KR20220029205A - 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 투광성 접합층과, 투광성 접합층의 제1 면 상에서 제1 방향을 따라 배치되고, 제1 파장 대역의 광을 흡수하는 적어도 두 개의 제1 태양전지들을 포함하는 복수의 제1 활성 영역들, 및 투광성 접합층의 제1 면에 반대되는 제2 면 상에서 제1 방향을 따라 배치되고, 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 흡수하는 적어도 하나의 제2 태양전지를 포함하는 복수의 제2 활성 영역들을 포함하는, 태양전지 모듈이 개시된다.

Description

태양전지 모듈 및 그 제조 방법{SOLAR CELL MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(disclosure)의 기술적 사상은 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 에너지 전환 소자이다. 이 중, 결정질 실리콘 태양전지가 대표적인 단일접합(single junction) 태양전지로서 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 결정질 실리콘 태양전지의 낮은 광전 변환 효율, 낮은 경제성 등과 같은 문제들로 인해, 대안에 관한 연구, 개발이 활발히 진행되고 있다.
그 중에서 서로 다른 밴드 갭을 가지는 태양전지들을 적층시킨 탠덤 태양전지(tandem solar cell 또는 double junction solar cell), 예를 들면, 페로브스카이트/결정질 실리콘 탠덤 태양전지가 30% 이상의 높은 광전 효율을 달성할 수 있어 크게 주목받고 있다.
그러나, 탠덤 태양전지 모듈을 제조함에 있어서, 태양전지 상에 별도의 광 흡수층을 직접 적층하는 경우에는 공정의 어려움이 있고, 독립적으로 제작한 복수의 태양전지 모듈들을 적층하는 경우에는 태양전지들의 사이즈와 태양전지들 간의 간격이 일정하지 않고 중복 포함되는 보호부재들에 의한 광 반사, 광 흡수 문제까지 더해져 광학적 손실 및 출력 저하가 심화되고 개별 모듈 당 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점들과 함께 균등화 발전 비용(Levelized Cost of Electricity)을 고려해 볼 때, 현 시점에서 탠덤 태양전지 모듈은 싱글 태양전지 모듈에 비해 실익이 크지 않을 수 있다.
본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상하부 태양전지들 간의 사이즈, 간격 불일치와 모듈 내부에 중간층으로 개재되는 보호 부재들로 인한 광학적 손실을 억제하여 높은 출력을 얻을 수 있고, 저비용으로 기존의 모듈 공정장비들을 활용하여 제조 가능한 탠덤형 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상에 의한 일 양태(aspect)에 따르면, 투광성 접합층; 상기 투광성 접합층의 제1 면 상에서 제1 방향을 따라 배치되고, 제1 파장 대역의 광을 흡수하는 적어도 두 개의 제1 태양전지들을 포함하는 복수의 제1 활성 영역들; 및 상기 투광성 접합층의 상기 제1 면에 반대되는 제2 면 상에서 상기 제1 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 흡수하는 적어도 하나의 제2 태양전지를 포함하는 복수의 제2 활성 영역들;을 포함하는, 태양전지 모듈이 개시된다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 활성 영역들 각각이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 활성 영역들은, 복수의 제1 갭 영역들을 사이에 두고 서로 이격되어 배치될 수 있고, 상기 제2 활성 영역들은, 복수의 제2 갭 영역들을 사이에 두고 서로 이격되어 배치될 수 있고, 상기 제1 갭 영역들과 상기 제2 갭 영역들이 상기 투광성 접합층을 사이에 두고 적어도 일부 오버랩되도록, 상기 제1 활성 영역들 각각이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 갭 영역들의 상기 제1 방향으로의 폭은, 상기 제2 갭 영역들의 상기 제1 방향으로의 폭과 같을 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 갭 영역들 중 적어도 하나에는, 양 측의 제1 활성 영역들을 전기적으로 연결하는 제1 연결부재가 위치할 수 있고, 상기 제2 갭 영역들 중 적어도 하나에는, 양 측의 제2 활성 영역들을 전기적으로 연결하는 제2 연결부재가 위치할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 활성 영역들 각각의 면적은, 상기 제2 활성 영역들 각각의 면적보다 크거나 같을 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 평면에서 보았을 때, 동일한 개수의 상기 제1 태양전지들이 상기 제2 태양전지들 각각과 상기 투광성 접합층을 사이에 두고 오버랩되도록, 상기 제1 활성 영역들 각각이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 활성 영역들은 상기 제2 활성 영역들에 대해 정렬되지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제2 활성 영역들의 상기 제2 태양전지들은 상기 제1 방향을 따라 갭 영역을 사이에 두지 않고 연속적으로 배치되거나 일부분이 오버랩되도록 배치될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 적어도 두 개의 제1 태양전지들은, 유무기 태양전지를 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 제2 태양전지는, 실리콘 태양전지를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 투광성 접합층은, 폴리올레핀 엘라스토머층을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀 엘라스토머층은, 실리카(Silica), 티타니아(Titania) 및 알루미나(Alumina) 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 입자들을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 폴리올레핀 엘라스토머층은, 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 층으로 구성될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따르면, 제1 투명 부재 상에 제1 파장 대역의 광을 흡수하는 복수의 제1 태양전지들을 형성하는 단계; 상기 제1 태양전지들 상에 투광성 접합층을 위치시키는 단계; 상기 투광성 접합층 상에 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 흡수하는 복수의 제2 태양전지들을 위치시키는 단계; 상기 제2 태양전지들 상에 봉지재 및 제2 투명 부재를 위치시키는 단계; 및 상기 제1 태양전지들 및 상기 제2 태양전지들을 봉지하는 단계;를 포함하는, 태양전지 모듈의 제조 방법이 개시된다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는, 적어도 둘 이상의 상기 제1 태양전지들로 정의되는 제1 활성 영역들이 적어도 하나의 상기 제2 태양전지로 정의되는 제2 활성 영역들에 대해 정렬되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시킬 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는, 상기 제1 활성 영역들 사이의 제1 갭 영역들과 상기 제2 활성 영역들 사이의 제2 갭 영역들이 상기 투광성 접합층을 사이에 두고 적어도 일부 오버랩되면서 상기 제1 활성 영역들이 상기 제2 활성 영역들에 대해 정렬되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시킬 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 활성 영역들 각각의 면적은, 상기 제2 활성 영역들 각각의 면적보다 크거나 같을 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는, 평면에서 보았을 때, 상기 제2 태양전지들 각각에 대하여 동일한 개수의 상기 제1 태양전지들이 오버랩되면서 상기 제1 활성 영역들이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시킬 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는, 상기 제2 태양전지들이 상기 제1 방향을 따라 갭 영역을 사이에 두지 않고 연속적으로 배치되거나 일부분이 오버랩되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시킬 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 태양전지들 및 상기 제2 태양전지들을 봉지하는 단계는, 상기 제1 투명부재, 상기 투광성 접합층, 상기 봉지재, 및 상기 제2 투명 부재를 라미네이팅하여, 상기 제1 태양전지들 및 상기 제2 태양전지들을 봉지할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조 방법은, 서로 다른 밴드 갭을 갖는 태양전지들을 각각 독립적으로 제조한 후 투광성 접합층을 통해 물리적으로 연결하므로, 제조 공정상의 기술적 한계를 극복할 수 있고, 보다 용이하게 상하부 태양전지들 상호간의 정렬이 가능해져 상하부 수광면의 높은 정합도를 구현할 수 있어, 출력이 향상될 수 있다.
또한, 각 태양전지를 별도로 모듈화할 때 중복적으로 사용되는 보호 부재들, 예를 들면, 봉지재, 유리 등을 일부 생략할 수 있어, 이들에 의한 광학적 손실을 최소화함으로써 출력 개선 효과를 극대화할 수 있음은 물론 제조 단가도 낮출 수 있다.
또한, 태양전지 모듈을 제조함에 있어서 기존의 공정장비들과 라인도 그대로 적용 가능하고, 태양전지 모듈에 포함되는 부재들이 한번의 라미네이션 공정에 의해 일괄적으로 접합됨에 따라 추가적인 공정 단계들이 생략될 수 있어, 제조 비용을 더 줄일 수 있게 된다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조 방법이 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 요부(要部)를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 태양전지 모듈을 절개한 단면도이다.
도 4는 도 1의 태양전지 모듈에 포함되는 실리콘 태양전지의 단면을 확대한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 태양전지 모듈의 투광성 접합층을 확대한 도면으로, 투광성 접합층의 변형 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6의 B-B' 선을 따라 태양전지 모듈을 절개한 단면도이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8의 C-C' 선을 따라 태양전지 모듈을 절개한 단면도이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 10의 D-D' 선을 따라 태양전지 모듈을 절개한 단면도이다.
도 12a 내지 도 12i는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 도면들이다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 개시의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 개시의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들면, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부한 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들은 본 개시에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)의 요부(要部)를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양전지 모듈(100)의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 태양전지 모듈(100)을 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은, 차례로 적층된 실리콘 태양전지(119)들, 투광성 접합층(117), 및 유무기 태양전지(115)들을 포함할 수 있다.
상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들은 서로 다른 밴드갭을 갖고 각각 독립적으로 다른 파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생성할 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 상대적으로 작은 밴드갭을 갖고 장파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생성할 수 있고, 상기 유무기 태양전지(115)들은 상대적으로 큰 밴드갭을 갖고 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생성할 수 있다. 이에 따라, 상기 태양전지 모듈(100)은 고효율의 탠덤 구조(더 자세히는 4단자 탠덤 구조)를 갖는 탠덤 태양전지 모듈로 기능할 수 있다.
상기 실리콘 태양전지(119)들, 상기 투광성 접합층(117), 및 상기 유무기 태양전지(115)들로 이루어진 적층 구조의 상부는, 투명 부재(101)에 의해 보호될 수 있고, 상기 적층 구조의 하부는 봉지재(123), 후면 시트(125), 및 투명 부재(127)에 의해 보호될 수 있다.
상기 태양전지 모듈(100)은, 상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들을 각각 별도로 제조한 후 상기 투광성 접합층(117)을 통해 접합하므로, 각 태양전지의 제조에 있어서 공정 상의 제약이 크지 않을 수 있다.
또한, 상기 투광성 접합층(117)은, 상기 봉지재(123), 상기 후면 시트(125), 및 상기 투명 부재(127)의 배치 후 수행되는 라미네이션 공정에 의해 상기 봉지재(123) 등과 함께 일괄적으로 경화되므로, 공정 단계가 단순화되는 실익이 있다.
나아가, 상기 태양전지 모듈(100)은 그 내측에서 상기 실리콘 태양전지(119)들의 상부를 보호하기 위한 봉지재 일부, 상부 유리 등을 생략할 수 있어, 굴절률 차이에 기인한 광 반사, 광 흡수 등의 광학적 손실을 줄이고 높은 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 실리콘 태양전지(119)들 및 상기 유무기 태양전지(115)들 각각의 수광면의 정합에 따라 출력 개선 효과가 더 커질 수 있다.
이하, 각 구성에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
상기 태양전지 모듈(100)에 포함되는 상기 실리콘 태양전지(119)들의 단면을 확대 예시한 도면인 도 4를 함께 참조하면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은, 제1 반도체층(SC1), 상기 제1 반도체층(SC1) 상에 위치하는 제2 반도체층(SC2), 상기 제2 반도체층(SC2) 상에 위치하는 제1 전극(SC3), 상기 제1 전극(SC3)이 위치하지 않는 제2 반도체층(SC2) 상에 위치하는 반사방지층(SC4), 상기 제1 반도체층(SC1)의 수광면 반대측에 위치하는 패시베이션층(SC5-1) 및 캡핑층(SC5-2), 상기 패시베이션층(SC5-1) 및 상기 캡핑층(SC5-2)에 의해 둘러싸이는 국부 콘택(SC6), 및 상기 캡핑층(SC5-2) 하부에 위치하는 제2 전극(SC7)을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층(SC1)은 제1 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체층(SC1)은 p형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 실리콘은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 반도체층(SC1)은, 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형의 반도체 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 반도체층(SC1)은 n형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(SC1)의 상면을 텍스처된 표면(textured surface)으로 형성하기 위해 제1 반도체층(SC1)은 텍스처링(texturing) 처리될 수 있다. 제1 반도체층(SC1)의 표면이 텍스처된 표면으로 형성되면, 제1 반도체층(SC1)의 수광면에서 광 반사도가 감소하고, 광의 흡수율이 증가할 수 있다.
제2 반도체층(SC2)은 상기 제1 도전형과 반대되는 제2 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체층(SC2)은 n형 불순물이 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 제1 반도체층(SC1)이 상기 제2 도전형의 반도체 물질을 포함하고, 제2 반도체층(SC2)이 상기 제1 도전형의 반도체 물질을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극(SC3)들은 제2 반도체층(SC2) 위에 위치되며 제2 반도체층(SC2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 제1 전극(SC3)들은 서로 이격된 상태로 어느 한 방향으로 형성될 수 있다.
복수의 제1 전극(SC3)들은 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상술한 도전성 물질 이외의 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극(SC3)들은 제2 반도체층(SC2) 상에서 복수의 제1 전극(SC3)들과 교차하는 방향으로 형성되는 상부 접속부 또는 패드(도시 생략)로 수집된 전하를 전달할 수 있다. 상기 상부 접속부들은 복수의 제1 전극(SC3)들로부터 전달되는 전하를 상기 연결부재(121)들을 통해 출력할 수 있다.
상기 제2 반도체층(SC2) 상에서 복수의 제1 전극(SC3)들과 상기 상부 접속부가 형성되지 않는 영역에는 반사방지층(SC4)이 위치할 수 있다. 상기 반사방지층(SC4)은 상기 실리콘 태양전지(119)들로 입사되는 광의 반사도를 줄이고 특정한 파장대의 선택성을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 반사방지층(SC4)은 상기 실리콘 태양전지(119)들의 보호를 위한 패시베이션층의 역할을 할 수도 있다.
예를 들면, 상기 반사방지층(SC4)은, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 산질화막(SiON) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층(SC1)의 하부에는 패시베이션층(SC5-1), 캡핑층(SC5-2) 및 이들에 의해 둘러싸이는 복수의 국부 콘택(SC6)들이 위치할 수 있다.
상기 패시베이션층(SC5-1) 및 캡핑층(SC5-2)은 수광면의 반대면, 다시 말해, 제1 반도체층(SC1)의 하면으로 유출되는 광을 상기 제1 반도체층(SC1)으로 반사시킬 수 있다. 반사된 광은 상기 제1 반도체층(SC1)에 흡수될 수 있고, 이에 따라, 상기 실리콘 태양전지(119))의 효율이 증가될 수 있다.
예를 들면, 상기 패시베이션층(SC5-1)은 산화 알루미늄막(Al2O3)을 포함하고, 상기 캡핑층(SC5-2)은 실리콘 질화막(SiNx)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예에서, 상기 패시베이션층(SC5-1)은 실리콘 산화막(SiO2)을 포함하고, 상기 캡핑층(SC5-2)은 실리콘 산질화막(SiON)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 패시베이션층(SC5-1) 및 상기 캡핑층(SC5-2)은 다양한 유전체막들 중 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 복수의 국부 콘택(SC6)들은 하부의 제2 전극(SC7)과 제1 반도체층(SC1)의 접촉 저항을 줄여 상기 실리콘 태양전지(119)의 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 복수의 국부 콘택(SC6)들은, 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 복수의 국부 콘택(SC6)들은 제2 전극(SC7)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(SC7)은 캡핑층(SC5-2)의 하부에 위치하며, 제1 반도체층(SC1) 쪽으로 이동하는 전하를 수집할 수 있다.
상기 제2 전극(SC7)은 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상기, 도전성 물질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제2 전극(SC7)은 앞서 예시한 도전성 물질 이외의 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2 전극(SC7)과 동일한 면에 복수의 하부 접속부 또는 패드(도시 생략)들이 위치할 수 있고, 상기 제2 전극(SC7)에 의해 수집된 전하는 상기 하부 접속부들로 전달될 수 있다. 상기 하부 접속부는 상기 연결부재(121)들과 접속되어 제2 전극(SC7)으로부터 전달되는 전하를 출력할 수 있다. 상기 하부 접속부들도 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다.
이상에서는, 상기 실리콘 태양전지(119)들의 일 실시예로 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell) 형 태양전지를 설명하였으나, 이는 예시적일 뿐 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 후면 전계(Back Surface Field, BSF) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 태양전지(119)들은, 제1 반도체층(SC1)과 제2 전극(SC7) 사이에 개재되며 제1 반도체층(SC1)의 후면을 전부 덮는 BSF 층을 포함할 수 있다. 상기 BSF는 제1 반도체층(SC1)과 동일한 도전형의 불순물이 제1 반도체층(SC1)보다 고농도로 도핑된 영역일 수 있다.
다른 예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 PERL(Passivated Emitter and Rear Locally diffused) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 제1 태양전지(101A)들은, 복수의 국부 콘택(SC6)들 상부에 형성되는 국부 BSF 층을 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 PERT(Passivated Emitter and Rear Totally diffused) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 태양전지(119)들은, PERL 형 태양전지와 달리, 제1 반도체층(SC1) 하부에 복수의 국부 콘택(SC6)들을 노출시키되 패시베이션층(SC5-1)을 덮도록 형성되는 BSF 층을 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 태양전지(119)들은, 제1 반도체층(SC1)과 제2 전극(SC7) 사이에 개재되며 터널 옥사이드층, 다결정 실리콘, 실리콘 질화막이 적층된 후면 패시베이션 구조체를 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 형 태양전지일 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 단결정 실리콘 층 상면과 하면에 각각 진성 비정질 실리콘 층, 비정질 실리콘 층, 투명 전극이 형성된 이종접합 구조를 포함하는 구조로 대체될 수 있다.
이외에도, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 양면 수광형 태양전지일 수 있다. 또한, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 단일 p-n 접합형이 아닌 다중 p-n 접합형 태양전지일 수 있다. 또한, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 박막형 태양전지일 수 있다. 이와 같이, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 다양한 형태, 종류의 태양전지들로 구성될 수 있다.
한편, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 단위 태양전지를 서로 대칭되는 형상을 갖는 복수의 부분들로 분할하여 형성한 분할 태양전지들일 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 단위 태양전지를 반으로 분할하여 형성한 분할된 태양전지들일 수 있다. 상기 단위 태양전지는 대략 156.75mm × 156.75mm 크기의 단일 태양전지 일 수 있다. 또는 대략 161.7mm × 161.7mm 크기의 단일 태양전지 일 수 있다. 또는 대략 166mm × 166mm 크기의 단일 태양전지 일 수도 있다. 상기 단위 태양전지의 크기는 상술한 예들로 제한되지 않는다. 한편, 상기 분할된 태양전지들은 하프 셀, 하프 컷 셀로 칭할 수 있다.
실시예에 따라서, 단위 태양전지를 분할하여 형성되는 상기 분할 태양전지들의 개수와 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 상기 분할 태양전지들은, 하나의 단위 태양전지로부터 세 개 이상 획득될 수 있으며, 직사각형, 정사각형, 사다리꼴 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 수광면에 평행한 X 방향과 Y 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있고, 상기 연결부재(121)들에 의해 서로 전기적으로 연결되어 복수의 스트링(string)들을 형성할 수 있다. 상기 복수의 스트링들은 도 2에 예시된 바와 같은 연결부재(LIC)들을 통해 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 상기 X 방향을 따라서는 갭 영역(LGAx)을 사이에 두고 상기 Y 방향을 따라서는 갭 영역(LGAy)을 사이에 두고 서로 이격 배열될 수 있다.
여기서, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 각각 활성 영역(LAA)으로 정의될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 활성 영역(LAA)들은 두 개 이상의 실리콘 태양전지들을 포함하는 것으로 정의될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 활성 영역(LAA)들이 하나의 실리콘 태양전지(119)로 정의되는 실시예를 전제로 설명한다.
다른 실시예에서, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 상기 갭 영역(LGAx) 및/또는 상기 갭 영역(LGAy) 없이 상기 X 방향 및/또는 상기 Y 방향을 따라 다른 실리콘 태양전지들과 서로 이격되지 않고 연속하거나 일부분이 오버랩된 상태로 배열될 수도 있다. 이는 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 4개의 연결부재(121)들을 통한 상기 실리콘 태양전지(119)들의 전기적 연결 구조는 예시적일 뿐, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되지 않는다. 실시예들에 따라서, 상기 전기적 연결 구조, 상기 연결부재(121)의 개수 등은 알려진 다양한 구조가 적용될 수 있다.
상기 실리콘 태양전지(119)들을 봉지(encapsulation)하는 상기 봉지재(123)는, 라미네이션 공정에 의해 상기 실리콘 태양전지(119)들과 일체화되면서 형성될 수 있다. 상기 봉지재(123)는 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 상기 실리콘 태양전지(119)들을 외부 충격으로부터 보호하기 위한 층일 수 있다. 상기 봉지재(123)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 봉지재로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 봉지재(123)의 하면과 접하는 상기 후면 시트(125)는, 외부 환경의 영향, 예를 들면 습기 등으로부터 실리콘 태양전지(119)들을 보호하기 위한 층일 수 있다. 도 1, 도 3에서는 상기 후면 시트(125)가 단일층으로 이루어지는 실시예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라, 상기 후면 시트(125)는 수분과 산소 침투를 방지하는 층, 화학적 부식을 방지하는 층, 절연 특성을 갖는 층과 같은 다층 구조를 포함할 수 있다. 한편, 상기 후면 시트(125)는 선택적으로 생략될 수도 있다.
상기 후면 시트(125)의 하면과 접하는 상기 투명 부재(127)는 외부 환경의 영향으로부터 상기 실리콘 태양전지(119)들을 보호하기 위한 층일 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 부재(127)는 상기 실리콘 태양전지(119)들의 후면에서 습기가 침투하는 것을 차단하여, 상기 실리콘 태양전지(119)들을 보호할 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 부재(127)는 유리(glass)일 수 있다. 상기 유리는, 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 투명 부재(127)는 광의 산란 효과를 높이기 위해서 측면 또는 상기 봉지재(123) 또는 상기 후면 시트(125)와 접하는 면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들 사이에는 상기 투광성 접합층(117)이 개재된다. 상기 투광성 접합층(117)은, 상기 실리콘 태양전지(119)들의 일면, 상기 유무기 태양전지(115)들의 일면과 직접 맞닿은 상태로, 상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들 사이에 배치될 수 있다.
상기 투광성 접합층(117)은, 단일의 필름형 시트일 수 있으며, 상기 실리콘 태양전지(119)들의 전체 면적과 상기 유무기 태양전지(115)들의 전체 면적을 커버할 수 있다.
상기 투광성 접합층(117)은, 예를 들면, 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer, POE)를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀 엘라스토머는, 상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들 사이에 배치된 후, 라미네이션 공정에 의해 상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들 각각에 접합될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 투광성 접합층(117)은 열 경화 레진, 또는 UV 경화 레진 물질과 같은 고분자 화합물을 포함할 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 투광성 접합층(117)의 상면 및/또는 하면에는 반복되는 패턴 형상이 형성될 수 있다. 상기 패턴 형상에 의해 상기 유무기 태양전지(115)들 및/또는 상기 실리콘 태양전지(119)들로 광의 재반사가 이루어져, 광 손실이 저감될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 태양전지 모듈(100)의 상기 투광성 접합층(117)을 확대한 도면들로, 상기 투광성 접합층(117)의 변형 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 상기 투광성 접합층(117)은, 실리카(Silica), 티타니아(Titania) 및 알루미나(Alumina) 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 입자(P1)들을 더 포함할 수 있다. 상기 실리카 입자들, 티타니아 입자들 또는 알루미나 입자들은 광 흡수량이 미소하고, 상기 투광성 접합층(117)의 굴절률을 크게 변화시킬 수 있다.
상기 투광성 접합층(117)에 포함되는 입자(P1)들의 농도는, 상기 투광성 접합층(117)의 굴절률이 상기 투광성 접합층(117)과 접하는 상기 유무기 태양전지(115)들의 굴절률 및/또는 상기 실리콘 태양전지(119)들의 굴절률과 동일 또는 유사하도록 조절될 수 있다. 상기 투광성 접합층(117)과 접하는 양 층과의 굴절률이 동일 또는 유사해짐에 따라, 그 계면에서 발생할 수 있는 광 반사 손실이 감소하여 상기 태양전지 모듈(100)의 광 변환 효율이 향상되는 효과가 있다.
실시예에 따라서, 상기 투광성 접합층(117)에 포함되는 실리카, 티타니아 및 알루미나 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 상기 입자(P1)들의 농도는, 상기 투광성 접합층(117)의 굴절률이 약 2가 되도록 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5b를 참조하면, 상기 투광성 접합층(117)은 복수의 투광성 접합층들(117-1, 117-2)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 투광성 접합층들(117-1, 117-2)은 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 투광성 접합층들(117-1, 117-2)은, 각각, 상기 복수의 투광성 접합층들(117-1, 117-2) 사이의 계면과 반대하는 면에서 직접 접하는 부재와의 광 반사가 발생하지 않도록, 상기 직접 접하는 부재의 굴절률과 동일 또는 유사한 굴절률을 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 투광성 접합층(117-1)은 상기 유무기 태양전지(115)들의 굴절률과 동일 또는 유사할 수 있다. 마찬가지로, 상기 투광성 접합층(117-2)은 상기 실리콘 태양전지(119)들의 굴절률과 동일 또는 유사할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 복수의 투광성 접합층들(117-1, 117-2) 각각은 전술한 실리카, 티타니아 및 알루미나 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 입자(P1, P2)들을 포함할 수 있으며, 상기 입자(P1, P2)들의 종류 및/또는 선택되는 농도에 따라 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b를 설명함에 있어서, 상기 입자들(P1, P2)을 이루는 물질로 실리카, 티타니아 및 알루미나를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 투광성 접합층(117) 상에는 상기 유무기 태양전지(115)들이 배치된다.
예를 들어, 상기 유무기 태양전지(115)들은 페로브스카이트(perovskite) 태양전지들일 수 있다. 그러나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유무기 태양전지(115)들은 상기 페로브스카이트 태양전지들 이외에도 다른 종류의 유기물과 무기물의 혼합물로 이루어진 유무기 태양전지들일 수 있다. 또는, 상기 유무기 태양전지(115)들은 유기 태양전지 등과 같은 다른 종류의 태양전지들로 대체될 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 상기 유무기 태양전지(115)들이 상기 페로브스카이트 태양전지들인 경우를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 상기 유무기 태양전지(115)들은, 상기 투명 부재(101) 상에 제1 투명 전극(103P), 제1 캐리어 수송층(105P), 페로브스카이트층(107P), 제2 캐리어 수송층(109P), 보호층(111P), 및 제2 투명 전극(113P)이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있고, 상기 제2 투명 전극(113P)이 상기 투광성 접합층(117)에 접하는 방향으로 상기 투광성 접합층(117) 상에 배치될 수 있다.
상기 투명 부재(101)는 광 투과율이 높고 외부 충격으로부터 상기 유무기 태양전지(115)들을 보호할 수 있는 강도를 가지며, 낮은 투습도를 가지는 물질로 구성될 수 있다. 상기 투명 부재(101)는, 유리(glass), 플렉서블 기판 일 수 있다. 한편, 상기 유리는, 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리일 수 있다.
상기 제1 투명 전극(103P)은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 투명 전극(103P)은 ITO, FTO 등의 TCO를 포함할 수 있다. 상기 제1 투명 전극(103P)은 상기 투명 부재(101) 상에 패터닝될 수 있다.
한편, 실시예에 따라서, 상기 제1 투명 전극(103P)은, 투광성을 가지면서 저항이 개선된 산화물/금속/산화물 (Oxide/Metal/Oxide, OMO) 구조, 금속 나노 와이어 등을 포함할 수도 있다.
상기 제1 캐리어 수송층(105P)은, 제1 캐리어의 수송을 위한 층일 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 제1 캐리어는 전자일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 캐리어 수송층(105P)은 단일의 콤팩트한 TiO2층, SnO2층 등을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 캐리어 수송층(105P)은 전면에 메조포러스(mesoporous) TiO2, SnO2등이 코팅된 구조를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서, 상기 제1 캐리어 수송층(105P)은 제2 캐리어, 예를 들면, 홀의 수송을 위한 층일 수 있다.
상기 페로브스카이트층(107P)은 상대적으로 단파장 대역의 광을 흡수하여 전력을 생성하는 박막일 수 있다.
상기 제2 캐리어 수송층(109P)은, 제2 캐리어의 수송을 위한 층일 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 제2 캐리어는 홀일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 캐리어 수송층(109P)은 PTAA, Spiro-OMeTAD, NiOx, CuSCN 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 제2 캐리어 수송층(109P)은 상기 제1 캐리어인 전자의 수송을 위한 층일 수 있다.
상기 보호층(111P)은, 제2 투명 전극(113P)의 형성 과정에서 상기 제2 캐리어 수송층(109P) 등이 손상되는 것을 막기 위한 얇은 박막일 수 있다. 예를 들면, 상기 보호층(111P)은 MoO3, SnO2, ZnO, PEIE 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 보호층(111P)은 선택적으로 생략될 수 있다.
상기 제2 투명 전극(113P)은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 투명 전극(113P)은 IZO, ITO, IWO 등의 TCO를 포함할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 유무기 태양전지(115)들의 적층 구조는 예시적일 뿐, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 캐리어 수송층(105P)과 상기 제2 캐리어 수송층(109P)의 상하 적층 위치가 서로 바뀔 수도 있다. 상기 적층 구조는 알려진 다양한 구조가 적용될 수 있다.
상기 유무기 태양전지(115)들은, 상기 X 방향을 따라 연장되는 라인 형상을 가질 수 있으며, 상기 X 방향 및 상기 Y 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 유무기 태양전지(115)들은, 소정의 그룹 단위로, 상기 X 방향을 따라서는 갭 영역(UGAx)을 사이에 두고 상기 Y 방향을 따라서는 갭 영역(UGAy)을 사이에 두고 이격 배열될 수 있다.
여기서, 상기 소정의 그룹 단위들은 활성 영역(UAA)으로 정의될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 상기 활성 영역(UAA)들이 각각 상기 Y 방향을 따라 연속 배열되는 5개의 유무기 태양전지들을 포함하는 그룹 단위인 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 활성 영역(UAA)들은 더 적은 수 또는 더 많은 수의 유무기 태양전지들을 포함하는 것으로 정의될 수 있다(도 6, 도 8, 및 도 10 참조).
또한, 상기 유무기 태양전지(115)들은 소정의 그룹 단위를 형성하지 않고 상기 X 방향 및/또는 상기 Y 방향을 따라 연속적으로 배열될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 유무기 태양전지(115)들이 소정의 그룹 단위를 형성하고, 각 그룹 단위는(다시 말해, 상기 활성 영역(UAA)들 각각은) 라인 형상을 갖는 유무기 태양전지(115)들을 5개씩 포함하는 실시예를 전제로 설명한다.
한편, 상기 유무기 태양전지(115)들은 상기 소정의 그룹 단위로 연결부재(UIC)들을 통해 서로 전기적으로 연결되어 복수의 스트링들을 형성할 수 있다. 상기 연결부재(UIC)들은 도 3에 도시된 바와 같이 리본 등과 같은 인터커넥터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 연결부재(UIC)들은 다른 레벨에 위치하는 전극들을 전기적으로 연결하기 위해 Z 방향으로 연장되는 플러그 구조체 등으로 구현될 수 있다. 도 2에 도시 되지는 않았으나, 상기 복수의 스트링들은 상기 연결부재(UIC)와 유사한 연결부재들을 통해 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 유무기 태양전지(115)들은, 상기 활성 영역(UAA)들 단위로 상기 실리콘 태양전지(119)들, 더 자세하게는 상기 활성 영역(LAA)들에 대해 정렬될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 활성 영역(UAA)들과 상기 활성 영역(LAA)들의 면적이 동일하고, 상기 활성 영역(UAA)들 사이의 갭 영역들(UGAx, UGAy)의 폭과 상기 활성 영역(LAA)들 사이의 갭 영역들(LGAx, LGAy)의 폭이 동일할 수 있다.
이 경우, 상기 활성 영역(UAA)들은, 상기 투광성 접합층(117)을 사이에 두고 상기 Z 방향으로 상기 활성 영역(LAA)들과 완전히(fully) 오버랩되도록, 상기 활성 영역(LAA)들과 정렬될 수 있다. 다시 말해, 상부와 하부의 활성 영역들, 갭 영역들이 모두 정합될 수 있다.
이로 인해, 상기 활성 영역(UAA)들의 전하 포집이 원활해지고, 상기 활성 영역(LAA)들의 수광량이 균일해지며, 상기 Y 방향의 상기 갭 영역들(UGAy, LGAy)에 배치되는 연결부재들(UIC, 121)이 입사되는 광(L)을 인접한 상기 활성 영역들(UAA, LAA)로 반사시켜, 상기 활성 영역들(UAA, LAA)의 전류량이 증가될 수 있다.
한편, 상기 연결부재들(UIC, 121)은 광 반사 효과를 극대화하기 위해 개량된 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 연결부재(UIC)는 상기 투광성 접합층(117)을 향하는 표면에 소정의 반사막이 형성될 수 있고, 상기 연결부재(121)는 절곡 부분(121BP)의 외면에 상술한 반사막이 형성될 수 있다.
구현 형태에 따라서, 상기 활성 영역(UAA)들의 면적이 상기 활성 영역(LAA)들의 면적보다 크고, 상기 갭 영역들(UGAx, UGAy)들의 폭이 상기 갭 영역들(LGAx, LGAy)의 폭과 상이할 수 있다. 이 경우의 상기 활성 영역(UAA)들과 상기 활성 영역(LAA)들 사이의 정렬에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 후술한다.
한편, 상기 활성 영역(UAA)들은, 평면적 관점에서, 동일한 개수의 상기 유무기 태양전지(115)들이 상기 실리콘 태양전지(119)들 각각과 상기 투광성 접합층(117)을 사이에 두고 상기 Z 방향으로 오버랩되도록 상기 활성 영역(LAA)들과 정렬될 수 있다.
이는, 상기 활성 영역(LAA)들 각각의 수광량을 균일하게 하여, 상기 활성 영역(LAA)들 각각의 전류량을 균일화 하기 위함이다.
구현 형태에 따라서, 상기 유무기 태양전지(115)들은, 상기 활성 영역(UAA)들 단위로 상기 활성 영역(LAA)들에 대해서 정렬되지 않을 수 있다. 이에 대해서는 도 8 내지 도 11을 참조하여 후술한다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 상기 태양전지 모듈(100)은, 각기 독립적으로 제조된 상기 실리콘 태양전지(119)들과 상기 유무기 태양전지(115)들이 상기 투광성 접합층(117)에 직접 접한 상태로 물리적으로 연결되며 활성 영역 단위로 수직 정렬되는 4단자 탠덤 구조를 갖는다.
이에 따라, 상기 태양전지 모듈(100)은 탠덤 구조에 광학적 손실이 저감되어 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있고, 상기 실리콘 태양전지(119)들의 상부를 보호하기 위한 소정의 부재들이 생략될 수 있어 제조 단가도 크게 낮출 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈(200)의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 7은 도 6의 B-B' 선을 따라 태양전지 모듈(200)을 절개한 단면도들이다. 도 6 및 도 7을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 5에서와 동일 또는 대응되는 부재 번호는 동일 또는 대응되는 부재를 나타내므로, 설명의 편의를 위해 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 6 및 도 7에 예시된 상기 태양전지 모듈(200)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 태양전지 모듈(100)과 유사하나, 유무기 태양전지(215)들이 구성하는 활성 영역(UAA') 관점에서 차이가 있다.
상세하게는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 활성 영역(UAA')들은 각각 상기 Y 방향을 따라 연속 배열되는 11개의 유무기 태양전지들을 포함하는 그룹 단위일 수 있다.
이에 따라, 상기 활성 영역(UAA')들은 하나의 실리콘 태양전지(219)로 정의되는 활성 영역(LAA)보다 큰 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 활성 영역(UAA')들의 면적은 4개의 활성 영역(LAA)들 및 상기 4개의 활성 영역(LAA)들 사이의 갭 영역들(LGAx, LGAv)의 면적에 상응하는 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 활성 영역(UAA')들의 면적이 증가됨에 따라 비활성 영역, 즉 갭 영역들(UAGx', UAGy')의 폭과 면적이 감소하여, 상기 갭 영역(UGAx', UGAy')들의 폭이 상기 갭 영역(LGAx, LGAy)들의 폭보다 작아질 수 있다.
이 경우, 상기 활성 영역(UAA')들은, 각각, 상기 Y 방향에서 상기 갭 영역(UGAy')들이 상기 투광성 접합층(217)을 사이에 두고 Z 방향으로 상기 갭 영역(LGAy)들 중 일부와 오버랩되도록, 적어도 둘 이상의 활성 영역(LAA)들과 정렬될 수 있다
상기 활성 영역들(UAA', LAA)이 서로 다른 면적을 갖게 됨에 따라 오정렬될 수 밖에 없는 경우에도, 상기 Y 방향의 상기 갭 영역들(UGAy', LGAy) 사이의 수직 오버랩 면적을 증가시켜 주면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 갭 영역들(UGAy', LGAy)에 배치되는 연결부재들(UIC, 221)의 광 반사 효과로 인해 광 손실을 최소화하면서 전류량 향상의 효과를 담보할 수 있게 된다.
한편, 상기 활성 영역(UAA')들은, 평면적 관점에서, 동일한 개수의 상기 유무기 태양전지(215)들이 상기 실리콘 태양전지(219)들 각각과 상기 투광성 접합층(217)을 사이에 두고 상기 Z 방향으로 오버랩되도록 상기 활성 영역(LAA)들과 정렬될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 활성 영역(LAA)들 각각의 수광량을 균일하게 하여, 상기 활성 영역(LAA)들 각각의 전류량을 균일화 하기 위함이다.
구현 형태에 따라서, 상기 유무기 태양전지(215)들은, 상기 활성 영역(UAA')들 단위로 상기 활성 영역(LAA)들에 대해 정렬되지 않을 수도 있다. 상기 태양전지 모듈(200)에서 비활성 영역이 최소화됨에 따라 상기 활성 영역(LAA)들 각각의 수광량 간의 편차가 작아, 상기 태양전지 모듈(200)의 전반적인 광전 변환 효율, 출력 특성 등에 미치는 영향이 미미할 수 있기 때문이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈(300)의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 9는 도 8의 C-C' 선을 따라 태양전지 모듈(300)을 절개한 단면도이다. 도 8 및 도 9를 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 7에서와 동일 또는 대응되는 부재 번호는 동일 또는 대응되는 부재를 나타내므로, 설명의 편의를 위해 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 8 및 도 9에 예시된 상기 태양전지 모듈(300)은, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 태양전지 모듈(200)과 유사하나, 실리콘 태양전지(319)들의 형상과 배열 구조 관점에서 차이가 있다.
상세하게는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 태양전지(319)들은 하프 셀 타입의 태양전지들일 수 있고, X 방향과 Y 방향으로 서로 이격되지 않고 연속적으로 배열될 수 있다.
이로 인해, 상기 태양전지 모듈(300)은, 활성 영역(UAA')들의 대면적화에 따라 유무기 태양전지(315)들 사이의 갭 영역이 최소화되고, 상기 실리콘 태양전지(319)들 간의 갭도 대략 0에 가까워져, 상부, 하부 갭 영역들에 기인하는 광 손실이 거의 존재하지 않을 수 있다.
이에 따라, 상기 태양전지 모듈(300)은, 투광성 접합층(317)의 상부와 하부에서, 상기 유무기 태양전지(315)들과 상기 실리콘 태양전지(319)들을 정렬하지 않고 각각 자유롭게 배치할 수 있게 된다.
그 결과, 상기 태양전지 모듈(300)을 위한 신규 디자인과 공정 라인의 수정 없이, 기존의 유무기(페로브스카이트), 실리콘 태양전지의 제조를 위한 디자인, 공정 라인, 설비들을 그대로 이용하여 제조가 가능한 효과가 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈(400)의 요부를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 11은 도 10의 D-D' 선을 따라 태양전지 모듈(400)을 절개한 단면도이다. 도 10 및 도 11을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 9에서와 동일 또는 대응되는 부재 번호는 동일 또는 대응되는 부재를 나타내므로, 설명의 편의를 위해 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 10 및 도 11에 예시된 상기 태양전지 모듈(400)은, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 태양전지 모듈(300)과 유사하나, 실리콘 태양전지(319)들의 배열 구조 관점에서 차이가 있다.
상세하게는, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 태양전지(419)들은 하프 셀 타입의 태양전지들일 수 있고, X 방향과 Y 방향으로 서로 이격되지 않고 일 단부가 오버랩되면서 배열될 수 있다. 도 10 및 도 11에서는 상기 실리콘 태양전지(419)들의 전기적 연결을 위한 연결부재(421)가 상기 실리콘 태양전지(419)들 간의 오버랩 영역(OA)에 위치하는 플레이트 타입인 것으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 와이어 등 다양한 연결부재가 적용될 수 있다.
이로 인해, 상기 태양전지 모듈(400)은, 상기 태양전지 모듈(300)과 마찬가지로, 활성 영역(UAA')들의 대면적화에 따라 유무기 태양전지(415)들 사이의 갭 영역이 최소화되고, 상기 실리콘 태양전지(419)들 간의 갭도 대략 0에 가까워져, 상부, 하부 갭 영역들에 기인하는 광 손실이 거의 존재하지 않을 수 있다.
이에 따라, 상기 태양전지 모듈(400)도, 투광성 접합층(417)의 상부와 하부에서, 상기 유무기 태양전지(415)들과 상기 실리콘 태양전지(419)들을 정렬하지 않고 각각 자유롭게 배치할 수 있게 된다.
그 결과, 상기 태양전지 모듈(400)을 위한 신규 디자인과 공정 라인의 수정 없이, 기존의 유무기(페로브스카이트), 실리콘 태양전지의 제조를 위한 디자인, 공정 라인을 그대로 이용하여 제조 가능한 효과가 있다.
도 12a 내지 도 12i는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 도면들이다. 도 12a 내지 도 12i에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 태양전지 모듈(100)의 제조 방법을 예시하고 있으나, 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명한 태양전지 모듈들(200, 300, 400)도 이와 실질적으로 동일한 방법으로 제조 가능할 수 있다.
먼저, 도 12a 내지 도 12f를 참조하면, 투명 부재(101) 상에 유무기 태양전지(115)들을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 투명 부재(101) 상에 제1 투명 전극 물질층(103)을 형성한 후 패터닝하여 제1 투명 전극(103P)을 형성할 수 있다(도 12a 및 도 12b).
이어서, 상기 투명 부재(101) 및 상기 제1 투명 전극(103P) 상에 제1 캐리어 수송 물질층(105), 유무기 혼합물질층(이하, 페로브스카이트 물질층이라 칭함, 107), 보호 물질층(109), 및 제2 캐리어 수송 물질층(111)을 차례로 형성하고, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상기 제1 투명 전극(103P)의 상면 일부가 노출되도록 패터닝하여 제1 캐리어 수송층(105P), 페로브스카이트층(107P), 제2 캐리어 수송층(109P), 및 보호층(111P)을 형성한다(도 12c 및 도 12d).
그리고, 도 12d의 결과물 상에, 제2 투명 전극 물질층(113)을 형성하고, 상기 보호층(111P)의 상면 일부가 노출되도록 패터닝하여 제2 투명 전극(113P)을 형성함으로써, 라인 형상의 상기 유무기 태양전지(115)들을 형성한다(도 12e 및 도 12f).
도 12g를 참조하면, 상기 유무기 태양전지(115)들 상에 투광성 접합층(117)을 배치한다. 상기 투광성 접합층(117)은 복수의 유무기 태양전지(115)들 전체를 커버하도록 넓은 면적을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 투광성 접합층(117)은 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin Elastomer, POE), 열 경화 레진, 또는 UV 경화 레진 물질 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 투광성 접합층(117)은 전공정을 통해 실리카 및 티타니아 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 입자를 포함하도록 형성될 수 있다.
도 12h를 참조하면, 상기 투광성 접합층(117) 상에 실리콘 태양전지(119)들을 배치한다.
이 때, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 광 손실을 줄일 수 있도록, 상기 유무기 태양전지(115)들과 상기 실리콘 태양전지(119)들이 Z 방향으로 정렬될 수 있다.
그리고, 와이어 및/또는 리본 등의 연결부재(121)을 통해 상기 실리콘 태양전지(119)들을 전기적으로 연결한다.
한편, 상기 실리콘 태양전지(119)들은 상기 유무기 태양전지(115)들과 별도의 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 12i를 참조하면, 도 12h의 결과물 상에 봉지재(123), 후면 시트(125), 및 투명 부재(127)를 차례로 적층하고, 열 또는 UV를 가하는 라미네이션 공정을 통해 상기 투광성 접합층(117) 및 상기 봉지재(123)를 일괄적으로 경화시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 유무기 태양전지(115)들과 상기 실리콘 태양전지(119)들이 봉지되어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 태양전지 모듈(100)이 완성될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 상기 태양전지 모듈(100)의 제조 방법은, 상기 유무기 태양전지(115)들과 상기 실리콘 태양전지(119)들을 적층하는데 있어서, 중복된 부재(예를 들면, 상부 보호를 위한 봉지재, 유리 등)를 생략하고 양 태양전지들을 물리적으로 연결시키는 투명 접착층(117)을 개재함으로써, 광학적 손실을 줄여 높은 출력을 얻을 수 있고 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 태양전지 모듈(100)에 포함되는 부재들이 한 번의 라미네이션 공정에 의해 일괄적으로 접합됨으로써, 공정 단순화가 가능할 수 있다.
상기한 실시예들의 설명은 본 개시의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것들에 불과하므로, 본 개시의 기술적 사상을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다.
또한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 개시의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 태양전지 모듈
115, 215, 315, 415: 유무기 태양전지
117, 217, 317, 417: 투광성 접합층
119, 219, 319, 419: 실리콘 태양전지

Claims (20)

  1. 투광성 접합층;
    상기 투광성 접합층의 제1 면 상에서 제1 방향을 따라 배치되고, 제1 파장 대역의 광을 흡수하는 적어도 두 개의 제1 태양전지들을 포함하는 복수의 제1 활성 영역들; 및
    상기 투광성 접합층의 상기 제1 면에 반대되는 제2 면 상에서 상기 제1 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 흡수하는 적어도 하나의 제2 태양전지를 포함하는 복수의 제2 활성 영역들;
    을 포함하는, 태양전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 활성 영역들 각각이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬되는, 태양전지 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 활성 영역들은, 복수의 제1 갭 영역들을 사이에 두고 서로 이격되어 배치되고,
    상기 제2 활성 영역들은, 복수의 제2 갭 영역들을 사이에 두고 서로 이격되어 배치되고,
    상기 제1 갭 영역들과 상기 제2 갭 영역들이 상기 투광성 접합층을 사이에 두고 적어도 일부 오버랩되도록, 상기 제1 활성 영역들 각각이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬되는, 태양전지 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 갭 영역들의 상기 제1 방향으로의 폭은, 상기 제2 갭 영역들의 상기 제1 방향으로의 폭과 같은, 태양전지 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 갭 영역들 중 적어도 하나에는, 양 측의 제1 활성 영역들을 전기적으로 연결하는 제1 연결부재가 위치하고,
    상기 제2 갭 영역들 중 적어도 하나에는, 양 측의 제2 활성 영역들을 전기적으로 연결하는 제2 연결부재가 위치하는, 태양전지 모듈
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 활성 영역들 각각의 면적은, 상기 제2 활성 영역들 각각의 면적보다 크거나 같은, 태양전지 모듈.
  7. 제2 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 동일한 개수의 상기 제1 태양전지들이 상기 제2 태양전지들 각각과 상기 투광성 접합층을 사이에 두고 오버랩되도록, 상기 제1 활성 영역들 각각이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬되는, 태양전지 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 활성 영역들은 상기 제2 활성 영역들에 대해 정렬되지 않는, 태양전지 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 활성 영역들의 상기 제2 태양전지들은 상기 제1 방향을 따라 갭 영역을 사이에 두지 않고 연속적으로 배치되거나 일부분이 오버랩되도록 배치되는, 태양전지 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 제1 태양전지들은, 유무기 태양전지를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제2 태양전지는, 실리콘 태양전지를 포함하는, 태양전지 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 투광성 접합층은, 폴리올레핀 엘라스토머층을 포함하는, 태양전지 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 엘라스토머층은, 실리카(Silica), 티타니아(Titania) 및 알루미나(Alumina) 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 입자들을 더 포함하는, 태양전지 모듈.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 엘라스토머층은, 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 층으로 구성되는, 태양전지 모듈.
  14. 제1 투명 부재 상에 제1 파장 대역의 광을 흡수하는 복수의 제1 태양전지들을 형성하는 단계;
    상기 제1 태양전지들 상에 투광성 접합층을 위치시키는 단계;
    상기 투광성 접합층 상에 상기 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 흡수하는 복수의 제2 태양전지들을 위치시키는 단계;
    상기 제2 태양전지들 상에 봉지재 및 제2 투명 부재를 위치시키는 단계; 및
    상기 제1 태양전지들 및 상기 제2 태양전지들을 봉지하는 단계;
    를 포함하는, 태양전지 모듈의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는,
    적어도 둘 이상의 상기 제1 태양전지들로 정의되는 제1 활성 영역들이 적어도 하나의 상기 제2 태양전지로 정의되는 제2 활성 영역들에 대해 정렬되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는, 태양전지 모듈의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는,
    상기 제1 활성 영역들 사이의 제1 갭 영역들과 상기 제2 활성 영역들 사이의 제2 갭 영역들이 상기 투광성 접합층을 사이에 두고 적어도 일부 오버랩되면서 상기 제1 활성 영역들이 상기 제2 활성 영역들에 대해 정렬되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는, 태양전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 활성 영역들 각각의 면적은, 상기 제2 활성 영역들 각각의 면적보다 크거나 같은, 태양전지 모듈의 제조 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는,
    평면에서 보았을 때, 상기 제2 태양전지들 각각에 대하여 동일한 개수의 상기 제1 태양전지들이 오버랩되면서 상기 제1 활성 영역들이 상기 제2 활성 영역들 중 적어도 하나에 대해 정렬되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는, 태양전지 모듈의 제조 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는 단계는,
    상기 제2 태양전지들이 상기 제1 방향을 따라 갭 영역을 사이에 두지 않고 연속적으로 배치되거나 일부분이 오버랩되도록, 상기 투광성 접합층 상에 상기 제2 태양전지들을 위치시키는, 태양전지 모듈의 제조 방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들 및 상기 제2 태양전지들을 봉지하는 단계는,
    상기 제1 투명부재, 상기 투광성 접합층, 상기 봉지재, 및 상기 제2 투명 부재를 라미네이팅하여, 상기 제1 태양전지들 및 상기 제2 태양전지들을 봉지하는, 태양전지 모듈의 제조 방법.
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