WO2019164117A1 - 화합물 태양전지 모듈 - Google Patents

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WO2019164117A1
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solar cells
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김선호
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엘지전자 주식회사
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a compound solar cell module in which a compound solar cell is superimposed.
  • solar cells can be produced by forming various layers and electrodes according to design.
  • the design of these various layers and electrodes can determine solar cell efficiency. In order to commercialize solar cells, low efficiency must be overcome, and various layers and electrodes need to be designed and manufactured to maximize solar cell efficiency.
  • the present invention has been made in view of the above technical background, and provides a new way of packaging technology for preventing moisture permeation of compound solar cells.
  • the compound film of the first solar cell the second film facing the first substrate, the first substrate and the second substrate, the compound solar cells electrically connected in a shingled manner
  • a sealing material sealing the compound solar cells and the bussing ribbon together, and first and second connected to the anode and the cathode of the compound solar cells via first and second interfaces provided on the sealing material at the rear surface of the second substrate, respectively.
  • a compound solar cell module comprising a conductor connected to the device.
  • the conductor may be one of a conductive adhesive or a conductive epoxy.
  • the conductor may be directly connected to either the anode or the cathode.
  • the compound solar cell module may further include a bussing ribbon commonly connecting at least one of an anode or a cathode of the compound solar cells, and the conductor may be connected to the bussing ribbon.
  • the compound solar cells arranged in the same row direction may be connected in series, and the solar cells arranged in the column direction may be connected in parallel.
  • the output terminal portion exposed to the outside in the electrically connected compound solar cells is sealed by the cover portion, it is possible to improve the reliability.
  • the size of the module can be reduced.
  • Figure 1 shows the overall appearance of the compound solar cell used in the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.
  • 3 is a view showing the detailed interlayer structure of the compound semiconductor layer consisting of a compound semiconductor of the III-V group element.
  • FIG. 4 is a view showing the front surface of the compound solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a rear view of the compound solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG.
  • FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the compound solar cell module shown in FIG. 4.
  • FIG. 9 is a view showing a rear view of the compound solar cell module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line D-D ′ of FIG. 9.
  • FIG. 1 is a view showing the overall appearance of a compound solar cell according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows a cross-sectional view along the line AA 'of FIG.
  • the compound solar cell 10 includes a first electrode 11 and a first electrode on a front surface (a surface on which light is incident) and a rear surface of the compound semiconductor layer 11 forming a pn junction, respectively.
  • the second electrode 15 is disposed, and includes a support substrate 17 formed to be in contact with the second electrode 15.
  • the compound semiconductor layer 11 is a group III-V compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), gallium aluminum arsenide (GaAlAs), gallium indium arsenide (GaInAs), cadmium sulfur (CdS), A compound semiconductor layer formed of a group II-VI compound semiconductor such as cadmium tellurium (CdTe) or zinc sulfur (ZnS), a group I-III-VI compound semiconductor represented by copper indium selenium (CuInSe2), or the like. have.
  • group III-V compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), gallium aluminum arsenide (GaAlAs), gallium indium arsenide (GaInAs), cadmium sulfur (CdS),
  • a compound semiconductor layer formed of a group II-VI compound semiconductor such as cadmium tellurium (CdTe) or zinc sulfur (ZnS
  • the compound semiconductor layer 11 may be composed of a compound semiconductor material of group III-V elements, the detailed configuration of which will be described later with reference to FIG.
  • the compound semiconductor layer 11 may have a rectangular shape having a long side (y-axis direction in the drawing) and a short side (x-axis direction in the drawing) in plan view.
  • the first electrode 13 is a front electrode disposed on the front surface (surface facing the sun) of the compound semiconductor layer 11.
  • the first electrode 13 extends in the second direction (y-axis direction in the drawing) with one end connected to the bussing ribbon 13a and the bussing ribbon 13a formed long in the first direction (x-axis direction in the drawing).
  • And may include finger electrodes 13b disposed in parallel with neighboring ones.
  • the bussing ribbon 13a functions as a pad when connected in a shingled manner in which partially overlapping compound solar cells are physically connected to each other.
  • the first electrode 13 may be formed of an electrically conductive material, and may include gold (Au), platinum (Pt), titanium (Ti), tungsten (W), silicon (Si), nickel (Ni), and magnesium. (Mg), palladium (Pd), copper (Cu), and germanium (Ge) may be formed including at least one material selected from.
  • the second electrode 15 is disposed on the rear surface (the opposite surface of the front surface) of the compound semiconductor layer 11 to form the rear electrode.
  • the second electrode 15 may be formed of a sheet-shaped conductor positioned on the entire rear surface of the compound semiconductor layer 11 so as to be in contact with the compound semiconductor layer 11.
  • the second electrode 15 is made of gold (Au), platinum (Pt), titanium (Ti), tungsten (W), silicon (Si), nickel (Ni), and magnesium ( Mg), palladium (Pd), copper (Cu), and germanium (Ge) may be formed including at least one material selected from.
  • the support substrate 17 is formed on the rear surface of the second electrode 15 so as to be interviewed with the second electrode 15, and the support substrate 17 supports the compound solar cell 10 formed to have a very thin thickness. Helps to handle solar cell 10 easily.
  • PET film Polyethylene terephthalate (PET) film is generally used and the supporting substrate 17 is attached to the second electrode 15 to be interviewed with the second electrode 15.
  • the support substrate 17 may further comprise an open portion 21 for exposing the second electrode 15 obscured by the support substrate 17 to the outside.
  • the open part 21 is configured to remove a part of the supporting substrate 17 so that the second electrode 15 is exposed to the outside, and when the compound solar cell 10 is arranged to form a module by overlapping each other, Allow solar cells to be electrically and physically connected.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the interlayer structure of the compound semiconductor layer 11.
  • the window layer 111 and the front contact layer 113 are disposed in front of the light absorbing layer PV, and the first semiconductor layer 11 is in contact with the front contact layer 113.
  • the electrode 13 may be located.
  • the rear electric field layer 115 and the rear contact layer 117 may be disposed on the rear surface of the light absorption layer PV, and the second electrode 15 may be positioned to contact the rear contact layer 117.
  • the light absorbing layer (PV) is, for example, a group III-V semiconductor compound, for example, a GaInP compound containing gallium (Ga), indium (In) and phosphorus (P), or GaAs containing gallium (Ga) and arsenic (As). It can be formed including a compound.
  • a group III-V semiconductor compound for example, a GaInP compound containing gallium (Ga), indium (In) and phosphorus (P), or GaAs containing gallium (Ga) and arsenic (As). It can be formed including a compound.
  • the light absorbing layer PV includes a p-type semiconductor layer PV-p doped with a p-type impurity and an n-type impurity, and an n-type semiconductor layer PV-n to form a pn junction.
  • the p-type impurity may be selected from carbon, magnesium, zinc or a combination thereof
  • the n-type impurity may be selected from silicon, selenium, tellurium or a combination thereof.
  • the n-type semiconductor layer PV-n is formed closer to the front surface than the p-type semiconductor layer PV-p, but the p-type semiconductor layer PV-p is an n-type semiconductor layer. It is also possible to be formed closer to the front surface than (PV-n).
  • the p-type semiconductor layer PV-p and the n-type semiconductor layer PV-n may be made of the same material having the same bandgap (homogeneous junction), and differently, having different bandgaps. It may be made of a material (heterojunction).
  • the back surface field layer 115 has the same conductivity type as the upper layer in direct contact, that is, the n-type semiconductor layer PV-n or the p-type semiconductor layer PV-p, and has the same material as the window layer 111 or It may be formed of different materials.
  • the back surface field layer 115 may be formed of AlGaInP and may be formed entirely on the back surface of the light absorption layer PV.
  • the back contact layer 117 is generally located at the back of the back field layer 115, and may be formed by doping p-type impurities to a group III-V semiconductor compound at a higher doping concentration than the p-type semiconductor layer PV-p. have.
  • the back contact layer 117 provides an ohmic contact between the back field layer 115 and the second electrode to improve the short-circuit current density (Jsc) of the compound solar cell.
  • the back contact layer 117 may have a thickness of 1110 nm to 1130 nm.
  • the window layer 111 may be formed between the light absorbing layer PV and the front electrode 13, and may be formed by doping n-type impurities to a group III-V semiconductor compound, for example, AlInP.
  • a group III-V semiconductor compound for example, AlInP.
  • aluminum (Al) is contained in the window layer 111 to form an energy band gap of the window layer 111 higher than that of the light absorbing layer PV.
  • the window layer 111 functions to passivate the front surface of the light absorbing layer PV.
  • the front contact layer 113 may be formed by doping impurities into the group III-V semiconductor compound at a doping concentration higher than that of the window layer 111.
  • the front contact layer 113 forms an ohmic contact between the window layer 111 and the first electrode 13.
  • the front contact layer 113 is formed in the same shape as the first electrode 13.
  • FIG. 4 is a front view of a compound solar cell module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a rear view
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 4
  • FIG. 7 is a CC of FIG. 5. The cross-sectional view along the line ′ is respectively shown.
  • the compound solar cell module 100 is the first film 110, the second film 120, the compound solar cells 10n, the sealing material 130, bussing It is configured to include a ribbon 140, the first and second output terminals 150, the cover portion 160, and is connected between the output terminal 150 and the compound solar cell by the interface 170.
  • the interface 170 includes a through hole 171 provided in the sealing material 130 and a conductor 173 filling the through hole, and is disposed between the first film 110 and the second film 120.
  • the compound solar cells 10n connected in a shingled manner sealed by the sealing material 130 are arranged.
  • the compound solar cell packaged in the compound solar cell module according to an embodiment of the present invention is connected to the output terminal 150 disposed outside the interface 170, the interface 170 is the cover portion 160 It has a structure sealed by).
  • the first film 110 and the second film 120 may be generally used a polyethylene (terephthalate) film (PET), and are disposed to face each other with a compound solar cell therebetween.
  • PET polyethylene (terephthalate) film
  • the compound solar cell 10n has a structure as described above, and a plurality of compound solar cells 10n are disposed in the column direction and the row direction, respectively. As shown, four solar cells are arranged in a row ", and two solar cells are arranged in the column direction so that the compound solar cells 10n are arranged to form a 2x4 matrix as a whole.
  • the two solar cells neighboring in the row direction are electrically connected in series and physically connected to each other in a shingled manner which is partially overlapped and physically connected.
  • two neighboring solar cells can be electrically and physically connected by a conductive adhesive provided in the overlapped portion.
  • FIG. 8 An equivalent circuit diagram of the compound solar cells illustrated in FIG. 4 is illustrated in FIG. 8. As illustrated in FIG. 8, the compound solar cells arranged in the first row and the second row may be connected in series with neighbors, respectively, and may be connected in parallel between the solar cells arranged in the column direction.
  • the compound solar cells 10n arranged as described above are sealed in a sealing material made of a material such as ethylene vinyl acetate (EVA) so that the compound solar cells can be protected from the external environment.
  • a sealing material made of a material such as ethylene vinyl acetate (EVA) so that the compound solar cells can be protected from the external environment.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the compound solar cells 10n are disposed between the first film 110 and the second film 120, made of a sheet, or applied to either side of the first film 110 and the second film, respectively.
  • the encapsulant 130 may be integrated and encapsulated by a lamination process in which heat and pressure are simultaneously applied.
  • the compound solar cells 10n may further include a bussing ribbon 140 to have a circuit configuration as shown in FIG. 8.
  • the bussing ribbon 140 may include a first bussing ribbon 140a connected to the anode of the compound solar cell module 10n and a second bussing ribbon 140b connected to the cathode.
  • the anode and the cathode mean an anode and a cathode when the compound solar cell module 10n has a circuit configuration as shown in FIG. 8.
  • the compound solar cells arranged in the first row and arranged in a shingled manner in the row direction and the compound solar cells arranged in the second row are formed by the first and second bussing ribbons 140a and 140b. Can be connected in parallel.
  • the first bussing ribbon 140a is installed to be commonly bonded to the side surfaces of the solar cell C11 disposed in the first column of the first row and the solar cell C21 disposed in the first column of the second row.
  • the compound solar cells arranged in the first row are connected in parallel to the compound solar cells arranged in the second row.
  • the second bussing ribbon 140b is commonly bonded to the sides of the solar cell C14 disposed in the last column of the first row and the solar cell C24 disposed in the last column of the second row.
  • the compound solar cells arranged in the first row are connected in parallel to the compound solar cells arranged in the second row.
  • the first and second bussing ribbons 140a and 140b are sealed by the sealant 130 like the compound solar cells 10n and output to the outside by the interface 170 disposed at the rear of the module. It is electrically connected to the terminals 150a and 150b.
  • the interface 170 may include a second interface connecting the first bussing ribbon 140a and the first output terminal 150a and the second bussing ribbon 140b and the second output terminal 150b.
  • Interface 170b is included, and both configurations are the same, and thus will be described below.
  • bypass diodes BD may be further connected to ends of the first and second bussing ribbons 140a and 140b, and the bypass diodes BD may be disposed at the lower rear side of the module.
  • bypass diode BD can be a film-shaped bypass diode, in which case the module can be made slimmer to improve the design.
  • the interface 170 includes a through hole 171 formed in the sealant 130 and a conductor 173 filling the through hole 171.
  • the through hole 171 is formed at the bottom of the module to expose a portion of the first and second bussing ribbons 150a and 150b sealed by the sealant 130 out of the sealant 130, and the conductor 173 is a through hole.
  • the first and second bussing ribbons 150a and 150b exposed through the 171 and the first and second output terminals 150a and 150b disposed outside the sealing member 130 are electrically connected to each other.
  • the conductor 171 may be formed of any one of a conductive adhesive or a conductive epoxy.
  • the interface 170 is installed in the lower rear of the module, respectively, to reduce the size of the module, and when viewed from the front, it is possible to improve the design of the module.
  • the cover portion 160 may comprise a first portion 160a made of the same material as the sealant 130 and a second portion 160b made of the same material as the first film or the second film. Can be.
  • the interface 170 is completely sealed by the cover 160, thereby preventing the sealing of the sealant 130 from breaking due to the interface 170, thereby protecting the compound solar cell from the external environment, while the interface 170 is prevented. Can also protect against physical shocks.
  • FIG 9 and 10 illustrate a form in which the second output terminal 170b is directly connected to the solar cell via the second interface 170b.
  • the conductor 171 may be directly connected to the rear surface of the compound solar cell to directly connect the second output terminal 150b to the cathode of the compound solar cell 10n.
  • the compound solar cell 10 is formed to include a support substrate 17 formed to interview the second electrode on the rear surface, and an open portion is formed on the rear surface of the support substrate 17 to move the second electrode to the outside. Exposing
  • One end of the conductor 171 is connected to the second electrode of the compound solar cell 10 exposed through the open part 21, and the other end is connected to the second output terminal 150b.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는 제1 필름, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 필름, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 슁글드 방식으로 전기적 물리적으로 연결된 화합물 태양전지들, 상기 화합물 태양전지들과 상기 버싱 리본을 같이 실링하는 밀봉재, 상기 제2 기판의 후면에서 상기 밀봉재에 구비된 제1 및 제2 인터페이스를 통해 상기 화합물 태양전지들의 애노드 및 캐소드에 각각 연결된 제1 및 제2 출력 단자, 상기 인터페이스를 실링하는 커버부를 포함하고, 상기 인터페이스는, 상기 밀봉재에 마련된 스루홀과, 상기 스루홀을 통해 상기 애노드와 상기 제1 출력 단자, 상기 캐소드와 상기 제2 출력 단자 사이를 전기적으로 연결하는 도전체를 포함하는 화합물 태양전지 모듈을 개시한다.

Description

화합물 태양전지 모듈
본 발명은 화합물 태양전지를 겹쳐 연결한 화합물 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지에서는 다양한 층 및 전극을 설계에 따라 형성하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 이러한 다양한 층 및 전극의 설계에 따라 태양 전지 효율이 결정될 수 있다. 태양 전지의 상용화를 위해서는 낮은 효율을 극복하여야 하는바, 다양한 층 및 전극이 태양 전지의 효율을 최대화할 수 있도록 설계 및 제조되는 것이 요구된다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 화합물 태양전지의 투습 방지를 위한 새로운 방식의 팩키징(packaging) 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1 필름, 상기 제1 기판과 마주하는 제2 필름, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 슁글드 방식으로 전기적 물리적으로 연결된 화합물 태양전지들, 상기 화합물 태양전지들과 상기 버싱 리본을 같이 실링하는 밀봉재, 상기 제2 기판의 후면에서 상기 밀봉재에 구비된 제1 및 제2 인터페이스를 통해 상기 화합물 태양전지들의 애노드 및 캐소드에 각각 연결된 제1 및 제2 출력 단자, 상기 인터페이스를 실링하는 커버부를 포함하고, 상기 인터페이스는, 상기 밀봉재에 마련된 스루홀과, 상기 스루홀을 통해 상기 애노드와 상기 제1 출력 단자, 상기 캐소드와 상기 제2 출력 단자 사이를 전기적으로 연결하는 도전체를 포함하는 화합물 태양전지 모듈을 개시한다.
바람직하게, 상기 도전체는 도전성 접착제 또는 전도성 에폭시 중 하나일 수 있다.
상기 도전체는 상기 애노드 또는 캐소드 중 하나에 바로 연결될 수 있다.
상기 화합물 태양전지 모듈은 상기 화합물 태양전지들의 애노드 또는 캐소드 중 적어도 하나를 공통 연결하는 버싱 리본을 더 포함하고, 상기 도전체는 상기 버싱 리본에 연결될 수 있다.
상기 화합물 태양전지들 중, 동일한 행 방향으로 배치된 화합물 태양전지들은 직렬 연결되고, 열 방향으로 배열된 태양전지들은 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기적으로 연결된 화합물 태양전지들에서 외부로 노출되는 출력 단자 부분이 커버부에 의해 실링되므로 신뢰성을 향상할 수가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 화합물 태양전지들과 모듈 외부에 노출된 출력 단자가 화합물 태양전지 모듈의 후면에서 연결이 되므로, 모듈의 크기를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 화합물 태양전지의 전체 모습을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 3은 III-V족 원소의 화합물 반도체로 이뤄진 화합물 반도체층의 자세한 층간 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 전면을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 후면 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4의 B-B′선에 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5의 C-C′선에 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 4에 도시한 화합물 태양전지 모듈의 등가 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 후면 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 D-D′선에 따른 단면 모습을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제와 다르게 구성 요소를 단순화해 도시한다. 이하의 상세한 설명에서는 실시예에 따라 차이가 없는 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지의 전체 모습을 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 화합물 태양전지(10)는 pn 접합을 이루고 있는 화합물 반도체층(11)을 중심으로 전면(빛이 입사되는 면)과 후면에 각각 제1 전극(11)과 제2 전극(15)이 배치되고, 제2 전극(15)과 면접하게 형성된 지지 기판(17)을 포함한다.
화합물 반도체층(11)은 갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 인(InP), 갈륨 알루미늄 아세나이드(GaAlAs), 갈륨 인듐 아세나이드(GaInAs) 등의 Ⅲ-V족 화합물 반도체, 카드뮴 황(CdS), 카드뮴 텔루륨(CdTe), 아연 황(ZnS) 등의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, 구리 인듐 셀레늄(CuInSe2)으로 대표되는 I-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 등으로 형성된 화합물 반도체층을 포함하여 형성될 수 있다.
이 중 바람직하게, 화합물 반도체층(11)은 III-V족 원소의 화합물 반도체 재료로 구성될 수 있으며, 그 자세한 구성이 도 3을 통해 후술된다. 이 화합물 반도체층(11)은 평면에서 볼 때 장변(도면의 y축 방향)과 단변(도면의 x축 방향)을 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다.
제1 전극(13)은 일 예에서, 화합물 반도체층(11)의 전면(태양을 향하는 면)에 배치된 전면 전극이다. 이 제1 전극(13)은 제1 방향(도면의 x축 방향)으로 길게 형성된 버싱 리본(13a)과 버싱 리본(13a)에 일 단이 연결된 채 제2 방향(도면의 y축 방향)으로 연장되며 이웃한 것과 나란하게 배치된 핑거 전극들(13b)을 포함해 구성될 수 있다. 여기서, 버싱 리본(13a)은 화합물 태양전지들 부분적으로 겹쳐 배열해 물리적 전기적으로 연결하는 슁글드(shingled) 방식으로 연결할 때, 패드로 기능한다.
이 제1 전극(13)은 전기 전도성 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 및 게르마늄(Ge) 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질을 포함해 형성될 수 있다.
그리고, 제2 전극(15)은 일 예에서, 화합물 반도체층(11)의 후면(전면의 반대면)에 배치되어 후면 전극을 구성한다. 이 제2 전극(15)은 화합물 반도체층(11)과 면접(面接)하도록 화합물 반도체층(11)의 후면 전체에 위치하는 시트(Sheet) 형상의 도전체로 형성될 수 있다.
이 제2 전극(15)은 제1 전극(13)과 동일하게, 금(Au), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 및 게르마늄(Ge) 중에서 선택된 적어도 어느 한 물질을 포함해 형성될 수 있다.
지지 기판(17)은 제2 전극(15)의 후면에 제2 전극(15)과 면접하도록 형성이 되며, 이 지지 기판(17)은 매우 얇은 두께로 형성된 화합물 태양전지(10)를 지지해 화합물 태양전지(10)를 다루기 쉽게 도와준다.
이 지지 기판(17)은 PET(polyethylene　terephthalate) 필름이 일반적으로 많이 사용되며, 제2 전극(15)과 면접하도록 제2 전극(15)에 부착되어 있다. 바람직한 한 형태에서, 지지 가판(17)은 지지 기판(17)에 의해 가려져 있는 제2 전극(15)을 외부로 노출하기 위해 오픈부(21)를 더 포함해 구성될 수 있다.
오픈부(21)는 지지 기판(17)의 일부를 제거해 제2 전극(15)이 외부로 노출되도록 구성된 것으로, 화합물 태양전지(10)를 서로 겹쳐 배열해 모듈을 구성할 때, 겹쳐 배열된 두 태양전지가 전기적 물리적으로 연결될 수 있도록 한다.
이하, 도 3을 참조로, 화합물 반도체층(11)의 층간 구조에 대해 보다 자세히 설명한다. 도 3은 화합물 반도체층(11)의 층간 구성을 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 화합물 반도체층(11)은 광 흡수층(PV)의 전면으로 윈도우층(111)과 전면 콘택층(113)이 배치되고, 전면 콘택층(113)과 접촉하도록 상술한 제1 전극(13)이 위치할 수 있다. 그리고, 광흡수층(PV)의 후면으로 후면 전계층(115)과 후면 콘택층(117)이 배치되고, 후면 콘택층(117)과 접촉하도록 상술한 제2 전극(15)이 위치할 수 있다.
광 흡수층(PV)은 예로 III-V족 반도체 화합물, 일례로, 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 인(P)이 함유된 GaInP 화합물 또는 갈륨(Ga)과 비소(As)가 함유된 GaAs 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
광 흡수층(PV)은, p형 불순물과 n형 불순물이 각각 도핑된 p형 반도체층(PV-p)과, n형 반도체층(PV-n)을 포함해 pn 접합을 이룬다. 여기서, p형 불순물은 탄소, 마그네슘, 아연 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, n형 불순물은 실리콘, 셀레늄, 텔루륨 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
도면에서는 일 예로, n형 반도체층(PV-n)이 p형 반도체층(PV-p)보다 전면에 가깝게 형성되는 것을 도시하나, 이와 반대로 p형 반도체층(PV-p)이 n형 반도체층(PV-n)보다 전면에 가깝게 형성되는 것도 가능하다.
이 p형 반도체층(PV-p)과 n형 반도체층(PV-n)은 서로 동일한 밴드갭을 갖는 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있고(동종 접합), 이와 달리, 서로 다른 밴드갭을 갖는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다(이종 접합).
후면 전계층(115)은 직접 접촉하는 상부의 층, 즉 n형 반도체층(PV-n) 또는 p형 반도체층(PV-p)과 동일한 도전성 타입을 가지며, 윈도우층(111)과 동일한 물질 또는 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 후면 전계층(115)은 AlGaInP로 형성되며, 광흡수층(PV)의 후면에 전체적으로(entirely) 형성될 수 있다.
후면 콘택층(117)은 후면 전계층(115)의 후면에 전체적으로 위치하며, III-V족 반도체 화합물에 p형 불순물을 p형 반도체층(PV-p)보다 높은 도핑농도로 도핑하여 형성될 수 있다.
이 후면 콘택층(117)은 후면 전계층(115)과 제2 전극 사이 오믹 콘택을 제공해서 화합물 태양전지의 단락전류밀도(Jsc)를 향상시킨다.
이 후면 콘택층(117)의 두께는 1110nm 내지 1130nm의 두께로 형성될 수 있다.
윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)과 전면 전극(13) 사이에 형성될 수 있으며, III-V족 반도체 화합물, 일례로 AlInP에 n형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 여기서, 알루미늄(Al)은 윈도우층(111)의 에너지 밴드갭을 광 흡수층(PV)의 에너지 밴드갭보다 높게 형성하기 위해 윈도우층(111)에 함유된다.
이 윈도우층(111)은 광 흡수층(PV)의 전면(front surface)을 패시베이션(passivation)하는 기능을 한다.
전면 콘택층(113)은 III-V족 반도체 화합물에 윈도우층(111)의 불순물 도핑농도보다 높은 도핑농도로 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.
전면 콘택층(113)은 윈도우층(111)과 제1 전극(13) 간에 오믹 콘택(ohmic contact)을 형성한다. 이 전면 콘택층(113)은 제1 전극(13)과 동일한 형상으로 형성된다.
이하, 이처럼 구성된 화합물 태양전지를 슁글드 방식으로 연결해 만든 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈의 전면을 보여주며, 도 5는 후면 모습을, 도 6은 도 4의 B-B′선에 따른 단면 모습을, 도 7은 도 5의 C-C′선에 따른 단면 모습을 각각 도시한다.
이 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈(100)은 제1 필름(110), 제2 필름(120), 화합물 태양전지들(10n), 밀봉재(130), 버싱 리본(140), 제1 및 제2 출력 단자(150), 커버부(160)을 포함하도록 구성되고, 출력 단자(150)와 화합물 태양전지 사이는 인터페이스(170)에 의해 연결된다. 이 인터페이스(170)는 밀봉재(130)에 마련된 스루홀(171)과, 스루홀을 채우고 있는 도전체(173)를 포함해 구성되며, 제1 필름(110)과 제2 필름(120) 사이에 밀봉재(130)에 의해 실링(sealing)된 슁글드 방식으로 연결된 화합물 태양전지들(10n)이 배치된 구조를 이루고 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물 태양전지 모듈에서 팩키징된 화합물 태양전지를 외부에 배치된 출력 단자(150)와 인터페이스(170)를 통해 연결되며, 이 인터페이스(170)는 커버부(160)에 의해 실링되는 구조를 갖는다.
제1 필름(110)과 제2 필름(120)은 PET(polyethylene　terephthalate) 필름이 일반적으로 많이 사용될 수 있고, 화합물 태양전지를 사이에 두고 마주하도록 배치가 된다.
화합물 태양전지(10n)는 상술한 바와 같은 구조를 가지고 있으며, 열 방향과 행 방향으로 각각 복수개가 배치된다. 도시된 바에 따르면, 행"눰袖막* 4개의 태양전지가 배치되고, 열 방향으로는 2개의 태양전지가 배치되어 화합물 태양전지(10n)는 전체적으로 2x4 행렬 배열을 이루도록 배치가 된다.
행 방향에서 이웃한 두 태양전지는 부분적으로 겹쳐 물리적 전기적으로 연결되는 슁글드 방식으로 이웃한 것과 전기적으로 직렬 연결되고, 또한 물리적으로 연결된다. 슁글드 방식에서, 이웃한 두 태양전지는 겹쳐진 부분에 제공된 도전성 접착제에 의해 전기적 물리적으로 연결될 수 있다.
도 4에서 예시하는 화합물 태양전지들의 등가 회로도가 도 8에 예시되어 있다. 도 8에서 예시하는 바처럼, 제1 행 및 제2 행에 배치된 화합물 태양전지들은 각각 이웃한 것과 직렬 연결되며, 열 방향으로 배치된 태양전지들 사이는 병렬 연결될 수가 있다.
이 같이 배열된 화합물 태양전지(10n)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)와 같은 물질로 만들어진 밀봉재에 실링되어, 외부 환경으로부터 화합물 태양전지가 보호될 수 있도록 배치된다.
화합물 태양전지들(10n)은 제1 필름(110)과 제2 필름(120) 사이에 배치되고, 시트로 만들어지거나, 또는 제1 필름(110)과 제2 필름의 어느 한 면에 각각 도포된 밀봉재(130)가 복수의 태양 전지 전체의 전면 및 후면에 배치된 상태에서, 열과 압력이 동시에 가해지는 라미네이션 공정에 의해 일체화되어 캡슐화될 수 있다.
한편, 화합물 태양전지들(10n)은 도 8과 같은 회로 구성을 갖도록 버싱 리본(140)을 더 포함할 수 있다.
버싱 리본(140)은 화합물 태양전지 모듈(10n)의 애노드에 연결되는 제1 버싱 리본(140a)과 캐소드에 연결되는 제2 버싱 리본(140b)을 포함할 수 있다.
여기서, 애노드와 캐소드는 화합물 태양전지 모듈(10n)이 도 8과 같은 회로 구성을 가질 때의 애노드 및 캐소드를 의미한다.
행 방향에서 슁글드 방식으로 배열되어 직렬 연결된 제1행에 배치된 화합물 태양 전지들과, 제2 행에 배치된 화합물 태양전지들은 제1 버싱 리본(140a)과 제2 버싱 리본(140b)에 의해 병렬 연결될 수 있다.
제1 버싱 리본(140a)은 전면 중 제1 행의 첫 번째 열에 배치된 태양전지(C11)와 제2 행의 첫 번째 열에 배치된 태양전지(C21)의 측면에 각각 공통 접합하도록 설치되어, 제1행에 배치된 화합물 태양전지들을 제2행에 배치된 화합물 태양전지들에 병렬 연결시킨다.
이와 유사하게, 제2 버싱 리본(140b)은 후면 중 제1 행의 마지막 번째 열에 배치된 태양전지(C14)와 제2 행의 마지막 번째 열에 배치된 태양전지(C24)의 측면에 각각 공통 접합하도록 설치되며, 이에 의해 제1행에 배치된 화합물 태양전지들을 제2행에 배치된 화합물 태양전지들에 병렬 연결된다.
이 같은 제1 및 제2 버싱 리본(140a, 140b)은 화합물 태양전지들(10n)과 같이 밀봉재(130)에 의해 실링되며, 모듈의 후면에 배치된 인터페이스(170)에 의해 외부로 노출된 출력 단자(150a, 150b)와 전기적으로 연결된다.
인터페이스(170)는 제1 버싱 리본(140a)과 제1 출력 단자(150a)를 연결하는 제1 인터페이스(170a)와 제2 버싱 리본(140b)과 제2 출력 단자(150b)를 연결하는 제2 인터페이스(170b)를 포함하며, 양자의 구성은 동일하므로, 아래에서는 같이 설명한다.
한편, 제1 및 제2 버싱 리본(140a, 140b)의 끝에는 바이패스 다이오드(BD)가 더 연결될 수 있고, 이 바이패스 다이오드(BD)는 모듈의 후면 하단에 배치될 수가 있다.
바람직한 한 형태에서, 이 바이패스 다이오드(BD)는 필름 형상의 바이패스 다이오드일 수 있고, 이 경우에 모듈의 부피를 슬림화해 디자인을 좋게 할 수가 있다.
본원 발명에서, 인터페이스(170)는 밀봉재(130)에 형성된 스루홀(171)과 스루홀(171)을 채우고 있는 도전체(173)을 포함해 구성된다.
스루홀(171)은 모듈 하단에 형성되어 밀봉재(130)에 의해 실링된 제1 및 제2 버싱 리본(150a, 150b)의 일부를 밀봉재(130) 밖으로 노출시키며, 도전체(173)는 스루홀(171)을 통해 노출된 제1 및 제2 버싱 리본(150a, 150b)과 밀봉재(130) 밖에 배치되는 제1 및 제2 출력 단자(150a, 150b)를 전기적으로 연결한다.
바람직한 한 형태에서, 도전체(171)는 도전성 접착제 또는 전도성 에폭시 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본원 발명에서는 이처럼 인터페이스(170)를 모듈의 후면 하단에 각각 설치해 모듈의 크기를 슬림화하며, 전면에서 보았을 때 모듈의 디자인을 좋게 할 수가 있다.
한편, 인터페이스(170)를 포함하는 모듈의 후면 하단은 커버부(160)에 의해 실링된다. 바람직한 한 형태에서, 커버부(160)는 밀봉재(130)와 동일한 물질로 만들어진 제1 부분(160a)과 제1 필름 또는 제2 필름과 동일한 물질로 만들어진 제2 부분(160b)을 포함해 구성될 수 있다.
이에 의해, 인터페이스(170)가 커버부(160)에 의해 완전히 실링되므로, 인터페이스(170) 때문에 밀봉재(130)의 실링이 깨지는 것을 방지해서 외부 환경으로부터 화합물 태양전지를 보호하는 한편, 인터페이스(170)가 물리적 충격에 파손되는 것 역시 보호할 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10은 제2 출력 단자(170b)가 제2 인터페이스(170b)를 통해 버싱 리본 이 바로 태양전지에 연결된 형태를 보여주는 도면이다.
도시된 바와 같이, 도전체(171)는 화합물 태양전지의 후면에 바로 연결됨으로써 제2 출력 단자(150b)를 화합물 태양전지(10n)의 캐소드에 바로 연결할 수가 있다.
상술한 바처럼 화합물 태양전지(10)는 후면에 제2 전극에 면접하도록 형성된 지지 기판(17)을 포함해 형성되며, 지지 기판(17)의 후면으로는 오픈부가 형성되어 제2 전극을 외부로 노출시키고 있다.
도전체(171)의 일 단은 이 오픈부(21)를 통해 노출된 화합물 태양전지(10)의 제2 전극에 연결되고, 다른 한편은 제2 출력 단자(150b)에 연결된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

  1. 제1 필름;
    상기 제1 기판과 마주하는 제2 필름;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 슁글드 방식으로 전기적 물리적으로 연결된 화합물 태양전지들;
    상기 화합물 태양전지들과 상기 버싱 리본을 같이 실링하는 밀봉재;
    상기 제2 기판의 후면에서 상기 밀봉재에 구비된 제1 및 제2 인터페이스를 통해 상기 화합물 태양전지들의 애노드 및 캐소드에 각각 연결된 제1 및 제2 출력 단자;
    상기 인터페이스를 실링하는 커버부;
    를 포함하고,
    상기 인터페이스는,
    상기 밀봉재에 마련된 스루홀과,
    상기 스루홀을 통해 상기 애노드와 상기 제1 출력 단자, 상기 캐소드와 상기 제2 출력 단자 사이를 전기적으로 연결하는 도전체,
    를 포함하는 화합물 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 도전성 접착제 또는 전도성 에폭시 중 하나인 화합물 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 상기 화합물 태양전지 중 어느 하나의 후면에 바로 연결된 화합물 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화합물 태양전지들의 애노드 또는 캐소드 중 적어도 하나를 공통 연결하는 버싱 리본을 더 포함하고,
    상기 도전체는 상기 버싱 리본에 연결된 화합물 태양전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화합물 태양전지들 중, 동일한 행 방향으로 배치된 화합물 태양전지들은 직렬 연결되고,
    열 방향으로 배열된 태양전지들은 병렬 연결된 화합물 태양전지 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 버싱 리본에 연결된 필름 형상의 바이패스 다이오드를 더 포함하는 화합물 태양전지 모듈.
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