KR20180070499A - 태양광 모듈의 제조 방법 및 그 방법에 의해 얻어진 태양광 모듈 - Google Patents

태양광 모듈의 제조 방법 및 그 방법에 의해 얻어진 태양광 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈(10)의 제조 방법에 관한 것으로서, 태양광 모듈은, 제1 하부 전극(18A)과 제2 하부 전극(18B)을 구획하는 이랑(20A)을 전기 전도성 잴 상에 형성하는 단계; 제1 태양광 전지(16A)와 제2 태양광 전지(16B)를 각각 형성하기 위하여, 적어도 하나의 상부 전극(36)과 중간 광-활성 레이어(38)를 구비하는 스택(34)을 각각의 하부 전극 상에 형성하는 단계; 및 전지들(16A, 16B) 사이에 전기적 접속(17A)을 형성하는 단계를 포함한다.
스택킹 단계 전에, 이랑(20A) 내에 제1 절연성 스트립(22A); 및 제2 전극 상의 비활성 영역(28B)의 범위를 한정하는, 제2 하부 전극 상에 제2 전기 절연성 스크립(24B)이 형성된다. 이어서, 제2 전지 상에 형성되는 스택(34)은 비활성 영역 외측에 위치된다.

Description

태양광 모듈의 제조 방법 및 그 방법에 의해 얻어진 태양광 모듈{METHOD FOR MANUFACTURING A PHOTOVOLTAIC MODULE AND PHOTOVOLTAIC MODULE THUS OBTAINED}
본 발명은 전기적으로 연결된 적어도 2개의 태양광 전지들을 구비하는 형태의 태양광 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은, 제1 전기 전도성 재료의 레이어로 덮인 전기 절연 기재를 제공하는 단계; 전기적으로 서로 분리되는 제1 및 제2 하부 전극들을 구획하는 적어도 하나의 이랑(furrow)을 상기 레이어 상에 형성하는 단계; 제1 및 제2 하부 전극들의 각각은 상응하는 스택을 가진 제1 및 제2 태양광 전지를 형성하도록, 제2 전기 전도성 재료의 레이어에 의해 형성된 상부 전극, 및 상부 전극과 하부 전기 사이에 위치된 광-활성(photo-active) 물질의 레이어를 적어도 구비하는 스택을 상기 하부 전극들의 각각의 위에 형성하는 단계; 제1 태양광 전지의 상부 전극과 제2 하부 전극 사이의 전기적 접속을 형성하는 단계를 포함한다.
태양광 모듈은 광에 노출되어 전기를 생성하는 전자 컴포넌트이다. 그러한 태양광 모듈은 전기적으로 연결된 다수의 태양광 전지들을 일반적으로 구비한다. 각각의 전지는 광으로부터 전기를 생성할 수 있는 적어도 하나의 광-활성 물질을 포함한다. 그러한 물질은 예를 들어, 유기 반도체이다.
전술한 형태의 태양광 모듈은 US7,932,124 문헌에 개시되어 있다. 그러한 태양광 모듈의 각각의 전지는, 2개의 전극들 사이의 광-활성 레이어를 포함하는 스트립(strip)들의 스택(stack)에 의해 형성되고, 스트립들의 스택은 기재 상에 위치되어 있다.
활성 영역으로 명명되는, 그러한 스택은 소위, 비활성 영역에 의해 인접하는 활성 영역들로 분리된다. 이러한 비활성 영역은 2개의 인접하는 전지들의 하부 전극들의 전기적 분리를 가능하게 하는 한편 각각의 전지의 상부 전극을 인접하는 전지의 하부 전극에 연결한다. 태양광 모듈은 직렬로 연결된 다수의 전지들의 형성에 의해 얻어진다.
대체로, 대량 생산 방법들에서, 스택들의 레이어들은 습식법을 사용하여 즉, 액제를 침적시킨 후 경화시켜 만들어진다.
태양광 모듈의 성능은 특히, 활성 영역의 사이즈를 최대화시키기 위해, 비활성 영역을 가능한 한 가장 좁게 생성하는 것과 관련이 있다. 그러나, 액제들의 유동학과 습윤성뿐만 아니라 기재들의 물성이 비활성 영역들을 위한 최소 폭들의 제한이 있다. 특히, 습식 침적은 스트립들 상의 에지 효과를 야기한다.
US7,932,124 문헌 내의 각각의 전지를 형성하는 스택의 레이어들은 특히, 계단형(stair-stepped) 측면 옵셋을 마련하기 위해서, 감소하는 폭들로 제조된다. 그러한 제조 방법은 대규모 생산 방법을 통한 구현을 더 복잡하게 만들고 활성 영역들의 사이즈를 감소시키는 원인이 된다.
본 발명은 특히, 비활성 영역의 사이즈를 최소화시키고 활성 영역의 사이즈를 최대화시킬 수 있는 태양광 모듈의 제조 방법을 제안하는 것을 과제로 한다.
이를 위하여, 본 발명은 전술한 형태의 제조 방법에 관한 것으로서, 이러한 제조 방법은, 이랑 형성 단계와 스택킹 단계 사이에, 이랑 내부 그리고 상기 이랑 위에 제1 전기 절연성 스트립을 형성하는 단계; 및 제2 하부 전극 상에 제2 전기 절연성 스트립을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스트립은 제1 및 제2 하부 전극들에 대한 릴리프를 형성하고, 상기 제1 및 제2 전기 절연성 스트립들은 실질적으로 평행하고 상기 제2 하부 전극 상의 비활성 영역의 범위를 한정하도록 되어 있다. 나아가서, 제2 태양광 전지 상에 형성된 스택은 비활성 영역 바깥쪽에 위치된다.
본 발명의 다른 유용한 측면들에 따르면, 방법은, 하나만 고려되거나 기술적으로 가능한 모든 조합들에 따라, 다음과 같은 하나 이상의 특징들을 포함한다.
- 비활성 영역의 폭은 0.1mm 내지 2mm이다;
- 방법은, 이랑 형성 단계와 스택킹 단계 사이에, 제1 하부 전극 상에 제3 전기 절연성 스트립을 형성하는 단계를 더 포함하고, 제1 및 제3 전기 절연성 스트립들은 실질적으로 평행하고, 제1 하부 전극 상에서 다음에 형성된 스택은 제1 전기 절연성 스트립과 제3 전기 절연성 스트립 사이에 위치되어 있다;
- 적어도 제1 전기 절연성 스트립은 침적(deposition)에 의해, 절연 물질의 제1 액제의 이랑 위에 그리고 제1 전기 전도성 재료 상에 형성된 후 상기 제1 액제가 경화된다;
- 기재를 덮고 있는 제1 전기 전도성 재료의 레이어는 제1 표면 에너지를 가지고; 제1 액제의 침적은 제1 전기 전도성 재료과 제1 인터페이스를 생성하고, 제1 인터페이스의 제1 표면 장력은 제1 표면 에너지보다 더 낮게 되어 있고; 제1 표면 에너지와 제1 표면 장력 사이의 차이는 바람직하게 0.015N.m-1 내지 0.025N.m-1이다;
- 전기적 접속을 형성하는 단계는 제1 태양광 전지의 상부 전극과 제2 태양광 전지의 제2 하부 전극 사이에서, 제1 전기 절연성 스트립 위에 제3 전기 도전 재료의 레이어를 침적하는 단계를 포함한다;
- 제1 전기 절연성 스트립은 제2 표면 에너지를 구비하고; 전기 전도성 재료의 제3 레이어는 제2 액제의 침적에 의해 형성되어, 제1 전기 절연성 스트립과 제2 인터페이스를 생성하고, 제2 인터페이스의 제2 표면 장력은 제2 표면 에너지보다 더 낮게 되어 있고; 제2 표면 에너지와 제2 표면 장력 사이의 차이는 바람직하게 0.015N.m-1 보다 더 크게 되어 있다;
- 절연 물질의 제1 액제는 적어도 하나의 폴리머와 적어도 하나의 계면활성제를 포함하고, 적어도 하나의 폴리머는 바람직하게 아민들, 아크릴산염들, 에폭시드들, 우레탄들 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 화합물들의 베이스로 준비되고, 적어도 하나의 계면활성제는 바람직하게, 불화계 화합물이다;
제2 전기 전도성 재료의 레이어들의 적어도 하나 및 광-활성 물질은 연속 습윤법을 사용하여, 바람직하게, 슬롯-다이 인쇄, 포토그라비어 인쇄, 플렉소 인쇄 및 로터리 실크스크린 인쇄로부터 선택된, 코팅 또는 인쇄법에 의해 형성된다;
- 전기적 접속을 형성하는 단계는 제2 전기 전도성 재료의 레이어의 침적과 동시에 수행되고, 제3 전기 전도성 재료은 제2 전기 전도성 재료과 동일하게 되어 있다;
- 상부 전극과 전기적 접속은 가시광선에 투명한 전기 전도성 재료로부터 형성된다;
- 제3 전기 전도성 재료의 레이어의 두께는 1㎛ 보다 더 작고 바람직하게, 600nm 보다 더 작다.
또한, 본 발명은 전술한 방법으로부터 비롯되거나 그 방법으로부터 비롯될 수 있는 태양광 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 유용한 측면에 따르면, 이러한 모듈은 광-활성 물질의 레이어를 구비하는 스택들의 면적들의 합과 기재의 총면적 사이의 비율은 80% 보다 더 크고, 바람직하게 85% 보다 더 큰 그러한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 비-제한적 예시로서 단독적으로 제공되는, 이어지는 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1의 태양광 모듈의 상세도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 사용하여, 도 1의 태양광 모듈을 제조하는 단계들을 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈(10)의 개략적 단면도이다.
태양광 모듈(10)은 특히, 가시광선을 투과시키고, 특히, 폴리머 형태의, 전기 절연 물질의 필름에 의해 형성된, 기재(12)를 포함한다. 특히, 기재(12)는 적어도 하나의 에지(15)에 의해 범위가 한정되는, 실질적으로 편평한 표면(14)을 포함한다.
표면(14)은 X,Y,Z 좌표가 고려되면 X,Y 평면을 형성한다.
태양광 모듈(10)은 기재(12) 상에 위치된 적어도 2개의 태양광 전지들(16A, 16B, 16C)을 포함한다. 태양광 모듈(10)은 2개의 태양광 전지들 사이의 적어도 하나의 전기적 접속(17A, 17B)을 더 포함한다. 태양광 전지들(16A, 16B, 16C)의 각각은 Y 방향을 따라 길이 방향으로 코팅된 스트립들의 스택에 의해 형성된다. Y 방향을 따르는 스트립들의 길이는 수백 미터까지 달할 수 있다.
바람직하게, 태양광 모듈(10)은 다수의 태양광 전지들(16A, 16B, 16C)을 포함하고, 예를 들어, 태양광 전지들의 개수는 3개보다 더 많다. 바람직하게, 태양광 모듈(10)은 스트립들 형태의 4개, 9개 또는 20개의 태양광 전지들을 포함하고, 전지들의 개수는 이들 값들에 한정되는 것은 아니다.
태양광 전지들(16A, 16B, 16C)은 실질적으로 동일하고 X 방향을 따라 인접한다. 인접하는 전지들은 전기적 접속(17A, 17B)에 의해 연결된다.
제1 태양광 전지(16A)는 X 방향을 따라 기재(12)의 에지(15)에 인접한다. 제2 태양광 전지(16B)는 제1 태양광 전지(16A)와 제3 태양광 전지(16C) 사이에 위치된다. 제2 태양광 전지(16B)는 제1 전기적 접속(17A)과 제2 전기적 접속(17B)에 의해 제1 태양광 전지(16A)와 제3 태양광 전지(16C)의 각각에 전기적으로 연결된다.
제1 태양광 전지(16A)와 제2 태양광 전지(16B)는 아래에서 동시에 설명될 것이다. 도 1에 부분적으로 도시된 제3 태양광 전지(16C)는 제2 태양광 전지(16B)와 동일하게 고려되었다.
각각의 태양광 전지(16A, 16B)는 기재(12)의 표면(14)과 접촉하는 하부 전극(18A, 18B)을 포함한다. 하부 전극(18A, 18B)은 가시광선에 투명한, 제1 전기 전도성 재료(19)의 레이어에 의해 형성된다. 예를 들어, 하부 전극(18A, 18B)은 X 방향을 따라 10mm 내지 20mm의 폭을 가진다.
각각의 하부 전극(18A, 18B)은, Y 방향을 따라 연장하는 이랑(20A, 20B)에 의해 하나 또는 2개의 인접한 하부 전극들로부터 분리된다. 예를 들어, 제1 태양광 전지(16A)와 제2 태양광 전지(16B)의 제1 하부 전극(18A)과 제2 하부 전극(18B)은 이랑(20A)에 의해 분리되고; 제2 하부 전극(18B)은 이랑(20A, 20B)에 의해 X 방향으로 범위가 한정된다.
이랑(20A, 20B)의 바닥은 전기 절연성 기재(12)에 의해 형성된다. 따라서, 각각의 이랑(20A, 20B)은 이랑의 어느 하나의 사이드 상에 놓인 하부 전극들을 전기적으로 절연시킨다.
바람직하게, 하부 전극들(18A, 18B)은 Z 방향을 따라 1㎛ 보다 더 작은 두께를 가진다. 보다 바람직하게, 이러한 두께는 50 내지 500nm이다.
각각의 태양광 전지(16A, 16B)는, Y 방향을 따라 연장하는, 제1 전기 절연성 스트립(22A, 22B) 및 제2 전기 절연성 스트립(24A, 24B)을 더 포함한다. 전기 절연성 스트립들의 각각은 하부 전극들(18A, 18B)에 대해 Z 방향을 따라 릴리프를 형성한다.
각각의 제1 전기 절연성 스트립(22A, 22B)은 이랑(20A, 20B) 내에서 그리고 이랑 위로 연장한다. 각각의 제2 전기 절연성 스트립(24A, 24B)은 상응하는 하부 전극(18A, 18B)을 2개의 영역(26A, 26B) 및 영역(28A, 28B)으로 분리한다.
제1 영역(26A, 26B)은 "활성 영역"으로 명명되고 제2 영역(28A, 28B)은 "비활성 영역"으로 명명된다. 도 1에서, 제1 태양광 전지(16A)와 제2 태양광 전지(16B)의 각각의 활성 영역들(26A, 26B)은 제1 스트립(22A)과 제2 스트립(24A) 사이에, 그리고 제1 스트립(22B)과 제2 스트립(24B) 사이에 각각 구비된다.
제2 태양광 전지(16B)의 비활성 영역(28B)(도 5 참조)은, 제1 태양광 전지(16A)와 제2 태양광 전지(16B)를 분리하는, 제1 스트립(22A)과 제2 스트립(24B) 사이에 구비된다. 제1 태양광 전지(16A)의 비활성 영역(28A)은 기재(12)의 에지(15)와 제2 스트립(24A) 사이에 구비된다.
활성 영역(26A, 26B)(도 5 참조)의 X 방향을 따르는 폭(30)은, 비활성 영역(28A, 28B)의 X 방향을 따르는 폭(32)보다 더 크다. 바람직하게, 제2 태양광 전지(16B)의 비활성 영역(28B)의 폭(32)은 0.1mm 내지 2.0mm, 보다 바람직하게, 0.5mm 내지 1.5mm이다. 바람직하게, 태양광 전지들(16A, 16B)의 활성 영역들(26A, 26B)의 폭들(30)은 10mm 내지 15mm, 보다 바람직하게, 11mm 내지 14mm이다.
구성을 위하여, 각각의 절연성 스트립(22A, 22B, 24A, 24B)의 X 방향을 따르는 폭(33)(도 2 참조)는 0.2mm 내지 1mm이다.
활성 영역(26A, 26B)에서, 각각의 태양광 전지(16A, 16B)는 물질들의 레이어들의 스택(34)을 포함한다. 스택(34), 또는 활성 영역은 적어도 상부 전극(36)과 광-활성 레이어(38)를 구비한다.
상부 전극(36)은 바람직하게, 가시광선에 투명한, 특히, 금속으로부터 제조되는, 제2 전기 전도성 재료(40)의 레이어에 의해 형성된다. 예를 들어, 그것은 실버 나노입자들 또는 실버 나노와이어들의 베이스를 가진 잉크와 관련이 있다.
하부 전극(18A, 18B)과 상부 전극(36) 사이에 위치된, 광-활성 레이어(38)는 광-활성 물질(42)로 구성된다. 광-활성 물질(42)은 반도체이다. 바람직하게, 그것은 유기 반도체이다. 유용하게, 광-활성 물질(42)은, p형 재료로 명명되는 전자 공여체와 n형 재료로 명명되는 전자 수용체의 혼합물로 구성된다. 예를 들어, 광-활성 물질(42)은 나노미터 크기의, p형 재료와 n형 재료가 매우 잘 혼합되어 나노미터 스케일로 서로 가까운 긴밀한 혼합물이다. 대안적으로, 광-활성 레이어(38)는 하나의 레이어 또는 다수 레이어들의 스택 형태의, p형 재료와 n형 재료의 헤테로접합(heterojunction)일 수 있다.
도 1의 실시예에서, 활성 영역(34)은, 전극들(18A, 18B, 36)과 광-활성 레이어(38) 사이에서, 전자 전달 역할을 하거나 비아(Via)들로서 기능하는, 제1 인터페이스 레이어(44)와 제2 인터페이스 레이어(46)를 더 포함한다. 각각의 인터페이스 레이어(44, 46)는 광-활성 레이어(38)와 하부 전극(18A, 18B)과 상부 전극(18)의 어느 하나 사이에 위치된다.
활성 영역(34)의 상이한 레이어들의 각각은 바람직하게, Z 방향으로 5㎛ 미만, 보다 바람직하게 1㎛ 미만의 두께를 가진다.
태양광 모듈(10)의 기하학적 충전율(Geometric Fill Factor : GFF)이 고려된다. GFF는 태양광 전지들(16A, 16B, 16C)의 활성 영역(34)의 면적들의 합과 기재(12)의 총 면적 사이의 비율로서 정의된다. GFF가 높을수록 태양광 모듈(10)의 전기적 성능이 더 좋다.
특히, 높은 GFF를 얻는 것은, 아래에서 설명되는 바와 같이, 전기적 접속들(17A, 17B)의 기하학적 구조의 측정을 필요로 한다.
제1 전기적 접속(17A)은 제1 태양광 전지(16A)의 상부 전극(36)과 제2 하부 전극(18B)을 연결한다. 도 2는 제1 전기적 접속(17A)에서, 태양광 모듈(10)의 상세도를 도시한다.
제1 전기적 접속(17A)은 제3 전기 전도성 재료(52)의 레이어에 의해 형성된다. 이러한 레이어는 제1 전기 절연성 스트립(22A) 위에 위치되고 제1 태양광 전지(16A)의 상부 전극(36)을 제2 하부 전극(18B)의 비활성 영역(28B)에 전기적으로 연결한다.
바람직하게, 재료(52)의 상기 레이어의 두께(54)는 제1 전기 절연성 스트립(22A)에 의해 형성된 레벨 차이를 따라 실질적으로 균일하다. 실제로, 과도하게 변동이 심한 두께는 2개의 인접한 전지들 사이의 전기 전도도의 중단을 유발한다.
바람직하게, 이러한 두께(54)는 5㎛보다 더 작고, 보다 바람직하게, 1㎛보다 더 작고, 보다 더 바람직하게, 600nm보다 더 작다.
바람직하게, 제3 전기 전도성 재료(52)는 제2 전기 전도성 재료(40)와 실질적으로 동일하다.
제1 전기적 접속(17A)과 유사하게, 제2 전기적 접속(17B)은 제2 태양광 전지(16B)와 제3 태양광 전지(16C) 사이에 위치된다.
전술한 태양광 모듈(10)을 제조하기 위한 방법은 도 3 내지 도 6에 기반하여 설명된다.
먼저, 도 3을 참조하면, 제1 전기 전도성 재료(19)의 레이어로 덮인 기재(12)가 제공된다. 예를 들어, 이러한 재료(19)는 고체 표면 형태의 코팅에 의해 기재(12)의 표면(14) 상에 침적된다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 이랑들(20A, 20B)은 특히, 기계적 또는 레이저 에칭에 의해 재료(19)의 레이어 상에 형성된다. 이러한 이랑들은 전기적으로 서로 절연된 하부 전극들(18A, 18B)을 구획한다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전기 절연성 스트립(22A, 22B)과 제2 전기 절연성 스트립(24A, 24B)은 활성 영역들(26A, 26B)과 비활성 영역들(28A, 28B)을 구획하는 하부 전극들(18A, 18B) 상에 형성된다. 후술하는 바와 같이, 전기 절연성 스트립들은 절연 물질의 액제를 침적한 후 상기 액제를 경화시킴으로써 형성된다.
제1 전기 절연성 스트립들(22A, 22B)의 각각은 인접하는 태양광 전지들 사이의 전기적 절연을 완성하게 할 수 있다. 실제로, 이랑(20A, 20B) 내에서 전기 절연성 스트립을 형성하면 인접하는 하부 전극들(18A, 18B) 사이의 임의의 단락들을 최소화할 수 있다. 특히, 에칭에 의해 이랑을 형성하는 동안 발생되는 파편에 의해 그러한 단락들이 발생된다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 물질들의 레이어들의 스택(34)은 하부 전극(18A, 18B) 각각의 활성 영역(26A, 26B)에서 생성된다. 각각의 레이어는 다양한 기법들을 이용하여 형성될 수 있다. 바람직하게, 대규모 생산과 조화될 수 있는 제조 방법들은 스크롤링 또는 롤-투-롤 방법들과 같은 연속법들이다.
습식 스크롤링 방법들 즉, 액체 상태 내의 침적은, 고해상도 패턴들을 생성할 수 있는 인쇄법들; 패턴 없이 전체 폭 또는 전체 표면 위에 물질을 침적하는 단계를 포함하는 코팅법과 같은, 여러 가지 범주들로 구분된다.
특히, 인쇄법들은 플렉소 인쇄, 사진 제판, 포토그라비아, 옵셋 인쇄, 실크스크린 및 잉크젯 인쇄를 포함한다. 특히, 코팅법들은 슬롯-다이, 커튼 코팅, 및 나이프 코팅을 포함한다.
바람직하게, 스택들(34)의 상이한 레이어들(36, 38, 44, 46)의 각각은 특히, 슬롯-다이, 포토그라비아, 실크스크린 및 플렉소 인쇄 중에서 선택된 습식 스크롤링 코팅 또는 인쇄법에 의해 형성된다.
전기 절연성 스트립들은 각각의 하부 전극의 활성 영역과 비활성 영역 사이에서 물리적 경계를 형성한다. 이러한 경계는 연속적인 레이어들에 의해, 레이어들의 에지들의 정의의 제어에 의해 스택들(34)의 형성을 가능하게 한다. 특히, 전기 절연성 스트립들의 존재는, US7,932,124 문헌에 개시된 바와 같이, 계단형으로, 레이어들의 측면 옵셋을 방지할 수 있다.
기계들에 의한 인쇄 또는 코팅의 경우는 플렉소 인쇄, 사진 제판, 포토그라비아, 실크스크린 및 슬롯-다이와 같이, 구동 롤러들을 포함하고, 또한 전기 절연성 스트립들은 코팅된 표면의 축을 따른 물리적 보호를 형성한다. 그러한 보호는, 구동 롤러들과 코팅될 표면 사이의 접촉에 의한 다양한 코팅된 레이어들 상에 결함이 형성되는 것을 제한할 수 있다.
그러므로, 다양한 태양광 전지들(16A, 16B, 16C)이 얻어진다. 이러한 태양광 전지들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 전기적으로 서로 절연된다.
제조 방법의 최종 단계는 제1 전기 절연성 스트립들(22A, 22B) 위로 제3 전기 전도성 재료(52)의 레이어를 침적시킴으로써 전기적 접점들(17A, 17B)을 형성하는 단계를 포함한다.
따라서, 도 1의 태양광 모듈(10)이 얻어진다.
바람직하게, 전기적 접점들(17A, 17B)의 형성과 레이어(36)의 침적은 동시에 수행된다. 이 경우, 제3 전기 전도성 재료(52)는 제2 전기 전도성 재료(40)와 동일하다. 바람직하게, 제3 전기 전도성 재료의 두께(54)는 레이어(36)의 두께와 실질적으로 동일하다.
바람직하게, 제3 전기 전도성 재료(52)는 습식 스크롤링 코팅 또는 인쇄법에 의해 즉, 액제를 침적시킨 후, 액제를 경화시킴으로써 얻어진다. 이러한 단계 동안, 앞서 침적된 레이어와 액제의 습식 접촉을 최소화시키기 위해, 특히, 대략 1㎛의 가능한 최소 두께(54)를 얻는 것이 바람직하다. 실제로, 그러한 접촉은 하부의 레이어들의 재-분해 및 하부 레이어들을 통한 용제들과 물질들의 확산을 유도할 수 있다. 이것은 저항들의 어긋남 및 전기적 단락들을 초래한다.
나아가서, 작은 두께(54)는, 전기적 접점(17A)의 습식 코팅 동안, 제1 및 제2 전기 절연성 스트립들(24A, 24B)을 이용하여 에지 효과를 제한할 수 있다. 그러므로, 태양광 전지들의 비활성 영역(28B)의 폭(32)을 최소화할 수 있으므로, GFF의 최적화를 가져온다.
나아가서, 전술한 바와 같이, 전기 전도도의 연속성을 보장하기 위하여 절연성 스트립에 의해 발생되는 레벨 차이에서 균일한 두께(54)를 얻는 것이 필요하다. 그러나, 슬롯-다이, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄와 같은, 종래의 스크롤링 침적법들은 절연성 스트립들과 같이, 비-편평 표면들의 균일 두께를 얻기 위해서는 종종 부적합하다.
화학적 또는 물리적 증착법들과 같은 기체-상 코팅법들은 비-편평 표면들 상에 균일한 두께를 가진 레이어를 얻는 것이 가능하다고 알려져 있다. 그러나, 그러한 방법들은 큰 표면적을 가진 태양광 모듈들의 산업적 생산과는 매우 어울리지 않는다. 왜냐하면, 그들은 너무 많은 재료의 손실을 발생시키기 때문이다.
실버 메탈 입자들의 베이스를 가진 잉크들을 코팅할 수 있는 실크스크린법들 역시 알려져 있다. 그러나, 코팅된 두께에 의해 수립되는 균일도는 표적 두께(54)와 대비할 때 너무 높고, 대체로 5㎛를 넘어선다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 제3 전기 전도성 재료(52)의 레이어를 형성하기 위한 방법은 두께(54)의 값과 균일도를 보장할 수 있게 한다. 상기 방법은 액체 상태에 침적되는 다양한 액제들의 표면 장력의 굴복과 관련이 있다.
표면 장력은 제1 액체의 분자들과 제1 액체 내의 불용성인 제2 액체 또는 기체 물질의 그것들 사이에서 수립된 인터페이스의 형태를 변경하는데 필요한 에너지로서 정의된다. 표면 장력은 미터당 뉴턴(N.m-1)으로 측정된다. 고체 기재 상의 액체의 표면 장력, 또는 표면 장력은 장력계 또는 측각기를 이용하여 측정될 수 있다. 장력은 검토된 액체들과 무관하게 완전한 습윤을 가능하게 하는, 이상적인 탐침을 이용하여 결정되고, 상기 탐침은 정밀 저울로부터 매달려 있다.
고체의 분자들의 이동성의 부재는, 액체의 경우처럼, 그 표면 장력을 직접적으로 결정할 수 없다. 액체의 표면 장력, 또는 표면 에너지는 상이한 기준 액체들과의 접촉각들을 측정함으로써 간접적으로 측정될 수 있다. 접촉각들은, 주어진 표면에서, 분산부와 극성부를 가진 3개의 표준 순수 액체들의 낙하에 의해 형성된 각도를 모델링하게 할 수 있다. 유용한 기준 액체들은 특히, 티오다이글라이클, 에틸렌 글리콜 및 디요오드화메탄이다.
전술한 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 절연성 스트립(22A)은, 하부 전극들(18A, 18B)과 이랑(20A) 상의 절연 물질들을 제1 액제를 이용하여 코팅한 후 건조시킴으로써 생성된다. 예를 들어, 제1 액제는 아민들, 아크릴산염들, 에폭시드들, 우레탄들, 페녹시들 또는 이들의 조합들과 같은 물질들로부터 준비된 폴리머들을 포함한다. 이들 절연 물질들은 용해되어, 또는 그들이 주위 온도에서 액체 상태일 때 용제 없이, 침적된다.
기재(12)를 덮는 제1 전기 전도성 재료(19)의 레이어는 제1 표면 에너지(γS1)를 가진다. 제1 액제의 침적은 제1 전기 전도성 재료(19)를 가진 제1 인터페이스(60)를 생성한다(도 2 참조). 제1 인터페이스는 제1 표면 에너지(γS1)보다 더 낮은, 제1 표면 장력(TS1)을 가진다. 바람직하게, 제1 표면 장력(TS1)과 제1 표면 에너지(γS1) 사이의 차이는 0.015N.m-1 내지 0.025N.m-1이다.
그러면, 제1 액제는 열건조에 의해 경화되어 제1 절연성 스트립(22A)을 형성한다. 고체 상태에서, 제1 스트립은 제2 표면 에너지(γS2)를 가진다.
스택 또는 활성 영역(34)을 생성한 후, 제3 전기 전도성 재료(52)는 제2 액제의 형태로 침적된다. 이러한 제2 액제는, 전기 전도성 금속들과 합금들 특히, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 플래티늄 및 티타늄; 폴리시오펜들, 폴리아닐린들, 폴리피롤들과 같은 전도성 폴리머들; 및 인듐과 주석 산화물, 불화계 주석 산화물, 산화주석 및 산화아연과 같은 금속 산화물들 중에서 선택될 수 있는, 적어도 하나의 전도성 재료를 포함한다.
제2 액제의 침적은 제1 절연성 스트립(22A)을 가진 제2 인터페이스(62)를 생성한다. 제2 인터페이스의 제2 표면 장력(TS2)은 제2 표면 에너지(γS2)보다 더 작다. 바람직하게, 제2 표면 에너지(γS2)와 제2 표면 장력(TS2) 사이의 차이는 0.015N.m-1보다 더 크다.
그러면, 제2 액제는 열건조에 의해 경화되어, 재료(52)의 레이어의 형태의 제1 전기적 접속(17A)을 형성한다.
표면 에너지들(γS1, γS2)과 표면 장력들(TS1, TS2)을 전술한 범위들로의 유지는 계면활성제 형태의 적어도 하나의 첨가제를 절연 물질들의 제1 액제의 통합에 의해 얻어질 수 있다. 계면활성제의 선택은 건조 후 형성된 고체 스트립의 표면 에너지(γS2)의 감소 없이 제1 액제의 표면 장력(TS1)을 감소시킬 수 있는 그 능력에 의해 결정된다.
바람직하게, 계면활성제-타입 첨가제는 불화계 계면활성제, 더 바람직하게, 에톡실화 비이온성 불화계 계면활성제이다.
표면 에너지들(γS1, γS2)과 표면 장력들(TS1, TS2)을 전술한 범위들로 유지시키는 것은 1㎛ 이하의 실질적으로 균일한 두께(54)를 얻게 할 수 있다. 전술한 바람직한 실시예는 특히, 태양광 전지들의 비활성 영역들(28B)의 폭(32)을 최소화시킬 수 있게 한다. 80%보다 더 크거나 심지어 85%보다 더 큰 GFF는 특히, 태양광 모듈(10)을 위해 얻어질 수 있다.
이어지는 예들은 그 범위를 제한하지 않으면서 본 발명을 예시한다.
Example 1 : 제1 절연성 스트립(22A)의 형성
기재(12)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 플라스틱 필름이다. 하부 전극들(18A, 18B)은 제1 전기 전도성 재료(19)로서 인듐 주석 산화물(ITO)의 섬세한 레이어의 기재 상의 침적에 의해, 이어서 이랑들(20A, 20B)의 에칭에 의해 형성된다.
하부 전극들(18A, 18B)의 제1 표면 에너지(γS1)는 고니오미터를 사용하여 측정되었고, 3개의 기준 액체들은 디요오드화메탄, 에틸렌 글리콜 및 티오다이글라이클이었다. 그렇게 측정된 제1 표면 에너지(γS1)는 38 내지 45mN/m이었다.
동시에, 제1 절연성 스트립(22A)을 생성하기 위해 제1 액제가 준비되었다. [표 1]에는 액제들(E, F, G, H)의 여러 가지 예들이 도시된다.
액제 E 액제 F 액제 G 액제 H
화합물 질량[g] % 질량[g] % 질량[g] % 질량[g] %
페녹시수지 2.379 23.79 2.378 23.78 2.378 23.78 2.373 23.73
이소시안산염 0.097 0,97 0.097 0.97 0,097 0,97 0,097 0,97
부탄-2-원 7.519 75.19 7.515 75.15 7.515 75.15 7.500 75.00
계면활성제 A 0.005 0.05 0.010 0,10 - - - -
계면활성제 B - - - - 0.010 0.10 0.030 0.30
액제들(E, F, G, H)은 다음과 같이 준비되었다. PKHP-80과 계면활성제의 중량을 측정하고; 용제를 첨가하고; 롤러-타입 교반기 상에서 1박 동안 균질화시키고; BI7963을 첨가하고; 롤러-타입 교반기 상에서 1시간 동안 균질화시켰다.
이어서, 전술한 바와 같이 하부 전극들(18A, 18B) 상에 액제들(E, F, G, H)의 각각을 코팅시킴으로써 제1 절연성 스트립(22A)이 형성되었다. 코팅은 에릭센(Erichsen) 사의 자동 도포기(AAF)를 이용하여 속도:10mm/s; 슬롯:50㎛; 체적:600㎕의 파라미터들에 따라 수행되었다.
액제의 제1 표면 장력(TS1)은 크루스 K100 장력계를 이용하여 하부 전극들 상에서 측정되었다. 다양한 액제들을 위한 표면 장력(TS1)의 측정치들은 [표 2]에 나타내었다.
T S1 (mN/m) γS1의 값- 25 mN/m γS1의 값- 15 mN/m
액제 E 17.1
13 내지 20
23 내지 30
액제 F 15.3
액제 G 7.5
액제 H 12.8
다음, 120℃에서 2분 동안의 건조가 오븐 내에서 수행되었다. E, F, G, H로 명명되는 고체 절연성 스트립들이 얻어졌다.
이어서, 절연성 스트립들(E, F, G, H)의 제2 표면 에너지(γS2)는 제1 표면 에너지를 위해 전술한 방법에 따라, 고니오미터에 의해 측정되었다. 그렇게 측정된 다양한 표면 에너지들은 아래 예시 2의 [표 3]에 나타내었다.
Example 2 : 제1 절연성 스트립(17A)의 형성
제1 전기적 접속(17A)을 생성하기 위해 제2 액제가 얻어졌다. 제2 액제는 실버-계 잉크 타입의 전도성 재료를 포함한다.
이어서, 제2 액제의 레이어는 절연성 스트립들(E, F, G, H)의 각각에 코팅되었다. 제2 액제의 코팅은 에릭센 사의 자동 필름 도포기(AAF)를 이용하여 수행되었다. 침적된 체적과 슬롯들은 실험들(실험된 슬롯들 12.5㎛ 및 50㎛)에 기반하여 변화한다.
제2 액제의 제2 표면 장력(TS2)은 크루스 K100 장력계를 사용하여, 절연성 스트립들(E, F, G, H)의 각각에서 측정되었다. 모든 경우들에서, 제2 표면 장력(TS2)은 21.5 내지 21.9mN/m이었다.
다양한 절연성 스트립들을 위한 γS2의 측정값들은 [표 3]에 나타내었다.
γS2 (mN/m) TS2 의 값+ 15mN /m
절연성 스트립 E 39.64
36.5
절연성 스트립 F 40.18
절연성 스트립 G 28.39
절연성 스트립 H 18.46
결론
액제들(G, H)의 제1 표면 장력들(TS1)은 값(γS1-25mN/m)과 값(γS1-15mN/m) 사이에 포함되지 않았다. 유사하게, 절연성 스트립들(G, H)의 제2 표면 에너지들(γS2)은 값(TS1+15mN/m)보다 낮다.
액제들(G, H)과 이들 액제들로부터 유래된 절연성 스트립들 각각은 과도하게 낮은 표면 장력들과 표면 에너지들을 가진다. 액제들(G, H)로부터 유래된 절연성 스트립(22A) 상의 전기적 접속(17A)의 형성은 전도성 재료(52)의 레이어의 균일도의 불량을 유발시켜서, 태양광 전지들(16A, 16B) 사이의 전기적 접속의 차단을 야기할 수 있다.
실험적으로, 전기적 접속(17A)에 의해 덮인 절연성 스트립(22A)의 어느 하나의 사이드 상에서, 전극들(36) 상에서 측정된 전기 저항은, 100Ω보다 더 크다. 이러한 저항은 2개의 전지들(16A, 16B) 사이의 전기적 접속의 손실을 초래한다. 이렇게 얻어진 태양광 모듈(10)은 기능적이지 못하다.
반대로, 액제들(E, F) 및 이들 액제들로부터 유래된 절연성 스트립들 각각은 필요한 범위의 표면 장력들과 표면 에너지들을 가진다. 액제들(E, F)로부터 유래된 절연성 스트립(22A) 상의 전기적 접속(17A)의 형성은 전도성 재료(52)의 균일한 레이어로 이어짐으로써, 태양광 전지들(16A, 16B) 사이의 양호한 전기적 접속을 유도한다. 이렇게 얻어진 태양광 모듈(10)은 기능적이다.
10...태양광 모듈 12...기재
14...표면 16A, 16B, 16C...태양광 전지
17A, 17B...전기적 접속 18A, 18B...하부 전극
20A, 20B...이랑 22A, 22B...제1 전기 절연성 스트립
24A, 24B...제2 전기 절연성 스트립 26A, 26B...활성 영역
28A, 28B...비활성 영역 32...폭
34...스택 36...상부 전극
38...광-활성 레이어 40...제2 전기 전도성 재료
42...광-활성 물질 44...제1 인터페이스 레이어
46...제2 인터페이스 레이어 52...제3 전기 전도성 재료
54...레이어의 두께

Claims (12)

  1. 전기적으로 연결된 적어도 2개의 태양광 전지들(16A, 16B)을 구비하는 태양광 모듈(10)의 제조 방법에 있어서:
    a) 제1 전기 전도성 재료(19)의 레이어로 덮인 전기 절연성 기재(12)를 제공하는 단계;
    b) 전기적으로 서로 분리된 제1 하부 전극(18A)과 제2 하부 전극(18B)을 구획하는 적어도 하나의 이랑(20A)을 상기 레이어 상에 형성하는 단계;
    c) 제2 전기 전도성 재료(40)의 레이어에 의해 형성된 상부 전극(36); 및 하부 전극과 상부 전극 사이에 위치된 광-활성 재료의 레이어(38)를 적어도 구비하는 스택(34)을 하부 전극들의 각각의 위에 형성하는 단계; 및
    d) 제1 태양광 전지의 상부 전극과 제2 하부 전극 사이에 전기적 접점(17A)을 형성하는 단계를 포함하고;
    제1 하부 전극과 제2 하부 전극의 각각은 상응하는 스택을 각각 가진 제1 태양광 전지(16A)와 제2 태양광 전지(16B)를 형성하고;
    상기 b) 단계와 상기 c) 단계 사이에,
    e) 상기 이랑(20A) 내부에 그리고 상기 이랑(20A) 위에 제1 전기 절연성 스트립(22A)을 형성하는 단계; 및
    f) 상기 제2 하부 전극 상에 제2 전기 절연성 스트립(24B)을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제1 전기 절연성 스트립은 제1 하부 전극과 제2 하부 전극에 대한 릴리프를 형성하고;
    상기 제1 전기 절연성 스트립과 상기 제2 전기 절연성 스트립은 실질적으로 평행하고 상기 제2 하부 전극 상의 비활성 영역(28B)의 범위를 한정하고;
    상기 단계 c)에서 상기 제2 태양광 전지 상에 형성된 스택은 상기 비활성 영역 외측에 위치되는, 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 비활성 영역(28B)의 폭(32)은 0.1mm 내지 2mm인, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에서,
    적어도 제1 전기 절연성 스트립(22A, 22B)은, 상기 이랑(20A, 20B) 위에 그리고 절연성 재료의 제1 액제의, 제1 전기 전도성 재료 상에 침적된 후, 상기 액제의 경화에 형성되고;
    상기 기재(12)를 덮는 제1 전기 전도성 재료(19)의 레이어는 제1 표면 에너지(γS1)를 가지고;
    상기 제1 액제의 침적은 제1 전기 전도성 재료와 제1 인터페이스(60)를 생성하고; 제1 인터페이스의 제1 표면 장력(TS1)은 제1 표면 에너지(γS1)보다 더 낮게 되어 있고;
    상기 제1 표면 에너지와 상기 제1 표면 장력 사이의 차이는 0.015N.m- 1와 0.025N.m-1인, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에서,
    상기 단계 d)는 제1 태양광 전지(16A, 16B)의 상부 전극과 제2 태양광 전지(16B, 16C)의 상부 전극(36) 사이에서 제3 전기 전도성 재료(52)를, 제1 전기 절연성 스트립(22A, 22B) 위로 침적시키는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 청구항 4에서,
    제1 전기 절연성 스트립(22A, 22B)은 제2 표면 에너지(γS2)를 가지고;
    제3 전기 전도성 재료의 레이어는 제1 전기 절연성 스트립과의 제2 인터페이스(62)를 생성하는, 제2 액제의 침적에 의해 형성되고, 제2 인터페이스의 제2 표면 장력(TS2)은 제2 표면 에너지(γS2)보다 더 낮게 되어 있고;
    제2 표면 에너지와 제2 표면 장력 사이의 차이는 0.015N.m-1보다 더 크게 되어 있는, 방법.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서,
    절연성 재료의 제1 액제는 적어도 하나의 폴리머 및 적어도 하나의 계면활성제를 포함하고,
    적어도 하나의 폴리머는 아민들, 아크릴산염들, 에폭시드들, 우레탄들 및 이들의 혼합물들 중에서 선택된 화합물들의 베이스로 준비되어 있고;
    적어도 하나의 계면활성제는 불화계 화합물로 되어 있는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에서,
    제2 전기 전도성 재료와 광-활성 재료의 레이어들(36, 38)의 적어도 하나는 슬롯-다이, 포토그라비아 및 플락소 인쇄로부터 선택된, 연속적 습식법을 사용하는 코팅 또는 인쇄법에 의해 형성되는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에서,
    상기 단계 d)는 상기 단계 c)의 제2 전기 전도성 재료(36)의 레이어의 침적과 동시에 수행되고, 제3 전기 전도성 재료(52)는 제2 전기 전도성 재료(40)와 동일하게 되어 있는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에서,
    상부 전극(36)과 전기적 접속(17A, 17B)은 가시광선을 투과시키는 전기 전도성 재료(40)로부터 형성되는, 방법.
  10. 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에서,
    제3 전기 전도성 재료의 레이어의 두께(54)는 1㎛보다 더 작고 바람직하게, 600nm보다 더 작은, 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 방법으로부터 파생된 태양광 모듈.
  12. 청구항 11에서,
    광-활성 재료의 레이어를 포함하는 스택(34)의 면적들의 합과 기재(12)의 총 면적 사이의 비율은 80%보다 더 크고, 바람직하게 85%보다 더 큰, 태양광 모듈.
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