KR20190028892A - 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 복수의 태양 전지; 상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 상기 복수의 태양 전지 및 상기 인터커넥터를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함하고, 상기 밀봉재에 인접한 상기 인터커넥터의 표면 부분에 산 억제 물질이 구비된다.

Description

태양 전지 패널 및 이의 제조 방법{SOLAR CELL PANEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조 및 공정을 개선한 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법에 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 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다.
태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 태양 전지 패널의 형태로 제조된다. 태양 전지 패널은 다양한 환경에서 장기간 동안 발전을 하여야 하므로 장기 신뢰성이 크게 요구된다. 고온 다습한 환경에서는 원하지 않게 태양 전지 패널의 특성이 변화되어 출력이 저감될 수 있다.
본 발명은 장기 신뢰성을 향상할 수 있으며 단순한 제조 공정에 의하여 제조될 수 있는 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 복수의 태양 전지; 상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 상기 복수의 태양 전지 및 상기 인터커넥터를 밀봉하는 밀봉재; 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 포함하고, 상기 밀봉재에 인접한 상기 인터커넥터의 표면 부분에 산 억제 물질이 구비된다.
본 밤령의 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법은, 광전 변환부 및 전극을 포함하는 복수의 태양 전지를 준비하는 단계; 상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터의 표면 위에 산 억제 물질을 위치시키는 단계; 상기 산 억제 물질이 위치한 상기 인터커넥터를 이용하여 상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 태양 전지 및 상기 인터커넥터와, 상기 태양 전지 및 상기 인터커넥터를 밀봉하는 밀봉재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 적층하여 부착하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 밀봉재에 인접한 인터커넥터의 표면 부분에 산 억제 물질이 위치하여 수분 침투에 따른 전극의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같이 인터커넥터의 표면 위에 산 억제 물질을 위치시키면, 간단한 공정으로 산 억제 물질을 밀봉재에 인접하는 전극(특히, 버스바 전극)의 주변부에 형성할 수 있다. 이에 의하여 고온 다습한 환경에서 발생할 수 있는 출력 저하 현상을 방지 또는 최소화할 수 있으며, 이에 따라 태양 전지 패널의 장기 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 간단한 공정에 의하여 산성 물질에 의한 전극의 부식 등을 방지하여 출력 저하를 감소 또는 방지할 수 있는 태양 전지 패널을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다.
도 3는 도 1의 III-III 선에 따른 태양 전지 패널의 일부를 확대하여 도시한 개략적인 부분 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지의 전면 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 6는 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지의 전면 평면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법에서 산 억제 물질을 인터커넥터 위에 위치시키는 공정을 도시한 단면도이다.
도 12는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지 패널에서 최초 출력에 대비한 상대적인 출력 저하 값을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다. 그리고 "제1", "제2" 등의 용어는 서로 간의 구별을 위하여 사용할 뿐 본 발명이 "제1", "제2"의 용어에 한정되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라서 본 개략적인 단면도이다. 간략한 도시를 위하여 도 1에는 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 도시하지 않았다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 복수의 태양 전지(10)와, 복수의 태양 전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(142), 복수의 태양 전지(10) 및 인터커넥터(142)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 일면(일 예로, 전면)에 위치하는 제1 커버 부재(또는 전면 부재)(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 타면(일 예로, 후면)에 위치하는 제2 커버 부재(또는 후면 부재)(120)를 포함하고, 밀봉재(130)에 인접한 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 구비된다.
이때, 태양 전지(10)는 광의 입사에 의하여 전자 및 정공이 생성되는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되어 생성된 전자 및 정공을 수집하는 전극(도 3의 참조부호 42, 44, 이하 동일)을 포함할 수 있다. 광전 변환부 및 전극(42, 44)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 적용될 수 있는 태양 전지(10)의 일 예를 추후에 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
제1 커버 부재(110)는 제1 밀봉재(131) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 전면을 구성하고, 제2 커버 부재(120)는 제2 밀봉재(132) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 후면을 구성한다. 제1 커버 부재(110) 및 제2 커버 부재(120)는 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(10)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 커버 부재(110)는 우수한 내구성, 절연 특성, 방습성, 광 투과성 등을 가지는 유리 기판일 수 있다. 제2 커버 부재(120)는 필름 또는 시트 등의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 커버 부재(120)가 수지를 포함하는 복수의 층을 구비하여 다양한 특성을 향상할 수 있다. 일 예로, 제2 커버 부재(120)가, 베이스 부재와, 베이스 부재의 적어도 일면에 형성되는 수지층을 포함할 수 있다. 수지층은 밀봉재(130)에 인접하는 제1 수지층을 포함하고, 제1 수지층의 반대면에 위치하는 제2 수지층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재는 폴리아미드계 물질 또는 폴리에스테르계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 본 명세서에서 베이스 물질이라 함은 각 층 내에서 가장 많은 중량%로 포함된 물질을 의미한다. 이때, 폴리에스테르계 물질로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET)를 포함할 수 있다. 제1 수지층은 불소계 고분자(fluoro polymer) 또는 폴리올레핀계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 제2 수지층은 불소계 고분자, 폴리올레핀계 물질, 폴리아미드계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 불소계 고분자로는 폴리불화비닐(poly vinly fluoride, PVF), 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE) 등을 포함할 수 있다. 불소계 고분자는 가수 분해의 우려가 있는 결합을 가지고 있지 않기 때문에 내후성, 내약품성 등이 우수하다. 폴리올레핀계 물질로는 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다. 일 예로, 제1 수지층은 비용이 상대적으로 저렴한 폴리올레핀계 물질을 포함하고, 제2 수지층은 내환경성이 우수한 불소계 고분자를 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 커버 부재(110), 또는 제2 커버 부재(120)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 커버 부재(110) 또는 제2 커버 부재(120)가 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가지거나, 제2 커버 부재(120)가 비투광성 물질 또는 반사 물질 등으로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 복수 개의 태양 전지(10)가 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 인커커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)으로는 리본, 와이어 등 태양 전지(10)를 연결할 수 있는 다양한 구조, 형상이 적용될 수 있다. 이때, 인터커넥터(142)는 금속 등으로 구성된 코어층(도 7의 참조부호 142a, 이하 동일)과 솔더 물질로 구성된 솔더층(도 7의 참조부호 142b, 이하 동일)를 구비할 수 잇다. 이때, 코어층(142a)과 솔더층(142b)은 서로 일체화된 상태로 제조된 것일 수도 있고, 제조 공정 중에 코어층(142a) 위에 솔더층(142b)을 형성할 수도 있다.
예를 들어, 인터커넥터(142)는, 하나의 태양 전지(10)의 전면에 위치한 제1 전극(도 3의 참조부호 42)과 이에 이웃한 태양 전지(10)의 후면에 위치한 제2 전극(도 3의 참조부호 44)를 연결하도록 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형태로 이웃한 태양 전지(10)를 연결할 수도 있다.
이때, 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)은 솔더 물질을 이용한 태빙(tabbing) 공정을 이용하여 태양 전지(10) 또는 인터커넥터(142)에 전기적 및 물리적으로 연결될 수도 있다. 이때, 플럭스를 포함하는 플럭스층이 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145) 위에 형성되어 인터커넥터(142)와 태양 전지(10) 및/또는 버스 리본(145)과 인터커넥터(142)의 부착 특성을 좀더 향상할 수 있다.
밀봉재(130)는, 서로 전기적으로 연결된 태양 전지(10)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(131)와, 서로 전기적으로 태양 전지(10)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다.
밀봉재(130)는 수분과 산소가 태양 전지(150)에 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 모듈(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 밀봉재(130)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질을 베이스 물질로 포함한다. 예를 들어, 밀봉재(130)는 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 아이오노머(ionomer) 등을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 특히, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)가 에틸렌비닐아세테이트로 구성되어, 낮은 재료 비용으로도 우수한 특성을 가지도록 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 밀봉재(130)는 추가 산 억제 물질(134)을 더 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 추후에 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
그 외 밀봉재(130)는 과산화물계 개시제 및 가교 반응을 증가시키는 관능기를 가지는 가교제 등을 더 포함하고, 필요에 따라 자외선 차단제(예를 들어, 벤조페논계 자외선 차단제), 자외선 안정제(예를 들어, 아민계 자외선, 산화 방지제(예를 들어, 하이드록시 페닐계 산화 방지제), 커플링제(예를 들어, 실란 커플링제) 등을 더 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 밀봉재(130)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다.
적층 공정 및 라미네이션 공정에 의하여 제2 커버 부재(120), 제2 밀봉재(132), 복수의 태양 전지(10) 및 인터커넥터(142), 제1 밀봉재(131), 실링 부재(150) 및 제1 커버 부재(110)가 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 적어도 밀봉재(130)에 인접한 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치한다. 도 3 및 도 4를 참조하여 이를 좀더 상세하게 설명한다.
도 3는 도 1의 III-III 선에 따른 태양 전지 패널(10)의 일부를 확대하여 도시한 개략적인 부분 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함된 태양 전지(10)의 전면 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 태양 전지(10)는, 베이스 영역(14)을 포함하는 반도체 기판(12)과, 반도체 기판(12)에 또는 반도체 기판(12) 위에 형성되는 도전형 영역(20, 30)과, 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 반도체 기판(10), 도전형 영역(20, 30) 등이 광전 변환에 관여하는 광전 변환부를 구성할 수 있다. 여기서, 도전형 영역(20, 30)은 서로 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있고, 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(12)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(14)을 포함할 수 있다. 그리고 반도체 기판(12)의 일면(일 예로, 전면) 쪽에는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 그리고 반도체 기판(12)의 후면 쪽에는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(14)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(14)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(14)보다 높은 도핑 농도를 가진다.
본 실시예에서는 제1 또는 제2 도전형 도펀트로는 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 사용할 수 있고, n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, p형 도펀트가 보론(B)이고 n형 도펀트가 인(P)일 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(14)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(14)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(14)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 전계 영역은 반도체 기판(12)의 표면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 전계를 형성한다. 일 예로, 본 실시예에서는 베이스 영역(14)이 제2 도전형을 가져, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고, 제2 도전형 영역(30)이 후면 전계 영역을 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 기판(12), 또는 이에 형성된 베이스 영역(14), 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(14) 또는 반도체 기판(12)을 기반으로 한 태양 전지(10)은 전기적 특성이 우수하다. 그리고 반도체 기판(12)의 전면 및/또는 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조(일 예로, 피라미드 형상 등을 가지는 텍스쳐링 구조)가 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(12)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(12)의 위에서 반도체 기판(12)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)이 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층(일 예로, 비정질 실리콘층, 미세 결정 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)와 반도체 기판(12) 사이에 별도의 층(터널링층, 패시베이션층 등)이 형성될 수도 있다.
그리고 적어도 반도체 기판(12)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(12)의 전면에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위)에 제1 절연막인 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)이 위치할 수 있다. 그리고 적어도 반도체 기판(12)의 후면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(12)의 후면에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위)에 제2 절연막인 제2 패시베이션막(32)이 위치할 수 있다.
제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 개구부(102, 104)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(12) 위에 전체적으로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 제2 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 개구부(102)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 제2 개구부(104)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 전극(42, 44)을 도전성 물질로 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 전극용 페이스트를 도포하고 소성하여 제조될 수 있는데, 이에 의하면 제1 및 제2 전극(42, 44) 또는 전극용 페이스트가 접착 특성을 향상하기 위한 유리 프릿(glass frit)을 포함할 수 있다.
제1 전극(42)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되며 일 방향으로 형성되는 복수의 핑거 전극(42a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a)이 서로 평행하며 반도체 기판(10)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 전극(42)은 핑거 전극들(42a)과 교차(일 예로, 직교)하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a)을 연결하는 버스바 전극(42b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바 전극(42b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a)의 폭보다 버스바 전극(42b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 버스바 전극(42b)의 폭이 핑거 전극(42a)의 폭과 동일하거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.
제2 전극(44)은 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 각기 대응하는 핑거 전극 및 버스바 전극(44b)을 포함할 수 있다. 제2 전극(44)의 핑거 전극 및 버스바 전극(44b)에 대해서는 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 대한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)의 폭, 피치 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극의 폭, 피치 등과 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수 있다. 제1 전극(42)의 버스바 전극(42b)의 폭은 제2 전극(44)의 버스바 전극(44b)의 폭과 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있으나, 제1 전극(42)의 버스바 전극(42b)과 제2 전극(44)의 버스바 전극(44b)은 동일한 위치에서 동일한 피치를 가지도록 배치될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가지면서 부분적으로 형성된다. 이에 따라 제1 및 제2 전극(42, 44)이 형성되지 않은 부분으로 광이 입사될 수 있다. 태양 전지(10)가 반도체 기판(12)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가진다. 버스바 전극(42b, 44b)에는 인터커넥터(142)가 부착될 수 있다. 그러나 본 발명이 특정한 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 도면에서는 양면 수광형 구조를 도시하였으나 제2 전극(44)이 반도체 기판(12)의 후면에 전체적으로 형성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서는 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치할 수 있다. 이러한 산 억제 물질(152)은 인터커넥터(142)의 표면 위 또는 인터커넥터(142)의 표면에 위치할 수 있는데, 일 예로, 본 실시예에서는 산 억제 물질(152)이 인터커넥터(142)의 표면 위에 위치한 것을 예시하였다. 이때, 산 억제 물질(152)이 버스바 전극(42b, 44b)에 부착된 인터커넥터(142)의 표면을 둘러싸며 형성되어, 버스바 전극(42b, 44b)에 인접한 부분에 형성될 수 있다. 특히, 산 억제 물질(152)이 인터커넥터(142)가 버스바 전극(42b, 44b)과 사이에도 위치할 수 있다. 반면, 산 억제 물질(152)은 인터커넥터(142)가 부착되지 않는 핑거 전극(42a, 44b)에 인접한 부분에는 위치하지 않을 수 있다.
본 실시예에서는 밀봉재(130)에 인접한 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하여 전극(42, 44)의 부식을 방지하여 태양 전지 패널(10)의 출력 저하 현상을 방지할 수 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 고온 다습한 환경에서 태양 전지 패널(10)을 사용하면 시간의 흐름에 따라 출력이 저하하는 현상이 발생할 수 있다. 이에 대한 명확한 이유는 밝혀지지 않았지만, 고온 다습한 환경에서 산성 물질(acid)이 발생되어 전극(42, 44)의 부식을 가속화하여 전극(42, 44)에 포함된 물질을 용출시켜 전극(42, 44)의 저항이 증가되고 충밀도(fill factor)가 감소하였기 때문으로 예측된다. 이러한 산성 물질은 외부로부터 태양 전지 패널(100)의 내부로 침투된 수분이 밀봉재(130)를 구성하는 물질과 반응하여 형성될 수 있다. 일 예로, 밀봉재(130)가 에틸렌비닐아세테이트로 구성될 경우에는 이에 포함된 아세테이트 이온(CH3COO-)이 수분으로부터 수소 이온(H+)을 제공 받으면 아세트산(CH3COOH)이 형성될 수 있다. 특히 제2 커버 부재(120)가 필름, 시트 등으로 이루어질 경우에 제2 커버 부재(120)를 통하여 수분이 상대적으로 쉽게 침투되어 이러한 문제가 더 심각하게 나타날 수 있다. 그리고 전극(42, 44)이 은(Ag)을 포함하고, 유리 프릿으로 보론(B)(예를 들어, 보론 산화물(B2O3))을 포함하는 경우에 이러한 문제가 더 크게 발생한다.
상술한 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지(100)(특히, 베이스 영역(14)이 n형을 가지는 경우)에는 제1 전극(42) 및 제2 전극(44)이 각기 도전형 물질로 은(Ag)을 포함하는 경우가 많아 이러한 문제가 심각하게 발생할 수 있다. 특히, 인터커넥터(142)가 부착되는 버스바 전극(42b, 44b)은 상대적으로 넓은 면적을 가지는 부분을 포함하여 부식에 의한 문제가 크게 발생할 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서는 적어도 전극(42, 44)(특히, 버스바 전극(42b, 44b) 또는 이의 주변부에 산성 물질이 발생하는 것을 방지할 수 있는 산 억제 물질(152)을 위치시켜 전극(42, 44)의 부식을 방지하여 태양 전지(100)의 충밀도 및 효율을 우수하게 유지하여 태양 전지 패널(100)의 출력 저감을 방지할 수 있다. 이와 같이 인터커넥터(142)의 표면 위에 산 억제 물질(152)을 위치시켜 전극(42, 44)의 부식에 좀더 효과적으로 대응할 수 있다. 반면, 밀봉재(130)의 내부에만 산 억제 물질을 위치시키는 경우(예를 들어, 밀봉재(130)를 구성하는 물질 중에 하나로 산 억제 물질을 섞어서 밀봉재(130)를 형성하는 경우)에는 전극(42, 44)의 주변부에 산 억제 물질(152)이 안정적으로 위치하지 않을 수 있어 전극(42, 44)의 부식을 방지하는 데 충분하지 않을 수 있다.
여기서, 산 억제 물질(152)은 수지 또는 유기물, 또는 금속과 비금속의 화합물로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 산 억제 물질(152)이 전극(42, 44)과 태양 전지(10) 사이에 위치하므로 그 형태, 물질 등이 한정되지 않기 때문이다. 예를 들어, 산 억제 물질(152)이 카르보디이미드(carbodiimide), 아지리딘(aziridin), 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(calcium stearate), 스테아린산 마그네슘(magnesium stearate), 하이드로탈사이트(hydrotalcite), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 소듐 제올라이트(sodium zeolite), 칼륨 제올라이트(potassium zeolite), 아인산염(phosphate), 아연 산화물(일 예로, ZnO), 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 수분으로부터 생성된 수소 이온(H+)을 받아들여 산성 물질의 생성을 방지할 수 있다.
예를 들어, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물은 수분으로부터 생성된 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-)과 반응하여(즉, 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-))을 받아들여 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 토금속 수산화물로 쉽게 변화할 수 있다. 이에 의하여 밀봉재(130)에 포함된 아세트이온(CH3COO-)과 반응할 수소 이온(H+)을 제거하여 산성 물질(예를 들어, 아세트산)의 생성을 방지할 수 있다.
예를 들어, 산 억제 물질(152)이 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물로 구성되어, 리튬 산화물(일 예로, Li2O), 소듐 산화물(일 예로, Na2O), 칼륨 산화물(일 예로, K2O), 베릴륨 산화물(일 예로, BeO), 마그네슘 산화물(일 예로, MgO), 칼슘 산화물(일 예로, CaO), 스트론튬 산화물(일 예로, SrO), 바륨 산화물(일 예로, BaO), 라듐 산화물(일 예로, RaO) 등으로 구성된 금속 산화물 입자일 수 있다. 이러한 물질은 전극(42, 44) 및 밀봉재(130)의 특성을 변화시키지 않으면서 산을 억제하기 적합한 물질이기 때문이다. 일 예로, 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 마그네슘 산화물이 산 억제 물질(152)로 사용되면, 산성 물질의 생성을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물과 같은 알칼리 금속 산화물을 산 억제 물질(152)로 사용하면, 산성 물질의 생성을 좀더 효과적으로 방지할 수 있다.
산 억제 물질(152)이 마그네슘 산화물인 경우에 앞서 설명한 바와 같이 산성 물질의 생성을 방지하는 원리를 아래 화학식 1 내지 3을 이용하여 설명하다.
[화학식 1]
H2O -> (H+) + (OH-)
[화학식 2]
(H+) + (CH3COO-) -> CH3COOH
[화학식 3]
MgO + (H+) + (OH-) -> Mg(OH)2
태양 전지 패널(100)의 내부로 수분(H2O)이 침투되면 화학식 1과 같이 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-)로 분해될 수 있다. 이렇게 생성된 수소 이온(H+)이 아세트이온(CH3COO-)과 반응하면, 화학식 2와 같이, 산성 물질인 아세트산(CH3COOH)이 생성된다. 그런데, 마그네슘 산화물(MgO)이 존재하면 수분이 분해되어 생성된 수소 이온(H+) 및 수산화이온(OH-)과 반응하여 화학식 3과 같이 마그네슘 수산화물(Mg(OH)2)을 형성하므로, 아세트이온(CH3COO-)과 반응할 수소 이온(H+)을 제거하여 산성 물질의 생성을 방지하는 역할을 할 수 있다.
이에 따라 태양 전지 패널(100)의 내부, 즉 태양 전지(10)의 표면 부근에는 산 억제 물질(152)과 수소 이온(H+) 및/또는 수산화 이온(OH-)(특히, 수소 이온)과 반응하여 형성된 산 억제 부산물(152a)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 산 억제 물질(152)이 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물인 경우에는 수소 이온(H+) 및 수산화 이온(OH-)과 반응하여 형성된 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 토금속 수산화물로 구성된 산 억제 부산물(152a)을 더 포함할 수 있다. 즉, 산 억제 물질(152) 중 일부는 반응하지 않고 그대로 잔존하고, 다른 일부는 수소 이온(H+) 및/또는 수산화이온(OH-)과 반응하여 산 억제 부산물(152a)로 변화되어 잔존할 수 있다. 산 억제 부산물(152a)은 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.
산 억제 물질(152) 또는 산 억제 부산물(152a)은 마이크로 수준 또는 나노 입자 수준의 크기(또는 직경)(일 예로, 1nm 내지 1mm의 크기)를 가지는 입자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 산 억제 물질(152) 또는 산 억제 부산물(152a)의 입경이 0.01um 내지 10um(일 예로, 0.01um 내지 3um)일 수 있다. 상술한 입경이 일정 크기(즉, 1mm, 예를 들어, 10um)를 초과하면, 동일한 양의 산 억제 물질(152)을 포함할 경우에 태양 전지(10)의 표면 부근에서 분산되는 정도가 작아져서 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 효과적으로 구현되지 않을 수 있다. 상술한 입경이 일정 크기(즉, 1nm, 예를 들어, 0.01um) 미만이면, 작은 입경에 의하여 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 효과적으로 구현되지 않을 수 있다. 도면에서는 산 억제 물질(152)이 구형 입자의 형상을 가지는 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 산 억제 물질(152)은 서로 다른 형상, 또는 서로 다른 입경을 가지는 입자들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
이러한 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있는데, 일 예로, 스프레이 코팅, 침지(dipping), 스핀 코팅 등에 의하여 형성될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 10a 내지 도 10d를 참조하여 상세하게 설명한다. 상술한 산 억제 물질(152)은 스프레이 코팅, 침지, 스핀 코팅 등에 의하여 쉽게 태양 전지(10) 위에 도포될 수 있다.
본 실시예에서는 인터커넥터(142)의 표면(좀더 정확하게는, 인터커넥터(142)와 밀봉재(130) 사이 및/또는 인터커넥터(142)와 버스바 전극(42b, 44b) 사이) 위에 산 억제 물질(152)이 위치한다. 도 3에서는 산 억제 물질(152)을 구성하는 복수의 입자들이 태양 전지(10)의 표면 부분에서 조밀하게 위치하여 끊어지지 않고 서로 연속적으로 이어지는 하나의 산 억제층(150)을 형성한 것을 예시하였다. 이러한 산 억제층(150)이 태양 전지(10) 위에서 인터커넥터(142)에 대응하여 부분적으로 위치하되, 인터커넥터(142)의 전체 표면(특히, 전체 측면)을 둘러싸면서 인터커넥터(142)와 밀봉재(130) 사이에 위치하여 인터커넥터(142)와 밀봉재(130)에 서로 접촉할 수 있다. 그리고 인터커넥터(142)와 버스바 전극(42b, 44b) 사이에 더 위치하여 인터커넥터(142)와 버스바 전극(42b, 44b)에 서로 접촉할 수 있다. 그러면 산 억제 물질(152)에 의한 효과가 효과적으로 구현될 수 있으며 인터커넥터(142)에 산 억제 물질(152)을 포함하는 물질층(일 예로, 플럭스층)을 형성하는 단순한 공정에 의하여 산 억제 물질(152)을 원하는 위치에 위치시킬 수 있다. 그리고 인터커넥터(142)와 버스바 전극(42b, 44b) 사이에 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 위치하여도 매우 얇은 두께이므로 전기적 연결 특성에는 큰 문제가 없을 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 다양한 형태를 가지면서 다양한 위치에 형성될 수 있다. 다양한 변형예를 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다. 참조로, 도 5에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 5를 참조하면, 본 변형예에서는 입자 형태를 가지는 산 억제 물질(152)이 적어도 일부끼리는 서로 인접하여 접하고 나머지는 이격되거나, 입자 형태를 가지는 산 억제 물질(152)이 각기 이격되어 위치한다. 그리고 라미네이션 공정 등에서 산 억제 물질(152)이 밀봉재(130)의 내부로 일부 밀려들어가서 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에서 밀봉재(130)에 둘러싸여 밀봉재(130) 내부에 위치할 수도 있다. 그러면, 산 억제 물질(152)이 연속적으로 이어지는 층 형상을 가지지 않고 산 억제 물질(152)을 구성하는 입자 형태 또는 이러한 입자들이 응집된 형태로 부분적으로 산 억제층(150)을 형성하면서 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에서 흩어진 형태로 위치할 수도 있다.
도 6는 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다. 참조로, 도 6에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 6를 참조하면, 본 변형예에서는 인터커넥터(142)에서 버스바 전극(42b, 44b)에 인접하지 않는 표면에서는 산 억제 물질(152)이 연속적으로 끊어지지 않는 산 억제층(150)의 형상을 가지되, 버스바 전극(42b, 44b)에 인접한 표면 위(즉, 인터커넥터(142)와 버스바 전극(42b, 44b) 사이)에서는 형성되지 않거나 일부에만 부분적으로 형성될 수 있다. 인터커넥터(142)를 버스바 전극(42b, 44b)에 부착하는 공정 중에 버스바 전극(42b, 44b)에 인접한 인터커넥터(142)의 표면 위에 위치하던 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)의 일부가 제거되어 이러한 형상을 가질 수 있다. 이에 의하면 인터커넥터(142)와 버스바 전극(42b, 44b)이 서로 접촉하는 부분이 존재하므로 전기적 연결이 좀더 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이다. 참조로, 도 7에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 7을 참조하면, 본 변형예에서는 산 억제 물질(152)이 인터커넥터(142)에서 코어층(또는 본체)(142a)의 외면에 형성되어 인터커넥터(142)의 외면을 형성하는 솔더층(142b)에 포함될 수 있다. 그러면, 밀봉재(130)와 인접한 인터커넥터(142)의 표면에 산 억제 물질(152)이 위치할 수 있다. 산성 물질에 의하여 전극(42, 44)이 부식되어 문제가 발생할 수 있는바, 전극(42, 44)에 부착되는 인터커넥터(142)이 산 억제 물질(152)을 포함하여 재료 비용, 공정 시간 등을 저감할 수 있다. 이러한 인터커넥터(142)의 제조 방법은 추후에 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5 내지 도 7에서는 산 억제 부산물(152a)은 별도로 도시하지 않았으나, 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 부산물(152a)이 함께 구비될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 실시예에서 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)은 인터커넥터(142)의 표면 위에 형성되어 태양 전지 패널(100)에 포함된다. 이에 따라 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 버스바 전극(42b, 44b)의 주변부에는 위치하되, 핑거 전극(42a, 44a)의 주변부에는 위치하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 추가적으로 핑거 전극(42a, 44a) 위 또는 태양 전지(10)의 표면 위에 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 형성할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
한편, 본 실시예에서는 밀봉재(130)의 내부에 추가 산 억제 물질(134)을 더 포함할 수 있다. 이에 의하면, 밀봉재(130)의 내부에 위치한 추가 산 억제 물질(134)에 의하여 전극(42, 44)의 부식을 좀더 방지할 수 있다.
이러한 추가 산 억제 물질(134)로는 카르보디이미드, 아지리딘, 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘, 하이드로탈사이트, 수산화마그네슘, 소듐 제올라이트, 칼륨 제올라이트, 아인산염, 아연 산화물, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 포함할 수 있다. 이때, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물로 상기 산 억제 물질인 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 베릴륨 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물 및 라듐 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 밀봉재(130)의 내부에는 추가 산 억제 물질(134)이 수소 이온(H+) 및/또는 수산화이온(OH-)과 반응하여 형성된 추가 산 억제 부산물(134a)을 더 포함할 수 있다. 즉, 추가 산 억제 물질(134) 중 일부는 반응하지 않고 그대로 잔존하고, 다른 일부는 수소 이온(H+) 및/또는 수산화이온(OH-)과 반응하여 추가 산 억제 부산물(134a)로 변화되어 잔존할 수 있다. 추가 산 억제 부산물(134a)은 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.
추가 산 억제 물질(134)은 밀봉재(130)를 제조할 때 첨가하여 밀봉재(130) 내부에 위치할 수 있다. 이에 따라 추가 산 억제 물질(134)은 밀봉재(130)의 전체에 걸쳐 고르게 분산된 형태로 존재할 수 있다. 추가 산 억제 물질(134)은 밀봉재(130)의 형성 시에 함께 첨가하는 것이므로 종류, 형태 등과 관계 없이 포함될 수 있다. 이에 따라 산화물뿐만 아니라 다양한 화합물 또는 수지 등이 추가 산 억제 물질(134)로 사용될 수 있다. 추가 산 억제 물질(134)과 산 억제 물질(152)은 서로 동일한 물질일 수도 있고 서로 다른 물질일 수도 있다.
이때, 동일한 단위 영역을 기준으로 보면, 태양 전지(10)의 표면 부분에 위치한 산 억제 물질(152)의 밀도가 밀봉재(130) 내부에 포함된 추가 산 억제 물질(134)의 밀도와 같거나 그보다 더 클 수 있다. 특히, 태양 전지(10)에 인접한 부분에서 산 억제 물질(152)의 밀도가 밀봉재(130) 내부의 추가 산 억제 물질(134)의 밀도보다 더 클 수 있다. 이에 의하여 태양 전지(10)에 인접한 부분에서 산성 물질에 의하여 발생할 수 있는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 밀봉재(130)에 인접한 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하여 수분 침투에 따른 전극(42, 44)의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같이 인터커넥터(142)의 표면 위에 산 억제 물질(152)을 위치시키면, 간단한 공정으로 산 억제 물질(152)을 밀봉재(130)에 인접하는 전극(42, 44)(특히, 버스바 전극(42b, 44b))의 주변부에 형성할 수 있다. 이러한 효과는 전극(42, 44)이 은(Ag)을 포함하거나 유리 프릿으로 보론(B)을 포함하는 경우에 좀더 배가될 수 있다. 이에 의하여 고온 다습한 환경에서 발생할 수 있는 출력 저하 현상을 방지 또는 최소화할 수 있으며, 이에 따라 태양 전지 패널(100)의 장기 신뢰성을 향상할 수 있다. 이와 같이 태양 전지 패널(100)의 장기 신뢰성이 향상되면, 수분 침투를 고려한 다른 구성의 특성을 정밀하게 제어하지 않아도 되므로 재료 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어, 종래에는 수분 침투를 방지하기 위하여 매우 엄격한 조건의 제2 커버 부재(120), 전극(42, 44) 등을 사용하였으나, 본 실시예에 따르면 제2 커버 부재(120), 전극(42, 44)의 조건을 다소 완화하여 재료 비용을 절감할 수 있다.
도면에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)에 각기 부착된 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하는 것을 예시하였다. 이는 제1 및 제2 전극(42, 44)을 연결하는 인터커넥터(142)에 전체적으로 산 억제 물질(152) 도는 산 억제층(150)을 형성하는 것에 의하여 쉽게 구현될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 영역(14)이 n형을 가지는 경우에 제1 전극(42)이 은을 포함하고 제2 전극(44)은 은 이외의 다른 물질(예를 들어, 알루미늄)을 포함할 수 있다. 또는, 베이스 영역(14)의 도전형과 관계 없이 전면에 위치한 제1 전극(42)보다 후면에 위치한 제2 전극(44)에 유리 프릿을 더 많이 첨가할 수 있다. 이때, 은을 포함하거나 유리 프릿을 더 적게 포함하는 제1 전극(42)의 부식이 더 문제될 수 있는바, 제1 전극(42)에 부착된 인터커넥터(142)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하고, 제2 전극(44)에 부착된 인터커넥터(144)의 표면 부분에 산 억제 물질(152)이 위치하지 않을 수 있다. 또는, 제1 전극(42)에 부착된 인터커넥터(142)의 주변에 위치한 산 억제 물질(152)의 양, 밀도 등이 제2 전극(44)에 부착된 인터커넥터(142)의 주변에 위치한 산 억제 물질(152)의 양, 밀도 등보다 클 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 베이스 영역(14)이 p형을 가지거나, 및/또는 제1 및 제2 전극(42, 44) 중 적어도 어느 하나가 은을 포함하지 않거나 유리 프릿을 적은 양으로 포함하는 경우에도, 제1 및 제2 전극(42, 44)에 부착된 인터커넥터(142) 각각에 산 억제 물질(152)이 구비(특히, 동일한 양으로 구비)될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 상술한 실시예에서는 태양 전지(10)의 일면을 기준으로 할 때 버스바 전극(42b, 44b) 및 이에 대응하는 인터커넥터(142)가 각기 5개 이하로 구비되는 것을 예시하였다. 이러한 경우에는 버스바 전극(42b, 44b) 또는 이에 대응하는 인터커넥터(142)가 상대적으로 넓은 폭(1mm 내지 2mm의 폭)을 가질 수 있고, 인터커넥터(142)가 사각형의 단면을 가지는 리본으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이의 변형예를 도 8 및 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 8은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널의 부분 단면도이고, 도 9는 도 8에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지의 전면 평면도이다. 참조로, 도 8은 도 9의 VIII-VIII 따른 선에 따른 태양 전지 패널의 일부를 도시한 것이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 변형예에서는 태양 전지(10)의 일면을 기준으로 할 때 버스바 전극(42b, 44b) 및 이에 대응하는 인터커넥터(142)가 각기 6개 이상으로 구비되고, 인터커넥터(142)가 상대적으로 작은 폭(일 예로, 0.5mm 이하의 폭)을 가지며 원형 또는 라운드진 형상으로 구비될 수도 있다. 인터커넥터(142)는, 금속으로 구성된 코어층(142a)과, 코어층(142b)의 외면에 위치하며 솔더 물질을 포함하는 솔더층(142b)을 구비할 수 있다. 이때, 버스바 전극(42b, 44b)은 인터커넥터(142)가 안정적으로 부착되도록 하기 위하여 상대적으로 넓은 폭 또는 면적을 가지는 복수의 패드부(422b)를 구비할 수 있고, 복수의 패드부(422b)를 연결하는 작은 폭의 라인부(421b)를 구비할 수 있다.
이러한 인터커넥터(142)의 표면에 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 위치할 수 있다. 도 9에서는 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 버스바 전극(42b, 44b)에 인접하지 않는 표면에만 위치하여 인터커넥터(142)와 밀봉재(130) 사이에만 위치한 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)이 버스바 전극(42b, 44b)에 인접하는 표면에도 위치하여 버스바 전극(42b, 44b)과 인터커넥터(142) 사이에도 위치할 수 있다. 또는, 도 7에 도시한 바와 같이, 산 억제 물질(152)이 솔더층(142b) 내에 포함될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 태양 전지 패널(100)의 제조 방법을 도 10a 내지 도 10d, 그리고 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법을 도시한 단면도이다. 참조로, 도 10a 및 도 10c에는 도 3에 대응하는 부분을 도시하였다.
도 10a에 도시한 바와 같이, 태양 전지(10)를 제조한다. 태양 전지(10)의 제조에는 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다.
도 10b에 도시한 바와 같이, 인터커넥터(142)의 표면 위에 산 억제 물질(152)을 위치시킨다. 이때, 인터커넥터(142)의 표면에 산 억제 물질(152)을 도포하거나 분사할 수 있다.
산 억제 물질(152)을 위치시키는 방법으로 다양한 방법이 적용될 수 있다. 일 예로, 입자 형태의 산 억제 물질(152)을 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 침지(dippng) 등에 의하여 원하는 위치에 도포한 후에 건조 또는 열처리할 수 있다.
일 예로, 도 10b에서는, 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 스프레이 공정으로 인터커넥터(142)의 표면 위에 위치시키는 것을 예시하였다. 즉, 스프레이 노즐(154)을 이용하여 높은 압력으로 산 억제 물질(152)을 흩뿌려서 도포한 후에 건조하여 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 형성할 수 있다. 그러면, 소량의 산 억제 물질(152)을 이용하여 산 억제 물질(152) 또는 산 억제층(150)을 고르게 인터커넥터(142)의 표면 위에 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 일 예로, 인터커넥터(142) 위에 플럭스층을 형성할 때 산 억제 물질(152)을 함께 위치시킬 수 있다. 즉, 플럭스와 산 억제 물질(152)을 혼합한 혼합 물질(156)을 형성하여 이를 스프레이 공정으로 분사하는 것에 의하여 인터커넥터(142)의 표면 위에 형성되는 플럭스층의 내부에 산 억제 물질(152)이 위치하도록 할 수 있다. 그러면, 단순한 공정으로 산 억제 물질(152)을 인터커넥터(142)의 표면 위에 형성할 수 있다. 이 경우에 입자 형태의 산 억제 물질(152)의 입경이 0.01um 내지 10um(일 예로, 0.01um 내지 3um)일 수 있다. 플럭스로는 알려진 다양한 물질이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 용매에 산 억제 물질(152)을 혼합하여 이를 스프레이 할 수도 있다.
일 예로, 태양 전지 패널(100)에 포함된 태양 전지(10) 전체 100 중량부에 대하여 산 억제 물질(152)이 0.0001 내지 5 중량부(일 예로, 0.001 내지 5 중량부)로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 산 억제 물질(152)에 의한 효과를 충분히 발휘하면서도 산 억제 물질(152)에 의한 원하지 않는 변화 등이 발생하지 않도록 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 산 억제 물질(152)의 중량부가 이와 다른 값을 가질 수도 있다. 그리고 상술한 설명에서는 스프레이 코팅을 일 예로 하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법으로 산 억제 물질(152)을 태양 전지(10)의 표면 위에 위치시킬 수 있다.
이어서, 도 10c에 도시한 바와 같이, 산 억제 물질(152)이 위치한 인터커넥터(142)를 전극(42, 44)(특히, 버스바 전극(42b, 44b))에 부착한다. 인터커넥터(142)를 부착하는 태빙 공정으로는 알려진 다양한 공정이 사용될 수 있다.
이어서, 도 10d에 도시한 바와 같이, 태양 전지(10)와, 태양 전지(10)를 밀봉하는 밀봉재(130)와, 밀봉재 위에서 태양 전지(100의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재(110)와, 밀봉재(130) 위에서 태양 전지(10)의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재(120)를 서로 적층하여 부착하는 단계를 수행한다. 이에 의하면 인터커넥터(142)의 표면 위에 위치하던 산 억제 물질(152)이 태양 전지(10)와 밀봉재(130)의 경계 부분에 그대로 위치하게 된다. 이때, 밀봉재(130)는 내부에 분산된 추가 산 억제 물질(134)을 더 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10c 및 도 10d에서는 산 억제 물질(152)이 도 3에 도시한 바와 같이 인터커넥터(142)의 표면 위에 전체적으로 형성된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 산 억제 물질(152)이 도 5 또는 도 6에 도시한 바와 같이 위치할 수도 있다. 그리고 도 10b 내지 도 10d에서 인터커넥터(142)가 도 3에 도시한 바와 같은 형상을 가지는 것을 예시하였으나, 도 9에 도시한 바와 같은 형상을 가질 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면 플럭스층을 형성하는 공정에서 산 억제 물질(152)을 포함시켜 공정을 단순화할 수 있다. 이에 의하여 산성 물질에 의한 전극(42, 44) 부식 등을 방지하여 출력 저하를 감소 또는 방지할 수 있는 태양 전지 패널(100)을 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
상술한 실시예에서는 스프레이 공정을 이용하여 플럭스층에 산 억제 물질(152)을 위치시킨 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 7에 도시한 바와 같이 솔더층(142b)을 스프레이 공정을 이용하여 솔더층(142b)을 형성할 때 솔더층(142b)을 구성하는 솔더 물질과 산 억제 물질(152)을 혼합하여 스프레이하여 솔더층(142b) 내부에 산 억제 물질(152)이 위치할 수도 있다. 그리고 도 10b에 도시한 스프레이 공정 대신 도 11에 도시한 침지 공정을 이용하여 산 억제 물질(152)을 인터커넥터(142)의 표면 부분에 위치시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널의 제조 방법에서 산 억제 물질을 인터커넥터 위에 위치시키는 공정을 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 침지 공정을 이용하여 산 억제 물질(152)을 인터커넥터(142)의 표면 부분에 위치시킬 수 있다. 특히, 인터커넥터(142)가 도 3에 도시한 바와 같은 리본으로 구성되는 경우에는, 인터커넥터(142)의 표면 부분에 위치한 솔더층(142b)을 형성할 때 산 억제 물질(152)이 함께 포함되도록 할 수 있다.
좀더 구체적으로, 인터커넥터(142)의 코어층(또는 본체)(142a)를 일 방향으로 진행시키면서 솔더층(142b)의 형성을 위한 솔더 물질과 산 억제 물질(152)의 혼합물(1420a)에 침지한다. 솔더 물질과 산 억제 물질(152)의 혼합물(1420a)은 상온보다 높은 온도로 가열된 상태이므로 일정한 유동성을 가지는 상태를 가져 코어층(142a) 위에 자연스럽게 도포된다. 일 예로, 솔더 물질과 산 억제 물질(152)의 혼합물(1420a)은 200℃도 내지 300℃의 온도로 가열된 상태일 수 있다. 이러한 온도에서 솔더 물질이 충분한 유동성을 가져 균일하게 도포될 수 있기 때문이다. 그러나 본 발명이 상술한 온도에 한정되는 것은 아니다. 코어층(142a)에 대한 솔더 물질의 젖음성이 크므로 솔더층(142b)이 안정적으로 인터커넥터(142)의 표면 부분에 고르게 형성될 수 있다. 이어서, 솔더층(142b)이 형성된 코어층(142a)을 일정한 길이로 절단하는 것에 의하여 인터커넥터(142)의 제조를 완료할 수 있다. 이때, 코어층(142a)은 도 3에 도시한 바와 같이 사각 단면 형상을 가질 수도 있고, 도 7에 도시한 바와 같이 원형 또는 라운드진 단면 형상을 가질 수도 있다.
본 변형예에서는 침지 공정을 이용하여 솔더층(142b) 내부에 산 억제 물질(152)이 위치한 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 침지 공정을 사용하더라도 산 억제 물질(152)을 솔더층(142b)에 포함시키지 않고, 솔더층(142b) 위에 위치하는 플럭스층에 위치시키는 등 다양한 변형이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이하의 실험예는 본 발명을 예시하기 위하여 제시한 것에 불과할 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
복수의 태양 전지를 제조한다. 마그네슘 입자와 플럭스를 혼합한 혼합 물질을 스프레이 공정으로 스프레이하여 인터커넥터의 표면 위에 플럭스층을 형성하였다. 플럭스층이 형성된 인터커넥터를 태양 전지에 부착하였다. 이때, 마그네슘 산화물 입자의 평균 크기가 0.2um였고, 태양 전지 전체 100 중량부에 대한 마그네슘 산화물의 중량부가 0.5 중량부였다. 그 후에 밀봉재, 제1 및 제2 커버 부재과 함께 라미네이션하여 태양 전지 패널을 제조하였다.
비교예 1
플럭스층을 형성할 때 마그네슘 산화물 입자를 포함하지 않은 플럭스를 사용한다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 태양 전지 패널을 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지에 초가속 온도 및 습도 스트레스 테스트(higly accelerated temperature and humidity stress test, HAST)를 수행하였다. 초가속 온도 및 습도 스트레스 테스트를 192 시간 동안 진행하였다. 실시예 1 및 비교예 1에 따른 태양 전지 패널에서 최초 출력에 대비한 상대적인 출력 저하 값을 도 12에 나타내었다.
도 12를 참조하면, 실시예 1에 따른 태양 전지 모듈의 출력 저하 값이 비교예 1 에 따른 태양 전지 패널의 출력 저하 값의 63%에 불과하여 매우 낮은 것을 알 수 있다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 패널
110: 제1 커버 부재
120: 제2 커버 부재
130: 밀봉재
134: 추가 산 억제 물질
134a: 추가 산 억제 부산물
152: 산 억제 물질
152a: 산 억제 부산물
150: 산 억제층
10: 태양 전지
42: 제1 전극
44: 제2 전극

Claims (20)

  1. 복수의 태양 전지;
    상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터;
    상기 복수의 태양 전지 및 상기 인터커넥터를 밀봉하는 밀봉재;
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재; 및
    상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재
    를 포함하고,
    적어도 상기 밀봉재에 인접한 상기 인터커넥터의 표면 부분에 산 억제 물질이 구비되는 태양 전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산 억제 물질은 상기 인터커넥터의 표면 위에 위치하거나 상기 인터커넥터의 표면에 위치하는 태양 전지 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는, 광전 변환부와, 전극을 포함하고,
    상기 인터커넥터가 상기 전극에 부착되며,
    상기 산 억제 물질은 상기 인터커넥터가 부착된 상기 전극에 인접한 부분에 위치하는 태양 전지 패널.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극은, 복수의 핑거 전극과, 상기 복수의 핑거 전극과 교차하는 방향으로 연장되어 상기 복수의 핑거 전극에 연결되는 버스바 전극을 포함하고,
    상기 인터커넥터가 상기 버스바 전극에 부착되며,
    상기 산 억제 물질이 상기 버스바 전극에 인접한 부분에 위치하는 태양 전지 패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 상기 버스바 전극과 상기 인터커넥터 사이에 더 위치하는 태양 전지 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 유기물, 또는 금속과 비금속의 화합물로 구성되는 태양 전지 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 카르보디이미드(carbodiimide), 아지리딘(aziridin), 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(calcium stearate), 스테아린산 마그네슘(magnesium stearate), 하이드로탈사이트(hydrotalcite), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 소듐 제올라이트(sodium zeolite), 칼륨 제올라이트(potassium zeolite), 아인산염(phosphate), 아연 산화물, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산 억제 물질인 리튬 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 베릴륨 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 바륨 산화물 및 라듐 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 태양 전지 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산 억제 물질이 복수의 입자를 포함하는 태양 전지 패널.
  10. 제9항에 있어서
    상기 산 억제 물질의 입경이 0.01um 내지 10um인 태양 전지 패널.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 입자 중에 적어도 일부끼리는 서로 접하고 나머지는 이격되거나, 상기 복수의 입자가 각기 서로 이격되어 위치하는 태양 전지 패널.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 인터커넥터와 상기 밀봉재 사이에 위치한 상기 산 억제 물질이 산 억제층을 구성하고,
    상기 태양 전지 위에서 상기 산 억제층이 상기 인터커넥터에 대응하여 부분적으로 위치하는 태양 전지 패널.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 인터커넥터의 표면 부분에 상기 산 억제 물질과 수소 이온이 반응하여 형성된 산 억제 부산물을 더 포함하는 태양 전지 패널.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉재 내부에 추가 산 억제 물질이 더 포함되는 태양 전지 패널.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인터커넥터의 표면 부분에 위치한 상기 산 억제 물질의 밀도가 상기 밀봉재 내부에 포함된 상기 추가 산 억제 물질의 밀도와 같거나 그보다 큰 태양 전지 패널.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 전극이 보론(B)을 포함하는 태양 전지 패널.
  17. 복수의 태양 전지를 준비하는 단계;
    상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터의 표면 위에 산 억제 물질을 위치시키는 단계;
    상기 산 억제 물질이 위치한 상기 인터커넥터를 이용하여 상기 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결하는 단계; 및
    상기 태양 전지 및 상기 인터커넥터와, 상기 태양 전지 및 상기 인터커넥터를 밀봉하는 밀봉재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 일면 위에 위치하는 제1 커버 부재와, 상기 밀봉재 위에서 상기 태양 전지의 타면 위에 위치하는 제2 커버 부재를 적층하여 부착하는 단계
    를 포함하는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 산 억제 물질을 위치시키는 단계에서는, 상기 인터커넥터의 표면 부분에 산 억제 물질을 도포하거나 분사하는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 산 억제 물질을 위치시키는 단계는 플럭스와 상기 산 억제 물질을 혼합한 혼합물을 스프레이하는 스프레이 공정을 이용하여 플럭스층을 형성하는 단계에 의하여 수행되는 태양 전지 패널의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 산 억제 물질을 위치시키는 단계는 솔더 물질과 상기 산 억제 물질을 혼합한 혼합물에 상기 인터커넥터를 침지(dipping)하는 침지 공정을 이용하는 솔더층을 형성하는 단계에 의하여 수행되는 태양 전지 패널의 제조 방법.
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