KR20150088271A - 백-컨택 태양전지 패널 및 그 태양전지 패널의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적어도 하나의 백-컨택 태양전지, 제1 봉지재층 및 백-시트 컨택층의 스택을 포함하는 태양전지 패널에 관한 것이다. 상기 태양전지는, 백 사이드(back side) 전기적 컨택을 구비한다. 상기 백 컨택 시트층은, 패턴화된 도체 회로를 구비한다. 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 상기 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에서 위치되는 컨택 영역을 포함한다. 상기 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 상기 전기적 컨택 위치에 상응하는 위치에서 개구의 패턴을 포함한다. 상기 태양전지는, 패턴화된 도체 회로 표면과 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면과, 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 위치되는 상기 제1 봉지재층의 상부 상에 배열된다. 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택은, 상호 연결체에 의해 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과, 상기 제1 봉지재층 내의 상응하는 개구를 통하여 연결되고, 상기 상호 연결체는, 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향의 압축 응력 하에 있다.
Description
본 발명은, 태양전지 패널 및 이러한 태양전지 패널의 제조방법에 관한 것이다.
백-컨택 태양전지 패널(Back-contacted solar panels) 또는 광전지(photovoltaic, PV) 모듈은, 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 태양전지 패널 내에서, 백-컨택 태양전지의 어레이가 배열된다. 상기 백-컨택 전지는, 전형적으로 도전성 백-시트 호일 및 상기 전지의 후면 엣지에서 버스-바(bus-bars)에 부착된 쇼트탭(short tab) 중 하나를 이용하여 상호 연결된다.
쇼트탭을 이용하는 전자의 방법은, 전지 상의 컨택 포인트에 상기 탭을 납땜하는 공정을 포함한다. 이는, 전지의 하나의 측면 상에 국부적 잔류 응력(local residual stress)을 야기한다. 이는, 전지에 보잉(bowing) 현상 및 어떤 경우에는 크랙을 야기할 수 있다. 라미네이션 동안에, 전지는 납작해져서 파워 손실과 손상의 가능성이 증가될 수 있다. 이러한 크랙은, 모듈 작동 동안에 파워 출력 감소를 더 가중시킬 수 있다.
도전성 백-시트 호일을 사용하는 후자의 방법은, 이러한 타입의 전지를 위한 패턴화된 도전성 백-시트 호일을 기반으로 한 모듈 기술에 관련된다. 상기 호일 상의 패턴은, 전지 상에 컨택 포인트와 매칭하여 상기 모듈 내의 전지의 일렬의 연결을 유도한다. 상기 전지 및 상기 호일 사이의 상호연결은, 납땜 또는 다른 도전성 페이스트를 사용할 수 있다. 전형적으로 납땜된 모듈은, 레이저에 의한 납땜 범프(bump)의 국부적 가열을 이용하는 것을 포함하는 인-라미네이트 납땜(in-laminate soldering)을 사용하여 제조된다. 전형적으로 이러한 타입의 모듈은, 뎀프-가열(damp-heat)에서 좋은 성능을 제공할 뿐, 납땜, 전지 및 호일 간의 접착력이 충분하지 않아, 열 사이클 동안에는 낮은 성능을 제공한다.
"Single-step laminated full-size PV modules made with back-contacted MC-Si cells and conductive adhesives"(P.C. de Jong et al.,19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris 7-11 June 2004 , pp. 2145-2148)는, 상호연결 호일로 변형되는 백-시트 호일을 사용하는 전기적 도전성 접착제를 사용하여, 백 컨택 PV 전지를 갖는 태양전지 패널 모듈을 제조하는 방법을 개시한다. 이러한 방법은, 상기 접착제의 기계적 강도가 전단 응력(shear stresses)을 인하여 상기 접착제의 찢어짐에 대한 저항(withstand tearing) 및 온도 사이클링 동안에 상호연결 조인트에서 나타나는 기계적 전단 응력을 처리하는데 충분한 크기를 갖도록 배열한다. " 불량한" 연결이 봉지재층의 너무 빠른 경화로 인하여 형성되는 것이 확인된다.
"First experiments on module assembly line using back-contact solar cells" (M. Spath et al., 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-5 September 2008, Valencia, Spain, pp. 2917-2921)은, 연결체(interconnecting body)와 태양전지 사이의 인터페이스(interface) 및/또는 백 시트(back sheet)와 상호 연결체 사이의 인터페이스에 큰 전단 응력을 극복하도록 납땜된 컨택 대신에 상호 연결 접착제를 사용하는, "초박막"(130 ㎛)백 컨택 PV 전지를 갖는 태양전지 패널 모듈을 제조하는 방법을 개시한다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 따른 문제점을 극복하기 위한 태양전지 패널을 제공하는 것이다.
추가적으로, 본 발명의 목적은, 이와 같은 태양전지 패널을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 적어도 하나의 태양전지, 제1 봉지재층(first encapsulant layer) 및 백-시트 컨택층(back-sheet contact layer)을 포함하는 스택을 구비한 태양전지 패널에 의해 달성된다; 상기 적어도 하나의 태양전지는, 광(radiation)을 수용하기 위한 전면(front surface) 및 전기적 컨택(electrical contacts)을 구비한 후면(rear surface)을 갖는 백-컨택 태양전지로 배열되고;
상기 백 컨택 시트층(back contact sheet layer)은, 패턴화된 도체 회로(patterned conductor circuit)를 구비한 표면을 포함하고, 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치(locations)에 상응하는 위치에 위치된 컨택 영역(contacting areas)으로 배열되고;
상기 제1 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에서 개구의 패턴(pattern of openings)을 구비하며; 상기 적어도 하나의 태양전지는, 제1 봉지재층의 상부 상에 배열되고; 상기 제1 봉지재층이 상기 패턴화된 도체 회로 표면을 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면과 함께, 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 배열되므로, 상기 제1 봉지재층은, 적어도 하나의 태양전지 및 상기 백-시트 컨택층 사이에 있고; 상기 전기적 컨택의 위치, 상기 제1 봉지재층의 개부 및 상기 컨택 영역은, 서로 맞추어 정렬(aligned with each other)되고; 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택은, 상호 연결체에 의해 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과, 상기 제1 봉지재층 내의 상응하는 개구를 통하여 연결되고, 상기 상호 연결체는, 상기 제1 봉지재층 내의 개구 내에 배열되며; 경화 상태에 있는 상기 상호 연결체는, 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향으로 상기 상호 연결체가 압축 응력의 프리 스트레스 상태에 있는 방식으로, 상기 컨택 영역 및 상기 상응하는 전기적 컨택 사이에서 압축된다(the interconnecting body in a cured state is compressed between the contacting area and the corresponding electrical contact in such a way that in a direction perpendicular to an interface of the solar cell and the first encapsulant layer, the interconnecting body is in a pre-stressed state of a compressive stress.)
유리하게는, (열) 수축율의 차이는, 저온(약 상온 또는 예를 들어, 구름낀 날씨 또는 밤과 같이, 더 낮은 온도를 일컫는)에서, 상기 상호 연결체가 상기 태양전지의 전기적 컨택 및 상기 도체 회로의 컨택 영역 사이에서 압축되는 것을 제공한다. 이는, 예를 들어, 태양에 노출되는 낮시간 동안과 같이, 열사이클(thermal cycle)의 가열 단계 동안에, 팽창에 대응하는 상기 상호 연결체의 프리 스트레스 상태를 야기한다. 이러한 방식으로, 상기 백-시트 컨택층 및 상기 태양전지 컨택 사이의 상호연결은, 강화된다.
본 발명의 양상으로, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 상승된 라미네이션 온도에서부터 약 상온까지의 온도 범위(a temperature interval from an elevated lamination temperature to about room temperature) 내에서 라미네이션 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 열 수축율(thermal shrinkage) 보다 더 작은 열 수축율을 갖는다.
상기 상호 연결체가, 상기 제1 봉지재층 물질 보다 더 낮은 열 수축율을 보여준다면, 상기 제1 봉지재층은, 상기 제1 봉지재층의 개구 내에서 상기 상호 연결체를 압축할 것이다.
본 발명의 양상으로, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 상기 라미네이션 공정(lamination process) 동안에, 상기 제1 봉지재층의 물질의 전체 수축율(overall shrinkage) 보다 더 작은 전체 수축율을 갖는다. 만약, 상기 상호 연결체가 상기 제1 봉지재층 물질 보다 더 낮은 전체 수축율을 나타낸다면, 상기 제1 봉지재층은, 상기 제1 봉지재층의 개구 내에서 상기 상호 연결체를 압착할 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상호 연결체의 물질은, 상기 온도 범위 내에서 상기 제1 봉지재층의 물질의 유효 열팽창 계수(effective thermal expansion coefficient) 보다 더 작은 유효 열팽창 계수를 갖는다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 상기 온도 범위 내에서 상기 백-시트 컨택층의 물질의 열 수축율 보다 더 작은 열 수축율을 갖는다.
이에, 상기 백-시트 컨택층은, 상기 상호 연결체 상에 추가 압축을 생성할 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 열 수축율은, 상기 제1 봉지재층 및 상기 태양전지의 인터페이스에 실질적으로 수직으로 측정된다(the thermal shrinkage is determined substantially perpendicular to the interface of the first encapsulant layer and the solar cell).
만약, 상기 압축 응력이 상기 인터페이스에 거의 수직이라면, 상기 도체 회로 컨택 영역과 상기 상응하는 태양전지 컨택 사이의 연결은 개선될 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 도전성 접착제이다.
유리하게는, 이러한 상호 연결체 물질은, 도전체 영역 컨택 영역 상에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 물질의 이러한 형태는, 라미네이션 공정 이후에 압축 응력을 나타내는 상호 연결체를 획득하도록 적절한 경화 특징(curing characteristics) 및 기계적 성질(mechanical properties)을 갖는 것으로 맞추어 질 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 도전성 접착체는, 에폭시, 아크릴레이트(acrylate), 및 실리콘(silicone)으로 이루어진 군에서 선택된 폴리머 기반의 매트릭스 물질을 갖고, 도전성 성분(conductive component)을 포함하는 복합체이다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 도전성 접착제는, 상기 도전성 성분으로 도전성 경로를 형성하는 금속 입자를 포함한다.
상기 도전성 접착제는, 상기 상호 연결체 내에서 도전성 경로를 형성하도록 금속 입자와 혼합될 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 도전성 접착제는, 도전성 성분으로서 저온 납땜으로 이루어진 도전성 경로를 포함한다(the conductive adhesive comprises as the conductive component a conductive path(s) consisting of low temperature solder). 상기 도전성 접착제는, 상기 상호 연결체 내에서 도전성 경로를 형성하고, 흐를 수 있는 저온 납땜 물질과 혼합될 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 태양전지 패널은, 제2 봉지재층 및 유리판(glass plate)을 더 포함하고; 상기 제2 봉지재층이 상기 적어도 하나의 태양전지의 전면의 상부에 배열되고, 상기 유리판이 상기 제2 봉지재층의 상부에 있으므로, 상기 제2 봉지재층이 적어도 하나의 태양전지 및 상기 유리판 사이에 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 제1 및/또는 제2 봉지재층은, 에틸렌-비닐-아세테이트(ethylene-vinyl-acetate), 이오노머(ionomers), (폴리)실리콘((poly)silicone), 열가소성 우레탄(thermoplastic urethane), 및 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 폴리머를 포함한다. 이러한 폴리머는, 상기 라미네이션 공정 동안에 우수한 흐름 및 수축 특성을 나타낸다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 적어도 하나의 태양전지는, 실리콘 기반 백-컨택 태양 전지이다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 태양전지 패널에서, 상기 백-시트 컨택층 벌지는, 상기 태양전지 패널 내의 상기 상호 연결체의 위치에 상응하는 위치에서 관찰가능 하다(in the back-sheet contact layer bulges are observable at locations corresponding with the locations of the interconnecting bodies in the solar panel).
더욱이, 본 발명은, 상기 기술된 태양전지 패널의 제조방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은, 다음의 단계를 포함한다:
- 적어도 하나의 태양전지로서 광을 수용하는 전면 및 전기적 컨택을 구비한 후면을 갖는 하나 이상의 백-컨택 태양전지를 제공하는 단계;
- 표면 상에 패턴화된 도체 회로를 갖는 백-시트 컨택층을 제공하는 단계, 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지 상에 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에서 위치된 컨택 영역으로 배열됨;
- 각 컨택 영역에서 상호 연결체를 제공하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 태양전지 상에 상기 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에서 개구의 패턴을 갖는 제1 봉지재층을 제공하는 단계;
- 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 상기 패턴화된 제1 봉지재층을 배열하는 단계, 상기 개구의 패턴은, 각 상호 연결체가 상기 제1 봉지재층 내에서 상응하는 개구 내에 위치되는 방식으로 상기 전기적 컨택의 위치에 맞추어 정렬됨;
- 상기 패턴화된 도체 회로 표면을 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면으로 상기 패턴화된 제1 봉지재층의 상부 상에 상기 적어도 하나의 태양전지를 배열하고, 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택이 상기 제1 봉지재층을 통하여 상기 상응하는 상호 연결체와 대면하는 단계;
- 상기 제1 봉지재층 내의 각각의 개구 내에서 상기 상응하는 상호 연결체에 의해 상기 도체 회로의 각각의 컨택 영역과, 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택을 연결하는 단계;
- 라미네이션 단계(lamination step) 중에, 상기 적어도 하나의 태양전지 및 상기 제1 봉지재층 사이의 인터페이스에 수직인 방향으로 상호 연결체 내에 압축 응력을 생성하는 단계.
상기 스택의 라미네이션 공정 이후에, 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직 방향으로, 상기 상호 연결체는 압축 응력의 프리 스트레스 상태 하에 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 상기 라미네이션 공정 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 전체 수축율 보다 더 작은 전체 수축율을 갖는다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상호 연결체의 물질은, 상승된 라미네이션 온도부터 약 상온까지의 온도 범위 내의 라미네이션 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 열 수축율 보다 더 작은 열 수축율을 갖는다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 각 상호 연결체는, 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 상기 패턴화된 제1 봉지재층을 배열하는 단계 이전에, 스텐슬 인쇄(stencil printing)에 의해 상기 도체 회로의 상응하는 컨택 영역 상에 도트로 형성된다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상기 도트의 형성은, 상기 패턴화된 제1 봉지재층의 두께 보다 실질적으로 더 큰 높이를 갖는 상기 형성된 도트를 포함한다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상기 적어도 하나의 태양전지는, 상기 도체 회로의 컨택 영역 상에 상기 상호 연결체 도트의 형성 이후에 상기 패턴화된 제1 봉지재층 상에 배열된다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 도전성 접착제이고, 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택을 연결하는 단계는, 상기 상호 연결체를 형성하도록 상기 상호 연결체 도트의 경화성 열처리(curing heat treatment)를 포함한다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 다음의 단계를 더 포함한다:
- 상기 적어도 하나의 태양전지의 전면 위로 제2 봉지재층을 제공하는 단계;
- 상기 제2 봉지재층 위로 유리판을 제공하는 단계;
- 상기 태양전지 패널을 형성하도록 상승된 온도 및 상승된 압력에 노출하여 상기 백-시트 컨택층, 상기 제1 봉지재층, 상기 적어도 하나의 태양전지, 상기 제2 봉지재층 및 상기 유리판을 포함하는 스택을 라미네이션하는 단계.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상기 상호 연결체 도트의 경화성 열처리는, 상기 라미네이션 단계 동안에 이루어진다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 기술된 방법에서, 상기 라미네이션 단계 이전에, 상기 제1 봉지재층은, 상기 상호 연결체의 높이 보다 더 작은 두께를 갖는다.
본 발명은, 본 발명의 예시적 구현예를 나타낸 하기의 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명될 수 있다. 상기 도면은, 첨부된 청구항의 발명의 주제에 의해 정의된 보호 범위의 한정 없이 단지 예시적 제안으로 의도된다.
도 1a는, 백 컨택 태양전지 패널에 적용하기 위한 백-컨택 태양전지의 후면의 레이아웃을 개략적으로 나타낸 것이며;
도 1b는, 상기 도 1a의 백-컨택 태양 전지의 컨택의 레이아웃과 상응하는 백-시트 컨택층 상의 도체 회로의 레이아웃을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 2는, 제1 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이며;
도 3은, 이후의 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이고;
도 4는, 다음의 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이며;
도 5는, 본 발명의 일 구현예에 따른 또 다른 제조 단계 동안에 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이고;
도 6은, 본 발명의 일 구현예에 따른 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이며;
도 7은, 본 발명에 따른 태양전지 패널의 상세한 단면도를 나타낸 것이다.
도 1b는, 상기 도 1a의 백-컨택 태양 전지의 컨택의 레이아웃과 상응하는 백-시트 컨택층 상의 도체 회로의 레이아웃을 개략적으로 나타낸 것이고;
도 2는, 제1 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이며;
도 3은, 이후의 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이고;
도 4는, 다음의 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이며;
도 5는, 본 발명의 일 구현예에 따른 또 다른 제조 단계 동안에 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이고;
도 6은, 본 발명의 일 구현예에 따른 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타낸 것이며;
도 7은, 본 발명에 따른 태양전지 패널의 상세한 단면도를 나타낸 것이다.
도 1a는, 백 컨택 태양전지 패널에 적용하기 위한 백-컨택 태양 전지의 후면의 레이아웃을 개략적으로 나타낸 것이다.
태양전지는, 전형적으로 태양전지에서 광전지 효과에 의해 발생되는 전하(electric charge)를 운반하기 위한 도전성 배선(conductive lines)의 패턴을 구비한다. 예를 들어, 폴리- 또는 단결정 실리콘(monocrystalline silicon)의 다양한 반도체 물질 기판을 기반으로 하여, 고체 상태 태양전지의 다양한 형태가 가능하다.
백-컨택 태양전지에서, 예를 들어, 태양과 같은 광원의 사용 시 직면하는 태양전지의 전면 상의 음영손실(shadow losses)을 최소화하기 위해서, 도체 패턴(conductor pattern)의 컨택은, 태양전지의 후면 상에 배열된다.
도 1a에서, 서로 인접한 두 개의 백-컨택 태양 전지 어레이의 레이아웃을 나타내었다. 각 태양전지(10)에서, 양 극(polarities, 12, 13)(예를 들어, 양극 컨택(positive contacts, 12) 및 음극 컨택(negative contacts, 13))의 다수의 컨택이 상기 태양전지의 후면(11) 상에서 배열된다.
상기 태양전지는, 상기 태양전지의 후면 전기적 컨택(rear surface electrical contact)과 상기 전면 부분을 연결하기 위해 실리콘 기판(silicon substrate)을 통하는 도전성 비아(conductive vias)에 의해 또는 상기 태양전지의 후면에서 p- 및 n-형 접합(n-type junctions) 및 전기적 컨택 둘 다를 포함하여 상기 전지의 후면의 모든 컨택을 포함하는, MWT(metal-wrap-through), EWT(Emitter wrap-through), IBC(interdigitated back-contact) 또는 다른 백-컨택실리콘 기판 타입일 수 있다.
도 1b는, 상기 도 1a의 백-컨택 태양 전지의 전기적 컨택의 레이아웃과 상응하는 백-시트 컨택층 상에 도체 회로(conductor circuit)의 레이아웃을 개략적으로 나타내었다.
백-시트 컨택층(20)은, 전형적으로 패턴화된 도전성층(patterned conductive layer), 예를 들어, 하나 이상의 패턴화된 도전성 영역들(22, 23, 24)을 포함하는 도체 회로를 구비한 폴리머계 층(21)이다. 예를 들어, 상기 도전성 영역들은, 깍지형(interdigitated)일 수 있으나, 본 발명의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있다면, 다른 패턴 형태 및 패턴 배열도 가능하다.
상기 도체 회로의 레이아웃은, 서로 연속된 태양전지(10)의 배열(the arrangement of the solar cells 10 next to each other)과 백-컨택 태양 전지(10)의 후면(11) 상의 전기적 컨택(12, 13)의 레이아웃과 실질적으로 매칭한다.
도 1b에서, 상기 도체 회로가 적어도 하나의 백-컨택 태양 전지(10)의 전기적 컨택(12; 13)을 갖는 전기적 컨택 내에 있는 위치는, 크로스(crosses, 28)로 나타낸다.
도 2는, 제1 제조 단계 동안에 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타내었다.
도 2의 단면도는, 도 1b의 선 II-II에 상응한다.
백 시트 컨택층(20)의 폴리머층(21) 상에서 패턴화된 도전성 영역(patterned conductive areas, 24, 23)은, 배열된다. 일 실시예에서, 참조 번호(24)의 도전성 영역들은, 적어도 하나의 백-컨택 태양 전지(10) 상에 하나의 극(polarity)의 전기적 컨택에 연결되고, 상호 연결된다.
그러므로, 상호 연결체(25)는, 상기 도체 회로의 도전성 영역(24)과 백-컨택 태양 전지(10)의 전기적 컨택(13) 사이에 전기적 연결(electrical connection, 제조 공정에서 최종 스테이지에서)을 제공하기 위해 도전성 영역(24) 상에 놓여 진다.
상호 연결체(25)는, 도전성 폴리머의 프리품(perform), 또는 납땜 및 폴리머를 포함하는 하이브리드 물질의 프리품, 또는 도전성 테이프로부터의 스탬프되거나 또는 절단된 부분과 같이, 도전성 접착제 도트, 또는 도전성 폴리머의 도트, 또는 납땜 및 폴리머를 포함하는 하이브리드 물질 도트로 구현될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 상기 하나 이상의 태양전지의 전기적 컨택에 상응하는 각 위치에서, 상기 물질의 도트를 증착(depositing)하여 상기 백-시트 컨택층 상에 스텐실 인쇄(stencil printed)된다.
상기 도트의 형태 및 크기는, 상기 스텐실의 두께 및 형성된 상호 연결체의 크기에 의해 미리 결정된다. 상기 도트의 높이는, 전형적으로, 사용된 봉지재층(하기에 제시함)의 두께의 적어도 125 %이다.
같은 방식으로, 상호 연결체(25)는, 상기 백-컨택 태양 전지의 후면(11) 상에 대향극(opposite polarity)의 전기적 컨택(12)의 위치와 상응하는 위치에서 다른 도전성 영역(23) 상에 놓여질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 도전성 접착제이다.
다른 구현예에서, 상기 도전성 접착제는, 에폭시, 실리콘, 아크릴레이트 및 하이브리드 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 폴리머 기반 매트릭스 물질을 갖는 복합체(composite)이고, 도전성 성분을 포함한다.
일 구현예에서, 상기 도전성 접착제는, 도전성 성분으로 도전성 경로(conductive path)를 형성하는 금속 입자를 포함한다.
또는, 상기 도전성 접착제는, 상기 상호 연결체를 통하여 도전성 경로를 형성하는 도전성 성분으로 저온납땜을 포함한다.
도 3은, 다음의 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타내었다. 다음 제조 단계에서, 제1 봉지재층(30)은, 백 시트 컨택층(20) 및 이들에 배치된 상호 연결체(25)의 배열 위로 배열될 수 있다. 이러한 제1 봉지재층은, 상기 도체회로 및 상기 태양전지의 후면 사이에 절연층(insulating layer)으로 작용할 수 있다. 또한, 상기 제1 봉지재층은, 수분 등으로부터 상기 태양전지를 보호하도록 실링층(sealing layer)으로 작용할 수 있다.
제1 봉지재층(30)은, 상기 백-컨택 태양 전지의 후면 상의 전기적 컨택 위치 및 상호 연결체(25) 위치와 상응하는 다수의 개구(31)를 구비된다. 상기 제1 봉지재층은, 상호 연결체(25)가 봉지재층(30)의 상부면(top surface, 30a) 위로 돌출(protrude)할 정도로 두께를 가진다.
일 구현예에서, 상기 제1 봉지재층은, 폴리머, 바람직하게는 열가소성 폴리머를 포함한다. 일 구현예에서, 상기 제1 봉지재층은, 에틸렌-비닐-아세테이트(ethylene-vinyl-acetate), 이오노머(ionomers), 실리콘계 봉지재(silicone based encapsulants), TPU(열가소성 우레탄, thermoplastic urethane), PVB(폴리비닐 부티랄, polyvinyl butyral)로 이루어진 군에서 선택된 폴리머를 포함한다.
도 4는, 다음의 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타내었다.
이 제조단계에서, 상기 백-컨택 태양 전지는, 상호 연결체의 상부 및 상기 제1 봉지재층의 상부면 상에 배치된다. 각 태양전지(10)의 후면 상의 전기적 컨택(12, 13)은, 상응하는 돌출한 상호 연결체(25)의 위치에 배치된다.
도 5는, 또 다른 제조 단계 동안에 상기 백-컨택 태양 전지 패널의 단면도를 나타내었다. 이 제조 단계 동안에, 제2 봉지재층(35)은, 태양전지(10)의 전면 위로 배치된다.
상기 제2 봉지재층은, 상기 유리판(하기에 제시함) 상의 태양전지를 수용하기 위한 탄성층(elastic layer)을 제공하고, 수분과 같은 유해한 물질로부터 이들을 실링하고, 상기 태양전지를 전기적으로 절연하기 위한 목적으로 작용한다.
일 구현예에서, 상기 제2 봉지재층은, 열가소성 폴리머(thermoplastic polymer)를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 제2 봉지재층은, 에틸렌-비닐-아세테이트, 이오노머, (폴리)실리콘계 봉지재((poly) silicone based encapsulants), TPU, 및 PVB으로 이루어진 군에서 선택된 폴리머를 포함한다.
상기 제2 봉지재층을 배치한 이후에, 유리판(40)이 상기 제2 봉지재층(35)의 상부 상에 배열된다.
이러한 단계 이후에, 태양전지 패널은, 도체 회로(21)를 갖는 백 시트 컨택층(20), 제1 봉지재층의 개구 내에 상호 연결체(25)를 갖는 제1 봉지재층(30), 태양전지(10), 제2 봉지재층(35) 및 유리판(40)의 스택된 구조를 포함한다.
상기 스택된 구조는, 인버티드(inverted)될 수 있으므로, 상기 패널 처리 동안에, 상기 유리 시트가 상기 스택의 하단 면에 있다.
다음으로, 상기 스택된 구조는, 라미네이션 공정 동안에 상승된 온도 및 상승된 압력에 노출된다. 이러한 라미네이션 공정은, 연속 라미네이트(continuous laminate)를 형성하도록 상기 봉지재층 및 상기 상호 연결체 둘 다를 경화하는, 라미네이터 장치(laminator device, 미도시)에서 이루어진다.
도전성 백-시트(conductive back-sheet)를 갖는 백-컨택 전지 및 상호연결 페이스트를 이용하는 모듈 제조에서 조합된 라미네이션 및 상호연결 단계 동안에, 다양한 물질, 즉, 봉지재 물질과 상기 상호연결 물질의 상호 작용(interaction)은, 상기 상호 연결을 강화하기 위한 압축 응력을 획득하는데 중요하다.
조합된 라미네이션 및 상호연결 단계의 온도 프로파일은, 세 가지 스테이지로 나누어진다. 제1 스테이지는, 대략 5분 이상 동안 상온에서 대략 150 ℃까지 라미네이트를 가열한다.
이 스테이지의 제1 부분에서, 상기 라미네이트 위의 이중 진공 챔버(double vacuum chamber)가 진공화(evacuated)된다. 상기 온도가 대략 80 ℃ 이상일 때, 압력은, 라미네이터의 상부 챔버를 대기압으로 되돌려서 상기 라미네이트에 가해진다. 제2 스테이지에서, 상기 라미네이트는, 대략 15분 동안 유지되는 하부 챔부 내에서 진공에서 150 ℃ 하에 놓여 진다. 마지막 스테이지는, 진공을 빼고, 상기 라미네이터로부터 라미네이트를 제거하고, 이를 상온으로 냉각하는 단계를 포함한다.
제1 스테이지 동안에, 상기 상호연결 도트(또는, 페이스트)는, 경화를 시작하거나 또는 인쇄 단계에 의해 결정되는 이의 높이를 유지할 수 있다. 바람직하게는, 상기 상호연결 물질은, 경화되었거나 또는 상기 봉지재 물질의 흐름 및 수축이 일어나기 이전에 경화를 시작한다.
일 구현예에서, 상기 상호연결 물질의 경화를 위한 시작온도(onset temperature)는, 상기 봉지재 물질의 흐름에 대한 시작 온도보다 더 낮아야 한다. 이러한 방식으로, 상기 상호연결 물질은, 전체 또는 상당한 정도로 경화를 시작하였기에, 상기 봉지재 물질의 흐름이 일어날 때, 상기 봉지재 물질의 흐름 동안에 상기 상호 연결체에 기계적 강도(mechanical strength)를 제공한다.
상기 제2 스테이지 동안에, 상기 봉지재 물질은, 모듈 내에서 일부의 캐비티(cavities)를 채우도록 녹여지고 흐른다. 상기 백-시트 호일(back-sheet foil)과 상기 봉지재 물질 및 상기 유리와 상기 봉지재 물질 간의 접착력은, 이 스테이지 동안에 성립된다. 상기 백 시트와 상기 봉지재 물질 간의 접착력은, 라미네이트를 형성하는 다른 물질로 향해 상기 백 시트를 당긴다. 상기 상호연결 물질이 이 스테이지에서 이의 높이를 유지할 수 있으므로, 상기 백 시트와 이동되지 않을 뿐 아니라, 이러한 이동에 저항하여 상기 상호 연결 상에 압축응력을 유도한다. 상기 상호 연결체 물질은, 상기 제2 스테이지 동안에 완벽한 경화에 이르거나 또는 어떠한 변형(deformation)을 나타내지 않을 뿐 아니라, 동시에, 상기 전지의 전기적 컨택 및 상기 도전성 백-시트의 컨택 영역과의 접착 결합 및 이들 사이의 전기적 컨택(electric contact)의 형성이 가능할 수 있다.
이 스테이지의 마지막에서, 상기 라마네이트는, 상기 전지 및 상기 도전성 백-시트 간의 안정한 전기적 컨택 및 모든 관련있는 표면들(all relevant surfaces) 간에 우수한 접착력의 정상 상태(steady state)에 이를 수 있다. 이후에 냉각 단계를 포함하는 라미네이션 동안에, 봉지재층(30)(및 상기 백-시트 컨택층)은, 각각의 봉지재층 및 상기 태양전지의 표면 간의 인터페이스에 수직인 방향으로 어느 정도 수축한다. 라미네이션의 최종 스테이지 동안에, 상기 라미네이트는 상온으로 냉각될 수 있다.
본 발명의 양상에 따라, 상기 제1 봉지재(first encapsulant)의 열팽창의 계수는, 전형적으로, 상기 도전성 접착제 보다 4 내지 5 배 더 높을 수 있다. 이는, 상기 봉지재(즉, 태양전지와 이의 인터페이스에 수직으로)의 높이에서의 변화는, 동일한 방향으로 상기 도전성 접착제의 높이에서의 변화보다 더 클 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 높이 변화의 차이는, 봉지화 공정(encapsulation process) 동안에 상기 봉지재에 부착되는 상기 도전성 백-시트에 의해 상기 도전성 접착제 상에 부과되는 추가 압축 응력에 기인한 것이다.
이에, 본 발명에 따라, 상호연결 물질 및 봉지재 물질의 조합은, 상기 라미네이션 공정 및 상기 상호연결 물질 내의 압축 응력의 쿨링 이후에 생성하는 것으로 선택된다(combination of interconnecting material and encapsulant material is selected that produces after the lamination process and cooling a compressive stress in the interconnecting material).
상기 태양전지 패널에서, 상기 태양전지와 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향에서, 상기 상호 연결체는, 압축 응력 하에 있다. 상기 압축 응력은, 상기 라미네이션 공정 이후에 상기 상호연결 물질의 부피 보다 상대적으로 더 작은 상기 봉지재 물질의 부피와 함께, 상기 라미네이션 공정 동안에 각각의 층의 부피 차이의 발생에 의한 것일 수 있다. 상기 부피 차이는, 각각의 층에서 화학적 또는 물리적 효과(예를 들어, 화학 반응 또는 밀도의 변화)에 의해 초래될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 상호 연결체의 부피는, 열효과(thermal effect)의 고려 없이, 상기 봉지재층의 부피 보다 더 큰 것으로 선택된다: 스텐실 인쇄된 상기 도트는, 예를 들어, 상기 봉지재층의 두께 보다 더 큰 높이를 갖고, 상대적으로 오버사이즈로 상기 봉지재층의 개구에서 돌출한다. 상기 백-시트층 및 상기 봉지재층의 라미네이션 동안에, 부피 차이에 의해 상기 상호 연결체 물질 상에 압력을 가하게 하고, 상기 상호 연결체 내에 압축 응력을 발생시킨다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상호연결 물질 및 봉지재 물질의 조합은, 라미네이션 공정에 의해서, 상기 상호연결 물질이, 상기 봉지재층 물질보다 상대적으로 적게 수축하고, 또한, 상기 상호 연결체가 상기 태양전지 표면 및 상기 봉지재층 사이에서 압력을 받고, 압축 응력 상태에 놓여지는 효과를 갖는 것으로 선택된다. 상기 방법은, 단지 수축 효과를 적용할 뿐만 아니라, 오버사이즈 효과(oversize effect)에 의한 효과와 이러한 수축효과를 조합할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상호연결 물질 및 봉지재 물질의 조합은, 상호 연결체 물질이, 상기 봉지재 물질의 열팽창 계수보다 상대적으로 더 작은 열팽창계수를 갖는 것으로 선택된다. 게다가, 이는, 라미네이션 공정에 의해서, 상기 상호연결 물질이, 상기 봉지재층 물질의 열 수축 보다 상대적으로 더 작은 열 수축을 나타내는 효과를 가진다. 이는, 상기 상호 연결체가, 태양전지 표면 및 상기 봉지재층 사이에서 압력을 받고, 압축 응력 상태에 놓여지는 효과도 갖는다. 상기 방법은, 열 수축 효과를 적용할 뿐만 아니라, 상기 수축 효과 또는 오버사이즈 효과 또는 이들의 조합 중 어느 하나에 의한 효과와 이러한 열 수축 효과를 조합할 수 있다.
상기 상호 연결체 물질(25)이 라미네이션 및 상호연결 단계의 조합 동안에 수축되거나 또는 상기 봉지재층 물질 보다 더 작게 수축된다면, 상기 상호 연결체는, 주변의 봉지재층 물질에 의한 압축력에 노출될 수 있음을 알 수 있다.
상기 상호 연결체의 물질이 상기 백 시트 및 봉지재에 의해 가해진 압축력을 견디는데 충분할 정도로 강한 물질이라면, 상기 상호 연결체는, 백-컨택 모듈 내에서 우수하고, 신뢰성 있는 상호연결을 형성할 수 있다.
상기 봉지재층의 수축은, 상기 유리 시트에 의해 저항되므로, 상기 봉지재 및 백-시트 컨택층이 도체 회로 상기 백-시트 컨택층 상의 도체 회로 및 상기 태양전지의 후면 사이의 상기 상호 연결체 상에 압축력(compressive force)을 가하게 한다.
이로 인하여, 상기 상호연결은, 상기 전지 컨택 패드 및 상기 도전성 백-시트와 상기 상호연결 물질의 접착력(adhesive strength)에만 오로지 의존하지 않고, 상기 봉지재 및 백-시트에 의해 가해진 압축력에 의해 강화된다.
본 발명에 따라, 태양전지 패널은, 적어도 하나의 태양전지, 제1 봉지재층 및 백-시트 컨택층을 포함하는 스택을 구비한다; 상기 적어도 하나의 태양전지는, 광을 수용하기 위한 전면 및 전기적 컨택을 구비한 후면을 갖는 백-컨택 태양전지로 배열되고; 상기 백 컨택 시트층은, 패턴화된 도체 회로를 구비한 표면을 포함하고, 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에서 위치된 컨택 영역으로 배열되고; 상기 제1 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에서 개구의 패턴을 구비하며; 상기 적어도 하나의 태양전지는, 상기 제1 봉지재층의 상부 상에 배열되고; 상기 제1 봉지재층은, 상기 패턴화된 도체 회로 표면과 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면과 함께, 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 배열되고, 이에, 상기 제1 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지 및 상기 백-시트 컨택층 사이에 있고; 상기 전기적 컨택의 위치, 상기 제1 봉지재층 내의 개구 및 상기 컨택 영역은, 서로 맞추어 정렬되고; 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택은, 상호 연결체에 의해 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과, 상기 제1 봉지재층 내의 상응하는 개구를 통하여 연결되며; 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향으로, 상기 상호 연결체는, 압축 응력 하에 있다.
도 6은, 본 발명에 따른 태양전지 패널의 단면도를 나타낸 것으로, 상기 상호 연결체들의 압축은, 상기 태양전지 패널 내에서 상기 상호 연결체의 위치와 상응하는 위치에서 상기 백-시트 컨택층 내의 벌지에 의해 관측될 수 있다.
도 7은, 본 발명에 따른 태양전지 패널의 단면도의 세부사항을 나타낸 것이다.
세부 단면도에서, 상대적으로 수축된 봉지재층 물질에 의한 상기 상호 연결체(25)에 가해진 압축력은, 화살표 S로 나타내었다.
상기 압축력은, 상기 상호 연결체가, 각각으로, 상기 도체 회로의 컨택 영역 및 전기적 컨택(12; 13)과의 인터페이스들 사이에서 실질적으로 압력을 받는 것을 보여준다. 상기 인터페이스들 상의 압력은, 우수한 컨택이 유지되도록 한다.
상기 상호 연결체 상의 압축력은, 수축된 봉지재층 상에 장력(tensile force)에 의해 균형이 맞추어질 수 있다.
상기 봉지재층 물질 및 상기 상호 연결체 물질의 수축은, 화학적 또는 물리적 특성(physical nature), 예를 들어, 각각의 물질들 간의 흐름 또는 열팽창(thermal expansion)의 차이, 또는 조성 또는 밀도의 변화 등일 수 있다. 이에, 수축은, 여기에서 각각의 물질의 유효 부피 변화(effective change of volume)로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 상호 연결체의 물질은, 상기 라미네이션 공정 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 전체 수축율 보다 더 작은 전체 수축율을 가질 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 수축이 열팽창 현상에 의해 이루어진다면, 상기 상호 연결체의 물질은, 라미네이션 온도에서부터 약 상온까지의 온도 범위 내에서 상기 제1 봉지재층의 물질의 더 작은 열 수축율을 가진다.
상기 라미네이션 온도는, 약 150 내지 약 100 ℃의 범위의 온도일 수 있다.
일 구현예에서, 제조 단계는, 적어도 하나의 태양전지, 백-시트 컨택층 및 제1 봉지재층의 스택을 포함하는 태양전지 패널의 제조방법에 의해 정의될 수 있고, 상기 제조방법은, 다음의 단계를 포함한다:
- 상기 적어도 하나의 태양전지로서 광을 수용하기 위한 전면 및 전기적 컨택를 구비한 후면을 갖는 백-컨택 태양전지를 제공하는 단계;
- 표면 상에 패턴화된 도체 회로를 갖는 백-시트 컨택층을 제공하는 단계, 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택 위치에 상응하는 위치에 위치된 컨택 영역으로 배열됨;
- 각 컨택 영역에 상호 연결체를 제공하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택 위치에 상응하는 위치에서 개구의 패턴을 갖는 제1 봉지재층을 제공하는 단계;
- 각 상호 연결체가 상기 제1 봉지재층 내에 상응하는 개구 내에 위치되는 방식으로 상기 전기적 컨택의 위치 위로 정렬된 개구의 패턴을 갖는 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 패턴화된 제1 봉지재층을 배열하는 단계;
- 패턴화된 도체 회로 표면과 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면을 갖는, 상기 패턴화된 제1 봉지재층의 상부 상에 적어도 하나의 태양전지를 배열하고, 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택은, 상기 제1 봉지재층을 통하여 상응하는 상호 연결체를 대면하는 단계;
- 상응하는 상호 연결체에 의해 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택을 연결하는 단계.
상기 스택의 라미네이션 공정 이후에, 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향으로, 상기 상호 연결체는, 압축 응력 하에 있다.
본 발명의 다른 구현예가 최종적으로 부여된 첨부 청구항에 의해서 제한되지 않는 본 발명의 범위, 본 발명의 진정한 본질로부터 벗어나지 않고 실시화되고 착상될 수 있다는 것을 본 발명의 통상의 기술자라면 이해될 수 있다. 구현예의 기술내용은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
Claims (24)
- 적어도 하나의 태양전지, 제1 봉지재층 및 백-시트 컨택층을 포함하는 스택을 구비하는 태양전지 패널로서,
상기 적어도 하나의 태양전지는, 광을 수용하기 위한 전면 및 전기적 컨택을 구비한 후면을 갖는 백-컨택 태양전지로 배열되고;
상기 백 컨택 시트층은, 패턴화된 도체 회로를 구비한 표면을 가지며, 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치(location)에 상응하는 위치에 위치된 컨택 영역으로 배열되고;
상기 제1 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에 개구의 패턴을 구비하며;
상기 적어도 하나의 태양전지는, 상기 제1 봉지재층의 상부 상에 배열되며;
상기 제1 봉지재층은, 상기 패턴화된 도체 회로 표면을 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면과 함께, 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 배열되므로, 상기 제1 봉지재층은, 적어도 하나의 태양전지 및 상기 백-시트 컨택층 사이에 있고;
상기 전기적 컨택의 위치, 상기 제1 봉지재층 내의 개구 및 상기 컨택 영역은, 서로 맞추어 정렬되고;
상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택은, 상호 연결체에 의해 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과, 상기 제1 봉지재층 내의 상응하는 개구를 통하여 연결되며, 상기 상호 연결체는, 상기 제1 봉지재층의 개구 내에 배열되고;
경화 상태에 있는 상기 상호 연결체는, 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향으로 상기 상호 연결체가 압축 응력의 프리 스트레스 상태에 있는 방식으로, 상기 컨택 영역 및 상기 상응하는 전기적 컨택 사이에서 압축되는 것인,
태양전지 패널.
- 제1항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 상승된 라미네이션 온도에서부터 약 상온까지의 온도 범위(temperature interval)에서 라미네이션 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 열 수축율 보다 더 작은 열 수축율을 갖는 것인, 태양전지 패널.
- 제1항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 상기 라미네이션 공정 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 전체 수축율 보다 더 작은 전체 수축율을 갖는 것인, 태양전지 패널.
- 제1항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 상기 온도 범위 내에서 상기 제1 봉지재층의 물질의 유효 열 팽창 계수보다 더 작은 유효 열 팽창 계수를 갖는 것인, 태양전지 패널.
- 제1항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 상기 온도 범위 내에서 상기 백-시트 컨택층의 물질의 열 수축율 보다 더 작은 열 수축율을 갖는 것인, 태양전지 패널.
- 제2항에 있어서,
상기 열 수축율은, 상기 제1 봉지재층 및 상기 태양전지의 인터페이스에 실질적으로 수직으로 측정되는 것인, 태양전지 패널.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 도전성 접착제인 것인, 태양전지 패널.
- 제6항에 있어서,
상기 도전성 접착제는, 에폭시, 아크릴레이트, 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택된 폴리머 기반 매트릭스 물질 및 도전성 성분을 포함하는 복합재료인 것인, 태양전지 패널.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 도전성 접착제는, 상기 도전성 성분으로 도전성 경로를 형성하는 금속 입자를 포함하는 것인, 태양전지 패널.
- 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도전성 접착제는, 상기 도전성 성분으로서 저온 납땜으로 이루어진 도전성 경로를 포함하는 것인, 태양전지 패널.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태양전지 패널은, 제2 봉지재층 및 유리판을 더 포함하고;
상기 제2 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지의 전면의 상부 상에 배열되고, 상기 유리판은, 상기 제2 봉지재층의 상부 상에 있고, 상기 제2 봉지재층은, 상기 적어도 하나의 태양전지 및 유리판 사이에 있는 것인, 태양전지 패널.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및/또는 제2 봉지재층은, 에틸렌-비닐-아세테이트, 이오노머, (폴리)실리콘, 열가소성 우레탄, 및 폴리비닐 부티랄로 이루어진 군에서 선택된 폴리머를 포함하는 것인, 태양전지 패널.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 태양전지는, 실리콘 기반 백-컨택 태양전지인 것인, 태양전지 패널.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 백-시트 컨택층 벌지(bulge)는, 상기 태양전지 패널 내의 상호 연결체의 위치와 상응하는 위치에서 관측가능(observable)한 것인, 태양전지 패널.
- 적어도 하나의 태양전지, 백-시트 컨택층 및 제1 봉지재층을 포함하는 스택을 구비한 태양전지 패널의 제조방법으로서,
상기 제조방법은:
- 상기 적어도 하나의 태양전지로서 광을 수용하기 위한 전면 및 전기적 컨택을 구비한 후면을 갖는 하나 이상의 백-컨택 태양전지를 제공하는 단계;
- 표면 상에 패턴화된 도체 회로를 갖는 백-시트 컨택층을 제공하는 단계, 상기 도체 회로는, 상기 적어도 하나의 태양전지의 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에 위치된 컨택 영역으로 배열됨;
- 각 상기 컨택 영역에 상호 연결체를 제공하는 단계;
- 상기 적어도 하나의 태양전지 상의 전기적 컨택의 위치에 상응하는 위치에 개구 패턴을 갖는 제1 봉지재층을 제공하는 단계;
- 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 패턴화된 제1 봉지재층을 배열하는 단계, 상기 개구의 패턴은, 각 상호 연결체가 상기 제1 봉지재층 내에서 상응하는 개구 내에 위치되는 방식으로 상기 전기적 컨택의 위치에 맞추어 정렬됨;
- 패턴화된 도체 회로 표면을 대면하는 상기 적어도 하나의 태양전지의 후면으로 상기 패턴화된 제1 봉지재층의 상부 상에 상기 적어도 하나의 태양전지를 배열하고, 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택이 상기 제1 봉지재층을 통하여 상기 상응하는 상호 연결체와 대면하는 단계;
- 상기 제1 봉지재층 내의 각각의 상응하는 개구 내에서 상기 상응하는 상호 연결체에 의해, 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과, 상기 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택을 연결하는 단계;
- 라미네이션 단계 중에, 상기 적어도 하나의 태양전지 및 상기 제1 봉지재층 사이의 인터페이스에 수직한 방향으로, 상기 상호 연결체 내에 압축 응력을 생성하는 단계;
를 포함하고,
상기 스택의 라미네이션 공정 이후에, 상기 태양전지 및 상기 제1 봉지재층의 인터페이스에 수직한 방향으로, 상기 상호 연결체는 압축 응력의 프리 스트레스 상태에 있는 것인,
태양전지 패널의 제조방법.
- 제15항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 라미네이션 공정 동안에 상기 제1 봉지재층의 물질의 전체 수축율 보다 더 작은 전체 수축율을 갖는 것인, 방법.
- 제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 상승된 라미네이션 온도에서부터 약 상온까지의 온도 범위에서 라미네이션 동안에, 상기 제1 봉지재층의 물질의 열 수축율 보다 더 작은 열 수축율을 갖는 것인, 방법.
- 제15항에 있어서,
각 상호 연결체는, 상기 백-시트 컨택층의 상부 상에 상기 패턴화된 제1 봉지재층을 배열하는 단계 이전에, 스텐슬 인쇄(stencil printing)에 의해 상기 도체 회로의 상응하는 컨택 영역 상에 도트로 형성되는 것인, 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 도트의 형성은, 상기 패턴화된 제1 봉지재층의 두께 보다 실질적으로 더 큰 높이를 갖는 상기 형성된 도트를 포함하는 것인, 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 적어도 하나의 태양전지는, 상기 도체 회로의 컨택 영역 상에 상기 상호 연결체 도트의 형성 이후에 상기 패턴화된 제1 봉지재층 상에 배열되는 것인, 방법.
- 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상호 연결체의 물질은, 도전성 접착제이고, 상기 도체 회로의 각각의 상응하는 컨택 영역과, 적어도 하나의 태양전지의 각 전기적 컨택을 연결하는 단계는, 상기 상호 연결체를 형성하도록 상기 상호 연결체 도트의 경화성 열처리를 포함하는 것인, 방법.
- 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 적어도 하나의 태양전지의 전면 위로 제2 봉지재층을 제공하는 단계;
- 상기 제2 봉지재층 위로 유리판을 제공하는 단계;
- 상기 백-시트 컨택층, 상기 제1 봉지재층, 상기 적어도 하나의 태양전지, 상기 제2 봉지재층 및 상기 유리판을 포함하는 스택을, 상승된 온도 및 상승된 압력에 노출시켜 라미네이트하여 태양전지 패널을 형성하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
- 제22항에 있어서,
상기 상호 연결체 도트의 경화성 열처리는, 상기 라미네이션 단계 중에 이루어지는 것인, 방법.
- 제22항 또는 제23항에 있어서,
상기 라미네이션 단계 이전에, 상기 제1 봉지재층은, 상기 상호 연결체의 높이 보다 더 작은 두께를 갖는 것인, 방법.
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