 1에 도시한 태양전지 패널(100)은 4개의 스트링, 예컨대 제1 스트링 내지 제4 스트링(S1, S2, S3, S4)을 갖는다.
각각의 스트링(S1-S4)에 배열된 복수의 태양전지(110)들은 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결된다.
이때, 인터커넥터(120)는 도 6에 도시한 바와 같이 전도성 금속(122) 및 전도성 금속(122)의 표면에 피복된 솔더(solder)(124)로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 인터커넥터(120)는 전도성 금속으로만 이루어질 수도 있다.
하나의 스트링, 예를 들어 제1 스트링(S1) 내에서 세로 방향으로 서로 인접 배치된 복수의 태양전지(110)들 중 어느 한 태양전지의 제1 전극용 집전부(114)는 인접한 태양전지의 제2 전극용 집전부(117)와 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 인접한 스트링의 단부에 위치한 인터커넥터를 연결하는 리드선은 전술한 인터커넥터(120)와 마찬가지로 전도성 금속 및 솔더(solder)로 이루어지거나, 전도성 금속으로만 이루어질 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 인터커넥터와 태양전지의 전극 간의 접합 구조에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 도전성 접착 필름의 접합 전 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 그리고 도 6은 도 4에 도시한 태양전지 패널에서 기판 전면부의 조립 상태를 나타내는 개략적인 단면도이며, 도 7은 도 5에 도시한 제2 입자의 확대도이다.
본 실시예의 태양전지(110)는 기판(111), 기판(111)의 제1 면(first surface), 즉 빛이 입사되는 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(112), 에미터부(112) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(113) 및 복수의 제1 전극용 집전부(114), 제1 전극(113) 및 제1 전극용 집전부(114)가 위치하지 않는 에미터부(112) 위에 위치하는 반사방지막(115), 기판(111)의 제2 면(second surface), 즉 제1 면과 반대쪽에 위치한 기판(111)의 후면(back surface)에 위치하는 제2 전극(116) 및 제2 전극용 집전부(117)를 포함한다.
태양전지(110)는 제2 전극(116)과 기판(111) 사이에 형성되는 후면 전계(back surface field, BSF)부를 더 포함할 수 있다. 후면 전계부는 기판(111)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(111)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 후면 전계부는 기판(111)의 후면에서 전위 장벽으로 작용하게 된다. 따라서, 기판(111)의 후면 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소되므로 태양전지의 효율이 향상된다.
기판(111)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(111)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다
기판(111)의 표면을 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성하기 위해 상기 기판(111)은 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다.
기판(111)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되면 기판(111)의 수광면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 이루어져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가된다.
따라서, 태양전지의 효율이 향상된다. 이에 더하여, 기판(11)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(11)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
에미터부(112)는 기판(111)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 기판(111)과 p-n 접합을 이룬다.
에미터부(112)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(112)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(111)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 기판(111)에 입사된 빛에 의해 반도체 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(111)이 p형이고 에미터부(112)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(111)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(112)쪽으로 이동한다.
이와는 반대로, 기판(111)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(111)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(111)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
에미터부(112)는 기판(11)과 p-n접합을 형성하게 되므로, 기판(111)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(112)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(111)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(112)쪽으로 이동한다.
에미터부(112)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(112)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(111)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(111)의 에미터부(112) 위에는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이산화 티탄막(TiO2) 등으로 이루어진 반사방지막(115)이 형성되어 있다. 반사방지막(115)은 태양전지(110)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(110)의 효율을 높인다. 이러한 반사 방지막(115)은 약 70㎚ 내지 80㎚ 의 두께를 가질 수 있으며, 필요에 따라 생략될 수 있다.
복수의 제1 전극(113)은 핑거 전극(finger electrode)이라고도 하며, 에미터부(112) 위에 형성되어 에미터부(112)와 전기적으로 연결되고, 인접하는 제1 전극(113)과 서로 이격된 상태로 어느 한 방향으로 형성된다. 각각의 제1 전극(113)은 에미터부(112)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
복수의 제1 전극(113)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 제1 전극(113)은 은(Ag) 페이스트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 전극(113)은 스크린 인쇄 공정을 이용하여 은 페이스트를 반사방지막(115) 위에 도포하고, 기판(111)을 약 750℃ 내지 800℃의 온도에서 소성(firing)하는 과정에서 에미터부(112)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 전술한 전기적 연결은 소성 과정에서 은(Ag) 페이스트에 포함된 식각 성분이 반사방지막(115)을 식각하여 은 입자가 에미터부(112)와 접촉하는 것에 따라 이루어진다. 이때, 식각 성분은 산화납일 수 있다.
기판(111)의 에미터부(112) 위에는 제1 전극(113)과 교차하는 방향으로 제1 전극용 집전부(114)가 적어도 2개 이상 형성된다.
제1 전극용 집전부(114)는 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 에미터부(112) 및 제1 전극(113)과 전기적 및 물리적으로 연결된다. 따라서, 제1 전극용 집전부(114)는 제1 전극(113)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 전자를 외부 장치로 출력한다.
제1 전극용 집전부(114)를 구성하는 도전성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
제1 전극용 집전부(114)는 제1 전극(113)과 마찬가지로 도전성 금속 물질을 반사방지막(115) 위에 도포한 후 패터닝하고, 이를 소성하는 과정에서 에미터부(112)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 제1 전극용 집전부(114)의 표면은 복수의 요철을 갖는 요철 표면으로 형성되거나, 평탄한 면으로 형성될 수 있다. 그리고 도시하지는 않았지만, 제1 전극(113) 또한 제1 전극용 집전부(114)와 마찬가지로 요철 표면 또는 평탄한 면으로 형성될 수 있다.
제2 전극(116)은 기판(111)의 제2 면, 즉 기판(111)의 후면(back surface)에 형성되며, 기판(111) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 정공을 수집한다.
제2 전극(116)은 기판(111)의 제2 면 전체에 형성되거나, 테두리 부분을 제외한 기판(111)의 제2 면 전체에 형성되거나, 제2 전극용 집전부(117)가 위치하는 영역을 제외한 제2 면 전체에 형성될 수 있다
제2 전극(116)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어진다. 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제2 전극(116)과 동일한 면에는 복수의 제2 전극용 집전부(117)가 위치하고 있다. 제2 전극용 집전부(117)는 제1 전극(113)과 교차하는 방향으로 형성된다. 즉 제2 전극용 집전부(117)는 제1 전극용 집전부(114)와 동일한 방향으로 형성된다.
제2 전극용 집전부(117) 또한 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어지고, 제2 전극(116)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 제2 전극용 집전부(117)는 제2 전극(116)으로부터 전달되는 전하, 예를 들면 정공을 외부 장치로 출력한다.
제2 전극용 집전부(117)를 구성하는 도전성 금속 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
기판(111)의 에미터부(112) 위에는 제1 전극용 집전부(114)와 평행한 방향으로 제1 전극용 집전부(114) 위에 도전성 접착 필름(160)이 위치한다. 또한, 기판(111)의 제2 전극용 집전부(117)에도 도전성 접착 필름(160)이 위치한다.
도 4는 기판(111)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에 각각 한 개씩의 도전성 접착 필름(160)이 위치하는 것을 도시하였지만, 기판(111)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에는 인터커넥터(120)와 동일한 개수의 도전성 접착 필름(160)이 각각 위치한다.
도전성 접착 필름(160)은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 수지(162) 및 수지(162)에 분산된 도전성 입자(164)를 포함한다. 수지(162)는 접착성을 갖는 재질이면 특별히 한정되지 않는다. 단 접착 신뢰성을 높이기 위해서는 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
열경화성 수지로는 에폭시(epoxy) 수지, 페녹시(phenoxy) 수지, 아크릴(acryl) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 수지를 사용할 수 있다.
수지(162)는 열경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 공지의 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 수지(162)는 제1 전극용 집전부(114)와 인터커넥터(120) 및 제2 전극용 집전부(117)와 인터커넥터(120)의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 도전성 입자(164)의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지(162)는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
수지(162)는 제1 전극용 집전부(114)와 중첩하는 영역에서 제1 두께(T1)로 형성되고, 인터커넥터(120)와 제1 전극용 집전부(114) 사이의 간격은 제1 두께(T1)로 유지된다. 바람직하게, 제1 두께(T1)는 3㎛ 내지 15㎛이다.
본 실시예에서, 도전성 입자(164)는 복수의 제1 입자(164a)와 복수의 제2 입자(164b)로 형성된다.
제1 입자(164a)는 수지(162)의 경화 온도 이하의 온도, 예를 들면 180℃ 이하의 온도에서 용융하여 인터커넥터(120) 및 전극부(114, 117) 중 적어도 하나와 금속 용융 접합을 형성하는 저융점 금속으로 구성된다. 이러한 저융점 금속으로는 비스무스(Bi) 및 비스무스 화합물이 있으며, 비스무스 화합물로는 Sn-57Bi가 있다.
제2 입자(164b)는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속으로 구성된다.
제2 입자(164b)는 방사형으로 형성되며, 제2 입자(164b) 중 적어도 하나의 두께(S1)는 도 6에 도시한 접합 후의 수지(162)의 두께(T1)와 동일하거나, 수지(162)의 두께(T1)보다 두껍게 형성될 수 있다.
여기에서, '방사형'은 대략 구체(球體) 형상을 갖는 금속 입자의 표면에 복수의 돌기가 불규칙적으로 형성된 것을 말한다.
방사형 제2 입자(164b)의 두께(S1)는 도 7에 도시한 바와 같이, 입자(164b)의 표면에 형성된 복수의 돌기들의 단부를 연결하는 가상선(L)에 의해 형성된 대략 구체 형상의 것으로부터 측정한 최단(最短) 직경으로 표시할 수 있다.
방사형의 제2 입자(164b)는 제2 입자가 원형 또는 타원형의 금속 피복 수지 입자로 이루어지는 경우에 비해 전극부 및/또는 인터커넥터와의 접촉 면적이 증가하므로, 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
제1 입자(164a)가 저융점 금속으로 구성되므로, 도전성 접착 필름(160)을 이용하여 인터커넥터(120)와 전극부(114, 117)를 접합하면, 접합을 위한 경화 공정에서 가해지는 열로 인해 제1 입자(164a)가 용융되어 제2 입자(164b)와 금속 용융 접합을 형성한다.
그리고 제1 입자(164a)는 인터커넥터(120) 및/또는 전극부(114, 117)와도 금속 용융 접합을 형성한다.
따라서, 전극부(114, 117)에 수집된 전하는 도전성 입자들(164a, 164b)에 의해 도전성 접착 필름(160)의 폭방향(X-X) 및 두께 방향(Y-Y)으로 전달되며, 최종적으로는 인터커넥터(120)에 전달된다.
본 발명인의 실험에 의하면, 제1 입자(164a)는 도전성 접착 필름(160)의 단위 체적에 대하여 2 체적% 내지 10 체적%로 함유되고, 제2 입자(164b)는 도전성 접착 필름(160)의 단위 체적에 대하여 3 체적% 내지 15 체적%로 함유된 경우, 상기 폭방향 및 두께 방향으로의 전하 이송이 효과적으로 이루어지는 것을 알 수 있었다.
따라서, 제1 입자(164a) 및 제2 입자(164b)의 배합량은 상기한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 도전성 접착 필름(160)은 제1 전극용 집전부(114)와 평행한 방향으로 상기 제1 전극용 집전부(114)에 접착되며, 제2 전극용 집전부(117)와 평행한 방향으로 상기 제2 전극용 집전부(117)에 접착된다.
이때, 태빙(tabbing) 작업은 태양전지의 제1 전극용 집전부(114)에 도전성 접착 필름(160)을 예비 접합(pre-bonding)하는 단계와, 인터커넥터(120)와 도전성 접착 필름(160)을 최종 접합(final-bonding)하는 단계에 따라 이루어진다.
도전성 접착 필름(160)을 이용하여 태빙(tabbing) 작업을 실시할 때, 전기적 접속 확보 및 접착력 유지가 가능한 범위라면 가열 온도 및 가압 압력의 조건은 특별히 제한되지 않는다.
예를 들면, 예비 접합 단계에서의 가열 온도는 대략 100℃ 이하로 설정할 수 있고, 최종 접합 단계에서의 가열 온도는 수지(162)가 경화되는 온도 범위, 예컨대 140℃ 내지 180℃의 범위로 설정할 수 있다.
그리고, 예비 접합 단계에서의 가압 압력은 대략 1MPa로 설정할 수 있고, 최종 접합 단계에서의 가압 압력은 제1 전극용 집전부(114), 제2 전극용 집전부(117) 및 인터커넥터(120)가 도전성 접착 필름(160)에 충분히 밀착되는 범위, 예컨대 대략 2MPa 내지 3MPa로 설정할 수 있다.
이때, 가압 압력은 제1 전극용 집전부(114)와 인터커넥터(120) 사이에 제1 두께(T1)가 유지되도록 함으로써, 제1 두께(T1)보다 큰 두께(S1)의 제2 입자(164b)가 집전부(114, 117) 및/또는 인터커넥터(120)의 내부로 몰입될 수 있도록 한다.
또한 예비 접합 단계에서의 가열 및 가압 시간은 대략 5초 내외로 설정할 수 있으며, 최종 접합 단계에서의 가열 및 가압 시간은 제1 전극용 집전부(114), 제2 전극용 집전부(117) 및 인터커넥터(120) 등이 열로 인한 손상 또는 변질되지 않는 범위, 예컨대 대략 10초 정도로 설정할 수 있다.
인터커넥터(120)는 전도성 금속(122) 및 전도성 금속의 표면에 피복된 솔더(124)를 포함할 수 있다.
이 경우, 제1 입자(164b)는 솔더(124)와 금속 용융 접합되어 SnPbAgBi, SnCuAgBi, SnCuBi 또는 SnBi 중 하나를 형성한다.
그리고 집전부(114, 117)가 은(Ag)을 포함하는 경우, 제1 입자(164a)는 은(Ag)과 금속 용융 접합되어 AgBi를 형성할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 제1 전극용 집전부(114)로 이동한 전하는 제1 입자(164a) 및 제2 입자(164b)를 통해 인터커넥터(120)로 직접 전달된다.
도 6에서는 제1 전극용 집전부(114)와 도전성 접착 필름(160) 및 인터커넥터(120)의 접속 구조에 대해 설명하였지만, 전술한 내용은 제2 전극용 집전부(117)와 도전성 접착 필름(160) 및 인터커넥터(120)의 접속 구조에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 제1 전극용 집전부와 도전성 접착 필름 및 인터커넥터의 선폭은 다양하게 변경할 수 있다.
예를 들어, 도전성 접착 필름(160)의 선폭, 인터커넥터(120)의 선폭, 제1 전극용 집전부(114)의 선폭은 서로 동일하게 형성될 수 있지만, 도전성 접착 필름(160)의 선폭이 인터커넥터(120)의 선폭 및 제1 전극용 집전부(114)의 선폭보다 크게 형성될 수도 있다.
이와 같이, 제1 전극용 집전부(114), 도전성 접착 필름(160) 및 인터커넥터(120)의 선폭은 다양한 형태로 변형이 가능하다.
이상에서는 도전성 접착 필름(160)의 선폭에 대한 인터커넥터(120)의 선폭 및 제1 전극용 집전부(114)의 선폭의 관계에 대해서만 설명하였지만, 이러한 기술적 구성은 제2 전극용 집전부(117)에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 리드선(LW)과 인터커넥터(120)의 접합에도 도전성 접착 필름(160)을 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 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.
111: 기판 112: 에미터부
113: 제1 전극 114: 제1 전극용 집전부
115: 반사방지막 116: 제2 전극
117: 제2 전극용 집전부 118: 후면 전계부
120: 인터커넥터 160: 도전성 접착 필름
162: 수지 164: 도전성 입자

Claims (12)

  1. 기판 및 상기 기판에 위치하는 전극부를 포함하는 복수의 태양전지들;
    인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 및
    상기 전극부와 상기 인터커넥터 사이에 위치하며, 상기 전극부와 상기 인터커넥터를 전기적으로 연결하는 도전성 접착 필름
    을 포함하며,
    상기 도전성 접착 필름은 수지 및 복수의 도전성 입자를 포함하고, 상기 도전성 입자는 상기 수지의 경화 온도 이하의 온도에서 용융하여 상기 인터커넥터 및 상기 전극부 중 적어도 하나와 금속 용융 접합을 형성하는 저융점 금속으로 구성된 복수의 제1 입자를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 도전성 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 납(Pb), 아연(Zn), 코발트(Co), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로부터 선택된 1종 이상의 금속으로 구성된 복수의 제2 입자를 더 포함하는 태양전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 입자는 방사형으로 형성되는 태양전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 제2 입자 중 적어도 하나의 두께는 상기 수지의 두께와 동일하거나, 상기 수지의 두께보다 두껍게 형성되는 태양전지 모듈.
  5. 제2항에서,
    상기 제1 입자는 상기 도전성 접착 필름의 단위 체적에 대하여 2 체적% 내지 10 체적%로 함유되고, 상기 제2 입자는 상기 도전성 접착 필름의 단위 체적에 대하여 3 체적% 내지 15 체적%로 함유되는 태양전지 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 입자는 상기 제2 입자와 금속 용융 접합을 형성하는 태양전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 금속 용융 접합에 의해 상기 도전성 접착 필름의 폭 방향으로 상기 도전성 입자들이 서로 전기적으로 연결되는 태양전지 모듈.
  8. 제6항에서,
    상기 금속 용융 접합에 의해 상기 도전성 접착 필름의 두께 방향으로 상기 도전성 입자들이 서로 전기적으로 연결되는 태양전지 모듈.
  9. 제6항에서,
    상기 금속 용융 접합에 의해 상기 도전성 접착 필름의 폭 방향 및 두께 방향으로 상기 도전성 입자들이 서로 전기적으로 연결되는 태양전지 모듈.
  10. 제6항에서,
    제1 입자는 비스무스 또는 비스무스 화합물을 포함하는 태양전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 인터커넥터는 전도성 금속 및 전도성 금속의 표면에 피복된 솔더를 포함하고, 상기 제1 입자는 상기 솔더와 금속 용융 접합되어 SnPbAgBi, SnCuAgBi, SnCuBi 또는 SnBi 중 하나를 형성하는 태양전지 모듈.
  12. 제10항에서,
    상기 전극부는 은(Ag)을 포함하며, 상기 제1 입자는 상기 은과 금속 용융 접합되어 AgBi를 형성하는 태양전지 모듈.
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KR20160053390A (ko) * 2014-11-04 2016-05-13 한화첨단소재 주식회사 전극 일체형 태양전지 보호시트 및 이를 이용하여 제조된 태양전지 모듈

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