KR20180048521A - 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널 - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 전극을 포함한다. 상기 전극은, 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 핑거 라인에 전기적으로 연결되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 위치하는 버스바를 포함한다. 상기 버스바는, 상기 제2 방향으로 연장되며 상기 제1 폭을 가지는 메인 라인부 및 상기 제1 폭보다 큰 폭을 가지는 광폭부를 포함하는 라인부와, 상기 라인부보다 큰 폭을 가지며 상기 라인부에서 서로 간격을 두고 위치하는 복수의 패드부를 포함한다. 상기 복수의 패드부는, 상기 버스바의 외측에 위치하는 외측 패드 및 상기 외측 패드 이외의 내측 패드를 포함한다. 상기 내측 패드가, 상기 메인 라인부 및 상기 광폭부에 각기 적어도 하나 위치한다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 전극 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 쉐이딩 손실에 의하여 출력이 크게 저하될 수 있다. 이에 리본보다 작은 폭을 가지는 배선재를 리본 대신 사용할 수 있는데, 배선재가 태양 전지에 부착되는 부착 특성이 좋지 않을 수 있다. 배선재의 부착 특성이 좋지 않으면 태양 전지 패널의 출력 및 신뢰성이 저하될 수 있다.
본 발명은 태양 전지 패널의 출력 및 신뢰성을 향상할 수 있는 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 실시예에 따른 태양 전지는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 전극을 포함한다. 상기 전극은, 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 핑거 라인에 전기적으로 연결되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 위치하는 버스바를 포함한다. 상기 버스바는, 상기 제2 방향으로 연장되며 상기 제1 폭을 가지는 메인 라인부 및 상기 제1 폭보다 큰 폭을 가지는 광폭부를 포함하는 라인부와, 상기 라인부보다 큰 폭을 가지며 상기 라인부에서 서로 간격을 두고 위치하는 복수의 패드부를 포함한다. 상기 복수의 패드부는, 상기 버스바의 외측에 위치하는 외측 패드 및 상기 외측 패드 이외의 내측 패드를 포함한다. 상기 내측 패드가, 상기 메인 라인부 및 상기 광폭부에 각기 적어도 하나 위치한다.
본 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. 복수의 태양 전지 각각은, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 전극을 포함한다. 상기 전극은, 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 핑거 라인에 전기적으로 연결되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 위치하는 버스바를 포함한다. 상기 버스바는, 상기 제2 방향으로 연장되며 상기 제1 폭을 가지는 메인 라인부 및 상기 제1 폭보다 큰 폭을 가지는 광폭부를 포함하는 라인부와, 상기 라인부보다 큰 폭을 가지며 상기 라인부에서 서로 간격을 두고 위치하는 복수의 패드부를 포함한다. 상기 복수의 패드부는, 상기 버스바의 외측에 위치하는 외측 패드 및 상기 외측 패드 이외의 내측 패드를 포함한다. 상기 내측 패드가, 상기 메인 라인부 및 상기 광폭부에 각기 적어도 하나 위치한다.
본 실시예에 따른 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널에서는, 얇은 폭의 버스바 및/또는 와이어 형태의 배선재를 사용하여 광 손실을 최소화할 수 있고 버스바 및/또는 배선재의 개수를 늘려 캐리어의 이동 경로를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 효율 및 태양 전지 패널의 출력을 향상할 수 있다.
이때, 외측 패드에 인접한 부분의 라인부에 광폭을 가지는 광폭부를 형성하여 외측 패드에 인접한 부분에서 발생할 수 있는 배선재의 부착 특성 저하를 보상할 수 있다. 이에 의하여 전체적으로 배선재가 균일하고 우수한 부착 특성을 가질 수 있으므로, 상술한 태양 전지를 포함하는 태양 전지 패널의 출력 및 신뢰성을 향상할 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 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재의 일 예를 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함되며 배선재에 의하여 연결되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 전면 평면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분에 배선재가 부착된 상태를 도시한 부분 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 11은 실시예 1 및 실시예 2에 따른 태양 전지 패널에 온도 순환 시험을 수행한 후에 전력 강하(power drop)율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함되는 태양 전지 및 이에 연결된 배선재의 일 예를 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함되며 배선재에 의하여 연결되는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 전면 평면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분에 배선재가 부착된 상태를 도시한 부분 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다.
도 11은 실시예 1 및 실시예 2에 따른 태양 전지 패널에 온도 순환 시험을 수행한 후에 전력 강하(power drop)율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
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.
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 구성되는 시트로 구성될 수 있다. 일 예로, 전면 기판(110)이 유리 기판 등으로 구성될 수 있고, 후면 기판(120)이 필름 또는 시트 등으로 구성될 수 있다. 후면 기판(120)은 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 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(110)을 포함할 수 있다. 일 예로, 베이스 영역(110)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 베이스 영역(110)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(110) 또는 반도체 기판(160)을 기반으로 한 단위 태양 전지(150)은 전기적 특성이 우수하다.
그리고 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조가 형성될 수 있다. 일 예로, 반사 방지 구조로 피라미드 등의 형태의 요철을 가지는 텍스쳐링(texturing) 구조를 구비할 수 있다. 반도체 기판(160)에 형성된 텍스쳐링 구조는 반도체의 특정한 결정면(예를 들어, (111)면)을 따라 형성된 외면을 가지는 일정한 형상(일 예로, 피라미드 형상))을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(160)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(160) 내부로 입사되는 광의 반사율을 낮춰 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 일면에만 텍스처링 구조가 형성되거나, 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에 텍스처링 구조가 형성되지 않을 수 있다.
반도체 기판(160)의 일면(일 예로, 전면) 쪽에는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 그리고 반도체 기판(160)의 후면 쪽에는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(110)과 동일한 도전형일 경우에는 베이스 영역(110)보다 높은 도핑 농도를 가진다.
도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성된 것을 일 예로 제시하였다. 이 경우에 제1 도전형 영역(20)이 제1 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(30)이 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160)의 일부를 구성하면 베이스 영역(110)과의 접합 특성을 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(160)의 위에서 반도체 기판(160)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(160) 위에 쉽게 형성될 수 있도록 반도체 기판(160)과 다른 결정 구조를 가지는 반도체층(예를 들어, 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층, 일 예로, 비정질 실리콘층, 미세 결정 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(110)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(110)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(110)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 전계 영역은 반도체 기판(160)의 표면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 전계를 형성한다. 일 예로, 본 실시예에서는 베이스 영역(110)이 제2 도전형을 가져, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고, 제2 도전형 영역(30)이 후면 전계 영역(back surface field)을 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 전체적으로 형성되며 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 이에 의하여 충분한 면적에 형성되며 간단한 공정에 의하여 제조될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 도전형 영역(20)이 균일한 구조 또는 선택적 구조(selective structure)일 수 있고, 제2 도전형 영역(30)이 균일한 구조, 선택적 구조 또는 국부적 구조(local structure)일 수 있다. 선택적 구조에서는 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30) 중에서 제1 또는 제2 전극(42, 44)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. 그리고 국부적 구조에서는 제2 도전형 영역(300이 제2 전극(44)이 위치한 부분에서만 국부적으로 형성될 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 베이스 영역(110) 및 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가지고, 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(110)과 제1 도전형 영역(20)이 pn 접합을 이룬다. 이러한 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 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(110) 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. 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 패시베이션막(22) 또는 제2 패시베이션막(32)은 반도체 기판(160)에 접촉하여 형성되어 반도체 기판(160)의 전면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 단위 태양 전지(150)의 개방 전압을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(160)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시켜 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 단위 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다.
제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다.
일 예로, 본 실시예에서 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 개구부(102)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 제2 개구부(104)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 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 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함되며 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(도 5의 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)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(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(42b) 위에서 버스바(42b)에 접촉 및 접합하면서 버스바(42b)를 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. 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(도 3의 참조부호 142a, 이하 동일)과, 코어층(142a)의 표면에 얇은 두께로 코팅되며 솔더 물질을 포함하여 전극(42, 44)과 솔더링이 가능하도록 하는 솔더층(도 3의 참조부호 142b, 이하 동일)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 1mm 미만(일 예로, 250um 내지 500um)일 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 5의 참조부호 421) 위에서 배선재(142)의 중심을 지나는 폭으로 볼 수 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 1mm 이상(일 예로, 500um 초과)이면, 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 개수(또는 이에 대응하는 버스바(42b)의 개수)가 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 6개 내지 33개일 수 있다. 이때, 태양 전지 패널(100)의 출력을 좀더 향상하기 위하여 배선재(142)의 개수를 10개 이상(일 예로, 12개 내지 24개)으로 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 배선재(142)의 개수 및 이에 따른 버스바(42b)의 개수가 다른 값을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 4와 함께 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배선재(142)가 부착되는 태양 전지(150)의 전극(42, 44)의 일 예를 상세하게 설명한다. 이하에서는 도 5를 참조하여 제1 전극(42)을 기준으로 상세하게 설명하였으나, 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 어느 하나의 전극이 이하의 설명에 해당하면 족하다. 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 다른 하나의 전극은 이하의 전극과 동일할 수도 있고, 이하의 전극과 동일 또는 유사한 형상을 가지되 크기, 간격, 피치 등이 다를 수도 있고, 이하의 전극과 전혀 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 5는 도 4에 도시한 태양 전지의 전면 평면도이고, 도 6은 도 5의 A 부분에 배선재가 부착된 상태를 도시한 부분 평면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 제1 전극(42)은, 제1 방향(도면의 가로 방향)으로 연장되며 서로 평행하게 위치하는 복수의 핑거 라인(42a)과, 핑거 라인(42a)과 교차(일 예로, 직교)하는 제2 방향(도면의 세로 방향)으로 형성되어 핑거 라인(42a)에 전기적으로 연결되며 배선재(142)가 연결 또는 부착되는 버스바(42b)를 포함한다. 도면에서는 양측 가장자리 부근에서 복수의 핑거 라인(42a)의 단부를 전체적으로 연결하는 테두리 라인(42c)이 더 형성된 것을 예시하였다. 테두리 라인(42c)은 핑거 라인(42a)과 동일 또는 유사한 폭을 가지며 핑거 라인(42a)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 그러나 테두리 라인(42c)을 구비하지 않는 것도 가능하다.
복수의 핑거 라인(42a)은 균일한 폭 및 피치를 가지면서 서로 이격될 수 있다. 도면에서는 핑거 라인(42a)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.
이때, 배선재(142)의 폭은 핑거 라인(42a)의 피치보다 작을 수 있고, 핑거 라인(42a)의 폭보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
앞서 언급한 바와 같이 버스바(42b)는 이웃한 태양 전지(150)와의 연결을 위한 배선재(142)가 위치하는 부분에 대응하도록 위치할 수 있다. 이러한 버스바(42b)는 배선재(142)에 일대일 대응하도록 구비될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서 태양 전지(150)의 일면을 기준으로 버스바(42b)가 배선재(142)와 동일한 개수로 구비될 수 있다.
본 실시예에서 버스바(42b)는, 라인부(421)와, 라인부(421)보다 큰 폭을 가지며 라인부(421)에서 서로 간격을 두고 위치하는 복수의 패드부(422)를 포함한다. 이때, 라인부(421)는 제2 방향으로 연장되며 제1 폭(W1)을 가지는 메인 라인부(421a) 및 제1 폭(W1)보다 큰 폭을 가지는 광폭부(421b)를 포함한다.
패드부(422)는 상대적으로 넓은 폭을 가져 실질적으로 배선재(142)가 부착되는 영역이다. 제1 방향에서 측정된 패드부(422)의 폭은 라인부(421)의 폭 및 제2 방향에서 측정된 핑거 라인(42a)의 폭보다 각기 크고, 배선재(142)의 폭과 같거나 이보다 클 수 있다. 그리고 제2 방향에서 측정된 패드부(422)의 길이는 핑거 라인(42a)의 폭보다 클 수 있다. 이러한 패드부(422)에 의하여 배선재(142)와 버스바(42b)의 부착력을 향상하고 접촉 저항을 줄일 수 있다.
이때, 복수의 패드부(422)는 제2 방향에서 버스바(42b)의 외측에 위치하는 외측 패드(424)와, 외측 패드(424) 이외의 내측 패드(426)를 포함한다. 여기서, 외측 패드(424)는 복수의 패드부(422) 중에서 제2 방향으로 볼 때 양측 가장자리 각각에 가장 근접하여 위치하는 두 개의 패드를 의미하고, 내측 패드(426)는 두 개의 외측 패드(424) 사이에 위치한 패드를 의미할 수 있다. 여기서, 외측/내측의 기준은 복수의 패드부(422)만을 기준으로 한 것이므로, 도면과 달리 라인부(421)가 외측 패드(424)의 외측에 위치할 수도 있다. 외측 패드(424)에서는 배선재(142)와의 부착 특성이 저하될 수 있는 바, 외측 패드(424)의 면적(또는 길이)가 내측 패드(422)의 면적(또는 길이)보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 라인부(421)는 복수의 핑거 라인(42a) 및 패드부(422)를 연결하여 일부 핑거 라인(42a)이 단선될 경우 캐리어가 우회할 수 있는 경로를 제공한다. 제1 방향에서 측정된 라인부(421)의 폭은 패드부(422) 및 배선재(142)의 폭보다 작고, 제2 방향에서 측정된 핑거 라인(42a)의 폭보다 작거나 크거나 같을 수 있다. 이와 같이 라인부(421)를 상대적으로 좁은 폭으로 형성하여 제1 전극(42)의 면적을 최소화하여 쉐이딩 손실 및 재료 비용을 저감할 수 있다. 라인부(421)에는 배선재(142)가 부착될 수도 있고, 라인부(421)에 배선재(142)가 부착되지 않은 상태로 배선재(142)가 라인부(421) 위에 놓여진 상태일 수도 있다.
이때, 본 실시예에서는 라인부(421)가, 내측 패드(426)를 적어도 하나씩 구비하는 메인 라인부(421a) 및 광폭부(421b)를 구비한다. 메인 라인부(421a)는 외측 패드(424)와 이격되어 버스바(42b)의 중간 영역에 위치할 수 있다. 그리고 광폭부(421b)가 외측 패드(424)에 인접하여 위치할 수 있다. 앞서 간단히 언급한 바와 같이 외측 패드(424)가 위치한 부분에서는 배선재(142)의 부착 특성이 낮을 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
본 실시예에서와 같이 좁은 폭을 가지는 배선재(142)는 전극(42, 44)과의 부착 면적이 적어 부착력이 충분하지 않을 수 있다. 더욱이 배선재(142)가 원형, 타원형 또는 곡선을 가지는 라운드진 단면을 구비하게 되면, 배선재(142)와 전극(42, 44)의 부착 면적이 작아 전극(42, 44)과의 부착력이 저하되고 배선재(142)의 두께가 커져 태양 전지(150) 또는 반도체 기판(160)이 좀더 쉽게 휠 수 있다.
특히, 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)의 사이에서는 배선재(142)가 제1 태양 전지(151)의 전면 위에서 제2 태양 전지(152)의 후면 위까지 연결되어야 하는데, 이 부분에서 배선재(142)가 휠 수 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 배선재(142)의 제1 부분은 제1 태양 전지(151)의 제1 전극(42) 위에서 이에 부착(일 예로, 접촉)된 상태를 유지하고 배선재(142)의 제2 부분은 제2 태양 전지(152)의 제2 전극(44) 위에서 이에 부착(일 예로, 접촉)된 유지하게 된다. 제1 및 제2 태양 전지(151, 152) 사이에 위치한 배선재(142)의 제3 부분은 상술한 제1 및 제2 부분을 꺽이지 않도록 연결하여야 한다. 이에 따라 제3 부분에는 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 가장자리 부분에서 볼록한 호 형상을 가지도록 휘어지는 부분이 구비된다. 이와 같이 배선재(142)에서 볼록한 호 형상을 가지는 부분에 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)로부터 멀어지는 방향으로 힘이 가해진다. 이에 의하여 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 가장자리 부분에 위치한 외측 패드(424)와 배선재(142)의 부착 특성이 내측 패드(426)와 배선재(142)의 부착 특성보다 낮을 수 있다.
이를 보상하기 위하여 본 실시예에서는 외측 패드(424)에 인접하여 광폭부(421b)를 추가로 형성한 것이다. 즉, 외측 패드(424)에 인접한 부분에 광폭부(421b)를 형성하여 배선재(142)와 전극(42, 44)의 부착 면적을 추가로 확보하여 외측 패드(424)에 인접한 부분에서 배선재(142)와 전극(42, 44)의 부착 특성을 향상할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면 메인 라인부(421a)가 전체적으로 작은 제1 폭(W1)을 가져 쉐이딩 손실 및 전극 재료 비용을 저감할 수 있으며, 외측 패드(424)에 인접하며 상대적으로 큰 제2 폭(W2)을 가지는 광폭부(421b)에 의하여 배선재(142)와 전극(42, 44)의 부착 특성을 향상할 수 있다.
이때, 메인 라인부(421a)는 광폭부(421b)의 전체 길이(즉, 모든 광폭부(421b)의 길이의 합)보다 큰 길이를 가져 버스바(42b)에서 가장 큰 길이를 가지는 부분이고, 광폭부(421b)의 길이는 메인 라인부(421a)의 길이보다 작다. 상대적으로 길게 형성된 메인 라인부(421a)에 의하여 쉐이딩 손실 및 전극 재료 비용을 효과적으로 저감할 수 있다. 광폭부(421b)는 외측 패드(424)에 인접한 부분에서 부착 특성을 위하여 부분적으로 형성되면 된다.
일 예로, 광폭부(421b)는 반도체 기판(160)의 가장자리(도 4의 참조부호 161, 162)로부터 일정 간격만큼 이격된 가상 기준선(RL)과 외측 패드(424) 사이에 위치할 수 있다. 일 예로, 제2 방향에서 볼 때 하나의 외측 패드(424)의 외측 가장자리로부터 양쪽 외측 패드(424)의 외측 가장자리 사이의 길이(L)의 0.2배의 길이만큼 이격된 위치에 가상 기준선(RL)이 위치할 수 있다. 또는, 제2 방향에서 볼 때 외측 패드(424)의 외측 가장자리로부터 3cm 이격된 위치에 가상 기준선(RL)이 위치할 수 있다. 광폭부(421b)가 상술한 가상 기준선(RL)을 넘어선 영역에 위치하면, 부착 특성을 향상하는 효과는 크게 증가시키지 못하면서 전극 재료 비용은 늘어날 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 광폭부(421b)의 길이(L1) 각각은 적어도 외측 패드(424)와 이에 인접한 내측 패드(426) 사이의 길이 또는 두 개의 인접한 내측 패드(426) 사이의 거리와 같거나 이보다 클 수 있다. 이에 따라 내측 패드(426)가 광폭부(421b)에 적어도 하나 위치할 수 있다. 일 예로, 내측 패드(426)가 광폭부(421b)에 적어도 두 개 위치할 수 있다. 또는, 광폭부(421b)의 길이(L1)가 외측 패드(424)의 길이(L2)와 같거나 그보다 클 수 있다. 이에 의하면, 광폭부(421b)가 일정 수준 이상의 길이를 가져 광폭 라인부 형상을 가질 수 있어, 배선재(142)와의 부착 면적을 충분하게 확보할 수 있다.
본 실시예에서 광폭부(421b)는 외측 패드(424)에 접촉하여 외측 패드(424)로부터 연장되어 메인 라인부(421a)까지 연장될 수 있다. 좀더 구체적으로는, 광폭부(421b)가 양쪽에 하나씩 위치한 외측 패드(424)에 접촉하여 하나씩 형성되고 두 개의 광폭부(421b) 사이에 메인 라인부(421a)가 위치할 수 있다. 그러면, 외측 패드(424)와 이격된 메인 라인부(421a)는 광폭부(421b)를 통하여 외측 패드(424)에 연결된다. 일 예로, 외측 패드(424)와 광폭부(421b)에 위치한 적어도 두 개의 내측 패드(426)를 연속적으로 연결하여 메인 라인부(421a)에 연결될 수 있다. 도면에서는 광폭부(421b)는 외측 패드(424)에 접촉하여 외측 패드(424)로부터 연장되어 두 개의 내측 패드(426)를 거쳐 메인 라인부(421a)까지 연속적으로 형성된 것을 예시하였다. 이에 의하면 광폭부(421b)의 길이(L1)를 충분하게 확보하여 광폭부(421b)에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 7에 도시한 바와 같이 광폭부(421b)에 하나의 내측 패드(426)만이 위치하여 광폭부(421b)가 외측 패드(424)와 내측 패드(426) 사이만을 연결할 수도 있다. 또는 광폭부(421b)에 세 개 이상의 내측 패드(426)가 위치할 수도 있다. 또는, 광폭부(421b)의 길이(L1)가 외측 패드(424)의 길이(L2)와 같거나 이보다 짧을 수 있다.
메인 라인부(421a)에도 내측 패드(426)가 적어도 하나 위치한다. 이때, 메인 라인부(421a)가 광폭부(421b)보다 긴 길이를 가지며 내측 패드(426)가 일정한 간격을 두고 위치하므로 메인 라인부(421a)에 위치한 내측 패드(426)의 개수가 광폭부(421b)에 위치한 내측 패드(426)의 개수보다 많을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 메인 라인부(421a) 및 광폭부(421b)에 위치한 내측 패드(426)의 개수는 다양한 값을 가질 수 있다.
본 실시예에서 광폭부(421b)가 전체적으로 메인 라인부(421a)의 제1 폭(W1)보다 크고 외측 패드(424)의 폭보다 작은 제2 폭(W2)을 가지는 것을 예시하였다. 즉, 광폭부(421b)가 균일한 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 그러면, 외측 패드(424)에 인접한 부분에서의 부착 특성을 균일하게 향상할 수 있으며 광폭부(421b)를 쉽고 안정적으로 제조할 수 있다. 이때, 메인 라인부(421a)의 제1 폭(W1)에 대한 광폭부(421b)의 제2 폭(W2)의 비율이 2배 내지 5배일 수 있다. 상기 비율이 2배 이하이면 광폭부(421b)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있고, 5배를 초과하면 전극 재료 비용이 증가할 수 있다.
일 예로, 외측 패드(424)의 폭에 대한 광폭부(421b)의 제2 폭(W2)의 비율이 0.03 내지 0.5일 수 있다. 이러한 비율은 쉐이딩 손실 및 재료 비용을 최소화하면서 광폭부(421b)에 의한 부착 면적을 고려한 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 외측 패드(424)의 폭에 대한 광폭부(421b)의 제2 폭(W2)의 비율이 0.03 미만이거나, 0.5를 초과할 수 있다.
상술한 태양 전지(150) 및 이를 포함하는 태양 전지 패널(100)에서는, 얇은 폭의 버스바(42b) 및/또는 와이어 형태의 배선재(142)를 사용하여 광 손실을 최소화할 수 있고 버스바(42b) 및/또는 배선재(142)의 개수를 늘려 캐리어의 이동 경로를 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(150)의 효율 및 태양 전지 패널(100)의 출력을 향상할 수 있다.
이때, 외측 패드(424)에 인접한 부분의 라인부(421)에 광폭을 가지는 광폭부(421b)를 형성하여 외측 패드(424)에 인접한 부분에서 발생할 수 있는 배선재(142)의 부착 특성 저하를 보상할 수 있다. 이에 의하여 전체적으로 배선재(142)가 균일하고 우수한 부착 특성을 가질 수 있으므로, 상술한 태양 전지(150)를 포함하는 태양 전지 패널(100)의 출력 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 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 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다. 도 8에는 도 6에 대응하는 부분을 도시하되, 간략하고 명확한 도시를 위하여 배선재의 도시를 생략하였다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서는 광폭부(421b)가 메인 라인부(421a)로부터 외측 패드(424)로 향하면서 폭이 점진적으로 커지는 형상을 가진다. 이와 같이 외측 패드(424)로 향하면서 광폭부(421b)의 폭을 점진적으로 크게 하여 부착 특성이 저하될 수 있는 외측 패드(424)의 부근에서 넓은 폭을 가지도록 할 수 있다. 이에 의하여 광폭부(421b)의 면적은 크게 증가시키지 않으면서도 외측 패드(424) 부근에서의 부착 특성의 저하를 효과적으로 보상할 수 있다.
도면에서는 외측 패드(424)를 향하면서 광폭부(421b)의 폭이 점진적으로 커지는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 외측 패드(424)를 향하면서 광폭부(421b)의 폭이 줄어들거나, 광폭부(421b)의 폭이 늘어났다 줄어들거나, 광폭부(421b)의 폭이 줄었다가 늘어나는 등 다양하게 배치될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다. 도 9에는 도 6에 대응하는 부분을 도시하되, 간략하고 명확한 도시를 위하여 배선재의 도시를 생략하였다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 광폭부(421b)가 메인 라인부(421a)로부터 외측 패드(424)로 향하면서 폭이 단계적으로 커지는 형상을 가진다. 즉, 광폭부(421b)에서 메인 라인부(421a)에 인접한 부분의 폭(W2)보다 외측 패드(424)에 인접한 부분의 폭(W3)이 더 클 수 있다. 이와 같이 외측 패드(424)로 향하면서 광폭부(421b)의 폭을 단계적으로 크게 하여 부착 특성이 저하될 수 있는 외측 패드(424)의 부근에서 넓은 폭을 가지도록 할 수 있다. 이에 의하여 광폭부(421b)의 면적은 크게 증가시키지 않으면서도 외측 패드(424) 부근에서의 부착 특성의 저하를 효과적으로 보상할 수 있다.
도면에서는 광폭부(421b)가 서로 다른 폭을 가지는 두 개의 부분으로 이루어진 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 광폭부(421b)가 서로 다른 폭을 가지는 적어도 세 개의 부분으로 이루어지고, 세 개의 부분이 외측 패드(424)로 향하면서 단계적으로 폭이 커지도록 배치될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 광폭부(421b)가 서로 다른 폭을 가지는 적어도 두 개의 부분으로 구성되고, 외측 패드(424)를 향하면서 폭이 줄어들거나, 폭이 늘어났다 줄어들거나, 폭이 줄었다가 늘어나는 등 다양하게 배치될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 부분 평면도이다. 도 10에는 도 6에 대응하는 부분을 도시하되, 간략하고 명확한 도시를 위하여 배선재의 도시를 생략하였다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에서는 광폭부(421b)가 외측 패드(424)와 가상 기준선(RL) 사이에 위치하되 외측 패드(424)와 이격된 것을 예시하였다. 이때, 외측 패드(424)와 광폭부(421b) 사이에는 이들을 연결하는 메인 라인부(421b)가 위치할 수 있다. 즉, 광폭부(421b)는 외측 패드(424)와 가상 기준선(RL) 사이에 위치하면 족하고 외측 패드(424)와 접촉하지 않는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 광폭부(421b)의 길이(광폭부(421b)의 일측 단부와 타측 단부 사이의 거리)(L1)는 적어도 외측 패드(424)와 이에 인접한 내측 패드(426) 사이의 길이 또는 두 개의 인접한 내측 패드(426) 사이의 거리와 같거나 이보다 클 수 있다. 또는, 광폭부(421b)의 길이(L1)가 외측 패드(424)의 길이(L2)와 같거나 그보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면 및 상술한 설명에서는 제1 전극(42)을 기준으로 도시 및 설명하였다. 이와 유사하게 제2 전극(44)도 내측 패드 및 외측 패드를 구비하는 복수의 패드부를 구비하고, 메인 라인부와 광폭부를 포함하는 라인부를 구비할 수 있다. 제2 전극(44)의 내측 패드, 외측 패드, 복수의 패드부, 메인 라인부, 광폭부 및 라인부에 대한 설명은 제1 전극(42)의 내측 패드(426), 외측 패드(424), 복수의 패드부(422), 메인 라인부(421a), 광폭부(421b) 및 라인부(421)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다. 이 경우에 제1 전극(42)의 광폭부(421b)의 위치, 폭, 형상 등은 제2 전극(44)의 광폭부의 위치, 폭, 형상 등과 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
그리고 도면 및 상술한 설명에서는 복수의 버스바(42b)가 상술한 바와 같이 서로 동일한 형상을 가지는 것을 예시하였다. 이에 의하여 모든 버스바(42b)에서 광폭부(421b)가 형성되고 광폭부(421b)를 균일한 폭 및 길이로 형성하며 균일하게 배치하여 광폭부(421b)에 의한 효과를 최대화할 수 있으며 태양 전지(150)의 안정성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 일부(예를 들어, 적어도 하나) 버스바(42b)에서만 광폭부(421b)가 형성되고, 나머지 버스바(42b)에는 광폭부(421b)가 형성되지 않을 수 있다. 그리고 복수 개의 버스바(42b)에서 광폭부(421b)의 폭, 길이 및 위치가 서로 다를 수도 있다. 또한, 도면 및 상술한 설명에서는 버스바(42b)의 양측의 광폭부(421b)가 대칭된 형상을 가진다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 버스바(42b)의 일측에만 광폭부(421b)가 형성될 수도 있고, 버스바(42b)의 양측에 위치하는 광폭부(421b)의 폭, 길이 및 위치가 서로 다를 수 있다.
이하, 본 발명의 실험예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 5에 도시한 바와 같은 전극 구조를 가지는 태양 전지를 복수 개 제조하였다. 이때, 반도체 기판은 n형을 가지는 단결정 실리콘 기판을 베이스 영역으로 하고, 제2 도전형 영역이 p형을 가지고 제1 도전형 영역이 n형을 가지는 도핑 영역으로 구성되었다. 이때, 버스바의 라인부가, 메인 라인부와, 외측 패드로부터 연장되어 두 개의 내측 패드를 통하여 메인 라인부에 연결되는 광폭부를 구비하였다. 이러한 태양 전지를 배선재를 이용하여 전기적으로 연결하여 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 2
버스바의 라인부가, 메인 라인부와, 외측 패드로부터 연장되어 한 개의 내측 패드를 통하여 메인 라인부에 연결되는 광폭부를 구비한다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 1 및 실시예 2에 따른 태양 전지 패널에 온도 순환 시험을 수행한 후에 전력 강하(power drop)율을 측정하여 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 태양 전지 패널은 온도 순환 시험을 많은 횟수로 수행하여도 전력 강하율이 크게 저하되지 않아 5% 이내의 우수한 전력 강하율을 가짐을 알 수 있다. 특히, 라인부를 좀더 길게 형성된 실시예 1의 전력 강하율이 실시예 2의 전력 강하율보다 작음을 알 수 있다.
이에 따라 가혹한 조건의 온도 순환 시험에서도 배선재의 부착 특성이 거의 저하되지 않았음을 알 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
42: 제1 전극
44: 제2 전극
42a: 핑거 라인
42b: 버스바
421: 라인부
421a: 메인 라인부
421b: 광폭부
422: 패드부
424: 외측 패드
426: 내측 패드
150: 태양 전지
42: 제1 전극
44: 제2 전극
42a: 핑거 라인
42b: 버스바
421: 라인부
421a: 메인 라인부
421b: 광폭부
422: 패드부
424: 외측 패드
426: 내측 패드
Claims (16)
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 및
상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 전극
을 포함하고,
상기 전극은, 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 복수의 핑거 라인에 전기적으로 연결되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 위치하는 버스바를 포함하고,
상기 제1 방향에서 상기 버스바의 개수가 6개 내지 33개이고,
상기 버스바는, 상기 제2 방향으로 연장되며 제1 폭을 가지는 메인 라인부 및 상기 제1 폭보다 큰 폭을 가지는 광폭부를 포함하는 라인부와, 상기 라인부보다 큰 폭을 가지며 상기 라인부에서 서로 간격을 두고 위치하는 복수의 패드부를 포함하고,
상기 복수의 패드부는, 상기 버스바의 외측에 위치하는 외측 패드 및 상기 외측 패드 이외의 내측 패드를 포함하고,
상기 내측 패드가, 상기 메인 라인부 및 상기 광폭부에 각기 적어도 하나 위치하고,
상기 광폭부가 전체적으로 상기 제1 폭보다 크고 상기 내측 패드의 폭보다 작은 제2 폭을 가지며,
상기 광폭부가 상기 외측 패드에 인접하여 위치하고,
상기 광폭부의 길이가 상기 메인 라인부의 길이보다 작은 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 메인 라인부의 상기 제1 폭에 대한 상기 광폭부의 상기 제2 폭의 비율이 2배 내지 5배인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광폭부에 위치하는 상기 내측 패드의 개수보다 상기 메인 라인부에 위치하는 상기 내측 패드의 개수가 더 큰 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광폭부가 상기 외측 패드에 접촉하여 상기 외측 패드로부터 연장되고,
상기 메인 라인부가 상기 외측 패드와 상기 광폭부를 통하여 연결되는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광폭부가 상기 외측 패드와 상기 광폭부에 위치하는 상기 내측 패드를 연속적으로 연결하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 내측 패드가 상기 광폭부에 적어도 두 개 위치하여,
상기 광폭부가 상기 외측 패드와 상기 광폭부에 위치하는 상기 적어도 두 개의 내측 패드를 연속적으로 연결하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 방향에서 양쪽에 위치한 상기 외측 패드의 외측 가장자리 사이의 거리를 L이라 할 때,
상기 광폭부가 상기 제2 방향에서 상기 외측 패드의 외측 가장자리로부터 상기 L의 0.2배의 길이만큼 이격된 가상 기준선과 상기 외측 패드 사이에 위치하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 방향에서 상기 외측 패드의 외측 가장자리로부터 3cm 이격된 가상 기준선과 상기 외측 패드 사이에 상기 광폭부가 위치하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광폭부의 길이가 상기 외측 패드의 길이와 같거나 그보다 긴 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 외측 패드의 폭에 대한 상기 광폭부의 상기 제2 폭의 비율이 0.03 내지 0.5인 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 버스바의 양측에 각기 상기 외측 패드가 위치하고,
상기 광폭부가 상기 외측 패드에 각기 접촉하여 각기 위치하고,
상기 광폭부 사이에 상기 메인 라인부가 위치하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광폭부가 상기 제2 방향을 따라 길게 이어지는 광폭 라인부로 구성되는 태양 전지. - 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 복수의 태양 전지 각각은, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 또는 상기 반도체 기판 위에 위치하는 도전형 영역; 및 상기 도전형 영역에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하고,
상기 전극은, 제1 방향으로 위치하며 서로 평행한 복수의 핑거 라인 및 상기 복수의 핑거 라인에 전기적으로 연결되며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 위치하는 버스바를 포함하고,
상기 제1 방향에서 상기 버스바의 개수가 6개 내지 33개이고,
상기 버스바는, 상기 제2 방향으로 연장되며 제1 폭을 가지는 메인 라인부 및 상기 제1 폭보다 큰 폭을 가지는 광폭부를 포함하는 라인부와, 상기 라인부보다 큰 폭을 가지며 상기 라인부에서 서로 간격을 두고 위치하는 복수의 패드부를 포함하고,
상기 복수의 패드부는, 상기 버스바의 외측에 위치하는 외측 패드 및 상기 외측 패드 이외의 내측 패드를 포함하고,
상기 내측 패드가, 상기 메인 라인부 및 상기 광폭부에 각기 적어도 하나 위치하고,
상기 광폭부가 상기 외측 패드에 인접하여 위치하며,
상기 광폭부의 길이가 상기 메인 라인부의 길이보다 작고,
상기 메인 라인부 및 상기 광폭부 각각의 폭이 상기 배선재의 폭과 같거나 그보다 작고,
상기 복수의 패드부의 각각의 폭이 상기 배선재의 폭과 같거나 그보다 큰 태양 전지 패널. - 제13항에 있어서,
상기 메인 라인부의 상기 제1 폭에 대한 상기 광폭부의 상기 제2 폭의 비율이 2배 내지 5배인 태양 전지 패널. - 제13항에 있어서,
상기 광폭부에 위치하는 상기 내측 패드의 개수보다 상기 메인 라인부에 위치하는 상기 내측 패드의 개수가 더 큰 태양 전지 패널. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 배선재의 폭 각각이 250um 내지 500um인 태양 전지 패널.
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| JP3186623U (ja) * | 2012-11-09 | 2013-10-17 | 太陽光電能源科技股▲ふん▼有限公司 | 太さが異なるバスバー電極を有する太陽電池 |
| KR20160038717A (ko) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널 |
| KR20160063132A (ko) * | 2014-11-26 | 2016-06-03 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 모듈 |
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