KR20160140770A - 바이패스 배치를 가지는 광전지 모듈에 대한 후면 전극 레이어 - Google Patents

바이패스 배치를 가지는 광전지 모듈에 대한 후면 전극 레이어 Download PDF

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KR20160140770A
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에버트 외젠 벤드
바스 베르나르두스 반 아켄
니콜라스 후이에빈
마르꾸스 요한 얀센
이카이 세자르
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쉬티흐틴크 에네르지온데르조크 센트룸 네델란드
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Abstract

복수의 광전지 셀(1,2)로 구성된 광전지 모듈(photo-voltaic module)에 대한 후면 연결 레이어. 상기 광전지 셀(1,2)들은 복수의 후면 전극(11,12)을 가지는 형태이다. 바이패스 다이오드 연결 경로(by-pass diode connection path)(6)는 후면 연결 레이어(3)에서 두개의 인접한 광전지 셀(1,2)의 복수의 후면 전극(11,12)의 외부 전극(4,5) 주위의 스트레이트(straight) 또는 미엔더링(meandering) 패턴(pattern)을 가지는 두개의 인접한 광전지 셀(1,2)의 엣지 방향을 따라 형성된다.

Description

바이패스 배치를 가지는 광전지 모듈에 대한 후면 전극 레이어{BACK SIDE CONTACT LAYER FOR PV MODULE WITH BY-PASS CONFIGURATION}
본 발명은 광전지 모듈(photo-voltaic module)을 형성하는 복수의 광전지 셀(photovoltaic cell)의 양극(positive) 후면 전극(back side contact)과 음극(negative) 후면 전극 연결을 위한 후면 연결 레이어(back side connection layer)(포일(foil) 또는 기판 형태의)에 관한 것이다.
국제 특허 공개 WO2013/182955는 후면 전극(back-contact) 솔라셀(solar cell)을 포함하는 광전지 모듈(photovoltaic module)에 대한 백 시트(back-sheet)를 개시하고 있다. 전도성 백시트는 회로를 상기 모듈의 상기 솔라셀의 일렉트로드에 연결하는 형태로 제공된다.
국제 특허 공개 WO2012/026806은 광전지 디바이스(photovoltaic device) 및 표면의 향상된 패시베이션(passivation)을 가지는 모듈을 개시하고 있다. 그것은 주변을 둘러싸는 외부 벽 및/또는 후면 전극 메탈 랩(metal wrap)을 통한 광전지 디바이스를 위한 조리개(aperture) 벽을 포함한다. pn정션(pn-junction)은 제1 및 제2 반도체 레이어(semiconductor layer)사이에 제공된다.
국제 특허 공개 WO2011/160161은 후면에서 전기 전도성과 솔라셀에서 발생하는 전기적 에너지 전송을 위한 구조층으로 결합된 광전지 모듈을 개시하고 있다. 일실시예에서, 전기적 구성요소는 솔라셀을 위한 전도성 구조층에서 임베디드(embedded)될 수 있다.
본 발명은 향상된 바이패스 회로(by-pass circuit)의 결합을 허용하는 광전지 모듈(photovoltaic module)을 위한 후면 전극 레이어(back side contact layer)를 제공하는 것을 찾고 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 서두의 정의에 따른 후면 전극 레이어가 제공되고, 미리 설정된 최소의 간격(w)을 가지는 바이패스 다이오드 연결 경로(by-pass diode connection path)는 후면 연결 레이어에서 각각으로부터 셀간 거리(s)에 위치한 인접한 두개의 셀(cell)의 엣지 방향을 따라 형성되고, 각각의 인접한 셀들의 외부 전극(outer contact)들은 각각의 인접한 셀의 엣지로부터 거리(d)로 옮겨지고, 외부 전극의 열(row) 사이의 총 거리(2d+s)가 상기 미리 설정된 최소의 간격(w) 및 바이패스 다이오드 연결 경로(by-pass diode connection path)에 인접한 두개의 스크라이브 레인(scribe lane)의 폭(2i)의 합보다 크거나 같도록 상기 거리(d)는 0보다 크다(수학적인 관점에서
Figure pct00001
).
제2 측면에서, 서두의 정의에 따른 후면 전극 레이어가 제공되고, 미리 설정된 최소의 간격(w)을 가지는 바이패스 다이오드 연결 경로가 후면 연결 레이어에서 상기 두개의 인접한 셀의 가까운 엣지에 위치한 외부 전극 주위에 미엔더링 패턴을 가지는(meandering patter) 각각으로부터 셀간 거리(s)에 위치한 인접한 두개의 셀(cell)의 엣지 방향을 따라 형성된다. 제1 측면의 수학적 관점과 유사하게,
Figure pct00002
와 관련된다.
본 발명의 양 측면 및 다른 종속항에서 설명된 다른 실시예들은 후면 전극 레이어 및 더 적절한 간격의 바이패스 다이오드 컨덕터(by-pass conductor diode)의 더 효과적인 레이아웃(lay-out)을 허용한다.
도 1은 종래기술의 일실시예에 따른 바이패스 다이오드 연결에 대한 스트립 컨덕터(strip conductor)를 가지는 두개의 인접한 광전지 셀 위에 가로놓인 후면 전극 레이어 파트(part)를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이패스 다이오드 연결에 대한 스트립 컨덕터를 가지는 두개의 인접한 광전지 셀 위에 가로놓인 후면 전극 레이어 파트를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 엣지 전극을 가지고 스트립을 수행하는 두개의 인접한 광전지 셀을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 엣지 전극을 가지고 스트립을 수행하는 두개의 인접한 광전지 셀을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 들쑥날쑥하게 배치된(indented) 엣지 전극을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예들은 바이패스 다이오드를 이용하고 광전지 모듈(PV module)의 퍼포먼스(performance)를 향상시키는 회로와 연관된 복수의 광전지 셀(photovoltaic cell)을 가지는 광전지 모듈(photovoltaic module)에서의 향상된 레이아웃(lay-out) 및 후면 연결 시트의 배치에 관련될 수 있다.
도 1은 (오직 엣지(7)만 표시된) 두개의 인접한 광전지 셀(PV cell)위에 가로놓인 후면 전극 레이어(3)(back side contact layer)의 파트(part)를 도시한 도면이다. 후면 전극 레이어(3)는 두개의 전극 레이어(contact layer) 파트(3) 사이에 위치한 스크라이브 레인(8)에 의해 분리된 바이패스 다이오드 연결(by-pass diode connection)에 대한 스트립 컨덕터(strip conductor) (6)을 포함할 수 있다. 일반적인 광전지 모듈(PV module)의 셋업(set-up)에서, 두개의 광전지 셀은 작은 대쉬 라인(dash line)(7a)에 의해 더 떨어져(1.75mm) 나타날 수도 있는 1.25mm의 공간(명목상, 솔리드 라인(solid line) 엣지(7) 사이)을 가지고 서로 인접하게 위치할 수 있다. 인접한 셀은 외부 엣지에 후면 전극 또는 도 1의 인접한 셀의 각각에 대한 외부 전극(4,5)이 있을 수 있다. 후면 전극 레이어(3)에서 바이패스 다이오드 컨덕터(by-pass diode conductor)(6)를 사용 가능한 공간에 맞추기 위해서, 바이패스 다이오드 컨덕터(6)은 오직 0.75mm의 일반적인 폭을 가질 수 있다. (효과적인 분리를 제공하기 위해서는 1mm의 넓은 스크라이브 레인(scribe lane)(8)이 필요한 것과 같이)
두개의 셀(1,2)(도 3및 도 4 참조)이 인접하고 두개의 셀 모두 엣지를 따라 솔라셀(solar cell)의 후면에 전극을 가진다면, 셀(1,2)사이에 정션 박스(junction box)로 연장되는 구리 strip(바이패스 다이오드 컨덕터(6))을 위한 공간이 거의 없을 수 있다. 인접한 셀(1,2)의 전극(4,5) 사이의 공간은 작다. 또한, 스트립(6)을 만들기 위해서, 전극(4,5) 사이의 전도성 물질을 부식시키는 일반적으로 1mm의 분리된 스크라이브(8)가 필요할 수 있다. 이것은 일반적으로 9A의 전류를 흐르게 할 수 있는 아주 작은 스트립(6)으로 이끌 수 있고, 따라서 디바이스(device)에 유해할 수 있고 쉐이드 컨디션(shade condition) 아래 모듈 오퍼레이션(module operation)의 악영향을 가지는 높은 전력 손실을 유발할 수 있다.
아래의 계산의 예는 바이패스 다이오드를 위한 작은 구리 트랙(Cu track)을 위해 만들어질 수 있다. 바이패스 다이오드 컨덕터(6)를 위해 사용되는 일반적인 포일(foil)의 특성은 길이 l=0.5m; 두께 t=35μm, 간격 w=0.75mm 및 저항 R
Figure pct00003
W을 만드는 비저항 ρ=17.10-9Wm일 수 있다. 전도 상태에서, 바이패스 다이오드는 일반적으로 P=RI2
Figure pct00004
21W의 전력 손실을 나타내는 8A의 전류를 흐르게 할 수 있다. 일반적인 광전지 모듈 전력비가 약 200W이기 때문에, 이것은 수용할 수 없는 10%의 손실을 초래할 수 있다.
이 문제는 일실시예들에 따른 본 발명의 제1 측면에서 해결될 수 있고, 미리 설정된 최소의 간격(w)을 가지는 바이패스 다이오드 연결 경로 (6)는 각각으로부터 셀간 거리에 위치하는 두개의 인접한 셀(1,2)의 엣지 방향을 따라 후면 연결 레이어 (3)에서 형성되고, 외부 전극 2d+s의 열(row) 사이의 총 거리가 미리 설정된 최소의 간격(w) 및 바이패스 다이오드 연결 경로(6)에 근접한 두개의 스크라이브 레인(scribe lane)의 폭(2i) 보다 크도록 각각의 인접한 셀에서 외부 전극(4,5)은 각각의 인접한 셀의 엣지로부터 거리(d)에 놓여진다. 수학적인 관점에서, 두개의 인접한 셀(1,2)의 외부 전극(4,5)의 거리(d)는
Figure pct00005
를 만족하도록 선택 될 수 있다. 얻어진 바이패스 다이오드 연결 경로(6)는 실시예들에서 직선 금속 경로로서 수행될 수 있다.
도 2에서, 이 문제에 대한 다른 해법은 미리 설정된 최소의 간격(w)을 가지는 바이패스 다이오드 연결 경로(6)가 후면 연결 레이어(3)에서 각각으로부터 셀간 거리(s)에 위치한 두개의 인접한 셀(1,2)의 가까운 엣지에 위치하는 외부 전극(4,5) 주위에 미엔더링 패턴(meandering pattern)을 가지는 인접한 셀(1,2)의 엣지 방향을 따라 형성되는 방법으로 제공된다. 이 실시예들에서, 거리(d)는 0일 수 있다. 즉, 외부 전극은 셀(1,2)의 엣지에서 직접 정렬될 수 있다. 이것은 결과적으로 셀(1,2)에 좀 더 최적의 전류 경로(current path)를 가지고, 셀에서의 적은 양의 금속 사용을 가져올 수 있다. (종종 이것은 은(Ag)이므로 비싸다.)
좀 더 일반적으로, 복수의 셀(1,2)는 서브셋(subset)(4,5)가 인접한 셀 (1,2)를 따라 배열된 양극(positive) 후면 전극과 음극(negative) 후면 전극(11,12)의 대칭적인 패턴(symmetric pattern)을 가지는 셀을 포함할 수 있다. 셀(1,2)의 예는 IBC(Interdigitated Back Contact)셀 또는 EWT(Emitter Wrap Through)일 수 있다.
다른 일실시예에서, 두개의 인접한 셀(1,2)은 외부 전극(4,5)이 상기 엣지 방향을 따라 산재(intersperse) 되도록 서로에 대하여 방향이 설정될 수 있다. 예를 들어, 두개의 인접한 셀(1,2)의 엣지 방향을 따라 길이 l을 가지는 광전지 셀(1,2)의 경우, 다수의 n 전극은 오프셋(offset) 0을 가지는 하나의 엣지 및 오프셋 l/2n 가지는 반대편 엣지에서 같은 거리에 위치할 수 있다. 이것은 n=4인 도 3에 더 명확하게 나타날 수 있다. 사용된 광전지 셀(1,2)의 후면 전극(11,12)은 후면 전극 광전지 셀에서 양극과 음극 모두 각각에 인접한 패턴으로 제공됨으로써 오픈 라운드(open round) 및 솔리드 라운드(solid round)를 사용함을 나타낼 수 있다. 광전지 모듈(PV module)에서, 위에 묘사된 광전지 셀(1,2)은 광전지 모듈 제조를 위한 쉬운 광전지 셀 배치를 허용하는 180도 회전에 대해 변하지 않을 수 있다.
다른 일실시예에서, 양극 후면 전극과 음극 후면 전극(11,12)은 복수의 열(row)로 정렬될 수 있고, 외부 전극(4,5)을 포함하는 복수의 열 중 외부의 하나는 다른 열(11,12)들보다 전극을 적게 가질 수 있다. 이것은 바이패스 다이오드(바이패스 다이오드 컨덕터(6))를 위한 전도성 리드(conductive lead)의 더 부드러운 미엔더링(meandering)을 허용하고, 스크라이빙(scribing)에 의한 것과 같이 분리 레인(isolation lane)(8)들을 제공하는 후면 연결 레이어의 제조에 대한 이점들을 제공할 수 있다.
미엔더링 전도성 트랙(meandering conductive track)(6)의 인식 및 도 3에 보여지는 산재(intersperse) 방식으로 두개의 인접한 셀(1,2)의 엣지 전극(4,5)을 위치시킴으로 인해, 바이패스 다이오드(바이패스 다이오드 컨덕터(6))에 대한 전도성 리드(conductive lead)는 최고 2mm 또는 5mm의 간격을 가지는 종래 발명의 일실시예보다 더 넓은 간격을 가지는 것으로 인식될 수 있다. 이것은 두개의 인접한 셀 사이의 셀간 거리(s) 가 2mm보다 짧은 다른 일실시예와 결합될 수 있다. 이러한 해법은 하나의 광전지 모듈에 세개 이상의 바이패스 다이오드가 포함되는 것을 허용할 수 있다. 더 일반적으로, 본 발명은 복수의 광전지 셀(photovoltaic cell) 및 실시예들 중 하나에 따른 후면 연결 레이어를 포함하는 광전지 모듈(phothvoltaic module)과 연관있다.
일반적으로, 본 발명은 인접한 셀(1,2)의 엣지 전극(4,5) 사이에서 미엔더(meander)하는 구리 포일(Cu-foil)의 작은 스트립(strip)(6)을 포함하는 PCB와 같은 구리 포일(후면 연결 레이어(3))에 부착된 엣지를 따라 전극(4,5)과 후면 연결된 셀(1,2)의 배치와 연관될 수 있다. 다른 일실시예에서, 바이패스 다이오드 연결 경로(6)는 후면 연결 레이어(3)의 정션 박스 연결 부분(junction box connection part)으로 이어질 수 있다. 바이패스 연결 경로(6)는 전극(4,5)들이 바이패스 다이오드에 연결하고 전극(4,5)들이 광전지 모듈에 대한 일반적인 방식으로 바이패스 회로를 형성하는 정션 박스를 향해 늘어날 수 있다. 다른 방법으로 셀(1,2)들에 가까운 첫번째 셀 및 인접한 두번째 셀 아래에 있을 수 있는 각각의 셀(1,2)들의 엣지 전극(4,5)들 사이의 미엔더링(meandering) 경로(6)를 허용하면서, 두개의 인접한 셀(1,2)들의 전극(4,5)들은 산재(intersperse)될 수 있다.
도 4에 보여지는 다른 일실시예에서, 미엔더링 전도성 경로(6)는 셀(1,2)의 엣지 가까이에 위치한 서브셋(subset)(외부 전극(4`,5`))을 가지는 후면에 다수의 전류 콜렉션 포인트(current collection point)(11,12)를 가지는 후면 전극 셀(IBCs, EWTs)과 결합된 메탈 포일(metal foil)(3)에서 바이패스 다이오드 연결 목적을 위해 제공될 수 있다. 또는, 인접한 두개의 셀(1,2)의 외부 전극(4`,5`)은 셀(1,2)의 엣지로부터 떨어진 각각의 셀(1)의 중앙을 향해 들쑥날쑥하게 배치될(indented) 수 있다. 예를 들어, 이것은 도 5에 보여지듯이, 'elbow' 타입 또는 90도 배치 등과 같이 들쑥날쑥하게 배치된(indented) 버스바(busbar) 배치를 사용하여 수행될 수 있다. 여기에서, 전류 콜렉션 라인(current collection line)(15,18)은 콜렉션 버스바(14,17)와 함께 보여질 수 있다. 광전지 셀의 한쪽 면에서, 전극(12)은 제공될 수 있고, 다른 면에서는 다른 컨덕터(16)을 사용하여 전극(4)이 거리(d)를 넘어로 옮겨질 수 있다.
또는, 엣지 전극을 가지는 일반적인 광전지 셀(1,2)의 관점에서, 셀(1,2)의 엣지에 있는 외부 후면 전극(4`,5`)은 엣지에서 떨어진 셀(1,2)의 중앙으로 움직일 수 있다 (참조. 도 4의 외부 전극(4,5)과 도 3의 일실시예 비교). 본 일실시예에서, 좀 더 부드러운 미엔더링(meandering pattern)은 도 3의 일실시예보다 훨씬 큰 간격을 가지는 바이패스 다이오드 컨덕터(6)을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 (셀의 대칭성에 의해 요구되는) 셀(1,2)의 엣지를 따라 위치한 전극(4,5)을 가지는 후면 전극 셀(1,2)을 위한 포일 기술(foil technology)의 어플리케이션을 허용하고, 표준 바이패스 회로가 통합될 수 있는 IBC셀 및 EWT셀을 포함하지만 IBC셀 및 EWT셀로 한정되지 않은 후면 전극 셀을 가지는 메탈 포일 베이스 광전지 모듈(metal foil-based PV module)을 인식하는 것을 허용할 수 있다.
다른 일실시예에서, 후면 연결 레이어는 바이패스 다이오드뿐만 아니라 광전지 모듈의 인캡슐레이팅 레이어(encapsulating layer)에 의한 프로텍션(protection)을 허용하는 컨택팅 포일(contacting foil)(3)의 부분처럼 바이패스 다이오드 연결 경로(6)에 직접 연결된 바이패스 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 보여지는 다수의 실시예들을 참조하여 설명될 수 있다. 수정 및 몇몇 부분 또는 구성요소의 대체 가능한 시행이 가능 하고, 첨부된 청구항에 정의된 보호범위에 포함될 수 있다.
1,2: 광전지 셀
3: 후면 연결 레이어

Claims (13)

  1. 후면 연결 레이어(back side connection layer)에 있어서,
    광전지(photovoltaic) 모듈(module)을 형성하기 위해 복수의 광전지 셀(photovoltaic cell)들(1,2)의 양극(positive) 후면 전극(backside contact)과 음극(negative) 후면 전극(backside contact)(11,12)을 연결하고,
    미리 설정된 최소의 간격(w)을 가지는 바이패스 다이오드(by-pass diode) 연결 경로(connection path)(6)는 각각으로부터 두개의 인접한 광전지 셀(1,2)의 엣지 방향을 따라 상기 후면 연결 레이어(back side connection layer)(3)에서 형성되고,
    상기 두개의 인접한 광전지 셀은 각각으로부터 셀간 거리(s)에 위치하고,
    상기 두개의 인접한 광전지 셀 각각의 외부 전극(outer contact)(4,5)은 각각의 상기 두개의 인접한 광전지 셀 각각의 엣지로부터 거리(d)만큼 떨어져 있고,
    상기 거리(d)는 0보다 크고, 외부 전극들의 열(row) 간의 전체 길이(2d+s)는 상기 미리 설정된 최소 간격(w)과 바이패스 다이오드 연결 경로(6)에 인접한 두개의 스크라이브 레인들의 폭(2i)의 합보다 크거나 같은 후면 연결 레이어.
  2. 후면 연결 레이어(back side connection layer)에 있어서,
    광전지(photovoltaic) 모듈(module) 형성을 위한 복수의 광전지 셀(photovoltaic cell)의 양극(positive) 후면 전극(backside contact)과 음극(negative) 후면 전극(11,12)을 연결하고,
    미리 설정된 최소의 간격(w)을 가지는 바이패스 다이오드(by-pass diode) 연결 경로(connection path)(6)는 각각으로부터 두개의 인접한 광전지 셀(1,2)의 엣지 방향을 따라 외부 전극(4,5) 주위에 미엔더링 패턴(meandering pattern)으로 상기 후면 연결 레이어(back side connection layer)(3)에서 형성되고,
    상기 두개의 인접한 광전지 셀은 각각으로부터 셀간 거리(s)에 위치하고,
    상기 외부 전극(4,5)는 2개의 인접한 셀(1,2)의 엣지 가까이에 위치하는 후면 연결 레이어.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 인접한 광전지 셀은,
    양극 후면 전극과 음극 후면 전극의 대칭 패턴을 가지는 셀들을 포함하고,
    상기 양극 후면 전극과 음극 후면 전극의 서브셋은,
    엣지 방향에 따라 정렬된 후면 연결 레이어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인접한 2개의 광전지 셀들(1,2)은,
    엣지 방향에 따라 외부 전극(4,5)이 산재(intersperse) 되도록 서로에 대하여 방향이 설정된 후면 연결 레이어.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극(positive) 후면 전극과 음극(negative) 후면 전극(11,12)은 복수의 열(row)들에서 정렬되고,
    상기 복수의 행들 중 외부에 있는 어느 하나의 열은, 복수의 행들 중 다른 열에 있는 전극보다 적은 개수의 전극을 가지는 외부 전극을 포함하는 후면 연결 레이어.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 전극(4,5)은 상기 셀(1,2)의 엣지에서 직접 정렬된 후면 연결 레이어.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인접한 셀(1,2)의 상기 외부 전극(4,5)은 각각의 셀(1)의 중심을 향해 들쑥날쑥하게 배치된(indented) 후면 연결 레이어.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 셀(1,2)는 IBC(Interdigitated Back Contact) 셀 또는 EWT(Emitter Wrap Through) 셀을 포함하는 후면 연결 레이어.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이패스 다이오드 연결 경로(6)는 상기 후면 연결 레이어(3)의 정션 박스 연결 부분(junction box connection part)까지 이어지는 후면 연결 레이어.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이패스 다이오드 연결 경로(6)에 직접 연결된 바이패스 다이오드를 더 포함하는 후면 연결 레이어.
  11. 제1항 내지 제10항에 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이패스 다이오드 연결 경로(6)의 간격은 최소 2mm, 예를 들어 5mm인 후면 연결 레이어.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인접한 두개의 광전지 셀들 간의 셀간 거리(s)는,
    2mm보다 짧은 후면 연결 레이어.
  13. 복수의 광전지 셀들 및 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 후면 연결 레이어
    를 포함하는 광전지 모듈.
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