WO2018070636A1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

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WO2018070636A1
WO2018070636A1 PCT/KR2017/006495 KR2017006495W WO2018070636A1 WO 2018070636 A1 WO2018070636 A1 WO 2018070636A1 KR 2017006495 W KR2017006495 W KR 2017006495W WO 2018070636 A1 WO2018070636 A1 WO 2018070636A1
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WO
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solar cell
electrode
conductive pads
conductive pad
cell
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PCT/KR2017/006495
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오훈
경도현
김태준
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현대중공업그린에너지 주식회사
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    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell module, and more particularly, to construct a solar cell module using a plurality of split cells, and to electrically connect neighboring split cells using metallic wires and conductive pads, thereby receiving a light receiving area.
  • the present invention relates to a solar cell module that can increase and decrease electrical resistance.
  • the solar cell module is composed of a plurality of solar cells (solar cell) is a device for receiving photovoltaic photovoltaic conversion.
  • Each solar cell constituting the solar cell module may be referred to as a diode composed of a p-n junction.
  • the plurality of solar cells constituting the solar cell module is electrically connected, for example, the front electrode of the first solar cell is connected in the form of being connected to the rear electrode of the second solar cell.
  • the front electrode and the back electrode of the neighboring solar cells are connected by a ribbon-shaped interconnector (refer to Korean Patent No. 1138174).
  • the front electrode and the rear electrode of the neighboring solar cell 110 when the front electrode and the rear electrode of the neighboring solar cell 110 are connected by the interconnector 120, the front electrode and the rear electrode include the bus bar electrode 111 in detail.
  • the interconnector 120 connects the bus bar electrode 111 of the front electrode and the bus bar electrode 111 of the back electrode.
  • the busbar electrode transfers carriers collected from the finger electrodes of the front electrode and the back electrode to the interconnector.
  • the structure of the solar cell module has been described above in general, but as described above, a bus bar electrode and an interconnector are essentially required for electrical connection of the solar cells. In addition, in order to reduce the electrical resistance, the busbar electrode and the interconnector occupy a small area compared to the solar cell area.
  • One of the conditions for increasing the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is to increase the light receiving area.
  • the busbar electrode and the interconnector occupy a considerable area, there is a problem in that the light receiving area is reduced, and the material required for forming the busbar electrode and the interconnector is also increased, thereby increasing the manufacturing cost. .
  • Patent Document 1 Korean Registered Patent No. 1138174
  • the present invention has been made to solve the above problems, and comprises a solar cell module using a plurality of split cells, and electrically connecting neighboring split cells using metallic wires and conductive pads.
  • the purpose of the present invention is to provide a solar cell module capable of increasing the electrical resistance and reducing the electrical resistance.
  • a solar cell module including a first split cell and a second split cell, and a plurality of split cells disposed adjacent to each other; And a plurality of metallic wires electrically connecting the front electrode of the first division cell and the rear electrode of the second division cell, wherein the division cell comprises a front electrode and a rear electrode.
  • the front electrode is composed of a front collecting electrode and a plurality of front conductive pads
  • the rear electrode is composed of a rear collecting electrode and a plurality of rear conductive pads
  • the metallic wire is provided on the front conductive pad of the first solar cell is extended and 2 is provided on the rear conductive pad of the solar cell
  • a plurality of front conductive pads are spaced apart, disposed on the front of the solar cell
  • a plurality of rear conductive pads are spaced apart, disposed on the rear of the solar cell
  • the split cell The unit cell completed through the solar cell manufacturing process is characterized in that divided into a plurality.
  • the number of the said metallic wires is 6-13 pieces, Most preferably, it is 6-10 pieces.
  • the diameter of the metallic wire is 120 to 370 ⁇ m, most preferably 120 to 240 ⁇ m.
  • the area of the front conductive pad or the rear conductive pad disposed at the outermost side may be larger than the area of the front conductive pad or the rear conductive pad disposed at the inner side.
  • the number of front conductive pads and the number of rear conductive pads may be the same, or the number of rear conductive pads may be larger than the number of front conductive pads.
  • the plurality of front conductive pads and the plurality of rear conductive pads are spaced apart from each other at equal intervals, and the distance between the front conductive pads or the rear conductive pads is 15 mm or less.
  • the outermost conductive pad or rear conductive pad disposed at the outermost portion may be disposed at a distance of 2.5 mm or more from the end of the solar cell substrate.
  • the area of the front conductive pad or the rear conductive pad disposed at the outermost side is 4 to 8 times larger than the area of the front conductive pad or the rear conductive pad disposed at the inner side.
  • the solar cell module according to the present invention has the following effects.
  • the number of metallic wires can be increased than the number of busbar electrodes, thereby improving the electrical characteristics of the solar cell module, and having a width greater than that of the busbar electrodes.
  • the light receiving area can be increased.
  • the electrical resistance in the divided cells can be reduced to reduce the number or diameter of the metallic wires.
  • the number or diameter of the metallic wires can be reduced. As it can be reduced, it is possible to increase the light receiving area of the split cell and to reduce the material consumed to form the metallic wire.
  • 1a and 1b is a block diagram of a solar cell module according to the prior art.
  • FIG. 2 is a reference diagram illustrating a unit cell and a divided cell.
  • FIG 3 is a perspective view of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an experimental result of performing a module output evaluation according to the number of metallic wires.
  • 6 is an experimental result of evaluating module output according to the number of metallic wires in a normal cell (undivided cell).
  • the present invention proposes a technique for replacing a ribbon-type interconnector in configuring a solar cell module while applying a split cell to configure a solar cell module.
  • the "split cell” refers to a plurality of solar cells (hereinafter, referred to as "unit cells") divided into a plurality.
  • a conventional solar cell that is, a unit cell, refers to a solar cell in which a pn junction structure and an electrode structure are completed by applying a solar cell process to a silicon substrate having a width of 6 inches (about 156 mm x 156 mm).
  • the "dividing cell” of the present invention means a cell obtained by dividing such unit cells into a plurality of equal parts.
  • the unit cell may be a silicon substrate of 5 to 8 inches in width and length in addition to a silicon substrate of 6 inches in width and length.
  • the present invention configures a solar cell module using a plurality of divided cells as described above, and proposes a technique of replacing a ribbon-type interconnector in configuring a solar cell module.
  • the ribbon-type interconnector electrically connects the busbar electrodes of each unit cell.
  • the present invention replaces the ribbon interconnection method by the combination of the metallic wire and the conductive pad.
  • the conductive pads are provided on the front and rear surfaces of each split cell constituting the solar cell module, and the conductive pads provided in each split cell are electrically connected by metallic wires.
  • the conductive pads are provided on the front and rear surfaces of the split cell, respectively, to transfer carriers collected by the electrodes on the front side and the electrodes on the rear side to the metallic wires.
  • the ribbon-type interconnector In the case of the ribbon-type interconnector, two to four busbar electrodes are provided on the front and rear of the unit cell, and the same number of interconnectors as the busbar electrodes are applied. On the contrary, in the case of the present invention, a plurality of conductive pads are spaced apart from and disposed on each of the front and rear surfaces of the split cell, and the metallic wire having a width smaller than the width of the bus bar electrode is electrically connected to the plurality of conductive pads.
  • the width of the metallic wire is smaller than the width of the busbar electrodes, the number of metallic wires can be increased more than the number of busbar electrodes of the conventional interconnector method, and the number of busbar electrodes can be increased at the level of minimizing the reduction of light receiving area. As the metallic wires are disposed, the electrical connection between the split cells can be improved.
  • the electrical resistance of the carrier while moving in the metallic wire of each divided cell is reduced, and thus there is room for reducing the number or diameter of the metallic wires.
  • the number or diameter of the metallic wires can be reduced means that the material required for forming the metallic wires can be reduced, and the light receiving area can be minimized.
  • the present invention additionally provides a technique for improving the adhesion characteristics between the metallic wire and the conductive pad and the bowing characteristics of the solar cell in the process of attaching the metallic wire and the conductive pad, that is, tabbing. present.
  • the number of conductive pads disposed on the rear surface may be the same as the front surface or more than the number of conductive pads on the front surface in consideration of the fact that the heat transfer efficiency of the rear surface is relatively lower than that of the solar cell front surface.
  • the adhesion property between the metallic wire and the conductive pad and the bending property of the solar cell can be improved. If the number of conductive pads on the front and back is different from each other, bending may occur.
  • the outermost conductive pad is disposed at a distance of 2.5 mm or more from the end of the solar cell substrate to reduce the possibility of cracking of the substrate.
  • a solar cell module according to an embodiment of the present invention includes a plurality of split cells 200, and the plurality of split cells 200 are electrically connected by metallic wires 10. do.
  • the division cell 200 is a unit cell 100 is divided into a plurality of equal parts or more, the unit cell 100 is a solar cell manufacturing process on a silicon substrate of 6 inches (about 156mm x 156mm) horizontally and vertically The solar cell is applied to the pn junction structure and the electrode structure.
  • the unit cell 100 may use a silicon substrate having a width of 5 to 8 inches in addition to a silicon substrate having a width of 6 inches (about 156 mm x 156 mm).
  • Each split cell 200 includes a front electrode and a back electrode.
  • the front electrode is provided on the front side of the split cell 200
  • the back electrode is provided on the back side of the split cell 200.
  • Each of the front electrode and the back electrode is composed of a collecting electrode and a conductive pad. That is, the front electrode includes the front collection electrode 211 and the front conductive pad 212, and the rear electrode includes the rear collection electrode 221 and the rear conductive pad 222.
  • the collecting electrode serves to collect a carrier generated by photoelectric conversion, and the conductive pad serves to transfer the carrier collected by the collecting electrode to the metallic wire 10.
  • the collecting electrodes may be configured to be spaced apart and arranged in parallel or may have a plate shape.
  • the division cell 200 may form a structure of a front-receiving solar cell or a double-sided light-receiving solar cell, and the front electrode and the rear electrode of the front-receiving solar cell or the double-sided light-receiving solar cell.
  • the collecting electrodes may be configured as a finger-line electrode spaced apart and arranged in parallel, and when the rear electrode of the front-receiving solar cell is configured, the collecting electrode is a back surface field. It may be configured in the form of a plate, such as an Al electrode (hereinafter referred to as a BSF electrode) that induces formation.
  • a BSF electrode Al electrode
  • the conductive pads are repeatedly spaced apart at regular intervals on the front and rear surfaces of the split cell 200 regardless of the solar cell structure of the split cell 200.
  • the plurality of conductive pads are spaced apart at equal intervals in the horizontal and vertical directions.
  • the conductive pad may be provided at all intersection points of the finger electrode and the metallic wire 10 or may be selectively provided at some intersection points of all the intersection points.
  • the collecting electrode has a plate shape like the BSF electrode
  • the plurality of conductive pads are equally spaced apart in the horizontal direction and the vertical direction, and the BSF electrode is provided in an area where the conductive pad is not provided, and the plurality of metallic wires ( 10) forms a structure provided on the conductive pad.
  • the distance between the conductive pads is not limited, but within 15 mm in consideration of the adhesion characteristics of the metallic wire 10 and the conductive pad, the reduction of the light receiving area, the amount of the conductive material (eg, Ag) used to form the conductive pad, and the electrical characteristics. It is desirable to design.
  • the finger electrode and the conductive pad may be composed of Ag as a main component, and the metallic wire 10 may be formed of copper (Cu) and tin (Sn) based metal compounds.
  • the area of the outermost conductive pad (hereinafter, referred to as the outermost conductive pad) is designed to be larger than the area of the conductive pad disposed inside. do.
  • the outermost conductive pad may have an area of 4 to 8 times the area of the inner conductive pad. Only four to eight times the length can be designed.
  • the number of front conductive pads 212 and the number of rear conductive pads 222 are preferably the same.
  • the reason for designing the same number of front conductive pads 212 and rear conductive pads 222 is to prevent the warpage of the division cell 200.
  • the warpage phenomenon of the solar cell substrate may occur due to the difference in the coating amount of the conductive material forming the front and rear conductive pads.
  • 4 illustrates the amount of warpage of the solar cell substrate according to the difference in the number of front conductive pads and the rear conductive pads. As shown in FIG. 4, the amount of warpage of the substrate increases as the difference in the number of front conductive pads and the rear conductive pads increases. It can be seen.
  • the metallic wire 10 connects the front electrode and the rear electrode of the neighboring split cell 200.
  • the metallic wire 10 may be formed of the front electrode of the first split cell 200 and the second split cell 200.
  • the rear electrode is connected (or the rear electrode of the first split cell 200 and the front electrode of the second split cell 200 are connected by the metallic wire 10).
  • the cell area is reduced to half, and the number of metallic wires can be reduced from 12 to six as the generated current amount of each divided cell is reduced to half compared to the normal cell.
  • the electrical characteristics of the split cell are deteriorated in comparison with the normal cell. This is because the electrical resistance in the emitter increases when the number of metallic wires is reduced in response to the decrease in cell area. Therefore, when designing a reduction in the number of metallic wires due to cell division, an increase in the electrical resistance of the emitter should be considered.
  • the optimal number of metallic wires (y) applied to each of the n divided cells is (1 / n + 1 / 3n).
  • x ⁇ y ⁇ (1 / n + 1 / 2n) x must be satisfied.
  • x is the optimal number of metallic wires applied to the normal cell
  • y is the optimal number of metallic wires applied to the divided cell.
  • the diameter of the metallic wire can be designed to 120 ⁇ 370 ⁇ m, most preferably can be configured to 120 ⁇ 240 ⁇ m.
  • the output of the solar cell module is improved.
  • the moving distance becomes shorter when the carrier moves in the metallic wire of the divided cell 200, and the carrier moving distance becomes shorter. It means that the electrical resistance in the 200) is reduced, thereby reducing the diameter of the metallic wire in the state that the electrical properties are not degraded. As the diameter of the metallic wire can be reduced, the light receiving area of the split cell 200 can be increased and the material consumed to form the metallic wire can be reduced.
  • front collecting electrode 212 front conductive pad
  • the number of metallic wires can be increased than the number of busbar electrodes, thereby improving the electrical characteristics of the solar cell module, and having a width greater than that of the busbar electrodes.
  • the light receiving area can be increased.
  • the electrical resistance in the divided cells can be reduced to reduce the number or diameter of the metallic wires.
  • the number or diameter of the metallic wires can be reduced. As it can be reduced, it is possible to increase the light receiving area of the split cell and to reduce the material consumed to form the metallic wire.

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Abstract

본 발명은 복수의 분할셀을 이용하여 태양전지 모듈을 구성함과 함께, 금속성와이어 및 도전성패드를 이용하여 이웃하는 분할셀을 전기적으로 연결시킴으로써 수광면적을 증대시키고 전기저항을 감소시킬 수 있는 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 제 1 분할셀 및 제 2 분할셀을 포함하며, 이웃하여 배치되는 복수의 분할셀; 및 제 1 분할셀의 전면전극과 제 2 분할셀의 후면전극을 전기적으로 연결하는 복수의 금속성와이어;를 포함하여 이루어지며, 상기 분할셀은 전면전극 및 후면전극을 포함하여 구성되며, 상기 전면전극은 전면 수집전극과 복수의 전면 도전성패드로 구성되고, 후면전극은 후면 수집전극과 복수의 후면 도전성패드로 구성되며, 상기 금속성와이어는 제 1 태양전지의 전면 도전성패드 상에 구비됨과 함께 연장되어 제 2 태양전지의 후면 도전성패드 상에 구비되며, 복수의 전면 도전성패드는 태양전지의 전면 상에 이격, 배치되고, 복수의 후면 도전성패드는 태양전지의 후면 상에 이격, 배치되며, 상기 분할셀은 태양전지 제조공정을 통해 완성된 단위셀이 복수 등분으로 분할된 것인 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 모듈
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 분할셀을 이용하여 태양전지 모듈을 구성함과 함께, 금속성와이어 및 도전성패드를 이용하여 이웃하는 분할셀을 전기적으로 연결시킴으로써 수광면적을 증대시키고 전기저항을 감소시킬 수 있는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 모듈은 복수의 태양전지(solar cell)로 구성되어 태양광을 수광하여 광전변환시키는 장치이다. 태양전지 모듈을 구성하는 각각의 태양전지는 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다.
태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 p-n 접합부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다. 태양전지의 전면과 후면에는 기판 내부로부터 전자, 정공을 수집하기 위한 전면전극과 후면전극이 구비된다.
한편, 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지는 전기적으로 연결되는데, 예를 들어 제 1 태양전지의 전면전극은 제 2 태양전지의 후면전극과 접속되는 형태로 연결된다. 이 때, 이웃하는 태양전지의 전면전극과 후면전극은 리본 형태의 인터커넥터(interconnector)에 의해 연결된다(한국등록특허 제1138174호 참조).
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 인터커넥터(120)에 의해 이웃하는 태양전지(110)의 전면전극과 후면전극이 연결됨에 있어서, 전면전극과 후면전극은 세부적으로 버스바전극(111)을 포함하여 구성되며 인터커넥터(120)는 전면전극의 버스바전극(111)과 후면전극의 버스바전극(111)을 연결한다. 버스바전극은 전면전극과 후면전극의 핑거전극 등으로부터 수집된 캐리어를 인터커넥터로 전달한다.
이상, 태양전지 모듈의 구조에 대해 개괄적으로 설명하였는데, 상술한 바와 같이 태양전지들의 전기적 연결을 위해 버스바전극 및 인터커넥터가 필수적으로 요구된다. 또한, 전기저항을 줄이기 위해 버스바전극과 인터커넥터는 태양전지 면적 대비 적지 않은 면적을 차지한다.
태양전지의 광전변환 효율을 높이기 위한 조건 중 하나는 수광면적 증대이다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이 버스바전극과 인터커넥터가 상당한 면적을 차지하고 있어 수광면적이 감소되는 문제점이 있으며, 버스바전극 및 인터커넥터 형성에 소요되는 재료 또한 증가되어 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국등록특허 제1138174호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 복수의 분할셀을 이용하여 태양전지 모듈을 구성함과 함께, 금속성와이어 및 도전성패드를 이용하여 이웃하는 분할셀을 전기적으로 연결시킴으로써 수광면적을 증대시키고 전기저항을 감소시킬 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 제 1 분할셀 및 제 2 분할셀을 포함하며, 이웃하여 배치되는 복수의 분할셀; 및 제 1 분할셀의 전면전극과 제 2 분할셀의 후면전극을 전기적으로 연결하는 복수의 금속성와이어;를 포함하여 이루어지며, 상기 분할셀은 전면전극 및 후면전극을 포함하여 구성되며, 상기 전면전극은 전면 수집전극과 복수의 전면 도전성패드로 구성되고, 후면전극은 후면 수집전극과 복수의 후면 도전성패드로 구성되며, 상기 금속성와이어는 제 1 태양전지의 전면 도전성패드 상에 구비됨과 함께 연장되어 제 2 태양전지의 후면 도전성패드 상에 구비되며, 복수의 전면 도전성패드는 태양전지의 전면 상에 이격, 배치되고, 복수의 후면 도전성패드는 태양전지의 후면 상에 이격, 배치되며, 상기 분할셀은 태양전지 제조공정을 통해 완성된 단위셀이 복수 등분으로 분할된 것인 것을 특징으로 한다.
상기 금속성와이어의 개수는 6∼13개이고, 가장 바람직하게는 6∼10개이다. 또한, 상기 금속성와이어의 지름은 120∼370㎛이고, 가장 바람직하게는 120∼240㎛이다.
최외곽에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적은 내측에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적보다 클 수 있다.
또한, 전면 도전성패드의 개수와 후면 도전성패드의 개수는 동일하거나, 후면 도전성패드의 개수가 전면 도전성패드의 개수보다 많을 수 있다.
복수의 전면 도전성패드와 복수의 후면 도전성패드는 동일 간격으로 이격, 배치되며, 전면 도전성패드 또는 후면 도전성패드 사이의 간격은 15mm 이하이다.
최외곽에 배치되는 전면 도전성패드 또는 후면 도전성패드는 태양전지 기판 끝단으로부터 2.5mm 이상 떨어진 곳에 배치될 수 있다.
상기 태양전지는 양면수광형 태양전지이며, 에미터층이 기판 전면부에 위치하고 기판 후면부에 후면전계층이 구비되는 전면접합형 양면수광형 태양전지이다. 또한, 상기 태양전지는 양면수광형 태양전지이며, 에미터층이 기판 후면부에 위치하고 기판 전면부에 전면전계층이 구비되는 후면접합형 양면수광형 태양전지이다. 이와 함께, 상기 태양전지는 전면수광형 태양전지이다.
최외곽에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적은 내측에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적보다 4∼8배 크다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
종래의 리본 및 버스바전극을 금속성와이어 및 도전성패드로 대체함에 따라, 금속성와이어의 개수를 버스바전극의 개수보다 늘릴 수 있어 태양전지 모듈의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 버스바전극보다 폭이 좁은 금속성와이어를 적용함으로써 수광면적을 증대시킬 수 있다.
또한, 단위셀을 분할한 분할셀을 배치하여 태양전지 모듈을 구성함에 따라, 분할셀 내에서의 전기저항이 감소되어 금속성와이어의 개수 또는 지름을 줄일 수 있게 되며, 이와 같이 금속성와이어의 개수 또는 지름을 줄일 수 있게 됨에 따라, 분할셀의 수광면적을 증대시킴과 함께 금속성와이어 형성에 소모되는 재료를 절감할 수 있게 된다.
이와 함께, 도전성패드의 개수, 면적, 위치 등을 최적 설계함으로써 금속성와이어와 도전성패드 간의 부착특성 및 태양전지의 휨(bowing) 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 구성도.
도 2는 단위셀 및 분할셀을 나타낸 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 사시도.
도 4는 전면 도전성패드와 후면 도전성패드의 개수 차이에 따른 태양전지 기판의 휨량을 나타낸 실험결과.
도 5는 금속성와이어의 개수에 따른 모듈 출력 평가를 실시한 실험결과.
도 6은 정상셀(미분할셀)에서의 금속성와이어 개수에 따른 모듈 출력 평가를 실시한 실험결과.
본 발명은 분할셀을 적용하여 태양전지 모듈을 구성함과 함께 태양전지 모듈을 구성함에 있어서 리본 형태의 인터커넥터를 대체하는 기술을 제시한다.
본 발명에서 '분할셀'이라 함은 태양전지 셀(이하, '단위셀'이라 함)이 복수개로 분할된 것을 일컫는다. 통상의 태양전지 셀 즉, 통상의 단위셀은 가로, 세로 6인치 크기(약 156mm x 156mm)의 실리콘 기판에 태양전지 공정을 적용하여 p-n 접합 구조 및 전극 구조가 완성된 태양전지를 의미하며, 본 발명의 '분할셀'은 이와 같은 단위셀을 복수 등분으로 분할한 셀을 의미한다. 단위셀은 가로, 세로 6인치의 실리콘 기판 이외에 가로, 세로 5∼8인치의 실리콘 기판을 이용할 수도 있다.
본 발명의 '분할셀'은 태양전지 제조공정이 완료된 셀을 분할 것임에 따라, 분할셀은 단위셀과 마찬가지로 완성된 형태의 p-n 접합 구조 및 전극 구조를 구비한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 복수의 분할셀을 이용하여 태양전지 모듈을 구성하며, 태양전지 모듈을 구성함에 있어서 리본 형태의 인터커넥터를 대체하는 기술을 제시한다. '발명의 배경이 되는 기술'에서 설명한 바와 같이, 리본 형태의 인터커넥터는 각 단위셀의 버스바전극을 전기적으로 연결한다. 본 발명은 금속성와이어와 도전성패드의 조합으로 리본 형태의 인터커넥터 연결 방식을 대체한다.
도전성패드는 태양전지 모듈을 구성하는 각 분할셀의 전면 및 후면에 구비되며, 각 분할셀에 구비된 도전성패드는 금속성와이어에 의해 전기적으로 연결된다. 도전성패드는 분할셀의 전면과 후면에 각각 구비되어, 전면측의 전극과 후면측의 전극에 의해 수집된 캐리어를 금속성와이어에 전달하는 역할을 한다.
리본 형태의 인터커넥터 방식의 경우, 2∼4개의 버스바전극이 단위셀의 전면과 후면에 구비되고 버스바전극과 동일한 개수의 인터커넥터가 적용된다. 이에 반해, 본 발명의 경우 분할셀의 전면과 후면 각각에 복수의 도전성패드를 이격, 배치시키고, 버스바전극의 폭보다 작은 폭을 갖는 금속성와이어가 복수의 도전성패드와 전기적으로 연결되도록 한다.
금속성와이어의 폭이 버스바전극의 폭보다 작기 때문에 수광면적의 감소를 최소화하는 수준에서 금속성와이어의 수를 종래의 인터커넥터 방식의 버스바전극 개수보다 늘릴 수 있으며, 버스바전극의 개수보다 많은 수의 금속성와이어가 배치됨에 따라 분할셀 간의 전기적 연결특성을 향상시킬 수 있다.
이와 함께, 단위셀보다 면적이 작은 분할셀이 적용됨으로 인해 캐리어가 각 분할셀의 금속성와이어 내에서 이동하는 과정에서의 전기저항이 감소되며, 이에 따라 금속성와이어의 개수 또는 지름을 줄일 수 있는 여지가 커진다. 금속성와이어의 개수 또는 지름을 줄일 수 있음은 금속성와이어 형성에 소요되는 재료를 절감함과 함께 수광면적 감소를 최소화할 수 있음을 의미함은 당연하다.
또한, 본 발명은 금속성와이어와 도전성패드 간의 부착공정 즉, 태빙공정(tabbing)을 진행함에 있어서, 금속성와이어와 도전성패드 간의 부착특성 및 태양전지의 휨(bowing) 특성을 향상시키는 기술을 부가적으로 제시한다.
태빙장치의 특성상 태양전지 전면에 비해 후면의 열전달 효율이 상대적으로 떨어지는 점을 고려하여 후면에 배치되는 도전성패드의 개수를 전면과 동일하게 하거나 전면의 도전성패드의 개수보다 많도록 설계할 수 있다. 이를 통해, 금속성와이어와 도전성패드 간의 부착특성 및 태양전지의 휨 특성을 향상시킬 수 있다. 전면과 후면의 도전성패드의 개수가 서로 다르면 휨 현상이 발생될 수 있다.
금속성와이어와 도전성패드 간의 부착특성을 향상시키기 위한 추가적인 방안으로, 최외곽에 배치되는 도전성패드의 면적을 다른 도전성패드(내측에 배치되는 도전성패드)의 면적보다 넓게 설계하는 기술을 제시한다. 이와 함께, 최외곽에 배치되는 도전성패드가 태양전지 기판 끝단으로부터 2.5mm 이상 떨어진 곳에 배치되도록 함으로써 기판의 크랙(crack) 가능성을 낮추는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈은 복수의 분할셀(200)을 구비하며, 복수의 분할셀(200)은 금속성와이어(10)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 분할셀(200)은 단위셀(100)이 2등분 이상의 복수 등분으로 분할된 것이며, 상기 단위셀(100)은 가로, 세로 6인치(약 156mm x 156mm)의 실리콘 기판에 태양전지 제조공정이 적용되어 p-n 접합 구조 및 전극 구조가 구비된 태양전지이다. 상기 단위셀(100)은 가로, 세로 6인치(약 156mm x 156mm)의 실리콘 기판 이외에 가로, 세로 5∼8인치의 실리콘 기판을 이용할 수도 있다.
각 분할셀(200)은 전면전극과 후면전극을 구비한다. 전면전극은 분할셀(200)의 전면측에 구비되며, 후면전극은 분할셀(200)의 후면측에 구비된다. 전면전극과 후면전극 각각은 세부적으로, 수집전극과 도전성패드로 이루어진다. 즉, 전면전극은 전면 수집전극(211)과 전면 도전성패드(212)로 구성되고, 후면전극은 후면 수집전극(221)과 후면 도전성패드(222)로 구성된다. 상기 수집전극은 광전변환에 의해 생성된 캐리어(carrier)를 수집하는 역할을 하며, 상기 도전성패드는 수집전극에 의해 수집된 캐리어를 금속성와이어(10)로 전달하는 역할을 한다.
상기 수집전극은 평행하여 이격, 배치되는 형태로 구성되거나 판형의 형태로 구성될 수 있다. 일 실시예로, 분할셀(200)은 전면수광형 태양전지 또는 양면수광형 태양전지의 구조를 이룰 수 있으며, 전면수광형 태양전지의 전면전극 또는 양면수광형 태양전지의 전면전극과 후면전극을 구성하는 경우, 수집전극은 평행하여 이격, 배치되는 핑거전극 형태(finger-line electrode)로 구성할 수 있으며, 전면수광형 태양전지의 후면전극을 구성하는 경우 수집전극은 후면전계층(back surface field) 형성을 유도하는 Al전극(이하, BSF전극이라 칭함)과 같이 판 형태로 구성할 수 있다.
한편, 도전성패드는 분할셀(200)의 태양전지 구조와 무관하게 분할셀(200)의 전면과 후면 상에 일정 간격 이격되어 반복, 배치된다. 세부적으로, 복수의 도전성패드는 가로 방향 및 세로 방향으로 동일 간격으로 이격 배치된다. 상술한 바와 같이 수집전극이 핑거전극의 형태를 이루는 경우, 핑거전극과 금속성와이어(10)는 직교하며, 핑거전극과 금속성와이어(10)의 교차점에 도전성패드가 배치되는 형태를 이룬다. 이 경우, 상기 도전성패드는 핑거전극과 금속성와이어(10)의 모든 교차점에 구비되거나, 전체 교차점 중 일부 교차점에 선택적으로 구비될 수 있다. 반면, 수집전극이 BSF전극과 같이 판 형태를 이루는 경우, 복수의 도전성패드가 가로 방향 및 세로 방향으로 동일 간격 이격 배치되고 도전성패드가 구비되지 않은 영역에는 BSF전극이 구비되며, 복수의 금속성와이어(10)가 도전성패드 상에 구비되는 구조를 이룬다.
도전성패드 사이의 간격은 제한되지는 않으나 금속성와이어(10)와 도전성패드의 부착특성, 수광면적 감소, 도전성패드 형성을 위한 도전성물질(예를 들어, Ag)의 사용량 및 전기적 특성을 고려하여 15mm 이내로 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 핑거전극 및 도전성패드는 Ag를 주성분으로 구성할 수 있으며, 상기 금속성와이어(10)는 구리(Cu)과 주석(Sn) 기반의 금속화합물로 이루어질 수 있다.
전면 도전성패드(212)와 후면 도전성패드(222)를 구성함에 있어서, 최외곽에 배치되는 도전성패드(이하, 최외곽 도전성패드라 칭함)의 면적은 내측에 배치되는 도전성패드의 면적보다 크도록 설계한다. 태빙공정시 내측의 도전성패드에는 균일한 열이 공급되어 금속성와이어(10)와 도전성패드의 접착특성이 양호하나 최외곽 도전성패드의 경우 셀의 가장자리에 위치함에 따라 열 공급이 원활하지 않아 금속성와이어(10)와의 접촉특성이 저하되며 이를 보완하기 위해, 최외곽 도전성패드의 면적을 내측의 도전성패드의 면적보다 크게 설계할 필요가 있다. 금속성와이어(10)와 최외곽 도전성패드의 부착특성 향상을 위해 최외곽 도전성패드의 면적은 내측의 도전성패드의 면적 대비 4∼8배로 설계할 수 있으며, 도전성패드의 폭은 동일하게 하고 도전성패드의 길이만 4∼8배로 설계할 수 있다.
또한, 분할셀(200)의 크랙을 방지하기 위해 최외곽 도전성패드는 분할셀(200) 끝단으로부터 2.5mm 이상 떨어진 곳에 배치하는 것이 바람직하다. 최외곽 도전성패드의 구비위치가 기판(201) 끝단에 가까울수록 분할셀(200)의 출력은 향상되나 금속성와이어의 절곡 각도가 커져 기판 끝단에서의 크랙 발생 가능성이 커진다. 종래의 리본 형상의 인터커넥터를 적용하는 경우 버스바전극의 일단은 기판 끝단으로부터 6mm 이상 이격 배치하였으나, 본 발명의 금속성와이어를 적용하는 경우 금속성와이어의 유연한 절곡 특성 때문에 최외곽 도전성패드를 기판 끝단에 가까운 위치에 구비시킬 수 있다. 이와 같은 점을 고려하여, 최외곽 도전성패드는 분할셀(200) 끝단으로부터 2.5∼6mm 떨어진 곳에 배치하는 것이 바람직하다.
전면 도전성패드(212)의 개수와 후면 도전성패드(222)의 개수는 동일하게 설계하는 것이 바람직하다. 전면 도전성패드(212)와 후면 도전성패드(222)를 동일 개수로 설계하는 이유는 분할셀(200)의 휨 현상을 방지하기 위함이다. 기판 전면과 후면의 도전성패드의 개수가 다른 경우, 전면과 후면 도전성패드를 형성하는 도전성 물질의 도포량 차이로 인해 태양전지 기판의 휨 현상이 발생된다. 도 4는 전면 도전성패드와 후면 도전성패드의 개수 차이에 따른 태양전지 기판의 휨량을 나타낸 것으로서, 도 4에 도시한 바와 같이 전면 도전성패드와 후면 도전성패드의 개수 차이가 커질수록 기판의 휨량이 증가함을 알 수 있다. 전면 도전성패드와 후면 도전성패드의 개수를 같게 하는 것이 기판의 휨량을 최소화 할 수 있어 가장 바람직하나, 통상의 구조에 있어서 태빙(tabbing) 장치가 태양전지 전면측에 위치하고 있어 태양전지 후면측으로의 열전달효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 이 경우 후면 도전성패드(222)의 개수를 전면 도전성패드(212)보다 많도록 할 수도 있다.
각 분할셀(200)의 전면전극 및 후면전극이 상술한 바와 같은 구조를 갖는 상태에서, 금속성와이어(10)는 이웃하는 분할셀(200)의 전면전극과 후면전극을 연결한다. 일 실시예로, 제 1 분할셀(200)과 제 2 분할셀(200)이 배치되는 경우, 금속성와이어(10)는 제 1 분할셀(200)의 전면전극과 제 2 분할셀(200)의 후면전극을 연결한다(또는 제 1 분할셀(200)의 후면전극과 제 2 분할셀(200)의 전면전극이 금속성와이어(10)에 의해 연결된다).
구체적으로, 제 1 분할셀(200)의 전면 도전성패드(212) 상에 배치된 금속성와이어(10)는 연장되어 제 2 분할셀(200)의 후면 도전성패드(222) 상에 배치되는 형태를 이룬다. 제 1 분할셀(200)의 전면전극과 제 2 분할셀(200)의 후면전극을 연결하는 금속성와이어(10)의 수는 제한되지는 않으나, 6∼13개로 구성할 수 있으며, 바람직하게는 6∼10개로 구성할 수 있다. 금속성와이어의 개수 증가시에는 전기저항은 감소되나 수광면적 또한 감소하며, 금속성와이어의 개수 감소시에는 수광면적은 증가하나 전기저항 또한 증가하게 된다. 금속성와이어의 개수에 따른 모듈 출력 평가를 실시한 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 금속성와이어의 지름 360㎛에서는 모듈 출력의 최대값을 보이는 금속성와이어 8~9개로의 구성이 가장 바람직함을 알 수 있다.
한편, 분할하지 않은 정상셀(약 156mm x 156mm)의 경우, 지름 360㎛의 금속성와이어를 적용시 최적의 모듈출력을 위해 12개의 금속성와이어가 적용될 필요가 있음을 도 6의 실험결과를 통해 확인할 수 있다.
정상셀을 2개의 분할셀로 분할하게 되면 셀 면적이 절반으로 축소됨과 함께 각 분할셀의 발생 전류량이 정상셀 대비 절반으로 줄어듬에 따라 금속성와이어의 개수를 12개에서 6개로 줄일 수 있다. 그러나, 분할에 따른 셀 면적 축소, 발생 전류량 감소에 대응하여 금속성와이어의 개수를 분할 면적 비율에 대응하여 줄이게 되면 분할셀의 전기적 특성이 정상셀에 대비하여 악화된다. 그 이유는, 셀 면적 감소에 대응하여 금속성와이어의 개수를 줄이게 되면 에미터에서의 전기저항은 증가하기 때문이다. 따라서, 셀 분할에 따른 금속성와이어 개수의 축소 설계시 에미터의 전기저항 증가를 고려해야 한다.
이러한 점을 고려하여, 정상셀을 n개(n은 2이상의 자연수)로 분할하는 경우, n개로 분할된 각 분할셀에 적용되는 금속성와이어의 최적 개수(y)는 (1/n+1/3n)x ≤ y ≤ (1/n+1/2n)x를 만족해야 한다. 여기서, x는 정상셀에 적용되는 금속성와이어의 최적 개수, y는 분할셀에 적용되는 금속성와이어의 최적 개수이다. 이에 근거하여, 정상셀을 2개의 분할셀로 분할하는 경우 분할셀에 적용되는 금속성와이어의 최적 개수(y)는 (1/2+1/6)x ≤ y ≤ (1/2+1/4)x를 만족해야 함에 따라 8~9개임을 알 수 있다.
한편, 금속성와이어 개수 대신 금속성와이어 지름의 변경 설계도 가능하며, 이와 같은 경우, 상기 금속성와이어의 지름은 120∼370㎛로 설계할 수 있으며, 가장 바람직하게는 120∼240㎛로 구성할 수 있다. 또한, 도 5의 실험결과에서 통상의 태양전지 셀과 리본의 조합에 대비하여 분할셀에 금속성와이어를 조합한 경우 태양전지 모듈 출력이 향상됨을 확인할 수 있다.
단위셀(100)을 분할한 분할셀(200)을 이용하여 태양전지 모듈을 구성함에 따라, 분할셀(200)의 금속성와이어 내에서 캐리어 이동시 이동거리가 짧아지며 캐리어 이동거리가 짧아짐은 분할셀(200) 내에서의 전기저항이 감소됨을 의미하며, 이에 전기적 특성이 저하되지 않는 상태에서 금속성와이어의 지름을 줄일 수 있게 된다. 이와 같이 금속성와이어의 지름을 줄일 수 있게 됨에 따라, 분할셀(200)의 수광면적을 증대시킴과 함께 금속성와이어 형성에 소모되는 재료를 절감할 수 있게 된다.
[부호의 설명]
10 : 금속성와이어 100 : 단위셀
200 : 태양전지 201 : 기판
211 : 전면 수집전극 212 : 전면 도전성패드
221 : 후면 수집전극 222 : 후면 도전성패드
종래의 리본 및 버스바전극을 금속성와이어 및 도전성패드로 대체함에 따라, 금속성와이어의 개수를 버스바전극의 개수보다 늘릴 수 있어 태양전지 모듈의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 버스바전극보다 폭이 좁은 금속성와이어를 적용함으로써 수광면적을 증대시킬 수 있다.
또한, 단위셀을 분할한 분할셀을 배치하여 태양전지 모듈을 구성함에 따라, 분할셀 내에서의 전기저항이 감소되어 금속성와이어의 개수 또는 지름을 줄일 수 있게 되며, 이와 같이 금속성와이어의 개수 또는 지름을 줄일 수 있게 됨에 따라, 분할셀의 수광면적을 증대시킴과 함께 금속성와이어 형성에 소모되는 재료를 절감할 수 있게 된다.
이와 함께, 도전성패드의 개수, 면적, 위치 등을 최적 설계함으로써 금속성와이어와 도전성패드 간의 부착특성 및 태양전지의 휨(bowing) 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 제 1 분할셀 및 제 2 분할셀을 포함하며, 이웃하여 배치되는 복수의 분할셀; 및
    제 1 분할셀의 전면전극과 제 2 분할셀의 후면전극을 전기적으로 연결하는 복수의 금속성와이어;를 포함하여 이루어지며,
    상기 분할셀은 전면전극 및 후면전극을 포함하여 구성되며,
    상기 전면전극은 전면 수집전극과 복수의 전면 도전성패드로 구성되고, 후면전극은 후면 수집전극과 복수의 후면 도전성패드로 구성되며,
    상기 금속성와이어는 제 1 태양전지의 전면 도전성패드 상에 구비됨과 함께 연장되어 제 2 태양전지의 후면 도전성패드 상에 구비되며,
    복수의 전면 도전성패드는 태양전지의 전면 상에 이격, 배치되고, 복수의 후면 도전성패드는 태양전지의 후면 상에 이격, 배치되며,
    상기 분할셀은 태양전지 제조공정을 통해 완성된 단위셀이 복수 등분으로 분할된 것인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속성와이어의 개수는 6∼13개인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속성와이어의 개수는 6∼10개인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 금속성와이어의 지름은 120∼370㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 금속성와이어의 지름은 120∼240㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 최외곽에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적은 내측에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 전면 도전성패드의 개수와 후면 도전성패드의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 후면 도전성패드의 개수는 전면 도전성패드의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 복수의 전면 도전성패드와 복수의 후면 도전성패드는 동일 간격으로 이격, 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 전면 도전성패드 또는 후면 도전성패드 사이의 간격은 15mm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 최외곽에 배치되는 전면 도전성패드 또는 후면 도전성패드는 태양전지 기판 끝단으로부터 2.5mm 이상 떨어진 곳에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 태양전지는 양면수광형 태양전지이며, 에미터층이 기판 전면부에 위치하고 기판 후면부에 후면전계층이 구비되는 전면접합형 양면수광형 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 태양전지는 양면수광형 태양전지이며, 에미터층이 기판 후면부에 위치하고 기판 전면부에 전면전계층이 구비되는 후면접합형 양면수광형 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 태양전지는 전면수광형 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 최외곽에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적은 내측에 배치되는 전면 도전성패드의 면적 또는 후면 도전성패드의 면적보다 4∼8배 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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