KR20160005592A - 태양광 발전장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양광 발전장치는, 서로 인접하는 제 1 태양전지 패널 및 제 2 태양전지 패널을 포함하고, 상기 제 1 태양전지 패널은, 지지기판 및 복수개의 제 1 태양전지 셀들을 포함하고, 상기 제 1 태양전지 셀은, 상기 지지기판 상에 배치되고, 제 1 관통홈이 형성되는 제 1 후면 전극층을 포함하고, 상기 제 1 후면 전극층은, 상기 제 1 관통홈에 의해 서로 이격되는 제 1 서브 후면 전극층 및 제 2 서브 후면 전극층을 포함하고, 상기 제 2 서브 후면 전극층 상에는 제 1 버스바가 배치되고, 상기 제 1 버스바는 상기 제 2 태양전지 패널과 병렬로 연결된다.

Description

태양광 발전장치{SOLAR CELL}
실시예는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목받고 있다.
태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자이다.
예로서 반도체의 pn접합으로 만든 태양전지에 반도체의 금지대폭(Eg: Band-gap Energy)보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되는데, 이들 전자-정공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 모이게 됨에 따라 pn간에 기전력(광기전력: Photovoltage)이 발생하게 된다. 이때 양단의 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이 동작원리이다.
일반적인 태양전지는 최대 파워에서의 전압이 약 40V 내지 약 80V 출력을 할 수 있다. 이에 따라, 고전압 장치에 적용하는 경우에는 별도의 승압 장치를 이용하고, 또는 저전압으로 사용하는 경우에는 소면적으로 제작하여 전압을 맞추어 사용하고 있다.
그러나, 태양저지의 발전량이 낮기 때문에 충전하는데 많은 시간이 걸리는 문제점이 있다. 또한, 일부 저전압 태양전지가 존재하고 있으나, 이 경우 병렬구조를 위해 발전 영역을 버스바 영역으로 활용하여 발전이 이루어지지 않는 데드존 영역이 증가한다는 문제점이 있다.
따라서, 저전압 또는 고전압을 가지면서 향상된 광전 변환 효율을 가지는 새로운 구조의 태양전지가 요구된다.
실시예는 향상된 광전변환효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는, 서로 인접하는 제 1 태양전지 패널 및 제 2 태양전지 패널을 포함하고, 상기 제 1 태양전지 패널은, 지지기판 및 복수개의 제 1 태양전지 셀들을 포함하고, 상기 제 1 태양전지 셀은, 상기 지지기판 상에 배치되고, 제 1 관통홈이 형성되는 제 1 후면 전극층을 포함하고, 상기 제 1 후면 전극층은, 상기 제 1 관통홈에 의해 서로 이격되는 제 1 서브 후면 전극층 및 제 2 서브 후면 전극층을 포함하고, 상기 제 2 서브 후면 전극층 상에는 제 1 버스바가 배치되고, 상기 제 1 버스바는 상기 제 2 태양전지 패널과 병렬로 연결된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는, 태양전지 패널들을 병렬로 연결할 때, 태양전지 패널들 사이에 배치되는 버스바를 생략하고, 후면 전극 패턴을 이용하여 태양전지 패널들을 연결함으로써, 버스바에 따른 데드존 영역을 감소할 수 있으므로 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 각각의 태양전지 패널들의 태양전지 셀들을 분리하는 관통홈을 지지기판이 노출되도록 형성함으로써, 태양전지 셀들의 투과율을 향상시킬 수 있어, 태양광 발전장치의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A 영역의 후면 전극의 평면도를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 A 영역의 확대 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 태양광 발전장치의 평면도를 도시한 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 태양광 발전장치를 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치(10)는, 제 1 태양전지 패널(1000) 및 제 2 태양전지 패널(2000)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 태양전지 패널(1000) 및 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 지지기판(100) 상에 배치될 수 있다. 자세하게. 상기 제 1 태양전지 패널(1000) 및 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 상기 지지기판(100) 상에서 서로 인접하며 배치될 수 있다.
상기 제 1 태양전지 패널(1000) 및 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 복수 개의 태양전지 셀들을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 태양전지 패널(1000)은 복수 개의 제 1 태양전지 셀(C1)들을 포함하고, 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 복수 개의 제 2 태양전지 셀(C2)들을 포함할 수 있다.
상기 제 1 태양전지 셀(C1)들은 서로 이격하며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 태양전지 셀(C1)들은 서로 직렬로 연결되며 배치될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 셀(C2)들은 서로 이격하며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 태양전지 셀(C2)들은 서로 직렬로 연결되며 배치될 수 있다.
상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 서로 연결될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 버스바를 통해 연결될 수 있다. 상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)의 연결 및 버스바에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 제 1 태양전지 셀(C1)은 지지기판(100) 상에 배치되는 제 1 후면 전극층(210), 제 1 광 흡수층(310), 제 1 버퍼층(410) 및 제 1 전면 전극층(510)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 태양전지 셀(C2)은 지지기판(100) 상에 배치되는 제 2 후면 전극층(220), 제 2 광 흡수층(320), 제 2 버퍼층(420) 및 제 2 전면 전극층(520)을 포함할 수 있다.
상기 지지기판(100)은 상기 제 1, 2 후면 전극층(210, 220), 상기 제 1, 2 광 흡수층(310, 320), 상기 제 1, 2 버퍼층(410, 420) 및 상기 제 1, 2 전면 전극층(510, 520)을 지지할 수 있다.
상기 지기기판(100)은 절연체일 수 있다. 자세하게, 상기 지지기판(100)은 유리 기판, 플라스틱 기판 또는 금속 기판을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지기기판(100)은 투명할 수 있다. 또한, 상기 지지기판(100)은 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 상기 지지기판(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)에는 복수 개의 제 1 관통홈들이 형성될 수 있다. 상기 제 1 관통홈들에 의해, 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220)은 복수 개의 서브 후면 전극층으로 분리될 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 후면 전극층(210)은 상기 제 1 관통홈들에 의해 제 1 서브 후면 전극층(211) 및 제 2 서브 후면 전극층(212)으로 분리될 수 있고, 상기 제 2 후면 전극층(220)은 상기 제 1 관통홈들에 의해 제 3 서브 후면 전극층(221) 및 제 4 서브 후면 전극층(222)으로 분리될 수 있다.
상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 및 상기 제 4 서브 후면 전극층(222)에 의해 상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)이 연결될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 및 상기 제 4 서브 후면 전극층(222)에 의해 상기 제 1 태양전지 셀(C1)과 상기 제 2 태양전지 셀(C2)이 연결될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제 1 태양전지 셀 및 상기 제 2 태양전지 셀 의 제 1, 2 후면 전극은 일정한 형상으로 패터닝될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 태양전지 셀(C1)은 상기 제 1 관통홈들에 의해 분리되는 제 1 서브 후면 전극층(211) 및 제 2 서브 후면 전극층(212)을 포함할 수 있고, 상기 제 2 태양전지 셀(C2)은 상기 제 1 관통홈들에 의해 분리되는 제 3 서브 후면 전극층(221) 및 제 4 서브 후면 전극층(222)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 태양전지 셀(C1)과 상기 제 2 태양전지 셀(C2)은 상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 및 상기 제 4 서브 후면 전극층(222)에 의해 서로 연결될 수 있다.
자세하게, 상기 태양광 발전장치는 지지기판의 가장자리에 배치되는 버스바를 포함할 수 있다.
상기 버스바는 상기 제 1 및 제 2 태양전지 셀과 다른 방향 일례로, 수직 방향으로 연장되는 제 1 버스바(710) 및 상기 제 1 및 제 2 태양전지 셀과 동일한 방향 으로 연장되는 제 2 버스바(720)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 버스바(710)는 상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 및 상기 제 4 서브 후면 전극층(222)에 연결될 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 태양전지 셀(C1)의 상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 중 상기 제 2 태양전지 패널(2000) 즉, 상기 제 2 태양전지 셀(C2)과 가장 인접하는 상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 및 상기 제 2 태양전지 셀(C2)의 상기 제 4 서브 후면 전극층(222) 중 상기 제 2 태양전지 패널(1000) 즉, 상기 제 1 태양전지 셀(C1)과 가장 인접하는 상기 제 4 서브 후면 전극층(222) 상에는 상기 제 1 버스바(710)가 배치되고, 이러한 제 1 버스바(710)에 의해 상기 제 1 태양전지 셀(C1) 및 상기 제 2 태양전지 셀(C2) 즉, 상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제 2 서브 후면 전극층(212) 및 상기 제 4 서브 후면 전극층(224)은 상기 제 1 버스바(710)에 의해 연결되고, 상기 제 1 태양전지 패널(1000)과 상기 제 2 태양전지 패널(2000)은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(310) 및 상기 제 2 광 흡수층(320)은 각각 상기 제 1 후면 전극층(210) 및 상기 제 2 후면 전극층(220) 상에 배치될 수 있다.
상기 제 1 광 흡수층(310) 및 상기 제 2 광 흡수층(320)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 제 1 버퍼층(410) 및 상기 제 2 버퍼층(420)은 각각 상기 제 1 광 흡수층(310) 및 상기 제 2 광 흡수층(320) 상에 배치될 수 있다.
상기 제 1 버퍼층(410) 및 상기 제 2 버퍼층(420)은 다양한 황화 금속물을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 1 버퍼층(410) 및 상기 제 2 버퍼층(420)은 CdS, ZnS 또는 In2S3 등을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520)은 각각 상기 제 1 버퍼층(410) 및 상기 제 2 버퍼층(420) 상에 배치될 수 있다.
상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520)은 산화물을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520)은 투명 산화물을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520)은 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnC;AZO), 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide;IZO) 및 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide;ITO) 중 적어도 하나의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520)에는 제 2 관통홈들이 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520)에는 전면 전극층, 버퍼층 및 광 흡수층을 관통하는 제 2 관통홈들이 형성될 수 있다.
상기 제 2 관통홈들 내부에는 전도성 물질(600)이 배치될 수 있다. 상기 전도성 물질(600)은 상기 전면 전극층과 상기 후면 전극층과 접촉할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 태양전지 셀(21)에서는, 상기 전도성 물질(600)은 상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 서브 후면 전극층(212)과 접촉할 수 있고, 상기 제 2 태양전지 셀(22)에서는, 상기 전도성 물질(600)은 상기 제 2 전면 전극층(520) 및 상기 제 4 서브 후면 전극층(222)과 접촉할 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 전면 전극층(510)과 상기 제 2 서브 후면 전극층(212), 또는 상기 제 2 전면 전극층(520)과 상기 제 2 서브 후면 전극층(222)은 상기 전도성 물질(600)에 의해 서로 연결될 수 있다.
상기 전도성 물질(600)은 전도성이 높은 고전도성 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 전도성 물질(600)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 전도성 물질은 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전도성 물질(600)은 몰리브덴을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520) 상에는 제 3 관통홈(P)들이 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전면 전극층(510) 및 상기 제 2 전면 전극층(520) 상에는 상기 전면 전극층, 상기 버퍼층, 상기 광 흡수층 및 상기 후면 전극층을 관통하는 제 3 관통홈(P)들이 형성될 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(P)에 의해 상기 제 1 태양전지 패널 및 상기 제 2 태양전지 패널은 복수 개의 제 1, 2 태양전지 셀들로 분리될 수 있다.
상기 제 3 관통홈(P)들에 의해 상기 지지기판이 노출될 수 있다. 즉, 상기 제 3 관통홈(P) 영역에는 상기 지지기판(100)의 일면이 노출될 수 있다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는, 태양전지 패널들을 병렬로 연결할 때, 태양전지 패널들 사이에 배치되는 버스바를 생략하고, 후면 전극 패턴을 이용하여 태양전지 패널들을 연결함으로써, 버스바에 따른 데드존 영역을 감소할 수 있으므로 전체적인 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 도 4를 참조하면, 종래에는 태양전지 패널들(11, 12)을 병렬로 연결하는 경우, 태양전지 패널들 사이에 별도의 버스바(70)가 더 배치되어야 했고, 이러한 버스바의 배치에 의해 데드존 영역 즉, 발전이 이루어지지 않는 영역이 증가됨에 따라 태양전지의 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
그러나, 실시예에 따른 태양광 발전장치는, 이러한 별도의 버스바를 생략할 수 있으므로, 버스바에 의한 데드존 영역을 감소할 수 있으므로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 각각의 태양전지 패널들의 태양전지 셀들을 분리하는 관통홈을 지지기판이 노출되도록 형성함으로써, 이를 통해 태양전지 셀들의 투과율을 향상시킬 수 있어, 태양광 발전장치의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 서로 인접하는 제 1 태양전지 패널 및 제 2 태양전지 패널을 포함하고,
    상기 제 1 태양전지 패널은, 지지기판 및 복수개의 제 1 태양전지 셀들을 포함하고,
    상기 제 1 태양전지 셀은, 상기 지지기판 상에 배치되고, 제 1 관통홈이 형성되는 제 1 후면 전극층을 포함하고,
    상기 제 1 후면 전극층은, 상기 제 1 관통홈에 의해 서로 이격되는 제 1 서브 후면 전극층 및 제 2 서브 후면 전극층을 포함하고,
    상기 제 2 서브 후면 전극층 상에는 제 1 버스바가 배치되고,
    상기 제 1 태양전지 패널과 상기 제 2 태양전지 패널은 상기 제 1 버스바에 의해 병렬로 연결되는 태양광 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 버스바는 상기 제 2 태양전지 패널과 가장 인접하는 상기 제 2 서브 후면 전극층 상에 배치되는 태양광 발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 태양전지 패널은, 상기 지지기판 및 복수개의 제 2 태양전지 셀들을 포함하고,
    상기 제 2 태양전지 셀은, 상기 지지기판 상에 배치되고, 제 1 관통홈이 형성되는 제 2 후면 전극층;
    상기 제 2 후면 전극층은, 상기 제 1 관통홈들에 의해 이격하는 제 3 서브 후면 전극층 및 제 4 서브 후면 전극층을 포함하고,
    상기 제 4 서브 후면 전극층 상에는 상기 제 1 버스바가 배치되는 태양광 발전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 버스바는 상기 제 1 태양전지 패널과 가장 인접하는 상기 제 4 서브 후면 전극층 상에 배치되는 태양광 발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 서브 후면 전극층 및 상기 제 4 서브 후면 전극층은 상기 제 1 버스바에 의해 서로 연결되는 태양광 발전장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 후면 전극층 상에 배치되는 제 1 광 흡수층; 및
    상기 제 1 광 흡수층 상에 배치되고, 제 2 관통홈이 형성되는 제 1 전면 전극층을 더 포함하는 태양광 발전장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 전면 전극층 및 상기 제 1 광 흡수층을 관통하며 형성되고,
    상기 제 2 관통홈 내에는 전도성 물질이 배치되는 태양광 발전장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 태양전지셀들은 제 3 관통홈에 의해 분리되고,
    상기 제 3 관통홈은 상기 제 1 전면 전극층, 상기 제 1 광 흡수층 및 상기 후면 전극층을 관통하며 형성되는 태양광 발전장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 관통홈에 의해 상기 지지기판의 일면이 노출되는 태양광 발전장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 태양전지 셀들은 서로 직렬로 연결되는 태양광 발전장치.
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