KR20130034869A - 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 기판, 기판 후면의 제1 모서리 쪽에 위치하며 제1 방향으로 연장된 제1 전극용 집전부, 및 기판 후면의 제2 모서리 쪽에 위치하며 제1 방향으로 연장된 제2 전극용 집전부를 각각 포함하는 복수의 후면 접합형 태양전지들; 서로 인접한 2개의 태양전지들 중에서 어느 한 태양전지의 제2 전극용 집전부 및 다른 한 태양전지의 제1 전극용 집전부 중 적어도 하나와 접촉하는 도전성 접착 필름; 도전성 접착 필름과 접촉하며, 서로 인접한 2개의 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 태양전지들을 보호하는 전면 밀봉재 및 후면 밀봉재; 기판의 전면 쪽으로 전면 밀봉재의 상부에 배치되는 투명 부재; 및 기판의 후면 쪽으로 후면 밀봉재의 하부에 배치되는 후면 시트를 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목 받고 있으며, 근래에는 전자용 전극과 정공용 전극을 기판의 후면, 즉 빛이 입사되지 않는 면에 모두 형성함으로써 수광 면적을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시키는 후면 접합형 태양전지가 개발되고 있다.
이러한 후면 접합형 태양전지는 원하는 출력을 얻기 위해 여러 개가 직렬 또는 병렬로 연결된 후 패널(panel) 형태로 방수 처리된 형태의 태양전지 모듈로 사용된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 신뢰성 및 내구성이 향상된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 기판, 기판 후면의 제1 모서리 쪽에 위치하며 제1 방향으로 연장된 제1 전극용 집전부, 및 기판 후면의 제2 모서리 쪽에 위치하며 제1 방향으로 연장된 제2 전극용 집전부를 각각 포함하는 복수의 후면 접합형 태양전지들; 서로 인접한 2개의 태양전지들 중에서 어느 한 태양전지의 제2 전극용 집전부 및 다른 한 태양전지의 제1 전극용 집전부 중 적어도 하나와 접촉하는 도전성 접착 필름; 도전성 접착 필름과 접촉하며, 서로 인접한 2개의 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 태양전지들을 보호하는 전면 밀봉재 및 후면 밀봉재; 기판의 전면 쪽으로 전면 밀봉재의 상부에 배치되는 투명 부재; 및 기판의 후면 쪽으로 후면 밀봉재의 하부에 배치되는 후면 시트를 포함한다.
후면 접합형 태양전지는 이종 접합 구조로 형성될 수 있다. 이종 접합 구조로 형성된 후면 접합형 태양전지의 상기 기판은 결정질의 반도체 기판으로 이루어지며, 기판의 후면에는 제1 비정질 실리콘층으로 형성된 에미터부 및 제2 비정질 실리콘층으로 형성된 후면 전계부가 위치할 수 있다.
그리고 후면 접합형 태양전지는 제1 전극용 집전부에 의해 한쪽 단부가 연결된 복수의 제1 전극들 및 제2 전극용 집전부에 의해 한쪽 단부가 연결된 복수의 제2 전극들을 더 포함하며, 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들은 번갈아 가며 교대로 위치하고, 에미터부 및 후면 전계부에 각각 접촉한다.
한 예로, 도전성 접착 필름은 서로 인접한 2개의 태양전지 중에서 어느 한 태양전지의 제1 전극용 집전부와 접촉하는 제1 도전성 접착 필름 및 다른 한 태양전지의 제2 전극용 집전부와 접촉하는 제2 도전성 접착 필름을 포함할 수 있다. 이때, 인터커넥터는 제1 도전성 접착 필름 및 제2 도전성 접착 필름에 모두 접촉할 수 있다.
제1 도전성 접착 필름의 폭은 제1 전극용 집전부의 폭 이하로 형성되고, 제2 도전성 접착 필름의 폭은 제2 전극용 집전부의 폭 이하로 형성될 수 있다.
제1 도전성 접착 필름의 길이는 제1 전극용 집전부의 길이 이하로 형성되고, 제2 도전성 접착 필름의 길이는 제2 전극용 집전부의 길이 이하로 형성될 수 있다.
후면 접합형 태양전지는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 제1 단부가 상기 제1 전극용 집전부와 연결된 복수의 제1 전극 및 상기 제1 전극의 사이 공간에 위치하며 상기 제2 방향으로 연장되어 제1 단부가 상기 제2 전극용 집전부와 연결된 복수의 제2 전극을 더 포함하고, 제1 도전성 접착 필름은 제1 전극과 접촉하지 않으며, 제2 도전성 접착 필름은 제2 전극과 접촉하지 않는다.
인터커넥터의 길이는 제1 도전성 접착 필름 및 제2 도전성 접착 필름의 길이 이하로 형성될 수 있다.
인터커넥터의 폭은 서로 인접한 제1 도전성 접착 필름과 제2 도전성 접착 필름 사이의 간격보다 크게 형성될 수 있다.
다른 예로, 도전성 접착 필름은 어느 한 태양전지의 제1 전극용 집전부 및 다른 한 태양전지의 제2 전극용 집전부와 함께 접촉하는 제3 도전성 접착 필름을 포함하며, 인터커넥터는 제3 도전성 접착 필름과 접촉할 수 있다.
이때, 제3 도전성 접착 필름의 폭은 인터커넥터의 폭 이상으로 형성될 수 있고, 인터커넥터의 길이는 제3 도전성 접착 필름의 길이 이하로 형성될 수 있다.
후면 접합형 태양전지는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 제1 단부가 제1 전극용 집전부와 연결된 복수의 제1 전극 및 제1 전극의 사이 공간에 위치하며 제2 방향으로 연장되어 제1 단부가 제2 전극용 집전부와 연결된 복수의 제2 전극을 더 포함하고, 제3 도전성 접착 필름은 제1 전극 및 제2 전극과 접촉하지 않는다.
서로 인접한 2개의 태양전지들 사이에는 스페이서가 위치할 수 있으며, 도전성 접착 필름은 스페이서의 일부가 매립되는 홈을 구비할 수 있다.
스페이서는 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에 위치하거나, 서로 인접한 제1 전극용 집전부와 제2 전극용 집전부 사이 공간에 위치하거나, 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간 및 서로 인접한 제1 전극용 집전부와 제2 전극용 집전부의 사이 공간에 위치할 수 있다.
스페이서가 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서와 인터커넥터의 사이 공간에는 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워질 수 있다.
그리고 스페이서가 서로 인접한 제1 전극용 집전부와 제2 전극용 집전부 사이 공간에 위치하는 경우, 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에는 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워질 수 있다.
스페이서는 기판과 동일한 두께로 형성되거나, 집전부와 도전성 접착 필름의 두께를 합한 크기의 두께로 형성되거나, 기판, 집전부 및 도전성 접착 필름의 두께를 합한 크기의 두께로 형성될 수 있다.
스페이서가 기판과 동일한 두께로 형성되는 경우, 인터커넥터와 스페이서의 사이 공간에는 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워질 수 있다.
그리고 스페이서가 집전부와 도전성 접착 필름의 두께를 합한 크기의 두께로 형성되는 경우, 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에는 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워질 수 있다.
이러한 특징에 의하면, 도전성 접착 필름을 이용하여 집전부와 인터커넥터를 직접 연결할 수 있으므로, 태빙 작업을 저온(140℃ 내지 180℃)에서 실시할 수 있다.
그리고 얇은 두께의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들면, 기판의 두께가 200㎛일 때, 핫 에어(hot air)를 이용하여 플럭스를 용융시키는 종래의 태빙 방식에 따르면 기판 휨량이 대략 2.1㎜ 이상으로 측정되지만, 도전성 접착 필름을 이용한 태빙 방식에 따르면 기판 휨량이 대략 0.5㎜ 정도로 측정된다.
여기에서, 상기 휨량은 기판의 하부면에 있어서, 기판의 중심부와 기판의 주변부에서의 높이 차이로 나타낼 수 있다.
이러한 기판 휨 현상은 기판의 두께가 얇아질수록 더욱 크게 발생한다. 예를 들어, 기판의 두께가 80㎛인 경우, 핫 에어(hot air)를 이용하여 플럭스를 용융시키는 종래의 태빙 방식에 따르면 기판 휨량이 대략 14㎜ 이상으로 측정되지만, 도전성 접착 필름을 이용한 태빙 방식에 따르면 기판 휨량이 대략 1.8㎜ 정도로 측정된다.
기판 휨량이 일정 범위, 예컨대 2.5㎜를 넘어서면 이후에 실시하는 라미네이션 공정에서 모듈 내부에 기판 크랙이 발생하거나 기포가 발생되는 등의 문제점이 있으므로, 종래의 태빙 방식을 이용하는 경우에는 기판의 두께를 얇게 형성하는 것이 불가능하다.
하지만, 도전성 접착 필름을 이용한 태빙 방식은 기판 휨량을 종래에 비해 현저히 감소시킬 수 있으므로, 얇은 두께의 기판을 사용하는 것이 가능하다.
예를 들면, 도전성 접착 필름을 이용한 태빙 방식을 사용하면, 80㎛ 내지 180㎛의 두께를 갖는 기판을 사용할 수 있다. 따라서, 기판의 두께 감소로 인해 재료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 플럭스를 이용한 종래의 태빙 방식은 집전부와 인터커넥터의 계면에서 크랙(crack)을 발생시키거나 인터커넥터의 솔더 내부에서 여러 물질 간의 박리 현상을 발생시키는 등의 문제로 인해 태양전지 모듈의 출력이 저하하는 문제점이 있지만, 도전성 접착 필름을 이용한 태빙 방식은 상기한 문제점을 해결할 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈의 신뢰성을 장기간 유지할 수 있다.
그리고 인터커넥터에 가해지는 열적 스트레스를 도전성 접착 필름이 흡수하므로, 상기 열적 스트레스로 인해 인터커넥터와 집전부의 전기적 연결이 손상되는 것을 방지할 수 있어 신뢰성 및 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 후면 접합형태양전지의 구성을 나타내는 주요부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 4는 도 3의 제1 변형 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 5는 도 3의 제2 변형 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 6은 도 3의 제3 변형 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 9는 도 8의 제1 변형 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 10은 도 8의 제2 변형 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 11은 도 8의 제3 변형 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
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 실시예에 따른 후면 접합형 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 후면 접합형 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 구성을 나타내는 주요부 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 복수의 후면 접합형 태양전지(110)들, 태양전지(110)들의 후면에 배치되며 인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(120), 태양전지(110)들을 보호하는 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140), 태양전지(110)들의 수광면 쪽으로 전면 밀봉재(130) 위에 배치되는 투명 부재(150) 및 수광면의 반대 쪽으로 후면 밀봉재의 하부에 배치되는 후면 시트(160)를 포함한다.
도 1 및 도 3은 2개의 태양전지(110)들만 도시하고 있지만, 태양전지(110)들의 개수는 제한되지 않는다.
태양전지 모듈에 사용되는 후면 접합형 태양전지(110)는 도 2에 도시한 바와 같이, 결정질의 반도체 기판(111), 빛이 입사되는 결정질 반도체 기판(111)의 면인 입사면[이하, '전면(front surface)'이라 함] 위에 위치하는 전면 보호막(116a), 전면 보호막(116a) 위에 위치하는 전면 전계부(front surface field, FSF)(117), 전면 전계부(117) 위에 위치하는 반사 방지막(118), 빛이 입사되지 않고 입사면의 반대쪽 면인 결정질 반도체 기판(111)의 면[이하, '후면(rear surface)'라 함] 위에 위치하는 후면 보호막(116b), 후면 보호막(116b) 위에 위치하는 복수의 제1 비정질 실리콘층(119a), 후면 보호막(116b) 위에 위치하고 복수의 제1 비정질 실리콘층(119a)과 이격되어 있는 복수의 제2 비정질 실리콘(119b), 제1 비정질 실리콘층(119a) 위에 위치하는 복수의 제1 전극(112)과 제1 전극용 집전부(도 1 참조, 114), 그리고 제2 비정질 실리콘층(119b) 위에 위치하는 복수의 제2 전극(113) 및 제2 전극용 집전부(도 1 참조, 115)를 포함한다.
도 2에서는 제1 후면 접합형 태양 전지(110)가 전면 전계부(117), 제2 비정질 실리콘층(119b) 및 후면 보호막(116b)을 포함하는 것을 일례로 도시하고 있지만, 전면 전계부(117), 제2 비정질 실리콘층(119b) 및 후면 보호막(116b)은 생략될 수 있다.
제1 비정질 실리콘층(119a)은 에미터부로 작용하며, 제2 비정질 실리콘층(119b)은 후면 전계부(BSF, Back Surface Field)로 작용한다. 따라서, 이하에서는 제1 비정질 실리콘층(119a)을 에미터부로 표현하고, 제2 비정질 실리콘층(119b)을 후면 전계부로 표현한다.
결정질 반도체 기판(111)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 결정질 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 등과 같은 결정질 실리콘이다.
결정질 반도체 기판(111)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 결정질 반도체 기판(111)에는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 도핑된다.
이와는 달리, 결정질 반도체 기판(111)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 결정질 반도체 기판(111)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 결정질 반도체 기판(111)에는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물이 도핑된다.
결정질 반도체 기판(111)의 입사면은 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다.
도 2에서는 결정질 반도체 기판(111), 전면 보호막(116a), 전면 전계부(117) 및 반사 방지막(118)의 가장자리 부분만 텍스처링 표면으로 도시하였지만, 실질적으로는 결정질 반도체 기판(111), 전면 보호막(116a), 전면 전계부(117) 및 반사 방지막(118)의 전면(front surface) 전체가 텍스처링 표면을 갖는다.
결정질 반도체 기판(111)의 전면(front surface) 위에 위치한 전면 보호막(116a)은 진성 비정질 실리콘[intrinsic amorphous silicon(a-Si)]막, 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx) 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
이러한 전면 보호막(116a)은 결정질 반도체 기판(111)의 표면 및 그 근처에 주로 존재하는 댕글링 결합(dangling bond)과 같은 결함(defect)을 안정한 결합으로 바꾸어 결정질 반도체 기판(111)의 표면 쪽으로 이동한 전하가 상기 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시키는 패시베이션 기능(passivation function)을 수행한다. 따라서, 결정질 반도체 기판(111)의 표면이나 그 근처에서 손실되는 전하의 양이 감소된다.
전면 보호막(116a)의 두께가 약 1nm 이상이면 결정질 반도체 기판(111)의 전면에 전면 보호막(116a)이 균일하게 도포되므로 패시베이션 기능을 양호하게 수행할 수 있으며, 전면 보호막(116a)의 두께가 약 30nm 이하이면 전면 보호막(116a) 내에서 흡수되는 빛의 양이 감소하여 결정질 반도체 기판(111) 내로 입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 전면 보호막(116a)은 약 1㎚ 내지 30㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
전면 보호막(116a) 위에 위치하는 전면 전계부(117)는 결정질 반도체 기판(111)과 동일한 도전성 타입(예, n형)의 불순물이 결정질 반도체 기판(111)보다 고농도로 함유된 불순물부로서, 전면 전계부(117)의 불순물 도핑 농도는 약 1010 내지 1021 atoms/㎤일 수 있다.
전면 전계부(117)는 비정질 실리콘, 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx), 또는 비정질 실리콘 규소(a-SiC) 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 전면 전계부(117)를 형성하면, 결정질 반도체 기판(111)과 전면 전계부(117)와의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽이 형성되므로, 결정질 반도체 기판(111) 전면 쪽으로의 전하(예, 정공) 이동을 방지하는 전계 효과를 얻을 수 있다.
일반적으로 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)과 비정질 실리콘 규소(a-SiC)의 에너지 밴드 갭(energy band gap)은 각각 약 2.1과 약 2.8이므로, 비정질 실리콘 산화물과 비정질 실리콘 규소의 에너지 밴드 갭은 약 1.7 내지 1.9의 에너지 밴드 갭을 갖는 비정질 실리콘보다 넓다.
따라서, 전면 전계부(117)가 비정질 실리콘 산화물(a-SiOx)이나 비정질 실리콘 규소(a-SiC)로 이루어질 경우, 전면 전계부(117) 자체에서 흡수되는 빛의 양이 감소하여 결정질 반도체 기판(111) 쪽으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
전면 전계부(117) 위에 위치한 반사 방지막(118)은 후면 접합형 태양 전지(110)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 후면 접합형 태양 전지(110)의 효율을 높인다.
이러한 반사 방지막(118)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx) 등으로 이루어질 수 있으며, 단일막 구조 또는 다층막 구조를 가질 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다.
결정질 반도체 기판(111)의 후면에 바로 위치한 후면 보호막(116b)은 전면 보호막(116a)과 동일하게 패시베이션 기능을 수행하여, 결정질 반도체 기판(111)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 결함에 의해 소멸되는 것을 감소시킨다.
이러한 후면 보호막(116b)은 전면 보호막(116a)과 동일하게 비정질 실리콘 등으로 형성될 수 있다.
후면 보호막(116b)은 결정질 반도체 기판(111)의 후면 쪽으로 이동한 전하가 후면 보호막(116b)을 통과하여 복수의 후면 전계부(119b) 또는 복수의 에미터부(119a)로 이동할 수 있는 두께를 갖는다.
후면 보호막(116b)의 두께가 약 1nm 이상이면 결정질 반도체 기판(111)의 후면에 후면 보호막(116b)이 균일하게 도포되므로 패시베이션 효과를 좀더 얻을 수 있고, 후면 보호막(116b)의 두께가 약 10nm 이하이면 결정질 반도체 기판(111)을 통과한 빛이 후면 보호막(116b) 내에서 흡수되는 빛의 양이 감소하여 결정질 반도체 기판(111) 내부로 재입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
따라서, 후면 보호막(116b)은 약 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
복수의 후면 전계부(119b)는 결정질 반도체 기판(111)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 결정질 반도체 기판(111)보다 고농도로 도핑된 영역이다. 예를 들어, 복수의 후면 전계부(119b)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
복수의 후면 전계부(119b)는 후면 보호막(116b) 위에서 서로 이격되어 나란하게 정해진 방향으로 뻗어 있다. 본 실시예에서, 복수의 후면 전계부(119b)는 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 비결정질 반도체로 이루어질 수 있다.
이러한 후면 전계부(119b)는 전면 전계부(117)와 유사하게 결정질 반도체 기판(111)과 후면 전계부(119b)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 후면 전계부(119b) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 후면 전계부(119b) 쪽으로의 전자 이동을 용이하게 한다.
따라서, 후면 전계부(119b) 및 그 부근 또는 제1 전극부(112, 114) 및 제2 전극부(113, 115)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고, 전자 이동을 가속화시켜 후면 전계부(119b)로의 전자 이동량을 증가시킨다.
여기에서, 제1 전극부(112, 114)는 복수의 제1 전극(112) 및 제1 전극용 집전부(114)를 포함하고, 제2 전극부(113, 115)는 복수의 제2 전극(113) 및 제2 전극용 집전부(115)를 포함한다.
각각의 후면 전계부(119b)는 약 10㎚ 내지 25㎚의 두께를 가질 수 있다. 후면 전계부(119b)의 두께가 약 10nm 이상이면 정공의 이동을 방해하는 전위 장벽을 좀더 양호하게 형성할 수 있어 전하 손실을 더 감소시킬 수 있고, 약 25nm 이하이면 후면 전계부(119b) 내에서 흡수되는 빛의 양을 감소시켜 결정질 반도체 기판(111) 내로 재입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
복수의 에미터부(119a)는 결정질 반도체 기판(111)의 후면 위에서 복수의 후면 전계부(119b)와 이격되어 있고, 복수의 후면 전계부(119b)와 나란하게 뻗어 있다.
따라서, 도 2에 도시한 것처럼, 후면 전계부(119b)와 에미터부(119a)는 결정질 반도체 기판(111) 위에서 번갈아 위치한다.
각 에미터부(119a)는 결정질 반도체 기판(111)의 후면에 형성되며, 결정질 반도체 기판(111)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖고 있고, 결정질 반도체 기판(111)과 다른 반도체, 예를 들어, 비정질 실리콘을 포함한다.
따라서, 에미터부(119a)는 결정질 반도체 기판(111)과 p-n 접합뿐만 아니라 이종 접합(hetero junction)을 형성한다.
이러한 구성에 따르면, 결정질 반도체 기판(111)과 복수의 에미터부(119a) 간에 형성된 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해 결정질 반도체 기판(111)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 결정질 반도체 기판(111)이 n형이고 복수의 에미터부(119a)가 p형일 경우, 분리된 정공은 후면 보호막(116b)을 관통하여 각 에미터부(119a) 쪽으로 이동하며, 분리된 전자는 후면 보호막(116b)을 관통하여 결정질 반도체 기판(111)보다 불순물 농도가 높은 복수의 후면 전계부(119b) 쪽으로 이동한다.
각 에미터부(119a)는 약 5㎚ 내지 15㎚의 두께를 가질 수 있다. 에미터부(119a)의 두께가 약 5nm 이상이면 p-n 접합을 좀더 양호하게 형성할 수 있고, 약 15nm 이하이면 에미터부(119a) 내에서 흡수되는 빛의 양이 감소하여 결정질 반도체 기판(111) 내로 재입사되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.
한편, 불순물이 존재하지 않거나 거의 없는 진성 반도체 물질(진성 a-Si)로 형성된 후면 보호막(116b)이 복수의 에미터부(119a)와 복수의 후면 전계부(119b) 하부에 위치하므로, 결정질 반도체 기판(111) 위에 바로 복수의 에미터부(119a)와 복수의 후면 전계부(119b)가 위치하는 경우에 비해 에미터부(119a)와 후면 전계부(119b)를 형성할 때 결정화 현상이 줄어든다.
따라서, 비정질 실리콘 위에 위치하는 복수의 에미터부(119a)와 복수의 후면 전계부(119b)의 특성이 향상된다.
에미터부(119a)와 접촉하는 제1 전극(112)은 에미터부(119a)를 따라서 제2 방향(X-X')으로 연장되어 있고, 에미터부(119a)와 전기적으로 연결되어 있으며, 해당 에미터부(119a) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집한다.
그리고 후면 전계부(119b)와 접촉하는 제2 전극(113)은 후면 전계부(119b)를 따라서 제2 방향(X-X')으로 연장되어 있고, 복수의 후면 전계부(119b)와 전기적으로 연결되어 있으며, 해당 후면 전계부(119b) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어, 전자를 수집한다.
복수의 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)은 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 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 도 2에는 도시하지 않았지만, 에미터부(119a)는 제1 전극용 집전부(114)가 형성되는 영역에도 위치하고, 후면 전계부(119b)는 제2 전극용 집전부(115)가 형성되는 영역에도 위치한다.
여기에서, 제1 전극용 집전부(114)는 에미터부(119a)와 접촉하여 상기 에미터부(119a)와 전기적으로 연결되며, 결정질 반도체 기판(111)의 제1 모서리 쪽에 위치하고, 제2 방향과 직교하는 제1 방향(Y-Y')으로 연장되어 제1 전극(112)들의 제1 단부를 물리적으로 연결한다.
그리고 제2 전극용 집전부(115)는 후면 전계부(119b)와 접촉하여 상기 후면전기적전계부(119b)와 전기적으로 연결되며, 결정질 반도체 기판(111)의 제2 모서리 쪽에 위치하고, 제2 방향과 직교하는 제1 방향(Y-Y')으로 연장되어 제2 전극(113)들의 제1 단부를 물리적으로 연결한다.
따라서, 제1 전극용 집전부(114)는 제1 전극(112)으로 이동한 전하를 수집하며, 제2 전극용 집전부(115)는 제2 전극(113)으로 이동한 전하를 수집한다.
이러한 구성의 제1 전극용 집전부(114) 및 제2 전극용 집전부(115)는 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
후면 시트(160)는 태양전지 모듈의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(110)들을 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 후면 시트(160)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 태양전지(110)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 서로 접합되어 태양전지(110)들과 일체화 되는 것으로, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 습기 침투로 인한 태양전지(110)들의 부식을 방지하고 태양전지(110)들을 충격으로부터 보호한다.
본 발명의 실시예에서, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 액상의 화합물을 열처리를 통해 경화한 물질, 예컨대 PDMS(poly dialkyl siloxane)를 포함하는 경화된 실록산(siloxane)으로 이루어질 수 있다.
액상의 화합물, 즉 액상의 실록산이 태양전지(110)들 위에 도포되면 도포된 실록산 전구체 중 일부는 유동성으로 인해 태양전지(110)들의 사이 공간에 채워지게 되며, 이 상태에서 열처리를 통해 경화된다.
이와는 달리, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 필름 형태로 제조된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다.
이와는 달리, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 전면 밀봉재(130)는 필름 형태의 에틸렌 비닐 아세테이트로 이루어지는 반면에, 후면 밀봉재(140)는 경화된 실록산(siloxane)으로 이루어질 수 있다.
전면 밀봉재(130) 위에 위치하는 투명 부재(150)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(150)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
그리고 인터커넥터(120)는 전도성 금속으로 이루어지며, 인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결한다. 이때, 인터커넥터(120)는 1,000ppm 이하의 납 성분을 함유하는 무연 재질의 전도성 금속으로 이루어지거나, 전도성 금속의 표면에 피복된 유연(有鉛) 재질의 솔더(solder)를 더 포함할 수 있다.
인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하기 위해, 인터커넥터(120)는 도전성 접착 필름과 접촉한다.
본 실시예에서, 도전성 접착 필름은 제1 전극용 집전부(114)와 접촉하는 제1 도전성 접착 필름(CF1)과, 제2 전극용 집전부(115)와 접촉하는 제2 도전성 접착 필름(CF2)으로 형성된다.
이하에서는 인터커넥터와 집전부 간의 접합 구조에 대해 상세히 설명한다.
제1 전극용 집전부(114) 위에는 제1 도전성 접착 필름(CF1)가 위치하고, 제2 전극용 집전부(115) 위에는 제2 도전성 접착 필름(CF2)가 위치한다.
제1 도전성 접착 필름(CF1)은 수지(CF1-1) 및 수지(CF1-1)에 분산된 복수의 도전성 입자(CF1-2)를 포함한다.
수지(CF1-1)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(CF1-1)는 열경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 공지의 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다.
예를 들면, 수지(CF1-1)는 제1 전극용 집전부(114)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 있다.
또한, 수지(CF1-1)는 도전성 입자(CF1-2)의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있으며, 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
도전성 입자(CF1-2)는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다.
도전성 입자(CF1-2)는 다양한 크기의 방사형 금속 입자들로 구성될 수 있다. 여기에서, '방사형 금속 입자'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 금속을 주성분으로 하는 대략 구체(球體) 형상을 갖는 금속 입자의 표면에 복수의 돌기가 불규칙적으로 형성된 금속 입자를 말한다.
인터커넥터(120)와 제1 전극용 집전부(114) 간의 전류 흐름이 원활하게 이루어지도록 하기 위해, 제1 도전성 접착 필름(CF1)은 수지(CF1-1)의 두께보다 큰 크기의 방사형 금속 입자를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 수지(CF1-1)의 두께보다 큰 크기로 형성된 방사형 금속 입자의 일부분이 제1 전극용 집전부(114) 및/또는 인터커넥터(120)에 매립된다.
따라서, 방사형 금속 입자와 제1 전극용 집전부(114) 및/또는 방사형 금속 입자와 인터커넥터(120) 간의 접촉 면적이 증가하여 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 상기 접촉 저항이 감소하면, 제1 전극용 집전부(114)와 인터커넥터(120) 사이의 전류 흐름이 원활해진다.
위에서는 도전성 입자(CF1-2)가 방사형 금속 입자로 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 도전성 입자(CF1-2)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 금속을 주성분으로 포함하는 금속 피복 수지 입자로 이루어질 수도 있다.
도전성 입자(CF1-2)가 금속 피복 수지 입자로 이루어지는 경우, 도전성 입자(CF1-2)는 원형 또는 타원형의 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 도전성 입자(CF1-2)들은 인접한 것들과 서로 물리적으로 접촉할 수도 있다.
수지(CF1-1)가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지(CF1-1) 내에 분산되는 도전성 입자(CF1-2)의 배합량은 제1 도전성 접착 필름(CF1)의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다.
도전성 입자(CF1-2)의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 제1 전극용 집전부(114)와의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지(CF1-1)의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.
제1 도전성 접착 필름(CF1)은 제1 전극용 집전부(114)와 평행한 방향으로 상기 제1 전극용 집전부(114)에 접착된다.
이때, 태빙(tabbing) 작업은 제1 전극용 집전부(114)에 제1 도전성 접착 필름(CF1)을 예비 접합(pre-bonding)하는 단계와, 인터커넥터(120)와 제1 도전성 접착 필름(CF1)을 최종 접합(final-bonding)하는 단계에 따라 이루어진다.
제1 도전성 접착 필름(CF1)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(CF1-1)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) 및 인터커넥터(120)가 제1 도전성 접착 필름(CF1)에 충분히 밀착되는 범위, 예컨대 대략 2MPa 내지 3MPa로 설정할 수 있다.
이때, 가압 압력은 도전성 입자(CF1-2)의 적어도 일부가 제1 전극용 집전부(114) 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) 및 인터커넥터(120) 등이 열로 인한 손상 또는 변질되지 않는 범위, 예컨대 대략 10초 정도로 설정할 수 있다.
한편, 제1 도전성 접착 필름(CF1)의 폭, 즉 제2 방향(X-X')으로의 폭은 제1 전극용 집전부(114)의 폭 이하로 형성되고, 제2 도전성 접착 필름(CF2)의 폭은 제2 전극용 집전부(115)의 폭 이하로 형성될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 제1 도전성 접착 필름(CF1)은 제1 전극(112)과 접촉하지 않으며, 제2 도전성 접착 필름(CF2)은 제2 전극(113)과 접촉하지 않는다.
또한, 제1 도전성 접착 필름(CF1)은 제2 전극(113)과도 접촉하지 않으며, 제2 도전성 접착 필름(CF2)은 제1 전극(113)과도 접촉하지 않는다.
제1 도전성 접착 필름(CF1)의 길이, 즉 제1 방향(Y-Y')으로 측정된 길이는 제1 전극용 집전부(114)의 길이 이하로 형성되고, 제2 도전성 접착 필름(CF2)의 길이는 제2 전극용 집전부(115)의 길이 이하로 형성될 수 있다.
그리고 인터커넥터(120)의 길이는 제1 도전성 접착 필름(CF1) 및 제2 도전성 접착 필름(CF2)의 길이 이하로 형성될 수 있다.
한편, 인터커넥터(120)의 폭은 서로 인접한 제1 도전성 접착 필름(CF1)과 제2 도전성 접착 필름(CF2) 사이의 간격보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 인터커넥터(120)의 폭은 인터커넥터(120)와 제1 도전성 접착 필름(CF1)이 중첩하는 영역 및 인터커넥터(120)와 제2 도전성 접착 필름(CF2)이 중첩하는 영역을 고려하여 적절한 범위 내에서 형성할 수 있다.
그리고 인터커넥터(120)에는 열에 의한 수축 및 팽창에 기인하는 스트레인(strain)을 감소시키기 위한 목적으로 슬릿(slit) 또는 홀(hole)(122)을 형성할 수 있다.
그리고 후면 밀봉재(140)를 경화된 실록산으로 형성하는 경우에는 서로 인접한 2개의 태양전지들 사이에 후면 밀봉재(140)가 채워질 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 전면 밀봉재(130) 및 후면 밀봉재(140)를 에틸렌 비닐 아세테이트 또는 경화된 실록산으로 형성하는 경우에는 상기 공간에 전면 밀봉재(130)가 채워질 수도 있으며, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)의 재료에 따라 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)가 함께 채워질 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 도 3의 다양한 변형 실시예를 설명한다.
도 4 내지 도 6의 태양전지 모듈은 서로 인접한 2개의 태양전지(110)들 사이에 스페이서(170)가 위치하는 것을 제외하고 도 3의 실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는 스페이서(170)에 대해서만 설명한다.
스페이서(170)는 도 4에 도시한 바와 같이 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115) 사이 공간에 위치하거나, 도 5에 도시한 바와 같이 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 위치하거나, 도 6에 도시한 바와 같이 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간 및 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115)의 사이 공간에 위치할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이 스페이서(170)가 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115) 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서(170)는 집전부(114, 115)와 도전성 접착 필름(CF1, CF2)의 두께를 합한 크기의 두께로 형성될 수 있으며, 후면 밀봉재(140)를 경화된 실록산으로 형성하는 경우에는 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 후면 밀봉재(140)가 채워질 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 전면 밀봉재(130) 및 후면 밀봉재(140)를 에틸렌 비닐 아세테이트 또는 경화된 실록산 중 하나의 재료로 형성하는 경우에는 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 전면 밀봉재(130)가 채워질 수도 있으며, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)의 재료에 따라 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)가 함께 채워질 수도 있다.
그리고 도 5에 도시한 바와 같이 스페이서(170)가 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서(170)는 기판(111)과 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 스페이서(170)와 인터커넥터(120)의 사이 공간에는 후면 밀봉재(140)가 채워질 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 스페이서(170)와 인터커넥터(120)의 사이 공간에 전면 밀봉재(130)가 채워질 수도 있으며, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)가 함께 채워질 수도 있다.
그리고 도 6에 도시한 바와 같이 스페이서(170)가 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간 및 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115)의 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서(170)는 기판(111), 집전부(114, 115) 및 도전성 접착 필름(CF1, CF2)의 두께를 합한 크기의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의하면, 인접 태양전지(110)들간의 간격 및 전기적 절연이 스페이서(170)에 의해 이루어지게 된다. 따라서, 태양전지 모듈의 수광면 쪽에서 관측할 때 인접 태양전지(110)들 사이의 공간으로 인터커넥터(120)가 관측될 수 있다.
그런데 인터커넥터(120)는 태양전지(110)들과는 다른 색상의 전도성 금속으로 이루어진다. 따라서 미관을 향상시키기 위해 스페이서(170)는 수광면을 향하는 표면을 태양전지(110)의 반도체 기판(111)과 동일한 색상 또는 후면시트와 동일한 색상, 예컨대 흑색 또는 백색으로 처리할 수 있다.
이러한 구성의 태양전지 모듈은 투명 부재(150) 위에 전면 밀봉재(130)를 형성하고, 전면 밀봉재(130) 위에 복수의 후면 접합형 태양전지(110)들을 일정한 간격으로 배치한 후, 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115) 위에 각각 제1 도전성 접착 필름(CF1)과 제2 도전성 접착 필름(CF2)을 배치하고, 인터커넥터(120)를 제1 도전성 접착 필름(CF1)과 제2 도전성 접착 필름(CF2)에 태빙하며, 그 위에 후면 밀봉재(140)를 형성하고, 후면 밀봉재(140) 위에 후면 시트(160)를 배치한 후 라미네이션 공정을 실시하는 것에 따라 제조할 수 있다.
이때, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)는 액상의 실록산 전구체, 예컨대 디메칠실릴옥시아크릴레이트 (dimethylsilyloxyacrylate)를 도포 및 경화하여 형성할 수 있다.
이와 같이 액상의 실록산 전구체를 도포하면, 도포된 액상의 실록산 전구체의 일부분이 인접한 태양전지(110)들의 사이 공간에 채워지게 된다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈을 설명한다.
전술한 제1 실시예에서는 인터커넥터(120)를 제1 전극용 집전부(114)와 전기적으로 연결하기 위해 제1 도전성 접착 필름(CF1)을 사용하고, 인터커넥터(120)를 제2 전극용 집전부(115)와 전기적으로 연결하기 위해 제2 도전성 접착 필름(CF2)을 사용하였다.
하지만, 본 실시예에서는 제3 도전성 접착 필름(CF3)만을 사용하여 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115)를 인터커넥터(120)와 전기적으로 연결한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이를 위해, 제3 도전성 접착 필름(CF3)의 폭은 인터커넥터(120)의 폭 이상으로 형성될 수 있고, 인터커넥터(120)의 길이는 제3 도전성 접착 필름(CF3)의 길이 이하로 형성될 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 제3 도전성 접착 필름(CF3)은 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)과 접촉하지 않을 수 있으며, 인터커넥터(120)는 슬릿 또는 홀(122)을 구비할 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 도 8의 변형 실시예들을 설명한다.
제2 실시예에 따른 태양전지 모듈도 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 스페이서(170)를 구비할 수 있다.
스페이서(170)는 도 9에 도시한 바와 같이 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115) 사이 공간에 위치하거나, 도 10에 도시한 바와 같이 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 위치하거나, 도 11에 도시한 바와 같이 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간 및 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115)의 사이 공간에 위치할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이 스페이서(170)가 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115) 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서(170)는 집전부(114, 115)의 두께와 동일하거나 집전부(114, 115)의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
스페이서(170)의 두께가 집전부(114, 115)의 두께보다 두꺼운 경우, 제3 도전성 접착 필름(CF3)은 스페이서(170)의 일부가 매립되는 홈(H1)을 구비할 수 있다.
그리고 후면 밀봉재(140)를 경화된 실록산으로 형성하는 경우에는 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 후면 밀봉재(140)가 채워질 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에는 전면 밀봉재(130)가 채워질 수도 있으며, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)가 함께 채워질 수도 있다.
그리고 도 10에 도시한 바와 같이 스페이서(170)가 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서(170)는 기판(111)과 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 스페이서(170)와 제3 도전성 접착 필름(CF3)의 사이 공간에는 후면 밀봉재(140)가 채워질 수 있다.
하지만, 이와는 달리, 스페이서(170)와 제3 도전성 접착 필름(CF3)의 사이 공간에는 전면 밀봉재(130)가 채워질 수도 있으며, 전면 밀봉재(130)와 후면 밀봉재(140)가 함께 채워질 수도 있다.
그리고 도 11에 도시한 바와 같이 스페이서(170)가 서로 인접한 2개의 기판(111) 사이 공간 및 서로 인접한 제1 전극용 집전부(114)와 제2 전극용 집전부(115)의 사이 공간에 위치하는 경우, 스페이서(170)는 기판(111) 및 집전부(114, 115)의 두께를 합한 크기와 동일한 두께 또는 그 이상의 두께로 형성될 수 있다.
스페이서(170)의 두께가 기판(111) 및 집전부(114, 115)의 두께보다 두꺼운 경우, 제3 도전성 접착 필름(CF3)은 스페이서(170)의 일부가 매립되는 홈(H1)을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의하면, 인접 태양전지(110)들간의 간격 및 전기적 절연이 스페이서(170)에 의해 이루어지게 된다. 따라서, 태양전지 모듈의 수광면 쪽에서 관측할 때 인접 태양전지(110)들 사이의 공간으로 인터커넥터(120)가 관측될 수 있다.
그런데 인터커넥터(120)는 태양전지(110)들과는 다른 색상의 전도성 금속으로 이루어진다. 따라서 미관을 향상시키기 위해 스페이서(170)는 수광면을 향하는 표면을 태양전지(110)의 반도체 기판(111)과 동일한 색상 또는 후면시트와 동일한 색상, 예컨대 흑색 또는 백색으로 처리할 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈을 설명한다. 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도로서, 후면 시트가 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
본 실시예의 태양전지 모듈은 서로 인접한 후면 접합형 태양전지(110)들이 복수의 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결되는 것을 제외하고 도 7의 실시예와 동일하게 구성된다.
즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 제3 도전성 접착 필름(CF3)은 일부 영역에서 좌측에 위치한 후면 접합형 태양전지(110)의 제2 전극용 집전부(115)와 접촉하며, 또한 일부 영역에서 우측에 위치한 후면 접합형 태양전지(110)의 제1 전극용 집전부(114)와 접촉한다.
그리고 제3 도전성 접착 필름(CF3) 위에는 2개 이상의 인터커넥터(120)가 제3 도전성 접착 필름(CF3)의 길이 방향, 즉 제1 방향(Y-Y')을 따라 위치한다.
이와 같이, 적어도 2개의 인터커넥터(120)를 사용하는 실시예는 전술한 도 1의 실시예에도 동일하게 적용이 가능하다.
도 12의 실시예에서는 1개의 제3 도전성 접착 필름(CF3) 위에 2개 이상의 인터커넥터(120)가 접착된 것을 예로 들어 설명하였다.
하지만, 도 13의 제3 실시예에 도시한 바와 같이, 제3 도전성 접착 필름(CF3)도 인터커넥터(120)와 같이 분할 형성하는 것이 가능하다.
이 경우, 어느 한 태양전지(110)의 제2 전극용 집전부(115)와 인접한 태양전지(110)의 제1 전극용 집전부(114)는 2개 이상의 제3 도전성 접착 필름(CF3) 및 제3 도전성 접착 필름(CF3)과 동일한 개수의 인터커넥터(120)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이와는 달리, 도 14의 제4 실시예에 도시한 바와 같이, 어느 한 태양전지(110)의 제2 전극용 집전부(115)와 인접한 태양전지(110)의 제1 전극용 집전부(114)는 2개 이상의 제3 도전성 접착 필름(CF3)과 접촉하고, 2개 이상의 제3 도전성 접착 필름(CF3)은 1개의 인터커넥터(120)와 접촉하는 것도 가능하다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 태양전지 모듈에 사용되는 후면 접합형 태양전지는 집전부, 예컨대 버스바(bus-bar)가 없는 논(non)-버스바 구조일 수 있다.
논-버스바 구조의 후면 접합형 태양전지에서, 제1 전극부는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장된 복수의 제1 전극들만을 포함하고, 제2 전극부는 제1 전극들과 번갈아 가며 교대로 배열되도록 제2 방향으로 연장된 복수의 제2 전극들만을 포함한다.
그리고 서로 인접한 제1 전극들은 제1 전극을 형성하는 전극 물질에 의해 서로간에 물리적으로 연결되지 않으며, 서로 인접한 제2 전극들은 제2 전극을 형성하는 전극 물질에 의해 서로간에 물리적으로 연결되지 않는다.
이러한 구조는 논-버스바 구조에서만 나타나는 것으로, 논-버스바 구조의 후면 접합형 태양전지는 버스바 형성에 따른 재료비 및 공정수를 줄일 수 있다.
논-버스바 구조의 후면 접합형 태양전지에서, 도전성 접착 필름은 복수의 제1 전극의 한쪽 단부들 또는 복수의 제2 전극의 한쪽 단부들과 물리적으로 접촉하며, 복수의 제1 전극의 한쪽 단부들 또는 상기 복수의 제2 전극의 한쪽 단부들을 전기적으로 연결한다.
그리고 복수의 제1 전극의 한쪽 단부들 및 복수의 제2 전극의 한쪽 단부들은 확대된 선폭의 접촉부를 각각 구비할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
110: 후면 접합형 태양전지 111: 기판
112: 제1 전극 113: 제2 전극
114: 제1 전극용 집전부 115: 제2 전극용 집전부
120: 인터커넥터 130: 전면 밀봉재
140: 후면 밀봉재 150: 투명 부재
160: 후면 시트 CF1-CF3: 제1 내지 제3 도전성 접착 필름

Claims (22)

  1. 기판, 상기 기판 후면의 제1 모서리 쪽에 위치하며 제1 방향으로 연장된 제1 전극용 집전부, 및 상기 기판 후면의 제2 모서리 쪽에 위치하며 상기 제1 방향으로 연장된 제2 전극용 집전부를 각각 포함하는 복수의 후면 접합형 태양전지들;
    서로 인접한 2개의 태양전지들 중에서 어느 한 태양전지의 제2 전극용 집전부 및 다른 한 태양전지의 제1 전극용 집전부 중 적어도 하나와 접촉하는 도전성 접착 필름;
    상기 도전성 접착 필름과 접촉하며, 상기 서로 인접한 2개의 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터;
    상기 태양전지들을 보호하는 전면 밀봉재 및 후면 밀봉재;
    상기 기판의 전면 쪽으로 상기 전면 밀봉재의 상부에 배치되는 투명 부재; 및
    상기 기판의 후면 쪽으로 상기 후면 밀봉재의 하부에 배치되는 후면 시트
    를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 후면 접합형 태양전지는 이종 접합 구조로 형성되는 태양전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 후면 접합형 태양전지의 상기 기판은 결정질의 반도체 기판으로 이루어지며, 상기 기판의 후면에는 제1 비정질 실리콘층으로 형성된 에미터부 및 제2 비정질 실리콘층으로 형성된 후면 전계부가 위치하는 태양전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 후면 접합형 태양전지는 상기 제1 전극용 집전부에 의해 한쪽 단부가 연결된 복수의 제1 전극들 및 상기 제2 전극용 집전부에 의해 한쪽 단부가 연결된 복수의 제2 전극들을 더 포함하며, 상기 복수의 제1 전극들 및 복수의 제2 전극들은 번갈아 가며 교대로 위치하고, 상기 에미터부 및 상기 후면 전계부에 각각 접촉하는 태양전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 도전성 접착 필름은 상기 어느 한 태양전지의 제1 전극용 집전부와 접촉하는 제1 도전성 접착 필름 및 상기 다른 한 태양전지의 제2 전극용 집전부와 접촉하는 제2 도전성 접착 필름을 포함하며, 상기 인터커넥터는 상기 제1 도전성 접착 필름 및 상기 제2 도전성 접착 필름에 모두 접촉하는 태양전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 도전성 접착 필름의 폭은 상기 제1 전극용 집전부의 폭 이하로 형성되고, 상기 제2 도전성 접착 필름의 폭은 상기 제2 전극용 집전부의 폭 이하로 형성되는 태양전지 모듈.
  7. 제5항에서,
    상기 제1 도전성 접착 필름의 길이는 상기 제1 전극용 집전부의 길이 이하로 형성되고, 상기 제2 도전성 접착 필름의 길이는 상기 제2 전극용 집전부의 길이 이하로 형성되는 태양전지 모듈.
  8. 제5항에서,
    상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 제1 단부가 상기 제1 전극용 집전부와 연결된 복수의 제1 전극 및 상기 제1 전극의 사이 공간에 위치하며 상기 제2 방향으로 연장되어 제1 단부가 상기 제2 전극용 집전부와 연결된 복수의 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제1 도전성 접착 필름은 상기 제1 전극과 접촉하지 않으며, 상기 제2 도전성 접착 필름은 상기 제2 전극과 접촉하지 않는 태양전지 모듈.
  9. 제5항에서,
    상기 인터커넥터의 길이는 상기 제1 도전성 접착 필름 및 상기 제2 도전성 접착 필름의 길이 이하로 형성되는 태양전지 모듈.
  10. 제5항에서,
    상기 인터커넥터의 폭은 서로 인접한 제1 도전성 접착 필름과 제2 도전성 접착 필름 사이의 간격보다 크게 형성되는 태양전지 모듈.
  11. 제1항에서,
    상기 도전성 접착 필름은 상기 어느 한 태양전지의 제1 전극용 집전부 및 상기 다른 한 태양전지의 제2 전극용 집전부와 함께 접촉하는 제3 도전성 접착 필름을 포함하며, 상기 인터커넥터는 상기 제3 도전성 접착 필름과 접촉하는 태양전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 제3 도전성 접착 필름의 폭은 상기 인터커넥터의 폭 이상으로 형성되는 태양전지 모듈.
  13. 제11항에서,
    상기 인터커넥터의 길이는 상기 제3 도전성 접착 필름의 길이 이하로 형성되는 태양전지 모듈.
  14. 제11항에서,
    상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 제1 단부가 상기 제1 전극용 집전부와 연결된 복수의 제1 전극 및 상기 제1 전극의 사이 공간에 위치하며 상기 제2 방향으로 연장되어 제1 단부가 상기 제2 전극용 집전부와 연결된 복수의 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제3 도전성 접착 필름은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 접촉하지 않는 태양전지 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에서,
    상기 서로 인접한 2개의 태양전지들 사이에 스페이서가 위치하는 태양전지 모듈.
  16. 제15항에서,
    상기 도전성 접착 필름은 상기 스페이서의 일부가 매립되는 홈을 구비하는 태양전지 모듈.
  17. 제15항에서,
    상기 스페이서는 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에 위치하며, 상기 스페이서와 상기 인터커넥터의 사이 공간에는 상기 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워지는 태양전지 모듈.
  18. 제15항에서,
    상기 스페이서는 서로 인접한 제1 전극용 집전부와 제2 전극용 집전부 사이 공간에 위치하며, 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에는 상기 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워지는 태양전지 모듈.
  19. 제15항에서,
    상기 스페이서는 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간 및 서로 인접한 제1 전극용 집전부와 제2 전극용 집전부의 사이 공간에 위치하는 태양전지 모듈.
  20. 제15항에서,
    상기 스페이서는 상기 기판과 동일한 두께로 형성되며, 상기 인터커넥터와 상기 스페이서의 사이 공간에는 상기 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워지는 태양전지 모듈.
  21. 제15항에서,
    상기 스페이서는 상기 집전부와 상기 도전성 접착 필름의 두께를 합한 크기의 두께로 형성되며, 서로 인접한 2개의 기판 사이 공간에는 상기 전면 밀봉재 또는 후면 밀봉재가 채워지는 태양전지 모듈.
  22. 제15항에서,
    상기 스페이서는 상기 기판, 상기 집전부 및 상기 도전성 접착 필름의 두께를 합한 크기의 두께로 형성되는 태양전지 모듈.
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