KR20170011140A - 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 상기 도전형 영역에 연결되며, 제1 방향으로 형성되며 서로 평행한 복수의 핑거 라인을 포함하는 전극을 포함한다. 상기 복수의 핑거 라인은, 단선부를 구비하는 복수의 단선 핑거 라인을 포함한다. 상기 복수의 단선 핑거 라인은, 상기 제1 방향에서 제1 위치에 중심이 위치하는 제1 단선부를 구비하는 제1 핑거 라인과, 상기 제1 방향에서 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에 중심이 위치하는 제2 단선부를 구비하는 제2 핑거 라인을 포함한다.

Description

태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널{SOLAR CELL AND SOLAR CELL PANEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 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 패널의 형태로 제조된다. 태양 전지 패널은 다양한 환경에서 장기간 동안 발전을 하여야 하므로 장기간 신뢰성이 크게 요구된다. 이때, 종래에는 복수의 태양 전지를 리본으로 연결하게 된다.
그런데, 1.5mm 정도의 큰 폭을 가지는 리본을 사용하여 태양 전지를 연결하게 되면, 리본의 큰 폭에 의하여 광 손실 등이 발생할 수 있으므로 태양 전지에 배치되는 리본의 개수를 줄여야 한다. 반면, 캐리어의 이동 거리를 줄이기 위하여 리본의 개수를 증가시키면 저항은 낮아지지만 낮은 강도의 광에서 출력이 크게 저하되어 저방사 특성이 저하될 수 있다.
본 발명은 우수한 출력을 가지면서 저방사 특성을 향상할 수 있는 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 상기 도전형 영역에 연결되며, 제1 방향으로 형성되며 서로 평행한 복수의 핑거 라인을 포함하는 전극을 포함한다. 상기 복수의 핑거 라인은, 단선부를 구비하는 복수의 단선 핑거 라인을 포함한다. 상기 복수의 단선 핑거 라인은, 상기 제1 방향에서 제1 위치에 중심이 위치하는 제1 단선부를 구비하는 제1 핑거 라인과, 상기 제1 방향에서 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에 중심이 위치하는 제2 단선부를 구비하는 제2 핑거 라인을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 적어도 인접하여 위치하는 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하며 라운드진 부분을 포함하는 복수의 배선재를 포함한다. 상기 태양 전지 각각은, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 상기 도전형 영역에 연결되며, 제1 방향으로 형성되며 서로 평행한 복수의 핑거 라인을 포함하는 전극을 포함한다. 상기 복수의 핑거 라인은, 단선부를 구비하는 복수의 단선 핑거 라인을 포함한다. 상기 복수의 단선 핑거 라인은, 상기 제1 방향에서 제1 위치에 중심이 위치하는 제1 단선부를 구비하는 제1 핑거 라인과, 상기 제1 방향에서 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에 중심이 위치하는 제2 단선부를 구비하는 제2 핑거 라인을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 저방사 특성을 향상하면서도, 쉐이딩 손실을 최소화하고 캐리어의 이동 거리는 최소화하여 태양 전지 패널의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 태양 전지 또는 이를 포함하는 태양 전지 패널이 우수한 저방사 특성 및 높은 출력을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재의 일 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 태양 전지 패널의 복수의 태양 전지에서 배선재에 의하여 연결되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 A 부분에 대응하는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재를 도시한 부분 후면 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지 및 이에 연결된 배선재를 도시한 부분 후면 평면도이다.
도 7은 도 4의 A 부분에 대응하는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재를 도시한 부분 전면 평면도이다.
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 및 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다. 이하에서 "제1", "제2" 등의 표현은 서로간의 구별을 위하여 사용한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(150)와, 복수의 태양 전지(150)를 전기적으로 연결하는 배선재(142)를 포함한다. 그리고 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(150)와 이를 연결하는 배선재(142)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 전면 기판(110)과, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 후면 기판(120)을 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(150)는, 태양 전지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되어 전류를 수집하여 전달하는 전극을 포함할 수 있다. 그리고 복수 개의 태양 전지(150)는 배선재(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 배선재(142)는 복수 개의 태양 전지(150) 중에서 이웃한 두 개의 태양 전지(150)를 전기적으로 연결한다.
그리고 버스 리본(145)은 배선재(142)에 의하여 연결되어 하나의 열(列)을 형성하는 태양 전지(150)(즉, 태양 전지 스트링)의 배선재(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 태양 전지 스트링의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은, 서로 인접하는 태양 전지 스트링들을 연결하거나, 태양 전지 스트링 또는 태양 전지 스트링들을 전류의 역류를 방지하는 정션 박스(미도시)에 연결할 수 있다. 버스 리본(145)의 물질, 형상, 연결 구조 등은 다양하게 변형될 수 있고, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
밀봉재(130)는, 배선재(142)에 의하여 연결된 태양 전지(150)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 패널(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)를 이용한 라미네이션 공정 등에 의하여 후면 기판(120), 제2 밀봉재(132), 태양 전지(150), 제1 밀봉재(131), 전면 기판(110)이 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다.
전면 기판(110)은 제1 밀봉재(131) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 전면을 구성하고, 후면 기판(120)은 제2 밀봉재(132) 상에 위치하여 태양 전지(150)의 후면을 구성한다. 전면 기판(110) 및 후면 기판(120)은 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(150)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다. 그리고 전면 기판(110)은 광이 투과할 수 있는 투광성 물질로 구성되고, 후면 기판(120)은 투광성 물질, 비투광성 물질, 또는 반사 물질 등으로 구성될 수 있다. 일 예로, 전면 기판(110)이 유리 기판 등으로 구성될 수 있고, 후면 기판(120)이 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입을 가지거나, 또는 베이스 필름(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET))의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지층을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132), 전면 기판(110), 또는 후면 기판(120)이 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전면 기판(110) 또는 후면 기판(120)이 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가질 수 있다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재의 일 예를 좀더 상세하게 설명한다.
도 3은 도 1의 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재의 일 예를 도시한 부분 단면도이다.
도 3을 참조하면, 태양 전지(150)는, 반도체 기판(160)과, 반도체 기판(160)에 또는 반도체 기판(160) 위에 형성되는 도전형 영역(20, 30)과, 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 도전형 영역(20, 30)은 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있다. 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42) 및 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 그 외 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등을 더 포함할 수 있다.
반도체 기판(160)은 단일 반도체 물질(일 예로, 4족 원소)를 포함하는 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. 그러면, 태양 전지(150)가 결정성이 높아 결함이 적은 단결정 반도체로 구성되는 반도체 기판(160)을 기반으로 하게 된다. 이에 따라 태양 전지(150)가 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
반도체 기판(160)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 요철을 가질 수 있다. 요철은, 일 예로, 외면이 반도체 기판(160)의 (111)면으로 구성되며 불규칙한 크기를 가지는 피라미드 형상을 가질 수 있다. 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(160)의 전면 등에 요철이 형성되어 전면의 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(160)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(10)과 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)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 요철이 형성되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반도체 기판(160)의 전면 및 후면 중 적어도 어느 하나에 요철이 형성될 수도 있고 전면 및 후면에 요철이 형성되지 않을 수도 있다.
본 실시예에서 반도체 기판(160)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 낮은 도핑 농도로 도핑되어 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(10)을 포함한다. 이때, 반도체 기판(160)의 베이스 영역(10)은 이와 동일한 도전형을 가지는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 하나보다 낮은 도핑 농도, 높은 저항 또는 낮은 캐리어 농도를 가질 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서 베이스 영역(10)은 제2 도전형을 가질 수 있다.
그리고 반도체 기판(160)은 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 반도체 기판(160)을 구성하는 베이스 영역(10)과 도전형 영역(20, 30)은 반도체 기판(160)의 결정 구조를 가지면서 도전형, 도핑 농도 등이 서로 다른 영역이다. 예를 들어, 반도체 기판(160)에서 제1 도전형 도펀트를 포함하여 제1 도전형을 가지는 영역이 제1 도전형 영역(20)으로 정의되고, 제2 도전형 도펀트를 낮은 도핑 농도로 포함하여 제2 도전형을 가지는 영역이 베이스 영역(10)으로 정의되며, 제2 도전형 도펀트를 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도로 포함하여 제2 도전형을 가지는 영역이 제2 도전형 영역(30)으로 정의될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에서 각기 전체적으로 형성될 수 있다. 여기서 전체적으로 형성되었다 함은 빈틈 없이 모두 형성된 것뿐 아니라 불가피하게 일부 영역이 형성되지 않는 것도 포함한다. 이에 의하여 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)을 충분한 면적으로 별도의 패터닝 없이 형성할 수 있다.
제1 도전형 영역(20)은 베이스 영역(10)과 pn 접합을 형성하는 에미터 영역을 구성할 수 있다. 제2 도전형 영역(30)은 후면 전계(back surface field)를 형성하는 후면 전계 영역을 구성할 수 있다. 후면 전계 영역은 반도체 기판(160)의 표면(좀더 정확하게는, 반도체 기판(160)의 후면)에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 실시예에서는 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160)의 내부로 도펀트를 도핑하여 형성되어 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역인 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(160) 위에 별도의 층으로 구성되는 비정질, 미세 결정 또는 다결정 반도체층 등으로 구성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
그리고 본 실시예에서 제1 도전형 영역(20) 및 제2 도전형 영역(30)이 각기 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(20) 및 제2 도전형 영역(30) 중 적어도 하나가 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 도전형 영역(20, 30) 중에서 전극(42, 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, 제2 도전형 영역(30)이 국부적 구조(local structure)를 가질 수 있다. 국부적 구조에서는 제2 도전형 영역(30)이 제2 전극(44)이 형성된 부분에 대응하여 국부적으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 영역(20)에 포함되는 제1 도전형 도펀트가 n형 또는 p형의 도펀트일 수 있고, 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)에 포함되는 제2 도전형 도펀트가 p형 또는 n형의 도펀트일 수 있다. p형의 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있고, n형의 도펀트로는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 베이스 영역(10)의 제2 도전형 도펀트와 제2 도전형 영역(30)의 제2 도전형 도펀트는 서로 동일한 물질일 수도 있고 서로 다른 물질일 수도 있다.
일 예로, 제1 도전형 영역(20)이 p형을, 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가질 수 있다. 제1 도전형 영역(20)과 베이스 영역(10)에 의하여 형성된 pn 접합에 광이 조사되면, 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(160)의 후면 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(160)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(160)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)이 p형을 가지고 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)의 표면 위에는 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등의 절연막이 형성될 수 있다. 이러한 절연막은 별도로 도펀트를 포함하지 않는 언도프트 절연막으로 구성될 수 있다.
좀더 구체적으로는, 반도체 기판(160)의 전면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위에 재1 패시베이션막(22)이 형성(일 예로, 접촉)되고, 제1 패시베이션막(22) 위에 반사 방지막(24)이 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다. 그리고 반도체 기판(160)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위에 제2 패시베이션막(32)이 형성(일 예로, 접촉)될 수 있다.
제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 제1 전극(42)에 대응하는 부분(좀더 정확하게는, 제1 개구부(102)가 형성된 부분)을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 전면 전체에 형성될 수 있다. 이와 유사하게 제2 패시베이션막(32)은 제2 전극(44)에 대응하는 부분(좀더 정확하게는, 제2 개구부(104)가 형성된 부분)을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
제1 및 제2 패시베이션막(22, 32)은 제2 도전형 영역(20, 30)에 접촉하여 형성되어 도전형 영역(20, 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. 반사 방지막(24)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(10)과 제1 도전형 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(32, 22) 및 반사 방지막(24)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
일례로, 패시베이션막(22, 32) 또는 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, 제1 또는 제2 패시베이션막(22, 32)은, 도전형 영역(20, 30)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(22, 32), 그리고 반사 방지막(24)이 다양한 물질을 포함할 수 있다. 그리고 반도체 기판(160)의 전면 및/또는 후면 위에 적층되는 절연막의 적층 구조 또한 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상술한 적층 순서와 다른 적층 순서로 절연막이 적층될 수 있다. 또는, 상술한 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32) 및 반사 방지막(24) 중 적어도 하나를 구비하지 않거나, 상술한 제1 및 제2 패시베이션막(22, 32) 및 반사 방지막(24) 이외의 다른 절연막을 구비할 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(42)은 반도체 기판(160)의 전면에 위치한 절연막(예를 들어, 제1 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24))에 형성된 제1 개구부(102)를 통하여 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(44)은 반도체 기판(160)의 후면에 위치한 절연막(예를 들어, 제2 패시베이션막(32))에 형성된 제2 개구부(104)를 통하여 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 일 예로, 제1 전극(42)은 제1 도전형 영역(20)에 접촉하고, 제2 전극(44)은 제2 도전형 영역(30)에 접촉할 수 있다.
제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 물질(일 예로, 금속 물질)로 구성되며 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상에 대해서는 추후에 다시 설명한다.
이와 같이 본 실시예에서는 태양 전지(150)의 제1 및 제2 전극(42, 44)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.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 전극(44)이 반도체 기판(160)의 후면 쪽에서 전체적으로 형성되는 구조를 가지는 것도 가능하다. 또한, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30), 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)이 반도체 기판(160)의 일면(일 예로, 후면) 쪽에 함께 위치하는 것도 가능하며, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(160)의 양면에 걸쳐서 형성되는 것도 가능하다. 즉, 상술한 태양 전지(150)는 일 예로 제시한 것에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 태양 전지(150)는 제1 전극(42) 또는 제2 전극(44) 위에 위치(일 예로, 접촉)하는 배선재(142)에 의하여 이웃한 태양 전지(150)와 전기적으로 연결되는데, 이에 대해서는 도 1 내지 도 3과 함께 도 4를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1의 태양 전지 패널(100)의 복수의 태양 전지(150)에서 배선재(142)에 의하여 연결되는 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 4에서 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)는 반도체 기판(160)과 전극(42, 44)을 위주로 개략적으로만 도시하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 복수 개의 태양 전지(150) 중에서 서로 이웃한 두 개의 태양 전지(150)(일 예로, 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152))가 배선재(142)에 의하여 연결될 수 있다. 이때, 배선재(142)는, 제1 태양 전지(151)의 전면에 위치한 제1 전극(42)과 제1 태양 전지(151)의 일측(도면의 좌측 하부)에 위치하는 제2 태양 전지(152)의 후면에 위치한 제2 전극(44)을 연결한다. 그리고 다른 배선재(1420a)가 제1 태양 전지(151)의 후면에 위치한 제2 전극(44)과 제1 태양 전지(151)의 다른 일측(도면의 우측 상부)에 위치할 다른 태양 전지의 전면에 위치한 제1 전극(42)을 연결한다. 그리고 또 다른 배선재(1420b)가 제2 태양 전지(152)의 전면에 위치한 제1 전극(42)과 제2 태양 전지(152)의 일측(도면의 좌측 하부)에 위치할 또 다른 태양 전지의 후면에 위치한 제2 전극(44)을 연결한다. 이에 의하여 복수 개의 태양 전지(150)가 배선재(142, 1420a, 1420b)에 의하여 서로 하나의 열을 이루도록 연결될 수 있다. 이하에서 배선재(142)에 대한 설명은 서로 이웃한 두 개의 태양 전지(150)를 연결하는 모든 배선재(142, 1420a, 1420b)에 각기 적용될 수 있다.
본 실시예에서 배선재(142)는, 제1 태양 전지(151)의 전면에서 제1 전극(42)(좀더 구체적으로는, 제1 전극(42)의 버스바 라인(도 7의 참조부호 42b, 이하 동일))에 연결되면서 제1 가장자리(161)로부터 이에 반대되는 제2 가장자리(162)을 향해 길게 이어지는 제1 부분과, 제2 태양 전지(152)의 후면에서 제2 전극(44)(좀더 구체적으로는, 제2 전극(44)의 버스바 라인(도 6의 참조부호 44b, 이하 동일))에 연결된 상태로 제1 가장자리(161)로부터 이에 반대되는 제2 가장자리(162)를 향해 길게 이어지는 제2 부분과, 제1 태양 전지(151)의 제2 가장자리(162)의 전면으로부터 제2 태양 전지(152)의 후면까지 연장되어 제1 부분과 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함할 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)가 제1 태양 전지(151)의 일부 영역에서 제1 태양 전지(151)를 가로지른 후에 제2 태양 전지(152)의 일부 영역에서 제2 태양 전지(152)를 가로질러 위치할 수 있다. 이와 같이 배선재(142)가 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)보다 작은 폭을 가지면서 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 일부(일 예로, 버스바 전극(42b))에 대응하는 부분에서만 형성되어 작은 면적에 의해서도 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 효과적으로 연결할 수 있다.
일 예로, 배선재(142)는 제1 및 제2 전극(42, 44)에서 버스바 라인(42b) 위에서 버스바 라인(42b)에 접촉하면서 버스바 라인(42b)을 따라 길게 이어지도록 배치될 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)와 제1 및 제2 전극(42, 44)이 연속적으로 접촉되도록 하여 전기적 연결 특성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 버스바 라인(42b, 44b)을 구비하지 않는 것도 가능하며 이 경우에는 배선재(142)가 핑거 라인(도 5의 참조부호 44a, 도 7의 참조부호 42a, 이하 동일)과 교차하는 방향으로 복수 개의 핑거 라인(42a, 44a)을 가로질러 복수 개의 핑거 전극(42a, 44a)에 접촉 및 연결되도록 배치될 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
각 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 볼 때 배선재(142)는 복수 개 구비되어 이웃한 태양 전지(150)의 전기적 연결 특성을 향상할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 배선재(142)가 기존에 사용되던 상대적으로 넓은 폭(예를 들어, 1mm 내지 2mm)을 가지는 리본보다 작은 폭을 가지는 와이어로 구성되어, 각 태양 전지(150)의 일면 기준으로 기존의 리본의 개수(예를 들어, 2개 내지 5개)보다 많은 개수의 배선재(142)를 사용한다.
일 예로, 배선재(142)는 금속으로 이루어진 코어층(142a)과, 코어층(142a)의 표면에 얇은 두께로 코팅되며 솔더 물질을 포함하여 전극(42, 44)과 솔더링이 가능하도록 하는 솔더층(142b)을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어층(142a)은 Ni, Cu, Ag, Al을 주요 물질(일 예로, 50wt% 이상 포함되는 물질, 좀더 구체적으로 90wt% 이상 포함되는 물질)로 포함할 수 있다. 솔더층(142b)은 Pb, Sn, SnIn, SnBi, SnPb, SnPbAg, SnCuAg, SnCU 등의 물질을 주요 물질로 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 코어층(142a) 및 솔더층(142b)이 다양한 물질을 포함할 수 있다.
이와 같이 기존의 리본보다 작은 폭을 가지는 와이어를 배선재(142)로 사용하면 재료 비용을 크게 절감할 수 있다. 그리고 배선재(142)가 리본보다 작은 폭을 가지므로 배선재(142)를 충분한 개수로 구비하여 캐리어의 이동 거리를 최소화함으로써 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배선재(142)를 구성하는 와이어는 라운드진 부분을 포함할 수 있다. 즉, 배선재(142)를 구성하는 와이어가 원형, 타원형, 또는 곡선으로 이루어진 단면 또는 라운드진 단면을 가질 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)가 반사 또는 난반사를 유도할 수 있다. 이에 의하여 배선재(142)를 구성하는 와이어의 라운드진 면에서 반사된 광이 태양 전지(150)의 전면 또는 후면에 위치한 전면 기판(110) 또는 후면 기판(120) 등에 반사 또는 전반사되어 태양 전지(150)로 재입사되도록 할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 출력을 효과적으로 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 배선재(142)를 구성하는 와이어가 사각형 등의 다각형의 형상을 가질 수 있으며 그 외의 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서 배선재(142)는 폭(또는 직경)이 250um 내지 500um일 수 있다. 참고로, 본 실시예에서 솔더층(142b)의 두께는 매우 작은 편이며 배선재(142)의 위치에 따라 다양한 두께를 가질 수 있으므로 배선재(142)의 폭은 코어층(142a)의 폭으로 볼 수 있다. 또는, 배선재(142)의 폭은 라인부(도 5 및 도 7의 참조부호 421, 441) 위에 위치한 부분의 폭으로 볼 수도 있다. 이러한 폭을 가지는 와이어 형태의 배선재(142)에 의해서 태양 전지(150)에서 생성한 전류를 외부 회로(예를 들어, 버스 리본 또는 정션 박스의 바이패스 다이오드) 또는 또 다른 태양 전지(150)로 효율적으로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 배선재(142)가 별도의 층, 필름 등에 삽입되지 않은 상태로 태양 전지(150)의 전극(42, 44) 위에 각기 개별적으로 위치하여 고정될 수 있다. 배선재(142)의 폭이 250um 미만이면, 배선재(142)의 강도가 충분하지 않을 수 있고, 전극(42, 44)의 연결 면적이 매우 적어 전기적 연결 특성이 좋지 않고 부착력이 낮을 수 있다. 배선재(142)의 폭이 500um를 초과하면, 배선재(142)의 비용이 증가하고 배선재(142)가 태양 전지(150)의 전면으로 입사되는 광의 입사를 방해하여 광 손실(shading loss)이 증가할 수 있다. 또한, 배선재(142)에서 전극(42, 44)과 이격되는 방향으로 가해지는 힘이 커져 배선재(142)와 전극(42, 44) 사이의 부착력이 낮을 수 있고 전극(42, 44) 또는 반도체 기판(160)에 균열 등의 문제를 발생시킬 수 있다. 일 예로, 배선재(142)의 폭은 350um 내지 450um(특히, 350um 내지 400um)일 수 있다. 이러한 범위에서 전극(42, 44)과의 부착력을 높이면서 출력을 향상할 수 있다.
이때, 배선재(142)의 개수가 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 6개 내지 33개일 수 있다. 좀더 구체적으로, 배선재(142)의 폭이 250um 이상, 300um 미만일 때, 배선재(142)의 개수가 15개 내지 33개일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 300um 이상, 350um 미만일 때, 배선재(142)의 개수가 10개 내지 33개일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 350um 이상, 400um 미만일 때, 배선재(142)의 개수가 8개 내지 33개일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 400um 내지 500um일 때, 배선재(142)의 개수가 6개 내지 33개일 수 있다. 그리고 배선재(142)의 폭이 350um 이상이면, 배선재(142)의 개수가 15개를 초과하여도 태양 전지 패널(100)의 출력이 더 이상 증가하기 어렵다. 그리고 배선재(142)의 개수가 많아지면 태양 전지(150)에 부담을 줄 수 있다. 이를 고려하여, 배선재(142)의 폭이 350um 이상, 400um 미만일 때, 배선재(142)의 개수가 8개 내지 15개일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 400um 내지 500um일 때, 배선재(142)의 개수가 6개 내지 15개일 수 있다. 이때, 태양 전지 패널(100)의 출력을 좀더 향상하기 위하여 배선재(142)의 개수를 10개 이상(일 예로, 12개 내지 13개)으로 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배선재(142)의 개수 및 이에 따른 버스바 라인(42b, 44b)의 개수가 다른 값을 가질 수 있다.
이때, 배선재(142)의 피치(또는 버스바 라인(42b, 44b)의 피치)가 4.75mm 내지 26.13mm일 수 있다. 이는 배선재(142)의 폭 및 개수를 고려한 것이다. 예를 들어, 배선재(142)의 폭이 250um 이상, 300um 미만일 때, 배선재(142)의 피치가 4.75mm 내지 10.45mm일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 300um 이상, 350um 미만일 때, 배선재(142)의 피치가 4.75mm 내지 15.68mm일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 350um 이상, 400um 미만일 때, 배선재(142)의 피치가 4.75mm 내지 19.59mm일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 400um 내지 500um일 때, 배선재(142)의 피치가 4.75mm 내지 26.13mm일 수 있다. 좀더 구체적으로, 배선재(142)의 폭이 350um 이상, 400um 미만일 때, 배선재(142)의 피치가 10.45mm 내지 19.59mm일 수 있다. 배선재(142)의 폭이 400um 내지 500um일 때, 배선재(142)의 개수가 10.45mm 내지 26.13mm일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배선재(142)의 피치 및 이에 따른 버스바 라인(42b, 44b)의 피치가 다른 값을 가질 수 있다.
본 실시예에서는 제1 전극(42)(또는 제2 전극(44)), 배선재(142), 전극 영역(도 5의 참조부호 EA) 등이 제1 방향(핑거 라인(42a, 44a)과 평행한 방향) 및 제2 방향(버스바 라인(42b) 또는 배선재(142)와 평행한 방향)에서 서로 대칭되도록 위치할 수 있다. 이에 의하여 전류 흐름을 안정적으로 구현할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 상술한 바와 같이 배선재(142)를 구비하는 태양 전지(150)에서는 배선재(142) 사이의 피치 또는 버스바 라인(42b) 사이의 피치를 줄이는 것에 의하여 캐리어의 이동 거리를 줄일 수 있으므로 저항을 줄일 수 있다. 이에 의하여 출력을 저하시킬 수 있다. 다만, 저항이 작아지면 저방사(저조도) 조건(예를 들어, 0.2 sun)에서 출력이 일반적인 조건(예를 들어, 1 sun)에서의 출력에 비하여 크게 저하될 수 있다. 즉, 저방사 특성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여 본 실시예에서는 전극(42, 44)의 형상을 개선하여 저방사 특성을 향상하면서도 우수한 출력을 나타낼 수 있도록 한다. 도 5 내지 도 7를 참조하여 이를 상세하게 설명한다. 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 제2 전극(44)을 상세하게 설명한 후에 도 7을 참조하여 제1 전극(42)의 일 예를 설명한다.
도 5는 도 4의 A 부분에 해당하는 태양 전지(150) 및 이에 연결된 배선재(142)를 도시한 부분 후면 평면도이다. 그리고 도 6은 본 발명의 다양한 변형예에 따른 태양 전지(150) 및 이에 연결된 배선재(142)를 도시한 부분 후면 평면도이다. 참조로, 명확한 도시를 위하여 도 5 내지 도 7에서는 태양 전지(150)의 전극(42, 44) 위에 위치하는 배선재(142)를 일점 괘선으로 도시하였다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 제2 전극(44)은 제1 방향으로 연장되며 서로 평행하게 위치하는 복수의 핑거 라인(44a)을 포함한다. 그리고 핑거 라인(44a)과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 배선재(142)가 연결 또는 부착되는 버스바 라인(44b)을 더 포함할 수 있다. 버스바 라인(44b)은 배선재(142)에 대응하여 배치될 수 있으므로 버스바 라인(44b)의 개수, 피치 등은 배선재(142)의 개수, 피치 등에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 이하에서는 복수의 버스바 라인(44b) 중에 인접한 두 개의 버스바 라인(44b) 사이를 각기 전극 영역(EA)이라 칭한다. 본 실시예에서 배선재(142)가 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 복수 개(일 예로, 6개 이상) 구비되므로 전극 영역(EA)이 복수 개(즉, 배선재(142)의 개수보다 하나 적은 개수)로 구비될 수 있다.
복수의 핑거 라인(44a)은 균일한 폭 및 피치를 가지면서 서로 이격될 수 있다. 도면에서는 핑거 라인(44a)이 제1 방향으로 서로 나란히 형성되어 태양 전지(150)의 메인 가장자리(특히, 제1 및 제2 가장자리(161, 162))와 평행한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 복수의 핑거 라인(44a)은, 전극 영역(EA) 내에서 일부 영역에서 제1 전극(42)이 형성되지 않은 단선부(C1, C2)를 구비한다. 즉, 복수의 핑거 라인(44a)은 끊어진 형상의 복수의 단선 핑거 라인(441a, 442a)을 포함한다. 이와 같이 단선 핑거 라인(441a, 442a)을 포함하면, 단선부(C1, C2)에 의하여 저항(직렬 저항)이 증가하므로 저방사 특성을 향상할 수 있다. 그리고 단선부(C1, C2)를 통하여 광이 입사할 수 있으므로 쉐이딩 손실(shading loss)를 줄이는 것에 의하여, 저방사 특성을 향상하면서도 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 단선부(C1, C2)가 형성된 부분에서 핑거 라인(44a)이 존재하지 않으므로 핑거 라인(44a)의 제조 비용을 낮출 수 있다.
그리고 복수의 핑거 라인(44a)이 인접한 두 개의 버스바 사이(42b)에 해당하는 전극 영역(EA)에서 끊임 없이 연속적으로 연장되는 비단선 핑거 라인(440a)을 포함할 수 있다. 이와 같이 비단선 핑거 라인(440a)을 함께 포함하면, 단선부(C1, C2)를 구비하는 경우에도 캐리어가 핑거 라인(44a)까지 도달하는 거리를 줄일 수 있어 저방사 특성을 향상할 경우 발생할 수 있는 출력 저하를 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 비단선 핑거 라인(440a)을 구비하지 않는 것도 가능하다. 이와 같이 비단선 핑거 라인(440a)을 구비하지 않으면 단선부(C1, C2)에 의하여 쉐이딩 손실 저감 및 제조 비용 절감 효과를 최대화할 수 있다.
일 예로, 복수의 핑거 라인(44a)의 총 개수 : 단선 핑거 라인(441a, 442a)의 총 개수의 비율이 1:0.3 내지 1:1일 수 있다. 상기 비율이 1:0.3 미만이면, 단선 핑거 라인(441a, 442a)의 개수가 충분하지 않아 단선 핑거 라인(441a, 442a)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 일 예로, 단선 핑거 라인(441a, 442a)의 총 개수가 비단선 핑거 라인(441a, 442a)의 개수와 같거나 이보다 많을 수 있다. 즉, 복수의 핑거 라인(44a)의 총 개수 : 단선 핑거 라인(441a, 442a)의 총 개수의 비율이 1:0.5 내지 1:1일 수 있다. 그러면, 단선부(C1, C2)에 의한 쉐이딩 손실 감소 및 제조 비용 절감 효과를 증가시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이러한 비율에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 복수의 단선 핑거 라인(441a, 442a)은, 제1 방향(핑거 라인(44a)의 연장 방향, 도면의 가로 방향)에서 제1 위치(P1)에 중심이 위치하는 제1 단선부(C1)를 구비하는 제1 핑거 라인(441a)과, 제1 방향에서 제1 위치(P1)와 다른 제2 위치(P2)에 중심이 위치하는 제2 단선부(C2)를 구비하는 제2 핑거 라인(442a)을 포함한다. 즉, 제1 단선부(C1)의 중심과 제2 단선부(C2)의 중심이 제1 방향에서 서로 어긋난 위치에 위치하게 된다. 그러면, 제1 단선부(C1) 부근의 캐리어가 제2 단선부(C2)가 위치하지 않은 제2 핑거 라인(442a)의 부분 또는 비단선 핑거 라인(440a)으로 이동할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 단선부(C2) 부근의 캐리어가 제1 단선부(C1)가 위치하지 않은 제1 핑거 라인(441a)의 부분 또는 비단선 핑거 라인(440a)으로 이동할 수 있다. 그러면, 단선부(C1, C2)를 구비하는 경우에도 캐리어의 이동 거리를 줄일 수 있어 태양 전지 패널(100)의 출력이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서는 제1 및 제2 위치(P1, P2)와 다른 위치에 중심을 가지는 별도의 단선부를 구비하는 별도의 핑거 라인을 더 구비하지 않을 수 있다. 즉, 단선 핑거 라인(441a, 442a)가 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)만을 포함할 수 있다. 이에 의하여 제2 전극(44)의 구조를 단순화할 수 있다. 본 실시예와 달리 별도의 단선부를 더 포함하면, 서로 다른 위치에 단선부(C1, C2)가 서로 중첩하여 위치하여 캐리어가 핑거 라인(44a)가 아닌 다른 경로로 이동하여 출력이 저하될 수 있다. 반면, 본 실시예에서는 간단한 구조로 캐리어의 이동 거리를 효과적으로 줄여 출력 저하를 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 제1 및 제2 위치(P1, P2)와 다른 위치에 중심이 위치하는 별도의 단선부를 구비하는 별도의 핑거 라인을 더 구비할 수도 있다.
이때, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)는 하나의 전극 영역(EA) 내에(즉, 인접한 두 개의 버스바 라인(42b) 사이) 함께 위치할 수 있고, 복수의 전극 영역(EA)에 반복적으로 각각 위치할 수 있다. 그러면, 제1 단선부(C1) 및 제2 단선부(C2)가 충분한 개수로 형성할 수 있어 쉐이딩 손실 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
제1 핑거 라인(441a), 제2 핑거 라인(442a) 및 비단선 핑거 라인(440a)은 다양한 배치를 가질 수 있다.
단선 핑거 라인(441a, 442a)만을 살펴보면, 복수의 제1 핑거 라인(441a)과 복수의 제2 핑거 라인(442a)이 구비되고, 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)이 서로 하나씩 교대로 위치할 수 있다. 즉, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 지그재그 배치를 가지면서 위치할 수 있다. 그리고 하나의 전극 영역(EA) 내에서 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)이 서로 동일한 개수를 가지거나, 제1 핑거 라인(441a)의 개수와 제2 핑거 라인(442a)의 개수 차이가 하나일 수 있다. 이와 같이 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)이 하나씩 교대로 위치하면, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 인접한 영역에서 중복하여 위치할 경우에 발생할 수 있는 저항 증가를 방지할 수 있다.
일 예로, 도 5에서, 비단선 핑거 라인(440a)은 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a) 사이 각각에 하나씩 위치할 수 있다. 즉, 제1 핑거 라인(441a), 비단선 핑거 라인(440a), 제2 핑거 라인(442a) 및 비단선 핑거 라인(440a)을 하나의 군(group)으로 하여, 복수의 군이 반복하여 위치할 수 있다. 이와 같이 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a) 사이에 각각 비단선 핑거 라인(440a)이 위치하면, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2) 사이에 비단선 핑거 라인(440a)이 위치하여 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 인접하거나 중첩되는 경우에 캐리어의 이동 거리가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 변형예로, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시한 바와 같이, 제1 핑거 라인(441a) 하나와 제2 핑거 라인(442a)을 하나의 한 쌍으로 하여, 한 쌍 사이에 비단선 핑거 라인(440a)이 적어도 하나 위치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 하나의 제1 핑거 라인(441a)과 하나의 제2 핑거 라인(442a)을 기준으로 양측에 비단선 핑거 라인(440a)이 하나씩 위치할 수 있다. 그러면, 서로 인접한 제1 핑거 라인(441a), 제2 핑거 라인(442a) 및 비단선 핑거 라인(440a)을 하나의 군으로 하여 복수의 군이 반복하여 위치할 수 있다. 이와 같이 배치되면, 비단선 핑거 라인(440a)의 개수를 줄일 수 있어 재료 비용을 좀더 절감하고 저항을 원하는 만큼 상승시킬 수 있다. 이때, 한 쌍의 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)들 사이에 복수의 비단선 핑거 라인(440a)이 위치할 수 있다. 그러면, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 서로 인접한 제1 핑거 라인(441a), 제2 핑거 라인(442a) 및 복수의 비단선 핑거 라인(440a)을 하나의 군으로 하여 복수의 군이 반복하여 위치할 수 있다. 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)의 한 쌍 사이에 복수의 비단선 핑거 라인(440a)이 구비되면, 캐리어의 이동 거리를 줄일 수 있다. 또는, 한 쌍의 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a) 사이에 위치하는 비단선 핑거 라인(440a)의 개수가 하나 또는 복수에서 자유롭게 선택되어 배치될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서 제1 단선부(C1)의 중심인 제1 위치(P1)와 제2 단선부(C2)의 중심인 제2 위치(P2)는 각 전극 영역(EA) 내에서 제1 방향에서 서로 대칭되도록 위치할 수 있다. 즉, 제1 위치(P1)가 전극 영역(EA)의 일측에 위치한 제1 버스바 라인(441b)으로부터 이격된 제1 거리(L1)와 제2 위치(P2)가 전극 영역(EA)의 타측에 위치한 제2 버스바 라인(442b)으로부터 이격된 제2 거리(L2)가 서로 동일 또는 유사할 수 있다. 즉, 제1 거리(L1)와 제2 거리(L2)가 20% 이내의 편차를 가질 수 있다. 이와 같이 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)를 대칭으로 위치시키면 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)를 효과적으로 분산시켜 캐리어의 이동 거리를 최소화할 수 있다.
제1 위치(P1) 또는 제2 위치(P2)는 버스바 라인(44b)으로 일정 간격만큼 이격하여 위치할 수 있다. 이때, 제1 위치(P1) 또는 제2 위치(P2)는 제1 방향에서의 전극 영역(EA)에서 중심이 아닌 위치, 즉, 중심으로부터 벗어나도록 이격되어 버스바 라인(44b) 쪽으로 치우쳐서 위치할 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 위치(P1)는 제1 방향에서의 전극 영역(EA)의 중심보다 제1 버스바 라인(441b) 쪽으로 치우쳐서 위치하고, 제2 위치(P2)는 제1 방향에서의 전극 영역(EA)의 중심보다 제2 버스바 라인(442b) 쪽으로 치우쳐서 위치할 수 있다. 즉, 제1 방향에서의 전극 영역(EA)의 중심을 기준으로 일측에 제1 위치(P1)가 위치하고 타측에 제2 위치(P2)가 위치할 수 있다. 이에 의하여 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)를 효과적으로 어긋나게 하면서 제1 및 제2 단선부(C1, C2)가 한쪽으로 치우쳐서 위치할 경우에 발생할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
일 예로, 제1 방향에서 각 전극 영역(EA)의 길이(좀더 구체적으로는 제1 버스바 라인(441b)와 제2 버스바 라인(442b) 사이의 피치)(L) : 제1 버스바 라인(421b)과 제1 위치(P1) 사이의 제1 거리(L1)(또는 제2 버스바 라인(424b)과 제2 위치(P2) 사이의 거리(L2))의 비율이 1:0.20 내지 1:0.45(일 예로, 1:0.20 내지 1:0.35)일 수 있다. 이러한 범위 내에서 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)가 충분하게 어긋하게 위치할 수 있어 캐리어의 이동 거리를 최소화할 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 각 전극 영역(EA)의 길이(L) : 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)의 비율(L:CL1 또는 L:CL2)가 1:0.08 내지 1:0.45일 수 있다. 이때, 전극 영역(EA)의 길이(L), 제1 단선부(C1)의 길이(CL1), 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)는 제1 방향에서 측정될 수 있다. 상기 비율(L:CL1 또는 L:CL2)이 1:0.08 미만이면, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 충분하지 않아 단선부(C1, C2)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율(L:CL1 또는 L:CL2)이 1:0.45를 초과하면, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 커져서 제1 및 제2 단선부(C1, C2)를 서로 엇갈리게 배치하여도 캐리어가 핑거 라인(44a)이 아닌 부분으로 흐를 수 있다.
또는, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 복수의 핑거 라인(44a)의 피치의 0.3배 내지 3배일 수 있다. 상기 비율이 0.3배 미만이면, 제1 단선부(C1)의 길이(L1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(L2)가 충분하지 않아 단선부(C1, C2)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율이 3배를 초과하면, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 커서 제2 전극(44)의 저항이 지나치게 높아질 수 있다.
또는, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 1mm 내지 5mm일 수 있다. 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 1mm 미만이면, 제1 단선부(C1)의 길이(L1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(L2)가 충분하지 않아 단선부(C1, C2)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 5mm를 초과하면, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 커서 제2 전극(44)의 저항이 지나치게 높아질 수 있다.
또는, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 배선재(142)의 폭보다 클 수 있다. 이는 본 실시예에서는 배선재(142)의 폭이 작고, 저방사 특성의 향상을 위하여 제1 단선부(C1)의 길이 (CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 일정한 값 이상을 가져야 하기 때문이다. 일 예로, 배선재(142)의 폭 : 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)의 비율이 1:2 내지 1:20일 수 있다. 상기 비율이 1:2 미만이면, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 충분하지 않아 제1 또는 제2 단선부(C1, C2)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율이 1:20을 초과하면, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 지나치게 커져서 제2 전극(44)의 저항이 크게 높아질 수 있다. 여기서, 배선재(142)의 폭 : 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)의 비율이 1:4 내지 1:10일 수 있다. 이러한 범위에서 제1 또는 제2 단선부(C1, C2)에 의한 효과를 최대화하면서 제2 전극(44)의 저항이 크게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 또는 제2 단선부(C1, C2)의 길이(CL1, CL2)는 이와 다른 값을 가질 수도 있다.
일 예로, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1)와 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 단선부(C1)의 길이(CL1)와 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)가 20% 이내의 편차를 가질 수 있다. 이와 같이 제1 단선부(C1)의 길이(CL1)와 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)를 동일 또는 유사하게 하면, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 균일하게 분산될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 단선부(C1, C2)의 길이(CL1, CL2)는 다양하게 변할 수 있다.
본 실시예에서와 같이 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 유사한 형상 또는 길이(CL1, CL2)를 가지면서 대칭적으로 위치하면, 저항을 효과적으로 분산하여 저항 분포를 균일하게 할 수 있다. 그리고 태양 전지(150)의 효율 등의 분석이 용이하며 제조 공정을 단순화하여 생산성을 향상할 수 있다. 또한, 태양 전지(150)의 균일성을 향상할 수 있다.
도 5에서는 제1 방향에서 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 서로 이격되어 위치하는 것을 예시하였다. 즉, 서로 인접한 제1 단선부(C1)의 단부와 제2 단선부(C2)의 단부 사이가 제1 방향에서 일정한 제3 거리(L3)를 가질 수 있다. 이와 같이 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 서로 이격되어 있으므로 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)를 효과적으로 분산시킬 수 있고, 제1 또는 제2 단선부(C1, C2)에 위치한 캐리어가 인접하여 위치하는 제2 또는 제1 핑거 라인(442a, 441a) 또는 비단선 핑거 라인(440a)에 짧은 이동 거리로 도달할 수 있다. 특히, 도 6의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이, 비단선 핑거 라인(440a)을 사이에 두지 않고 서로 인접하여 위치하는 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a)을 구비할 경우에 제1 또는 제2 단선부(C1, C2)에 위치한 캐리어가 제2 또는 제1 핑거 라인(442a, 441a)에 짧은 이동 거리로 도달할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 변형예로, 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 제1 방향에서 일부 중첩되도록 위치할 수 있다. 즉, 제1 버스바 라인(441b)에 인접한 제2 단선부(C2)의 단부보다 제2 버스바 라인(442b)에 인접한 제1 단선부(C1)의 단부가 제2 버스바 라인(442b)에 가깝게 위치할 수 있다. 이에 따라 제1 방향에서 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 일정한 제4 거리(L4)만큼 중첩될 수 있다. 이와 같이 제1 방향에서 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 중첩되도록 하면, 제1 단선부(C1) 및 제2 단선부(C2)가 충분한 길이를 가질 수 있으므로 재료 비용이 절감되고 저항을 원하는 만큼 증가시킬 수 있다. 이때, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 중첩되는 부분에서 캐리어가 원하지 않는 방향으로 흘러나가는 문제가 발생할 수 있으므로 제1 핑거 라인(441a)과 제2 핑거 라인(442a) 각각의 사이에 비단선 핑거 라인(440a)이 위치하여 적어도 하나 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 배치가 가능하다.
일 예로, 전극 영역(EA)의 길이(L)에 대한 제4 거리(L4)의 비율이 50% 이하(25% 이하)일 수 있다. 상기 비율이 50%를 초과하면, 제1 단선부(C1)와 제2 단선부(C2)가 중첩되는 제4 거리(L4)가 커서 캐리어를 효과적으로 수집하기 어려울 수 있다. 캐리어의 수집 효율을 좀더 고려하면, 상기 비율이 25% 이하일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 비율이 다른 값을 가질 수도 있다.
다시 도 5를 참조하면, 본 실시예에서 제1 단선부(C1) 및 제2 단선부(C2)가 제1 및 제2 버스바 라인(441b, 442b)과 이격되어 위치할 수 있다. 즉, 제1 핑거 라인(441a)은 제1 단선부(C1)와 제1 버스바 라인(441b) 사이에 위치하여 상대적으로 짧은 길이를 가지는 제1 부분(R1)과, 제1 단선부(C1)와 제2 버스바 라인(441b) 사이에 위치하여 상대적으로 긴 길이를 가지는 제2 부분(R2)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 핑거 라인(442a)은 제2 단선부(C2)와 제1 버스바 라인(441b) 사이에 위치하여 상대적으로 긴 길이를 가지는 제3 부분(R3)과, 제2 단선부(C2)와 제2 버스바 라인(442b) 사이에 위치하여 상대적으로 짧은 길이를 가지는 제4 부분(R4)을 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 핑거 라인(441a, 442a)이 각기 제1 및 제2 부분(R1, R2) 또는 제3 및 제4 부분(R3, R4)을 포함하면, 핑거 라인(44a)과 버스바 라인(44b)을 다른 물질 또는 다른 공정에 의하여 형성할 때 얼라인 미스(align miss) 등이 발생한 경우에도 핑거 라인(44a)과 버스바 라인(44b)이 원활하게 연결될 수 있다. 또한, 버스바 라인(44b)과 배선재(142)를 얼라인 할 때 얼라인 미스 등이 발생한 경우에도 제1 부분(R1) 또는 제4 부분(R4) 등에 의하여 배선재(142)와 핑거 라인(44a)이 안정적으로 연결될 수 있다.
일 예로, 전극 영역(EA)의 길이(L)에 대한 제1 부분(R1)의 길이의 비율(또는 전극 영역(EA)의 길이(L)에 대한 제4 부분(R4)의 길이의 비율)이 5% 내지 20%(일 예로, 10% 내지 20%)일 수 있다. 이러한 범위 내에서 얼라인 미스에 효과적으로 대응하면서도 단선부(C1, C2)의 길이를 충분히 확보할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 비율이 다양한 값을 가질 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 변형예로, 도 6의 (e)에 도시한 바와 같이, 제1 단선부(C1)가 제1 버스바 라인(441b)에 인접하여 위치하여 제1 핑거 라인(441b)이 제1 부분(R1)을 구비하지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 제2 단선부(C2)가 제2 버스바 라인(442b)에 인접하여 위치하여 제2 핑거 라인(442a)이 제4 부분(R4)을 구비하지 않을 수 있다. 핑거 라인(44a)과 버스바 라인(44b)을 동일한 공정에서 형성할 경우에는 얼라인 미스에 의한 문제를 크게 고려하지 않아도 되기 때문이다.
상술한 설명 및 도면에서는 복수의 전극 영역(EA)에서 제1 및 제2 핑거 라인(441a, 442a) 등이 동일한 배치, 형상 등을 가지면서 반복 배치되는 것을 예시하였다. 이에 의하여 단선부(C1, C2)를 규칙적으로 배열하여 단선부(C1, C2)를 효과적으로 분산할 수 있다. 이에 따라 간단한 제조 공정 등에 의하여 단선부(C1, C2)를 구비하는 제2 전극(44)을 형성할 수 있고, 캐리어가 전체적으로 균일하게 수집될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 앞서 설명한 다양한 제1 및 제2 핑거 라인(441a, 442a)의 배치, 형상 등이 서로 다른 전극 영역(EA)에 함께 적용될 수도 있다.
일 예로, 제2 전극(44)의 핑거 라인(44a)은 35um 내지 120um의 폭을 가질 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 라인(44a)은 1.2mm 내지 2.8mm의 피치를 가질 수 있고, 핑거 라인(44a)과 교차하는 방향에서 핑거 라인(44a)의 개수가 55개 내지 130개일 수 있다. 이러한 폭 및 피치는 쉬운 공정 조건에 의하여 형성될 수 있으며 광전 변환에 의하여 생성된 전류를 효과적으로 수집하면서도 핑거 라인(44a)에 의한 쉐이딩 손실(shading loss)를 최소화하도록 한정된 것이다. 이러한 핑거 라인(44a)의 두께는 공정 시에 쉽게 형성할 수 있고 원하는 비저항을 가질 수 있는 범위일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 핑거 라인(44a)의 폭, 피치 등은 공정 조건의 변화, 태양 전지(150)의 크기, 핑거 라인(44a)의 구성 물질 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
이때, 배선재(142)의 폭은 핑거 라인(44a)의 피치보다 작을 수 있고, 핑거 라인(44a)의 폭보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
일 예로, 버스바 라인(44b)은 전극 영역(EA) 내에서 제1 가장자리(161)에 인접한 부분으로부터 제2 가장자리(162)에 인접한 부분까지 연속적으로 형성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 버스바 라인(44b)은 이웃한 태양 전지(150)와의 연결을 위한 배선재(142)가 위치하는 부분에 대응하도록 위치할 수 있다. 이러한 버스바 라인(44b)은 배선재(142)에 일대일 대응하도록 구비될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 버스바 라인(44b)이 배선재(142)와 동일한 개수로 구비될 수 있다.
버스바 라인(44b)은, 전극 영역(EA) 내에서 배선재(142)가 연결되는 방향을 따라 상대적으로 좁은 폭을 가지면서 길게 이어지는 라인부(441)와, 라인부(441)보다 넓은 폭을 가져 배선재(142)와의 연결 면적을 증가시키는 패드부(442)를 구비할 수 있다. 좁은 폭의 라인부(441)에 의하여 태양 전지(150)로 입사하는 광을 막는 면적을 최소화할 수 있고, 넓은 폭의 패드부(442)에 의하여 배선재(142)와 버스바 라인(44b)의 부착력을 향상하고 접촉 저항을 줄일 수 있다. 패드부(442)는 라인부(441)보다 넓은 폭을 가져 실질적으로 배선재(142)가 부착되는 영역이다. 라인부(441)에는 배선재(142)가 부착될 수도 있고, 라인부(441)에 배선재(142)가 부착되지 않은 상태로 배선재(142)가 라인부(441) 위에 놓여진 상태일 수도 있다.
제1 방향에서 측정되는 패드부(442)의 폭은 라인부(441) 및 핑거 라인(44a)의 폭보다 각기 클 수 있다.
본 실시예에서 배선재(142)에 대응하도록 버스바 라인(44b)의 라인부(441)가 구비되는 것을 예시하였다. 좀더 구체적으로, 기존에는 배선재(142)에 대응하여 핑거 라인(44a)보다 매우 큰 폭을 가지는 버스바 전극이 위치하였는데, 본 실시예에서는 폭이 버스바 전극보다 매우 작은 버스바 라인(44b)의 라인부(441)가 위치한다. 본 실시예에서 라인부(441)는 복수의 핑거 라인(44a)을 연결하여 일부 핑거 라인(44a)이 단선될 경우 캐리어가 우회할 수 있는 경로를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 버스바 전극은 리본에 대응하도록 핑거 라인에 교차하는 방향으로 형성되며 핑거 라인의 폭의 12배 이상(보통 15배 이상)의 폭을 가지는 전극부를 지칭한다. 버스바 전극은 상대적으로 큰 폭을 가지므로 보통 2개 정도 3개의 개수로 형성된다. 그리고 본 실시예에서의 버스바 라인(44b)의 라인부(441)는 배선재(142)에 대응하도록 핑거 라인(44a)과 교차하는 방향으로 형성되며 핑거 라인(44a)의 폭의 10배 이하의 폭을 가지는 전극부를 지칭할 수 있다.
일 예로, 라인부(441)의 폭이 핑거 라인(44a)의 폭의 0.5배 내지 10배일 수 있다. 상기 비율이 0.5배 미만이면, 라인부(441)의 폭이 적어져 라인부(441)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율이 10배를 초과하면, 라인부(441)의 폭이 커져서 광 손실이 커질 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 배선재(142)를 많은 개수로 구비하므로 라인부(441) 또한 많은 개수로 구비되어 광 손실이 더 커질 수 있다. 좀더 구체적으로는, 라인부(441)의 폭이 핑거 라인(44a)의 폭의 0.5배 내지 7배일 수 있다. 상기 비율을 7배 이하로 하여 광 손실을 좀더 줄일 수 있다. 일 예로, 광 손실을 참조하면 라인부(441)의 폭이 핑거 라인(44a)의 폭의 0.5배 내지 4배일 수 있다. 좀더 구체적으로 라인부(441)의 폭이 핑거 라인(44a)의 폭의 0.5배 내지 2배일 수 있다. 이러한 범위에서 태양 전지(150)의 효율을 크게 향상할 수 있다.
또는, 라인부(441)의 폭이 배선재(142)의 폭과 같거나 이보다 작을 수 있다. 배선재(142)가 원형, 타원형 또는 라운드진 형상을 가지는 경우에 배선재(142)의 하부에서 라인부(441)에 접촉하는 폭 또는 면적이 크지 않으므로, 라인부(441)의 폭을 배선재(142)의 폭과 같거나 이보다 작게 할 수 있기 때문이다. 이와 같이 라인부(441)의 폭을 상대적으로 작게 하면 제2 전극(44)의 면적을 줄여 제2 전극(44)의 재료 비용을 절감할 수 있다.
일 예로, 배선재(142)의 폭 : 라인부(441)의 폭의 비율이 1:0.07 내지 1:1일 수 있다. 상기 비율이 1:0.07 미만이면, 라인부(441)의 폭이 너무 적어 전기적 특성 등이 저하될 수 있다. 상기 비율이 1:1를 초과하면, 라인부(441)과의 접촉 특성 등을 크게 향상하지 못하면서 제2 전극(44)의 면적만을 늘려 광 손실 증가, 재료 비용 증가 등의 문제가 있다. 일 예로, 광 손실, 재료 비용 등을 좀더 고려하면, 상기 비율이 1:0.1 내지 1:0.5(좀더 구체적으로 1:0.1 내지 1:0.3)일 수 있다.
또는, 라인부(441)의 폭이 35um 내지 350um일 수 있다. 라인부(441)의 폭이 35um 미만이면, 라인부(441)의 폭이 너무 적어 전기적 특성 등이 저하될 수 있다. 라인부(441)의 폭이 350um를 초과하면, 라인부(441)과의 접촉 특성 등을 크게 향상하지 못하면서 제2 전극(44)의 면적만을 늘려 광 손실 증가, 재료 비용 증가 등의 문제가 있다. 일 예로, 광 손실, 재료 비용 등을 좀더 고려하면, 라인부(441)의 폭이 35um 내지 200um(좀더 구체적으로 35um 내지 120um)일 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 라인부(441)의 폭은 광전 변환에 의하여 생성된 전류를 효과적으로 전달하면서도 쉐이딩 손실을 최소화하는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
그리고 패드부(442)의 폭은 라인부(441)의 폭보다 크고, 배선재(142)의 폭과 같거나 그보다 클 수 있다. 패드부(442)는 배선재(142)와의 접촉 면적을 늘려 배선재(142)와의 부착력을 향상하기 위한 부분이므로, 라인부(441)보다 큰 폭을 가지고 배선재(142)와 같거나 이보다 큰 폭을 가지는 것이다.
일 예로, 배선재(142)의 폭 : 패드부(442)의 폭의 비율이 1:1 내지 1:5일 수 있다. 상기 비율이 1:1 미만이면, 패드부(442)의 폭이 충분하지 않아 패드부(442)와 배선재(142)의 부착력이 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율이 1:5를 초과하면, 패드부(442)에 의하여 광이 손실되는 면적이 늘어나서 쉐이딩 손실이 클 수 있다. 부착력, 광 손실 등을 좀더 고려하면, 상기 비율이 1:2 내지 1:4(좀더 구체적으로 1:2.5 내지 1:4)일 수 있다.
또는, 일 예로, 패드부(442)의 폭이 0.25mm 내지 2.5mm일 수 있다. 패드부(442)의 폭이 0.25mm 미만이면, 배선재(142)와의 접촉 면적이 충분하지 않아 패드부(442)와 배선재(142)의 부착력이 충분하지 않을 수 있다. 패드부(442)의 폭이 2.5mm를 초과하면, 패드부(442)에 의하여 광이 손실되는 면적이 늘어나서 쉐이딩 손실이 클 수 있다. 일 예로, 패드부(442)의 폭이 0.8mm 내지 1.5mm일 수 있다.
그리고 패드부(442)의 길이는 핑거 라인(44a)의 폭보다 클 수 있다. 예를 들어, 패드부(442)의 길이가 0.035mm 내지 30mm일 수 있다. 패드부(442)의 길이가 0.035mm 미만이면, 배선재(142)와의 접촉 면적이 충분하지 않아 패드부(442)와 배선재(142)의 부착력이 충분하지 않을 수 있다. 패드부(442)의 길이가 30mm를 초과하면, 패드부(442)에 의하여 광이 손실되는 면적이 늘어나서 쉐이딩 손실이 클 수 있다.
또는, 일 예로, 핑거 라인(44a)의 폭 : 패드부(442)의 길이의 비율이 1:1.1 내지 1:20일 수 있다. 이러한 범위 내에서 패드부(442)와 배선재(142)의 부착 면적을 증가시켜 패드부(442)와 배선재(142)의 부착력을 향상할 수 있다.
또는, 일 예로, 배선재(142)의 폭 : 패드부(442)의 길이의 비율이 1:1 내지 1:10일 수 있다. 상기 비율이 1:1 미만이면, 패드부(442)의 길이가 충분하지 않아 패드부(442)와 배선재(142)의 부착력이 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율이 1:10를 초과하면, 패드부(442)에 의하여 광이 손실되는 면적이 늘어나서 쉐이딩 손실이 클 수 있다. 부착력, 광 손실 등을 좀더 고려하면, 상기 비율이 1:3 내지 1:6일 수 있다.
하나의 버스바 라인(44b)에서 패드부(442)는 6개 내지 24개(일 예로, 12개 내지 22개) 배치될 수 있다. 복수 개의 패드부(442)는 간격을 두고 배치될 수도 있다. 일 예로, 2개 내지 10개의 핑거 라인(44a)마다 하나씩 위치할 수 있다. 이에 의하면 버스바 라인(44b)과 배선재(142)의 접착 면적이 증가하는 부분을 규칙적으로 구비하여 버스바 라인(44b)과 배선재(142)와의 부착력을 향상할 수 있다. 또는, 두 개의 패드부(442) 사이의 거리가 서로 다른 값을 가지도록 복수 개의 패드부(442)가 배치될 수 있다. 특히, 다른 부분(즉, 버스바 라인(44b)의 중앙 부분)보다 큰 힘이 작용하는 버스바 라인(44b)의 단부에서 패드부(442)가 높은 밀도로 배치될 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 설명에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 제2 전극(44)을 위주로 하여 설명하였다. 제1 전극(42)은 제2 전극(44)의 핑거 라인(44a) 및 버스바 라인(44b)에 각기 대응하는 핑거 라인(42a) 및 버스바 라인(42b)을 포함할 수 있다. 제2 전극(44)의 핑거 라인(44a) 및 버스바 라인(44b)에 대한 내용은 그대로 제1 전극(42)의 핑거 라인(42a) 및 버스바 라인(42b)에 적용될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 라인(44a)과 유사하게 제1 전극(42)의 핑거 라인(42a)은 단선 핑거 라인(421a)과 비단선 핑거 라인(420a)을 포함할 수 있다. 다만, 제1 전극(42)에서 단선부(C3)를 구비하는 단선 핑거 라인(421a)의 형상, 배치 등이 제2 전극(44)의 단선 핑거 라인(441a, 442a)의 형상과 다르므로, 도 7을 참조하여 이를 좀더 상세하게 설명한다.
도 7은 도 4의 A 부분에 대응하는 태양 전지(150) 및 이에 연결된 배선재(142)를 도시한 부분 전면 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서 제1 전극(42)의 단선 핑거 라인(421a)은 하나의 위치에 중심을 구비하는 제3 단선부(C3)만을 구비한다. 전면에 위치하는 제1 전극(42)이 서로 다른 위치에 중심을 가지는 단선부를 구비하는 단선 핑거 라인을 구비하게 되면 외관이 저하될 수 있다. 이를 고려하여 본 실시예에서는 하나의 위치에만 위치하는 제3 단선부(C3)를 구비하여 외관을 향상할 수 있다.
일 예로, 제3 단선부(C3)의 중심은 제1 방향에서 전극 영역(EA)의 중심에 위치할 수 있다. 이에 의하여 캐리어의 위치에 따른 이동 거리를 최소화할 수 있고 규칙성을 부여하여 외관을 향상할 수 있다.
제3 단선부(C3)의 길이(CL3)는 제1 단선부(C1)의 길이(CL1) 또는 제2 단선부(C2)의 길이(CL2)와 같거나 그보다 작을 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 전면에 위치하여 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)이 효과적으로 캐리어를 수집할 수 있다.
일 예로, 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 1mm 내지 5mm(일 예로, 1mm 내지 3.5mm)일 수 있다. 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 1mm 미만이면, 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 충분하지 않아 쉐이딩 손실 저감, 제조 비용 절감 등의 효과가 충분하지 않을 수 있다. 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 5mm를 초과하면, 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 커서 제1 전극(42)의 저항이 지나치게 높아질 수 있다. 제1 전극(42)의 저항을 좀더 고려하면, 제3 단선부(C)의 길이(CL3)가 1mm 내지 3.5mm일 수 있다.
또는, 각 전극 영역(EA)의 길이(L) : 제3 단선부(C3)의 길이(CL)의 비율이 1:0.08 내지 1:0.45(일 예로, 1:0.08 내지 1:0.30)일 수 있다. 이때, 전극 영역(EA)의 길이(L) 및 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)는 제1 방향에서 측정될 수 있다. 상기 비율(L:CL3)이 1:0.08 미만이면, 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 충분하지 않아 제3 단선부(C3)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율(L:CL3)이 1:0.45를 초과하면, 제1 전극(42)의 저항이 커질 수 있다. 제1 전극(42)의 저항을 좀더 고려하면, 상기 비율이 1:0.08 내지 1:0.30일 수 있다.
또는, 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 복수의 핑거 라인(44a)의 피치의 0.3배 내지 3배(일 예로, 0.3배 내지 2배)일 수 있다. 상기 비율이 0.3배 미만이면, 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 충분하지 않아 제3 단선부(C3)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상기 비율이 3배를 초과하면, 제3 단선부(C3)의 길이(L3)가 커져서 제1 전극(42)의 저항이 지나치게 높아질 수 있다. 제1 전극(42)의 저항을 좀더 고려하면, 상기 비율이 0.3배 내지 2배일 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)는 다양한 값을 가질 수 있다.
도면에서는 단선 핑거 라인(421a)과 비단선 핑거 라인(420a)이 서로 하나씩 교대로 배치되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 단선 핑거 라인(421a) 및 비단선 핑거 라인(420a)의 배치는 다양하게 변화될 수 있다. 따라서 비단선 핑거 라인(420a)을 구비하지 않을 수 있다. 또는, 서로 반복되는 하나의 군을 형성하는 단선 핑거 라인(421a)의 개수와 비단선 핑거 라인(420a)의 개수가 다양한 값을 가질 수 있다.
도 7에서는 버스바 라인(42b)는 라인부(421)와 패드부(422)를 구비하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 도 7 및 상술한 설명에서는 제1 전극(42)이 제2 전극(44)과 다른 형상을 가지는 것을 예시하였다. 즉, 제1 전극(42)의 단선 핑거 라인(421a)의 제3 단선부(C3)의 위치가 제2 전극(44)의 제1 및 제2 단선부(C1, C2)와의 위치와 차이가 있다. 이때, 제1 전극(42)의 단선 핑거 라인(421a)의 제3 단선부(C3)의 길이(CL3)가 제2 전극(44)의 단선 핑거 라인(422a)의 제1 및 제2 단선부(C1, C2)의 각각의 길이(CL1, CL2)와 같거나 작을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)이 제2 전극(44)과 동일한 형상을 가질 수도 있다. 또는, 제1 전극(42)의 단선 핑거 라인(421a)의 제3 단선부(C3)의 위치 및 길이(CL3) 중 적어도 어느 하나가 이에 대응하는 제2 전극(44)의 단선 핑거 라인(441a)의 제1 또는 제2 단선부(C1, C2)의 위치 또는 길이(CL1, CL2)와 다를 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 적어도 하나(일 예로, 제2 전극(44))가 단선 핑거 라인(441a, 442a)를 구비하여 쉐이딩 손실을 최소화하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 이때, 제1 단선부(C1)의 중심과 제2 단선부(C2)의 중심이 서로 어긋나게 위치하여 제1 및 제2 단선부(C1, C2)를 구비한 경우에도 캐리어의 이동 거리는 최소화할 수 있다. 이에 의하여 단선부(C1, C2)에 의하여 저항을 증가시켜 저방사 특성을 향상하면서도, 쉐이딩 손실을 최소화하고 캐리어의 이동 거리는 최소화하여 태양 전지 패널(100)의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 태양 전지(150) 또는 이를 포함하는 태양 전지 패널(100)이 우수한 저방사 특성 및 높은 출력을 가질 수 있다.
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 패널
150: 태양 전지
160: 반도체 기판
10: 베이스 영역
20: 제1 도전형 영역
30: 제2 도전형 영역
42: 제1 전극
44: 제2 전극
44a: 핑거 라인
44b: 버스바 라인
440a: 비단선 핑거 라인
441a: 제1 핑거 라인
442a: 제2 핑거 라인

Claims (20)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 및
    상기 도전형 영역에 연결되며, 제1 방향으로 형성되며 서로 평행한 복수의 핑거 라인을 포함하는 전극
    을 포함하고,
    상기 복수의 핑거 라인은, 단선부를 구비하는 복수의 단선 핑거 라인을 포함하고,
    상기 복수의 단선 핑거 라인은, 상기 제1 방향에서 제1 위치에 중심이 위치하는 제1 단선부를 구비하는 제1 핑거 라인과, 상기 제1 방향에서 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에 중심이 위치하는 제2 단선부를 구비하는 제2 핑거 라인을 포함하는 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치가 상기 제1 방향에서 서로 대칭되도록 위치하는 태양 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 핑거 라인이 복수로 구비되고,
    상기 제2 핑거 라인이 복수로 구비되며,
    상기 단선 핑거 라인을 기준으로 할 때, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향에서 상기 제1 핑거 라인과 상기 제2 핑거 라인이 하나씩 교대로 위치하는 태양 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부의 길이가 상기 복수의 핑거 라인의 피치의 0.3배 내지 3배이거나;
    상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부의 길이가 1mm 내지 5mm이거나;
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되며 서로 인접하는 제1 및 제2 버스바 라인을 포함하는 복수의 버스바 라인을 포함하고, 상기 제1 및 제2 버스바 라인에 의하여 정의되는 하나의 전극 영역의 길이 : 상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부의 길이의 비율이 1:0.08 내지 1:0.45인 태양 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되며 서로 인접하는 제1 및 제2 버스바 라인을 포함하는 복수의 버스바 라인을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 버스바 라인에 의하여 정의되는 하나의 전극 영역에서 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치가 상기 제1 방향에서 상기 하나의 전극 영역의 중심으로부터 벗어나는 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되며 서로 인접하는 제1 및 제2 버스바 라인을 포함하는 복수의 버스바 라인을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 버스바 라인에 의하여 정의되는 하나의 전극 영역의 길이 : 상기 제1 버스바 라인과 상기 제1 위치 사이의 제1 거리 또는 상기 전극 영역의 길이 : 상기 제2 버스바 라인과 상기 제2 위치 사이의 제2 거리의 비율이 1:0.20 내지 1:0.35인 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에서 상기 제1 단선부와 상기 제2 단선부가 서로 이격되어 위치하는 태양 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에서 상기 제1 단선부와 상기 제2 단선부가 일부 중첩되도록 위치하는 태양 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되며 서로 인접하는 제1 및 제2 버스바 라인을 포함하는 복수의 버스바 라인을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 버스바 라인에 의하여 정의되는 하나의 전극 영역의 길이에 대하여, 상기 제1 방향에서 상기 제1 단선부와 상기 제2 단선부가 중첩하는 길이의 비율이 50% 이하인 태양 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되는 복수의 버스바 라인을 포함하고,
    상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부가 상기 버스바 라인과 이격되어 위치하는 태양 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되는 복수의 버스바 라인을 포함하고,
    상기 버스바 라인의 개수가 6개 내지 33개이고,
    상기 버스바 라인의 폭이 상기 핑거 라인의 폭의 0.5배 내지 10배인 태양 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 형성되며 서로 인접하는 제1 및 제2 버스바 라인을 포함하는 복수의 버스바 라인을 포함하고,
    상기 제1 핑거 라인은, 상기 제1 버스바 라인에 인접하여 위치하는 제1 부분과, 상기 제2 버스바 라인에 인접하여 위치하며 상기 제1 부분보다 긴 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 방향에서 상기 하나의 전극 영역의 길이에 대한 상기 제1 부분의 길이 비율이 5% 내지 20%인 태양 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핑거 라인은 연속적으로 연장되는 비단선 핑거 라인을 더 포함하는 태양 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 제1 핑거 라인과 상기 복수의 제2 핑거 라인 사이 각각에 상기 비단선 핑거 라인이 위치하거나;
    상기 제1 핑거 라인 하나와 상기 제2 핑거 라인을 하나의 한 쌍으로 하여, 상기 한 쌍들 사이에 상기 비단선 핑거 라인이 적어도 하나씩 위치하는 태양 전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 단선 핑거 라인이 상기 비단선 핑거 라인과 같거나 그보다 많이 구비되는 태양 전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 도전형 영역과 반대되는 도전형을 가지는 또 다른 도전형 영역; 및
    상기 또 다른 도전형 영역에 연결되며, 제1 방향으로 형성되며 서로 평행한 복수의 핑거 라인을 포함하는 또 다른 전극
    을 더 포함하고,
    상기 또 다른 전극의 상기 복수의 핑거 라인은, 상기 제1 방향에서 상기 제1 위치 및 제2 위치와 다른 제3 위치에 중심이 위치하거나 상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부와 다른 길이를 가지는 제3 단선부를 구비하는 태양 전지.
  17. 적어도 인접하여 위치하는 제1 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및
    상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하며 라운드진 부분을 포함하는 복수의 배선재
    를 포함하고,
    상기 태양 전지 각각은, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 상기 도전형 영역에 연결되며, 제1 방향으로 형성되며 서로 평행한 복수의 핑거 라인을 포함하는 전극을 포함하고,
    상기 복수의 핑거 라인은, 단선부를 구비하는 복수의 단선 핑거 라인을 포함하고,
    상기 복수의 단선 핑거 라인은, 상기 제1 방향에서 제1 위치에 중심이 위치하는 제1 단선부를 구비하는 제1 핑거 라인과, 상기 제1 방향에서 상기 제1 위치와 다른 제2 위치에 중심이 위치하는 제2 단선부를 구비하는 제2 핑거 라인을 포함하는 태양 전지 패널.
  18. 제17에 있어서,
    상기 복수의 배선재의 개수가 6개 내지 33개이고,
    상기 복수의 배선재의 폭 각각이 250um 내지 500um인 태양 전지 패널.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 배선재 중에 서로 인접하는 두 개의 배선재에 의하여 정의되는 하나의 전극 영역의 길이 : 상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부의 길이의 비율이 1:0.08 내지 1:0.45인 태양 전지 모듈.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 배선재의 폭 : 상기 제1 단선부 또는 상기 제2 단선부의 길이의 비율이 1:2 내지 1:20인 태양 전지 모듈.

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