KR20140109542A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR20140109542A KR1020130022148A KR20130022148A KR20140109542A KR 20140109542 A KR20140109542 A KR 20140109542A KR 1020130022148 A KR1020130022148 A KR 1020130022148A KR 20130022148 A KR20130022148 A KR 20130022148A KR 20140109542 A KR20140109542 A KR 20140109542A
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Abstract

본 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 유효 영역(effective area) 및 데드 영역(dead area)이 정의되는 태양 전지 모듈로서, 태양 전지; 및 상기 태양 전지의 일면에 위치하며, 상기 데드 영역에 대응하여 형성된 광 굴절 패턴을 포함하는 기판을 포함한다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 개선된 구조를 가지는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
태양 전지는 광전 변환을 일으킬 수 있도록 반도체 기판에 도전형 영역 및 이에 전기적으로 연결되는 전극을 형성하여 형성될 수 있다. 그리고 태양 전지에는 특성을 향상하기 위하여 도전형 영역을 패시베이션하는 패시베이션 막, 반사를 방지하기 위한 반사 방지막 등도 형성된다.
그런데 종래 태양 전지에서는 태양 전지로 입사되는 광을 충분히 사용하기 어려워 태양 전지의 효율이 좋지 않았다. 따라서 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 태양 전지를 설계하는 것이 요구된다.
본 발명은 광 손실을 최소화하여 효율을 향상할 수 있는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 유효 영역(effective area) 및 데드 영역(dead area)이 정의되는 태양 전지 모듈로서, 태양 전지; 및 상기 태양 전지의 일면에 위치하며, 상기 데드 영역에 대응하여 형성된 광 굴절 패턴을 포함하는 기판을 포함한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 전면 기판에서 데드 영역에 대응하는 부분에 광을 굴절하는 광 굴절 패턴을 형성하여, 데드 영역으로 입사된 광을 유효 영역으로 굴절시킨다. 이에 의하여 태양 전지 모듈의 효율을 향상할 수 있다. 이때, 광 굴절 패턴을 전체적으로 형성하지 않고 데드 영역에 대응하는 부분에서 부분적으로 형성하여 전면 기판의 구조적 안정성을 우수하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 1의 태양 전지의 전면을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 적용될 수 있는 요철부의 다양한 형상을 도시한 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 제1 기판(이하 "전면 기판")(110) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 제2 기판(이하 "후면 기판")(200)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 기판(200) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 반도체 기판과 불순물층을 포함하는 광전 변환부가 적용될 수 있다. 구체적인 광전 변환부의 구조는 도 3을 참조하여 추후에 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 화합물 반도체를 이용하거나, 염료 감응 물질을 이용하는 등 다양한 구조가 광전 변환부로 사용될 수 있다.
이러한 태양 전지(150)는 리본(142)를 포함하며, 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 이면 상에 형성된 후면 전극을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다. 플럭스는 솔더링을 방해하는 산화막을 제거하기 위한 것으로, 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
또는, 태양 전지(150)의 일면과 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도를 저하시킬 수 있어 태양 전지(150)의 휘어짐을 방지할 수 있다.
또한, 버스 리본(145)은 리본(142)에 의하여 연결된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)의 리본(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 라미네이션에 의해 접착하여, 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다. 본 실시예에서는 전면 기판(110)에서 일정 영역에 광 굴절 패턴(112)이 형성되어 광 손실을 최소화할 수 있는데, 이에 대해서는 추후에 도 3 등을 함께 참조하여 상술한다.
후면 기판(200)은 태양 전지(150)의 이면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 기판(200)은 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 일례로, 후면 기판(200)은 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 후면 기판(200)이 리지드(rigid)한 특성을 가지는 물질로 구성될 수 있음은 물론이다.
후면 기판(200)은 전면 기판(110) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 기판(200)이 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질로 형성되어 양면 수광형의 태양 전지 모듈(100)을 구현할 수도 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 함께 참조하여 본 실시예에 따른 태양 전지(150) 및 전면 기판(110)의 구체적인 구조를 상세하게 설명한다. 태양 전지(150) 및 전면 기판(110) 이외의 구성에 대해서는 이미 설명하였으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다. 도 4는 도 1의 태양 전지의 전면을 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 광전 변환부(10, 20, 30)와, 이에 전기적으로 연결되는 전극(24, 34)을 포함한다. 후술하는 태양 전지(150)의 구조는 일례로 제시하는 것에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 앞서 언급한 바와 같이 다양한 구조의 태양 전지(150)가 적용될 수 있다.
좀더 구체적으로, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)에 형성되는 불순물층(20, 30)과, 불순물층(20, 30)에 전기적으로 연결되는 전극(24, 34)을 포함할 수 있다. 불순물층(20, 30)은 에미터층(20)과 후면 전계층(30)을 포함할 수 있고, 전극(24, 34)은 에미터층(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(24)과 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(34)을 포함할 수 있다. 그리고 이웃한 태양 전지(150)와의 연결을 위한 리본(142)이 제1 전극(24) 또는 제2 전극(34)에 각기 연결된다. 이와 함께 태양 전지(150)는 반사 방지막(22), 패시베이션 막(32) 등을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(10)은 다양한 반도체 물질을 포함할 수 있는데, 일례로 제2 도전형 불순물을 포함하는 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제2 도전형 불순물은 일례로 n형일 수 있다. 즉, 반도체 기판(10)은 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소가 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 n형의 불순물을 가지는 반도체 기판(10)을 사용하면, 반도체 기판(10)의 전면에 p형의 불순물을 가지는 에미터층(20)이 형성되어 pn 접합(junction)을 이루게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(10)의 후면 쪽으로 이동하여 제2 전극(34)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(10)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(24)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그려면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(10)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반도체 기판(10) 및 후면 전계층(30)이 p형을 가지고 에미터층(20)이 n형을 가지는 것도 가능함은 물론이다.
도면에 도시하지는 않았지만, 반도체 기판(10)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(10)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(10)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 반도체 기판(10)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다.
반도체 기판(10)의 전면 쪽에는 제1 도전형 불순물을 가지는 에미터층(20)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서 에미터층(20)은 제1 도전형 불순물로 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 p형 불순물을 사용할 수 있다.
반도체 기판(10) 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(10)에 형성된 에미터층(20) 위에 반사 방지막(22) 및 제1 전극(24)이 형성된다.
반사 방지막(22)은 제1 전극(24)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 반사 방지막(22)은 반도체 기판(10)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시키고, 에미터층(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다.
반도체 기판(10)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 반도체 기판(10)과 에미터층(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 그리고 에미터층(20)에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 반사 방지막(22)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
방사 방지막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사 방지막(22)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 반도체 기판(10)과 반사 방지막(22) 사이에 패시베이션을 위한 전면 패시베이션 막(도시하지 않음)을 더 구비할 수도 있다. 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
제1 전극(24)은 반사 방지막(22)에 형성된 개구부를 통하여(즉, 반사 방지막(22)을 관통하여) 에미터층(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(24)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있는데 이에 대해서는 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(10)의 후면 쪽에는 반도체 기판(10)보다 높은 도핑 농도로 제2 도전형 불순물을 포함하는 후면 전계층(30)이 형성된다. 본 실시예에서 후면 전계층(30)은 제2 도전형 불순물로 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물을 사용할 수 있다.
이와 함께 반도체 기판(10)의 후면에는 패시베이션 막(32)과 제2 전극(34)이 형성될 수 있다.
패시베이션 막(32)은 제2 전극(34)이 형성된 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(10)의 후면 전체에 형성될 수 있다. 이러한 패시베이션 막(32)은 반도체 기판(10)의 후면에 존재하는 결함을 부동화하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다.
이러한 패시베이션 막(32)은 광이 투과될 수 있도록 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 패시베이션 막(32)을 통하여 반도체 기판(10)의 후면을 통해서도 광이 입사될 수 있도록 하여 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다. 일례로, 패시베이션 막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션 막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다.
제2 전극(34)은 패시베이션 막(32)에 형성된 개구부를 통하여(즉, 패시베이션 막(32)을 관통하여) 후면 전계층(30)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 전극(34)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
이때, 제1 전극(24) 및 제2 전극(34)은 서로 다른 폭, 피치 등을 가질 수는 있지만, 그 기본 형상은 유사할 수 있다. 이에 따라 이하에서는 제1 전극(24)을 위주로 설명하며, 제2 전극(34)에 대한 설명을 생략한다. 이하의 설명은 제1 및 제2 전극(24, 34)에 공통적으로 적용될 수 있다.
일례로, 도 4를 참조하면, 제1 전극(24)은 제1 피치(P1)를 가지면서 서로 평행하게 배치되는 복수의 핑거 전극(24a)을 포함할 수 있다. 이와 함께 전극(24)은 핑거 전극들(24a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(24a)을 연결하는 버스바 전극(24b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(24b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 피치(P1)보다 더 큰 제2 피치(P2)를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(24a)의 폭보다 버스바 전극(24b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 폭을 가질 수 있다. 상술한 제1 전극(24)의 형상은 일례로 제시한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
단면 상으로 볼 때, 핑거 전극(24a) 및 버스바 전극(24b)이 모두 반사 방지막(22)(제2 전극(34)일 경우에는 패시베이션 막(32), 이하 동일)을 관통하여 형성될 수도 있다. 또는, 핑거 전극(24a)이 반사 방지막(22)을 관통하고 버스바 전극(24b)은 반사 방지막(22) 상에서 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(24, 34)은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 합금을 포함하는 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2 전극(24, 34)(특히, 버스바 전극(24b)) 상에는 이웃한 태양 전지(150)와의 연결을 위하여 리본(142)이 전기적으로 연결된다. 리본(142)은 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au), 납(Pb) 및 이들의 합금을 포함하는 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 함께 참조하면, 상술한 바와 같은 태양 전지 모듈(100)은, 광이 입사되어 광전 변환이 일어나는 유효 영역(effective area)(EA)와, 광이 입사되지 않거나 광이 입사되더라도 광전 변환을 일으킬 수 없는 데드 영역(DA)을 구비하게 된다. 일례로, 데드 영역은, 태양 전지(150) 내에 위치한 전극(24, 34), 리본(142) 등에 의하여 광이 입사되지 않는 쉐이딩 영역(SA)과, 태양 전지(150)가 위치하지 않아 광이 입사되더라도 광전 변환을 할 수 없는 외곽 영역(PA) 등을 포함할 수 있다. 유효 영역(EA)은 태양 전지(150) 내부에서 쉐이딩 영역(SA)을 제외한 부분으로 구성된다. 그리고 상술한 데드 영역(DA)의 적어도 일부에 해당하도록 전면 기판(110)에 광 굴절 패턴(112)이 위치한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 복수 개의 태양 전지(150)를 연결하는 리본(142)과 이에 연결되는 버스 리본(145)이 형성된 부분에 대응하도록 광 굴절 패턴(112)이 형성된다. 즉, 광 굴절 패턴(112)이 리본(142) 및 버스 리본(145)이 형성된 영역을 따라 길게 이어지는 형상을 가질 수 있다. 여기서, 리본(142)은 전극(24, 34)의 버스바 전극에 대응하는 부분으로서, 쉐이딩 영역(SA)을 구성한다. 이와 같이 쉐이딩 영역(SA)에 대응하도록 광 굴절 패턴(112)을 형성하는 것에 의하여 광 굴절 패턴(112)에 의하여 광을 유효 영역(EA) 쪽으로 굴절되도록 할 수 있다. 이에 의하여 쉐이딩 영역으로 입사한 광을 유효 영역(EA) 쪽으로 굴절시켜 광 손실을 최소화할 수 있고, 이에 따라 태양 전지(150) 내에서 사용되는 광량을 최대화할 수 있다.
이러한 광 굴절 패턴(112)는 전면 기판(110)의 일부를 특정 형상으로 제거하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 일례로, 전면 기판(110)의 해당 부분을 건식 식각 또는 습식 식각 등에 의하여 제거하거나, 압출 롤러 등을 이용하여 해당 부분의 일부를 제거하는 제거하는 것에 의하여 광 굴절 패턴(112)을 형성할 수 있다.
도 1에서는 광 굴절 패턴(112)이 역피라미드 형상을 가지는 것을 예시하였다. 그러면 전면 기판(110)의 기판면과 경사지는 경사면에서 광이 굴절되어 쉽게 유효 영역(EA)으로 굴절될 수 있도록 한다. 그러면 광 굴절 패턴(112)는 일종의 집중기(concentrator) 역할을 하게 된다. 이에 따라 쉐이딩 영역(SA)으로 입사되어 광전 변환에 이용되기 어려운 광이 유효 영역(EA)으로 입사되어 광전 변환에 이용되도록 할 수 있다. 따라서, 광 손실을 최소화하여 태양 전지(150)에 의한 광전 변환 효율을 향상할 수 있다.
이러한 광 굴절 패턴(112)은 쉐이딩 영역(SA)과 합치되도록 얼라인(align) 되어야 하므로, 전면 기판(110)에는 얼라인을 위한 얼라인 마크(116)가 형성될 수 있다. 얼라인 마크(116)는 다양한 구조, 형상, 물질 등을 가질 수 있다. 일례로, 광 굴절 패턴(112)을 형성하는 공정에서 광 굴절 패턴(112)과 동일한 방법에 의하여 얼라인 마크(116)를 형성할 수 있다. 이 경우에는 공정을 단순화할 수 있다.
이때, 광 굴절 패턴(112)는 광을 굴절할수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 광 굴절 패턴(112a)가 라운드진 형상(일례로, 반구 형상)을 가질 수 있다. 이러한 형상의 광 굴절 패턴(112a)는 뾰족한 부분을 구비하지 않아 전면 기판(110a)의 구조적 안정성을 향상할 수 있다. 또는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 광 굴절 패턴(112b)가 노치 형상의 단면을 가지는 프리즘 형상을 가질 수도 있다. 이러한 형상의 광 굴절 패턴(112b)는 간단한 구조에 의하여 쉐이딩 영역(SA)으로 입사된 광을 효율적으로 유효 영역(EA)으로 굴절시킬 수 있다. 이 외에도 광 굴절 패턴(112)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서는 전면 기판(110)이 투명 기판부(110a)로 구성되고, 이 투명 기판부(110a)에 광 굴절 패턴(112)이 형성된다. 이와 같이 투명 기판부(110a)에 직접 광 굴절 패턴(112)을 형성하면 별도의 막 등을 형성하지 않아도 되므로 기존의 태양 전지 모듈(100)에 쉽게 적용할 수 있다. 이때, 전면 기판(110)의 외면에 광 굴절 패턴(112)이 형성되어 전면 기판(110)의 외면에서 발생하는 반사 등의 문제를 좀더 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 전면 기판(110)에서 데드 영역(DA)에 대응하는 부분에 광을 굴절하는 광 굴절 패턴(112)을 형성하여, 데드 영역(DA)으로 입사된 광을 유효 영역(EA)으로 굴절시킨다. 이에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 효율을 향상할 수 있다. 이때, 광 굴절 패턴(112)을 전체적으로 형성하지 않고 데드 영역(DA)에 대응하는 부분에서 부분적으로 형성하여 전면 기판(110)의 구조적 안정성을 우수하게 유지할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양 전지 모듈을 좀더 상세하게 설명한다. 앞서 설명한 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다. 그리고 앞서 설명한 실시예에 적용될 수 있는 변형들은 아래의 실시예들에서도 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 태양 전지(150)에 인접한 전면 기판(110)의 일면(좀더 정확하게는, 투명 기판부(110a)의 내면)에 광 굴절 패턴(112)이 형성된다. 이와 같이 전면 기판(110)의 내면에 광 굴절 패턴(112)이 형성되면 광 굴절 패턴(112)이 외부로 노출되는 경우보다 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 특히, 광 굴절 패턴(112)의 내부 부분을 제1 밀봉재(132)가 채우므로 구조적 안정성을 좀더 향상할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 전면 기판(110)을 구성하는 투명 기판부(110a)의 외면에 광 굴절 패턴(112)이 형성되고, 투명 기판부(110a)의 위에 광 굴절 패턴(112)을 덮으면서 보호막(114)이 형성될 수 있다. 이러한 보호막(114)은 태양 전지 모듈(100)의 외부에 형성되어 외부 환경에 노출될 경우에 내구성을 향상하는 역할을 할 수 있다. 이러한 보호막(114)은 다양한 수지(일례로, 폴리에틸렌테레프탈레이트) 등을 포함할 수 있다. 또는, 보호막(114)으로 반사 방지 기능을 할 수 있는 반사 방지막을 사용하여 태양 전지 모듈(100)을 보호하는 동시에 반사 방지 특성을 향상할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서 전면 기판(110)은, 투명 기판부(110a)와, 투명 기판부(110a) 위에 형성되며 광 굴절 패턴(112)을 포함하는 광 굴절 패턴 형성막(110b)을 포함한다. 이와 같이 본 실시예에서는 광 굴절 패턴(112)을 형성하기 위한 광 굴절 패턴 형성막(110b)을 별도로 구비하여, 투명 기판부(110a)에 광 굴절 패턴(112)을 형성하는 경우 해당 부분에서 강도가 저하되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
광 굴절 패턴 형성막(110b)은 다양한 물질(일례로, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등)로 구성될 수 있다. 또는, 기능성 물질막(일례로, 반사 방지막)을 구비한 전면 기판(110)에서 기능성 물질막에 광 굴절 패턴(112)을 형성하여 기능성 물질막을 광 굴절 패턴 형성막(110b)으로 사용할 수 있다. 이 경우에도, 도 9에 도시한 바와 같이 광 굴절 패턴 형성막(110b)을 덮도록 보호막(114)을 더 형성할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 광 굴절 패턴(112)이 데드 영역(DA)의 외곽 영역(PA)를 따라 형성된다. 이에 따라 광 굴절 패턴(112)의 평면 형상이 복수의 태양 전지(150) 각각이 내부에 위치하는 격자 형상을 가질 수 있다. 그러면, 외곽 영역(PA)으로 입사한 광을 태양 전지(150)의 내부로 굴절시켜 태양 전지 모듈(100)의 효율을 효과적으로 향상할 수 있다. 이때, 도 1과 같이 데드 영역(DA)의 쉐이딩 영역(SA)에도 광 굴절 패턴(112)을 형성하여, 태양 전지 모듈(100)의 효율을 좀더 향상할 수도 있다.
상술한 설명 및 도면에서는 광 굴절 패턴(112)이 형성되는 기판이 전면 기판(110)인 것을 예시하였다. 이에 따라 많은 광이 입사되는 전면 기판(110)에서 광의 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 양면 수광형의 경우에는 태양 전지 모듈(100)의 후면으로도 광이 입사되므로 후면 기판(200)에 광 굴절 패턴(112)이 형성될 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 태양 전지 모듈(100)의 전면 기판(110) 및 후면 기판(200) 중 적어도 어느 하나에 광 굴절 패턴(112)이 형성되면 족하다.
본 실시예에서는 복수 개의 태양 전지(150)가 구비되는 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 태양 전지 모듈(100)이 다양한 방식을 가지는 적어도 하나의 태양 전지(150)를 구비하면 족하다.
상술한 바에 따른 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 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
110: 전면 기판
112: 요철부
142: 리본
150: 태양 전지
200:후면 기판

Claims (16)

  1. 유효 영역(effective area) 및 데드 영역(dead area)이 정의되는 태양 전지 모듈에 있어서,
    태양 전지; 및
    상기 태양 전지의 일면에 위치하며, 상기 데드 영역에 대응하여 형성된 광 굴절 패턴을 포함하는 기판
    을 포함하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데드 영역은, 상기 태양 전지 내에 위치하며 광이 입사되지 않는 쉐이딩 영역과, 상기 태양 전지가 위치하지 않는 외곽 영역을 포함하고,
    상기 광 굴절 패턴은 상기 쉐이딩 영역 및 상기 외곽 영역 중 적어도 어느 하나에 대응하도록 형성되는 태양 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 태양 전지는, 복수 개의 태양 전지와, 상기 복수 개의 태양 전지를 연결하는 리본을 포함하고,
    상기 리본이 형성된 영역이 상기 쉐이딩 영역을 구성하는 태양 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 굴절 패턴은 상기 리본이 형성된 영역을 따라 길게 이어지는 형상을 가지는 태양 전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지가 서로 이격되어 형성되고,
    상기 복수의 태양 전지의 사이의 영역 및 복수의 태양 전지의 외부 영역이 상기 외곽 영역을 형성하는 태양 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 굴절 패턴은 상기 각 태양 전지가 내부에 하나씩 대응되도록 형성되는 격자 형상을 가지는 태양 전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 굴절 패턴은 상기 기판의 일부가 제거되어 형성되는 태양 전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판이 투명 기판부를 포함하고,
    상기 투명 기판부에 상기 광 굴절 패턴이 형성되는 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 태양 전지에 인접한 제1 몇 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하고,
    상기 광 굴절 패턴은 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 적어도 어느 하나에 형성되는 태양 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 태양 전지에 인접한 제1 몇 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하고,
    상기 광 굴절 패턴은 상기 제2 면에 형성되며,
    상기 기판의 상기 제2 면 위에 형성되는 보호막을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호막이 반사 방지막을 포함하는 태양 전지 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판이, 투명 기판부와, 상기 투명 기판부 위에 형성되며 상기 요철부가 형성되는 요철부 형성막을 포함하는 태양 전지 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 요철부 형성막 위에 형성되는 보호막을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보호막이 반사 방지막을 포함하는 태양 전지 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 상기 광 굴절 패턴과 상기 데드 영역을 얼라인하는 얼라인 마크가 형성되는 태양 전지 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기판이 상기 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 기판을 포함하는 태양 전지 모듈.
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