KR20180127751A - 화합물 태양전지, 화합물 태양전지 모듈과 이의 제조 방법 - Google Patents

화합물 태양전지, 화합물 태양전지 모듈과 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에서는 화합물 반도체층, 상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제2 전극 위로 형성된 지지 기판을 포함하고, 상기 화합물 반도체층에 형성되며, 상기 화합물 반도체층의 길이 방향 제1 측면을 따라 위치해 상기 제2 전극을 노출시키는 오픈부와, 상기 오픈부에 연결되어, 상기 제2 전극과 상기 지지 기판을 관통하도록 형성된 스루홀을 더 포함하는 화합물 태양전지를 개시한다.

Description

화합물 태양전지, 화합물 태양전지 모듈과 이의 제조 방법{COMPOUND SEMICONDUCTOR SOLAR CELL, MODULE THEREOF AND FABRICATING METHODS THEREOF}
본 발명은 화합물 태양전지를 겹쳐 스트링한 화합물 태양전지 모듈 및 그 제조 방법과 이에 사용되는 화합물 태양전지에 관한 것이다.
화합물 반도체는 실리콘이나 게르마늄과 같은 단일 원소가 아닌 2종 이상의 원소가 결합되어 반도체로서 동작한다. 이러한 화합물 반도체는 현재 다양한 종류가 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.
이 중에서 화합물 반도체 태양전지는 갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 인(InP), 갈륨 알루미늄 아세나이드(GaAlAs), 갈륨 인듐 아세나이드(GaInAs) 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체, 카드뮴 황(CdS), 카드뮴 텔루륨(CdTe), 아연 황(ZnS) 등의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 구리 인듐 셀레늄(CuInSe2)으로 대표되는 I-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 등으로 형성된 화합물 반도체층을 구비해 만들어진다.
이 같은 화합물 반도체 태양전지는 매우 얇은 두께를 가지고 있어, 다루기 쉽게 태양전지의 일면에 지지 기판을 사용하기도 한다.
그런데, 지지 기판이 구비된 화합물 반도체 태양전지를 겹쳐 스트링하는 경우에 지지 기판으로 인해 태양전지 사이를 전기적으로 연결하는데 어려움이 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 지지 기판이 사용된 화합물 반도체 태양전지를 손 쉽게 스트링하는데 있다.
본 발명의 실시예에서는 화합물 반도체층, 상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제2 전극 위로 형성된 지지 기판을 포함하고, 상기 화합물 반도체층에 형성되며, 상기 화합물 반도체층의 길이 방향 제1 측면을 따라 위치해 상기 제2 전극을 노출시키는 오픈부와, 상기 오픈부에 연결되어, 상기 제2 전극과 상기 지지 기판을 관통하도록 형성된 스루홀을 더 포함하는 화합물 태양전지를 개시한다.
바람직하게, 상기 제2 전극은 상기 오픈부를 통해 부분적으로 외부로 노출될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 전극은, 상기 제1 측면과 마주하는 제2 측면을 따라 길게 형성되는 버스 전극과, 상기 버스 전극에서 상기 제1 측면을 향해 연장된 핑거 전극을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 오픈부는 상기 핑거 전극의 길이 방향에서 상기 핑거 전극으로부터 떨어져 위치하거나, 상기 핑거 전극 사이로 위치할 수도 있다.
바람직하게, 상기 핑거 전극은 상기 오픈부 사이를 가로질러 상기 제1 측면까지 연장 형성되는 제1 길이의 제1 핑거 전극과, 상기 오픈부를 향해 연장 형성되며 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 갖는 제2 핑거 전극을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 오픈부는 상기 제1 측면을 따라 길게 형성되어 슬릿 모양을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 오픈부는 상기 길이 방향으로 상기 제2 전극의 제1 측면 전체를 노출하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 중첩 영역에서 부분적으로 겹치게 배열된 복수의 태양전지들로 형성된 화합물 태양전지 모듈에 관한 것으로, 상기 복수의 태양전지들은, 상기 중첩 영역에서 복수의 태양전지들 중 이웃한 제1 태양전지의 상기 스루홀이 제2 태양 전지의 제1 전극 위로 위치하고, 상기 제1 태양전지의 스루홀을 채우며 상기 제2 태양전지의 제1 전극에 접합된 도전층에 의해 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지가 연결된 화합물 태양전지 모듈을 개시한다.
바람직하게, 상기 도전층은 상기 오픈부를 통해 부분적으로 노출된 상기 제2 전극 위에 까지 형성되며, 상기 화합물 반도체층의 측면으로부터는 떨어져 위치할 수 있다.
바람직하게, 상기 화합물 반도체층과 상기 도전층 사이는 절연 물질로 절연될 수 있다.
바람직하게, 상기 중첩영역에서 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지는 비도전성 접착제에 의해 접합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 제조 방법은, 화합물 반도체층, 상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제2 전극 위로 형성된 지지 기판을 포함하는 스택(stack)을 형성하는 단계, 상기 제2 전극을 부분적으로 노출하는 오픈부를 형성하는 단계, 상기 스택을 복수의 셀로 구획하는 메사 라인을 형성하는 단계, 상기 오픈부 하부에 위치하는 제2 전극 및 지지 기판을 제거해 스루홀을 형성하는 단계, 상기 메사 라인을 따라 상기 스택을 복수의 태양전지로 분할하는 스크라이빙 단계를 포함한다.
상기 오픈부를 형성하는 단계와 상기 메사 라인을 형성하는 단계는 메사 에칭 공정에 의해 동시에 실시될 수 있고, 상기 스루홀을 형성하는 단계와 상기 스크라이빙하는 단계는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 동시에 실시될 수 있다.
바람직하게, 상기 레이저 스크라이빙 공정은 파워가 1∼3(W)인 UV 레이저에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법은, 복수의 화합물 태양전지들을 준비하는 단계, 상기 복수의 태양전지들 중 이웃하는 제1 태양전지의 스루홀이 제2 태양전지의 제1 전극을 향하도록 배치하는 단계, 상기 스루홀에 상기 도전성 접착제를 도포하고 경화하는 단계포함하고, 상기 도전성 접착제는 상기 오픈부의 일부를 채우며, 상기 오픈부에 의해 노출된 제2 전극 표면 위까지 형성된다.
바람직하게, 상기 도전성 접착제는 점도가 8,000∼12,000(cps)일 수 있다.
바람직하게, 상기 배치하는 단계는, 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지가 접합하는 영역으로 비도전성 접착제를 도포하는 단계,를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스루홀을 통해 이웃한 화합물 태양전지의 전극이 노출되므로, 도전성 접착제를 이용해 손쉽게 이웃하고 있는 화합물 태양전지를 스트링할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 전체 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 화합물 태양전지의 층간 구성을 자세히 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 화합물 태양전지의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 오픈부와 스루홀의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 오픈부의 다양한 예를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 1에 도시한 화합물 태양전지를 이용해 모듈을 구성한 모습을 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11은 각각 도 8의 B-B'선과 C-C'선에 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 12는 오픈부와 도전층의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 13은 메사 에칭 공정과 스크라이빙 공정을 설명하는 모식도이다.
도 14는 메사 에칭 공정을 통해 오픈부를 형성하는 것을 설명하는 모식도이다.
도 15 및 도 16은 스크라이빙 공정을 통해 스루홀을 형성하는 것을 설명하는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 18은 도전성 접착제를 도포하는 과정을 설명하는 모식도이다.
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 구성 요소를 단순화해 도시한다.
이하의 상세한 설명에서는 실시예에 따라 차이가 없는 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지에 대해 자세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 전체 모습을 보여주는 도면이고, 도 2는 화합물 태양전지의 층간 구성을 자세히 보여주는 도면이고, 도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 개략적인 단면 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1에 도시한 화합물 태양전지의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
이 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지(10)는 화합물 반도체층(11), 화합물 반도체층(11)의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극(13)과 제2 전극(15) 그리고 제2 전극(15) 후면 위로 형성된 지지 기판(17)을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 화합물 반도체층(11)은 도 2에서 예시하는 바와 같은 구성을 가질 수 있다.
즉, 화합물 태양전지(10)는 광 흡수층(PV), 광 흡수층(PV)의 전면(front surface) 위에 위치하는 윈도우층(111), 윈도우층(111)의 전면 위에 위치하는 제1 전극(이하, 전면전극)(13), 윈도우층(111)과 전면 전극(13) 사이에 위치하는 전면 콘택층(113), 윈도우층(111) 위에 위치하는 반사 방지막(114), 광 흡수층(PV)의 후면 위에 위치하는 후면 콘택층(115) 및 후면 콘택층(115)의 후면 위에 위치하는 제2 전극(이하, 후면 전극)(15)을 포함할 수 있다.
여기서, 반사 방지막(114), 윈도우층(111), 전면 콘택층(113) 및 후면 콘택층(115) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있지만, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 층들이 구비된 경우를 일례로 설명한다.
광 흡수층(PV)은 III-VI족 반도체 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. 일례로, 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 인(P)이 함유된 GaInP 화합물 또는 갈륨(Ga)과 비소(As)가 함유된 GaAs 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
이하에서는 광 흡수층(PV)이 GaAs 화합물을 포함하는 것을 예로 들어 설명한다.
광 흡수층(PV)은 제1 도전성 타입의 불순물, 한 예로 p형 불순물이 도핑되는 p형 반도체층(PV-p)과, 제2 도전성 타입의 불순물, 한 예로 n형 불순물이 도핑되는 n형 반도체층(PV-n)을 포함할 수 있다.
그리고 도시하지는 않았지만, 광 흡수층(PV)은 p형 반도체층(PV-p)의 후면에 위치하는 후면 전계층을 더 포함할 수 있다.
p형 반도체층(PV-p)은 전술한 화합물에 제1 도전성 타입, 즉 p형의 불순물이 도핑되어 형성되고, n형 반도체층(PV-n)은 전술한 화합물에 제2 도전성 타입, 즉 n형의 불순물이 도핑되어 형성될 수 있다.
여기에서, p형 불순물은 탄소, 마그네슘, 아연 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, n형 불순물은 실리콘, 셀레늄, 텔루륨 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
n형 반도체층(PV-n)은 전면 전극(13)에 인접한 영역에 위치할 수 있으며, p형 반도체층(PV-p)은 n형 반도체층(PV-n) 바로 아래에서 후면 전극(15)에 인접한 영역에 위치할 수 있다.
즉, n형 반도체층(PV-n)과 전면 전극(13) 사이의 간격은 p형 반도체층(PV-p)과 전면 전극 사이의 간격보다 작으며, n형 반도체층(PV-n)과 후면 전극(15) 사이의 간격은 p형 반도체층(PV-p)과 후면 전극 사이의 간격보다 크다.
이에 따라, 광 흡수층(PV)의 내부에는 p형 반도체층(PV-p)과 n형 반도체층(PV-n)이 접합된 p-n 접합이 형성되므로, 광 흡수층(PV)에 입사된 빛에 의해 생성된 전자-정공 쌍은 광 흡수층(PV)의 p-n 접합에 의해 형성된 내부 전위차에 의해 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고, 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 광 흡수층(PV)에서 생성된 정공은 후면 콘택층(115)을 통하여 후면 전극(15)으로 이동하고, 광 흡수층(PV)에서 생성된 전자는 윈도우층(111)과 전면 콘택층(113)을 통해 전면 전극(13)으로 이동한다.
이와 달리, p형 반도체층(PV-p)이 전면 전극(13)에 인접한 영역에 위치하고 n형 반도체층(PV-n)이 p형 반도체층(PV-p) 바로 아래에서 후면 전극(15)에 인접한 영역에 위치하는 경우, 광 흡수층(PV)에서 생성된 정공은 전면 콘택층(113)을 통하여 전면 전극(13)으로 이동하고, 광 흡수층(PV)에서 생성된 전자는 후면 콘택층(115)을 통하여 후면 전극(15)으로 이동한다.
광 흡수층(PV)과 후면 콘택층(115) 사이에 위치하는 후면 전계층을 더 포함하는 경우, 후면 전계층은 직접 접촉하는 상부의 층, 즉 n형 반도체층(PV-n) 또는 p형 반도체층(PV-p)과 동일한 도전성 타입을 가지며, 윈도우층(111)과 동일한 물질 또는 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
일례로, 후면 전계층은 AlGaInP로 형성될 수 있다.
그리고 후면 전계층은 전면 전극 쪽으로 이동해야 할 전하(정공 또는 전자)가 후면 전극 쪽으로 이동하는 것을 효과적으로 차단(blocking)하기 위해, 직접 접촉하는 상부의 층, 즉 n형 반도체층(PV-n) 또는 p형 반도체층(PV-p)의 후면에 전체적으로(entirely) 형성된다.
즉, p형 반도체층(PV-p)의 후면에 후면 전계층이 형성된 경우, 후면 전계층은 전자가 후면 전극 쪽으로 이동하는 것을 차단하는 작용을 하며, 후면 전극 쪽으로 전자가 이동하는 것을 효과적으로 차단하기 위해, 후면 전계층은 p형 반도체층(PV-p)의 후면 전체에 위치한다.
이러한 구성의 광 흡수층(PV)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법, MBE(Molecular Beam Epitaxy) 방법 또는 에피택셜층을 형성하기 위한 임의의 다른 적절한 방법에 의해 모기판(mother substrate)으로부터 제조할 수 있다.
p형 반도체층(PV-p)과 n형 반도체층(PV-n)은 서로 동일한 밴드갭을 갖는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있고(동종 접합), 이와 달리, 서로 다른 밴드갭을 갖는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다(이종 접합).
윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)과 전면 전극(13) 사이에 형성될 수 있으며, III-VI족 반도체 화합물, 일례로 AlInP에 제2 도전성 타입, 즉 n형의 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.
여기에서, 알루미늄(Al)은 윈도우층(111)의 에너지 밴드갭을 광 흡수층의 에너지 밴드갭보다 높게 형성하기 위해 윈도우층(111)에 함유된다.
그러나, p형 반도체층(PV-p)이 n형 반도체층(PV-n) 위에 위치하고 윈도우층(111)이 p형 반도체층(PV-p) 위에 위치하는 경우, 윈도우층(111)은 제1 도전성 타입, 즉 p형의 불순물을 포함할 수 있다.
하지만 윈도우층(111)은 n형 또는 p형의 불순물을 포함하지 않을 수도 있다.
윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)의 전면(front surface)을 패시베이션(passivation)하는 기능을 한다. 따라서, 광 흡수층(PV)의 표면으로 캐리어(전자나 정공)가 이동할 경우, 윈도우층(111)은 캐리어가 광 흡수층(PV)의 표면에서 재결합하는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)의 전면, 즉 광 입사면에 배치되므로, 광 흡수층(PV)으로 입사되는 빛을 거의 흡수하지 않도록 하기 위하여 광 흡수층(PV)의 에너지 밴드갭보다 높은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다.
반사 방지막(114)은 윈도우층(111)의 전면 위 중에서 전면 전극(13) 및/또는 전면 콘택층(113)이 위치하는 영역을 제외한 나머지 영역에 위치할 수 있다.
이와 달리, 반사 방지막(114)은 노출된 윈도우층(111) 뿐만 아니라, 전면 콘택층(113) 및 전면 전극(13) 위에 배치될 수도 있다.
이 경우, 도시하지는 않았지만 화합물 반도체 태양전지는 복수의 전면 전극(13)을 물리적으로 연결하는 버스바 전극을 더 구비할 수 있으며, 버스바 전극은 반사 방지막(114)에 의해 덮여지지 않고 외부로 노출될 수 있다.
이러한 구성의 반사 방지막(114)은 불화마그네슘, 황화아연, 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
전면 전극(13)은 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 길게 연장되어 형성될 수 있으며, 제2 방향과 직교하는 제1 방향(도면의 x축 방향)을 따라 복수개가 일정한 간격으로 이격될 수 있다.
이러한 구성의 전면 전극(13)은 전기 전도성 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 및 게르마늄(Ge) 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질을 포함해 형성될 수 있다.
윈도우층(111)과 전면 전극(13) 사이에 위치하는 전면 콘택층(113)은 III-VI족 반도체 화합물에 윈도우층(111)의 불순물 도핑농도보다 높은 도핑농도로 제2 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.
전면 콘택층(113)은 윈도우층(111)과 전면 전극(13) 간에 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성한다. 즉, 전면 전극(13)이 윈도우층(111)에 바로 접촉하는 경우, 윈도우층(111)의 불순물 도핑농도가 낮음으로 인해 전면 전극(13)과 광 흡수층(PV) 간의 오믹 콘택이 잘 형성되지 않는다. 따라서, 윈도우층(111)으로 이동한 캐리어가 전면 전극(13)으로 쉽게 이동하지 못하고 소멸될 수 있다.
그러나, 전면 전극(13)과 윈도우층(111) 사이에 전면 콘택층(113)이 형성된 경우, 전면 전극(13)과 오믹 콘택을 형성하는 전면 콘택층(113)에 의해 캐리어의 이동이 원활하게 이루어져 화합물 반도체 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)가 증가한다. 이에 따라 태양전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
전면 전극(13)과 오믹 콘택을 형성하기 위하여, 전면 콘택층(113)은 전기 전도도가 우수한 GaAs 또는 AlGaAs로 형성될 수 있으며, 전면 콘택층(113)에 도핑된 제2 불순물의 도핑농도는 윈도우층(111)에 도핑된 제2 불순물의 도핑농도보다 더 높을 수 있다.
전면 콘택층(113)은 전면 전극(13)과 동일한 형상으로 형성된다.
광 흡수층(PV)의 p형 반도체층(PV-p)의 후면, 광 흡수층(PV)이 후면 전계층을 구비하는 경우에는 후면 전계층의 후면 위에 위치하는 후면 콘택층(115)은 광 흡수층(PV)의 후면에 전체적으로 위치하며, III-VI족 반도체 화합물에 제1 도전성 타입의 불순물을 p형 반도체층(PV-p)보다 높은 도핑농도로 도핑하여 형성할 수 있다.
이러한 후면 콘택층(115)은 후면 전극(115)과 오믹 콘택을 형성하기 위해 전기 전도도가 우수한 GaAs 또는 AlGaAs로 형성될 수 있으며, 화합물 반도체 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)를 보다 향상시킬 수 있다. 이에 따라 태양전지의 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
전면 콘택층(113)의 두께와 후면 콘택층(115)의 두께는 각각 1110nm 내지 1130nm의 두께로 형성될 수 있으며, 일례로, 전면 콘택층(113)은 1110nm의 두께로 형성되고 후면 콘택층(115)은 1130nm의 두께로 형성될 수 있다.
그리고 후면 콘택층(115)의 후면 위에 위치하는 후면 전극(15)은 전면 전극(13)과는 다르게 후면 콘택층(115)의 후면에 전체적으로 위치하는 시트(Sheet) 형상의 도전체로 형성될 수 있다. 즉, 후면 전극(15)은 후면 콘택층(115)의 후면 전체에 위치하는 면 전극(sheet electrode)이라고도 말할 수 있다.
이 후면 전극(15)은 전면 전극(13)과 동일하게, 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 및 게르마늄(Ge) 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질을 포함해 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지(10)는 오픈부(111)와 스루홀(TH)을 더 포함해 구성되어, 화합물 태양전지(10)를 서로 겹쳐 배열해 모듈을 구성할 때, 손 쉽게 이웃한 두 태양전지 사이를 전기적으로 연결하며, 또한 물리적으로 접합될 수 있도록 한다.
여기서 오픈부(111)는 화합물 반도체층(11)를 제거해 형성된 것으로 화합물 반도체층(11)과 면 접합을 하고 있는 후면 전극(15)이 전면에서 드러나도록 한다. 그리고, 스루홀(TH)은 오픈부(111)에 연결되며, 오픈부(111)를 통해 드러난 후면 전극(15) 그리고 그 하부에 존재하는 지지 기판(17)의 일부를 관통하도록 형성된다.
바람직한 한 형태에서, 전면 전극(13)은 화합물 반도체층(11)의 길이 방향(도면의 y축 방향) 제2 측면(11b)을 따라 길게 형성되는 버스 전극(13b)과 이 버스 전극(13b)에서 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 마주하는 제1 측면(11a)을 향해 연장된 핑거 전극(13a)을 포함할 수 있다.
버스 전극(13b)은 핑거 전극(13a)의 일 단을 연결하며, 핑거 전극(13a)의 선폭보다 큰 선폭을 갖는 것이 바람직하다. 이 버스 전극(13b)은 핑거 전극(13a)을 연결할 뿐만 아니라, 태양전지를 겹쳐 연결할 때 패드로 기능할 수 있다.
핑거 전극(13a)은 복수 개로 형성되며 제2 방향(도면의 y축 방향)에서 이웃한 것과 나란하게 위치해 전체적으로 스트라이프 배열을 가질 수 있다.
오픈부(111)는 핑거 전극(13a)으로부터 떨어져 화합물 반도체층(11)의 제1 측면(11a)에 이웃해 배치되는 것이 바람직하며, 복수 개로 구성되어 제2 방향에서 이웃한 것과 일정 거리 떨어져 위치할 수 있다.
도시된 바에 따르면, 오픈부(111)의 평면 형상이 대략 정사각형인 것을 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니며 원형, 타원형 또는 다각형 등 다양한 형상을 가지는 것도 가능하다.
이 오픈부(111)에 의해 화합물 반도체층(11)에 의해 가려진 후면 전극(15)의 일부, 특히 제1 측면(11a)에 가까운 후면 전극(15)의 일부가 드러날 수가 있다.
스루홀(TH)은 오픈부(111)에 연결되도록 위치하는데, 여기서 연결되도록 위치한다는 것은 수직한 방향(도면의 z축 방향)에서 오픈부(111)와 스루홀(TH)이 동일 선상에 위치함을 말한다.
바람직하게, 스루홀(TH)은 오픈부(111)에 의해 노출된 후면 전극(15)의 가운데 부분에 위치해 후면 전극(15)과 그 아래에 위치한 지지 기판(17)을 관통하도록 형성된다.
도 5에서 예시하는 바처럼, 오픈부(111)가 대략 정사각형 모양을 갖도록 화합물 반도체층(11)에 형성되고, 이 오픈부(111)로 인해서 제2 전극의 일부(15a)가 오픈부(111)를 통해 외부로 노출되어 있다.
그리고, 오픈부(111)에 의해 노출된 제2 전극의 일부(15a) 중 가운데 부분에 스루홀(TH)이 위치한다. 여기서, 대략 원형 형상을 갖는 스루홀(TH)의 지름은 D1이고, 정사각형 형상을 갖는 오프부(111)의 가로 ×세로의 크기는 D1보다 큰 D2이기 때문에, 스루홀(TH)과 오픈부(111) 사이로 제2 전극의 일부(15a)가 노출된 형태를 이룬다.
본 발명의 모듈 구성에서는 이 노출된 제2 전극의 일부(15a)에 까지 도전층이 형성되어 안정적으로 이웃한 태양전지를 서로 물리적 전기적으로 연결할 수가 있다. 이에 대해서는 자세히 후술된다.
한편, 상술한 설명에서는 오픈부(111)가 핑거 전극(13a)으로부터 떨어져 위치하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 핑거 전극(13a)의 피치가 충분히 큰 경우에는 핑거 전극(13a) 사이로 위치할 수도 있으며, 또한 핑거 전극(13a)의 피치가 조밀하더라도 도 6과 같이 배치될 수도 있다.
도 6에 따르면, 핑거 전극(13b)은 오픈부(111) 사이를 가로질러 제1 측면(11a)까지 연장 형성되는 제1 길이의 제1 핑거 전극(13b1)과, 오픈부(111)를 향해 연장 형성되며 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 갖는 제2 핑거 전극(13b2)을 포함해 구성될 수도 있다.
제1 핑거 전극(13b1)의 일 단은 버스 전극(13a)에 연결되어 있으며, 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 연장해 제2 방향(도면의 y축 방향)에서 이웃하고 있는 오픈부(111) 사이를 가로질러 화합물 반도체층(11)의 제1 측면(11a)까지 형성된다. 이에, 제1 핑거 전극(13b1)은 대략 제2 방향으로 긴 직사각형의 형상을 갖는 화합물 반도체층(11)의 폭(도면의 x축을 기준)보다 짧은 제1 길이를 갖도록 형성된다.
이에 반해, 제2 핑거 전극(13b2)은 제1 방향으로 연장해 제1 측면에서 떨어져 위치하는 오픈부(111)에 이웃하게 형성이 도며, 이에 따라 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 갖도록 형성될 수가 있다.
이에 의하면, 상술한 실시예와 비교해 더욱 효과적으로 전하를 수집할 수가 있다. 즉, 상술한 실시예에 따르면 모든 핑거 전극이 제2 길이를 갖도록 형성되기 때문에, 제1 측면(11a)에서 생성된 전하가 핑거 전극으로 이동하는데 시간이 걸려 생존 시간이 적은 전하가 중간에 유실될 수가 있다. 이에 반해서 도 6과 같은 경우에는 제1 핑거 전극(13b1)이 제1 측면 가까이까지 위치하고 있어 효과적으로 전하를 수집할 수가 있다.
또한 도 7은 오픈부(151)가 각 스루홀(TH)마다 형성되지 않고 전체로 형성되는 모습을 도시하고 있다. 이에 의하면 오픈부(151)는 제2 방향으로 길게 형성되어 슬릿 모양을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고, 복수개의 스루홀(TH)은 오픈부(151)를 따라 제2 방향으로 일정한 간격을 두며 배치될 수가 있다.
이에 의하면, 오픈부(151)가 각 스루홀마다 헝성되지 않고 전체로 형성되기 때문에, 도전층과 제2 전극(15)이 접하는 면적을 충분히 확보해 도전층에 의해 이웃한 태양전지가 연결될 때 접촉 저항을 줄일 수 있다.
또한 도 8은 오픈부(151)가 제2 방향으로 제2 전극의 제1 측면 전체를 노출하도록 형성되는 모습을 도시하고 있다. 이에 의하면, 화합물 반도체층(11)은 제1 방향으로 제1 너비(L1)를 갖도록 형성되는 반면에, 제2 전극(15)은 제1 너비(L1)보다 큰 제2 너비(L2)를 갖도록 형성될 수가 있다.
이에 따라, 제1 너비(L1)와 제2 너비(L2)의 차이에 해당하는 제2 전극의 일부가 노출된 오픈부(151)가 형성될 수 있다.
그리고, 복수개의 스루홀(TH)은 오픈부(151)를 따라 제2 방향으로 일정한 간격을 두며 배치될 수가 있다.
이에 의하면, 스루홀이 완전히 노출된 형태를 갖기 때문에, 디스펜싱 공정을 통해 도전성 접착제를 스루홀에 도포할 때, 충분한 작업 마진을 갖고 공정을 진행할 수가 있고, 메사 에칭 공정에서 오픈부(151)를 형성하기가 쉽다.
이처럼 형성 및 배치되는 오픈부(111)는 메사 에칭을 통해 형성될 수 있고, 스루홀(TH)은 스크라이빙 공정 중에 형성될 수가 있다. 스루홀(TH)은 레이저를 이용한 드릴링, 머신을 이용한 기계적 드릴링(또는 펀칭)과 같은 방법에 의해서도 형성될 수 있다.
여기서, 화합물 반도체층에 전면 전극과 후면 전극을 형성한 후, 에칭 방지막을 화합물 반도체층의 전면에 형성하고, 화합물 반도체층을 에천트를 이용해 선택적 식각해 화합물 반도체층을 셀 단위로 나누는 것을 메사 에칭(mesa etching)이라 하며, 메사 에칭 이후에 메사 에칭에 의해 노출된 후면 전극을 스크라이빙(scribing)하여 복수의 화합물 반도체 태양전지를 셀 단위로 분리하는 것을 스크라이빙 공정이라 한다.
도 9는 상술한 화합물 태양전지를 이용해 만든 화합물 태양전지 모듈의 평면 모습을 개략적으로 보여주며, 도 10과 도 11은 각각 도 9의 B-B'선과 C-C'선에 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
이 도면들을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈은 복수 개의 화합물 태양전지(10)가 중첩 영역(OA)에서 포개어져 스트링(string)될 수 있다. 도시된 바에 따르면 제1 방향(도면의 x축 방향)에서 이웃하고 있는 두 태양전지를 각각 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)라고 했을 때, 제1 태양전지(C1)의 후면 일부는 제2 태양전지(C2)의 전면 일부와 포개어져 도전층(CA)에 전기적으로 연결되고 또한 접합될 수 있다.
여기서, 도전층(CA)은 솔더 또는 도전성 접착제가 경화해 형성된 것일 수 있다. 도전성 접착제는 주성분을 폴리머 기재(예로, 에폭시(epoxy), 아크릴레이트(acrylate), 실리콘(silicone) 등)와 도전 필러 입자로 구성되어 도전 필러들의 기계적 물리적 접촉에 의해 부재 사이를 접합 및 도전시킨다. 그리고 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, 두 부재 사이를 접합 및 도전시킬 때 사용하는 것들을 통칭해 도전성 접착제라 한다.
그리고, 바람직한 한 형태에서, 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)가 중첩된 부분은 PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 접착제, Epoxy 접착제, Acrylate 접착제, Silicone 접착제 등과 같이 도전성 접착제보다 높은 접합력을 갖지만 도전성이 없는 접착제로 접합될 수도 있다.
이처럼, 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)가 중첩된 부분을 비도전성 접착제로 접합시킴으로써 도전성 접착제의 낮은 접합력을 보충해 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2) 사이를 보다 견고히 접합시킬 수 있다.
제1 태양전지(C1)는 중첩 영역(OA)에서 제2 태양전지(C2)의 일부와 길이 방향(도면의 y축 방향)으로 포개어져 위치하는데, 제1 태양전지(C1)에 형성된 스루홀(TH)이 제2 태양전지(C2)의 전면에 형성된 전면 전극(13)의 버스 전극(13b) 위로 위치한다.
그리고, 도전층(CA)의 한쪽은 제1 태양전지(C1)의 스루홀(TH)을 채우며 제2 태양전지(C2)의 버스 전극(13b)와 접하도록 형성되며, 다른 편은 오픈부(111)에 노출된 제2 전극(15) 위에 까지 형성되어, 제1 태양전지(C1)의 제2 전극(15)과 제2 태양전지(C2)의 제1 전극(13)을 전기적으로 연결시키며, 또한 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)를 중첩 영역(OA)에서 물리적으로 접합시킨다.
도 12는 오픈부와 도전층(CA)의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도시된 바처럼, 도전층(CA)은 스루홀(TH)보다 크게 형성이 되므로, 오픈부(111)를 통해 노출된 제2 전극(15)에 연결될 수가 있다. 그리고, 도전층(CA)은 화합물 반도체층(11)의 측면(113)으로부터 일정 거리(Da) 떨어져 형성되는 것이 바람직하다. 상술한 바처럼, 화합물 반도체층(11)은p형 반도체층과 n형 반도체층이 pn 접합을 형성하고 있기 때문에, 도전층(CA)이 화합물 반도체층(11)까지 형성되면 도전층(CA)에 의해 pn 접합이 손상될 수가 있다. 이 같은 이유로 화합물 반도체층(11)의 측면(113)으로부터 일정 거리(Da) 떨어져 형성되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게, 도전층(CA)과 화합물 반도체층(11)의 측면(113) 사이로는 둘 사이가 접하는 것을 방지하는 절연물질로 형성된 절연층이 더 형성될 수도 있다.
여기서, 절연층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물과 같은 것들뿐만 아니라, 비도전성 접착제를 측벽(113)을 따라 도포한 후에 경화시켜 절연층으로 형성한 것일 수도 있다.
여기서, 절연층은 화합물 반도체층(11)의 측면(113)을 감싸고 있거나, 화합물 반도체층(11)의 측면(113)과 도전층(CA) 사이의 노출된 제2 전극(15) 위로 형성될 수 있다.
이하, 상술한 바처럼 형성된 화합물 태양전지와 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다. 화합물 태양전지를 제조하는 일반적인 방법은 화합물 반도체, 이 화합물 반도체의 전면과 후면에 형성된 제1 및 제2 전극 그리고, 제2 전극의 후면에 형성된 지지 기판을 포함하는 스택(stcak)을 형성하는 단계, 메사 에칭 단계, 스크라이빙 단계를 포함할 수 있다.
화합물 반도체층(11)은 적절한 격자 구조를 제공하기 위한 베이스로 작용하는 모기판(mother substrate)의 한쪽 면에 희생층을 형성하고, 도 2와 같은 화합물 반도체로 형성한 다양한 층들, 예를 들어 후면 콘택층, 후면 전계층, p형 반도체층, n형 반도체층, 윈도우층 및 전면 콘택층을 희생층 위에 순차적으로 성장시킨 후, ELO(Epitaxial Lift Off) 공정에 의해 희생층을 제거하여 상기 다양한 층들을 모기판으로부터 분리하는 것에 의해 형성할 수가 있다.
희생층과 화합물 반도체층은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법, MBE(Molecular Beam Epitaxy) 방법 또는 에피택셜층을 형성하기 위한 임의의 다른 적절한 방법에 의해 형성할 수 있다.
화합물 반도체층의 후면에는 화합물 반도체층의 면(sheet) 형상의 제2 전극(15)을 형성하고, 화합물 반도체층(11)의 전면에는 서로 다른 화합물 반도체 태양전지에 구비되는 복수의 제1 전극이 형성될 수 있다.
이와 같은 스택을 형성하는 단계는 이미 잘 알려진 기술이므로, 그 상세한 과정에 대한 설명은 생략한다.
한편, 스택(ST)은 도 13에서 예시하는 바와 같이 스택(ST)을 메사 에칭하고, 스크라이빙하는 것에 의해 복수의 화합물 태양전지로 분할이 된다.
도 13에서 예시하는 바처럼, 메사 에칭은 화합물 반도체층(11)의 일부를 드러내는 메사 라인(210)을 형성해 스택(ST)을 다수의 화합물 태양전지로 분할하는 공정을 말하며, 스크라이빙 공정은 레이저 또는 기계적 절삭 공구를 이용해 메사 라인(210) 상에 위치하는 스크라이빙 선(220)을 따라 레이저를 조사해(또는 기계적 절삭을 통해) 스택(ST)을 다수의 화합물 태양전지로 물리적으로 분할하는 공정을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 제조 방법은, 스택(ST)을 형성한 이후에, 반도체층(11)에 오픈부(111)를 형성하는 단계와, 스택(ST)을 복수의 셀로 구획하는 메사 라인(210)을 형성하는 단계를 포함하고, 이 오픈부(111)를 형성하는 단계와 메사 라인(210)을 형성하는 단계는 상기 메사 에칭 공정을 통해 같이 실시될 수가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 제조 방법은, 오픈부(111)를 형성한 이후에, 이 오픈부(111) 하부에 위치하는 제2 전극(15) 및 지지 기판(17)을 제거해 스루홀(TH)을 형성하는 단계와 메사 라인(210)을 따라 스택(ST)을 복수의 태양전지로 분할하는 스크라이빙 단계를 더 포함하고, 스루홀을 형성하는 단계와 스크라이빙하는 단계는 상기 스크라이빙 공정을 통해 같이 실시될 수가 있다.
이에 따르면, 종래에 따른 화합물 태양전지를 제조 하는 방법에 별도의 새로운 공정을 추가하지 않고, 메사 에칭을 통해 오픈부(111)가 형성되고, 스크라이빙 공정을 통해 스루홀(TH)이 형성될 수 있어, 화합물 태양전지의 제조 방법을 단순화하고, 이에 따라 제조 비용을 줄이는 것이 가능하다.
먼저, 메사 에칭을 통해 오픈부를 형성하는 방법에 대해 도 14를 가지고 설명한다.
패터닝된 제1 전극(13) 위로, 에칭 방지막(310)이 형성된다. 이 에칭 방지막(31)은 제1 전극(13)을 충분히 덮을 수 있는 두께를 갖도록 형성되어, 메사 에칭 과정에서 패터닝된 제1 전극(13)을 보호하도록 작용한다.
상온에서 50 내지 1,000cP의 점도를 갖는, 폴리머, 에폭시, 왁스, 수지, 및 포토레지스트 중에서 선택된 어느 하나의 물질이 제1 전극(13)의 전면(front surface)에 코팅된다. 여기에서, 상기 물질의 코팅에는 스핀 코팅법이 이용될 수 있다.
이처럼 1차적으로 에칭 방지막(310)을 스택(ST)의 전면에 전면적으로 형성한 다음으로, 오픈부(111)가 형성될 오픈 영역(OA)과 메사 라인이 형성될 메사 영역(MA)에 형성된 에칭 방지막(310)을 제거해 화합물 반도체층(11)이 외부로 드러나도록 한다.
다음으로, 에칭 방지막(310)을 베리어로 오픈 영역(OA)과 메사 영역(MA)을 통해 드러난 화합물 반도체층(11)을 솔루션에 노출시켜 화합물 반도체층(11)을 부분적으로 제거해, 오픈부(111)와 메사 라인(210)을 형성한다.
이 에칭 공정은 염산(HCl)을 포함하는 제1 솔루션을 사용하는 제1 에칭 공정과, 수산화 암모늄(NH4OH)/과산화수소(H2O2)/초순수(DI)의 혼합 용액을 포함하는 제2 솔루션을 사용하는 제2 에칭 공정과, 제1 솔루션 및 제2 솔루션과는 다른 종류의 제3 솔루션을 사용하는 제3 에칭 공정을 포함할 수 있다.
여기에서, 제1 솔루션은 화합물 반도체층(CS)에 포함된 다양한 층들 중에서 GaInP, AlInP, AlGaInP로 형성된 층을 제거하기 위해 사용하며, 제2 솔루션은 화합물 반도체층(CS)에 포함된 다양한 층들 중에서 GaAs, AlGaAs로 형성된 층을 제거하기 위해 사용한다. 그리고, 제3 솔루션으로는 제2 전극을 형성하는 물질, 일 예로 은(Ag)이 내식각성을 갖는 인산(H3PO4)/과산화수소(H2O2)/초순수(DI)의 혼합 용액을 사용할 수 있다.
이하, 스크라이빙 공정을 통해 스루홀을 형성하는 방법에 대해서, 도 15 및 도 16을 참조로 설명한다.
바람직한 한 형태에서, 스크라이빙 공정에서는 레이저를 이용해 스택을 절단하는 방법이 이용된다.
이 스크라이빙 공정에서 사용되는 레이저는 일반적으로 PET 필름으로 형성된 지지 기판(17)을 깨끗이 제거하기 위해서 1 내지 3와트(W)의 UV 레이저가 사용될 수 있다. 만약 레이저의 세기가 1와트보다 작으면, 지지 기판(17)이 레이저 드릴링되는 동안 분진(burr)이 발생할 수 있고, 3와트보다 크게 되면, 지지 기판(17)이 탈 수가 있어 바람직하지 못하다. 이 같은 이유로, 레이저는 1 내지 3와트(W)의 UV 레이저가 사용되는 것이 바람직하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저 드릴링에 의해 제2 전극(15) 및 지지 기판(17)을 제거할 수 있는 것이라면 다양한 종류의 레이저가 사용될 수 있다.
이 스크라이빙 공정은 제1 레이저 조사 장치(410)와 제2 레이저 조사 장치(410)에 의해 실시될 수가 있다. 제1 레이저 조사 장치(410)는 메사 라인(210)을 따라 레이저를 조사해 스택을 복수의 화합물 태양전지들로 분할한다. 이 제1 레이저 조사 장치(410)는 프로그램된 절차에 따라 메사 라인(210)을 향해 레이저를 조사하게 된다.
제2 레이저 조사 장치(420)는 오픈부(111)의 수직 상 방향에서 레이저를 조사해 오픈부(111) 하부에 위치하는 제2 전극(15) 및 지지 기판(17)을 제거해 오픈부(111) 하부에 스루홀(TH)을 형성한다. 제2 레이저 조사 장치(420) 역시 프로그램된 절차에 따라 오픈부(111) 마다 레이저를 조사할 수 있도록 구성될 수 있다. 제2 레이저 조사 장치(420)는 상술한 바처럼 1 내지 3와트(W)의 UV 레이저를 조사하도록 구현된다.
또한, 스루홀(TH)은 1회 레이저를 조사해 형성되는 것보다는 수회 내지 수십회에 걸쳐 레이저가 조사되어 형성되는 것이 바람직하다. 1회 레이저를 조사해 스루홀(TH)을 형성하려면 파워가 큰 레이저를 조사해야 하는데, 그럼 높은 파워로 인해 화합물 반도체층(13)이 쉽게 열적 손상을 받을 수가 있어 바람직하지 못하다. 이 같은 이유로, 스루홀(TH)을 형성할 때는 파워가 낮은 레이저를 수회 내지 수십 회에 걸쳐 조사해 화합물 반도체층(13)이 열적 손상되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이하, 도 17 및 도 18을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법은 화합물 태양전지들을 준비하는 단계(S11), 비도전성 접착제를 접합면에 도포하는 단계(S13), 제1 태양전지의 스루홀이 제2 태양전지의 제1 전극을 향하도록 배치하는 단계(S15), 스루홀에 접착제를 도포하고 이를 경화하는 단계(S17)를 포함해 구성될 수 있다.
S11 단계의 화합물 태양전지들을 준비하는 단계(S11)는 도 1 내지 도 8을 통해 설명된 화합물 태양전지를 상술한 화합물 태양전지의 제조 방법에 의해 실시될 수가 있으므로, 이의 상세한 설명은 생략한다.
S13 및 S15 단계에서, 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)가 부분적으로 겹쳐질 때 스루홀(TH)이 형성된 제1 태양전지(C1) 하부, 즉 지지 기판(17)의 하부면 일부와, 제2 태양전지(C2)의 제1 전극(13), 보다 정확히는 버스 전극(13b)의 전면이 마주하고, 접해 접합면(601)이 만들어진다.
바람 한 형태에서는 이 접합면(601)에 비도전성 접착제가 도포될 수가 있다. 접합면(601)에 도포된 비도전성 접착제는 공정을 단순화하기 위해 S17 단계의 도전성 접착제를 도포 및 경화하는 단계에서 같이 경화되는 것이 바람직하나, 접합면(601)에 도포된 비도전성 접착제는 도포에 이어서 바로 경화될 수도 있다. 이처럼 도포 및 경화를 연속적으로 실시하게 되면, 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)가 견고히 고정이 되므로, S17 단계를 진행할 때 보다 정확한 도전성 접착제의 도포가 가능해지는 장점이 있다.
비도전성 접착제는 접합면(601) 중 스루홀(TH)이 형성된 부분을 제외하고 도포되는 것이 바람직하고, 비도전성 접착제는 제1 태양전지(C1)의 지지 기판(17)의 후면, 또는/및 제2 태양전지(C2)의 제1 전극(13)에 도포될 수가 있다.
S 17 단계에서, 도전성 접착제는 디스펜서(500)를 통해 스루홀(TH)에 도포될 수 있다. 이때 디스펜서(500)를 통해 스루홀(TH)을 채우도록 공급된 도전성 접착제는 바람직하게 오픈부(111)를 일부 채우며 오픈부(111)를 통해 노출된 제2 전극(15)의 표면 위까지 형성되는 것이 바람직하다.
도전성 접착제가 이처럼 제2 전극(15)의 표면 위에 까지 형성되어야 충분한 접합 면적을 이뤄, 제1 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2) 사이의 충분한 도전성을 확보할 수가 있다. 주지하는 바처럼, 제2 전극(15)은 5(um) 내외의 매우 얇은 두께를 갖고 있기 때문에, 도전성 접착제가 단순히 스루홀(TH)만 채우고 있으면 접합 면적이나 도전 통로가 작아 저항이 커지는 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이 같은 점을 고려해 도전성 접착제는 오픈부(111)의 일부를 채우며 오픈부(111)를 통해 노출된 제2 전극(15)의 표면 위까지 형성된다.
또한, 오픈부(111)까지 형성되는 도전성 접착제는 오픈부(111)의 측벽(113)으로부터 일정 거리(Da) 떨어지도록 형성되는 것이 바람직하다. 만약, 도전성 접착제(111)가 측벽(113)까지 형성되면 화합물 반도체층(11)이 숏트될 수가 있다.
이상과 같은 점을 고려해, 도전성 접착제는 점도가 8,000∼12,000(cps)인 것이 바람직하다. 점도가 8,000(cps)보다 작으면 점성이 너무 커 도전성 접착제가 도포되면서 오픈부(111)의 측벽(113)까지 흐를 수 있고, 또한 점성이 12,000(cps)보다 커지면 점성이 너무 없기 때문에 스루홀(TH)에 도전성 접착제가 도포되는 과정에서 도전성 접착제가 스루홀(TH)을 채우지 못해 공극(void)이 발생할 수가 있다.
이후, 도전성 접착제는 UV 또는 열과 같은 열원에 의해 경화가 된다.
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 (20)

  1. 화합물 반도체층;
    상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극; 및,
    상기 제2 전극 위로 형성된 지지 기판;
    을 포함하고,
    상기 화합물 반도체층에 형성되며, 상기 화합물 반도체층의 길이 방향 제1 측면을 따라 위치해 상기 제2 전극을 노출시키는 오픈부와,
    상기 오픈부에 연결되어, 상기 제2 전극과 상기 지지 기판을 관통하도록 형성된 스루홀을 더 포함하는 화합물 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 오픈부를 통해 부분적으로 외부로 노출된 화합물 태양전지.
  3. 상기 제1 전극은,
    상기 제1 측면과 마주하는 제2 측면을 따라 길게 형성되는 버스 전극과,
    상기 버스 전극에서 상기 제1 측면을 향해 연장된 핑거 전극을 포함하는 화합물 태양전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오픈부는 상기 핑거 전극의 길이 방향에서 상기 핑거 전극으로부터 떨어져 위치하는 화합물 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오픈부는 상기 핑거 전극 사이로 위치하는 화합물 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 핑거 전극은,
    상기 오픈부 사이를 가로질러 상기 제1 측면까지 연장 형성되는 제1 길이의 제1 핑거 전극과,
    상기 오픈부를 향해 연장 형성되며 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 갖는 제2 핑거 전극,
    을 포함하는 화합물 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오픈부는 상기 제1 측면을 따라 길게 형성되어 슬릿 모양을 가지는 화합물 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오픈부는 상기 길이 방향으로 상기 제2 전극의 제1 측면 전체를 노출하는 화합물 태양전지.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 스루홀은 상기 오픈부 상에 상기 길이 방향을 따라 복수 개로 형성된 화합물 태양전지.
  10. 중첩 영역에서 부분적으로 겹치게 배열된 복수의 태양전지들로 형성된 화합물 태양전지 모듈에 관한 것으로,
    상기 복수의 태양전지들은,
    화합물 반도체층;
    상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극; 및,
    상기 제2 전극 위로 형성된 지지 기판;
    을 포함하고,
    상기 화합물 반도체층에 형성되며, 상기 제2 전극의 길이 방향 제1 측면을 따라 위치해 상기 제2 전극을 노출시키는 오픈부와,
    상기 오픈부에 연결되어, 상기 제2 전극과 상기 지지 기판을 관통하도록 형성된 스루홀을 더 포함하고,
    상기 중첩 영역에서 상기 복수의 태양전지들 중 이웃한 제1 태양전지의 상기 스루홀이 제2 태양 전지의 제1 전극 위로 위치하고,
    상기 제1 태양전지의 스루홀을 채우며 상기 제2 태양전지의 제1 전극에 접합된 도전층에 의해 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지가 연결된 화합물 태양전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 오픈부를 통해 부분적으로 노출된 상기 제2 전극 위에 까지 형성되며, 상기 화합물 반도체층의 측면으로부터는 떨어져 위치하는 화합물 태양전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층과 상기 도전층 사이는 절연 물질로 절연된 화합물 태양전지 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 중첩영역에서 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지는 비도전성 접착제에 의해 접합된 화합물 태양전지 모듈.
  14. 화합물 반도체층, 상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제2 전극 위로 형성된 지지 기판을 포함하는 스택(stack)을 형성하는 단계;
    상기 제2 전극을 부분적으로 노출하는 오픈부를 형성하는 단계;
    상기 스택을 복수의 셀로 구획하는 메사 라인을 형성하는 단계;
    상기 오픈부 하부에 위치하는 제2 전극 및 지지 기판을 제거해 스루홀을 형성하는 단계; 그리고,
    상기 메사 라인을 따라 상기 스택을 복수의 태양전지로 분할하는 스크라이빙 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 오픈부를 형성하는 단계와 상기 메사 라인을 형성하는 단계는 메사 에칭 공정에 의해 동시에 실시되는 태양전지의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 스루홀을 형성하는 단계와 상기 스크라이빙하는 단계는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 동시에 실시되는 태양전지의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이빙 공정은 1∼3(W)인 UV 레이저에 의해 실시되는 화합물 태양전지의 제조 방법
  18. 제1항 내지 9항에 기재된 복수의 화합물 태양전지들을 준비하는 단계;
    상기 복수의 태양전지들 중 이웃하는 제1 태양전지의 스루홀이 제2 태양전지의 제1 전극을 향하도록 배치하는 단계; 그리고,
    상기 스루홀에 상기 도전성 접착제를 도포하고 경화하는 단계;
    포함하고,
    상기 도전성 접착제는 상기 오픈부의 일부를 채우며, 상기 오픈부에 의해 노출된 제2 전극 표면 위까지 형성되는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 도전성 접착제는 점도가 8,000∼12,000(cps)인 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 배치하는 단계는, 상기 제1 태양전지와 상기 제2 태양전지가 접합하는 영역으로 비도전성 접착제를 도포하는 단계,를 더 포함하는 화합물 태양전지 모듈의 제조 방법.
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