KR20180106442A - 직접 본딩을 이용한 cigs 박막 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 다수의 CIGS 태양전지 셀 및 서로 이웃하는 CIGS 태양전지 셀의 에지를 직접 본딩하여 직렬연결시키는 접착층을 포함하고, 상기 다수의 CIGS 태양전지 셀은 금속기판, 상기 금속기판 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴(Mo)층, 상기 몰리브덴층 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층, 상기 CIGS층 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층 및 상기 CdS층 상부에 증착된 투명층인 ZnO층을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 다수의 CIGS 태양전지 셀 및 서로 이웃하는 CIGS 태양전지 셀의 에지를 직접 본딩하여 직렬연결시키는 접착층을 포함하고, 상기 다수의 CIGS 태양전지 셀은 금속기판, 상기 금속기판 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴(Mo)층, 상기 몰리브덴층 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층, 상기 CIGS층 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층 및 상기 CdS층 상부에 증착된 투명층인 ZnO층을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.
Description
본 발명은 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 다수의 CIGS 태양전지 셀 및 서로 이웃하는 CIGS 태양전지 셀의 에지를 직접 본딩하여 직렬연결시키는 접착층을 포함하고, 상기 다수의 CIGS 태양전지 셀은 금속기판, 상기 금속기판 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴(Mo)층, 상기 몰리브덴층 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층, 상기 CIGS층 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층 및 상기 CdS층 상부에 증착된 투명층인 ZnO층을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈에 관한 것이다.
석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지가 주목받고 있다.
현재 활발하게 사용되고 있는 결정계 실리콘 태양전지 모듈의 구조는 표면유리/EVA수지/결정계 실리콘 태양전지 디바이스/EVA수지/백시트로 이루어지며, 일정한 전력을 얻기 위해서 태양전지 디바이스는 다수개의 태양전지 셀 각각을 2개의 금속리본으로 안팎 또는 상하로 교대 접속된 모듈구조로 이루어진다. 또한, 태양전지는 빛이 입사되는 수광면 측에 상부전극이 위치되고 유리기판 바로 위에 적층된 물질이 후면 전극을 이루도록 구성된다.
하지만, 종래의 이와 같은 결정계 실리콘 태양전지 모듈은 정교한 리본위치 설정 등으로 인해 공정이 복잡하며, 실리콘 가격의 상승으로 인하여 경쟁력 면에서도 합리적이지 않다.
이에, 이러한 문제를 해결하기 위해 근래에는 박막 태양전지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한, 박막 태양전지는 주로 유리기판으로 제작되고 있으며, 태양전지 셀들은 리본 본딩되어 태양전지모듈을 형성한다.
하지만, 이러한 리본 본딩기술의 경우, 와이어를 이용하여 상부의 버스바와 후면 전극을 연결하므로, 쇼트를 방지하기 위해서 셀과 셀 사이에 적정거리 이상을 유지해야하여 면적이 넓어지게 되며, 버스바에 의한 shading loss로 인해 전기적 손실이 발생하게 된다. 이에, 면적 대비 광전 효율을 높일 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은, 금속기판을 이용한 CIGS 태양전지 셀을 ECA(Electrode Conductive Adhesive)를 이용하여 직접 본딩함으로써, 광전효율을 향상시킬 수 있는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 금속기판과 CIGS 층 사이에 이셀렌몰리브덴 층을 구비한 CIGS 태양전지 셀 구조를 채택함으로써, 기판에서 발생되는 불순물을 제어하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈은 다수의 CIGS 태양전지 셀; 및 서로 이웃하는 CIGS 태양전지 셀의 에지를 직접 본딩하여 직렬연결시키는 접착층을 포함하고, 상기 다수의 CIGS 태양전지 셀은 금속기판; 상기 금속기판 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴(Mo)층; 상기 몰리브덴층 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층; 상기 CIGS층 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층; 및 상기 CdS층 상부에 증착된 투명층인 ZnO층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 CIGS 태양전지 셀은 n개가 되고, 상기 접착층은 n-1번째 CIGS 태양전지 셀의 ZnO층 상부의 일측 및 n번째 CIGS 태양전지 셀의 금속기판 하부의 타측 사이에 적층되어 n-1번째 CIGS 태양전지 셀 및 n번째 CIGS 태양전지 셀을 직접 본딩시킬 수 있다.
또한, 상기 몰리브덴층 및 CIGS층 사이에 이셀렌몰리브덴(MoSe2) 층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착층은, ECA(Electrode Conductive Adhesive)가 될 수 있다.
또한, 상기 접착층에 의해 직접 본딩된 다수의 CIGS 태양전지 셀은 하나의 열(row)을 형성하되, 다수의 열(row)로 배치되어 그리드 구조를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 본 발명의 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈은 금속기판을 이용한 CIGS 태양전지 셀을 ECA(Electrode Conductive Adhesive)를 이용하여 직접 본딩함으로써, 광전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 금속기판과 CIGS 층 사이에 이셀렌몰리브덴 층을 구비한 CIGS 태양전지 셀 구조를 가짐으로써, 직접 본딩하면서도 기판에서 발생되는 불순물을 제어하고 옴접촉 특성이 향상되어 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 박막 태양전지 모듈(이하, CIGS 박막 태양전지 모듈이라 함)은 다수의 CIGS 태양전지 셀(100) 및 서로 이웃하는 CIGS 태양전지 셀(100)을 직접 본딩시키는 접착층(200)을 포함할 수 있다.
이때, CIGS 태양전지 셀(100)은 적용되는 건물, 차량 등의 구조에 따라 크기 및 개수를 조절하여 제작될 수 있다. 이에, CIGS 태양전지 셀(100)은 n개가 되고, 상기 접착층(200)은 n-1번째 CIGS 태양전지 셀의 상부 일측 및 n번째 CIGS 태양전지 셀의 금속기판의 하부 타측 사이에 적층되어 n-1번째 CIGS 태양전지 셀 및 n번째 CIGS 태양전지 셀을 직접 본딩 연결할 수 있다. 이때, CIGS 태양전지 셀(100)은 CIGS 태양전지 셀(100)의 길이방향을 따라 본딩될 수 있다.
CIGS 박막 태양전지 모듈은 도 2와 같이, 다수의 열(a:row)로 배열됨으로써 그리드 형태로 제작될 수 있다. 여기서, 열(a)의 외측에 배치된 CIGS 태양전지 셀들은 외부 정션박스(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, CIGS 박막 태양전지 모듈을 구성하는 다수의 열(a)은 기설정거리 이격되어 전기적으로 병렬연결될 수 있다.
접착층(200)은 DCB(Direct Cell Bonding)에 적합한 ECA(Electrode Conductive Adhesive) 등의 도전성 접착제 도포에 의해 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 박막 태양전지 모듈은 직접 본딩을 위해 전도성 기판을 적용할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 박막 태양전지 모듈은 전도성 기판을 이용하여 직접 본딩에 적합한 CIGS 태양전지 셀(100) 구조를 구성할 수 있다. 이때, CIGS 태양전지 셀(100)은 다각형의 판형태로 형성될 수 있다. 이에 따른 CIGS 태양전지 셀(100)의 실시 예는 도 3 및 도 4에서 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참고하면, CIGS 태양전지 셀(100)은, 금속기판(110), 금속기판(110) 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴(Mo)층(120), 몰리브덴층(120) 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층(130), CIGS층(130) 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층(140) 및 CdS층(140) 상부에 증착된 투명층인 ZnO층(150)을 포함할 수 있다.
금속기판(110)은 스테인레스 스틸(Stainless steel), 티타늄(Ti) 등과 같은 유연기판으로 판상의 기판이 될 수 있다. 또한, 금속기판은 포일형태가 될 수도 있다. 이에, 플렉서블하면서 확장가능성을 가짐으로써 적용되는 건물, 차량 등의 구조에 따라 크기를 조절하여 제작될 수 있다. 또한, 유연기판 사용에 의해, 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정을 이용하여 박막을 형성함으로써 양산성을 증대시킬 수 있다.
몰리브덴(Mo)층(120)은 스퍼터링 공정에 의해 금속기판(110) 상부에 증착된 후면 전극층이 될 수 있다. 몰리브덴층(30)의 열팽창계수는 20~600℃에서 대략 4.8-6/K ~ 5.9-6/K 정도로 매우 낮은 편이기 때문에 박리현상이 일어나지 않도록 증착하는 것이 바람직하다.
CIGS층(130)은 몰리브덴층(120) 상부에 증착된 태양광 흡수층으로, Cu(In,Ga)Se2 반도체가 증착된 p형 태양광 흡수층이 될 수 있다. 이때, CIGS층의 형성방법은 한정되지 않으며, 동시증발, 스퍼터링 후 RTP(Rapid Thermal Process), 전착(electrodeposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 증착될 수 있다.
CdS층(140)은 용액성장법(CBD:Chemical Bath Depowition), CVD 및 스퍼터링 등의 공정에 의해 CIGS층(130) 상부에 증착되는 n형 버퍼층이 될 수 있다. CdS층(140)은 CIGS층(130)의 p형 반도체인 Cu(In,Ga)Se2와 투명층인 ZnO층(150)을 이루는 n형 반도체인 ZnO와의 격자상수 및 에너지밴드 갭 차이를 완화시킬 수 있다.
ZnO층(150)은 스터퍼링 및 CVD 등의 공정에 의해 CdS층(140) 상부에 증착되는 투명층이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 CIGS 박막 태양전지 모듈은 n-1번째 CIGS 태양전지 셀의 ZnO층(150) 상부의 일측에 접착층(200)을 도포하고, 접착층(200) 상부에 이웃하는 n번째 CIGS 태양전지 셀의 금속기판(110) 하부의 타측을 적층시켜, n-1번째 CIGS 태양전지 셀 및 n번째 CIGS 태양전지 셀을 직렬로 직접 본딩시켜, 도 1과 같은 하나의 열(a)을 형성할 수 있다.
또한, 도 2와 같이, 다수의 열(a)을 배열시켜 요구되는 사이즈를 가지는 그리드 형태의 CIGS 박막 태양전지 모듈을 형성함으로써, 건축물의 외벽, 창호대체용, 차체 등에 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀은 도 3의 구성에 이셀렌몰리브덴 층(160)을 더 포함할 수 있다.
즉, 도 4의 실시 예에 따른 CIGS 태양전지 셀(100)은, 금속기판(110), 금속기판(110) 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴(Mo)층(120), 몰리브덴층(120) 상부에 증착된 확산방지층인 이셀렌몰리브덴 층(160), 이셀렌몰리브덴 층(160) 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층(130), CIGS층(130) 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층(140) 및 CdS층(140) 상부에 증착된 투명층인 ZnO층(150)을 포함할 수 있다.
이셀렌몰리브덴 층(160)은 몰리브덴(Mo)층을 셀렌화(Selenization)하여 형성할 수 있다. 이때, 이셀렌몰리브덴 층(160)은 몰리브덴층(120) 및 CIGS층(130) 사이에 형성되어 금속기판(110)에서 발생되는 불순물을 제어하는 확산방지층 역할을 할 수 있다.
여기서, 이셀렌몰리브덴(MoSe2) 층(160)은 n형으로, 밴드갭은 약 1.4eV이므로 광흡수층(130) 보다 큰 밴드갭을 가지므로, 금속기판(110)에 가까운 쪽의 에너지 레벨이 올라가게 된다. 이에, 이셀렌몰리브덴(MoSe2) 층(160)은 금속기판(110)에서의 전자 이동에 대한 에너지 장벽으로 작용하면서 정공 수집을 용이하게 할 수 있다.
이셀렌몰리브덴(MoSe2) 층(160)은 몰리브덴 층(110)과 수직의 방향으로 결정이 형성되며, CIGS 층(130) 보다 넓은 밴드갭에 의한 옴접합을 형성하여 몰리브덴 층(110)과 CIGS 층(130)의 접합력을 향상시키며, 금속기판(110)에서 발생되는 불순물의 확산을 방지하여 CIGS 박막 태양전지 모듈의 효율을 보다 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 직접본딩기술을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈은 리본 본딩을 이용한 태양전지모듈과 비교시, 전기적손실 개선 및 동일 면적 대비 많은 셀을 모듈화 할 수 있다. 본 발명의 CIGS 박막 태양전지 모듈은 동일 면적을 기준으로 리본본딩을 이용한 태양전지모듈 보다 10%정도의 광전효율이 향상될 수 있다.
한편, 상기에서 도 1 내지 4를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 4의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
100 : CIGS 태양전지 셀
200 : 접착층
110 : 금속기판 120 : 몰리브덴층
130 : CIGS층 140 : CdS층
150 : ZnO층 160 : 이셀렌몰리브덴 층
110 : 금속기판 120 : 몰리브덴층
130 : CIGS층 140 : CdS층
150 : ZnO층 160 : 이셀렌몰리브덴 층
Claims (5)
- 다수의 CIGS 태양전지 셀; 및
서로 이웃하는 CIGS 태양전지 셀의 에지를 직접 본딩하여 직렬연결시키는 접착층을 포함하고,
상기 다수의 CIGS 태양전지 셀은,
금속기판;
상기 금속기판 상부에 증착된 후면 전극층인 몰리브덴층;
상기 몰리브덴층 상부에 증착된 태양광 흡수층인 CIGS층;
상기 CIGS층 상부에 증착된 버퍼층인 CdS층; 및
상기 CdS층 상부에 증착된 투명층인 ZnO층을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 CIGS 태양전지 셀은 n개가 되고,
상기 접착층은 n-1번째 CIGS 태양전지 셀의 ZnO층 상부의 일측 및 n번째 CIGS 태양전지 셀의 금속기판 하부의 타측 사이에 적층되어 n-1번째 CIGS 태양전지 셀 및 n번째 CIGS 태양전지 셀을 직접 본딩시키는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 몰리브덴층 및 CIGS층 사이에 이셀렌몰리브덴(MoSe2) 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 접착층은,
ECA(Electrode Conductive Adhesive)인 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 접착층에 의해 직접 본딩된 다수의 CIGS 태양전지 셀은 하나의 열(row)을 형성하되, 다수의 열(row)로 배치되어 그리드 형태가 되는 것을 특징으로 하는 직접 본딩을 이용한 CIGS 박막 태양전지 모듈.
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR20180106442A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200048960A (ko) | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 한국생산기술연구원 | 확장성을 가진 유연 박막 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR20200063757A (ko) | 2018-11-28 | 2020-06-05 | 한국에너지기술연구원 | 슁글드 태양전지 셀 어레이, 태양전지 모듈 및 그 제작 방법 |
| KR20210014317A (ko) * | 2019-07-30 | 2021-02-09 | 한국생산기술연구원 | Hit 셀을 포함하는 슁글드 태양전지 모듈 및 그 제조방법 |
-
2017
- 2017-03-20 KR KR1020170034776A patent/KR20180106442A/ko not_active Application Discontinuation
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