KR20130069270A - 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

태양전지 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 홀이 형성된 지지기판; 상기 지지기판의 상부에 형성되는 태양전지 셀들; 상기 태양전지 셀들과 전기적으로 연결되는 버스 바; 상기 홀을 메우도록 형성되는 전극; 및, 상기 전극과 연결되는 정션박스;를 포함한다.

Description

태양전지 모듈 및 그 제조방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신뢰성 및 생산성이 향상된 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목받고 있다.
태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이다.
예로서 반도체의 pn접합으로 만든 태양전지에 반도체의 금지대폭(Eg: Band-gap Energy)보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되는데, 이들 전자-정공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 모이게 됨에 따라 pn간에 기전력(광기전력: Photovoltage)이 발생하게 된다. 이때 양단의 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이 동작원리이다.
태양전지에서 생선된 전류가 버스 바를 통해 정션박스와 연결되는데, 일반적으로 태양전지 패널의 상면에 형성되는 버스 바를, 하부 기판의 하면에 형성되는 정션박스와 연결하는 과정에서 하부 기판에 홀을 형성한다.
상기 홀에 버스 바가 삽입되어 하부의 정션박스와 연결되는데, 상기 버스 바가 상기 홀을 완전히 메우지 않으므로 수분이 침투될 수 있고, 이에 따라 태양전지 셀들이 손상될 우려가 있다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판의 둘레 영역에 홀을 형성하고, 상기 홀을 메우도록 전극이 형성되므로, 홀과 전극과의 틈을 최소화할 수 있어 가공시간을 감소시키고, 수분침투 영역을 감소시킬 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 홀이 형성된 지지기판; 상기 지지기판의 상부에 형성되는 태양전지 셀들; 상기 태양전지 셀들과 전기적으로 연결되는 버스 바; 상기 홀을 메우도록 형성되는 전극; 및, 상기 전극과 연결되는 정션박스;를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판의 둘레 영역에 홀을 형성하고, 상기 홀을 메우도록 전극이 형성되므로, 홀과 전극과의 틈을 최소화할 수 있어 가공시간을 감소시키고, 수분침투 영역을 감소시킬 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈의 상면도이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 바, 프레임, 기판, 홀 또는 막 등이 각 패널, 바, 기판, 홀 또는 막 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 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈의 상면도이다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 셀들(320), 상기 태양전지 셀들(320)을 지지하는 지지기판(310), 상기 지지기판(310)의 둘레영역에 형성되는 홀(50), 상기 태양전지 셀들(320)과 전기적으로 연결되는 버스 바(400), 상기 버스 바(400)와 연결되는 정션박스(500)를 포함하고, 상기 홀(50)을 메우도록 형성되는 전극(70)을 포함한다.
상기 지지기판(310)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(310)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 자세하게, 상기 지지기판(310)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(310)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(310)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 태양전지 셀들(320)은 지지기판(310) 상에 형성될 수 있으며, 플레이트 형상을 가진다. 예를 들어, 상기 태양전지 셀들(320)은 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 태양전지 셀들(320)은 태양광을 입사받아 전기에너지로 변환시킨다.
상기 태양전지 셀들(320)을 수용하도록 측면에 프레임(100)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임은 상기 태양전지 셀들(320)의 4개의 측면에 배치된다. 상기 프레임으로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 알루미늄 등의 금속을 들 수 있다.
상기 프레임(100)은 제 1 서브 프레임(110), 제 2 서브 프레임(120), 제 3 서브 프레임(130) 및 제 4 서브 프레임(140)을 포함한다. 상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120), 상기 제 3 서브 프레임(130) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 서로 체결되거나, 일체로 형성될 수 있다.
상기 제 1 서브 프레임(110)은 상기 태양전지 패널(300)의 일 측면을 둘러싼다. 상기 제 2 서브 프레임(120)은 상기 태양전지 패널(300)의 다른 측면을 수용한다.
상기 제 3 서브 프레임(130)은 상기 태양전지 패널(300)을 사이에 두고, 상기 제 1 서브 프레임(110)과 마주본다. 상기 제 3 서브 프레임(130)은 상기 태양전지 패널(300)의 또 다른 측면을 수용한다.
상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)의 또 다른 측면을 수용한다. 상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)을 사이에 두고, 상기 제 2 서브 프레임(120)과 마주본다.
상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120), 상기 제 3 서브 프레임(130) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 유사한 구조를 가진다. 즉, 상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120), 상기 제 3 서브 프레임(130) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)을 수용하기 위한 서포트부들을 포함한다.
예를 들어, 상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120), 상기 제 3 서브 프레임(130) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 제 1 서포트부(101), 제 2 서포트부(102), 제 3 서포트부(103) 및 제 4 서포트부(104)를 포함한다.
상기 제 1 서포트부(101)는 상기 태양전지 패널(300)의 측면에 배치된다. 상기 제 1 서포트부(101)는 상기 태양전지 패널(300)의 측면을 지지한다.
상기 제 2 서포트부(102)는 상기 제 1 서포트부(101)로부터 연장되어, 상기 태양전지 패널(300)의 상면에 배치된다. 상기 제 2 서포트부(102)는 상기 태양전지 패널(300)의 상면을 지지한다.
상기 제 3 서포트부(103)는 상기 제 1 서포트부(101)로부터 연장되어, 상기 태양전지 패널(300)의 하면에 배치된다. 상기 제 3 서포트부(103)는 상기 태양전지 패널(300)의 하면을 지지한다.
상기 제 4 서포트부(104)는 상기 제 1 서포트부(101)로부터 연장되어, 상기 제 3 서포트부(103) 아래에 배치된다.
상기 제 1 서포트부(101), 상기 제 2 서포트부(102), 상기 제 3 서포트부(103) 및 상기 제 4 서포트부(104)는 일체로 형성된다.
상기 태양전지 셀들(320)의 상부에는 상기 태양전지 셀들(320)을 보호하는 보호막(330), 상기 보호막(330) 위에 배치되는 상부 기판(340)이 형성될 수 있으며, 상기 부품들은 라미네이션 공정에 의해 일체화된다.
상부 기판(340) 및 지지기판(310)은 태양전지 셀들(320)을 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 상부 기판(340) 및 지지기판(310)은 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
보호막(330)은 태양전지 셀들(320)의 상부에 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지 셀들(320)과 일체화되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지 셀들(320)을 충격으로부터 보호한다. 이러한 보호막(330)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 이루어질 수 있다. 상기 보호막은 태양전지 셀들(320)의 하부에도 형성될 수 있다.
상기 보호막(330) 위에 위치하는 상부 기판(340)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저(low) 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 상부 기판(340)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
상기 버스 바(400)는 상기 태양전지 셀들(320)에 접속된다. 예를 들어, 상기 버스 바(400)는 최 외곽에 배치되는 태양전지 셀들(320)의 상면에 배치된다. 상기 버스 바(400)는 상기 최 외곽에 배치되는 태양전지 셀들(320)의 상면에 직접 접촉할 수 있고, 일단에 형성되는 버스 바와 타단에 형성되는 버스 바는 상호 다른 극성으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 일단에 형성되는 버스 바가 양극으로 동작하는 경우, 타단에 형성되는 버스 바는 음극으로 동작할 수 있다.
상기 버스 바(400)는 홀(50)을 메우도록 형성된 전극(70)을 통해 정션박스(500)와 연결될 수 있다. 상기 버스 바(400)는 상기 홀(50)을 향해 연장되며, 상기 홀(50)은 도면을 기준으로 지지기판(310)의 가로측에 형성되었으나 세로측에 형성될 수도 있다.
상기 전극(70)은 홀(50)을 메우도록 형성될 수 있다. 상기 전극(70)에 의해 버스 바(400)와 정션박스(500)가 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극(70)은 금속물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 Pb 또는 Cu를 포함하여 형성될 수 있다.
태양전지 셀들(320)은 상기 지지기판(310)보다 작은 폭으로 형성되고, 상기 홀(50)은 상기 태양전지 셀들(320)이 형성되지 않은, 지지기판(310)의 둘레영역에 형성되므로 수광면적을 확보할 수 있다.
정션박스(500)는 상기 버스 바(400)를 통해 태양전지 셀들(320)과 전기적으로 연결된다.
상기 정션박스(500)는 바이패스 다이오드 등을 구비하고, 상기 버스 바(400) 및 상기 케이블(600)과 연결되는 회로기판을 수용할 수 있다. 상기 케이블(600)은 상기 회로기판에 연결되며, 정션박스(500)를 통해 태양전지 셀들(320)과 전기적으로 연결된다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 나타내는 단면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 지지기판(310)의 하면에 전극용 재료(71)를 위치시킨다. 다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이 레이저(50)를 통해 전극용 재료(71)를 용융시킨다. 상기 전극용 재료(71)는 Pb 또는 Cu 등의 전도성이 좋은 물질로 형성될 수 있다. 이후, 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 지지기판(310)을 용융점 이상으로 가열시켜 홀(50)을 형성한다. 상기 홀(50)이 형성되는 위치는 상기 버스 바(400)에 대응할 수 있으며, 버스 바(400)의 위치에 따라 가변적으로 형성할 수 있다.
다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 전극용 재료(71)가 홀(50)을 메우도록 형성되어 전극(70)이 형성된다. 상기 공정에서와 같이, 홀(50)에 전극(70)이 모두 메워지기 때문에 추가적인 홀(50)의 실링이 필요없어지므로 공정이 단소화할 수 있다.
도 3에서는 레이저를 이용한 용융방법을 나타내었으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 홀(50)을 생성 후 기 용융된 전극용 재료(71)를 상기 홀(50)에 투입하여 생성할 수도 있다.
상기에서와 같이 실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판의 둘레 영역에 홀을 형성하고, 상기 홀을 메우도록 전극이 형성되므로, 홀과 전극과의 틈을 최소화할 수 있어 가공시간을 감소시키고, 수분침투 영역을 감소시킬 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 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.
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 (8)

  1. 홀이 형성된 지지기판;
    상기 지지기판의 상부에 형성되는 태양전지 셀들;
    상기 태양전지 셀들과 전기적으로 연결되는 버스 바;
    상기 홀을 메우도록 형성되는 전극; 및,
    상기 전극과 연결되는 정션박스;를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 금속물질을 포함하는 태양전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극은 Pb 또는 Cu를 포함하는 태양전지 모듈.
  4. 지지기판의 상면에 태양전지 셀들을 형성하는 단계;
    상기 태양전지 셀들과 접하도록 버스 바를 형성하는 단계;
    상기 지지기판의 하면에 전극용 재료를 위치시킨 후, 용융시키는 단계;
    상기 지지기판에 홀을 형성하는 단계;
    상기 홀에 상기 전극용 재료를 용융시켜 상기 홀을 메우도록 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극용 재료는 레이저에 의해서 용융되는 태양전지 모듈의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전극용 재료는 Pb 또는 Cu를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  7. 지지기판의 상면에 태양전지 셀들을 형성하는 단계;
    상기 태양전지 셀들과 접하도록 버스 바를 형성하는 단계;
    상기 지지기판에 홀을 형성하는 단계; 및,
    상기 홀에 용융된 전극용 재료를 투입하여 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 홀은 상기 버스 바와 대응되는 위치에 형성하는 태양전지 모듈의 제조방법.



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