KR20130011328A - 리본 및 이를 구비한 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리본 및 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈은, 복수의 태양전지, 복수의 태양전지를 연결하여 태양전지 스트링을 구성하는 리본, 태양전지 스트링의 전면 상에 위치하는 전면기판 및 태양전지 스트링의 후면 상에 위치하는 후면기판을 포함하고, 리본은 복수의 구리 와이어를 포함하며, 복수의 구리 와이어는 서로 엮이고, 엇갈리도록 짜여진다. 이에 의해, 리본이 유연성(Flexibility)을 가지고, 태양전지의 Crack의 발생을 방지하여 신뢰성이 향상되며, 태양전지 모듈의 전력 손실이 감소 될 수 있다.
Description
본 발명은 리본 및 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유연성(Flexibility)을 가지는 리본과 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
한편, 태양전지 모듈은 태양광 발전을 위한 태양전지가 리본에 의해 직렬, 병렬 혹은 직병렬로 연결된 상태를 의미한다. 리본은 태양전지의 전면 전극 및 후면 전극과 연결되는데, 종래의 리본은 도 1의 (a)와 같이 단면이 직사각형인 구리를 사용하였다.
이와 같은 두꺼운 구리로 된 리본은, 단단한 성질(Stiff)이 너무 강하여, 태양전지와의 접합 시, 또는 작동 중 온도 변화시 즉, 열 충격시에 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 박리되어, 태양전지에 크랙(Crack)을 유발하는 주요원인이 된다. 이러한 태양전지의 크랙은 태양전지 모듈의 효율을 저하시킨다.
본 발명의 목적은, 유연성(Flexibility)을 가지는 리본과 이를 구비한 태양전지 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은, 복수의 태양전지, 복수의 태양전지를 연결하여 태양전지 스트링을 구성하는 리본, 태양전지 스트링의 전면 상에 위치하는 전면기판 및 태양전지 스트링의 후면 상에 위치하는 후면기판을 포함하고, 리본은 복수의 구리 와이어를 포함하며, 복수의 구리 와이어는 서로 엮이고, 엇갈리도록 짜여진다.
또한, 리본은 유연성(Flexibility)을 가진다.
또한, 리본은 오톨도톨한 표면을 가진다.
또한, 리본은 직물 패턴을 포함한다.
또한, 구리 와이어의 표면은 니켈, 금, 은 및 주석 중 적어도 어느 하나로 코팅된다.
또한, 리본과 태양전지 사이에는 전도성 필름을 포함할 수 있다.
또한, 구리 와이어의 지름은 20 내지 80㎛일 수 있다.
또한, 리본의 두께는 100 내지 400㎛일 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 리본은, 복수의 구리 와이어를 포함하고, 복수의 구리 와이어는 서로 엮이고, 엇갈리도록 짜여져 유연성(Flexibility)을 가진다.
본 발명에 따르면, 리본이, 서로 엮이고, 어긋나도록 짜여진 다수의 구리 와이어로 형성되어 우수한 유연성(Flexibility)을 가지며, 이에 의해, 태양전지의 Crack의 발생을 방지하여 신뢰성이 향상되고, 태양전지 모듈의 전력 손실이 감소 될 수 있다.
도 1은 종래 리본과 태양전지를 도시한 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 분해 사시도,
도 3은 도 2의 태양전지 모듈의 측면을 도시한 도,
도 4는 도 2의 태양전지 모듈의 리본을 도시한 도,
도 5는 도 4의 리본의 A-A'단면을 도시한 도, 그리고
도 6은 도 2의 태양전지 모듈의 태양전지와 리본이 부착된 상태를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 분해 사시도,
도 3은 도 2의 태양전지 모듈의 측면을 도시한 도,
도 4는 도 2의 태양전지 모듈의 리본을 도시한 도,
도 5는 도 4의 리본의 A-A'단면을 도시한 도, 그리고
도 6은 도 2의 태양전지 모듈의 태양전지와 리본이 부착된 상태를 도시한 평면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 도면에서, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니며, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용하기로 한다.
또한, 각 구성요소의 설명에 있어서, "상(on)"에 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 태양전지 모듈의 측면을 도시한 도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 복수의 태양전지(150), 복수의 태양전지(150)를 연결하여 태양전지 스트링(140)을 구성하는 리본(200), 태양전지 스트링(140)의 전면 상에 위치하는 전면기판(110) 및 태양전지 스트링(140)의 후면 상에 위치하는 후면기판(120)을 포함할 수 있다. 또한, 태양전지 모듈(100)은 태양전지 스트링(140)과 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양전지 스트링(140)과 후면 기판(120) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 예를 들어, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 상기 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함하는 실리콘 태양전지(silicon solar cell)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 태양전지(150)는 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell), 적층형 태양전지(tandem solar cell) 등일 수 있다.
이러한 복수의 태양전지(150)는 리본(200)에 의해 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 스트링(140)을 이룬다.
구체적으로, 리본(200)은 태양전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 태빙공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙공정은 태양전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스(flux)가 도포된 태양전지(150)에 리본(200)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 행할 수 있다.
또는, 태양전지(150)의 일면과 리본(200) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것으로, 열압착에 의해 도전성 입자가 필름의 외부로 드러나게 되고, 드러난 도전성 입자에 의해 태양전지(150)와 리본(200)은 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정온도가 낮아져 스트링(140)의 휘어짐이 방지될 수 있다.
이와 같이, 리본(200)은 태양전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 연결하므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 리본(200)은 태양전지(150)의 모서리 부분에서 굴곡을 가지게 된다.
따라서, 리본(200)이 충분한 유연성(Flexibility)를 가지지 않으면 태양전지(150)와의 접합시 또는 태양전지 모듈(100)의 작동 중 온도 변화시에 태양전지(150)의 Crack을 유발하는 주요 원인이 되고, 이러한 태양전지(150)의 Crack은 태양전지 모듈(100)의 효율 저하로 이어진다.
이를 방지하고자 본 발명에 의하면 리본(200)은 서로 엮이고, 어긋나도록 짜여진 다수의 구리 와이어로 형성됨에 따라 충분한 유연성(Flexibility)을 가질 수 있다. 이에 대하여서는 도 4 및 도 5를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.
버스 리본(145)은 태양전지 스트링(140)의 리본(143) 양끝단을 교대로 연결하여, 태양전지 스트링(140)을 전기적으로 연결한다. 버스 리본(145)은 복수 열 종대로 배치되는 태양전지 스트링(140)의 양단에 횡으로 배치될 수 있다. 또한, 버스 리본(145)은 태양전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(131)는 태양전지(150)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양전지(150)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 라미네이션에 의해 접착하여, 태양전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
후면 기판(120)은 태양전지(150)의 이면에서 태양전지를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 후면 기판(120)은 전면 기판(110) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질인 것이 바람직하며, 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질로 형성될 수도 있다.
도 4는 도 2의 태양전지 모듈의 리본을 도시한 도이고, 도 5는 도 4의 리본의 A-A'단면을 도시한 도이며, 도 6은 태양전지와 리본이 부착된 상태를 도시한 평면도이다.
먼저, 도 4및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리본(200)은, 복수의 구리 와이어(210)를 포함하여 형성되고, 이러한 복수의 구리 와이어(210)는 서로 엮이고, 엇갈리도록 짜여진다. 따라서, 리본(200)의 유연성(Flexibility)이 향상될 수 있다.
일 예로, 복수의 구리 와이어(210)는 직물 패턴을 이룰 수 있다. 직물이란 경사(날실)와 위사(씨실)가 서로 아래위로 교차하여 짜여져 어떤 넓이의 평면체가 된 천을 의미하는데, 이와 같이 본 발명에 따른 리본(200)은 복수의 구리 와이어(210)가 엮이고 짜여져 형성됨으로써 직물 패턴을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 리본(200)은, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 저항의 감소를 위해, 구리 와이어(210)가 단층이 아니고, 복수 층으로 형성될 수 있다.
또한, 리본(200)은 복수의 구리 와이어(210)가 엮이고 짜여져 형성됨으로써, 표면이 고르지 않고, 복수의 구리 와이어(210)의 외측면이 불연속적으로 드러나 오톨도톨한 표면을 가진다. 따라서, 입사하는 광의 반사율이 증가하여 태양전지 모듈(100)의 효율이 향상될 수 있다.
이에 관해, 도 2 및 도 3을 참조하여 간략하게 설명하면, 전면 기판(110)을 통해 입사한 광 중 일부는 태양전지(150)로 흡수되지 않고, 리본(200) 등에 흡수되거나, 반사된다. 이때, 리본(200)의 표면이 오톨도톨한 형상을 가지는 경우는, 입사한 태양광이 리본(200)에 의해 흡수되기보다는 난반사를 일으키게 되며, 난반사 된 광은 진행경로가 변경되어, 전면 기판(110)에서의 재반사를 통해 용이하게 태양전지(150)로 흡수될 수 있다. 따라서, 리본(200)의 표면에서 광 반사율이 증가하여, 태양전지 모듈(100)의 효율이 향상될 수 있다.
한편, 이와 같은 리본(200)은 100 내지 400㎛의 두께(H)를 가지는 것이 바람직하다. 리본(200)의 두께(H)가 100㎛보다 작은 경우는 리본(200)의 저항이 증가하여 태양전지 모듈(100)의 효율이 저하될 수 있으며, 반대로 리본(200)의 두께(H)가 400㎛ 보다 큰 경우는, 형성된 리본(200)의 단단한 성질(Stiff)이 강해지고, 리본(200)에 의한 Shading 현상이 증가하여 태양전지(150)로 입사하는 태양광의 감소폭이 커지기 때문이다.
또한, 리본(200)을 형성하는 복수의 구리 와이어(210)의 지름(D)은 20 내지 80㎛일 수 있다. 구리 와이어(210)의 지름(D)이 20㎛ 보다 작으면, 복수의 구리 와이어(210)를 서로 엇갈리도록 짜서 리본(200)을 형성하는 과정에서, 구리 와이어(210)가 끊어져 리본(200)의 저항이 증가할 수 있고, 반면에, 구리 와이어(210)의 지름(D)이 80㎛ 보다 크면, 복수의 구리 와이어(210) 사이의 공간이 넓어져 리본(200)의 저항이 증가할 수 있다. 따라서, 구리 와이어(210)의 지름(D)은 20 내지 80㎛인 것이 바람직하다.
이러한 구리 와이어(210)는, 표면이 니켈, 금, 은 및 주석 중 적어도 어느 하나로 코팅될 수 있다. 코팅은, 일 예로, 전해 도금에 의할 수 있다. 전해 도금은 전류를 인가하여 금속 이온을 금속으로 석출하는 방식으로, 인가하는 전류의 양 및 전류를 인가하는 시간을 조절하여 구리 와이어(210)의 표면에 형성되는 도금층의 두께를 조절할 수 있다.
이와 같이, 구리 와이어(210)의 표면을 코팅하면, 구리 와이어(210)가 산화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 주석은 태빙공정시 공정온도를 낮출 수 있다.
도 6은 태양전지(150)와 리본(200)이 부착된 상태를 도시한 평면도로, 도 6을 참조하면, 리본(200)은 전면전극(152)과 부착시, 전면전극(152)의 폭 이하로 설정될 수 있다. 또한, 전면전극(152)의 끝단이 약간 남도록 위치할 수 있다. 따라서, 태빙공정시 오차가 발생하더라도, 리본(200)이 태양전지(150)로 입사하는 광을 가리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 하기의 표 1은 본 발명에 따른 리본(200)과 도 1의 종래 리본을 사용하여 구성한 태양전지 모듈의 효과를 측정한 결과이다.
여기서, 실시 예는 본 발명에 따른 리본으로, 50㎛의 지름을 가지는 구리 와이어(210)를 사용하여, 폭 2mm, 두께 200㎛의 리본(200)을 사용한 것이며, 비교 예는 도 1에 도시된 것으로, 리본의 사이즈는 동일하다.
또한, 하기의 표 1에서 전력손실률은 태양전지(150)에서부터 리본(200)과의 접촉면까지에서의 전력손실률을 의미하고, 전력 감소율은 100회의 열주기(Thermal cycle) 후의 전력 감소율을 의미한다.
| 비교 예 | 실시 예 | |
| 리본의 저항 | 63.1 | 63.5 |
| 전력 손실률 | 4.3% | 4.1% |
| 전력 감소율 | 4.6% | 0.6% |
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리본(200)을 구비한 태양전지 모듈(100)의 전력 손실률은 종래와 대등하다고 볼 수 있으나, 전력 감소율의 경우는 종래에 비해 월등한 효과가 있음을 알 수 있다.
이는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래는 단단한 성질(Stiff)이 강한 두꺼운 구리로 형성된 리본을 사용하였기 때문에, 태양전지 모듈(100)의 작동 중 온도 변화 시에, 태양전지와의 접촉면과 떨어지면서 태양전지의 Crack을 유발하게 됨에 반해, 본 발명에 따른 리본(200)은 유연성(Flexibility)을 가지고 있어, 태양전지 모듈(100)의 작동 중 온도 변화가 발생하더라도, 태양전지(150)와의 접합을 유지할 수 있기 때문이다.
따라서, 태양전지(150)의 Crack이 발생하는 것을 효과적으로 방지하여 신뢰성을 향상시키며, 이에 따라, 태양전지 모듈(100)의 전력손실을 감소시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (15)
- 복수의 태양전지;
상기 복수의 태양전지를 연결하여 태양전지 스트링을 구성하는 리본;
상기 태양전지 스트링의 전면 상에 위치하는 전면기판; 및
상기 태양전지 스트링의 후면 상에 위치하는 후면기판;을 포함하고,
상기 리본은 복수의 구리 와이어를 포함하며, 상기 복수의 구리 와이어는 서로 엮이고, 엇갈리도록 짜여진 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리본은 유연성(Flexibility)을 가지는 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리본은 오톨도톨한 표면을 가지는 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리본은 직물 패턴을 포함하는 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 구리 와이어의 표면은 니켈, 금, 은 및 주석 중 적어도 어느 하나로 코팅된 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리본과 상기 태양전지 사이의 전도성 필름을 포함하는 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 구리 와이어의 지름은 20 내지 80㎛인 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 리본의 두께는 100 내지 400㎛인 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 태양전지 스트링과 상기 전면 기판 사이의 제1 밀봉재와, 상기 태양전지 스트링과 상기 후면 기판 사이의 제2 밀봉재를 포함하는 태양전지 모듈. - 복수의 구리 와이어를 포함하고,
상기 복수의 구리 와이어는 서로 엮이고, 엇갈리도록 짜여져 유연성(Flexibility)을 가지는 리본. - 제10항에 있어서,
상기 리본은 오톨도톨한 표면을 가지는 태양전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 구리 와이어는 직물패턴을 형성하는 리본. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 구리 와이어의 표면은 니켈, 금, 은 및 주석 중 적어도 어느 하나로 코팅된 리본. - 제10항에 있어서,
상기 구리 와이어의 지름은 20 내지 80㎛인 리본. - 제10항에 있어서,
상기 리본의 두께는 100 내지 400㎛인 리본.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2011-07-21 KR KR1020110072400A patent/KR20130011328A/ko active Search and Examination
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