KR20160116745A - 정션 박스 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 정션 박스는, 태양 전지 패널을 포함하는 태양 전지 모듈에 사용되는 정션 박스에 있어서, 반사부를 구비하는 하우징을 포함한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 패널; 및 상기 태양 전지 패널에 장착되는 정션 박스를 포함한다. 상기 태양 전지의 후면 쪽에서 상기 정션 박스에 대응하는 부분에 반사부를 구비한다.
Description
본 발명은 정션 박스 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈 및 이에 포함되는 정션 박스에 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 복수 개가 리본에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결되고, 복수의 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 모듈의 형태로 제조된다.
태양 전지 모듈은 다양한 환경에서 장기간 동안 발전을 하여야 하므로 장기간 신뢰성이 크게 요구된다. 그런데 태양 전지 모듈의 일부 영역에 광이 입사되지 않는 경우에는 해당 영역에 위치하는 태양 전지에 입사되지 않아 출력량이 저하되거나 핫 스팟이 발생할 수 있다. 태양 전지 모듈의 후면에는 외부와의 연결 등을 위한 다양한 부품 등이 위치할 수 있는데, 양면에서 입사되는 광을 사용하는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈에서는 이러한 부품에 의하여 출력량 저하, 핫 스팟 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 태양 전지 모듈의 출력을 향상하고 열화를 방지할 수 있는 정션 박스 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 정션 박스는, 태양 전지 패널을 포함하는 태양 전지 모듈에 사용되는 정션 박스에 있어서, 반사부를 구비하는 하우징을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 패널; 및 상기 태양 전지 패널에 장착되는 정션 박스를 포함한다. 상기 태양 전지의 후면 쪽에서 상기 정션 박스에 대응하는 부분에 반사부를 구비한다.
본 실시예에 의하면, 정션 박스가 반사부를 구비하여 정션 박스에서 전면 광의 반사를 유도할 수 있다. 이와 같은 정션 박스는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지를 구비하는 태양 전지 모듈에 적용되어, 정션 박스에 의하여 후면 광의 입사가 차단되어 발생할 수 있는 핫 스팟, 출력 저하 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 정션 박스에 흡수되는 광의 양이 적어져서 정션 박스의 내부 온도 상승을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스를 포함하는 태양 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 모듈에 포함되는 태양 전지 패널을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 태양 전지 모듈의 후면 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 모듈에 포함되는 태양 전지 패널을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 태양 전지 모듈의 후면 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 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 정션 박스 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스를 포함하는 태양 전지 모듈을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은, 적어도 하나의 태양 전지(150)를 포함하는 태양 전지 패널(10)과, 태양 전지 패널(10)에 장착되는 정션 박스(20)를 포함하고, 태양 전지(150)의 후면에서 정션 박스(20)에 대응하는 부분에 반사부가 형성된다. 본 실시예에서는 정션 박스(20)에 반사부가 형성된 것을 예시하였다. 그리고 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지 패널(10)의 외곽부를 감싸는 프레임(30)을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 태양 전지 패널(10)과 이에 포함되는 태양 전지(150)를 상세하게 설명한 후에 정션 박스(20) 및 프레임(30)을 상세하게 설명한다. 도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 모듈에 포함되는 태양 전지 패널을 도시한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 도 5에서는 반도체 기판과 전극을 위주로 하여 도시하였다.
도 3을 참조하면, 태양 전지 패널(10)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 전면 기판(110) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 후면 시트(120)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 실링재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 시트(120) 사이의 제2 실링재(132)를 포함할 수 있다.
일례로, 본 실시예에서는 실리콘으로 구성된 반도체 기판에 p형 및/또는 n형의 불순물층을 형성하여 형성된 실리콘 태양 전지를 태양 전지(150)로 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 태양 전지(150)는 화합물 반도체 태양 전지(compound semiconductor solar cell), 탠덤형 태양 전지(tandem solar cell), 염료 감응형 태양 전지, 박막 태양 전지 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서는 태양 전지(150)가 실리콘 태양 전지로 구성되어 복수 개의 태양 전지(150)가 리본(142)에 의하여 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결되어 태양 전지 스트링(140)을 이루고, 복수 개의 태양 전지 스트링(140)은 버스 리본(145)에 의하여 연결되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 구조, 방식 등에 따라 태양 전지(150)의 연결 구조, 방식 등은 당연히 달라질 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 하나의 태양 전지(150)만을 구비하는 것도 가능하다.
제1 실링재(131)는 태양 전지(150)의 일면에 위치하고, 제2 실링재(132)는 태양 전지(150)의 타면에 위치할 수 있으며, 제1 실링재(131)와 제2 실링재(132)는 라미네이션에 의해 접착할 수 있다. 제1 및 제2 실링재(131, 132)는 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 실링재(131)와 제2 실링재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 실링재(131, 132)는 그 외 다양한 물질로 구성될 수 있으며, 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 태양 전지(150) 상에 위치할 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 실링재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리일 수 있다. 또는, 출력 저하 현상을 방지하기 위하여 나트륨을 포함하지 않는 나트륨 무첨가 유리일 수 있다.
후면 시트(120)는 태양 전지(150)의 후면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 본 실시예에서는 후면 시트(120)가 투광성을 가지는 투명한 물질일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 후면을 통하여 입사되는 광이 후면 시트(120)를 투과하여 태양 전지(150)에 도달할 수 있다. 일 예로, 후면 시트(120)의 투과율이 80% 이상(즉, 80% 내지 100%, 일 예로, 80% 내지 90%)일 수 있다. 일 예로, 후면 시트(120)는 유리와 같은 기판 형태로 구성될 수도 있고, 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 후면 시트(120)가 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지 등으로 구성될 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 본 발명이 후면 시트(120)의 물질 등에 한정되는 것은 아니다.
도 4을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 베이스 영역(162)을 포함하는 반도체 기판(160)과, 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(170)과 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(180)과, 제1 도전형 영역(170)에 연결되는 제1 전극(176)과, 제2 도전형 영역(180)에 연결되는 제2 전극(186)을 포함한다. 그리고 태양 전지(150)는 제1 패시베이션막(172), 반사 방지막(174), 제2 패시베이션막(182)을 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(160)은 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 반도체 기판(160)은 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 반도체 기판(160)은 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 반도체 기판(160)이 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 실리콘)로 구성되면, 태양 전지(150)가 단결정 반도체 태양 전지(예를 들어, 단결정 실리콘 태양 전지)를 구성하게 된다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 결정질 반도체로 구성되는 반도체 기판(160)을 기반으로 하는 태양 전지(150)는 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
반도체 기판(160)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 요철을 가질 수 있다. 요철은, 일 예로, 반도체 기판(160)의 (111)면으로 구성되며 불규칙한 크기를 가지는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(160)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(160)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(162)과 제1 도전형 영역(170)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 본 실시예에서는 반도체 기판(160)의 전면 및 후면 각각에 텍스쳐링에 의한 요철을 구비하여 전면 및 후면으로 입사되는 광을 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에 텍스쳐링에 의한 요철이 형성되지 않는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)은 제2 도전형 도펀트를 제2 도전형 영역(180)보다 낮은 도핑 농도로 포함하여 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(162)을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(162)은 제1 도전형 영역(170)보다 반도체 기판(160)의 전면으로부터 좀더 멀리, 또는 후면에 좀더 가까이 위치할 수 있다. 그리고 베이스 영역(162)은 제2 도전형 영역(180)보다 반도체 기판(160)의 전면에 좀더 가까이, 후면으로부터 좀더 멀리 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(162)의 위치가 달라질 수 있음은 물론이다.
여기서, 베이스 영역(162)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(162)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 베이스 영역(162)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다.
제2 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. 베이스 영역(162)이 n형을 가지는 경우에는 베이스 영역(162)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(162)이 p형을 가지는 경우에는 베이스 영역(162)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(162) 및 제2 도전형 도펀트가 다양한 물질로 구성될 수 있다.
일 예로, 베이스 영역(162)은 n형일 수 있다. 그러면, 베이스 영역(162)과 pn 접합을 이루는 제1 도전형 영역(170)이 p형을 가지게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(160)의 제2 부분(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 제2 전극(186)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(160)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(176)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(160)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(162) 및 제2 도전형 영역(180)이 p형을 가지고 제1 도전형 영역(170)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)의 전면 쪽에는 베이스 영역(162)과 반대되는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(170)이 형성될 수 있다. 제1 도전형 영역(170)은 베이스 영역(162)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성하는 에미터 영역을 구성한다.
본 실시예에서는 제1 도전형 영역(170)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 이에 의하여 제1 도전형 영역(170)이 제1 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 영역(170)이 제1 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 제1 도전형 영역(170)은 제1 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 제1 도전형 영역(170)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하면 베이스 영역(162)과의 접합 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 도전형 영역(170)이 반도체 기판(160)의 위에서 반도체 기판(160)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 도전형 영역(170)은 반도체 기판(160) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(160)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 영역(170)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제1 도전형은 p형 또는 n형일 수 있다. 제1 도전형 영역(170)이 p형을 가지는 경우에는 제1 도전형 영역(170)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 제1 도전형 영역(170)이 n형을 가지는 경우에는 제1 도전형 영역(170)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 물질이 제1 도전형 도펀트로 사용될 수 있다.
도면에서는 제1 도전형 영역(170)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 제1 도전형 영역(170)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 제1 도전형 영역(170) 중에서 제1 전극(176)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도, 큰 정션 깊이 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도, 작은 정션 깊이 및 높은 저항을 가질 수 있다. 제1 도전형 영역(170)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
반도체 기판(160)의 후면 쪽에는 베이스 영역(162)과 동일한 제2 도전형을 가지되, 베이스 영역(162)보다 높은 도핑 농도로 제2 도전형 도펀트를 포함하는 제2 도전형 영역(180)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 영역(180)은 후면 전계(back surface field)를 형성하여 반도체 기판(160)의 표면(좀더 정확하게는, 반도체 기판(160)의 후면)에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 후면 전계 영역을 구성한다.
본 실시예에서는 제2 도전형 영역(180)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 이에 의하여 제2 도전형 영역(180)이 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체로 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 도전형 영역(180)이 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 또는 다결정 반도체(일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 특히, 제2 도전형 영역(180)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단결정 반도체(예를 들어, 단결정 반도체 웨이퍼, 좀더 구체적으로는, 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성될 수 있다. 이와 같이 제2 도전형 영역(180)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하면 베이스 영역(162)과의 접합 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 도전형 영역(180)이 반도체 기판(160)의 위에서 반도체 기판(160)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제2 도전형 영역(180)은 반도체 기판(160) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(160)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 영역(180)은 증착 등의 다양한 방법에 의하여 쉽게 제조될 수 있는 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제2 도전형 도펀트를 도핑하여 형성될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
제2 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. 제2 도전형 영역(180)이 n형을 가지는 경우에는 제2 도전형 영역(180)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 제2 도전형 영역(180)이 p형을 가지는 경우에는 제2 도전형 영역(180)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 반도체로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 물질이 제2 도전형 도펀트로 사용될 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(180)의 제2 도전형 도펀트는 베이스 영역(162)의 제2 도전형 도펀트와 동일한 물질일 수도 있고, 이와 다른 물질일 수도 있다.
본 실시예에서 제2 도전형 영역(180)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 제2 도전형 영역(180)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 제2 도전형 영역(180) 중에서 제2 전극(186)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도, 큰 정션 깊이 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도, 작은 정션 깊이 및 높은 저항을 가질 수 있다. 또 다른 실시예로, 제2 도전형 영역(180)이 국부적 구조(local structure)를 가질 수 있다. 국부적 구조에서는 제2 도전형 영역(180)이 제2 전극(186)이 형성된 부분에 대응하여 국부적으로 형성될 수 있다. 제2 도전형 영역(180)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
반도체 기판(160)의 전면 위에, 좀더 정확하게는, 반도체 기판(160)에 또는 이 위에 형성된 제1 도전형 영역(170) 위에 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)이 차례로 형성되고, 제1 전극(176)이 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)을 관통하여(즉, 개구부(178)를 통하여) 제1 도전형 영역(170)에 접촉하여 형성된다.
제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)은 제1 전극(176)에 대응하는 개구부(178)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 전면 전체에 형성될 수 있다.
제1 패시베이션막(172)은 제1 도전형 영역(170)에 접촉하여 형성되어 제1 도전형 영역(170)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(174)은 반도체 기판(160)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(160)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(162)과 제1 도전형 영역(170)에 의하여 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
제1 패시베이션막(172)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이셔막(172)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, 제1 패시베이션막(172)은, 제1 도전형 영역(170)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 제1 도전형 영역(170)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
반사 방지막(174)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(174)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(174)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174) 중 어느 하나가 반사 방지 역할 및 패시베이션 역할을 함께 수행하여 다른 하나가 구비되지 않는 것도 가능하다. 또는, 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(160) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(176)은 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)에 형성된 개구부(178)를 통하여(즉, 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)을 관통하여) 제1 도전형 영역(170)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(176)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제1 전극(176)의 형상에 대해서는 도 5를 참조하여 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(160)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제2 도전형 영역(180) 위에 제2 패시베이션막(182)이 형성되고, 제2 전극(186)이 제2 패시베이션막(182)을 관통하여(즉, 개구부(188)를 통하여) 제2 도전형 영역(180)에 연결된다.
제2 패시베이션막(182)은 제2 전극(186)에 대응하는 개구부(188)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
제2 패시베이션막(182)은 제2 도전형 영역(180)에 접촉하여 형성되어 제2 도전형 영역(180)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.
제2 패시베이션막(182)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제2 패시베이션막(182)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, 제2 패시베이션막(182)은, 제2 도전형 영역(180)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 제2 도전형 영역(180)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 패시베이션막(182)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 또는, 제2 패시베이션막(182) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(160)의 후면 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제2 전극(186)은 제2 패시베이션막(182)에 형성된 개구부(188)를 통하여 제2 도전형 영역(180)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(186)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
도 5를 참조하여 제1 및 제2 전극(176, 186)의 평면 형상을 상세하게 설명한다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제2 전극(176, 186)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(176a, 186a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(176a, 186a)이 서로 평행하며 반도체 기판(160)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 전극(176, 186)은 핑거 전극들(176a, 186a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(176a, 186a)을 연결하는 버스바 전극(176b, 186b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(176b, 186b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(176a, 186a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(176a, 186a)의 폭보다 버스바 전극(176b, 186b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(176b, 186b)의 폭이 핑거 전극(176a, 186a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.
단면에서 볼 때, 제1 전극(176)의 핑거 전극(176a) 및 버스바 전극(176b)은 모두 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(178)가 제1 전극(176)의 핑거 전극(176a) 및 버스바 전극(176b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(186)의 핑거 전극(186a) 및 버스바 전극(186b)은 모두 제2 패시베이션막(182)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(188)가 제2 전극(186)의 핑거 전극(186a) 및 버스바 전극(186b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 전극(176)의 핑거 전극(176a)이 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(176b)이 제1 패시베이션막(172) 및 반사 방지막(174) 위에 형성될 수 있다. 이 경우에는 개구부(178)가 핑거 전극(176a)에 대응하는 형상으로 형성되고, 버스바 전극(176b)만 위치한 부분에는 형성되지 않을 수 있다. 그리고 제2 전극(186)의 핑거 전극(186a)이 제2 패시베이션막(182)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(186b)은 제2 패시베이션막(182) 위에 형성될 수 있다. 이 경우에는 개구부(188)가 핑거 전극(186a)에 대응하는 형상으로 형성되고, 버스바 전극(186b)만 위치한 부분에는 형성되지 않을 수 있다.
도면에서는 제1 전극(176)과 제2 전극(186)이 서로 동일한 평면 형상을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(176)의 핑거 전극(176a) 및 버스바 전극(176b)의 폭, 피치 등은 제2 전극(186)의 핑거 전극(186a) 및 버스바 전극(186b)의 폭, 피치 등과 서로 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(176)과 제2 전극(186)의 평면 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(150)의 제1 및 제2 전극(176, 186)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(150)가 반도체 기판(160)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.
일 예로, 본 실시예에서 태양 전지(150)의 면적에 대하여 제1 전극(176)의 면적 비율이 5% 내지 20%이고, 제2 전극(186)의 면적 비율이 5% 내지 20%일 수 있다. 즉, 제1 전극(176) 및 제2 전극(186)이 형성된 부분보다 제1 전극(176) 및 제2 전극(186)이 형성되지 않아 광이 입사되는 수광 부분이 더 넓은 면적을 가지게 된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이 다양한 층으로 구성된 태양 전지 패널(10)을 안정적으로 고정하고 태양 전지(150)를 보호하기 위하여 태양 전지 패널(10)의 외곽부를 감싸는 프레임(30)이 위치할 수 있다. 도면에서는 프레임(30)이 태양 전지 패널(10)의 외곽부 전체를 감싸는 것으로 도시되어 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 프레임(30)이 태양 전지 패널(10)의 일부만을 감싸는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 프레임(30)은, 태양 전지 패널(10)의 적어도 일부가 삽입되는 제1 프레임부(310)과, 제1 프레임부(310)로부터 외부를 향해 연장되는 제2 프레임부(320)를 포함할 수 있다.
좀더 구체적으로 제1 프레임부(310)에서는, 태양 전지 패널(10)의 전면에 위치한 제1 부분(311), 태양 전지 패널(10)의 측면에 위치한 제2 부분(312), 태양 전지 패널(10)의 후면에 위치한 제3 부분(313)이 서로 연결되어, 이 내부에 태양 전지 패널(10)의 외곽부가 위치하도록 할 수 있다. 일례로, 제1 프레임부(310)은 "U"자 형상 또는 "ㄷ"자 형상을 가질 수 있다. 제2 프레임부(320)는, 제1 프레임부(310)부터 후면 방향으로 연장되는 수직부(321)과, 수직부(321)로부터 절곡 연장되어 태양 전지 패널(10)의 후면과 일정 간격을 두고 평행하게 형성되는 평행부(322)을 구비할 수 있다. 일례로, 제2 프레임부(320)은 "L"자 형상을 가질 수 있다. 그러나 프레임(30)의 형상은 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 프레임부(320)(특히 평행부(322))에는 가대 또는 지지 부재 등에 고정되기 위한 체결 부재(도시하지 않음)가 고정되는 영역을 제공할 수 있다. 이와 같이 가대 또는 지지 부재 등과의 결합을 위한 체결 부재를 제2 프레임부(320)에 위치시켜 태양 전지 패널(10)을 보호하면서 가대 또는 지지 부재와의 결합 작업이 쉽게 수행될 수 있도록 한다.
이러한 프레임(30)은 다양한 방법으로 태양 전지 패널(10)에 고정될 수 있다. 일례로, 태양 전지 패널(10)의 외곽부를 이루는 부분을 탄성을 가지는 부분(일례로, 탄성을 가지는 테이프)으로 형성하여, 이 탄성을 가지는 부분을 이용하여 제1 프레임부;(310) 내에 태양 전지 패널(10)를 삽입할 수 있다. 또는, 도면에 도시한 바와 같이, 프레임(30)이 각 가장자리에 대응하도록 길게 이어지는 형상(예를 들어, 일자 형상)을 가지는 복수 개의 부분으로 이루어지고, 각 부분을 대응하는 가장자리에 고정하는 것에 의하여 태양 전지 패널(10)에 고정할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
태양 전지 패널(10)의 후면 쪽에 정션 박스(20)가 위치할 수 있다. 정션 박스(20)는 다양한 방법에 의하여 태양 전지 패널(10) 또는 프레임(30)에 고정될 수 있다. 본 실시예에서는, 일 예로, 태양 전지 패널(10)에 인접한 정션 박스(20)의 면(즉, 제1 부분(211)의 면)에 위치한 실링 부재(202)에 의하여 태양 전지 패널(10)과 정션 박스(20)가 고정될 수 있다. 즉, 정션 박스(20)와 태양 전지 패널(10) 사이에서 이들과 접촉하여 위치한 실링 부재(202)가 정션 박스(20)의 가장자리를 따라 폐쇄된 형상(closed shape)을 가지도록 형성될 수 있다. 일 예로, 실링 부재(202)가 정션 박스(20)와 동일 또는 유사한 형상(예를 들어, 사각형 형상)을 가지도록 형성될 수 있다.
본 실시예에서 실링 부재(202)는 다양한 색상 및 특성을 가질 수 있다. 이에 따라 실링 부재(202)는 투명한 색, 백색, 검은색 등의 다양한 색상을 가질 수 있고, 실링 특성을 가지는 다양한 물질을 사용할 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 실링 부재(202)는 정션 박스(20)에서 반사도를 향상하기 위하여 첨가된 반사 물질(예를 들어, 백색 안료, 반사 금속 물질 등)을 포함할 수도 있다. 이와 같이 실링 부재(202)가 반사 물질을 포함하면 실링 부재(202)가 위치한 부분에서도 반사가 이루어지도록 하여 반사 효율을 향상할 수 있다. 일 예로, 실링 부재(202) 내에 포함된 반사 물질의 양은 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 반사 물질의 양이 1 중량 % 미만이면 반사 효과가 충분하지 않을 수 있다고, 5 중량%를 초과하면 실링 특성이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
정션 박스(20)는 바이패스 다이오드 등의 회로 소자 등을 포함할 수 있다. 바이패스 다이오드는 태양 전지 스트링(140)에 연결되며 태양 전지 패널(10)의 후면으로 인출되는 리본(142) 또는 버스 리본(145)에 연결된다. 그리고 태양 전지 패널(10)에 가려지는 부분이 발생하거나 고장 등이 발생하여 발전이 일어나지 않는 영역이 발생하면 바이패스 다이오드가 해당 부분을 우회하여 전류가 흐르도록 하여 해당 영역을 보호하는 역할을 한다. 바이패스 다이오드의 구조, 연결 구조 등으로는 알려진 다양한 구조가 적용될 수 있다.
그리고 정션 박스(20)은 태양 전지(150) 또는 태양 전지 스트링(140)으로부터 전달 받은 전기 에너지를 외부로 전달하거나, 또는 다른 태양 전지 모듈과 전기적으로 연결될 수 있도록 출력 케이블(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 일 예로, 출력 케이블은 (+) 단자 및 (-) 단자에 각기 대응하는 두 개의 케이블을 구비할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 출력 케이블의 형태, 개수 등은 다양하게 변형이 가능하다.
이때, 본 실시예에서는 정션 박스(20)의 하우징(210)은, 적어도 태양 전지 패널(10)에 인접한 제1 부분(211)에 광의 반사를 위한 반사부를 구비한다. 이에 의하여 전면 쪽으로 입사되어 정션 박스(20)에 도달한 광이 반사되어 태양 전지(150)에 다시 입사될 수 있다. 이에 의하여 정션 박스(20)가 위치한 부분에서 후면 광이 입사하지 못하여 발생할 수 있는 문제(예를 들어, 핫 스팟(hot spot) 등)을 방지할 수 있다.
좀더 구체적으로, 본 실시예에서 태양 전지(150)는 제1 및 제2 전극(176, 186)이 모두 패턴을 가져 태양 전지(150)의 전면뿐만 아니라 후면으로도 광이 입사하는 양면 수광형 구조를 가진다. 이와 같이 후면으로도 광이 입사하는 양면 수광형 구조에서는 태양 전지 패널(10)의 후면에 위치한 정션 박스(20)에 의하여 광이 입사가 차단되거나 감소될 수 있다. 그러면, 정션 박스(20)에 해당하는 부분에서 입사되는 후면광의 양이 다른 부분보다 적어지고, 이 부분에 위치한 태양 전지(150)에서 생성되는 전류의 양이 다른 부분보다 적게 된다. 이와 같은 국부적인 전류 차이에 의하여 핫 스팟 현상이 발생할 수 있다. 그러면, 태양 전지 모듈(100)의 출력이 감소되고 핫 스팟에 의한 지속적인 열이 발생하여 태양 전지 모듈(100)의 출력이 저하될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 정션 박스(20)가 반사부를 포함하여 후면 광의 입사가 이루어지지 않는 부분에서 전면 광을 반사시켜 태양 전지(150)에 재입사시켜 광량 저하를 보상할 수 있다. 이에 따라 정션 박스(20)가 위치한 부분에서 발생할 수 있는 핫 스팟, 이에 의하여 발생할 수 있는 태양 전지 모듈(100)의 출력 저하 및 열화를 방지할 수 있다.
그리고 정션 박스(20)에 흡수되는 광의 양이 적어져서 정션 박스(20)의 내부 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 정션 박스(20)는 내부에 많은 열이 발생되는 바이패스 다이오드가 위치하므로 정션 박스(20)에 흡수되는 광을 줄여야 정션 박스(20)의 내부 온도가 급격하게 상승되어 태양 전지 패널(10)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면 정션 박스(20)에 의한 문제를 방지할 수 있으므로 정션 박스(20) 때문에 발생할 수 있는 핫 스팟 등의 문제를 위한 설계가 적용되지 않아도 된다. 따라서 정션 박스(20)의 면적을 넓히는 것도 가능하고, 정션 박스(20)의 설치 위치를 변경할 수도 있다. 또한, 정션 박스(20)에 해당하는 만큼 태양 전지 패널(10)의 크기를 증가시키지 않아도 된다. 이에 따라 설계 자유도를 향상하고 태양 전지 패널(10)의 크기를 최소화할 수 있다.
본 실시예에서 정션 박스(20)의 하우징(210) 자체(특히, 하우징(210)의 제 1면(211) 자체)가 반사를 유도하는 반사부로 구성될 수 있다. 즉, 정션 박스(20)의 하우징(210)(특히, 하우징(210)의 제1 부분(211))이 후면 시트(120)보다 높은 반사도를 가질 수 있다. 일 예로, 가시광선 영역의 광에 대하여, 후면 시트(120)가 20% 이하(좀더 구체적으로는 10% 이하)의 반사도를 가지는 반면 하우징(210)은 70% 이상(즉, 70% 내지 100%)의 반사도를 가질 수 있다. 하우징(210)이 70% 이상의 반사도를 가질 때 광을 효과적으로 반사할 수 있다. 하우징(210)의 반사도를 높이는 데 공정, 비용 등의 한계 등을 고려하면 하우징(210)의 반사도가 70% 내지 90%일 수 있다.
본 실시예에서는 하우징(210)은 우수한 반사도를 가질 수 있도록 반사 물질을 포함할 수 있다.
좀더 구체적으로, 하우징(210)은, 수지와, 반사 물질을 포함할 수 있다.
수지는 하우징(210)의 강도를 유지하면서 하우징(210)의 형상으로 쉽게 성형될 수 있도록 하는 역할을 한다. 그리고 하우징(210)이 대부분 수지로 이루어져(일 예로, 수지가 90 wt% 이상, 좀더 구체적으로는, 95 wt% 이상으로 포함되어) 절연 특성을 가진다. 하우징(210)에 의한 전기적인 간섭 문제 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 수지로는 다양한 물질이 사용될 수 있는데, 일 예로, 폴리 페닐렌 산화물(poly phenylene oxide, PPO), 변성 폴리페닐렌산화물(modified poly phenylene oxide, MPPO), 변성 폴리 페닐렌 에테르(modified poly phenylene ether, MPPE) 등의 물질을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며
반사 물질로는 백색 안료 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 백색 안료로는 산화아연, 산화티타늄, 실버화이트 등의 무기 또는 유기 안료를 사용할 수 있다. 또는, 반사 물질로 금, 백금, 은, 알루미늄 등과 같이 반사율이 높은 금속으로 이루어지는 비드 등을 포함하는 금속 반사 물질을 사용할 수도 있다. 이러한 반사 물질은 1 wt% 내지 5 wt% 정도 포함되고, 나머지 수지로 구성될 수 있다. 즉, 수지가 반사 물질보다 많이 포함될 수 있다. 하우징(210)(특히, 제1 면(211))에 반사 물질이 1 wt% 미만으로 포함되면 반사 효과가 충분하지 않을 수 있고, 반사 물질이 5 wt%를 초과하면 비용이 증가하거나 수지의 함량이 충분하지 않을 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 수지, 반사 물질의 종류, 함량 등은 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 따르면 정션 박스(20)의 하우징(210)의 조성을 바꾸는 것에 의하여 하우징(210) 자체가 반사부를 구성하도록 한다. 이에 의하여 별도의 공정 추가 없이 쉽게 반사부를 구비하는 정션 박스(20)를 형성할 수 있다. 또한, 백색은 검은색에 비하여 광 흡수도가 낮기 때문에 광에 의하여 온도가 증가하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 정션 박스(20)의 하우징(210)이 전체적으로 반사 물질을 포함하거나 백색을 가지는 것을 예시하였다. 즉, 태양 전지 패널(10)의 패널면에 평행하며 태양 전지 패널(10)에 인접하는 제1 부분(211)과, 제1 부분(211)에 평행하도록 제1 부분(211)에 대향하며 외부면을 형성하는 제2 부분(212)이 반사 물질을 포함하거나 또는 백색을 가지고, 제1 부분(211)과 제2 부분(212)을 연결하도록 제1 부분(211) 및 제2 부분(212)에 교차(일 예로, 직교)하는 측면 부분(214)들이 반사 물질을 포함하거나 백색을 가진다. 그러면, 정션 박스(20)에 의한 반사 효과를 최대화할 수 있다. 이에 따라 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지(150)를 포함하는 태양 전지 패널(10)에 정션 박스(20)가 후면에 위치하여 발생하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 정션 박스(20)가 반사부를 구비하여 정션 박스(20)에서 전면 광의 반사를 유도할 수 있다. 이와 같은 정션 박스(20)는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지(150)를 구비하는 태양 전지 모듈(100)에 적용되어, 정션 박스(20)에 의하여 후면 광의 입사가 차단되어 발생할 수 있는 다양한 문제를 방지할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 정션 박스 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 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 모듈을 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 정션 박스(20)의 하우징(210)은 부분적으로 반사부를 가질 수 있다. 예를 들어, 태양 전지 패널(10)의 패널면에 대향하며 태양 전지 패널(10)에 인접한 제1 부분(211)이 후면 시트(120)보다 높은 반사도를 가지면서, 제1 부분(211)의 반대면인 제2 부분(212)과 측면 부분(214)보다 높은 반사도를 가질 수 있다. 제1 부분(211)과 제2 부분(212)이 서로 다른 색을 가질 수도 있고, 제1 부분(211)이 제2 부분(212)보다 높은 함량으로 백색 안료 또는 금속 반사 물질 등의 반사 물질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 부분(211)의 조성만을 다르게 한 후 하우징(210의 다른 부분(즉, 제2 부분(212)과 측면 부분(214))을 결합하여 하우징(210)을 형성할 수 있다. 이에 의하면 제2 부분(212) 및 측면 부분(214)은 기존의 조성, 공정 등을 그대로 사용하여 비용을 절감하고, 제1 부분(211)의 조성만을 다르게 하여 반사 특성을 향상할 수 있다.
본 실시예에서는 태양 전지 패널(10)의 패널면에 대향하여 측면 부분(214)보다 넓은 면적을 가지는 제1 부분(211)의 반사도를 증가시켜 광의 반사가 좀더 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다. 그리고 태양 전지 패널(10)에 멀리 위치한 제2 부분(212)보다 제1 부분(211)이 반사도를 높게 하여 광이 제1 부분(211)에서 반사되도록 한다. 그러면, 광의 경로를 줄여 반사되어 태양 전지(150)로 재입사되는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 부분(211)보다 제2 부분(212)의 반사도를 높게 할 수도 있다. 또는, 제1 부분(211) 및 제2 부분(212)의 반사도를 서로 동일 또는 유사하게 하고 제1 부분(211) 및 제2 부분(212)의 반사도를 측면 부분(214)의 반사도보다 크게 할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 정션 박스(20)의 하우징(210)과 별개의 층으로 구성되어 하우징(210)에 전체적으로 또는 부분적으로 부착, 고정, 또는 형성되는 반사층(또는 반사 구조물)(216)이 형성될 수 있다. 이러한 반사층(216)이 반사부를 구성하게 된다.
일 예로, 도 7에서는 하우징(210)의 제1 부분(211)의 외면(즉, 태양 전지 패널(10)에 대향하는 면)에 전체적으로 반사층(216)이 형성되는 것을 예시하였다. 이와 같이 하우징(210)의 제1 부분(211)에 반사층(216)을 형성하여 광의 경로를 최소화하면서 반사 효과를 최대화할 수 있다. 그리고 반사층(216)의 면적을 줄여 반사층(216)을 부착, 고정 또는 형성하는 시간을 최소화할 수 있고 반사층(216)에 의한 재료 비용을 최소화할 수 있다. 일 예로, 반사층(216)은 하우징(210)의 제1 부분(211)에서 태양 전지 패널(10)에 인접한 면(즉, 외면)에 위치하여 광의 경로를 최소화하고 광에 의하여 하우징(210)의 온도가 올라가는 문제를 최소화할 수 있다.
일 예로, 정션 박스(20)의 전체 면적(즉, 제1 부분(211) 또는 제2 부분(212)의 면적)에 대한 반사층(216)의 면적 비율이 0.9배 이상(일 예로, 0.9배 내지 1배)일 수 있다. 이러한 범위 내에서 정션 박스(20)에서의 반사 효율을 효과적으로 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사층(216)의 면적 비율은 다양한 값을 가질 수 있다.
도면 및 상술한 설명에서는 반사층(216)이 하우징(210)의 제1 부분(211)에서 외면에 전체적으로 위치한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 반사층(216)이 하우징(210)의 제2 부분(212) 및/또는 측면 부분(214)에 위치하는 것도 가능하고, 반사층(216)이 하우징(210)의 제1 부분(211), 제2 부분(212) 및 측면 부분(214)의 전체 영역에 형성될 수도 있다. 그리고 반사층(216)이 제1 부분(211)에 부분적으로 형성되고, 및/또는 제2 부분(212)에 부분적으로 위치하고, 및/또는 측면 부분(214)에 부분적으로 형성될 수도 있다. 또한, 반사층(216)이 제1 부분(211), 제2 부분(212) 및 측면 부분(214) 중 적어도 하나에서 부분적으로 형성되고 다른 적어도 하나에서 전체적으로 형성될 수도 있다. 즉, 반사층(216)은 하우징(210)의 제1 부분(211), 제2 부분(212), 및/또는 측면 부분(214) 각각에 전체적으로 또는 부분적으로 형성될 수 있다. 또한, 반사층(216)이 하우징(210)의 제1 부분(211), 제2 부분(212) 및 측면 부분(214)의 내면에 형성될 수도 있다.
일 예로, 반사층(216)은 백색 안료를 포함하는 층일 수 있다. 또는, 반사층(216)이 금속 물질을 주성분으로(예를 들어, 50 wt% 이상, 좀더 구체적으로는, 90 wt%) 포함할 수 있다. 반사층(216)은 하우징(210)에 코팅, 증착 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 반사층(216)은 하우징(210)과 별개로 제조된 층, 시트, 필름 등으로 이루어질 수 있다. 이 경우에는 접착체 등을 이용하여 반사층(216)을 하우징(210)에 부착할 수 있다.
이와 같이 반사층(216)을 하우징(210)에 형성하여 반사부를 구성하면, 기존의 하우징(210)에 반사층(216)을 형성하는 것에 의하여 쉽게 본 실시예에 따른 반사부를 구비하는 정션 박스(20)를 형성할 수 있다. 그리고 반사층(216)은 금속 함량이 높은 층으로 구성되어 얇은 두께로도 반사 효율을 효과적으로 향상할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 정션 박스(20)의 하우징(210)은 반사 물질을 포함하고, 반사 요철(218)이 더 형성될 수 있다. 즉, 하우징(210)의 물질 및/또는 반사 요철(218)이 반사부를 구성할 수 있다.
반사 요철(218)은 하우징(210)의 다른 부분과 다른 두께를 가지는 부분을 포함하는 돌출부 및/또는 오목부로 구성될 수 있다. 이와 같이 반사 구조를 반사 요철(218)로 형성하면 별도의 층을 부착하거나 형성하는 등의 공정 없이 반사 요철(218)을 가지도록 하우징(210)을 형성하는 것에 의하여 쉽게 반사 요철(218)을 가지는 하우징(210)을 형성할 수 있다. 일 예로, 반사 요철(218)을 가지는 하우징(210)은 사출 성형 등에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 반사 요철(218)이 오목부인 경우에는 일반적인 하우징(210)을 형성한 후에 원하는 부분에 요철을 형성하기 위한 표면 가공을 하는 것에 의하여 형성될 수 있다.
일 예로, 반사 요철(218)은 경사면을 가질 수 있고, 복수 개의 반사 요철(218)이 촘촘하게 배치되는 것이 가능하다. 반사 요철(218)의 경사면은 태양 전지 패널(10)의 표면과 40도 내지 70도(일 예로, 50도 내지 70도)의 각도를 가질 수 있다. 이러한 각도 범위 내에서 반사 효율을 최대화할 수 있기 때문이다.
일 예로, 반사 요철(218)의 형상은 피라미드 형상일 수 있다. 그러면, 피라미드를 구성하는 외면이 모두 경사면으로 구성되므로 경사면을 늘려 반사 효율을 향상할 수 있다. 반사 요철(218)을 구비하는 면의 표면 거칠기가 실링 부재(204)의 두께보다 작을 수 있다. 이에 의하여 실링 부재(204)의 실링 특성을 저하시키지 않으면서 반사 효율을 향상할 수 있다. 또는, 반사 요철(218)을 구비하는 면의 표면 거칠기가 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있다. 이러한 표면 거칠기에서 반사 효율을 최대화할 수 있기 때문이다. 그리고 반사 요철(218)의 간격은 0.5mm 내지 10mm(일 예로, 0.5mm 내지 2mm)일 수 있다. 반사 요철(218)의 간격이 0.5mm 미만이면 반사 요철(218)의 표면 거칠기를 늘리는 데 한계가 있을 수 있고, 10mm를 초과하면 반사 요철(218)의 간격이 커서 반사 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 반사 효율을 좀더 고려하면 반사 요철(218)의 간격이 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 반사 요철(218)의 형상, 표면 거칠기, 간격 등이 다양한 값을 가질 수 있다.
도면에서는 제1 부분(211)의 외면 및 내면에 각기 요철을 구비하는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반사 요철(218)이 제1 부분(211)의 외면에만 형성되고 반사 요철(218)이 제1 부분(211)의 내면에는 형성되지 않아 제1 부분(211)의 내면이 편평한 면으로 구성될 수 있다. 또는, 반사 요철(218)이 제1 부분(211)의 내면에만 형성되고 외면에는 형성되지 않을 수도 있다. 그리고 도면에서는 제1 부분(211)에만 반사 요철(218)을 구비하는 것을 예시하였으나, 제1 부분(211), 제2 부분(212) 및 측면 부분(213) 중 적어도 하나에 반사 요철(218)이 형성될 수 있다.
이와 같이 반사 요철(218)을 형성하면 반사 효과를 좀더 향상할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 하우징(210)에 반사 요철(218)을 가지는 반사층(216)을 부착한다. 반사층(216)의 물질, 위치 등에 대해서는 도 7에 도시한 실시예에서 반사층(216)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있고, 반사 요철(218)의 형상, 표면 거칠기, 간격 등은 도 8에 도시한 실시예에서 반사 요철(218)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
이와 같이 하우징(210)에 반사 요철(218)을 형성한 반사층(216)을 부착 또는 고정하여 사용하면, 간단한 방법에 의하여 반사 효과를 좀더 향상할 수 있다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시한 태양 전지 모듈의 후면 사시도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예에서는 후면 시트(120)의 내면(즉, 제2실링재(132)와 후면 시트(120)의 사이)에 반사층(219)이 형성 또는 부착될 수 있다. 이와 같이 후면 시트(120) 또는 태양 전지 패널(10)에 일체화된 반사층(219)이 반사부를 구성할 수 있다.
반사층(219)은 반사 물질을 포함하는 층일 수 있고, 다양한 방법에 의하여 후면 시트(120)에 형성 또는 부착될 수 있다. 반사층(219)은 백색 안료 등의 반사 물질을 포함하는 층일 수 있다. 반사층(219)은 후면 시트(210)에 인쇄, 코팅 등의 방법에 의하여 형성될 수도 있고, 또는 별도의 공정에서 층, 시트, 필름 등으로 제조되어 접착제 등을 이용하여 후면 시트(120)에 부착될 수도 있다.
그리고 후면 시트(210)에 형성된 반사층(219)은 정션 박스(20)가 형성된 부분에만 대응하여 위치하고, 정션 박스(20)가 위치하지 않는 부분에는 형성되지 않는다. 예를 들어, 반사층(219)이 정션 박스(20)와 일대일 대응하면서 정션 박스(20)의 대부분의 영역에 위치할 수 있다. 일 예로, 반사층(219)의 면적이 정션 박스(20)의 면적의 90% 내지 110%일 수 있다. 이는 공정 오차 등을 고려하여 반사층(219)이 정션 박스(20)의 대부분의 면적에 대응하도록 한정된 것이다. 좀더 구체적으로, 반사층(219)의 면적이 정션 박스(20)의 면적의 90% 내지 100%일 때, 반사층(219)이 전체적으로 정션 박스(20)에 대응할 수 있다. 반사층(219)의 면적이 100% 내지 110%이면, 정션 박스(20)의 전체 부분이 반사층(219)이 형성된 부분에 위치할 수 있다. 이에 의하여 정션 박스(20)에 의하여 가려진 부분에서 발생할 수 있는 출력 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이 후면 시트(120)의 내면에 반사층(219)을 위치시키면, 가장 짧은 경로로 광을 반사할 수 있어 반사 효율을 최대화할 수 있다. 그리고 후면 시트(120)을 제조하는 공정, 후면 시트(120)를 라미네이션하는 공정에서 반사층(219)만을 추가로 위치시키는 간단한 공정에 의하여 반사 효율을 향상할 수 있다.
도면에서는 반사층(219)에 반사 요철이 없는 것을 예시하였으나, 반사층(219)에 도 9에 도시한 반사 요철(218)이 형성될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에서는 후면 시트(120)의 외면(즉, 태양 전지 패널(10)의 외면)에 반사층(219)이 형성 또는 부착될 수 있다. 이와 같이 후면 시트(120) 또는 태양 전지 패널(10)에 일체화된 반사층(219)이 반사부를 구성할 수 있다.
반사층(219)은 반사 물질을 포함하는 층일 수 있고, 다양한 방법에 의하여 후면 시트(120)에 형성 또는 부착될 수 있다. 반사층(219)은 백색 안료 또는 금속 반사 물질 등의 반사 물질을 포함하는 층일 수 있다. 특히, 반사층(219)이 후면 시트(120)의 외면에 위치하므로 태양 전지(150)와 반대면에 위치하므로 태양 전지(150)와의 간섭 등의 문제가 없으므로, 금속 반사 물질을 사용하여 반사 효율을 향상할 수 있다. 반사층(219)은 후면 시트(210)에 인쇄, 코팅 등의 방법에 의하여 형성될 수도 있고, 또는 별도의 공정에서 층, 시트, 필름 등으로 제조되어 접착제 등을 이용하여 후면 시트(219)에 부착될 수도 있다.
반사층(219)의 면적 비율 등은 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 반사층(219)의 면적 비율과 동일 또는 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
그리고 도 10 내지 도 12에서는 반사층(219)이 후면 시트(120)의 내면 또는 외면에 위치한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 반사층(219)이 후면 시트(120)의 내부에 위치할 수 있다. 일 예로, 후면 시트(120)가 복수 개의 층으로 구성될 때 반사층(219)이 복수 개의 층 사이에 위치할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
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
10: 태양 전지 패널
20: 정션 박스
30: 프레임
10: 태양 전지 패널
20: 정션 박스
30: 프레임
Claims (20)
- 태양 전지 패널을 포함하는 태양 전지 모듈에 사용되는 정션 박스에 있어서,
반사부를 구비하는 하우징을 포함하는 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 하우징의 적어도 일부가 상기 반사부를 구성하고,
상기 하우징이 반사 물질을 포함하는 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 하우징이, 수지와, 상기 반사 물질을 포함하고,
상기 반사 물질이 백색 안료 또는 금속 반사 물질을 포함하는 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 반사 물질이 상기 하우징에서 상기 반사 물질을 포함하는 부분의 1 wt% 내지 5 wt%인 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 반사부가 상기 하우징에 부착되는 반사층을 포함하는 정션 박스. - 제5항에 있어서,
상기 반사층이 백색 안료 또는 금속 물질을 포함하는 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 반사부가 상기 정션 박스에 형성되는 반사 요철로 구성되는 정션 박스. - 제7항에 있어서,
상기 반사 요철이 50도 내지 70도의 각도를 가지는 경사면을 가지는 정션 박스. - 제7항에 있어서,
상기 반사 요철의 표면 거칠기가 0.5mm 내지 1.5mm인 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 반사부가 상기 하우징에 형성되거나, 상기 하우징 위에 위치하는 반사층에 형성되는 반사 요철로 구성되는 정션 박스. - 제1항에 있어서,
상기 반사부가 상기 정션 박스에 전체적으로 형성되거나, 상기 정션 박스에서 상기 태양 전지 패널에 대향하는 면에 형성되는 정션 박스. - 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 패널; 및
상기 태양 전지 패널의 후면에 장착되는 정션 박스
를 포함하고,
상기 태양 전지의 후면 쪽에서 상기 정션 박스에 대응하는 부분에 반사부를 구비하는 태양 전지 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 태양 전지 패널이, 상기 적어도 하나의 태양 전지의 전면에 위치하는 전면 기판과 상기 태양 전지의 후면에 위치하는 후면 시트를 포함하고,
상기 반사부가 상기 후면 시트 위에 위치하는 태양 전지 모듈. - 제13항에 있어서,
상기 반사부가 상기 후면 시트의 내면 또는 외면 위에 위치하는 태양 전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 반사부가 상기 후면 시트의 내면에 위치하며 백색 안료를 포함하거나,
상기 반사부가 상기 후면 시트의 외면에 위치하며 백색 안료 또는 금속 물질을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 정션 박스의 하우징의 적어도 일부가 상기 반사부를 구성하고,
상기 하우징이 반사 물질을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제16항에 있어서,
상기 하우징이, 수지와, 상기 반사 물질을 포함하고,
상기 반사 물질이 백색 안료 또는 금속 반사 물질을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 반사부가 상기 정션 박스의 하우징에 부착되는 반사층을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제13항에 있어서,
상기 반사부가 상기 정션 박스에 위치하는 반사 요철로 구성되는 태양 전지 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 태양 전지가 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈.
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2015
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