KR20130111573A - 연결 소자를 구비한 태양광 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 연결 소자를 구비한 태양광 모듈에 관한 것으로서,
a) 겹겹이 배치된, 기판(1), 후면 전극층(3), 광전 활성 흡수재층(4), 및 커버 패인(2) - 상기 광전 활성 흡수재층(4)은 부분적으로 상기 후면 전극층(3)에 전기적으로 전도적으로 연결되고, 상기 후면 전극층(3)로부터 먼 측면 상에, 전면 전극층(22)을 구비하고, 상기 기판(1)은 전면(Ⅲ)상에 적어도 하나의 중간층(5)을 통해 상기 커버 패인(2)의 후면(Ⅱ)에 적층적으로 연결됨 -,
b) 적어도 하나의 전기 전도층(6.1) 및 적어도 하나의 전기적으로 절연된 포일(6.2)을 포함하고, 상기 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 전기적으로 전도적으로 연결되고, 전기적 접촉을 이루기 위한 연결 지점(7)을 구비한 적어도 하나의 기제조된 포일 도체(6), 및
c) 접촉 소자(9)와 포일 도체의 연결 지점(7) 사이의 적어도 하나의 전기 회선 연결(10)을 구비하는 적어도 하나의 연결 하우징(8)을 포함하고,
상기 포일 도체(6)는 상기 기판(1)의 측면 가장자리(12) 주위에 배치되고, 상기 포일 도체(6) 및 상기 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 부착되거나, 또는
상기 포일 도체(6)는 상기 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13) 주위에 배치되고, 상기 포일 도체(6) 및 상기 연결 하우징(8)은 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착된다.
a) 겹겹이 배치된, 기판(1), 후면 전극층(3), 광전 활성 흡수재층(4), 및 커버 패인(2) - 상기 광전 활성 흡수재층(4)은 부분적으로 상기 후면 전극층(3)에 전기적으로 전도적으로 연결되고, 상기 후면 전극층(3)로부터 먼 측면 상에, 전면 전극층(22)을 구비하고, 상기 기판(1)은 전면(Ⅲ)상에 적어도 하나의 중간층(5)을 통해 상기 커버 패인(2)의 후면(Ⅱ)에 적층적으로 연결됨 -,
b) 적어도 하나의 전기 전도층(6.1) 및 적어도 하나의 전기적으로 절연된 포일(6.2)을 포함하고, 상기 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 전기적으로 전도적으로 연결되고, 전기적 접촉을 이루기 위한 연결 지점(7)을 구비한 적어도 하나의 기제조된 포일 도체(6), 및
c) 접촉 소자(9)와 포일 도체의 연결 지점(7) 사이의 적어도 하나의 전기 회선 연결(10)을 구비하는 적어도 하나의 연결 하우징(8)을 포함하고,
상기 포일 도체(6)는 상기 기판(1)의 측면 가장자리(12) 주위에 배치되고, 상기 포일 도체(6) 및 상기 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 부착되거나, 또는
상기 포일 도체(6)는 상기 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13) 주위에 배치되고, 상기 포일 도체(6) 및 상기 연결 하우징(8)은 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착된다.
Description
본 발명은 전기적 접촉(electrical contact)을 이루기 위한 연결 소자(connection element)를 구비한 태양광 모듈(solar module)에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 이러한 태양광 모듈을 생산하는 방법 및 연결 소자의 이용에 관한 것이다.
모든 경우에서, 태양 전지는 반도체 물질을 포함한다. 적절한 기계적 강도를 제공할 수 있는 캐리어 기판(carrier substrate)을 필요로 하고 연속 공정으로 제조될 수 있는 태양 전지는 "박막 태양 전지(thin-film solar cells)"라고 불린다. 물리적 특성 및 기술적 처리 품질의 문제 때문에, 비정질(amorphous), 미세질(micromorphous), 또는 다결정질(polycrystalline) 실리콘, 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride, CdTe), 갈륨 아세나이드(gallium-arsenide, GaAs), 또는 구리 인듐(갈륨)-황/셀레늄(CI(G)S)을 포함하는 박막 시스템(thin-film systems)이 특히 태양 전지에 적합하다.
박막 태양 전지에 사용되는 알려진 캐리어 기판은 무기 유리, 고분자, 또는 금속 합금을 포함하고, 층(layer)의 두께 및 물질 특성에 따라, 경질판(rigid plates) 또는 유연성 필름(flexible films)으로 설계될 수 있다. 폭넓게 사용가능한 캐리어 기판 및 간단한 모놀리식 집적(monolithic integration)으로 인해, 대면적 배열(large area arrangements)로 된 박막 태양 전지가 비용면에서 효율적으로 생성될 수 있다.
구리 인듐(갈륨)-황/셀레늄(CI(G)S)을 기초로 한 박막 태양 전지는 다결정 실리콘 태양 전지(multicrystalline silicon solar cells)와 거의 대등한 전기적 효율을 가진다. CI(G)S-박막 태양 전지는 전형적인 p-도전성 CI(G)S-흡수재(p-conductive CI(G)S-absorber)와 전형적인 n-도전성 전면 전극층(n-conductive front electrode layer) 사이의 버퍼층(buffer layer)을 필요로 하는데, 버퍼층은 보통 n-도핑(n-doped) 산화 아연(ZnO)을 포함한다. 버퍼층은 흡수재(absorber material)와 전면 전극 사이의 전기적 적응(electronic adaptation)을 달성할 수 있다. 버퍼층은, 예컨대, 카드뮴-황 화합물을 포함한다.
EP 2 200 097 A1으로부터, 복수의 태양 전지 영역(region)이 적합한 구조화 및 후면 전극층, 흡수재, 버퍼층, 및 전면 전극층의 연결을 통해 집적된 형태(integrated form)로 직렬로 연결되는 방법이 알려져 있다. 게다가, 태양 전지 복합체(solar cell composite)의 양극과 음극 전원 연결은 후면 전극층을 거쳐 태양광 모듈의 바깥쪽 가장자리로 가이드 되고(guided) 거기서 버스 바(bus bar)를 통해 접촉이 이루어진다.
DE 10 2005 025 632 A1 또는 DE 100 50 614 C1으로부터, 관통 구멍(through-hole)을 거쳐 가이드 되고 버스 바에 접촉하는 스프링 접촉(spring contact)으로, 외부 공급 라인(external feed lines)을 갖는 후면 전극층의 전기적 접촉이 스프링 접촉 소자를 통해 수행된다는 것이 알려져 있다.
본 발명의 목적은 리세스(recess) 또는 개구(opening)에 의해 기판(substrate)의 기계적 안정성의 감소 없이 광전층(photovoltaic layer)의 신뢰성 있는 전기적 접촉을 가능케 하는 연결 소자를 구비한 개선된 태양광 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 제1 항에 따른 연결 소자를 구비한 태양광 모듈에 의해 본 발명에 따라 수행된다. 바람직한 실시 예들은 종속항에 개시된다.
연결 소자를 구비한 태양광 모듈을 생산하는 방법 및 연결 소자의 이용은 다른 청구항에 개시된다.
박막 태양 전지는 그들의 층 배열에 관해 두 가지 구성으로 구별되는데, 소위 "서브스트레이트 구성(substrate configuration)"이라 불리는 것에서는, 후면 전극 및 광전 활성 흡수재층(photovoltaically active absorber layer)이 기판에 직접 피착된다(deposited). 기판은 빛의 발생으로부터 멀어지는 박막 태양 전지의 측면 상에 위치한다. 소위 "수퍼스트레이트 구성(superstrate configuration)"이라 불리는 것에서는, 전면 전극이 커버 패인(cover pane)에 직접 피착된다. 커버 패인은 빛의 입사를 마주하는 박막 태양 전지의 측면 상에 위치한다.
본 발명에 따른 연결 소자를 구비한 태양광 모듈은 바람직하게는 서브스트레이트 구성의 태양광 모듈을 포함한다. 기판은 전면 상에 후면 전극층을 구비하고 있으며, 후면 전극층은 부분적으로 광전 활성 흡수재층에 전기적으로 전도적으로 연결된다.
본 발명의 맥락에서, 광전 활성 흡수재층은 적어도 하나의 p-도전성 반도체층 및 하나의 n-도전성 전면 전극층을 포함한다. 전면 전극층은 반도체층에 대해 감응하는 스펙트럼 범위에서 방사선(radiation)에 투명하다(transparent). 전면 전극층은 후면 전극으로부터 먼 쪽의 광전 활성 흡수재층의 측면 상에 배치된다.
광전 활성 흡수재층은 특히 바람직하게는 p-도전성 반도체층, 적어도 하나의 버퍼층, 및 n-도전성 전면 전극층을 포함한다.
본 발명에 따른 연결 소자를 구비한 태양광 모듈은 바람직하게는 수퍼스트레이트 구성의 태양광 모듈을 포함한다. 여기에서, 커버 패인은 그 후면 상에서 전면 전극층을 통해 광전 활성층에 연결된다.
기판의 전면은 적어도 하나의 중간층을 통해 커버 패인의 후면에 연결된다. 서브스트레이트 구성에서, 넓은 표면에 걸쳐, 기판의 전면은 후면 전극층 및 광전 활성 흡수재층을 구비하고 있기 때문에, 기판과 중간층 사이의 연결은 이들 층들을 통해 넓은 표면에 걸쳐 이루어진다. 수퍼스트레이트 구성에서, 넓은 표면에 걸쳐, 커버 패널의 후면은 광전 활성 흡수재층 및 후면 전극층을 구비하고 있기 때문에, 기판과 중간층 사이의 연결은 이들 층들을 통해 넓은 표면에 걸쳐 이루어진다.
적어도 하나의 포일 도체(foil conductor)는 후면 전극층 및/또는 전면 전극층에 전기적으로 전도적으로 연결된다. 포일 도체는 기판의 측면 가장자리 주위에 배치되고 기판의 후면 상에 부착된다(affixed). 본 발명의 다른 실시 예에서, 포일 도체는 커버 패인의 측면 가장자리 주위에 배치되고 커버 패인의 전면 상에 부착된다. 포일 도체 중 하나를 기판의 후면 상에 그리고 제2 포일 도체를 커버 패인의 전면 상에 부착하는 것 또한 가능하다. 포일 도체는 바람직하게는 기판의 측면 가장자리 주위에 배치되고 기판의 후면 상에 부착된다.
포일 도체는 전기적 접촉을 이루는 연결 지점(connection point)을 구비한다. 적어도 하나의 연결 하우징(connection housing)은 기판의 후면 또는 커버 패인의 전면 상에 부착된다. 연결 하우징은 포일 도체의 연결 지점과 접촉 소자 사이의 적어도 하나의 전기 회선 연결(electrical line connection)을 구비한다.
커버 패인 및 기판은 바람직하게는 강화된(tempered), 부분적으로 강화된, 또는 비강화(non-tempered) 유리, 구체적으로는 플로트 유리(float glass)로 만들어진다. 커버 패인은 햇빛에 대해 높은 투과성을 가진, 구체적으로는 강화(toughened) 또는 비강화(non-toughened) 저철분 소다석회 유리(low-iron soda-lime glass)를 포함한다. 커버 패인 및 기판은 바람직하게는 1.5mm 내지 10mm까지의 두께를 갖는다. 중간층은, 바람직하게는 0.3 내지 0.9mm의 두께를 가지는, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral; PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate; EVA) 또는 이들의 복수의 층과 같은, 열가소성재(thermoplastics)를 바람직하게는 포함한다. 기판 및 커버 패인은 열과 압력을 사용하여 또는 진공 하에서 하나 또는 복수의 중간층을 통해 서로 고정적으로 결합된다.
때때로 "유연성 평판 도체(flexible flat conductor)" 또는 "플랫밴드 도체(flat-band conductor)"라고도 불리는, 포일 도체는 통상적으로 0.03mm 내지 0.3mm의 두께 및 2mm 내지 16mm의 너비를 갖는 주석 구리 스트립(tinned copper strip)과 같은 금속 스트립(metal strip)으로 만들어진다. 구리는 전도도도 좋을 뿐만 아니라 포일로의 가공성이 좋기 때문에, 이러한 도체 트랙에 대해서 구리는 스스로를 증명하고 있다. 동시에, 물질에 드는 비용까지 낮다. 포일로 가공될 수 있는 기타 전기 전도성 물질도 또한 사용될 수 있다. 이에 대한 예로서 알루미늄, 금, 은, 또는 주석 및 이들의 합금이 있다.
전기 절연을 위해 그리고 안정화를 위해, 포일 도체에는 플라스틱으로 된 캐리어 물질(carrier material)이 도포되거나 포일 도체의 양면은 이 물질과 함께 적층된다(laminated). 원칙적으로, 절연 물질은, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 실리콘, 폴리아크릴릭, 폴리우레탄, 폴리이소부틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 이들의 조합과 같은 고분자를 기초로 하는 0.025mm 내지 0.1mm의 두께의 박막을 포함한다. 필요한 절연 특성을 가진 기타 플라스틱 또는 물질도 또한 사용될 수 있다. 전기적으로 서로 절연된 복수의 전도층은 일 포일 도체에 위치할 수 있다. 일면(one side)이 절연된 포일 도체는 그 비절연면이 기판 또는 커버 패인과 같은 전기적으로 절연된 부분표면(subsurface)상에 있도록 배치된다는 것이 이해된다.
일면 또는 양면 상에 플라스틱 절연재(insulation)를 구비하는 이러한 포일 도체는 공업적으로 쉽게 생산 가능하고 경제적으로 얻을 수 있다. 포일 도체는 이미 사전에 만들어져(기제조되어(prefabricated)) 있을 수 있고, 예컨대, 연결 지점에서, 플라스틱 절연재가 없을 수 있다. 기제조된 포일 도체는 쉽게 그리고 자동으로 가공처리될 수 있다. 바람직하게는, 기제조된 포일 도체는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 생산에 사용되는데, 가공에 있어서 기술적인 장점(예컨대, 간단한 가공성, 안전하고 신뢰할 수 있는 금속 스트립의 절연)을 가져온다. 이미 언급한 바와 같이, 포일 도체의 일면 또는 양면 상에 플라스틱 절연재가 제공될 수 있다. "기제조된" 또는 "사전에 만들어진"이라는 용어는 태양광 모듈에의 적용 전에, 포일 도체가 이미 연관된 플라스틱 절연재를 구비한 금속 스트립(metallic strip)을 구비하고 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 플라스틱 절연재는, 예컨대, 태양광 모듈의 적층(lamination)시에만 금속 스트립에 고정적으로 결합되는 것은 아니다.
바람직하게는, 양면 상의 플라스틱 절연재에 금속 스트립이 적층되는 포일 도체가 사용된다. 이 경우에서, 포일 도체는 금속 스트립상에 플라스틱 절연재를 부착하기 위한 접착층(adhesive layer)을 포함하지 않는다. 이 경우에서, 플라스틱 절연재는 열가소성재(예컨대, EVA = 에틸렌 비닐 아세테이트), 바꾸어 말하면, 온도 증가에 따라 녹아서, 응고 후에는, 금속 스트립과 강한 결합을 형성하는 물질로 만들어진다. "적층"이라는 용어는, 온도를 증가시켜 플라스틱 절연재를 녹이고 그런 다음 냉각시켜 플라스틱 절연재를 응고시키고 금속 스트립에 결합시키는 방법을 통해, 플라스틱 절연재에 금속 스트립을 결합하는 공정을 말한다. 바람직하게는, 적층을 위해, 금속 스트립은 플라스틱 절연 박막의 두층 사이에 "샌드위치 구조(sandwich structure)"로 배치된다. 선택적으로, 두 적층에서, 접착력을 강화하기 위해 적층 복합체(lamination composite)에 압력이 가해진다. 금속 스트립이 플라스틱 절연층 사이에 적층되는 포일 도체는, 태양광 모듈의 장기적인 사용에 있어 특히 높은 안정성을 가진다는 장점이 있는데, 이는, 접착층에서, 시간이 지남에 따라 플라스틱 절연재가 금속 스트립으로부터 분리될 것이라는 것을 배제할 수 없기 때문이다. 이는, 수십 년 동안 빈번히 사용되는 태양광 모듈에 있어서는 특히 그렇다. 일면 상의 플라스틱 절연재에만 금속 스트립이 적층되는 포일 도체를 사용하는 것 또한 생각할 수 있다.
플라스틱 절연재가 없는 금속 스트립은 부식에 대한 보호 및 절연을 위해 플라스틱층 또는 이와 같은 것들에 접착되어야 한다. 이를 위해, 추가적인 처리 단계가 필요한데, 이는 추가적인 비용의 결과를 낳는다. 부식에 대한 적절한 보호를 위해, 플라스틱층은 포일 도체 너머로 훨씬 많이 나와있어야 하거나 모듈의 전면을 덮어야 한다. 이는 본 발명에 따른 해결책보다 명백하게 높은 물질 비용을 가져온다.
포일 도체는 후면 및/또는 전면 전극층에 전기적으로 전도적으로 연결된다. 연결은 바람직하게는 전기 전도성 접착제(adhesive)를 사용한 용접(welding), 결합(bonding), 납땜(soldering), 클램핑(clamping), 또는 접착(gluing)에 의해 이루어진다.
태양광 모듈에서 후면 및/또는 전면 전극층의 접촉을 이루기 위해 적합한 포일 도체는 총 두께의 최대값이 0.5mm에 불과하다. 이러한 얇은 포일 도체는 기판과 커버 패인 사이에서 어려움 없이 중간층에 임베드(embedded) 될 수 있다. 이는 포일 도체의 플라스틱 절연재가 이에 상응하도록 얇을 것을 필요로 한다.
포일 도체는, 커버 패인의 전면 또는 기판의 후면 상에서, 전기적 접촉을 이루기 위한 연결 지점을 구비한다. 이는 바람직하게는 포일 도체의 금속 내부 도체가 접촉 소자(contact elements)에 자유롭게 접근할 수 있도록 하는 포일 도체의 외부 플라스틱 절연재의 관통 구멍이다. 연결 지점은 이미 사전주석처리(pre-tinned) 될 수 있는데, 이는, 예컨대 납땜 공정에서, 후속 전기 회선 연결을 용이하게 한다.
포일 도체는 바람직하게는 기판 또는 커버 패인에 접착된다. 접착제는 포일 도체와 기판 또는 커버 패인 사이의 영역을 밀봉하는 역할을 한다. 접착제는 습기가 침투하는 것으로부터 박막 태양 전지의 내부를 보호한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 전기 공급 라인을 구비하는 적어도 하나의 단일 또는 다수 부분 연결 하우징 및 포일 도체의 연결 지점에 전기 회선 연결을 형성하는 적어도 하나의 접촉 소자를 포함한다.
연결 하우징은 바람직하게는 전기 절연 물질로 만들어진다. 사출 성형 방법(injection molding methods)에 의해 가공처리되는 열가소성재 및 탄성중합체(elastomer)가 연결 하우징의 공업적 생산에 적합하다. 열가소성 및 탄성중합체로서 사용되는 것으로, 예컨대, 폴리아미드, 폴리옥시메틸렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 또는 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ethylene propylene diene rubber)가 있다. 또는, 아크릴레이트 또는 에폭시 수지계(epoxy resin systems)와 같은 핫멜트 성형 물질(hotmelt molding material)이 연결 하우징을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 연결 하우징은 금속 또는 전기 절연 인서트(electrically insulating inserts)를 구비하는 다른 전기 전도성 물질로 만들어질 수 있다.
바람직하게는 금속으로 만들어진 스프링 접촉 소자 또는 접촉 핀(contact pins)이 접촉 소자로서 사용된다. 태양광 모듈에서의 바람직한 적용 목적을 위해, 건물에의 사용에 있어서, 접촉 위치는 보통 어떤 진동에도 노출되지 않기 때문에 땜납을 사용하지 않는, 클램핑 연결로 충분하다. 필요하다면, 접촉 소자 사이의 전기 회선 연결 또한 용접, 결합, 납땜, 접착, 또는 추가적으로 고정될(secured) 수 있다.
연결 하우징은 연결 플러그(connection plug) 또는 연결 라인(connection line)을 위한 기초 역할을 할 수 있다. 게다가, 연결 하우징은 다이오드 또는 전기 제어 시스템과 같은 추가 기능 소자를 수용할 수 있다.
연결 하우징은 바람직하게는 접착에 의해, 커버 패인의 전면 또는 기판의 후면 상에 부착되어 밀봉된다. 접착은 바람직하게는 아크릴, 폴리우레탄, 또는 폴리이소부틸렌을 기초로 하는 접착제를 구비하는 접착 스트립 또는 접착 스트랜드를 통해 이루어진다. 접착 결합을 통해, 하우징의 내부는 가스, 물 또는 습기로부터 기밀, 밀봉될 수 있다. 이는 하우징의 내부에 접촉 위치를 부식으로부터 보호한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 포일 도체의 연결 지점은 기판의 원주 가장자리(circumferential edge) 표면의 영역에 배치된다. 이러한 방식으로, 태양광 모듈의 구체적인 평면 구조를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 태양광 모듈의 바람직한 실시 예에서, 포일 도체는 후면 전극층에 전기적으로 전도적으로 연결된다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은(advantageous) 실시 예에서, 포일 도체는 후면 전극층 및/또는 전면 전극층에 버스 바를 통해 연결된다. 원칙적으로, 버스 바는 포일 도체 또는 포일 도체의 전기 전도층으로서 설계될 수 있다. 포일로 가공처리될 수 있는 전기 전도성 물질이 버스 바로서 사용될 수 있다. 버스 바는 바람직하게는 금속, 특히 바람직하게는 알루미늄, 구리, 금, 은, 또는 주석 및 이들의 합금을 포함한다. 버스 바는 바람직하게는 0.03mm 내지 0.3mm의 두께 및 2mm 내지 16mm의 너비를 가진다. 버스 바는 보통 위에서 볼 때 직사각형 모양인 태양광 모듈의 긴 면을 따라 연장된다.
포일 도체와 버스 바 사이의 전기 전도성 연결은 바람직하게는 버스 바의 긴 방향의 중앙에 위치한다. 버스 바 자체가 옴 저항(ohmic resistance)을 가지고 있기 때문에, 전류가 버스 바를 통해 흐를 때, 전압 강하가 발생한다. 버스 바의 긴 방향의 중앙에서 이루어진 전기 접촉에 의해, 버스 바의 한쪽 끝에서의 전기 접촉에 의한 것에 비해, 태양광 모듈 및 버스 바를 통한 전류 흐름에 대한 더 균일한 분포(homogeneous distribution)가 달성된다. 게다가, 전원 탭의 영역에서 버스 바 내의 최대 전류 밀도는 한쪽 끝에서 접촉이 이루어지는 경우보다 작다. 이는 더 작은 단면적, 예컨대, 더 작은 너비를 가진 버스 바의 사용을 가능하게 한다. 좁은 버스 바의 사용을 통해, 태양광 모듈의 광전 활성 면적(area)이 확대될 수 있고 면적에 따른 전원 출력이 증가한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 후면 전극층은 금속, 바람직하게는 몰리브덴(molybdenum), 티타늄 질화물, 또는 탄탈 질화물을 포함한다. 후면 전극층은 서로 다른 개별층들의 층 스택(layer stack)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 층 스택은 예컨대, 기판에서 광전 활성 흡수재층으로의 나트륨의 확산을 방지하기 위해 실리콘 질화물로 된 확산 장벽을 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 전면 전극층은 바람직하게는 알루미늄 도핑된 산화 아연 또는 인듐 주석 산화물인, n-전도성 반도체(n-conducting semiconductor)를 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 광전 활성 흡수재층의 p-도전성 반도체층은 비정질, 미세질, 또는 다결정질 실리콘, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 갈륨 아세나이드(GaAs), 또는 구리 인듐(갈륨)-황/셀레늄(CI(G)S)을 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 기판은 커버 패인에 대한 언더컷(undercut)을 구비하거나 커버 패인과 비교하여 오프셋(offset) 되어있다. 언더컷, 즉, 기판과 커버 패인의 측면 가장자리 사이의 거리는, 바람직하게는 0.1mm 내지 20mm, 특히 바람직하게는 1mm 내지 5mm에 이른다. 언더컷은 기판의 원주 측면 가장자리의 너비 너머로 또는 포일 도체의 출구점(point of exit) 주변의 영역으로만 확장할 수 있다. 돌출부 없이, 포일 도체는 언더컷의 영역에서 기판의 측면 가장자리 주변으로 연장된다(run). 포일 도체는 돌출되지 않고 수송 및 조립 시에 손상으로부터 주로 보호된다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 기판과 커버 패인 사이의 갭은 가장자리 실재(edge seal)에 의해, 바람직하게는 아크릴, 폴리우레탄, 또는 폴리이소부틸렌을 기초로 하는 접착제에 의해 밀봉된다. 가장자리 실재는 공기, 물, 또는 습기의 침투를 방지하고 민감한 반도체층 및 금속층을 부식으로부터 보호한다. 일 실시 예에서, 가장자리 실재는 포일 도체의 일면 상에 배치된다. 가장자리 실재를 포일 도체의 양면 상에 배치하는 것, 즉, 포일 도체를 가장자리 실재의 두 부분 사이에 "샌드위치 구조"로서 배치하는 것은, 공기, 물, 및 습기의 침투의 관점에서 더 나을 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 더 나은 실시 예에서, 포일 도체는 기판, 중간층, 및 커버 패인으로 만들어진 복합체 바깥에, 보호층, 바람직하게는 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 실리콘, 폴리아크릴릭, 폴리우레탄, 폴리이소부틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐 플루오라이드, 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트, 또는 이들의 조합과 같은, 고분자를 기초로 하는 보호층을 구비한다. 특히 바람직하게는, 보호층은 폴리비닐 플루오라이드/폴리에스테르/폴리비닐 플루오라이드로 만들어진 층 시퀀스를 포함하고 에틸렌 비닐 아세테이트층에 의해 기판의 표면에 접착된다. 보호층은 바람직하게는 0.1mm 내지 1mm의 두께 및 3mm 내지 50mm의 너비를 가진다. 보호층은 기계적 손상으로부터 포일 도체를 보호한다. 뿐만 아니라, 보호층은 통전층(voltage-carrying layers)에 대해 절연 강도를 증가시키고 누설 전류를 감소시킨다. 바람직하게는, 보호층은 기판과 커버 패인 사이의 포일 도체의 출구점까지 걸쳐지고(span), 이런 목적을 위해, 기판 및 커버 패인에 결합된다. 또는, 연결 하우징이 어디에 위치하는지에 따라, 보호층이 기판 또는 커버 패인 상에 부착되는 대신에 연결 하우징에 고정적으로 결합될 수도 있다. 보호층은 포일 도체의 플라스틱 절연재와는 다르다. 추가적으로, 보호층은 기판 및 커버 패인을 결합하기 위한 열가소성 중간층과 다르다. 보호층을 통해, 구체적으로는, 포일 도체의 출구점 영역으로 공기, 물, 습기가 침투되는 것으로부터 보호될 수 있다. 본 발명에 따른 태양광 모듈에서, 기판이 커버 패인에 대해 언더컷을 구비할 때, 보호층은 기판에 대해 돌출된 커버 패인의 부분의 영역 내의 커버 패인에 결합해서, 보호층이 커버 패인의 측면 가장자리 너머로 돌출되지 않게 되는 장점이 또한 있다. 이러한 방법은 특히 포일 도체의 출구점의 지속적인 보호의 실현을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 더 나은 실시 예에서, 연결 하우징의 내부는 밀봉 수단에 의해, 바람직하게는 아크릴릭, 폴리우레탄, 또는 폴리이소부틸렌을 기초로 하는 접착제에 의해 밀봉된다. 밀봉 수단은 연결 하우징의 내부로의 공기, 물, 또는 습기의 침투를 방지하고 포일 도체와 접촉 소자 사이의 전기 회선 연결을 부식으로부터 보호한다.
이와는 다르게 또는 추가적으로, 기계적 손상으로부터 포일 도체를 보호하는 보호 소자가 연결 하우징 상에 적용될 수 있다. 예컨대, 보호 소자는 플라스틱을 포함할 수 있다. 보호 소자는 바람직하게는 기판의 측면 가장자리 영역 내에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 보호 소자는 커버 패인의 측면 가장자리 너머로 돌출되지 않는다. 보호 소자와 기판 또는 커버 패인 사이의 중간 공간은 바람직하게는 예컨대, 아크릴, 폴리우레탄, 폴리이소부틸렌, 또는 실리콘을 기초로 하는 접착제와 같은 밀봉 물질을 구비한다. 밀봉 물질을 통해, 포일 도체의 전기 전도층과 같은, 통전층에 대한 절연 강도가 증가한다. 동시에, 예컨대, 습기의 침투로 인해, 누설 전류가 감소한다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 포일 도체와 후면 및/또는 전면 전극층 사이, 버스 바와 후면 및/또는 전면 전극층 사이, 포일 도체와 버스 바 사이, 및/또는 포일 도체와 접촉 소자 사이의 전기 회선 연결은 납땜, 용접, 결합, 또는 클램프 연결을 갖는다. 전기 회선 연결은 또한 전기 전도성 접착제로 된 접착 연결을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 태양광 모듈은 두 개의 포일 도체와 두 개의 연결 하우징을 구비한다. 일 포일 도체는 바람직하게는 태양광 모듈의 양의 전원 연결에 연결되고, 제2 포일 도체는 태양광 모듈의 음의 전원 연결에 연결된다.
본 발명에 따른 태양광 모듈의 더 나은 실시 예에서, 기판의 후면 또는 커버 패인의 전면 상에서, 적어도 두 포일 도체가 연결 하우징 내에서, 적어도 두 개의 접촉 소자에 전기적으로 전도적으로 연결된다. 예컨대, 두 개의 접촉 소자는 이중 극(double-pole) 케이블 또는 이중 극 플러그(double-pole plug)를 통해 다른 전기 회로에 연결될 수 있다.
본 발명은 또한 연결 소자를 갖는 본 발명에 따른 태양광 모듈을 생산하는 방법을 포함한다. 방법은 적어도 다음과 같은 단계를 포함하는데, 제1 단계에서, 후면 전극층이 기판의 전면에 적용된다. 그런 다음, 적어도 하나의 반도체층, 그 이후에는 버퍼층, 그리고 그 이후에는 전면 전극층이 후면 전극층에 적용된다. 반도체층, 버퍼층, 및 전면 전극층은 광전 활성 흡수재층을 형성한다. 후면 전극층 및 광전 활성 흡수재층은 전기적으로 전도적으로 서로 연결된다. 후면 전극층, 반도체층, 버퍼층, 및 전면 전극층은 각각의 태양 전지의 집적형 직렬 회로(integrated serial circuit)를 태양광 모듈로 만들어내는 것에 대해 그 자체로 알려진 방법을 사용하여 구조화되고 연결된다. 제2 단계에서는, 바람직하게 기제조되거나 이미 만들어진 포일 도체가 후면 전극층 및/또는 전면 전극층에 전기적으로 전도적으로 연결된다. 전기 전도성 연결은, 예컨대, 전기 전도성 접착제로 용접, 결합, 납땜, 클램핑, 또는 접착함으로써 이루어진다. 제3 단계에서, 기판 및 커버 패인은 열, 진공, 및/또는 압력의 작용 하에 중간층을 통해 서로 결합된다. 제4 단계에서는, 포일 도체는 기판의 측면 가장자리 주위에 배치되고, 예컨대, 접착 또는 클램핑함으로써 기판의 후면 상에 부착된다. 그 후, 적어도 하나의 접촉 소자를 구비한 연결 하우징은, 예컨대, 접착 또는 클램핑함으로써 기판의 후면 상에 부착되고, 접촉 소자는 포일 도체의 연결 지점에 전기적으로 전도적으로 연결된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 연결 소자를 구비한 태양광 모듈을 수퍼스트레이트 구성으로 생산하는 방법을 포함한다. 방법은 적어도 다음과 같은 단계를 포함하는데, 제1 단계에서, 전면 전극층이 커버 패인의 후면 상에 적용된다. 그런 다음, 적어도 하나의 버퍼층, 그 이후에는 반도체층, 그리고 그 이후에는 후면 전극층이 전면 전극층 상에 적용된다. 반도체층, 버퍼층, 및 전면 전극층은 광전 활성 흡수재층을 형성한다. 후면 전극층 및 광전 활성 흡수재층은 전기적으로 전도적으로 서로 연결된다. 후면 전극층, 반도체층, 버퍼층, 및 전면 전극층은 각각의 태양 전지의 집적형 직렬 회로를 태양광 모듈로 만들어내는 것에 대해 그 자체로 알려진 방법을 사용하여 구조화되고 연결된다. 제2 단계에서는, 바람직하게 기제조되거나 이미 만들어진 포일 도체가 후면 전극층 및/또는 전면 전극층에 전기적으로 전도적으로 연결된다. 전기 전도성 연결은, 예컨대, 전기 전도성 접착제로 용접, 결합, 납땜, 클램핑, 또는 접착함으로써 이루어진다. 제3 단계에서, 기판 및 커버 패인은 열, 진공, 및/또는 압력의 작용 하에 중간층을 통해 서로 결합된다. 제4 단계에서는, 포일 도체는 기판의 측면 가장자리 주위에 배치되고, 예컨대, 접착 또는 클램핑함으로써 기판의 후면 상에 부착된다. 그 후, 적어도 하나의 접촉 소자를 구비한 연결 하우징은, 예컨대, 접착 또는 클램핑함으로써 기판의 후면 상에 부착되고, 접촉 소자는 포일 도체의 연결 지점에 전기적으로 전도적으로 연결된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시 예에서, 바람직하게 기제조되거나 이미 만들어진 포일 도체는 각각의 제4 단계에서 커버 패인의 측면 가장자리의 주위에 배치되고 커버 패인의 전면 상에 부착된다. 그 후, 연결 하우징이 커버 패인의 전면 상에 부착된다.
중간층을 통해 커버 패인과 기판을 결합하기 위해, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 친숙한 방법이 사전 복합체의 사전 생산과 함께 또는 사전 생산 없이 사용될 수 있다. 예컨대, 소위 오토클레이브(autoclave)라고 불리는 방법은 약 10 bar 내지 15 bar의 상승 압력 및 130°C 내지 145°C의 온도에서 약 2시간에 걸쳐 수행될 수 있다. 그 자체로 알려진 진공 자루(vacuum sack) 또는 진공 링(vacuum ring) 방법은, 예컨대, 약 200mbar의 압력 및 130°C 내지 145°C의 온도에서 동작한다.
바람직하게는, 커버 패인 및 기판은 본 발명에 따른 태양광 모듈을 형성하기 위해 적어도 한 쌍의 롤러 사이의 캘린더(calender) 내의 중간층으로 압력이 가해질 수 있다. 이러한 유형의 시스템은 복합 창유리(composite glazings)를 생산하는 것으로 알려져 있으며 보통 가압 플랜트로부터 상류 측에 적어도 하나의 열 터널을 구비한다. 가압 절차 동안의 온도는, 예컨대 40 내지 150°C이다. 캘린더 및 오토클레이브 방법의 조합은 실무에서 특히 증명되어 있다.
또는, 진공 라미네이터(vacuum laminators)가 본 발명에 따른 태양광 모듈을 생산하기 위해 사용된다. 진공 라미네이터는 커버 패인 및 기판이, 예컨대, 0.01mbar 내지 800mbar의 감소된 압력 및 80°C 내지 170°C의 온도에서 약 60분 내에 적층될 수 있는 하나 또는 복수의 가열가능하고 진공화 가능한(evacuable) 챔버(chambers)로 구성된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시 예에서, 제1 단계 후에, 버스 바가 예컨대, 전기 전도성 접착제를 사용한 용접, 결합, 납땜, 클램핑, 또는 접착에 의해 후면 전극층 및/또는 전면 전극층에 전기적으로 연결된다. 제2 단계에서, 포일 도체는 버스 바에 전기적으로 전도적으로 연결된다. 그런 다음 포일 도체는 버스 바를 통해 후면 전극층 및/또는 전면 전극층에 전기적으로 전도적으로 연결된다.
본 발명은 또한, 태양광 모듈, 구체적으로는 박막 태양광 모듈의 전기적 접촉을 이루기 위한 연결 소자의 이용을 포함한다.
이어서, 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다. 도면은 개략적인 표현이며 실제적인 스케일을 나타내는 것이 아니다. 구체적으로는, 포일 도체의 층 두께는 설명을 위해 크게 확대되어 도시되어 있다. 도면은 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 서브스트레이트 구성의 두 개의 직렬로 연결된 태양 전지를 갖는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 단면도,
도 2는 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개략도,
도 2a는 도 2의 A-A'선을 따라 나타낸 단면도,
도 2b는 도 2의 B-B'선을 따라 나타낸 단면도,
도 3은 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대한 개략도,
도 3a는 도 3의 C-C'선을 따라 나타낸 단면도,
도 3b는 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대해서 도 3의 C-C'선을 따라 나타낸 단면도,
도 3c는 도 3의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 4는 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대한 개략도,
도 4a는 도 4의 D-D'선을 따라 나타낸 단면도,
도 4b는 서브스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 4c는 수퍼스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 5는 서브스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 6은 수퍼스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 7은 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대한 개략도,
도 7a는 서브스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대해서 도 7의 E-E'선을 따라 나타낸 단면도,
도 7b는 수퍼스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대해서 도 7의 E-E'선을 따라 나타낸 단면도,
도 8a는 본 발명에 따른 방법의 단계의 예시적인 실시 예에 대한 순서도,
도 8b는 본 발명에 따른 방법의 단계의 다른 예시적인 실시 예에 대한 순서도,
도 8c는 본 발명에 따른 방법의 단계의 다른 예시적인 실시 예에 대한 순서도,
도 8d는 본 발명에 따른 방법의 단계의 다른 예시적인 실시 예에 대한 순서도, 및
도 9는 기판의 후면에서 본 종래 기술에 따른 태양광 모듈.
박막 태양광 모듈(20)의 예를 사용하여, 다음의 도면들은 본 발명에 따른 접촉 소자를 구비한 태양광 모듈의 실시 예를 도시한다.
도 2는 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개략도,
도 2a는 도 2의 A-A'선을 따라 나타낸 단면도,
도 2b는 도 2의 B-B'선을 따라 나타낸 단면도,
도 3은 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대한 개략도,
도 3a는 도 3의 C-C'선을 따라 나타낸 단면도,
도 3b는 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대해서 도 3의 C-C'선을 따라 나타낸 단면도,
도 3c는 도 3의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 4는 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대한 개략도,
도 4a는 도 4의 D-D'선을 따라 나타낸 단면도,
도 4b는 서브스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 4c는 수퍼스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 5는 서브스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 6은 수퍼스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대한 단면도,
도 7은 기판의 후면에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 실시 예에 대한 개략도,
도 7a는 서브스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대해서 도 7의 E-E'선을 따라 나타낸 단면도,
도 7b는 수퍼스트레이트 구성의 본 발명에 따른 태양광 모듈의 개선점에 대해서 도 7의 E-E'선을 따라 나타낸 단면도,
도 8a는 본 발명에 따른 방법의 단계의 예시적인 실시 예에 대한 순서도,
도 8b는 본 발명에 따른 방법의 단계의 다른 예시적인 실시 예에 대한 순서도,
도 8c는 본 발명에 따른 방법의 단계의 다른 예시적인 실시 예에 대한 순서도,
도 8d는 본 발명에 따른 방법의 단계의 다른 예시적인 실시 예에 대한 순서도, 및
도 9는 기판의 후면에서 본 종래 기술에 따른 태양광 모듈.
박막 태양광 모듈(20)의 예를 사용하여, 다음의 도면들은 본 발명에 따른 접촉 소자를 구비한 태양광 모듈의 실시 예를 도시한다.
도 1은 서브스트레이트 구성의 박막 태양광 모듈(20)의 두 개의 태양 전지(20.1 및 20.2)를 도시한다. 박막 태양광 모듈(20)은 상부가 층 구조체로 된 전기적 절연 기판(1)을 포함하고 광전 활성 흡수재층(4)이 기판에 형성된다. 층 구조체는 기판(1)의 광 입사(light-entry) 전면(Ⅲ)상에 배치된다. 이 경우, 기판(1)은, 예컨대, 상대적으로 낮은 광 투과율(light transmittance)을 가진 유리로 만들어지는데, 수행되는 처리 단계에 대한 비활성 상태(inert behavior)뿐만 아니라 충분한 강도를 가진 기타 절연 물질을 사용하는 것도 역시 가능하다.
층 구조체는 기판(1)의 전면(Ⅲ)상에 배치된 후면 전극층(3)을 포함한다. 후면 전극층(3)은, 예컨대, 몰리브덴과 같은 불투명한 금속층을 포함하고, 예컨대, 캐소드 스퍼터링(cathode sputtering)에 의해 기판(1)상에 적용된다. 예컨대, 후면 전극층(3)은 약 1㎛의 층 두께를 가진다. 다른 실시 예에서, 후면 전극층(3)은 서로 다른 각각의 층의 층 스택(layer stack)을 포함한다. 바람직하게는, 층 스택은, 예컨대, 광전 활성 흡수재층(4) 내로 기판(1)의 나트륨이 확산되는 것을 방지하기 위해 확산 장벽(diffusion barrier)을 포함한다.
밴드 갭(band gap)이 바람직하게는 최대한의 태양광량(share of sunlight)을 흡수할 수 있는, 광전 활성 흡수재층(4)이, 후면 전극층(3)상에 피착된다. 예컨대, 광전 활성 흡수재층(4)은, 구체적으로는 나트륨(Na) 도핑된 Cu(InGa)(SSe)2(sodium (Na) doped Cu(InGa)(SSe)2)인, 구리 인듐 디셀레나이드(copper indium diselenide, CuInSe2) 그룹의 화합물과 같은, p-도전성 황동석 반도체(p-conductive chalcopyrite semiconductor)인, p-도핑된 반도체층(23)을 포함한다. 반도체층(23)은, 예컨대, 500nm 내지 5μm의 층 두께를 가지고, 구체적으로는 약 2μm의 층 두께를 가진다. 예컨대, 본원에서 황화 카드뮴(CdS) 단일층 및 진성 산화 아연(i-ZnO)의 단일층을 포함하는 버퍼층(21)이, 반도체층(23)에 피착된다. 전면 전극층(22)이 버퍼층(21)상에, 예컨대, 기상 증착(vapor deposition)에 의해, 적용된다. 반도체층(23)에 감응하는 스펙트럼 범위의 방사선에 투명하여 전면 전극층(22)("윈도우층(window layer)")은 입사 태양광의 약간의 감소만을 보장한다. 투명 전면 전극층(22)은, 일반적으로, TCO층(TCO = 투명 전도성 전극(transparent conductive electrode))으로 참조될 수 있고, 예컨대, n-도전성, 알루미늄 도핑된 산화 아연(AZO)과 같은, 도핑된 금속 산화물에 기초한다. pn-헤테로접합(pn-heterojunction), 즉, 반대되는 도체 유형의 서로 다른 층들의 시퀀스(sequence)는, 전면 전극층(22), 버퍼층(21), 그리고 반도체층(23)의 순으로 형성된다. 전면 전극층(22)의 층의 두께는, 예컨대, 300nm이다.
층 시스템은, 박막 태양광 모듈을 생산하는 그 자체로 알려진 방법으로, 소위 태양 전지(20.1 및 20.2)로 불리는, 각각의 광전 활성 영역으로 분할된다. 분할은, 예컨대, 드로싱(drossing) 또는 스크래칭(scratching)에 의한, 레이저 기록(laser writing) 및 기계적 가공(mechanical processing)과 같은, 적합한 구조형성 기술(structuring technology)을 사용하여 절개부분(24.1, 24.2, 및 24.3)에 의해 수행된다. 각각의 태양 전지(20.1 및 20.2)는 후면 전극층(3)의 영역(25)을 통해 서로 직렬로 연결된다.
본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)은, 예컨대, 100개의 직렬연결된 태양 전지 및 56볼트의 개방 회로 전압을 구비한다. 여기에 도시된 예에서, 박막 태양광 모듈(20)의 회로 양극(resultant positive)(+) 및 회로 음극(resultant negative)(-) 양자의 전원 연결은 후면 전극층(3)을 통해 가이드 되고 전기 접촉이 거기에서 이루어진다.
환경적인 영향으로부터의 보호를 위해, 예컨대, 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 포함하는 중간층(5)이, 전면 전극층(22)상에 적용된다. 예컨대, 중간층(5)의 두께는 0.76mm이다. 뿐만 아니라, 기판(1), 후면 전극층(3), 및 광전 활성 흡수재층(4)으로 구성된 층 구조체는 중간층(5)을 사이에 두고 커버 패인(2)으로 밀봉된다. 커버 패인(2)은 태양광에 투명하고, 예컨대, 낮은 철분 함량을 가진 강화된, 별도의 백색 유리를 포함한다. 예컨대, 커버 패인(2)은 1.6m x 0.7m의 면적을 가진다. 전체 박막 태양광 모듈(20)은 여기에 도시되지 않은 알루미늄 중공 챔버 프레임(aluminum hollow-chamber frame) 내의 사용 위치(use site)에 설치되도록 부착된다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)의 개략도; 도 2a는, 도 2의 A-A'선을 따라 나타낸 단면도; 그리고 도 2b는, 도 2의 B-B'선을 따라 나타낸 단면도를 도시한다. 후면 전극층(3)은 산화 및 부식에 민감하기 때문에, 후면 전극층(3)은 일반적으로 기판(1)의 바깥쪽 측면 가장자리(12)로 가이드 되지 않는다. 후면 전극층(3)이 없는 영역은, 기판(1)의 바깥쪽 가장자리(12)에 대해, 바람직하게는 10mm 내지 20mm의 너비, 예컨대, 15mm의 너비를 가진다. 생산 절차에서, 후면 전극층(3)은 보통 기판(1) 전체에 걸쳐 피착된다. 그런 다음 가장자리 영역의 코팅제거(decoating)가 예컨대, 레이저 박리(laser ablation), 플라즈마 에칭(plasma etching), 또는 기계적 방법에 의한, 제2 단계에서 일어난다. 또는, 마스킹 기술(masking techniques)이 사용될 수 있다.
예컨대, 15mm의 너비를 가진 후면 전극층(3)의 원주 가장자리 영역은, 광전 활성 흡수재층(4)으로 코팅되지 않는다. 이 영역에서, 후면 전극층(3)은 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)에 전기적으로 전도적으로 연결될 수 있다. 전기 회선 연결(15)이, 예컨대, 전기 전도성 접착제를 사용하여, 용접, 결합(bonding), 납땜, 또는 접착에 의해 이루어진다. 예컨대, 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은, 예컨대, 0.1mm의 두께 및 예컨대, 20mm의 너비를 가지는 알루미늄 스트립(6.1)을 포함한다. 전기 회선 연결(15)은 알루미늄 스트립으로 바람직하게는 초음파 결합(ultrasonic bonding)에 의해 이루어진다. 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은, 예컨대, 폴리이미드로 된, 전기적으로 절연된 포일(6.2)로, 일면이, 구체적으로는 양면이, 완전히 덮힌다. 포일 도체(6)는 이미 기제조되는데, 즉, 태양광 모듈(20)상에 포일 도체(6)를 적용하기 전에 전기적으로 절연된 포일(6.2)이 이미 전기 전도층(6.1)에 고정적으로 결합된다. 유리하게는, 전기 전도층(6.1)은 일면 상의 전기적으로 절연된 포일(6.2)로 또는 양면 상의 전기적으로 절연된 두 개의 포일(6.2)로 적층된다.
전기적으로 절연된 포일(6.2)은 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)의 바깥쪽 면 상에, 바꾸어 말하면, 기판(1)으로부터 먼 쪽의 전기 전도층(6.1) 면 상에 배치된다. 예컨대, 전기적으로 절연된 포일(6.2)은 0.02mm의 두께 및 25mm의 너비를 가진다. 포일 도체(6)는 바람직하게는 또한 기판(1)의 표면에 접착된다. 대안적인 실시 예에서, 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은 주석처리된 구리 스트립을 포함한다. 다른 대안적인 실시 예에서, 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은 전기적으로 절연된 포일(6.2)로 양면이 완전히 덮힌다.
포일 도체(6)는 전기 접촉을 이루기 위한 연결 지점(7)을 갖는다. 연결 지점(7)에서, 전기적으로 절연된 포일(6.2)이 제거되어 전기 전도층(6.1)이 자유롭게 접근 가능해진다. 도시된 예에서, 연결 지점(7)은 측면 가장자리(12)로부터 약 20mm의 거리에 있는 기판(1)의 후면(Ⅳ)에 배치된다. 연결 지점(7)은 기판(1)의 후면(Ⅳ) 또는 측면 가장자리(12)의 임의의 지점에 배치될 수 있다.
도 2a 및 2b에서, 기판(1)은 커버 패인(2)과 비교해 예컨대, 5mm의 거리 R만큼 언더컷 또는 후퇴되어 있다(set back). 포일 도체(6)는 이렇게 생성된 공간에서 연장된다(run). 포일 도체(6)는 기판(1) 및 커버 패인(2)의 복합체로부터 출구점에서 커버 패인(2) 너머로 돌출되지 않고 외부의 기계적 스트레스로부터 보호된다.
도시된 예에서, 포일 도체(6)의 연결 지점(7)으로의 전기 회선 연결(10)이 스프링 접촉 소자(9)를 통해 이루어진다. 알루미늄으로 된 전기 전도층(6.1)을 구비한 포일 도체(6)의 경우, 연결 지점(7)의 영역에서 전기 전도층(6.1)을 주석으로 도금하는 것이 편리하다. 예컨대, 스프링 접촉 소자(9)는 블로킹 다이오드(blocking diodes) 또는 외부 전기 제어 시스템(external electrical control system)에 연결된다. 스프링 접촉 소자(9)는 납땜 또는 접착과 같은 추가적인 단계 없이 쉽고 빠르게 접촉이 이루어지는 것을 가능하게 한다.
예시적인 실시 예에서, 박막 태양광 모듈(20)의 양극 및 음극 전원 연결은 두 포일 도체(6 및 6')와 두 연결 하우징(8 및 8')을 통해 전기적으로 접촉된다.
연결 하우징(8 및 8')은 그들의 스프링 접촉 소자(9 및 9')로 구성되어 연결 하우징이 쉽게, 빠르게, 그리고 자동으로 조립되도록(assembled) 한다. 도 2a 및 도 2b에서, 예컨대, 연결 하우징(8)은 기판(1)에 접착된다.
기판(1)에 대한 연결 하우징(8)의 접착은, 예컨대, 아크릴레이트 접착제 또는 폴리우레탄 접착제를 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 접착제는 연결 하우징(8)과 기판(1) 사이의 단순하고 오래 지속되는 결합뿐만 아니라, 밀봉 기능을 가지며 포일 도체(6)와 접촉 소자(9) 사이의 전기 회선 연결(10)을 습기 및 부식으로부터 보호한다. 통전(voltage-carrying) 전기 도체의 밀봉을 통해, 전기 연결의 필요한 전기적 보호 클래스(electrical protection class)도 또한 얻을 수 있다. 예컨대, 이는 외부(outdoors) 사용에 있어서 필수적이다. 바람직한 실시 예에서, 연결 하우징의 내부는 예컨대, 폴리이소부틸렌으로 된, 밀봉 수단(18)으로 적어도 부분적으로 채워진다. 전기적으로 절연된 밀봉 수단(18)은 절연 강도를 증가시키고 습기 침투 및 그와 관련된 누설 전류를 감소시킨다.
포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은 연결 지점(7)에서 베어(bare) 금속일 필요는 없고, 페인트 또는 플라스틱 포일의 보호층으로 코팅될 수 있다. 이 보호층은 생산 절차동안 산화 및 부식으로부터 금속 접촉 표면을 보호한다. 보호층에는, 접촉을 이루기 위한 물체(object)가, 예컨대, 접촉 핀(contact pin) 또는 접촉 니들(contact needle)이 관통될 수 있다. 또는, 보호층은 접착되고 및 제거가능한 플라스틱 포일로 만들어질 수 있다. 플라스틱 포일은 이미 포일 도체(6)의 생산 동안 적용될 수 있고 그런 다음 접촉 소자(9)와 실제적인 전기 접촉이 이루어지기 전에 조립되는(assembly) 동안 제거될 수 있다. 예컨대, 포일 도체(6)의 연결 지점(7)은 사전주석처리(pre-tinned) 될 수 있다.
기판(1)과 커버 패인(2) 사이의 갭은 증기 확산 장벽으로서의 가장자리 실재(14)로, 바람직하게는, 예컨대, 폴리리소부틸렌인 플라스틱 물질로, 주변(circumferentially) 밀봉된다. 가장자리 갭의 기밀 밀봉은 대기 중 산소 및 습기로부터 부식에 민감한(corrosion-sensitive) 광전 활성 흡수재층(4)을 보호한다.
도 3은 기판(1)의 후면(Ⅳ)에서 본 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)의 다른 예를 도시한다.
도 3a는 도 3의 C-C'선을 따라 나타낸 단면도이다. 버스 바(11)는 전기 회선 연결(19)을 통해 후면 전극층(3)에 연결된다. 버스 바(11)는, 예컨대, 3mm 내지 5mm의 너비 및 0.1mm 내지 0.2mm의 두께를 가진 알루미늄 스트립을 포함한다. 버스 바(11)는 박막 태양광 모듈(20)의 긴 면을 따라 버스 바의 긴 방향으로 배치된다. 버스 바(11)와 후면 전극층(3) 사이의 전기 회선 연결(19)은 알루미늄으로 된 버스 바(11)를 사용하여, 바람직하게는 초음파 결합에 의해, 이루어진다. 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은 전기 회선 연결(16)을 통해 버스 바(11)에 연결된다. 포일 도체(6)는 기판(1), 중간층(5), 및 커버 패인(2)의 복합체 바깥 및 기판(1)의 가장자리(12) 주위로 가이드 된다. 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은, 예컨대, 20mm의 너비 및 0.1mm의 두께를 가진 알루미늄 스트립을 포함한다. 포일 도체(6)의 전기적으로 절연된 포일(6.2)은, 예컨대, 25mm의 너비 및 0.02mm의 두께를 가진 폴리이미드로 된 플라스틱 필름을 포함한다. 뿐만 아니라, 포일 도체(6)는, 복합체의 외부에, 포일 도체(6)의 플라스틱 포일과 다른 보호층(17) 및 열가소성 중간층(5)을 구비하는데, 예컨대, 폴리비닐 플루오라이드/폴리에스테르/폴리비닐 플루오라이드의 층 시퀀스는 총 0.5mm의 두께를 가진다. 층 시퀀스는 기판(1)의 표면에, 예컨대, 에틸 비닐 아세테이트층을 통해, 접착된다. 보호층(17)은 기계적 손상으로부터 장기적으로 포일 도체를 보호한다. 추가적으로 보호층(17)은 포일 도체(6)의 출구점에서 기판(1)과 커버 패인(2) 사이의 가장자리 갭을 습기 침투로부터 보호한다. 이 목적을 위해, 보호층(17)은 기판(1)과 커버 패인(2) 사이의 포일 도체(6)의 출구점까지 걸쳐있다(span). 여기서, 보호층(17)은 기판(1) 너머로 돌출된 가장자리 내의 커버 패인(2) 및 기판(1) 양자에 모두 고정적으로 결합된다. 보호층(17)은 연결 하우징(8)내로 확장하고, 거기서, 보호층(17)은 연결 하우징(8)에, 구체적으로는 포일 도체(6)의 연결 지점(7)의 영역에서, 연결된다.
본 발명은 결코 후면 전극층(3) 접촉에 대한 것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈의 다른 실시 예에서, 박막 태양광 모듈의 결과 양극 및 결과 음극 전원 연결은 전면 전극층(22) 위로 가이드 되고 전기적 접촉이 거기에서 이루어진다. 또는, 후면 전극층(3)을 통해 일 전원 연결이 이루어질 수 있고; 제2 전원 연결은 전면 전극층(22)을 통해 이루어질 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)의 다른 실시 예에 대해서 도 3의 C-C'선을 따라 나타낸 단면도를 도시한다. 버스 바(11)는 전기 회선 연결(27)을 통해 전면 전극층(22)에 연결된다. 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)은 전기 회선 연결(16)을 통해 버스 바(11)에 연결된다. 포일 도체(6)는 기판(1), 중간층(5), 및 커버 패인(2)의 복합체 밖 및 기판(1)의 가장자리(12) 주위로 가이드 된다. 포일 도체(6)의 전기적으로 절연된 포일(6.2)은 바람직하게는 커버 패인(2)에 접착된다. 접착은 박막 태양광 모듈(20)의 내부로 습기가 침투하는 것을 방지하고, 따라서, 광전 활성 흡수재층(4)의 부식을 방지할 수 있다.
도 3c는 도 3의 태양광 모듈(20)의 다른 실시 예를 도시하는데, 여기서, 다시, 포일 도체(6)는 기판(1), 중간층(5), 및 커버 패인(2)의 복합체 밖 및 기판(1)의 가장자리(12) 주위로 가이드 된다. 기판(1)과 커버 패인(2) 사이의 갭은 포일 도체(6)의 양면 상에 위치한 증기 확산 장벽으로서의 가장자리 실재(14)로 주변 밀봉된다. 따라서 대기 중 산소 및 습기로부터 부식에 민감한 광전 활성 흡수재층(4)을 보호하기 위한 가장자리 갭의 기밀 밀봉이 한층 더 개선될 수 있다.
도 4는 기판(1)의 후면(Ⅳ)에서 본 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 다른 실시 예를 도시한다. 연결 하우징(8 및 8')은, 각각의 경우, 추가적인 보호 소자(28)를 가진다. 도 4a는 도 4의 D-D'선을 따라 나타낸 단면도를 도시한다. 추가적인 보호 소자(28)는 기판(1), 중간층(5), 및 커버 패인(2)의 복합체로부터 포일 도체(6)의 출구점의 영역에 배치된다. 보호 소자(28)는 예컨대, 플라스틱인, 연결 하우징(8)과 같은 물질로 만들어질 수 있고, 연결 하우징(8)의 생산 시에 이미 통합될 수 있다. 또는, 보호 소자(28)는 연결 하우징(8)에 연결된 추가적인 구성소자일 수 있다. 이 비제한적인 예에서, 보호 소자(28)는 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13) 너머로 돌출되지 않는다. 보호 소자는 또한 기판(1)의 측면 가장자리(12) 및 커버 패인(2)의 후면(Ⅱ)에 추가적으로 접착될 수 있다. 보호 소자(28)와 기판(1) 사이의 캐비티(29)는, 습도 절연을 위해, 바람직하게는 예컨대, 폴리이소부틸렌으로 된, 밀봉 수단으로 채워진다.
도 4b는 단순화된 표현으로 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 단면도를 도시한다. 광전 활성 흡수재층(4)은 후면 전극층(3)을 통해 기판(1)에 서브스트레이트 구성으로 연결된다. 포일 도체(6 및 6')는 기판(1)의 측면 가장자리(12 및 12') 주위에 배치된다. 두 개의 연결 하우징(8 및 8')은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 배치된다. 각 연결 하우징(8 및 8')은 각각의 포일 도체(6 및 6')와 접촉 소자 사이의 전기 회선 연결(여기에 도시되지 않음)을 구비한다. 각 연결 하우징(8 및 8')은 기판(1), 중간층(5), 커버 패인(2)의 복합체로부터 그들의 출구점에서 포일 도체(6 및 6')를 보호하는, 보호 소자(28)를 구비한다.
도 4c는 단순화된 표현으로 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 단면도를 도시한다. 광전 활성 흡수재층(4)은 수퍼스트레이트 구성으로 커버 패인(2)에 연결된다. 포일 도체(6 및 6')는 기판(1)의 측면 가장자리(12 및 12') 주위에 배치된다. 두 개의 연결 하우징(8 및 8')은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 배치된다. 각 연결 하우징(8 및 8')은 기판(1), 중간층(5), 커버 패인(2)의 복합체로부터 그들의 출구점에서 포일 도체(6 및 6')를 보호하는, 보호 소자(28)를 구비한다.
도 5는 단순화된 표현으로 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 단면도를 도시한다. 광전 활성 흡수재층(4)은 후면 전극층(3)을 통해 기판(1)에 서브스트레이트 구성으로 연결된다. 포일 도체(6 및 6')는 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13 및 13') 주위에 배치된다. 두 개의 연결 하우징(8 및 8')은 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 배치된다.
도 6은 단순화된 표현으로 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 단면도를 도시한다. 광전 활성 흡수재층(4)은 수퍼스트레이트 구성으로 커버 패인(2)에 연결된다. 포일 도체(6 및 6')는 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13 및 13') 주위에 배치된다. 두 개의 연결 하우징(8 및 8')은 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 배치된다.
도 7은 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)의 다른 실시 예를 도시하는데, 여기서 기판(1)의 후면(Ⅳ)상의 두 개의 포일 도체(6 및 6')는 통상적인 연결 하우징(8)으로 조합된다. 본 예에서, 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ)의 중앙에 배치된다. 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ) 또는 기판(1)의 측면 가장자리(12)상의 임의의 지점에 배치될 수 있다.
이 실시 예에서, 태양광 모듈(20)의 양극 및 음극 전원 연결은 두 포일 도체(6 및 6')와 일 연결 하우징(8)에 의해 전기적으로 접촉된다.
도 7a는 단순화된 표현으로 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 단면도를 도시한다. 광전 활성 흡수재층(4)은 후면 전극층(3)을 통해 기판(1)에 서브스트레이트 구성으로 연결된다. 포일 도체(6 및 6')는 기판(1)의 측면 가장자리(12 및 12') 주위에 배치된다. 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 배치된다. 연결 하우징(8)은 각각의 포일 도체(6 및 6')와 일 접촉 소자 각각 사이의 두 개의 전기 회선 연결(여기에 도시되지 않음)을 구비한다.
도 7b는 단순화된 표현으로 본 발명에 따른 태양광 모듈(20)의 단면도를 도시한다. 광전 활성 흡수재층(4)은 수퍼스트레이트 구성으로 커버 패인(2)에 연결된다. 포일 도체(6 및 6')는 기판(1)의 측면 가장자리(12 및 12') 주위에 배치된다. 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 배치된다. 연결 하우징(8)은 각각의 포일 도체(6 및 6')와 일 접촉 소자 각각 사이의 두 개의 전기 회선 연결(여기에 도시되지 않음)을 구비한다.
도 8a는 박막 태양광 모듈(20)을, 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 연결 하우징(8)을 배치하고 서브스트레이트 구성으로 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법의 단계의 순서도를 도시한다.
도 8b는 박막 태양광 모듈(20)을, 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 연결 하우징(8)을 배치하고 서브스트레이트 구성으로 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법의 단계의 순서도를 도시한다.
도 8c는 박막 태양광 모듈(20)을, 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 연결 하우징(8)을 배치하고 수퍼스트레이트 구성으로 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법의 단계의 순서도를 도시한다.
도 8d는 박막 태양광 모듈(20)을, 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 연결 하우징(8)을 배치하고 수퍼스트레이트 구성으로 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법의 단계의 순서도를 도시한다.
도 9는 기판(1)의 후면(Ⅳ)에서 본 종래 기술에 따른 박막 태양광 모듈(20)을 도시한다. 기판(1)은 두 개의 관통 구멍(26 및 26)'을 구비하는데, 이들은 버스 바(11 및 11') 위에 배치된다. 버스 바(11 및 11')의 전기적 접촉은, 예컨대, 여기에 도시되지 않은 접촉 소자에 의해, 관통 구멍(26 및 26)'을 통해 이루어진다. 관통 구멍(26 및 26')은 기판(1)의 기계적 안정성을 감소시킨다.
본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)은 종래 기술에 따른 박막 태양광 모듈과 비교하여 몇 가지 장점을 가진다. 종래 기술에 따른 박막 태양광 모듈의 유리 기판(1) 내의 관통 구멍(26 및 26')의 도입 시에는, 기판(1) 중 약 3%에서 파손 또는 부서짐(spalling)이 발생해서 기판(1)이 폐기되어야 하는 일이 발생한다. 이 처리 단계는 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)의 경우 생략된다.
게다가, 실험에서, 100개의 박막 태양광 모듈(20)에 대해 표준 IEC61646, 제2 판에 대응하는 5400Pa의 최대 눈 부하(snow load)로 시뮬레이션 되어 하중이 가해졌다. 종래 기술에 따른 관통 구멍(26 및 26')을 구비한 박막 태양광 모듈(20)의 5%에서, 기판 파손이 발생했다. 여기서, 관통 구멍 주위 영역에서 균열(break lines)이 시작되어 그 영역으로부터 밖으로 퍼져나갔다. 본 발명에 따른 박막 태양광 모듈(20)에서는, 동일한 부하 조건 하에서, 어떠한 경우에도 기판 파손이 발생하지 않았다.
이 결과는 발명이 속한 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 놀랍고 예상치 못한 것이었다.
(1) 기판
(2) 커버 패인
(3) 후면 전극층
(4) 광전 활성 흡수재층
(5) 중간층, 열가소성 중간층
(6), (6') 포일 도체
(6.1), (6.1'), (6)의 전기 전도층
(6.2), (6,2'), (6)의 전기적으로 절연된 포일
(7) 연결 지점
(8), (8') 연결 하우징
(9), (9') 접촉 소자, 스프링 접촉 소자, 공급 라인
(10) (6)과 (9) 사이의 전기 회선 연결
(11), (11') 버스 바
(12), (12') (1)의 측면 가장자리
(13), (13') (2)의 측면 가장자리
(14) 가장자리 실재
(15) (6)과 (3) 사이의 전기 회선 연결
(16) (6)과 (11) 사이의 전기 회선 연결
(17), (17') (6)의 보호층
(18) 밀봉 수단
(19) (11)과 (3) 사이의 전기 회선 연결
(20) 태양 전지 모듈, 박막 태양 전지 모듈
(20.1), (20.2) 태양 전지
(21) 버퍼층
(22) 전면 전극층
(23) 반도체층
(24.1), (24.2), (24.3) 분할
(25) (3)의 영역
(26), (26') 관통 구멍
(27) (11)과 (22) 사이의 전기 회선 연결
(28) 보호 소자
(29) 캐비티
I (2)의 전면
Ⅱ (2)의 후면
Ⅲ (1)의 전면
Ⅳ (1)의 후면
A-A' 단면 선
B-B' 단면 선
C-C' 단면 선
D-D' 단면 선
E-E' 단면 선
R 언더컷
(2) 커버 패인
(3) 후면 전극층
(4) 광전 활성 흡수재층
(5) 중간층, 열가소성 중간층
(6), (6') 포일 도체
(6.1), (6.1'), (6)의 전기 전도층
(6.2), (6,2'), (6)의 전기적으로 절연된 포일
(7) 연결 지점
(8), (8') 연결 하우징
(9), (9') 접촉 소자, 스프링 접촉 소자, 공급 라인
(10) (6)과 (9) 사이의 전기 회선 연결
(11), (11') 버스 바
(12), (12') (1)의 측면 가장자리
(13), (13') (2)의 측면 가장자리
(14) 가장자리 실재
(15) (6)과 (3) 사이의 전기 회선 연결
(16) (6)과 (11) 사이의 전기 회선 연결
(17), (17') (6)의 보호층
(18) 밀봉 수단
(19) (11)과 (3) 사이의 전기 회선 연결
(20) 태양 전지 모듈, 박막 태양 전지 모듈
(20.1), (20.2) 태양 전지
(21) 버퍼층
(22) 전면 전극층
(23) 반도체층
(24.1), (24.2), (24.3) 분할
(25) (3)의 영역
(26), (26') 관통 구멍
(27) (11)과 (22) 사이의 전기 회선 연결
(28) 보호 소자
(29) 캐비티
I (2)의 전면
Ⅱ (2)의 후면
Ⅲ (1)의 전면
Ⅳ (1)의 후면
A-A' 단면 선
B-B' 단면 선
C-C' 단면 선
D-D' 단면 선
E-E' 단면 선
R 언더컷
Claims (18)
- 연결 소자(connection element)를 갖는 태양광 모듈(solar module)로서, 적어도
a) 겹겹이 배치된, 기판(1), 후면 전극층(3), 광전 활성 흡수재층(4), 및 커버 패인(2) - 상기 광전 활성 흡수재층(4)은 부분적으로 상기 후면 전극층(3)에 전기적으로 전도적으로 연결되고, 상기 후면 전극층(3)로부터 먼 측면 상에, 전면 전극층(22)을 구비하고, 상기 기판(1)은 전면(Ⅲ)상에 적어도 하나의 중간층(5)을 통해 상기 커버 패인(2)의 후면(Ⅱ)에 적층적으로(laminarly) 연결됨 -,
b) 적어도 하나의 전기 전도층(6.1) 및 적어도 하나의 전기적으로 절연된 포일(6.2)을 포함하고, 상기 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 전기적으로 전도적으로 연결되고, 전기적 접촉을 이루기 위한 연결 지점(7)을 구비한 적어도 하나의 기제조된 포일 도체(6), 및
c) 접촉 소자(9)와 포일 도체의 연결 지점(7) 사이의 적어도 하나의 전기 회선 연결(10)을 구비하는 적어도 하나의 연결 하우징(8)을 포함하고,
상기 포일 도체(6)는 상기 기판(1)의 측면 가장자리(12) 주위에 배치되고, 상기 포일 도체(6) 및 상기 연결 하우징(8)은 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 부착되거나, 또는
상기 포일 도체(6)는 상기 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13) 주위에 배치되고, 상기 포일 도체(6) 및 상기 연결 하우징(8)은 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착되는, 연결 소자를 갖는 태양광 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 기판(1)은 상기 전면(Ⅲ)상에 상기 후면 전극층(3)을 구비하는, 태양광 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 커버 패인(2)은 상기 후면(Ⅱ)상에 상기 광전 활성 흡수재층(4)을 구비하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 있어서, 상기 포일 도체(6)는 버스 바(11)를 통해 상기 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 연결되는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 있어서, 상기 포일 도체(6) 및/또는 상기 버스 바(11)는 금속, 바람직하게는 알루미늄, 은, 또는 구리를 포함하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서, 상기 후면 전극층(3)은 금속, 바람직하게는 몰리브덴, 티타늄 질화 화합물, 또는 탄탈 질화 화합물을 포함하고, 상기 전면 전극층(22)은 바람직하게는 n-도전성 반도체, 바람직하게는 알루미늄 도핑된 산화 아연 또는 인듐 주석 산화물을 포함하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 있어서, 상기 광전 활성 흡수재층(4)은 비정질, 미세질, 또는 다결정질 실리콘, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 갈륨 아세나이드(GaAs), 또는 구리 인듐(갈륨)-황/셀레늄(CI(G)S)을 포함하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기판(1) 및/또는 상기 커버 패인(2)은 바람직하게는 1.5mm 내지 10mm의 두께를 가진 유리(glass)를 포함하고/포함하거나, 상기 중간층(5)은 열가소성 물질, 바람직하게는 0.3mm 내지 0.9mm의 두께를 가진 폴리비닐 부티랄 또는 에틸렌 비닐 아세테이트를 포함하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기판(1)은, 상기 커버 패인(2)에 대해, 0.1mm 내지 20cm, 바람직하게는 1mm 내지 10mm의 언더컷(undercut) R을 가지고, 상기 포일 도체(6)는 기판(1)의 상기 언더컷의 상기 측면 가장자리(12) 주위에서 돌출부(overhang) 없이 연장되는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기판(1)과 상기 커버 패인(2) 사이의 갭은 가장자리 실재(14), 바람직하게는 아크릴릭, 폴리우레탄, 또는 폴리이소부틸렌을 기초로 하는 접착제에 의해 밀봉되는 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나에 있어서, 상기 포일 도체(6)는 상기 기판(1), 중간층(5), 및 커버 패인(2)의 복합체 바깥쪽에, 바람직하게는 폴리아크릴릭, 폴리우레탄, 폴리이소부틸렌, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐 부티랄, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트, 실리콘, 또는 이들의 조합을 포함하는, 보호층(17)을 적어도 부분적으로 구비하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 하나에 있어서, 상기 연결 하우징(8)의 내부는, 바람직하게는 아크릴릭, 폴리우레탄, 또는 폴리이소부틸렌을 기초로 하는 접착제인, 밀봉 수단(18)에 의해 밀봉되는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 하나에 있어서, 전기 회선 연결(10, 15, 16, 및/또는 19)은 납땜(soldered), 용접(welded), 결합(bonded), 클램핑(clamped) 되거나, 접착 연결을 구비하는, 태양광 모듈.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 하나에 있어서, 상기 기판(1)의 후면(Ⅳ)상의 적어도 두 기제조된 포일 도체(6, 6')는 상기 연결 하우징(8)에서 적어도 두 접촉 소자(9, 9')에 전기적으로 전도적으로 연결되는, 태양광 모듈.
- 제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제14항 중 어느 하나에 따른, 연결 소자를 갖는 태양광 모듈을 생산하는 방법으로서, 적어도
a) 일 후면 전극층(3)이 기판(1)의 전면(Ⅲ)상에 적용되고, 반도체층(23), 버퍼층(21), 및 전면 전극층(22)이 상기 후면 전극층(3)에 순차적으로(subsequently) 적용되는 단계,
b) 기제조된 포일 도체(6)의 일 전기 전도층(6.1)이 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 전기적으로 전도적으로 연결되는 단계,
c) 상기 기판(1) 및 커버 패인(2)이 열, 진공, 및/또는 압력의 작용 하에 중간층(5)을 통해 결합되는 단계, 및
d) 상기 기제조된 포일 도체(6)가 상기 기판(1)의 측면 가장자리(12) 주위에 배치되어 상기 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 부착되고, 적어도 하나의 접촉 소자(9)를 구비한 연결 하우징(8)이 상기 기판(1)의 후면(Ⅳ)에 부착되고, 상기 접촉 소자(9)가 상기 포일 도체(6)의 상기 연결 지점(7)에 전기적으로 전도적으로 연결되는 단계, 또는
e) 상기 포일 도체(6)가 상기 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13) 주위에 배치되어 상기 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착되고, 적어도 하나의 접촉 소자(9)를 구비한 연결 하우징(8)이 상기 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착되고, 상기 접촉 소자(9)가 상기 포일 도체(6)의 연결 지점(7)에 전기적으로 전도적으로 연결되는 단계를 포함하는, 연결 소자를 갖는 태양광 모듈 생산 방법. - 제1항 및 제3항 내지 제14항 중 어느 하나에 따른, 연결 소자를 갖는 태양광 모듈을 생산하는 방법으로서, 적어도
a) 일 전면 전극층(22)이 커버 패인(2)의 후면(Ⅱ)상에 적용되고, 버퍼층(21), 반도체층(23), 및 후면 전극층(3)이 상기 전면 전극층(22)에 순차적으로 적용되는 단계,
b) 기제조된 포일 도체(6)의 전기 전도층(6.1)이 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 전기적으로 전도적으로 연결되는 단계,
c) 상기 기판(1) 및 커버 패인(2)이 열, 진공, 및/또는 압력의 작용 하에 중간층(5)을 통해 결합되는 단계,
d) 상기 기제조된 포일 도체(6)가 상기 기판(1)의 측면 가장자리(12) 주위에 배치되어 상기 기판(1)의 후면(Ⅳ)상에 부착되고, 적어도 하나의 접촉 소자(9)를 구비한 연결 하우징(8)이 상기 기판(1)의 후면(Ⅳ)에 부착되고, 상기 접촉 소자(9)가 상기 포일 도체(6)의 상기 연결 지점(7)에 전기적으로 전도적으로 연결되는 단계, 또는
e) 상기 기제조된 포일 도체(6)가 상기 커버 패인(2)의 측면 가장자리(13) 주위에 배치되어 상기 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착되고, 적어도 하나의 접촉 소자(9)를 구비한 연결 하우징(8)이 상기 커버 패인(2)의 전면(Ⅰ)상에 부착되고, 상기 접촉 소자(9)가 상기 포일 도체(6)의 연결 지점(7)에 전기적으로 전도적으로 연결되는 단계를 포함하는, 연결 소자를 갖는 태양광 모듈 생산 방법. - 제15항 또는 제16항에 있어서,
(a) 단계에 따라, 버스 바(11)가 상기 후면 전극층(3) 및/또는 전면 전극층(22)에 전기적으로 전도적으로 연결되고;
(b) 단계에 따라, 상기 기제조된 포일 도체(6)는 상기 버스 바(11)에 전기적으로 전도적으로 연결되는, 연결 소자를 갖는 태양광 모듈 생산 방법. - 태양광 모듈, 바람직하게는 박막 태양광 모듈에서의 제1항 내지 제14항 중 어느 하나에 따른 연결 소자의 이용.
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