KR20200112449A - Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200112449A
KR20200112449A KR1020190032940A KR20190032940A KR20200112449A KR 20200112449 A KR20200112449 A KR 20200112449A KR 1020190032940 A KR1020190032940 A KR 1020190032940A KR 20190032940 A KR20190032940 A KR 20190032940A KR 20200112449 A KR20200112449 A KR 20200112449A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar cell
cell module
thin film
disposed
buffer layer
Prior art date
Application number
KR1020190032940A
Other languages
English (en)
Inventor
하일수
Original Assignee
(주)파인드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)파인드 filed Critical (주)파인드
Priority to KR1020190032940A priority Critical patent/KR20200112449A/ko
Publication of KR20200112449A publication Critical patent/KR20200112449A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03923—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including AIBIIICVI compound materials, e.g. CIS, CIGS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/26—Building materials integrated with PV modules, e.g. façade elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 BIPV 시공시 건물 외벽 등과의 결합성을 증대시키는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈에 관한 것으로써, 유리 섬유, 세라믹기판, 금속기판, 폴리머, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 기판; 상기 기판 상에 배치되고, 몰리브덴으로 이루어진 배면전극; 상기 배면전극 상에 배치되고, CuInSe2, Cu(InxGa1-x)Se2, Cu(InxGa1-x)S 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 p형 반도체로 이루어진 광흡수층; 상기 p형 반도체 상에 배치되되, Cds 또는 InxSey 중 어느 하나인 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치되는 n형 반도체로 이루어진 윈도우층; 상기 광흡수층으로부터 생산되는 전류가 흐르는 조립배선; 및 상기 전류를 저장하는 정션박스를 포함하는 박막태양전지 모듈에 있어서, 상기 윈도우층의 일면은 버퍼층이 배치되고, 타면에는 접착성 막재가 배치되는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈을 제공한다.

Description

BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법{FLEXIBLE SORLA CELL MODULE AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법에 관련된 기술 분야이다.
태양전지의 최소단위인 셀(cell) 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작은데다 외부 환경에 쉽게 영향을 받는다. 태양전지의 모듈(module)은 이러한 셀을 패키지화한 것이다. 즉 상기 태양전지를 필요한 전기용량에 따라 직렬 또는 병렬로 연결한 것을 말한다.
종래 경질이 하드하여 별도의 철구조물로 이루어진 보강대를 설치가 필수적인 케노피형 태양광전지모듈의 경우 제조공정이 매우 번거롭고, 설치 구조물에 의한 원가 상승 및 철거의 어려움 등의 문제점을 해결하기 위해 박막태양광전지 모듈이 제안되었다.
하지만 박막태양전지 모듈의 경우, 모듈의 배면전극과 건물 외벽 등과의 결합력이 떨어지고, 접착제로 인한 변환 효율이 저하되는 또 다른 문제점이 있었다.
이와 관련하여 상기 태양전지모듈의 제조방법은 다양하게 제안되고 있고, 그 중 널리 이용되고 있는 박막태양전지모듈의 제조방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2(a)에서는 증착공정 및 레이저 스크라이빙 공정에 따라 글래스(1)-투명전극(TCO)(미도시)-태양광발전막(a-Si, CIGS, CdTe)(3)으로 이루어진 상태에서, 상기 태양광 발전막(3) 위에 버스바(7:도 2(b))를 고정하기 위하여 디스펜서(10)으로 도전성 페이스트(5)를 도포한다. 참고로 상기 태양광 발전막(3)은 상기 TCO를 덮어 띠 모양으로 단위 태양전지층과, 상기 태양전지층을 덮어 띠 모양으로 형성된 금속전극을 포함하여 구성하고 있다.
도 2(b)에서는 버스바(7)를 형성하고 버스바 및 정션박스 연결을 위한 리본(9)을 배열 및 절연시트(11)로 고정한다.
도 2(c)에서는 글래스(1) 및 표면측 충진재로 이물질이나 수분 등의 침입을 방지하는 EVA(ethylene vinyl acetate) 또는 PVB(poly vinyl butylo)의 보호시트(20)와 후면시트(30)을 순서대로 접합시킨다. 이때 상기 보호시트(20)에서는 후술한 정션박스가 위치할 부분에 테플론 보호시트(20a)가 구성되고, 상기 후면시트(30)에도 상기 정션박스(40, 1e)와 대응되는 위치에 홀(30a)이 형성되어 있다.
일단 접합된 상태는 도 2(d)와 같다. 또 도 2(d)에서는 접합된 상태에서 정션박스 연결용 전극위에 있는 상기 테플론 보호시트(20a)를 제거하고 있는 상태를 도시하고 있다.
상기 테플론 보호시트(20a)가 제거되면, 도 2(e)에 도시된 바와 같이 정션박스 연결용 전극에 정션박스(40)를 조립하고, 조립된 부분을 실란트(sealant)로 충진한다.
마지막으로 도 2(f)과 같이 프레임(50)을 조립하여 태양전지 모듈(60)을 완성한다.
그와 같이 완성된 태양전지 모듈은, 태양광 발전막에서 전기가 생성되면 버스바를 통하여 상기 금속전극으로 보내지고, 정션박스는 상기 금속전극으로부터 전기를 수집하게 되는 구조를 제공한다.
하지만, 상기한 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 태양광발전막(a-Si, CIGS, CdTe)에 버스바 및 정션박스용 리본을 배열 및 고정하는 공정이 현재는 수작업으로 수행되어, 제조의 번거로움과 제조공정의 효율성이 저하되었다.
또한 정션박스 전극의 배열 및 정션박스를 연결하기 위해 보호시트 및 후면시트의 일부를 제거하는 공정이 반드시 필요하였다.
또한 정션박스가 반드시 있어야 하기 때문에 제조단가를 줄일 수 없었다. 그리고, 종래기술에 의해 제조된 박막태양전지모듈을 건물 일체형 태양광발전(BIPV)에 적용할 경우, 정션박스를 통해 배선을 해야하는바 전선이 복잡해지고, 외벽유리로 직접 적용하기가 곤란하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-1775977호
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박막태양광모듈을 건물 일체형 태양광발전의 용도로 사용시, 외벽 등과의 접합이 용이하고 변환 효율을 저하시키지 않으면서 장기간 사용이 가능한 접합 효율이 향상된 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자 본 발명의 일 견지는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈을 제공한다.
상기 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈은 유리 섬유, 세라믹기판, 금속기판, 폴리머, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 기판;
상기 기판 상에 배치되고, 몰리브덴으로 이루어진 배면전극;
상기 배면전극 상에 배치되고, CuInSe2, Cu(InxGa1-x)Se2, Cu(InxGa1-x)S 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 p형 반도체로 이루어진 광흡수층;
상기 p형 반도체 상에 배치되되, Cds 또는 InxSey 중 어느 하나인 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 배치되는 n형 반도체로 이루어진 윈도우층;
상기 광흡수층으로부터 생산되는 전류가 흐르는 조립배선;
및 상기 전류를 저장하는 정션박스를 포함하는 박막태양전지 모듈에 있어서,
상기 윈도우층의 일면은 버퍼층이 배치되고, 타면에는 접착성 막재가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 윈도우층은 ZnO 박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막을 ZnO 박막위에 증착한 2중구조의 박막 중 적어도 어느 하나이되, Zn(O,S,OH)x,In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 접착성 막재는 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 의하면 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈의 제조방법에 대하여 제공한다.
상기 제조방법은 기판 상에 몰리브덴을 스퍼터링한 후 레이저로 패터닝하는 제1단계;
상기 패터닝된 기판 상에 p형 반도체 소재를 박막증착하여 p형 박막을 형성하는 제2단계;
상기 증착된 p형 박막 상에 n형 반도체 소재를 화학적 용액증착법에 의해 n형 박막을 형성한 후 표면을 패터닝하는 제3단계;
상기 패터닝된 n형 박막 표면 상에 버퍼층을 스퍼터링한 후 버퍼층의 표면을 패터닝하는 제4단계;
상기 버퍼층 상에 윈도우층을 결합한 후, 전도성 접착제를 도포하여 태양전지셀을 형성하는 제5단계;
상기 태양전지셀과 조립배선을 연결 후 라미네이션시켜 태양전지모듈을 형성하는 제6단계; 및
상기 태양전지모듈에 접착성 막재를 결합하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 제7단계는 상기 태양전지모듈의 배면전극 일면에 접착성 막재를 접합 후, 열융착, 고주파 융착 또는 압착하여 상기 태양전지모듈 및 접착성 막재를 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 박막태양전지모듈은 후면시트 또는 보호시트 및 정션박스의 구조를 보다 간단하게 하고, 접합성능이 있는 막재를 추가하여 접착효능을 높이는 것을 특징으로 한다.
따라서 장기간 사용시 및/또는 광흡수온도 70℃ 이상에서도 변환효율이 저하되지 않고, BIPV 적용시 외벽 등과의 접착성이 뛰어난 장점이 있다.
나아가, 접착성이 뛰어나 수명이 길고, 교체 횟수가 줄어들어 비용적인 측면에서 경제적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플렉서블한 박막태양전지모듈의 전체도.
도 2는 종래기술에 따른 태양전지모듈의 제조방법을 보인 공정도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막태양전지 모듈과 건물의 일면의 결합에 사용되는 막재의 다양한 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막태양전지 모듈과 건물의 일면의 결합에 사용되는 막재의 단면 상세도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막태양전지 모듈이 곡면을 갖는 케노피의 표면에 적용된 사용예를 나타내는 사진.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막태양전지 모듈이 자동차의 지붕 외측면에 적용된 사용예를 나타내는 사진.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막태양전지 모듈이 블라인드에 적용된 사용예를 나타내는 사진.
본 발명은 외벽 등과 접합 성능을 높인 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈에 관한 것으로서, 기판, 배면전극, p형 반도체로 이루어진 광흡수층, 버퍼층, n형 반도체로 이루어진 윈도우층, 조립배선, 정션박스를 포함하는 박막태양전지 모듈에 있어서, 상기 윈도우층의 일면은 버퍼층이 배치되고, 타면에는 접착성 막재가 배치되는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1, 2,3을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈(이하, ‘모듈’이라고 칭함)은 윈도우층의 일면에 접착성 막재가 결합되어 접착력을 향상시킴으로써 건물 일체형 태양광발전시스템의 수명을 연장하기 위한 용도로 사용된다.
즉 본 발명의 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈은 거시적으로 기판, 배면전극, p형 반도체로 이루어진 광흡수층, 버퍼층, n형 반도체로 이루어진 광흡수층, 윈도우층, 조립배선 및 정션박스를 포함하여 이루어진다. 특히 상기 윈도우층의 일면은 버퍼층이 배치되고, 타면에는 접착성 막재가 배치되는 것을 특징으로 한다.
이를 위해 상기 기판은 유리 섬유, 세라믹기판, 금속기판, 폴리머, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.
BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈의 기판은 일반적으로 유리가 사용된다. 그 외에 세라믹 기판, 구리테이프 같은 금속기판, 폴리머 등이 사용될 수 있다. 나아가 폴리이미드와 같은 유연성 있는 고분자 재질 등의 기판이 사용될 수 있어 플렉시블한 태양광전지모듈을 구성할 수 있다.
상기 배면적극은 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로 한다. BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈의 배면전극은 높은 전기전도도, 고온안정성이 요구되며, 스퍼터링방법에 의해 박막을 형성할 수 있다.
나아가 스퍼터링법에 의한 박막 형성시 아르곤의 분압이 낮을수록 저항은 낮아지나 박리현상이 발생할 수 있는바, 몰리브덴의 양과 분압을 적절한 비로 조절하여 배면전극을 형성하는 것이 바람직하다.
한편 상기 버퍼층은 p형 반도체 상면에 배치되되, Cds 또는 InxSey 중 어느 하나인 것을 사용할 수 있다.
상기 버퍼층은 p형 반도체와 n형 반도체의 양호한 접합을 형성하기 위해 사용되며, p형 반도체 박막 소재와 n형 반도체 박막 소재간 격자상수와 에너지 밴드갭의 차이를 적절히 조절할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
특히 상기와 같이 p, n형 두 물질의 격자상수와 에너지밴드갭 차이를 이용해 전압을 형성하는바, 에너지 밴드갭이 미미한 경우 저전압에 의해 전류 발생 효율이 저하되며, 에너지 밴드갭이 지나치게 큰 경우 고전압에 의해 오류발생 가능성이 있는바 Cds 또는 InxSey 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광흡수층은 CuInSe2, Cu(InxGa1-x)Se2, Cu(InxGa1-x)S 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
삼원화합물인 CuInSe2는 단락전류가 높은 특징이 있어, 광흡수층으로 사용될 수 있으며, Cu(InxGa1-x)Se2, Cu(InxGa1-x)S의 경우 개방전압이 높아 높은 효율을 얻을 수 있는 특징이 있다. 나아가, CuInSe2는 밴드갭이 약 1.5eV로, Ga이 첨가된 Cu(InxGa1-x)Se2 화합물 반도체의 밴드갭은 Ga 첨가량에 따라 밴드갭을 조절할 수 있는 특징이 있다.
나아가 광흡수층의 에너지 밴드갭이 클 경우 개방전압은 증가하지만, 오히려 단락전류가 감소하므로 Ga의 적정한 함량조절을 하는 것이 바람직하다.
상기 윈도우층은 ZnO 박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막을 ZnO 박막위에 증착한 2중구조의 박막 중 적어도 어느 하나이되, Zn(O,S,OH)x,In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 윈도우층은 투명전극으로서의 기능을 하기 때문에 높은 광투과율과 전기전도성이 요구되는바, 약 80% 이상의 높은 광투과도를 갖으며, 에너지 밴드갭이 약 3.3eV 인 ZnO 또는 ZnO이 포함된 물질을 박막으로 형성시키는 것이 바람직하다.
나아가 박막의 결정성이 향상되어 높은 전기전도도와 증대되는 광투과율 효과가 있어 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(indium tin oxide) 박막을 ZnO 박막위에 증착한 2중구조를 사용할 수 있다.
한편 상기 접착성 막재는 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
상기 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 막재의 경우 열에 의한 접착 특성이 있다. 즉 윈도우층 상단에 접착제를 도포하여 상기 막재를 배치하고, 열융착, 고주파융착 또는 압착 등을 하여 윈도우층과 막재를 결합시킬 수 있다.
상기 접착제와 같은 별도의 중간 매개체 없이도, 윈도우층 상단에 상기 조합의 막재를 안착시킨 후, 열에 의한 융착, 고주파 융착 등으로 경화를 시도할 수 있다.
상기 접착성 막재는 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈의 경우 후면부가 플렉서블하며, 플렉서블 전지의 경우 후면부가 접착테이프 방식이어서 기존 건축 마감재에 부착해도 되지만, 후면부 및 건물 외벽 등의 소재 특성상 접착성이 저하되는 것이 일반적인바, 건축마감재에 부착될 수 있는 마감재를 따로 정해 놓는 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 접착성 막재는 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 상기 소재를 이용하여 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈의 후면부를 건물 외벽 등에 고정시킬 수 있다.
특히 상기 모듈을 건물 외벽 등에 직접 고정하는 것이 아니라, 모듈과 막재를 결합후, 막재의 일면이 건물 외벽 등에 고정되는 구조인바, 후면부 및 건물 외벽 등 고정체의 소재 특성에 따라 막재의 소재를 다양하게 제조할 수 있다.
또한 막재의 소재에 따라 고정체에 고정하는 방법도 다양하게 선택할 수 있는 장점이 있다.
상기 모듈 상에 상기 막재소재를 배치시키고, 접착제 도포 후 열융착, 고주파 융착 등을 이용하여, 모듈과 막재를 결합시킬 수 있을 뿐 아니라, 막재 소재에 따라 별도로 접착제를 도포하지 않고도, 열융착, 고주파융착, 압착 등의 방법을 이용해 모듈과 막재를 결합할 수 있어, 간단하게 모듈의 일면에 접착성을 부여할 수 있는 특징이 있다.
본 발명의 다른 견지에 따르면 상기 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법에 따르면 기판 상에 몰리브덴을 스퍼터링한 후 레이저로 패터닝하는 제1단계, 상기 패터닝된 기판 상에 p형 반도체 소재를 박막증착하여 p형 박막을 형성하는 제2단계, 상기 증착된 p형 박막 상에 n형 반도체 소재를 화학적 용액증착법에 의해 n형 박막을 형성한 후 표면을 패터닝하는 제3단계, 상기 패터닝된 n형 박막 표면 상에 버퍼층을 스퍼터링한 후 버퍼층의 표면을 패터닝하는 제4단계, 상기 버퍼층 상에 윈도우층을 결합한 후, 전도성 접착제를 도포하여 태양전지셀을 형성하는 제5단계 및 상기 태양전지셀과 조립배선을 연결 후 라미네이션시켜 태양전지모듈을 형성하는 제6단계;를 포함한다.
상기 제1단계의 경우 기판은 유리기판을 사용할 수 있고, 세라믹 기판, 구리테이프와 같은 금속기판, 폴리머 등이 사용될 수 있다. 나아가 폴리이미드와 같은 유연성이 있는 고분자 재질등이 사용될 수 있다.
상기 기판상에 몰리브덴을 스퍼터링하여 배면 전극을 형성시킬 수 있다. 상기 몰리브덴은 높은 전기전도도 및 고온 안정성을 갖으며, 스퍼터링 방법에 의한 박막 형성이 용이한 특성이 있다. 다만 스퍼터링 시 아르곤 분압이 낮을수록 저항은 낮아지나 박막의 접착특성이 저하되어 박리현상이 발생할 가능성이 있는바, 아르곤의 분압을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
상기 이후 p형 반도체가 화학적 용액증착법에 의해 증착되는데, 전류가 흐를 수 있는 특정한 패턴을 형성하기 위해 배면 전극상에 레이저로 패터닝하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 제2단계는 패터닝된 상기 배면전극 상에 p형 반도체 소재를 박막증착하여 p형 박막을 형성하는 단계이다. 상기 p형 반도체 소재는CuInSe2, Cu(InxGa1-x)Se2, Cu(InxGa1-x)S 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 사용하여 박막 증착시킬 수 있다. 나아가, 상기 p형 반도체 소재는 Ga의 적정한 함량 조절에 의해 개방전압 및 단락전류를 조절할 수 있다.
상기 제3단계는 p형 박막 표면 상에 버퍼층을 스퍼터링한 후 버퍼층의 표면을 패터닝하는 단계이다. 상기 버퍼층은 Cds 또는 InxSey 중 어느 하나로 이루어진다. 일반적으로 버퍼층은 p, n형 박막을 이루는 두 물질의 격자상수와 에너지밴드갭의 차이를 조절하기 위하여 p, n형 박막 사이에 위치한다.
이를 위해 상기 버퍼층은 p, n형 박막을 이루는 두 물질의 격자상수와 에너지밴드갭의 차이를 조절하기 위해 Cds 또는 InxSey 중 어느 하나로 이루어지는데, Cds의 경우 높은 효율의 태양전지에 사용될 수 있으며, 화학적 용액성장법(CBD, chemical bath deposition)에 의해 박막이 형성된다.
나아가 광특성이 양호하고, 제조 장치의 호환이 가능하며, 물리적 박막공정으로 제조가능한 InxSey을 사용할 수 있다.
상기 제7단계는 상기 태양전지모듈의 배면전극 일면에 접착성 막재를 접합 후, 열융착, 고주파 융착 또는 압착하여 상기 태양전지모듈 및 접착성 막재를 결합하는 단계이다.
상기 막재는 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 것을 소재로 사용할 수 있다. 특히, 상기 소재의 경우, 가온 및/또는 가압에 의해 접착성을 발휘하는바, 배면전극 일면에 별도의 접착제를 도포하지 않더라도 간단한 공정에 의해 모듈의 일면에 접착성을 부여한다. 따라서, 건물 외벽 등에 용이하게 결합시킬 수 있는 장점이 있다.
나아가 상기 가온 및/또는 가압의 조건은, 상기 막재의 소재로 선택한 소재의 특성에 따라 적절히 조절할 수 있고, 특히 제한하지 않는다.
본 발명에 의한 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈은 배면전극의 일면에 접착성을 발휘하는 막재를 결합하여, BIPV 에 태양광전지 모듈을 부착시, 간단한 공정만으로 건물 외벽과의 결합성능을 높일 수 있다.
나아가, 상기 막재의 소재에 의해 변환 효율이 저하되지 않으며, 장기간 사용이 가능한바, 모듈의 교체 횟수를 최소화 시킬 수 있어, 비용 측면에서 경제적인 장점이 있다.
또한 막재와 배면 전극의 결합 공정이 매우 간단하며, 다양한 소재를 사용할 수 있어, 막재를 이용해 고정체에 고정하는 방법 또한 다양하게 선택할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈을 BIPV 에 적용시, 건물 외벽 등과 모듈의 접착성을 향상시키기 용도를 포함한다.

Claims (5)

  1. 유리 섬유, 세라믹기판, 금속기판, 폴리머, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 기판;
    상기 기판 상에 배치되고, 몰리브덴으로 이루어진 배면전극;
    상기 배면전극 상에 배치되고, CuInSe2, Cu(InxGa1-x)Se2, Cu(InxGa1-x)S 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 p형 반도체로 이루어진 광흡수층;
    상기 p형 반도체 상에 배치되되, Cds 또는 InxSey 중 어느 하나인 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 배치되는 n형 반도체로 이루어진 윈도우층;
    상기 광흡수층으로부터 생산되는 전류가 흐르는 조립배선; 및
    상기 전류를 저장하는 정션박스를 포함하는 박막태양전지 모듈에 있어서,
    상기 윈도우층의 일면은 버퍼층이 배치되고, 타면에는 접착성 막재가 배치되는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우층은 ZnO 박막 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 박막을 ZnO 박막위에 증착한 2중구조의 박막 중 적어도 어느 하나이되, Zn(O,S,OH)x,In(OH)xSy, ZnInxSey, ZnSe 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나인 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착성 막재는 염화비닐수지, PND, PNDF, 폴리에스터, 유리섬유의 조합으로 이루어진 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈.
  4. 기판 상에 몰리브덴을 스퍼터링한 후 레이저로 패터닝하는 제1단계;
    상기 패터닝된 기판 상에 p형 반도체 소재를 박막증착하여 p형 박막을 형성하는 제2단계;
    상기 증착된 p형 박막 상에 n형 반도체 소재를 화학적 용액증착법에 의해 n형 박막을 형성한 후 표면을 패터닝하는 제3단계;
    상기 패터닝된 n형 박막 표면 상에 버퍼층을 스퍼터링한 후 버퍼층의 표면을 패터닝하는 제4단계;
    상기 버퍼층 상에 윈도우층을 결합한 후, 전도성 접착제를 도포하여 태양전지셀을 형성하는 제5단계;
    상기 태양전지셀과 조립배선을 연결 후 라미네이션시켜 태양전지모듈을 형성하는 제6단계; 및
    상기 태양전지모듈에 접착성 막재를 결합하는 제7단계;를 포함하는 박막태양전지모듈 제조방법. 를 포함하는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈 제조방법.
  5. 상기 제4항에 있어서,
    상기 제7단계는 상기 태양전지모듈의 배면전극 일면에 접착성 막재를 접합 후, 열융착, 고주파 융착 또는 압착하여 상기 태양전지모듈 및 접착성 막재를 결합하는 BIPV 용 플렉서블 태양광전지 모듈 제조방법.
KR1020190032940A 2019-03-22 2019-03-22 Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법 KR20200112449A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190032940A KR20200112449A (ko) 2019-03-22 2019-03-22 Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190032940A KR20200112449A (ko) 2019-03-22 2019-03-22 Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200112449A true KR20200112449A (ko) 2020-10-05

Family

ID=72809158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190032940A KR20200112449A (ko) 2019-03-22 2019-03-22 Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200112449A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101775977B1 (ko) 2016-03-30 2017-09-20 (재)한국나노기술원 플렉시블 태양전지 모듈의 제조방법 및 그에 의해 제조된 플렉시블 태양전지 모듈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101775977B1 (ko) 2016-03-30 2017-09-20 (재)한국나노기술원 플렉시블 태양전지 모듈의 제조방법 및 그에 의해 제조된 플렉시블 태양전지 모듈

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3618802B2 (ja) 太陽電池モジュール
US5679176A (en) Group of solar cell elements, and solar cell module and production method thereof
JP3740251B2 (ja) 太陽電池モジュールの製造方法
US20150136207A1 (en) Roof panel comprising an integrated photovoltaic module
EP1619728A1 (en) Solar cell
KR101703829B1 (ko) 다수의 접합 및 다수의 전극을 갖는 광기전력 전지들을 제조하기 위한 방법
EP2761674B1 (en) Photovoltaic cell interconnect
KR19980070676A (ko) 광기전력 소자
JPH0955524A (ja) 太陽電池モジュール
JPH11186572A (ja) 光起電力素子モジュール
KR101652607B1 (ko) 직렬 연결형 박막 태양광 모듈 및 박막 태양 전지의 직렬 연결 방법
KR101590685B1 (ko) 연결 소자를 구비한 태양광 모듈
US20140345675A1 (en) Photovoltaic cell interconnect
WO2015126918A1 (en) Flexible solar cells and method of producing same
KR20100006205A (ko) Ｃｉｇｓ 태양전지 모듈 및 그 제조방법
US6166322A (en) Encapulation process for mono-and polycrystalline silicon solar cell modules
EP3163629A1 (en) A semi-elastic photovoltaic module
CN103390672A (zh) 一种集成式薄膜太阳能电池组件及其制备方法
CN104347741A (zh) 一种柔性透光光伏组件及其制备方法
KR20200112450A (ko) 플렉서블 태양광전지모듈 및 이의 제조방법
EP2789019B1 (en) A photovoltaic article comprising a photovoltaic cell with electrical connection elements
KR20200112449A (ko) Bipv 용 플렉서블 태양광전지 모듈 및 이의 제조방법
KR20200112452A (ko) 필름형 태양광전지모듈 및 이의 제조방법
KR20200112448A (ko) 접착성 막재 및 이를 포함하는 박막태양전지모듈
JPH11214734A (ja) 太陽電池モジュールおよびその製造方法およびその施工方法および太陽電池発電システム