KR20150006944A - 태양전지 모듈 - Google Patents

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KR20150006944A
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solar cells
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유재민
송용
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엘지전자 주식회사
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Abstract

태양전지 모듈은 복수의 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 시트; 및 전면 기판과 후면 시트 사이에 위치하며, 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하며, 후면 시트는 복수의 기공(氣孔)을 갖는 다공성(多孔性) 모재 및 모재의 적어도 한 표면에 형성된 방수 및 통기성 코팅막을 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 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.
태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수 개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재와, 보호 부재와 태양전지 사이에 배치되어 태양전지를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 부식으로 인한 출력 저하를 방지할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 모듈은 복수의 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 시트; 및 전면 기판과 후면 시트 사이에 위치하며, 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하며, 후면 시트는 복수의 기공(氣孔)을 갖는 다공성(多孔性) 모재 및 모재의 적어도 한 표면에 형성된 방수 및 통기성 코팅막을 포함한다.
복수의 기공은 5㎛ 이하의 평균 크기로 형성될 수 있으며, 밀봉 부재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 형성될 수 있다.
모재는 소결된 플라스틱 재료로 제조할 수 있으며, 플라스틱 재료로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 또는 폴리에스테르 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
코팅막은 실리카 졸 및 콜로이드 입자를 포함하는 무기 코팅제로 형성되며, 상기 실리카 졸은 테트라에톡시실란, 산촉매, 콜로이달 실리카, 증류수 및 알코올을 포함할 수 있다.
코팅막은 이산화티타늄 입자 표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합된 형태로 이루어질 수 있다.
일반적으로, 태양전지 모듈의 밀봉 부재로 사용되는 EVA는 후면 시트를 통해 침투한 수분과 반응하여 아세트산(acetic acid)을 발생시키고, 아세트산은 태양전지에 사용된 금속 부분, 예컨대 전극과 인터커넥터를 부식시키게 된다.
따라서, 도 1의 그래프에 도시한 것처럼, 종래의 태양전지 모듈은 사용 시간이 증가할수록 상기 부식으로 인해 태양전지의 성능 저하(degradation)가 발생되는 문제점이 있다.
그러나, 복수의 기공(氣孔)을 갖는 다공성(多孔性) 모재 및 상기 모재의 적어도 한 표면에 형성된 방수 및 통기성 코팅막을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 후면 시트는 EVA에서 생성된 가스화된 아세트산이 기공을 통해 태양전지 모듈의 외부로 배출되고, 방수 및 통기성 코팅막에 의해 후면 시트를 통한 수분 침투가 억제되므로, 부식으로 인한 태양전지의 성능 저하가 방지된다.
도 1은 사용 시간이 경과함에 따른 태양전지 모듈의 성능 저하 현상을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
도면을 참고하면, 태양전지 모듈(100)은 복수의 태양전지(110)들, 인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(120), 태양전지(110)들을 밀봉하는 밀봉 부재(130), 태양전지(110)들의 수광면 쪽으로 밀봉 부재(130) 위에 배치되는 전면 보호 부재(140), 및 수광면 반대 쪽으로 밀봉 부재(130)의 하부에 배치되는 후면 시트(back sheet, 150)를 포함한다.
그리고 태양전지 모듈(100)은 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임(frame, 도시하지 않음) 및 태양전지(110)들에서 생산된 전력을 수집하는 단자함(junction box, 도시하지 않음)을 포함한다.
밀봉 부재(130)는 태양전지(110)들의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(110)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(110)를 충격으로부터 보호한다.
이러한 밀봉 부재(130)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 형성될 수 있다.
밀봉 부재(130)의 상부에 위치하는 전면 보호 부재(140)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 전면 보호 부재(140)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
밀봉 부재(130)의 하부에 위치하는 후면 시트(150)는 태양전지 모듈(100)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 억제하여 태양전지(110)를 외부 환경으로부터 보호하는 작용을 하는 것으로, 본 실시예에서는 복수의 기공(151a)이 형성된 모재(151)와, 모재(151)의 적어도 한쪽 표면, 예를 들어 모재(151)의 후면에 형성된 방수 및 통기성 코팅막(153)을 포함한다.
모재(151)는 소결된 플라스틱 재료로 제조할 수 있으며, 플라스틱 재료로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 또는 폴리에스테르 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
EVA로 제조된 밀봉 부재(130)는 수분과 반응하여 아세트산(acetic acid)을 생성하는데, 아세트산은 태양전지 모듈 내부에서 금속과 반응하여 금속을 부식시킨다.
따라서, 가스화된 아세트산을 태양전지 모듈의 외부로 효과적으로 배출하기 위해, 복수의 기공(151a)은 5㎛ 이하의 평균 크기로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 5㎛의 평균 크기로 형성될 수 있다.
코팅막(153)은 플라즈마 증착 처리에 의해 모재(151) 상에 중합체(폴리실록산)의 층을 증착하는 것에 의해 형성될 수 있다.
이러한 증착은 예를 들면 듀퐁에 의해 제조되고 상표면 Zonyl로 등록된 것과 같은 발수성 및 발유성 불소 중합체를 이용하여 수행될 수 있다.
플라즈마 증착 공정에서, 가스 또는 증기 선구 물질(precursor) 화합물은 아주 낮은 압력(진공 상태)에서 반응 챔버 내에 도입된다.
플라즈마 상태는 전계를 생성함으로써 반응 챔버 내에서 선구 물질을 여기시킴으로써 생성된다.
그 결과, 반응 챔버 내에 도입되는 모재(151)의 표면상에는 매우 얇은 두께의 코팅막(153)이 형성된다.
플라즈마 중합 반응은 전계에 의해 개시 및 수행되어, 반응 챔버 내의 코팅막의 선구 물질이 붕괴된다.
일단 붕괴가 일어나면, 박막을 형성하는 원자 및 분자 반응을 개시하고 돕는 이온 및 반응 종(species)이 형성된다.
플라즈마 중합 반응에 의해 생성되는 코팅막(153)은 여러 가지 모양의 전계 및 다른 반응 변수를 이용하여 생성될 수 있다.
코팅막(153)의 두께는 중합 반응 가능 초기 재료 및 반응 상태를 선택함으로써 제어되며, 여기에서, 반응 상태에는 단량체 증착 시간, 처리 시간, 반응이 수행되는 전기 주파수 및 이용되는 전력 등이 포함된다. 플라즈마 중합 반응은 진공에서 수행될 수 있다.
선구 물질은, 통상적으로 그 순수 상태에서, 예를 들면 아르곤과 같은 중합 반응 불가 불활성 가스를 이용하여 반응되며, 그러한 불활성 가스는 불활성 희석재, 및 선구 물질의 중합 반응을 돕는 캐리어 가스로서 이용된다. 이용될 수 있는 다른 가스는 산소, 헬륨, 질소, 네온, 제논 및 암모니아이다.
선구 물질은 보통의 진공에서 증발될 수 있게 하기에 충분한 증기압을 가져야 한다.
반응 순서는, 일반적으로, 코팅될 모재(151)를 반응 챔버 내에 로딩한 다음, 챔버를 의도된 진공압으로 만듦으로써 시작된다.
플라즈마 생성 방전이 발생되고, 증기화 선구 물질 단량체가 반응 챔버 내에 주입된다. 단량체가 플라즈마의 이온 및 전자와 충돌하면, 단량체가 중합 반응된다.
결과적으로 발생하는 중합체는 챔버 내에서 모재(151)의 표면 상에 증착된다.
다공성, 표면 조직 및 통기성은 반응 상태에 따라 변화될 수 있다.
플라즈마 중합체 반응에서의 중요한 변수는 중합체의 증착 속도이며, 중합체의 증착 속도는 단량체의 유속에 의해 변경될 수 있다.
증착 공정은 증착되는 재료가 의도된 두께에 도달하면 종료된다.
플라즈마 증착 처리와 무관하게, 예를 들면 소결된 폴리에틸렌을 고분자 또는 초고분자 중량 상태에서 처리함으로써 모재(151)의 표면을 소수성으로 만들 수 있다.
이와는 달리, 코팅막(153)은 실리카 졸 및 콜로이드 입자를 포함하는 무기 코팅제로 형성될 수 있으며, 실리카 졸은 테트라에톡시실란, 산촉매, 콜로이달 실리카, 증류수 및 알코올을 포함할 수 있다.
이러한 구성의 코팅막(153)은 테트라에톡시실란 및 산촉매를 포함한 용액에 콜로이달 실리카를 포함한 용액을 첨가하여 실리카 졸을 제조하는 단계, 안티몬 틴 옥사이드 졸을 제조하는 단계, 및 실리카 졸 및 안티몬 틴 옥사이드 졸을 중합하는 단계를 거쳐 제조된 무기 코팅제에 의해 형성될 수 있다.
이때, 실리카 졸은 테트라에톡시실란 및 산촉매를 포함한 용액 3 내지 15중량% 및 콜로이달 실리카를 포함한 용액 85 내지 97중량%를 포함하여 제조할 수 있다.
그리고 테트라에톡시실란 및 산촉매를 포함한 용액은 테트라에톡시실란 50 내지 70중량%, 산촉매 0.5 내지 2중량%, 증류수 15 내지 30중량% 및 알코올 10 내지 22중량%를 혼합하여 제조될 수 있다.
콜로이달 실리카를 포함한 용액은 테트라에톡시실란 및 산촉매를 포함한 용액의 겔화를 방지하기 위해 첨가되는 것으로, 콜로이달 실리카 3 내지 15중량%, 증류수 10 내지 30중량% 및 알코올 55 내지 75중량%를 혼합하여 제조될 수 있다.
안티몬 틴 옥사이드 졸은 안티몬 틴 옥사이드 3 내지 15중량%, 증류수 27 내지 45중량%, 및 알코올 50 내지 70중량%를 혼합하여 제조할 수 있다.
테트라에톡시실란 및 산촉매를 포함한 용액에 위에서 한정한 양으로 콜로이달 실리카 졸이 첨가되는 경우 초친수성을 나타내는 실리카폴리머의 구조를 형성할 수 있으며, 무기 코팅제에 안티몬 틴 옥사이드 졸을 사용함으로써 무기 코팅제의 광 투과성을 향상시킬 수 있다.
그리고 실리카 졸 및 안티몬 틴 옥사이드 졸을 중합할 때에는 실리카 졸 85 내지 92중량% 및 안티몬 틴 옥사이드 졸 8 내지 15중량%를 혼합한 혼합물에 이소프로필알코올과 콜로이달 실리카를 더 첨가하여 산성 용액 내에서 중합할 수 있다.
이소프로필알코올은 실리카 졸 및 안티몬 틴 옥사이드 졸의 혼합물 대비 0.5 내지 3중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이소프로필알코올이 상기 함량으로 포함되는 경우 무기 코팅제를 이용하여 코팅하는 과정에서 용매의 증발 시 코팅면의 실리카 구조를 안정화시키며 코팅면의 평활성을 증대시킬 수 있다.
코팅막(153)의 또 다른 예로, 코팅막(153)은 이산화티타늄 입자 표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합된 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 구성의 코팅막(153)은 티타늄 알콕사이드를 이용하여 아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계, 전이금속이 1 내지 3개 치환된 전이금속 EDTA염을 제조하는 단계, 및 이산화티타늄 입자 표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 하는 단계를 통해 제조할 수 있다.
아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계에서는, 물과 산을 1:0.01-0.1 몰비율로 섞은 후, 티타늄 알콕사이드 0.01-0.1몰을 추가하고 60 내지 80℃의 온도에서 6 내지 8시간 교반하여 티타늄 알콕사이드를 물과 산으로 가수분해 및 해교반응시킴으로써 입자 크기가 1 내지 10㎚인 아나타아제형 이산화티타늄 분산액을 제조할 수 있다.
그리고 전이금속 EDTA염은 에틸렌다이아민테트라아세트산과 전이금속 화합물을 1:0.1-0.75의 몰비율로 물에 녹여 혼합하고 40 내지 60℃의 온도에서 1 내지 10시간 교반하여 제조할 수 있다.
그리고 이산화티타늄 입자 표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 하는 단계에서는, 아나타아제형 이산화티타늄 분산액의 이산화티타늄 표면에 전이금속 EDTA염이 용해된 분산액과 표면이 음으로 대전된 콜로이달 실리카를 30 내지 60℃에서 1 내지 2시간 교반하여 반응시킴으로써, 이산화티타늄 입자 표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합되도록 할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용이 가능한 태양전지의 일례에 대해 설명한다.
태양전지(110)는 기판(111), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(112), 에미터부(112)의 위에 위치하는 제1 반사방지막(114), 제1 반사방지막(114)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(112) 위에 위치한 제1 전극부(113), 기판(111)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(116), 및 후면 전계부(116)의 후면에 위치하는 제2 전극부(115)를 포함한다.
기판(111)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(111)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(111)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(111)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(111)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(111)은 전면(front surface)이 복수의 미세 요철을 포함하는 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성될 수 있다.
기판(111)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(112)는 기판(111)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(111)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(111)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(111)이 n형이고 에미터부(112)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(111) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(112) 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(111)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(112)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(112)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(112)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(111)에 도핑하여 형성할 수 있다.
이와는 달리, 기판(111)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(112)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(111) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(112) 쪽으로 이동한다.
에미터부(112)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(111)에 도핑하여 형성할 수 있다.
도 3은 에미터부(112)의 불순물 도핑 농도가 기판 전면의 전체 영역에 걸쳐 균일한 구조를 도시하고 있지만, 에미터부(112)는 제1 전극부(113)가 위치하는 영역과 나머지 영역의 불순물 도핑 농도가 서로 다른 선택적 구조로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 전극부(113)가 위치하는 영역에는 상대적으로 불순물 도핑 농도가 높은 고농도 불순물부가 위치할 수 있다.
에미터부(112) 위에 형성된 유전층(114)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어지며, 태양전지(110)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(110)의 효율을 높이는 반사 방지막으로 작용할 수 있다. 하지만, 유전층(114)을 복층 구조로 형성하여 상기 유전층(114)이 반사 방지막 기능에 더하여 패시베이션(passivation) 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
유전층(114)은 에미터부(112)의 일부를 노출하는 개구부를 구비하며, 개구부를 통해 노출된 에미터부(112)에는 제1 전극부(113)가 에미터부(112)와 전기적 및 물리적으로 연결된다.
제1 전극부(113)는 제1 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극(113a)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극(113b)을 포함한다. 따라서, 제1 전극부(113)는 그리드 패턴(grid pattern)으로 형성된다.
이러한 제1 전극부(113)는 에미터부(112) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
제1 전극부(113)는 은(Ag)/알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트를 도 3에 도시한 그리드 패턴으로 유전층(114) 위에 도포한 후, 이를 소성하는 과정에서 에미터부(112)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
상기한 소성 과정에서 제1 전극부(113)가 에미터부(112)와 전기적 및 물리적으로 연결되도록 하기 위해, 제1 전극부(113)를 형성하는 도전성 페이스트는 산화납(PbO)을 구비한 글라스 프릿(glass frit)을 포함할 수 있다.
이와는 달리, 제1 전극부(113)는 도금 공정에 의해 형성될 수도 있다. 도금 공정에 의해 형성된 제1 전극부(113)는 에미터부(112) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층, 확산 방지층 및 도전층을 포함할 수 있다.
이때, 금속 시드층은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2 등을 포함)로 형성될 수 있다.
그리고 금속 시드층 위에 형성되는 확산방지층은 도전층을 형성하는 물질이 금속 시드층을 통해 실리콘 계면으로 확산됨으로 인해 정션 디그라데이션(junction degradation)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 니켈을 포함할 수 있다.
그리고 확산방지층 위에 형성되는 도전층은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함할 수 있으며, 이들 도전성 금속 물질로는 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 물질이 사용될 수 있다.
기판(111)의 후면에 위치하는 제2 전극부(115)은 기판(111) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
본 실시예에서, 제2 전극부(115)는 제1 전극부(113)의 버스바 전극(113b)과 마주하는 위치에 형성된 버스바 전극(115b)과, 버스바 전극(115b)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮는 시트 전극(115a, sheet electrode)으로 구성된다.
하지만, 제2 전극부(115)는 위에서 설명한 구조 외에도 다양한 구조로 형성될 수 있다.
제2 전극부(115)의 버스바 전극(115b)은 은(Ag)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있고, 제2 전극부(115)의 시트 전극(115a)은 알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
이 경우, 버스바 전극(115b)을 형성하기 위한 도전성 페이스트와 시트 전극(115a)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는 제1 전극부(113)를 형성하기 위한 도전성 페이스트와는 달리 글라스 프릿을 포함하지 않을 수 있다.
제2 전극부(115)이 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(116)는 기판(111)의 후면 전체에 위치하며, 기판(111)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(111)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
후면 전계부(116)는 기판(111)의 후면 전체에 형성되는 대신에 제2 전극부(115)가 형성된 영역에만 국부적으로(locally) 형성될 수도 있으며, 선택적 에미터부와 유사하게 불순물 농도가 서로 다른 고농도 전계부와 저농도 전계부를 포함하는 선택적 구조로 형성될 수도 있다.
후면 전계부(116)가 선택적 구조로 형성된 경우, 고농도 전계부는 제2 전극부(115)가 형성된 영역에 위치하고, 저농도 전계부는 나머지 영역에 위치할 수 있다.
후면 전계부(116)는 기판(111)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(111) 후면 쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(111)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
이러한 구성의 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(112)를 통해 기판(111)으로 입사되면, 기판(111)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(111)의 전면(front surface)이 텍스처링 표면으로 형성된 경우, 기판(111)의 전면(front surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 유전층(114)에 의해 기판(111)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(111)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(111)과 에미터부(112)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(111) 쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(112) 쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(111) 쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(116)를 통해 제2 전극부(115)으로 이동하고, 에미터부(112) 쪽으로 이동한 정공은 제1 전극부(113)로 이동한다.
따라서, 서로 인접한 2개의 태양전지 중 어느 한 태양전지의 제1 전극부(113)와 인접한 태양전지의 제2 전극부(115)를 인터커넥터 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이상에서는 제1 전극부(113)가 기판(111)의 전면에 위치하고 제2 전극부(115)가 기판(111)의 후면에 위치하는 구조의 태양전지에 대해 설명하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에는 제1 전극부 및 제2 전극부가 기판의 후면에 함께 위치하는 후면 접합형 태양전지도 사용될 수 있다.
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.
110: 태양전지 120: 인터커넥터
130: 밀봉 부재 140: 전면 보호 부재
150: 후면 시트 151: 모재
153: 방수 및 통기성 코팅막

Claims (7)

  1. 복수의 태양전지들;
    상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판;
    상기 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 시트; 및
    상기 전면 기판과 상기 후면 시트 사이에 위치하며, 상기 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재
    를 포함하며,
    상기 후면 시트는 복수의 기공(氣孔)을 갖는 다공성(多孔性) 모재 및 상기 모재의 적어도 한 표면에 형성된 방수 및 통기성 코팅막을 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 기공은 5㎛ 이하의 평균 크기로 형성되는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 형성되는 태양전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 모재는 소결된 플라스틱 재료로 형성되는 태양전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 플라스틱 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 또는 폴리에스테르 중 적어도 어느 하나인 태양전지 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 코팅막은 실리카 졸 및 콜로이드 입자를 포함하는 무기 코팅제로 형성되며, 상기 실리카 졸은 테트라에톡시실란, 산촉매, 콜로이달 실리카, 증류수 및 알코올을 포함하는 태양전지 모듈.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 코팅막은 이산화티타늄 입자 표면에 전이금속과 콜로이달 실리카가 결합된 형태로 이루어지는 태양전지 모듈.
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