KR20150086119A - 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지; 및 제1 태양 전지의 제1 전극과 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 인터커넥터;를 포함하고, 인터커넥터는 서로의 일면이 접착되는 복수의 커넥터를 포함하고, 서로 접착된 복수의 커넥터 끝단 사이에 제1 전극 또는 제2 전극이 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지; 및 제1 태양 전지의 제1 전극과 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 인터커넥터;를 포함하고, 인터커넥터는 서로의 일면이 접착되는 복수의 커넥터를 포함하고, 서로 접착된 복수의 커넥터 끝단 사이에 제1 전극 또는 제2 전극이 전기적으로 연결된다.
Description
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
특히, 태양전지의 효율을 높이기 위해 실리콘 기판의 수광면에 전극을 형성하지 않고, 실리콘 기판의 이면 만으로 n 전극 및 p 전극을 형성한 이면 전극 형 태양 전지 셀에 대한 연구 개발이 진행되고 있다. 이와 같은 이면 전극 형 태양전지 셀을 복수개 연결하여 전기적으로 접속하는 모듈화 기술도 진행되고 있다.
상기 모듈과 기술에는 복수 개의 태양전지 셀을 금속 인터커넥터로 전기적으로 연결하는 방법과, 미리 배선이 형성된 배선기판을 이용해 전기적으로 연결하는 방법이 대표적이다.
본 발명은 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례는 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지; 및 제1 태양 전지의 제1 전극과 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 인터커넥터;를 포함하고, 인터커넥터는 서로의 일면이 접착되는 복수의 커넥터를 포함하고, 서로 접착된 복수의 커넥터 끝단 사이에 제1 전극 또는 제2 전극이 전기적으로 연결된다.
이와 같은 인터커넥터는 반도체 기판 사이에서 입사면 방향에 위치하는 제1 커넥터;와 제1 커넥터의 후면에 접착되는 제2 커넥터;를 포함할 수 있다.
이때, 제1 커넥터 및 제2 커넥터 중 적어도 하나에서 중앙 부분과 끝단 사이에는 단차가 형성될 수 있으며, 제1 커넥터 및 제2 커넥터 중 적어도 하나는 중앙 부분의 두께가 제1 커넥터 및 제2 커넥터 중 적어도 하나의 양끝단의 두께보다 두꺼울 수 있다.
아울러, 제1 커넥터와 제2 커넥터 각각은 도전성 재질의 금속층과 금속층의 표면에 코팅되는 산화 방지막을 포함하고, 여기서, 금속층을 구리를 포함하고, 산화 방지막은 주석(Sn)을 포함할 수 있다.
제1 전극 및 제2 전극 각각에 접속되어, 각각의 끝단이 반도체 기판의 평면 밖으로 인출되는 제1 보조 전극과 제2 보조 전극을 더 포함하고, 반도체 기판의 평면 밖으로 인출되는 제1, 2 보조 전극의 끝단은 서로 접착되는 제1, 2 커넥터 끝단 사이에 맞물려 접속될 수 있다.
이때, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지 각각에서 제1 보조 전극 및 제2 보조 전극 각각의 끝단은 반도체 기판과의 거리가 멀어지는 방향으로 벤딩(bending)될 수 있으며, 이때, 인터커넥터는 제1 보조 전극 및 제2 보조 전극 각각의 벤딩된 끝단에 직접 접속될 수 있다.
아울러, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지 각각에서 제1 보조 전극은 제1 전극과 접속되는 복수 개의 제1 접속부와 일단이 복수 개의 제1 접속부의 끝단에 연결되는 제1 패드부를 포함하고, 제2 보조 전극은 제2 전극과 접속되는 복수 개의 제2 접속부와 일단이 복수 개의 제2 접속부의 끝단에 연결되는 제2 패드부를 포함할 수 있다.
이때, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지 각각에서 제1 패드부와 제2 패드부 각각은 반도체 기판 밖으로 노출되는 노출 영역을 포함하고, 인터커넥터의 끝단은 노출 영역에 접속될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인터커넥터에서, 제1 커넥터 및 제2 커넥터 중 어느 하나는 적어도 하나의 돌출핀을 포함하고, 제1 커넥터 및 제2 커넥터 중 나머지 하나는 적어도 하나의 돌출핀이 삽입되는 적어도 하나의 함몰홈을 포함할 수 있다.
아울러, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지 각각에서 제1 패드부와 제2 패드부는 적어도 하나의 관통홀이 형성될 수 있다.
이때, 적어도 하나의 돌출핀은 적어도 하나의 관통홀을 통과하여 적어도 하나의 함몰홈에 삽입될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 인터커넥터를 태양 전지에 접속시킬 때에 별도의 도전성 접착제를 사용하지 않고, 인터커넥터를 태양 전지의 보조 전극에 직접 접속되도록 함으로써, 태양 전지에 대한 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있고, 제조 공정을 보다 단순화할 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 1b는 도 1a에 적용된 태양 전지와 다른 구조의 태양 전지가 적용된 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 2은 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 인터커넥터(IC)를 접속시키는 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 도 1b에 도시된 따른 태양 전지 모듈에서 인터커넥터의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 도 1a 및 도 1b에 적용 가능한 인터커넥터(IC)의 다른 예를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 보조 전극이 벤딩된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 형성된 경우, 인터커넥터(IC)가 접속된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 태양 전지 모듈에 적용되는 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 10은 도 9에 도시된 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 서로 접속된 상태를 설명하기 위한 도이다.
도 11a는 도 10에서 11a-11a 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 11b는 도 10에서 11b-11b 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 11c는 도 10에서 11c-11c 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 1b는 도 1a에 적용된 태양 전지와 다른 구조의 태양 전지가 적용된 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 2은 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 인터커넥터(IC)를 접속시키는 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 도 1b에 도시된 따른 태양 전지 모듈에서 인터커넥터의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 도 1a 및 도 1b에 적용 가능한 인터커넥터(IC)의 다른 예를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 보조 전극이 벤딩된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 형성된 경우, 인터커넥터(IC)가 접속된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 태양 전지 모듈에 적용되는 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 10은 도 9에 도시된 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 서로 접속된 상태를 설명하기 위한 도이다.
도 11a는 도 10에서 11a-11a 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 11b는 도 10에서 11b-11b 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 11c는 도 10에서 11c-11c 라인의 단면을 도시한 것이다.
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 다양한 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 부여하였다.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판의 일면 또는 전면 유리 기판의 일면 일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판 및 전면 유리 기판의 일면의 반대면일 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 일례를 설명하기 위한 도이고, 여기서, 도 1a의 (a)는 태양 전지 모듈의 일례에 따른 단면도이고, 도 1a의 (b)는 일례에 따른 태양 전지 모듈의 후면 모습이다.
도 1a의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 제1 태양 전지(CE1)와 제2 태양 전지(CE2) 및 인터커넥터(IC)를 포함한다.
여기서, 제1 태양 전지(CE1)와 제2 태양 전지(CE2) 각각은 반도체 기판(110), 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)을 포함할 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)은 적어도 p-n 접합이 형성되어 입사되는 빛을 전기로 변환하는 웨이퍼(wafer) 형태일 수 있고, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)은 반도체 기판(110)의 후면에 서로 이격되어 형성될 수 있다.
여기서, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)은 도 1a의 (b)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면 상에 서로 이격되어 형성될 수 있다.
여기서, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 각각은 도 1a의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수 개의 핑거 부분(C141F, C142F)과 패드 부분(C141P, C142P)을 포함할 수 있다. 복수 개의 핑거 부분(C141F, C142F)은 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 있으며, 각각의 폭이 상대적으로 좁으며, 패드 부분(C141P, C142P)은 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있어, 복수 개의 핑거 부분(C141F, C142F)에 공통으로 연결되며, 상대적으로 큰 폭을 가져 인터커넥터(IC)가 접속될 수 있다.
인터커넥터(IC)는 제1 태양 전지(CE1)와 제2 태양 전지(CE2)를 서로 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
이와 같은 인터커넥터(IC)는 서로의 일면이 접착되는 복수의 커넥터(IC1, IC2)를 포함하고, 이와 같이 서로 접착된 복수의 커넥터(IC1, IC2) 끝단 사이에 제1 전극(C141) 또는 제2 전극(C142)이 전기적으로 연결되어 형성될 수 있다.
여기서, 복수의 커넥터(IC1, IC2)는 입사면 방향에 위치하는 제1 커넥터(IC1)와 제1 커넥터(IC1)의 후면에 접착되는 제2 커넥터(IC2)를 포함할 수 있다.
여기서, 일례로, 제1 커넥터(IC1)의 일면에는 돌출부가 형성되고, 제2 커넥터(IC2)의 일면에는 함몰부가 형성될 수 있다.
따라서, 인터커넥터(IC)는 예를 들어, 제1 커넥터(IC1)의 일면에 형성된 돌출부가 제2 커넥터(IC2)의 일면에 형성된 함몰부에 삽입 체결되어, 복수의 커넥터(IC1, IC2) 일면이 서로 접착될 수 있다.
이때, 제1 태양 전지(CE1)와 제2 태양 전지(CE2)는 인터커넥터(IC)에 의해 연결되어 제1 방향(x)으로 배열될 수 있다.
이때, 반도체 기판(110)과 제1 전극(C141), 또는 반도체 기판(110)과 제2 전극(C142) 각각의 끝단은 인터커넥터(IC)의 끝단에 물리적으로 맞물려 접속될 수 있다. 즉 반도체 기판(110)과 제1 전극(C141), 또는 반도체 기판(110)과 제2 전극(C142) 각각의 끝단은 인터커넥터(IC)의 끝단 내부로 일부가 중첩되면서 삽입된 구조를 가질 수 있다.
따라서, 제1 전극(C141) 또는 제2 전극(C142) 각각의 끝단은 제2 커넥터(IC2) 끝단에 덮힐 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110)의 전면 일부는 제2 커넥터(IC2) 끝단에 중첩되어 접속될 수 있다.
따라서, 반도체 기판(110)과 인터커넥터(IC) 사이의 단락을 방지하기 위해, 제2 커넥터(IC2)만 도전성 재질로 형성되고, 제1 커넥터(IC1)는 투명한 절연성 재질로 형성될 수 있다.
그러나, 이와 다르게, 제1, 2 커넥터(IC1, IC2) 모두 도전성 재질로 형성되는 것도 가능하다. 이와 같은 경우, 제1 커넥터(IC1)와 반도체 기판(110) 사이에 별도의 절연성 물질이 형성될 수 있다.
도 1b는 도 1a에 적용된 태양 전지와 다른 구조의 태양 전지가 적용된 태양 전지 모듈의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다. 도 1b의 (a)는 태양 전지 모듈의 다른 일례에 따른 단면도이고, 도 1b의 (b)는 도 1b의 (a)에 도시된 A 부분의 확대도이다. 도 1b의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일례에 따른 태양 전지 모듈은 도 1a에서 전술한 바와 다르게, 제1 태양 전지(CE1)와 제2 태양 전지(CE2) 각각이 반도체 기판(110), 복수의 제1 전극(C141)과 복수의 제2 전극(C142) 이외에 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 보조 전극(P141)은 복수의 제1 전극(C141)에 접속되며, 제2 보조 전극(P142)은 복수의 제2 전극(C142)에 접속될 수 있고, 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각의 끝단은 반도체 기판(110)의 평면 밖으로 인출될 수 있다. 이와 같은 태양 전지의 구조에 대해서는 도 7 이하에서 상세히 설명한다.
이때, 인터커넥터(IC)의 끝단은 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각의 끝단에 물리적으로 맞물려 접속될 수 있다. 즉 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142) 각각의 끝단은 인터커넥터(IC)의 끝단 내부로 일부가 중첩되면서 삽입된 구조를 가질 수 있다.
이에 따라, 인터커넥터(IC)와 제1 전극(C141)은 제1 보조 전극(P141)을 통하여 서로 전기적으로 연결되고, 인터커넥터(IC)와 제2 전극(C142)은 제1 보조 전극(P142)을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 일례로, 도 1b의 (a)와 같이 태양 전지 모듈의 단면에서 보았을 때에, 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각의 끝단은 인터커넥터(IC) 끝단과 중첩될 수 있으며, 이때 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142) 각각의 끝단의 전면과 후면은 인터커넥터(IC) 끝단에 의해 덮힐 수 있다.
이와 같은 인터커넥터(IC)는 도 1a에서 이미 설명한 바와 같이, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)를 포함하는 복수 개의 커넥터로 형성될 수 있다. 다만, 이때, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)는 모두 제1 태양 전지(CE1) 및 제2 태양 전지(CE2) 각각의 반도체 기판(110) 사이에 위치할 수 있다.
이때, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 커넥터(IC1)는 반도체 기판(110) 사이에서 입사면 방향에 위치할 수 있으며, 제2 커넥터(IC2)는 제1 커넥터(IC1)의 후면에 접착될 수 있다.
이때 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)는 반도체 기판(110)과 중첩되지 않고 이격될 수도 있다. 그러나, 도 1b의 (a)에 도시된 바와 다르게, 제2 커넥터(IC2)의 끝단은 반도체 기판(110)과 중첩될 수도 있다. 이를 위해 제2 커넥터(IC2)의 제1 방향(x)으로의 길이는 제1 커넥터(IC1)의 제1 방향(x)으로의 길이보다 길 수 있고, 제1, 2 태양 전지(CE1, CE2)의 반도체 기판(110) 사이의 간격보다 클 수도 있다.
아울러, 본 발명에 따른 인터커넥터(IC)는 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 적어도 하나에서 중앙 부분과 끝단 사이에 단차가 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2)는 끝단이 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)과 중첩될 수 있고, 상대적으로 두께가 더 큰 중앙 부분은 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)과 중첩되지 않을 수 있다. 이때, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 적어도 하나의 중앙 부분은 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)가 서로 마주보는 방향으로 끝단보다 더 돌출될 수 있다.
즉, 일례로, 도 1b의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 커넥터(IC1)는 중앙 부분과 끝단 사이에 단차가 형성되도록, 제2 커넥터(IC2) 방향으로 제1 커넥터(IC1)의 중앙 부분이 더 돌출될 수도 있고, 제2 커넥터(IC2)도 중앙 부분과 끝단 사이에 단차가 형성되도록, 제1 커넥터(IC1) 방향으로 제2 커넥터(IC2)의 중앙 부분이 더 돌출될 수도 있다.
여기서, 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)에서 중앙 부분과 끝단 사이에 형성되는 단차의 합(TD)은 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142) 각각의 두께와 동일할 수 있으며, 일례로, 단차의 합(TD)은 20㎛ ~ 150㎛ 사이일 수 있다.
도 1b의 (a) 및 (b)에서는 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2) 모두 중앙 부분이 더 돌출된 경우를 일례로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 커넥터(IC1)만 중앙 부분이 더 돌출될 수도 있고, 제2 커넥터(IC2)만 중앙 부분이 더 돌출될 수도 있다.
따라서, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 적어도 하나는 중앙 부분의 두께(TC1, TC2)가 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 적어도 하나의 양 끝단의 두께(TE1, TE2)보다 두꺼울 수 있다. 그러나, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2)에서 끝단과 중앙 부분 사이에 단차(TD)를 형성하기 위하여, 중앙 부분의 두께를 상대적으로 더 두껍게 하는 것에만 한정되는 것은 아니고, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 자체를 구부려 끝단과 중앙 부분 사이에 단차를 형성할 수도 있다. 이에 대해서는 도 4에서 설명한다.
이와 같은 인터커넥터(IC)에서, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2) 각각은 도 1b의 (b)에 도시된 바와 같이 금속층(IC1-C, IC2-C)과 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)을 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 금속층(IC1-C, IC2-C)은 도전성 재질이면 어떠한 재질이든 상관이 없으나, 재질에 대한 비용과 저항을 고려하여, 금속층(IC1-C, IC2-C)은 일례로, 구리(Cu)를 포함하여 형성되거나 구리(Cu)만으로도 형성될 수 있다.
아울러, 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)은 금속층(IC1-C, IC2-C)의 표면이 산화되는 것을 방지하기 위하여 금속층(IC1-C, IC2-C)의 표면에 스퍼터링(sputtering) 방법이나 도금 방법에 의해 코팅되어 형성될 수 있다. 이와 같은 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)은 녹는 점이 대략 130℃ ~ 250℃ 사이일 수 있다.
이때, 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)은 주석(Sn)을 포함하여 형성될 수 있으며, 일례로, SnPb, SnBi, SnCuAg, SuCu, Sn, SnAg, SnIn 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 제1, 2 커넥터(IC1, IC2) 각각의 중앙 부분에서 금속층(IC1-C, IC2-C)의 두께(TC1, TC2)는 20㎛ ~ 200㎛ 사이일 수 있으며, 금속층(IC1-C, IC2-C)의 표면에 코팅되는 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)의 두께(TAO)는 2㎛ ~ 10㎛ 사이일 수 있다.
이와 같은 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)는 별도의 도전성 접착제 없이 직접 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)에 접속할 수 있다.
이에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 2은 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 인터커넥터(IC)를 접속시키는 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인터커넥터(IC)의 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)를 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)의 끝단에 중첩되도록 화살표 방향으로 배치할 수 있다.
즉, 제1 커넥터(IC1)는 끝단이 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 끝단 전면에 위치하도록 반도체 기판(110) 사이의 입사면 방향에 위치시키고, 제2 커넥터(IC2)는 끝단이 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 끝단 후면에 위치하도록 제1 커넥터(IC1)의 후면에 위치시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 커넥터(IC1)의 끝단과 제2 커넥터(IC2)의 끝단 사이에 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 끝단이 중첩될 수 있다.
이와 같이, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)를 위치시킨 이후, 열과 압력을 동시에 가하여, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)를 서로 접속시키면서, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2)의 끝단과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 끝단을 서로 접속시킬 수 있다.
여기서, 압력은 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 서로 압착되는 방향으로 가해질 수 있으며, 이때, 짧은 시간 동안 열처리 공정이 수행될 수 있다. 이때, 열처리 공정의 시간은 1초 ~ 10초 사이로 행해질 수 있다.
이때, 열처리 공정은 별도의 도전성 접착제를 이용하지 않기 때문에, 도전성 접착재를 녹이기 위해 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142) 전체 영역에 열을 가할 필요가 없고, 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142) 전체 영역에서 인터커넥터(IC)에 접속되는 끝단에만 레이저나 인덕션을 이용하여 국부적으로 열을 가함으로써, 인터커넥터(IC)와 태양 전지를 서로 연결시킬 있다.
따라서, 본 발명과 같이, 별도의 도전성 접착제를 이용하지 않고, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 끝단에 맞물려 접속되는 구조는 인터커넥터(IC) 접속 시에 태양 전지에 대해 가해지는 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다. 이때, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)에는 전체적으로 열이 가해질 수도 있다. 그러나, 태양 전지에 대한 열팽창 스트레스에는 영향이 거의 없을 수 있다.
아울러, 별도의 도전성 접착제를 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)의 끝단에 도포하는 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정을 보다 단순화할 수 있다.
이때, 열처리 공정의 온도는 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)의 녹는점과 동일한 130℃ ~ 250℃ 사이일 수 있다. 이와 같은 열처리 공정에 의해 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 서로 접속하는 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)의 중앙 부분에서는 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)이 녹아 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 서로 접착되고, 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)의 끝단에서도 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)이 녹아 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)에 접착될 수 있다.
아울러, 이와 같은 열처리 공정 대신, 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)와 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 접속되는 부분을 초음파 접합 공법(sonic welding)으로 접착시키는 것도 가능하다. 이와 같은 초음파 접합 공법은 열을 거의 발생시키지 않으므로 반도체 기판(110)에 대한 열손상을 더욱 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 인터커넥터(IC)는 별도의 도전성 접착제 없이 직접 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)에 접속할 수 있다.
도 2에서는 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)의 중앙 부분과 끝단 사이에 단차(TD)를 형성하기 위해 중앙 부분의 두께(TC1)와 끝단의 두께(TE1)를 서로 다르게 하는 것을 일례로 설명하였지만, 이와 다르게 단차가 형성될 수도 있다.
도 3은 도 1b에 도시된 따른 태양 전지 모듈에서 인터커넥터의 다른 일례를 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 인터커넥터(IC)는 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 서로 물리적으로 체결되도록 하기 위해, 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 어느 하나는 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)가 마주 보는 방향으로 적어도 하나의 돌출핀(IC-P)을 포함할 수 있고, 나머지 하나는 적어도 하나의 돌출핀(IC-P)이 삽입되는 적어도 하나의 함몰홈(IC-D)을 포함할 수 있다.
도 3에서는 일례로, 제1 커넥터(IC1)에 두 개의 돌출핀(IC-P)이 형성되고, 제2 커넥터(IC2)에 두 개의 함몰홈(IC-D)이 형성된 경우를 일례로 도시하였다.
아울러, 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 인터커넥터(IC)와 태양 전지 사이의 물리적 결합을 보다 강하게 하기 위하여, 돌출핀(IC-P)은 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 어느 하나에서 제1, 2 보조 전극(P141, P142)과 중첩하는 끝단에 형성되도록 할 수 있고, 함몰홈(IC-D)도 제1 커넥터(IC1) 및 제2 커넥터(IC2) 중 나머지 하나에서 제1, 2 보조 전극(P141, P142)과 중첩하는 끝단에 형성되도록 할 수 있다.
또한, 제1, 2 보조 전극(P141, P142)에서 인터커넥터(IC)와 중첩되는 끝단에는 적어도 하나의 관통홀(P141-H, P142-H)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 서로 접속될 때, 돌출핀(IC-P)은 제1, 2 보조 전극(P141, P142)에 형성된 관통홀(P141-H, P142-H)을 통과하여 함몰홈(IC-D)에 삽입될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 태양 전지 모듈은 인터커넥터(IC)와 태양 전지가 서로 물리적으로 체결되도록 할 수 있다. 이에 따라, 인터커넥터(IC)와 태양 전지 사이의 접착력을 보다 강화할 수 있다.
도 4는 도 1a 및 도 1b에 적용 가능한 인터커넥터(IC)의 다른 예를 설명하기 위한 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)의 끝단과 중앙 부분 사이에 단차가 형성되되, 중앙 부분의 두께(TC1)와 끝단의 두께(TE1)는 서로 동일할 수 있다.
따라서, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 서로 접착된 후에는, 인터커넥터(IC)에서 제1, 2 보조 전극(P141, P142)과 중첩되지 않는 중앙 부분의 높이는 끝단 부분의 높이보다 더 낮을 수 있다.
도 4에 도시된 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)는 제1, 2 커넥터(IC1, IC2)를 형성하기 위한 금속판을 패턴을 형성할 수 있는 프레스(press) 장치로 찍어 형성할 수 있다.
다음의 도 5는 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 태양 전지의 보조 전극이 벤딩된 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 태양 전지(CE1) 및 제2 태양 전지(CE2) 각각에서 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각의 끝단은 반도체 기판(110)과의 거리가 멀어지는 방향으로 벤딩(bending)될 수 있고, 이때, 인터커넥터(IC)는 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각의 벤딩된 끝단에 직접 접속될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1, 2 태양 전지(CE1, CE2)에서 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각은 반도체 기판(110)과 중첩되지 않는 부분이 반도체 기판(110)의 후면 방향으로 반도체 기판(110)과의 거리가 멀어지도록 굽어질 수 있다.
이에 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각에서 반도체 기판(110)과 중첩되는 부분과 벤딩된 끝단 사이에는 벤딩된 만큼의 높이 차이(BP)가 발생할 수 있다.
제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각에서 이와 같은 높이 차이(BP)를 가지도록 함으로써, 인터커넥터(IC)를 태양 전지에 접속시키는 공정을 보다 손쉽게 수행할 수 있다.
지금까지는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지에 제1, 2 보조 전극(P141, P142)만 구비된 경우를 일례로 설명하였지만, 제1, 2 보조 전극(P141, P142)은 하나의 반도체 기판(110)에 접속되는 하나의 절연성 부재에 구비될 수도 있다.
도 6은 도 1b에 도시된 태양 전지 모듈에서 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 형성된 경우, 인터커넥터(IC)가 접속된 일례를 설명하기 위한 도이다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지는 도 6에 도시된 바와 같이, 후면에 제1, 2 전극(C141, C142)이 형성된 반도체 기판(110)과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 구비된 절연성 부재(200)가 각각 낱개로 접속될 수 있다.
이와 같은 경우에도, 앞선 도 1b 내지 도 4에서 설명한 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)가 절연성 부재(200)의 끝단까지 형성된 제1, 2 보조 전극(P141, P142)에 접속될 수 있다.
즉, 제1 커넥터(IC1)는 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)의 끝단 전면에 접속하고, 제2 커넥터(IC2)는 중앙 부분이 제1 커넥터(IC1)에 접속되고, 끝단이 절연성 부재(200)에 접착될 수 있다.
아울러, 도 6에서는 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 절연성 부재(200)의 끝단까지 형성된 경우를 일례로 도시하였으나, 이와 다르게 제1, 2 보조 전극(P141, P142)에서 제1 방향(x)으로의 끝단이 절연성 부재(200)의 끝단보다 더 돌출될 수도 있다.
이와 같은 경우, 제1 커넥터(IC1)와 제2 커넥터(IC2)는 절연성 부재(200)의 끝단보다 더 돌출되는 제1, 2 보조 전극(P141, P142)의 끝단에 접속될 수도 있다.
지금까지는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 인터커넥터(IC)와 태양 전지의 접속 관계에 대해서만 설명하였으나, 이하의 도 7 내지 도 11c는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 포함되는 태양 전지의 일례에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 태양 전지 모듈에 적용되는 태양 전지의 일례를 설명하기 위한 도이다.
도 7은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지의 일부 사시도의 일례이고, 도 8은 도 7에 도시한 태양 전지를 라인 8-8을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 9는 도 7 및 도 8에서 설명한 태양 전지에서 각각 낱개로 접속될 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)의 전극 패턴에 관한 일례를 설명하기 위한 도이다.
여기서, 도 9의 (a)는 반도체 기판(110)의 후면에 배치되는 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)의 패턴 일례 설명하기 위한 도이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)에서 8(b)-8(b) 라인에 따른 단면도이고, 도 9의 (c)는 절연성 부재(200)의 전면에 배치되는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)의 패턴 일례을 설명하기 위한 도이고, 도 9의 (d)는 도 9의 (c)에서 8(d)-8(d) 라인에 따른 단면도이다.
도 7 및 도 8를 참고로 하면, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반도체 기판(110), 반사 방지막(130), 에미터부(121), 후면 전계부(back surface field;BSF, 172), 복수의 제1 전극(C141), 복수의 제2 전극(C142), 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)을 포함할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130)과 후면 전계부(172)는 생략될 수도 있으며, 아울러, 반사 방지막(130)과 빛이 입사되는 반도체 기판(110) 사이에 위치하며, 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 높은 농도로 함유된 불순물부인 전면 전계부(미도시)를 더 구비하는 것도 가능하다.
이하에서는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 반사 방지막(130)과 후면 전계부(172)가 포함된 것을 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 벌크형 반도체 기판(110)일 수 있다. 이와 같은 반도체 기판(110)은 실리콘 재질로 형성되는 웨이퍼에 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
이러한 반도체 기판(110)의 상부 표면은 텍스처링되어 요철면인 텍스처링 표면(textured surface)을 가질 수 있다. 반사 방지막(130)은 반도체 기판(110)의 입사면 상부에 위치하며, 한층 또는 복수 층으로 이루어질 수 있으며, 수소화된 실리콘 질화막(SiNx:H) 등으로 이루어질 수 있다. 아울러, 추가적으로 반도체 기판(110)의 전면에 전면 전계부 등이 더 형성되는 것도 가능하다.
에미터부(121)는 전면과 마주보고 있는 반도체 기판(110)의 후면 내에 서로 이격되어 위치하며, 서로 나란한 방향으로 뻗어 있다. 이와 같은 에미터부(121)는 복수 개일 수 있으며, 복수의 에미터부(121)는 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입일 수 있다.
이와 같은 복수의 에미터부(121)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입인 p형의 불순물이 확산 공정을 통하여 고농도로 함유되어 형성될 수 있다.
복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)의 후면 내부에 복수 개가 위치할 수 있으며, 복수의 에미터부(121)와 나란한 방향으로 이격되어 형성되며 복수의 에미터부(121)와 동일한 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 도 7 및 도 8에 도시한 것처럼, 반도체 기판(110)의 후면에서 복수의 에미터부(121)와 복수의 후면 전계부(172)는 교대로 위치한다.
복수의 후면 전계부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 함유한 불순물, 예를 들어 n++ 부이다. 이와 같은 복수의 후면 전계부(172)는 결정질 실리콘 반도체 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물(n++)이 확산 또는 증착 공정을 통하여 고농도로 함유되어 형성될 수 있다.
복수의 제1 전극(C141)은 에미터부(121)와 각각 물리적 및 전기적으로 연결되어 에미터부(121)를 따라서 서로 이격되어 연장된다. 따라서, 에미터부(121)가 제1 방향(x)으로 연장된 경우, 제1 전극(C141)도 제1 방향(x)으로 연장될 수 있고, 에미터부(121)가 제2 방향(y)으로 연장된 경우, 제1 전극(C141)도 제2 방향(y)으로 연장될 수 있다.
또한, 복수의 제2 전극(C142)은 후면 전계부(172)를 통하여 반도체 기판(110)과 각각 물리적 및 전기적으로 연결되어 복수의 후면 전계부(172)를 따라서 연장된다.
따라서, 후면 전계부(172)가 제1 방향(x)으로 연장된 경우, 제2 전극(C142)도 제1 방향(x)으로 연장될 수 있고, 후면 전계부(172)가 제2 방향(y)으로 연장된 경우, 제2 전극(C142)도 제2 방향(y)으로 연장될 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)의 후면 상에서 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)은 서로 물리적으로 이격되어, 전기적으로 격리되어 있다.
따라서, 에미터부(121) 상에 형성된 제1 전극(C141)은 해당 에미터부(121)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 정공을 수집하고, 후면 전계부(172) 상에 형성된 제2 전극(C142)은 해당 후면 전계부(172)쪽으로 이동한 전하, 예를 들어, 전자를 수집할 수 있다.
제1 보조 전극(P141)은 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)와 제1 패드부(PP141)를 포함하고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)는 복수의 제1 전극(C141)과 연결되며, 제1 패드부(PP141)는 도 9에 도시된 바와 같이, 일단이 제1 접속부(PC141)의 끝단에 연결되며, 타단이 인터커넥터(IC)와 접속될 수 있다.
이와 같은 제1 접속부(PC141)는 복수 개로 형성되어 각각이 복수 개의 제1 전극(C141)에 접속될 수도 있고, 이와 다르게 하나의 통 전극으로 형성되어, 하나의 통 전극에 복수 개의 제1 전극(C141)이 접속될 수도 있다.
아울러, 제1 접속부(PC141)가 복수 개로 형성된 경우, 제1 접속부(PC141)는 복수의 제1 전극(C141)과 동일한 방향으로 형성될 수도 있고, 교차하는 방향으로 형성될 수도 있다. 이때, 이와 같은 제1 접속부(PC141)는 제1 전극(C141)과 중첩되는 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 보조 전극(P142)은 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)와 제2 패드부(PP142)를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)는 복수의 제2 전극(C142)과 연결되며, 제2 패드부(PP142)는 도 9에 도시된 바와 같이, 일단이 제2 접속부(PC142)의 끝단에 연결되며, 타단이 인터커넥터(IC)와 접속될 수 있다.
이와 같은 제2 접속부(PC142)도 도시된 바와 같이, 복수 개로 형성되어 각각이 복수 개의 제2 전극(C142)에 접속될 수도 있고, 도시된 바와 다르게 하나의 통 전극으로 형성되어, 하나의 통 전극에 복수 개의 제2 전극(C142)이 접속될 수도 있다.
여기서, 제2 접속부(PC142)가 복수 개로 형성된 경우, 제2 접속부(PC142)는 복수의 제2 전극(C142)과 동일한 방향으로 형성될 수도 있고, 교차하는 방향으로 형성될 수도 있다. 이때, 제2 접속부(PC142)는 제2 전극(C142)과 중첩되는 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)의 재질은 Cu, Au, Ag, Al 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 전술한 제1 보조 전극(P141)은 도전성 재질의 전극 연결재(ECA)를 통하여 제1 전극(C141)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 보조 전극(P142)은 도전성 재질의 전극 연결재(ECA)를 통하여 제2 전극(C142)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 전극 연결재(ECA)의 재질은 전도성 물질이면, 특별한 제한이 없으나, 상대적으로 낮은 온도인 130℃ ~ 250℃에서도 녹는점이 형성되는 도전성 물질이 더 바람직하고, 일례로, 솔더 페이스트(solder paste), 금속 입자를 포함하는 도전성 접착재, 탄소 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 탄소를 포함하는 전도성 입자, wire, needle 등이 이용될 수 있다.
아울러, 인터커넥터(IC) 연결재(ICA)의 재질도 이와 같은 전극 연결재(ECA)의 재질과 동일할 수 있다.
또한, 전술한 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이 및 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142) 사이에는 단락을 방지하는 절연층(IL)이 위치할 수 있다. 이와 같은 절연층(IL)은 에폭시 수지일 수 있다.
아울러, 도 7 및 도 8에서는 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141)의 제1 접속부(PC141)가 서로 중첩되고, 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)의 제2 접속부(PC142)가 중첩되는 경우만 도시하고 있으나, 이와 다르게 제1 전극(C141)과 제2 접속부(PC142)가 서로 중첩될 수 있고, 제2 전극(C142)과 제1 접속부(PC141)가 서로 중첩될 수도 있다. 이와 같은 경우, 제1 전극(C141)과 제2 접속부(PC142) 사이 및 제2 전극(C142)과 제1 접속부(PC141) 사이에는 단락을 방지하기 위하여 절연층(IL)이 위치할 수 있다.
이와 같은 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)은 반도체 제조 공정이 이용되지 않고, 전극 연결재(ECA)에 130℃ ~ 250℃ 사이의 열과 압력을 가하는 열처리 공정에 의해 형성될 수 있다.
절연성 부재(200)는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)의 후면에 배치될 수 있다.
이와 같은 절연성 부재(200)의 재질은 절연성 재질이면 특별한 제한이 없으나, 상대적으로 녹는점이 전극 연결재(ECA)보다 높은 것이 바람직할 수 있으며, 일례로, 절연성 부재(200)의 녹는점은 300℃ 이상이 되는 절연성 재질로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 일례로, 고온에 대해 내열성 있는 polyimide, epoxy-glass, polyester, BT(bismaleimide triazine) 레진 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
이와 같은 절연성 부재(200)는 유연한(flexible) 필름 형태로 형성되거나 유연하지 않고 단단한 플레이트(plate) 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지는 절연성 부재(200)의 전면에 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)이 미리 형성되고, 반도체 기판(110)의 후면에 복수의 제1 전극(C141) 및 복수의 제2 전극(C142)이 미리 형성된 상태에서, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)이 각각 낱개로 접속되어 하나의 개별 소자로 형성될 수 있다.
즉, 하나의 절연성 부재(200)에 부착되어 접속되는 반도체 기판(110)은 하나일 수 있고, 이와 같은 하나의 절연성 부재(200)와 하나의 반도체 기판(110)은 서로 부착되어 하나의 일체형 개별 소자로 형성되어 하나의 태양 전지 셀을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 하나의 절연성 부재(200)와 하나의 반도체 기판(110)을 서로 부착하여 하나의 일체형 개별 소자로 형성하는 공정에 의해, 하나의 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 복수의 제1 전극(C141)과 복수의 제2 전극(C142) 각각은 하나의 절연성 부재(200)의 전면에 형성된 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)과 부착되어 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양 전지에서, 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142) 각각의 두께(T2)는 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142) 각각의 두께(T1)보다 클 수 있다.
이와 같이, 제1 접속부(PC141)와 제2 접속부(PC142) 각각의 두께(T2)를 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142) 각각의 두께(T1)보다 크게 함으로써, 태양 전지 제조 공정 시간을 보다 단축할 수 있고, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)을 반도체 기판(110)의 후면에 바로 형성하는 것보다 기판에 대한 열팽창 스트레스를 보다 감소시킬 수 있어, 태양 전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
반도체 기판(110)의 후면에 형성되는 에미터부(121), 후면 전계부(172), 에미터부(172)에 연결되는 제1 전극(C141) 및 후면 전계부(172)에 연결되는 제2 전극(C142)은 반도체 공정에 의해 형성될 수 있고, 이와 같은 반도체 공정 중, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)은 반도체 기판(110)의 후면에 직접 접촉되거나 매우 근접하여 주로 도금, PVD 증착 또는 고온의 열처리 과정으로 형성될 수 있다.
이와 같은 경우, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)의 저항을 충분히 낮게 확보하기 위해서는 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)의 두께를 충분히 두껍게 형성하여야 한다.
그러나, 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)의 두께를 두껍게 형성하는 경우, 도전성 금속 물질을 포함하는 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)의 열팽창 계수가 반도체 기판(110)의 열팽창 계수보다 과도하게 커질 수 있다.
따라서, 반도체 기판(110)의 후면에 고온의 열처리 과정으로 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)을 형성하는 공정 중에, 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)이 수축할 때, 반도체 기판(110)이 열팽창 스트레스를 견디지 못하여, 반도체 기판(110)에 균열(fracture)이나 크렉(crack)이 발생할 가능성이 커지고, 이로 인하여 태양 전지 제조 공정의 수율이 저하되거나, 태양 전지의 효율이 저하될 수 있다.
아울러, 제1 전극(C141)이나 제2 전극(C142)을 도금이나 PVD 증착으로 형성할 경우, 제1 전극(C141)이나 제2 전극(C142)의 성장 속도가 매우 작아, 태양 전지의 제조 공정 시간이 과도하게 늘어날 수 있다.
그러나, 본원 발명에 따른 태양 전지는 반도체 기판(110)의 후면에 상대적으로 작은 두께(T1)로 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)을 형성한 상태에서, 절연성 부재(200)의 전면에 상대적으로 큰 두께(T2)로 형성된 제1 접속부(PC141)와 제2 접속부(PC142)를 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)과 중첩되도록 위치시킨 이후, 전극 연결재(ECA)에 상대적으로 낮은 130℃ ~ 250℃ 사이의 열과 압력을 가하는 열처리 공정으로 하나의 절연성 부재(200)와 하나의 반도체 기판(110)을 서로 부착하여 하나의 일체형 개별 소자로 형성할 수 있어, 반도체 기판(110)에 균열(fracture)이나 크렉(crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 동시에 반도체 기판(110)의 후면에 형성되는 전극의 저항을 크게 낮출 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 태양 전지는 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)의 두께(T1)를 상대적으로 작게 하여 상대적으로 공정 시간이 긴 반도체 제조 공정 시간을 최소로 할 수 있고, 한번의 열처리 공정으로 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141)을, 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)을 서로 연결시킬 수 있어, 태양 전지의 제조 공정 시간을 보다 단축할 수 있다.
이때, 절연성 부재(200)는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)을 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)에 접착시킬 때에, 공정을 보다 용이하게 도와주는 역할을 한다.
즉, 반도체 제조 공정으로 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142)이 형성된 반도체 기판(110)의 후면에 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)이 형성된 절연성 부재(200)의 전면을 부착시켜 접속시킬 때에, 절연성 부재(200)는 얼라인 공정이나 접착 공정을 보다 용이하게 도와줄 수 있다.
이와 같은 구조로 제조된 본 발명에 따른 태양 전지에서 제1 보조 전극(P141)을 통하여 수집된 정공과 제2 보조 전극(P142)을 통하여 수집된 전자는 외부의 회로 장치를 통하여 외부 장치의 전력으로 이용될 수 있다.
지금까지는 반도체 기판(110)이 결정질 실리콘 반도체 기판(110)이고, 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 확산 공정을 통하여 형성된 경우를 예로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게 비정질 실리콘 재질로 형성된 에미터부(121)와 후면 전계부(172)가 결정질 반도체 기판(110)과 접합하는 이종 접합 태양 전지나, 에미터부(121)가 반도체 기판(110)의 전면에 위치하고, 반도체 기판(110)에 형성된 복수의 비아홀을 통해 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(C141)과 연결되는 구조의 태양 전지에서도 본 발명이 동일하게 적용될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지는 인터커넥터(IC)에 의해 서로 인접하는 태양 전지를 연결할 수 있으며, 이에 따라 복수 개의 태양 전지가 직렬로 연결될 수 있다.
한편, 이와 같은 구조에서, 반도체 기판(110)의 후면에 형성되는 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)의 패턴과, 절연성 부재(200)의 전면에 형성되는 제1 보조 전극(P141) 및 제2 보조 전극(P142)의 패턴에 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 하나의 반도체 기판(110)의 후면에 도 9의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같은 하나의 절연성 부재(200)의 전면이 부착되어 접속됨으로써, 본 발명에 따른 태양 전지는 하나의 일체형 개별 소자를 형성할 수 있다. 즉, 절연성 부재(200)와 반도체 기판(110)은 1:1로 결합 또는 부착될 수 있다.
이때, 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 도 7 및 도 8에서 설명한 태양 전지의 반도체 기판(110)의 후면에는 복수 개의 제1 전극(C141)과 복수 개의 제2 전극(C142)이 서로 이격되어 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있다.
아울러, 도 9의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연성 부재(200)의 전면에는 제1 보조 전극(P141)과 제2 보조 전극(P142)이 형성될 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이, 제1 보조 전극(P141)은 제1 접속부(PC141)와 제1 패드부(PP141)를 포함하고, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)는 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있으며, 제1 패드부(PP141)는 제2 방향(y)으로 길게 형성되며, 일단이 제1 접속부(PC141)의 끝단에 연결되며, 타단은 인터커넥터(IC)에 접속될 수 있다.
아울러, 제2 보조 전극(P142)도 제2 접속부(PC142)와 제2 패드부(PP142)를 포함하고, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)는 제1 접속부(PC141)와 이격되어 제1 방향(x)으로 길게 형성될 수 있으며, 제2 패드부(PP142)는 제2 방향(y)으로 길게 형성되며, 일단이 제2 접속부(PC142)의 끝단에 연결되며, 타단은 인터커넥터(IC)에 접속될 수 있다.
여기서, 제1 접속부(PC141)와 제2 패드부(PP142)는 서로 이격되고, 제2 접속부(PC142)와 제1 패드부(PP141)도 서로 이격될 수 있다.
따라서, 절연성 부재(200)의 전면에서, 제1 방향(x)의 양끝단 중 일단에는 제1 패드부(PP141)가 형성되고, 타단에는 제2 패드부(PP142)가 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양 전지는 하나의 반도체 기판(110)에 하나의 절연성 부재(200)만 결합되어, 하나의 일체형 개별 소자를 형성함으로써, 태양 전지 모듈 제조 공정을 보다 용이하게 할 수 있으며, 태양 전지 모듈 제조 공정 중에 어느 하나의 태양 전지에 포함된 반도체 기판(110)이 파손되거나 결함이 발생하더라도 하나의 일체형 개별 소자로 형성되는 해당 태양 전지만 교체할 수 있고, 공정 수율을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 이와 같이, 하나의 일체형 개별 소자로 형성되는 태양 전지는 제조 공정시 반도체 기판(110)에 가해지는 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다.
여기서, 절연성 부재(200)의 면적을 반도체 기판(110)의 면적과 동일하거나 크게 함으로써, 태양 전지와 태양 전지를 서로 연결할 때에, 절연성 부재(200)의 전면에 인터커넥터(IC)가 부착될 수 있는 영역을 충분히 확보할 수 있다. 이를 위해, 절연성 부재(200)의 면적은 반도체 기판(110)의 면적보다 클 수 있다.
이를 위해, 절연성 부재(200)의 제1 방향(x)으로의 길이를 반도체 기판(110)의 제1 방향(x)으로의 길이보다 길게 할 수 있다.
이와 같은 반도체 기판(110)의 후면과 절연성 부재(200)의 전면은 서로 부착되어, 제1 전극(C141)과 제1 보조 전극(P141)이 서로 연결되고, 제2 전극(C142)과 제2 보조 전극(P142)이 서로 연결될 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 반도체 기판(110)과 절연성 부재(200)가 서로 접속된 상태를 설명하기 위한 도이고, 도 11a는 도 10에서 11a-11a 라인의 단면을 도시한 것이고, 도 11b는 도 10에서 11b-11b 라인의 단면을 도시한 것이고, 도 11c는 도 10에서 11c-11c 라인의 단면을 도시한 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 반도체 기판(110)이 하나의 절연성 부재(200)에 완전히 중첩되어 하나의 태양 전지 개별 소자가 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 11a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(C141)과 절연성 부재(200)의 전면에 형성된 제1 접속부(PC141)는 서로 중첩되며, 전극 연결재(ECA)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
아울러, 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제2 전극(C142)과 절연성 부재(200)의 전면에 형성된 제2 접속부(PC142)도 서로 중첩되며, 전극 연결재(ECA)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 전극(C141)과 제2 전극(C142) 사이의 서로 이격된 공간에는 절연층(IL)이 채워질 수 있고, 제1 접속부(PC141)와 제2 접속부(PC142) 사이의 이격된 공간에도 절연층(IL)이 채워질 수 있다.
아울러, 도 11b에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(PC142)와 제1 패드부(PP141) 사이의 이격된 공간에도 절연층(IL)이 채워질 수 있으며, 도 11c에 도시된 바와 같이, 제1 접속부(PC141)와 제2 패드부(PP142) 사이의 이격된 공간에도 절연층(IL)이 채워질 수 있다.
아울러, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 반도체 기판(110)과 중첩되는 제1 영역(PP141-S1, PP142-S1)과, 반도체 기판(110)과 중첩되지 않는 노출 영역(PP141-S2, PP142-S2)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 인터커넥터(IC)와 연결될 수 있는 공간을 확보하기 위하여 마련된 제1 패드부(PP141)의 노출 영역(PP141-S2) 및 제2 패드부(PP142)의 노출 영역(PP142-S2)에 인터커넥터(IC)가 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142) 각각은 노출 영역(PP141-S2, PP142-S2)을 구비함으로써, 인터커넥터(IC)를 보다 용이하게 연결할 수 있으며, 아울러, 인터커넥터(IC)를 연결할 때에, 반도체 기판(110)에 대한 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다.
아울러, 전술한 바와 같이, 복수의 태양 전지를 연결하기 위해 이와 같은 제1 패드부(PP141) 또는 제2 패드부(PP142)에 인터커넥터(IC)가 접속될 수 있다.
지금까지는 반도체 기판(110)에 형성된 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)이 절연성 부재(200)에 형성된 제1 접속부(PC141) 및 제2 접속부(PC142)와 나란한 방향으로 중첩되어 연결되는 경우에 대해 설명하였으나, 이와 다르게, 반도체 기판(110)에 형성된 제1 전극(C141) 및 제2 전극(C142)이 절연성 부재(200)에 형성된 제1 접속부(PC141) 및 제2 접속부(PC142)와 교차하는 방향으로 중첩되어 접속할 수도 있다.
또한, 도시된 바와 다르게 제1 접속부(PC141)와 제2 접속부(PC142)가 복수 개로 형성되지 않고, 하나의 통전극으로 형성될 수 있으며, 하나의 통전극에는 복수 개의 제1 전극(C141) 또는 제2 전극(C142)이 접속될 수 있다.
지금까지는 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142)가 각각 하나로만 형성된 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부(PP142)가 각각 복수 개로 형성될 수도 있다. 복수 개로 형성된 제1 패드부(PP141) 또는 제2 패드부(PP142) 각각에 복수 개의 제1 접속부(PC141) 또는 복수 개의 제2 접속부(PC142)가 연결될 수도 있다.
따라서, 제1 패드부(PP141)와 제2 패드부는 산화 방지막(IC1-AO, IC2-AO)이 코팅된 인터커넥터(IC)의 끝단에 직접 접속될 수 있다.
아울러, 도 7 내지 도 11c에서는 본 발명에 따른 태양 전지에서 절연성 부재(200)가 구비된 경우를 일례로 도시하고 설명하였으나, 이와 다르게, 절연성 부재(200)는 반도체 기판(110)의 후면에 절연성 부재(200)가 접속되어, 제1, 2 전극과 제1, 2 보조 전극(P141, P142)이 서로 접속된 이후 제거될 수 있고, 이와 같이, 절연성 부재(200)가 제거된 상태에서 인터커넥터(IC)가 도 1b 내지 도 5에서 설명한 바와 같이 제1 보조 전극(P141) 또는 제2 보조 전극(P142)에 접속될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (14)
- 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 서로 이격되어 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지; 및
상기 제1 태양 전지의 제1 전극과 상기 제2 태양 전지의 제2 전극을 서로 전기적으로 연결하는 인터커넥터;를 포함하고,
상기 인터커넥터는 서로의 일면이 접착되는 복수의 커넥터를 포함하고, 상기 서로 접착된 복수의 커넥터 끝단 사이에 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 전기적으로 연결되는 태양 전지 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 인터커넥터는
상기 반도체 기판 사이에서 입사면 방향에 위치하는 제1 커넥터;와 상기 제1 커넥터의 후면에 접착되는 제2 커넥터;를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터 중 적어도 하나에서 중앙 부분과 끝단 사이에는 단차가 형성되는 태양 전지 모듈. - 제4 항에 있어서,
상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터 중 적어도 하나는 중앙 부분의 두께가 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터 중 적어도 하나의 양끝단의 두께보다 두꺼운 태양 전지 모듈. - 상기 제1 항 내지 제4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터 각각은
상기 도전성 재질의 금속층과 상기 금속층의 표면에 코팅되는 산화 방지막을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제5 항에 있어서,
상기 금속층을 구리(Cu)를 포함하고, 상기 산화 방지막은 주석(Sn)을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제2 항에 있어서,
상기 제1, 2 태양 전지 각각은
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각에 접속되어, 각각의 끝단이 상기 반도체 기판의 평면 밖으로 인출되는 제1 보조 전극과 제2 보조 전극을 더 포함하고,
상기 반도체 기판의 평면 밖으로 인출되는 제1, 2 보조 전극의 끝단은 상기 서로 접착되는 상기 제1, 2 커넥터 끝단 사이에 맞물려 접속되는 태양 전지 모듈. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지 각각에서 상기 제1 보조 전극 및 상기 제2 보조 전극 각각의 끝단은 상기 반도체 기판과의 거리가 멀어지는 방향으로 벤딩(bending)되어 있는 태양 전지 모듈. - 제8 항에 있어서,
인터커넥터는 상기 제1 보조 전극 및 상기 제2 보조 전극 각각의 벤딩된 끝단에 직접 접속되는 태양 전지 모듈. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지 각각에서
상기 제1 보조 전극은
상기 제1 전극과 접속되는 복수 개의 제1 접속부와
일단이 상기 복수 개의 제1 접속부의 끝단에 연결되는 제1 패드부를 포함하고,
상기 제2 보조 전극은
상기 제2 전극과 접속되는 복수 개의 제2 접속부와
일단이 상기 복수 개의 제2 접속부의 끝단에 연결되는 제2 패드부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지 각각에서
상기 제1 패드부와 상기 제2 패드부 각각은 상기 반도체 기판 밖으로 노출되는 노출 영역을 포함하고,
상기 인터커넥터의 끝단은 상기 노출 영역에 접속되는 태양 전지 모듈. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터 중 어느 하나는 적어도 하나의 돌출핀을 포함하고,
상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터 중 나머지 하나는 상기 적어도 하나의 돌출핀이 삽입되는 적어도 하나의 함몰홈을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제12 항에 있어서,
상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지 각각에서
상기 제1 패드부와 상기 제2 패드부는 적어도 하나의 관통홀이 형성되는 태양 전지 모듈. - 제13 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 돌출핀은 상기 적어도 하나의 관통홀을 통과하여 상기 적어도 하나의 함몰홈에 삽입되는 태양 전지 모듈.
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