KR20180073633A - 내응력성이 강화된 태양 전지의 전면 금속 접촉부 형성 - Google Patents

내응력성이 강화된 태양 전지의 전면 금속 접촉부 형성 Download PDF

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KR20180073633A
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링광 랜
크리스 프랜스
강 헤
에홍 리
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알타 디바이씨즈, 인크.
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Abstract

전면 금속 접촉부와 박막 PV층 사이의 응력 충격을 경감시키는 쿠션층을 갖는 광전지(PV) 셀을 제공하는 시스템 및 방법이 개시된다. 쿠션층은 추출 전극과 광전지(PV) 표면 사이에 배치된다. 쿠션층은 비전도성 재료로 만들어지고, 버스 바와 PV층 사이의 전기적 연속성 제공을 위해 전도성 재료로 채워지는 복수의 비아를 갖는다. 쿠션층은, 바람직하게는 기판과 일치하는 강성을 갖는, 가요성 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 쿠션층은 전면 금속 접촉부와의 촉감 접촉으로 인한 물리적 손상으로부터 PV층을 효과적으로 보호할 수 있다.

Description

내응력성이 강화된 태양 전지의 전면 금속 접촉부 형성
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015 년 10 월 20 일자로 출원된 미국 특허 출원 제 14/918,043 호의 우선권을 주장한다. 선행 출원의 개시 내용 전체는 본원에 참고로 인용된다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 광전지 장치 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광전지 장치상의 접촉 금속화 분야에 관한 것이다.
태양 전지 또는 광전지(PV) 셀은 광기전 효과에 의해 광의 에너지를 직접 전기로 변환시키는 전기 장치이다. 태양 전지로부터 생성된 에너지는 재생 가능하고 환경 친화적이며 쉽게 사용할 수 있는 화석 연료 대안을 제공한다. 전형적으로, 태양 전지는 에너지 변환을 위해 p-n 접합의 형태로 반도체 물질을 이용한다. 반도체 재료의 표면 상에 금속층이 놓여서, 생성된 전압 및 전류를, 가령, 추출 전극의 상부에 놓인 금속 와이어(또는 본원에서 "전면 금속 접촉부"로 지칭됨)와의 접촉을 통해, 전력 저장 또는 수송을 위해 외부 회로에 전도한다. 전형적인 구성에서, PV 셀의 전면 금속층은 PV 셀의 전면에 산재된 다수의 분리된 전극과, 이로부터 전류를 수집하기 위해 모든 분리된 전극에 연결된 추출 전극을 포함한다. 태양 전지 배열은 개별 태양 전지에 의해 생성된 전류를 모으기 위해 태양 전지 모듈 또는 태양 전지 패널에 상호 연결되고 조립될 수 있다.
휴대용 전자 장치의 인기가 날로 증가함에 따라, 전자 장치에 쉽게 통합될 수 있기 때문에 가요성 태양 전지 모듈에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 이들 전자 장치에 의해 부여되는 크기 및 무게 제한 때문에, 고효율 및 고가요성을 제공하는 소량의 태양 전지 모듈이 바람직하다. 단결정 태양 전지 셀이 지금껏 개발된 다양한 PV 재료 중에서 탁월한 변환 효율을 갖는다는 것이 확인되었다.
불행하게도, 단결정 재료는 성질상 취성이고 응력 하에서 파손되거나 결함을 발생시키는 경향이 있다. 전통적으로, PV 셀의 상부에 배치된 전면 금속 접촉부는 일반적으로 결정질 PV층보다 훨씬 경질인 금속 스트립(또는 금속 와이어 또는 리본)으로 제조된다. 매우 낮은 응력조차도 결정층에 미세 균열 및 기타 결함을 일으킬 수 있다. 바람직하지 않은 응력은 적층 손상, 재료 불일치(예: 열 팽창 계수(CTE) 불일치), 외부 힘, 굽힘 등으로 인해 발생할 수 있다. PV층의 결함은 핫 스폿 및 결국 PV 셀 효율 저하를 초래할 수 있다. 예를 들어, 가요성 기판을 갖는 태양 전지는 외부 압력에 노출될 때, 예를 들어, 태양 전지 모듈의 제조, 조립 또는 설치 공정 중에, 쉽게 구부리거나 변형될 수 있다. 변형될 때, 결정질 PV층은 금속 스트립으로부터의 응력 충격을 받고 물리적인 손상을 입기 쉽다.
도 1은 종래 기술에 따른 셀의 추출 전극을 따른 PV 장치(100)의 단면을 도시한다. PV 장치(100)는 캡슐화층(110), 전면 금속 접촉부(120), 전면 금속층(125), PV층(130), 후면 금속층(140) 및 기판(또는 캐리어층)(150)을 포함한다. 캡슐화층(110)은 PV 장치(100)의 윗면이고, PV 셀이 사용될 때 광 빔을 수신하도록 의도된다. 전면 금속층(125), PV층, 배면 금속층(140) 및 기판(150)은 집합적으로 PV 셀이라 칭한다. 전면 금속층(125)은 PV 셀의 추출 전극(또는 "버스 바(bus bar)"로 알려져 있음)에 대응한다. 예를 들어, 전면 금속층(125)은 전기 도금에 의해 형성된다. 전면 금속 접촉부는 전면 금속층(125)의 상부에 배치되고 주로 Cu로 구성된 금속 스트립으로 만들어진다.
종래의 전면 접촉 금속 배선 접근법에 따르면, 전면 금속 접촉부는 PV 셀과 직접 접촉한다. PV층은 결정질 박막 구조로서 제조되며, 금속 접촉부보다 덜 경질이다. PV 셀과 전면 금속 접촉부 사이의 재료 강성의 불일치는 PV층(130)에, 특히 분리된 전극들보다 큰 크기로 인해 추출 전극 아래의 영역에서, 결함 또는 다른 손상을 야기하는 경향이 있다.
그러므로, 전면 접촉부 금속 배선을 통해 가해지는 응력으로 인한 물리적 손상으로부터 광전지층을 보호할 수 있는 결정질 태양 전지 모듈을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 개시의 실시예는 전방 금속 접촉부와 광전지(PV) 셀 사이에 배치되는 쿠션층을 이용하여, PV 셀에 가해지는 금속 접촉부로부터의 응력 충격을 경감시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 전면 금속 접촉부는 PV 셀의 전면 접촉 그리드의 일부분인 PV 셀의 추출 전극 위에 배치된다. 쿠션층은 비전도성 재료로 제조되고, 전면 금속 접촉부와 추출 전극 간의 전기적 연속성 제공을 위해 전도성 재료로 충전되는 복수의 비아를 가진다. 일부 실시예에서, 태양전지 셀은 박막 단결정 PV층 및 가요성 기판을 가진다. 따라서, 쿠션층은 기판과 일치하는 강성 또는 경도를 갖는 것이 바람직한 가요성 재료로 제조된다.
전면 금속 접촉부를 쿠션층과 결합시킴으로써, PV층과 금속 접촉부 간의 강성 불일치에도 불구하고 아래의 단결정 PV 셀에 가해지는 금속 접촉부로부터의 응력 충격을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 결과적으로, PV층에 대한 물리적 손상의 위험이 유리하게 그리고 현저하게 감소하여, 태양전지 장치의 가요성 및 신뢰도 개선에 기여한다.
일 실시예에 따르면, 광전지 조립체는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 PV 셀과, 상기 PV 셀 위에 배치되는 전면 접촉층과, 상기 전면 접촉층과 PV 셀 사이에 배치되는 쿠션층과, 기판을 포함한다. 전면 접촉층은 PV 셀의 PV층으로부터 발원하는 전류를 외부 회로로 전도시키도록 구성된다. 쿠션층은 전면 접촉층보다 덜 경질이다.
전술한 내용은 요약이며 따라서 필요에 따라 세부 사항의 단순화, 일반화 및 생략을 포함한다. 결론적으로, 당업자는 요약이 단지 예시적인 것이며 임의의 방식으로 제한하려는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 청구 범위에 의해서만 정의된 바와 같은 본 발명의 다른 측면, 발명의 특징 및 이점은 이하에 설명될 비 제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해될 것이다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 따른 PV 장치 내의 PV 셀의 추출 전극을 따른 PV 장치의 단면을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 PV 장치의 PV 셀의 추출 전극을 따른 예시적인 PV 장치의 단면을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿠션층을 포함하는 PV 셀 상에 전면 금속 접촉부를 형성하는 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따라 전면 접촉층과 PV 셀 사이에 배치된 쿠션층을 포함하는 예시적인 PV 모듈의 평면도다.
도 4a-4d는 본 발명의 일 실시예에 따라 전면 금속 접촉부와 PV 셀 사이에 쿠션층을 통합하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따라 전면 금속 접촉부와 PV 셀 사이에 쿠션층을 통합하는 다른 예시적인 프로세스를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명될 것이나, 이들은 본 발명을 이들 실시예로 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 한정된 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 특정 세부 사항들없이 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 방법들, 절차들, 구성 요소들 및 회로들은 본 발명의 실시예의 양태들을 불필요하게 모호하게하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다. 방법은 명료성을 위해 일련의 번호가 매겨진 단계로 묘사될 수 있지만 번호 매기기는 반드시 단계의 순서를 지정하지는 않습니다. 일부 단계는 스킵되거나, 병렬로 수행되거나, 엄격한 순서의 순서를 유지할 필요없이 수행될 수 있음을 알아야한다. 본 발명의 실시예를 도시하는 도면은 반 도식적이며 비례가 아니며, 특히 치수의 일부는 제시의 명료성을 위한 것이고 도면에서 과장되게 도시되어있다. 유사하게, 설명의 용이함을 위한 도면의 견해는 일반적으로 유사한 방위를 일반적으로 나타내지 만, 도면에서의 이러한 묘사는 대부분 부분적으로 임의적이다. 일반적으로, 본 발명은 임의의 방향으로 동작될 수 있다.
내응력성이 강화된 태양 전지의 전면 금속 접촉부 형성
전반적으로, 본 개시의 실시예는 전면 금속 접촉부과 PV 셀 사이에 배치되어 전면 금속 접촉부으로부터의 응력 충격으로부터 PV 전지를 보호하는 쿠션층을 갖는 태양 전지 장치를 제공한다. 쿠션층은 전면 금속 접촉부와 PV층 사이의 재료 강성의 불일치를 효과적으로 보상하고, PV 셀의 전반적인 복원력을 향상시킨다. 결과적으로 PV층 상에서의 물리적 손상의 위험이 상당히 감소될 수 있다.
여기서, "태양 전지판"및 "PV 전지판"이라는 용어는 동일한 의미로 사용된다; "태양 전지 셀" 및 "PV 셀"이라는 용어는 같은 의미로 사용된다. 여기에서, "전방", "후방", "상부" 및 "하부"라는 용어는 에너지 변환을 위해 PV 셀이 설치될 때 의도된 방위와 관련하여 사용된다. 예를 들어, PV 셀의 앞면은 햇빛이나 응용예 광원을 향하도록 구성된다.
본 개시는 태양 전지 셀의 임의의 특정 구성, 구조, 치수, 기하학적 구조, 재료 조성, 제조 공정 또는 응용예에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 태양 전지 셀의 PV층은 GaAs, 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 비정질 실리콘, 비정질 마이크로결정 탠덤, 박막 다결정 실리콘, 등에 기초한 하나 이상의 박막 서브층을 포함할 수 있다. 태양 전지 셀의 기판은 가요성 또는 강체형이며, 중합체, 실리콘, 유리 등으로 제조될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 PV 셀의 추출 전극을 따른 예시적인 PV 장치(200)의 단면을 도시한다. PV 장치(200)는 전면 측 표면으로서 캡슐화층(210), 전면 금속 접촉부(220), 및 전면 금속층(225), PV층(230), 후면 금속층(240) 및 기판(또는 캐리어층)(250)을 포함하는 PV 셀을 포함한다. 전면 금속층(225) 및 후면 금속층(240)은 PV 셀의 대향 전극으로서 기능한다.
일부 실시예에서, PV 셀의 어레이는 직렬로 전기적으로 결합되어, 더 높은 전력 발생을 달성하며, 여기서 각각의 PV 셀의 전면 금속층은 예를 들어 다른 PV 셀의 후면 금속층과 전기적으로 연결된다.
도 1 및 도 2a에 제시된 각각의 개별 층은, 특정 실시예에 따라 다수의 서브층을 포함할 수 있다. 전면 금속층(225)은 PV 셀의 추출 전극에 대응한다. 전면 금속 접촉부(220)는, 예컨대 주로 Cu로 구성되고 약 50 ㎛ 두께로 이루어지는, 금속 스트립으로 구성된다. PV층(230)은 일반적으로 전면 금속 접촉부(220)보다 훨씬 작은 전체 두께, 예를 들어 10 ㎛ 미만의, 얇은 필름의 단일 층 또는 스택을 포함한다.
일부 실시예에서, PV층은 단결정 박막 물질을 포함하고 실질적으로 전면 금속층보다 덜 경질이다. 본 발명에 따르면, 경질(또는 강성)의 차이를 보상하기 위해, 전면 금속 접촉부(220)과 PV 셀 사이, 특히 전면 금속층(225) 사이에 연질의 가요성 재료로 제조된 쿠션층(260)이 배치된다. 태양 전지 모듈 제조, 조립, 설치 또는 기타 중에 외력이 가해지면 태양 전지 셀이 구부러지거나 변형될 수 있다. 굽혀지는 전면 금속 접촉부는 PV층에 심각한 응력 충격을 가하는 경향이 있다. 또한, 예를 들어, 캡슐화 중에, 태양 전지 셀, 전도성 접착제, 리본 및 캡슐화 재료 사이의 재료 스택의 CTE 불일치로 인해 응력이 발생할 수 있다. 본 발명에 따르면, 중간 쿠션층(260)은 전면 금속 접촉부(220)를 통해 PV층(230)에 충돌하는 기계적 응력을 적어도 부분적으로 흡수하여 완화할 수 있다. 이에 따라, PV층(230)은 이러한 기계적 응력에 의해 유도되는 물리적 손상으로부터 유리하게 효과적으로 보호될 수 있다. 결과적으로 완충 효과는 PV 셀의 전반적인 가요성, 생산성 및 품질을 유리하게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전면 금속 접촉부와 PV 셀 사이의 쿠션층으로서 사용되는 임의의 특정 물질 조성으로 제한되지 않는다. 쿠션 재료 및 두께는 전면 금속 접촉부에 대한 PV층의 경도에 기초하여 선택되는 것으로 이해될 것이다. 일부 실시예에서, 쿠션층(260)은 비전도성 재료로 제조되고 전방면 금속 접촉부(220)와 PV층(230) 사이에 전기적 연속성을 제공하기 위해 전도성 재료로 채워지는 다수의 비아들(261)을 갖는다. 일부 실시예에서, 쿠션층은 중합체 재료로 제조되며 가요성 기판층과 동일 또는 유사한 재료 조성을 가질 수 있다. 그러나, 일부 다른 실시예에서, 쿠션층(260)은 전도성 재료로 제조된다.
본 발명은 PV 장치에 쿠션층을 통합하는 임의의 특정 방법 또는 공정에 제한되지 않는다. 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 PV 셀 상에 쿠션층을 포함하는 전면 금속 접촉부를 형성하는 예시적인 공정을 도시하는 흐름도이다. 이 예에서, 전면 금속 접촉부는 추출 전극의 상부에 놓여, 태양 전지 셀 상에 분포된 다수의 분리된 전극들로부터의 전류를 집약하도록 동작한다. 따라서 집약된 전류는 전면 금속 접촉부를 통해 외부 회로로 전달된다.
단계(271)에서, 전면 금속 접촉부의 일 측면 상에 비전도성 재료로 만들어진 쿠션층이 적층된다. 그러나, 본 개시 물의 범위를 벗어나지 않고 당 업계에 널리 공지된 다양한 다른 적절한 메카니즘을 사용하여 전면 금속 접촉부 상에 쿠션층을 도포하고 접착할 수 있다.
단계(272)에서, 다수의 비아가 선택된 위치에서 쿠션층 상에 형성되어, 전면 금속 접촉부의 후면을 부분적으로 노출시킨다. 비아는 공지된 기계적 드릴링, 레이저 애블레이션, 에칭, 등과 같이, 쿠션층 및 PV 셀의 다른 관련 구성 요소의 성질에 따라 잘 알려진 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 비아는 다양한 모양과 크기로 제조될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 비아는 쿠션층이 전면 금속 접촉부에 부착되기 전에 쿠션층 상에 생성된다.
단계(273)에서, 전도성 재료가 비아 내에 분배되어 전면 금속 접촉부과 전기 접촉을 형성한다. 예를 들어, 전도성 물질은 잉크 또는 페이스트의 형태이고 주로 Ag와 고분자 물질의 혼합물로 구성된다. 그러나, 본 개시는 비아들을 충전하기 위한 전도성 재료의 재료 조성에 의해 제한되지 않는다. 단계(274)에서, 전면 금속 접촉부 및 비아를 갖는 쿠션층을 포함하는 복합 접촉층이 PV 셀의 표면에 부착 됨으로써 PV 장치의 다른 층과 일체화된다. 따라서, 쿠션층이 비전 도성임에 따라, 비아 내의 전도성 충진은 PV 셀과 전면 금속 접촉부 사이의 전기적 연속성을 제공한다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따라 전면 접촉층(311 및 321)과 PV 셀(310 및 320) 사이에 배치된 쿠션층(명시적으로 도시되지 않음)을 포함하는 예시적인 PV 모듈(300)의 평면도를 도시한다. 기본 형태에서, PV 모듈(300)은 직렬로 전기적으로 결합된 2 개의 PV 셀(310 및 320)을 포함한다. 전면 접촉층(311 및 321)(예를 들어, 금속 와이어 또는 리본으로 제조 됨)은 PV 셀(310 및 320)의 추출 전극(또는 버스 바)의 상부에 배치된다. 아래에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 각각의 PV 셀(310 또는 320)은 PV층(314 또는 324)의 대향 측면 상에 배치된 전면 금속층 및 후면 금속층을 포함한다. 후면 접촉층은 전도성 재료로 채워진 비아("후면 비아"로 지칭 됨)를 갖는 비전도성 가요성 기판의 상부에 배치된다. 2 개의 PV 셀(310 및 320)은 부분적으로 중첩되어, 하부 PV 셀(320)에 놓인 전면 접촉부(321)가 상부 PV 셀(310)의 후면 비아 내의 전도성 충전물과 직접 접촉한다. 이러한 방식으로, 하부 PV 셀(320)의 버스 바(321)가 상부 PV 셀(310)의 후면 접촉층에 전기적으로 연결된다.
본 발명은 각 PV 셀의 전면 전극(또는 전면 접촉)의 재료 조성, 구성 및 배치에 의해 제한되지 않는다. 이 예에서, 각각의 PV 셀(310 또는 320)의 전면 금속층은 빗 형상으로 구성되며, 두 부분, 즉, PV층(예를 들어, 314)의 상부에 분포된 복수의 평행 핑거 전극(가령, 312) 및 모든 핑거 전극에 연결된 버스 바를 포함한다. 쿠션층은 훨씬 더 큰 면적을 갖는 버스 바의 상부에만 배치되고 따라서 핑거 전극보다 PV층(예를 들어, 314)에 응력을 가할 가능성이 더 크다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 쿠션층이 전면 금속층의 임의의 부분(들) 아래에 도포될 수 있음을 이해할 것이다. 쿠션층(311)상의 비아는 핑거 전극과 정렬되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 각각의 PV층(314 또는 324)은 도핑된 GaAs-기반 박막에 의해 형성된 하나 이상의 p-n 접합을 포함한다. PV층은 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy), 금속-유기 화학 기상 증착(MBE), 물리적 증착, 도금 등과 같은 당 업계에 널리 공지된, 다양한 적절한 박막 공적으로 기판 상에 형성할 수 있다.
또한, 도 4a 내지도 4d는 본 발명의 실시예에 따라 전면 금속 접촉부과 PV 셀 사이에 쿠션층을 통합하는 예시적인 프로세스를 도시한다. 예를 들어, PV 셀은 도 3을 참조하여 기술된 것과 유사한 전면 전극 구성을 갖는다. 도 4a는 전면 금속 접촉부 및 쿠션층의 적층 후의 복합 전면 금속 접촉부(410)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 전면 금속 접촉부(413)는, 예를 들면 두께 50㎜, 폭 1㎜의 Cu 리본으로 이루어진다. 쿠션층은 가요성이며, 감압성 접착제(PSA) 층(412) 및 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(PET) 층(411)의 조합을 포함한다. 예를 들어, 쿠션층의 두께는 수 또는 수십 마이크로 미터 정도이다.
도 4b는 Cu층(413)이 노출될 때까지 비어(420)의 행이 쿠션층(411 및 412)을 관통하여 천공되는 것을 도시한다. 도 4c는 전도 재료(430)가 예를 들어 증착 또는 주입에 의해 비아 내에 분배되는 것을 도시한다. 예를 들어, 상기 비아는 400mm의 직경을 가지며, 이는 효율적인 전기 접촉을 형성하기에 충분하고, 전도성 충전물이 복합 전면 접촉부(410)로부터 스며 나오지는 않는다. 일부 실시예에서, 전도성 충전재는 접착제이다.
도 4d는 복합 전면 접촉부(410)가 핑거 전극(414), PV층(415), 배면 금속층(417) 및 기판(416)을 포함하는 PV 셀과 일체화된 것을 도시한다. 예를 들어, 기판은 다중 층으로 이루어지고, 두께가 약 100㎛이며,; PV 전지 셀의 전체 두께는 약 110 μm이다. 핑거 전극 및 버스 바는 도금 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 적절한 기술에 의해 PV층 표면 상에 형성될 수 있다. 이 예에서, 버스 바는 핑거 전극에 수직으로 배향된다. 전면 금속 콘택의 채워진 비아들(420)은 핑거 전극들(440)과 정렬되고 직접 접촉한다.
이 실시예에서, 쿠션층은 기판과 동일한 재료로 제조된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 전면 금속 접촉부가 PV 셀의 표면 상에 배치된 후, PV 셀은 전도성 충전물과 전면 금속층 사이의 높은 결합 강도를 달성하기 위해 열 경화 절차를 거친다. 그 후, 습기 및 기계적 손상, 절연, 반사 방지 등의 보호를 위해 캡슐화층이 PV 셀 상단에 도포된다.
도 4a-4d에 도시된 바와 같은 PV 장치의 각각의 구성 요소는, 다양한 적합한 물질 조성을 가질 수 있으며, 당 업계에 공지된 임의의 적절한 방식으로 PV 셀과 조립되거나 일체화될 수 있다. 또한, 다양한 구성 층들을 통합하는 순서는 특정 실시예에 따라 변한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라 전면 금속 접촉부와 PV 셀 사이에 쿠션층을 통합하는 다른 예시적인 프로세스를 도시한다. 도 5a-5c의 PV 셀은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 예와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 쿠션층은 비전도성 가요성 중합체로 만들어지지만 기판과 다른 재료 조성을 갖는다.
이 예에서, 전면 금속 접촉부(513), 쿠션층(512) 및 릴리스 라이너(release liner)(511)의 조합은 시판 제품으로서 상업적으로 이용 가능하며, 예를 들어, 릴리스 시트 및 비전도성 층(가령, 폴리이미드)와 결합된 Cu 테이프를 예로 들 수 있다. 릴리스 라이너 및 비전도성 층(512)을 가진 Cu 테이프는 우선, 예를 들어 버스 바의 설계에 따라, 원하는 크기로 준비된다. 도 5a는 쿠션층(512) 및 릴리스 라이너(511)에서 비아(520)가 생성되는 것을 도시한다. 도 5b는 릴리스 라이너(511)가 제거되고 비아(520)가 전도성 재료(530)로 채워지는 것을 도시한다. 따라서, 본 예의 쿠션층은 접착층을 갖지 않으며, 이는 도 4a-4d에 도시되는 예와 상이하다.
도 5c는 전면 금속 접촉부가 PV 셀의 다른 구성요소와 부착되는 것을 도시하며, 비아는 핑거 전극들을 덮는다. 그 결과, 전방으로부터 후방으로, 버스 바를 따른 PV 장치의 단면은 전면 금속 접촉부(513), 쿠션층(512), 전면 금속층(514), PV층(515), 배면 금속층(518), 및 복합 기판층을 포함한다. 예를 들어, 기판층(516)은 PSA 층(517) 및 PET 층(516)을 포함한다. 선택적으로, 복합 전면 접촉부의 길이방향 액세스는 하단 2개의 층(512, 513)에 의해 도시되는 바와 같이, PV 셀의 에지 주위로 폴딩(folding) 및 래핑(wrapping)된다. 캡슐화층(도시되지 않음)이 PV 셀 위에 놓인다.
소정의 선호되는 실시예 및 방법들이 여기서 개시되었으나, 개시 내용으로부터 당업자에게는, 이러한 실시예 및 방법의 변형 및 수정이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 본 발명은 첨부된 청구 범위 및 적용 가능한 법칙의 규칙 및 원리에 의해 요구되는 범위 내에서만 제한되어야 한다.

Claims (20)

  1. 광전지 조립체에 있어서,
    광 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 광전지 셀 - 상기 광전지 셀은 전면 금속층, 광전지층 및 상기 광전지층 아래에 배치된 기판층을 포함함 - 과,
    상기 전면 금속층의 상부에 배치되고, 상기 광전지 셀로부터 발원된 전류를 외부 회로로 전도시키도록 구성된 전면 접촉부와,
    상기 전면 접촉부와 상기 광전지 셀 사이에 배치된 쿠션층 - 상기 쿠션층은 상기 전면 접촉부보다 강성이 떨어짐 - 을 포함하는
    광전지 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 쿠션층은 비전도성 재료를 포함하고, 전도성 재료로 채워지는 복수의 비아를 포함하며, 상기 전도성 재료는 상기 전도성 전면 접촉부와 상기 광전지층 사이에서 전류를 전도하도록 구성되는, 광전지 조립체. .
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 쿠션층의 강성은 상기 기판층의 강성과 일치하고, 상기 쿠션층은 상기 전면 접촉부와의 접촉에 의해 야기되는 물리적 손상으로부터 상기 광전지 셀을 보호하기 위해 사용되는, 광전지 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기판층 및 상기 쿠션층은 동일한 가요성 중합체 재료를 포함하는, 광전지 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 동일한 가요성 중합체 재료는 감압성 접착제(PSA)와 결합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PEA)를 포함하는, 광전지 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광전지층은 두께가 10 ㎛ 미만이고 GaAs 층을 포함하는, 광전지 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 접촉부는 Cu를 포함하고 50 ㎛ 미만의 두께를 갖는, 광전지 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 접촉부는 상기 광전지 셀의 추출 전극에 대응하는 상기 전면 금속층의 상부에 배치되는, 광전지 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광전지층 아래에 배치되고, 상기 광전지층을 상기 광전지 조립체 내의 다른 광전지층과 상호 연결하도록 구성된, 후면 금속층을 더 포함하며, 상기 후면 금속층은 상기 기판층의 상부에 배치되는, 광전지 조립체. .
  10. 광전지 모듈에 있어서,
    기판과,
    광 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 광전지 셀들의 어레이 - 상기 광전지 셀들의 상기 어레이 내 각자의 광전지 셀은 광전지층과, 상기 광전지층의 상부에 배치되고, 상기 광전지층으로부터 발원된 전류를 외부 회로로 전도하도록 구성된 상호 연결 그리드를 포함하며, 상기 상호 연결 그리드는 개별적인 핑거 전극 및 상기 개별적인 핑거 전극에 결합된 추출 전극을 포함함 - 와,
    상기 상호 접속 그리드의 상부에 배치된 전면 금속 접촉부와,
    상기 전면 금속 접촉부과의 접촉으로 인한 물리적 손상으로부터 상기 각자의 광전지를 보호하기 위해 상기 전면 접촉부와 상기 각자의 광전지 사이에 배치되는 쿠션층을 포함하는
    광전지 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 각자의 광전지 셀은 상기 기판과 상기 광전지층 사이에 배치되는, 그리고, 상기 어레이 내의 다른 광전지 셀의 상호 접속 그리드와 상호 연결되도록 구성된, 후면 금속층을 추가로 포함하고,
    상기 전면 금속 접촉부의 상부에 배치된 캡슐화층을 더 포함하는, 광전지 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 쿠션층은 상기 추출 전극보다 강성이 떨어지는 가요성 중합체 재료를 포함하는, 광전지 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 쿠션층은 전도성 재료로 채워지는 복수의 비아를갖는, 광전지 모듈.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 중합체 재료를 포함하고, 상기 전면 금속 접촉부는 Cu를 포함하고; 상기 광전지층은 박막 GaAs를 포함하는, 광전지 모듈.
  15. 광전지 모듈을 제조하는 방법으로서,
    전면 전도층을 쿠션층과 부착하여 복합 전면층을 생성시키는 단계 - 상기 쿠션층은 상기 전면 전도층보다 강성이 떨어짐 - 와,
    광 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 광전지 셀과 상기 복합 전면층을 부착하는 단계 - 상기 쿠션층은 상기 전면 전도층과 상기 광전지 셀 사이에 배치되고, 상기 전면 전도층과의 접촉으로 인한 물리적 손상으로부터 상기 광전지 셀을 보호하도록 구성됨 - 를 포함하는
    광전지 모듈 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 쿠션층은 비전도성 재료의 층을 포함하고,
    상기 쿠션층을 통해 다수의 비아를 천공하는 단계와,
    상기 광전지 셀의 전면 전극과 상기 전면 전도층 간에 전기적 접촉을 형성하기 위해 상기 복수의 비아 내에 전도성 재료를 분배하는 단계를 포함하는, 광전지 모듈 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 전면 전도층을 상기 쿠션층과 부착하는 단계는 상기 전면 전도층을 상기 쿠션층과 함께 적층하는 단계를 포함하는, 광전지 모듈 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 후면 전극 및 기판층을 상기 광전지 셀의 광전지층과 부착시키는 단계를 더 포함하고, 상기 후면 전극은 상기 기판층과 상기 광전지층 사이에 배치되는 광전지 모듈 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 전면 전도층은 Cu를 포함하고, 상기 기판층은 중합체 재료를 포함하며, 상기 쿠션층은 중합체 재료를 포함하고, 상기 광전지층은 박막 GaAs를 포함하는, 광전지 모듈 제조 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 전면 전도층을 상기 쿠션층과 부착시키는 단계는 상기 쿠션층과 결합된 릴리스 라이너(release liner)를 분리하는 단계를 더 포함하는, 광전지 모듈 제조 방법.
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