KR20140121915A - 양면 수광형 태양전지 모듈 - Google Patents

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KR20140121915A KR20130037178A KR20130037178A KR20140121915A KR 20140121915 A KR20140121915 A KR 20140121915A KR 20130037178 A KR20130037178 A KR 20130037178A KR 20130037178 A KR20130037178 A KR 20130037178A KR 20140121915 A KR20140121915 A KR 20140121915A
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홍세은
김병수
양혜영
김화년
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엘지전자 주식회사
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Abstract

양면 수광형 태양전지 모듈은, 복수의 양면 수광형 태양전지들; 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판; 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 제2 기판; 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 밀봉 부재를 포함한다. 밀봉 부재는 양면 수광형 태양전지와 제1 기판 사이에 위치하는 광 투과성의 제1 밀봉재, 및 상기 양면 수광형 태양전지와 상기 제2 기판 사이에 위치하는 광 확산성의 제2 밀봉재와 광 반사성의 제3 밀봉재를 구비한다. 제3 밀봉재는 제2 밀봉재와 제2 기판 사이에 위치하고, 제2 밀봉재는 제3 밀봉재에서 반사된 빛을 확산하는 복수의 확산 입자를 포함한다.

Description

양면 수광형 태양전지 모듈{BIFACIAL SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 양면 수광형 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
통상의 태양전지는 기판 및 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 포함하며, 기판의 한쪽 면을 통해 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다.
따라서, 통상의 태양전지는 빛이 기판의 한쪽 면을 통해서만 입사되므로 전류 변환 효율이 낮다. 이에, 근래에는 기판의 양쪽 면을 통해 빛이 입사되도록 한 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다.
한편, 태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광전 변환 효율이 향상된 양면 수광형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 양면 수광형 태양전지 모듈은, 복수의 양면 수광형 태양전지들; 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판; 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 제2 기판; 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 밀봉 부재를 포함한다.
본 발명의 한 측면에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈에서, 밀봉 부재는 양면 수광형 태양전지와 제1 기판 사이에 위치하는 광 투과성의 제1 밀봉재, 및 상기 양면 수광형 태양전지와 상기 제2 기판 사이에 위치하는 광 확산성의 제2 밀봉재와 광 반사성의 제3 밀봉재를 구비한다.
제3 밀봉재는 제2 밀봉재와 제2 기판 사이에 위치하고, 제2 밀봉재는 제3 밀봉재에서 반사된 빛을 확산하는 복수의 확산 입자를 포함한다.
이때, 제2 밀봉재의 두께는 제1 밀봉재의 두께보다 얇게 형성된다. 따라서, 제1 밀봉재와 제1 기판의 계면으로부터 제2 밀봉재와 제3 밀봉재의 계면까지의 거리는 제1 밀봉재와 제1 기판의 계면으로부터 제1 밀봉재와 제2 밀봉재의 계면까지의 거리의 2배 미만으로 형성된다.
제2 밀봉재의 두께 및 제3 밀봉재의 두께를 합한 두께는 제1 밀봉재의 두께와 동일하게 형성되거나, 더 두껍게 형성될 수 있다.
제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 태양전지들의 사이 공간에서 직접 접촉한다.
제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재질의 고분자 수지로 각각 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 실리콘 수지(silicone resin)로 형성될 수 있다.
제3 밀봉재는 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재와 동일한 재질의 고분자 수지로 형성되거나, 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재와 다른 재질의 고분자 수지로 형성될 수 있다.
일례로, 제3 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄(PVB), 에폭시(Epoxy) 또는 아크릴(Acryl) 중에서 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재를 형성하는 고분자 수지를 제외한 다른 하나의 고분자 수지로 형성될 수 있다.
제2 밀봉재가 광 확산 성능을 갖도록 하고, 제3 밀봉재가 광 반사 성능을 갖도록 하기 위해, 제3 밀봉재에 포함된 입자는 제2 밀봉재에 포함된 입자에 비해 큰 입경을 가질 수 있다.
예를 들면, 제2 밀봉재의 내부에 분산된 복수의 확산 입자는 0.1㎚ 내지 10㎚의 입경을 갖는 이산화규소(SiO2)를 포함할 수 있으며, 제3 밀봉재는 0.5㎛ 이상의 입경을 갖는 복수의 이산화티탄(TiO2) 입자를 포함할 수 있다.
제2 밀봉재와 제3 밀봉재는 서로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
제2 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단일층으로 형성되거나, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단일층의 한쪽 면에 자외선 차단제가 코팅된 저렴한 구조로 형성될 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 광 확산성의 제2 밀봉재의 두께가 광 투과성의 제1 밀봉재의 두께보다 얇게 형성되고, 제2 밀봉재와 제2 기판 사이에 광 반사성의 제3 밀봉재가 배치되어 있으므로, 제2 밀봉재와 제3 밀봉재의 계면, 즉 광 반사면으로부터 태양전지의 제2 면까지의 거리가 종래에 비해 감소하며, 이에 따라 상기 반사면에서 반사된 빛의 재반사 경로(path)가 최소화된다.
통상의 양면 수광형 태양전지 모듈, 즉 태양전지의 제2 면과 제2 기판 사이에 위치하는 후면 밀봉재의 두께와 태양전지의 제1 면과 제1 기판 사이에 위치하는 전면 밀봉재의 두께가 동일하게 형성된 양면 수광형 태양전지 모듈에서는 태양전지들의 사이 공간을 통해 입사된 후 제2 기판의 반사면에서 반사된 빛이 제2 밀봉재, 제1 밀봉재, 제1 기판, 제1 밀봉재를 순차적으로 통과한 후 태양전지의 제1 면에 입사된다.
따라서, 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈에서는 제2 기판에서 반사된 후 태양전지의 제1 면에 입사되기까지의 빛의 경로가 길며, 이에 따라 제1 밀봉재와 제2 밀봉재를 통과하면서 흡수되는 빛의 양이 증가하므로, 태양전지의 제1 면에 입사되는 빛의 양이 감소하는 문제점이 있다.
그러나 본 발명은 제1 밀봉재에 비해 얇게 형성된 제2 밀봉재가 태양전지의 제2 면 쪽에 위치하고 있고, 제2 밀봉재와 제2 기판 사이에 광 반사성의 제3 밀봉재가 위치하고 있으므로, 제3 밀봉재의 광 반사면에서 반사된 빛 중에서 적어도 일부가 제2 밀봉재의 내부에 분산된 확산 입자에 의해 확산된다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지 모듈에서는 제3 밀봉재의 광 반사면에서 반사된 빛의 대부분이 확산 입자에 의해 확산되어 태양전지의 제2 면에 입사되므로, 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈에 비해 빛의 경로가 매우 짧다.
따라서, 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재에서 흡수되는 빛의 양을 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈에 비해 줄일 수 있으며, 태양전지에 입사되는 빛, 특히 태양전지의 제2 면에 입사되는 빛의 양이 증가하여 양면 수광형 태양전지 모듈의 후면 출력을 증가시킬 수 있다.
그리고 제3 밀봉재가 자외선 차단 기능을 가질 경우, 자외선을 제3 밀봉재에 의해 차단할 수 있으므로, 태양전지 모듈의 사용 중에 자외선에 의한 열 발생이 감소하고, 후면 기판의 자외선 차단 기능을 삭제할 수 있으므로 후면 기판을 저렴하게 구성할 수 있다.
즉, 태양전지 모듈에 입사된 빛을 반사하기 위한 광 반사면을 후면 기판이 아닌 제3 밀봉재에 형성하면, 후면 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 단일층으로 형성하거나, 상기 단일층의 한쪽 면에 자외선 차단 코팅막을 형성한 저렴한 구조로 구성할 수 있다. 따라서, 양면 수광형 태양전지 모듈의 재료비를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시한 "A"부 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 빛의 반사 경로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에 사용되는 양면 수광형 태양전지의 실시예를 나타내는 주요부 사시도이다.
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. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 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 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시한 "A"부 확대도이다.
본 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 복수의 양면 수광형 태양전지(10), 복수의 양면 수광형 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 양면 수광형 태양전지(10)의 제1 면, 예컨대 전면(front surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제1 기판(30, 이하, "전면 기판"이라 함), 양면 수광형 태양전지(10)의 제2 면, 예컨대 후면(back surface) 쪽에 위치하는 제2 기판(40, 이하, "후면 기판"이라 함), 및 전면 기판(30)과 후면 기판(40) 사이에 위치하는 밀봉 부재(50)를 포함한다.
광 투과성 전면 기판(30)은 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(30)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
밀봉 부재(50)는 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 양면 수광형 태양전지(10)를 충격으로부터 보호하기 위한 것으로, 본 실시예에서 밀봉 부재(50)는 양면 수광형 태양전지(10)와 전면 기판(30) 사이에 위치하는 제1 밀봉재(51)와, 양면 수광형 태양전지(10)와 후면 기판(40) 사이에 위치하는 제2 밀봉재(53) 및 제3 밀봉재(55)를 포함한다.
이러한 구성의 밀봉 부재(50)에 있어서, 제1 밀봉재(51)는 광 투과 성능을 갖고, 제2 밀봉재(53)는 광 확산 성능을 가지며, 제3 밀봉재(55)는 광 반사 성능을 갖는다.
한 실시예에서, 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)는 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재질의 고분자 수지로 각각 형성된다.
이 경우, 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)는 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 80% 이상인 실리콘 수지(silicone resin) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA: Ethylene vinyl acetate)로 형성될 수 있다.
제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)가 실리콘 수지로 형성되는 경우, 상기 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)과 같은 실록산으로 이루어질 수 있다.
제2 밀봉재(53)는 태양전지(10)의 제2 면과 직접 접촉하며, 태양전지(10)들의 사이 공간에서 제1 밀봉재(51)와 직접 접촉한다.
그리고 제3 밀봉재(55)는 제2 밀봉재(53)와 후면 기판(40) 사이에 위치한다.
제2 밀봉재(53)가 광 확산 성능을 갖도록 하기 위해, 제2 밀봉재(53)는 나노 크기, 예를 들어 0.1㎚ 내지 10㎚의 입경을 갖는 복수의 확산 입자(P1)가 내부에 분산된 고분자 수지 조성물, 예컨대 에틸렌 비닐 아세테이트로 형성될 수 있다.
제2 밀봉재(53)의 확산 성능을 효과적으로 얻기 위해, 확산 입자(P1)는 조성물의 총 중량%에 대해 0.001 중량% 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
확산 입자(P1)는 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2o3), 산화마그네슘(MgO), 이산화티탄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화아연(ZnO), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화안티몬(Sb2O5), 황화아연(ZnS) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 이산화규소로 형성된다.
제2 밀봉재(153)를 구성함에 있어서, 확산시키고자 하는 파장대역에 따라 확산 입자(P1)의 입경을 조절할 수 있다. 이때, 확산 입자(P1)의 입경은 확산시키고자 하는 파장의 대략 0.5배 정도로 선택할 수 있다.
이러한 구성의 제2 밀봉재(153)에 따르면, 제3 밀봉재(55)와 제2 밀봉재(53)의 계면, 즉 제3 밀봉재(55)의 반사면에서 반사된 빛 중에서 확산 입자(P1)에 입사되는 빛은 상기 확산 입자(P1)에 의해 확산된다.
그리고 제3 밀봉재(55)와 제2 밀봉재(53)의 계면에서 반사된 빛 중에서 제1 밀봉재(51)에 도달할 때까지 확산 입자(P1)에 입사되지 않고 제2 밀봉재(53)를 통과하는 빛은 제1 밀봉재(51)를 통해 전면 기판(30)으로 입사된다.
이와 같이, 제3 밀봉재(55)와 제2 밀봉재(53)의 계면에서 반사된 빛 중에서 일부 빛은 제1 밀봉재(51)를 통해 전면 기판(30)으로 입사되지만, 상기 반사 빛 중에서 나머지 대부분의 빛은 제2 밀봉재(53)에 분산된 확산 입자(P1)에 의해 확산된다.
따라서, 제2 밀봉재(53)는 제3 밀봉재(55)와 제2 밀봉재(53)의 계면에서 반사된 빛 중에서 일부의 빛은 투과시키고 나머지의 빛은 확산시키는 광 확산 성능을 갖는다.
제3 밀봉재(55)가 광 반사 성능을 갖도록 하기 위해, 제3 밀봉재(55)의 한쪽 면, 예컨대 제2 밀봉재(53)와 접하는 광 반사면에는 제2 밀봉재(53)의 내부에 분산된 확산 입자(P1)보다 큰 입경, 바람직하게는 0.5㎛ 이상의 입경을 갖는 복수의 입자가 위치할 수 있다.
예컨대, 제3 밀봉재(55)에 구비된 복수의 입자는 이산화규소(SiO2), 알루미나(Al2o3), 산화마그네슘(MgO), 이산화티탄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화아연(ZnO), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO2), 산화안티몬(Sb2O5), 황화아연(ZnS) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 복수의 이산화티탄(TiO2) 입자(P2)일 수 있다.
복수의 이산화티탄 입자(P2)는 제3 밀봉재(55)의 한쪽 면에 코팅될 수도 있지만, 제2 밀봉재(53)와 접하는 면에 상기 이산화티탄 입자(P2)를 코팅하는 대신에 제3 밀봉재(55)의 색상을 백색으로 형성하는 것도 가능하다.
이러한 구성의 제3 밀봉재(55)는 제2 밀봉재(53)와 접하는 면이 광 반사면으로 형성된다.
위에서는 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)가 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재질의 고분자 수지, 예컨대 에틸렌 비닐 아세테이트 또는 실리콘 수지로 형성되는 것을 예로 들어 설명하였다.
이때, 제3 밀봉재(55)는 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)와 동일한 재질의 고분자 수지로 형성되거나, 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)와 다른 재질의 고분자 수지로 형성될 수 있다.
일례로, 제3 밀봉재(55)는 에틸렌 비닐 아세테이트, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄(PVB), 에폭시(Epoxy) 또는 아크릴(Acryl) 중에서 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)를 형성하는 고분자 수지를 제외한 다른 하나의 고분자 수지로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 밀봉재(51)는 제1 두께(T1)로 형성되고, 제2 밀봉재(53)는 제2 두께(T2)로 형성되며, 제3 밀봉재(55)는 제3 두께(T3)로 형성된다.
이때, 제2 밀봉재(53)의 제2 두께(T2)는 제1 밀봉재(51)의 제1 두께(T1)보다 얇게 형성되며, 제2 밀봉재(53)의 제2 두께(T2)와 제3 밀봉재(55)의 제3 두께(T3)를 합한 두께(T2+T3)는 제1 밀봉재(51)의 제1 두께(T1)와 실질적으로 동일하게 형성되거나, 제1 밀봉재(51)의 제1 두께(T1)보다 두껍게 형성될 수 있다.
한 예로, 제2 밀봉재(53)의 제2 두께(T2)와 제3 밀봉재(55)의 제3 두께(T3)는 0.1㎜ 내지 0.6㎜의 범위로 각각 형성될 수 있다. 이때, 제2 밀봉재(53)의 제2 두께(T2)와 제3 밀봉재(55)의 제3 두께(T3)는 서로 동일하게 형성될 수 있지만, 서로 다르게 형성될 수도 있다.
그리고 제1 밀봉재(53)의 제1 두께(T1)는 0.2㎜ 내지 1.2㎜의 범위로 형성될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 전면 기판(30)과 제1 밀봉재(51)의 계면, 즉 전면 기판(30)의 내면으로부터 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면, 즉 제3 밀봉재(55)의 광 반사면까지의 거리(D1)가 전면 기판(30)의 내면으로부터 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)의 계면까지의 거리(D2)의 2배 미만으로 형성된다.
따라서, 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈에서는 전면 기판의 내면으로부터 후면 기판의 광 반사면, 즉 후면 기판의 내면까지의 거리가 빛의 경로가 되는데 반하여, 본 실시예에서는 전면 기판(30)의 내면으로부터 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면까지의 거리가 빛의 경로가 되므로, 본 실시예의 양면 수광형 태양전지 모듈의 빛의 경로는 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈의 빛의 경로에 비해 감소하므로, 빛이 밀봉재를 투과하는 동안 발생하는 손실이 감소한다.
그리고 제3 밀봉재(55)의 광 반사면에서 반사된 빛이 제2 밀봉재(53)의 내부에 분산된 확산 입자(P1)에 의해 반사된 후 태양전지(10)의 후면에 입사되므로, 확산 입자(P1)가 없는 경우에 비해 빛의 경로가 더욱 감소한다.
제2 밀봉재(53)의 광 확산 성능과 제3 밀봉재(55)의 광 반사 성능을 효과적으로 얻기 위해, 제2 밀봉재(53)의 크기(W1)는 제3 밀봉재(55)의 크기(W2)와 동일하게 형성된다.
그리고 도시하지는 않았지만, 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면을 요철이 형성된 울퉁불퉁한 표면으로 형성하여, 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면에서 빛이 난반사되도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 광 확산성의 제2 밀봉재(53)와 광 반사성의 제3 밀봉재(55)를 구비하면, 후면 기판을 저렴하게 구성할 수 있어 태양전지 모듈의 재료비를 절감할 수 있다.
즉, 태양전지 모듈에 입사된 빛을 반사하기 위한 광 반사면이 제3 밀봉재에 구비되어 있으므로, 후면 기판(40)은 50㎛ 내지 400㎛의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 단일층으로 형성하거나, 상기 단일층의 한쪽 면에 자외선 차단 코팅막을 형성한 저렴한 구조로 구성할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지에 대해 설명한다.
양면 수광형 태양전지(10)는 기판(110), 기판(110)의 제1 면, 예컨대 빛이 입사되는 면에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120) 위에 위치하는 제1 전극부(130), 제1 전극부(130)가 위치하지 않는 에미터부(120) 위에 위치하는 제1 유전층(140), 수광면의 반대쪽 면, 즉 기판(110)의 제2 면에 위치하는 제2 전극부(150)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체 기판이다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다. 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유한다
기판(110)의 표면은 복수의 요철을 갖는 텍스처링(texturing) 표면으로 형성될 수 있다.
기판(110)의 표면이 텍스처링 표면으로 형성되면 기판(110)의 수광면에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 이루어져 태양전지의 내부에 빛이 갇히게 되어 빛의 흡수율이 증가된다.
따라서, 태양전지의 효율이 향상된다. 이에 더하여, 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, n형의 도전성 타입을 구비하고 있는 불순물이 도핑(doping)된 영역으로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 반도체 내부의 전자가 에너지를 받으면 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)이 p형이고 에미터부(120)가 n형일 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
이와는 반대로, 기판(110)은 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
에미터부(120)는 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우 에미터부(120)는 p형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(110)의 에미터부(120) 위에는 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 또는 이산화티탄(TiO2) 등으로 이루어진 막(layer)을 적어도 1층 이상 포함하는 제1 유전층(140)이 형성되어 있다.
제1 유전층(140)은 태양전지(10)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(10)의 효율을 높이는 반사방지막의 기능을 수행할 수 있다.
이와는 달리, 제1 유전층(140)은 패시베이션막의 기능을 수행할 수도 있으며, 필요에 따라 반사방지막 및 패시베이션막의 기능을 동시에 수행할 수도 있다.
제1 전극부(130)는 제1 방향(X-X')으로 연장된 복수의 제1 핑거 전극(131)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y-Y')으로 연장된 복수의 제1 버스바 전극(133)을 포함한다.
제1 핑거 전극(131)은 라인 형상으로 형성되며, 에미터부(120) 위에 형성되어 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되고, 인접하는 제1 핑거 전극(131)과 서로 이격된 상태로 어느 한 방향으로 형성된다.
그리고 제1 버스바 전극(133)은 제1 핑거 전극(131)보다 큰 폭으로 형성되며, 인접한 제1 핑거 전극(131)들을 물리적 및 전기적으로 연결하고, 에미터부(120)와 물리적 및 전기적으로 연결된다.
각각의 제1 핑거 전극(131) 및 각각의 제1 버스바 전극(133)은 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다.
복수의 제1 핑거 전극(131) 및 복수의 제1 버스바 전극(133)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질은 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 금속 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 제1 핑거 전극(131) 및 제1 버스바 전극(133)은 납(Pb)을 포함하는 은(Ag) 페이스트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 핑거 전극(131) 및 제1 버스바 전극(133)은 스크린 인쇄 공정을 이용하여 은 페이스트를 제1 유전층(140) 위에 그리드 패턴(grid pattern)으로 도포하고, 기판(110)을 약 750℃ 내지 800℃의 온도에서 소성(firing)하는 과정에서 에미터부(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 전술한 전기적 연결은 소성 과정에서 은(Ag) 페이스트에 포함된 납 성분이 제1 유전층(140)을 식각하여 은(Ag) 입자가 에미터부(120)와 접촉하는 것에 따라 이루어진다.
기판(110)의 제2 면에는 제2 유전층(170)이 형성되고, 제2 유전층(170)이 위치하지 않는 영역의 제2 면에는 제2 전극부(150)가 형성된다.
본 실시예에서, 제2 전극부(150)는 복수의 제2 핑거 전극(151) 및 복수의 제2 버스바 전극(153)을 포함한다.
복수의 제2 핑거 전극(151)은 제1 핑거 전극(131)과 마찬가지로 제1 방향(X-X')으로 연장된 라인 형상으로 형성되며, 인접한 제2 핑거 전극(151)들과 소정의 간격을 두고 서로 이격된다.
그리고 복수의 제2 버스바 전극(153)은 제1 버스바 전극(133)과 마주하는 위치에서 제2 방향으로 연장되며, 인접한 제2 핑거 전극(151)들을 물리적 및 전기적으로 연결한다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지(10)에 있어서, 기판(110)의 제1 면을 통해 입사되는 빛의 양이 제2 면을 통해 입사되는 빛의 양에 비해 많으므로, 제2 면에는 제1 핑거 전극(131)들에 비해 많은 개수의 제2 핑거 전극(151)들이 형성될 수 있다.
이 경우, 제2 핑거 전극(151)간의 간격, 즉 피치(pitch)는 제1 핑거 전극(131)간의 간격보다 작을 수 있다.
그리고 기판(110)의 후면에는 제2 전극부(150)가 형성된 영역에 국부적(locally) 또는 부분적(partially)으로 후면 전계(back surface field, BSF)부 (160)가 형성된다.
여기에서, 후면 전계부가 국부적 또는 부분적으로 형성된다는 것은 기판(110)의 후면 전체에 후면 전계부가 형성되지 않는 것을 의미한다. 따라서, 인접한 후면 전계부(160)들 사이에는 기판(110)이 위치한다.
후면 전계부(160)는 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, p+ 영역이다.
이러한 후면 전계부(160)는 기판(110)의 후면부 쪽에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것을 감소시킨다.
각각의 제2 핑거 전극(151) 및 각각의 제2 버스바 전극(153)은 후면 전계부(160) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 전자를 수집한다. 이를 위해, 제2 핑거 전극(151) 및 제2 버스바 전극(153)은 후면 전계부(160)와 전기적 및 물리적으로 연결된다.
복수의 제2 핑거 전극(151) 및 복수의 제2 버스바 전극(153)은 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어져 있고, 이들 도전성 물질은 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 금속 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 제2 핑거 전극(151) 및 제2 버스바 전극(153)은 납(Pb)을 포함하는 은(Ag) 페이스트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제2 핑거 전극(151) 및 제2 버스바 전극(153)은 스크린 인쇄 공정을 이용하여 은 페이스트를 제2 유전층(170) 위에 그리드 패턴(grid pattern)으로 도포하고, 기판(110)을 약 750℃ 내지 800℃의 온도에서 소성(firing)하는 과정에서 후면 전계부(160)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 전술한 전기적 연결은 소성 과정에서 은(Ag) 페이스트에 포함된 납 성분이 제2 유전층(170)을 식각하여 은(Ag) 입자가 후면 전계부(160)와 접촉하는 것에 따라 이루어진다.
이상에서는 제1 전극부(130) 및 제2 전극부(150)가 각각 도전성 입자를 포함하는 도전성 페이스트를 도포 및 소성하여 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 제1 전극부(130) 및 제2 전극부(150)는 도금법에 의해 형성될 수도 있다.
그리고 제1 전극부(130) 및 제2 전극부(150) 중 적어도 하나는 버스바 전극을 구비하지 않는 논-버스 구조로 형성될 수 있다.
논-버스 구조의 전극부는 핑거 전극들을 물리적 및 전기적으로 연결하는 버스바 전극이 없으므로, 핑거 전극들이 인터커넥터(20)와 에미터부(120) 또는 인터커넥터와 후면전계부(160)에 의해서만 전기적으로 연결된다.
한편, 도 4에 도시한 도면부호 60은 인터커넥터(20)와 버스바 전극(133, 153)을 접합하기 위한 것으로, 도전성 접착 필름(60)은 수지 내에 복수의 도전성 입자가 분산된 필름 형상으로 형성된다.
수지는 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.
수지는 열 경화성 수지 이외의 임의 성분으로서, 공지의 경화제 및 경화 촉진제를 함유할 수 있다.
예를 들면, 수지는 버스바 전극(133, 153)와 인터커넥터(20)의 접착성을 향상시키기 위해 실란(silane)계 커플링(coupling)제, 티타네이트(titanate)계 커플링제, 알루미네이트(aluminate)계 커플링제 등의 개질 재료를 함유할 수 있으며, 도전성 입자의 분산성을 향상시키기 위해 인산 칼슘이나 탄산칼슘 등의 분산제를 함유할 수 있다. 또한 수지는 탄성률을 제어하기 위해 아크릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 등의 고무 성분을 함유할 수 있다.
그리고 도전성 입자는 도전성을 갖는 것이라면 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 도전성 입자는 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 포함할 수 있으며, 금속 입자만으로 이루어지거나, 금속 피복 수지 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 구성의 도전성 접착 필름(60)은 박리 필름을 더 포함할 수 있다.
도전성 입자의 압축 응력을 완화하고 접속 신뢰성을 향상시키기 위해서는 도전성 입자로 금속 피복 수지 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
분산성을 향상시키기 위해 도전성 입자는 2㎛ 내지 30㎛의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
수지가 경화한 뒤의 접속 신뢰성 측면에서, 수지 내에 분산되는 도전성 입자의 배합량은 도전성 접착 필름(60)의 전체 체적에 대하여 0.5 체적% 내지 20 체적%로 하는 것이 바람직하다.
도전성 입자의 배합량이 0.5 체적% 미만이면 버스바 전극(133, 153)과의 물리적인 접점이 감소하므로 전류 흐름이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 배합량이 20 체적%를 초과하면 수지의 상대적 양이 감소하여 접착 강도가 저하될 수 있다.
도전성 접착 필름(60)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, 가열 온도는 수지가 경화되는 온도 범위, 예컨대 150℃ 내지 180℃의 범위로 설정할 수 있고, 가압 압력은 버스바 전극(133, 153), 도전성 접착 필름(60) 및 인터커넥터(20)가 상호간에 충분히 밀착되는 범위로 설정할 수 있다. 또한 가열 및 가압 시간은 버스바 전극(133, 153) 및 인터커넥터(20) 등이 열로 인한 손상 또는 변질되지 않는 범위로 설정할 수 있다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지(10)는 기판의 제1 면 및 제2 면을 통해 빛이 각각 입사된다.
이하, 도 3을 참조하여 태양전지에 입사되는 빛의 경로에 대해 설명한다.
전면 기판(30)과 제1 밀봉재(51)의 굴절률이 유사하여 전면 기판(30)과 제1 밀봉재(51)의 계면에서 발생하는 빛의 손실이 없다고 가정할 때, 제2 밀봉재(53)의 내부에 확산 입자가 분산되지 않은 경우에는 태양전지(10)들의 사이 공간을 통해 입사된 빛이 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면에서 반사된 후 도 3에서 점선으로 도시한 화살표 방향을 따라 제2 밀봉재(53), 제1 밀봉재(51) 및 전면 기판(30)을 순차적으로 통과하고, 전면 기판(30)의 상부 표면에서 반사되어 전면 기판(30) 및 제1 밀봉재(51)를 순차적으로 통과한 후 태양전지(10)의 제1 면에 입사된다.
따라서, 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)를 통과하면서 빛의 일부가 흡수되므로, 태양전지(10)에 입사되는 빛의 양, 특히 태양전지(10)의 제1 면에 입사되는 빛의 양이 감소한다.
그러나 본 발명의 실시예에 따르면, 광 반사성의 제3 밀봉재(55)가 태양전지(10)의 후면과 인접한 위치에 배치되어 있고, 내부에 확산 입자(P1)가 분산된 제2 밀봉재(53)가 광 반사성의 제3 밀봉재(55)와 인접하여 배치되어 있으므로, 제3 밀봉재(55)의 광 반사면, 예컨대 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면에서 반사된 빛 중에서 적어도 일부의 빛은 확산 입자(P1)에 의해 여러 경로의 빛(①, ②, ③)으로 확산된 후 제2 밀봉재(53)와 제3 밀봉재(55)의 계면에서 다시 반사되어 태양전지(10)의 후면에 입사된다.
따라서, 제3 밀봉재(55)의 광 반사면에서 반사된 후 태양전지(10)에 입사되기까지의 빛의 경로가 점선 화살표로 도시한 경로에 비해 매우 짧으므로, 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)에서 흡수되는 빛의 양을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 태양전지(10)에 입사되는 빛의 양이 증가하여 양면 수광형 태양전지 모듈의 후면 출력을 증가시킬 수 있다.
또한, 인접한 태양전지(10)의 사이 공간을 통해 후면 기판(40) 쪽으로 입사되는 빛 중에서 일부의 빛은 제3 밀봉재(55)의 광 반사면에 도달하기 전에 확산 입자(P1)에 의해 확산될 수도 있다.
따라서, 인접한 태양전지(10)의 사이 공간을 통해 후면 기판(40) 쪽으로 입사되는 빛의 대부분이 태양전지(10)의 전면 또는 후면에 입사된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 태양전지의 후면과 후면 기판 사이에 위치하는 밀봉재에서의 빛의 흡수 손실을 줄이고 반사되는 빛의 경로를 줄일 수 있으므로, 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈은 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈에 비해 Pmax가 0.5% 내지 2.0% 증가된다.
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 (15)

  1. 복수의 양면 수광형 태양전지들;
    상기 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성의 제1 기판;
    상기 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 제2 기판; 및
    상기 양면 수광형 태양전지와 상기 제1 기판 사이에 위치하는 광 투과성의 제1 밀봉재, 및 상기 양면 수광형 태양전지와 상기 제2 기판 사이에 위치하는 광 확산성의 제2 밀봉재와 광 반사성의 제3 밀봉재를 구비하는 밀봉 부재
    를 포함하며,
    상기 제3 밀봉재는 상기 제2 밀봉재와 상기 제2 기판 사이에 위치하고, 상기 제2 밀봉재는 상기 제3 밀봉재에서 반사된 빛을 확산하는 복수의 확산 입자를 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 밀봉재의 두께는 상기 제1 밀봉재의 두께보다 얇은 양면 수광형 태양전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 밀봉재의 두께 및 상기 제3 밀봉재의 두께를 합한 두께는 상기 제1 밀봉재의 두께 이상인 양면 수광형 태양전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 밀봉재와 상기 제1 기판의 계면으로부터 상기 제2 밀봉재와 상기 제3 밀봉재의 계면까지의 거리는 상기 제1 밀봉재와 상기 제1 기판의 계면으로부터 상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재의 계면까지의 거리의 2배 미만인 양면 수광형 태양전지 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재는 상기 태양전지들의 사이 공간에서 직접 접촉하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재는 동일한 굴절률을 갖는 동일한 재질의 고분자 수지로 각각 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 실리콘 수지(silicone resin)로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 제3 밀봉재는 상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재와 동일한 재질의 고분자 수지로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈
  9. 제7항에서,
    상기 제3 밀봉재는 상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재와 다른 재질의 고분자 수지로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 제3 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄(PVB), 에폭시(Epoxy) 또는 아크릴(Acryl) 중에서 상기 제1 밀봉재 및 상기 제2 밀봉재를 형성하는 고분자 수지를 제외한 다른 하나의 고분자 수지로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  11. 제5항에서,
    상기 복수의 확산 입자는 0.1㎚ 내지 10㎚의 입경을 갖는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 제3 밀봉재는 상기 확산 입자의 입경보다 큰 입경을 갖는 복수의 이산화티탄(TiO2) 입자를 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 이산화티탄 입자는 0.5㎛ 이상의 입경을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈.
  14. 제5항에서,
    상기 제2 밀봉재와 상기 제3 밀봉재의 크기가 서로 동일한 양면 수광형 태양전지 모듈.
  15. 제5항에서,
    상기 제2 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160076813A (ko) * 2014-12-23 2016-07-01 엘지전자 주식회사 태양 전지 모듈
JPWO2016143277A1 (ja) * 2015-03-11 2017-12-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池モジュール

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KR20160076813A (ko) * 2014-12-23 2016-07-01 엘지전자 주식회사 태양 전지 모듈
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