KR20130014966A - 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지는 지지기판 상에 배치되며, 상기 지지기판 상에 윈도우층, 광 흡수층 및 이면전극층이 순차적으로 형성된 복수개의 태양전지 셀들; 상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 1 다이오드; 및 상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 2 다이오드를 포함한다.

Description

태양전지 모듈 및 이의 제조방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD OF FABIRCATING THE SAME}
실시예는 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS 계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지는 하나의 패널(panel)에 복수개의 셀이 형성되어, 상기 셀들을 직렬로 연결하여 사용하고 있다. 상기 복수개의 셀 중 어느 하나의 셀에 불량이 발생하면, 이 패널은 사용하지 못하고 폐기하게 된다. 또한, 태양전지 패널에 외부의 물체에 의해 그림자가 지거나, 태양전지 패널 상에 불순물과 같은 이물질이 부착되면, 그림자가 지거나 이물질이 부착된 셀은 부하가 커져 과열되는 문제가 발생한다.
또한, 태양전지는 광을 받을 때에만 발전을 하게 되며, 건전지와 같이 전기를 축전하는 기능이 없다. 이에 따라, 야간이나 비올 때 등 광을 받을 수 없는 경우에도 태양전지를 사용하기 위해서는 충전 유닛에 전기를 저장하고 이를 사용하여야 한다. 즉, 안정된 태양광 발전시스템을 구축하기 위해서는 충전 유닛이 필요하다. 다만, 태양전지의 출력이 작은 경우, 상기 충전 유닛으로부터 상기 태양전지로 전류가 역류하는 문제가 발생한다.
실시예는 불량셀이 발생하거나, 태양전지 패널에 그림자가 생겨도 열화현상 없이 사용가능 한 태양전지 모듈을 제공한다.
또한, 실시예는 태양전지 모듈과 연결된 충전 유닛이 방전되는 경우, 전류가 충전 유닛으로부터 태양전지로 역류되는 현상을 방지할 수 있는 태양전지 모듈을 제공한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판 상에 배치되며, 상기 지지기판 상에 윈도우층, 광 흡수층 및 이면전극층이 순차적으로 형성된 복수개의 태양전지 셀들; 상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 1 다이오드; 및 상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 2 다이오드를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은 지지기판 상에, 윈도우층, 광 흡수층, 이면전극층을 순차적으로 배치하여 태양전지 셀들을 형성하는 단계; 상기 태양전지 셀들과 병렬 연결되는 제 1 다이오드를 형성하는 단계; 및 상기 태양전지 셀들과 직렬 연결되는 제 2 다이오드를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판 상에 태양전지 셀들을 형성하고, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드를 배치시킨다.
상기 제 1 다이오드는 셀 유닛 중 어느 하나에 그림자가 지거나, 이물질이 셀 유닛 상에 형성되었을 경우, 전하가 상기 제 1 다이오드로 우회할 수 있도록 형성된다. 이에 따라, 불량셀이 발생하거나, 태양전지 모듈에 그림자가 생겨도 열화현상 없이 태양전지를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 2 다이오드는 태양전지와 연결되는 충전 유닛이 방전되는 경우, 태양전지 패널로 전류가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 제 1 다이오드 및 상기 제 2 다이오드가 상기 지지기판 상에 직접 형성된다. 즉, 상기 지지기판 상면의 모서리 영역(edge)에 상기 제 1 다이오드 및 상기 제 2 다이오드를 직접 형성함으로써, 태양전지 모듈의 고집적화가 가능하다.
또한, 상기 제 1 다이오드 및 상기 제 2 다이오드는 태양전지 셀들을 형성되는 과정에서 동시에 형성될 수 있으므로 공정이 단순화되고, 생산성이 향상될 수 있다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 회로도들이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3 에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3 에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 16은 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈의 회로 구성을 개략적으로 나타내는 회로도이다. 도 3은 실시예에 따른 태양전지를 도시한 평면도이다. 도 4는 도 3 에서 A-A`를 따라서 절단한 단면, 도 5는 도 3 에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 모듈(10)은 지지기판(100) 상에 배치되는 태양전지 셀들(20); 상기 지지기판(100) 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들(20)과 연결되는 제 1 다이오드(30); 및 상기 지지기판(100) 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들(20)과 연결되는 제 2 다이오드(40)를 포함한다.
상기 태양전지 모듈(10)에 있어서, 상기 태양전지 셀들(20)은 상기 지지기판(100)에 직접 접촉하여 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 다이오드(30)는 상기 지지기판(100)에 직접 접촉하여 배치되며, 상기 태양전지 셀들(20)과 나란히 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100)에 직접 접촉하며 배치될 수 있으며, 상기 태양전지 셀들(20)의 옆에 배치될 수 있다.
상기 태양전지 모듈(10)에 있어서, 상기 태양전지 셀들(20)과 상기 제 1 다이오드(30) 및 상기 제 2 다이오드(40)는 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 태양전지 셀들(20)과 상기 제 1 다이오드(30)는 병렬 연결될 수 있다. 또한, 상기 태양전지 셀들(20)과 상기 제 2 다이오드(40)는 직렬 연결될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지 모듈(10)은 추가로 상기 제 1 버스바(810) 및 상기 제 2 버스바(820)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 버스바(810) 및 상기 제 2 버스바(820)는 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 예를 들어, 상기 제 1 버스바(810) 및 상기 제 2 버스바(820)는 상기 지지기판(100) 상에 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 버스바(810)는 상기 제 2 다이오드(40)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 2 버스바(820)는 상기 태양전지 셀들(10) 및 상기 제 1 다이오드(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 태양전지 셀들(20)은 상기 지지기판(100) 상에 형성되는 복수개의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)을 포함한다. 상기 복수개의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)은 상기 지지기판(100)상에 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 복수개의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)은 서로 전기적으로 연결되어 있다. 상기 복수개의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)은 각각 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 태양전지 셀들(20)은 서로 직렬로 연결되어 있는 복수개의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1셀(C1)에 형성된 상기 이면전극층(600)은 상기 제2셀(C2)에 형성된 광 흡수층(300)과 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제1셀(C1) 및 상기 제2셀(C2)은 서로 직렬로 연결된다. 상기와 같은 구성에 의하여 상기 제1셀(C1) 내지 상기 제4셀(C4)은 직렬로 연결될 수 있다.
상기 태양전지 셀들(20)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되는 윈도우층(200), 상기 윈도우층(200) 상에 광 흡수층(300), 상기 광 흡수층 상에 버퍼층(400), 상기 버퍼층 상에 고저항 버퍼층(500), 상기 고저항 버퍼층 상에 이면전극층(600)을 포함한다. 예를 들어, 상기 태양전지 셀들(20)은 상기 지지기판(100) 상에, 상기 윈도우층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 이면전극층(600)이 순처적으로 서로 직접 접촉하며 배치된 것을 포함할 수 있다.
상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 윈도우층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 즉, 상기 윈도우층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 윈도우층(200)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 한다.
예를 들어, 상기 이면전극층(600)은 상기 지지기판(100) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 이면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 들 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 윈도우층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300) 은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함한다. 이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 이면전극층(600) 사이에 배치된다. 즉, 상기 광 흡수층(300)과 상기 이면전극층(600)은 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이가 크기 때문에, 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(400)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 3.3 eV 이다.
이어서, 상기 이면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 예를 들어, 상기 이면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 도전물질을 적층하여 형성될 수 있다. 상기 도전물질을 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 적층시킬 때, 상기 도전물질이 상기 제2 관통홈들(TH2)의 내부에도 삽입되어, 상기 접속배선(700)을 형성할 수 있다. 상기 접속배선(700)은 상기 윈도우층(200)과 상기 이면전극층(600)을 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 상기 이면전극층(600)과 상기 접속배선(700)은 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 이면전극층(600)은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이면전극층(600)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 다이오드(30)는 셀 유닛 중 어느 하나에 그림자가 지거나, 이물질이 셀 유닛 상에 형성되었을 경우, 전하가 상기 제 1 다이오드(30)로 우회할 수 있도록 형성된다.
직렬로 연결된 복수의 태양전지가 평소에는 복수개의 셀들(C1, C2, C3...)을 통하여 전류가 흐르게 되나, 상기 복수개의 셀들(C1, C2, C3...) 중 어느 하나의 셀에 그림자가 지거나, 이물질이 태양전지 패널 상에 형성되었을 경우, 불량이 발생한 해당 셀은 발전을 하는 능동소자가 아닌 수동소자, 즉 저항과 같이 동작하게 되므로 해당 셀에 역 기전력이 발생하게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 태양전지 모듈(10)은 상기 지지기판(100) 상에 상기 제 1 다이오드(30)를 배치시킨다. 따라서, 해당 셀과 연결된 상기 제 1 다이오드(30)에 도통 전압이 인가되어 셀이 아닌 제 1 다이오드(30)를 통해 전류가 흐르게 된다. 즉, 상기 제 1 다이오드(30)를 통해 전류가 우회하게 된다.
도 2를 참조하면, 상기 제1셀(C1) 내지 상기 제4셀(C4)을 제1셀 유닛(UNIT1)으로 묶어서 생각할 수 있다. 그리고 제2셀 유닛(UNIT2)이 상기 제1셀 유닛(UNIT1)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1셀 유닛(UNIT1) 및 상기 제2셀 유닛(UNIT2)이 정상적으로 동작하는 경우, 전류는 상기 제1셀 유닛(UNIT1) 및 제2셀 유닛(UNIT2)을 통해 흐르게 된다(X경로).
그러나 예를 들어, 상기 제2셀 유닛(UNIT2) 중 일부의 셀에 그림자가 지거나 불량이 발생하면, 상기 제2셀 유닛(UNIT2)과 병렬 연결된 상기 제 1 다이오드(30)를 통해 전류가 흐르게 된다(Y경로).
따라서, 상기 제 1 다이오드(30)는 셀 유닛 중 어느 하나의 그림자가 지거나, 이물질이 셀 유닛 상에 형성되었을 경우, 전하가 상기 제 1 다이오드(30)로 우회할 수 있도록 형성된다. 이에 따라, 불량셀이 발생하거나, 태양전지 모듈에 그림자가 생겨도 열화현상 없이 태양전지를 사용할 수 있다.
상기 제 1 다이오드(30)는 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 또한, 상기 제 1 다이오드(30)는 상기 지지기판 상의 상기 태양전지 셀들(20)과 나란한 방향으로 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 제 1 다이오드(30)는 상기 지지기판(100) 상에 배치된 제 1 접속전극(210); 상기 제 1 접속전극(210) 상에 배치된 제 1 도전층(310); 및 상기 제 1 도전층(310) 상에 배치된 제 2 도전층(610)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제 1 다이오드(30)는 상기 지지기판(100), 상기 제 1 접속전극(210), 상기 제 1 도전층(310), 및 상기 제 2 도전층(610)이 순차적으로 서로 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 1 다이오드(30)는 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 1 도전층(310)과 상기 제 2 도전층(610) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 1 도전층(310)과 상기 제 2 도전층(610)은 각각 상기 광 흡수층(300) 및 상기 이면전극층(600)과 동일한 물질일 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전층(310)과 상기 제 2 도전층(610)은 각각 상기 기재한 광 흡수층(300) 및 상기 이면전극층(600)에 관한 내용을 모두 포함할 수 있으며, 편의상 중복기재를 생략한다.
상기 제 1 다이오드(30)는 상기 태양전지 셀들(20)과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 다이오드(30)는 상기 태양전지 셀들(20)과 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 태양전지 셀들(20)은 상기 윈도우층(200) 및 상기 제 1 접속전극(210)에 의하여 상기 제 1 다이오드(30)와 병렬 연결될 수 있다. 이 때, 상기 윈도우층(200) 및 상기 제 1 접속전극(210)은 서로 직접 접촉하여 연결될 수 있다. 또한, 상기 윈도우층(200) 및 상기 제 1 접속전극(210)은 서로 일체로 형성된 것일 수 있다.
이와는 다르게, 상기 태양전지 셀들(20)은 상기 제 2 접속전극(220) 및 상기 제 1 접속전극(210)에 의하여 상기 제 1 다이오드(30)와 병렬 연결될 수 있다.
상기 제 1 다이오드(30)는 정션박스(Junction Box)가 아닌 상기 지지기판(100) 상에 직접 배치된다. 예를 들어, 상기 제 1 다이오드(30)는 상기 지지기판(100)의 에지(Edge) 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100) 상면의 모서리 영역(edge)에 형성되므로 소자의 고집적화가 가능하다.
상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 태양전지 모듈(10)과 연결되는 충전 유닛(40)이 방전하는 경우, 상기 태양전지 모듈(10)로 전류가 역류하는 것(Z 방향, 도 2 참조)을 방지할 수 있다. 즉, 상기 태양전지 모듈(10)은 상기 제 2 다이오드(40)에 의해 보호될 수 있다
태양전지는 광을 받을 때에만 발전을 할 수 있으며, 건전지와 같이 전기를 축전하는 기능이 없다. 이에 따라, 야간이나 비올 때 등 광을 받을 수 없는 경우에 태양전지를 사용하기 위해서는, 광에 의해 발전된 전기를 충전 유닛에 저장할 필요가 있다. 즉, 안정된 태양광 발전시스템을 구축하기 위해서는 충전 유닛이 필요하다. 상기 충전 유닛으로는 대용량의 축전지 등이 사용될 수 있다.
다만, 상기 태양전지의 출력이 작거나 상기 충전 유닛이 방전되는 경우, 상기 충전 유닛으로부터 상기 태양전지로 전류가 역류하는 현상이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 전류가 역류하는 것을 방지하고 순방향으로 전류가 흐르도록 제어하는 장치가 필요하다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 실시예에 따른 태양전지 모듈(10)은 지지기판(100) 상에, 태양전지 셀들(20)과 연결되는 상기 제 2 다이오드(40)를 포함한다. 즉, 상기 태양전지 모듈은 충전 유닛(40)이 방전되는 경우, 상기 태양전지 모듈(10)로 전류가 역류하는 것(Z 방향, 도 2 참조)을 방지하기 위하여 상기 제 2 다이오드(40)를 상기 지지기판(100) 상에 형성한다.
상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100) 상에 직접 형성된다. 즉, 상기 제 2 다이오드(40)는 정션박스(Junction Box)가 아닌 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 예를 들어, 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100)의 에지(Edge) 영역에 형성될 수 있다. 상기 에지 영역은 상기 지지기판(100) 상에 상기 태양전지 셀들(20)이 형성되지 않은 영역을 말한다. 더 자세하게, 상기 에지 영역은 상기 태양전지 셀들(20)이 배치되어 있지 않으며, 상기 지지기판(100) 상의 둘레 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100) 상면의 모서리 영역(edge)에 형성되므로 소자의 고집적화가 가능하다.
상기 제 2 다이오드(40)는 상기 지지기판(100) 상에 배치된 제 2 접속전극(210), 상기 접속전극(210) 상에 배치된 제 1' 도전층(310), 및 상기 제 1' 도전층(310) 상에 배치된 제 2' 도전층(610)을 포함한다. 예를 들어, 상기 블로킹 다이오드(30)는 상기 지지기판(100), 상기 제 2 접속전극(220), 상기 제 1' 도전층(320), 및 상기 제 2' 도전층(620)이 순차적으로 서로 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 1' 도전층(320)과 상기 제 2' 도전층(620) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제 2' 접속전극(220)은 상기 태양전지 셀들(20)의 상기 윈도우층(200)과 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제 2' 접속전극(220)과 상기 윈도우층(200)은 직접 접촉하여 연결될 수 있다. 예들 들어, 도 4를 참조하면, 상기 제 2 다이오드(40)의 제 2' 접속전극(210)과 상기 제1셀(C1)의 윈도우층(200)은 직접 접촉하여 연결된다. 이에 따라, 상기 제 2 다이오드(40)와 상기 태양전지 셀들(20)은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1' 도전층(320)과 상기 제 2' 도전층(620)은 각각 상기 광 흡수층(300) 및 상기 이면전극층(600)과 동일한 물질일 수 있다. 또한, 상기 제 1' 도전층(320)과 상기 제 2' 도전층(610)은 각각 상기 기재한 광 흡수층(300) 및 상기 이면전극층(600)에 관한 내용을 모두 포함할 수 있으며, 편의상 중복기재를 생략한다.
도 5 내지 도 16은 실시예에 따른 태양전지 모듈을 제조하는 방법을 도시한 단면도이다. 본 제조방법에서는 앞서 설명한 태양전지 모듈을 참고하여 설명한다. 본 제조방법에 대한 설명에, 앞선 태양전지 모듈에 관한 설명은 본질적으로 결합될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지 모듈(10)을 제조하는 방법은 상기 지지기판(100) 상에 태양전지 셀들(20)을 형성하는 단계; 상기 태양전지 셀들(20)과 병렬 연결되는 제 1 다이오드(30)를 형성하는 단계; 및 상기 태양전지 셀들(20)과 직렬 연결되는 제 2 다이오드(40)를 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 태양전지 셀들(20)을 형성하는 단계, 상기 제 1 다이오드(30)를 형성하는 단계 및 상기 제 2 다이오드(40)를 형성하는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
상기 태양전지 셀들(20)을 형성하는 단계는, 상기 지지기판(100) 상에 상기 윈도우층(200)을 형성하는 단계; 상기 윈도우층(200) 상에 광 흡수층(300)을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층(300) 상에 이면전극층(600)을 형성하는 단계를 포함한다. 필요한 경우, 상기 태양전지 셀들(20)을 형성하는 단계는 상기 광 흡수층(300)을 배치한 후에, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 버퍼층(400), 상기 버퍼층(400) 상에 상기 고저항 버퍼층(500)을 추가로 형성할 수 있다.
상기 제 1 다이오드(30)를 형성하는 단계는, 상기 지지기판(100) 상에 제 1 접속전극(210)을 형성하는 단계; 상기 제 1 접속전극(210) 상에 제 1 도전층(310)을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전층(310) 상에 제 2 도전층(610)을 형성하는 단계를 포함한다. 필요한 경우, 상기 제 1 다이오드(30)를 형성하는 단계는 상기 제 1 도전층(310)을 형성한 후에, 상기 제 1 도전층(310) 상에 상기 버퍼층(400), 상기 버퍼층(400) 상에 상기 고저항 버퍼층(500)을 추가로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 2 다이오드(40)를 형성하는 단계는, 상기 지지기판(100) 상에 제 2 접속전극(220)을 형성하는 단계; 상기 제 1 접속전극(220) 상에 제 1' 도전층(320)을 형성하는 단계; 상기 제 1' 도전층(320) 상에 제 2' 도전층(620)을 형성하는 단계를 포함한다. 필요한 경우, 상기 제 2 다이오드(40)를 형성하는 단계는 상기 제 1' 도전층(320)을 형성한 후에, 상기 제 1' 도전층(320) 상에 상기 버퍼층(400), 상기 버퍼층(400) 상에 상기 고저항 버퍼층(500)을 추가로 형성할 수 있다.
상기 제 1 다이오드(30) 및 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 태양전지 셀들(20)을 형성하기 위한 각 층의 증착 및 패터닝 공정에서 함께 형성된다. 즉, 상기 제 1 다이오드(30) 및 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 태양전지 셀들(20)의 제조 공정과 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300), 상기 제 1 도전층(310) 및 상기 제 1' 도전층(320)은 동일한 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 또한, 상기 이면전극층(600), 상기 제 2 도전층(610) 및 상기 제 2' 도전층(620)은 동일한 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 다이오드(30) 및 상기 제 2 다이오드(40)의 제조 공정은 단순화 되며, 결과적으로 태양전지 모듈(10)의 생산성이 향상될 수 있다.
따라서, 하기에서는 상기 태양전지 셀들(20)을 제조하는 공정에 대하여 중점적으로 서술한다. 이에 따라, 상기 태양전지 셀들(20)을 제조하는 공정 중 상기 제 1 다이오드(30) 및 상기 제 2 다이오드(40)를 제조하는 공정과 중복되는 부분은 편의상 중복기재를 생략하도록 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 지지기판(100) 상에 상기 윈도우층(200), 상기 제 1 접속전극(210) 및 상기 제 2 접속전극(220)이 형성된다.
상기 윈도우층(200), 상기 제 1 접속전극(210) 및 상기 제 2 접속전극(220)은 상기 지지기판(100) 상에 윈도우막을 형성한 후, 포토 리소그라피(photo-lithography) 공정으로 패터닝 되어 형성될 수 있다.
또는, 상기 지지기판(100) 상에 마스크를 배치시킨 후, 각 영역에만 상기 윈도우층(200), 상기 제 1 접속전극(210) 및 상기 제 2 접속전극(220)이 형성되도록 할 수도 있다.
즉, 상기 윈도우층(200), 상기 접속전극들(210, 220)은 동일한 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다.
상기 윈도우층은(200)은 산화물을 포함한다. 상기 윈도우층은(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 윈도우층은(200)은 상기 지지기판(100) 상에 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄으로 도핑된 산화 아연으로 형성될 수 있다.
상기 윈도우막의 패터닝에 의하여, 제 1 관통홈들(TH1, TH1')이 형성된다. 도 3을 참조하면, 상기 제1셀(C1) 내지 상기 제4셀(C4)에 형성되는 제1 관통홈들(TH1) 중 일부가 길게 형성되어 상기 제 1 다이오드(30)가 형성되는 영역으로 연장되어 관통홈(TH1')이 될 수 있다. 즉, 동일한 공정에서 길이의 패터닝을 달리하여 상기 제 1 다이오드(30)가 형성되는 영역의 관통홈(TH1')과 상기 제1셀(C1) 내지 제4셀(C4) 및 상기 제 2 다이오드(40)가 형성되는 제1 관통홈들(TH1)이 형성될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1, TH1')은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1, TH1')은 평면에서 보았을 때, 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80 ㎛ 내지 200 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 관통홈들(TH1, TH1')에 의해서, 상기 윈도우층(200)은 다수 개의 윈도우전극들 및 상기 접속전극들(210, 220)으로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1, TH1')에 의해서, 상기 윈도우전극들 및 상기 접속전극들(210, 220)이 정의된다.
상기 윈도우전극들 및 상기 상기 접속전극들(210, 220)은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1, TH1')은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 윈도우층(200) 상에 상기 광 흡수층(300)이 형성된다. 이와 동시에, 상기 제 1 접속전극(210) 상에 상기 제 1 도전층(310)이 형성된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)의 일부는 이후 공정에 의하여 상기 제 1 도전층(310)으로 분리될 수 있다.
즉, 상기 광 흡수층(300), 상기 제 1 도전층(310) 및 상기 제 1' 도전층(320)은 동일한 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 상기 광 흡수층(300) 및 상기 도전층들(310, 320)은 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ계 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300) 은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다. 이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300) 은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CIS계) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 윈도우층(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다. 이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층(300)이 형성된다. 또한, 상기 금속 프리커서막을 형성하는 공정 및 셀레니제이션 공정 동안에, 상기 지지기판(100)에 포함된 알칼리(alkali) 성분이 상기 윈도우층(200)을 통해서, 상기 금속 프리커서막, 상기 광 흡수층(300)에 확산된다. 알칼리(alkali) 성분은 상기 광 흡수층(300)의 그레인(grain) 크기를 향상시키고, 결정성을 향상시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리, 인듐, 갈륨, 셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
이어서, 상기 광 흡수층(300) 상에 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
도 10을 참조하면, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제2 관통홈들(TH2)은 기계적인(mechnical) 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 윈도우층(200)의 일부가 노출된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 윈도우층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가진다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80 ㎛ 내지 약 200 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 및 상기 고저항 버퍼층(500) 각각은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들, 다수 개의 버퍼들, 다수 개의 고저항 버퍼들로 각각 정의된다. 즉, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서 각각 상기 광 흡수부들, 상기 버퍼들, 상기 고저항 버퍼들로 구분된다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 이면전극층(600), 접속배선(700) 및 제 2 도전층(610)을 형성한다. 상기 도전물질을 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 적층시킬 때, 상기 도전물질이 상기 제2 관통홈들(TH2)의 내부에도 삽입되어, 상기 접속배선(700)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 이면전극층(600) 과 상기 접속배선(700)은 동일한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 윈도우층(200)과 상기 이면전극층(600)은 상기 접속배선(700)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 이면전극층(600)은 몰리브덴(Mo) 타겟을 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기전도도, 광 흡수층과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다. 또한, 상기 이면전극층(600)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 태양전지 셀들(20)과 상기 제 2 다이오드(40)는 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의하여 정의될 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 태양전지 셀들(20) 및 상기 제 2 다이오드(40)는 각각 서로 구분될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)과 상기 제 1' 도전층(320)은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 구분될 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 광 흡수층(300)의 일부는 상기 제 1' 도전층(320)으로 구분된다. 또한, 상기 이면전극층(600)과 상기 제 2' 도전층(620)은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 구분될 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 이면전극층(600) 의 일부는 상기 제 2' 도전층(620)으로 구분된다.
또한, 도 13을 참조하면, 상기 태양전지 셀들(20)은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의하여 복수개의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 및 상기 고저항 버퍼층(500) 은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 각각 다수개의 광 흡수층들, 다수개의 버퍼층들, 다수개의 고저항 버퍼층들로 구분된다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다.
이와는 다르게, 상기 TH1이 형성되지 않은 영역에 형성된 상기 광 흡수층(300) 내지 이면전극층(600)의 일부를 식각하여 제 1 다이오드(30)를 형성할 수 있다. 상기 제 1 다이오드(30)는 상기 제1셀(C1) 내지 상기 제4셀(C4)과 동일한 층을 포함하여 형성될 수 있다.
즉, 제 1 다이오드(30)는 상기 제1셀(C1) 내지 상기 제4셀(C4)을 형성하는 공정에서 동일한 층이 적층 되어 형성되고 상기 식각 과정에 의해 상기 제1셀(C1) 내지 상기 제4셀(C4)과 구분되어 형성된다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 지지기판(100) 상에 버스바들(810, 820)이 형성된다. 상기 버스바들(810, 820)은 상기 지지기판(100) 의 에지(Edge) 영역에 형성되는 제 4 관통홈들(TH4) 상에 형성될 수 있다. 상기 제 4 관통홈들(TH4)은 기계적인(mechnical) 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 윈도우층(200)의 일부가 노출된다. 이후에, 상기 일부 노출된 윈도우층(200) 상에 상기 버스바들(810, 820)을 형성할 수 있다.
즉, 상기 버스바들은 상기 지지기판(100)의 양 끝단에 형성된 상기 제 4 관통홈들(TH4) 상에 형성될 수 있다.
상기 제1버스바(810)는 상기 제 2 다이오드(40)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2버스바(820)는 상기 제 1 다이오드(30) 및 상기 태양전지 셀들(20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1버스바(810)는 (+)전극에 연결하고, 상기 제2버스바(820)는 (-)전극에 연결할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 지지기판 상에 배치되며, 상기 지지기판 상에 윈도우층, 광 흡수층 및 이면전극층이 순차적으로 형성된 복수개의 태양전지 셀들;
    상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 1 다이오드; 및
    상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 태양전지 셀들과 연결되는 제 2 다이오드를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 셀들과 상기 제 1 다이오드는 병렬 연결되는 태양전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 셀들과 상기 제 2 다이오드는 직렬 연결되는 태양전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 다이오드 및 상기 제 2 다이오드는 상기 지지기판의 에지(Edge) 영역에 형성되는 태양전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 셀들은 직렬로 연결된 복수개의 태양전지 셀을 포함하는 태양전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 다이오드는,
    상기 지지기판 상에 배치된 제 1 접속전극;
    상기 제 1 접속전극 상에 배치된 제 1 도전층; 및
    상기 제 1 도전층 상에 배치된 제 2 도전층을 포함하는 태양전지 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 태양전지 셀들은 상기 윈도우층 및 상기 제 1 접속전극에 의하여 상기 제 1 다이오드와 병렬 연결되는 태양전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 다이오드는,
    상기 지지기판 상에 배치된 제 2 접속전극;
    상기 제 2 접속전극 상에 배치된 제 1' 도전층; 및
    상기 제 1' 도전층 상에 배치된 제 2' 도전층을 포함하는 태양전지 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 접속전극과 상기 윈도우층은 집적 접촉하여 연결되는 것인 태양전지 모듈.
  10. 지지기판 상에, 윈도우층, 광 흡수층, 이면전극층을 순차적으로 배치하여 태양전지 셀들을 형성하는 단계;
    상기 태양전지 셀들과 병렬 연결되는 제 1 다이오드를 형성하는 단계; 및
    상기 태양전지 셀들과 직렬 연결되는 제 2 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 태양전지 셀들을 형성하는 단계, 상기 제 1 다이오드를 형성하는 단계 및 상기 제 2 다이오드를 형성하는 단계는 동시에 수행되는 것인 태양전지 모듈의 제조방법.
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