KR20180104505A - 태양전지 및 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에서는 반도체 기판과 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들, 상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들을 포함하고, 상기 도전성 배선들은 상기 제1 방향에서 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각, 상기 도전성 배선들의 시작 부분과 접합되고, 상기 제1 방향에서 상기 제1 전극끼리 또는 상기 제2 전극끼리 연결시키며 제1 길이를 갖는 제1 브릿지 전극과, 상기 도전성 배선들의 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 전극끼리 또는 상기 제2 전극끼리 연결시키며 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 브릿지 전극을 포함하는 태양전지 모듈을 개시한다.
Description
본 발명은 전극과 태양전지를 연결시키는 배선재 사이의 결합 구조를 개선한 태양전지 모듈 및 이에 사용되는 태양전지에 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.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 pn 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비한다.
이 같은 태양 전지 중 전극이 모두 후면에 위치하는 후면 접촉형 태양 전지는 반도체 기판의 후면에 위치한 전극에 금속 배선이 접합되는 구조를 갖는다.
그런데, 이 같은 후면 접촉형 태양전지를 금속 배선으로 연결시켜 모듈을 구성하면, 태양전지의 전면과 후면에서 발생하는 열팽창 전극이 태양전지의 후면에만 존재하고 있어 전극의 열 변형에 위해 태양전지가 휘게 되며, 또한 전극의 열 팽창 계수와, 금속 배선의 열 팽창 계수가 달라 장시간 열에 의해 태양전지 모듈이 열 팽창과 수축을 반복하게 되면, 금속 배선과 전극 사이가 파단(break)되는 문제점이 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 구조적 안정성을 갖춰 장시간 사용할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들, 상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들을 포함하고, 상기 도전성 배선들은 상기 제1 방향에서 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고, 상기 도전층은 상기 도전성 배선들의 시작 부분과 접합되고, 상기 제1 방향으로 제1 길이를 갖는 제1 도전층과, 상기 도전성 배선들의 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 도전층을 더 포함하는 태양전지 모듈을 개시한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들, 상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들을 포함하고, 상기 도전성 배선들은 상기 제1 방향에서 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각, 상기 도전성 배선들의 시작 부분과 접합되고, 상기 제1 방향에서 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 택일적으로 연결되며 제1 길이를 갖는 제1 브릿지 전극과, 상기 도전성 배선들의 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 방향에서 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 택일적으로 연결되며 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 브릿지 전극을 포함하는 태양전지 모듈을 개시한다.
상기 도전층은, 상기 제1 브릿지 전극과 상기 도전성 배선, 상기 제2 브릿지 전극과 상기 도전성 배선을 각각 접합시키는 제1 도전층과, 상기 제1 및 제2 브릿지 전극 사이에서 상기 제1 전극과 상기 도전성 배선, 상기 제2 전극과 상기 도전성 배선을 접합시키는 제2 도전층을 포함한다.
상기 제2 도전층은, 상기 제1 브릿지 전극에 이웃하게 배치되고 제1 길이를 갖는 제21 도전층과 상기 제2 브릿지 전극에 이웃하게 배치되고 제2 길이를 갖는 제22 도전층을 더 포함한다.
상기 제21 도전층의 제1 길이는 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리 대비 10 ∼40 배이고, 상기 제22 도전층의 제2 길이는 상기 제21 도전층의 제1 길이 대비 0.5 ∼1 배보다 작다.
상기 제21 및 제22 도전층은 각각, 개별적으로 상기 제1 전극 또는 제2 전극 위로 형성되어 상기 도전성 배선에 접합된 제1 도전체와, 상기 제1 방향에서 이웃한 상기 제1 도전체 사이를 연결하며 상기 도전성 배선에 접합된 제2 도전체를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들, 상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들을 포함하고, 상기 도전성 배선은 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고, 상기 시작 부분과 상기 인출 부분 중 하나는 상기 제1 방향에서 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 택일적으로 연결되는 브릿지 전극에 접합되고, 나머지는 제1 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 가로지르도록 길게 형성된 확장 도전층에 접합된 태양전지 모듈을 개시한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 후면으로 형성된 제1 도전형 영역과 제2 도전형 영역, 상기 제1 도전형 영역에 접촉된 제1 전극, 상기 제2 도전형 영역에 접촉되고 제1 방향에서 상기 제1전극과 교대로 형성된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 방향으로 상기 제1 전극끼리 또는 상기 제2 전극끼리 연결시키며 제1 길이를 갖는 제1 브릿지 전극과, 상기 도전성 배선들이 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 전극끼리 또는 상기 제2 전극끼리 연결시키며 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 브릿지 전극을 포함하는 태양전지를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극과 배선 사이를 접합시키는 도전층이 위치에 따라 다른 접합력을 갖도록 구성되므로, 태양전지 모듈을 장시간 사용하더라도, 열 변형력에 의해 전극과 배선 사이가 파단되는 것을 방지할 수가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 전극의 형상을 개선해 도전층에 의한 전극과 배선 사이의 접합력이 위치에 따라 다르도록 구성된다. 따라서, 태양전지 모듈을 장시간 사용하더라도, 열 변형력에 의해 전극과 배선 사이가 파단되는 것을 방지할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 전체 모습을 보여준다.
도 2는 도 1의 I-I′선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여준다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 후면 모습을 간략히 보여준다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 후면 모습을 간략히 보여준다.
도 5는 본 발명의 태양전지 모듈에서 사용되는 태양전지의 후면 모습을 보여준다.
도 6은 태양전지의 신뢰성을 검증하기 위하여 온도 싸이클 시험(Thermal Cycle Test) 전(A)과 후(B)에 각각 실시한 EL 검사의 이미지를 보여준다.
도 7은 도 5에 도시한 태양전지에 도전성 배선이 부착된 모습을 보여준다.
도 8은 도 7의 Ⅱ-Ⅱ′선에 따른 단면 부분 모습을 보여준다.
도 9는 도전층이 제1 도전체 및 제2 도전체로 구성된 모습을 보여준다.
도 10은 도전층의 평면 배치 모습을 보여준다.
도 11은 도 10의 Ⅲ-Ⅲ′선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 12는 도전성 배선과 전극 사이가 브릿지 전극과 길이가 다른 도전층에 의해 접합된 모습을 보여준다.
도 13은 도 12의 IV-IV′선을 따른 단면을 보여준다.
도 14는 도전성 배선과 전극 사이가 일부는 브릿지 전극에 의해 접합되고, 일부는 길이가 다른 확장 도전층에 의해 접합된 모습을 보여준다.
도 15는 도 14의 V-V′선을 따른 단면을 보여준다.
도 16은 후면 접촉형 태양전지의 단면 모습을 보여준다.
도 2는 도 1의 I-I′선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여준다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 후면 모습을 간략히 보여준다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 후면 모습을 간략히 보여준다.
도 5는 본 발명의 태양전지 모듈에서 사용되는 태양전지의 후면 모습을 보여준다.
도 6은 태양전지의 신뢰성을 검증하기 위하여 온도 싸이클 시험(Thermal Cycle Test) 전(A)과 후(B)에 각각 실시한 EL 검사의 이미지를 보여준다.
도 7은 도 5에 도시한 태양전지에 도전성 배선이 부착된 모습을 보여준다.
도 8은 도 7의 Ⅱ-Ⅱ′선에 따른 단면 부분 모습을 보여준다.
도 9는 도전층이 제1 도전체 및 제2 도전체로 구성된 모습을 보여준다.
도 10은 도전층의 평면 배치 모습을 보여준다.
도 11은 도 10의 Ⅲ-Ⅲ′선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 12는 도전성 배선과 전극 사이가 브릿지 전극과 길이가 다른 도전층에 의해 접합된 모습을 보여준다.
도 13은 도 12의 IV-IV′선을 따른 단면을 보여준다.
도 14는 도전성 배선과 전극 사이가 일부는 브릿지 전극에 의해 접합되고, 일부는 길이가 다른 확장 도전층에 의해 접합된 모습을 보여준다.
도 15는 도 14의 V-V′선을 따른 단면을 보여준다.
도 16은 후면 접촉형 태양전지의 단면 모습을 보여준다.
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 실제와 다르게 도시될 수 있고. 형상이나 구조 역시 단순화해서 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 전체 모습을 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I′선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈에서 태양전지들(C1, C2)은 제1, 2 도전성 배선(200)과 태양전지 사이에 배치되는 인터 커넥터(300)에 의해 연결될 수 있다. 그리고, 제1, 2 도전성 배선(200)과 인터 커넥터(300)에 의해 스트링된 태양전지들은 충진재(20, 30)에 의해 캡슐화되고, 이를 사이에 두고 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40)가 위치하고, 둘레를 프레임(50)이 감싼 구조로 태양전지 모듈이 구성될 수 있다.
여기서, 복수의 태양 전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 각각이 제1 방향으로 길게 배열되며, 반도체 기판(110)과 반도체 기판(110)의 후면에 복수의 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 구비할 수 있다. 바람직한 한 예에서, 태양전지는 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 모두 반도체 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 접촉형 태양전지가 사용될 수 있다.
복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지 각각의 후면에 접합될 수 있다.
이와 같이, 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)이 접합된 복수의 태양 전지는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인터커넥터(300)에 의해 제1 방향으로 직렬 연결될 수 있다.
일례로, 인터커넥터(300)는 복수의 태양 전지 중 제1 방향으로 서로 인접하여 배치되는 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2)를 서로 직렬 연결할 수 있다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(C1)에 접합된 복수의 제1 도전성 배선(210)의 전면과 제2 태양 전지(C2)에 접합된 복수의 제2 도전성 배선(220)의 전면이 인터 커넥터(300)의 후면에 접합될 수 있고, 이에 따라, 복수의 태양 전지가 직렬 연결되는 셀 스트링이 형성될 수 있다.
이와 같은 셀 스트링은 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치된 상태에서 열압착되어 라미네이팅될 수 있다.
일례로, 복수의 태양 전지는 전면 투명 기판(10)과 후면 시트(40) 사이에 배치되고, 폴리머 시트(예로, EVA)와 같이 투명한 충진재(20, 30)가 복수의 태양 전지 전체의 전면 및 후면에 배치된 상태에서, 열과 압력이 동시에 가해지는 라미네이션 공정에 의해 일체화되어 캡슐화될 수 있다.
아울러, 도 1에 도시된 바와 같이, 라미네이션 공정으로 캡슐화된 전면 투명 기판(10), 후면 시트(40) 및 충진재(20, 30)는 프레임(50)에 의해 가장 자리가 고정되어 보호될 수 있다.
더불어, 셀 스트링 각각은 제1 방향으로 길게 위치하고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 이격되어 배열될 수 있고, 이와 같은 복수의 셀 스트링은 제2 방향(y)으로 길게 뻗어 있는 버싱바(310)에 의해 제2 방향으로 직렬 연결 될 수 있다.
여기서, 전면 투명 기판(10)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 형성될 수 있다.
후면 시트(40)는 태양 전지들(C1, C2)의 후면에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 태양 전지를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 이러한 후면 시트(40)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 후면 시트(40)는 FP(fluoropolymer), PE(polyeaster), FP (fluoropolymer)와 같은 절연 물질로 이루어진 얇은 시트로 이루어지지만, 다른 절연 물질로 이루어진 절연 시트일 수 있다.
바람직한 한 형태에서, 라미네이션 공정은 전면 투명 기판(10)과 태양 전지 사이 및 태양 전지와 후면 기판 사이에 시트 형상을 갖는 충진재(20, 30)가 배치된 상태에서 진행될 수 있다.
여기서, 충진재(20, 30)의 재질은 절연층(252)의 재질과 다른 재질로 형성될 수 있으며, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양 전지 (C1, C2)를 충격으로부터 보호하고, 이를 위해 충격을 흡수할 수 있는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 형성될 수 있다.
따라서, 전면 투명 기판(10)과 태양 전지 사이 및 태양 전지와 후면 기판 사이에 배치된 면 형상의 충진재(20, 30)는 라미네이션 공정 중에 열과 압력에 의해 연화 및 경화될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 후면 모습을 간략히 도시한 것으로, 이하 이 도면을 참조로 태양전지가 어떻게 직렬 연결되는지 설명한다.
도 3을 참조하면, 도전성 배선(200)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2)에 구비된 반도체 기판(110)의 후면에 접합되어, 이웃하고 있는 제1 및 제2 태양전지(C1, C2)를 연결시킨다.
제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 떨어져 위치하고, 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각은 적어도 반도체 기판(110)의 후면에 위치하고, 서로는 제1 방향에서 교대로 배치된 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 구비한다. 제1 및 제2 전극(141, 142)은 제2 방향(도면의 y축 방향)에서 긴 형상을 갖는다.
그리고, 도전성 배선(200)은 제1, 2 태양 전지(C1, C2) 각각에서 상기 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)에 교차하게 제1 방향으로 길게 연장 배치되고, 교차점에서 도전층(151)과 절연층(152)에 의해 선택적으로 제1 또는 제2 전극(141, 142)하고만 연결된다.
도전성 배선(200)은 각각의 태양전지(C1, C2)에서 제1 전극(141)하고만 연결되는 제1 도전성 배선(210) 제2 전극(142)하고만 연결되는 제2 도전성 배선(220)을 포함한다. 여기서, 제1 전극(141)은 일 예로 전자를 수집하는 전극이고, 제2 전극(142)은 정공을 수집하는 전극일 수 있다.
제1 도전성 배선(210)은 제1 전극(141)과 교차하는 교차점마다 형성된 도전층(251)을 통해 제1 전극(141)과 접합되고 또한 전기적으로 연결되고, 제2 전극(142)과 교차하는 교차점마다 형성된 절연층(252)에 의해 제2 전극(142)과 절연된다.
여기서, 도전층(251)은 도전성 접착제 또는 솔더가 열 경화해 형성되고, 절연층(252) 역시 절연성 수지 물질이 열 경화해 형성된다. 도전성 접착제는 주성분을 폴리머 기재와 도전 필러 입자로 구성되어 도전 필러들의 기계적 물리적 접촉에 의해 부재 사이를 접합 및 도전시킨다. 솔더는 솔더 분말과 플러스(Flux)를 혼합하여 만든 페이스트(paste) 형태나 크림(cream) 상을 가지며, 솔더 분말이 융점 이상에서 용융했다 식으면서 모재와 물리 화학적으로 결합해 부재 사이를 접합 및 도전시킨다. 여기서, 솔더 분말은 Sn-Cu계, Sn-Ag계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-In계, Sn-Ag-Zn계, Sn-Zn계, Sn-Bi계, Sn-In계 솔더 등 범용적으로 사용되는 다양한 종류의 솔더 물질로 만들어질 수 있다. 본 명세서에서는 특별한 제한이 없는 한, 전극과 배선 사이를 접합 및 도전시킬 때 사용하는 것들을 통칭해 도전성 접착제라 한다.
그리고, 도전성 배선(200)은 도전성 금속 재질로 형성되되, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는 도전성 금속과 이 도전성 금속을 피복하고 솔더 물질로 이뤄진 솔더층을 포함할 수 있다. 바람직한 형태로, 도전성 금속은 구리(Cu)이고, 솔더층은 Sn-Cu계, Sn-Ag계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag-Bi계 , Sn-Ag-Bi-In계 , Sn-Ag-Zn계 , Sn-Zn계 , Sn-Bi계 , Sn-In계 솔더 등 범용적으로 사용되는 다양한 종류의 솔더 물질로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 솔더층은 라미네이션 과정에서 금속과 접합될 수 있게, 라미네이션 온도 범위 내의 융점을 갖는 솔더 물질이 사용될 수 있다.
제1 도전성 배선(210)은 제1 태양전지(C1)를 가로질러 그 끝이 인터 커넥터(300) 상에 위치하고, 제2 도전성 배선(220)은 제2 태양전지(C2)를 가로 질러 그 끝이 인터 커넥터(300) 상에 위치할 수 있다. 여기서 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220)은 바람직하게 인터 커넥터(300)의 동일한 면 위에 놓인다.
도전성 배선(200)은 단면이 폭이 두께보다 큰 리본 형상을 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 제1, 2 도전성 배선(200) 각각의 선폭은 도전성 배선의 선저항을 충분히 낮게 유지하면서, 제조 비용이 최소가 되도록 고려하여, 0.5mm ~ 2.5mm 사이로 형성될 수 있으며, 제1 도전성 배선(210)과 제2 도전성 배선(220) 사이의 간격은 제1, 2 도전성 배선(200)의 총 개수를 고려하여, 태양 전지 모듈의 단락 전류가 훼손되지 않도록 4mm ~ 6.5mm 사이로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1, 2 도전성 배선(200) 각각이 하나의 태양 전지에 접합되는 개수는 10개 ~ 20개일 수 있다. 따라서, 제1, 2 도전성 배선(200)이 하나의 태양 전지에 접합되는 총 개수의 합은 20개 ~ 40개일 수 있다.
절연층(252)은 제1 도전성 배선들(210)과 제2 전극들(142)이 교차되는 복수의 교차점 및 제2 도전성 배선들(220)과 제1 전극들(141)이 교차되는 복수의 교차점에서 제1 도전성 배선(210)과 제2 전극(142) 사이 및 제2 도전성 배선(220)과 제1 전극(141) 사이에 각각 위치할 수 있다.
아울러, 제1 도전성 배선들(210)과 제2 전극들(142)이 교차되는 복수의 교차점 및 제2 도전성 배선들(220)과 제1 전극들(141)이 교차되는 복수의 교차점 각각에 위치한 절연층(252)은 각각이 서로 이격될 수 있다.
이와 같은 절연층(252)은 절연성 재질이면 어떠한 것이든 상관 없으며, 일례로, 에폭시 계열, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 아크릴 계열 또는 실리콘 계열 중 어느 하나의 절연성 재질이 사용될 수 있다.
이와 같은 복수의 제1, 2 도전성 배선(200)은 각각의 일단이 인터커넥터(300)에 연결되어, 복수의 태양 전지를 서로 직렬 연결할 수 있다.
인터커넥터(300)는 제1 태양 전지(C1)와 제2 태양 전지(C2) 사이에 위치하고, 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 길게 뻗어 있을 수 있다. 태양 전지를 평면에서 봤을 때, 인터커넥터(300)는 제1 태양 전지(C1)의 반도체 기판(110) 및 제2 태양 전지(C2)의 반도체 기판(110) 사이에 배치될 수 있다.
아울러, 이와 같은 인터커넥터(300)에 제1 태양 전지(C1)의 제1 전극(141)에 접합된 제1 도전성 배선(210)의 일단과 제2 태양 전지(C2)의 제2 전극(142)에 접합된 제2 도전성 배선(220)의 일단이 공통으로 접합되어, 제1, 2 태양 전지(C1, C2)는 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 서로 직렬 연결될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 태양 전지 모듈은 두 태양전지(C1, C2) 사이에 인터 커넥터(300)를 구비하므로, 복수 개의 태양 전지 중 제1, 2 도전성 배선(200)과 제1, 2 전극(200) 사이에 접합 불량이 발생한 태양 전지가 있는 경우, 인터커넥터(300)와 복수의 제1, 2 도전성 배선(200) 사이의 연결을 끊어, 해당 태양 전지만 보다 용이하게 교체할 수 있다.
또한, 열 변형력은 도전성 배선(200)을 따라 그 길이 방향으로 따라 전파되므로, 태양전지 사이에 존재하는 인터커넥터(300)는 제1 태양전지(C1)에서 전파되는 변형력과 제2 태양전지(C2)에서 전파되는 변형력을 완충시켜 제1 및 제2 태양전지가 열변형되는 것을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 후면 모습을 간략히 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 이 실시예의 태양전지 모듈은 상술한 도 3의 태양전지 모듈과 비교해서 인터 커넥터(300)를 사용하지 않고, 도전성 배선(200)이 제1 및 제2 태양전지(C1, C2) 사이를 직접 연결한다는 점에서 다르다.
도전성 배선(200)은 제1 및 제2 태양전지(C1, C2)에 걸쳐 제1 방향(도면의 x축 방향으로 길게 형성될 수 있다. 제1 도전성 배선(210)은 제1 태양전지(C1)에서 도전층(251)에 의해 제1 전극(141)에 연결되고, 절연층(252)에 의해 제2 전극(142)과는 절연된다. 그리고, 제2 태양전지(C2)에서 제1 도전성 배선(210)은 도전층(251)에 의해 제2 전극(142)에 연결되고, 절연층(252)에 의해 제1 전극(141)과는 절연된다.
이와 반대로, 제2 도전성 배선(220)은 제1 태양전지(C1)에서 도전층(251)에 의해 제2 전극(141)에 연결되고, 절연층(252)에 의해 제1 전극(141)과는 절연된다. 그리고, 제2 태양전지(C2)에서 제2 도전성 배선(210)은 도전층(251)에 의해 제1 전극(141)에 연결되고, 절연층(252)에 의해 제2 전극(142)과는 절연된다.
이에 따라, 이 실시예의 태양전지 모듈은 도전성 배선(200) 만을 사용해 이웃하고 있는 두 태양전지(C1, C2)를 스트링할 수가 있다.
이하, 도 5를 참조로 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 태양전지의 전극 구조에 대해 살펴본다.
도 5는 본 발명의 태양전지 모듈에서 사용되는 태양전지의 후면 모습을 보여주며, 제1 전극과 제2 전극 위주로 단순화해 도시하였다.
바람직한 한 형태에서, 태양전지(100)는 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 모두 반도체 기판(110)의 후면에 위치하는 후면 접촉형 태양전지일 수 있다.
제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 교번하도록 배치되며, 이웃한 것과는 나란하게 배열될 수 있다. 그리고, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 각각, 제2 방향으로 길게 뻗어 있어 전체적으로 스트라이프 배열을 이룰 수 있다.
제1 및 제2 전극(141, 142)은 각각, 선폭이 200(um) ∼ 400(um) 일 수 있고, 이때 제1 전극(141)과 제2 전극 사이의 거리(또는 피치)(D1)은 400(um) ∼ 600(um) 일 수 있다. 결과적으로, 제1 전극(141)끼리의 간격(D1a), 또는 제2 전극(142)끼리의 간격(D1b)은 각각 800(um) ∼ 1,200(um)가 될 수 있다. 여기서 전극 사이의 거리(D1, D1a, D1b)는 각 전극의 중심선을 기준으로 한다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 반도체 기판(110)의 크기, 전극의 두께 등을 변수로 그에 맞춰 조정될 수 있다.
제1 및 제2 전극(141, 142) 각각은, 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 전극끼리 또는 제2 전극끼리 연결시키는 브릿지 전극(143)을 더 포함할 수 있다.
브릿지 전극(143)은 제1 및 제2 전극(141, 142)의 선폭보다 큰 선폭을 갖도록 형성될 수 있는데, 바람직하게는 도전성 배선(200)의 선폭과 같거나 큰 것이 바람직하다. 브릿지 전극(143)위로 도전성 배선(200)이 위치하고 도전층(251)에 의해 접합되므로, 공정마진과 얼라인을 고려해 브릿지 전극(143)의 선폭은 도전성 배선의 선폭 대비 1∼1.3배인 것이 바람직하다.
브릿지 전극(143)이 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 전극 사이, 또는 제2 전극 사이를 연결하고 있으므로, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 숏트될 수 있다. 때문에, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 및 제2 전극(141, 142)은 각각, 브릿지 전극(143)의 선폭보다 큰 폭을 갖는 단선부(151)를 더 포함하며, 이 단선부(151)는 브릿지 전극(143)이 형성된 영역에 대응하게 위치해서 브릿지 전극(143)으로 인해 제1 전극(141)과 제2 전극(143)이 숏트되는 것을 방지한다.
여기서, 브릿지 전극(143)은 제1 길이(L1)를 갖는 제1 브릿지 전극(143a)과 제1 길이(L1)보다 짧은 제2 길이(L2)를 갖는 제2 브릿지 전극(143b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 길이(L1, L2)는 y축 방향에 따른 전극의 중심을 기준으로 한다.
도시된 바에 따르면, 제1 브릿지 전극(143a)은 반도체 기판(110)의 제1 측면(110a)에서 이에 바로 이웃하고 있는 3라인의 제1 전극(141)을 연결시키고, 또한 제2 측면(110b)에서 이에 바로 이웃하고 있는 3라인의 제2 전극(142)을 연결시키도록 형성된다. 이에, 제1 브릿지 전극(143a)은 제1 전극(또는 제2 전극) 사이의 간격(D1a) × 2에 해당하는 길이(L1)를 갖게 된다.
이와 비교해서, 제2 브릿지 전극(143b)은 제1 측면(110a)에서 이에 바로 이웃한 2라인의 제2 전극(142)을 연결시키고, 또한 제2 측면(110b)에서는 이에 바로 이웃한 2라인의 제1 전극(141)을 연결시킨다. 이에, 제2 브릿지 전극(143b)은 제2 전극(또는 제1 전극) 사이의 간격(D1b)에 해당하는 길이(L2)로, 제1 브릿지 전극(143a)보다 짧은 길이를 갖는다.
첨부한 도면은 단순히 본 발명의 실시예을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명이에 한정되는 것은 아니며, 브릿지 전극(143)에 의해 연결되는 전극의 개수는 태양전지의 크기, 전극의 개수 및 선폭 등을 변수로 그에 맞춰 조정될 수 있다.
그리고, 제1 브릿지 전극(143a)과 제2 브릿지 전극(143b)은 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 쌍을 이루며 동일 선 상에 위치하도록 제1 측면(110a) 및 제2 측면(110b)에 이웃하게 형성된다. 이에, 도전성 배선(200)이 태양전지(100) 위로 제1 방향으로 길게 형성되므로, 각 도전성 배선(200)에 맞춰 제1 브릿지 전극(143a)과 제2 브릿지 전극(143b)이 위치할 수가 있다.
그리고, 제1 브릿지 전극(143a) 또는 제2 브릿지 전극 사이의 간격(W1, W2)은 바람작하게 태양전지(100) 위에 위치하는 도전성 배선의 사이 간격과 실질적으로 동일하다. 여기서, 제1 또는 제2 브릿지 전극(143a, 143b) 사이의 간격(W4)은 제1 브릿지 전극(143a)의 중심과 중심 사이의 간격을 말한다.
이 브릿지 전극(143)은 도전성 배선(200)과의 접촉 면적을 키워 도전성 배선(200)이 브릿지 전극(143)에 견고히 부착될 수 있도록 하며, 보다 바람직하게는 도전성 배선(200)이 그 길이 방향으로 발생하는 열 변형력으로 인해 태양전지(100)와 도전성 배선 사이가 파단되는 문제를 해소할 수 있도록 한다.
보다 상세히, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 모두 반도체 기판의 후면에 존재하기 때문에 열 팽창과 수축에 의한 스트레스는 제1 전극(141)과 제2 전극(142)의 길이 방향으로 전파돼 반도체 기판을 휘게 만든다. 그런데, 반도체 기판의 휨은 전극(141, 142)과 도전성 배선(200)을 부착하고 있는 도전층(251)에 집중되므로, 결과적으로 도전층(251)이 도전성 배선(200) 또는 전극(141, 142)으로부터 박리되도록 한다. 그런데, 이 같은 파단 문제는 구조적으로 반도체 기판의 측면(110a, 110b)에서 심하게 나타난다.
도 6은 태양전지의 신뢰성을 검증하기 위하여 온도 싸이클 시험(Thermal Cycle Test) 전(A)과 후(B)에 각각 실시한 EL 검사의 이미지를 보여준다. 여기서 EL(Electro luminance) 검사는 태양전지에 인위적으로 전기를 주어 미세 크랙(Micro crack), 션트(shunt), 핑거 인터럽션(Finger Interruption) 등을 식별하여 결함 여부를 판단하는 검사를 말한다. 도 6에서 (A)는 온도 싸이클 시험(Thermal Cycle Test) 전 태양전지 모듈의 EL 사진이며, (B)는 온도 싸이클 600회 시험 후 태양전지 모듈의 EL 사진이다
도 6의 사진은 모듈의 전면을 보여주며, 도면의 x축이 도전성 배선이 연결된 방향을 나타낸다. 도 6에 따른 신뢰성 테스트는 브릿지 전극이 없는 경우에 있어 그 결과를 알아보기 위해 실시가 되었다.
도 6에서 보여지는 바처럼, 온도 싸이클 시험 전(A)과 후(B)의 EL 모습을 비교해 보면, 온도 Cycle 600회 시험(B) 후 태양전지가 이웃하는 부분에서 어두운 영역(점선 박스)이 증가하여 유효발광면적이 줄어든 것을 볼 수 있다.
이것은 태양전지의 측면, 즉 태양전지의 측면에 이웃하게 부착된 도전성 배선의 끝이 신뢰성 테스트 과정에서 전극과 떨어졌음을 나타낸다.
또한, 실험 결과에 따르면, 태양전지에 도전층을 통해 부착된 배선재는 그 끝 부분이 자유 단을 이루고 있어 쉽게 열 변형을 일으키고, 또한 배선재가 태양전지 밖으로 연장되는 인출 부분에서도 쉽게 열 변형되는 것으로 관측되었다. 다만 인출 부분의 열 변형은 끝 부분만큼 심하게 발생하지는 않았다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제점을 개선하고자, 브릿지 전극(143)을 더 포함하도록 태양전지를 구성하며, 일 변형력을 감안해서 제1 브릿지 전극(143a)의 길이(L1)를 제2 브릿지 전극(143b)의 길이(L2)보다는 길게 형성되도록 한다.
도 7은 도 5에 도시한 태양전지에 도전성 배선이 부착된 모습을 보여주며, 도 8은 도 7의 Ⅱ-Ⅱ′선에 따른 단면 부분 모습을 보여준다.
이하의 설명은 제1 도전성 배선(210)을 기준으로 설명하나, 제2 도전성 배선(220) 역시 제1 도전성 배선(220)과 동일한 형태로 도전층(251)에 의해 전극과 접합된다.
이 도면들을 참조하면, 태양전지(100) 위로 접합된 제1 도전성 배선(210)은 위치에 따라 시작 부분(210a), 태양전지 밖으로 연장되는 인출 부분(210b), 그리고 시작 부분(210a)과 인출 부분(210b) 사이의 연결 부분(210c)으로 구획할 수가 있다.
도시된 바처럼, 제1 도전성 배선(210)은 위치에 따라 다른 길이를 갖는 도전층(251)에 의해 전극과 접합되는데, 도전층(251)은 제1 및 제2 브릿지 전극(143a, 143b)과 제1 도전성 배선(210) 사이를 접합하는 제1 도전층(251a1, 251a2)과, 제1 방향에서 제1 및 제2 브릿지 전극 사이에서 제1 전극(141) 제1 도전성 배선(210) 사이를 접합하는 제2 도전층(251b)을 포함한다.
제1 도전성 배선(210)의 시작 부분(210a)은 도전성 배선의 끝 부분으로 자유단을 이루고 있고, 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 제1 길이(S1)를 갖는 제1 도전층(251a1)에 의해 제1 브릿지 전극(143a)에 접합되어 있다. 이 시작 부분(210a)은 제1 측면(110a) 또는 제2 측면(110b)에 바로 이웃하게 위치하는데, 제1 도전성 배선(210)을 기준으로는 제1 측면(110a)에 바로 이웃하게 위치할 수가 있다.
인출 부분(210b)은 도전성 배선이 태양 전지(110) 밖으로 연장되는 부분으로, 제2 길이(S2)를 갖는 제1 도전층(251a2)에 의해 제2 브릿지 전극(143b)에 접합되어 있다. 이 인출 부분(210b)은 시작 부분(210a)이 형성된 제1 측면(110a) 또는 제2 측면(110b)에 대향하는 측면에 바로 이웃하게 위치할 수가 있다.
그리고, 연결 부분(210c)은 시작 부분(210a)과 인출 부분(210b) 사이에서 제1 전극(141)과 제1 도전성 배선(210)이 교차하는 교차점마다 위치하고, 제3 길이(S3)를 갖는 제2 도전층(251b)에 접합된다.
도시된 바처럼, 제1 도전성 배선(210)의 시작 부분(210a)과 제1 브릿지 전극(143a) 사이로는 제1 브릿지 전극(143a)의 길이(L1)에 해당하는 제1 길이(S1)의 제1 도전층(251a1)이 위치하고, 인출 부분(210b)과 제2 브릿지 전극(143b) 사이로는 제2 브릿지 전극(143b)의 길이(L2)에 해당하는 제2 길이(S2)의 제1 도전층(251a1)이 위치해 이들 사이를 접합시키고 있다.
그리고, 연결 부분(210c)과 제1 전극(141)이 위치하는 교차점위로는 제1 전극의 선폭과 같거나 크고 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(D1)보다는 작은 제3 길이(S3)를 갖는 제2 도전층(251b)에 의해 접합된다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에서는 위치에 따라 다른 크기를 갖는 도전층을 배치해서 열 변형에 취약한 도전성 배선의 시작 부분(210a), 인출 부분(201b)의 접합력을 향상시킨다. 또한, 도전성 배선의 시작 부분(210a), 인출 부분(201b)에 대응하게는 브릿지 전극(143a, 143b)을 형성해 도전층이 보다 견고하게 도전성 배선과 전극 사이를 접합시킬 수 있도록 구성된다.
한편, 상술한 전극 구조에서는 제1 및 제2 브릿지 전극이 각각 도전성 배선의 시작 부분(210a), 인출 부분(201b)에 각각 대응하게 형성되어, 반도체 기판(110a)과 제2 측면(110b)에 각각 이웃하게 위치하는 것을 예시하나, 시작 부분(210a)의 위치에 맞춰 제1 브릿지 전극(143a)의 위치는 도전성 배선의 길이 방향에서 다양하게 가변될 수 있다.
또한, 전극(141, 142)은 제1 및 제2 브릿지 전극(143a, 143b) 사이로 위치하는 제3 브릿지 전극을 더 포함할 수도 있다. 바람직한 한 형태에서 제3 브릿지 전극은 제2 브릿지 전극(143b)의 길이(L2)와 같거나 이보다 작을 수 있다. 이에 따르면, 도전성 배선이 제1 및 제2 브릿지 전극, 그리고 그 사이에 위치하는 제3 브릿지 전극에 각각 접합이 되므로, 도전성 배선을 통해 전파되는 열 변형력을 효과적으로 분산시켜 도전성 배선과 전극 사이를 보다 견고하게 접합시킬 수가 있다.
그리고, 도전층(251)은 액상의 도전성 접착제가 경화해 만들어질 수 있으며, 이때 사용되는 도전성 접착제는 도전성 배선(200) 및 전극(141, 142)과의 접합성을 고려해 선택된다.
일 예로, 도전층(251)은 도전성 배선(200)의 솔더층보다 높은 융점을 갖는 솔더 물질로 형성될 수 있다. 이 경우에, 도전층(251)은 전면 투명 기판, 후면 시트, 충진재를 열 압착해 일체화하는 라미네이션 공정 전에 전극(141, 142) 상에 형성되고, 라미네이션 공정 중 라미네이션의 공정 온도 범위의 융점을 갖는 도전성 배선(200)의 솔더층이 융융되어 도전층(251)에 접합되면서 도전성 배선과 전극 사이가 접합 및 도전될 수 있다.
또한, 제2 도전층(251b)은 융점이 다른 2종류의 솔더로부터 만들어 질 수 있다. 이 경우에 제2 도전층(251b)은 형성 물질이 다른 제1 도전체 및 제2 도전체를 포함할 수 있다.
이에 대해서 도 9를 참조로 자세히 설명한다.
도 9에서, 제2 도전층(251b)은 제1 전극(141) 바로 위로 위치해서 제1 전극(141)과 제1 도전성 배선(210) 사이를 접합하는 제1 도전체(251b1)와 제1 도전체(251b1)를 감싸며 제1 도전성 배선(210)에 접합된 제2 도전체(251b2)를 포함한다.
바람직하게 제1 도전체(251b1)는 제1 융점을 갖는 제1 솔더가 열 경화해 형성될 수 있고, 제2 도전체(b2)는 제1 융점보다 낮은 제2 융점을 갖는 제2 솔더가 제1 도전성 배선(210)과 솔더링되면서 형성될 수 있다.
제1 솔더는 전극(141, 142)과 접합성을 고려해 형성 물질이 선택될 수 있고, 또한 라미네이션 공정의 온도보다는 높은 용융 온도를 가지고 있어 라미네이션 공정 중 변화가 없는 것이 바람직하다. 일 예로, SAC(Sn-Ag-Cu) 솔더는 융점이 약 217℃이므로, 라미네이션 공정 온도가 150 ∼170℃라고 가정했을 때 라미네이션 공정 중 상 변화를 일으키지 않는다.
바람직한 한 형태에서, 이 제1 도전체(251b1)는 라미네이션 공정 전에 형성될 수 있다.
제2 솔더는 제1 도전성 배선(210), 특히 도전성 배선(210)을 피복하고 있는 솔더층과의 접합성을 고려해 형성 물질이 선택될 수 있고, 또한 생산 공정을 간단히 하기 위해서 라미네이션 공정 중에 제1 도전성 배선(210)과 접합될 수 있는 것이 바람직하다.
바람직한 한 형태로, 제2 솔더는 Sn-In계, Sn-Bi계, Sn-Ag-Bi계 솔더 중 어느 하나로부터 형성될 수 있는데, 이 솔더들은 위에서 예시한 라미네이션 공정 온도와 비숫하거나 그보다 낮은 융점을 가지고 있다.
또한, 제2 솔더는 바람직하게 도전성 배선의 솔더층과 동일한 물질로 형성될 수 있는데, 이 경우에 제1 전극(141)과 제1 도전성 배선(210) 사이의 접합성이 매우 우수하다는 장점이 있다. 제2 도전체(251b2)가 도전성 배선의 솔더층과 동일한 솔더 물질로 형성된 경우에, 도전성 배선의 솔더층과 제2 솔더는 라미네이션 공정 중 동시에 융융되어 서로 융화된 상태에서 솔더링되며 금속 결합을 이루게 된다. 반면에 제1 도전체(2515b1)는 라미네이션 공정 온도보다 높은 융점을 가지고 있어 라미네이션 과정에서 상 변화를 일으키지 않는다. 이에, 제2 도전체(251b2)는 제1 도전체(251b1)를 감싸며 제1 도전성 배선(210)에 접합된다. 또한, 제1 도전체(251b1)의 상부는 제1 도전성 배선(210)의 솔더층이 용융되었다 솔더링되면서 제1 도전체(251b1)와 접합될 수가 있다.
한편, 도면에서는 절연층(142) 위로는 비워 있는 것으로 도시하나, 라미네이션 과정에서 용융된 충진재에 의해 채워질 수 있다.
이처럼, 도전층을 서로 다른 솔더 물질로부터 형성하면, 솔더 물질을 전극 또는 도전성 배선에 맞춰 각각 취사 선택할 수가 있어 전극과 도전성 배선 사이의 접합력을 더욱 좋게 할 수가 있다.
또한, 라미네이팅 과정에서, 충진재는 시트 형태로 존재하다 용융되는데 충진재의 용융 온도가 솔더의 융점보다 낮다. 때문에, 제1 도전체(251b1)를 형성하지 않으면 교차점으로 용융된 충진재가 침투해 전극과 도전성 배선 사이가 솔더에 의해 접합되는 것을 방해할 수가 있다.
이에 반해서, 제1 도전층(251a1, 251a2)은 제1 도전체로만 형성되는 것이 바람직하다. 융점이 낮은 솔더 물질들은 일반적으로 융점을 떨어트리기 위해 융점을 낮춘다고 알려진 비스무스(Bi)를 포함하고 있다. 그런데 비스무스는 취성(brittleness)이 나빠 도전성 배선의 길이 방향에 따른 변형력에 대해 쉽게 파괴되는 문제가 있다. 때문에, 이러한 점을 고려해 융점이 높은 솔더 물질로 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제2 도전층과 같이 제1 도전체 및 제2 도전체를 포함해 구성되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 브릿지 전극을 더 형성해서 도전성 배선과 전극 사이의 접합력을 개선하는 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 10 및 도 11에서와 같이 도전층을 위치에 따라 다르게 구성해 접합력을 개선하는 것도 가능하다.
도 10은 도전층의 평면 배치 모습을 보여주며, 도 11은 도 10의 Ⅲ-Ⅲ′선에 따른 단면 모습을 보여준다.
이 도면을 참조하면, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제1 방향(도면의 x축 방향)교대로 위치하고, 제2 방향(도면의 y축 방향)으로는 길게 형성되어 있다. 이에 따라 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 스트라이프 배열을 이룬다.
도전층(2511)은 제1 도전성 배선(210)의 시작 부분(210a)과 접합되는 제1 도전층(2511a), 인출 부분(210b)과 접합되는 제2 도전층(2511b), 그리고 연결 부분(200c)과 접합되는 제3 도전층(2511c)를 포함한다.
이하의 설명은 제1 도전성 배선(210)과 도전층(2511) 사이의 접합 관계를 중심으로 설명하나, 제2 도전성 배선(220) 역시 제1 도전성 배선(210)과 동일하게 도전층이 형성된다.
먼저, 제1 도전층(2511a)은 제1 방향으로 제1 길이(t1)를 갖도록 구성되며, 이 제1 길이(t1)는 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(D1) 대비 10 ∼40 배일 수가 있다. 일 예로, 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(D1)가 500(um)라고 하면, 제1 도전층(2511a)은 5(mm) ∼20(mm)이다. 이 실시예에서는 전극에 브릿지 전극이 존재하지 않기 때문에, 도전성 배선(200)과 전극(141, 142) 사이의 접합 면적이 교차하는 부분으로 매우 한정되어 있다. 따라서, 제1 도전층(2511a)에 위한 충분한 접합력을 얻기 위해서는 제1 길이(t1)가 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(D1) 대비 10배 이상이어야 한다. 또한, 제1 길이(t1)가 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(D1) 대비 40배보다 크게 되면, 제1 도전성 배선(210)이 길이 방향으로 늘어나는 것을 지나치게 제한해 오히려 제1 도전성 배선(210)에 잠재적 스트레스가 쌓여 도전성 배선이 파괴될 수가 있다.
제2 도전층(2511b)은 제1
방향에서 제1 길이(t1)보다 작은 제2 길이(t2)를 갖도록 구성되며, 이 제2 길이(t2)는 제1 길이(t1) 대비 0.5 ∼1 배일 수 있다. 상술한 바처럼, 인출 부분(210c)에 가해지는 변형력은 시작 부분(200a)보다 크지 않기 때문에, 제2 길이(t2)는 제1 길이(t1)보다 작고, 최소 제1 길이(t1) 대비 0.5배 이상이어야 인출 부분(210c)에 가해지는 변형력에도 안정적으로 제1 도전성 배선(210)을 전극에 접합시킬 수가 있다.
그리고, 제3 도전층(2511c)은 제1 방향에서 제1 도전층(2511a)과 제2 도전층(2511b) 사이에 위치하고, 이 사이에 존재하는 제1 도전성 배선(210)과 제1 전극141)의 교차점마다 위치한다. 제3 도전층(2511c)은 제3 길이(t3)를 가지며, 제3 길이(t3)는 제1 전극(141)의 선폭과 같거나 크며 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리(D1)보다는 작다.
한편, 제1 도전층(2511a)과 제2 도전층(2511b)은 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(D1)보다 큰 길이를 가져 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 같이 가로지르도록 형성되나, 교차점에서 제1 도전성 배선(210)과 제2 전극(142) 사이는 절연층(252)에 의해 절연되어 있어, 제1 도전층(2511a) 또는 제2 도전층(2511b)으로 인해 제1 전극(141)과 제2 전극(142)이 숏트되는 것을 방지할 수가 있다.
상술한 바와 동일하게, 도전층(2511)은 제1 융점을 갖는 솔더로 형성된 제1 도전체(SD1)와 상기 제1 융점보다 낮은 제2 융점을 갖는 솔더로 형성된 제2 도전체(SD2)를 포함해 구성될 수가 있다.
제1 도전층(2511a)과 제2 도전층(2511b) 각각에서, 제1 도전체(SD1)은 개별적으로 제1 전극(141) 위로 위치해 제1 전극(141)과 제1 도전성 배선(210) 사이를 접합시킨다.
그리고, 제2 도전체(SD2)는 제1 방향에서 이웃한 제1 도전체(SD1) 사이를 채우며 제1 도전성 배선(210)과 접합되는데, 제1 도전체(SD1의 측면, 그리고 제1 도전성 배선(210)과 각각 접합을 한다. 반면, 절연층(252)과 태양전지의 표면은 각각 절연 물질로 형성되므로, 제2 도전체(SD2)는 이들과 물리적으로 결합되지는 않는다.
제1 도전체보다 낮고 라미네이션의 공정 온도 범위 내의 융점을 갖는 솔더로부터 형성된 제2 도전체(SD2)는 솔더가 라미네이션 과정에서 용융이 되므로, 제1 방향에서 제1 도전체(SD1)사이로 흘러 들어가 제1 도전체(SD1) 사이를 채우게 되고, 채워진 상태에서 솔더링되어 제2 도전체(SD2)가 형성된다. 이에 반해, 제1 도전체는 라미네이션의 공정 온도보다 높은 융점을 가지고 있어 라미네이션 공정 중 상 변화를 일으키지 않아, 제1 도전체는 전극마다 개별적으로 형성이 된다.
이처럼, 시작 부분(210a)과 인출 부분(210b)에서, 제2 도전체(SD2)는 이웃하고 있는 두 제1 도전체(SD1)의 측면과 각각 접합해 서로를 연결하며, 또한 상부는 제1 도전성 배선(210) 접합되어 아치를 이루기 때문에, 제1 도전성 배선(210)이 안정적으로 제1 전극(141)에 안정적으로 접합될 수 있도록 한다. 또한, 제1 전극(141) 사이는 제1 도전성 배선(210)뿐만 아니라 제2 도전체(sd2)에 의해서도 연결되므로, 제1 전극(141)과 제1 도전성 배선(210) 사이의 접촉 저항을 줄여 태양전지의 효율을 더욱 향상 시킬 수 있다.
도 12는 도전성 배선과 전극 사이가 브릿지 전극과 길이가 다른 도전층에 의해 접합된 모습을 예시하는 도면이고, 도 13은 도 12의 IV-IV′선을 따른 단면을 보여준다.
이 도면들을 참조하면, 제1 및 제2 전극(141, 142) 각각은, 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 전극끼리 또는 제2 전극끼리 연결시키는 브릿지 전극(143)과, 숏트 방지를 위한 단선부(151)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 브릿지 전극(143)은 제1 길이(L1)를 갖는 제1 브릿지 전극(143a)과 제1 길이(L1)보다 짧은 제2 길이(L2)를 갖는 제2 브릿지 전극(143b)을 포함할 수 있다. 제1 브릿지 전극(143a)은 제1 측면(110a)과 제2 측면(110b)에 각각 위치하고, 제2 브릿지 전극(143b) 역시 제1 측면(110a)과 제2 측면(110b)에 각각 위치하며, 제1 브릿지 전극(143a)과 제2 브릿지 전극(143b)은 쌍을 이루며 제1 방향으로 동일 선 상에 위치한다.
바림직하게, 제1 브릿지 전극(143a)은 반도체 기판(110)의 제1 측면과 제2 측면에 각각 위치해서 제1 및 제2 도전성 배선(210, 220)의 시작 부분과 접합되고, 제2 브릿지 전극(143b)은 제1 방향으로 상기 제1 브릿지 전극(143a)과 동일 선 상을 따라 위치하고 제1 브릿지 전극(143a)이 위치한 측면과 반대편의 제1 또는 제2 측면에 위치한다.
그리고, 도전층(2515)은 제1 브릿지 전극(143a)과 도전성 배선(200), 상기 제2 브릿지 전극(143b)과 도전성 배선(200)을 각각 접합시키는 제1 도전층(2515a)과, 제1 방향으로 제1 브릿지 전극(143a)과 제2 브릿지 전극(143b) 사이에서 상기 제1 전극(141)과 도전성 배선(200), 제2 전극(142)과 도전성 배선(200)을 각각 접합시키는 제2 도전층(2515b)을 포함할 수 있다.
또한, 제2 도전층(2515b)은 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 브릿지 전극(143a)에 이어서 바로 이웃하게 배치되고 제1 길이(r1)를 갖는 제21 도전층(2515b1)과 제2 브릿지 전극(143b)에 이어서 바로 이웃하게 배치되고 제2 길이(r2)를 갖는 제22 도전층(2515b2)을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 제21 도전층(SD1)의 제1 길이(r1)는 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 사이의 거리(d1) 대비 10 ∼40 배이고, 상기 제22 도전층(SD2)의 제2 길이(r2)는 상기 제21 도전층의 제1 길이 대비 0.5 ∼1 배일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 태양전지의 크기, 브릿지 전극의 크기, 도전층을 이루는 형성 물질 등을 변수로 조정될 수 있다.
또한, 제21 도전층(2515b1)과 제22 도전층(2515b2)는 각각, 개별적으로 상기 제1 전극(141) 또는 제2 전극(142) 위로 형성되어 도전성 배선(200)에 접합된 제1 도전체(SD1)와, 상기 제1 방향에서 이웃한 상기 제1 도전체(SD1) 사이를 연결하며 도전성 배선(200)에 접합된 제2 도전체(SD2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 도전체(SD1)는 제1 융점을 갖는 솔더가 열 경화해 형성되고, 제2 도전체(SD2)는 상기 제1 융점보다 낮은 제2 융점을 갖는 솔더가 열 경화해 형성될 수 있다.
그리고, 제1 도전층(2515a)은 브릿지 전극(143a, 143b)과 도전성 배선(200)사이의 접합성을 고려해 바람직하게 제1 도전체(SD1)로 형성될 수 있다.
이에 따라, 도전성 배선(200)은 변형력에 취약한 시작 부분과 인출 부분이 제1 브릿지 전극과 제2 브릿지 전극에 각각 접합해 접합력이 커지고, 또한 제1 브릿지 전극과 제2 브릿지 전극에 이웃해서는 길이가 확장된 도전층이 더 형성되어 도전성 배선을 견고히 접합시킬 수 있다.
도 14는 도전성 배선과 전극 사이가 일부는 브릿지 전극에 의해 접합되고, 일부는 길이가 다른 확장 도전층에 의해 접합된 모습을 예시하는 도면이고, 도 15는 도 14의 V-V′선을 따른 단면을 보여준다.
이 도면들을 참조하면, 제1 및 제2 전극(141, 142) 각각은, 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 전극끼리 또는 제2 전극끼리 연결시키는 브릿지 전극(1431)과, 숏트 방지를 위한 단선부(151)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 브릿지 전극(1431)은 바람직하게 제1 및 제2 도전성 배선(210, 220)의 시작 부분 또는 인출 부분 중 어느 하나에만 대응하도록 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)에 각각 형성된다.
도시된 바에 따르면, 브릿지 전극(1431)은 제1 측면(110a)에서는 제1 도전성 배선(210)의 시작 부분(210a)에 대응하도록 형성되고, 제2 측면(110b)에서는 제2 도전성 배선(220)의 시작 부분에 대응하게만 형성된다.
이 브릿지 전극(1431)은 제1 및 제2 도전성 배선(210, 220)의 시작 부분과 도전층(251)에 의해 접합된다. 여기서, 브릿지 전극(1431)의 길이는 확장 도전층의 길이 등을 변수로 조정될 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 도전성 배선(210, 220)의 인출 부분(210c)은 확장 도전층(2518)에 의해 접합된다. 확장 도전층(2518)은 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 제1 길이(G1)를 갖도록 구성되며, 제1 길이(G1)는 브릿지 전극(1431)의 길이(G2)보다 크다. 이에, 확장 도전층(2518)은 제1 방향에서 복수의 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 가로지르도록 형성된다.
바람직하게, 확장 도전층(2518)은 개별적으로 상기 제1 전극 또는 제2 전극 위로 형성되어 상기 도전성 배선에 접합되는 제1 도전체(SD1)와, 상기 제1 방향에서 이웃한 상기 제1 도전체(SD1) 사이를 연결하며 도전성 배선(200)에 접합된 제2 도전체(SD2)를 포함한다.
도 16은 본 발명의 태양전지 모듈에 사용되는 태양 전지의 단면 모습을 보여준다.
이 후면 접촉형 태양전지는 기판(1)의 후면으로 제1 전극(141)과 제2 전극(142) 형성된 구조를 갖는다.
전극(141, 142)은 실리콘 질화물과 같은 유전체층으로 이뤄진 패시베이션 막(4)에 형성된 접촉구를 통해 제1 도전형 영역(3a)과 제2 도전형 영역(3b)에 각각 접촉하도록 형성된다.
그리고, 기판(1)의 전면으로는 절연막(2a)과 반사방지막(2b)이 순차적으로 형성될 수 있는데, 이들은 패시베이션막(4)과 동일 또는 유사하게 유전체층으로 구성될 수 있다.
기판(1)은 일 예로, n형 불순물이 포함된 단결정 실리콘 웨이퍼로 만들어질 수 있다.
제1 도전형 영역(3a)과 제2 도전형 영역(3b)은 각각 n형 불순물과 p형 불순물이 고농도로 도핑된 영역으로, 제2 도전형 영역(3b)은 기판(1)과 pn 접합을 형성해 광전효과에 의해 캐리어를 생산한다. 제1 도전형 영역(3a)과 제2 도전형 영역(3b) 사이로는 이들이 션트되는 것을 방지하는 진성 영역(3c)이 형성될 수 있다.
상기 반도체층(3) 위로는 패시베이션막(4)이 더 형성되고, 제1 및 제2 전극(141, 142)은 패시베이션막(4)을 관통해 제1 도전형 영역(3a)과 제2 도전형 영역(3b)에 접촉하도록 형성된다.
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 (21)
- 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들; 및,
상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들,
을 포함하고,
상기 도전성 배선들은 상기 제1 방향에서 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고,
상기 도전층은,
상기 도전성 배선들의 시작 부분과 접합되고, 상기 제1 방향으로 제1 길이를 갖는 제1 도전층과,
상기 도전성 배선들의 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 도전층,
을 더 포함하는 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 도전층은, 상기 제1 방향에서 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이의 교차점에 위치하고 상기 제2 길이보다 작은 제3 길이를 갖는 제3 도전층을 더 포함하는 태양저지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 도전층의 제1 길이는 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리 대비 10 ∼40 배인 태양전지 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 제2 도전층의 제2 길이는 상기 제1 도전층의 제1 길이 대비 0.5 ∼1 배보다 작은 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도전층은 각각, 제1 융점을 갖는 솔더로 형성된 제1 도전체와 상기 제1 융점보다 낮은 제2 융점을 갖는 솔더로 형성된 제2 도전체를 포함하는 태양전지 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 제1 도전체는 개별적으로 상기 제1 전극 또는 제2 전극 위로 형성되어 상기 도전성 배선에 접합되고, 상기 제2 도전체는 상기 제1 방향에서 이웃한 상기 제1 도전체 사이를 연결하며 상기 도전성 배선에 접합된 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 도전성 배선들의 시작 부분은 상기 반도체 기판의 제1 측면 또는 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면 중 어느 하나에 이웃하고, 상기 인출 부분은 나머지 측면에 이웃한 태양전지 모듈. - 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들; 및,
상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들,
을 포함하고,
상기 도전성 배선들은 상기 제1 방향에서 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각,
상기 도전성 배선들의 시작 부분과 접합되고, 상기 제1 방향에서 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 택일적으로 연결되며 제1 길이를 갖는 제1 브릿지 전극과,
상기 도전성 배선들의 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 방향에서 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 택일적으로 연결되며 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 브릿지 전극,
을 포함하는 태양전지 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 도전층은,
상기 제1 브릿지 전극과 상기 도전성 배선, 상기 제2 브릿지 전극과 상기 도전성 배선을 각각 접합시키는 제1 도전층과,
상기 제1 및 제2 브릿지 전극 사이에서 상기 제1 전극과 상기 도전성 배선, 상기 제2 전극과 상기 도전성 배선을 접합시키는 제2 도전층을 포함하는 태양전지 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 제1 도전층의 형성 물질과 상기 제2 도전층의 형성 물질이 다른 태양전지 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 제2 도전층은 제1 융점을 갖는 솔더로 형성된 제1 도전체와 상기 제1 융점보다 낮은 제2 융점을 갖는 솔더로 형성된 제2 도전체를 포함하는 태양전지 모듈. - 제11항에 있어서,
상기 제1 도전층은, 상기 제1 도전체로 형성된 태양전지 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 제1 브릿지 전극은 상기 반도체 기판의 제1 측면 또는 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면 중 어느 하나에 이웃하고, 상기 제2 브릿지 전극은 나머지 측면에 바로 이웃하는 태양전지 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 제2 도전층은, 상기 제1 브릿지 전극에 이웃하게 배치되고 제1 길이를 갖는 제21 도전층과 상기 제2 브릿지 전극에 이웃하게 배치되고 제2 길이를 갖는 제22 도전층을 더 포함하는 태양전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제21 도전층의 제1 길이는 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리 대비 10 ∼40 배이고, 상기 제22 도전층의 제2 길이는 상기 제21 도전층의 제1 길이 대비 0.5 ∼1 배보다 작은 태양전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제21 및 제22 도전층은 각각, 개별적으로 상기 제1 전극 또는 제2 전극 위로 형성되어 상기 도전성 배선에 접합된 제1 도전체와, 상기 제1 방향에서 이웃한 상기 제1 도전체 사이를 연결하며 상기 도전성 배선에 접합된 제2 도전체를 포함하는 태양전지 모듈 - 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 제1 방향으로 교대로 위치하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 복수의 태양전지들; 및,
상기 복수의 태양전지들 각각에서, 상기 제1 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 및 제2 전극들과 교차되는 교차점에 위치하는 도전층과 절연층에 의해 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극하고만 선택적으로 연결되는 도전성 배선들,
을 포함하고,
상기 도전성 배선은 자유단의 시작 부분과 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분을 포함하고,
상기 시작 부분과 상기 인출 부분 중 하나는 상기 제1 방향으로 1 방향에서 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 택일적으로 연결되는 브릿지 전극에 접합되고, 나머지는 제1 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 가로지르도록 길게 형성된 확장 도전층에 접합된 태양전지 모듈. - 제17항에 있어서,
상기 도전성 배선의 시작 부분은 상기 브릿지 전극에 접합되고, 상기 인출 부분은 상기 확장 도전층에 접합된 태양전지 모듈. - 제17항에 있어서,
상기 브릿지 전극의 길이는 상기 확장 도전층의 길이보다 작은 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 확장 도전층은, 개별적으로 상기 제1 전극 또는 제2 전극 위로 형성되어 상기 도전성 배선에 접합되는 제1 도전체와, 상기 제1 방향에서 이웃한 상기 제1 도전체 사이를 연결하며 상기 도전성 배선에 접합된 제2 도전체를 포함하는 태양전지 모듈. - 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 후면으로 형성된 제1 도전형 영역과 제2 도전형 영역;
상기 제1 도전형 영역에 접촉된 제1 전극; 및
상기 제2 도전형 영역에 접촉되고 제1 방향에서 상기 제1전극과 교대로 형성된 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 방향으로 상기 제1 전극끼리 또는 상기 제2 전극끼리 연결시키며 제1 길이를 갖는 제1 브릿지 전극과,
상기 도전성 배선들이 상기 반도체 기판 밖으로 연장되는 인출 부분과 접합되고, 상기 제1 전극끼리 또는 상기 제2 전극끼리 연결시키며 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이를 갖는 제2 브릿지 전극,
을 포함하는 태양전지.
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