KR20160012373A - 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 태양 전지; 상기 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 밀봉재; 및 상기 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 밀봉재를 포함한다. 상기 전면 밀봉재는, 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하고, 상기 전면 밀봉재와 상기 후면 밀봉재는 적층 구조 또는 조성이 서로 다르다.

Description

태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR MANUFACUTING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 밀봉 구조를 개선한 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 모듈 형태로 제조된다. 이렇게 제조된 태양 전지 모듈은 다양한 환경에서 발전을 하여야 하므로 다양한 환경에서 오랜 시간 동안 발전을 할 수 있도록 높은 장기 신뢰성을 가져야 한다.
그런데 고온다습한 환경에서 태양 전지 모듈의 발전 효율이 감소하는 현상(potential induced degradation, PID)(이하, "PID 현상")이 많이 발생하고 있다. 여기서, PID 현상이란 고온다습한 환경에서 유리 내에 포함된 이온 등이 태양 전지 모듈로 이동하여 태양 전지 모듈이 손상되는 것에 의하여 태양 전지 모듈의 출력이 저하되는 현상을 말한다. 이에 따라 PID 현상을 개선하여 태양 전지 모듈의 장기 신뢰성을 향상하는 것이 요구된다.
본 발명은 우수한 장기 신뢰성을 가지는 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 태양 전지; 상기 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 밀봉재; 및 상기 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 밀봉재를 포함한다. 상기 전면 밀봉재는, 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하고, 상기 전면 밀봉재와 상기 후면 밀봉재는 적층 구조 또는 조성이 서로 다르다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 태양 전지; 상기 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 밀봉재; 및 상기 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 밀봉재를 포함한다. 상기 전면 밀봉재는, 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하는 단일층으로 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은, 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하는 단일의 시트로 구성되는 전면 밀봉재를 형성하는 단계; 태양 전지의 전면에 상기 전면 밀봉재를 위치시키고 상기 태양 전지의 후면에 후면 밀봉재를 위치시키는 단계; 및 상기 전면 밀봉재, 상기 태양 전지 및 상기 후면 밀봉재를 일체화하여 상기 전면 밀봉재 및 상기 후면 밀봉재에 의하여 상기 태양 전지를 밀봉하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서는, 전면 기판 쪽에 인접하는 전면 밀봉재와 후면 시트에 인접하는 후면 밀봉재의 조성, 적층 구조 등을 다르게 하여 다양한 특성(특히, PID 현상)을 개선 또는 향상하면서도 제조 원가를 낮출 수 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는, 제1 수지 및 제2 수지를 포함하는 단일의 시트 형태의 전면 밀봉재를 사용하므로, 제1 수지 및 제2 수지의 우수한 특성을 그대로 유지하면서도 밀봉 공정을 단순화하고 밀봉 공정에서 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 전면 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 후면 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 그리고 전면 밀봉재(131) 위에 위치하는 전면 기판(110) 및 후면 밀봉재(132) 위에 위치하는 후면 시트(200)을 포함할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 전면 밀봉재(131)가 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하고, 후면 밀봉재(132)와 다른 적층 구조 및/또는 조성을 가질 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 반도체 기판(일례로, 실리콘 웨이퍼)과 도전형 영역을 포함하는 광전 변환부가 적용될 수 있다. 이러한 구조의 태양 전지(150)를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한 다음, 다시 도 1 및 도 2를 참조하여 태양 전지 모듈(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 도 4에서는 반도체 기판(152)과 제1 및 제2 전극(42, 44)을 위주로 도시하였다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 베이스 영역(10)을 포함하는 반도체 기판(152)과, 도전형 영역(20, 30)과, 베이스 영역(10) 및/또는 도전형 영역(20, 30)에 각기 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 이하에서는 제1 도전형 영역을 에미터 영역(20)으로 칭하고, 제2 도전형 영역을 후면 전계 영역(30)으로 칭한다. 제1 및 제2 도전형 영역의 용어는 단순히 구별을 위하여 사용한 것에 불과하고 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 전극(42)은 에미터 영역(20)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극(44)은 베이스 영역(10) 또는 후면 전계 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 그리고 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24), 캡핑막(34) 등이 더 형성될 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(152)은, 도전형 영역(20, 30)이 형성되는 영역과 도전형 영역(20, 30)이 형성되지 않는 부분인 베이스 영역(10)을 포함한다. 베이스 영역(10)은, 일례로 제1 도전형 불순물을 포함하는 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼)으로 구성될 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제1 도전형 불순물은 p형 또는 n형일 수 있다.
베이스 영역(10)이 p형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)은 상술한 물질 외의 다양한 물질을 사용할 수 있다.
이때, 베이스 영역(10)은 제1 도전형 불순물로 n형의 불순물을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(10)과 pn 접합을 이루는 에미터 영역(20)이 p형을 가지게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(152)의 제2 면(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(152)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(152)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 다만, 이와 같이 n형의 베이스 영역(10)을 가지는 태양 전지(150)에서 PID 현상이 좀더 쉽게 발생될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지고 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(152)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(152)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(152)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(10)과 에미터 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(152)의 전면 및 후면에 텍스쳐링에 의한 요철이 형성되지 않는 것도 가능하다.
반도체 기판(152)의 전면 쪽에는 베이스 영역(10)과 반대되는 제2 도전형을 가지는 에미터 영역(20)이 형성될 수 있다. 에미터 영역(20)이 n형일 때에는 인, 비소, 비스무스, 안티몬 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있고, p형일 때에는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도면에서는 에미터 영역(20)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 에미터 영역(20)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 에미터 영역(20) 중에서 제1 전극(42)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도 및 높은 저항을 가질 수 있다. 에미터 영역(20)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
그리고 본 실시예에서는 반도체 기판(152)의 전면 쪽에 제2 도전형 불순물을 도핑하여 형성된 도핑 영역이 에미터 영역(20)을 구성한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 에미터 영역(20)이 반도체 기판(152)의 전면 위에 별도의 층으로 구성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
반도체 기판(152) 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(152)에 형성된 에미터 영역(20) 위에 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 차례로 형성되고, 제1 전극(42)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 에미터 영역(20)에 접촉하여 형성된다.
패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 제1 전극(42)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(152)의 전면 전체에 형성될 수 있다.
패시베이션막(22)은 에미터 영역(20)에 접촉하여 형성되어 에미터 영역(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(152)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(152)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(10)과 에미터 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
패시베이션막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이셔막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(22)은, 에미터 영역(20)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 에미터 영역(20)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
방사 방지막(24)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 중 어느 하나가 반사 방지 역할 및 패시베이션 역할을 함께 수행하여 다른 하나가 구비되지 않는 것도 가능하다. 또는, 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(152) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(42)은 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 형성된 개구부(102)를 통하여(즉, 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여) 에미터 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(42)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제1 전극(42)의 형상에 대해서는 도 4를 참조하여 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(152)의 후면 쪽에는 베이스 영역(10)과 동일한 제1 도전형을 가지되, 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도로 제1 도전형 불순물을 포함하는 후면 전계 영역(30)이 형성된다. 후면 전계 영역(30)은 반도체 기판(152)의 후면 쪽에 제2 도전형 불순물을 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 전계 영역(30)이 반도체 기판(152)의 후면 위에 별도의 층으로 구성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 후면 전계 영역(30)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 후면 전계 영역(30)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 후면 전계 영역(30) 중에서 제2 전극(44)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도 및 높은 저항을 가질 수 있다. 또 다른 실시예로, 후면 전계 영역(30)이 국부적 구조(local structure)를 가질 수 있다. 국부적 구조에서는 후면 전계 영역(30)이 제2 전극(44)이 형성된 부분에 대응하여 국부적으로 형성될 수 있다.
반도체 기판(152)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(152)에 형성된 후면 전계 영역(30) 위에 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)이 차례로 형성되고, 제2 전극(44)이 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)을 관통하여 후면 전계 영역(30)에 연결된다.
패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)은 제2 전극(44)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(152)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
패시베이션막(32)은 후면 전계 영역(30)에 접촉하여 형성되어 후면 전계 영역(30)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 캡핑막(34)은 패시베이션막(32)이 오염되거나 원하지 않는 물질이 패시베이션막(32)으로 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 캡핑막(34)은 제2 전극(44)의 형성 공정 등에서 제2 전극(44)을 형성하기 위한 물질 등이 패시베이션막(32)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다.
패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(32)은, 후면 전계 영역(30)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 후면 전계 영역(30)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
캡핑막(34)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 캡핑막(34)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 캡핑막(34)은 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 캡핑막(34)을 구비하지 않는 것도 가능하다. 또는, 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(152) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제2 전극(44)은 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)에 형성된 개구부(104)를 통하여 후면 전계 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(44)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 반도체 기판(152)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 핑거 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a, 44a)을 연결하는 버스바 전극(42b, 44b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(42b, 44b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a, 44a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a, 44a)의 폭보다 버스바 전극(42b, 44b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일하거나 작은 폭을 가질 수 있다.
단면 상으로 볼 때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)은 모두 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(102)가 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)은 모두 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(104)가 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(42b)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 위에 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a)이 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(44b)은 패시베이션막(32) 및 캡핑막(34) 위에 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 태양 전지(150)의 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(150)가 반도체 기판(152)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 이에 의하여 태양 전지(150)에서 사용되는 광량을 증가시켜 태양 전지(150)의 효율 향상에 기여할 수 있다.
도면에서는 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 서로 동일한 폭, 피치를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)의 폭, 피치 등은 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)의 폭, 피치 등과 서로 다를 수 있다. 특히, 태양광이 많이 입사되는 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 제1 전극(42)은 광 손실 등을 고려하여 상대적으로 얇은 폭을 가지고, 제2 전극(44)은 상대적으로 두꺼운 폭을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 형상이 서로 다른 것도 가능하다. 이 경우에는 제1 전극(42)의 면적보다 제2 전극(44)의 면적이 클 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(44)이 반도체 기판(152)의 후면에 전체적으로 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 설명에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 태양 전지(150)의 일 예를 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 구조, 방식 등은 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 태양 전지(150)는 화합물 반도체를 이용하거나, 염료 감응 물질을 이용하는 등의 다양한 구조를 가지는 광전 변환부가 적용될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 태양 전지(150)는 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 전면에 형성된 제1 전극(도 3 및 도 4의 참조부호 42)과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 후면에 형성된 제2 전극(도 3 및 도 4의 참조부호 44)을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다. 플럭스는 솔더링을 방해하는 산화막을 제거하기 위한 것으로, 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
또는, 태양 전지(150)와 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도를 저하시킬 수 있어 태양 전지(150)의 휘어짐을 방지할 수 있다.
또한, 버스 리본(145)은 리본(142)에 의하여 연결된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)의 리본(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 태양 전지(150) 사이의 연결 구조, 태양 전지(150)와 외부의 연결 구조 등은 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)이 복수 개의 태양 전지(150)를 구비하지 않고 하나의 태양 전지(150)로 구성되는 것도 가능하다.
전면 밀봉재(131)를 사이에 두고 태양 전지(150)의 전면 위에 위치하는 전면 기판(110)은 태양광을 투과하는 투광성을 가지면서 외부 충격, 환경 등으로부터 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 전면 기판(110)은 유리 기판 또는 아크릴 수지를 포함하는 플레이트 등으로 구성될 수 있다. 전면 기판(110)이 유리 기판으로 구성될 때, 전면 기판(110)이 나트륨을 포함하지 않거나 나트륨의 함량이 적은 유리 기판일 수 있다. 전면 기판(110)이 나트륨을 많은 양으로 포함하는 유리 기판으로 이루어지는 경우에는 유리 기판 내부의 나트륨 이온이 전기장 작용하에서 전하를 운반(이온 전도)를 하여 전기 절연 특성이 저하되고 표면의 수분과 반응하여 표면 누설을 일으킬 수 있기 때문이다. 이와 같은 나트륨에 의한 문제 현상은 높은 온도에서 더 쉽게 일어날 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 전면 기판(110)을 나트륨을 포함하지 않거나 적은 양으로 포함하는 유리 기판, 또는 아크릴 수지 등으로 구성되도록 하여 고온에서의 PID 현상 방지에 기여할 수 있도록 한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 기판(110)이 일반적인 유리, 또는 그 외의 다양한 물질 등으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 후면 밀봉재(132)를 사이에 두고 태양 전지(150)의 후면 위에 위치하는 후면 시트(200)는 태양 전지(150)의 후면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 시트(200)는 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 후면 시트(200)은 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지 등이 형성된 구조일 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다.
본 실시예에서는 후면 시트(200)가 수지를 베이스로 하여(예를 들어, 수지를 50 중량부 이상 포함하여) 형성된 것을 예시하였다. 이에 의하여 비용을 절감하고 태양 전지 모듈(100)의 두께를 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(200)가 수지 이외의 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다.
후면 시트(200)는 전면 기판(110)을 통과하여 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질일 수 있다. 또는, 후면 시트(200)가 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질(예를 들어, 유리)로 형성되어 양면 수광형 태양 전지 모듈(100)을 구현할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
전면 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 전면 위에서 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이에 위치할 수 있고, 후면 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 후면 위에서 태양 전지(150)와 후면 시트(200) 사이에 위치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 전면 밀봉재(131)는 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이에서 이들과 접촉하여 위치할 수 있고, 후면 밀봉재(132)는 태양 전지(150)와 후면 시트(200) 사이에서 이들과 접촉하여 위치할 수 있다. 이에 의하여 전면 밀봉재(131)와 후면 밀봉재(132)는 태양 전지(150)를 감싸면서 밀봉하여, 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 전면 밀봉재(131)와 후면 밀봉재(132)는 라미네이션 등에 의하여 서로 접착될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서, 전면 밀봉재(131)는 서로 다른 특성을 가지는 서로 다른 수지인 제1 수지 및 제2 수지를 포함하는 단일의 시트로 구성될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서 전면 밀봉재(131)는 제1 수지를 포함하는 제1 밀봉층(131a) 및 이에 적층되며 제2 수지를 포함하는 제2 밀봉층(131b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)은 동일한 공정에 의하여 함께 형성되어 단일의 시트를 구성하게 된다. 이에 따라 전면 밀봉재(131)는, 서로 별개로 형성된 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)을 추후에 적층하여 형성되는 것이 아니라, 단일의 공정에서 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)이 서로 적층된 상태로 형성하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전면 밀봉재(131)는 제1 수지와 제2 수지를 동시 압출(공압출, co-extrusion)하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이와 같이 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)이 서로 적층된 단일의 시트로 구성된 전면 밀봉재(131)는 종래의 공정, 설비 등에 그대로 적용될 수 있다. 즉, 본 실시예와 달리 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)을 별개로 형성한 후에 태양 전지(150)를 밀봉하는 경우에는 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 밀봉재 또는 밀봉층의 개수가 복수 개가 되므로 공정을 추가하거나 설비를 바꿔야 하는 부담이 있다. 반면 본 실시예에서는 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)을 적층한 단일의 시트를 이용하여 전면에 위치하는 전면 밀봉재(131)의 개수가 종래와 동일하므로 종래의 공정, 설비 등에 그대로 적용할 수 있다. 이에 따라 추가적인 공정 시간 소요 및 제조 단가의 상승 없이 태양 전지 모듈(100)이 제조될 수 있다.
또한, 전면 밀봉재(131)가 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)이 서로 적층된 단일의 시트로 구성되므로, 전면 밀봉재(131)를 이용한 밀봉 이후에 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예와 달리 제1 밀봉층(131a)과 제2 밀봉층(131b)을 별개로 형성한 후에 태양 전지(150)의 밀봉에 사용하게 되면, 열 팽창 계수 차이 등의 특성 자치에 의하여 밀봉 특성이 저하되거나, 심할 경우에 불량이 생기는 등의 문제가 발생할 수 있다. 반면, 본 실시예와 같이 전면 밀봉재(131)가 단일의 시트로 구성되면, 구조적, 화학적 등으로 안정화되므로 밀봉 공정 후에 발생하는 문제를 최소화할 수 있다.
여기서, 제1 밀봉층(131a)은 태양 전지(150)와 제2 밀봉층(131b) 사이에서 태양 전지(150)에 인접하여 위치하고, 제2 밀봉층(131b)은 제1 밀봉층(131a)과 전면 기판(110) 사이에서 전면 기판(110)에 인접하여 위치한다. 이에 의하여 비용을 절감하고 PID 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
PID 현상은 다양한 이유에 의하여 발생할 수 있는데, 일 예로, 고온 다습한 제2 조건에서 전면 기판(110)에 포함된 이온성 물질의 높은 이동성에 의하여 이온성 물질이 태양 전지(150)에 도달하는 것에 의하여 발생할 수 있다. 따라서, 태양 전지 모듈(100)의 외면을 구성하는 전면 기판(110)에 접촉하여 위치하는 제2 밀봉층(131b)의 물질, 특성 등이 PID 현상을 방지하는 데 큰 영향을 미치게 된다.
전면 기판(110)은 일정한 강도를 가지면서 투광도가 높은 물질로 구성되어야 하므로 이에 사용되는 물질에 한계가 있을 수 있다. 특히, 전면 기판(110)이 우수한 강도 및 투광성을 가지는 유리를 포함할 경우에는 이온성 물질(예를 들어, 나트륨 이온 등을)을 많이 포함하게 되므로 이에 인접하여 위치하는 제2 밀봉층(131b)의 물질, 특성 등이 PID 현상에 미치는 영향이 좀더 커질 수 있다.
즉, PID 현상은 전면 기판(110)에 인접한 제2 밀봉층(131b)이 낮은 수분 투습도 및 높은 비저항을 가질 때 효과적으로 방지될 수 있다. 좀더 구체적으로, 제2 밀봉층(131b)의 수분 투습도가 낮거나 비저항이 높으면, 전면 기판(110)에 포함된 이온성 물질의 이동을 방해하게 되므로, 전면 기판(110)에 포함된 이온성 물질이 태양 전지(150)에 도달할 확률이 낮아지게 된다. 이에 따라 제1 조건보다 고온 다습한 제2 조건에서 전면 기판(110)에 포함된 이온성 물질에 의하여 유도될 수 있는 PID 현상을 방지할 수 있다.
이와 같이 제2 밀봉층(131b)은 제1 밀봉층(131a)보다 PID 현상을 방지하기에 좀더 적합한 물질, 특성 등을 가져야 한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
일 예로, 온도 증가에 따른 제2 밀봉층(131b)의 비저항의 감소분보다 제1 밀봉층(131a)의 비저항의 감소분이 더 크도록 하여, 상대적으로 높은 온도(제2 온도) 및 상대적으로 높은 습도(제2 습도)의 제2 조건에서 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 제1 밀봉층(131a)의 비저항보다 클 수 있다. 일 예로, 제2 조건의 제2 온도는 60℃ 이상일 수 있고 제2 습도가 50% 이상일 수 있다. 좀더 구체적으로 제2 온도가 60 내지 70℃(일 예로, 65℃)이고 제2 습도가 70 내지 90%(일 예로, 85%)일 수 있다. 이에 의하여 제2 조건에서 제2 밀봉층(131b)의 높은 비저항이 전면 기판(110)에 포함된 이온성 물질의 이동을 방지하는 역할을 하게 되는바, PID 현상을 방지할 수 있다.
그리고 제2 밀봉층(131b)의 수분 투습도를 제1 밀봉층(131a)의 수분 투습도와 같거나 그보다 작게 하면, PID 현상을 좀더 효과적으로 향상할 수 있다. 일 예로, 37.8℃의 온도에서 수분 투습도 분석기(water vapor transmission rate, WVTR)를 이용하여 측정하면, 제1 및 제2 밀봉층(131a, 131b)의 수분 투습도가 10g/m2/일(day) 내지 50g/m2/일의 값을 가지면서 제2 밀봉층(131b)의 수분 투습도가 제1 밀봉층(131a)의 수분 투습도와 같거나 그보다 작을 수 있다. 이때, 37.8℃는 수분 투습도를 측정하는 데 일반적으로 사용되는 온도이다.
이와 같이 제2 밀봉층(131b)으로 온도 증가에 따른 비저항의 감소분이 상대적으로 작고 수분 투습도가 상대적으로 작은 물질을 사용하여야 한다. 이와 같은 특성을 가지는 물질은 제1 밀봉층(131a)에 비하여 상대적으로 비싼 가격을 가지게 된다. 이때, 상대적으로 낮은 제1 온도(일 예로, 20 내지 30℃, 좀더 구체적으로, 25℃) 및 제1 습도(일 예로, 50% 미만)의 제1 조건에서 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 증가할수록 제2 밀봉층(131b)의 가격이 증가한다. 이는 비저항을 조절하기 위하여 제2 밀봉층(131b)의 조성을 변화시키거나 첨가물을 첨가하는데, 이에 의하여 제2 밀봉층(131b)의 비용이 달라지기 때문이다. 본 실시예에서는 제1 조건에서는 제2 밀봉층(131b)의 비저항을 제1 밀봉층(131a)의 비저항과 같거나 이보다 작게 하여, 즉, 상대적으로 제2 밀봉층(131b)의 비저항을 작게 하여, 상대적으로 고가인 제2 밀봉층(131b)의 가격을 절감할 수 있다.
일 예로, 제1 조건인 20 내지 30℃(일 예로, 25℃)의 온도에서 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 1 X 1014 Ωcm 내지 1 X 1015 Ωcm이고, 제1 밀봉층(131a)의 비저항이 1 X 1014 Ωcm 내지 1 X 1016 Ωcm이면서, 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 제1 밀봉층(131a)의 비저항과 같거나 이보다 작을 수 있다. 제1 조건에서 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 1 X 1014 Ωcm 미만이면, 제1 조건에서의 비저항이 낮아 제2 조건의 비저항 또한 낮으므로 제2 조건에서 PID 현상을 효과적으로 방지하기 어려울 수 있다. 제1 조건에서 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 1 X 1015 Ωcm를 초과하면, 비용을 절감하기 어려울 수 있다. 제1 조건에서 제1 밀봉층(131a)의 비저항이 1 X 1014 Ωcm 미만이거나 1 X 1016 Ωcm를 초과하면, 제1 밀봉층(131a)의 제조 비용이 증가할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 PID 현상과 크게 관련되지 않는 제1 밀봉층(131a)은 온도가 상승할 때 비저항 감소분이 상대적으로 크며 수분 투습도가 상대적으로 큰 물질을 사용할 수 있다. 이에 의하여 제1 밀봉층(131a)은 제2 밀봉층(131b)보다 가격이 저렴한 물질을 사용하여 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 제1 밀봉층(131a)은 광 투과도가 우수하여 광 손실을 최소화할 수 있다.
이때, 원하는 특성을 고려하여 제1 밀봉층(131a)의 두께(T11)와 제2 밀봉층(131b)의 두께(T12)를 조절할 수 있다. 즉, 출력을 향상하고자 하는 경우에는 제1 밀봉층(131a)의 두께(T11)보다 투과율이 우수한 제2 밀봉층(131a)의 두께(T12)를 크게 할 수 있다. 이 경우에는 가격이 저렴한 제1 밀봉층(131a)을 상대적으로 두껍게 사용하여 비용적으로도 유리하다. 이와 달리, PID 현상을 효과적으로 방지하고자 할 경우에는 제2 밀봉층(131b)의 두께(T12)를 제1 밀봉층(131a)의 두께(T11)보다 크게 할 수 있다. 제1 및 제2 밀봉층(131a, 131b)의 두께 차이가 커지면 한 특성이 크게 저하될 수 있으므로, 제1 밀봉층(131a)의 두께(T11) : 제2 밀봉층(131b)의 두께(T12)의 비율은 1:0.5 내지 1:1.5의 값을 가질 수 있다.
일 예로, 제1 밀봉층(131a) 및 제2 밀봉층(131b)의 두께(T11, T12)는 각기 150um 내지 400um일 수 있다. 상술한 두께(T11, T12)가 150um 미만이면 각 층의 효과가 충분하지 않을 수 있고, 400um를 초과하면 태양 전지 모듈(100)의 두께가 증가하여 박형화가 어려울 수 있다. 그리고 전면 밀봉재(131)의 두께가 300um 내지 600um일 수 있다. 상술한 전면 밀봉재(131)의 두께가 300um 미만이면 전면 밀봉재(131)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있고, 600um를 초과하면 태양 전지 모듈(100)의 두께가 증가하여 박형화가 어려울 수 있다.
구체적으로, 제1 밀봉층(131a)은 가교 결합된 제1 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 밀봉층(131a)의 제1 수지가 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 가교 결합된 폴리메탄, 폴리실리콘, 폴리아르가노실록산, 가교 결합된 폴리아크릴레이트에서 선택된 적어도 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 중에서도 에틸렌비닐아세테이트는 우수한 접착성, 유연성, 충격 흡수성 등을 가지면서도 가격이 낮다. 이와 같은 에틸렌비닐아세테이트를 전면 기판(110)과 인접하지 않아 PID 현상과 상대적으로 적게 관련되는 태양 전지(150)의 인접 부분에 위치시켜 접착성 및 투과도를 향상시키면서도 비용을 향상할 수 있다.
제2 밀봉층(131b)이 열가소성을 가지는 제2 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 밀봉층(131b)의 제2 수지가 아이오노머, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리올레핀, 폴리비닐부티랄, 열가소성 풀리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티롤, 실록산 도는 이들의 코폴리머 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 중에서도 폴리올레핀은 온도 상승에 따른 비저항의 감소분이 작으므로 높은 온도의 PID 조건에서 높은 비저항을 가질 수 있고, 수분 투습도가 낮다. 이에 의하여 고온 조건에서 전면 기판(110)에 포함된 물질 등이 태양 전지(150) 쪽으로 이동하여 발생할 수 있는 PID 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 상온에서 제2 밀봉층(131b)의 비저항을 제1 밀봉층(131a)의 비저항과 같거나 그보다 작게 하는 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 비저항을 비교하여 비저항이 작은 물질을 제2 밀봉층(131b)로 사용하고 비저항이 높은 물질을 제1 밀봉층(131a)로 사용할 수 있다. 또는, 제2 밀봉층(131b) 및 제1 밀봉층(131a)의 조성을 조절하는 것에 의하여 비저항을 조절할 수 있다. 제2 밀봉층(131b)이 폴리올레핀을 포함하고 제1 밀봉층(131a)이 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 경우를 예시로 하여 설명한다. 제2 밀봉층(131b)은 폴리올레핀과 함께 커플링제를 포함하게 되는데, 일 예로, 실란계 커플링제를 포함하게 된다. 제2 밀봉층(131b)의 실란계 커플링제의 증가시키면 제2 밀봉층(131b)의 비저항을 낮출 수 있으므로, 이를 고려하여 제2 밀봉층(131b)의 비저항을 조절할 수 있다. 제1 밀봉층(131a)은 에틸렌과 중합되는 비닐아세테이트의 함량을 조절하거나 에틸렌비닐아세테이트의 단위밀도를 조절하는 것에 의하여 제1 밀봉층(131a)의 비저항을 조절할 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉층(131a)은 비닐아세테이트를 28 wt% 이상(좀더 구체적으로, 33 wt% 내지 95 wt%, 예를 들어 33 wt% 내지 50 wt%) 포함할 수 있다. 비닐아세테이트가 감소하면 제1 밀봉층(131a)의 접착성 등이 우수한 값을 가지기 어려울 수 있다. 그리고 비닐아세테이트의 양이 증가하면 에틸렌 비닐아세테이트의 제조 비용이 증가할 수 있다. 이를 고려하여 비닐아세테이트의 양을 상술한 범위로 한정한 것이다.
상술한 제1 밀봉층(131a)은 전체 100 중량부에 대하여 제1 수지를 90 중량부 이상(즉, 90 중량부 내지 100 중량부) 포함할 수 있다. 그리고 제1 밀봉층(131a)은 다양한 특성을 향상할 수 있는 첨가제(예를 들어, 자외선 안정제, 산화 방지제, 결합 개시제 등)을 더 포함할 수 있다. 첨가제는 제1 밀봉층(131a)의 전체 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 포함될 수 있다. 첨가제로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 밀봉층(131a)이 이와 다른 조성을 가질 수 있다.
상술한 제2 밀봉층(131b)은 전체 100 중량부에 대하여 제2 수지를 90 중량부 이상(즉, 90 중량부 내지 100 중량부) 포함할 수 있다. 그리고 제2 밀봉층(131b)은 다양한 특성을 향상할 수 있는 첨가제(예를 들어, 자외선 안정제, 산화 방지제, 결합 개시제 등)을 더 포함할 수 있다. 첨가제는 제2 밀봉층(131b)의 전체 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 포함될 수 있다. 첨가제로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 밀봉층(131a)이 이와 다른 조성을 가질 수 있다.
한편, 본 실시예에서 후면 밀봉재(132)는 전면 밀봉재(131)와 다른 조성 및 적층 구조를 가져 상술한 제1 수지를 포함하는 단일층(132a)으로 구성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 후면 시트(200)는 주로 수지를 베이스 물질로 하여 형성되는 바, PID 현상이 일어날 가능성이 적으므로 후면 밀봉재(132)의 적층 구조 및 조성을 전면 밀봉재(131)의 적층 구조 및 조성과 다르게 한 것이다. 이와 같이 후면 밀봉재(132)가 제1 수지를 포함하고 제2 수지를 포함하지 않으면, 가격을 좀더 저렴하게 할 수 있고 접착성, 유연성, 충격 흡수성 등의 특성을 좀더 향상할 수 있다.
상술한 후면 밀봉재(132)은 전체 100 중량부에 대하여 제1 수지를 90 중량부 이상(즉, 90 중량부 내지 100 중량부) 포함할 수 있다. 그리고 후면 밀봉재(132)는 다양한 특성을 향상할 수 있는 첨가제(예를 들어, 자외선 안정제, 산화 방지제, 결합 개시제 등)을 더 포함할 수 있다. 첨가제는 후면 밀봉재(132)의 전체 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 포함될 수 있다. 첨가제로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 밀봉재(132)가 이와 다른 조성을 가질 수 있다.
전면 밀봉재(131)의 두께는 후면 밀봉재(132)의 두께와 같거나 이보다 클 수 있다. 태양 전지(150)의 후면 쪽에 위치한 후면 전극(도 3 및 도 4의 참조부호 44)이 상대적으로 큰 폭 등을 가지기 때문에 후면 쪽에서의 충격, 스트레스 등이 있어도 이를 견디기 쉽다. 반면, 태양 전지(150)의 전면 쪽에 위치한 전면 전극(도 3 및 도 4의 참조부호 42)은 광 손실 등을 고려하여 상대적으로 작은 폭 등을 가지므로 충격, 스트레스를 받을 경우 결함, 균열 등의 문제가 발생하기 쉽기 때문이다.
일 예로, 후면 밀봉재(132)의 두께가 300um 내지 600um일 수 있다. 상술한 후면 밀봉재(132)의 두께가 300um 미만이면 후면 밀봉재(132)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있고, 600um를 초과하면 태양 전지 모듈(100)의 두께가 증가하여 박형화가 어려울 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전면 밀봉재(131)의 두께, 후면 밀봉재(132)의 두께는 다양한 값을 가질 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)에서는, 전면 밀봉재(131)에서 전면 기판(110)에 인접하여 위치하는 제2 밀봉층(131b)과 태양 전지(150)에 인접하여 위치하는 제1 밀봉층(131a)의 특성을 다르게 하여, 다양한 특성을 향상할 수 있다. 즉, PID 현상을 일으킬 수 있는 물질을 포함할 수 있는 전면 기판(110)에 인접하여 위치하는 제2 밀봉층(131b)은 온도 상승에 따른 비저항 감소분이 상대적으로 작은 물질을 사용하여 온도가 상승하여도 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 상대적으로 높은 값을 유지할 수 있도록 한다. 반대로, 제1 밀봉층(131a)은 온도 상승에 따른 비저항 감소분이 상대적으로 크되, 광 투과도, 접착성, 유연성, 충격 흡수성 등이 우수한 물질을 사용할 수 있다. 이에 따라 제1 조건에서는 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 제1 밀봉층(131a)의 비저항과 같거나 이보다 작아 비용을 절감할 수 있고, PID 현상이 쉽게 일어날 수 있는 고온 다습한 제2 조건에서는 제2 밀봉층(131b)의 비저항이 제1 밀봉층(131a)의 비저항보다 커져서 PID 현상을 방지할 수 있다. 그리고 제2 밀봉층(131b)의 수분 투습도는 제1 밀봉층(131a)의 수분 투습도보다 작게 하여 PID 현상을 크게 감소할 수 있다. 이에 따라 태양 전지 모듈(100)의 비용을 절감할 수 있고, PID 현상을 방지하여 장기 신뢰성을 향상할 수 있다.
이때, 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 태양 전지(150)를 구비하는 태양 전지 모듈(100)에서 PID 현상이 더 쉽게 발생할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에는 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 태양 전지(150)를 구비하는 태양 전지 모듈(100)에 적용되어 PID 현상을 좀더 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 베이스 영역(10)이 p형을 가지는 태양 전지(150)에 적용되는 등 다양한 변형이 가능하다.
그리고 전면 밀봉재(131)와 후면 밀봉재(132)의 조성 및 적층 구조를 서로 다르게 하여 태양 전지 모듈(100)의 다양한 특성을 개선 및 향상할 수 있다.
상술한 태양 전지 모듈(100)의 제조 방법을 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다. 이미 설명한 내용과 동일 또는 극히 유사한 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 설명하지 않은 부분 위주로 상세하게 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시한 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 제1 수지를 포함하는 제1 밀봉층(131a) 및 제2 수지를 포함하는 제2 밀봉층(131b)이 적층되어 형성되는 단일의 시트로 구성되는 전면 밀봉재(131)를 형성한다. 이러한 전면 밀봉재(131)는 제1 수지 및 제2 수지를 동시 압출(co-extrusion)하여 각기 제1 밀봉층(131a) 및 제2 밀봉층(131b)을 형성하면서 서로 적층되어 일체화된 구조를 가지도록 하는 것에 의하여 형성될 수 있다.
동시 압출을 좀더 상세하게 설명하면, 제1 압출기(extruder)에 제1 수지, 첨가제 등을 넣고, 제2 압출기에 제2 수지, 첨가제 등을 넣을 수 있다. 이때, 제1 또는 제2 수지는 팰릿(pellet) 형태로 첨가될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태의 제1 또는 제2 수지를 사용할 수 있다.
그리고 제1 압출기 내에서 제1 수지 등을 용융하고 제2 압출기 내에서 제2 수지 등을 용융하면서 동시 압출할 수 있다. 그러면, 제1 수지를 포함하는 제1 밀봉층(131a) 위에 제2 수지를 포함하는 제2 밀봉층(131b)이 적층된 상태로 경화되어 제1 및 제2 밀봉층(131a, 131b)이 일체화되어 단일의 시트를 구성한다. 이때, 도면에 도시하지는 않았지만 접착력 등의 특성 향상을 위하여 전면 밀봉재(131)의 표면에 돌출부(embossing) 등을 형성할 수도 있다.
동시 압출의 공정 조건은 제1 및 제2 수지의 물질, 함량 등에 따라 달라질 수 있으므로 이에 대한 구체적인 조건을 제시하지는 않는다.
이어서, 도 5b에 도시한 바와 같이, 라미네이션 장비 내에서 리본(142) 및 버스 리본(도 1의 참조부호 145)에 의하여 연결된 태양 전지(150)의 일측에 전면 밀봉재(131) 및 전면 기판(110)을 차례로 위치시키고 타측에 후면 밀봉재(132) 및 후면 시트(200)를 차례로 위치시킨다. 이 상태에서 열 및 압력을 가하는 것에 의하여. 도 5c에 도시한 바와 같이, 후면 시트(200), 제2 밀봉층(132), 태양 전지(150), 전면 밀봉재(131) 및 전면 기판(110)을 함께 접합할 수 있다. 그러면, 전면 및 후면 밀봉재(131, 132)가 후면 시트(200), 태양 전지 본체(160) 및 전면 기판(110)을 서로 접합하면서 태양 전지(150)를 감싸면서 태양 전지(150)를 밀봉할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 모듈(100)을 제조할 수 있다.
이와 같은 라미네이션 공정에 의하면 태양 전지 본체(160)의 밀봉 특성을 향상할 수 있고, 쉽고 간단한 공정에 의하여 태양 전지 모듈(100)을 안정적으로 결합할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(200), 후면 밀봉재(132), 태양 전지(150), 전면 밀봉재(131) 및 전면 기판(110)을 접합하는 방법으로 라미네이션 이외의 다양한 방법을 사용할 수 있다.
본 실시예에 따르면 제1 밀봉층(131a) 및 제2 밀봉층(132a)를 동시 압출에 의하여 일체화된 구조의 단일의 시트로 구성된 전면 밀봉재(131)를 사용하여, 제1 밀봉층(131a) 및 제2 밀봉층(132a)의 우수한 특성을 그대로 유지하면서도 밀봉 공정을 단순화하고 밀봉 공정에서 발생할 수 있는 문제를 최소화할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상술한 설명이 그대로 적용될 수 있으므로 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 전면 밀봉재(131)가 제1 수지와 제2 수지를 혼합하여 형성된 단일층(131a)을 포함할 수 있다. 즉, 전면 밀봉재(131)의 단일층(131a) 내에 제1 수지와 제2 수지가 혼재하여 위치할 수 있다. 그리고 후면 밀봉재(132)는 제1 수지를 포함하는 단일층(132a)으로 구성될 수 있다. 이에 따라 전면 밀봉재(131)와 후면 밀봉재(132)는 조성이 서로 다르다.
여기서, 전면 밀봉재(131)(좀더 정확하게는, 단일층(131a)) 전체 100 중량부에 대하여 제1 수지가 40 내지 60 중량부만큼 포함되고, 제2 수지가 40 내지 60 중량부만큼 포함될 수 있다. 제1 수지가 40 중량부 미만이거나 제2 수지가 60 중량부를 초과하면, 제1 수지에 의한 특성 및 효과가 충분하지 않을 수 있다. 제1 수지가 60 중량부를 초과하거나 제2 수지가 40 중량부 미만이면, 제2 수지에 의한 특성 및 효과가 충분하지 않을 수 있다. 그리고 제1 밀봉층(131a)은 다양한 특성을 향상할 수 있는 첨가제(예를 들어, 자외선 안정제, 산화 방지제, 결합 개시제 등)을 더 포함할 수 있다. 첨가제는 제1 밀봉층(131a)의 전체 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 포함될 수 있다. 첨가제로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 밀봉층(131a)이 이와 다른 조성을 가질 수 있다.
상술한 후면 밀봉재(132)은 전체 100 중량부에 대하여 제1 수지(예를 들어, 에틸렌비닐아세테이트)를 90 중량부 이상(즉, 90 중량부 내지 100 중량부) 포함할 수 있다. 그리고 후면 밀봉재(132)는 다양한 특성을 향상할 수 있는 첨가제(예를 들어, 자외선 안정제, 산화 방지제, 결합 개시제 등)을 더 포함할 수 있다. 첨가제는 후면 밀봉재(132)의 전체 100 중량부에 대하여 10 중량부 이하로 포함될 수 있다. 첨가제로는 알려진 다양한 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 밀봉재(132)가 이와 다른 조성을 가질 수 있다.
이와 같이 전면 밀봉재(131)가 제1 수지 및 제2 수지를 혼합하여 형성된 단일층(131a)으로 구성되면, 제1 수지와 제2 수지를 혼합하는 간단한 공정에 의하여 제1 수지 및 제2 수지에 의하여 다양한 특성을 향상할 수 있는 전면 밀봉재(131)를 제조할 수 있다.
전면 밀봉재(131)는, 제1 수지와 제2 수지, 그리고 첨가제 등을 혼합한 후에 이를 압출, 캘린더링, 캐스팅 등에 의하여 필름 또는 시트 형태로 제조하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
이 경우에 전면 밀봉재(131)의 두께가 300um 내지 600um일 수 있고, 후면 밀봉재(132)의 두께가 300um 내지 600um일 수 있다. 그리고 전면 밀봉재(131)의 두께가 후면 밀봉재(132)의 두께와 같거나 그보다 클 수 있다. 특히, 전면 밀봉재(131)의 두께가 후면 밀봉재(132)의 두께보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바에 따른 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.
100: 태양 전지 모듈
110: 전면 기판
131: 전면 밀봉재
131a: 제1 밀봉층
131b: 제2 밀봉층
131c: 단일층
132: 후면 밀봉재
132a: 단일층
150: 태양 전지
200: 후면 시트

Claims (20)

  1. 태양 전지;
    상기 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 밀봉재; 및
    상기 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 밀봉재
    를 포함하고,
    상기 전면 밀봉재는, 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하고,
    상기 전면 밀봉재와 상기 후면 밀봉재는 적층 구조 또는 조성이 서로 다른 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재 위에 위치하며 유리를 포함하는 전면 기판; 및
    상기 후면 밀봉재 위에 위치하며 수지를 포함하는 후면 시트
    를 포함하는 태양 전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지가 에폭시 수지, 에틸렌비닐아세테이트, 가교 결합된 폴리메탄, 폴리실리콘, 폴리아르가노실록산, 가교 결합된 폴리아크릴레이트에서 선택된 적어도 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 제2 수지가 아이오노머, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리올레핀, 폴리비닐부티랄, 열가소성 풀리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티롤, 실록산 도는 이들의 코폴리머 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질 또는 이들의 조합을 포함하는 태양 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수지가 에틸렌비닐아세테이트를 포함하고,
    상기 제2 수지가 폴리올레핀을 포함하는 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재는, 상기 제1 수지를 포함하는 제1 밀봉층과, 상기 제1 수지와 다른 제2 수지를 포함하는 제2 밀봉층이 일체화되어 형성되고,
    상기 후면 밀봉재는 상기 제1 및 상기 제2 수지 중 하나를 포함하는 단일층으로 구성되는 태양 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 후면 밀봉재가 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 태양 전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉층의 두께가 150um 내지 400um이고,
    상기 제2 밀봉층의 두께가 150um 내지 400um인 태양 전지 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉층의 두께 : 상기 제2 밀봉층의 두께 비율이 1:0.5 내지 1:2인 태양 전지 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밀봉층이 상기 태양 전지에 인접하여 위치하고,
    상기 제2 밀봉층이 상기 전면 기판에 인접하여 위치하는 태양 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재는 상기 제1 수지 및 상기 제2 수지가 혼재되는 단일층으로 구성되고,
    상기 후면 밀봉재는 상기 제1 및 상기 제2 수지 중 하나를 포함하는 단일층으로 구성되는 태양 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 후면 밀봉재가 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 태양 전지 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재는 전체 100 중량부에 대하여 상기 제1 수지를 40 내지 60 중량부만큼 포함하고, 상기 제2 수지를 40 내지 60 중량부만큼 포함하는 태양 전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재의 두께가 300um 내지 600um이고,
    상기 후면 밀봉재의 두께가 300um 내지 600um인 태양 전지 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재의 두께가 상기 후면 밀봉재의 두께와 같거나 그보다 큰 태양 전지 모듈.
  15. 태양 전지;
    상기 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 밀봉재; 및
    상기 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 밀봉재
    를 포함하고,
    상기 전면 밀봉재는, 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하는 단일층으로 구성되는 태양 전지 모듈.
  16. 서로 다른 제1 수지 및 제2 수지를 포함하는 단일의 시트로 구성되는 전면 밀봉재를 형성하는 단계; 및
    태양 전지의 전면에 상기 전면 밀봉재를 위치시키고 상기 태양 전지의 후면에 후면 밀봉재를 위치시키는 단계; 및
    상기 전면 밀봉재, 상기 태양 전지 및 상기 후면 밀봉재를 일체화하여 상기 전면 밀봉재 및 상기 후면 밀봉재에 의하여 상기 태양 전지를 밀봉하는 단계
    를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재를 형성하는 단계는, 상기 제1 수지와 상기 제2 수지를 동시 압출하여 상기 제1 수지를 포함하는 제1 밀봉층 및 상기 제2 수지를 포함하는 제2 밀봉층이 일체화되어 적층된 상기 전면 밀봉재를 형성하는 태양 전지 모듈용의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 전면 밀봉재를 형성하는 단계는, 상기 제1 수지 및 상기 제2 수지를 혼합하여 압출, 캘린더링, 또는 캐스팅하여 단일층으로 구성되는 상기 전면 밀봉재를 형성하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 수지가 에틸렌비닐아세테이트를 포함하고,
    상기 제2 수지가 폴리올레핀을 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 후면 밀봉재는 에틸렌비닐아세테이트를 포함하는 단일층으로 구성되는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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