KR20190043295A - 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈 - Google Patents

분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈 Download PDF

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현대중공업그린에너지 주식회사
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Abstract

본 발명은 복수의 분할셀이 기와 형태로 적층되도록 태양전지 모듈을 구성함과 함께 각 분할셀에 의해 생산되는 전류가 오차범위 내에 속하도록 각 분할셀의 면적 및 전극패턴을 설계함으로써 태양전지의 수광면적을 증대시키고 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈은 이웃하여 배치되며, 서로 전기적으로 연결되는 제 1 분할셀, 제 2 분할셀을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하며, 제 2 분할셀의 일단측 후면이 이웃하는 제 1 분할셀의 타단측 전면 상에 걸쳐져 있는 형태로 반복, 배치되며, 각각의 분할셀은 전면전극과 후면전극을 구비하며, 제 1 분할셀의 전면전극은 제 2 분할셀의 전면전극과 도전체를 매개로 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 분할셀은 정상셀로부터 분할된 것인 것을 특징으로 한다.

Description

분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈{Stile type solar cell module using divided cell}
본 발명은 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 분할셀이 기와 형태로 적층되도록 태양전지 모듈을 구성함과 함께 각 분할셀에 의해 생산되는 전류가 오차범위 내에 속하도록 각 분할셀의 면적 및 전극패턴을 설계함으로써 태양전지의 수광면적을 증대시키고 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 모듈은 태양광을 수광하여 광전변환하는 장치로서, 복수의 태양전지(solar cell)로 이루어진다. 태양전지 모듈을 구성하는 각각의 태양전지는 p-n 접합 다이오드(diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정 이른 바, 광전변환 과정을 살펴보면 다음과 같다. 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n형 반도체층으로, 정공은 p형 반도체층으로 이동되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생된다. 이와 같은 상태에서 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있다. 태양전지의 전면과 후면에는 전자, 정공을 수집하기 위한 전면전극과 후면전극이 각각 구비된다.
한편, 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지는 전기적으로 연결되는데, 일반적으로 제 1 태양전지(110)의 전면전극(101)은 이웃하는 제 2 태양전지(120)의 후면전극(도시하지 않음)과 인터커넥터(interconnector)(130)를 매개로 전기적으로 연결된다(도 1 참조).
이웃하는 태양전지를 전기적으로 연결시키는 인터커넥터는 일정 폭과 두께를 갖는 도전체로 이루어지며, 이웃하는 태양전지를 연결시키는 형상이 리본 형태를 이루어 통상의 인터커넥터는 리본이라 칭하기도 한다.
리본 형태의 인터커넥터는 전술한 바와 같이 일정 폭과 두께 예를 들어, 약 1.5mm의 폭과 약 270㎛의 두께를 갖음에 따라, 태양전지의 일정 면적이 인터커넥터에 의해 가려질 수 밖에 없다. 태양전지가 태양광을 수광하여 이를 전기로 변환시키는 장치임에 따라, 태양전지의 수광면적이 줄어듦은 광전변환 효율의 저하를 의미한다.
인터커넥터에 의한 수광면적 축소 문제를 해결함과 함께 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 최근에는 리본 형태의 인터커넥터를 와이어(wire) 형태의 인터커넥터로 대체하는 기술이 제시된 바 있다.
한국등록특허 제1138174호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 복수의 분할셀이 기와 형태로 적층되도록 태양전지 모듈을 구성함과 함께 각 분할셀에 의해 생산되는 전류가 오차범위 내에 속하도록 각 분할셀의 면적 및 전극패턴을 설계함으로써 태양전지의 수광면적을 증대시키고 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈은 이웃하여 배치되며, 서로 전기적으로 연결되는 제 1 분할셀, 제 2 분할셀을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하며, 제 2 분할셀의 일단측 후면이 이웃하는 제 1 분할셀의 타단측 전면 상에 걸쳐져 있는 형태로 반복, 배치되며, 각각의 분할셀은 전면전극과 후면전극을 구비하며, 제 1 분할셀의 전면전극은 제 2 분할셀의 후면전극과 도전체를 매개로 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 분할셀은 정상셀로부터 분할된 것이며, 각각의 분할셀에 의해 생산되는 전류량은 동일하거나 허용오차범위 내에 속하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈은 이웃하여 배치되며, 서로 전기적으로 연결되는 제 1 분할셀, 제 2 분할셀을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하며, 제 2 분할셀의 일단측 후면이 이웃하는 제 1 분할셀의 타단측 전면 상에 걸쳐져 있는 형태로 반복, 배치되며, 각각의 분할셀은 전면전극과 후면전극을 구비하며, 제 1 분할셀의 전면전극은 제 2 분할셀의 후면전극과 도전체를 매개로 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 분할셀은 정상셀로부터 분할된 것이며, 각각의 분할셀의 면적은 서로 동일하거나 허용오차범위 내에 속하는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 복수의 분할셀은 정상셀을 분할한 것이며, 각각의 분할셀에 의해 생산되는 전류량이 동일하거나 허용오차범위 내에 속하도록 각 분할셀의 전극패턴이 설계된다.
상기 도전체는 분할셀의 일단측 또는 타단측 상에 분할셀을 가로지르는 형태로 구비되어 분할셀에 구비되는 복수의 전면전극 또는 복수의 후면전극을 일체형으로 연결시킨다. 상기 정상셀은 정사각형 형태에서 모서리 부분이 모따기된 형태를 이루어질 수 있다.
또한, 각각의 분할셀은 일단측에 버스바전극을 구비하며, 상기 도전체는 분할셀의 일단측에 구비된 버스바전극을 덮는 형태로 구비된다.
상기 정상셀은 기판 전체에 걸쳐 복수의 핑거전극이 이격, 배치되고 복수의 핑거전극을 직교하는 형태로 3∼5개의 버스바전극이 구비되는 구조이며, 상기 정상셀로부터 분할된 분할셀은 1개의 버스바전극을 포함하며, 1개의 버스바전극은 분할셀의 일단측에 구비된다.
본 발명에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
복수의 분할셀이 기와 적층 방식으로 적층된 형태로 연결되어 태양전지 모듈을 구성함에 따라, 리본 형태의 인터커넥터가 요구되지 않아 태양전지의 수광면적을 증대시킬 수 있다.
또한, 각각의 분할셀이 동일한 수준의 전류량을 생산하도록 분할셀의 면적 또는 전극패턴이 제어됨에 따라, 분할셀 간의 전류 손실을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈의 분리사시도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈의 구성도.
본 발명은 복수의 분할셀을 기와 적층 방식으로 적층한 태양전지 모듈에 관한 기술을 제시한다.
본 발명에 있어서 '분할셀'이라 함은 정상적인 단품 크기의 태양전지 셀(이하, '정상셀'이라 함)이 복수개로 분할된 것을 일컫는다. 통상의 정상셀은 가로, 세로 6인치 크기(약 156mm x 156mm)의 실리콘 기판에 태양전지 공정을 적용하여 p-n 접합구조 및 전극구조가 완성된 태양전지를 의미하며, 본 발명의 '분할셀'은 이와 같은 정상셀이 복수개로 분할된 것을 의미한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은 복수의 분할셀이 기와 적층 방식으로 적층된 형태를 이룬다. 기와 적층 방식이란 지붕 위에 쌓여진 기와 모양을 일컫는 것으로서, 본 발명에 있어서 분할셀의 일단측이 이웃하는 분할셀의 타단측에 기와 모양처럼 걸쳐져 전기적으로 연결되는 형태를 이룬다.
복수의 분할셀이 기와 적층 방식으로 전기적으로 연결됨에 따라, 종래 기술에 적용되는 리본 형상의 인터커넥터가 요구되지 않아 태양전지의 수광면적을 늘릴 수 있게 된다.
한편, 복수의 분할셀을 전기적으로 연결시킴에 있어서 각 분할셀에서 생산되는 전류는 동일하거나 오차범위 내에서 유사한 수준을 가져야 한다. 각 분할셀에 의한 생산 전류가 서로 다르면 가장 낮은 전류를 생산하는 분할셀에 맞추어지기 때문에 태양전지의 효율이 저하된다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명에 적용되는 복수의 분할셀은 동일한 전류 또는 오차범위 내에서 유사한 수준의 전류가 생산되도록 면적 및 전극패턴이 설계된다. 분할셀 간의 면적 허용오차범위는 1%로 설정할 수 있다.
정상셀이 구현되는 실리콘 기판 즉, 웨이퍼(wafer)는 정사각형 형태이나 모서리 부분이 모따기되어 있어 정확히는 팔각형 형태를 이룬다. 이와 같이 정상셀의 웨이퍼가 완벽한 정사각형 형태를 이루지 않음에 따라, 정상셀을 균일한 길이(또는 폭)로 분할하면 각 분할셀의 면적이 서로 다르게 된다. 즉, 균등 분할된 정상셀의 경우, 테두리를 포함하는 분할셀과 내측을 포함하는 분할셀의 면적이 서로 다르다.
분할셀의 면적이 서로 다름은 수광면적의 차이를 의미하며, 수광면적의 차이는 각 분할셀에서 생산되는 전류량이 서로 다름을 의미한다. 본 발명은 이와 같은 점을 고려하여, 태양전지 모듈을 구성하는 각각의 분할셀의 면적이 동일하거나 허용오차범위(예를 들어, 분할셀 간의 면적 오차범위는 1% 이내에 속해야 한다) 내에 속하도록 한다. 다른 관점에서, 정상셀을 등분하여 분할하되 각 분할셀의 전극패턴 설계를 통해 각 분할셀에서 생산되는 전류량이 동일하거나 허용오차범위 내에 속하도록 하는 것도 가능하다. 분할셀 전류량의 허용오차범위 역시 1%로 설정할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈은 제 1 분할셀(11), 제 2 분할셀(12)를 포함하는 복수의 분할셀(10)을 구비하며, 상기 복수의 분할셀(10)은 서로 전기적으로 연결된다.
상기 복수의 분할셀(10)은 정상적인 단품 크기의 태양전지 셀 이른 바, '정상셀'이 3∼10개로 분할된 것이며, 정상셀은 가로, 세로 6인치 크기(약 156mm x 156mm)의 실리콘 기판에 태양전지 공정이 적용되어 p-n 접합구조 및 전극구조가 완성된 태양전지를 일컫는다. 정상셀의 크기는 가로, 세로 6인치 크기 이외에 가로, 세로 5∼8인치 일 수도 있다. 상기 분할셀(10)은 정상셀이 3∼10개로 분할된 것임에 따라, 장변과 단변의 길이가 3∼10 : 1의 비를 갖는다.
또한, 상기 정상셀은 전면전극(20)과 후면전극(도시하지 않음)을 구비한다. 전면전극(20)은 정상셀의 전면에 구비되어 태양전지 기판 내부에서 생성된 캐리어(예를 들어, 전자)를 수집하며, 후면전극은 정상셀의 후면에 구비되어 기판 내부에서 생성된 캐리어(예를 들어, 정공)를 수집한다. 상기 전면전극(20)은 핑거전극(22)과 버스바전극(21)으로 구성된다. 핑거전극(22)은 기판 전면에 걸쳐 일정 간격을 두고 평행하게 배치되며, 버스바전극(21)은 기판 전면에 핑거전극(22)과 직교하는 형태로 배치된다. 버스바전극(21)은 일정 간격을 두고 3∼5개 배치될 수 있다. 상기 후면전극은 전면전극(20)과 마찬가지로 핑거전극과 버스바전극의 조합으로 구성될 수 있으며, 다른 실시예로 BSF(back surface filed) 형성을 유도하는 Al전극과 버스바전극의 조합으로 구성할 수도 있다.
이와 같은 구조를 갖는 정상셀로부터 분할된 분할셀(10)은 하나의 버스바전극(21)을 갖는다. 전술한 바와 같이 정상셀은 기판 전체에 걸쳐 복수의 핑거전극(22)이 이격, 배치되고 복수의 핑거전극(22)을 직교하는 형태로 3∼5개의 버스바전극(21)이 구비되는 구조를 갖는데, 각각의 분할셀(10)에 1개의 버스바전극(21)이 포함되도록 정상셀이 분할된다. 따라서, 각각의 분할셀(10)은 전면 기준으로, 일단측에 버스바전극(21)이 구비되는 형태이며, 각 버스바전극(21)에는 복수의 핑거전극(22)이 구비되며, 버스바전극(21)은 분할셀(10)의 길이방향(핑거전극(22)에 직교하는 방향)을 따라 배치되는 구조를 이룬다.
1개의 버스바전극(21)이 분할셀(10)의 길이방향을 따라 배치됨과 함께 버스바전극(21)에 복수의 핑거전극(22)이 연결되는 구조를 갖는 각각의 분할셀(10)은 이웃하여 배치된다.
이와 같은 상태에서, 각각의 분할셀(10)은 일단측과 타단측을 구비하며, 제 2 분할셀(12)의 일단측 후면이 이웃하는 제 1 분할셀(11)의 타단측 전면 상에 걸쳐져 있는 형태로 반복, 배치된다.
제 1 분할셀(11)의 전면전극(20)은 제 2 분할셀(12)의 후면전극과 도전체(30)를 매개로 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 상기 도전체(30)는 상기 버스바전극(21)과 마찬가지로 분할셀(10)의 길이방향(핑거전극(22)에 직교하는 방향)으로 배치되어 제 1 분할셀(11)의 일단측에 배치된 버스바전극(21)과 제 2 분할셀(12)의 후면전극을 전기적으로 연결시킨다. 이와 같이, 분할셀(10)의 일단측에 버스바전극(21)이 구비되고, 도전체(30)가 분할셀(10)의 일단측에 배치된 버스바전극(21)을 덮는 형태로 구비되어 제 1 분할셀(11)과 제 2 분할셀(12)의 인접 영역에만 배치됨에 따라, 도전체(30)에 의해 수광면적이 줄어드는 것을 최소화할 수 있다.
상기 도전체(30)는 종래 기술에 따른 리본 형태의 인터커넥터와 동일한 재료를 사용하여 구성할 수 있다. 또한, 도전체(30)와 전면전극(20)의 연결, 도전체(30)와 후면전극의 연결은 납땜 방식을 이용할 수 있다. 또한, 상기 도전체(30)은 전도성 접착제 또는 전도성 접착테이프로 구성할 수 있다.
상술한 실시예에 있어서 분할셀(10)의 일단측에 버스바전극(21)이 구비되는 형태로 정상셀이 분할되는 것을 일 예로 하여 설명하였으나, 제 1 분할셀(11)과 제 2 분할셀(12)의 인접 영역에만 도전체(30)가 배치되는 구조의 전제 하에 분할셀(10)의 전극구조는 제한되지 않는다. 분할셀(10)의 일단측에 버스바전극(21)이 구비되는 구조가 본 발명에 따른 최선의 실시예이나, 도전체(30)가 버스바전극(21)이 아닌 핑거전극(22)과 연결되는 구조도 가능하며(도 4 및 도 5 참조) 이 경우 핑거전극(22)과 도전성 포일(30)은 핑거전극(22)과 연결된 도전성 패드를 매개로 연결될 수 있다.
한편, 제 1 분할셀(11), 제 2 분할셀(12)를 포함하는 복수의 분할셀(10)은 전술한 바와 같이 정상적인 단품 크기의 태양전지 셀 이른 바, '정상셀'이 분할된 것이며, 각각의 분할셀(10)에서 생산되는 전류량은 동일하거나 오차범위 내에서 유사한 수준을 갖는다. 또한, 정상셀은 가로, 세로 6인치 크기(약 156mm x 156mm)의 실리콘 기판에 태양전지 공정이 적용되어 p-n 접합구조 및 전극구조가 완성된 태양전지이다. 통상의 실리콘 기판은 정사각형 형태에서 모서리 부분이 모따기되어 팔각형 형태를 이룸에 따라, 정상셀 역시 팔각형 형태를 이룬다.
팔각형 형태의 정상셀을 균등 분할하게 되면 정상셀의 테두리를 포함하는 분할셀(10)과 정상셀의 내측 영역을 포함하는 분할셀(10)은 그 면적이 서로 다르며, 그 이유는 전술한 바와 같이 정상셀의 테두리에 모따기 부분이 포함되어 있기 때문이다.
따라서, 각각의 분할셀(10)에 의해 생산되는 전류량을 동일(또는 허용오차범위 내에서 유사한 수준)하게 설정하기 위해서는 각각의 분할셀(10)의 면적이 동일하거나 허용오차범위 내에 속해야 한다. 이를 위해, 정상셀의 분할시 모따기에 의해 줄어드는 면적을 고려하여 정상셀을 분할해야 하며, 이 경우 정상셀은 등분 분할되지 않는다.
10 : 분할셀 11 : 제 1 분할셀
12 : 제 2 분할셀 20 : 전면전극
21 : 버스바전극 22 : 핑거전극
30 : 도전체

Claims (7)

  1. 이웃하여 배치되며, 서로 전기적으로 연결되는 제 1 분할셀, 제 2 분할셀을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하며,
    제 2 분할셀의 일단측 후면이 이웃하는 제 1 분할셀의 타단측 전면 상에 걸쳐져 있는 형태로 반복, 배치되며,
    각각의 분할셀은 전면전극과 후면전극을 구비하며, 제 1 분할셀의 전면전극은 제 2 분할셀의 후면전극과 도전체를 매개로 전기적으로 연결되며,
    상기 복수의 분할셀은 정상셀로부터 분할된 것이며,
    각각의 분할셀에 의해 생산되는 전류량은 동일하거나 허용오차범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
  2. 이웃하여 배치되며, 서로 전기적으로 연결되는 제 1 분할셀, 제 2 분할셀을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하며,
    제 2 분할셀의 일단측 후면이 이웃하는 제 1 분할셀의 타단측 전면 상에 걸쳐져 있는 형태로 반복, 배치되며,
    각각의 분할셀은 전면전극과 후면전극을 구비하며, 제 1 분할셀의 전면전극은 제 2 분할셀의 후면전극과 도전체를 매개로 전기적으로 연결되며,
    상기 복수의 분할셀은 정상셀로부터 분할된 것이며,
    각각의 분할셀의 면적은 서로 동일하거나 허용오차범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 분할셀은 정상셀을 분할한 것이며, 각각의 분할셀에 의해 생산되는 전류량이 동일하거나 허용오차범위 내에 속하도록 각 분할셀의 전극패턴이 설계되는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도전체는 분할셀의 일단측 또는 타단측 상에 분할셀을 가로지르는 형태로 구비되어 분할셀에 구비되는 복수의 전면전극 또는 복수의 후면전극을 일체형으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정상셀은 정사각형 형태에서 모서리 부분이 모따기된 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 분할셀은 일단측에 버스바전극을 구비하며, 상기 도전체는 분할셀의 일단측에 구비된 버스바전극을 덮는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정상셀은 기판 전체에 걸쳐 복수의 핑거전극이 이격, 배치되고 복수의 핑거전극을 직교하는 형태로 3∼5개의 버스바전극이 구비되는 구조이며,
    상기 정상셀로부터 분할된 분할셀은 1개의 버스바전극을 포함하며, 1개의 버스바전극은 분할셀의 일단측에 구비되는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 기와 적층 형태의 태양전지 모듈.
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