KR20200031700A - 태양전지 및 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

적어도 pn 접합이 형성된 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 적어도 편면 상에 빗살형상으로 형성된 다수의 핑거 전극과, 상기 핑거 전극의 길이 방향에 대하여 직교하여 배치되고 이 핑거 전극과 접속되는 복수의 버스 바 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 하나의 버스 바 전극에 접속한 하나의 핑거 전극과, 이 하나의 버스 바 전극에 평행하게 배치되는 다른 버스 바 전극에 접속한 다른 핑거 전극이 서로 이간하고 있음과 아울러, 각 버스 바 전극에 접속한 핑거 전극의 서로 인접하는 2개 또는 그 이상의 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극에 의해 전기적으로 접속되어 있는 구성으로 함으로써, 단선에 의한 불리함도 해소하고, 곡선 인자가 높고, 변환 효율도 높으며, 또한 전지의 휨도 작아 제조 수율이 향상됨과 아울러, 비용 증가도 없고, 장기 신뢰성이 높은 것이 되며, 이 태양전지를 사용한 태양전지 모듈은 높은 출력 유지율을 가진다.

Description

태양전지 및 태양전지 모듈{SOLAR CELL AND SOLAR CELL MODULE}

본 발명은 장기 신뢰성이 높고, 높은 변환 효율을 부여하며, 출력 유지율도 높은 태양전지 및 이 태양전지를 연결설치하여 이루어지는 태양전지 모듈에 관한 것이다.

종래의 기술을 사용하여 제작된 일반적인 태양전지 셀은 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이 실리콘 등의 p형 반도체 기판(100b)에 n형이 되는 도펀트를 확산시켜 n형 확산층(101)을 형성함으로써 pn 접합이 형성되어 있다. 이 n형 확산층(101) 상에는 SiNx막과 같은 반사 방지막(102)이 형성되어 있다. 또, p형 반도체 기판(100b)의 이면측(도 1에 있어서 하측)에는 대략 전체면에 알루미늄 페이스트가 도포되고 소성함으로써 BSF(Back Surface Field)층(103)과 알루미늄 전극(104)이 형성된다. 또한, 이면에는 집전용으로서 버스 바 전극이라고 불리는 굵은 전극(106)으로서 은 등을 포함하는 도전성 페이스트가 도포되고 소성함으로써 형성된다. 한편, 수광면측(도 1에 있어서 상측, 반사 방지막(102) 상)에는 집전용의 핑거 전극(107)과, 핑거 전극으로부터 전류를 모으기 위해서 형성된 버스 바 전극(105)이라고 불리는 굵은 전극이 대략 직각으로 교차하도록 빗형상으로 배치된다.

여기서, 표면의 핑거 전극(107)과 반도체 기판(100b)의 컨택트 저항(접촉 저항)과 전극의 배선 저항은 태양전지의 변환 효율에 큰 영향을 끼치고, 고 효율(저 셀직렬저항, 고 필팩터 FF(곡선 인자))을 얻기 위해서는, 컨택트 저항과 핑거 전극(107)의 배선 저항의 값이 충분히 낮은 것이 요구된다.

그런데, 태양전지의 전극 형성 방법으로서는 스크린 인쇄법이 많이 채용되고 있다. 스크린 인쇄법은 인쇄 패턴의 제작이 용이한 것, 인압의 조절에 의해 기판에 부여하는 대미지를 최소한으로 할 수 있는 것, 셀 1장당의 작업 속도도 빠르고, 저 비용이며 생산성이 우수한 수법이며, 틱소성이 높은 도전성 페이스트를 사용함으로써, 전사된 후도 그 형상이 유지되고, 고 애스펙트비의 전극을 형성하는 것도 가능하다.

그러나, 태양전지의 기판은 통상 실리콘(Si)이 사용되고, 또 전극 재료로서는 Al, Ag 등이 사용되고 있는데, 태양전지의 기판은 도전성 페이스트를 인쇄하여 소결시키면, Si 기판과 Al이나 Ag 등의 전극 재료의 수축률의 차이에 의해 휨이 발생하는 것이 문제였다. 또, 핑거 단부의 접착력 부족에 의해, 핑거 단부가 박리되어, 태양전지 특성이 저하되는 문제가 있었다.

이 때문에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 버스 바 전극(105, 105)에 각각 접속하는 핑거 전극(107, 107)의 선단부가 서로 이간하도록 핑거 전극(107, 107)을 짧게 함으로써, 휨을 저감하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 버스 바 전극(105, 105) 사이를 연결하고 있던 핑거 전극(107)을 이른바 절단하는 것 같은 태양이 되고, 핑거 전극의 선단부의 개수가 도 1의 경우의 핑거 전극에 비해 2배로 증가하므로, 선단부의 박리 발생 비율이 증가할 우려가 있었다. 또, 핑거 전극 선단부의 전극 폭(면적)을 크게 하여 접착 면적을 증가시키고, 접착 강도를 증가시키는 제안도 있어(일본 특개 2006-324504호 공보), 이것에 의해 핑거 전극 선단부의 접착 강도는 증가했다. 그러나, 이 방법에 의하면, 태양전지 기판의 휨을 저감하고, 핑거 전극의 접착 강도를 강화할 수는 있었지만, 핑거 전극의 국부적 단선에 의한 배선 저항의 증가, 곡선 인자의 문제를 회피할 수는 없었다.

즉, 핑거 전극은 통상 60~120μm정도의 선 폭으로 형성되고, 이것을 상기 서술한 바와 같이 스크린 인쇄법에 의해 인쇄·형성해 가는 것이며, 이와 같이 선 폭이 작은 점에서, 자주 인쇄 불량에 의한 지나침, 선 폭의 협소화, 단선 등이 생길 우려가 있다. 이러한 불량이 생기면, 불량이 생긴 개소의 핑거 전극으로부터 버스 바 전극으로의 도전이 양호하게 행해지지 않게 되는 문제가 생기는 것이다.

일본 특개 2006-324504호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 태양전지 기판의 휨을 저감하고, 핑거 전극 선단부의 접착 강도도 높을 뿐만아니라, 핑거 전극이 국부적으로 단선하거나 해도 이 핑거 전극으로부터 버스 바 전극으로의 도전이 가능하며, 장기 신뢰성이 높고, 변환 효율, 출력 유지율도 높은 태양전지 및 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 하기 태양전지 및 태양전지 모듈을 제공한다.

〔1〕적어도 pn 접합이 형성된 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 적어도 편면 상에 빗살형상으로 형성된 다수의 핑거 전극과, 상기 핑거 전극의 길이 방향에 대하여 직교하여 배치되고 이 핑거 전극과 접속되는 복수의 버스 바 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 하나의 버스 바 전극에 접속한 하나의 핑거 전극과, 이 하나의 버스 바 전극에 평행하게 배치되는 다른 버스 바 전극에 접속한 다른 핑거 전극이 서로 이간하고 있음과 아울러, 각 버스 바 전극에 접속한 핑거 전극의 서로 인접하는 2개 또는 그 이상의 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.

〔2〕각 버스 바 전극에 접속한 핑거 전극의 서로 인접하는 2~4개의 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극에 의해 접속된 〔1〕에 기재된 태양전지.

〔3〕각 버스 바 전극에 접속한 핑거 전극의 서로 인접하는 모든 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극에 의해 접속된 〔1〕에 기재된 태양전지.

〔4〕상기 핑거 전극은 접속한 버스 바 전극으로부터 그 직교하는 양방향으로 돌출되어 있고, 이 핑거 전극의 버스 바 전극으로부터 돌출된 양단부 각각에서, 서로 인접하는 핑거 전극의 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극에 의해 전기적으로 접속되어 있는 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 하나에 기재된 태양전지.

〔5〕또한, 상기 핑거 전극의 길이 방향의 단부 이외의 위치에서, 이 핑거 전극의 길이 방향에 직교하여 배치된 보조 전극에 의해, 공통의 버스 바 전극에 접속되고 서로 인접하는 핑거 전극끼리가 전기적으로 접속되어 있는 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 태양전지.

〔6〕상기 핑거 전극의 길이 방향의 단부 이외의 위치에 상기 보조 전극이 1~10개 설치된 〔5〕에 기재된 태양전지.

〔7〕상기 핑거 전극의 선 폭이 30μm 이상 120μm 이하인 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔6〕 중 어느 하나에 기재된 태양전지.

〔8〕상기 보조 전극의 선 폭이 30μm 이상 500μm 이하인 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔7〕 중 어느 하나에 기재된 태양전지.

〔9〕〔1〕 내지 〔8〕 중 어느 하나에 기재된 태양전지의 복수개를 그들 버스 바 전극을 순차 접속하여 연결설치하여 이루어지는 태양전지 모듈.

본 발명의 태양전지는 단선에 의한 불리함도 해소하고, 곡선 인자가 높고, 변환 효율도 높으며, 또한 전지의 휨도 작아 제조 수율이 향상됨과 아울러, 비용 증대도 없고, 장기 신뢰성이 높은 것으로, 이 태양전지를 사용한 태양전지 모듈은 높은 출력 유지율을 가지는 것이다.

도 1은 일반적인 태양전지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 일반적인 태양전지의 표면의 전극 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 3은 일반적인 태양전지의 이면의 전극 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 4는 종래의 태양전지의 표면의 전극 패턴의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 표면의 전극 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 표면의 전극 패턴을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 5의 태양전지의 표면의 전극 패턴의 변형예(1)를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 5의 태양전지의 표면의 전극 패턴의 변형예(2)를 나타내는 평면도이다.
도 9는 일반적인 태양전지 모듈의 기본 구성을 나타내는 생략 단면도이다.
도 10은 태양전지의 휨을 평가하는 경우의 설명도이다.
도 11은 실시예 3의 단락 전류 밀도 및 곡선 인자의 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예 3의 변환 효율의 결과를 나타내는 도면이다.

이하에 본 발명에 따른 태양전지 및 태양전지 모듈에 대해서 설명한다. 단, 본 발명은 본실시형태에서 표시된 태양전지에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 태양전지는 도 5~도 8에 나타낸 바와 같이 적어도 pn 접합이 형성된 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 적어도 편면 상에 빗살형상으로 형성된 다수의 핑거 전극(107a, 107b)과, 상기 핑거 전극(107a, 107b)의 길이 방향에 대하여 직교하여 배치되고 이 핑거 전극(107a, 107b)과 접속되는 복수(도 5~도 8에 있어서는 2개)의 버스 바 전극(105a, 105b)을 구비한다. 이 경우, 하나의 버스 바 전극(105a)에 접속한 하나의 핑거 전극(107a)과, 이 하나의 버스 바 전극(105a)에 평행하게 배치되는 다른 버스 바 전극(105b)에 접속한 다른 핑거 전극(107b)이 서로 이간하고 있음과 아울러, 각 버스 바 전극에 접속한 핑거 전극의 서로 인접하는 2개 또는 그 이상의 길이 방향의 단부(이하, 선단부라고도 함)끼리가 보조 전극(108)에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 태양전지는 표면의 전극 패턴에 특징을 가지고, 그 이외의 구성은 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같다.

이 경우, 도 5에 나타내는 예에 있어서는, 각 버스 바 전극(105a, 105b)에 접속하는 각각의 핑거 전극(107a, 107b)의 서로 인접하는 모든 선단부가 상기 보조 전극(108)에 의해 접속되고, 도 6에 나타내는 예에 있어서는, 서로 인접하는 2개의 선단부가 보조 전극(108)에 의해 접속되어 있지만, 보조 전극(108)에 의한 인접 선단부의 접속 태양은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각 핑거 전극(107a, 107b)은 접속한 버스 바 전극(105a, 105b)으로부터 그 직교하는 양방향으로 돌출되어 있고, 각 핑거 전극(107a)(또는 107b)의 버스 바 전극(105a)(또는 105b)으로부터 돌출된 양단부 각각에서, 서로 인접하는 핑거 전극(107a)(또는 107b)의 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극(108)에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 태양전지에 있어서, 또한 핑거 전극(107a)(또는 107b)의 길이 방향의 단부 이외의 위치에서, 이 핑거 전극(107a)(또는 107b)의 길이 방향에 직교하여 배치된 보조 전극(108)에 의해, 공통의 버스 바 전극(105a)(또는 105b)에 접속되고 서로 인접하는 핑거 전극(107a)(또는 107b)끼리가 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 각 버스 바 전극에 접속한 핑거 전극(핑거 전극(107a, 107b) 각각)에 있어서의 그 길이 방향의 단부 이외의 위치에 설치하는 보조 전극(108)의 수는 1~10개가 바람직하다. 이 보조 전극(108)을 1개라도 설치하면, 핑거 전극이 단선한 경우에 태양전지의 곡선 인자의 저하를 확실하게 억제할 수 있다. 또, 이 보조 전극(108)의 개수가 10개를 초과하면 수광 면적의 감소에 의해 단락 전류가 감소하고, 변환 효율이 저하되는 경우가 있다.

도 7, 도 8은 도 5에 나타내는 전극 패턴에 있어서, 또한 핑거 전극(107a, 107b)의 길이 방향의 단부(선단부) 이외의 위치에 보조 전극(108)을 설치한 예이다.

도 7에 나타내는 예에 있어서는, 핑거 전극(107a, 107b)의 선단부에 설치된 보조 전극(108) 이외에, 핑거 전극(107a)의 선단부와 버스 바 전극(105a) 사이, 핑거 전극(107b)의 선단부와 버스 바 전극(105b) 사이에서 각각 등간격이 되도록 3개씩 핑거 전극(107a, 107b)의 길이 방향에 직교하여 배치되고, 이 핑거 전극(107a)끼리를 모두 접속하고, 핑거 전극(107b)끼리를 모두 접속하는 보조 전극(108)이 설치되어 있다.

이것에 의해, 보조 전극의 형성에 필요한 도전성 페이스트를 필요 최소한으로 억제할 수 있고, 또한 만에 하나 핑거 전극이 단선한 경우에 태양전지의 곡선 인자의 저하를 억제할 수 있다. 또, 도 7에서는 핑거 전극의 어느 위치에 단선이 발생해도 그 단선 개소로부터 보조 전극까지의 거리를 짧게 할 수 있고, 곡선 인자의 저하량이 적어진다는 이점이 있다.

도 8에 나타내는 예에 있어서는, 핑거 전극(107a, 107b)의 선단부에 설치된 보조 전극(108) 이외에, 이 핑거 전극(107a, 107b)의 선단부 근방에 각각 2개씩 핑거 전극(107a, 107b)의 길이 방향에 직교하여 배치되고, 이 핑거 전극(107a)끼리를 모두 접속하고, 핑거 전극(107b)끼리를 모두 접속하는 보조 전극(108)이 설치되어 있다. 또한, 핑거 전극(107a, 107b)의 선단부 근방은 이 핑거 전극의 선단부와 버스 바 전극 사이의 중간점보다 핑거 전극의 선단부측의 영역이며, 바람직하게는 핑거 전극의 선단부로부터 이 선단부와 버스 바 전극 사이의 거리(L)의 3분의 1의 거리까지의 영역이며, 보다 바람직하게는 핑거 전극의 선단부로부터 그 거리(L)의 4분의 1의 거리까지의 영역이다.

이것에 의해, 보조 전극의 형성에 필요한 도전성 페이스트를 필요 최소한으로 억제할 수 있고, 또한 만에 하나 핑거 전극이 단선한 경우에 태양전지의 곡선 인자의 저하를 억제할 수 있다. 또, 본 발명의 전극 인쇄 방법은 스크린 인쇄법에 의해 버스 바 전극, 핑거 전극, 보조 전극을 한번에 형성한다. 이 때, 인쇄 방향은 핑거 전극에 평행하며, 버스 바 전극과 보조 전극에 수직으로 하는 것이 일반적이다. 왜냐하면 스크린 인쇄법에서는 인쇄 방향에 수직인 라인은 인쇄하기 어렵고, 선이 가늘어지거나 단선하거나 하는 경우가 있기 때문이다. 도 8과 같이 보조 선끼리를 근방에 배치함으로써 단선이나 선이 가늘어지는 것을 각각의 보조 전극이 보충할 수 있게 된다. 보조 전극을 굵게 해도 인쇄는 가능하지만, 수광 면적이 감소하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 여기서는 도 5의 변형예로서 도 7, 도 8의 전극 패턴을 나타냈지만, 도 6의 전극 패턴에 이것을 적용해도 된다.

또, 인접 선단부를 보조 전극에 의해 접속하는 경우, 도 5~도 8에 나타낸 바와 같이, 핑거 전극의 길이 방향에 직교하는 직선형상의 접속에 한정되지 않고, 접속하는 2개의 핑거 전극 사이에서 이 핑거 전극의 길이 방향의 외측이 볼록하게 되는 곡선형상을 가지도록 하는 접속 방법, 즉, 보조 전극은 적어도 핑거 전극과의 접속 각도(보조 전극과 핑거 전극이 이루는 각의 각도)가 직각이 아니라, 인접 또는 근접하는 2개의 핑거 전극의 단부 사이를 원호형상(아치형상), 짧은 선분의 조합으로 이루어지는 산형 돌출형상(유사 원호형상)으로 접속할 수 있다.

또한, 버스 바 전극의 선 폭은 0.5~3.0mm, 특히 1.0~1.5mm로 형성하는 것이 바람직하고, 또 핑거 전극의 선 폭은 30~120μm로 형성하는 것이 바람직하고, 60~120μm가 보다 바람직하고, 70~100μm가 특히 바람직하다. 또, 보조 전극의 선 폭은 30~500μm로 형성하는 것이 바람직하고, 60~500μm가 보다 바람직하고, 60~360μm가 더욱 바람직하고, 70~240μm가 특히 바람직하다. 또한, 버스 바 전극 상호의 간격은 20~100mm, 특히 39~78mm로 하는 것이 바람직하고, 핑거 전극 상호의 간격은 0.5~4.0mm, 특히 1.5~2.5mm로 하는 것이 바람직하다.

또, 핑거 전극의 선 폭과 보조 전극의 선 폭의 비율((보조 전극의 선 폭)/(핑거 전극의 선 폭))은 0.5~8.0이 바람직하고, 0.5~2.5가 보다 바람직하다. 이 비율이 0.5 미만에서는 스크린 제판의 제조가 어렵고, 또 단선이 일어나기 쉽게 되는 경우가 있고, 8.0 초과에서는 수광 면적 감소에 의해 변환 효율이 저하될 우려가 있다.

본 발명에 따른 도 1에 나타내는 바와 같은 태양전지는 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 경우, 버스 바 전극, 핑거 전극, 보조 전극은 스크린 인쇄법에 의해 형성할 수 있고, 게다가 이들 전극을 스크린 인쇄법에 의해 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 인쇄 공정을 1회로 할 수 있고, 비용을 삭감할 수 있음과 아울러, 반도체 기판에 대하여 힘을 가하는 공정수를 적게 할 수 있기 때문에, 깨짐 등이 발생하기 어렵고, 수율이 향상한다는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 태양전지의 이면측에 핑거 전극 및 버스 바 전극을 형성하는 경우, 즉 양면 수광형 태양전지의 경우에도 적용 가능하다.

본 발명에 의한 상기 전극 패턴을 채용함으로써, 기판의 휨이 저감하는 것에 더해, 이하와 같은 효과를 달성할 수 있다.

우선 첫번째로, 가령 온도 사이클 시험과 같은 온도 이력을 거침으로써, 일부의 핑거 전극이 단선해도, 단선한 핑거 전극의 단부가 보조 전극에 의해 다른 핑거 전극의 단부에 접속되어 있는 점에서, 이 다른 핑거 전극을 경유시켜 전류를 취출할 수 있기 때문에 전력 손실이 없다. 두번째로, 핑거 전극 단부에 보조 전극이 접속되어 있으므로, 이 핑거 전극의 단부에 있어서 반도체 기판과의 접촉 면적이 크게 되고 있어, 핑거 전극 단부의 접착 강도가 향상되고, 장기의 사용에도 핑거 전극의 박리를 방지할 수 있다. 또 세번째로, 소성시의 열수축에 의해 핑거 전극 단부가 반도체 기판으로부터 박리하는 것을 방지할 수 있다. 네번째로, 보조 전극에 의해 배선 저항이 감소하고, 곡선 인자가 증가하여 변환 효율이 향상된다. 다섯번째로, 보조 전극을 설치함으로써, 수광 면적의 감소에 따른 단락 전류 밀도(Jsc)의 손실과 곡선 인자의 증가가 상쇄되기 때문에, 높은 변환 효율을 유지할 수 있다.

본 발명의 효과는 태양전지 모듈로서도 충분히 얻어진다.

즉, 태양전지 그 자체는 옥외 환경에 노출되면, 온도, 습도, 압력 등에 의해, 집전전극에 대미지가 가해지고, 변환 효율이 저하되어버린다. 또, 먼지 등 광을 투과하지 않는 이물이 수광면에 부착되면, 태양광을 받아들일 수 없어, 현저하게 변환 효율이 저하되어버린다. 그 때문에 종래부터 백판 강화 유리 등의 투명한 표면측 커버/에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등의 충전제/태양전지/EVA 등의 충전제/폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 수지 필름으로 이루어지는 내후성의 이면측 커버의 순서로 적층한 상태에서 가열 압착함으로써, 변환 효율의 저하를 가능한 한 막도록 구성된 태양전지 모듈로 하고 있다. 그러나, 이러한 태양전지 모듈이여도, 오랜 세월 극심한 옥외 환경에 노출되면, 서서히 변환 효율이 저하되는 경향이 있다. 그 중에서도 특히 전극은 수분에 의해 부식되거나, 수분에 의해 금속 입자가 용출하거나 하여, 반도체 기판과의 접착성이 약해져, 박리되어버리는 경우가 있었다.

본 발명의 태양전지를 사용하면, 핑거 전극 단부의 접착 강도가 증가하기 때문에, 상기와 같은 문제를 해결하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 태양전지 모듈은 본 발명의 태양전지를 사용하는 것으로서, 도 9에 나타낸 바와 같이, 복수의 태양전지 각각의 버스 바 전극에 배선재(인터 커넥터(201))를 납땜함으로써 이 복수의 태양전지를 전기적으로 접속하는 구성으로 하는 것이다. 여기서는 본 발명의 태양전지(100)의 표면 버스 바 전극(105), 이면 버스 바 전극(106) 각각에 땜납(202)을 통하여 인터 커넥터(201)를 접속한 구성을 나타내고 있다.

본 발명의 태양전지 모듈은 이러한 구성의 복수의 태양전지(100)를 수광면을 동일 방향을 향하게 한 상태에서 버스 바 전극(105)의 길이 방향을 따라 배치하고, 하나의 태양전지(100)의 표면 버스 바 전극(105)과, 이 태양전지(100)와 인접하는 다른 태양전지(100)의 이면 버스 바 전극(106)에 인터 커넥터(201)를 접속하여 얻어지는 것이다. 또한, 태양전지 셀의 연결수는 통상 2~60개이다.

또 일반적으로 태양전지 모듈에서는 태양전지의 표면이나 이면을 보호할 필요가 있는 점에서, 태양전지 모듈 제품으로서는 상기 서술한 인터 커넥터(201)를 구비한 복수의 태양전지를 유리판 등의 투명 기판과 이면 커버(백 시트) 사이에 끼운 구성으로 한다. 이 경우, 예를 들면, 투명 기판과 이면 커버 사이에 태양전지의 수광면을 투명 기판을 향하게 하여 끼우고, 광투과율의 저하가 적은 PVB(폴리비닐뷰틸올)나, 내습성이 우수한 EVA(에틸렌비닐아세테이트) 등의 투명한 충전 재료로 인터 커넥터(201)를 구비한 복수의 태양전지(100)를 봉입하고, 외부 단자를 접속한 수퍼 스트레이트 방식이 일반적으로 사용된다. 이 때, 일방의 외부 단자에는 태양전지(100)의 이면 버스 바 전극(106)에 접속된 외부 취출 인터 커넥터가 접속되고, 다른 일방의 외부 단자에는 태양전지(100)의 표면 버스 바 전극(105)에 접속된 외부 취출 인터 커넥터가 접속된다.

(실시예)

이하에, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어, 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1, 2, 비교예 1, 2]

본 발명의 유효성을 확인하기 위해서, 이하의 공정을 반도체 기판 400장에 대해서 행하고, 도 2, 4, 5, 6에 나타내는 태양전지(100)를 제작했다.

우선, 가로세로 15cm, 두께 250μm, 비저항 2.0Ω·cm의 붕소 도프{100} p형 애즈 커트 실리콘 기판(100b)을 준비하고, 농수산화칼륨 수용액에 의해 대미지층을 제거, 텍스처를 형성, 옥시염화인 분위기하 850℃에서 열처리한 n형 확산층(101)을 형성하고, 불산으로 인 유리를 제거하고, 세정, 건조시켰다. 다음에, 플라즈마 CVD 장치를 사용하고, 반사 방지막(102)으로서 SiNx막을 제막하고, 이면에 은분말과 유리 프리트를 유기물 바인더로 혼합한 페이스트를 이면 버스 바 전극(106)용으로 버스 바형상으로 스크린 인쇄한 후, 알루미늄 분말을 유기물 바인더로 혼합한 페이스트를 상기 버스 바형상으로 인쇄한 영역 이외의 영역에 알루미늄 전극(104)용으로 스크린 인쇄하고, 유기 용매를 건조하여 이면 전극을 형성한 반도체 기판을 제작했다.

다음에, 이 반도체 기판 상에, 은분말과, 유리 프리트와, 유기 비히클과, 유기 용매를 주성분으로 하고, 첨가물로서 금속 산화물을 함유한 도전성 페이스트를, 스크린 제판을 사용하여, 스퀴지 고무 경도 70도, 스퀴지 각도 70도, 인압 0.3MPa, 인쇄 속도 50mm/sec로 반도체 기판 상에 형성된 반사 방지막(102) 상에 도포했다. 인쇄 후, 150℃의 클린 오븐에서 유기 용매의 건조를 행한 후, 800℃의 공기 분위기하에서 소성하여, 태양전지(100)를 얻었다.

또한, 버스 바 전극은 2개로 하고, 그 간격은 78mm(3개 버스 바일 때는 52mm)로 하고, 선 폭은 1.5mm로 했다. 핑거 전극은 선 폭 90μm이며, 핑거 전극간의 간격은 2.0mm로 했다. 보조 전극의 선 폭은 120μm로 했다.

이상과 같이 제작한 태양전지 400장에 대해서, 다음 평가를 행했다.

(1) 전기적 특성

태양전지의 전기적 특성의 측정으로서 솔라 시뮬레이터(야마시타덴소 가부시키가이샤제, 형식 YSS-160A)를 사용하여, 솔라 시뮬레이터의 광(기판 온도 25℃, 조사 강도:1kW/m², 스펙트럼:AM 1.5글로벌)을 태양전지 샘플에 조사하여, 이 태양전지 샘플의 전류-전압 특성을 측정하고, 측정 결과로부터 곡선 인자, 단락 전류 밀도, 변환 효율을 구했다. 또한, 측정값은 각 태양전지 100장의 평균값으로서 구했다.

(2) 태양전지의 휨

태양전지의 휨은 도 10에 나타낸 바와 같이 태양전지(100)를 대(300) 상에 두고, 태양전지(100)의 가장 높은 부분으로부터 대(300)까지의 거리(d)를 측정했다.

이상의 결과를 표 1에 나타낸다.

		비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
전극 패턴		도 2	도 4	도 5	도 6
전극 면적비		1.00	0.97	1.03	1.00
전극 코스트비		1.00	0.97	1.03	1.00
단락 전류 밀도	(mA/㎠)	35.9	36.2	35.8	35.9
곡선 인자	(%)	75.0	73.0	78.0	77.9
변환 효율	(%)	16.7	16.4	17.5	17.5
셀 휨	(mm)	3.0	0.5	0.5	0.5

비교예에서는 수광면의 전극 면적이 감소함으로써, 기판에 입사하는 태양광이 증가하고, 단락 전류가 증가했다. 그러나, 핑거 전극의 단선이나 단부의 벗겨짐에 의해, 태양전지의 배선 저항이 증가하고, 곡선 인자가 저하되어버렸다.

한편, 실시예 1, 2의 전극 패턴에서는 실시예 1과 같이 전극 면적이 증가하는 경우에도, 단락 전류의 감소는 적고, 곡선 인자의 증대가 현저하다. 이것에 의해, 변환 효율이 비교예 1에 비해 0.8% 증가했다.

다음에, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 제작한 태양전지를 사용하여 하기의 요령으로 모듈화했다.

폭이 2mm이며 두께가 0.2mm의 직선형상의 인터 커넥터(201)를 사용하여, 도 9에 나타내는 바와 같이, 인터 커넥터(201)와 버스 바 전극(105)을 접속하는 개소에, 미리 플럭스를 도포하고, 인터 커넥터(201)와 태양전지의 수광면의 버스 바 전극(105)을 땜납으로 접속했다. 또, 태양전지의 이면 버스 바 전극(106)에도 마찬가지로 인터 커넥터(201)를 납땜했다. 다음에, 백판 강화 유리/에틸렌비닐아세테이트(EVA)/배선 재료를 부착한 태양전지(100)/EVA/폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 순서로 적층하고, 주위를 진공으로 한 후, 150℃의 온도에서 10분간 가열 압착한 후, 150℃에서 1시간 가열함으로써 완전히 경화시켰다. 여기서는, 60개의 태양전지를 서로 인터 커넥터(201)로 접속하여 봉지했다.

이상의 공정을 거쳐, 태양전지 모듈을 제조했다.

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 태양전지를 사용하여 제작한 태양전지 모듈 각각에 대하여, 온도 사이클 시험(JIS C8917)을 행하고, 시험 전후에서의 태양전지 모듈의 출력 비교를 행했다. 온도 사이클 시험에서는 JIS C8917 규격에 준거하는 조건하에서 400사이클의 시험을 행했다. 즉, 우선 실온(25℃)으로부터 90℃까지 87℃/h 이하의 비율로 상승시키고, 이 온도(90℃)에서 10분간 유지하고, 이어서 -40℃까지 87℃/h 이하의 비율로 강하시키고, 이 온도(-40℃)에서 10분간 유지하고, 또한 25℃까지 87℃/h 이하의 비율로 상승시킨다. 이것을 1사이클(3시간 20분)로 하여, 이 사이클을 400사이클 반복했다. 또, 태양전지 모듈의 출력은 상기 솔라 시뮬레이터에 의해, AM 1.5, 100mW/cm²의 광조사하에서 측정하고, 출력 유지율(=(시험후 출력/시험전 출력)×100(%))을 구했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
출력 유지율	77%	54%	99%	97%

그 결과, 온도 사이클 시험 400사이클 후에, 비교예 1의 태양전지를 사용한 태양전지 모듈에서는 출력이 77%로 저하되었다. 한편, 비교예 2의 태양전지를 사용한 태양전지 모듈에서는 출력이 54%까지 저하되어버렸다.

실시예 1의 태양전지를 사용한 태양전지 모듈의 출력 유지율은 99%, 실시예 2의 태양전지를 사용한 태양전지 모듈의 출력 유지율은 97%가 되어, 모두 출력 저하는 확인되지 않았다.

[실시예 3]

실시예 1(도 5의 구성)에 있어서, 보조 전극의 선 폭을 변화시켜 그 태양전지 특성을 측정했다. 상세하게는 보조 전극의 선 폭을 0(보조 전극 없음), 60, 120, 240, 360, 480, 600μm로 변화시키고, 그 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 태양전지를 제작하고, 상기 실시예 1과 동일한 태양전지의 전기적 특성의 측정 조건으로 그 전기적 특성을 측정했다. 단락 전류 밀도 및 곡선 인자의 결과를 도 11에, 변환 효율의 결과를 도 12에 나타낸다.

우선, 보조 전극 없음(선 폭 0μm)의 경우에는, 단락 전류가 높고, 곡선 인자가 상당히 낮지만, 보조 전극을 설치함으로써 곡선 인자 및 변환 효율이 대폭 개선되었다. 또, 보조 전극의 선 폭 60~500μm의 영역에 있어서는, 선 폭이 증가함에 따라 단락 전류가 감소하고, 곡선 인자가 증가하고 있어, 단락 전류와 곡선 인자 사이에 트레이드 오프의 관계가 보여지고(도 11), 어떤 일정한 높은 변환 효율이 확보되고 있다(도 12). 또, 보조 전극의 선 폭이 500μm를 넘으면 곡선 인자가 거의 증가하지 않는 것에 대해, 보조 전극의 쉐도우 로스에 의한 단락 전류의 감소량이 커지고(도 11), 변환 효율이 저하되었다(도 12).

이상의 결과로부터 본 발명의 태양전지에 있어서의 보조 전극의 선 폭은 60~500μm가 적합한 것을 알 수 있다.

100…태양전지
100b…p형 반도체 기판
101…n형 확산층
102…반사 방지막
103…BSF층
104…알루미늄 전극
105, 105a, 105b…버스 바 전극
106…이면 버스 바 전극
107, 107a, 107b…핑거 전극
108…보조 전극
201…인터 커넥터
202…땜납

Claims (8)

1. 적어도 pn 접합이 형성된 반도체 기판과, 이 반도체 기판의 적어도 편면 상에 빗살형상으로 형성된 다수의 핑거 전극과, 상기 핑거 전극의 길이 방향에 대하여 직교하여 배치되고 이 핑거 전극과 접속되는 복수의 버스 바 전극을 구비한 태양전지로서,
   하나의 버스 바 전극에 접속되고, 이 버스 바 전극으로부터 그 직교하는 양방향으로 돌출된 하나의 핑거 전극과, 이 하나의 버스 바 전극에 평행하게 배치되는 다른 버스 바 전극에 접속되고, 이 다른 버스 바 전극으로부터 그 직교하는 양방향으로 돌출된 다른 핑거 전극이 서로 이간하고 있음과 아울러, 각 버스 바 전극으로부터 양방향으로 돌출된 핑거 전극의 양단부 각각에서, 서로 인접하는 모든 길이 방향의 단부끼리가 보조 전극에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 또한 상기 각 버스 바 전극으로부터 양방향으로 돌출된 핑거 전극 각각에서, 핑거 전극의 길이 방향의 단부 이외의 위치로서, 이 핑거 전극의 길이 방향에 직교하는 2~10개의 보조 전극이 이 핑거 전극의 선단부와 버스 바 전극 사이에 배치됨으로써, 공통의 버스 바 전극에 접속되고 서로 인접하는 모든 핑거 전극끼리가 전기적으로 접속되어 있는 태양전지에 있어서의 전극 패턴의 버스 바 전극, 핑거 전극 및 보조 전극을, 도전성 페이스트를 1회의 스크린 인쇄로 인쇄하는 스크린 인쇄법으로 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2~10개의 보조 전극이 핑거 전극의 선단부와 버스 바 전극 사이에서 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 2~10개의 보조 전극이 핑거 전극의 선단부 근방에 이 보조 전극끼리가 근방에 늘어서도록 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 페이스트가 은분말과, 유리 프리트와, 유기 비히클과, 유기 용매를 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 스크린 인쇄의 인쇄 방향이 핑거 전극의 길이 방향에 평행하며, 버스 바 전극 및 보조 전극의 길이 방향에 수직인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바 전극의 선 폭이 0.5mm 이상 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 핑거 전극의 선 폭이 30μm 이상 120μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 전극의 선 폭이 30μm 이상 500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조 방법.

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