KR20180007525A - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 제1 전극과 제2 전극을 각각 구비하고, 제1 방향으로 서로 인접하여 위치하는 복수의 태양 전지; 및 제1 전극의 후면에 접속되는 복수의 제1 도전성 배선과 제2 전극의 후면에 접속되는 복수의 제2 도전성 배선;을 포함하고, 복수의 태양 전지 중 제1 태양 전지에 접속된 복수의 제1 도전성 배선 각각은 제1 태양 전지와 바로 인접한 제2 태양 전지에 접속된 복수의 제2 도전성 배선 각각과 중첩되어 접속된다.

Description

태양 전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체부에서 복수의 전자-정공 쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공 쌍은 전하인 전자와 정공으로 각각 분리되어, 전자는 n형의 반도체부 쪽으로 이동하고 정공은 p형의 반도체부 쪽으로 이동한다. 이동한 전자와 정공은 각각 n형의 반도체부와 p형의 반도체부에 연결된 서로 다른 전극에 의해 수집되고 이 전극들을 전선으로 연결함으로써 전력을 얻는다.
한편, 종래의 태양 전지 모듈은 전술한 바와 같은 태양 전지에 별도의 도전성 배선을 전극에 연결할 이후, 도전성 배선에 인터커넥터를 연결하여, 태양 전지를 직렬 연결하는 구조를 가지고 있었다.
그러나, 이와 같은 경우, 도전성 배선과 인터커넥터를 연결하기 위해 열처리하는 공정 중에 도전성 배선의 열팽창 스트레스로 인하여, 인터커넥터가 휘어지고, 이로 인하여 도전성 배선과 인터커넥터의 사이가 탈착되는 현상으로 인하여, 모듈의 출력이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 태양 전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 반도체 기판, 반도체 기판의 후면에 제1 전극과 제2 전극을 각각 구비하고, 제1 방향으로 서로 인접하여 위치하는 복수의 태양 전지; 및 제1 전극의 후면에 접속되는 복수의 제1 도전성 배선과 제2 전극의 후면에 접속되는 복수의 제2 도전성 배선;을 포함하고, 복수의 태양 전지 중 제1 태양 전지에 접속된 복수의 제1 도전성 배선 각각은 제1 태양 전지와 바로 인접한 제2 태양 전지에 접속된 복수의 제2 도전성 배선 각각과 중첩되어 접속된다.
여기서, 제1 태양 전지에 접속된 제1 도전성 배선들 각각과 제2 태양 전지에 접속된 제2 도전성 배선들 각각이 서로 중첩되어 접속되는 배선 접속부는 제1 태양 전지의 반도체 기판과 제2 태양 전지의 반도체 기판 사이에 위치할 수 있다.
아울러, 배선 접속부에서, 제1 도전성 배선들 또는 제2 도전성 배선들 중 어느 하나의 도전성 배선들은 다른 하나의 도전성 배선들의 후면에 접속될 수 있다.
또한, 배선 접속부에서 제1, 2 도전성 배선이 중첩되는 제1 방향으로의 폭은 제1, 2 도전성 배선 각각의 선폭보다 크고, 제1 태양 전지의 반도체 기판과 제2 태양 전지의 반도체 기판 사이의 이격 간격보다 작을 수 있다.
아울러, 배선 접속부에서 서로 접속된 제1, 2 도전성 배선의 두께의 합은 제1, 2 도전성 배선에서 제1, 2 태양 전지의 반도체 기판의 투영면과 중첩되는 부분의 두께보다 클 수 있다.
또한, 제1, 2 전극 각각은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되고, 제1, 2 도전성 배선 각각은 반도체 기판의 후면에 제1, 2 전극에 교차하는 제1 방향으로 길게 배치될 수 있다.
여기서, 제1 도전성 배선은 제1 전극과 교차되는 부분에서 제1 도전성 접착제에 의해 제1 전극에 접속되고, 제2 전극과 교차되는 부분에서 절연층에 의해 제2 전극과 절연되고, 제2 도전성 배선은 제2 전극과 교차되는 부분에서 제1 도전성 접착제에 의해 제2 전극에 접속되고, 제1 전극과 교차되는 절연층에 의해 제1 전극과 절연될 수 있다.
여기서, 제1 태양 전지에 접속된 제1 도전성 배선들 각각과 제2 태양 전지에 접속된 제2 도전성 배선들 각각은 서로 동일한 제1 방향 라인 선상에 위치할 수 있다.
아울러, 배선 접속부에서 제1 도전성 배선들과 제2 도전성 배선들은 제2 도전성 접착제에 의해 서로 접속될 수 있다.
여기서, 제2 도전성 접착제의 융점은 제1 도전성 접착제의 융점보다 높고, 200℃ 이하일 수 있다.
또한, 배선 접속부에서 제1 도전성 배선들과 제2 도전성 배선들은 중첩된 상태에서 물리적으로 서로 직접 접촉하여 접속될 수 있다.
또한, 제1, 2 도전성 배선 각각은 제1, 2 태양 전지의 각 반도체 기판과 배선 접속부 사이에 제1, 2 도전성 배선 각각의 열팽창 스트레스를 저감하는 스트레스 저감부를 구비할 수 있다.
여기서, 스트레스 저감부는 태양 전지 모듈의 평면 상에서 제1, 2 도전성 배선 각각이 제2 방향으로 굴곡진 형태를 가지거나, 태양 전지 모듈의 두께 방향으로 굴곡진 형태를 가지거나 제1, 2 도전성 배선에 슬릿이 형성된 형태로 구비될 수 있다.
아울러, 상기 제1, 2 도전성 배선 각각의 제1 방향 길이는 상기 반도체 기판의 제1 방향 길이보다 길고, 상기 반도체 기판의 제1 방향 길이와 태양 전지들 사이의 이격 간격의 합보다 작을 수 있다.
본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 제1 태양 전지에 접속된 복수의 제1 도전성 배선 각각은 제1 태양 전지와 바로 인접한 제2 태양 전지에 접속된 복수의 제2 도전성 배선 각각과 중첩되어 접속시켜, 태양 전지 모듈의 출력을 보다 향상시킬 수 있으며, 제조 비용을 보다 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈의 전면 전체 평면 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 2은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈의 단면 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 3는 본 발명의 일례에 따라, 서로 직렬 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 전면을 도시한 일례이다.
도 4는 서로 직렬 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 전면을 후면을 도시한 일례이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 태양 전지의 일례를 나타내는 일부 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 태양 전지의 제1 방향(x) 단면을 도시한 것이다.
도 7는 도 3 및 도 4 에서 X1-X1 라인에 따른 단면을 도시한 것이다.
도 8은 도 3에서 배선 접속부의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위한 도이다.
도 9는 도 8에 도시된 태양 전지 모듈에서 제1, 2 태양 전지 사이에 제1, 2 도전성 배선(210, 220)가 스트레스 저감부를 구비한 제1 변경예를 설명하기 위한 도이다.
도 10은 도 8에 도시된 태양 전지 모듈에서 제1, 2 태양 전지 사이에 제1, 2 도전성 배선(210, 220)가 스트레스 저감부를 구비한 제2 변경예를 설명하기 위한 도이다.
도 11는 도 8에 도시된 태양 전지 모듈에서 제1, 2 태양 전지 사이에 제1, 2 도전성 배선(210, 220)가 스트레스 저감부를 구비한 제3 변경예를 설명하기 위한 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 “전체적”으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
이하에서, 전면이라 함은 직사광이 입사되는 반도체 기판의 일면일 수 있으며, 후면이라 함은 직사광이 입사되지 않거나, 직사광이 아닌 반사광이 입사될 수 있는 반도체 기판의 반대면일 수 있다.
아울러, 이하에서 셀 스트링이라 함은 복수의 태양 전지가 서로 직렬 연결된 구조나 형태를 의미한다.
또한, 어떤 구성 부분의 두께나 폭이 다른 구성 부분의 두께나 폭과 동일하다는 의미는 공정 오차를 포함하여, 10%의 범위 내에서 동일함을 의미한다.
도 1는 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈의 전면 전체 평면 모습을 설명하기 위한 도이고, 도 2은 도 1에 도시된 태양 전지 모듈의 단면 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지와 복수의 태양 전지 각각의 후면에 접속되어 태양 전지를 서로 직렬 연결하는 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 구비한다.
아울러, 이에 더하여, 복수의 태양 전지가 서로 직렬 연결된 셀 스트링을 캡슐화하는 전면 투명 기판(10), 충진재(20, 30), 후면 시트(40) 및 프레임(50)을 더 구비할 수 있다.
여기서, 복수의 태양 전지는 반도체 기판(110)과 반도체 기판(110)의 후면에 복수의 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 구비할 수 있다. 이와 같은 복수의 태양 전지에 대해서는 도 5 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지 각각의 후면에 접속될 수 있다. 여기서, 복수의 제1 도전성 배선(210)은 각 태양 전지의 후면에 형성된 복수의 제1 전극(141) 각각에 접속될 수 있으며, 복수의 제2 도전성 배선(220)은 각 태양 전지의 후면에 형성된 복수의 제2 전극(142) 각각에 접속될 수 있다.
이와 같이, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 접속된 복수의 태양 전지 중 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각은 제1 태양 전지(C1)와 바로 인접한 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각과 중첩되어 접속되어, 셀 스트링이 형성될 수 있다.
이와 같은 셀 스트링은 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치된 상태에서 열압착되어 라미네이팅될 수 있다.
일례로, 복수의 태양 전지는 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치되고, EVA 시트와 같이 투명한 충진재(20, 30)가 복수의 태양 전지 전체의 전면 및 후면에 배치된 상태에서, 열과 압력이 동시에 가해지는 라미네이션 공정에 의해 일체화되어 캡슐화될 수 있다.
아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 라미네이션 공정으로 캡슐화된 전면 투명 기판(10), 후면 시트(40) 및 충진재(20, 30)는 프레임(50)에 의해 가장 자리가 고정되어 보호될 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈의 전면에는 전면 투명 기판(10)과 충진재(20, 30)를 투과하여, 복수의 태양 전지와 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220), 후면 시트(40) 및 프레임(50)이 보여질 수 있다.
더불어, 셀 스트링 각각은 제1 방향(x)으로 길게 위치하고, 제2 방향(y)으로 이격되어 배열될 수 있고, 이와 같은 복수의 셀 스트링은 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있는 버싱바(310)에 의해 제2 방향(y)으로 직렬 연결 될 수 있다.
여기서, 전면 투명 기판(10)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 시트(40)는 태양 전지들(C1, C2)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 이러한 후면 시트(40)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 후면 시트(40)는 FP (fluoropolymer) / PE (polyeaster) / FP (fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진 얇은 시트로 이루어지지만, 다른 절연 물질로 이루어진 절연 시트일 수 있다.
이와 같은 라미네이션 공정은 전면 투명 기판(10)과 태양 전지 사이 및 태양 전지와 후면 기판 사이에 면 형상의 충진재(20, 30)가 배치된 상태에서 진행될 수 있다.
여기서, 충진재(20, 30)의 재질은 절연층(252)의 재질과 다른 재질로 형성될 수 있으며, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양 전지 (C1, C2)를 충격으로부터 보호하고, 이를 위해 충격을 흡수할 수 있는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 형성될 수 있다.
따라서, 전면 투명 기판(10)과 태양 전지 사이 및 태양 전지와 후면 기판 사이에 배치된 면 형상의 충진재(20, 30)는 라미네이션 공정 중에 열과 압력에 의해 연화 및 경화될 수 있다.
한편, 이와 같은 태양 전지 모듈에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지 중 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각은 제1 태양 전지(C1)와 바로 인접한 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각과 중첩되어 접속될 수 있다.
이때, 일례로 제1 태양 전지(C1)에 고정된 제1 도전성 배선(210)은 반도체 기판(110)의 투영 영역 밖으로 돌출된 부분이 직선으로 구비될 수 있고, 제2 태양 전지(C2)에 고정된 제2 도전성 배선(220)은 반도체 기판(110)의 투영 영역 밖으로 돌출된 부분이 제1 도전성 배선(210)의 후면 방향으로 밴딩될 수 있다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 고정된 제1 도전성 배선(210)의 후면에 제2 태양 전지(C2)에 고정된 제2 도전성 배선(220)의 전면이 중첩 및 접속될 수 있다.
이와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선(220)이 서로 중첩되어 접속되는 구조는 별도의 인터커넥터를 사용하지 않으므로, 모듈의 구조적 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
일례로, 도전성 배선에 인터커넥터를 연결하여, 태양 전지를 직렬 연결하는 구조는 도전성 배선과 인터커넥터를 연결하기 위해 열처리하는 공정 중에 인터커넥터가 휘어지고, 이로 인하여 도전성 배선과 인터커넥터의 사이가 붙었다가 떨어지는 탈착 현상으로 인하여, 모듈의 출력이 비정상적이 되거나 저하되는 문제점이 있다.
그러나, 본원 발명과 같이, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각을 서로 중첩하여 접속하는 구조는 복수의 제1 도전성 배선(210)과 복수의 제2 도전성 배선(220)이 공통으로 접속되는 별도의 인커커넥터를 사용하지 않으므로, 전술한 바와 같은 도전성 배선과 인터커넥터 사이의 탈착 현상을 근본적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈의 출력을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220)이 별도의 인터커넥터 없이 직접 접속되므로, 모듈의 제조 비용을 보다 절감할 수 있으며, 모듈 제조 공정 중 일부 태양 전지에 접속 결함이 발견되더라도, 해당 태양 전지의 교체를 보다 용이하게 수행할 수 있어, 모듈의 공정 수율을 보다 향상시킬 수 있다.
제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220)이 서로 접속된 구조는 태양 전지 모듈의 전반적인 구조를 먼저 설명한 이후에, 도 8 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 3는 본 발명의 일례에 따라, 서로 직렬 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 전면을 도시한 일례이고, 도 4는 서로 직렬 연결된 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 전면을 후면을 도시한 일례이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 각 태양 전지에 구비된 반도체 기판(110)의 후면에 접속될 수 있다.
여기서, 복수의 태양 전지(C1, C2)는 제1 방향(x)으로 이격되어 배열될 수 있으며, 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각은 적어도 반도체 기판(110) 및 반도체 기판(110)의 후면에 서로 이격되어 제1 방향(x)과 교차하는 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 형성되는 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 구비할 수 있다.
아울러, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 배열 방향인 제1 방향(x)으로 길게 뻗어 배치되고, 복수의 태양 전지 각각에 접속될 수 있다.
여기서, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 제1 방향(x) 길이는 반도체 기판(110)의 제1 방향(x) 최대 길이보다 길고, 반도체 기판(110)의 제1 방향(x) 최대 길이와 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 이격 간격의 합보다 작을 수 있다.
보다 구체적으로, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 제1 방향(x) 길이는 반도체 기판(110)의 제1 방향(x) 최대 길이 대비 1 ~ 1.2배 사이일 수 있다.
이와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 제1 방향(x) 길이를 상대적으로 짧게 함으로써, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 열팽창 스트레스를 보다 저감할 수 있다.
이와 같은, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 복수의 제1 전극(141)에 교차 및 중첩되어 접속되는 복수의 제1 도전성 배선(210)과 복수의 제2 전극(142)에 교차 및 중첩되어 접속되는 복수의 제2 도전성 배선(220)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 복수의 제1 도전성 배선(210)은 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 복수의 제1 전극(141)에 도전성 재질의 제1 도전성 접착제(251)를 통하여 접속되고, 절연성 재질의 절연층(252)에 의해 복수의 제2 전극(142)과 절연될 수 있다.
아울러, 복수의 제2 도전성 배선(220)은 복수의 태양 전지(C1, C2) 각각에 구비된 복수의 제2 전극(142)에 제1 도전성 접착제(251)를 통하여 접속되고, 절연층(252)에 의해 복수의 제1 전극(141)과 절연될 수 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 도전성 금속 재질로 형성되되, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는 도전성 코어와, 코어(CR)의 표면을 코팅하고, 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 도전성 코팅층을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선(210)의 양단 중 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선(220)과 접속하는 끝부분은 반도체 기판(110)의 투영 영역 밖에 위치하고, 제2 태양 전지(C2) 방향으로 돌출될 수 있다.
아울러, 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선(220)의 양단 중 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선(210)과 접속하는 끝부분은 반도체 기판(110)의 투영 영역 밖에 위치하고, 제1 태양 전지(C1) 방향으로 돌출될 수 있다.
이와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선(220)은 서로 마주보는 제1, 2 반도체 기판(110)의 투영 영역 밖으로 돌출되어 접속될 수 있고, 이에 따라, 제1,2 태양 전지가 제1 방향(x)으로 서로 직렬 연결될 수 있다.
여기서, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선들(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선들(220) 각각은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 라인 선상에 위치할 수 있다.
즉, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선들(210) 각각의 연장 선상에 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선들(220)이 위치할 수 있다.
이와 같이, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선들(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선들(220)이 서로 동일한 라인 선상에 위치하도록 함으로써, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선들(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선들(220)을 서로 접속시키는 열처리 공정 중 열팽창 계수에 의해 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 열팽창되더라도, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 서로 접속되지 않고 분리되는 가능성을 보다 최소화할 수 있다.
이와 같이, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선들(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선들(220)이 서로 동일한 라인 선상에 위치시키는 방법은 일례로 다음과 같이 할 수 있다.
첫 번째 예로, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면에 제1, 2 전극(141, 142)을 동일한 패턴으로 형성하고, 제1 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)을 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각의 후면에 동일한 패턴으로 형성한 후, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면에 고정시킨 상태에서, 제1, 2 도전성 배선들(210, 220)을 서로 접속시키기 위해, 제1 도전성 배선들(210)이 고정된 제1 태양 전지(C1)의 제1 방향(x)으로 인접하여 제2 도전성 배선들(220)이 고정된 제2 태양 전지(C2)를 위치시키되, 제2 도전성 배선들(220)이 고정된 제2 태양 전지(C2)를 평면상에서 180°회전시켜 배치시킬 수 있다.
이에 따라, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선들(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선들(220)이 서로 동일한 라인 선상에 위치할 수 있다.
두 번째 예로, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면에 제1, 2 전극(141, 142)을 동일한 패턴으로 형성한 후, 제1 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)을 반도체 기판의 후면에 형성할 때, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에서 서로 그 위치를 반대로 형성할 수 있다.
즉, 제1 태양 전지(C1)의 후면 상에 형성된 제1 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)의 위치가 제2 태양 전지(C2)의 후면 상에 형성된 제1 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)의 위치와 반대가 되도록 할 수 있다.
일례로, 제1 도전성 접착제(251)가 제1 태양 전지(C1)의 후면에 형성된 위치를 절연층(252)이 제2 태양 전지(C2)의 후면 상에 형성된 위치와 동일하게 할 수 있고, 절연층(252)이 제1 태양 전지(C1)의 후면에 형성된 위치를 제1 도전성 접착제(251)가 제2 태양 전지(C2)의 후면 상에 형성된 위치와 동일하게 할 수 있다.
이와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면 각각에 제1 도전성 접착제(251) 및 절연층(252)을 서로 반대되는 위치에 형성한 후, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면에 고정시킨 상태에서, 제1 도전성 배선들(210)이 고정된 제1 태양 전지(C1)와 제2 도전성 배선들(220)이 고정된 제2 태양 전지(C2)를 제1 방향(x)으로 배열시키면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선들(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선들(220)이 서로 동일한 라인 선상에 위치할 수 있다.
제조 공정 비용을 고려하면, 첫 번째 예가 보다 효과적일 수 있다.
여기서, 도 3 및 도 4에 도시된 태양 전지의 각 구성 부분에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 적용되는 태양 전지의 일례를 나타내는 일부 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 태양 전지의 제1 방향(x) 단면을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지의 일례는 반사 방지막(130), 반도체 기판(110), 터널층(180), 제1 반도체부(121), 제2 반도체부(172), 진성 반도체부(150), 패시베이션층(190), 복수의 제1 전극(141) 및 복수의 제2 전극(142)을 구비할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(130), 터널층(180) 및 패시베이층(190)은 생략될 수도 있으나, 구비된 경우 태양 전지의 효율이 더 향상되므로, 이하에서는 구비된 경우를 일례로 설명한다.
반도체 기판(110)은 제 1 도전성 타입 또는 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 일례로, 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다.
여기서, 반도체 기판(110)에 함유된 제 1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물은 n형 또는 p형 도전성 타입 중 어느 하나일 수 있다.
반도체 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑(doping)된다. 하지만, 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑될 수 있다.
이하에서는 이와 같은 반도체 기판(110)의 함유된 불순물이 제2 도전성 타입의 불순물이고, n형인 경우를 일례로 설명한다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 반도체 기판(110)의 전면에 복수의 요철면을 가질 수 있다. 이로 인해 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치한 제1 반도체부(121) 역시 요철면을 가질 수 있다.
이로 인해, 반도체 기판(110)의 전면에서 반사되는 빛의 양이 감소하여 반도체 기판(110) 내부로 입사되는 빛의 양이 증가할 수 있다.
반사 방지막(130)은 외부로부터 반도체 기판(110)의 전면으로 입사되는 빛의 반사를 최소화하기 위하여, 반도체 기판(110)의 전면 위에 위치하며, 알루미늄 산화막(AlOx), 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 및 실리콘 산화질화막(SiOxNy) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
터널층(180)은 반도체 기판(110)의 후면 전체에 직접 접촉하여 배치되며, 유전체 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 터널층(180)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)에서 생성되는 캐리어를 통과시킬 수 있다.
이와 같은 터널층(180)은 반도체 기판(110)에서 생성된 캐리어를 통과시키며, 반도체 기판(110)의 후면에 대한 패시베이션 기능을 수행할 수 있다.
아울러, 터널층(180)은 600℃ 이상의 고온 공정에도 내구성이 강한 SiCx 또는 SiOx로 형성되는 유전체 재질로 형성될 수 있다.
제1 반도체부(121)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(110)의 후면에 배치되되, 일례로, 터널층(180)의 후면의 일부에 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
아울러, 이와 같은 제1 반도체부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 제2 방향(y)으로 배치되며, 제2 도전성 타입과 반대인 제1 도전성 타입을 갖는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
여기서, 제1 반도체부(121)는 제1 도전성 타입의 불순물이 도핑될 수 있으며, 반도체 기판(110)에 함유된 불순물이 제2 도전성 타입의 불순물인 경우, 제1 반도체부(121)는 터널층(180)을 사이에 두고 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성할 수 있다.
각 제1 반도체부(121)는 반도체 기판(110)과 p-n접합을 형성하므로, 제1 반도체부(121)는 p형의 도전성 타입을 가질 수 있으며, 복수의 제1 반도체부(121)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우 제1 반도체부(121)에는 3가 원소의 불순물이 도핑될 수 있다.
제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)의 후면에 제1 반도체부(121)와 나란한 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 배치되며, 일례로 터널층(180)의 후면 중에서 전술한 제1 반도체부(121) 각각과 이격된 일부 영역에 직접 접촉하여 형성될 수 있다.
이와 같은 제2 반도체부(172)는 제2 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 도핑되는 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 반도체 기판(110)이 제2 도전성 타입의 불순물인 n형 타입의 불순물로 도핑되는 경우, 복수의 제2 반도체부(172)는 n+의 불순물 영역일 수 있다.
이러한 제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)과 제2 반도체부(172)와의 불순물 농도 차이로 인한 전위 장벽에 의해 전자의 이동 방향인 제2 반도체부(172) 쪽으로의 정공 이동을 방해하는 반면, 제2 반도체부(172) 쪽으로의 캐리어(예, 전자) 이동을 용이하게 할 수 있다.
따라서, 제2 반도체부(172) 및 그 부근 또는 제1, 2 전극(141, 142)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 제2 반도체부(172)로의 전자 이동량을 증가시킬 수 있다.
지금까지의 도 5 내지 도 6에서는 반도체 기판(110)이 제2 도전성 타입의 불순물인 경우를 일례로 설명하면서, 제1 반도체부(121)가 에미터부로서 역할을 하고, 제2 반도체부(172)가 후면 전계부로서 역할을 하는 경우를 일례로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게, 반도체 기판(110)이 제1 도전성 타입의 불순물을 함유하는 경우, 제1 반도체부(121)가 후면 전계부로서 역할을 하고, 제2 반도체부(172)가 에미터부로서 역할을 할 수도 있다.
아울러, 여기의 도 5 및 도 6에서는 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172)가 터널층(180)의 후면에 다결정 실리콘 재질로 형성된 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 터널층(180)이 생략된 경우, 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)의 후면 내에 불순물이 확산되어 도핑될 수도 있다. 이와 같은 경우, 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)과 동일한 단결정 실리콘 재질로 형성될 수도 있다.
진성 반도체부(150)은 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172) 사이에 노출된 터널층(180)의 후면에 형성될 수 있고, 이와 같은 진성 반도체부(150)은 제1 반도체부(121) 및 제2 반도체부(172)와 다르게 제1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물이 도핑되지 않은 진성 다결정 실리콘층으로 형성될 수 있다.
아울러, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 진성 반도체부(150)의 양측면 각각은 제1 반도체부(121)의 측면 및 제2 반도체부(172)의 측면에 직접 접촉되는 구조를 가질 수 있다.
패시베이션층(190)은 제1 반도체부(121), 제2 반도체부(172) 및 진성 반도체부(150)에 형성되는 다결정 실리콘 재질의 층의 후면에 형성된 뎅글링 본드(dangling bond)에 의한 결함을 제거하여, 반도체 기판(110)으로부터 생성된 캐리어가 뎅글링 본드(dangling bond)에 의해 재결합되어 소멸되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
복수의 제1 전극(141)은 제1 반도체부(121)에 접속하고, 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 형성될 수 있다. 이와 같은, 제1 전극(141)은 제1 반도체부(121) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어 정공을 수집할 수 있다.
복수의 제2 전극(142)은 제2 반도체부(172)에 접속하고, 제1 전극(141)과 나란하게 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 형성될 수 있다. 이와 같은, 제2 전극(142)은 제2 반도체부(172) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어, 전자를 수집할 수 있다.
이와 같은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제1 방향(x)으로 교번하여 배치될 수 있다.
이와 같은 구조로 제조된 본 발명에 따른 태양 전지에서 제1 전극(141)을 통하여 수집된 정공과 제2 전극(142)을 통하여 수집된 전자는 외부의 회로 장치를 통하여 외부 장치의 전력으로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 적용된 태양 전지는 반드시 도 5 및 도 6에만 한정하지 않으며, 태양 전지에 구비되는 제1, 2 전극(141, 142)이 반도체 기판(110)의 후면에만 형성되는 점을 제외하고 다른 구성 요소는 얼마든지 변경이 가능하다.
예를 들어 본 발명의 태양 전지 모듈에는 제1 전극(141)의 일부 및 제1 반도체부(121)가 반도체 기판(110)의 전면에 위치하고, 제1 전극(141)의 일부가 반도체 기판(110)에 형성된 홀을 통해 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1 전극(141)의 나머지 일부와 연결되는 MWT 타입의 태양 전지도 적용이 가능하다.
이와 같은 태양 전지가 제1, 2 도전성 배선(210, 220)에 의해 직렬 연결된 단면 구조는 다음의 도 7와 같다.
도 7는 도 3 및 도 4 에서 X1-X1 라인에 따른 단면을 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2)를 포함하는 복수의 태양 전지는 복수 개가 제1 방향(x)으로 배열될 수 있다. 이때, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에 구비되는 복수의 제1, 2 전극(141, 142)의 길이 방향이 도 4및 도 5와 같이 제2 방향(y)으로 향하도록 배치될 수 있다.
여기서, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 단면이 원형을 갖는 도전성 와이어 형태이거나 폭이 두께보다 큰 리본 형태를 가질 수 있다.
여기서, 도 4및 도 7에 도시된 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 선폭(W210, W220)은 도전성 배선의 선저항을 충분히 낮게 유지하면서, 제조 비용이 최소가 되도록 고려하여, 0.5mm ~ 2.5mm 사이로 형성될 수 있으며, 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220) 사이의 간격은 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 총 개수를 고려하여, 태양 전지 모듈의 단락 전류가 훼손되지 않도록 4mm ~ 6.5mm 사이로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각이 하나의 태양 전지에 접속되는 개수는 10개 ~ 20개일 수 있다. 따라서, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 하나의 태양 전지에 접속되는 총 개수의 합은 20개 ~ 40개일 수 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 앞선 도 1에서 설명한 바와 같이, 각 태양 전지의 반도체 기판(110)의 후면에 형성된 제1, 2 전극(141, 142)에 제1 도전성 접착제(251)를 통해 접속되거나 절연층(252)에 의해 절연될 수 있다.
여기서, 제1 도전성 접착제(251)는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 금속 재질로 형성될 수 있다. 아울러, 이와 같은 제1 도전성 접착제(251)는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 솔더 패이스트(solder paste) 형태로 형성되거나, 에폭시에 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금이 포함된 에폭시 솔더 패이스트(epoxy solder paste) 또는 도전성 패이스트(Conductive paste) 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 절연층(252)은 절연성 재질이면 어떠한 것이든 상관 없으며, 일례로, 에폭시 계열, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 아크릴 계열 또는 실리콘 계열 중 어느 하나의 절연성 재질이 사용될 수 있다.
이와 같이, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)가 제1 방향(x)으로 배열된 상태에서, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각이 서로 중첩되어 접속될 수 있다.
이를 위해, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210)의 끝부분과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220)의 끝부분은 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각의 반도체 기판(110)의 투영 영역 밖으로 돌출되되, 서로 마주보는 방향으로 돌출될 수 있다.
아울러, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210)의 끝부분과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220)의 끝부분이 서로 중첩되어 접속되는 배선 접속부는 제2 도전성 접착제(350)에 의해 서로 접속될 수 있다.
참고로, 도 7에서 별도로 번호를 부여하지 않았지만, 배선 접속부는 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선들(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선들(220) 각각이 서로 중첩되어 접속되는 부분을 의미한다.
아울러, 도 7에서는 배선 접속부에서 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선(220)이 제2 도전성 접착제(350)에 의해 서로 접속되는 경우를 일례로 도시하였지만, 제2 도전성 접착제(350)를 사용하지 않고, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선(220)이 서로 직접 접속되는 것도 가능하다.
여기서, 제2 도전성 접착제(350)는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 금속 재질로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제2 도전성 접착제(350)는 (1) 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 솔더 패이스트(solder paste) 형태로 형성되거나, (2) 에폭시에 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금이 포함된 에폭시 솔더 패이스트(epoxy solder paste) 또는 도전성 패이스트(Conductive psate) 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 제2 도전성 접착제(350)의 융점은 제1 도전성 접착제(251)의 융점과 다를 수 있다.
이와 같이, 제2 도전성 접착제(350)의 융점은 제1 도전성 접착제(251)의 융점과 다르게 하는 것은 공정의 편의성을 위함이다.
즉, 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 후면에 고정되되, 완전히 전기적으로 접속되지 않은 상태에서, 제1 태양 전지(C1)에 고정된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 고정된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각이 제2 도전성 접착제(350)에 의해 먼저 접속될 수 있다.
이후, 라미네이션 공정 중의 열처리 공정에서 제1 도전성 접착제(251)에 의해 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각이 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각의 후면에 형성된 제1, 2 전극(141, 142) 각각에 전기적으로 접속될 수 있다.
이때, 제2 도전성 접착제(350)에 의해 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 서로 중첩되어 접속되는 배선 접속부의 전기적 및 물리적 안정성을 위해, 제2 도전성 접착제(350)에 대한 열처리 공정의 온도를 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각을 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각의 후면에 접속시키는 라미네이션 공정의 열처리 공정 온도보다 더 높게 할 수 있다.
이에 따라, 라미네이션 공정 중에 제2 도전성 접착제(350)는 용융되지 않고, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 접속된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
이를 위해, 제2 도전성 접착제(350)에는 제1 도전성 접착제(251)의 용융 온도보다 더 높은 용융 온도를 갖는 재질 포함되어 사용될 수 있다.
일례로, 제2 도전성 접착제(350)의 융점은 제1 도전성 접착제(251)의 융점보다 높고, 200℃ 이하일 수 있다.
보다 구체적 일례로, 통상적인 라미네이션 공정의 열처리 온도가 165℃라고 가정한 경우, 제1 도전성 접착제(251)의 융점은 110℃ ~ 165℃ 사이일 수 있으며, 제2 도전성 접착제(350)의 융점은 165℃보다 크고 200℃ 이하일 수 있다.
아울러, 도 7에서는 제1 태양 전지(C1)에 고정된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 고정된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각이 서로 접속되는 배선 접속부가 제2 도전성 접착제(350)에 의해 접속되는 경우를 일례로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게 배선 접속부에서 제1 태양 전지(C1)에 고정된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 고정된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각은 서로 중첩된 상태에서 1000℃ 이상의 레이저 열처리 방법에 의해 물리적으로 서로 직접 접촉하여 접속될 수도 있다.
이와 같은 경우, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 중 어느 하나의 표면에는 레이저 열처리 공정에서 발생하는 홈이 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 고정된 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)에 고정된 제2 도전성 배선(220)이 서로 중첩되어 접속된 구조에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 8은 본원 발명에서 배선 접속부의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위한 도로, 도 8의 (a)는 배선 접속부를 평면에서 바라본 형상이고, 도 8의 (b)는 배선 접속부를 단면에서 바라본 형상이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈을 평면에서 봤을 때, 복수의 태양 전지 중 제1 태양 전지(C1)에 접속된 복수의 제1 도전성 배선(210) 각각은 제1 태양 전지(C1)와 바로 인접한 제2 태양 전지(C2)에 접속된 복수의 제2 도전성 배선(220) 각각과 중첩되어 접속될 수 있다.
따라서, 배선 접속부는 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 사이에서 제2 방향(y)으로 이격되어 복수 개가 형성될 수 있다. 즉, 배선 접속부는 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선들(210) 각각과 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선들(220) 각각이 서로 중첩되어 접속되는 개수만큼 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 사이에 형성될 수 있다.
아울러, 도 8에 도시된 바와 같이, 배선 접속부는 제1 태양 전지(C1)의 반도체 기판(110)과 제2 태양 전지(C2)의 반도체 기판(110) 사이에 위치할 수 있다.
즉, 배선 접속부는 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110)의 투영 영역 사이에 위치하여, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110)과 이격될 수 있다.
이와 같은 구조는, 배선 접속부를 열처리하여 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 도전성 접착제(350)로 접속시킬 때, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110)이 열처리 공정에 의해 열손상되는 정도를 최소화할 수 있다.
아울러, 이와 같은 구조는, 모듈 제조 공정 중 일부 태양 전지와 도전성 배선 사이에 접속 결함이 발견되더라도, 해당 태양 전지의 교체를 보다 용이하게 수행할 수 있다.
아울러, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈을 단면에서 봤을 때, 복수의 제1 도전성 배선(210) 또는 복수의 제2 도전성 배선(220) 중 어느 하나의 도전성 배선들은 다른 하나의 도전성 배선들의 후면에 접속될 수 있다.
즉, 도 8의 (b)에서는 제2 태양 전지(C2)의 후면에 접속된 제2 도전성 배선(220)의 전면이 제1 태양 전지(C1)의 후면에 접속된 제1 도전성 배선(210)의 후면에 중첩되어 접속되는 경우를 일례로 도시하였지만, 도 8의 (b)에 도시된 바와 반대로, 제1 태양 전지(C1)에 접속된 제1 도전성 배선(210)의 전면이 제2 태양 전지(C2)에 접속된 제2 도전성 배선(220)의 후면에 접속될 수도 있다.
이와 같은, 배선 접속부에서 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 중첩되어 접속되는 제1 방향(x)으로의 접속폭(W350)은 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 사이의 물리적 접속 강도와 접속 저항을 충분히 확보하기 위하여, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 선폭(W200)보다 크고, 제1 태양 전지(C1)의 반도체 기판(110)과 제2 태양 전지(C2)의 반도체 기판(110) 사이의 이격 간격보다 작을 수 있다.
아울러, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 배선 접속부에서 서로 접속된 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 두께의 합(T250)은 제1, 2 도전성 배선(210, 220)에서 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 반도체 기판(110)의 투영면과 중첩되는 부분의 두께(T210, T220)보다 클 수 있다.
아울러, 이와 같은 본 발명의 배선 접속부에서, 열처리 공정을 통해 서로 접속되는 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 열팽창 스트레스를 완화하기 위하여, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 스트레스 저감부를 더 구비할 수 있다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 9는 도 8에 도시된 태양 전지 모듈에서 제1, 2 태양 전지 사이에 제1, 2 도전성 배선(210, 220)가 스트레스 저감부를 구비한 제1 변경예를 설명하기 위한 도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110)과 배선 접속부 사이에서 태양 전지 모듈의 두께 방향으로 굴곡진 스트레스 저감부(P210, P220)를 구비할 수 있다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 배선 접속부와 제1 태양 전지(C1)의 반도체 기판(110) 사이에서 제1 도전성 배선(210)은 태양 전지 모듈의 두께 방향인 제3 방향으로 굴곡진 스트레스 저감부(P210)를 구비하고, 배선 접속부와 제2 태양 전지(C2)의 반도체 기판(110) 사이에서 제2 도전성 배선(220)은 태양 전지 모듈의 두께 방향인 제3 방향(z)으로 굴곡진 스트레스 저감부(P220)를 구비할 수 있다.
이와 같은 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 스트레스 저감부(P210, P220)는 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 자체가 접혀 구성될 수 있으며, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 접혀져 구성된 스트레스 저감부(P210, P220)는 태양 전지 모듈의 전면 방향으로 돌출될 수 있다.
이와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 스트레스 저감부(P210, P220)를 구비함으로써, 배선 접속부에서 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 열처리되어 접속될 때, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 길이 방향인 제1 방향(x)으로 열팽창되더라도, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 스트레스 저감부(P210, P220)로 인하여, 반도체 기판(110)의 후면에 고정된 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 열팽창 스트레스를 최소화할 수 있다.
도 9에서는 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 스트레스 저감부(P210, P220)가 반도체 기판(110)과 배선 접속부 사이에만 구비된 경우를 일례로 설명하였으나, 이와 다르게, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 스트레스 저감부(P210, P220)는 배선 접속부에서도 구비될 수 있다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 10은 도 8에 도시된 태양 전지 모듈에서 제1, 2 태양 전지 사이에 제1, 2 도전성 배선(210, 220)가 스트레스 저감부를 구비한 제2 변경예를 설명하기 위한 도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 스트레스 저감부(P210, P220)는 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110) 사이에 구비되되, 배선 접속부에도 모듈의 두께 방향(z)으로 굴곡진 스트레스 저감부(P210, P220)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 스트레스 저감부(P210, P220)가 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110) 사이에 형성되되, 배선 접속부에도 구비되도록 함으로써, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 열팽창 스트레스 저감 효과를 보다 향상시키면서, 배선 접속부에서 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 물리적 접착 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
아울러, 도 9 및 도 10에서는 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 스트레스 저감부(P210, P220)가 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110) 사이에 구비되되, 태양 전지 모듈의 두께 방향으로 형성된 경우를 일례로 설명하였지만, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 스트레스 저감부(P210, P220)는 모듈의 두께 방향이 아닌 제2 방향으로 형성되는 것도 가능하다.
보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 11는 도 8에 도시된 태양 전지 모듈에서 제1, 2 태양 전지 사이에 제1, 2 도전성 배선(210, 220)가 스트레스 저감부를 구비한 제3 변경예를 설명하기 위한 도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 사이에 제1, 2 전극(141, 142)의 길이 방향과 동일한 제2 방향(y)으로 굴곡진 스트레스 저감부(P210, P220)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)이 제2 방향(y)으로 굴곡진 스트레스 저감부(P210, P220)를 구비한 경우에도, 도 9 및 도 10에서 설명한 바와 같이, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 열팽창 스트레스를 저감하면서, 배선 접속부에서 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 물리적 접착 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 9 내지 도 11에서는 스트레스 저감부(P210, P220)가 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 길이 방향인 제1 방향(x)에 교차하는 방향인 제2 방향(y)이나 모듈의 두께 방향(z)으로 굴곡진 형태를 일례로 설명하였다.
그러나, 이와 다르게 스트레스 저감부(P210, P220)는 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 각 반도체 기판(110) 사이에 위치하는 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 일부분에 슬릿이 형성된 형태로 구비될 수도 있다.
이하에서는 전술한 바와 같은 태양 전지 모듈을 제조 하는 방법에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 제조하기 위해, 먼저, 반도체 기판(110)의 후면에 제1, 2 전극(141, 142)이 형성된 복수의 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 준비(S1)할 수 있다.
이때, 반도체 기판(110)의 후면에 제1, 2 전극(141, 142)이 형성된 태양 전지의 일례는 도 4 내지 6에 도시된 바와 같을 수 있다.
이후, 제1, 2 전극(141, 142) 위에 절연층(252)과 제1 도전성 접착제(251)를 도포 및 건조(S2)할 수 있다.
여기서, 절연층(252)과 제1 도전성 접착제(251)가 도포되는 패턴은 도 4에 도시된 바와 같을 수 있으며, 구체적으로, 제1 도전성 접착제(251)는 제1 도전성 배선(210)과 접속될 제1 전극(141) 위 및 제2 도전성 배선(220)과 접속될 제2 전극(142) 위에 도포되어 건조될 수 있으며, 절연층(252)은 제2 도전성 배선(220)과 절연될 제1 전극(141) 위 및 제1 도전성 배선(210)과 절연될 제2 전극(142) 위에 도포되어 건조될 수 있다.
여기서, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에서 절연층(252)과 제1 도전성 접착제(251)가 도포되는 패턴이 서로 동일할 수 있다.
이후, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 제1, 2 전극(141, 142) 위에 배치한 후 고정(S3)시킬 수 있다.
여기서, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 고정하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 일례로, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 길게 고정 테이프를 반도체 기판(110)의 후면에 부착시켜, 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 움직이지 못하도록 반도체 기판(110)의 후면에 고정시킬 수도 있으며, 다른 일례로, 제1 도전성 접착제(251)를 열처리하여 가접합할 수도 있다.
이후, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 제1 방향(x)으로 이격하여 배치하되, 제2 태양 전지(C2)를 회전(S4)시킬 수 있다.
즉, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)를 제1 방향(x)으로 이격하여 배치하되, 제1 태양 전지(C1)에 고정된 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)에 고정된 제2 도전성 배선(220)이 서로 일직선 상에 위치하도록 하기 위하여, 제2 태양 전지(C2)를 180° 회전시켜, 제1 태양 전지(C1)에 인접하여 배치할 수 있다.
이후, 열처리 공정을 통해 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선(220)을 서로 접속(S5)시킬 수 있다.
이때, 도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)의 제1 도전성 배선(210)과 제2 태양 전지(C2)의 제2 도전성 배선(220)은 제2 도전성 접착제(350)에 의해 서로 접속될 수 있다.
아울러, 여기서 열처리 공정의 온도는 이후에 설명할 라미네이션 공정의 온도보다 높고 200℃ 이하일 수 있다.
일례로, 라미네이션 공정의 최고 온도가 165℃인 경우, S5 단계에서의 열처리 공정 온도는 165℃ ~ 200℃ 사이일 수 있다.
이에 따라, 제2 도전성 접착제(350)로는 융점이 라미네이션 공정의 온도보다 높고 200℃ 이하인 솔더 페이스트 또는 수지 내에 금속 입자가 포함되는 도전성 접착 페이스트가 사용될 수 있다.
이후, 라미네이션 공정으로 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에 고정된 제1, 2 도전성 배선(210, 220)을 제1, 2 태양 전지(C1, C2)의 제1, 2 전극(141, 142) 각각에 전기적으로 접속(S6)시킬 수 있다.
이에 따라, 도 1 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 태양 전지 모듈이 형성될 수 있다.
이와 같은 라미네이션 공정의 최고 온도는 160℃~170℃ 사이일 수 있으며, 보다 바람직하게는 165℃일 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 라미네이션 공정에서 제1 도전성 접착제(251)는 연화된 이후 재접속될 수 있으며, 절연층(252)은 용융되지 않을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 후면에 제1 전극과 제2 전극을 각각 구비하고, 제1 방향으로 이격되어 배열되는 복수의 태양 전지; 및
    상기 제1 전극의 후면에 접속되는 복수의 제1 도전성 배선과 상기 제2 전극의 후면에 접속되는 복수의 제2 도전성 배선;을 포함하고,
    상기 복수의 태양 전지 중 제1 태양 전지에 접속된 복수의 제1 도전성 배선 각각은 상기 제1 태양 전지와 바로 인접한 제2 태양 전지에 접속된 복수의 제2 도전성 배선 각각과 중첩되어 접속되는 태양 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지에 접속된 제1 도전성 배선들 각각과 상기 제2 태양 전지에 접속된 제2 도전성 배선들 각각이 서로 중첩되어 접속되는 배선 접속부는 상기 제1 태양 전지의 반도체 기판과 상기 제2 태양 전지의 반도체 기판 사이에 위치하는 태양 전지 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 접속부에서, 상기 제1 도전성 배선들 또는 상기 제2 도전성 배선들 중 어느 하나의 도전성 배선들은 다른 하나의 도전성 배선들의 후면에 접속되는 태양 전지 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 접속부에서 상기 제1, 2 도전성 배선이 중첩되는 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 제1, 2 도전성 배선 각각의 선폭보다 크고, 상기 제1 태양 전지의 반도체 기판과 상기 제2 태양 전지의 반도체 기판 사이의 이격 간격보다 작은 태양 전지 모듈.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 배선 접속부에서 서로 접속된 상기 제1, 2 도전성 배선의 두께의 합은 상기 제1, 2 도전성 배선에서 상기 제1, 2 태양 전지의 반도체 기판의 투영면과 중첩되는 부분의 두께보다 큰 태양 전지 모듈.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1, 2 전극 각각은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 길게 배치되고,
    상기 제1, 2 도전성 배선 각각은 상기 반도체 기판의 후면에 상기 제1, 2 전극에 교차하는 제1 방향으로 길게 배치되는 태양 전지 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 도전성 배선은 상기 제1 전극과 교차되는 부분에서 제1 도전성 접착제에 의해 상기 제1 전극에 접속되고, 상기 제2 전극과 교차되는 부분에서 절연층에 의해 상기 제2 전극과 절연되고,
    상기 제2 도전성 배선은 상기 제2 전극과 교차되는 부분에서 상기 제1 도전성 접착제에 의해 상기 제2 전극에 접속되고, 상기 제1 전극과 교차되는 상기 절연층에 의해 상기 제1 전극과 절연되는 태양 전지 모듈.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지에 접속된 제1 도전성 배선들 각각과 상기 제2 태양 전지에 접속된 제2 도전성 배선들 각각은 서로 동일한 라인 선상에 위치하는 태양 전지 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 배선 접속부에서 상기 제1 도전성 배선들과 상기 제2 도전성 배선들은 제2 도전성 접착제에 의해 서로 접속되는 태양 전지 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 도전성 접착제의 융점은 상기 제1 도전성 접착제의 융점보다 높고, 200℃ 이하인 태양 전지 모듈.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 배선 접속부에서 상기 제1 도전성 배선들과 상기 제2 도전성 배선들은 중첩된 상태에서 물리적으로 서로 직접 접촉하여 접속되는 태양 전지 모듈.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제1, 2 도전성 배선 각각은 상기 제1, 2 태양 전지의 각 반도체 기판 사이에 상기 제1, 2 도전성 배선 각각의 열팽창 스트레스를 저감하는 스트레스 저감부를 구비하는 태양 전지 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 스트레스 저감부는 상기 태양 전지 모듈의 평면 상에서 상기 제1, 2 도전성 배선 각각이 상기 제2 방향으로 굴곡진 형태를 가지거나, 상기 태양 전지 모듈의 두께 방향으로 굴곡진 형태를 가지거나 상기 제1, 2 도전성 배선에 슬릿이 형성된 형태로 구비되는 태양 전지 모듈.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 2 도전성 배선 각각의 제1 방향 길이는 상기 반도체 기판의 제1 방향 길이보다 길고, 상기 반도체 기판의 제1 방향 길이와 태양 전지들 사이의 이격 간격의 합보다 작은 태양 전지 모듈.
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