KR20150092616A - 태양전지 모듈 - Google Patents

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KR20150092616A
KR20150092616A KR1020140013203A KR20140013203A KR20150092616A KR 20150092616 A KR20150092616 A KR 20150092616A KR 1020140013203 A KR1020140013203 A KR 1020140013203A KR 20140013203 A KR20140013203 A KR 20140013203A KR 20150092616 A KR20150092616 A KR 20150092616A
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solar cell
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white
rear substrate
cell module
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KR1020140013203A
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홍종경
김병수
문세영
장성호
홍세은
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엘지전자 주식회사
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Abstract

태양전지 모듈은 복수의 태양전지; 태양전지의 전면 및 후면에 각각 위치하는 전면 기판 및 후면 기판; 및 전면 기판과 후면 기판의 사이에 위치하며 태양전지를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하고, 전면 기판 및 후면 기판은 유리(glass) 또는 세라믹(ceramic)으로 각각 형성되며, 태양전지를 향하는 후면 기판의 내면에는 착색층이 위치한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 복수의 태양전지들을 구비한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 청정 에너지로서 미래의 에너지원으로 각광을 받으며 성장 발전하고 있다.
통상의 태양광 발전 시설은 일조량이 높은 지역에 설치되는데, 일조량이 최고조가 되는 계절에 태양광 발전량이 높아야 하지만, 실제로는 일조량이 최고조에 달하는 여름보다 일조량은 적지만 대기의 기온이 선선한 봄과 가을에 태양광의 평균 발전량이 높고, 대기의 기온이 가장 높은 여름에 태양전지 모듈의 표면 온도가 대략 60℃ 내지 80℃의 높은 온도를 유지할 경우에는 태양광 평균 발전 효율이 12% 수준으로 낮아진다.
이와 같은 사실은 태양전지 모듈의 표면 온도에 따른 발전량 혹은 효율이 단결정 폴리실리콘이나 다결정 실리콘 태양전지 모듈에 의한 영향을 크게 받지는 않으며, 태양전지 모듈 자체 및 주변 기기에서 발생하는 열에 의해 발전 효율이 저하되는 것을 의미한다.
한편, 통상의 태양전지 모듈은 수지(resin)로 구성된 시트(sheet) 타입의 후면 기판을 구비하는데, 시트 타입의 후면 기판을 구비한 태양전지 모듈을 사막과 같이 건조하며 고온이 유지되고 모래 바람이 강한 지역에 설치한 경우에는 시트 타입의 후면 기판에 크랙이 발생되거나 강한 태양빛에 의해 시트 타입의 후면 기판이 변색됨에 따라 태양전지 모듈의 내구성 및 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내구성 및 발전 효율이 개선된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 모듈은 복수의 태양전지; 태양전지의 전면 및 후면에 각각 위치하는 전면 기판 및 후면 기판; 및 전면 기판과 후면 기판의 사이에 위치하며 태양전지를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하고, 전면 기판 및 후면 기판은 유리(glass) 또는 세라믹(ceramic)으로 각각 형성되며, 상기 태양전지를 향하는 상기 후면 기판의 내면에는 착색층이 위치한다.
전면 기판 및 후면 기판은 0.8㎜ 내지 4㎜의 두께로 각각 형성될 수 있다.
태양전지가 한면 수광형 구조로 형성된 경우에는 착색층이 후면 기판의 내면 전체에 위치할 수 있다.
태양전지가 양면 수광형 구조로 형성된 경우에는 착색층이 후면 기판의 내면 중 일부 영역, 예를 들어 서로 이웃한 태양전지의 사이 영역에만 위치할 수 있다.
착색층은 내열 도료를 포함할 수 있으며, 내열 도료는 실리콘 폴리에스테르도료 또는 내열유기 도료를 포함할 수 있다.
착색층은 백색(white color), 흑색(balck color) 또는 이들 이외의 다양한 색상을 가질 수 있다.
한 예로, 착색층은 백색 금속으로 이루어질 수 있으며, 백색 금속은 니켈, 팔라듐, 로듐, 및 백금을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
다른 예로, 착색층은 수지(resin) 및 수지 내에 분산된 백색 안료를 포함하는 백색 수지 조성물에 의해 형성된 백색 산화막으로 이루어질 수 있다.
백색 안료는 산화티탄, 산화지르코늄, 산화칼슘, 산화규소, 산화아연, 산화알루미늄, 황화아연, 황산칼슘, 황산바륨, 탄산납, 수산화납, 염기성몰리브덴산아연, 염기성몰리브덴산칼슘아연, 몰리브덴화이트 및 리토폰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고, 백색 수지 조성물의 백색 안료의 함유율은 10 내지 70 중량%일 수 있다.
그리고 백색 수지 조성물의 백색도는 70 이상일 수 있다.
태양전지 모듈은 외부 환경에 노출되어 있기 때문에 모래 바람이 강하고 건조하며 고온이 유지되는 사막에 설치될 경우 모듈의 내구성을 오랜 시간 동안 유지할 수 있어야 한다.
그런데, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 종래에 사용되던 시트 타입의 후면 기판 대신에 유리 또는 세라믹 재료로 형성된 후면 기판을 구비함으로써, 태양전지 모듈의 내구성을 오랜 시간 동안 유지할 수 있다.
그리고 전면 기판을 통해 입사된 빛이 후면 기판의 내면에 형성된 착색층에서 반사되므로, 태양전지에 입사되는 빛의 양이 증가하여 태양전지 모듈의 출력이 향상된다.
또한, 지면에서 반사된 후 태양전지 모듈에 입사되는 빛 역시 후면 기판의 내면에 형성된 착색층에서 반사되므로, 지면에서 반사된 빛에 의해 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 것이 억제되어 태양전지 모듈의 출력이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 모듈에 구비된 한면 수광형 태양전지의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 3의 태양전지 모듈에 구비된 양면 수광형 태양전지의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 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 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 태양전지 모듈에 구비된 한면 수광형 태양전지의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예의 태양전지 모듈(100)은 복수의 태양전지(110)들, 인접한 태양전지(110)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(도시하지 않음), 태양전지(110)들을 밀봉하는 밀봉 부재(120), 태양전지(110)들의 전면(front surface) 쪽으로 밀봉 부재(120) 위에 배치되는 전면 기판(130), 및 태양전지(110)들의 후면(back surface) 쪽으로 밀봉 부재(120)의 하부에 배치되는 후면 기판(140)을 포함한다.
여기에서, "전면(front surface)"은 도 1에서 상측 방향, 즉 "Z" 방향에 위치한 면을 말하며, "후면(back surface)"은 도 1에서 하측 방향, 즉 "Z'" 방향에 위치한 면을 말한다.
전면 기판(130)과 후면 기판(140)은 태양전지 모듈(100)의 전면 및 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양전지(110)를 외부 환경으로부터 보호한다.
이러한 전면 기판(130)과 후면 기판(140)은 태양전지 모듈(100)의 내구성을 향상시키기 위해 유리(glass) 또는 세라믹(ceramic) 재료로 각각 형성된다.
이때, 유리(glass)는 저철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 그리고 전면 기판(130)과 후면 기판(140)은 서로 동일한 재료로 형성될 수 있다.
예를 들면, 전면 기판(130)과 후면 기판(140)은 모두 유리로 형성될 수 있으며, 이와는 달리 모두 세라믹으로 형성될 수 있다.
하지만, 전면 기판(130)과 후면 기판(140)은 서로 다른 재료로 형성될 수 있다.
예를 들면, 전면 기판(130)은 유리로 형성되고, 후면 기판(140)은 세라믹으로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 전면 기판(130)이 세라믹으로 형성되고 후면 기판(140)이 유리로 형성되는 것도 가능하다.
이때, 태양전지 모듈(100)의 내부에 배치된 태양전지(110)에는 외부의 빛이 입사되어야 한다.
따라서, 태양전지(110)가 전면(front surface)을 통해서만 빛이 입사하는 한면 수광형 구조로 형성된 경우에는 전면 기판(130)이 외부의 빛을 투과시켜야 하므로, 전면 기판(130)이 광 투과성 유리 또는 세라믹으로 형성된다. 그리고 후면 기판(140)은 광 불투과성 유리 또는 세라믹으로 형성되거나, 전면 기판(130)과 마찬가지로 광 투과성 유리 또는 세라믹으로 형성된다.
이와는 달리, 태양전지(110)가 전면(front surface) 및 후면(back surface)을 통해 빛이 입사하는 양면 수광형 구조인 경우에는 전면 기판(130)과 후면 기판(140)이 모두 광 투과성 유리 또는 세라믹으로 형성된다.
유리 또는 세라믹으로 각각 형성된 전면 기판(130)과 후면 기판(140)은 0.8㎜ 내지 4㎜의 두께를 갖는 것이 바람직한데, 그 이유는 전면 기판(130)과 후면 기판(140)의 두께가 위에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 모듈 내에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열 기능 및 내구성이 저하할 우려가 있고, 전면 기판(130)과 후면 기판(140)의 두께가 위에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 태양전지 모듈의 무게가 증가하여 작업성이 저하하고 제조 원가가 증가하기 때문이다.
한편, 전면 기판(130)의 두께(T1)와 후면 기판(140)의 두께(T2)는 서로 동일하게 형성될 수도 있다.
이와는 달리, 전면 기판(130)의 두께(T1)와 후면 기판(140)의 두께(T2)는 서로 다르게 형성될 수도 있으며, 이 경우, 전면 기판(130)의 두께(T1)가 후면 기판(140)의 두께(T2)보다 두껍게 형성되거나, 후면 기판(140)의 두께(T2)가 전면 기판(130)의 두께(T1)보다 두껍게 형성될 수 있다.
밀봉 부재(120)는 태양전지(110)들의 전면 쪽 및 후면 쪽에 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(120)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 물질로 형성될 수 있다.
이 중에서, 에틸렌 비닐 아세테이트 필름으로 형성된 밀봉 부재는 열 변형 온도가 대략 60℃ 내지 80℃이므로, 사막과 같은 고온 지역에 설치되는 태양전지 모듈의 밀봉 부재가 에틸렌 비닐 아세테이트 필름으로 형성된 경우에는 태양전지 모듈의 내구성이 저하된다.
따라서, 사막과 같은 고온 지역에 설치되는 태양전지 모듈의 경우에는 에틸렌 비닐 아세테이트 필름에 비해 열 변형 온도가 높은 재료, 예를 들어 대략 100℃ 내지 120℃의 열 변형 온도를 갖는 폴리 비닐 부티랄(PVB) 필름으로 밀봉 부재를 형성하는 것이 바람직하다.
하지만, 태양 전지 모듈의 밀봉 부재(120)를 형성하는 재료는 위에서 언급한 재료들 외에도 다양한 재료의 것들을 사용할 수 있다.
이러한 구성의 태양전지 모듈(100)에 있어서, 후면 기판(140)의 전면(front surface), 즉 내면 전체에는 착색층(150)이 위치한다.
착색층(150)은 백색(white color) 또는 흑색(black color) 중 하나일 수 있다. 하지만, 착색층(150)은 백색 및 흑색을 제외한 다른 색상일 수도 있다.
이하에서는 착색층(150)이 백색인 경우에 대해 설명한다.
착색층(150)은 수지 및 수지 내에 분산된 백색 안료를 포함하는 백색 수지 조성물로 이루어진 백색 산화막(150A)을 포함할 수 있으며, 백색 수지 조성물에는 실리콘 폴리에스테르도료 또는 내열유기 도료와 같은 내열 도료가 더 포함될 수 있다.
백색 안료는 산화티탄, 산화지르코늄, 산화칼슘, 산화규소, 산화아연, 산화알루미늄, 황화아연, 황산칼슘, 황산바륨, 탄산납, 수산화납, 염기성몰리브덴산아연, 염기성몰리브덴산칼슘아연, 몰리브덴화이트 및 리토폰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
백색 안료의 입경은 바람직하게는 0.05 내지 5㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1㎛이다.
입경이 0.05㎛보다 작은 경우에는 빛 반사율이 저하하고, 5㎛를 넘는 경우에는 수지 조성물층 표면의 요철이 눈에 띄어서 외관 불량을 일으키거나, 기계적 성질, 특히 파단연신의 저하가 커지므로 바람직하지 않다.
백색 수지 조성물의 수지에 대한 백색 안료의 함유율은 고형분 기준으로 바람직하게는 10 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 50 중량%이다. 함유율이 70 중량%를 넘는 경우는 기계적 성질, 특히 파단 강도가 저하되거나 충분한 접착 강도를 얻을 수 없게 되어 바람직하지 않다. 또한, 함유율이 10 중량%보다 작은 경우에는 충분한 반사율과 백색도(whiteness)를 얻을 수 없게 되어 바람직하지 않다. 여기에서, "백색도"는 흰 정도를 1차원적으로 나타낸 수치를 말한다.
백색 수지 조성물의 백색도는 70 이상인 것이 바람직하다. 백색도 70 미만에서는 빛의 흡수에 의해 백색 산화막(150A)의 색상이 변할 수 있으므로 바람직하지 않다.
백색 안료가 분산되는 수지는 지방족 테트라 카르본산 구조를 가지는 반복 단위를 가지는 폴리이미드일 수 있다.
이러한 구성의 백색 산화막(150A)은 백색 수지 조성물의 유기용제 분산액을 후면 기판(140)의 내면 전체에 도포한 후 용제를 증발시켜 형성하거나, 미리 제조한 백색 수지 조성물 필름에 후면 기판(140)을 겹치고 가열 압착하여 형성할 수 있다.
백색 산화막(150A)과 후면 기판(140)의 접합을 위해 프라이머(primer)를 사용하는 것도 가능하다.
이러한 구성의 착색층(150), 예컨대 백색 산화막(150A)을 구비한 태양전지 모듈에 있어서, 백색 산화막(150A)은 전면 기판(130)을 통해 입사된 빛을 전면 기판(130) 쪽으로 반사시켜 태양전지에 입사되는 빛의 양을 증가시키며, 지면에서 반사된 후 태양전지 모듈에 입사되는 빛을 태양전지 모듈의 외부로 반사하여 지면에서 반사된 빛에 의해 태양전지 모듈의 온도가 상승하는 것을 억제한다. 따라서, 태양전지 모듈의 출력이 향상된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 종래에 사용되던 시트 타입의 후면 기판 대신에 유리 또는 세라믹 재료로 형성된 후면 기판을 구비함으로써, 태양전지 모듈의 내구성을 오랜 시간 동안 유지할 수 있다.
또한, 착색층(150)이 후면 기판의 내면에 형성되므로, 외부의 환경적 요인에 의해 착색층이 손상되는 것이 방지된다.
위에서 설명한 바와 같이 착색층(150)이 후면 기판(140)의 내면 전체에 형성된 태양전지 모듈에 구비된 태양전지(110)는 한면 수광형 구조로 이루어질 수 있다.
여기에서, '한면 수광형'은 태양전지를 구성하는 반도체 기판의 한쪽 면, 예컨대 전면(front surface)에는 빛이 입사하지만, 반도체 기판의 후면에는 빛이 입사하지 않는 것을 말한다.
한면 수광형 태양전지(110)의 한 예를 도 2를 참조하여 살펴 보면, 한면 수광형 태양전지(110)는 반도체 기판(111), 기판(111)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(112), 에미터부(112)의 위에 위치하는 유전층(114), 유전층(114)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(112) 위에 위치한 제1 전극부(113), 기판(110)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(111)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(110a)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 2는 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(140)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 방향(X-X')으로 연장된 복수의 핑거 전극(113-1)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y-Y')으로 연장된 복수의 버스바 전극(113-2)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 2에 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)는 기판(111) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
제2 전극부(115)는 제1 전극부(113)의 버스바 전극(113-2)과 마주하는 위치에 형성된 버스바 전극(115-2)과, 버스바 전극(115-2)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮는 시트 전극(115-1, sheet electrode)으로 구성된다.
이와 같이, 시트 전극(115-1)이 버스바 전극(115-2)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮으므로, 반도체 기판(111)의 후면(back surface)를 통해서는 빛이 입사하지 않는다.
제2 전극부(115)의 버스바 전극(115-2)은 은(Ag)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있고, 제2 전극부(115)의 시트 전극(115-1)은 알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
이 경우, 버스바 전극(115-2)을 형성하기 위한 도전성 페이스트와 시트 전극(115-1)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는 제1 전극부(113)를 형성하기 위한 도전성 페이스트와는 달리 글라스 프릿을 포함하지 않을 수 있다.
제2 전극부(115)가 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 기판의 후면 일부에 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)의 버스바 전극(115-2)이 형성된 영역에 위치하고, 저농도 전계부는 나머지 영역, 즉 제2 전극부(115)의 시트 전극(115-1)이 형성된 영역에 위치할 수 있다.
후면 전계부(116)는 기판(111)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(111)의 후면 쪽으로 이동하는 정공의 이동을 방해한다. 따라서 기판(111)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
이러한 구성의 태양전지(110)에서, 태양전지(110)로 조사된 빛이 에미터부(112)를 통해 기판(111)의 전면(front surface)으로 입사되면, 기판(111)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대해 설명한다. 이하의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 4는 도 3의 태양전지 모듈에 구비된 양면 수광형 태양전지의 주요부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
본 실시예의 태양전지 모듈(100a)에 있어서, 착색층 및 태양전지(110a)의 구성을 제외한 나머지 구성은 전술한 도 1의 태양전지 모듈(100)과 동일하므로, 이하에서는 착색층 및 태양전지(110a)에 대해서만 설명한다.
본 실시예의 태양전지 모듈(100a)에 있어서, 태양전지(110a)는 양면 수광형 구조로 이루어진다.
양면 수광형 태양전지(110a)는 도 4에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(111a)의 전면(front surface)과 후면(back surface)을 통해 각각 빛이 입사하는 태양전지로서, 반도체 기판(111a)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(112a), 에미터부(112a) 위에 위치하는 유전층(114a), 유전층(114a)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(112a) 위에 위치한 제1 전극부(113a), 기판(111a)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(116a), 기판(111a)의 후면에 위치하는 유전층(118a), 유전층(118a)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부의 후면에 위치하는 제2 전극부(115a)을 포함한다.
제1 전극부(113a)는 한면 수광형 태양전지의 제1 전극부(113)와 동일한 구조로 형성되며, 제2 전극부(115a)는 제1 전극부(113a)와 동일한 구조로 형성된다.
따라서, 제1 전극부(113a)는 제1 방향(X-X')으로 연장된 복수의 핑거 전극(113a-1)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y-Y')으로 연장된 복수의 버스바 전극(113a-2)을 포함한다. 따라서, 제1 전극부(113a)는 그리드 패턴(grid pattern)으로 형성된다.
그리고 제2 전극부(115a)는 제1 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극(115a-1)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극(115a-2)을 포함한다. 따라서, 제1 전극부(113)는 그리드 패턴(grid pattern)으로 형성된다.
그리고 제1 전극부(113a)의 버스바 전극(113a-2)과 제2 전극부(115a)의 버스바 전극(115a-2)은 서로 마주하는 위치에 위치한다.
따라서, 이러한 구성의 양면 수광형 태양전지(110a)는 기판(111a)의 전면 및 후면을 통해 빛이 각각 입사한다.
양면 수광형 태양전지(110a)를 구비한 태양전지 모듈(100a)에서는 후면 기판(140)을 통해 입사하는 빛이 태양전지(110a)의 후면에 입사되어야 한다.
따라서, 본 실시예의 태양전지 모듈에서 착색층(150)을 구성하는 백색 금속(150B)은 도 3에 도시한 바와 같이 후면 기판(140)의 내면 중 일부 영역, 예를 들어 서로 이웃한 태양전지(110a)의 사이 영역에 위치한다.
백색 금속(150B)은 니켈, 팔라듐, 로듐, 및 백금을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 구성의 백색 금속(150B)은 전면 기판(130)을 통해 입사된 빛을 전면 기판(130) 쪽으로 반사함과 아울러, 지면에서 반사된 후 후면 기판(140)을 통해 태양전지 모듈에 입사되는 빛을 태양전지 모듈의 외부로 반사한다.
이때, 백색 금속(150B)의 폭(W1)은 서로 이웃한 태양전지(110a)의 사이 영역의 폭(W2)보다 클 수 있다.
그리고 백색 금속(150B)은 투영면 상에서 태양전지(110a)와 일정한 폭(W3)만큼 중첩할 수 있다.
따라서, 후면 기판(140)을 통해 입사되는 빛 중에서 백색 금속(150B)에 입사되는 빛은 반사되어 태양전지 모듈의 외부로 방출되며, 백색 금속(150B)의 사이 영역을 통해 입사되는 빛은 태양전지(110a)의 기판 후면에 입사된다.
이상에서는 백색 금속(150B)이 후면 기판(140)의 내면 중 일부 영역에만 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 전술한 제1 실시예의 백색 산화막(150A)과 마찬가지로 백색 금속(150)을 후면 기판(140)의 내면 전체에 형성하는 것도 가능하다.
이와 유사하게, 백색 산화막(150B)도 백색 금속(150B)과 마찬가지로 후면 기판(140)의 내면 중 일부 영역, 예를 들어 서로 이웃한 태양전지(110)의 사이 영역에만 위치할 수도 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.
100, 100a: 태양전지 모듈 110, 110a: 태양전지
120: 밀봉 부재 130: 전면 기판
140: 후면 기판 150: 착색층
150A: 백색 산화막 150B: 백색 금속

Claims (16)

  1. 복수의 태양전지;
    상기 태양전지의 전면 및 후면에 각각 위치하는 전면 기판 및 후면 기판; 및
    상기 전면 기판과 상기 후면 기판의 사이에 위치하며, 상기 태양전지를 밀봉하는 밀봉 부재
    를 포함하고,
    상기 전면 기판 및 상기 후면 기판은 유리(glass) 또는 세라믹(ceramic)으로 각각 형성되며,
    상기 태양전지를 향하는 상기 후면 기판의 내면에는 착색층이 위치하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 전면 기판 및 상기 후면 기판은 0.8㎜ 내지 4㎜의 두께로 각각 형성되는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 착색층은 상기 후면 기판의 내면 전체에 위치하는 태양전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 태양전지는 한면 수광형 구조로 형성되는 태양전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 착색층은 상기 후면 기판의 내면 중 일부 영역에만 위치하는 태양전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 착색층은 상기 후면 기판의 내면 중 서로 이웃한 태양전지의 사이 영역에만 위치하는 태양전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 태양전지는 양면 수광형 구조로 형성되는 태양전지 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 착색층은 내열 도료를 포함하는 태양전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 내열 도료는 실리콘 폴리에스테르도료 또는 내열유기 도료를 포함하는 태양전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
    상기 착색층은 백색(white color) 또는 흑색(balck color)의 색상을 갖는 태양전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 착색층은 백색 금속으로 이루어지는 태양전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 백색 금속이 니켈, 팔라듐, 로듐, 및 백금을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 태양전지 모듈.
  13. 제10항에서,
    상기 착색층은 수지 및 상기 수지 내에 분산된 백색 안료를 포함하는 백색 수지 조성물에 의해 형성된 백색 산화막으로 이루어지는 태양전지 모듈.
  14. 제13항에서,
    상기 백색 안료가 산화티탄, 산화지르코늄, 산화칼슘, 산화규소, 산화아연, 산화알루미늄, 황화아연, 황산칼슘, 황산바륨, 탄산납, 수산화납, 염기성몰리브덴산아연, 염기성몰리브덴산칼슘아연, 몰리브덴화이트 및 리토폰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 태양전지 모듈.
  15. 제13항에서,
    상기 백색 수지 조성물의 상기 백색 안료의 함유율이 10 내지 70 중량%인 태양전지 모듈.
  16. 제13항에서,
    상기 백색 수지 조성물의 백색도가 70 이상인 태양전지 모듈.
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WO2021162239A1 (ko) * 2020-02-14 2021-08-19 고려대학교 산학협력단 컬러 태양 전지 모듈

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