KR20160063132A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

바람직한 한 실시예에서, 태양전지 모듈은, 제1 도전성 전하를 수집하는 제1 전극들과, 상기 제1 도전성 전하와 반대의 제2 도전성 전하를 수집하는 제2 전극들이 각각 형성돼 있고, 서로 이웃하게 배치된 복수의 태양전지들과, 상기 제1 전극들을 이웃한 태양전지의 제2 전극들에 전기적으로 연결시키고 이웃한 것과 나란하게 배치되는 복수의 배선재들을 포함하고, 상기 복수의 배선재들은, 코너부가 형성된 상기 태양전지의 코너 영역에 배치되는 제1 배선재와, 상기 코너 영역을 제외한 비코너 영역에 배치되는 제2 배선재를 포함한다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지를 다수의 배선재로 서로 연결시킨 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 선폭을 갖는 인터 커넥터로 이웃한 태양전지를 전기적으로 연결시켜 태양전지 모듈을 구성한다.
그런데, 인터 커넥터의 선폭이 크기 때문에, 수광면이 줄어들 수 밖에 없고, 또한 음영 지역이 생겨 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
또한, 태양전지는 인터 커넥터와 연결되기 위해서 버스 전극을 필요로 한다. 그런데, 이 버스 전극은 전하를 수집하는 핑거 전극과 동일 물질인 은(Ag)으로 만들어 지므로, 생산자 입장에서는 태양전지의 제조 비용을 높이는 원인으로 작용한다.
이 같은 이유로, 지금의 태양전지 모듈은 버스전극과, 인터 커넥터를 사용하지 않고 와이어링하는 방향으로 개발되고 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 새로운 형태의 태양전지 모듈을 제공하는데 있다.
바람직한 한 실시예에서, 태양전지 모듈은, 제1 도전성 전하를 수집하는 제1 전극들과, 상기 제1 도전성 전하와 반대의 제2 도전성 전하를 수집하는 제2 전극들이 각각 형성돼 있고, 서로 이웃하게 배치된 복수의 태양전지들과, 상기 제1 전극들을 이웃한 태양전지의 제2 전극들에 전기적으로 연결시키고 이웃한 것과 나란하게 배치되는 복수의 배선재들을 포함하고, 상기 복수의 배선재들은, 코너부가 형성된 상기 태양전지의 코너 영역에 배치되는 제1 배선재와, 상기 코너 영역을 제외한 비코너 영역에 배치되는 제2 배선재를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 배선재의 길이는 상기 제2 배선재의 길이보다 짧다.
바람직하게, 상기 제1 배선재에 연결된 제1 전극과 제2 전극의 총 개수는 상기 제2 배선재에 연결된 제1 전극과 제2 전극의 총 개수보다 작다.
바람직하게, 상기 제1 배선재의 끝은 상기 코너부에서 제1 거리만큼 떨어져 있으며, 상기 제2 배선재의 끝은 상기 태양전지의 끝에서 제2 거리만큼 떨어져 있다.
바람직하게, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 동일하고, 상기 제1 거리는 상기 제1 전극의 피치보다 작다.
바람직하게, 상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 짧고, 상기 제2 배선재의 끝과 상기 태양전지의 끝 사이에 존재하고, 상기 제1 배선재 또는 상기 제2 배선재와 연결되지 않은 제1 전극은 연결 바에 의해 상기 제2 배선재에 연결된 제1 전극에 연결돼 있다.
바람직하게, 상기 태양전지 모듈은, 상기 코너 영역에서 상기 제1 전극과 상기 제1 배선재가 교차하는 교차점들에 형성되는 다수의 제1 패드부들과, 상기 비코너 영역에서 상기 제1 전극과 상기 제2 배선재가 교차하는 교차하는 교차점들에 형성되는 다수의 제2 패드부들을 포함하고, 상기 제1 배선재와 상기 제2 배선재의 끝은 각각, 상기 다수의 제1 패드부들과 상기 다수의 제2 패드부들 중 상기 태양전지의 끝에 가장 가깝게 위치하는 최외곽 패드부들에 각각 고정돼 있다.
바람직하게, 상기 제1 배선재가 고정돼 있는 제1 최외곽 패드부는 상기 코너부에서 제3 거리만큼 떨어져 있으며, 상기 제2 배선재가 고정돼 있는 제2 최외곽 패드부는 상기 태양전지의 끝에서 제4 거리만큼 떨어져 있다.
바람직하게, 상기 제3 거리와 상기 제4 거리는 동일하고, 상기 제3거리와 제4 거리는 각각 5-15(mm)이다.
바람직하게, 상기 제3 거리는 상기 제4 거리보다 짧고, 상기 제1 최외곽 패드부와 상기 제2 최외곽 패드부는 상기 제1 전극의 연장 방향을 기준으로 동일한 선 상에 위치한다.
바람직하게, 상기 다수의 제1 패드부들과 상기 다수의 제2 패드부들은 각각 연결 전극에 의해 서로 연결돼 있다.
바람직하게, 상기 연결 전극은 상기 코너 영역과 상기 비코너 영역에서 각각 각 영역에 존재하는 모든 제1 전극과 연결돼 있다.
바람직하게, 상기 연결 전극은 상기 최외곽 패드부와 상기 태양 전지의 끝 사이에 존재하는 적어도 하나 이상의 제1 전극을 상기 최외곽 패드부에 연결시키고 있다.
바람직하게, 상기 태양전지 모듈은 상기 최외곽 패드부와 상기 태양 전지의 끝 사이에 존재하는 적어도 하나 이상의 제1 전극을 사선 방향으로 연장해 상기 최외곽 패드부에 연결시키고 있는 링크 전극을 포함한다.
바람직하게, 상기 제2 배선재의 개수는 상기 제1 배선재의 개수보다 적어도 5배 이상 많다.
바람직하게, 상기 복수의 배선재는 상기 배선재의 총 개수를 상기 태양전지의 너비로 나눠 구획된 영역의 가운데에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에서는 코너부를 포함하고 있는 태양전지에서 코너부에도 배선재를 배치해 태양전지 전체에서 균일하게 전하를 수집할 수 있도록 하고 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 코너영역에 배치되는 배선재의 길이를 비코너 영역에 배치되는 배선재의 길이보다 짧게 해, 코너부에서 배선재끼리 숏트되는 문제를 해결한다.
본 발명의 일 실시예에서는 비코너 영역에 배치되는 배선재의 길이를 코너 영역에 맞춰 태양전지 모듈을 제조할 때 한번의 컷팅으로 모든 배선재를 자를 수 있도록 한다.
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 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 B-B선 방향에 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 배선재의 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 태양전지의 코너부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 코너부를 확대해서 보여주는 도면이다.
도 7은 배선재가 태양전지의 어디에 위치하는지를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 배선재끼리 숏트되는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 11은 이웃한 두 태양전지에서 코너부를 선택적으로 확대해서 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11의 C-C선을 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 13은 제1 배선재의 끝과 제2 배선재의 끝이 동일 선 상에 위치하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 15는 도 14에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 17은 도 16에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 19는 도 18에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에서 후면 접촉형 태양전지를 이용해 구성된 태양전지 모듈의 전체 모습을 보여주는 도면이다.
도 21은 도 20에 도시한 태양전지의 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 22는 이웃한 두 태양전지가 커넥터에 의해 연결되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 23은 도 20의 태양전지 모듈에서 이웃한 두 태양전지가 배선재에 의해 연결된 평면 모습을 보여주는 도면이다.
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.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 설명한다. 도 1은 태양전지 모듈의 전체 모습을, 도 2는 도 1의 A-A선 방향에 따른 단면을, 도 3은 도 1의 B-B선 방향에 따른 단면을, 도 4는 배선재의 모습을 보여준다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바처럼, 이 실시예의 태양전지 모듈은 서로 이웃하게 배치된 다수의 태양전지(C1?C3)를 얇은 선폭을 갖는 다수의 배선재(125)가 연결하고 있다. 배선재(125)는 이웃한 두 태양전지 중 하나의 전면에 형성된 전면 전극(113)에 물리적 전기적으로 연결되어 있고, 다른 하나의 후면에 형성된 후면 전극(115)에 물리적 전기적으로 연결되어 있다. 배선재(125)는 이처럼 이웃한 두 태양전지의 전면 전극(113)과 후면 전극(115)에 각각 연결돼 두 태양전지를 전기적으로 연결시킨다
이 실시예에서, 태양전지는 반도체 기판(111)의 전면과 후면에서 각각 빛을 흡수하는 양면 수광형(bifacial) 구조로 전면 전극(113)과 후면 전극(115)이 동일한 형태로 배열돼 있는 것으로 설명한다. 이하의 실시예는 하나의 예시일 뿐 특별한 제한이 없는 한 알려진 모든 구조의 태양 전지에도 동일하게 구현될 수 있다.
태양 전지는 얇은 두께를 갖는 다면체 형상을 갖고 있으며, 가로와 세로의 크기가 대략 156(mm)*156(mm)이고, 두께는 150(um) ? 250(um)이다.
빛이 입사되는 면인 전면으로는 전면 전극(113)이 위치해 배선재(125)와 연결되어 있다. 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 형태를 이루고 있는 후면 전극(115)이 형성되어 있다. 후면 전극(115)은 전면 전극(113)과 반대되는 도전성의 전하를 수집한다.
반도체 기판(111)과 전면 전극(113), 반도체 기판(111)과 후면 전극(115) 사이로는 불순물이 고농도로 도핑된 에미터층과 후면 전계부, 그리고 전하가 표면에서 재결합하는 것을 방지하는 패시베이션막이 존재하나, 도면에서는 이 구성을 생략하였다.
이 같은 구성을 갖는 태양전지는 배선재(125)에 의해 이웃한 두 태양전지가 연결되는데, 배선재(125)는 이웃한 두 태양전지의 전면과 후면에 각각 형성된 전면 전극(113)과 후면 전극(115)에 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 이 실시예에서 각 태양전지(C1-C3)는 모서리가 원의 일부로 이뤄진 코너부(111a)를 포함하고 있다. 일 예로, 의사형 웨이퍼(pseudo type wafer)는 제조 공정 상의 이유로, 이처럼 코너부(111a)를 포함하고 있어, 이 의사형 웨이퍼로 제조된 태양 전지는 본 실시예처럼 코너부(111a)를 가지게 된다.
이 실시예에서, 배선재(125)는 위치에 따라 코너부(111a)를 가로지르도록 배치되는 한 쌍의 제1 배선재(125a)와 이 제1 배선재(125a) 사이에 위치하는 다수의 제2 배선재(125b)를 포함한다.
제1 배선재(125a)는 이웃한 두 태양전지를 연결하고 있는 다수의 배선재들 중 제일 바깥에 위치하고 있으며, 복수의 제2 배선재(125b)는 이들 사이에 위치해서 코너부(111a)를 가로지르지 않으면서 이웃한 두 태양전지를 연결시키고 있다. 제1 배선재(125a)와 제2 배선재(125b), 그리고 제2 배선재들끼리는 일정한 간격으로 떨어져 있어, 스트라이프 배열을 이룬다
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) - 500(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, 모재를 용융 결합시키는 솔더링(soldering)을 통해 배선재(125)를 전극(113, 115)에 연결시킬 수 있다.
이웃한 두 개의 태양전지를 연결할 때, 이 배선재(125)는 반도체 기판이 156(mm) * 156(mm) 크기를 갖는 경우에, 10개 - 18개가 사용되는데, 개수는 기판 크기나 전극의 선폭, 두께, 피치 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 전기적으로 연결시키는데, 한 쪽은 제1 태양전지(C1)의 전면 전극(113)에 연결되고, 다른 쪽은 제2 태양전지(C2)의 후면 전극(115)에 연결된다. 또한 배선재(125)는 제2 태양전지(C2)와 제3 태양전지(C3) 사이에서도 이들을 연결하며, 한 쪽은 제2 태양전지(C2)의 전면 전극(113)에 연결되며, 다른 쪽은 제3 태양전지(C3)의 후면 전극(115)에 연결된다. 이에 따라, 제1 내지 제3 태양전지(C1-C3)가 배선재(125)에 의해 서로 전기적으로 연결이 되며, 하나의 태양전지를 기준으로, 전면과 후면에 각각 배선재(125)가 위치해 있다.
전극과 배선재를 연결시키는 바람직한 한 형태는 모재를 용융 결합시키는 솔더링이다.
이 실시예에서, 전면 전극(113)과 배선재(125)가 교차하는 지점으로는 선택적으로 패드부(140)가 더 형성될 수 있다. 패드부(140)는 전면 전극(113)과 배선재(125)가 교차하는 영역을 넓혀 배선재(125)를 전면 전극(113)에 연결시 접촉 저항을 줄이고, 배선재(125)와 전면 전극(113) 사이의 결합력을 높이고 이에 따라 전면 전극(113)에서 배선재(125)로 전하의 이동이 잘 일어나도록 한다.
한편, 전면 전극(113)과 배선재(125)를 솔더링하는 경우에, 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 가열한다. 이에 따라, 코팅층(125a)이 용융되었다 식으면서 배선재(125)가 전극에 부착된다.
이 실시예에서, 배선재(125)는 전면 전극(113)과 패드부(140)를 매개로 솔더링되고, 또한, 패드부(140)가 없는 교차점에서도 배선재(125)는 전면 전극(113)과 직접 용융 결합되므로, 전극과 배선재 사이의 접촉 저항을 줄여 셀 효율을 높일 수 있으며, 배선재의 결합 강도 역시 높일 수 있다.
대안적인 예에서, 배선재(125)는 전극에 도전성 접착제로 부착될 수도 있다. 도전성 접착제는 에폭시(epoxy)계 합성 수지 또는 실리콘계 합성 수지에 Ni, Al, Ag, Cu, Pb, Sn, SnIn, SnBi, SnPb, Sn, SnCuAg, SnCu 로 표기되는 도전성 입자(conductive particle) 또는 솔더(solder)가 포함되어 있는 물질로, 액상에서 열을 가하면 열 경화되는 물질이다. 또한, 배선재(125)는 전극에 솔더 페이스트로도 부착될 수 있다. 솔더 페이스트는 납(Pb) 또는 주석(Sn)과 같은 솔더 입자를 포함한 페이스트로, 용융 온도 이상으로 열을 가하면 솔더 페이스트 안에 존재하는 솔더 입자가 용융하면서 두 모재를 용융 결합시킨다.
이 실시예에서 전면 전극(113)은 종전처럼 넓은 선폭을 갖는 버스 전극을 포함하지 않는 대신에, 상술한 바처럼 배선재(125)에 바로 연결이 된다. 따라서, 버스 전극을 생략할 수 있으므로, 제조 비용을 줄일 수 있고, 또한 빛의 수광면에 넓은 면적에 걸쳐 형성되던 버스 전극을 생략할 수 있으므로, 그만큼 수광 효율이 좋아져 결국, 태양전지의 효율을 좋게 할 수가 있다.
그리고, 이 실시예에서 태양전지는 양면 수광형 구조이므로, 후면 전극은 상술한 전면전극과 비교해 전극 사이의 피치만 차이가 있을 뿐 나머진 동일하다. 따라서, 후면 전극에 대해선 전면 전극에 대한 설명으로 대신한다.
이하, 상술한 바와 같은 태양전지 모듈을 구성하는 태양전지(100) 중 코너부(111a)에 대해서 도 5 및 도 6을 참조로 자세히 설명한다. 도 5는 태양전지의 코너부를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 코너부를 확대해서 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6에서 예시하는 바처럼, 태양전지(100)는 가로 및 세로가 동일한 대략 정사각형 평면 형상을 이루고 있다. 현재 시장에서 가장 널리 사용되는 기판(111)의 크기는 156(mm) * 156(mm)이므로, 이하의 설명은 이를 기준으로 한다.
가로 * 세로의 크기가 각각 156(mm)인 태양전지에서, 각 코너부(111a)는 반지름(r)이 100 - 104(mm)인 원의 일부로 이뤄진다. 이 경우에, 코너부(111a)의 가로 길이(x)는 약 11 ? 13(mm)가 된다. 그리고, 코너부(111a)의 세로 길이(y)는 가로 길이와 동일하므로, 세로 길이(y) 역시 약 11 ? 13(mm)이다.
따라서, 코너부(111a)에서 기판의 세로 길이(y)는 기판의 전체 세로 길이, 156(mm)보다 최대 22(mm) - 26(mm)만큼 짧을 수 있다.
한편, 이 실시예처럼 다수의 배선재(125)로 서로 이웃한 태양전지를 연결하는 경우에, 배선재(125)는 태양전지에서 생성된 전하를 효율적으로 수집해 전달하기 위해서 도 7에서 예시하는 바처럼 위치한다.
도 7에서는 12개의 배선재로 서로 이웃한 태양전지를 연결하는 경우를 예로써 설명한다.
도 7에서, 복수 개로 이뤄진 배선재는 태양전지(100)에서 생성된 전하를 균일하게 수집해 전달하는 것이 바람직하므로, 태양전지 전체에 고르게 위치해야 한다. 따라서, 배선재는 태양전지(100)의 가로 길이를 12 등분했을 때, 등분된 각 영역의 센터에 위치한다.
도면에서, “Cl”은 태양전지(100)를 12등분하는 구분선이고, “Bp”는 등분된 각 영역의 중심선을 나타낸다. 이중, 배선재는 중심선(Bp)에 맞춰 위치해, 이웃한 두 태양전지를 전기적으로 연결시키게 된다.
여기서, 구분선(Cl) 사이의 거리(Ep)는 ‘태양전지의 가로 길이/12’ 이므로, 13 (mm)가 되며, 코너부(111a)의 가로 길이는 11 ? 13(mm)로, Ep/2보다 크다. 따라서, 태양전지에 배치된 복수 개의 배선재 중 최외곽에 위치하는 제1 배선재(125a)는 코너부(111a)를 가로지르도록 위치하게 된다.
다시 말해서, 아래와 같은 수식 1을 만족할 때, 제1 배선재(125a)는 코너부(111a)를 가로지르도록 위치하게 된다.
[수식 1]
코너부의 가로길이(Cp) > (태양전지의 너비/ 배선재의 개수) / 2
그리고, 태양전지(100)를 12등분시켜 그 중앙에 배선재를 배치하는 경우에, 태양전지(100)의 끝에서 배선재까지 거리(t)는 (태양전지의 가로 길이 / 배선재의 개수) / 2가 된다.
한편, 상술한 바처럼 코너부(111a)에서 태양전지의 세로 길이(y)는 전체 세로 길이, 156(mm)보다 22(mm) - 26(mm)만큼 짧을 수 있다. 따라서, 만일, 코너부(111a)가 포함된 코너 영역(AC1, AC2)에 배치되는 배선재의 길이가 코너부(111a)가 없는 비코너 영역(AT)에 배치되는 배선재의 길이와 같으면, 코너 영역에 위치하는 배선재의 경우에는 코너부(111a)로 인해 태양전지(100) 밖으로 노출이 된다.
그런데, 도 8에서 예시하는 바처럼, 배선재는 이웃한 두 태양전지(CE1, CE2)의 전면전극과 후면전극을 각각 연결하고 있고, 하나의 태양전지를 기준으로 배선재는 전면과 후면에 각각 위치하고 있다. 또한, 전면과 후면에 각각 위치하는 이들(125UP, 125DW)은 동일 선상에 위치하고 있다. 따라서, 배선재가 코너부(111a)에서 노출되면, 노출된 배선재와 동일 선상에서 마주하는 다른 배선재와 숏트되는 문제가 발생한다.
이 실시예에서는 이러한 문제점을 고려해 다음과 같이 배선재를 태양전지에 와이어링(wiring)해서 상술한 문제점을 해결하고 있다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주며, 도 10은 도 9에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여준다.
도 9 및 도 10에서, 태양전지(100)의 전면으로는 전면 전극(113)이 형성돼 있다.
전면 전극(113)은 얇은 선폭을 가지며 한 방향으로 길게 연장돼 있고, 이웃한 것과 나란히 배치돼 스트라이프 배열을 이루고 있다. 이 전면 전극(113)은 40(um) ? 100(um)의 선폭을 가지며, 두께는 15(um) ? 30(um), 전극과 전극 사이의 거리인 피치(p)는 1.3(mm) ? 1.9(mm)이다.
이 실시예의 전면 전극(113)은 이처럼 얇은 선폭을 갖고 있는 반면, 종전과 같은 버스 전극은 존재하지 않는다. 따라서, 전면 전극(113)이 배선재(125)와 연결될 때, 둘 사이의 접촉 면적이 작아, 전하 수송이 어려울 뿐만 아니라, 둘 사이를 전기적 물리적으로 연결하는데 어려움이 있다.
이러한 점을 고려해, 전면 전극(113)은 패드부(140)를 더 포함해서 구성된다.
패드부(140)는 배선재(125)와 전면 전극(113)이 교차하는 교차점으로 배치가 되며, 배선재의 길이 방향으로 n라인(n=자연수)마다 형성되는 것이 바람직하다. 도면에서는 5라인마다 패드부(140)가 형성되는 것을 예시한다.
이 패드부(140)의 개수는 크기, 전극의 두께, 피치 등과 같은 변수를 고려해 결정된다
이 같은 패드부(140)와 전면 전극(113)은 동일 공정에서 스크린 인쇄법으로 동시에 형성되거나, 아니면 다른 공정으로 각각 나눠져 형성될 수 있다.
이상의 설명은, 전면 전극(113)을 기준으로 설명했으나, 이 실시예의 태양전지는 양면 수광형 태양진지로, 후면 전극(115) 역시 전면 전극(113)과 동일한 모양으로 형성됨으로, 후면 전극(115)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
배선재(125)는 이처럼 형성되는 전면 전극(113)과 교차하는 방향으로 이웃한 두 태양전지(CE1, CE2)를 연결하고 있다.
이 실시예에서, 배선재(125)는 도 7을 통해 설명한 바처럼, 배선재의 개수로 구획된 각 영역의 중앙에 위치하며, 코너 영역(AC1, AC2)과 비코너 영역(AT)에 각각에 위치하고 있다. 상술한 바와 같은 조건에서, 배선재(125)는 총 12개가 배치되며, 코너 영역(AC1, AC2)에는 제1 배선재(125a)가 비코너 영역(125b)에는 제2 배선재(125b)가 위치한다. 코너 영역(AC1, AC2)에는 각각 1개의 배선재가 위치하며, 비코너 영역(125b)에는 총 10개의 제2 배선재(125b)가 위치한다. 배선재와 배선재 사이는 일정한 거리로 떨어져 있으며, 이웃한 것과 나란하게 한 방향으로 길게 연장돼, 스트라이프 배열을 이루고 있다.
제1 배선재(125a)는 코너부(111a)가 포함된 코너영역(AC1, AC2)에서 이웃한 두 태양전지(CE1, CE2)를 연결하고 있고, 이와 비교해 제2 배선재(125b)는 코너부가 없는 비코너 영역(AT)에서 이웃한 두 태양전지(CE1, CE2)를 연결하고 있다.
제1 배선재(125a)의 한 쪽은 제1 태양전지(CE1)의 전면에 위치해 전면전극과 연결돼 있고, 다른 쪽은 제2 태양전지(CE2)의 후면에 위치해 후면전극과 연결돼 있다. 또한, 제1 배선재(125a)의 한쪽 끝(125a’)은 제1 태양전지(CE1)의 후면에서 아래쪽 코너부(111a_dw)에 이웃하고 있고, 다른 쪽 끝(125a”)은 제2 태양전지(CE2)의 전면에서 위쪽 코너부(111a_up)에 이웃하게 위치해 두 태양전지(CE1, CE2)를 연결한다.
제2 배선재(125b) 역시 제1 배선재(125a)와 마찬가지로, 한 쪽은 제1 태양전지(CE1)의 전면에 위치해 전면전극과 연결돼 있고, 다른 쪽은 제2 태양전지(CE2)의 후면에 위치해 후면전극과 연결돼 있다. 또한, 제2 배선재(125b)의 끝(125b’)은 제1 태양 전지(CE1)의 아래쪽 끝(CE11)에 이웃하고, 다른 쪽 끝(125b”)은 제2 태양전지(CE2)의 위쪽 끝(CE21)에 이웃한 상태로, 두 태양전지(CE1, CE2)를 연결한다. 따라서, 이 실시예에서 제1 배선재(125a)의 총 길이는 코너부(111)로 인해 제2 배선재(125b)의 총 길이보다 짧으며, 제1 배선재(125a)의 끝과 제2 배선재(125b)의 끝은 “Sf”만큼 쉬프트되어 있다. 쉬프트 거리(Sf)는 코너부(111a)의 너비(배선재의 길이 방향 길이)보단 작다.
이처럼 이 실시예에서는 제1 배선재(125a)의 총 길이가 제2 배선재의 총 길이보다 짧기 때문에, 제1 배선재(125a)에 연결된 전면 전극과 후면 전극의 총 개수 역시 제2 배선재(125b)에 연결된 전면 전극과 후면 전극의 총 개수보다 작다.
이하, 도 11 및 도 12를 참조로, 코너부에 배치된 배선재에 대해 좀더 자세히 설명한다. 도 11은 이웃한 두 태양전지에서 코너부를 선택적으로 확대해서 보여주며, 도 12는 도 11의 C-C선을 따른 단면 모습을 보여준다.
도시된 바처럼, 제1 태양전지(CE1)에서 제1 배선재(125a)의 끝(E1)은 코너부(111a1)에서 제1 거리(d1)만큼 떨어져 있고, 제2 배선재(125b)의 끝(E2)은 제1 태양전지(CE1)의 끝(CE11)에서 제2 거리(d2)만큼 떨어져 있다.
바람직하게, 비코너 영역(AT)에서 제2 배선재(125b)의 끝(E2)은 제1 태양전지(CE1)의 끝(CE11)과 이에 바로 이웃한 전면 전극(113e) 사이에 위치하고 있다.
제2 배선재(125b)의 끝(E2)이 제1 태양전지(CE1)의 끝(CE11)보다 앞에 위치해 두 태양전지(CE1, CE2) 사이에 놓이면, 도 8과 같은 배치를 이뤄 태양전지를 사이에 두고 마주하는 배선재들끼리 숏트될 수 있다. 그리고, 제2 배선재(125b)의 끝(E2)이 마지막 전면 전극(113e)보다 뒤에 있으면, 마지막 전면 전극(113e)이 제2 배선재(125b)와 연결되지 못하므로, 마지막 전면 전극(113e)에서 수집되는 전하를 제2 배선재(125b)로 전달할 수 없어 효율이 떨어질 수가 있다.
마찬가지로, 제1 배선재(125a)도 코너부(111a1)에서 제1 거리(d1)만큼 떨어져 있으므로, 태양전지를 사이에 두고 마주하고 있는 다른 제1 배선재(125a)와 숏트되는 것을 방지할 수 있다.
이처럼, 이 실시예에서는 제1 배선재(125a)가 코너부(111a1)에서 일정 거리(d1)만큼 떨어져 위치하고 있어, 상술한 바처럼 코너부(111a)로 인해 태양전지의 위, 아래에 위치하는 제1 배선재(125a)가 숏트되는 문제를 해결할 수가 있다.
그런데, 이처럼 제1 배선재(125a)를 코너부(111a1)에서 일정 거리(d1)만큼 떨어트리게 되면, 코너부(11)로 인해 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제1 태양전지(CE1)의 끝(CE11) 사이에 존재하는 전면 전극과 전기적으로 연결되지 않는다. 이에 따라, 전하 수집이 잘 안될 수 있는데, 이 실시예에서는 제1 배선재(125a)에 바로 이웃하고 있는 제2 배선재(125b)를 모든 전면 전극(113)과 연결될 수 있도록 배치해, 이러한 문제점을 해결하고 있다.
한편, 이 실시예에서 제1 배선재(125a)는 코너부(111a1)에서 제1 거리(d1)만큼 떨어져 있고, 제2 배선재(125b)는 제1 태양전지(CE1)의 끝(CE11)에서 제2 거리(d2)만큼 떨어져 있다. 따라서, 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)은 동일한 선 상에 위치하지 않는다.
바람직한 한 형태로 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)는 동일하다. 그리고, 제2 거리(d2)는 전면전극(113)의 피치(p)보다 작은 것이 바람직하다. 제2 거리(d2)가 피치(p)보다 크게 되면, 제2 배선재(125b)가 마지막 전면전극(113e)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
이와 마찬가지로, 제1 거리(d1) 역시 전면전극(113)의 피치(p)보다 작아야 제1 배선재(125a)를 최대한 많은 전면 전극(113)과 연결시킬 수 있다.
그리고, 제1 배선재(125a)는 코너 영역(AC1)에 위치하고 있어, 제1 배선재(125a)에 연결된 전면 전극(113)의 개수는 제2 배선재(125b)에 연결된 전면 전극(113)의 개수보다 작다.
한편, 도 13은 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)이 동일 선 상에 위치하는 모습을 보여준다. 이처럼, 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)이 동일 선 상에 위치하게 되면, 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다. 앞서 설명한 바에서는, 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)이 동일 선 상에 있지 않기 때문에, 제1 배선재(125a)와 제2 배선재(125b)를 나눠 컷팅해야 하나, 이처럼 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)이 동일 선 상에 위치하면, 제1 배선재(125a)와 제2 배선재(125b)를 같이 컷팅할 수가 있다.
도 13에서 예시하는 바처럼, 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)은 동일 선 상에 위치하고 있기 때문에, 4번째 전면 전극(113c)에서 배선재의 끝(E1, E2)까지 돌출된 거리(Pd)는 제1 배선재(125a)와 제2 배선재(125b)가 동일하다.
제1 배선재(125a)의 끝(E1)은 코너부(111a1)에서 제3 거리(d3)만큼 떨어져 있으며, 제2 배선재(125)의 끝(E2)은 제2 태양전지(C2)의 끝(CE11)에서 제4 거리(d4)만큼 떨어져 있다. 제1 배선재(125a)의 끝(E1)과 제2 배선재(125b)의 끝(E2)은 동일 선 상에 위치한 반면, 제1 배선재(125a)가 위치하는 코너부(111a1)로 인해 제3 거리(d3)는 제4 거리(d4)보다 짧다.
한편, 이 실시예처럼 제2 배선재(125b)의 끝(E2)을 제1 배선재(125a)의 끝(E1)에 맞춰 위치시키게 되면, 제2 배선재(125b)에 연결되지 않는 전면 전극들이 존재한다. 그런데, 이처럼 전면 전극이 배선재에 연결되지 않으면, 전면 전극에서 수집한 전하가 배선재로 전달되지 않아, 태양전지 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명에서는 이러한 점을 고려해, 제2 배선재(125b)의 쉬프트로 인해 배선재와 연결되지 않은 전극을 배선재와 연결된 다른 전극에 연결시켜 이러한 문제점을 해결한다.
이 실시예에서는 마지막 전면 전극(113e)과 4번째 전면 전극(113c) 사이를 전기적으로 연결하는 연결 바(114)를 포함하고 있다.
이 연결바(114)로 인해 제2 배선재(125b)에 연결되지 않은 마지막 전면 전극(113e)에서 4번째 전면 전극(113c) 사이에 존재하는 전면 전극들이 서로 연결되며, 또한 4번째 전면 전극(113c)은 배선재에 연결돼 있으므로, 배선재에 직접적으로 연결되지 않았던 전면 전극들 역시 배선재에 연결된다.
이 실시예에서, 연결 바(114)는 전면 전극(113)의 일부로 구성되거나, 아니면 전극과 무관한 것일 수 있다. 일 예로, 이 연결 바(114)는 배선재(125)로 이뤄질 수 있으며, 이 경우에, 연결 바(114)는 배선재(125)가 전면 전극(113)과 솔더링될 때, 같이 형성된다.
또한, 연결 바(114)의 개수는 배선재에 연결되지 않은 전극의 개수에 비례해서 증가하거나, 줄어들 수가 있다. 예로, 배선재에 연결되지 않은 전극의 개수가 많아 질수록 이에 비례해서, 연결 바(114)의 개수 역시 늘어난다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주며, 도 15는 도 14에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여준다.
도 14 및 도 15에서, 태양전지(100)의 전면으로는 전면 전극(113)과 연결 전극(116)이 형성돼 있다.
전면 전극(113)은 상술한 제1 실시예와 마찬가지로, 얇은 선폭을 가지며 한 방향으로 길게 연장돼 있고, 이웃한 것과 나란히 배치돼 스트라이프 배열을 이루고 있다. 이 전면 전극(113)은 40(um) ? 100(um)의 선폭을 가지며, 두께는 15(um) ? 30(um), 전극과 전극 사이의 거리인 피치(p)는 1.3(mm) ? 1.9(mm)이다.
연결 전극(116) 또한 전면 전극(113)과 마찬가지로 얇은 선폭을 가지며, 전면 전극(113)과 교차하는 방향으로 길게 연장돼 전면 전극(113)을 전기적 물리 적으로 연결시키고 있다.
바람직한 한 형태에서, 연결 전극(116)은 전면 전극(113)과 마찬가지로, 40 (um) ? 100(um)의 선폭을 가지며, 두께는 15(um) ? 30(um)이다.
이 같은 연결 전극(116)은 배선재가 위치하는 곳에 대응하게 위치해서, 배선재와 교차하게 되는 전면 전극(113)을 연결시킨다. 이 실시예에서, 연결 전극(116)은 배선재와 마찬가지로, 각 코너 영역(AC1, AC2)에 1개가 존재하며, 비코너 영역(AT)으로는 10개가 존재한다.
코너 영역에 위치하는 연결 전극(116b)은 코너 영역(AC1, AC2)에 존재하는 전면 전극(113)을 전기적 물리적으로 연결시키고 있으며, 비코너 영역(AT)에 위치하는 연결 전극(116a)은 비코너 영역(AT)에 존재하는 전면 전극(113)을 전기적 물리적으로 연결시키고 있다. 이에 따라, 코너 영역과 비코너 영역에서 전면 전극(113)은 연결 전극(116)에 의해 서로 연결돼 있다.
이 실시예서는 이처럼 연결 전극(116)을 형성해 전면 전극을 연결시킴과 동시에 배선재에 대응하는 위치로 형성함으로써, 배선재와 전극 사이의 결합력을 높이는 한편, 전면 전극(113)에서 수집된 전하가 배선재(125)로 잘 전달될 수 있도록 한다.
일 예에서, 배선재(125)는 패드부(140)에 솔더링으로 고정되는데, 배선재(125)는 연결 전극(116)과도 마주한 상태로 위치하고 있어 연결 전극(116)에도 솔더링되므로 배선재와 전극 사이의 결합력이 높아진다.
이 실시예에서도, 전면 전극(113)과 연결 전극(116)이 교차하는 교차점을 따라서 패드부(140)가 형성돼 있다.
패드부(140)는 전면 전극(113)과 배선재(125)가 교차하는 영역을 넓혀 배선재(125)를 전면 전극(113)에 접속시 접촉 저항을 줄여 전면 전극(113)에서 수집된 전하가 배선재(125)로 잘 전달될 수 있도록 하며, 배선재(125)와 전면 전극(113) 사이의 결합력을 높인다.
배선재의 길이 방향으로, 패드부(140)는 모든 교차점마다 형성되는 것이 바람직하나, 이런 경우 수광 면적을 줄이는 한편, 제조 원가를 상승시키는 문제가 있다. 이러한 점을 고려해, 이 실시예에서는 5라인 마다 패드부(140)가 형성되는 것을 예시한다. 패드부의 개수는 전하 수집 효율과 패드부의 크기, 그리고 배선재와 전극의 결합력 등을 고려해 결정된다.
이러한 패드부(140)는 상술한 연결 전극(116)에 의해 서로 연결돼 있다.
연결전극(116)의 길이 방향을 기준으로 태양전지의 끝(Ced)에 가장 가깝게 위치하는 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)는 태양전지의 끝(CE)에서 일정 거리로 떨어져 위치하고 있다.
이에, 코너 영역(AC1, AC2)에 배치된 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)는 코너부(111a)로 인해 태양전지 끝에서 각각 제1 거리(dq1)만큼 떨어져 위치하나, 비코너 영역(AT)에 배치된 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)은 제1 거리(dq1)보다 먼 제2 거리(dq2)만큼 떨어져 위치한다.
이 실시예에서, 최외곽 패드부(140a, 140b)는 도면에서 예시하는 바처럼 이웃한 것과 동일한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 모든 배선재(125)의 끝은 이 최외곽 패드부(140a, 140b)에 맞춰 고정되는데, 만약 최외곽 패드부(140a, 140b)의 위치가 다르다면 배선재를 컷팅할 때 배선재(125)마다 컷팅해야 하나, 이 실시예처럼 이웃한 것과 동일한 위치에 있게 되면, 모든 배선재(125)를 한번에 컷팅할 수 있으므로 제조 비용과 시간을 줄일 수 있다.
이상의 설명은, 태양전지의 전면에 형성된 전면 전극(113)과 연결 전극(116)을 기준으로 설명했으나, 이 실시예의 태양전지는 양면 수광형 태양진지로, 후면 전극(115) 역시 전면 전극(113)과 동일한 모양으로 형성되고, 연결전극, 패드부 역시 상술한 바와 동일하게 형성되므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 15에서 예시하는 바처럼, 제1 및 제 배선재(125a, 125b)는 이웃한 두 태양전지의 전면 전극과 후면 전극에 각각 연결돼, 이들을 전기적 물리적으로 연결시키고 있다.
제1 배선재(125a)의 한쪽 끝(125a_ed1)은, 제1 태양전지(CE1)의 후면에 형성된 제2 최외곽 패드부(140b’)에 맞춰 연결돼 있으며, 다른 쪽 끝(125a_ed2)은 제2 태양전지(CE2)의 전면에 형성된 제1 최외곽 패드부(140a)에 맞춰 연결돼 있다.
제1 배선재(125a)가 이처럼 최외곽 패드부(140b, 140a)에 연결되면, 최외곽 패드부(140a, 140b)와 코너부(111a) 사이에 존재하는 전면 전극(113)과 제1 배선재(125a)가 연결되지 않아, 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다. 하지만, 이 실시예에서, 최외곽 패드부(140a, 140b)와 태양전지 끝 사이에 존재하는 전면 전극(113)은 연결 전극(116)에 의해 최외곽 패드부(140a, 140b)에 연결돼 있어, 상술한 문제를 해결하고 있다.
제2 배선재(125b) 역시 제1 배선재(125a)와 마찬가지로 그 끝이 각각 최외곽 패드부(140a, 140b’)에 연결돼 있고, 연결 전극(116)은 최외곽 패드부(140a, 140b)와 태양전지 끝 사이에 존재하는 전면 전극(113)을 연결시키도록 형성돼 있다.
이처럼, 제1 및 제2 배선재의 끝이 최외곽 패드부에 각각 연결돼 있어, 제1 및 제2 배선재는 각각 코너부와 태양전지의 끝에서 일정 거리 떨어진 채 제1 및 제2 태양전지(CE1, CE2)에 각각 고정된다. 따라서, 도 8에서 예시하는 바처럼, 태양전지를 사이에 두고 마주하는 두 배선재가 중첩돼 숏트되던 문제를 해결할 수가 있다. 또한 배선재(125)의 끝이 패드부(140)에 맞춰 고정돼 있으므로, 배선재의 끝을 견고히 고정시킬 수 있어 배선재의 끝이 일어나는 문제를 해결할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주며, 도 17은 도 16에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여준다.
도 16 및 도 17에서, 제3 실시예의 태양전지는 제2 실시예와 비교해서, 태양전지의 끝에서 제1 및 제2 최외곽 패드부 사이에 존재하는 전면 전극이 링크 전극(Lk)에 의해 연결된다는 점에서만 차이가 있다.
이 실시예에서, 연결 전극(116’)은 제1 최외곽 패드부(140a)와 제2 최외곽 패드부(140b) 사이에 존재해, 이들 사이에 위치하고 있는 전면 전극(113)을 서로 연결시키고 있다.
그리고, 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)와 태양전지의 끝 사이에 존재하는 전면 전극(113)은 링크 전극(Lk)에 의해 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)에 각각 전기적 물리적으로 연결돼 있다.
링크 전극(LK)은 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)에서 태양전지의 끝(Ed)을 향해 사선 방향으로 연장되어 있다. 이 링크 전극(LK)은 한 쌍으로, 배선재(125)를 기준으로 좌, 우 대칭을 이루고 있다.
링크 전극(LK) 사이에서 전면 전극은 존재하지 않아, 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b) 각각에서 태양전지 끝(Ced)을 향해 전면전극(113)이 “V”자 모양으로 파진 홈 모양을 갖는다.
이 실시예에서는 이처럼 링크 전극(LK)으로 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a) 각각과 태양전지의 끝 사이에 존재하는 전면 전극을 물리적 전기적으로 연결시키고 있다. 이 같은 링크 전극(LK)은 전면 전극(113)의 일부로 구성된다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지의 평면 모습을 보여주며, 도 19는 도 18에 도시한 태양전지가 배선재로 연결된 평면 모습을 보여준다.
도 18 및 도 19에서, 제4 실시예의 태양전지는 제3 실시예와 비교해서, 제1 및 제2 최외곽 패드부의 위치에 있어서만 차이가 있다.
코너 영역(AC1, AC2)에 배치된 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a1, 140b1)는 코너부(111a)에서 제3 거리(dq3)만큼 떨어져 위치하며, 비코너 영역(AT)에 배치된 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a2, 140b2)는 태양전지의 끝에서 제4 거리(dq4)만큼 떨어져 위치한다.
바람직하게, 제3 거리(dq3)와 제4 거리(dq4)는 실질적으로 동일하며, 그 거리는 5-15(mm)이다.
이 실시예에서는 제1 및 제2 최외곽 패드부가 태양전지의 끝 또는 코너부(111a)에서 동일한 거리로 떨어져 위치하고 있으므로, 제3 실시예와 다르게, 제1 및 제2 최외곽 패드부는 동일 선상에 위치하지 않는다. 따라서, 배선재의 끝은 제1 및 제2 최외곽 패드부에 맞춰 고정되므로, 코너 영역(AC1, AC2)에 위치하는 제1 배선재(125a)와 비코너 영역(AT)에 위치하는 제2 배선재(125b)를 나눠 컷팅해야 하나, 반대로 배선재의 결합력을 높일 수 있다.
배선재는 이웃한 두 태양전지를 연결할 때, 전면과 후면에 각각 연결되어야 해서 두 태양전지가 이웃한 곳에서 휠 수 밖에 없다. 그런데, 배선재는 상술한 바처럼 금속재로 만들어져 있기 때문에, 휘게 되면 물리적 스트레스가 발생하고, 또한 모듈화 과정에서 높은 온도에 노출돼 열적 스트레스와 겹쳐 배선재와 태양전지 사이의 결합력은 떨어지게 된다.
그런데, 실험적으로 배선재가 태양전지의 끝에서 5-15(mm) 만큼 떨어져 최외곽 패드부에 부착되는 경우에, 결합력이 높아지는 것을 알 수 있었다. 이에, 이 실시예에서는 이러한 점을 고려해 제1 및 제2 최외곽 패드부(140a, 140b)를 5-15(mm)만큼 떨어트려 형성해, 배선재의 결합력을 향상시킨다. 떨어진 거리가 5(mm)보다 작게 되면 오히려 결합력이 떨어졌으며, 15(mm) 큰 경우에는 태양전지의 발전 영역이 줄어드는 문제가 있다.
이상의 실시예들은 양면 수광형 태양전지를 기준으로 본 발명의 실시예들을 설명했다. 이하에서는 전극이 모두 태양전지의 후면에 위치하는 후면 접촉형 태양전지를 사용한 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에서 후면 접촉형 태양전지를 이용해 구성된 태양전지 모듈의 전체 모습을 보여주며, 도 21은 태양전지의 단면 모습을 보여준다.
이 실시예에서, 태양전지(10) 각각은 얇은 두께를 갖는 정육면체 형상을 갖고 있으며, 한 쪽 면(예로, 기판의 후면)에 전자 및 정공을 나눠 수집하는 제1 제1 전극(11)과 제2 전극(13)이 형성돼 있다.
제1 전극(11)과 제2 전극(13)은 세로 방향으로 길게 연장돼 있고, 이웃한 것과 나란하게 배열돼 있다. 또한, 제1 전극(11)과 제2 전극(13)은 가로 방향으로 교대로 배열돼 있으며, 이웃한 것과 일정한 거리를 두고 떨어져 있다.
이 제1 전극(11)과 제2 전극(13)은 배선재(wiring member)(25)에 각각 전기적으로 연결돼 이웃한 다른 태양전지의 제2 전극(13) 또는 제1 전극(11)과 연결된다.
배선재(25)는 전극(11, 13)의 길이 방향과 교차하는 가로 방향으로 배치돼, 이웃한 두 태양전지를 직렬 연결시키고 있다.
배선재(25)는 상술한 바와 동일하게 도전성이 좋은 금속으로 이뤄진 코어층과 솔더 물질로 이뤄진 코팅층으로 구성돼 있다. 이 실시예에서 배선재(25)는 얇은 두께를 갖는 사각 띠 모양을 이루고 있는 것이 바람직하며, 배선재(25)의 단면 모습은 직사각형 모양으로, 선폭은 1-2(mm)이고, 두께는 50-150(um)이다. 이 실시예의 배선재 역시 상술한 바와 동일하게 와이어 형상인 것도 가능하다. 이 실시예서는 태양전지가 후면 접촉형 구조이기 때문에, 배선재가 태양전지의 후면에 위치한다. 때문에, 배선재로 인해 수광면이 줄어들지 않기 때문에, 이처럼 배선재를 얇은 판재 모양을 갖도록 구성해서 전극과 접촉하는 면적을 키워 전극과 배선재 사이의 결합력을 키우고 있다.
이 실시예에서, 배선재(25)는 제1 배선재(21)와 제2 배선재(23)를 포함한다. 제1 배선재(21)는 가운데 배치된 제2 태양전지(10b)의 제1 전극(11)에 물리적 전기적으로 연결돼 있고, 다른 편은 제3 태양전지(10c)의 제2 전극(13)에 물리적 전기적으로 연결돼, 제2 태양전지(10b)와 제3 태양전지(10c)를 직렬 연결시키고 있다. 그리고, 제2 배선재(23)는 가운데 배치된 제2 태양전지(10b)의 제2 전극(13)에 물리적 전기적으로 연결돼 있고, 다른 편은 제1 태양전지(10a)의 제1 전극(11)에 물리적 전기적으로 연결돼, 제2 태양전지(10b)와 제1 태양전지(10a)를 직렬 연결시키고 있다.
160(mm) * 160(mm) 사이즈의 태양전지를 기준으로, 각각 12-18개의 제1 배선재(21)와 제2 배선재(23)가 사용돼 이웃하고 있는 두 태양전지와 연결된다.
이 제1 배선재(21)와 제2 배선재(23)는 세로 방향으로 교대로 배열돼 있으며, 이웃한 것과 나란하게 배열돼 있다.
이처럼 배선재(25)가 전극(11, 13)과 교차하는 방향으로 배치됨으로써, 배선재(25)를 전극(11, 13)에 연결하는 것이 쉬어지며, 또한 전극(11, 13)과 배선재(25) 사이의 얼라인(align)이 쉬어진다. 그리고, 이 실시예에서 제1 전극(11)과 제2 전극(13)은 모두 후면에 나란하게 배열돼 있고, 배선재(25)는 이와 교차하는 방향으로 연결됨으로, 배선재(25)의 열 변형 방향과 전극(11, 13)의 열 변형 방향이 교차해, 열 변형에 기인한 잠재적 스트레스에서 태양전지를 보호할 수 있다.
이 실시예에서, 배선재(25)는 납(Pb), 주석(Sn)과 같은 솔더가 포함된 솔더 페이스트, 에폭시(epoxy)계 합성 수지 또는 실리콘계 합성 수지에 도전성 파티클(conductive particle)이 포함된 도전성 접착제, 또는 솔더(solder)를 용융시켜 두 모재를 결합시키는 솔더링을 통해 제1 전극(11) 또는 제2 전극(13)과 선택적으로 연결되고, 에폭시(epoxy)계 합성 수지, 실리콘계 합성 수지 또는 세라믹 물질로 이뤄진 절연층을 통해 제1 전극(11) 또는 제2 전극(13)과 선택적으로 절연된다.
도 20에서, 교차점에 표시된 점은 배선재(25)과 전극(11, 13)이 연결되는 접점을 나타내고, 이 접점을 따라서 상술한 도전층, 솔더 페이스트가 형성되거나, 전극과 배선재가 솔더링되어 있다.
도 21에서 예시하는 바처럼 이 실시예에서 태양전지(10)는 제1 전극(11)과 제2 전극(13)이 모두 반도체 기판(15)의 후면에 위치하는 후면 접촉형 구조를 이루고 있다.
반도체 기판(15)은 pn 접합을 이루고 있으며, 반도체 기판(15)의 전면(빛이 입사되는 면) 및 후면(전면의 반대면) 각각에 빛의 반사방지와 패시베이션(passivation) 기능을 담당하는 얇은 막(16, 17)이 형성돼 있다.
그리고, 제1 전극(11)과 반도체 기판(15) 사이, 그리고 제2 전극(13)과 반도체 기판(15) 사이에는 각각 에미터(18)와 후면전계부(19)가 얇은 두께로 형성돼 전극(11, 13)쪽으로 전하가 잘 수집될 수 있도록 구성돼 있다.
한편, 상술한 도 20에 도시한 태양전지 모듈에서는 배선재가 이웃한 두 태양전지를 연결하고 있다. 하지만, 도 22에서처럼 배선재는 각각의 태양전지에 대해서만 연결돼 있고, 이웃한 두 태양전지는 커넥터(CN)에 의해 서로 연결되는 것도 가능하다.
보다 상세히, 제2 태양전지(10b)에서 제1 배선재(211)는 제1 전극(11)에 연결돼 있으며, 이와 이웃하며 나란하게 배치된 제2 배선재(231)는 제2 전극(13)에 연결돼 있다. 제3 태양전지(10c)에서 제1 배선재(211)는 제2 전극(13)에 연결돼 있으며, 이와 이웃하며 나란하게 배치된 제2 배선재(231)는 제1 전극(11)에 연결돼 있다.
그리고, 제2 태양전지(10b)에서 제1 배선재(211)는 제3 태양전지(10c)를 향해 돌출해 있으며, 제3 태양전지(10c)에서도 제1 배선재(211)는 제2 태양전지(10b)를 향해 돌출해 제2 태양전지(10b)와 제3 태양전지(10c)의 사이에서 이 둘은 겹쳐져 있다.
커넥터(CN)는 제1 배선재(211)와 교차하는 방향으로 길게, 제2 태양전지(10b)와 제3 태양전지(10c) 사이에 위치해 겹쳐져 있는 제1 배선재(211)와 물리적 전기적으로 연결돼 있다. 바람직한 한 형태에서, 커넥터(CN)는 배선재로 구성되거나, 도전성을 갖는 금속 물질로 구성되며, 상술한 솔더 페이스트, 도전층, 또는 솔더링을 통해 제1 배선재(211)와 물리적 전기적으로 연결된다.
제1 태양전지(10a)와 제2 태양전지(10b) 사이도 이와 동일하게 커넥터에 의해 연결되므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 23을 참조로 도 20에 도시한 태양전지 모듈 중 배선재가 태양전지에 어떻게 연결되는지 설명한다. 도 23은 도 20의 태양전지 모듈에서 이웃한 두 태양전지가 배선재에 의해 연결된 평면 모습을 보여준다.
도 23에서, 제1 태양전지(CE1)와 제2 태양전지(CE2)는 제1 배선재(21)에 의해 연결된다. 제1 배선재(21)는 제1 태양전지(CE1)의 제1 전극(11)에 연결돼 있고, 또한 제2 태양전지(CE2)의 제2 전극(13)에 연결돼 있다.
제1 배선재(21)와 제1 배선재(21) 사이로는 제2 배선재(23)가 위치하고 있으며, 제2 배선재(23)는 배선재의 길이 방향으로 이웃한 다른 태양전지(미도시)와 연결된다.
제1 배선재(21)는 위치에 따라, 코너부(111a)가 포함된 코너 영역(AC1)에 위치하는 코너 배선재(21a)와 코너부(111a)가 없는 비코너 영역(AT)에 위치하는 비코너 배선재(25b)로 나눌 수 있다.
코너 배선재(21a)의 한쪽 끝(21a’)은 제1 태양전지(CE1)의 아래쪽 코너부(111a_dw)에 위치하고 있으며, 다른 한쪽 끝(21a”)은 제2 태양전지(CE2)의 위쪽 코너부(111a_up)에 위치하고 있다.
코너 배선재(21a)가 이처럼 코너부에까지 형성돼 있으므로, 코너 영역(AT)에 속한 모든 제1 전극(11)과 코너 배선재(21a)가 연결돼 전하의 수집 효율을 높일 수 있다.
마찬가지로, 비코너 배선재(21b)의 한쪽 끝(21b’)은 제1 태양전지(CE1)의 끝에 위치하고 있으며, 다른 쪽 끝(21b”)은 제2 태양전지(CE2)의 끝에 위치하고 있다. 따라서, 비코너 영역(AT)에 속한 모든 제1 전극(11)은 비코너 배선재(25b)에 연결되므로, 전하의 수집 효율을 높일 수 있다.
한편, 이처럼 배선재(25)의 끝이 태양전지의 끝과 동일하게 위치하는 경우에, 배선재(25)가 태양전지에서 떨어지기가 쉬우므로, 배선재의 끝에 대응하게 패드부(140)가 더 형성될 수 있다.
패드부(140)는 배선재(25)의 끝과 만나는 전극의 면적을 넓혀 배선재가 떨어지지 않도록 한다. 패드부(140)는 전극과 동일 물질로 형성되거나, 전극과 다른 별개의 물질로 구성되는 것 역시 가능하다.
패드부(140)와 배선재 사이에는 상술한 솔더 페이스트 또는 도전층이 위치해 배선재를 패드부(140)에 견고히 부착될 수 있도록 한다. 선택적으로, 배선재는 패드부(140)에 솔더링되는 것도 가능하다.

Claims (20)

  1. 제1 도전성 전하를 수집하는 제1 전극과, 상기 제1 도전성 전하와 반대의 제2 도전성 전하를 수집하는 제2 전극이 각각 형성돼 있고, 서로 이웃하게 배치된 복수의 태양전지들과,
    상기 제1 전극들을 이웃한4 태양전지의 제2 전극들에 전기적으로 연결시키고 이웃한 것과 나란하게 배치되는 복수의 배선재들을 포함하고,
    상기 복수의 배선재들은,
    코너부가 형성된 상기 태양전지의 코너 영역에 배치되는 제1 배선재와, 상기 코너 영역을 제외한 비코너 영역에 배치되는 제2 배선재를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배선재의 길이는 상기 제2 배선재의 길이보다 짧은 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배선재에 연결된 제1 전극과 제2 전극의 총 개수는 상기 제2 배선재에 연결된 제1 전극과 제2 전극의 총 개수보다 작은 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배선재의 끝은 상기 코너부에서 제1 거리만큼 떨어져 있으며, 상기 제2 배선재의 끝은 상기 태양전지의 끝에서 제2 거리만큼 떨어져 있는 태양전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 동일한 태양전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 거리는 상기 제1 전극의 피치보다 작은 태양전지 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 짧은 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 배선재의 끝과 상기 태양전지의 끝 사이에 존재하고, 상기 제1 배선재 또는 상기 제2 배선재와 연결되지 않은 제1 전극은 연결 바에 의해 상기 제2 배선재에 연결된 다른 제1 전극에 연결돼 있는 태양전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서
    상기 코너 영역에서 상기 제1 전극과 상기 제1 배선재가 교차하는 교차점들에 형성되는 다수의 제1 패드부들과,
    상기 비코너 영역에서 상기 제1 전극과 상기 제2 배선재가 교차하는 교차하는 교차점들에 형성되는 다수의 제2 패드부들을 포함하고,
    상기 제1 배선재와 상기 제2 배선재의 끝은 각각, 상기 다수의 제1 패드부들과 상기 다수의 제2 패드부들 중 상기 태양전지의 끝에 가장 가깝게 위치하는 최외곽 패드부들에 각각 고정돼 있는 태양전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 배선재가 고정돼 있는 제1 최외곽 패드부는 상기 코너부에서 제3 거리만큼 떨어져 있으며, 상기 제2 배선재가 고정돼 있는 제2 최외곽 패드부는 상기 태양전지의 끝에서 제4 거리만큼 떨어져 있는 태양전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3 거리와 상기 제4 거리는 동일한 태양전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3거리와 제4 거리는 각각 5-15(mm)인 태양전지 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제3 거리는 상기 제4 거리보다 짧은 태양전지 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 최외곽 패드부와 상기 제2 최외곽 패드부는 상기 제1 전극의 연장 방향을 기준으로 동일한 선 상에 위치하는 태양전지 모듈.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 제1 패드부들과 상기 다수의 제2 패드부들은 각각 연결 전극에 의해 서로 연결돼 있는 태양전지 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연결 전극은, 상기 코너 영역과 상기 비코너 영역에서 각각 각 영역에 존재하는 모든 제1 전극과 연결돼 있는 태양전지 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연결 전극은, 상기 최외곽 패드부와 상기 태양 전지의 끝 사이에 존재하는 적어도 하나 이상의 제1 전극을 상기 최외곽 패드부에 연결시키고 있는 태양전지 모듈.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 최외곽 패드부와 상기 태양 전지의 끝 사이에 존재하는 적어도 하나 이상의 제1 전극을 사선 방향으로 연장해 상기 최외곽 패드부에 연결시키고 있는 링크 전극을 포함하는 태양전지 모듈.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 배선재의 개수는 상기 제1 배선재의 개수보다 적어도 5배 이상 많은 태양전지 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 배선재는 상기 배선재의 총 개수를 상기 태양전지의 너비로 나눠 구획된 영역의 가운데에 각각 위치하는 태양전지 모듈.
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