KR20190061365A - 태양 전지 패널 - Google Patents

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KR20190061365A
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현대선
이수천
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 전극을 가지는 태양 전지; 상기 태양 전지의 상기 전극에 전기적으로 연결되는 배선재; 및 상기 전극과 상기 배선재가 중첩된 부분에서 상기 전극과 상기 배선재 사이에 위치하여 상기 전극과 상기 배선재를 전기적으로 연결하는 복수의 연결 부재를 포함한다. 상기 복수의 연결 부재는 서로 다른 크기를 가지는 제1 연결 부재와 제2 연결 부재를 포함한다.

Description

태양 전지 패널{SOLAR CELL PANEL}
본 발명은 태양 전지 패널에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양 전지 패널에 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.
이러한 태양 전지는 복수 개가 리본에 의하여 직렬 또는 병렬로 연결되고, 복수의 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. 그런데, 온도의 변화 등에 의하여 리본의 팽창 및 수축이 반복되면 태양 전지에 스트레스가 가해져서 태양 전지 내에 존재하던 작은 균열(crack)이 전파되어 태양 전지가 손상되거나 리본이 분리되는 문제가 발생할 수 있었다. 이에 의하여 장기 신뢰성이 저하될 수 있다.
본 발명은 장기 신뢰성을 향상할 수 있는 태양 전지 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널은, 전극을 가지는 태양 전지; 상기 태양 전지의 상기 전극에 전기적으로 연결되는 배선재; 및 상기 전극과 상기 배선재가 중첩된 부분에서 상기 전극과 상기 배선재 사이에 위치하여 상기 전극과 상기 배선재를 전기적으로 연결하는 복수의 연결 부재를 포함한다. 상기 복수의 연결 부재는 서로 다른 크기를 가지는 제1 연결 부재와 제2 연결 부재를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 상대적으로 스트레스가 작은 제1 영역에 상대적으로 작은 크기를 가지는 제1 연결 부재를 위치시켜 연결 부재의 사용량을 최소화하면서, 상대적으로 스트레스가 큰 제2 영역에 상대적으로 큰 제2 연결 부재를 위치시켜 배선재의 박리를 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널의 공정 비용을 절감하고 장기 신뢰성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지와 이를 연결하는 배선부를 개념적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지, 연결 부재 및 절연 부재, 그리고 배선부를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 하나의 태양 전지, 연결 부재 및 절연 부재, 그리고 배선재를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 하나의 태양 전지, 연결 부재 및 절연 부재, 그리고 배선재를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 8은 제1 두께를 가지는 연결 부재와 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가지는 제2 연결 부재에서 온도 시험을 수행하기 전의 초기 전단 변형과 온도 시험 사이클을 2회 수행한 후의 시험 후 전단 변형을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 두 개의 태양 전지 스트링에 각기 포함된 두 개의 태양 전지, 배선부, 절연 부재 및 연결 부재, 고정 부재를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 11은 제1 영역에 위치한 태양 전지의 일부 및 제2 영역에 위치한 태양 전지의 일부를 도시한 부분 후면 평면도이다.
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.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 두 개의 태양 전지와 이를 연결하는 배선부를 개념적으로 도시한 부분 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시한 태양 전지 패널에 포함된 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이다. 참조로, 도 2는 도 4의 II-II 선에 대응하는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)은, 전극(142, 144)을 가지는 태양 전지(10)와, 태양 전지(10)의 전극(142, 144)에 전기적으로 연결되는 배선부(20)와, 전극(142, 144)과 배선부(20)가 중첩된 부분에서 이들 사이에 위치하여 전기적으로 연결하는 복수의 연결 부재(32)를 포함한다. 이때, 복수의 연결 부재(32)는 서로 다른 크기를 가지는 제1 연결 부재(도 4의 참조부호 32a, 이하 동일)와 제2 연결 부재(도 4의 참조부호 32b, 이하 동일)를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
그리고 태양 전지 패널(100)은, 태양 전지(10) 및 배선부(20)를 둘러싸서 밀봉하는 밀봉재(44)와, 밀봉재(44) 위에서 태양 전지(10)의 일면(일 예로, 전면)에 위치하는 제1 부재(42a)와, 밀봉재(44) 위에서 태양 전지(10)의 타면(일 예로, 후면)에 위치하는 제2 부재(42b)를 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(10)는, 반도체 기판(110)과, 반도체 기판(110)의 일면(일 예로, 후면)에 위치하는 전극(142, 144)(즉, 제1 및 제2 전극(142, 144))을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 추후에 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서 태양 전지 패널(100)은 복수의 태양 전지(10)를 구비하고, 복수의 태양 전지(10)는 배선부(20)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
구체적으로, 배선부(20)는 적어도 일부가 각 태양 전지(10)의 제1 및 제2 전극(142, 144)와 중첩되어 제1 및 제2 전극(142, 144)에 연결되는 배선재(22)와, 태양 전지(10) 사이에서 배선재(22)와 교차하는 방향으로 위치하여 배선재(22)에 연결되는 연결 배선(24)을 포함할 수 있다. 배선재(22)와 연결 배선(24)에 의하여 복수의 태양 전지(10)가 일 방향(도면의 x축 방향)으로 연결되어 하나의 열(列)(즉, 태양 전지 스트링)을 형성할 수 있다. 그리고 배선부(20)는, 태양 전지 스트링의 양 끝단에 위치하여 이를 또 다른 태양 전지 스트링 또는 정션 박스(미도시)에 연결하는 버스바 배선(26)을 더 포함할 수 있다.
배선재(22), 연결 배선(24), 버스바 배선(26)은 각기 도전성 물질(일 예로, 금속 물질)을 포함할 수 있다. 일 예로, 배선재(22), 연결 배선(24), 버스바 배선(26)이 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 중 어느 하나를 포함하는 도전성 코어와, 코어의 표면 위에 위치하며 주석(Sn) 또는 주석(Sn)을 포함하는 합금을 포함하는 도전성 코팅층을 포함할 수 있다. 일 예로, 코어는 구리(Cu)로 형성될 수 있으며, 도전성 코팅층은 주석(Sn)을 포함하는 합금인 SnBiAg로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 배선재(22), 연결 배선(24), 버스바 배선(26)의 물질, 형상, 연결 구조 등은 다양하게 변형될 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 쉴드 부재(50)가 인접한 태양 전지(10) 사이에 위치한 배선부(20)(즉, 배선재(22)와 연결 배선(24)) 및/또는 태양 전지 스트링을 연결하는 배선부(20)(즉, 버스바 배선(26))을 가리는 위치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 쉴드 부재(50)가, 인접한 태양 전지(10) 사이에 위치한 배선부(20)를 가리도록 이에 중첩되도록 위치하는 제1 쉴드 부재(52)와, 태양 전지 스트링을 연결하는 배선부(20)를 가리도록 이에 중첩되도록 위치하는 제2 쉴드 부재(54)를 포함할 수 있다. 쉴드 부재(50)는 배선부(20)를 가릴 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다. 이러한 쉴드 부재(50)는 특정한 색상을 가져서 배선부(20)가 외부에 보이지 않도록 하여 태양 전지 패널(100)의 외관을 향상할 수 있다. 이러한 쉴드 부재(50)는 배선부(20)와는 다른 반사도를 가져 배선부(20)가 외부로 보여지는 것을 방지하되 광을 완전하게 차단하지는 않는 물질로 구성될 수 있다. 그러면, 적은 양의 광이라도 투과시켜 쉴드 부재(50)를 구비하는 경우에도 태양 전지(10)에 충분한 광이 입사되도록 할 수 있다. 쉴드 부재(50)가 제2 부재(42b)와 동일 또는 유사한 색상을 가거나 동일한 계열의 색을 가져 태양 전지 패널(100)의 외관을 좀더 향상할 수 있다.
일 예로, 쉴드 부재(50)는, 베이스 부재(50a)와, 베이스 부재(50a)의 일면에 위치하는 점착층(cohesion layer)(50b)을 포함할 수 있다. 베이스 부재(50a)는 몸체를 구성하며, 쉴드 부재(50)에 필요한 특정한 색상을 가질 수 있다. 점착층(50b)은 쉴드 부재(50)를 태양 전지(10) 등에 점착시키는 층일 수 있다. 여기서, 점착이라 함은 상온에서 물리적 힘에 의해 두 개의 층이 서로 부착되거나 분리될 수 있는 정도의 접착력을 의미하는 것으로, 열처리를 통해 두 개의 층이 서로 부착되어 두 개의 층을 분리할 때 어느 하나의 층이 손상되는 접착(adhesion)과는 다른 의미이다. 이와 같이 쉴드 부재(50)가 점착층(50b)을 구비하므로 제조 공정 중 쉴드 부재(50)의 점착, 분리, 위치 조정 등이 용이하다.
여기서, 베이스 부재(50a)는 절연성 물질로 구성되고, 일 예로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)로 구성될 수 있다. 아울러, 점착층(50b)은 점착 특성을 가지는 다양한 수지로 구성될 수 있으며, 에폭시(epoxy) 계열 수지, 아크릴(acryl) 계열 수지, 또는 실리콘(silicone) 계열 수지 등으로 구성될 수 있다.
그러나 쉴드 부재(50)가 필수적인 것은 아니며, 쉴드 부재(50)의 적층 구조, 이들을 구성하는 물질 등이 상술한 바 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있다.
밀봉재(44)는, 배선부(20)에 의하여 연결된 태양 전지(10)의 전면에 위치하는 제1 밀봉재(44a)와, 태양 전지(10)의 후면에 위치하는 제2 밀봉재(44b)를 포함할 수 있다. 제1 밀봉재(44a)와 제2 밀봉재(44b)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 패널(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 제1 및 제2 밀봉재(44a, 44b)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 밀봉재(44a)와 제2 밀봉재(44b)로 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 밀봉재(44a, 44b)를 이용한 라미네이션 공정 등에 의하여 제2 부재(42b), 제2 밀봉재(44b), 태양 전지(10), 배선부(20), 쉴드 부재(50), 제1 밀봉재(44a), 제1 부재(42a)가 일체화되어 태양 전지 패널(100)을 구성할 수 있다.
제1 부재(42a)는 제1 밀봉재(44a) 상에 위치하여 태양 전지 패널(100)의 전면을 구성하고, 제2 부재(42b)는 제2 밀봉재(44b) 상에 위치하여 태양 전지(10)의 후면을 구성한다. 제1 부재(42a) 및 제2 부재(42b)는 각기 외부의 충격, 습기, 자외선 등으로부터 태양 전지(10)를 보호할 수 있는 절연 물질로 구성될 수 있다. 그리고 제1 부재(42a)는 광이 투과할 수 있는 투광성 물질로 구성되고, 제2 부재(42b)는 투광성 물질, 비투광성 물질, 또는 반사 물질 등으로 구성되는 시트로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 부재(42a)가 유리 기판 등으로 구성될 수 있고, 제2 부재(42b)가 필름 또는 시트 등으로 구성될 수 있다. 제2 부재(42b)는 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입을 가지거나, 또는 베이스 필름(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET))의 적어도 일면에 형성된 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지층을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(44a, 44b), 제1 부재(42a), 또는 제2 부재(42b)가 상술한 설명 이외의 다양한 물질을 포함할 수 있으며 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 부재(42a) 또는 제2 부재(42b)가 다양한 형태(예를 들어, 기판, 필름, 시트 등) 또는 물질을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 패널(100)에 적용될 수 있는 태양 전지(10)는, 반도체 기판(110)을 포함하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 연결되는 제1 및 제2 전극(142, 144)을 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 전극(142, 144)은 서로 평행하게 형성된 부분을 포함할 수 있는데, 본 실시예에서는 서로 반대되는 극성의 캐리어를 수집하는 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)이 광전 변환부의 일면(일 예로, 후면)에 함께 위치하면서 서로 평행하게 형성될 수 있다. 이와 같이 태양 전지(10)가 후면 전극 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서 광전 변환부는, 반도체 기판(110)과, 반도체 기판(110)에 또는 반도체 기판(110) 위에 위치하는 도전형 영역(132, 134)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 서로 반대되는 극성의 캐리어에 관여하는 제1 도전형 영역(132)과 제2 도전형 영역(134)이 반도체 기판(110)의 일면(일 예로, 후면) 쪽에 함께 위치할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)이 제어 패시베이션막(120)을 사이에 두고 반도체 기판(110)과 별개로 위치한 것을 예시하였다.
일 예로, 반도체 기판(110)은 제2 도전형 도펀트를 포함하는 결정질 반도체(예를 들어, 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼, 특히 단결정 실리콘 웨이퍼)로 구성된 베이스 영역(112)을 포함할 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(112) 또는 반도체 기판(110)을 기반으로 한 태양 전지(10)은 전기적 특성이 우수하다. 반도체 기판(110)의 전면에는 베이스 영역(112)과 동일한 도전형을 가지며 베이스 영역(112)보다 높은 도핑 농도를 가지는 전면 전계 영역(114)이 위치할 수 있다. 그리고 반도체 기판(110)의 전면에는 반사를 방지하기 위한 반사 방지 구조(일 예로, 반도체 기판(110)의 (111)면으로 구성된 피라미드 형상의 텍스쳐링 구조)를 구비할 수 있고, 반도체 기판(110)의 후면은 경면 연마된 면으로 구성되어 전면보다 표면 거칠기가 작을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
제어 패시베이션막(120)은 산화막, 실리콘을 포함하는 유전막 또는 절연막, 질화 산화막, 탄화 산화막 등으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제어 패시베이션막(120)이 실리콘 산화막일 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)은 비정질 반도체, 미세 결정 반도체, 또는 다결정 반도체(일 예로, 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘) 등에 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 도핑되어 형성될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)이 다결정 반도체를 가지면 높은 캐리어 이동도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 p형일 경우에는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3족 원소를 사용할 수 있다. 제1 또는 제2 도전형 도펀트가 n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 도전형 도펀트 중 하나가 보론(B)이고 다른 하나가 인(P)일 수 있다.
이때, 제1 도전형 영역(132)의 면적(일 예로, 폭)이 제2 도전형 영역(134)의 면적(일 예로, 폭)보다 클 수 있다. 이에 의하면 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(132)이 후면 전계 영역으로 기능하는 제2 도전형 영역(134)보다 넓은 면적을 가져 광전 변환에 유리할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)이 동일한 평면에 위치한 반도체층(130)에 함께 위치하며, 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134) 사이에 도핑되지 않은 진성 반도체로 구성된 배리어 영역(136)이 구비될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제어 패시베이션막(120)을 구비하지 않을 수 있다. 또는, 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134) 중 적어도 하나가 반도체 기판(110)의 일부에 도펀트가 도핑되어 형성되어 반도체 기판(110)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수도 있다. 그리고 배리어 영역(136)을 구비하지 않거나, 배리어 영역(136)이 반도체 물질 이외의 다른 물질을 포함할 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 반도체 기판(110)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(110)의 전면에 형성된 전면 전계 영역(114) 위)에 전면 패시베이션막(124) 및/또는 반사 방지막(126)이 전체적으로 위치할 수 있다. 후면 패시베이션막(140)이 컨택홀(140a)을 제외하고 반도체층(130)의 후면 위에 전체적으로 위치할 수 있다. 일례로, 전면 패시베이션막(124), 반사 방지막(126) 또는 후면 패시베이션막(140)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.
그리고 제1 전극(142)이 컨택홀(140a)을 통하여 제1 도전형 영역(132)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉)되고, 제2 전극(144)이 컨택홀(140a)을 통하여 제2 도전형 영역(134)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉)될 수 있다. 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)은 전도성 물질(일 예로, 금속)으로 구성될 수 있다.
이러한 태양 전지(10)에는 배선재(22)를 포함하는 배선부(20)가 전기적으로 연결되어 다른 태양 전지(10) 또는 외부 회로와 전기적 연결이 가능하도록 한다. 이때, 태양 전지(10)의 전극(142)과 배선재(22)의 전기적인 연결 또는 절연을 위하여 이들 사이에 연결 부재(32) 및 절연 부재(34)가 구비되는데, 본 실시예에서는 연결 부재(32)가 서로 다른 크기를 가지는 제1 연결 부재(32a) 및 제2 연결 부재(32b)를 가진다. 이를 도 1 내지 도 3과 함께 도 4 내지 도 7을 참조하여 이하에서 좀더 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1에 도시한 태양 전지 패널(100)에 포함된 두 개의 태양 전지(10), 연결 부재(32) 및 절연 부재(34), 그리고 배선부(20)를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다. 명확한 구별을 위하여 이하에서는 서로 인접한 두 개의 태양 전지(10)를 태양 전지(10a, 10b)라 할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 태양 전지(10a)의 제1 전극(142)과 이에 인접한 다른 태양 전지(10b)의 제2 전극(144)은 복수 개의 배선재(22) 및 연결 배선(24)에 의하여 연결될 수 있다.
본 실시예에서 전극(142, 144)은 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되는 복수의 전극(142, 144)을 포함한다. 좀더 구체적으로, 전극(142, 144)은 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)을 포함하며, 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)이 각기 복수로 구비되어 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 전극(142)과 제2 전극(144)이 서로 교번하여 위치할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 전극(142, 144)은 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 금속을 포함할 수 있으며, 일 예로, 복수의 금속층을 포함할 수 있다.
이때, 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)은 각기 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 제1 도전형 영역(132)이 복수의 제1 전극(142)에 대응하도록 제1 방향으로 길게 이어지는 복수의 부분을 구비할 수 있다. 그리고 제2 도전형 영역(134)이 복수의 제2 전극(144)에 대응하도록 제1 방향으로 길게 이어지는 복수의 부분을 구비할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)이 제1 및 제2 전극(142, 144)보다 큰 폭을 가질 수 있다. 그리고 제1 도전형 영역(132)과 제2 도전형 영역(134) 사이에는 배리어 영역(136)이 위치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 및 제2 도전형 영역(132, 134)이 제1 및 제2 전극(142, 144)과 다른 형상을 가질 수도 있다.
그리고 배선재(22)는, 제2 방향으로 연장되며 제1 전극(142)에 전기적으로 연결되는 제1 배선(22a) 및 제2 방향으로 연장되며 제2 전극(144)에 전기적으로 연결되는 제2 배선(22b)를 포함할 수 있다. 제1 배선(22a)이 복수로 구비되고 제2 배선(22b)이 복수로 구비되며, 제1 방향에서 제1 배선(22a)과 제2 배선(22b)이 서로 교번하여 위치할 수 있다. 그러면, 복수의 제1 및 제2 배선(22a, 22b)이 균일한 간격을 가지면서 제1 및 제2 전극(142, 144)에 연결되어 캐리어를 효과적으로 전달할 수 있다.
이때, 제1 배선(22a)은 각 태양 전지(10)에 구비된 제1 전극(142)에 연결 부재(32)를 통하여 전기적으로 연결되고, 제2 전극(144)과는 절연 부재(34)에 의해 절연될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 배선(22b)은 각 태양 전지(10)에 구비된 제2 전극(144)에 연결 부재(32)를 통하여 전기적으로 연결되고, 제1 전극(142)과는 절연 부재(32)에 의해 절연될 수 있다.
좀더 구체적으로, 제1 배선(22a)과 제1 전극(142)의 일부가 중첩되고, 이와 같이 중첩된 부분에서 제1 배선(22a)과 제1 전극(142) 사이에 도전성을 가지는 연결 부재(32)가 위치하여 제1 배선(22a)과 제1 전극(142)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 제1 배선(22a)과 제2 전극(144)이 중첩되는 부분에서는 제1 배선(22a)과 제2 전극(144) 사이에 절연 특성을 가지는 절연 부재(34)가 위치하여 제1 배선(22a)과 제2 전극(144)이 서로 절연될 수 있다.
이와 유사하게, 제2 배선(22b)과 제2 전극(144)의 일부가 중첩되고, 이와 같이 중첩된 부분에서 제2 배선(22b)과 제2 전극(144) 사이에 도전성을 가지는 연결 부재(32)가 위치하여 제2 배선(22b)과 제2 전극(144)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 제2 배선(22b)과 제1 전극(142)가 중첩되는 부분에서는 제2 배선(22b)과 제1 전극(142) 사이에 절연 특성을 가지는 절연 부재(34)가 위치하여 제2 배선(22b)과 제1 전극(142)이 서로 절연될 수 있다.
연결 부재(32)은 다양한 도전성 물질을 포함하고, 절연 부재(34)는 다양한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(32)는 제1 및 제2 전극(142, 144) 및/또는 배선재(22)에 포함되는 물질을 포함하는 물질 또는 이들의 혼합 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 연결 부재(32)는 배선재(22)를 제1 또는 제2 전극(142, 144) 위에 놓고 열을 가하는 공정 등에 의하여 제1 및 제2 전극(142, 144) 및/또는 배선재(22)의 물질을 포함할 수 있다. 또는, 연결 부재(32)가 솔더층(일 예로, 솔더 페이스트층), 에폭시 솔더층(일 예로, 에폭시 솔더 페이스트층) 등을 포함할 수 있다. 일 예로, 연결 부재(32)가 저온 솔더 페이스트층과 상대적으로 높은 고온 솔더 페이스트층을 함께 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(32)는 Sn, SnAgCu, SnPb, SnBiCuCo, SnBiAg, SnPbAg, SnAg, SnBi 또는 SnIn 중 적어도 하나를 포함하는 솔더 페이스트층 또는 에폭시 솔더 페이스트층일 수 있다. 그리고 절연 부재(34)는 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 등을 포함할 수 있다.
그리고 일측 태양 전지(10a)의 제1 전극(142)에 연결된 제1 배선(22a)과 타측 태양 전지(10b)의 제2 전극(144)에 연결된 제2 배선(22b)은, 이와 교차하는 제1 방향으로 길게 연장되는 연결 배선(24)에 중첩 및 연결된다. 이때, 제1 배선(22a)과 연결 배선(24), 그리고 제2 배선(22a)과 연결 배선(24)이 중첩되어 연결되는 부분이 연결 부분(CP)를 형성한다. 이에 의하여 일측 태양 전지(10a)와 타측 태양 전지(10b)가 제2 방향으로 직렬로 연결될 수 있다. 도면에서는 제1 및 제2 배선(22a, 22b)과 연결 배선(24)이 서로 별개로 형성되어 서로 전기적으로 연결된 것을 예시하였다. 이때, 제1 및 제2 배선(22a, 22b)과 연결 배선(24)은 도전성 물질층(도시하지 않음)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 도전성 물질층은 연결 부재(32)와 동일한 물질일 수도 있고 서로 다른 물질일 수도 있다.
복수의 태양 전지(10)의 이웃한 두 개의 태양 전지(10)가 반복적으로 배선재(22)와 연결 배선(24)에 의하여 연결되어 복수의 태양 전지(10)가 제2 방향으로 서로 연결되어 태양 전지 스트링을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 복수의 연결 부재(32)가 서로 다른 크기를 가지는 제1 연결 부재(32a)와 제2 연결 부재(32b)를 포함할 수 있다. 여기서, 서로 다른 크기를 가진다 함은, 부피, 면적, 두께, 일 방향에서의 길이(즉, 제1 방향에서의 길이, 또는 제2 방향에서의 길이) 중 적어도 하나가 다른 것을 의미할 수 있다. 일 예로, 제1 연결 부재(32a)보다 제2 연결 부재(32b)의 크기가 더 클 수 있다. 특히, 제1 방향(도면의 y축 방향)에서의 폭이 제1 연결 부재(32a)보다 제2 연결 부재(32b)가 더 커서 제1 연결 부재(32a)의 면적보다 제2 연결 부재(32b)의 면적이 더 크거나, 제1 연결 부재(32a)의 두께보다 제2 연결 부재(32b)의 두께가 더 커서 제1 연결 부재(32a)의 부피보다 제2 연결 부재(32b)의 부피가 더 클 수 있다.
이때, 제1 연결 부재(32a)와 제2 연결 부재(32b)의 크기가 다르다 함은 10% 이상의 크기 차이를 가지는 것을 의미할 수 있다. 제1 연결 부재(32a)의 크기가 제2 연결 부재(32b)의 크기보다 클 때, 제2 연결 부재(32b)의 크기와 제1 연결 부재(32a)의 크기의 차이(즉, 제2 연결 부재(32b)의 크기에서 제1 연결 부재(32a)의 크기를 뺀 값)이 제1 연결 부재(32a)의 크기의 10% 이상일 수 있다. 일 예로, 부피, 면적, 두께, 일 방향에서의 길이(즉, 제1 방향에서의 길이, 또는 제2 방향에서의 길이) 중 적어도 하나를 기준으로 볼 때 제2 연결 부재(32b)의 크기와 제1 연결 부재(32a)의 크기의 차이(즉, 제2 연결 부재(32b)의 크기에서 제1 연결 부재(32a)의 크기를 뺀 값)이 제1 연결 부재(32a)의 크기의 10% 이상일 수 있다. 이러한 크기 차이를 가져야 크기 차이에 의한 효과를 충분하게 발휘할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 크기 차이가 상술한 수치보다 작은 값을 가질 수도 있다.
그리고 제2 연결 부재(32b)의 크기는 제1 연결 부재(32a)의 크기보다 10배 이내(일 예로, 5배 이내)의 크기를 가질 수 있다. 제2 연결 부재(32b)의 크기가 지나치게 커지면 불필요하게 소모량이 커질 수 있으며, 원하지 않은 쇼트 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제2 연결 부재(32b)가 제1 연결 부재(32a)의 크기의 10배를 초과하는 크기를 가질 수도 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이때, 제1 연결 부재(32a)는 배선재(22)에 의한 스트레스가 상대적으로 적은 부분에 위치할 수 있고, 제2 연결 부재(32b)는 배선재(22)에 의한 스트레스가 상대적으로 큰 부분에 위치할 수 있다. 이에 의하여 배선재(22)에 의한 스트레스가 강한 부분에서 배선재(22)가 박리되거나 분리되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
좀더 구체적으로, 태양 전지 패널(100)이 위치한 환경에서 온도가 변화하게 되면 배선재(22)의 팽창 및 수축이 반복되는데, 상대적으로 태양 전지(10)는 온도 변화에 의하여 변화하지 않는다. 이에 의하여 배선재(22)와 태양 전지(10) 사이에 일정한 스트레스 발생할 수 있다. 스트레스가 강한 부분에서는 배선재(22)가 전극(142, 144)으로부터 분리되어 전류를 수집하기 어려울 수 있으며 배선재(22)가 전극(142, 144)으로부터 분리되는 과정에서 태양 전지(10)에 손상이 발생할 수 있다. 특히, 본 실시예에서와 같이 전극(142, 144) 및 배선재(22)가 태양 전지(10)의 일면(일 예로, 후면)에만 위치하는 구조에서는, 스트레스에 의한 문제가 더 심각하게 나타날 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서는 상대적으로 스트레스가 큰 부분에 상대적으로 큰 크기를 가지는 제2 연결 부재(32b)를 위치시켜 배선재(22)의 부착력 또는 부착 특성을 향상하여 배선재(22)의 박리를 방지하고, 상대적으로 스트레스가 작은 부분에 상대적으로 작은 크기를 가지는 제1 연결 부재(32a)를 위치시켜 연결 부재(32)의 사용량을 줄일 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 하나의 태양 전지(10) 내에서 상대적으로 스트레스가 큰 부분에 제2 연결 부재(32b)를 위치시키고 상대적으로 스트레스가 작은 부분에 제1 연결 부재(32a)를 위치한 것을 예시하였다.
도 4에서는 일 예로 하나의 태양 전지(10)의 중앙부에 제1 연결 부재(32a)가 위치하고 가장자리부에 제2 연결 부재(32b)가 위치한 것을 예시하였다. 좀더 구체적으로, 배선재(22)의 연장 방향인 제2 방향(도면의 x축 방향)에서의 중앙부에 제1 연결 부재(32a)가 위치하는 제1 영역(A1)이 위치하고, 제2 방향에서의 가장자리부에 제2 연결 부재(32b)가 위치하는 제2 영역(A2)이 위치하는 것을 예시하였다. 이는 온도의 변화에 의한 배선재(22)의 길이 변화가 배선재(22)의 연장 방향인 제2 방향에서 크게 일어나므로 이를 고려하여 제2 방향에서의 가장자리부에 제2 영역(A2) 또는 제2 연결 부재(32b)를 위치시킨 것이다.
도 4에서는 배선재(22)의 연장 방향과 교차(일 예로, 직교) 또는 전극(142, 144)의 연장 방향과 평행한 제1 방향에서의 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1)보다 제2 연결 부재(32b)의 폭(W2)이 더 커서 제1 연결 부재(32)보다 제2 연결 부재(32b)의 면적 및 부피가 큰 것을 예시하였다. 이때, 제1 방향에서의 모든 연결 부재(32)의 폭(즉, 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)의 폭(W1, W2), 특히 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1))이 제1 방향에서의 배선재(22)의 폭과 같거나 그보다 클 수 있다. 즉, 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1)이 배선재(22)의 폭과 같거나 그보다 크고, 제2 연결 부재(32b)의 폭(W2)이 배선재(22)의 폭보다 클 수 있다. 일 예로, 모든 연결 부재(32)의 폭(즉, 제1 및 제2 연결 부재(32b)의 폭(W1, W2), 특히 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1))이 배선재(22)의 폭보다 클 수 있다.
이는 배선재(22)의 안정적인 부착을 위한 것이다. 그리고 제1 방향에서의 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)의 폭은 전극(142, 144) 또는 배선재(22)와의 부착 특성에 크게 관여하지 않으므로, 서로 동일 또는 유사(일 예로, 10% 이내의 오차를 가짐)할 수 있다.
온도 변화 등에 의하여 배선재(22)의 길이가 변화하여 배선재(22) 및 태양 전지(10)에 스트레스가 가해지면, 연결 부재(32)와 전극(142, 144) 사이가 쉽게 분리되어 결과적으로 배선재(22)가 태양 전지(10)로부터 분리 또는 박리될 수 있는바, 연결 부재(32)와 전극(142, 144)의 부착 면적(또는 접촉 면적)을 넓히면 배선재(22)의 분리 또는 박리를 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라 제1 방향에서의 제2 연결 부재(32b)의 폭(W2)을 상대적으로 크게 하면 제2 연결 부재(32b)와 전극(142, 144)의 부착 면적을 최대화하여 배선재(22)의 부착력 또는 부착 특성을 효과적으로 향상할 수 있다. 이때, 연결 부재(32)가 서로 다른 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b) 또는 이들이 위치하는 제1 및 제2 영역(A1, A2)만을 포함하여 단순한 설계에 의하여 쉽게 제조될 수 있다.
이때, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 복수의 연결 부재(32)의 피치(pitch)(이웃한 두 개의 연결 부재(32)의 중심 사이의 거리)는 서로 동일(일 예로, 10% 미만의 오차를 가짐)하되, 제2 연결 부재(32b)의 면적 또는 부피가 제1 연결 부재(32a)의 면적 또는 부피보다 더 크다. 복수의 연결 부재(32)의 피치를 균일하게 하여 전류를 균일하게 수집할 수 있다. 그리고 제1 영역(A1)에서 단위 면적당 연결 부재(32)의 면적 또는 부피 비율보다 제2 영역(A2)에서 단위 면적당 연결 부재(32)의 면적 또는 부피 비율이 더 클 수 있다. 그리고 제1 영역(A1)에서 제1 연결 부재(32a) 사이의 간격(이웃한 두 개의 연결 부재(32) 사이의 이웃한 가장자리들 사이의 거리)보다 제2 영역(A2)에서 제2 연결 부재(32b) 사이의 간격이 작을 수 있다. 이에 의하여 제2 영역(A2)에서의 부착 특성을 향상할 수 있다.
그리고 절연 부재(34)는 전체적으로 균일한 크기(일 예로, 10% 미만의 오차를 가짐) 및 균일한 피치((일 예로, 10% 미만의 오차를 가짐)를 가질 수 있다. 절연 부재(34)는 원하지 않는 전극(142, 144)과 배선재(22)의 절연을 안정적으로 수행할 수 있는 최소한의 크기로 형성되기 때문이다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 변형예들을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 하나의 태양 전지(10), 연결 부재(32) 및 절연 부재(34), 그리고 배선재(22)를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 제1 연결 부재(32a)가 위치하는 제1 영역(A1)과 제2 연결 부재(32b)가 위치하는 제2 영역(A2) 사이에 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)와 다른 크기를 가지는 제3 연결 부재(32c)가 위치하는 제3 영역(A3)이 위치할 수 있다. 이때, 제3 연결 부재(32c)의 크기가 제1 연결 부재(32a)보다 크고 제2 연결 부재(32b)보다 작을 수 있다. 일 예로, 제1 방향에서의 제3 연결 부재(32c)의 폭(W3)이 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1)보다 크고 제2 연결 부재(32b)의 폭(W2)보다 작을 수 있다.
이에 의하여 태양 전지(10)의 중앙부에서 가장자리부로 향하면서 연결 부재(32)의 크기, 면적 또는 부피가 단계적 또는 점진적으로 커질 수 있다. 그러면, 가장자리부로 향하면서 점진적으로 커지는 스트레스에 효과적으로 대응할 수 있다. 도 5에서는 하나의 태양 전지(10)에 세 개의 크기의 제1 내지 제3 연결 부재(32a, 32b, 32c) 및 이들이 위치하는 제1 내지 제3 영역(A1, A2, A3)이 구비된 것으로 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 연결 부재(32)가 서로 다른 크기를 가지는 네 개 이상의 연결 부재를 포함하면서 태양 전지(10)의 중앙부에서 가장자리부로 향하면서 연결 부재(32)의 크기, 면적 또는 부피가 단계적 또는 점진적으로 커질 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널에 포함된 하나의 태양 전지(10), 연결 부재(32) 및 절연 부재(34), 그리고 배선재(22)를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 6을 참조하면, 배선재(22)의 연장 방향과 교차하는 제1 방향(도면의 y축 방향)에서의 중앙부에 제1 연결 부재(32a)가 위치하는 제1 영역(A1)이 위치하고, 제1 방향에서의 가장자리부에 제2 연결 부재(32b)가 위치하는 제2 영역(A2)이 위치하는 것을 예시하였다. 다른 실시예로, 도 4 및 도 6을 함께 적용하여 태양 전지(10)의 중앙부에 제1 영역(A1) 또는 제1 연결 부재(32a)가 위치하고, 태양 전지(10)의 모든 가장자리부(즉, 제1 방향에 따른 가장자리 및 제2 방향에 따른 가장자리)를 따라 제2 영역(A2) 또는 제2 연결 부재(32b)가 위치할 수도 있다. 또한, 도 5과 관련하여 설명한 바와 같이 제1 연결 부재(32a) 및 제2 연결 부재(32b) 외에 이와 다른 크기를 가지는 다른 연결 부재가 더 포함될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양 전지(10)의 가장자리부에 제1 영역(A1) 또는 제1 연결 부재(32a)가 위치하고, 태양 전지(10)의 중앙부에 제2 영역(A2) 또는 제2 연결 부재(32b)가 위치할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 부분 단면도이다. 명확하고 간략한 도시를 위하여 도 7에서는 태양 전지(10)와 관련하여 반도체 기판(110)과 제1 및 제2 전극(142, 144)만 도시하였고, 도 7에서는 하나의 태양 전지(10)의 중앙부에 위치한 제1 영역(A1) 및 양측 가장자리부에 위치한 제2 영역(A2)의 일부를 위주로 도시하였다.
도 7을 참조하면, 본 변형예에서는 제1 연결 부재(32a)와 제2 연결 부재(32b)의 두께를 서로 다르게 하여 제1 연결 부재(32a)와 제2 연결 부재(32b)의 부피를 서로 다르게 한다. 좀더 구체적으로, 제1 연결 부재(32a)의 두께(T1)보다 제2 연결 부재(T2)의 두께(T2)를 더 크게 하여 제2 연결 부재(32b)와 배선재(22)의 부착력 또는 부착 특성을 향상할 수 있다.
이를 도 8을 함께 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 도 8은 제1 두께를 가지는 연결 부재와 제1 두께보다 큰 제2 두께를 가지는 제2 연결 부재에서 온도 시험을 수행하기 전의 초기 전단 변형과 온도 시험 사이클을 2회 수행한 후의 시험 후 전단 변형을 나타낸 그래프이다. 이때, 제1 두께가 100%라 할 때, 제2 두께는 218%의 크기를 가지는 경우를 도시하였다. 그리고 초기 전단 변형 및 시험 후 전단 변형은 제2 연결 부재의 초기 전단 변형을 100%로 한 상대값으로 나타내었다.
도 8을 참조하면, 제1 두께를 가지는 제1 연결 부재는 초기 전단 변형이 높은 값을 가지며 시험 후 전단 변형 또한 매우 높은 값을 가지는 반면, 상대적으로 큰 제2 두께를 가지는 제2 연결 부재는 초기 전단 변형이 낮으며 시험 후 전단 변형도 매우 작은 값을 가지는 것을 알 수 있다. 즉, 연결 부재의 두께를 증가시키면 전단 변형이 감소하는바, 배선재(22)의 박리 등의 문제를 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b) 위에 추가 연결층(320)이 위치하여 전극(142, 144)과 배선재(22) 사이의 거리를 균일 또는 유사하게 유지할 수 있으므로, 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)의 두께(T1, T2)에 차이가 있더라도 배선재(22)는 안정적으로 부착될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 추가 연결층(320)이 구비되지 않아도 배선재(22)는 연결 부재(32)를 통하여 전극(142, 144)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)의 면적 또는 폭 등은 서로 다를 수도 있고 서로 같을 수도 있다. 일 예로, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 방향에서 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1)보다 제2 연결 부재(32b)의 폭(W2)보다 크게 하여, 제2 연결 부재(32b)의 부피를 최대화할 수 있다.
그리고 상술한 도 1 내지 도 6와 관련된 실시예 및 변형예에서는 연결 부재(32)가 서로 다른 크기를 가지며 각기 배선재(22)와 전극(142, 144)의 중첩부에 대응하도록 이격된 복수의 연결 부재(32)(즉, 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b))로 구성된 것을 예시하였다.
이와 달리 본 변형예에서는 연결 부재(32) 위에 연결 부재(32)와 다른 물질 또는 다른 특성을 가지는 추가 연결층(320)을 더 구비할 수 있다. 추가 연결층(320)은 일 예로 연결 부재(32)와 배선재(22) 사이에서 이들에 접촉하여 형성될 수 있다.
이때, 일 예로, 연결 부재(32)가 상대적으로 높은 온도에서 솔더링되는 제1 솔더를 포함하는 고온 솔더층 또는 고온 에폭시 솔더층일 수 있고, 추가 연결층(320)은 제1 솔더보다 낮은 온도에서 솔더링되는 제2 솔더를 포함하는 저온 솔더층 또는 저온 에폭시 솔더층일 수 있다. 이러한 추가 연결층(320)을 더 구비하면, 추가 연결층(320)의 우수한 점착 특성에 의하여 솔더링 또는 라미네이션 공정 전에 전극(142, 144)의 고정을 안정적으로 수행하여 공정 안정성을 향상할 수 있다. 일 예로, 연결 부재(32)는 Sn, SnAgCu, SnPb, SnBiCuCo, SnBiAg, SnPbAg 또는 SnAg 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 추가 연결층(320)은 SnBi 또는 SnIn 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 연결 부재(32) 및 추가 연결층(320)의 물질로는 다양한 물질이 사용될 수 있다.
이때, 추가 연결층(320)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)에서 다른 형상을 가질 수 있다.
좀더 구체적으로, 제1 영역(A1)에 위치한 복수의 제1 연결층(320a)은 제1 연결 부재(32a)와 같이 각기 배선재(22)와 전극(142, 144)의 중첩부에 대응하도록 이격되어 위치할 수 있다. 이에 따라 복수의 제1 연결층(320a)은 제1 및 제2 방향에서 전극(142, 144) 및 배선재(22)가 위치한 부분에만 부분적 및 개별적으로 형성될 수 있다. 이때, 복수의 제1 연결층(320a)은 제1 연결 부재(32a) 위에만 위치하며 절연 부재(34) 위에는 형성되지 않을 수 있다.
반면, 제2 영역(A2)에 위치한 제2 연결층(320b)은 배선재(22)의 길이 방향을 따라 제2 방향으로 길게 이어지는 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 방향에서는 복수의 제2 연결층(320b)이 전극(142, 144)에 대응하여 서로 이격되어 형성되며, 제2 방향에서는 하나의 제2 연결층(320b)이 배선재(22)의 길이 방향에서는 제2 방향으로 연장되어 복수의 제2 연결 부재(32b)를 함께 덮을 수 있다. 특히, 제2 연결층(320b)은 복수의 제2 연결 부재(32b)와 함께, 이들 사이에 위치한 절연 부재(34), 그리고 제2 연결 부재(32b)와 절연 부재(34) 사이의 공간을 채우도록 위치할 수 있다. 즉, 제2 연결층(320b)은 제2 영역(A2) 내에서 연속적으로 연장되는 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 도 7에서는 제1 방향에서 볼 때 제2 영역(A2) 내에서 제2 영역(A2) 전체를 따라 길게 연결된 하나의 제2 연결층(320b)을 구비한 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 영역(A2) 내에 복수의 제2 연결층(320b)이 위치하고 그 중 하나가 복수의 제2 연결 부재(32b)를 함께 덮거나, 제2 연결 부재(32b)과 절연 부재(34)를 함께 덮는 것도 가능하다.
이러한 구조를 가지면 스트레스가 강하게 가해질 수 있는 제2 영역(A2)에서 배선재(22)와 전극(142, 144)의 부착력 또는 부착 특성을 향상하여 배선재(22)가 박리되는 등의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 및 제2 영역(A1, A2)에서 제1 연결층(320a) 및 제2 연결층(320b)이 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 연결층(320a)과 제2 연결층(320b)이 연결 부재(32)와 같이 각기 배선재(22)와 전극(142, 144)의 중첩부에 대응하도록 이격되어 위치할 수도 있다. 또는, 제1 연결층(320a)과 제2 연결층(320b)이 제1 및 제2 영역(A1, A2)에서 모두 복수의 연결 부재(32)를 덮도록 형성될 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다. 그리고 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)의 두께(T1, T2)를 서로 다르게 하고 추가 연결층(320)을 구비하지 않을 수 있다. 또한, 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)의 두께(T1, T2)를 동일하게 하고 폭(W1, W2) 등을 다르게 한 실시예에 추가 연결층(320)이 구비될 수도 있다. 더욱이, 도 7에서는 제2 방향에서의 중앙부에 제1 영역(A1)이 위치하고 이의 가장자리부에 제2 영역(A2)이 위치한 것을 예시하였으나, 제1 방향에서의 중앙부에 제1 영역(A1)이 위치하고 이의 가장자리부에 제2 영역(A2)이 위치할 수도 있다. 이와 같이 도 1 내지 도 4의 실시예, 도 5의 변형예, 도 6의 변형예 및 도 7의 변형예, 그리고 이들을 변형한 예는 서로 자유롭게 결합하여 실시될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상대적으로 스트레스가 작은 제1 영역(A1)에 상대적으로 작은 크기를 가지는 제1 연결 부재(32a)를 위치시켜 연결 부재(32)의 사용량을 최소화하면서, 상대적으로 스트레스가 큰 제2 영역(A2)에 상대적으로 큰 제2 연결 부재(32b)를 위치시켜 배선재(22)의 박리를 방지할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지 패널(100)의 공정 비용을 절감하고 장기 신뢰성을 향상할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도시한 태양 전지 패널에 포함되는 두 개의 태양 전지 스트링에 각기 포함된 두 개의 태양 전지, 배선부, 절연 부재 및 연결 부재, 고정 부재를 개략적으로 도시한 후면 평면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 배선부 또는 배선재(22)가 두 개의 태양 전지(10)(일 예로, 일측 태양 전지(10a) 및 타측 태양 전지(10b))에 걸쳐서 연장되는 제1 및 제2 배선(22a, 22b)을 구비한다. 그리고 태양 전지(10) 사이에서 제1 및 제2 배선(22a, 22b)를 연결하는 연결 배선(24)을 구비하지 않는다.
좀더 구체적으로, 제1 배선(22a)은 일측 태양 전지(10a)와 타측 태양 전지(10b)에 걸쳐서 형성되어, 일측 태양 전지(10a)의 제1 전극(142)과 타측 태양 전지(10b)의 제2 전극(144)을 연결한다. 그리고 일측 태양 전지(10a)에 위치한 제2 배선(22b)은 일측 태양 전지(10a)와 일측 태양 전지(10a)에 이웃하며 타측 태양 전지(10b)와 반대편(일 예로 도면의 좌측)에 위치할 다른 태양 전지에 걸쳐서 형성되어 일측 태양 전지(10a)의 제2 전극(144)과 상기 다른 태양 전지의 제1 전극(142)을 연결한다. 그리고 타측 태양 전지(10b)에 위치한 제2 배선(22b)은 타측 태양 전지(10b)와 타측 태양 전지(10b)에 이웃하며 일측 태양 전지(10a)와 반대편(일 예로 도면의 우측)에 위치할 또 다른 태양 전지에 걸쳐서 형성되어 타측 태양 전지(10b)의 제2 전극(144)과 상기 또 다른 태양 전지의 제1 전극(142)을 연결한다. 이와 같은 연결이 반복되어 태양 전지 스트링을 구성할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 배선(22a, 22b) 각각이 이웃한 두 개의 태양 전지(10a, 10b)에 걸쳐서 공통으로 형성되는 단일의 공통 배선으로 이루어질 수 있다.
이러한 태양 전지 패널에서는 복수의 태양 전지(10)를 제조한 후에 서로 이웃한 두 개의 태양 전지(10) 중 하나는 그대로 위치하고 다른 하나는 180도 회전하여 위치시켜 이웃한 두 개의 태양 전지(10)에서 제1 및 제2 전극(142, 144)의 배치를 반대로 하는 것에 의하여 쉽게 제조될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법에 의하여 상술한 구조로 연결할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 연결 배선(24)을 제거하는 것에 의하여 태양 전지(10) 사이의 간격을 줄여 단위 면적당 출력을 향상할 수 있다. 도 9의 구조는 도 1 내지 도 7, 도 10 및 도 11를 참조한 실시예 및 비교예들에 적용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 전지 패널을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 11은 제1 영역에 위치한 태양 전지의 일부 및 제2 영역에 위치한 태양 전지의 일부를 도시한 부분 후면 평면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예에서는 태양 전지 패널(100)이 서로 다른 크기의 연결 부재(32)를 포함하는 복수의 태양 전지(10)를 구비할 수 있다. 즉, 태양 전지 패널(100)의 제1 영역(A1)에 위치한 제1 태양 전지(10c)에 제1 연결 부재(32a)가 위치하고, 태양 전지 패널(100)의 제2 영역(A2)에 위치한 제2 태양 전지(10d)에 제1 연결 부재(32a)와 다른 크기의 제2 연결 부재(32b)가 위치할 수 있다.
이때, 도 10에서는 배선재(22)가 연장되는 제2 방향(도면의 x축 방향)에서 중앙부에 제1 영역(A1)이 위치하고, 가장자리부(일 예로, 양측 가장자리부)에 제2 영역(A2)이 위치한 것을 예시하였다. 이에 의하면 태양 전지 패널(100)의 사용 시에 스트레스가 많이 가해지는 가장자리부에 위치한 제2 태양 전지(10d)에서 배선재(22)의 박리 등의 문제를 최소화할 수 있다. 그리고 상대적으로 작은 스트레스가 가해지는 중앙부에 위치한 제1 태양 전지(10a)에서는 상대적으로 작은 제1 연결 부재(32a)를 위치시켜 연결 부재(32)의 총 사용량을 최소화할 수 있다.
도 10에서는 제1 연결 부재(32a)를 구비한 제1 태양 전지(10c)가 위치하는 제1 영역(A1) 및 제2 연결 부재(32b)를 구비한 제2 태양 전지(10d)가 위치하는 제2 영역(A2)만이 구비된 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 사이에 제1 및 제2 연결 부재(32a, 32b)와 다른 크기를 가지는 또 다른 연결 부재를 구비하는 또 다른 태양 전지 또는 또 다른 영역을 구비할 수 있다. 그리고 도 10에서는 배선재의 연장 방향인 제2 방향에서 제1 및 제2 태양 전지(10c, 10d) 또는 제1 및 제2 영역(A1, A2)이 위치한 것을 예시하였으나, 배선재의 연장 방향과 교차하는 제1 방향에서 제1 및 제2 태양 전지(10c, 10d) 또는 제1 및 제2 영역(A1, A2)이 위치한 것을 예시할 수도 있다. 또는, 제1 및 제2 방향에서의 중앙부에 제1 영역(A1)이 위치하고 제1 및 제2 방향의 가장자리를 따라 제2 영역(A2)이 위치할 수도 있다. 또한, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)의 위치가 서로 반대로 바뀔 수도 있다. 그 외에도 제1 및 제2 영역(A1, A2)이 다양한 배치를 가질 수 있다.
또한, 도 11에서는 제1 방향에서의 제2 연결 부재(32b)의 폭(W2)이 제1 연결 부재(32a)의 폭(W1)이 더 큰 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 7에서와 같이 제2 연결 부재(32b)의 두께가 제1 연결 부재(32a)의 두께보다 클 수 있다. 그리고 도 7에 도시한 바와 같이 추가 연결층(320)을 구비할 수 있다. 이때, 추가 연결층(320)은 제1 태양 전지(10a)와 제2 태양 전지(10b)에서 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 또는, 도 7을 참조하여, 제1 태양 전지(10a)에서는 추가 연결층(320)이 제1 연결 부재(32a)에 대응하여 부분적 및 개별적으로 형성되고, 제2 태양 전지(10a)에서는 추가 연결층(320)이 제2 방향을 따라 길게 이어지는 형상을 가져 복수의 제2 연결 부재(32b), 또는 제2 연결 부재(32b)와 절연 부재(34)를 함께 덮을 수 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
그리고 도 1 내지 도 7의 예에서는 하나의 태양 전지(10) 내에서 서로 다른 크기의 연결 부재(32)가 위치한 것만을 개시하였으며, 도 10 및 도 11의 예에서는 서로 다른 크기의 연결 부재(32)를 구비하는 태양 전지(10)를 함께 구비하는 것만을 개시하였다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 크기의 연결 부재(32)를 구비하는 서로 다른 태양 전지(10)를 구비하면서, 복수의 태양 전지(10) 중 적어도 하나에서 서로 다른 크기의 연결 부재(32)를 구비할 수도 있다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
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
10: 태양 전지
20: 배선부
22: 배선재
32: 연결 부재
32a: 제1 연결 부재
32b: 제2 연결 부재
34: 절연 부재

Claims (20)

  1. 전극을 가지는 태양 전지;
    상기 태양 전지의 상기 전극에 전기적으로 연결되는 배선재; 및
    상기 전극과 상기 배선재가 중첩된 부분에서 상기 전극과 상기 배선재 사이에 위치하여 상기 전극과 상기 배선재를 전기적으로 연결하는 복수의 연결 부재
    를 포함하고,
    상기 복수의 연결 부재는 서로 다른 크기를 가지는 제1 연결 부재와 제2 연결 부재를 포함하는 태양 전지 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재는 부피, 면적, 두께, 일 방향에서의 폭 중 적어도 하나가 서로 다른 태양 전지 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극이 제1 방향으로 연장되고,
    상기 배선재가 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되며,
    상기 제1 방향에서의 폭이 상기 제1 연결 부재보다 상기 제2 연결 부재가 더 크거나, 상기 제1 연결 부재의 면적보다 상기 제2 연결 부재의 면적이 더 크거나, 상기 제1 연결 부재의 두께보다 상기 제2 연결 부재의 두께가 더 크거나, 또는 상기 제1 연결 부재의 부피보다 상기 제2 연결 부재의 부피가 더 큰 태양 전지 패널.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배선재의 연장 방향과 교차하는 방향에서 상기 제1 연결 부재의 폭이 상기 배선재와 같거나 그보다 크고, 상기 제2 연결 부재의 폭이 상기 배선재보다 큰 태양 전지 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연결 부재의 크기와 상기 제1 연결 부재의 크기의 차이가 상기 제1 연결 부재의 크기의 10% 이상인 태양 전지 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 태양 전지에 대응하는 복수의 전극을 포함하고,
    상기 배선재가 상기 태양 전지에 대응하는 복수의 배선재를 포함하며,
    상기 태양 전지에 상기 제1 연결 부재와 상기 제2 연결 부재가 함께 위치하는 태양 전지 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재보다 상기 제2 연결 부재가 더 큰 크기를 가지고,
    상기 태양 전지에서 상기 제1 연결 부재가 중앙부에 위치하고, 상기 제2 연결 부재가 가장자리부에 위치하는 태양 전지 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재가 상기 배선재의 연장 방향에서의 중앙부에 위치하고,
    상기 제2 연결 부재가 상기 배선재의 연장 방향에서의 가장자리부에 위치하는 태양 전지 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방향에서의 폭이 상기 제1 연결 부재보다 상기 제2 연결 부재가 더 크거나, 상기 제1 연결 부재의 두께보다 상기 제2 연결 부재의 두께가 더 큰 태양 전지 패널.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 연결 부재는 상기 제1 및 제2 연결 부재와 서로 다른 크기를 가지는 제3 연결 부재를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 연결 부재는 상기 태양 전지의 중앙부로부터 가장자리부로 향하면서 크기가 작아지도록 배치되는 태양 전지 패널.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 연결 부재와 상기 배선재 사이에 상기 연결 부재와 다른 물질 또는 다른 특성을 가지는 추가 연결층을 더 구비하는 태양 전지 패널.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연결 부재가 제1 솔더를 포함하고,
    상기 추가 연결층이 상기 제1 솔더보다 낮은 온도에서 솔더링되는 제2 솔더를 포함하는 태양 전지 패널.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 태양 전지는 상기 제1 연결 부재가 복수로 위치하는 제1 영역과 상기 제2 연결 부재가 복수로 위치하는 제2 영역을 구비하고,
    상기 추가 연결층은, 상기 제1 영역에 위치하는 제1 연결층과, 상기 제2 영역에 위치하며 상기 제1 영역과 다른 형상을 가지는 제2 연결층을 포함하는 태양 전지 패널.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 연결층은 상기 제1 연결 부재에 대응하여 부분적으로 형성되고,
    상기 제2 연결층은 상기 배선재의 연장 방향을 따라 상기 제2 영역 내에서 길게 연장되는 태양 전지 패널.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 연결층은, 복수의 상기 제2 연결 부재를 함께 덮거나, 또는 상기 제2 연결 부재와 이에 이웃한 절연 부재를 함께 덮는 태양 전지 패널.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는, 상기 제1 연결 부재가 형성된 제1 태양 전지와, 상기 제2 연결 부재가 형성된 제2 태양 전지를 포함하는 태양 전지 패널.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재보다 상기 제2 연결 부재가 더 큰 크기를 가지고,
    상기 태양 전지 패널에서 상기 제1 태양 전지가 중앙부에 위치하고, 상기 제2 태양 전지가 가장자리부에 위치하는 태양 전지 패널.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지가 상기 태양 전지 패널에서 상기 배선재의 연장 방향에서의 중앙부에 위치하고,
    상기 제2 태양 전지가 상기 태양 전지 패널에서 상기 배선재의 연장 방향에서의 가장자리부에 위치하는 태양 전지 패널.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재가 복수로 구비되고,
    상기 제2 연결 부재가 복수로 구비되며,
    상기 복수의 제1 연결 부재의 피치(pitch)와 상기 복수의 제2 연결 부재의 피치가 서로 동일한 태양 전지 패널.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 상기 배선재가 중첩된 부분 중에서 서로 연결되지 않아야 할 부분에 위치하는 복수의 절연 부재를 더 포함하고,
    상기 복수의 절연 부재는 서로 균일한 크기를 가지는 태양 전지 패널.
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