KR20190091130A - 태양전지의 후면전극 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속전극과 도전성패드로 태양전지의 후면전극을 구성함에 있어서, 인터커넥터가 배치되는 영역에 금속전극이 구비되지 않도록 함으로써 인터커넥터의 절곡을 최소화하여 인터커넥터와 도전성패드의 접촉 특성을 향상시킴과 함께 태양전지의 미세 크랙 발생을 억제시킬 수 있는 태양전지의 후면전극 구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지의 후면전극 구조는 태양전지 기판; 상기 기판 후면 상에 이격되어 구비되며, 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드; 및 상기 기판 후면 상에 구비되는 금속전극;을 포함하여 이루어지며, 상기 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드 상에 인터커넥터가 배치되며, 인터커넥터가 배치되는 영역의 기판 후면 상에 금속전극이 구비되지 않는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지의 후면전극 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속전극과 도전성패드로 태양전지의 후면전극을 구성함에 있어서, 인터커넥터가 배치되는 영역에 금속전극이 구비되지 않도록 함으로써 인터커넥터의 절곡을 최소화하여 인터커넥터와 도전성패드의 접촉 특성을 향상시킴과 함께 태양전지의 미세 크랙 발생을 억제시킬 수 있는 태양전지의 후면전극 구조에 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, 예를 들어 제 1 태양전지(110)의 전면전극(111)은 이웃하는 제 2 태양전지(120)의 후면전극(122)과 접속되는 형태로 연결된다. 제 1 태양전지(110)의 전면전극(111)과 제 2 태양전지(120)의 후면전극(122)을 전기적 연결시키는 도전체를 통상, 인터커넥터(interconnector)(130)라 한다(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 인터커넥터(이하, 리본 인터커넥터라 함)는 전술한 바와 같이 일정 폭과 두께 예를 들어, 약 1.5mm의 폭 및 약 270㎛의 두께로 이루어져, 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 인터커넥터를 와이어(wire) 형태의 인터커넥터(이하, 와이어 인터커넥터라 함)로 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 와이어 인터커넥터 방식은 직경 약 200∼600㎛의 도전성 와이어를 이용하여 이웃하는 태양전지의 전극을 연결시키는 방식이다.
와이어 인터커넥터 방식은 리본 인터커넥터 방식에 비해 도전체의 폭(직경)이 현저히 작음에 따라 인터커넥터에 의해 수광면적이 축소되는 것을 최소화할 수 있으며, 인터커넥터에 의한 수광면적 축소 영향이 작음에 따라 리본 인터커넥터 방식에 대비하여 보다 많은 수의 인터커넥터를 태양전지에 배치할 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
인터커넥터를 적용하는 경우, 인터커넥터의 오믹 접촉(ohmic contact)을 위해 태양전지의 전면과 후면에는 복수의 도전성패드가 구비된다. 복수의 도전성패드는 인터커넥터가 구비되는 영역에 일정 간격을 두고 배치되며, 인터커넥터는 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드 상에 장착된다.
한편, 태양전지의 후면전극 예를 들어, 전면수광형 태양전지의 후면전극은 기판 후면의 전체면 상에 일정 두께로 형성되어 후면전계층(back surface field) 형성을 유도하는 Al전극으로 구성될 수 있다. 이 경우, 도 2a에 도시한 바와 같이 기판(10) 후면 상에 일정 간격을 두고 복수의 도전성패드(11)를 형성한 후, 도전성패드(11)가 구비되지 않은 영역 상에 Al전극(12)을 형성함으로써 후면전극을 완성할 수 있으며, 인터커넥터(20)는 복수의 도전성패드(11) 상에 배치된다.
이와 같은 태양전지의 후면전극 구조에 있어서, 도전성패드(11)는 통상 2∼6㎛의 높이를 갖고 Al전극(12)은 15∼25㎛의 높이를 갖는다. 이에 따라, 도전성패드(11)(2∼6㎛)와 Al전극(12)(15∼25㎛) 사이에 9∼23㎛ 정도의 단차가 발생된다(도 2b 참조).
이러한 도전성패드(11)와 Al전극(12) 사이의 단차로 인해 인터커넥터(20)의 절곡이 불가피하여 인터커넥터(20)와 도전성패드(11) 간의 접촉 불량을 야기된다. 또한, 인터커넥터(20)의 절곡으로 인해 태양전지에 미세 크랙이 발생될 가능성이 커지며, 외부 충격에 안정적이지 못하다.
특히, 와이어 인터커넥터의 경우, 접촉 불량과 미세 크랙에 더욱 더 취약하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 금속전극과 도전성패드로 태양전지의 후면전극을 구성함에 있어서, 인터커넥터가 배치되는 영역에 금속전극이 구비되지 않도록 함으로써 인터커넥터의 절곡을 최소화하여 인터커넥터와 도전성패드의 접촉 특성을 향상시킴과 함께 태양전지의 미세 크랙 발생을 억제시킬 수 있는 태양전지의 후면전극 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지의 후면전극 구조는 태양전지 기판; 상기 기판 후면 상에 이격되어 구비되며, 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드; 및 상기 기판 후면 상에 구비되는 금속전극;을 포함하여 이루어지며, 상기 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드 상에 인터커넥터가 배치되며, 인터커넥터가 배치되는 영역의 기판 후면 상에 금속전극이 구비되지 않는 것을 특징으로 한다.
인터커넥터가 배치되는 영역에서, 복수의 도전성패드가 이격되어 구비되고 금속전극은 구비되지 않으며, 인터커넥터는 복수의 도전성패드와 연결됨과 함께 기판 후면과 직접 접촉한다.
상기 인터커넥터는 원형 단면을 가지는 와이어 인터커넥터일 수 있다.
금속 전극이 구비되지 않는 영역의 폭은 도전성 패드의 폭 보다 적거나 같을 수 있다.
금속전극이 구비되지 않는 영역의 폭은 0.5∼2.0mm 이다.
도전성 패드는 금속전극과 중첩 영역을 갖는다.
본 발명에 따른 태양전지의 후면전극 구조는 다음과 같은 효과가 있다.
인터커넥터가 배치되는 영역에 금속전극(Al전극)을 배치시키지 않음으로써 인터커넥터의 과도한 절곡을 방지할 수 있으며, 이를 통해 인터커넥터와 도전성패드의 접촉 특성을 개선시킴과 함께 금속전극의 소모량을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 태양전지 모듈의 구성도.
도 2a는 종래 기술에 따른 태양전지의 후면전극을 나타낸 평면도.
도 2b는 종래 기술에 따른 태양전지의 후면전극을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 후면전극 구조의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 후면전극 구조의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 각각 종래 기술과 본 발명에 따른 후면전극 구조에 대한 SEM 사진.
도 2a는 종래 기술에 따른 태양전지의 후면전극을 나타낸 평면도.
도 2b는 종래 기술에 따른 태양전지의 후면전극을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 후면전극 구조의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 후면전극 구조의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 각각 종래 기술과 본 발명에 따른 후면전극 구조에 대한 SEM 사진.
본 발명은 태양전지의 후면전극 구조에 관한 것이다.
'발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 태양전지 모듈은 복수의 태양전지(cell)가 전기적으로 연결된 것이며, 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지는 인터커넥터에 의해 연결될 수 있다. 와이어 인터커넥터는 리본 인터커넥터를 대체한 것으로서, 리본 인터커넥터에 비해 상대적으로 폭이 좁아 수광면적을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 리본 인터커넥터의 경우 대략 1.5mm의 폭과 270㎛의 두께로 이루어지는 반면, 와이어 인터커넥터는 200∼600㎛의 도전성 와이어로 이루어진다. 따라서, 와이어 인터커넥터는 리본 인터커넥터에 대비하여 탄성률이 커 쉽게 절곡되지 않는 특성을 갖는다.
한편, 태양전지의 후면전극은 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 전면수광형 태양전지의 경우 후면전계층(back surface field) 형성을 유도하는 금속전극을 포함하여 구성된다. 인터커넥터가 적용되는 경우, 기판 후면 상에 복수의 도전성패드가 일정 간격을 두고 배치되고, 도전성패드가 구비되지 않은 영역에 금속전극이 구비되는 구조를 이루는데, 도전성패드와 금속전극의 단차로 인해 인터커넥터의 절곡이 유도되어 인터커넥터와 도전성패드 간의 접촉 불량 등이 야기된다.
본 발명은 인터커넥터가 배치되는 영역에 금속전극이 구비되지 않도록 함으로써 인터커넥터의 절곡을 최소화하고 이를 통해 인터커넥터와 도전성패드 간의 접촉 불량 등의 문제점을 해결할 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 후면전극 구조를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지의 후면전극 구조는 태양전지 기판(210)을 구비한다. 상기 기판(210)은 n형 또는 p형 실리콘 기판(210)으로 이루어지며, 기판(210) 내부에는 에미터층이 구비되어 기판(210) 내부에 p-n 다이오드가 형성된 형태를 이룬다.
상기 기판(210) 전면 상에는 전면전극이 구비되며, 상기 기판(210) 후면 상에는 후면전극이 구비된다. 상기 전면전극은 실시하고자 하는 태양전지의 형태에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
상기 후면전극은 금속전극(230)과 복수의 도전성패드(220)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 도전성패드(220)는 기판(210) 후면 상에 일정 간격을 두고 이격되어 배치됨과 함께 복수의 열(列)을 이루는 형태로 배치된다. 상기 각 열을 이루는 복수의 도전성패드(220)는 태양전지 기판(210) 내부에서 생성된 캐리어를 인터커넥터로 전달하는 매개체 역할을 하며, 각 열을 이루는 복수의 도전성패드(220) 상에 인터커넥터가 배치된다. 상기 도전성패드(220)는 Ag 재질로 구성할 수 있다.
상기 금속전극(230)은 복수의 도전성패드(220)가 구비되지 않은 기판(210) 후면 상에 형성된다. 상기 금속전극(230)은 기판(210) 후면 상에 구비되어 기판(210) 후면 내부에 후면전계층(BSF)을 형성하는 역할을 한다. 일 실시예로, 상기 금속전극(230)은 Al 재질로 이루어진 Al전극으로 구성할 수 있다.
한편, 기판(210) 후면 상에 금속전극(230)을 형성함에 있어서, 인터커넥터가 배치되는 영역(21) 상에는 금속전극(230)을 형성시키지 않는다. 즉, 인터커넥터가 배치되는 영역의 경우, 일정 간격을 두고 복수의 도전성패드(220)가 구비될 뿐 금속전극(230)은 구비되지 않는다. 이에 따라, 인터커넥터는 복수의 도전성패드(220)와 연결됨과 함께 기판(210) 후면과 직접 접촉하는 형태로 배치된다.
인터커넥터가 배치되는 영역(21)에 금속전극(230)(예를 들어, Al전극)을 구비시키지 않는 이유는 금속전극(230)과 도전성패드(220) 사이의 단차가 크기 때문이다. 금속전극(230) 즉, Al전극의 경우 15∼25㎛의 높이로 형성되는 반면 Ag 재질의 도전성패드(220)는 2∼6㎛의 높이로 형성되는 바, 금속전극(230)과 도전성패드(220) 사이에 9∼23㎛ 정도의 단차가 발생된다. 이러한 금속전극(230)과 도전성패드(220) 간의 단차는 인터커넥터의 절곡을 유발하여 인터커넥터와 도전성패드(220)의 접촉 불량을 야기함과 함께 태양전지의 미세 크랙을 발생시킨다.
이에 반해, 본 발명의 실시예와 같이 인터커넥터가 배치되는 영역(21)에 금속전극(230)을 배치시키지 않고 일정 간격을 두고 복수의 도전성패드(220)만 배치시키는 경우, 도전성패드(220)의 높이가 2∼6㎛ 밖에 되지 않아 인터커넥터의 과도한 절곡을 방지할 수 있게 된다. 인터커넥터의 과도한 절곡을 방지됨에 따라, 인터커넥터와 도전성패드(220)의 접촉 특성을 향상시킬 수 있으며, 태양전지의 미세 크랙 발생을 억제시킬 수 있다. 또한, 인터커넥터가 배치되는 영역(21)에 금속전극(230)이 형성되지 않음에 따라, 금속전극(230)의 소모량을 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 156.75mm x 156.75mm 크기의 웨이퍼를 사용하는 경우, 종래 방법에 따르면 금속전극(230)의 인쇄 면적률이 95.18%임에 반해, 본 발명의 방식을 적용하면 인쇄 면적률이 88.50%로 인쇄 면적률을 6∼7% 정도 줄일 수 있게 된다.
한편, 인터커넥터가 배치되는 영역(21)의 폭 즉, 금속전극(230)이 구비되지 않는 영역의 폭은 인터커넥터의 직경에 상응하거나 약간 작게 설계할 수 있다. 일 실시예로, 금속전극(230)이 구비되지 않는 영역의 폭은 0.2∼2.0mm로 설계할 수 있다.
참고로, 도 5a는 Al전극과 Ag도전성패드의 단면에 대한 SEM이며, 도 5a에 도시한 바와 같이 Al전극은 약 20㎛의 높이, Ag 도전성패드는 약 2.75㎛의 높이를 갖음을 확인할 수 있다. 반면, 도 5b는 본 발명에 따른 후면전극 구조에 대한 SEM이며, Ag 도전성패드의 높이가 2.74∼2.96㎛임을 알 수 있다.
20 : 인터커넥터
21 : 인터커넥터가 배치되는 영역
210 : 태양전지 기판 220 : 도전성패드
230 : 금속전극
21 : 인터커넥터가 배치되는 영역
210 : 태양전지 기판 220 : 도전성패드
230 : 금속전극
Claims (6)
- 태양전지 기판;
상기 기판 후면 상에 이격되어 구비되며, 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드; 및
상기 기판 후면 상에 구비되는 금속전극;을 포함하여 이루어지며,
상기 열을 지어 배치되는 복수의 도전성패드 상에 인터커넥터가 배치되며, 인터커넥터가 배치되는 영역의 기판 후면 상에 금속전극이 구비되지 않는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극 구조.
- 제 1 항에 있어서, 인터커넥터가 배치되는 영역에서, 복수의 도전성패드가 이격되어 구비되고 금속전극은 구비되지 않으며, 인터커넥터는 복수의 도전성패드와 연결됨과 함께 기판 후면과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극 구조.
- 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 인터커넥터는 원형 단면을 가지는 와이어 인터커넥터를 특징으로 하는 태양전지의 후면 전극 구조.
- 제 1 항에 있어서, 금속 전극이 구비되지 않는 영역의 폭은 도전성 패드의 폭 보다 적거나 같은 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면 전극 구조.
- 제 1 항에 있어서, 금속전극이 구비되지 않는 영역의 폭은 0.5∼2.0mm 인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극 구조.
- 제 1 항에 있어서, 도전성 패드는 금속전극과 중첩 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지의 후면 전극 구조.
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- 2018-01-26 KR KR1020180010198A patent/KR20190091130A/ko unknown
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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