KR20230087762A - 태양전지 접촉저항 측정 방법 및 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 파괴 없이 정확한 접촉저항을 측정할 수 있는 접촉저항 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명의 태양전지 접촉저항 측정 방법은, 대향되어 위치하는 2개의 금속전극의 사이에서 태양전지를 통해서 이동하는 전류를 통해서 접촉저항을 측정하되, 상기 금속전극에 모두 접촉하도록 가로질러 배치되고 서로 대향된 2개의 차단바와 상기 금속전극에 의해서 정의되는 측정영역에 대하여 측정을 수행하며, 상기 차단바는 전기적 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 전극 사이의 직선 경로의 전류를 제외한 나머지 전류 흐름을 전기적으로 분리함으로써, 태양전지를 물리적으로 절단하거나 메사 분리하지 않고도 정확한 접촉저항을 측정할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

태양전지 접촉저항 측정 방법 및 측정 장치{CONTACT RESISTANCE MEASUREMENT METHOD AND APPARATUS OF PHOTOVOLTAIC CELL}
본 발명은 태양전지의 접촉 저항을 측정하는 방법과 장치에 대한 것으로서, 더욱 자세하게는 태양전지의 표면에 형성된 금속전극의 접촉 저항을 측정하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환하는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명이 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 P-N 접합 다이오드(P-N junction diode)로 이루어져 있으며, 광전효과로 발전하는 소자이다. 광전 효과란 물체가 가지는 밴드갭 이상의 에너지를 받으면 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 전자가 여기 되며 전자-정공 쌍이 발생하게 되는 것을 이야기 하며, 전자-정공 쌍이 P-N 접합 계면의 전계로 인해 분리가 되어 전극으로 수집되며 전류가 흐른다. 태양전지는 이러한 현상을 이용하여 태양광의 빛 에너지를 이용하여 발전한다.
태양광 모듈은 복수의 태양전지셀을 전기적으로 연결하여 사용하며, 태양전지셀의 표면에 금속 재질의 전극이 형성된다. 이때, 태양전지셀과 금속전극이 접촉하는 부분에는 접촉 저항이 발생하며, 이러한 접촉 저항 특성을 명확하게 파악하여야 태양전지의 효율을 높일 수 있다.
접촉 저항을 측정하는 방법 중에서 가장 많이 사용되는 방법으로, 수평전극을 사용하여 접촉저항을 측정하는 TLM(transfer length method) 방식이 있다.
도 3은 TLM 방식으로 접촉저항을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 TLM 방식으로 접촉저항을 측정하는 샘플의 모습을 도시한 평면도이다.
도시된 것과 같이, TLM 방식은 나란하게 배열된 금속 전극의 사이에 전류를 흘리는 방법으로 측정을 하기 때문에, 전극 사이의 직선 경로가 아닌 주변의 경로로 전류가 흐르는 경우에는 정확한 측정을 할 수 없다. 이에 따라서 금속 전극의 폭에 맞추어 주변 부분은 물리적으로 절단하거나 메사 에칭을 통해서 주변과 분리하여야 한다.
결국 태양전지셀의 상태에서는 접촉저항을 측정할 수 없고, 별도의 측정용 샘플을 제작하고 있다. 접촉 저항 측정용 샘플은 금속 전극(20)의 길이(W)에 맞추어 절단 또는 메사 에칭된 태양전지(10)에 대하여 다양한 간격(L1, L2, L3, L4, L5)으로 금속 전극(20)을 형성한 형태로 제작된다.
그러나 별도의 측정용 샘플을 제작하는 것은 실제 태양전지셀의 접촉 저항을 반영하지 못하는 결과가 된다. 이에 따라서 태양전지셀의 절단이나 메사 에칭 없이 접촉 저항을 측정하는 기술이 개발되었다.(대한민국 등록특허 10-1408263)
하지만 여러 위치에서의 측정 결과를 이용하여 선형 그래프를 산출하고, 그 중 일부만을 선택하는 방식으로 접촉 저항을 산출하기 때문에, 산출 과정이 복잡하고 정확성에도 문제가 있다.
대한민국 등록특허 10-1408263
본 발명은 태양전지의 파괴 없이 정확한 접촉저항을 측정할 수 있는 접촉저항 측정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 아래와 같은 구성으로 이루어지는 태양전지 접촉저항 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 태양전지 접촉저항 측정 방법은, 대향되어 위치하는 2개의 금속전극의 사이에서 태양전지를 통해서 이동하는 전류를 통해서 접촉저항을 측정하되, 상기 금속전극에 모두 접촉하도록 가로질러 배치되고 서로 대향된 2개의 차단바와 상기 금속전극에 의해서 정의되는 측정영역에 대하여 측정을 수행하며, 상기 차단바는 전기적 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기 차단바는 금속전극 및 태양전지에 접촉하는 유전체층과 유전체층의 위에 위치한 도전체층으로 구성되며, 도전체층에 모인 전하들의 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 태양전지 접촉저항 측정 장치는, 대향되어 위치하는 2개의 금속전극의 사이에서 태양전지를 통해서 이동하는 전류를 형성하고 이를 통해서 접촉저항을 측정하는 측정부; 및 전기적 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 차단부를 포함하며, 상기 차단부는, 상기 금속전극에 모두 접촉하도록 가로질러 배치되고 상기 금속전극과 함께 측정영역을 정의할 수 있도록 서로 대향되게 배치되는 2개의 차단바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차단바는 금속전극 및 태양전지에 접촉하는 유전체층과 유전체층의 위에 위치한 도전체층으로 구성될 수 있다.
상기 차단부는 상기 차단바에 전하를 공급하고 유지하기 위한 전원과 콘덴서를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 전극 사이의 직선 경로의 전류를 제외한 나머지 전류 흐름을 전기적으로 분리함으로써, 태양전지를 물리적으로 절단하거나 메사 분리하지 않고도 정확한 접촉저항을 측정할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 접촉저항 방법 및 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 도면의 일부분에 대한 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 TLM 방식으로 접촉저항을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 TLM 방식으로 접촉저항을 측정하는 샘플의 모습을 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 접촉저항 방법 및 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 일부분에 대한 단면을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지 접촉저항 측정 장치는 측정부(100)와 차단부(200)로 구성된다.
측정부(100)는 태양전지의 표면에 형성된 전극들 사이에 흐르는 전기를 측정하여 접촉저항을 도출하기 위한 구성이다.
측정 대상인 태양전지(10)의 표면에는 평행하게 배치된 2개의 금속전극(22, 24)이 구비되며, 본 발명의 측정부(100)는 2개의 금속전극(22, 24)에 연결되어 태양전지(10)를 통해서 전기가 흐르게 한 상태에서 저항을 측정한다.
이때, 태양전지(10)의 표면에 형성된 금속전극(22, 24)은 태양전지의 제조과정에서 형성된 전극일 수도 있고, 측정을 위하여 별도로 형성된 전극일 수도 있다. 태양전지의 제조과정에서 형성된 전극을 사용하는 경우, 접촉저항 측정 이후에도 태양전지를 실제로 사용할 수 있으며, 나아가 사용 중인 태양전지에 대해서도 적용이 가능할 것이다.
이외에 측정부(100)의 구성은 종래에 TLM 방식으로 접촉저항을 측정하는 구성이 제한 없이 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
차단부(200)는 상기 측정부(100)에서 접촉저항이 측정되는 측정영역을 제외한 나머지 부분을 전기적으로 차단하여, 측정영역을 지나는 직선의 전류에 따른 접촉저항 측정값만을 도출하기 위한 구성이다.
태양전지(10)의 접촉저항을 측정하기 위해서는 측정에 사용되는 금속전극(22, 24)의 길이가 특정되어야 하며, 또한 평행하게 배치된 두 개의 금속전극(22, 24) 사이에서 직선으로 흐르는 전류만이 존재해야 한다. 일반적인 TLM 방식에서는 나머지 부분을 물리적으로 절단하거나 메사 분리하는 방법을 사용하고 있으나, 이는 별도의 샘플을 제작하는 것으로 자원의 낭비가 발생하고 실제 태양전지와는 다른 값을 나타낼 수도 있다.
태양전지를 절단하거나 메사 분리하지 않고, 금속전극(22, 24) 사이의 전류 흐름을 원하는 형태로 조절하기 위하여, 본 발명의 차단부(200)는 2개의 차단바(210, 220)를 구비한다. 차단바(210, 220)는 금속전극(22, 24) 및 태양전지(10)의 표면에 접촉하도록 위치하며, 이격된 금속전극(22, 24)을 가로질러 나란하게 배치됨으로써 측정 영역을 정의한다.
차단바(210, 220)의 단면은 하부에 위치하며 금속전극(22, 24) 및 태양전지(10)에 접촉하는 유전체층(214)과 그 상부에 위치하는 도전체층(212)으로 구성된다. 금속전극(22, 24) 및 태양전지(10)와 접촉하는 유전체층(214)으로 인하여 도전체층(212)과 금속전극(22, 24) 사이 및 도전체층(212)과 도전체층(212) 사이에는 정전용량이 형성되기 때문에, 도전체층(212)에 전기가 인가되면 전하가 도전체층(212)의 하부에 위치하면서 주변에 전기장을 통해서 척력을 발생시킨다.
이에 따라서, 측정영역(A)에서 흐르는 전하가 비측정영역(B)으로 나가는 것을 차단하며, 측정영역 내부에서만 전하가 이동하도록 한다. 최종적으로 측정영역 내부에서 대향된 금속전극(22, 24) 사이에 직선적인 흐름만 발생하고, 측정영역의 주변을 돌아서 흐르는 전류는 발생하지 않기 때문에, 기존에 태양전지를 물리적으로 절단하거나 메사 분리하였던 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
차단바(210, 220)는 유전체층(214)을 사이에 두고 정전용량을 형성할 수 있는 구조이면, 단면의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 그리고 측정영역의 전하의 흐름이 외부로 향하는 것을 차단하는 전기적 척력을 갖기 위해서는 유전체층(214)에 높은 유전상수(K)를 가지는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, SiO2, Al2O3, Li2O, HfSiO4, Sc2O3, SrO, HfO2, ZrO2, Y2O3, Ta2O5, BaO, WO3, MoO3 및 TiO2 중에서 하나의 물질을 사용할 수 있다.
그리고 차단부(200)는 2개의 차단바(210, 220)에 전하가 저장될 수 있도록 콘덴서(230)를 구비한다.
도시된 실시예는 측정부(100)와 차단부(200)를 하나의 회로로 구성하여, 하나의 전원만을 이용하여 측정부(100)와 차단부(200)를 함께 동작시키는 형태이지만, 이러한 형태에 제한되는 것은 아니다. 측정부(100)와 차단부(200)를 별도의 회로로 구성할 수도 있으며, 이 경우 차단부(200)의 콘덴서(230)와 차단바(210, 220)에 전하를 공급하기 위한 전원이 필요하다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 태양전지
20, 22, 24: 금속 전극
100: 측정부
200: 차단부
210, 220: 차단바
212: 도전체층
214: 유전체층
230: 콘덴서

Claims (5)

  1. 태양전지의 표면에 형성된 금속전극의 접촉저항을 측정하는 방법으로서,
    대향되어 위치하는 2개의 금속전극의 사이에서 태양전지를 통해서 이동하는 전류를 통해서 접촉저항을 측정하되,
    상기 금속전극에 모두 접촉하도록 가로질러 배치되고 서로 대향된 2개의 차단바와 상기 금속전극에 의해서 정의되는 측정영역에 대하여 측정을 수행하며,
    상기 차단바는 전기적 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 것을 특징으로 하는 태양전지 접촉저항 측정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단바는 금속전극 및 태양전지에 접촉하는 유전체층과 유전체층의 위에 위치한 도전체층으로 구성되며,
    도전체층에 모인 전하들의 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 것을 특징으로 하는 태양전지 접촉저항 측정 방법.
  3. 태양전지의 표면에 형성된 금속전극의 접촉저항을 측정하는 장치로서,
    대향되어 위치하는 2개의 금속전극의 사이에서 태양전지를 통해서 이동하는 전류를 형성하고 이를 통해서 접촉저항을 측정하는 측정부; 및
    전기적 척력에 의해서 상기 금속전극 사이에서 흐르는 전류가 측정영역을 벗어나지 않도록 차단하는 차단부를 포함하며,
    상기 차단부는, 상기 금속전극에 모두 접촉하도록 가로질러 배치되고 상기 금속전극과 함께 측정영역을 정의할 수 있도록 서로 대향되게 배치되는 2개의 차단바를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 접촉저항 측정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차단바는 금속전극 및 태양전지에 접촉하는 유전체층과 유전체층의 위에 위치한 도전체층으로 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 접촉저항 측정 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 차단부는 상기 차단바에 전하를 공급하고 유지하기 위한 전원과 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 접촉저항 측정 장치.
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