KR20130034348A - 태양 전지 및 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것이다. 상기 태양 전지의 한 예는 제1 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 방향으로 분할된 복수의 영역을 갖는 기판을 포함하고, 상기 복수의 영역 각각은, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부, 상기 복수의 에미터부에 연결된 복수의 제1 전극, 상기 기판에 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 전극에 연결된 제1 버스바, 그리고 상기 복수의 제2 전극에 연결된 제2 버스바를 포함하고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제1 버스바는 서로 연결되어 있고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제2 버스바는 서로 연결되어 있다.

Description

태양 전지 및 태양 전지 모듈{SOLAR CELL AND SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 및 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, p-n 접합에 의해 생성된 전자와 정공은 n형 반도체부와 p형 반도체부 쪽으로 각각 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 p형 반도체부와 n형 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양 전지의 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지는 제1 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 방향으로 분할된 복수의 영역을 갖는 기판을 포함하고, 상기 복수의 영역 각각은, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부, 상기 복수의 에미터부에 연결된 복수의 제1 전극, 상기 기판에 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 전극에 연결된 제1 버스바, 그리고 상기 복수의 제2 전극에 연결된 제2 버스바를 포함하고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제1 버스바는 서로 연결되어 있고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제2 버스바는 서로 연결되어 있다.
상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 서로 동일한 방향으로 뻗어 있고, 상기 제1 버스바 및 상기 제2 버스바는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 다른 방향으로 뻗어 있는 것이 좋다.
상기 제1 방향은 상기 기판의 가로변과 평행할 수 있다.
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제1 전극은 상기 제1 방향으로 뻗어 있는 것이 좋다.
상기 제1 바스바와 상기 제2 버스바는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 것이 좋다.
상기 제2 방향은 상기 기판의 수직변과 평행할 수 있다.
각 영역에 위치한 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바는 상기 각 영역의 제1 수직변과 상기 제1 수직변에 마주하는 제2 수직변에 각각 인접하게 위치할 수 있다.
각 영역에 위치하는 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제1 전극의 연장 길이는 동일하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제2 전극의 연장 길이는 동일할 수 있다.
상기 기판의 모서리에 위치한 제1 전극과 제2 전극을 제외하면, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제1 전극의 연장 길이는 동일하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제2 전극의 연장 길이는 동일할 수 있다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 복수의 제1 버스바 각각에서 상기 제1 방향으로 뻗어 나온 제1 연결 단자와 상기 복수의 제2 버스바 각각에서 상기 제1 방향으로 뻗어 나온 제2 연결 단자를 더 포함하고, 상기 복수의 제1 버스바는 상기 제1 연결 단자를 통해 서로 연결되고, 상기 복수의 제2 버스바는 상기 제2 연결 단자를 통해 서로 연결될 수 있다.
상기 제1 연결 단자의 폭과 상기 복수의 제1 전극 각각의 폭보다 크고, 상기 제2 연결 단자의 폭은 상기 복수의 제2 전극 각각의 폭보다 큰 것이 좋다.
상기 특징에 따른 태양 전지는 상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 전계부를 더 포함하고, 상기 복수의 제2 전극은 상기 복수의 전계부를 통해 상기 기판과 전기적으로 연결되는 것이 좋다.
상기 복수의 에미터부, 상기 복수의 제1 전극, 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 버스바 그리고 상기 복수의 제2 버스바는 상기 기판의 동일한 면에 위치할 수 있다.
상기 복수의 에미터부, 상기 복수의 제1 전극, 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 버스바 그리고 상기 복수의 제2 버스바는 빛이 입사하는 상기 기판의 입사면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 면에 위치할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 폭은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 폭은 각각 60㎛ 내지 3000㎛일 수 있다.
상기 제1 버스바와 상기 제1 버스바의 폭은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 버스바와 제2 버스바의 폭은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 폭보다 클 수 있다.
각 제1 버스바와 각 제2 버스바의 폭은 각각 1㎜ 내지 10㎜일 수인 태양 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 태양 전지 모듈은 직렬로 연결된 복수의 태양 전지, 상기 복수의 태양 전지의 입사면 위에 위치하는 제1 보호막, 상기 복수의 태양 전지의 입사면의 반대편에 위치하는 제2 보호막, 그리고 상기 제1 보호막 위에 위치하는 투명 기판을 포함하고, 상기 복수의 태양 전지 각각은 제1 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 방향으로 분할된 복수의 영역을 갖는 기판을 포함하고, 상기 복수의 영역 각각은, 상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부, 상기 복수의 에미터부에 연결된 복수의 제1 전극, 상기 기판에 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 전극에 연결된 제1 버스바, 그리고 상기 복수의 제2 전극에 연결된 제2 버스바를 포함하며, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제1 버스바는 서로 연결되어 있고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제2 버스바는 서로 연결되어 있다.
이러한 특징에 따라 태양 전지를 복수의 영역으로 분할한 후, 각 영역에서 발생된 전하를 수집하는 제1 및 제2 전극과 제1 및 제2 버스바를 각 영역에 형성함에 따라, 각 영역에 형성된 제1 및 제2 버스바로 이동하는 전하의 이동 거리가 감소하게 된다. 이로 인해, 각 영역에서 제1 및 제2 전극을 따라 제1 및 제2 버스바로 이동하는 중에 손실되는 전하의 양이 감소하므로, 태양 전지의 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지의 일부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지를 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지에서 기판의 후면에 형성된 제1 전극부와 제2 전극부의 배열 형태의 한 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지에서 기판의 후면에 형성된 제1 전극부와 제2 전극부의 배열 형태의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6는 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 태양 전지를 연결하여 태양 전지 모듈을 제작할 경우, 복수의 태양 전지의 연결 구조를 도시한 도면이다.
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 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 것처럼, 본 실시예에 따른 태양 전지(11)는 기판(110), 빛이 입사되는 기판(110)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'이라 함] 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 보호부(191) 위에 위치하는 전면 전계부(171), 전면 전계부(171) 위에 위치하는 반사 방지부(130), 입사면의 반대쪽 면인 기판(110)의 면[이하, '후면(back surface)'이라 함] 위에 위치하는 복수의 에미터부(emitter region)(121), 기판(110)의 후면 위에 위치하고 복수의 에미터부(121)와 이격되어 있는 복수의 후면 전계부[back surface field (BSF) region](172)], 복수의 에미터부(121)와 연결되어 있는 제1 전극부(140)와 복수의 후면 계부(172)와 연결되어 있는 제2 전극부(150)를 구비한다.
일반적으로 기판(110)의 후면을 통해 빛은 입사되지 않지만, 경우에 따라 기판(110)의 후면으로 빛이 입사될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 후면을 통해 입사되는 빛의 양은 기판(110)의 전면을 통해 입사되는 빛의 양보다 훨씬 적다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘과 같은 결정질 반도체로 이루어진 기판이다. 이때, 기판(100)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스머스(Bi) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
하지만 이와는 달리, 기판(110)은 p형의 도전성 타입일 수 있고, 이 경우, 기판(110)은 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 티타늄(Ti) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 기판(110)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
이러한 기판(110)의 전면은 텍스처링 공정(texturing process)을 통해 불규칙한 요철면(uneven surface)인 텍스처링 표면(textured surface)을 갖는다. 이때, 텍스처링 공정은 실질적으로 평탄한 기판(110)의 전면 전체에 행해진다. 편의상 도 1에서, 기판(110)의 가장자리 부분만 요철면으로 도시하여 그 위에 위치하는 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 그 가장자리 부분만 요철면으로 도시한다. 하지만, 실질적으로 기판(110)의 전면 전체가 요철면을 갖고 있으며, 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 역시 요철면을 갖는다.
이로 인해, 기판(110)의 전면이 텍스처링 표면을 갖고 있으므로, 기판(110)의 전면 표면에서의 빛 반사도가 감소하고, 요철면에서 복수 번의 입사와 반사 동작이 행해져 태양 전지(11) 내부에 빛이 갇히게 되고 이로 인해 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
요철면인 기판(110)의 전면 위에 위치한 전면 보호부(191)는 수소화된 실리콘 산화물(SiOx:H) 등으로 이루어질 수 있다.
이때, 전면 보호부(191)는 기판(110)의 전면에 전체적으로 위치하거나 기판(110) 전면의 가장 자리 부분을 제외한 기판(110)의 전면에 위치할 수 있다.
전면 보호부(191)는 전면 보호부(191)에 함유된 수소(H)를 이용하여 기판(110)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결함에 의해 기판(110)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행하여 결함에 의해 기판(110)의 표면 및 그 근처에서 손실되는 전하의 양을 감소시킨다.
전면 보호부(191) 위에 위치한 전면 전계부(171)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입인 제1 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 높은 농도로 함유된 불순물부, 예를 들어, n+부이다.
따라서, 기판(110)과 전면 전계부(171)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 기판(110) 전면 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 전면 전계 기능을 수행한다. 따라서, 전면 전계부(171)에 의해 기판(110)의 전면 쪽으로 이동하는 정공이 전위 장벽에 의해 기판(110)의 후면 쪽으로 되돌아가게 되는 전면 전계 효과가 얻어지고, 이로 인해, 기판(110)의 후면을 통해 외부 장치로 출력되는 정공의 출력량이 증가하게 되고 기판(110)의 전면에서 재결합이나 결함에 의해 손실되는 전하의 양이 감소한다.
전면 전계부(171) 위에 위치한 반사 방지부(130)는 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 등으로 이루어져 있다. 반사 방지부(130)는 태양 전지(11)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양 전지(11)의 효율을 높인다. 본 실시예에서, 반사 방지막(130)은 단일막 구조를 갖지만 이중막과 같은 다층막 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 기판(110)의 전면에 위치한 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130) 중 적어도 하나는 생략 가능하다.
기판(110)의 후면 내에 위치하는 복수의 에미터부(121)는 서로 이격되어 있고, 서로 나란하게 정해진 방향(예, 제1 방향)으로 뻗어 있다.
복수의 에미터부(121)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 불순물(p++)이 고농도로 함유되어 있어, 각 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다. 따라서, 에미터부(121)는 3가 원소의 불순물을 포함한다.
이러한 복수의 에미터부(121)는 제2 도전성 타입(예, p형)의 불순물을 확산 공정을 통해 기판(110) 내로 기판(110)보다 높은 농도로 확산시켜 형성될 수 있다.
기판(110)의 후면 내에 위치하는 복수의 후면 전계부(172)는 복수의 에미터부(121)와 분리되어 있고, 서로 평행하게 복수의 에미터부(121)와 동일한 방향으로 뻗어 있다.
따라서, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 기판(110)의 후면에서 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)는 교대로 위치한다.
복수의 후면 전계부(172)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물, 예를 들어 n++ 부이다.
이러한 복수의 후면 전계부(172)는 제1 도전성 타입(예, n형)의 불순물을 확산 공정을 통해 기판(110) 내로 기판(110)보다 높은 농도로 확산시켜 형성될 수 있다.
이로 인해, 전면 전계부(171)와 동일하게, 기판(110)과 복수의 후면 전계부(172)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되어 후면 전계부(172)쪽으로 이동한 정공이 제2 전극(151)쪽으로 이동하는 것이 방해되어, 제2 전극(151)의 부근에서 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 감소한다.
또한, 기판(110)과 복수의 에미터부(121) 간에 형성된 p-n 접합에 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자와 정공은 각각 n형 반도체부 쪽과 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 n형이고 복수의 에미터부(121)가 p형일 경우, 정공은 각 에미터부(121)쪽으로 이동하고 전자는 각 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
각 에미터부(121)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 본 실시예와 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 복수의 에미터부(121)은 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 전자는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고 정공은 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동한다.
후면 보호부(192)는 기판(110)의 후면 위에 위치하고, 각 에미터부(121)의 일부를 드러내는 개구부와 각 후면 전계부(172)의 일부를 드러내는 개구부를 구비하고 있다. 이로 인해, 후면 보호부(192)는 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 위치하지 않는 기판(110)의 후면 바로 위, 각 에미터부(121)의 일부 위 그리고 각 후면 전계부(172)의 일부 위에 위치한다.
이때, 각 에미터부(121)의 일부를 드러내는 개구부는 각 에미터부(121)의 위에서 에미터부(121)의 연장 방향(즉, 제1 방향)으로 따라 길게 뻗어 있는 스트라이프(stripe) 형상을 갖고 있고, 각 후면 전계부(172)의 일부를 드러내는 개구부는 각 후면 전계부(172) 위에서 후면 전계부(172)의 연장 방향으로 따라 길게 뻗어 있는 스트라이프 형상을 갖고 있다.
후면 보호부(192)은 전면 보호부(191)과 동일하게, 수소화된 실리콘 산화막(SiOx:H) 등으로 이루어지고 기판(110) 후면 및 그 근처에 존재하는 결함을 안정한 결합으로 바꾸어, 기판(110)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시킨다.
제1 전극부(140)는, 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 에미터부(121)와 각각 연결되어 있는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 있는 복수의 제1 버스바(142)를 구비한다.
복수의 제1 전극(141)은 해당 개구부를 통해 노출된 각 에미터부(121)와 물리적 및 전기적으로 연결되어 있고, 복수의 에미터부(121) 위에서 복수의 에미터부(121)를 따라서 연장되어 있다.
이러한 복수의 제1 전극(141)은 해당 에미터부(121) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
복수의 제1 버스바(142)는, 도 3에 도시한 것처럼, 복수의 제1 전극(141)과 교차하는 방향(예, 제2 방향)으로 나란하게 뻗어 있고 교차하는 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 있다. 따라서 도 3에 도시한 것처럼, 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 전극(141)은 제2 방향으로 뻗어 있는 각 제1 버스바(142)로부터 연장되어 있다.
복수의 제1 버스바(142)는 복수의 제1 전극(141)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
이때, 복수의 제1 버스바(142)는 교차하는 복수의 제1 전극(141)에 의해 수집된 전하를 모아서 원하는 방향으로 이동시켜야 하므로, 각 제1 버스바(142)의 폭은 각 제1 전극(141)의 폭보다 크다.
제2 전극부(150)는 복수의 후면 전계부(172)와 각각 연결되어 있는 복수의 제2 전극(151)과 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 있는 복수의 제2 버스바(152)를 구비한다.
복수의 제2 전극(151)은 해당 개구부를 통해 노출된 각 후면 전계부(172)와 물리적 및 전기적으로 연결되어 있고, 복수의 후면 전계부(172) 위에서 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 연장되어 있다.
이러한 복수의 제2 전극(151)은 해당 후면 전계부(172) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
복수의 제1 버스바(142)과 유사하게, 복수의 제2 버스바(152)는, 도 3에 도시한 것처럼, 후면 전계부(172)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고 복수의 제2 전극(151)과 교차하는 방향(예, 제2 방향)으로 나란하게 뻗어 있고 교차하는 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 있다. 따라서 도 3에 도시한 것처럼, 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제2 전극(151) 역시 제2 방향으로 뻗어 있는 각 제2 버스바(152)로부터 연장되어 있다.
복수의 제2 버스바(152)는 복수의 제2 전극(151)에 의해 수집되어 이동하는 전하를 수집한 후 해당 방향으로 수집된 전하를 전송한다.
이러한 복수의 제1 버스바(142)와 복수의 제2 버스바(152)는 리본(ribbon)과 같은 도전성 필름 등을 통해 외부 장치와 연결되어 수집된 전하를 외부 장치로 출력된다.
제1 버스바(142)와 동일하게, 각 제2 버스바(152)의 폭은 각 제2 전극(151)의 폭보다 크다.
또한, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)의 폭은 동일할 수 있고, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)의 폭은 동일할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 버스바(142, 152)의 폭은 도전성 필름의 폭과 동일하거나 클 수 있다.
본 예에서, 각 제1 전극(141) 및 각 제2 전극(151)의 폭은 약 60㎛ 내지 3000㎛일 수 있고, 각 제1 버스바(142)와 각 제2 버스바(152)의 폭은 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다. 또한, 도전성 필름의 폭은 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다.
본 예와 달리, 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(151)의 폭은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 전자보다 이동도가 낮은 정공은 수집하는 전극[예를 들어, 제1 전극(141)]의 폭이 전자를 수집하는 전극[예를 들어, 제2 전극(151)]의 폭보다 클 수 있다. 이럴 경우에도, 제1 및 제2 전극(141, 151)의 각 폭은 약 60㎛ 내지 3000㎛일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151) 사이에는 절연 물질로 이루어진 후면 보호부(192)가 위치하므로, 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 서로 전기적으로 분리되어 있다.
따라서, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172)간의 단락(short) 현상을 방지하여 전하의 누설을 방지하며, 인접한 에미터부(121)와 후면 전계부(172) 간의 전기적인 간섭에 의한 전하의 손실 또한 방지한다. 이로 인해, 태양 전지(11)의 누설 전류의 양이 줄어든다.
도 1 및 도 2와는 달리, 각 에미터부(121)와 연결된 각 제1 전극(141)은 인접한 후면 보호부(192) 위에 일부 위치하여 후면 보호부(192)와 일부 중첩할 수 있고, 각 후면 전계부(172)와 연결된 각 제2 전극(151) 역시 인접한 후면 보호부(192) 위에 일부 위치하여 후면 보호부(192)와 일부 중첩할 수 있다. 이럴 경우, 제1 및 제2 전극(141, 151)의 설계 여유도가 증가하므로 태양 전지(11)의 제조가 좀더 용이해진다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 태양 전지(11)의 동작은 다음과 같다.
태양 전지(11)로 빛이 조사되어 반사 방지부(130), 전면 전계부(171)) 및 전면 보호부(191)를 순차적으로 통과하여 기판(110)으로 입사되면 빛 에너지에 의해 기판(110)에서 전자-정공 쌍이 발생한다. 이때, 기판(110)의 표면이 텍스처링 표면이므로 기판(110) 전면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 빛의 흡수율이 증가되므로, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다. 이어 더하여, 반사 방지부(130)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱더 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해 서로 분리되어 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부(121)쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 복수의 후면 전계부(172)쪽으로 이동하여, 각각 제1 전극(141)과 제2 전극(151)에 의해 수집된다. 이러한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
기판(110)과 에미터부(121)의 p-n 접합에 의해, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(121) 쪽으로 이동하고, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 후면 전계부(172) 쪽으로 이동하여, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)을 각각 통해 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)로 이동한다. 이러한 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이때, 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 입사면(즉, 전면)의 반대편인 기판(110)의 후면에 위치하므로, 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 기판(110)의 전면에 위치할 때보다 기판(110)으로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 이로 인해, 태양 전지(11)의 효율이 향상된다.
이때, 기판(110)의 전면과 후면 각각 전면 보호부(191)와 후면 보호부(192)가 위치하므로, 기판(110)의 전면 및 후면 표면 근처에 존재하는 불안정한 결합으로 인해 기판(110)의 표면 근처에서 전하가 손실되는 양이 줄어들고, 또한, 기판(110)의 전면과 후면에 전면 전계부(171)와 후면 전계부(172)가 각각 위치하므로, 기판(110)의 전면과 후면으로의 정공 이동이 방해된다. 이로 인해, 기판(110)의 후면과 전면에서 결함에 의해 손실되는 전하의 양과 전자와 정공이 재결합되어 소멸되는 양이 즐어들어, 태양 전지(11)의 효율은 더욱더 향상된다.
이러한 태양 전지(11)는, 도 3에 도시한 것처럼, 두 개의 영역인 제1 영역(G1)과 제2 영역(G2)으로 나눠져 있다.
이때, 제1 및 제2 영역(G1, G2)은 복수의 제1 및 제2 전극(141, 151)의 연장 방향인 제1 방향으로 분할하여 얻어진 것으로서, 제1 및 제2 영역(G1, G2)은 도 3에서 기판(110)의 가로변을 둘로 나눌 때 얻어지는 영역이다. 이때, 각 영역(G1, G2)의 가로변을 실질적으로 동일할 수 있다.
도 3에 도시한 태양 전지(11)의 기판은 단결정 실리콘으로 이루어진 기판으로서, 네 개의 모서리(E1-E4)는 모두 모따기 형상을 갖고 있다. 하지만, 이와는 달리, 태양 전지(110)의 기판이 다결정 실리콘으로 이루어져 있을 경우, 네 개의 모서리(E1-E4)는 모따기 형상 없이 각 모서리(E1-E4)에서 가로변과 세로변이 수직으로 만나는 형상을 갖게 된다.
도 3에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 영역(G1, G2)에는 이미 도 1 및 도 2에 도시한 태양 전지의 구조가 각각 존재하므로, 각 영역(G1, G2)에는 서로 이격되어 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 에미터부(121), 복수의 에미터부(121)와 분리되어 있고 제1 방향으로 서로 이격되게 뻗어 있는 복수의 후면 전계부(172), 복수의 에미터부(121)와 연결되어 있고 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제1 전극(141), 복수의 후면 전계부(172)와 연결되어 있고 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 제2 전극(151), 복수의 제1 전극(141)과 연결되어 있고 제2 방향으로 뻗어 있는 제1 버스바(142) 그리고 복수의 제2 전극(151)과 연결되어 있고 제2 방향으로 뻗어 있는 제2 버스바(152)가 존재한다.
따라서, 본 실시예는 태양 전지(110)의 기판(110)을 복수의 영역(G1, G2)으로 나누고, 복수의 영역(G1, G2)에 동일한 기능과 동일한 구조를 갖는 태양 전지를 설계한 구조이므로, 각 영역(G1, G2)에 형성된 태양 전지는 서브 셀(sub-cell)이라 지칭할 수 있다.
따라서, 도 3에서, 각 영역(G1, G2)에서 기판(110)의 후면에 배치된 복수의 제1 전극(141)과 제1 버스바(142)를 구비한 제1 전극부(140)와 복수의 제2 전극(151)과 제2 버스바(152)를 구비한 제2 전극부(150)의 형상만 도시되어 있지만, 복수의 제1 전극(141) 하부에는 복수의 에미터부(121)가 존재하고, 복수의 제2 전극(151) 하부에는 복수의 복수의 후면 전계부(172)가 존재한다.
이때, 제1 영역(G1)에 존재하는 에미터부(121)와 제2 영역(G2)에 존재하는 에미터부(121)는 서로 분리되어 있고, 제1 영역(G1)에 존재하는 후면 전계부(172)와 제2 영역(G2)에 존재하는 후면 전계부(172)는 역시 분리되어 있다. 또한, 각 영역(G1, G2)에 위치한 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152) 하부에는 에미터부(121)나 후면 전계부(172)가 위치하지 않지만, 이와는 달리, 존재할 수도 있다.
도 3에서, 기판(110)의 전면 전체에는 도 1 및 도 2를 참고로 하여 설명한 것처럼 전면 보호부(191), 전면 전계부(171) 및 반사 방지부(130)가 순차적으로 위치한다.
이미 설명한 것처럼, 제1 영역(G1)과 제2 영역(G2) 각각에 배치되는 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)의 배치 형상은 동일하다.
먼저, 제1 영역(G1)에 배치되어 있는 제1 및 제2 버스바(142, 152)와 제1 및 제2 전극(141, 151)에 대하여 설명한다.
제1 영역(G1)에서, 제1 버스바(142)는 기판(110)의 제1 세로변(V1)[예, 기판(110)의 좌측변 또는 제1 영역(G1)의 좌측변]에 나란한 방향(즉, 제2 방향)으로 인접하게 모따기된 제1 모서리(E1)에서부터 제2 모서리(E2)까지 형성되어 있고, 제2 버스바(152)는 제1 버스바(142)와 마주보고 있고 제1 영역(G1)과 제2 영역(G2)의 경계면(B1)[또는 제1 영역(G1)의 우측변]에 나란한 방향으로 경계면(B1)에 인접하게 기판(110)의 제1 가로변(H1)[예, 기판(110)의 상부변]에서부터 제2 가로변(H2)[예, 기판(110)의 하부변]으로 뻗어 있다.
이때, 제1 버스바(142)에는 복수의 제1 전극(141)이 일정한 간격으로 뻗어 나와 제1 방향으로 연장되어 있고, 제2 버스바(152)에는 복수의 제2 전극(151)이 일정한 간격으로 뻗어 나와 제1 방향으로 연장되어 있다.
제1 버스바(142)에서 뻗어 나온 복수의 제1 전극(141)은 맞은편에 위치한 제2 버스바(152)에 인접하게 위치하고 인접한 제2 버스바(152)와 전기적 및 물리적으로 분리되어 있고, 제2 버스바(152)에서 뻗어 나온 복수의 제2 전극(151) 역시 맞은편에 위치한 제1 버스바(142)에 인접하게 위치하고 인접한 제1 버스바(142)와 전기적 및 물리적으로 분리되어 있다. 따라서, 제2 방향으로 뻗어 있는 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152) 사이에 제1 방향으로 뻗어 있는 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)가 위치한다.
이로 인해, 제1 영역(G1)에서, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 제1 방향으로 교대로 위치하고 제1 방향으로 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 전기적 및 물리적으로 분리되어 있다. 따라서, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 빗살 형태를 이루고 있다.
제2 영역(G2)에 배치된 복수의 제1 및 제2 전극(141, 151) 및 제1 및 제2 버스바(142, 152)의 구조는 제1 영역(G1)의 배치 구조와 유사하다.
즉, 제2 영역(G2)의 제1 버스바(142)는 제1 영역(G1)과 제2 영역(G2)의 경계면(B1)[또는 제2 영역(G2)의 좌측변]에서 나란한 방향으로 경계면(B1)에 인접하게 위치하므로 제1 영역(G1)의 제2 버스바(142)와 인접하게 위치하고, 기판(110)의 제1 가로변(H1)에서부터 제2 가로변(H2)으로 뻗어 있다.
제2 영역(G2)의 제2 버스바(152)는 제1 버스바(142)와 마주보고 위치하며 기판(110)의 제2 세로변(V2)[예, 기판(110)의 우측변 또는 제2 영역(G2)의 우측변]에 나란한 방향으로 제2 세로변(V2)에 인접하게 제3 모서리(E3)에서부터 제4 모서리(E4)까지 형성되어 있다.
따라서, 제1 영역(G1)에서와 동일하게, 제2 영역(G2)에서, 복수의 제1 전극(141)은 제1 버스바(142)에서 일정 간격으로 뻗어 나와 제1 방향으로 제2 영역(G2)의 제2 버스바(152)에 인접하게 연장되어 있고, 복수의 제2 전극(151)은 제2 버스바(152)에서 일정한 간격으로 뻗어 나와 제1 방향으로 제2 영역(G2)의 제1 버스바(142)에 인접하게 연장되어 있다.
역시, 제1 방향으로 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 전기적 및 물리적으로 분리되어 있으며, 제1 버스바(142)에서 뻗어 나온 복수의 제1 전극(141)은 제2 세로변(V2)에 인접하게 위치한 제2 버스바(152)와 분리되어 있고 제2 버스바(142)에서 뻗어 나온 복수의 제2 전극(151)은 경계면(B1)에 인접하게 위치한 제1 버스바(142)와 분리되어 있다.
따라서, 제2 영역(G2) 역시 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 빗살 형태를 이루고 있다.
도 3에 도시한 것처럼, 기판(110)의 모서리(E1-E4)가 모따기 형상을 갖고 있어, 모따기 형상을 갖는 각 모서리(E1-E4)에 위치하는 제1 전극(141)은 다른 부분에 위치하는 제1 전극(141)의 연장 길이보다 짧고, 제2 전극(151)의 연장 길이 역시 다른 부분에 위치하는 제2 전극(151)의 연장 길이보다 짧다.
하지만, 각 모서리(E1-E4)의 형상이 모따기 형상을 갖고 있지 않을 경우, 각 영역(G1, G2)에 존재하는 복수의 제1 전극(141)의 연장 길이는 실질적으로 동일하고 복수의 제2 전극(151)의 연장 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
복수의 제1 전극(141)은 제1 영역(G1)의 제1 모서리(E1)와 제2 모서리(E2)에서 각각 뻗어 나와 있고, 기판(110)의 상부변, 즉, 제1 가로변(H1)과 인접하게 위치하고 기판(110)의 하부변, 즉, 제2 가로변(H2)과 인접하게 위치하며, 제1 및 제2 가로변(H1, H2)에 각각 나란한 제1 전극(1411, 1412)을 구비하고 있다. 이 제1 전극(1411, 1412) 각각의 폭은 다른 제1 전극(141)의 폭보다 크다. 동일하게 복수의 제2 전극(151) 역시 제2 영역(G2)의 제3 모서리(E3)와 제4 모서리(E4)에서 각각 뻗어 나와 있고, 제1 가로변(H1)과 제2 가로변(H2)에 각각 나란한 제2 전극(1511, 1512)을 구비하고 있고, 이 제2 전극(1511, 1512) 각각의 폭 역시 다른 제2 전극(151)의 폭보다 크다.
이때, 제1 전극(1411, 1412)의 폭은 제1 버스바(142)의 폭과 같을 수 있고, 제2 전극(1511, 1512)의 폭은 제2 버스바(152)의 폭과 같을 수 있다.
이러한 제1 영역(G1)의 제1 전극(1411, 1412)과 제2 영역(G2)의 제2 전극(1511 1512)는 복수의 태양 전지(11)를 전기적으로 연결하여 복수의 태양 전지 모듈을 제작할 때, 인접한 두 태양 전지(11)를 연결하는 연결 단자로서 기능하다.
이때, 제1 영역(G1)에 위치한 제1 버스바(142)와 제2 영역(G2)에 위치한 제1 버스바(142)는 제1 영역(G1)에 위치한 연결 단자(1411, 1412) 중 하나(1412)를 통해 제2 가로변(H2)의 경계면(B1) 부근에서 서로 연결되어 있고, 제1 영역(G1)에 위치한 제2 버스바(152)와 제2 영역(G2)에 위치한 제2 버스바(152)는 제2 영역(G2)에 위치한 연결 단자(1511, 1512) 중 하나(1511)를 통해 제1 가로변(H1)의 경계면(B1) 부근에서 서로 연결되어 있다.
이로 인해, 제1 영역(G1)에 위치한 제1 전극부(140)는 제2 영역(G2)에 위치한 제1 전극부(140)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있고, 제1 영역(G1)에 위치한 제2 전극부(150)는 제2 영역(G2)에 위치한 제2 전극부(150)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이와 같이, 태양 전지(11)가 두 개의 영역(G1, G2)으로 분리되고, 각 영역(G1, G2)마다 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 존재하므로, 각 영역(G1, G2)에 위치하는 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(151)의 연장 길이는 기판(110)의 영역이 복수의 영역(G1, G2)으로 분할되지 않고 기판(110)에 하나의 제1 전극부(140)와 하나의 제2 전극부(150)만 존재하는 경우에 비해 훨씬 줄어든다.
이때, 도 3에서, 기판(110)의 영역(G1, G2)은 두 개로 분할되어 있으므로, 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(151)의 연장 길이는 기판(110)의 영역이 분할되지 않을 때보다 약 1/2로 줄어든다.
또한, 기판(110)이 복수의 영역(G1, G2)으로 분할될 경우, 각 제1 및 제2 전극(141, 151)에 의해 수집되는 정공과 전자의 양은 기판(110)의 영역이 분할되지 않을 때보다 감소하므로, 각 제1 및 제2 전극(141, 151)의 폭 역시 기판(110)의 영역이 분할되지 않을 때보다 줄어들 수 있고, 이들 제1 전극(141)에 연결된 제1 버스바(142)와 제2 전극(151)에 연결된 제2 버스바(152)의 각 폭 역시 감소할 수 있다. 이로 인해, 은(Ag)과 같은 높은 제조 비용을 초래하는 물질로 이루어진 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)의 형성 면적이 감소하므로, 태양 전지(11)의 제조 비용이 감소한다.
본 실시예에서, 각 영역(G1, G2)의 좌측변에 제1 버스바(142)가 위치하고 각 영역(G1, G2)의 우측변에 제2 버스바(152)가 위치하지만, 이와는 반대로 각 영역(G1, G2)의 좌측변에 제2 버스바(152)가 위치하고 각 영역(G1, G2)의 우측변에 제1 버스바(142)가 위치할 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 가로변을 n개로 분할하여 기판(110)의 영역을 n 개의 복수의 영역(G1, G2)으로 분할하고, 각 영역(G1, G2)마다 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)를 위치시킬 때 각 영역(G1, G2)에서 복수의 제1 및 제2 전극(141, 151)를 사이에 두고 서로 마주보게 위치하는 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)로 각각 이동하는 정공과 전자의 최대 이동 거리(D1, D2)는 기판(110)의 영역이 분할되지 않을 때보다 약 1/n로 감소한다. 여기서, n은 2, 3, 4,..,n이다.
이로 인해, 복수의 에미터부(121)에서 제1 전극부(140)로의 직렬 저항과 복수의 후면 전계부(172)에서 제2 전극부(150)로의 직렬 저항이 감소한다.
따라서, 각 영역(G1, G2)의 해당 버스바(142, 152)로 이동하는 전하의 이동 거리가 감소하여 해당 버스바(142 152)로 이동하는 중에 손실되는 전하의 양이 크게 줄어듦으로써, 복수의 에미터부(121)에서 제1 버스바(142)로 이동하는 전하(예, 정공)의 양과 복수의 후면 전계부(172)에서 제2 버스바(152)로 이동하는 전하(예, 전자)의 양이 증가하므로, 태양 전지(11)에서 출력되는 전류[예, 단락 전류(Jsc)]의 양이 증가한다.
도 3에서, 각 영역(G1, G2)에서 존재하는 제1 전극(141)의 폭과 제2 전극(151)의 폭은 동일하지만, 이와는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 작기 때문에, 정공을 수집하는 전극[예, 제1 전극(141)]의 폭이 넓을 수 있다. 이 경우, 정공을 전달하는 각 전극의 배선 저항이 전자를 전달하는 각 전극의 배선 저항보다 작기 때문에 정공과 전자의 이동도 차이로 인한 수집 전하량의 차이가 보상된다.
본 예에서, 서로 다른 영역에 존재하는 제1 전극(141)의 폭은 서로 동일하고, 서로 다른 영역에 존재하는 제2 전극(151)의 폭은 서로 동일하며, 또한, 서로 다른 영역에 존재하는 제1 버스바(142)의 폭과 제2 버스바(152)의 폭은 각각 서로 동일하다.
이러한 태양 전지(11)는 기판(110)의 크기에 따라 분할되는 영역의 개수가 가변되고, 도 4에 도시한 것처럼, 다른 예로서, 기판(110)의 영역은 세 개의 영역(G1, G2, G3)으로 분할될 수 있다.
따라서 이미 도 3를 참고로 하여 설명한 것과 유사하게, 각 영역(G1, G2, G3)에는 복수의 제1 전극(141, 1411, 1412)과 제1 버스바(142)를 구비한 제1 전극부(140)와 복수의 제2 전극(151, 1511, 1512)와 제2 버스바(152)를 구비한 제2 전극부(150)가 위치한다.
각 영역(G1, G2, G3)에 위치한 제1 및 제2 버스바(142, 152)는 각 영역(G1, G2, G3)의 좌측변과 우측변에 서로 마주보게 각각 위치하고, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152) 사이에 제1 방향으로 연장하여 제1 버스바(142)와 연결된 복수의 제1 전극(141)과 제2 버스바(152)와 연결된 복수의 제2 전극(151)이 존재한다.
이로 인해, 복수의 제1 전극(141)은 제1 버스바(142)에서 제2 버스바(152) 쪽으로 제2 버스바(152)에 인접하게 뻗어 있고, 복수의 제2 전극(151)은 제2 버스바(152)에서 제1 버스바(142) 쪽으로 제1 버스바(142)에 인접하게 뻗어 있으며, 복수의 제1 전극(141)은 인접한 제2 버스바(152)와 분리되어 있고, 복수의 제2 전극(151)은 인접한 제1 버스바(142)와 분리되어 있다.
이때, 제2 방향으로 인접한 제1 전극(141)과 제2 전극(151)는 서로 분리되어 있어, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152) 사이의 영역에서 제1 전극(141)과 제2 전극(151)은 제2 방향으로 교대로 위치한다.
이때, 도 4에 도시한 것처럼, 각 영역(G1, G2, G3)에 위치하는 복수의 제1 버스바(142)는 기판(110)의 하부변[제2 가로변(H2)]에 인접하게 위치한 제1 전극(연결 단자)(1412)에 의해 서로 연결되어 있고 각 영역(G1, G2, G3)에 위치하는 복수의 제2 버스바(152)는 기판(110)의 상부변[제1 가로변(H1)]에 인접하게 위치한 제2 전극(연결 단자)(1511)에 의해 서로 연결되어 있다.
도 4에서, 각 영역(G1, G2, G3)의 좌측변에 제1 버스바(142)가 위치하고 우측변에 제2 버스바(152)가 위치하지만, 이와는 반대로 각 영역(G1, G2, G3)의 좌측면에 제2 버스바(152)가 위치하고 우측면에 제1 버스바(142)가 위치한다. 또한, 각 영역(G1, G2, G3)에 위치한 복수의 제1 버스바(142)의 연결 위치와 각 영역(G1, G2, G3)에 위치한 복수의 제2 버스바(152)의 연결 위치는 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어, 도 4와는 달리, 각 영역(G1-G3)에 위치한 제1 버스바(142)는 기판(110)의 제2 가로변(H2)(하부변) 근처에서 서로 연결될 수 있고, 각 영역(G1-G3)에 위치한 제2 버스바(152)는 기판(110)의 제1 가로변(H1)(상부변) 근처에서 서로 연결될 수 있다.
이와 같이, 기판(110)의 세 개의 영역(G1, G2, G3)으로 분할되고, 각 분할된 영역(G1, G2, G3)에 별도의 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 위치하므로, 각 영역(G1, G2, G3)에 위치하는 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(151)의 길이는 더욱 감소하여, 제1 전극(141)과 제2 전극(151)의 배선 저항이 감소하고, 각 영역(G1, G2, G3)에서 해당 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)로 이동하는 전하의 최대 이동 거리(D11, D12, D21, D22, D31, D32) 역시 감소한다.
따라서, 복수의 에미터부(121)과 제1 전극부(140) 간의 직렬 저항과 복수의 후면 전계부(172)와 제2 전극부(150) 간의 직렬 저항은 더욱 감소하게 된다.
이로 인해, 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)로 이동하는 전하의 양이 증가하며, 전하의 이동 거리가 감소함에 따라 제1 버스바(142) 또는 제2 버스바(152)로 이동하는 도중 손실되는 전하의 양이 줄어든다.
도 4에서, 기판(110)의 최좌측 영역(G1)과 최우측 영역(G3)에 각각 존재하는 각 제1 전극(141)과 각 제2 전극(151)의 길이는 서로 동일할 수 있고, 최좌측 영역(G1)에 존재하는 제1 전극(141)과 제2 전극(151)의 길이는 최우측 영역(G3)에 존재하는 제1 전극(141)과 제2 전극(151)의 길이와 동일할 수 있다.
본 실시예에서, 기판(110)의 영역은 최대 세 개의 영역(G1-G3)으로 분할되었지만, 이에 한정되지 않고 기판(110)의 크기에 따라 4개 이상의 영역으로 분할되고, 각 분할된 영역에 제1 전극부(140)과 제2 전극부(150)를 구비하며, 각 영역에 위치한 복수의 제1 전극부(140)는 서로 연결되어 있으며 각 영역에 위치한 복수의 제2 전극부(150)는 서로 연결된다.
이와 같이, 기판(110)이 복수의 영역으로 분할되고, 각 영역에 제1 전극부(140)와 제2 전극부(150)가 위치하는 태양 전지(11)는 이미 설명한 것처럼 전기적으로 서로 연결된 복수의 태양 전지(11)를 이용하여 하나의 태양 전지 모듈을 형성할 있다. 이때, 복수의 태양 전지(11)는 인터커넥터(또는 리본)를 통하여 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있다.
다음, 도 5 및 도 6을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지를 이용한 태양 전지 모듈을 설명한다.
도 5를 참고로 하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지 어레이(solar cell array)(10), 태양 전지 어레이(10)를 보호하는 보호막(20a, 20b), 태양 전지 어레이(10)의 수광면 쪽에 위치한 보호막(이하, '상부 보호막'이라 함)(20a) 위에 위치하는 투명 부재(40), 빛이 입사되지 않는 수광면의 반대 쪽에 위치한 보호막(이하, '하부 보호막'이라 함)(20b)의 하부에 배치된 후면 시트(back sheet)(50), 그리고 이들 구성요소를 수납하는 프레임(60)을 구비한다.
후면 시트(50)는 태양 전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지(11)를 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(50)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
상부 및 하부 보호막(20a, 20b)은 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양 전지 모듈(100)을 충격으로부터 보호한다. 이러한 상부 및 하부 보호막(20a, 20b)은 태양 전지 어레이(10)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정(lamination process) 시에 태양 전지 어레이(10)와 일체화된다. 이러한 보호막(20a, 20b)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등으로 이루어질 수 있다.
상부 보호막(20a) 위에 위치하는 투명 부재(40)는 투과율이 높고 파손을 방지하기 위해 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 투명 부재(40)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면은 엠보싱(embossing)처리가 행해질 수 있다.
프레임(60)은 절연 물질로 코팅되어 있는 알루미늄 등과 같이 외부 환경으로 인한 부식과 변형 등이 발생하지 않는 물질로 이루어지고, 배수, 설치 및 시공이 용이한 구조를 갖고 있다.
태양 전지 어레이(10)는, 도 5 및 도 6에 도시한 것처럼, 행렬 구조로 배열된 복수의 태양 전지(11)를 구비하고 있고, 각 태양 전지(11)는 복수의 연결부(21, 22)에 의해 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 도 5 및 도 6에서, 태양 전지 어레이(10)는 4ㅧ4 행렬 구조를 가지고 있지만, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 행과 열 방향으로 각각 배치되는 태양 전지(11)의 개수는 조절 가능하다.
먼저, 태양 전지 어레이(10)에 배치된 복수의 태양 전지(11)의 배치 형태를 살펴보면, 행 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)는 서로 다른 형태로 배치되어 있고, 열 방향으로 인접한 두 태양 전지(11) 역시 서로 다른 형태로 배치되어 있다.
예를 들어, 도 6에 도시한 것처럼, 행 방향과 열 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)는 서로 180도 회전시킨 상태로 배치되어 있다.
본 예에서, 각 연결부(21)는 행 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)에 각각 위치한 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)를 연결하여, 행 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)를 전기적으로 직렬 연결하기 위한 것이다.
따라서, 도 6를 참고로 하면, 첫 번째 행에서, 첫 번째 열의 태양 전지(11)의 제2 버스바(152)는 연결부(21)에 의해 두 번째 열의 태양 전지(11)의 제1 버스바(142)와 연결되어 있고, 이때 연결부(21)는 제2 버스바(152)에 연결된 연결 단자(1511)와 제1 버스바(142)에 연결된 연결 단자(1411)에 연결되어 있다.
또한, 두 번째 열에 위치하고 연결부(21)에 연결되지 않은 태양 전지(11)의 제2 버스바(152)는 다른 연결부(21)에 의해 세 번째 열에 위치한 태양 전지(11)의 제1 버스바(142)와 연결되어 있고, 이때 연결부(21)는 제2 버스바(152)에 연결된 연결 단자(1512)와 제1 버스바(142)에 연결된 연결 단자(1412)에 연결되어 있다.
물론, 연결부(21)에 연결되지 않는 세 번째 열의 태양 전지(11)의 제2 버스바(152)는 네 번째 열의 태양 전지(11)에 위치한 제1 버스바(142)와 또 다른 연결부(21)를 통해 연결된다.
이러한 방식으로, 동일한 행에 위치하는 인접한 두 태양 전지(11)에서 서로 다른 태양 전지(11)에 위치한 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)는 각각의 연결부(21)에 의해 서로 연결되어 있고, 이들 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)를 연결하기 위한 각 연결부(21)는 서로 다른 태양 전지(11)에 각각 위치하고 인접하게 배치된 두 연결 단자(1411 및 1511, 또는 1412 및 1512)와 연결되어 있다.
이때, 동일한 행에서, 각 연결부(21)는 서로 다른 태양 전지(11)에 위치한 두 연결 단자(1411 및 1511) 또는 두 연결 단자(1412 및 1512)에 교대로 위치한다. 따라서, 동일한 행에서, 각 연결부(21)는 인접한 두 태양 전지(11) 상부와 하부에 교대로 위치한다.
또한, 서로 다른 행에 위치하여 열 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)에서, 바로 이전에 위치한 태양 전지(11) 또는 바로 이후에 위치한 태양 전지(11)의 제1 버스바(142)(또는 제2 버스바(152))와 제2 버스바(152)(또는 제1 버스바(142)에 각각 연결되지 못한 서로 다른 태양 전지(11)에 위치한 제2 버스바(152)와 제1 버스바(142)는 연결부(22)에 의해 서로 연결된다. 따라서, 각 연결부(22)는 서로 다른 행에 위치하여 열 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)에 각 위치한 제1 버스바(142)와 제2 버스바(152)를 연결하여, 열 방향으로 인접한 두 태양 전지(11)를 전기적으로 직렬 연결하기 위한 것이다.
이때, 각 연결부(22)는 서로 다른 행에 위치한 두 태양 전지(11)를 전기적으로 직렬 연결시켜야 하므로 각 연결부(21)보다 긴 길이를 갖고 있다.
이들 연결부(22) 역시 두 태양 전지(11)에 각각 위치한 두 연결 단자(1411 및 1512 또는 1412 및 1511)에 연결된다. 이때, 연결 단자(1411, 1511, 1412, 또는 1512)와 연결부(22) 간의 연결을 용이하게 하기 위해 연결 단자(1411, 1511, 1412, 또는 1512)와 연결부(22) 사이에 별도의 연결부(23)가 존재한다. 하지만 연결부(23)는 경우에 따라 생략될 수 있다. 이때, 연결부(23)는 각 연결 단자(1411, 1511, 1412, 또는 1512)에 연결되어 있고, 연결부(22)는 서로 다른 태양 전지(11)에 각각 위치한 연결부(23) 사이에 위치할 수 있다.
이런 방식을 통해, 행렬 구조로 배열된 복수의 태양 전지(11)는 전기적으로 직렬 연결되고, 도 6의 경우, 첫 번째 행의 첫 번째 열에 위치한 태양 전지(11)에서부터 마지막 행의 첫 번째 열에 위치한 태양 전지(11)로 지그재그 형태로 직렬 연결된다. 또한, 첫 번째 행의 태양 전지 중 인접한 태양 전지(11)와 연결되지 않은 제1 버스바(142)[또는 제2 버스바(152)]와 마지막 행의 태양 전지(11) 중 인접한 태양 전지(11)와 연결되지 않은 제2 버스바(152)[또는 제1 버스바(142)]를 외부 장치와 연결시켜, 직렬로 연결된 복수의 태양 전지(11)를 통해 수집된 전자와 정공을 출력한다.
본 예에서, 연결부(21-23)는 도전성 물질을 구비하고 스트링(string) 형상을 갖는 얇은 금속판 띠인 도전성 테이프로 이루어진다. 도전성 물질의 예는 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.
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.

Claims (21)

  1. 제1 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 방향으로 분할된 복수의 영역을 갖는 기판을 포함하고,
    상기 복수의 영역 각각은,
    상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부,
    상기 복수의 에미터부에 연결된 복수의 제1 전극,
    상기 기판에 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극,
    상기 복수의 제1 전극에 연결된 제1 버스바, 그리고
    상기 복수의 제2 전극에 연결된 제2 버스바
    를 포함하고
    상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제1 버스바는 서로 연결되어 있고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제2 버스바는 서로 연결되어 있는
    태양 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 서로 동일한 방향으로 뻗어 있고,
    상기 제1 버스바 및 상기 제2 버스바는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 다른 방향으로 뻗어 있는
    태양 전지.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 방향은 상기 기판의 가로변과 평행한 태양 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제1 전극은 상기 제1 방향으로 뻗어 있는 태양 전지.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 바스바와 상기 제2 버스바는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 태양 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 방향은 상기 기판의 수직변과 평행한 태양 전지.
  7. 제6항에서,
    각 영역에 위치한 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바는 상기 각 영역의 제1 수직변과 상기 제1 수직변에 마주하는 제2 수직변에 각각 인접하게 위치하는 태양 전지.
  8. 제7항에서,
    각 영역에 위치하는 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 태양 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제1 전극의 연장 길이는 동일하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제2 전극의 연장 길이는 동일한 태양 전지.
  10. 제8항에서,
    상기 기판의 모서리에 위치한 제1 전극과 제2 전극을 제외하면, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제1 전극의 연장 길이는 동일하고, 상기 제1 버스바와 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 복수의 제2 전극의 연장 길이는 동일한 태양 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 복수의 제1 버스바 각각에서 상기 제1 방향으로 뻗어 나온 제1 연결 단자와 상기 복수의 제2 버스바 각각에서 상기 제1 방향으로 뻗어 나온 제2 연결 단자를 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 버스바는 상기 제1 연결 단자를 통해 서로 연결되고, 상기 복수의 제2 버스바는 상기 제2 연결 단자를 통해 서로 연결된
    태양 전지.
  12. 제11항에서
    상기 제1 연결 단자의 폭과 상기 복수의 제1 전극 각각의 폭보다 크고, 상기 제2 연결 단자의 폭은 상기 복수의 제2 전극 각각의 폭보다 큰 태양 전지.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 도전성 타입을 갖는 복수의 전계부를 더 포함하고,
    상기 복수의 제2 전극은 상기 복수의 전계부를 통해 상기 기판과 전기적으로 연결된 태양 전지.
  14. 제1항에서,
    상기 복수의 에미터부, 상기 복수의 제1 전극, 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 버스바 그리고 상기 복수의 제2 버스바는 상기 기판의 동일한 면에 위치한 태양 전지.
  15. 제14항에서,
    상기 복수의 에미터부, 상기 복수의 제1 전극, 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제1 버스바 그리고 상기 복수의 제2 버스바는 빛이 입사하는 상기 기판의 입사면의 반대편에 위치하는 상기 기판의 면에 위치하는 태양 전지.
  16. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 폭은 서로 동일한 태양 전지.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 폭은 각각 60㎛ 내지 3000㎛인 태양 전지.
  18. 제1항에서,
    상기 제1 버스바와 상기 제1 버스바의 폭은 서로 동일한 태양 전지.
  19. 제1항 또는 제18항에서,
    상기 제1 버스바와 제2 버스바의 폭은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 폭보다 큰 태양 전지.
  20. 제19항에서,
    각 제1 버스바와 각 제2 버스바의 폭은 각각 1㎜ 내지 10㎜인 태양 전지.
  21. 직렬로 연결된 복수의 태양 전지,
    상기 복수의 태양 전지의 입사면 위에 위치하는 제1 보호막,
    상기 복수의 태양 전지의 입사면의 반대편에 위치하는 제2 보호막, 그리고
    상기 제1 보호막 위에 위치하는 투명 기판
    을 포함하고,
    상기 복수의 태양 전지 각각은
    제1 도전성 타입을 갖고 있고, 제1 방향으로 분할된 복수의 영역을 갖는 기판을 포함하고,
    상기 복수의 영역 각각은,
    상기 제1 도전성 타입과 다른 제2 도전성 타입을 갖는 복수의 에미터부,
    상기 복수의 에미터부에 연결된 복수의 제1 전극,
    상기 기판에 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극,
    상기 복수의 제1 전극에 연결된 제1 버스바, 그리고
    상기 복수의 제2 전극에 연결된 제2 버스바
    를 포함하며,
    상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제1 버스바는 서로 연결되어 있고, 상기 복수의 영역 각각에 위치한 복수의 제2 버스바는 서로 연결되어 있는
    태양 전지 모듈.
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