KR20180053993A - 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효율이 높고 대형화가 가능한 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일례로, 금속 유연 기판의 상부에 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지를 형성하는 태양 전지 형성 단계; 상기 복수의 단위 셀 각각에 전도성 접착층을 형성하는 전도성 접착층 형성 단계; 상기 복수의 단위 셀을 서로 분리하여 복수의 태양 전지 셀을 형성하는 싱귤레이션 단계; 및 상기 복수의 태양 전지 셀을 서로 직렬로 접속하여 태양 전지 모듈을 형성하는 직렬 접속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법을 개시한다.

Description

태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법{Solar cell module and manufacturing method thereof}
본 발명은 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자이다. 태양 전지는 반도체의 PN 접합부에 반도체의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들 전자-정공은 PN접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 N층으로, 정공은 P층으로 모이게 된다. 따라서, PN 접합부에 광기전력이 발생하여 양단의 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐른다. 이러한, 태양전지는 지구 환경문제를 해결하는 수단의 하나로서 주목받고 있다. 이중에서도 비정질 실리콘이나 구리·인듐·셀레늄(CIS)계 또는 구리·인듐·갈륨·셀레늄(CIGS)계 등의 반도체 화합물 또는 유기계 재료를 광흡수층으로 사용하는 박막형 태양 전지가 특히 주목 받고 있다. 더불어, 이러한 박막형 태양 전지를 플렉시블하며 대면적으로 제조하기 위한 방법이 연구되고 있다.
본 발명은 효율이 높고 대형화가 가능한 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 제조 방법은 금속 유연 기판의 상부에 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지를 형성하는 태양 전지 형성 단계; 상기 복수의 단위 셀 각각에 전도성 접착층을 형성하는 전도성 접착층 형성 단계; 상기 복수의 단위 셀을 서로 분리하여 복수의 태양 전지 셀을 형성하는 싱귤레이션 단계; 및 상기 복수의 태양 전지 셀을 서로 직렬로 접속하여 태양 전지 모듈을 형성하는 직렬 접속 단계를 포함한다.
또한, 상기 태양 전지 형성 단계에서 상기 태양 전지는 후면 전극, CIGS 흡수층, 완충층 및 투명 전극을 차례로 적층하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 태양 전지 형성 단계에서는 상기 후면 전극과 상기 금속 유연 기판 사이에 확산 방지막을 더 형성할 수 있다.
또한, 상기 전도성 접착층 형성 단계에서는 상기 투명 기판의 상면에 제 1 전도성 접착층을 형성하고, 상기 금속 유연 기판의 하면에 제 2 전도성 접착층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전도성 접착층과 상기 제 2 전도성 접착층은 서로 반대편에 형성될 수 있다.
또한, 상기 직렬 접속 단계에서는 상기 전도성 접착층을 통해 이웃하는 상기 태양 전지 셀을 전기적으로 접속할 수 있다.
더불어, 본 발명에 의한 태양 전지 모듈은 금속 유연 기판과, 상기 금속 유연 기판의 상부에 형성된 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지 셀; 및 상기 복수의 태양 전지 셀 사이에 형성되어, 상기 복수의 태양 전지 셀을 상호간에 전기적으로 연결하는 전도성 접착층을 포함한다.
또한, 상기 태양 전지는 후면 전극, CIGS 흡수층, 완충층 및 투명 전극이 차례로 적층될 수 있다.
또한, 상기 후면 전극과 상기 금속 유연 기판 사이에 확산 방지막이 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 전도성 접착층은 상기 복수의 태양 전지 셀을 직렬로 접속시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 금속 유연 기판에 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지로 이루어진 서브 모듈을 형성한 뒤, 상기 서브 모듈을 복수의 태양 전지 셀로 분리하고, 분리된 태양 전지 셀들을 서로 직렬로 연결하여 태양 전지 모듈을 완성한다. 따라서, 본 발명은 태양 전지 모듈의 대형화가 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 복수의 태양 전지 셀을 전도성 접착층으로 서로 직렬로 접속하므로, 별도의 버스바가 필요 없게 된다. 따라서, 이에 따른 제조 공정 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 금속 유연 기판과 태양 전지 셀 사이에 확산 방지막을 형성함으로써, 금속 유연 기판의 불순물이 태양 전지 셀로 확산되는 것을 방지하여 태양 전지 모듈의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈이 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈이 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 태양 전지 형성 단계(S1), 접착층 형성 단계(S2), 싱귤레이션 단계(S3) 및 직렬 접속 단계(S4)를 포함한다. 이하에서는 도 1의 각 단계들을 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 태양 전지 형성 단계(S1)에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 금속 유연 기판(110)에 태양 전지(120)를 형성한다. 상기 태양 전지 형성 단계(S1)에서는 먼저, 금속 유연 기판(110)을 준비하고, 상기 금속 유연 기판(110)의 상부에 태양 전지(120)를 형성한다. 여기서, 상기 태양 전지(120)는 복수의 단위 셀을 포함하는 형태로 형성된다. 또한, 상기 태양 전지 형성 단계(S1)에서 금속 유연 기판(110)과 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지(120)로 이루어진 구조를 서브 모듈(110')이라고 정의한다.
상기 금속 유연 기판(110)은 예를 들어, 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 금속 유연 기판(110)은 연성이 있는 금속 기판이라면 어떠한 종류라도 사용 가능하다.
상기 태양 전지(120)는 CIGS 태양 전지로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 CIGS 태양 전지(120)는 확산 방지막(121), 후면 전극(122), CIGS 흡수층(123), 완충층(124) 및 투명 전극(125)이 차례로 적층되어 형성된다. 상기 확산 방지막(121)은 상기 금속 유연 기판(110)의 상부에 형성된다. 또한, 상기 확산 방지막(121)은 상기 금속 유연 기판(110)과 후면 전극(122)이 서로 전기적으로 연결되도록 상기 금속 유연 기판(110)의 일부에만 형성된다. 상기 확산 방지막(121)은 상기 금속 유연 기판(110)의 불순물이 후면 전극(122)으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 상기 확산 방지막(121)은 태양 전지(120)의 효율을 증가시킬 수 있다. 상기 확산 방지막(121)은 산화막으로 이루어 질 수 있다. 상기 확산 방지막(121)은 열적 CVD(Chemical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 및 Evaporator 중에서 선택된 어느 하나의 증착 방법으로 형성될 수 있다. 상기 후면 전극(122)은 상기 확산 방지막(121)의 상부에 형성되며, 상기 후면 전극(122)의 일부는 상기 금속 유연 기판(110)과 접촉한다. 상기 후면 전극(122)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 또는 구리(Cu)등이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 후면 전극(144)은 높은 전기전도도를 가지며, CIGS 흡수층과(123)의 오믹 접촉(ohmic contact) 및 Se 분위기하에서의 우수한 고온 안정성을 갖는 몰리브덴(Mo)으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 CIGS 흡수층(123)은 후면 전극(122)의 상부에 형성된다. 상기 CIGS 흡수층(123)은 투명 전극(125)을 투과한 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 형성하고, 전자와 정공을 각각 다른 전극으로 전달하여 전류를 발생시키는 역할을 한다. 상기 완충층(124)은 투명 전극(125)과 CIGS 흡수층(123) 사이의 일함수(work function) 차이와 격자상수 차이를 완화하여 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 한다. 상기 완충층(124)은 CdS, ZnS, ZnSe, In2O3 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 화합물이 사용될 수 있다. 상기 투명 전극(125)은 태양광이 입사되어 투과되는 전극이다. 상기 투명 전극(125)은 광투과도의 저하를 방지하고 비저항이 낮으며 표면 거칠기가 양호한 물질이라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들어, 상기 투명 전극(125)은 ITO(Indium tin oxide), FTO(Fluorine tin oxide), IZO(Indium zinc oxide), ZnO(Zinc oxide) 등으로 형성될 수 있다.
상기 전도성 접착층 형성 단계(S2)에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 태양 전지(120)의 상면과 상기 금속 유연 기판(110)의 하면에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 상기 전도성 접착층(130)은 상기 태양 전지(120)의 상면에 형성된 제 1 전도성 접착층(131) 및 상기 금속 유연 기판(110)의 하면에 형성된 제 2 전도성 접착층(132)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 전도성 접착층(131)은 상기 태양 전지(120)의 상면 일부에만 형성되고, 상기 제 2 전도성 접착층(132)도 상기 금속 유연 기판(110)의 하면 일부에만 형성된다. 상기 전도성 접착층(130)은 상기 태양 전지(120)의 단위 셀 구간마다 반복적으로 형성된다. 또한, 상기 제 1 전도성 접착층(131)과 제 2 전도성 접착층(132)은 서로 반대편에 형성된다. 즉, 상기 제 1 전도성 접착층(131)은 단위 셀의 일단에 형성되고, 상기 제 2 전도성 접착층(132)은 단위 셀의 타단에 형성된다. 이는 추후에 싱귤레이션 된 단위 셀을 서로 직렬로 연결하기 위함이다. 상기 제 1 전도성 접착층(131)은 상기 투명 전극(125)과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 전도성 접착층(132)은 상기 금속 유연 기판(110)과 전기적으로 연결된다. 이러한 전도성 접착층(130)은 접착 필름의 형태로 형성될 수 있다.
상기 싱귤레이션 단계(S3)에서는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 태양 전지(120)를 셀 단위로 싱귤레이션 한다. 상기 싱귤레이션 단계(S3)에서는 레이저 스크라이빙 또는 메커니컬 스크라이빙을 이용해 상기 태양 전지(120)를 복수의 단위 셀로 분리할 수 있다. 이때, 상기 금속 유연 기판(110)도 태양 전지(120)와 함께 싱귤레이션 된다. 즉, 상기 싱귤레이션 단계(S3)에서는 서브 모듈(100')을 싱귤레이션하여 복수의 태양 전지 셀(100)을 완성한다. 상기와 같이, 단위 셀로 분리된 태양 전지 셀(100)은 금속 유연 기판(110), CIGS 태양 전지(120) 및 전도성 접착층(130)을 포함한다.
상기 직렬 접속 단계(S4)에서는, 도 2d에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지 셀(100)을 서로 직렬로 접속한다. 구체적으로, 상기 직렬 접속 단계(S4)에서는 태양 전지 셀(100)의 제 2 전도성 접착층(132)과 이웃하는 태양 전지 셀(100)의 제 1 전도성 접착층(131)이 서로 전기적으로 연결되도록 접속한다. 따라서, 상기 직렬 접속 단계(S4)에서는 복수의 태양 전지 셀(100)이 서로 직렬로 연결되어 태양 전지 모듈(200)을 완성할 수 있다. 이러한 태양 전지 모듈(200)은 도 2e에 도시된 바와 같이, 비스듬하게 눕혀진 채로 사용될 수 있다.
상기와 같은 제조 방법으로 완성된 태양 전지 모듈(200)은 금속 유연 기판(110)과 상기 금속 유연 기판(110)의 상부에 형성된 태양 전지(120)를 포함하는 복수의 태양 전지 셀(100)과, 상기 복수의 태양 전지(100) 사이에 형성되어 상기 복수의 태양 전지(100)를 서로 전기적으로 연결하는 전도성 접착층(130)을 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 금속 유연 기판(110)에 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지(120)로 이루어진 서브 모듈(100')을 형성한 뒤, 상기 서브 모듈(100')을 복수의 태양 전지 셀(100)로 분리하고, 분리된 태양 전지 셀(100)들을 서로 직렬로 연결하여 태양 전지 모듈(200)을 완성한다. 따라서, 본 발명은 서브 모듈(110')의 크기가 작더라도, 대면적의 태양 전지 모듈(200)을 완성할 수 있다. 즉, 서브 모듈(100')을 복수개 형성한 뒤, 복수의 서브 모듈(100')을 각각 복수의 태양 전지 셀로(100) 분리하여 이를 직렬로 연결하면 하나의 서브 모듈(100')의 크기보다 큰 태양 전지 모듈(200)을 완성할 수 있으므로, 태양 전지 모듈(200)의 대형화가 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 복수의 태양 전지 셀(100)을 전도성 접착층(130)으로 서로 직렬로 접속하므로, 별도의 버스바가 필요 없게 된다. 따라서, 이에 따른 제조 공정 및 제조 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(200)은 금속 유연 기판(110)과 태양 전지(120) 사이에 확산 방지막(121)을 형성함으로써, 금속 유연 기판(110)의 불순물이 태양 전지(120)로 확산되는 것을 방지하여 태양 전지 모듈(200)의 효율을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 태양 전지 모듈 및 그의 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 태양 전지 셀 110: 금속 유연 기판
120: 태양 전지 121: 확산 방지막
122: 후면 전극 123: CIGS 흡수층
124: 완충층 125: 투명 전극
130: 접착층 200: 태양 전지 모듈

Claims (10)

  1. 금속 유연 기판의 상부에 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지를 형성하는 태양 전지 형성 단계;
    상기 복수의 단위 셀 각각에 전도성 접착층을 형성하는 전도성 접착층 형성 단계;
    상기 복수의 단위 셀을 서로 분리하여 복수의 태양 전지 셀을 형성하는 싱귤레이션 단계; 및
    상기 복수의 태양 전지 셀을 서로 직렬로 접속하여 태양 전지 모듈을 형성하는 직렬 접속 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지 형성 단계에서 상기 태양 전지는 후면 전극, CIGS 흡수층, 완충층 및 투명 전극을 차례로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양 전지 형성 단계에서는 상기 후면 전극과 상기 금속 유연 기판 사이에 확산 방지막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 접착층 형성 단계에서는 상기 투명 기판의 상면에 제 1 전도성 접착층을 형성하고, 상기 금속 유연 기판의 하면에 제 2 전도성 접착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 접착층과 상기 제 2 전도성 접착층은 서로 반대편에 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬 접속 단계에서는 상기 전도성 접착층을 통해 이웃하는 상기 태양 전지 셀을 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  7. 금속 유연 기판과, 상기 금속 유연 기판의 상부에 형성된 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지 셀; 및
    상기 복수의 태양 전지 셀 사이에 형성되어, 상기 복수의 태양 전지 셀을 상호간에 전기적으로 연결하는 전도성 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 후면 전극, CIGS 흡수층, 완충층 및 투명 전극이 차례로 적층된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 후면 전극과 상기 금속 유연 기판 사이에 확산 방지막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 전도성 접착층은 상기 복수의 태양 전지 셀을 직렬로 접속시키는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
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