KR20190085789A - 화합물 태양전지와 화합물 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에서는 화합물 반도체층, 상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제2 전극을 덮도록 형성된 지지 기판을 포함하고, 상기 지지 기판은 상기 제2 전극 일부를 외부로 노출하도록 형성된 오픈부를 포함하고, 상기 오픈부는 상기 제2 전극의 측면(side) 일부를 노출하도록 형성된 화합물 태양전지를 개시한다

Description

화합물 태양전지와 화합물 태양전지 모듈{COMPOUND SEMICONDUCTOR SOLAR CELL AND MODULE THEREOF}

본 발명은 화합물 태양전지를 겹쳐 연결한 화합물 태양전지 모듈에 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 붙여 사용하기도 한다.

그런데, 지지 기판이 구비된 화합물 반도체 태양전지를 겹쳐 스트링하는 경우에 지지 기판으로 인해 전극이 외부로 노출되지 않아, 태양전지 사이를 전기적으로 연결하는데 어려움이 있고, 더욱이 이웃한 두 태양전지를 겹쳐 배열하는 경우에 겹치는 부분은 전기를 생산하지 못하게 되므로 발전 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 지지 기판이 사용된 화합물 반도체 태양전지를 손 쉽게 스트링하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 화합물 반도체층, 상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제2 전극을 덮도록 형성된 지지 기판을 포함하고, 상기 지지 기판은 상기 제2 전극 일부를 외부로 노출하도록 형성된 오픈부를 포함하고, 상기 오픈부는 상기 제2 전극의 측면(side) 일부를 노출하도록 형성된 화합물 태양전지를 개시한다.

일 예에서, 상기 오픈부는 상기 제2 전극의 총 면적 대비 1%∼5% 이하를 노출한다.

일 예에서, 상기 오픈부는 적어도 상기 제2 전극의 모서리 주변에 형성되고, 쐐기 모양을 갖는다.

일 예에서, 상기 화합물 반도체층의 평면 모습은 제1 방향의 단변과 제2 방향의 장변을 갖는 직사각형 모양이고, 상기 제2전극은 상기 화합물 반도체층의 후면에 면접(面接)하도록 형성된다.

일 예에서, 상기 제1 방향으로 상기 오픈부의 가로 폭은 상기 제2 전극의 가로 폭 대비 2%∼5%이하이고, 상기 제2 방향으로 상기 오픈부의 세로 폭은 상기 제2 전극의 세로 폭 대비 5%∼50% 이하이다.

일 예에서, 상기 제1 방향으로 상기 오픈부의 가로 폭은 상기 제2 방향으로 상기 오픈부의 세로 폭보다 작다.

일 예에서, 상기 오픈부의 종횡비(제1 방향으로 길이/제2 방향의 길이)는 1/5~1/20이다.

바람직하게, 상기 제1 전극은 상기 오픈부와 동일한 형상의 패드를 포함한다.

일 예에서, 상기 제1 전극은 제1 방향으로 길게 연장되고, 제2 방향으로 이웃한 것과 나란하게 형성된 핑거 전극들과, 상기 제2 전극의 측면에 이웃하게 배치되고 상기 제2 방향으로 길게 연장해 상기 핑거 전극들을 연결시키는 버스 전극을 포함한다.

일 예에서, 상기 패드는 상기 핑거 전극들과 상기 버스 전극이 만나는 교차점에 형성된다.

일 예에서, 상기 버스 전극의 선폭은 상기 핑거 전극들의 선폭과 실질적으로 동일하다.

본 발명의 다른 실시예에서는 상술한 화합물 태양전지로 이뤄진 화합물 태양전지 모듈이 개시된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 지지 기판에 의해 덮어져 있는 전극의 측면 일부가 오픈부에 의해 외부로 드러난다. 따라서, 이웃한 두 태양전지를 겹쳐 배열할 때 하나의 태양전지를 다른 태양전지에 겹칠 때 오픈부가 형성된 측면에 가깝게 배치할 수가 있어, 중첩되는 영역을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 전체 모습을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 3은 III-V족 원소의 화합물 반도체로 이뤄진 화합물 반도체층의 자세한 층간 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 화합물 태양전지의 전면 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 화합물 태양전지의 후면 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 이웃한 두 태양전지가 포개어진 상태에서 패드와 오픈부의 위치를 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 11은 오픈부 및 패드의 다양한 형태를 예시하는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예예 따른 화합물 태양전지 모듈의 평면 모습을 보여주는 도면이다.
도 13은 도 12의 B-B'선에 따른 단면 모습을 간략히 보여준다.

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.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 전체 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 전체 모습을 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면 모습을 보여준다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 화합물 태양전지(10)는 pn 접합을 이루고 있는 화합물 반도체층(11)을 중심으로 전면(빛이 입사되는 면)과 후면에 각각 제1 전극(11)과 제2 전극(15)이 배치되고, 제2 전극(15)과 면접하게 형성된 지지 기판(17)을 포함한다.

화합물 반도체층(11)은 GaAs, InGaAs, AlGaAs, InGaP, AlGaInP 등과 같이 III-V족 원소의 화합물 반도체 재료로 구성될 수 있으며, 그 자세한 구성이 도 3을 통해 후술된다. 이 화합물 반도체층(11)은 평면에서 볼 때 장변(도면의 y축 방향)과 단변(도면의 x축 방향)을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다.

제1 전극(13)은 일 예에서, 화합물 반도체층(11)의 전면(태양을 향하는 면)에 배치된 전면 전극이다. 이 제1 전극(13)은 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 길게 형성된 버스 전극(13a)과 버스 전극(13a)에 일 단이 연결된 채 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되며 이웃한 것과 나란하게 배치된 핑거 전극들(13b)을 포함해 구성될 수 있고, 선택적으로 버스 전극(13a)과 핑거 전극(13b)이 만나는 지점에 형성된 패드(13c)를 더 포함해 구성될 수 있다.

제1 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.

그리고, 제2 전극(15)은 일 예에서, 화합물 반도체층(11)의 후면(전면의 반대면)에 배치되어 후면 전극을 구성한다. 이 제2 전극(15)은 화합물 반도체층(11)과 면접(面接)하도록 화합물 반도체층(11)의 후면 전체에 위치하는 시트(Sheet) 형상의 도전체로 형성될 수 있다.

이 제2 전극(15)은 제1 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.

지지 기판(17)은 제2 전극(15)의 후면에 제2 전극(15)과 면접하도록 형성이 되며, 이 지지 기판(17)은 매우 얇은 두께로 형성된 화합물 태양전지(10)를 지지해 화합물 태양전지(10)를 다루기 쉽게 도와준다.

이 지지 기판(17)은 PET(polyethylene　terephthalate) 필름이 일반적으로 많이 사용되며, 제2 전극(15)과 면접하도록 제2 전극(15)에 부착되어 있다. 바람직한 한 형태에서, 지지 가판(17)은 지지 기판(17)에 의해 가려져 있는 제2 전극(15)을 외부로 노출하기 위해 오픈부(21)를 더 포함해 구성될 수 있다.

오픈부(21)는 지지 기판(17)의 일부를 제거해 제2 전극(15)이 외부로 노출되도록 구성된 것으로, 화합물 태양전지(10)를 서로 겹쳐 배열해 모듈을 구성할 때, 겹쳐 배열된 두 태양전지가 전기적 물리적으로 연결될 수 있게 인터페이스를 제공한다. 이 오픈부(21)에 대해서는 도면을 달리해 이하에서 자세히 설명한다.

이하, 도 3을 참조로, 화합물 반도체층(11)의 층간 구조에 대해 보다 자세히 설명한다. 도 3은 화합물 반도체층(11)의 층간 구성을 보여주는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 화합물 반도체층(11)은 광 흡수층(PV)의 전면으로 윈도우층(111)과 전면 콘택층(113)이 배치되고, 전면 콘택층(113)과 접촉하도록 상술한 제1 전극(13)이 위치할 수 있다. 그리고, 광흡수층(PV)의 후면으로 후면 전계층(115)과 후면 콘택층(117)이 배치되고, 후면 콘택층(117)과 접촉하도록 상술한 제2 전극(15)이 위치할 수 있다.

광 흡수층(PV)은 예로 III-V족 반도체 화합물, 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.

광 흡수층(PV)은, p형 불순물과 n형 불순물이 각각 도핑된 p형 반도체층(PV-p)과, n형 반도체층(PV-n)을 포함해 pn 접합을 이룬다. 여기서, p형 불순물은 탄소, 마그네슘, 아연 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, n형 불순물은 실리콘, 셀레늄, 텔루륨 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

도면에서는 일 예로, n형 반도체층(PV-n)이 p형 반도체층(PV-p)보다 전면에 가깝게 형성되는 것을 도시하나, 이와 반대로 p형 반도체층(PV-p)이 n형 반도체층(PV-n)보다 전면에 가깝게 형성되는 것도 가능하다.

이 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).

후면 전계층(115)은 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. 일 예로, 후면 전계층(115)은 AlGaInP로 형성되며, 광흡수층(PV)의 후면에 전체적으로(entirely) 형성될 수 있다.

후면 콘택층(117)은 후면 전계층(115)의 후면에 전체적으로 위치하며, III-V족 반도체 화합물에 p형 불순물을 p형 반도체층(PV-p)보다 높은 도핑농도로 도핑하여 형성될 수 있다.

이 후면 콘택층(117)은 후면 전계층(115)과 제2 전극 사이 오믹 콘택을 제공해서 화합물 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킨다.

이 후면 콘택층(117)의 두께는 1110nm 내지 1130nm의 두께로 형성될 수 있다.

윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)과 전면 전극(13) 사이에 형성될 수 있으며, III-V족 반도체 화합물, 일례로 AlInP에 n형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 여기서, 알루미늄(Al)은 윈도우층(111)의 에너지 밴드갭을 광 흡수층(PV)의 에너지 밴드갭보다 높게 형성하기 위해 윈도우층(111)에 함유된다.

이 윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)의 전면(front surface)을 패시베이션(passivation)하는 기능을 한다.

전면 콘택층(113)은 III-V족 반도체 화합물에 윈도우층(111)의 불순물 도핑농도보다 높은 도핑농도로 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.

전면 콘택층(113)은 윈도우층(111)과 제1 전극(13) 간에 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성한다. 이 전면 콘택층(113)은 제1 전극(13)과 동일한 형상으로 형성된다.

이하, 도 4를 참조로 해서 태양전지의 전면에 대해 보다 자세히 설명한다. 도 4는 도 1에 도시한 화합물 태양전지의 전면 모습을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지(10)는 장변과 단변을 갖는 직사각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 도시된 바에 따르면, 이 실시예의 화합물 태양전지(10)는 제1 방향(도면의 x축 방향)의 장변과 제2 방향(도면의 y축 방향)의 단변을 갖는 직사각형의 평면 형상을 갖는다.

그리고, 화합물 태양전지(10)의 전면에 배치된 제1 전극(13)은 복수의 핑거 전극들(13b), 버스 전극(13a)를 포함해 구성된다.

복수의 핑거 전극들(13b)은 제1 방향으로 길게 형성되고, 이웃한 것과는 나란하게 배치가 된다. 그리고, 버스 전극(13a)은 제1 장변(L1)에 바로 이웃하게 배치가 되며, 제2 방향으로 길게 형성되어 각 핑거 전극(13b)을 연결시키고 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서 제1 전극(13)은 전체적으로 빗 모양을 갖도록 형성이 된다.

바람직한 한 형태에서, 버스 전극(13a)은 패드로 기능할 수 있게 핑거 전극(13b)의 선폭보다는 크게 형성될 수 있다. 여기서, 패드는 이웃하는 두 태양전지의 전기적 연결을 위해 제공된 접착 부분을 말한다.

버스 전극(13a)은 패드로 기능하기 위해서 핑거 전극(13b)의 선폭과 비교해서 1~10배 큰 것이 바람직하다. 버스 전극(13a)의 선폭이 너무 크게 되면 제조 비용이 지나치게 상승하고 버스 전극(13a)에 의해 빛이 입사되는 면적이 줄어 태양전지의 발전효율이 떨지는 문제가 있다. 이러한 점을 고려해 버스 전극(13a)의 선폭은 핑거 전극(13b)보다 최대 10배 큰 것이 바람직하다.

이와 반대로, 패드가 존재하는 경우, 버스 전극(13a)은 빛이 입사되는 면적을 넓히고 제조 비용을 줄이기 위해 핑거 전극(13b)과 동일한 선폭을 갖는 것이 바람직하다.

도 4에서는 버스 전극(13a)이 핑거 전극(13b)의 선폭보다 크고, 패드(13c)가 형성된 실시예를 예시하고 있다.

바람직한 한 형태에서, 패드(13c)는 버스 전극(13a)과 핑거 전극(13b)이 만나는 지점에 형성되며, 패드(13c)의 위치나 형상은 오픈부(21)와 동일한 형상을 가질 수 있으며, 이와 관련해서는 아래에서 오픈부(21)를 설명하며 같이 자세히 설명한다.

패드(13c)는 버스 전극(13a)에서 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 면적이 점진적으로 줄어드는 형상을 가질 수 있다. 도 4에서는 이러한 형상의 일 예로, 패드(13c)가 버스 전극(13a)의 양 쪽 끝에 각각 직각 삼각형 형상을 갖도록 형성되는 것을 도시하고 있다. 즉, 바람직한 한 형태에서, 패드(13c)는 태양전지의 모서리, 보다 정확히는 버스 전극(13a)이 이웃하도록 배치된 제1 장변(L1)의 모서리(장변과 단변이 만나는 꼭지점)에 최대한 가깝게 패드(13c)가 형성될 수 있다.

이 화합물 태양전지의 모서리는 실제 태양전지에서 전기 발전량이 가장 적은 부분이고, 또한 이웃한 두 태양전지가 겹쳐 배열될 때 중첩되는 부분(이하, 중첩 영역)의 가장 끝 쪽에 해당하는 부분이다. 이 끝 부분은 이웃한 두 태양전지가 겹쳐진 부분 중 응력이 가장 크게 발생하는 곳으로, 이 응력으로 인해 끝 부분이 말려 올라가는 에지 컬(edge-curl) 문제가 발생하던 부분이나, 패드가 이 끝부분으로 배치됨에 따라 이 같은 에지 컬 문제를 방지할 수가 있다.

한편, 도 5는 도 1에 도시한 화합물 태양전지의 후면 모습을 보여주는 도면이다.

이 도면을 참조하면, 화합물 태양전지(10)의 후면은 전체적으로 시트 형상의 제2 전극(15)이 형성되며, 이 제2 전극(15)은 지지 기판(17)에 의해 완전히 덮어져 있고, 오픈부(21)에 의해 일부가 부분적으로 외부에 노출된다.

바람직한 한 형태에서, 오픈부(21)는 제2 전극(15)의 모서리 일부가 오픈되도록 형성될 수 있다. 여기서 모서리는 제2 전극(15)의 가로(도면의 x축 방향)와 세로(도면의 y축 방향)이 만나 이루는 꼭지점을 말한다.

도면에서, 점선으로 표시한 부분은 태양전지(10)의 전면으로 형성된 패드(13c)를 나타낸다. 오픈부(21)는 태양전지(10)의 전면에 형성된 패드(13c)와 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 동일한 선 상에 배치되며, 패드(13c)가 이웃하게 배치된 모서리의 반대편 모서리를 노출하도록 형성된다.

여기서, 오픈부(21)는 패드(13c)의 형상과 동일하게 직각 삼각형 형상을 갖도록 형성될 수 있고, 오픈부(21)의 크기(면적 기준)는 패드(13c)의 크기보다 큰 것이 바람직하다.

이웃한 제1 및 제2 태양전지(C1, C2)가 겹쳐 배열될 때, 제1 태양전지(C1)는 제2 태양전지(C2) 위로 위치해 둘은 포개어진다. 이때, 제2 태양전지(C2)의 패드(13c) 위로 제1 태양전지(C1)의 오픈부(21)가 위치하게 되는데, 본 발명의 실시예에 따르면 오픈부(21)의 크기가 패드(13c)의 크기보다 크기 때문에 제2 태양전지(C2)의 패드(13c)는 제1 태양전지(C1)의 오픈부(21) 안쪽으로 위치할 수가 있다. 이때, 패드(13c) 및 오픈부(21)가 모두 동일한 형상(직각 삼각형)을 가지고 있어, 패드(13c) 및 오픈부(21)는 제1 및 제2 태양전지를 연결할 때 둘 사이의 위치를 알려주는 얼라인 키로 기능할 수가 있다(도 6 참조).

바람직한 한 형태에서, 오픈부(21)는 이웃한 두 태양전지가 겹쳐지는 부분이 최소가 될 수 있도록 제2 전극(15)의 측면(side)에 붙게 형성되고, 가로폭(도면의 x축 방향)보다는 세로폭(도면의 y축 방향)이 크게 형성될 수 있다. 이 같은 점을 고려해, 일 예로 오픈부(21)는 쐐기 모양(또는 삼각형 모양)을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 의하면, 제2 전극()은 오픈부(21)에 의해 측면()과 그 주변 일부가 외부로 노출이 된다.

오픈부(21)는 오픈부(21)를 통해 노출되는 제2 전극(15)의 면적과 중첩 영역의 상관 관계를 고려해서 오픈부(21)의 가로 폭(도면의 x축 방향)이 세로 폭(도면의 y축 방향)보다 작은 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 종횡비(가로/세로)가 1/5~1/20가 되도록 형성될 수 있다.

오픈부(21)의 종횡비가 1/5보다 작게 되면, 오픈부(21) 가로 폭(도면의 x축 방향)이 지나치게 커지게 되고, 이에 따라 중첩 영역의 폭이 너무 커져 중첩 영역으로 인해 태양전지가 가려지는 부분이 너무 커질 수가 있다.

참고로, 도 6에서 예시하는 바와 같이 제1 및 제2 태양전지(C1, C2)가 겹쳐 연결 될 때, 제1 태양전지(C1)의 오픈부(21)는 제2 태양전지(C2)에 의해 가려지는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이웃한 두 태양전지가 겹쳐 연결되는 경우, 둘 사이는 오픈부(21)에 제공된 도전성 접착제에 의해 연결이 된다. 그런데, 만약 오픈부(21)가 제2 태양전지(C2)에 의해 가려지지 않고 노출이 되면, 노출된 부분을 통해 도전성 접착제가 흘러나와 제2 태양전지의 측면을 타고 흘러 내리게 될 수 있고, 그럼 제2 태양전지(C2)는 흘러 내린 도전성 접착제에 의해 숏트될 수가 있기 때문이다.

또한, 오픈부(21)의 종횡비가 1/20보다 크게 되면, 오픈부(21)의 폭(도면의 x축 방향 기준)이 매우 협소해져, 도전성 접착제를 오픈부(21)에 공급하는데 어려움이 있다.

한편, 오픈부(21)는 제2 전극(15)의 총 면적 대비 대비 1%∼5% 이하를 노출시키는 것이 바람직하다. 만약, 오픈부(21)에 의해 노출된 제2 전극()의 면적이 1%보다 작으면, 노출된 면적이 너무 작아 이웃한 두 태양전지를 전기적 물리적으로 안정적으로 접합시키는 것이 어려우며, 5%보다 크면 이웃한 두 태양전지가 중첩되는 영역이 지나치게 커져 태양전지의 발전 효율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 오픈부(21)의 세로 폭(도면의 y축 방향)은 상기 제2 전극의 측면 전체 길이(도면의 y축 방향) 대비 중 5% ∼ 50% 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 오픈부(21)의 세로 폭은 중첩 영역에 형성된 복수 개의 오픈부의 세로 폭을 모두 합친 길이로, 오픈부(21)의 세로 폭은 제2 전극의 측면을 기준으로 한다.

만약, 오픈부(21)의 세로 폭 총 길이가 5%이하이면, 노출된 면적이 너무 작아 이웃한 두 태양전지를 전기적 물리적으로 안정적으로 접합시키는 것이 어려우며, 50%보다 크면 오픈부(21)에 의해 노출되는 면적이 너무 커져 화합물 태양전지를 안정적으로 지지하는데 어려움이 있다.

상술한 바와 같은 이유로, 오픈부(21)의 가로 폭(도면의 x축 방향) 역시 제2 전극(15)의 가로 폭 대비 2%∼5%이하인 것이 바람직하다.

이하, 도 7 내지 도 11을 참조로, 오픈부(21)의 다양한 형태에 대해 설명한다. 도 7 내지 도 11은 오픈부(21)의 다양한 형태를 예시하는 도면들이다. 도 7 내지 도 11에서 (A)는 화합물 태양전지의 후면에 형성된 오픈부(21)를 예시하며, (B)는 이에 맞춰 화합물 태양전지의 전면에 형성된 패드(13c)를 각각 예시한다.

먼저, 도 7에서는 오픈부(21)가 중첩 영역의 모서리 뿐만 아니라, 중첩 영역에 분산 배치되는 것을 예시하고 있다. 이 형태에서, 오픈부(21)는 모서리 부근의 제2 전극(15)을 노출하는 제1 오픈부(21)와 그 사이에 배치된 제2 오픈부(21)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 오픈부(21)는 제1 오픈부(21)와 비교해서 위치적인 차이 뿐만 아니라, 면적, 크기 등 형상이 다를 수 있다.

일 예로, 제2 오픈부(21)의 면적이 제1 오픈부(21)의 면적보다 커서, 제2 오픈부(21)에 의해 노출되는 제2 전극(15)의 면적이 제1 오픈부(21)에 의해 노출되는 제2 전극(15)의 면적보다 클 수 있다. 또는 이와 반대로, 제1 오픈부(21)의 면적이 제2 오픈부(21)의 면적보다 커질 수 있다.

도 7에서는 제1 오픈부(21)의 면적이 제2 오픈부(21)보다 크게 형성된 예를 도시하고 있다.

이 같은 오픈부(21)의 형상에 맞춰 패드(13c) 역시 면적이 다른 제1 패드(13c)와 제2 패드(13c)를 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 패드(13c)는 버스 전극(13a)의 양단에서 핑거 전극(13b)과 만나는 일부 영역으로 후면에 형성된 제1 오픈부(21)와 동일한 선 상(도면의 x축 방향으로)에 위치하도록 형성된다. 그리고, 제2 패드(13c)는 제1 패드(13c) 사이로 버스 전극(13a)과 핑거 전극(13b)이 만나는 영역으로 형성되며, 제2 오픈부(21)와 동일한 선 상(도면의 x축 방향)에 위치하도록 형성될 수 있다.

이에 의하면, 위치에 따라 오픈부(21)의 면적을 다르게 만들 수가 있으므로, 필요에 따라 보다 효과적으로 이웃한 두 태양전지를 물리적 전기적으로 연결할 수가 있다.

일 예로, 제2 전극(15)의 모서리 부분은 지지 기판(17)이 쉽게 벗겨질 수 있고, 또한 이웃한 두 태양전지를 도전성 접착제로 연결할 때 쉽게 들뜨는 부분이다. 이 같은 점을 고려할 때, 제1 오픈부(21)의 면적은 제2 오픈부(21)의 면적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

도 8은 오픈부(21)가 톱니 형상을 갖도록 형성된 예를 도시하고 있다. 이 같은 형상의 오픈부(21)는 중첩 영역의 전체 면적 중 최대 50%를 노출할 수가 있다. 또한 오픈부(21)의 모양이 반복된 형태를 가지고 있어, 중첩 영역 전체에 제2 전극(15)을 균일하게 오픈할 수가 있어, 이웃한 두 태양전지가 겹쳐 연결될 때, 위치에 상관없이 균일한 접합력과 전도성을 갖도록 이웃한 두 태양전지를 물리적 전기적으로 연결할 수가 있다.

이에 맞춰, 전면에 형성된 패드(13c) 역시 오픈부(21)의 형상과 동일하게 톱니 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

도 9는 오픈부(21)가 제2 전극(15)의 모서리 주변으로는 형성되지 않고, 측면 일부만 형성된 예를 보여주는 도면이다.

도시된 바에 따르면, 이 예에서 오픈부(21)는 제2 전극(15)의 측면을 따라서만 형성이 되고, 제2 전극(15)의 모서리 부분으로는 오픈부(21)가 형성되지 않을 수 있다.

도 10 및 도 11은 오픈부(21)가 지금까지 설명한 쐐기 모양 대신에, 라운드 형상이나, 각진 형상을 갖는 예들을 예시하고 있다. 오픈부(21)의 형상은 상술한 쐐기 형상으로 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 특별한 제한 없이 다양한 형상을 가질 수 있고, 패드(13c)는 오픈부(21)의 형상에 맞춰 형상이 변경될 수 있다.

이하, 도 12 및 도 13을 참조로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 화합물 태양전지 모듈은 상술한 화합물 태양전지를 사용해서 이웃한 두 태양전지를 겹쳐 연결해 만들어진다.

바람직하게, 화합물 태양전지(10)는 가로(도면의 x축 방향)보다는 세로(도면의 y축 방향)가 길게 배치되고, 이웃한 태양전지와 중첩 영역(OA)에서 부분적으로 겹쳐 배열된다.

중첩 영역(OA)에서, 제1 태양전지(C1)는 제2 태양전지(C2) 위로 배치가 되어, 제1 태양전지(C1)의 측면 일부와 제2 태양전지의 측면 일부가 각각 겹쳐 위치한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상술한 바와 같이 태양전지의 전면으로는 제1 전극(13)의 일부로 구성된 패드(13c)가 형성되어 있고, 후면으로는 제2 전극(15)을 노출하는 오픈부(21)가 형성되어 있다.

중첩 영역(OA)에서 제1 태양전지(C1)의 측면 일부와 제2 태양전지(C2)의 측면 일부가 겹쳐짐에 따라, 제1 태양전지(C1)의 오픈부(21)와 제2 태양전지(C2)의 패드(13c)가 마주하게 위치하게 되고, 오픈부(21)에 공급된 도전성 접착제에 의해 제2 태양전지(C1)와 제2 태양전지(C2)는 전기적 물리적으로 연결될 수가 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 오픈부(21)는 제2 전극(15)의 제2 측면(L2)에 붙게 형성되므로 중첩 영역(OA)의 폭(도면의 x축 방향)을 최대로 줄일 수가 있고, 결과적으로 이웃한 두 태양전지가 중첩됨에 따라 가려지는 부분(dead area)을 최소로 줄여 화합물 태양전지 모듈의 발전 효율을 효과적으로 높일 수 있다.

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 (13)

1. 화합물 반도체층;
   상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극; 및,
   상기 제2 전극을 덮도록 형성된 지지 기판;
   을 포함하고,
   상기 지지 기판은, 상기 제2 전극 일부를 외부로 노출하도록 형성된 오픈부를 포함하고,
   상기 오픈부는 상기 제2 전극의 측면(side) 일부를 노출하도록 형성된 화합물 태양전지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오픈부는 상기 제2 전극의 총 면적 대비 1%∼5% 이하를 노출하는 화합물 태양전지.
3. 제1항에 있어서,
   상기 오픈부는 적어도 상기 제2 전극의 모서리 주변에 형성된 화합물 태양전지.
4. 제1항에 있어서,
   상기 오픈부는 쐐기 모양을 갖는 화합물 태양전지.
5. 제1항에 있어서,
   상기 화합물 반도체층의 평면 모습은 제1 방향의 단변과 제2 방향의 장변을 갖는 직사각형 모양이고, 상기 제2전극은 상기 화합물 반도체층의 후면에 면접(面接)하도록 형성된 화합물 태양전지.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 방향으로 상기 오픈부의 가로 폭은 상기 제2 전극의 가로 폭 대비 2%∼5%이하이고, 상기 제2 방향으로 상기 오픈부의 세로 폭은 상기 제2 전극의 세로 폭 대비 5%∼50% 이하인 화합물 태양전지.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 방향으로 상기 오픈부의 가로 폭은 상기 제2 방향으로 상기 오픈부의 세로 폭보다 작은 화합물 태양전지.
8. 제5항에 있어서,
   상기 오픈부의 종횡비(제1 방향으로 길이/제2 방향의 길이)는 1/5~1/20 인 화합물 태양전지.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전극은, 상기 오픈부와 동일한 형상의 패드를 포함하는 화합물 태양전지.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제1 방향으로 길게 연장되고, 제2 방향으로 이웃한 것과 나란하게 형성된 핑거 전극들과, 상기 제2 전극의 측면에 이웃하게 배치되고 상기 제2 방향으로 길게 연장해 상기 핑거 전극들을 연결시키는 버스 전극을 포함하는 화합물 태양전지.
11. 제10항에 있어서,
    상기 패드는 상기 핑거 전극들과 상기 버스 전극이 만나는 교차점에 형성된 화합물 태양전지.
12. 제11항에 있어서,
    상기 버스 전극의 선폭은 상기 핑거 전극들의 선폭과 실질적으로 동일한 화합물 태양전지.
13. 중첩 영역에서 일부 겹쳐지게 배열된 복수의 화합물 태양전지들로 구성된 화합물 태양전지 모듈에 관한 것으로,
    상기 복수의 화합물 태양전지들은,
    화합물 반도체층;
    상기 화합물 반도체층의 전면과 후면에 각각 형성된 제1 전극과 제2 전극; 및,
    상기 제2 전극의 측면(side) 일부를 외부로 노출하도록 형성된 오픈부를 포함하도록 형성된 지지 기판;
    을 포함하고,
    상기 중첩 영역에서 상기 오픈부에 의해 노출된 상기 제1 태양전지의 제2 전극이 상기 제2 태양전지의 제1 전극에 전기적 물리적으로 연결된 화합물 태양전지 모듈.
    

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