KR20160016305A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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KR20160016305A
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Abstract

바람직한 한 실시예에서, 태양전지 모듈은 반도체 기판의 전면에 형성된 전면 전극과, 후면 전계부를 인터페이스로 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 후면 전극을 포함하는 태양전지와, 상기 전면 전극을 이웃한 태양전지의 후면 전극에 접속시키는 배선재와, 상기 전면 전극과 상기 배선재가 교차하는 교차점에 형성되는 복수의 전면 패드부와, 상기 후면 전극과 상기 배선재가 교차하는 교차점에 형성되는 복수의 후면 패드부를 포함하고, 상기 후면 전계부는 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 모든 후면 전극 각각에 대응하게만 형성되고, 상기 후면 패드부의 개수는 상기 전면 패드부의 개수보다 적다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 효율을 개선한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양 전지는 pn 접합을 이루고 있는 반도체 기판, 에미터, 후면전계층, 그리고 에미터/후면전계층을 계면으로 반도체 기판에 연결된 전극을 구비하고 있다. 이처럼 구성되는 태양전지는 1.5mm 내외의 크기를 갖는 인터 커넥터로 이웃한 태양전지를 전기적으로 연결시켜 태양전지 모듈을 구성한다. 일반적으로, 이웃한 두 태양전지를 연결하기 위해선 3개 전후의 인터 커넥터가 사용된다.
태양전지에 인터 커넥터를 연결하는 공정을, 특히 태빙(tabbing) 공정이라고도 하는데, 일반적으로 인터 커넥터는 전극에 솔더링(soldering)된다. 태빙하기 위해서, 태양전지는 1.5(mm) 전후의 너비를 갖는 버스 전극을 포함하고 있다.
이 버스 전극은 전하를 수집하는 핑거 전극과 동일 물질인 은(Ag)으로 만들어 지므로, 생산자 입장에서는 태양전지의 제조 비용을 높이는 원인으로 작용한다.
또한, 빛이 입사되는 태양전지의 전면에 1.5(mm) 전후의 선폭을 갖는 인터 커넥터가 다수 존재하면, 수광면이 줄어들고, 인터 커넥터로 인해 부분적으로 음영 지역이 생겨 태양전지의 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 상술한 문제점들을 개선한 태양전지 모듈을 제공하는데 있다.
바람직한 한 실시예에서, 태양전지 모듈은 반도체 기판의 전면에 형성된 전면 전극과, 후면 전계부를 인터페이스로 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 후면 전극을 포함하는 태양전지와, 상기 전면 전극을 이웃한 태양전지의 후면 전극에 접속시키는 배선재와, 상기 전면 전극과 상기 배선재가 교차하는 교차점에 형성되는 복수의 전면 패드부와, 상기 후면 전극과 상기 배선재가 교차하는 교차점에 형성되는 복수의 후면 패드부를 포함하고, 상기 후면 전계부는 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 모든 후면 전극 각각에 대응하게만 형성되고, 상기 후면 패드부의 개수는 상기 전면 패드부의 개수보다 적다.
상기 전면 패드부 개수(n) 대비 상기 후면 패드부 개수(m)의 비율(m/n)은 0.5≤1 < 1이다.
상기 후면 패드부의 피치는 상기 전면 패드부의 피치보다 크고, 상기 후면 패드부와 이에 바로 이웃한 후면 패드부 사이로 존재하는 교차점의 개수는 상기 전면 패드부와 이에 바로 이웃한 전면 패드부 사이로 존재하는 교차점의 개수보다 많다.
상기 후면 패드부와 상기 전면 패드부는 상기 배선재의 연장 방향으로 각각 등 간격으로 배치되어 있다.
상기 전면 패드부의 크기는 상기 후면 패드부의 크기와 동일하다.
상기 전면 전극의 피치는 상기 후면 전극의 피치와 같거나 크고, 상기 후면 전극의 선폭은 상기 전면 전극의 선폭과 같거나 크다.
상기 후면 전극의 라인 수는 상기 전면 전극의 라인 수보다 많다.
상기 배선재는 지름이 200(um) - 500(um)인 와이어 형상이고, 10개 내지 15개 이하의 배선재가 이웃한 두 태양전지를 연결하고 있다.
상기 태양전지와 이에 이웃한 태양전지 사이에서 상기 배선재에 결합되어 있는 반사체를 더 포함한다.
상기 반사체는 상기 전면 전극 또는 후면 전극과 동일한 물질로 이뤄지거나, 상기 배선재와 동일한 물질로 이뤄진다.
상기 반사체는 상기 배선재를 사이에 두고 전면과 후면에 각각 결합되어 있다.
상기 반사체의 표면은 요철을 포함하거나, 상기 태양전지의 끝보다 안쪽으로 들어가 상기 배선재와 결합하고 있다.
상기 반사체는 상기 배선재 전체와 솔더링되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전면 패드부보다 후면 패드부를 적게 형성할 수 있어, 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한 종전에 이용되던 넓은 선폭의 배선재 대신에, 얇은 선폭을 갖는 와이어 형상의 배선재를 사용함으로써 수광 효율을 높일 수 있다.
또한, 반사체가 태양전지와 태양전지 사이에 형성됨으로, 반사체에서 반사된 빛으로 인해 수광 효율을 높일 수 있다.
이 명세서에 첨부된 도면들은 발명을 쉽게 설명하기 위해 도식화한 모습을 보여준다. 때문에, 첨부된 도면은 실제와 다를 수 있다.
도 1은 태양전지 모듈의 전체 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선 방향에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 3은 도 1의 B-B선 방향에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 4는 배선재의 전체 모습을 보여준다.
도 5는 전면 전극과 배선재의 배치 관계를 보여주는 도면이다.
도 6은 후면 전극과 배선재의 배치 관계를 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 10은 전면 패드부와 후면 패드부의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 11은 반사체를 보여주는 도면이다.
도 12 내지 도 17은 도 11의 C-C선 방향에 따른 단면도로, 반사체의 다양한 모습을 보여준다.
이하에서 설명되는 실시예들은 바람직한 한 형태일 뿐 본원 발명을 모두 나타내는 것은 아니다. 특히, 이하에서 실시예들을 통해 설명되는 각 구성 요소들을 선택적으로 취사 선택하고, 이들을 결합해 만든 실시예들 역시, 각 구성요소들은 이미 설명된 것이기에 이 역시 본원 발명에 속하는 것이다.
또한, 이하 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 설명에 있어, 도면 중 동일하거나 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 설명의 중복을 피하기 위해 그 설명은 반복하지 않는다.
또한, 이하에서 제시하는 수치 범위는 단순한 예시일 뿐이고, 특별한 제한이 없는 한 여러 가지 변수로 인해 제시한 수치 범위는 조정될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 설명한다. 도 1은 태양전지 모듈의 전체 모습을 보여주는 사시도, 도 2는 도 1의 A-A선 방향에 따른 단면도, 도 3은 도 1의 B-B선 방향에 따른 단면도, 도 4는 배선재의 모습을 보여준다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바처럼, 이 실시예의 태양전지 모듈은 서로 이웃하게 배치된 다수의 태양전지를 얇은 두께를 갖는 다수의 배선재(125)가 연결하고 있다. 배선재(125)는 이웃한 두 태양전지 중 제1 태양전지(C1)의 전면에 형성된 전면 전극(113)에 전기적으로 연결(이하, 접속)되어 있고, 또한 제1 태양전지(C1)에 이웃한 제2 태양전지(C2)의 후면에 형성된 후면 전극(C2)에 접속되어 있다.
이 실시예에서, 태양전지는 반도체 기판(111)의 전면과 후면에서 각각 빛을 흡수하는 양면 수광형(bifacial) 구조를 이루고 있는 것으로 설명한다.
태양 전지는 얇은 두께를 갖는 정육면체 형상을 갖고 있으며, 가로와 세로의 크기가 대략 156(mm)*156(mm)이고, 두께는 150(um) - 200(um)이다.
빛이 입사되는 면인 전면으로는 전면 전극(113)이 위치해 전면 패드부(140)를 통해 배선재(125)와 접속된다. 이 전면 전극(113)은 반도체 기판(111)과 반대되는 도전성의 전하를 수집한다. 일 예에서, 반도체 기판(111)이 p형 반도체 기판이면, 전면 전극(113)은 전자를 수집한다.
반도체 기판(111)은 pn 접합을 이루고 있으며, 제1 도전성 불순물을 포함해 n형 또는 p형 반도체 기판으로 이뤄져 있다.
이 반도체 기판(111)의 후면으로는 전면 전극(113)과 유사한 모양을 갖는 후면 전극(115)이 위치해 후면 패드부(160)를 통해 배선재(125)와 접속된다. 후면 전극(115)은 전면 전극(113)과 반대되는 도전성의 전하를 수집한다.
이 전면 전극(113)과 후면 전극(115)에 대해선 도면을 달리해서 아래에서 자세히 설명한다.
그리고, 후면 전극(115)과 반도체 기판(111) 사이로는 후면 전계 부()가 위치하는데, 이 후면 전계부(154)는 반도체 기판(111)과 동일 도전성의 불순물이 기판(111)보다 고농도로 도핑된 영역으로, 후면 전극(115)에 대응하게만 지역적으로 형성돼 있다.
이 후면 전계부(154)는 기판과 동일한 도전형으로, 반도체 기판(111)이 n형이면, 후면 전계부(154) 역시 n 형으로, 기판 후면에 인(P)을 불순물로 주입해 형성될 수 있다. 바람직한 형태로, 후면 전계부(154)는 이온 주입법 중 하나인 이온 임플레이팅(ion implanting)법으로 불순물을 기판 후면에 주입함으로써, 지역적으로 형성하는 것이 가능하다.
이 후면 전계부(154)는 기판(111)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 후면쪽으로 기판과 동일한 극성을 갖는 전하의 이동을 방해해, 기판 표면에서 서로 다른 전하들이 재결합하는 것을 방지할 수 있다.
이 실시예에서, 후면 전계부(154)는 기판 후면 전체에 형성되는 것이 아니라, 일부 전극에 대해서만 형성이 되는 것으로 설명하지만, 이와 다르게 반도체 기판(111)의 후면 전체에 후면 전계부(154)가 형성되는 것 역시 가능하다.
이 같은 구성을 갖는 태양전지는 배선재(125)에 의해 이웃한 두 태양전지가 접속된다.
배선재(125)는 도 4의 (A)에서 예시하는 바처럼 와이어 형상을 이루고 있다. 도 4에서 (B)는 배선재(125)의 단면 형상을 보여준다.
도시된 바처럼, 배선재(125)는 코팅층(125a)이 코어층(125b)을 얇은 두께(12(um) 내외)로 코팅한 단면 모습을 가지며, 전체 250(um) - 550(um)의 두께를 갖는다.
코어층(125b)은 도전성이 좋은 Ni, Cu, Ag, Al과 같은 도전성이 좋은 금속 재질이고, 코팅층(125b)은 Pb, Sn 또는 SnIn, SnBi, SnPb, Sn, SnCuAg, SnCu와 같은 화학식을 갖는 금속물질, 특히 솔더를 포함하고 있어, 솔더링(soldering)이 가능하다.
이웃한 두 개의 태양전지를 연결할 때, 이 배선재(125)는 반도체 기판이 156(mm) * 156(mm) 크기를 갖는 경우에, 10개 - 15개가 사용되는데, 기판 크기나 전극의 선폭, 두께, 피치, 배선재의 두께 등을 변수로 조정된다.
이상의 설명은 배선재(125)가 단면이 원형인 와이어 형상인 것을 기초로 했으나, 단면이 직사각형, 타원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
이 같은 배선재(125)는 이웃한 두 태양전지를 접속시키는데, 한 쪽은 제1 태양전지(C1)의 전면 패드부(140)를 통해 전면 전극(113)에 접속되고, 다른 쪽은 제2 태양전지(C2)의 후면 패드부(1600를 통해 후면 전극(115)에 접속된다. 전극과 배선재를 접속시키는 바람직한 한 형태는 재료를 녹여 용융 결합시키는 솔더링(soldering)이나, 접착력이 있는 합성 수지에 도전성 입자가 포함된 도전성 접착제 역시 가능하다.
이 실시예에서, 전면 전극(113)과 배선재(125)가 교차하는 지점으로는 전면 패드부(140)와 후면 패드부(160)가 각각 더 위치하고 있다. 이 같은 패드부(140, 160)는 전면 전극(113)과 배선재(125), 후면 전극(115)과 배선재(125)가 교차하는 영역을 넓혀 배선재(125)를 전면 전극(113)과 후면 전극(115)에 각각 접속시 접촉 저항을 줄이고, 배선재(125)와 전극(113, 115) 사이의 결합력을 높인다.
솔더링 방법의 일 예는 배선재(125)를 이웃한 두 태양전지의 전면과 후면에 각각 위치시켜, 배선재(125)가 전면 전극(113) 및 후면 전극(115)과 각각 마주하게 하고, 이 상태로 배선재(125)의 코팅층(125a)을 용융 온도 이상으로 수초간 가열하는 것이다. 이에 따라, 코팅층(125a)이 용융되었다 식으면서 배선재(125)가 전극에 부착된다.
이 실시예에서, 태양전지와 태양전지 사이로 반사체(170)가 더 위치하고 있다. 배선재(125)의 길이 방향으로 태양전지는 이웃한 태양전지와 일정한 거리로 떨어져 있어 태양전지와 태양전지 사이로 인터 구간(IA)이 존재한다. 반사체(170)는 이 인터 구간(IA)에 위치해서 인터 구간(IA)으로 입사되는 빛을 산란시켜 이웃한 태양전지로 빛이 입사되도록 한다.
이하, 이처럼 구성된 태양전지 모듈 중 전면 전극(113)에 대해 도 5를 참조로 보다 자세히 설명한다.
이 실시예에서, 전면 전극(113)은 수집 전극(1131)과 연결 전극(1133)을 포함한다.
수집 전극(1131)은 일정한 선폭을 가지며 한 방향, 예로 배선재(125)의 연장방향과 교차하는 방향으로 길게 연장돼 있고, 이웃한 것과 나란히 배치돼 스트라이프 배열을 이루고 있다. 이 수집 전극(1131)은 35(um) - 70(um)의 선폭을 가지며, 전극과 전극 사이의 거리인 피치(Pf)는 1.3(mm) - 1.8(mm)이다. 여기서 제시하는 수치 범위는 바람직한 예 일 뿐, 다양한 변수에 맞춰 수치 범위는 조정이 된다.
연결 전극(1133) 역시 일정한 선폭을 가지며, 수집 전극(1131)과 교차하는 방향, 즉 배선재(125)의 연장 방향과 동일한 방향으로 길게 연장돼 수집 전극(1131)을 전기적으로 연결시키고 있다.
이 연결 전극(1133)은 실질적으로 수집 전극(1131)과 동일하게, 35(um) - 70(um)의 선폭을 가지며, 다만 피치(Bdf)는 9(mm) - 13(mm)로 수집 전극(1131)보다 크다.
대안적으로, 연결 전극(1133)은 수집 전극(1131)보다 큰 선폭을 갖고, 전면 패드부(140)의 가로폭(wfh)과 같거나 작은 것도 가능하다.
이 같은 구성의 연결 전극(1133)은 반드시 필요한 구성은 아니므로, 전면 전극(113)은 이 연결 전극(1133) 없이 수집 전극(1131)으로만 구성되는 것 역시 가능하다. 연결 전극(1133)이 생략됨에 따라, 빛이 입사되는 면적이 늘어날 수 있고, 또한 제조자 입장에서는 재료비를 줄여 생산비를 줄일 수 있다.
그리고, 수집 전극(1131)과 연결 전극(1133)이 교차하는 지점으로는 전면 패드부(140)가 선택적으로 형성돼 있다. 전면 패드부(140)의 세로폭(wfv)은 300 - 500(um)이고, 가로폭(wfh)은 800(um) - 1.2(mm)이다.
바람직한 한 형태에서, 전면 패드부(140)는 모든 교차점마다 형성되는 것이나, 제조 비용, 효율 등을 조건으로 연결 전극(1133) 1라인을 기준으로 13개 - 20개의 전면 패드부(140)가 존재하며, 등 간격으로 배치돼 있다. 도면에서는 연결 전극(1133)의 연장 방향으로, 2*n(n=자연수) 라인마다 전면 패드부(140)가 교차점에 형성되는 것을 예시한다.
또한, 전면 패드부(140)는 수집 전극(1131)의 연장 방향으로 모든 교차점에 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 연결 전극(1131)이 100개이고, 수집 전극(1133)이 12개인 경우에, 전면에 형성되는 총 패드수는 50*12개가 된다.
이 같은 수집 전극(1131), 연결 전극(1133), 전면 패드부(140)는 스크린 인쇄법으로 동시에 형성될 수가 있고, 이 경우 이들은 모두 동일한 물질, 예로 은(Ag)으로 만들어진다. 또한 각 구성요소들은 필요에 따라 따로 구성되는 것 역시 가능하다.
그리고, 배선재(125)는 연결 전극(1133) 바로 위에 위치하며, 연결 전극과 나란한 방향으로 길게 형성돼 있다. 따라서, 배선재(125)와 연결 전극(1133)은 서로 마주하는 배치를 이룬다. 배선재(125)의 선폭(Da)은 200(um) - 700(um)로, 전면 패드부(140)의 가로폭(wfh)보다 작다.
배선재(125)는 이처럼 연결 전극(1133) 위에 배치된 상태로 솔더링이 이뤄지기 때문에, 전면 패드부(140) 뿐만 아니라, 연결 전극(1133)과도 용융 결합되므로, 전극과 배선재 사이의 접촉 저항을 줄여 태양전지의 효율을 높일 수 있으며, 배선재의 결합 강도 역시 높일 수 있다.
이하, 후면 전극(115)에 대해 도 6을 참조로 자세히 설명한다.
이 실시예에서, 후면 전극(115)도 전면 전극(113)과 마찬가지로 수집 전극(1151)과 연결 전극(1153)을 포함한다. 이하의 설명에서는 전면 전극(113)과 혼동되지 않게, 전면 전극(113)의 수집 전극(1131)과 연결 전극(1133)을 각각 전면 수집전극(1131), 전면 연결전극(1133)이라 하고, 후면 전극(115)의 수집 전극(1151)은 후면 수집전극, 연결 전극(1153)은 후면 연결전극이라 한다.
후면 수집전극(1151)은 일정한 선폭을 가지며 한 방향, 예로 배선재(125)의 연장방향과 교차하는 방향으로 길게 연장돼 띠 모양을 가지며, 이웃한 것과 나란히 배치돼 스트라이프 배열을 이루고 있다.
이 후면 수집전극(1151)은 전면 수집전극(1131)과 동일하게, 선폭이 35(um) - 70(um), 피치(Pb)는 1.4(mm) - 1.7(mm)이다. 바람직한 다른 형태에서, 후면 수집전극(1151)은 전면 수집전극(1131)보다 크게 선폭은 75(um) - 115(um)이고, 피치(Pb)는 전면 수집전극(1131)과 동일하게 1.4(mm) - 1.7(mm)이다.
이처럼, 후면의 수집 전극(1151)을 전면의 수집 전극(1131)보다 두껍게 구성하는 것도 가능하다.
또한, 전면의 경우 직렬 저항이 대략 120 -140(Ω/sq)로 큰 반면에, 후면은 대략 20 -40(Ω/sq)로 전면보다 낮다. 때문에, 전면 수집전극(113)은 배선재와 접촉 면적을 키우기 위해, 후면보다 상대적으로 많은 수의 패드부가 필요하고, 그 결과 전면 수집전극(1131)의 피치가 후면보다 크게 돼서, 후면 수집전극(1151)의 개수가 전면 수집전극(1131)보다 많아질 수가 있다.
한편, 도면에서는 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)의 선폭이 동일한 것을 보여준다.
그리고, 후면 연결전극(1153) 역시 일정한 선폭을 가지며, 후면 수집전극(1151)과 교차하는 방향, 즉 배선재(125)의 연장 방향과 동일한 방향으로 길게 연장돼 후면 수집전극(1151)을 전기적으로 연결시키고 있다.
이 후면 연결전극(1153)은, 후면 수집전극(1151)과 동일하게 35(um) - 70(um)의 선폭을 가지며, 피치(Bdb)는 전면과 동일하게 9(mm) - 13(mm)의 피치(Bdb)이다.
대안으로, 후면 연결전극(1153)은 후면 수집전극(1151)보다 큰 선폭을 갖고, 후면 패드부(160)의 가로폭(wbh)과 같거나 작은 것도 가능하다.
이 후면 연결전극(1153)은 반드시 필요한 구성은 아니므로, 후면 전극(115) 역시 수집 전극(1151)으로만 구성되는 것 역시 가능하다. 후면 연결전극(1153)이 생략됨에 따라, 빛이 입사되는 면적이 늘어날 수 있고, 또한 제조자 입장에서는 재료비를 줄여 제조비를 줄일 수 있다.
그리고, 후면 수집전극(1151)과 후면 연결전극(1153)이 교차하는 지점으로는 후면 패드부(140)가 선택적으로 형성돼, 후면 전극(115)이 배선재(125)와 연결될 수 있도록 구성돼 있다. 이 실시예에서, 후면 패드부(160)의 크기는 전면 패드부(140)와 동일하게, 세로폭(wbv)은 300 - 500(um)이고, 가로폭(wbh)은 800(um) - 1.2(mm)이나, 선택적으로 다른 크기로 구성될 수도 있다.
이 실시예에서, 후면 패드부(160)는 전면 패드부(140)보다 적은 수로 형성이 된다. 도면에서는 후면 패드부(160)의 개수가 전면 패드부(140)보다 1/2인 것을 예시한다.
도면에 예시된 바처럼, 후면 전극(115)은 지역적으로 형성된 후면 전계부(154)가 수집 전극(1151)에 대응하게 형성돼 있다. 이 후면 전계부(154)는 반도체 기판(111)보다 고농도로 불순물이 도핑된 영역으로, 예로 반도체 기판(111)의 불순물 농도가 1*1016(atoms/cm3)이면, 후면 전계부(154)는 2*1020(atoms/cm3)의 고농도로 도핑되어 있다.
이 실시예에서, 후면 전계부(154)는 수집 전극(1151)에 대해서만 지역적으로 형성돼 있으므로, 후면 전계부(154) 역시 수집 전극(1151)과 마찬가지로 이웃한 것과 일정 거리 떨어져 있으므로, 전체적으로 스트라이프 배열을 이룬다.
이처럼, 반도체 기판(111)의 후면은 고농도로 도핑된 후면 전계부(154)를 인터페이스로 수집 전극(1151)이 형성돼 있어서, 계측 장치로 측정해 보면 후면 쪽 직렬 저항은 20-40(Ω/sq)인 반면, 전면은 이보다 약 3배 더 큰 120-140(Ω/sq)이다.
이 같은 사실은, 배선재(125)와 전극 간 접촉 저항이 전면이 후면보다 훨씬 크다는 것을 반증한다. 본 발명자가 실험한 결과로, 후면 패드부(160)의 개수를 전면 패드부(140) * 1/2까지 줄이더라도 태양 전지의 효율에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 하지만, 후면 패드부(160)의 개수가 전면 패드부(140) 대비 1/2보다 더 작아지면, 태양전지의 효율은 급격히 감소하는 것으로 나타났다.
이 실시예에서는 이처럼 후면 패드부(160)의 개수를 전면 패드부(140)보다 적게 구성해 제조 비용을 효과적으로 줄이면서도, 태양전지의 효율은 그대로 유지할 수가 있다.
이 같은 후면 수집전극(1151), 후면 연결전극(1153), 후면 패드부(160)는 스크린 인쇄법으로 동시에 형성될 수가 있고, 이 경우 이들은 모두 동일한 물질, 예로 은(Ag)으로 만들어진다. 또한 각 구성요소들은 필요에 따라 따로 구성되는 것 역시 가능하다.
그리고, 배선재(125)는 후면 연결전극(1153) 바로 위에 위치하며, 후면 연결전극(1153)과 나란한 방향으로 길게 형성돼 있고, 실질적으로 배선재의 피치는 연결 전극(1153)의 피치(Bdb)와 동일하다.
후면에서도, 배선재(125)는 이처럼 후면 연결전극(1153) 위에 배치된 상태로 솔더링이 이뤄지기 때문에, 후면 패드부(160)의 개수가 전면 패드부(140)의 개수보다 상대적으로 적더라도, 배선재(125)는 그 길이 방향으로 후면 패드부(160) 뿐만 아니라, 후면 연결전극(1153)과도 용융 결합되므로, 전극과 배선재 사이의 접촉 저항을 줄이는 한편, 배선재의 결합 강도 역시 높인다.
이상과 같이, 이 실시예에서는 후면 패드부(160)가 전면 패드부(140)보다 적게 형성되므로, 전면 패드부(140)와 후면 패드부(160)의 위치가 전면 전극과 후면 전극의 위치에 맞춰 다양한 배열을 이룬다. 이에 대해서 도 7 내지 도 10을 참조로 자세히 살펴본다.
이 도면들에서는 설명에 필요한 구성만을 간략히 도시하였으며, 1점 쇄선은 전면 수집전극(1131), 점선은 후면 수집전극(1151)을 각각 나타내고, 2점 쇄선은 배선재(125)를 나타낸다. 또한, 배선재(125)는 전면과 후면에서 동일 선 상에 위치하며, 전면 패드부(140)와 후면 패드부(160)의 크기는 동일한 것으로 가정한다.
먼저, 도 7은 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)의 피치가 동일하며, 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)은 동일 선상에 위치하는 경우를 보여준다.
전면 패드부(140)는 2의 배수마다 형성돼, 배선재(125)의 연장 방향으로 전면 패드부(140)가 없는 1개의 교차점이 존재한다. 그리고, 후면 패드부(160)는 4의 배수마다 형성이 돼, 그 사이로 후면 패드부(160)가 없는 3개의 교차점이 존재한다. 결국, 전면 패드부(140) 사이의 거리인 피치(Pdf)는 후면 패드부(160)의 피치(Pdb)보다 작다.
한편, 후면 패드부(160)는 4의 배수로 형성되는 반면, 전면 패드부(140)는 2의 배수로 형성되므로, 전면 패드부(140)와 후면 패드부(160)가 중첩된 경우에는 모든 후면 패드부(160)는 전면 패드부와 중첩되게 위치하고, 후면 패드부(160) 사이로는 1개의 전면 패드부(140)가 위치하게 된다.
이와 비교해서, 도 8은 도 7과 마찬가지로, 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)이 동일 선 상에 위치하지만, 후면 패드부(160)가 전면 패드부(140)와 중첩하지 않고, 전면 패드부(140) 사이로 형성된 모습을 보여준다. 이 경우에, 전면 패드부(140)는 2의 배수로 형성되고, 후면 패드부(160)는 4의 배수로 형성되므로 모든 후면 패드부(160)는 전면 패드부(140)와 중첩된 위치에 있지 않는다.
도 9는 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)의 피치가 동일하나, 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)은 동일 선상에 위치하는 않는 경우를 보여준다.
이 경우에, 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)은 배선재(125)의 연장 방향으로 동일 선상에 위치하지 않고, 번갈아 가며 배치가 된다. 그리고, 전면 패드부(140)는 2의 배수로 형성되고, 후면 패드부(160)는 4의 배수로 형성되므로 전면 패드부(140)와 후면 패드부(160)는 중첩된 위치에 있지 않는다.
도 10은 전면 수집전극(1131)의 피치가 후면 수집전극(1151)의 피치보다 큰 경우를 보여준다. 이 경우에, 후면 수집전극(1151)의 피치가 전면 수집전극(1131)의 피치보다 작기 때문에, 전면 수집전극(1131)과 후면 수집전극(1151)은 동일 선상에 위치하거나, 이웃해 있거나, 멀리 떨어져 있는 등 다양한 형태를 가진다.
따라서, 후면 패드부(160)는 전면 패드부(140)와 중첩되는 위치에 위치하거나, 일부만 중첩되는 위치에 위치하거나, 아니면 다른 위치에 위치하고 있는 경우를 모두 포함한다.
이하, 도 11 내지 도 16을 참조로, 반사체(170)에 대해서 설명한다. 도 11은 반사체를 설명하기 위한 도면으로, 인터 구간(IA)을 중심으로 한 평면도이고, 도 12는 도 11의 C-C선을 따라 절단한 단면도이다.
제2 태양전지(c2)는 인터 구간(IA)만큼 떨어져 제1 태양전지(c1)와 배선재(125)로 접속되어 있다. 그리고, 인터 구간(IA)으로는 반사체(170)가 위치한다.
이 실시예에서, 반사체(170)는 바(bar) 모양의 직육면체로, 반사도가 좋은 금속 재질로 이뤄져 있다. 일 예로, 이 반사체(170)는 전극(113, 115)과 동일 재질이거나, 배선재(125)와 동일 재질이다.
반사체(170)는 배선재(125)에 고정되어 있는데, 바람직한 한 형태로 배선재(125)에 솔더링되어 있다. 이 경우, 배선재(125)는 전극(113, 115)에 솔더링될 때, 반사체(170)와도 솔더링이 되므로, 작업 공수를 줄여 제조 비용을 줄일 수 있다.
바람직하게, 반사체(170)는 두 태양전지를 접속하고 있는 모든 배선재(170)에 연결되어 있다. 이 실시예에서, 배선재(125)는 두 태양전지(c1, c2)를 전기적으로 연결하기 위해, 12개의 배선재가 사용되며, 반사체(170)는 12개의 배선재 모두와 솔더링된다.
한편, 배선재(125)의 한쪽은 제1 태양전지(c1)의 전면 전극(113)에 접속되어 있고, 다른 편은 제2 태양전지(c2)의 후면 전극(115)에 접속되어 있다. 따라서, 배선재(125)는 인터 구간(IA)에서 소정 각도로 기울어져 있으며, 인터 구간(IA)에서 배선재(125)에 고정되어 있는 반사체(170) 역시 소정 각도로 기울어져 있다.
때문에, 빛이 인터 구간(IA)으로 입사되는 경우에, 그 빛은 반사체(170)의 표면에서 반사돼 이웃한 제2 태양전지(c2)로 입사가 된다.
도 13은 반사체(170)가 제1 태양전지의 끝보다 안쪽으로 더 위치해서 배선재에 결합된 모습을 보여준다.
도 13에서, 반사체(170)는 제1 태양전지(c1)의 끝에서 일정 거리(t)만큼 안쪽으로 더 형성돼 배선재(125)에 부착되어 있다.
한편, 배선재(125)는 한 쪽이 제1 태양전지(c1)의 전면 전극(113)에 접속돼 있고, 다른 한쪽은 제2 태양전지(c2)의 후면 전극(115)에 접속돼 있다. 따라서, 배선재(125)는 제1 태양전지(c1)의 끝에서 위에서 아래로 꺾이게 되는데, 금속막으로 이뤄진 배선재(125)가 이처럼 꺾이게 되면, 꺾인 지점에서 단선이 일어나기 쉽다.
그런데, 이 실시예에서는 반사체(170)가 배선재(125)의 꺾인 부분에 덧대어져 있기 때문에, 배선재(125)가 단선되는 문제를 방지할 수 있다.
도 14는 반사체(170)가 인터 구간(IA)에서 배선재(125)의 전면과 후면에 각각 형성된 모습을 보여준다.
도 14에서, 반사체(170)가 배선재(125)를 사이에 두고, 위, 아래에 각각 형성된다는 점을 제외하고는 상술한 바와 동일하다. 이처럼 반사체(170)가 배선재의 하부에도 형성됨으로, 인터 구간(IA)에서 배선재(125)가 끊어지는 것을 방지할 수 있고, 나아가 금속 재질로 이뤄진 반사체(170)가 인터 구간(IA)에 더 형성됨으로 배선재(125)의 라인 저항을 줄일 수 있다.
도 15는 반사체의 표면에 요철이 형성된 모습을 보여준다. 반사체(170)의 표면이 이처럼 요철(171)을 포함하고 있어, 빛이 반사체(170)의 표면에서 반사가 될 때, 난반사를 일으키게 돼 태양전지로 입사되는 빛의 양을 효과적으로 늘릴 수가 있다.
도 16은 반사체의 표면이 경사면(Cs)으로 이뤄져 있고, 경사면에 요철(171)이 형성된 모습을 보여준다. 도 15에서는 경사면(Cs)이 라운드진 형태를 예시하고 있으나, 위치에 따라 높이가 변하는 것이라면 어떤 모양도 무방하다. 이처럼 반사체 표면이 경사면(Cs)을 가지고 있으면, 경사 각도에 해당하는 만큼 빛은 태양전지를 향해 반사체의 표면에서 더 굴절되므로, 태양전지로 입사되는 빛의 양을 효과적으로 늘릴 수가 있다.
지금까지의 반사체 설명은 인터 구간(IA)에 하나의 반사체(170)가 배치된 것을 예로 설명하였으나, 도 17과 같이 적어도 2 이상의 반사체(170)가 배치될 수도 있다. 이 경우에, 복수의 반사체(170)는 모두가 도 12 내지 도16을 통해 설명된 모습으로 배치되거나, 아니면 반사체 각각은 서로 다른 모습으로 구성될 수 있다. 일 예로, 인터 구간(IA)에 2개의 반사체(170)가 존재하는 경우에, 하나는 도 14처럼 구성되고, 다른 하나는 도 16처럼 구성된다.
또한, 도 17에서는 반사체(170)가 배선재의 연장 방향에서 다수로 나눠진 것을 예로 설명하나, 배선재와 교차하는 방향에서도 다수로 나눠져 구성될 수 있다.

Claims (16)

  1. 반도체 기판의 전면에 형성된 전면 전극과, 후면 전계부를 인터페이스로 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 후면 전극을 포함하는 태양전지와,
    상기 전면 전극을 이웃한 태양전지의 후면 전극에 접속시키는 배선재와,
    상기 전면 전극과 상기 배선재가 교차하는 교차점에 형성되는 복수의 전면 패드부와,
    상기 후면 전극과 상기 배선재가 교차하는 교차점에 형성되는 복수의 후면 패드부를 포함하고,
    상기 후면 전계부는 상기 반도체 기판의 후면에 형성된 모든 후면 전극 각각에 대응하게만 형성되고,
    상기 후면 패드부의 개수는 상기 전면 패드부의 개수보다 적은 태양전지 모듈.

    ***작성자 코멘트***
    단순히 패드수가 적은 것은 선행기술이 있을 것 같아, 패드 개수 비 또는 BSF를 추가로 한정하는 것이 좋을 것 같아, 청구항 1은 LBSF + 패드수 다른 것을 특징으로 작성함.
  2. 제1항에 있어서
    상기 전면 패드부 개수(n) 대비 상기 후면 패드부 개수(m)의 비율(m/n)은 0.5≤1 < 1인 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후면 패드부의 피치는 상기 전면 패드부의 피치보다 큰 태양전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 후면 패드부와 이에 바로 이웃한 후면 패드부 사이로 존재하는 교차점의 개수는 상기 전면 패드부와 이에 바로 이웃한 전면 패드부 사이로 존재하는 교차점의 개수보다 많은 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 후면 패드부와 상기 전면 패드부는 상기 배선재의 연장 방향으로 각각 등 간격으로 배치된 태양전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전면 패드부의 크기는 상기 후면 패드부의 크기와 동일한 태양전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전면 전극의 피치는 상기 후면 전극의 피치와 같거나 큰 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후면 전극의 선폭은 상기 전면 전극의 선폭과 같거나 큰 태양전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 후면 전극의 라인 수는 상기 전면 전극의 라인 수보다 많은 태양전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배선재는 지름이 200(um) - 500(um)인 와이어 형상이고, 10개 내지 15개 이하의 배선재가 이웃한 두 태양전지를 연결하고 있는 태양전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 태양전지와 이에 이웃한 태양전지 사이에서 상기 배선재에 결합되어 있는 반사체를 더 포함하는 태양전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반사체는 상기 전면 전극 또는 후면 전극과 동일한 물질로 이뤄지거나, 상기 배선재와 동일한 물질로 이뤄진 태양전지 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 반사체는 상기 배선재를 사이에 두고 전면과 후면에 각각 결합되어 있는 태양전지 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 반사체의 표면은 요철을 포함하는 태양전지 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 반사체는 상기 태양전지의 끝보다 안쪽으로 들어가 상기 배선재와 결합하고 있는 태양전지 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반사체는 상기 배선재 전체와 솔더링되어 있는 태양전지 모듈.
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