KR20180081349A - 태양전지 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는 전면 기판, 상기 전면 기판과 마주하는 후면 시트, 상기 전면 기판과 후면 시트 사이에 위치하고, 제1 방향에서 이웃한 태양전지 사이마다 위치하는 셀간 커넥터와, 상기 셀간 커넥터와 이에 이웃한 태양전지 사이를 각각 연결하는 제1 도전성 배선들과 제2 도전성 배선들에 의해 연결된 복수의 태양전지들, 상기 복수의 태양전지들을 감싸는 봉지재, 상기 복수의 태양전지들 사이로 보여지는 상기 셀간 커넥터와 상기 제1 및 제2 도전성 배선들을 시각적으로 차단하는 차단부를 포함하고, 상기 차단부는 전면 기판의 후면과 상기 봉지재 사이에 위치하는 태양전지 패널을 개시한다.

Description

태양전지 패널{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 후면 접촉형 태양전지를 이용한 태양전지 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.
태양 전지는 단독으로 사용하기에는 발전량이 적어, 여러 장의 태양전지를 연결시켜 태양전지 패널을 구성해, 태양광 발전에 이용된다.
태양전지 패널을 만드는 일련의 과정은, 다수의 태양전지가 연결된 스트링을 제작해 서로 연결시키고, m×n 행렬 배열된 복수의 태양전지들을 전면기판, 후면 시트 봉지재와 같이 라미네이팅(laminating)하는 과정을 포함하며, 태양전지 패널을 만드는 전체 과정을 모듈화한다고 말하기도 한다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 후면 접촉형 태양전지를 간편히 모듈화하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 전면 기판, 상기 전면 기판과 마주하는 후면 시트, 상기 전면 기판과 후면 시트 사이에 위치하고, 제1 방향에서 이웃한 태양전지 사이마다 위치하는 셀간 커넥터와, 상기 셀간 커넥터와 이에 이웃한 태양전지 사이를 각각 연결하는 제1 도전성 배선들과 제2 도전성 배선들에 의해 연결된 복수의 태양전지들, 상기 복수의 태양전지들을 감싸는 봉지재, 상기 복수의 태양전지들 사이로 보여지는 상기 셀간 커넥터와 상기 제1 및 제2 도전성 배선들을 시각적으로 차단하는 차단부를 포함하고, 상기 차단부는 전면 기판의 후면과 상기 봉지재 사이에 위치하는 태양전지 패널을 개시한다.
상기 차단부는 불투명한 세라믹 수지로 만들어질 수 있고, 상기 후면 시트와 실질적으로 동일한 색상일 수 있다.
상기 차단부와 상기 후면 시트 사이의 두께는 상기 전면기판과 상기 후면 시트 사이의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 차단부는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 동일 선 상에 위치하는 상기 복수의 태양전지들 사이를 모두 가릴 수 있도록 라인 형상을 가질 수 있다.
상기 차단부는, 일정한 폭을 갖는 제1 부분과 폭이 변하는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 제1 부분의 폭은 상기 제1 방향에서 이웃한 두 태양전지 사이의 너비(t)보다 크고, 상기 두 태양전지 사이의 너비(t) + 3(mm)보다 작을 수 있다.
상기 제2 부분은 마름모 형상을 가질 수 있고, 상기 복수의 태양전지들 각각은, 모서리가 경사진 챔퍼(chamfer)를 갖는 의사 사각형 반도체 기판으로 형성될 수 있다.
상기 차단부는, 상기 제1 방향으로 이웃한 두 태양전지 사이만 가리도록 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 차단부는 상기 제1 방향에서 상기 태양전지 폭에 대응하는 거리만큼 이웃한 것과 떨어져 배치될 수 있다.
이 같은 일 실시예의 태양전지 패널은 곡률을 갖는 휘어진 곡면 태양전지 패널로 구성하는 것 역시 가능하다.
종전 방식에서는 셀간 커넥터를 가리기 위해 테이프형 쉴드를 사용하였는데, 쉴드를 셀간 커넥터 위에 바로 부착해 셀간 커넥터를 보이지 않도록 하였다. 때문에 종전 방식에서는, 스트링시 셀간 커넥터마다 쉴드를 개별적으로 부착해야 하고, 태양전지 패널을 수리하는 경우에는 쉴드를 제거했다 다시 부착하는 등 작업 공수가 많아지는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 셀간 커넥터를 가리는 차단부를 전면 기판에 형성하고 있어, 전면 기판을 태양전지 패널에서 분리하거나 부착하는 것으로 셀간 커넥터를 드러내거나 가릴 수 있어, 태양전지 패널의 제조 및 수리를 간단히 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 전체 모습을 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A′선에 따른 모습을 간략히 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 태양전지 패널에서 이웃한 두 태양전지가 연결된 모습을 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 B-B′선에 따른 단면도이다.
도 5는 후면 접촉형 태양전지의 전체 모습을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 6은 전면 기판의 전체 모습을 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 1의 "C"부분을 확대해서 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 변형예로 차단부가 개별적으로 형성된 모습을 보여주는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 곡면형 태양전지 패널의 전체 모습을 보여주는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 패널이 차량의 지붕에 적용된 모습을 보여주는 도면이다.
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 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제 축척에 맞춰 도시되지 않을 수 있고. 형상이나 구조 역시 단순화해서 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 전체 모습을 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A′선에 따른 모습을 간략히 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 후면 접촉형 태양전지들로 이뤄진 태양전지 패널은 복수의 태양 전지들(100), 도전성 배선들(200), 셀간 커넥터들(300)을 포함해 구성된다. 복수의 태양 전지들(100)은 충진재(20, 30)에 위해 밀봉되고, 전면으로는 전면 기판(10)이 위치하고, 후면으로는 후면 시트(40)가 위치해 태양전지 패널이 구성된다. 태양전지 패널은 또한 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2) 사이로 위치해 전면에서 보여지는 셀간 커넥터(300)와 도전성 배선들(200) 일부를 시각적으로 차단하는 차단부(400)를 포함한다.
복수의 태양 전지들(100)은 m×n 매트릭스 배열을 이루고 있으며, 그 개수는 태양전지 패널의 발전 능력에 따라 달라질 수 있다. 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들의 묶음을 스트링(string)이라 하며, 스트링 사이는 버스 리본(미도시)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 바람직한 한 형태에서, 버스 리본은 도전성 배선(200)이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 스트링은 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 이웃한 것과 나란하게 배열되어 있다. 이 태양전지 패널에서 사용되는 태양전지는 후면 접촉형 태양전지로, 태양전지의 후면(빛이 입사되는 면의 반대면)에 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 위치한다. 후면 접촉형 태양전지의 구성에 대해서는 자세히 후술한다.
도전성 배선들(200)은 각각의 태양전지에서 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 형성된 방향과 교차하는 방향에서 제1 전극(141)에만 또는 제2 전극(142)에만 연결되어 있다. 이하, 도전성 배선들은(200)을 각 도전성 배선이 연결되는 제1 전극(141) 또는 제2 전극(142)에 따라 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220)으로 나눠 설명한다.
태양 전지 각각에서 제1 전극(141)과 제2 전극(142)에만 선택적으로 접합된 복수의 제1, 2 도전성 배선(210, 220)은 제1 방향에서 이웃하고 있는 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2) 사이에서, 이들 사이에 위치하는 셀간 커넥터(300)에 공통으로 연결되어, 이웃한 두 태양전지를 직렬 연결시킨다.
셀간 커넥터(300)는 제1 방향에서 이웃하고 있는 두 태양전지, 일 예로 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)사이에 위치하고 있다. 바람직한 한 형태에서, 이 셀간 커넥터(300)는 도전성 배선(200)과 동일한 것이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 태양전지(C1)와 셀간 커넥터(300) 사이는 제1 도전성 배선들(210)에 의해 연결되고, 제2 태양전지(C2)와 셀간 커넥터(300) 사이는 제2 도전성 배선들(220)에 의해 연결된다.
셀간 커넥터(300)가 이처럼 태양전지 사이마다 위치하고 있기 때문에, 태양전지를 수리하기가 쉽다. 즉, 교체해야 하는 태양전지(이하, 고장 셀)가 존재하는 경우, 고장 셀에 연결된 제1 및 제2 도전성 배선들을 각각 고장 셀에 이웃한 셀간 커넥터로부터 분리해 고장 셀을 스트링에서 제거하고, 고장 셀이 있던 자리에 새로운 태양전지를 위치시킨 다음, 새로운 태양전지에 연결된 제1 및 제2 도전성 배선들을 셀간 커넥터에 다시 연결시켜 고장 셀을 교환할 수가 있다.
차단부(400)는 전면 기판(10)의 후면(10a)과 충진재(20, 30) 사이에 형성되며, 태양전지 패널을 전면에서 보았을 때 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2) 사이로 노출되는 셀간 커넥터(300)와 이에 연결된 도전성 배선들(200)이 전면에서 보이지 않도록 해 태양전지 패널의 디자인을 좋게 한다. 이 차단부(400)의 전면(셀간 커넥터에 부착되는 면의 반대면)은 스트링 사이로 보여지는 후면 시트(BS)의 색상과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이에 따라, 차단부(400)와 후면 시트(40)가 시각적으로 구별되지 않아 외부에서 태양전지 패널을 보았을 때 시각적으로 제품 외관을 좋게 할 수가 있다. 여기서 실질적으로 동일하다는 것은 100% 완전히 동일한 것뿐만 아니라, 일정 거리 떨어져 보았을 때 후면 시트와 차단부의 색상이 시각적으로 구분되지 않는 것을 포함하는 의미로 사용한다.
차단부(400)는 전면 기판(10)의 후면(10a)에 범용적으로 사용되는 불투명한 세라믹 수지를 패턴 인쇄할 수 있는 스크린 인쇄법이나 코팅법과 잘 알려진 방법들을 이용해 형성될 수 있다. 인쇄 또는 코팅된 불투명한 세라믹 수지는 열 경화를 시켜 열적, 화학적 변화가 일어나지 않도록 처리될 수 있다. 또는 이 차단부(400)는 불투명한 필름을 전면 기판(10)의 후면(10a)에 부착해 형성하는 것도 가능하며, 이 경우에도 열적, 화학적 변형이 일어나지 않도록 처리되거나 그러한 물질로 만들어진 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 차단부(400)는 후면 시트와 동일한 색상을 가질 수 있도록 안료나 착색제를 포함할 수 있다. 이 세라믹 수지에 포함되는 안료나 착색제는 특별한 제한없이 범용적으로 사용되는 다양한 것들이 사용될 수 있다.
라미네이션하는 과정에서, 전면 기판과 태양전지들 사이로 충진재가 레이업된 상태에서 라미네이팅이 이뤄진다. 이 과정에서, 충진재는 시트 형태로 존재하다 열압착되면서 경화되는데, 차단부(400)가 전면 기판(10)의 후면(10a)에 형성되다보니, 라미네이션 과정에서 차단부(400)가 충진재와 열적, 화학적으로 반응을 일으킬 수가 있다. 때문에, 차단부(400)는 열적, 화학적 변화가 일어나지 않는 물질을 사용한다거나, 열 경화를 시켜 라미네이션 과정동안 열 또는 화학적으로 변형되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 차단부(400)는 전면 기판(10)의 후면(10a)에 형성된다. 이에 따라, 태양전지(10)와 차단부 사이의 두께(th1)는 태양전지(10)와 전면 기판(10) 사이의 두께(th2)보다 작다.
도전성 배선(200)과 셀간 커넥터(300)에 의해 연결된 태양전지들(10)은 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치되고, 투명한 충진재(20, 30)가 복수의 태양 전지 전체의 전면 및 후면에 배치된 상태에서, 열과 압력이 동시에 가해지는 라미네이션 공정에 의해 일체화된다.
전면 기판(10)은 태양전지의 전면(빛이 들어오는 수광면)으로 위치하며, 충격 보호를 위해 유연성이 없는 딱딱한 재질로 만들어진다. 일 예로, 이 전면 기판(10)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 시트(40)는 태양전지의 후면(빛이 들어오지 않는 비수광면)으로 위치하며, 전면 투명 기판(10)과 다르게 유연성을 갖는 재질로 만들어진다. 이 후면 시트(40)은 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지를 외부 환경으로부터 보호한다. 후면 시트(40)은 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있고, FP(fluoropolymer), PE(polyeaster), FP(fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진 얇은 시트로 이뤄져 있다.
태양전지와 전면 투명기판(10), 태양전지와 후면 시트(40) 사이로는 충진재(20, 30)가 위치해 버스 리본에 의해 연결된 복수 개의 스트링을 봉지(encapsulation)한다.
충진재(20, 30)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하기 위해, 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 충진재(20, 30)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다.
충진재는 복수개의 스트링들, 후면 시트, 전면 투명 기판을 충진재와 일체화하는 라미네이션 과정에서 열과 압력에 의해 연화 및 경화된다. 이에 따라, 복수의 도전성 배선(200)과 셀간 커넥터(300)의 후면에도 충진재(30)가 형성될 수 있고, 차단부(400)의 전면에도 충진재(20)가 형성될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도4 를 참조로 이웃한 후면 접촉형 태양전지가 도전성 배선(200)과 셀간 커넥터(300)에 의해 직렬 연결된 구조를 자세히 설명한다.
도 3은 도 1에 따른 태양전지 패널에서 이웃한 두 태양전지가 연결된 모습을 설명하는 평면도이고, 도 4는 도 3의 B-B′선에 따른 단면도이다.
이 도면들을 참조하면, 제1, 2 도전성 배선(200) 각각은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에 구비된 반도체 기판(110)의 후면에 위치해, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 선택적으로 연결한다.
여기서, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 떨어져 배열되며, 각각은 후면에 서로 이격되어 제2 방향(도면의 x축 방향)으로 길게 뻗어 형성된 복수의 제1 전극(141)과 복수의 제2 전극(142)을 구비한다. 이 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제1 방향을 따라 교대로 배열된다.
도전성 배선(200)은 각 태양전지(C1, C2)에서 제1 전극(141)하고만 접합된 복수 개의 제1 도전성 배선(210), 제2 전극(142)하고만 접합된 복수 개의 제2 도전성 배선(220)을 포함한다.
각 태양전지(C1, C2)에서 제1 도전성 배선(210)은 제1 전극들(141)과 교차되는 교차점에서 도전성의 제1 도전성 접착제(251)에 의해 제1 전극들(141)에 접합되고, 제2 전극들(142)과 교차되는 복수의 교차점에서 절연성의 절연층(252)에 의해 제2 전극(142)과 절연된다.
반대로, 제2 도전성 배선(220)은 제2 전극들(142)과 교차되는 복수의 교차점에서 제2 전극들(142)에 제1 도전성 접착제(251)에 의해 접합되고, 제1 전극들(141)과 교차되는 복수의 교차점에서 절연층(252)에 의해 제1 전극들(141)과 절연된다.
이와 같은 제1, 2 도전성 배선(200)은 도전성 금속 재질로 형성되되, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는 도전성 코어와, 코어(CR)의 표면에 코팅된 주석(Sn) 또는 주석(Sn) 합금의 솔더로 이뤄진 코팅층을 포함할 수 있다. 바람직한 일례로, 코어는 구리(Cu), 코팅층은 주석(Sn)을 포함한 합금인 SnBiAg일 수 있다.
각 도전성 배선(200)의 선 폭은 선저항과 제조 비용을 감안해 0.5mm ~ 2.5mm 이며, 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220) 사이의 간격은 전하의 수집 효율 및 단락 전류를 고려해 4mm ~ 6.5mm이다.
제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각이 1장의 태양 전지에 접합되는 개수는 10개 ~ 20개이고, 1장의 태양전지에 접합된 도전성 배선(200)의 총수는 20개 ~ 40개가 된다.
그리고, 제1 도전성 접착제(251)는 바람직한 형태에서 솔더(solder)를 포함한 솔더 패이스트(solder paste), 에폭시 솔더 패이스트(epoxy solder paste) 또는 도전성 패이스트(Conductive psate) 중 어느 하나이고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
절연층(252)은 절연성 재질을 갖는 다양한 물질이 범용적으로 사용될 수 있고, 일례로 에폭시 계열, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 아크릴 계열 또는 실리콘 계열 중 어느 하나의 절연성 재질이 사용될 수 있다.
제1 태양전지(C1)에서 제1 도전성 배선(210)의 일단은 반도체 기판(110)의 우 측면 밖으로 돌출해 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2) 사이에 위치한 셀간 커넥터(300)와 중첩되게 위치하고, 제2 태양전지(C2)에서 제2 도전성 배선(220)의 일 단은 반도체 기판(110)의 좌 측면 밖으로 돌출해 셀간 커넥터(300A)와 중첩되게 위치하고, 이 상태로 셀간 커넥터(300A)에 접합해 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)가 직렬 연결된다. 일례로, 제1, 2 도전성 배선(210, 220) 각각의 일단은 셀간 커넥터(300)에 제2 도전성 접착제(350)에 의해 접합된다. 바람직한 한 형태에서, 이 제2 도전성 접착제(350)는 제1 도전성 접착제(251)와 동일한 것이 사용되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 상술한 태양전지 패널에 사용되는 후면 접촉형 태양전지에 대해 도 5를 참조로 설명한다. 도 5는 후면 접촉형 태양전지의 전체 모습을 개략적으로 보여준다.
도 5를 참조하면, 후면 접촉형 태양전지는 반사 방지막(130), 반도체 기판(110), 제1 후면 패시베이션막(180), 제1 반도체부(121), 제2 반도체부(172), 진성 반도체부(150), 제2 후면 패시베이션막(190), 복수의 제1 전극(141) 및 복수의 제2 전극(142)을 구비한다.
여기서, 반사 방지막(130), 제1 및 제2 패시베이션막(180, 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 어느 하나로 만들어진다. 일례로, 반도체 기판(110)은 단결정 실리콘 웨이퍼이다.
여기서, 반도체 기판(110)에 함유된 제 1 도전성 타입의 불순물 또는 제2 도전성 타입의 불순물은 n형 또는 p형 도전성 타입 중 어느 하나이다. 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. 반도체 기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)에 도핑된다.
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 증가된다.
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 만들어진다.
제1 후면 패시베이션막(180)은 반도체 기판(110)의 후면 전체에 직접 접촉하여 배치되며, 얇은 두께의 SiCx 또는 SiOx와 같은 유전체 재질로 만들어져 반도체 기판(110)에서 생성되는 캐리어가 통과될 수 있고, 반도체 기판(110)의 후면을 패시베이션한다.
이와 같은 제1 패시베이션막(180)은 반도체 기판(110)에서 생성된 캐리어를 통과시키며, 반도체 기판(110)의 후면에 대한 패시베이션 기능을 수행한다.
제1 반도체부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 배치되되, 일례로, 제1 후면 페시베이션막(180)의 후면의 일부에 직접 접촉하여 배치된다.
이 제1 반도체부(121)는 반도체 기판(110)의 후면에 제2 방향(y)으로 길게 배치되며, 제2 도전성 타입과 반대인 제1 도전성 타입을 갖는 다결정 실리콘 재질로 만들어진다.
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 제1 후면 패시베이션막(180)을 사이에 두고 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다.
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 도핑된다.
제2 반도체부(172)는 반도체 기판(110)의 후면에 제1 반도체부(121)와 나란한 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 배치되며, 일례로 제1 후면 페시베이션막(180)의 후면 중에서 전술한 제1 반도체부(121) 각각과 이격된 일부 영역에 직접 접촉하여 형성된다.
이 제2 반도체부(172)는 제2 도전성 타입의 불순물이 반도체 기판(110)보다 고농도로 도핑되는 다결정 실리콘 재질로 형성된다. 따라서, 예를 들어, 반도체 기판(110)이 제2 도전성 타입의 불순물인 n형 타입의 불순물로 도핑되는 경우, 복수의 제2 반도체부(172)는 n+의 불순물 영역이다.
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(200)에서 전자와 정공의 재결합으로 손실되는 전하의 양을 감소시키고 전자 이동을 가속화시켜 제2 반도체부(172)로의 전자 이동량을 증가시킨다.
진성 반도체부(150)는 제1 반도체부(121)와 제2 반도체부(172) 사이에 노출된 제1 후면 패시베이션막(180)의 후면에 형성되고, 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.
제2 후면 패시베이션막(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 방지한다.
복수의 제1 전극(141)은 제1 반도체부(121)에 접합하고, 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있다. 이와 같은, 제1 전극(141)은 제1 반도체부(121) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어 정공을 수집한다.
복수의 제2 전극(142)은 제2 반도체부(172)에 접합하고, 제1 전극(141)과 나란하게 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있다. 이와 같은, 제2 전극(142)은 제2 반도체부(172) 쪽으로 이동한 캐리어, 예를 들어, 전자를 수집한다.
이와 같은 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제2 방향(y)으로 길게 형성되며, 제1 방향(x)으로 이격되고, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제1 방향(x)으로 교번하여 배치된다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 차단부(400)와 그 배치 모습에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면은 구성요소의 일부를 단순화해 도시하였다. 도 6은 전면 기판의 전체 모습을 보여주는 평면도이고, 도 7은 도 1의 "C"부분을 확대해서 보여주는 도면이다.
차단부(400)는 전면 기판(10)의 내면에 형성되며, 태양전지들(100) 사이로 보여지는 셀간 커넥터(300)와 제1 및 제2 도전성 배선들(210, 220)을 시각적으로 차단한다.
차단부(400)는 제2 방향(도면의 x축 방향)으로 긴 라인 형상을 가지며, 이웃한 것과 나란하게 형성되어 있다. 여기서, 라인 형상이라 함은 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 전면 기판(10)의 한쪽 단부에서 다른 편 단부까지 끊김없이 이어진 직선 모양을 말한다.
도시된 바처럼, 차단부(400)는 복수개가 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 제1 간격(d1)만큼 서로 떨어져 배치되어 있다. 여기서 제1 간격(d1)은 이웃한 두 차단부 사이의 간격으로 차단부를 지나는 각 중심선 사이의 거리를 기준한다. 이 제1 간격(d1)은 제1 방향에 따른 태양 전지의 폭에 대응하는 너비이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 각 태양전지(100)는 의사 사각형(pseudo-square) 기판을 사용해 만들어진다. 때문에, 제1 방향에서 두 스트링 사이의 제1 영역(1a)과 제2 방향에서의 두 태양전지 사이의 제2 영역(2a)은 격자 모양을 가지고 있다. 또한, 각 태양전지(100)의 모서리는 경사진 챔퍼(103)를 포함해 구성되므로, 제1 영역(1a)과 제2 영역(2a)이 교차하는 교차 영역(3a)은 대략 마름모 형상을 갖는다.
차단부(400) 각각은 일정한 폭을 갖는 제1 부분(410)과 폭이 변화하는 제2 부분(420)을 포함한다. 여기서, 제1 부분(410)은 각 라인에서 두 태양전지 사이의 제2 영역(2a)을 시각적으로 보이지 않게 가리며, 제2 부분(420)은 제3 영역(3a)을 시각적으로 보이지 않게 가린다.
제1 부분(410)의 폭(w)은 제1 방향에서 이웃하고 있는 두 태양전지 사이의 너비(t)보다 큰 것이 바람직하다. 차단부(400)는 셀간 커넥터(300)로부터 직 상방으로 일정 거리 떨어져 위치하고 있기 때문에, 제1 폭(w1)과 동일한 크기로 형성하는 경우 측면에서 보았을 때 제2 영역(2a)에 노출된 셀간 커넥터(300)와 제1 및 제2 도전성 배선들(210, 220)이 보여질 수가 있기 때문이다.
또한, 제1 부분(410)의 폭(w)은 얼 라인(전면 기판과 태양전지 사이)을 위한 작업 공정 마진 등을 고려하면, 위, 아래로 각각 1.5(mm) 의 마진이 요구될 수 있어, 제1 부분(410)의 폭(w)은 최대 제1 방향에서 이웃하고 있는 두 태양전지 사이의 너비(t) + 3mm 만큼의 폭을 가질 수 있다. 한편, 차단부(400)는 태양전지를 가려 태양전지의 발전 효율을 떨어트리므로, 차단부(400)가 태양전지를 최소로 가리는 것이 바람직하다. 이 같은 점을 고려해, 제1 부분(410)의 최대 폭(W)은 두 태양전지 사이의 너비(t) + 3(mm)인 것이 바람직하다.
바람직한 한 형태에서, 제2 부분(420)은 교차 영역(3a)에 대응하게 마름모 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 제2 부분(420)의 경사 각도(θ1)는 챔퍼(103)의 경사 각도(θ2)와 오차범위 내에서 동일한 것이 바람직하다. 이는 차단부(400)와 교차 영역(3a)의 형상을 매칭(matching)시켜 디자인을 좋게 하며, 또한 태양전지 위에 전면 기판(100)을 레이업할 때 얼라인을 쉽게 하기 위함이다.
도시된 바처럼, 교차영역(3a)에 배치된 태양전지들은 챔퍼(103)에 의해 대략 마름모 형상을 만들고 있으며, 제2 부분(420)은 이보다 큰 마름모 형상을 가지고 있어, 얼라인 키로 작용할 수가 있다. 이에 따라, 태양전지들(10) 위로 전면 기판(10)을 레이업할 때, 제2 부분(420)을 교차영역(3a)에 배치된 태양전지들의 챔퍼들(103)에 맞춰 위치시킴으로써 차단부(400)를 정 위치시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 변형예로, 차단부(4000)가 제1 방향으로 이웃한 두 태양전지 사이만 가리도록 부분적으로 형성된 모습을 예시한다. 이 변형예에서, 차단부(4000)는 제1 부분(4010)과 제2 부분(4020)을 포함한다. 제1 부분(4010)은 도 6을 통해 설명한 차단부(400)의 제1 부분(410)과 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 제2 부분(4020)은 제1 부분(4010)의 양 단에 각각 형성되며, 폭이 점진적으로 커지는 형상을 가져, 제1 방향에서 태양전지의 챔퍼 때문에 노출되는 공간 역시 가릴 수 있도록 구성된다. 이 변형예의 차단부(4000)는 아령 모양을 갖는다.
이 변형예에서, 차단부(4000)는 제1 방향에서 이웃하고 있는 두 태양전지 사이마다 개별적으로 각각 위치해 두 태양전지 사이로 보여지는 셀간 커넥터(300)와 도전성 배선 일부를 보이지 않도록 한다. 이에, 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 차단부(4000)는 이웃한 것과 일정 거리(s1)만큼 떨어져 위치하는데, 바람직하게 이 "s1"은 제2 방향에서 이웃한 태양전지 사이의 거리(또는 스트링 간격)보다는 작은 것이 바람직하다. 차단부(4000)는 셀간 커넥터(300)로부터 직 상방으로 일정 거리 떨어져 위치하고 있기 때문에, "s1"이 제2 방향에서 이웃한 태양전지 사이의 거리와 같거나 크게 되면, 측면에서 보았을 때 셀간 커넥터(300)와 제1 및 제2 도전성 배선들(210, 220)이 보여지거나 노출될 수가 있기 때문이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 곡면형 태양전지 패널의 모습을 보여주는 도면이고, 도 10은 곡면형 태양전지 패널이 차량의 지붕에 적용된 일례를 보여준다.
이 실시예의 곡면 태양전지 패널을 상술한 태양전지 패널과 비교해서, 상술한 전면 패널은 일상적인 태양전지 발전에 사용될 수 있도록 평판 모양을 갖는 반면에, 이 곡면 태양전지 패널은 휘어진 위치에 사용될 수 있도록 곡면을 갖는다는 점에서 차이가 있다. 이 곡면 태양전지 패널은 이를 위해 전면 기판(10')이 곡면을 갖도록 휘어져 구성된다는 점에서 상술한 평면 태양전지 패널과 다르고, 나머지 구성은 동일하다. 후면 시트, 셀간커넥터 및 도전성 배선들에 의해 연결된 태양전지들, 봉지재의 구성들은 상술한 바와 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
곡면을 갖는 전면 기판의 후면으로는 상술한 바와 같은 차단부(400')가 포함된다.
복수의 태양전지들은 셀간 커넥터와 잘 휘어지는 도전성 배선들에 의해 연결되어 있기 때문에, 전면 기판이 곡면을 갖고 있어도, 이에 대응하게 휘어진 형태로 전면 기판 편에 부착될 수가 있다. 그리고, 곡면 태양전지 패널이 갖는 곡률 반경이나 곡면 형태는 탑재되는 차량의 지붕 형태에 따라 다양하게 변경될 수가 있다.
이러한 곡면 태양전지 패널은 바람직하게 도 9에서 설명하는 바처럼, 차량의 지붕에 탑재돼 차량의 전원을 공급하는데 이용된다. 대표적으로 이 곡면 태양전지 패널은 전기와 가솔린을 사용하는 하이브리드 자동차에 주로 적용되어 사용되고 있다. 곡면 태양전지 패널을 차량 지붕에 설치할 때는 둘 사이를 고정하는 브라켓이 이용될 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. 전면 기판;
    상기 전면 기판과 마주하는 후면 시트;
    상기 전면 기판과 후면 시트 사이에 위치하고, 제1 방향에서 이웃한 태양전지 사이마다 위치하는 셀간 커넥터와, 상기 셀간 커넥터와 이에 이웃한 태양전지 사이를 각각 연결하는 제1 도전성 배선들과 제2 도전성 배선들에 의해 연결된 복수의 태양전지들;
    상기 복수의 태양전지들을 감싸는 봉지재; 및,
    상기 복수의 태양전지들 사이로 보여지는 상기 셀간 커넥터와 상기 제1 및 제2 도전성 배선들을 시각적으로 차단하는 차단부를 포함하고,
    상기 차단부는 전면 기판의 후면과 상기 봉지재 사이에 위치하는 태양전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는 불투명한 세라믹 수지로 만들어진 태양전지 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 후면 시트와 실질적으로 동일한 색상인 태양전지 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차단부와 상기 후면 시트 사이의 두께는 상기 전면기판과 상기 후면 시트 사이의 두께보다 얇은 태양전지 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 동일 선 상에 위치하는 상기 복수의 태양전지들 사이를 모두 가릴 수 있도록 라인 형상을 갖는 태양전지 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차단부는, 일정한 폭을 갖는 제1 부분과 폭이 변하는 제2 부분을 포함하는 태양전지 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 부분의 폭은 상기 제1 방향에서 이웃한 두 태양전지 사이의 너비(t)보다 큰 태양전지 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 부분의 폭은 상기 두 태양전지 사이의 너비(t) + 3(mm)보다 작은 태양전지 패널.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 부분은 마름모 형상을 갖는 태양전지 패널.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 태양전지들 각각은, 모서리가 경사진 챔퍼(chamfer)를 갖는 의사 사각형 반도체 기판으로 형성된 태양전지 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는, 상기 제1 방향으로 이웃한 두 태양전지 사이만 가리도록 부분적으로 형성된 태양전지 패널.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이웃한 상기 차단부 사이의 간격은 상기 제2 방향으로 이웃한 두 태양전지 사이의 간격보다 작은 태양전지 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 제1 방향에서 상기 태양전지 폭에 대응하는 거리만큼 이웃한 것과 떨어져 배치된 태양전지 패널.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전면 기판은 곡률을 갖는 유리 기판인 태양전지 패널.

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