WO2022196995A1 - 태양 전지 모듈 - Google Patents

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WO2022196995A1
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solar cell
electrode
semiconductor substrate
microelectrodes
type semiconductor
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서관용
이강민
박정환
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울산과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell module. More specifically, the present invention relates to a solar cell module with improved integration, invisibility, aesthetics, and photovoltaic efficiency.
  • a solar cell is spotlighted as a next-generation battery that directly converts solar energy into electrical energy using a semiconductor device.
  • a solar cell module is formed by being electrically connected to each other after a plurality of solar cells are uniformly arranged, and since the power generation efficiency may vary depending on the form in which the plurality of solar cells are arranged, many researches to improve the power generation efficiency is being done Solar cell modules developed so far have been in a form in which solar cells having the same conductivity are continuously arranged.
  • the lower electrode of the solar cell and the upper electrode of the adjacent solar cell must be electrically connected to each other by a connecting electrode in order to electrically connect adjacent solar cell units. Therefore, a plurality of solar cells must be spaced apart by a certain width or more, which causes a loss of area of the entire module.
  • FIG. 1 is a view for explaining the structure of a solar cell module using the conventional upper and lower cross-connected electrodes.
  • adjacent solar cells should be connected in a vertical crosswise manner through a connection electrode such as a copper wire.
  • a connection electrode such as a copper wire.
  • an unnecessary separation space is generated between adjacent solar cells, resulting in loss of area of the entire module and consequently reducing power efficiency compared to the same area.
  • a solar cell module implemented by continuously arranging solar cells.
  • a plurality of solar cells In order to electrically connect adjacent solar cell units in a solar cell module, a plurality of solar cells must be spaced apart from each other by a certain width or more. There is a loss, and there is a limit to the increase in the density of the module.
  • One embodiment of the present invention provides a solar cell module using a connection electrode capable of increasing the degree of integration of the solar cell module while maximizing invisibility and improving aesthetics.
  • One embodiment of the present invention provides a solar cell module having excellent photoelectric conversion efficiency.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell module using an edge bus bar electrode capable of increasing the degree of integration of the solar cell module, maximizing invisibility, and improving aesthetics.
  • the present invention provides an N-type semiconductor substrate, a P-type layer forming a P-N junction on the upper surface of the N-type semiconductor substrate, a first upper electrode connected to the upper surface of the P-type layer, and a first connected to the lower surface of the N-type semiconductor substrate
  • At least one first solar cell including a lower electrode, and the first solar cell are alternately disposed, a P-type semiconductor substrate, an N-type layer forming a P-N junction on an upper surface of the P-type semiconductor substrate, and an upper surface of the N-type layer one or more second solar cells including a second upper electrode connected to each other, and a second lower electrode connected to a lower surface of the P-type semiconductor substrate, and the first and second solar cells adjacent to each other
  • a solar cell module including one or more connection electrodes connecting between second upper electrodes or connecting between the first and second lower electrodes.
  • connection electrode may include an upper connection electrode connecting between the first and second upper electrodes of the first and second solar cells adjacent to each other, and a lower portion connecting between the first and second lower electrodes.
  • a connection electrode may be included, wherein the upper connection electrode and the lower connection electrode may alternately connect the first and second solar cells adjacent to each other at an upper portion and a lower portion, respectively.
  • first lower electrode of the first solar cell is connected to a second lower electrode of a second solar cell adjacent to one side through the lower connection electrode
  • first upper electrode of the first transparent solar cell is connected to the other side.
  • connection electrode may be formed of a metal film having invisibility.
  • first solar cell and the second solar cell may be spaced apart from each other by a predetermined interval to form a gap region, and the connection electrode may be disposed on the gap region.
  • the gap region may have a width of 1 to 1,000 ⁇ m.
  • the width of the connection electrode may be 10 to 1,500 ⁇ m.
  • part or all of the gap region may be covered by the connection electrode.
  • an N-type semiconductor substrate having an N-type conductivity; a P-type layer positioned on the upper surface of the N-type semiconductor substrate, forming a P-N junction with the N-type semiconductor substrate, and having a P-type conductivity; a first upper electrode disposed on the P-type layer, electrically connected to the P-type layer, and including a plurality of first microelectrodes;
  • One or more first solar cells including; a first lower electrode positioned on a lower surface of the N-type semiconductor substrate opposite to the upper surface and connected to the N-type semiconductor substrate, a P-type semiconductor substrate having a P-type conductivity ; an N-type layer positioned on an upper surface of the P-type semiconductor substrate and having an N-type conductivity type forming a P-N junction with the P-type semiconductor substrate; a second upper electrode disposed on the N-type layer and connected to the N-type layer, the second upper electrode including a plurality of second microelectrodes;
  • One or more second solar cells including a
  • the first microelectrodes include two or more X1 upper microelectrodes extending in a first direction and two or more Y1 upper microelectrodes extending in a second direction forming a predetermined angle with the first direction
  • the second The microelectrodes may include two or more X2 upper microelectrodes extending in a first direction and two or more Y2 upper microelectrodes extending in a second direction forming a predetermined angle with the first direction.
  • connection electrode includes two or more X1 upper microelectrodes included in a first solar cell arbitrarily selected from among the first solar cells and a second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in the first direction. 2 or more X2 upper microelectrodes; or two or more Y1 upper microelectrodes included in a first solar cell arbitrarily selected from among the first solar cells, and two or more Y2 upper microelectrodes included in the second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in the first direction.
  • the electrodes can be electrically connected simultaneously.
  • the upper connection electrode may include all of the X1 upper microelectrodes included in the arbitrarily selected first solar cell and all of the X2 upper microelectrodes included in the second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in a first direction; or all of the Y1 upper microelectrodes included in the arbitrarily selected first solar cell and all of the two or more Y2 upper microelectrodes included in the second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in the second direction; have.
  • first direction may be an X direction
  • second direction may be a Y direction
  • a predetermined angle between the first direction and the second direction may be greater than 0° and less than 180°.
  • the first upper electrode includes a rectangular pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X1 upper microelectrode and the Y1 upper microelectrode
  • the second upper electrode The electrode may include a rectangular pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X2 upper microelectrode and the Y2 upper microelectrode.
  • the first upper electrode includes a rectangular pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X1 upper microelectrode and the Y1 upper microelectrode
  • the second upper electrode includes the X2 upper microelectrode and the Y2 upper microelectrode. It may include a rectangular pattern formed by a plurality of microelectrodes including
  • first upper electrode and the second upper electrode may further include a W1 upper microelectrode and a W2 upper microelectrode extending in a third direction forming a predetermined angle with the first direction and the second direction, respectively.
  • the first upper electrode includes a hexagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X1 upper microelectrode, the Y1 upper microelectrode, and the W1 upper microelectrode
  • the second upper electrode is the X2 upper microelectrode , a hexagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the Y2 upper microelectrode and the W2 upper microelectrode.
  • an area of the upper surface of the n-type semiconductor substrate in which the first upper electrode is formed is 0.1 to 10% of the total area of the upper surface of the n-type semiconductor substrate, and the area of the upper surface of the p-type semiconductor substrate is The area in which the second upper electrode is formed may be 0.1 to 10% of the total area of the top surface of the P-type semiconductor substrate.
  • the first lower electrode includes two or more X1 lower microelectrodes extending in a first direction and two or more Y1 lower microelectrodes extending in a second direction
  • the second lower electrode includes two or more X2 or more X2 lower microelectrodes extending in the first direction. It may include a lower microelectrode and two or more Y2 lower microelectrodes extending in the second direction.
  • the lower connection electrode may include at least two X1 lower microelectrodes included in an arbitrarily selected first solar cell and at least two X2 lower microelectrodes included in a second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in a first direction; or two or more Y1 lower microelectrodes included in an arbitrarily selected first solar cell and two or more Y2 lower microelectrodes included in a second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in a second direction; have.
  • the upper connection electrode and the lower connection electrode may be formed side by side in one direction, respectively, and the direction in which the upper connection electrode is formed and the direction in which the lower connection electrode is formed may be in a twisted position.
  • the first solar cell and the second solar cell may be spaced apart from each other by a predetermined interval to form a gap region, and the upper connection electrode and the lower connection electrode may be disposed on the gap region.
  • the gap region may be completely covered by the upper connection electrode and the lower connection electrode.
  • the present invention provides a solar cell module using an edge bus bar electrode, comprising an N-type semiconductor substrate, a P-type layer forming a P-N junction on the upper surface of the N-type semiconductor substrate, and a microgrid pattern connected to the upper surface of the P-type layer a plurality of first solar cells including a first upper electrode and a first lower electrode connected to a lower surface of the N-type semiconductor substrate; a plurality of second aspects including an N-type layer forming a P-N junction on the upper surface of the A cell and the first and second solar cells are arranged in pairs along the upper and lower edges of at least one side selected from each side of the first and second solar cells, and are respectively connected to the first and second upper electrodes and the first and second lower electrodes a plurality of upper and lower side busbars disposed along an edge portion of the solar cell module to form the edge busbar electrode, and at least one upper portion connecting upper side busbars of the adjacent first and second solar cells to each other
  • a solar cell module including a connection electrode and
  • first solar cell and the second solar cell are alternately disposed adjacent to each other, and the upper connection electrode and the lower connection electrode may include upper and lower portions of the plurality of adjacent first solar cells and the plurality of second solar cells. may be alternately positioned in the to allow the first solar cell and the second solar cell to be connected.
  • the second solar cell disposed at one side of the first solar cell is connected to the first solar cell by an upper connection electrode disposed thereon, and the second solar cell disposed at the other side of the first solar cell includes: It may be connected to the first solar cell by a lower connection electrode disposed thereunder.
  • each of the first and second solar cells may be implemented in the form of a plate-shaped electrode covering the entire lower surface.
  • each of the lower electrodes of the first and second solar cells may have a grid electrode shape formed of a micro grid pattern.
  • N is 2 or more first solar cell modules and N second solar cell modules are alternately zigzag one by one so that the edge portion has a square or rectangular shape. It may have an arranged structure.
  • each upper side busbar may be connected between power terminals of an external device.
  • connection electrode may be formed of a metal film having invisibility.
  • two types of solar cells having different conductivity types are alternately arranged with each other and adjacent solar cells are connected to each other by connecting electrodes to increase the degree of integration of the solar cell module while maximizing invisibility and improving aesthetics. can do it
  • the solar cell module may have excellent photoelectric conversion efficiency by using a solar cell including a grid electrode to minimize light loss and alternately disposing solar cells having different conductivity types. .
  • a high-density solar cell module can be manufactured by alternately disposing two types of solar cells having different conductivity types, and the microgrid pattern formed on the surface of each solar cell and the edge of the entire solar cell module.
  • the invisibility and aesthetics of the solar cell module can be improved by utilizing the busbar electrode structure designed along the
  • FIG. 1 is a view for explaining the structure of a solar cell module using the conventional upper and lower cross-connected electrodes.
  • FIG. 2 is a view for explaining the configuration of a solar cell module using a connection electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of extended application of the technique of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a view for explaining a general solar cell module connection method.
  • FIG. 6 is a diagram comparing the module integration diagrams according to FIGS. 2 and 5 .
  • FIG. 7 is a plan view schematically illustrating a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section II′ of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a plan view schematically illustrating a modified example of the solar cell module of FIG. 7 .
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a solar cell module using an edge bus bar electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view schematically illustrating a cross section AA′ of FIG. 10 .
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a cross section B-B' of FIG. 10 .
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a rear surface of FIG. 10 .
  • FIG. 14 is a view for explaining the principle of connecting adjacent solar cells with an upper connection electrode and a lower connection electrode in FIG. 10 .
  • FIG. 15 is a view illustrating a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a diagram illustrating a modularization method using a bus-finger bar electrode.
  • FIG. 17 is a view exemplarily showing the implementation of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the configuration of a solar cell module using a connection electrode according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of FIG. 2 .
  • the solar cell module 10 includes one or more first solar cells 100 , one or more second transparent cells 200 , and an upper connection electrode 300 . and a lower connection electrode 400 .
  • One or more first solar cells 100 and one or more second solar cells 200 may be alternately disposed with each other.
  • One or more means that there is one or more first solar cells 100 or second solar cells 200 .
  • the first solar cell 100 is positioned on an N-type semiconductor substrate 110 having an N-type conductivity and a top surface A1 of the N-type semiconductor substrate 110 to form a P-N junction with the N-type semiconductor substrate 110 . and a P-type layer 120 having a P-type conductivity, a first upper electrode 130 located on the upper surface of the P-type layer 120 and electrically connected to the P-type layer 120, and an N-type semiconductor substrate (
  • the first lower electrode 140 may be positioned on the lower surface B1 of the 110 and connected to the N-type semiconductor substrate 110 .
  • the second solar cell 200 is positioned on the P-type semiconductor substrate 210 having a P-type conductivity and on the upper surface A2 of the P-type semiconductor substrate 210 to form a P-N junction with the P-type semiconductor substrate 210 . and an N-type layer 220 having an N-type conductivity, a second upper electrode 230 disposed on the upper surface of the N-type layer 220 and electrically connected to the N-type layer 220 , and a P-type semiconductor substrate 210 . may include a second lower electrode 240 positioned on the lower surface B2 of FIG. 1 and connected to the P-type semiconductor substrate 210 .
  • the P-type layer 120 may form a P-N junction with the N-type semiconductor substrate 110 .
  • the N-type layer 220 may form a P-N junction with the P-type semiconductor substrate 210 .
  • the P-type layer 120 may be an emitter layer formed by doping the N-type semiconductor substrate 110 with impurities having a P-type conductivity. Therefore, the upper surface A1 of the N-type semiconductor substrate 110 is not a clearly separated region, but may be understood as a region in which a P-N junction is formed.
  • the N-type layer 220 may be an emitter layer formed by doping the P-type semiconductor substrate 210 with an impurity having an N-type conductivity. Accordingly, the upper surface A2 of the P-type semiconductor substrate 210 is not a clearly separated region, but may be understood as a region in which a P-N junction is formed.
  • a P-N junction is formed at the interface between the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type layer 120 .
  • a P-N junction is formed at the interface between the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type layer 120 .
  • the emitter layer of the N-type layer 220 and the P-type semiconductor substrate 210 have opposite conductivity types
  • a P-N junction is formed at the interface between the P-type semiconductor substrate 210 and the N-type layer 220 .
  • photovoltaic power may be generated due to the photoelectric effect.
  • the first upper electrode 130 , the second upper electrode 230 , the first lower electrode 140 , and the second lower electrode 240 collect carriers generated by light irradiation, and the solar cell module 10 and An external electronic device electrically connected may be a movement path for a carrier to move.
  • connection electrodes 300 and 400 connect the first and second upper electrodes 130 and 230 of the first and second solar cells 100 and 200 that are adjacent to each other, or the first and second solar cells that are adjacent to each other.
  • the first and second lower electrodes 140 and 240 of the batteries 100 and 200 may be connected to each other.
  • the upper connection electrode 300 may connect the first and second upper electrodes 130 and 230 of the first and second solar cells 100 and 200 adjacent to each other, and the lower connection electrode 400 is connected to each other.
  • the first and second lower electrodes 140 and 240 of the adjacent first and second solar cells 100 and 200 may be connected to each other.
  • the first lower electrode 140 of the first solar cell 100 is connected to the second lower electrode 240 of the second solar cell 200 adjacent to one side through the lower connection electrode 400
  • the first upper electrode 130 of the first solar cell 100 is connected to the second upper electrode 230 of the second solar cell 200 adjacent to the other side through the upper connection electrode 300
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may alternately connect the first and second solar cells 100 and 200 adjacent to each other at the upper and lower sides, respectively.
  • connection electrode may also be made of a material having transparency or invisibility. Therefore, the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may be formed of a material having light transmittance and conductivity, and may be formed of a metal film having invisibility. Through this, invisibility and aesthetics of the solar cell module 10 may be maximized.
  • each element including a semiconductor substrate may be implemented with a transparent material having light-transmitting properties. can be implemented.
  • the solar cell module 10 may be utilized as a Building Integrated Photovoltaic (BIPV).
  • BIPV Building Integrated Photovoltaic
  • the first solar cell 100 and the second solar cell 200 are spaced apart from each other at a predetermined interval to form a gap region 50
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 are spaced apart from each other.
  • Silver may be disposed on the gap region 50 .
  • connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 are disposed on the gap region 50 , it is possible to effectively prevent a problem in which the grid pattern formed by the gap region 50 is visually recognized. Accordingly, the aesthetics of the solar cell module 10 may be improved.
  • the width of the gap region 50 may be about 1 to 1,000 ⁇ m.
  • the width of the gap region 50 is about 1 to 500 ⁇ m, about 1 to 300 ⁇ m, about 1 to 100 ⁇ m, about 1 to 50 ⁇ m, about 5 to 1,000 ⁇ m, about 10 to 1,000 ⁇ m, or about 20 to 1,000 ⁇ m.
  • the gap region 50 satisfies the above width range, the number of solar cells disposed per unit area increases, thereby increasing the degree of integration of the solar cell module 10 and improving photovoltaic efficiency.
  • the space between the solar cells is narrow, so aesthetics may be further improved.
  • the width of the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may be greater than the width of the gap region 50 .
  • the width of the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may be about 10 to 1,500 ⁇ m, respectively.
  • the width of the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 is about 10 to 1,400 ⁇ m, about 10 to 1,300 ⁇ m, about 10 to 1,200 ⁇ m, about 10 to 1,100 ⁇ m, about 10 to 1,000 ⁇ m, It may be about 20 to 1,500 ⁇ m, about 30 to 1,500 ⁇ m, about 40 to 1,500 ⁇ m, or about 50 to 1,500 ⁇ m.
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may effectively cover the gap region 50 .
  • the amount of light reflected by the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 is reduced, so that the power generation efficiency of the solar cell module 10 may be further improved.
  • All or part of the gap region 50 may be covered by the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 . In this case, the aesthetics of the solar cell module 10 may be further improved.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of extended application of the technique of FIG. 3 .
  • a transparent Taeyoung battery module having a high degree of integration and high efficiency by connecting the solar cells adjacent to each other in the vertical and horizontal directions through the upper and lower connection electrodes of different types. can be implemented
  • FIG. 5 is a view illustrating a general solar cell module connection method
  • FIG. 6 is a view comparing the module integration diagrams according to FIGS. 2 and 5 .
  • FIG. 5 shows a structure in which solar cells having the same conductivity type are continuously arranged, and since the lower electrode of the solar cell and the upper electrode of the adjacent solar cell are electrically connected to each other by a metal wire (C), A plurality of solar cells should be spaced apart from each other by a certain width or more.
  • two types of solar cells having different conductivity types are cross-arranged and adjacent cells are connected with a transparent connection electrode to minimize the gap region 50 between the solar cells. It can further improve aesthetics and increase the degree of module integration.
  • the gap between the solar cells has a size of mm, whereas when the solar cell module is manufactured based on the method of FIG. 2 . It can be seen that the gap between the solar cells is reduced to a size of ⁇ m.
  • the technique of the present invention can be applied to a solar cell based on a microelectrode structure.
  • two types of solar cells having different conductivity types are alternately disposed with each other and adjacent solar cells are connected to each other by connecting electrodes to increase the degree of integration of the solar cell module, while maximizing invisibility and improving aesthetics. can be improved
  • FIG. 7 is a plan view schematically illustrating a solar cell module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross-section I-I′ in FIG. 7 .
  • the solar cell module 10 includes one or more first solar cells 100 , one or more second solar cells 200 , and an upper connection electrode 300 . and a lower connection electrode 400 , wherein the one or more first solar cells 100 and the one or more second solar cells 200 may be alternately disposed with each other.
  • 1 or more may mean that there is one or more first solar cells 100 or second solar cells 100 .
  • the first solar cell 100 includes an N-type semiconductor substrate 110 having an N-type conductivity; a P-type layer 120 positioned on the upper surface A1 of the N-type semiconductor substrate 110, forming a P-N junction with the N-type semiconductor substrate 110, and having a P-type conductivity; a first upper electrode 130 positioned on the P-type layer 120 and electrically connected to the P-type layer 120 and including a plurality of first microelectrodes; and a first lower electrode 140 positioned on the lower surface B1 of the N-type semiconductor substrate 110 opposite to the upper surface A1 and connected to the N-type semiconductor substrate 110 .
  • the second solar cell 200 includes a P-type semiconductor substrate 210 having a P-type conductivity; an N-type layer 220 positioned on the upper surface A2 of the P-type semiconductor substrate 210, forming a P-N junction with the P-type semiconductor substrate 210, and having an N-type conductivity; a second upper electrode 230 positioned on the N-type layer 220, electrically connected to the N-type layer 220, and including a plurality of second microelectrodes; and a first lower electrode 240 positioned on the lower surface B2 of the P-type semiconductor substrate 210 opposite to the upper surface A2 and connected to the P-type semiconductor substrate 210 .
  • the upper connection electrode 300 includes the plurality of first microelectrodes included in the first solar cell 100 arbitrarily selected from among the one or more first solar cells 100 and the second adjacent to the arbitrarily selected first solar cell 100 .
  • the plurality of second microelectrodes included in the solar cell 200 may be electrically connected simultaneously.
  • the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 may be formed of single crystal or polycrystalline silicon.
  • the N-type semiconductor substrate 110 may be doped with P, As, Sb, or the like, which are Group 5 elements as N-type impurities.
  • the P-type semiconductor substrate 210 may be doped with Group III elements B, Ga, In, etc. as a P-type impurity to be implemented as a P-type.
  • each light receiving surface of the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 may include various types of concavo-convex structures (not shown) such as pyramids, squares, and triangles.
  • the concave-convex structure (not shown) reduces the reflectance of light incident to the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 , so that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module 10 may be improved.
  • the P-type layer 120 may form a P-N junction with the N-type semiconductor substrate 110 .
  • the N-type layer 220 may form a P-N junction with the P-type semiconductor substrate 210 .
  • the P-type layer 120 may be an emitter layer formed by doping the N-type semiconductor substrate 110 with impurities having a P-type conductivity. Accordingly, the upper surface A1 of the N-type semiconductor substrate 110 is not a clearly separated region, but may be understood as a region in which a P-N junction is formed.
  • the N-type layer 220 may be an emitter layer formed by doping the P-type semiconductor substrate 210 with an impurity having an N-type conductivity. Accordingly, the upper surface A2 of the P-type semiconductor substrate 210 is not a clearly separated region, but may be understood as a region in which a P-N junction is formed.
  • a P-N junction is formed at the interface between the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type layer 120 .
  • a P-N junction is formed at the interface between the P-type semiconductor substrate 110 and the N-type layer 220 .
  • photovoltaic power may be generated due to the photoelectric effect.
  • the first upper electrode 130 , the second upper electrode 230 , the first lower electrode 140 , and the second lower electrode 240 collect carriers generated by light irradiation, and the solar cell module 10 and It may be a movement path through which a carrier moves to an external electronic device electrically connected.
  • the first upper electrode 130 may be a grid electrode including a grid pattern formed by the plurality of first microelectrodes.
  • the second upper electrode 230 may be a grid electrode including a grid pattern formed by the plurality of second microelectrodes.
  • the first upper electrode 130 may be positioned on the light receiving surface of the first solar cell 100 .
  • the second upper electrode 230 may be positioned on the light-receiving surface of the second solar cell.
  • the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 may each include a microgrid pattern.
  • the line width of the microgrid pattern may be several ⁇ m to 1 mm, whereby the opening ratio of the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 may be 90% or more. Accordingly, a phenomenon in which light incident by the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 is blocked may be minimized.
  • the first microelectrodes include two or more X1 upper microelectrodes 132 extending in a first direction and two or more Y1 upper microelectrodes 132 extending in a second direction forming a predetermined angle ⁇ with the first direction.
  • An upper microelectrode 134 may be included.
  • the second microelectrodes include two or more X2 upper microelectrodes 232 extending in a first direction and two or more Y2 upper microelectrodes 232 extending in a second direction forming a predetermined angle ⁇ with the first direction.
  • An upper microelectrode 234 may be included.
  • the upper connection electrode 300 includes two or more X1 upper microelectrodes 132 included in the first solar cell 100 arbitrarily selected from among the first solar cells 100 and the arbitrarily selected first aspect.
  • Two or more Y2 upper microelectrodes 232 included in the two solar cells 200 may be electrically connected simultaneously.
  • the first direction may be an X direction
  • the second direction may be a Y direction
  • the first direction may be a Y direction
  • the second direction may be an X direction
  • the predetermined angle ⁇ between the first direction and the second direction may be greater than 0° and less than 180°. More preferably, the predetermined angle ⁇ may be about 30 ⁇ to 150 ⁇ , about 60 ⁇ to 120 ⁇ , about 50 ⁇ to 150 ⁇ , or about 30 ⁇ to 120 ⁇ .
  • the first upper electrode 130 may include a rectangular pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern formed by the first microelectrodes.
  • the first upper electrode 130 may have a rectangular pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 . It may include patterns.
  • the second upper electrode 230 may include a rectangular pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern formed by the second microelectrodes.
  • the second upper electrode 230 may have a rectangular pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagon formed by a plurality of microelectrodes including the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 . It may include patterns.
  • the first upper electrode 130 may include a rectangular pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 .
  • the second upper electrode 230 may include a rectangular pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 .
  • the predetermined angle ⁇ between the first direction and the second direction may be greater than about 0° and less than 180°.
  • the predetermined angle ⁇ between the first direction and the second direction may be about 30 ⁇ to 150 ⁇ , about 60 ⁇ to 120 ⁇ , or about 90 ⁇ .
  • the widths of the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 included in the first upper electrode 130 may be the same.
  • the widths of the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 included in the second upper electrode 230 may be the same.
  • the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 included in the first upper electrode 130; and the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 included in the second upper electrode 230 may have the same width.
  • the widths of the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 may be different from each other.
  • the widths of the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 included in the first upper electrode 130 may be about 0.01 ⁇ m to about 100 ⁇ m.
  • the width of the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 included in the second upper electrode 230 may be about 0.01 ⁇ m to about 100 ⁇ m.
  • the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 included in the first upper electrode 130 may be formed of the same conductive material.
  • the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 included in the second upper electrode 230 may be formed of the same conductive material.
  • the X1 upper microelectrode 132 and the Y1 upper microelectrode 134 included in the first upper electrode 130; and the X2 upper microelectrode 232 and the Y2 upper microelectrode 234 included in the second upper electrode 230 may all be formed of the same conductive material.
  • the first upper electrode 130; and the second upper electrode 230 may be formed of different conductive materials.
  • the conductive material may refer to a material in which carriers generated by light irradiation are movable.
  • the conductive material may include a metal or a metal oxide.
  • the conductive material may include copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), cobalt (Co), or gold (Au).
  • the area in which the first upper electrode 130 is formed on the upper surface A1 of the n-type semiconductor substrate 110 is about the total area of the upper surface A1 of the n-type semiconductor substrate 110 . 0.1 to about 10%.
  • the area in which the second upper electrode 230 is formed on the top surface A2 of the P-type semiconductor substrate 210 is about 0.1 to about 10 with respect to the total area of the top surface A2 of the P-type semiconductor substrate 210 . It can be %.
  • the area of the first upper electrode 130 and the area of the second upper electrode 230 satisfy the above ranges, the area of the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 are visible. As a result, the aesthetics of the solar cell module 10 may be improved. In addition, the area of the first upper electrode 130 and the carrier collection efficiency of the second upper electrode 230 may be increased, so that the photovoltaic efficiency of the solar cell module may be improved.
  • the first lower electrode 140 and the second lower electrode 240 are the same as the lower surface B1 of the N-type semiconductor substrate 110 and the lower surface B2 of the P-type semiconductor substrate 210, respectively. It has a shape and may be formed on the entire bottom surface of the solar cell 100 .
  • the first lower electrode 140 and the second lower electrode 240 are the same as the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 and a microgrid formed by a plurality of microelectrodes. It may include patterns.
  • the microgrid pattern may include a square pattern, a pentagonal pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern.
  • the first lower electrode 140 includes two or more X1 lower microelectrodes (not shown) extending in the first direction and two or more Y1 lower microelectrodes (not shown) extending in the second direction.
  • the second lower electrode 240 may include two or more X2 lower microelectrodes (not shown) extending in the first direction and two or more Y2 lower microelectrodes (not shown) extending in the second direction. have.
  • the first lower electrode 140 and the second lower electrode 240 may include the same grid electrode pattern as the first upper electrode 130 and the second upper grid entirety 140 .
  • the first lower electrode 140 and the second lower electrode 240 have a rectangular pattern and a pentagonal shape formed by a plurality of microelectrodes in the same manner as the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 , respectively. It may include a pattern, a hexagonal pattern, a heptagonal pattern, or an octagonal pattern.
  • the first lower electrode 140 and the second lower electrode 240 may include the same grid pattern as the first upper electrode 130 and the second upper electrode 230 , respectively.
  • the lower connection electrode 400 includes two or more lower microelectrodes included in the first solar cell 100 in the same manner as the upper connection electrode 300 and 2 included in the second solar cell 200 adjacent to each other. It can be electrically connected to the above lower microelectrodes at the same time.
  • the lower connection electrode 400 includes two or more X1 lower microelectrodes (not shown) included in the arbitrarily selected first solar cell 100 and a second adjacent to the arbitrarily selected first solar cell 100 in the first direction. 2 or more X2 lower microelectrodes included in the solar cell 200 (not shown); Alternatively, two or more Y1 lower microelectrodes (not shown) included in the arbitrarily selected first solar cell 100 and two or more Y2 included in the second solar cell 200 adjacent to the first solar cell 100 in the second direction The lower microelectrodes (not shown) may be electrically connected at the same time.
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode are formed side by side in one direction, respectively, and the direction in which the upper connection electrode 300 is formed and the direction in which the lower connection electrode is formed may be in a twisted position.
  • the lower connection electrode when the upper connection electrode 300 extends in the second direction, the lower connection electrode extends in the first direction and may be in a twisted position.
  • the upper connection electrode 300 when the upper connection electrode 300 extends in the first direction, the lower connection electrode extends in the second direction and may be in a twisted position.
  • the twisted position may mean a state in which two straight lines located on different planes in space do not meet each other, but are not parallel to each other.
  • the first solar cell 100 and the second solar cell 200 are spaced apart from each other at a predetermined interval to form a gap region 50 , and the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 are spaced apart from each other. Silver may be disposed on the gap region 50 .
  • the gap region 50 carriers generated by the photoelectric effect move between the first solar cell 100 and the second solar cell 200 having different conductivity types, thereby forming the solar cell module 10 . It is possible to prevent the problem of a decrease in power generation efficiency.
  • connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 are disposed on the gap region 50 , it is possible to effectively prevent a problem in which the grid pattern formed by the gap region 50 is visually recognized. Accordingly, the aesthetics of the solar cell module 10 may be improved.
  • the gap region 50 may be completely covered by the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 .
  • the aesthetics of the solar cell module 10 may be further improved.
  • the upper connection electrode 300 includes all of the X1 upper microelectrodes included in the arbitrarily selected first solar cell and the X2 upper part included in the second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in the first direction. all microelectrodes; or all of the Y1 upper microelectrodes included in the arbitrarily selected first solar cell and all of the two or more Y2 upper microelectrodes included in the second solar cell adjacent to the arbitrarily selected first solar cell in the second direction; have.
  • the first solar cell 100 is disposed between the N-type semiconductor substrate 110 and the first lower electrode 140 and includes an N-type backside electric layer (not shown) having an N-type conductivity. and the first lower electrode 140 may be connected to an N-type rear electric field layer (not shown).
  • the N-type back surface field layer may be, for example, a back surface field layer (BSF) formed by doping the N-type semiconductor substrate 110 with impurities having an N conductivity type.
  • BSF back surface field layer
  • the lower surface B1 of the n-type semiconductor substrate 110 is not a clearly defined region, but may be understood as a region that partitions the n-type back field layer BSF in the n-type semiconductor substrate 110 .
  • the second solar cell 200 is disposed between the P-type semiconductor substrate 210 and the second lower electrode 240 and includes a P-type backside electric layer (not shown) having a P-type conductivity. and the second lower electrode 240 may be connected to a P-type rear electric field layer (not shown).
  • the P-type back surface field layer may be, for example, a back surface field layer (BSF) formed by doping the P-type semiconductor substrate 210 with impurities having a P-type conductivity.
  • BSF back surface field layer
  • the lower surface B2 of the P-type semiconductor substrate 210 is not a clearly defined region, but may be understood as a region that partitions the P-type back surface field layer BSF in the P-type semiconductor substrate 210 .
  • the N-type rear electric field layer (not shown) and the P-type rear electric field layer (not shown) can prevent carriers from moving to the rear surface of the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 and recombine, respectively. , thereby increasing the open-circuit voltage (Voc) of the solar cell module 10, thereby improving the efficiency of the solar cell module 10.
  • Voc open-circuit voltage
  • the first solar cell 100 and the second solar cell 200 include a first anti-reflection film (not shown) and a second anti-reflection film positioned on the P-type layer 120 and the N-type layer 220 . (not shown) may further include each.
  • the first upper electrode 140 and the second upper electrode 240 may pass through the first anti-reflection film and the second anti-radiation film to be connected to the P-type layer 120 and the N-type layer 220 , respectively.
  • the first solar cell 100 and the second solar cell 200 include a first passivation layer (not shown) and a first passivation layer (not shown) under the first antireflection layer (not shown) and the second antireflection layer (not shown), respectively.
  • a second passivation layer (not shown) may be further included.
  • the first upper electrode 140 and the second upper electrode 240 pass through the first anti-reflection film, the first passivation film, and the second anti-radiation film and the second passivation film to pass through the P-type layer 120 and the N-type layer ( 220) can be connected to each other.
  • the first anti-reflection film and the second anti-reflection film may passivate defects present in the surface or bulk of the P-type layer 120 and the N-type layer 220 , that is, the emitter layer, and reduce the reflectance of incident sunlight.
  • defects present in the emitter layer are passivated, recombination sites of minority carriers are removed and the open circuit voltage (Voc) of the solar cell module 10 increases.
  • the reflectance of sunlight is reduced, the amount of light reaching the P-N junction is increased, so that the short-circuit current Isc of the solar cell module 10 is increased. Accordingly, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module 10 may be improved.
  • the first anti-reflection film and the second anti-reflection film are, for example, a silicon nitride film, a silicon nitride film containing hydrogen, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, MgF 2 , ZnS, TiO 2 and CeO 2 Any one selected from the group consisting of It may have a single layer or a multilayer structure in which two or more layers are combined.
  • the first anti-reflection film and the second anti-reflection film may reduce reflection of light and induce absorption into the solar cell module 10 .
  • the first anti-reflection film and the second anti-reflection film may include a surface structure having various concavo-convex shapes such as a pyramid, a square, a triangle, etc. on the surface.
  • the surface structure may be formed by a method of increasing the surface roughness of the first anti-reflection film and the second anti-reflection film by various methods such as dry etching, etc., and the surface structure of the first anti-reflection film and the second anti-reflection film may reduce the reflection of incident light, thereby improving the photoelectric change efficiency of the solar cell module 10 .
  • the first passivation layer and the second passivation layer are respectively formed on the light-receiving surfaces of the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 to prevent recombination of photocharges generated by sunlight incident, and When the first anti-reflection layer and the second anti-reflection layer are directly formed on the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 , respectively, defects due to lattice mismatch can be reduced.
  • the passivation layer 170 may include a-Si, a-SiOx, or a-SiC.
  • a-SiOx and a-SiC have a bandgap energy of 1.8 eV or more, the absorption coefficient of light is small, so that the amount of light incident to the N-type semiconductor substrate 110 and the P-type semiconductor substrate 210 decreases. can be prevented
  • the first passivation layer and the second passivation layer may be formed of an inorganic layer such as Al 2 O 3 .
  • FIG. 9 is a plan view schematically illustrating a modified example of the solar cell module of FIG. 7 .
  • the first upper electrode 110 and the second upper electrode 210 each extend in a third direction forming a predetermined angle with the first direction and the second direction, respectively, with the W1 upper microelectrode ( 136) and the W2 upper microelectrode 236 may be further included, respectively.
  • the third direction may be a W direction.
  • the third direction may be an X direction or a Y direction.
  • the N-type illustrated in FIG. 9 may mean a case in which the crystalline silicon semiconductor substrate has an N-type conductivity.
  • the P-type may mean a case in which the crystalline silicon semiconductor substrate has a P-type conductivity.
  • the first upper electrode 110 and the second upper electrode 210 may have a microgrid pattern patterned to have a honeycomb shape.
  • the first upper electrode 110 may include a hexagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X1 upper microelectrode 132 , the Y1 upper microelectrode 134 , and the W1 upper microelectrode 136 .
  • the second upper electrode 210 may include a hexagonal pattern formed by a plurality of microelectrodes including the X2 upper microelectrode 232 , the Y1 upper microelectrode 234 , and the W1 upper microelectrode 236 .
  • the microgrid pattern of the first upper electrode 110 and the second upper electrode 210 may have a more dense structure, thereby increasing the path through which charges generated by the photoelectric effect can be dispersed and flowed.
  • the efficiency of the solar cell 20 may be improved.
  • FIG. 10 is a plan view showing a solar cell module using an edge bus bar electrode according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 11 and 12 are views schematically showing cross-sections A-A' and B-B' of FIG. 10
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating the rear surface of FIG. 10 .
  • a solar cell module 10 using an edge bus bar electrode includes a plurality of first solar cells 100 , a plurality of second solar cells 200 , It includes a plurality of upper side busbars 500 , a plurality of lower side busbars 600 , and one or more upper connection electrodes 300 and one or more lower connection electrodes 400 .
  • FIG. 10 shows a solar cell module 10 having a structure in which two first solar cells 100 and two second solar cells 200 are alternately arranged one by one, and has an overall square shape.
  • the first solar cell 100 is located on an N-type semiconductor substrate 110 having an N-type conductivity, and on the upper surface of the N-type semiconductor substrate 110 to form a P-N junction with the N-type semiconductor substrate 110 and P-N junction.
  • the first lower electrode 140 may be disposed on the lower surface of 110 and connected to the N-type semiconductor substrate 110 .
  • the second solar cell 200 is located on the P-type semiconductor substrate 210 having a P-type conductivity type and on the upper surface of the P-type semiconductor substrate 210 to form a P-N junction with the P-type semiconductor substrate 210 and form an N-type semiconductor substrate 210 .
  • the second lower electrode 240 may be disposed on the lower surface of the 210 and connected to the P-type semiconductor substrate 210 .
  • each of the first and second solar cells 100 and 200 may be implemented in the form of a plate-shaped electrode covering the entire lower surface as shown in FIGS. 11 and 12 .
  • each of the lower electrodes 140 and 240 may be formed in the same micro-grid pattern as the upper electrodes 130 and 230 .
  • the line width of the micro grid pattern may be 1 ⁇ m to 1mm.
  • the upper grid electrode corresponding to the upper electrode of the solar cell or the lower grid electrode corresponding to the lower electrode are designed with a line width in micro units, making it difficult to identify with the naked eye and increasing the invisibility of the electrode.
  • N-type semiconductor substrate 110 The description of the N-type semiconductor substrate 110 , the P-type semiconductor substrate 210 , the P-type layer 120 , the N-type layer 220 , the upper electrodes 130 and 230 , and the lower electrodes 140 and 240 is described above. refer to
  • busbar electrodes are required for smooth carrier collection and connection between modules.
  • the busbar is designed only at the edge of the module to solve the problem of esthetic deterioration due to the busbar unlike the conventional one. . This will be described in more detail as follows.
  • the plurality of upper side busbars 500 and the plurality of lower side busbars 600 form edge busbar electrodes along upper and lower edge portions of the solar cell module 10 .
  • the plurality of upper side busbars 600 and the plurality of lower side busbars 700 are vertically spaced apart from each other and arranged in pairs along upper and lower edges of the solar cells 100 and 200 .
  • 10 and 13 exemplify the formation of rectangular-shaped edge busbar electrodes (refer to shaded areas) along the upper and lower edges (edges) of the solar cell module 10 .
  • the plurality of upper side busbars 500 are arranged along the upper edge of at least one side selected among the respective sides of the first and second solar cells 100 and 200, and the first upper electrode 130 and the second It is connected to the upper electrode 230 .
  • the plurality of lower side bus bars 600 are disposed along the lower surface edge of at least one side selected among the respective sides of the first and second solar cells 100 and 200 , and the first lower electrode 140 and the second lower portion It is connected to the electrode 240 .
  • upper and lower side bus bars 300 and 400 are respectively disposed on two sides selected among the four sides of each solar cell 100 and 200 . Accordingly, the edge bus bar electrodes having an overall rectangular shape are formed side by side along the upper and lower edges of the solar cell module 10 .
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 connect between the upper side busbars 500 of the first and second solar cells 100 and 200 adjacent to each other, or first and second adjacent first and second solar cells 100 and 200 are adjacent to each other.
  • the lower side busbars 600 of the solar cells 100 and 200 may be connected.
  • FIG. 14 is a view for explaining the principle of connecting adjacent solar cells with an upper connection electrode and a lower connection electrode in FIG. 10 .
  • FIG. 14 (a) is a diagram in which two first solar cells 100 and two second solar cells 200 are alternately arranged with each other, and (b) is a portion of the outer surface of the upper surface of each solar cell 100 and 200 .
  • a state in which the upper side bus bar 500 is formed is shown.
  • the side busbar electrodes are also formed on the lower surface in the same form.
  • the micro-gap refers to the gap region 50 .
  • the upper connection electrode 300 may connect the upper side busbars 500 of the first and second solar cells 100 and 200 adjacent to each other.
  • the lower connection electrode 400 may connect the lower side bus bars 600 of the adjacent first and second solar cells 100 and 200 to each other.
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 are connected to a plurality of adjacent first solar cells 100 and The plurality of second solar cells 200 may be alternately positioned on the upper and lower portions so that the first solar cell 100 and the second solar cell 200 are connected.
  • the second solar cell 200 disposed on one side of the first solar cell 100 is connected to the first solar cell 100 by the upper connection electrode 300 disposed thereon, and the first solar cell 200 is also connected to the first solar cell 100 .
  • the second solar cell 200 disposed on the other side of the cell 100 may be connected to the first solar cell 100 by a lower connection electrode 400 disposed thereunder.
  • the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may alternately connect the first and second solar cells 100 and 200 alternately disposed at the upper and lower sides, respectively.
  • connection electrode may also be made of a material having transparency or invisibility. Therefore, the upper connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 may be formed of a material having light transmittance and conductivity, and may be formed of a metal film having invisibility. Through this, invisibility and aesthetics of the transparent solar cell module can be maximized.
  • each element including a semiconductor substrate may be implemented with a transparent material having light-transmitting properties. It can be implemented to have transparency by
  • the solar cell module 10 may be utilized as a Building Integrated Photovoltaic (BIPV).
  • BIPV Building Integrated Photovoltaic
  • the first solar cell 100 and the second solar cell 200 are spaced apart at a predetermined interval as shown in FIGS. 11 and 12 to form a gap region 50, and an upper connection electrode ( 300 and the lower connection electrode 400 may be disposed on the gap region 50 .
  • connection electrode 300 and the lower connection electrode 400 are disposed on the gap region 50 , it is possible to effectively prevent a problem in which the grid pattern formed by the gap region 50 is visually recognized. Accordingly, the aesthetics of the solar cell module 10 may be improved.
  • FIG. 15 is a view illustrating a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell module 10 has N (N is 2 or more) first solar cells 100 and N second solar cells 200 so that the edge portion has a square or rectangular shape. ) are alternately arranged one by one in a zigzag form.
  • the bus bar electrode may be formed only on the edge portion of the solar cell module 10 .
  • a side bus bar may be disposed on two of the four sides of each solar cell.
  • the side portion where the side bus bar is designed is determined differently depending on which sector of the module each solar cell is located.
  • each upper side busbar is located between the power terminals of the external device 20 .
  • the upper side busbars corresponding to 500-1 and 500-4 are connected between the power terminals of the device 30, and in (b) the upper side busbars corresponding to 500-1 and 500-6 are connected.
  • a bus bar is connected between the power terminals of the device 30 .
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a modularization method using a bus-finger bar electrode.
  • a general bus-finger bar method of cross-connecting a plurality of bus bars for a plurality of finger bars as shown in FIG. 16 is applied, the esthetics of the solar cell module due to several rows of bus bars crossing the surface and connecting electrodes connecting them will harm
  • FIG. 17 is a view exemplarily showing the implementation of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the invisibility of the solar cell module is maximized by using a micro-grid electrode pattern, and at the same time, the existing Aesthetics can be improved compared to the bus-finger bar electrode structure.
  • a solar cell module having a high degree of integration by alternately disposing two types of solar cells having different conductivity types.
  • the microgrid pattern formed on the surface of each solar cell and the busbar electrode structure designed along the edge of the entire solar cell module the invisibility and aesthetics of the solar cell module can be simultaneously improved.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 상부 전극 및 제1 하부 전극를 포함하는 1 이상의 제1 태양 전지, 제2 상부 전극 및 제2 하부 전극를 포함하는 1 이상의 제2 태양 전지, 제1 상부 전극 및 제2 상부 전극를 연결하는 상부 연결 전극, 및 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극를 연결하는 하부 연결 전극을 포함하고, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지는 서로 교대로 배치되어, 심미성 및 투과성이 향상된 태양전지를 개시한다.

Description

태양 전지 모듈
본 발명은 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 집적도, 비가시성, 심미성 및 광발전 효율이 향상된 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
한편, 태양 전지 모듈은 복수개의 태양 전지가 일정하게 배열된 후 서로 전기적으로 연결되어 형성되며, 복수의 태양 전지가 배치된 형태에 따라, 발전 효율이 달라질 수 있으므로, 발전 효율을 향상시키기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 개발된 태양 전지 모듈은 동일한 전도성을 갖는 태양 전지가 연속적으로 배치된 형태였다.
그러나, 동일한 전도성을 갖는 태양 전지가 연속적으로 배치된 태양 전지 모듈은 인접한 태양 전지 유닛들을 전기적으로 연결시키기 위해 태양 전지의 하부 전극과 이와 인접한 태양 전지의 상부 전극이 연결 전극에 의해 서로 전기적으로 연결되어야 하므로, 복수의 태양 전지가 일정한 너비 이상으로 이격되어야 하며 이로 인해 전체 모듈의 면적 손실이 발생한다.
도 1은 종래의 상하부 교차 연결 전극을 이용한 태양 전지 모듈의 구조를 설명한 도면이다. 도 1과 같이, 종래의 경우 인접한 태양 전지 간을 구리 와이어 등 과 같은 연결 전극을 통하여 상하 교차 방식으로 연결해야 한다. 이 경우 서로 인 접한 태양 전지 사이에 불필요한 이격 공간이 발생하게 되어 전체 모듈의 면적 손 실을 야기하고 결과적으로 동일 면적 대비 전력 효율을 감소시킨다.
이러한 점은 태양 전지를 연속 배열하여 구현한 태양 전지 모듈에서도 동일하게 적용되는데, 태양 전지 모듈에서 인접한 태양 전지 유닛 들을 전기적으로 연결하기 위해 복수의 태양 전지 간이 서로 일정 너비 이상 이격되어야 하므로 그 만큼의 면적 손실이 발생하게 되고 모듈의 집적도 상승에도 한계가 따른다.
아울러, 태양 전지 모듈의 경우 비가시성과 심미성이 중시되나, 인접한 태양 전지 유닛들의 버스바 전극 간을 밀리미터 단위의 연결 전극을 이용하여 서로 연결하게 되는 경우 연결 전극이 육안으로 식별되면서 태양 전지 모듈의 심미 성을 해치는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허 제10-2020-0064868호 (2020.06.08. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예들은 태양 전지 모듈의 집적도를 높이는 동시에 비가시성을 극대화하고 심미성을 향상시킬 수 있는 연결 전극을 이용한 태양 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예들은 광전 변환 효율이 우수한 태양 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예들은 태양 전지 모듈의 집적도를 높이는 동시에 비가시성을 극대화하고 심미성을 향상시킬 수 있는 엣지 버스바 전극을 이용한 태양 전지 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, N형 반도체 기판, 상기 N형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 P형층, 상기 P형층의 상면에 접속된 제1 상부 전극, 및 상기 N형 반도체 기판 의 하면에 접속된 제1 하부 전극을 포함한 하나 이상의 제1 태양 전지와, 상 기 제1 태양 전지와 서로 번갈아 배치되며, P형 반도체 기판, 상기 P형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 N형층, 상기 N형층의 상면에 접속된 제2 상부 전극, 및 상기 P형 반도체 기판의 하면에 접속된 제2 하부 전극을 포함한 하나 이 상의 제2 태양 전지, 및 서로 이웃하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상 기 제1 및 제2 상부 전극 간을 연결하거나, 상기 제1 및 제2 하부 전극 간을 연결 하는 하나 이상의 연결 전극을 포함하는 태양 전지 모듈을 제공한다.
또한, 상기 연결 전극은, 서로 이웃하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상기 제1 및 제2 상부 전극 간을 연결하는 상부 연결 전극과, 상기 제1 및 제2 하 부 전극 간을 연결하는 하부 연결 전극을 포함하되, 상기 상부 연결 전극과 상기 하부 연결 전극은, 서로 이웃한 상기 제1 및 제2 태양 전지 간을 상부와 하부 에서 각각 번갈아 연결할 수 있다.
또한, 상기 제1 태양 전지의 제1 하부 전극은 일측에 이웃한 제2 태양 전지의 제2 하부 전극과 상기 하부 연결 전극을 통해 연결되고, 상기 제1 투 명 태양 전지의 제1 상부 전극은 타측에 이웃한 제2 태양 전지의 제2 상부 전 극과 상기 상부 연결 전극을 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 연결 전극은 비가시성을 가진 금속 필름으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지는 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역을 형성하고, 상기 연결 전극은 상기 갭 영역 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 갭 영역의 폭은 1 내지 1,000㎛일 수 있다.
또한, 상기 연결 전극의 폭은 10 내지 1,500㎛일 수 있다.
또한, 상기 연결 전극에 의해 상기 갭 영역의 일부 또는 전체를 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, N형 전도형을 가지는 N형 반도체 기판; 상기 N형 반도체 기판의 상면 상에 위치하고, 상기 N형 반도체 기판과 P-N접합을 이루고 P형 전도형을 가지는 P형 층; 상기 P형 층 상에 위치하고, 상기 P형 층과 전기적으로 접속되고, 복수의 제1 미세 전극들을 포함하는 제1 상부 전극; 상기 상면의 반대면인 상기 N형 반도체 기판의 하면 상에 위치하고, 상기 N형 반도체 기판과 접속된 제1 하부 전극;를 포함하는 1 이상의 제1 태양 전지, P형 전도형을 가지는 P형 반도체 기판; 상기 P형 반도체 기판의 상면 상에 위치하고 상기 P형 반도체 기판과 P-N접합을 이루는 N형 전도형을 가지는 N형 층; 상기 N형 층 상에 위치하고 상기 N형 층과 접속되고, 복수의 제2 미세 전극들을 포함하는 제2 상부 전극; 상기 상면과 반대면인 상기 P형 반도체 기판의 하면 상에 위치하고 상기 P형 반도체 기판과 접속된 제2 하부 전극를 포함하는 1 이상의 제2 태양 전지, 상기 제1 상부 전극 및 상기 제2 상부 전극를 연결하는 상부 연결 전극, 및 상기 제1 하부 전극 및 상기 제2 하부 전극를 연결하는 하부 연결 전극을 포함하고, 상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지는 서로 교대로 배치되며, 상기 상부 연결 전극형 은 상기 복수의 제1 태양 전지 중에서 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 복수의 상기 제1 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 인접한 상기 제2 태양 전지에 포함된 복수의 상기 제2 미세 전극을 전기적으로 동시에 연결하는 태양 전지 모듈을 개시한다.
또한, 상기 제1 미세 전극들은 제1 방향으로 연장된 2 이상의 X1 상부 미세 전극 및 상기 제1 방향과 소정의 각도를 이루는 제2 방향으로 연장된 2 이상의 Y1 상부 미세 전극을 포함하고, 상기 제2 미세 전극들은 제1 방향으로 연장된 2 이상의 X2 상부 미세 전극 및 상기 제1 방향과 소정의 각도를 이루는 제2 방향으로 연장된 2 이상의 Y2 상부 미세 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 전극은 제1 태양 전지들 중 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 X1 상부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 상기 제1 방향으로 인접한 상기 제2 태양 전지에 포함된 2 이상의 X2 상부 미세 전극; 또는 제1 태양 전지들 중 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 Y1 상부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 상기 제1 방향으로 인접한 상기 제2 태양 전지에 포함된 2 이상의 Y2 상부 미세 전극을 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
또한, 상기 상부 연결 전극은 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 X1 상부 미세 전극 전부 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 X2 상부 미세 전극 전부; 또는 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 Y1 상부 미세 전극 전부 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 Y2 상부 미세 전극 전부;를 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
또한, 상기 제1 방향은 X 방향이고, 상기 제2 방향은 Y 방향일 수 있다.
또한, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 소정의 각도는 0˚초과 180˚미만일 수 있다.
또한, 상기 제1 상부 전극는 상기 X1 상부 미세 전극 및 상기 Y1 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함하고, 상기 제2 상부 전극는 상기 X2 상부 미세 전극 및 상기 Y2 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상부 전극는 상기 X1 상부 미세 전극 및 상기 Y1 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴을 포함하고, 상기 제2 상부 전극는 상기 X2 상부 미세 전극 및 상기 Y2 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상부 전극 및 상기 제2 상부 전극는 각각 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 각각 소정의 각도를 이루는 제3 방향으로 연장된 W1 상부 미세 전극 및 W2 상부 미세 전극을 각각 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상부 전극는 상기 X1 상부 미세 전극, 상기 Y1 상부 미세 전극 및 상기 W1 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 육각형 패턴을 포함하고, 상기 제2 상부 전극는 상기 X2 상부 미세 전극, 상기 Y2 상부 미세 전극 및 상기 W2 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 육각형 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 N형 반도체 기판의 상기 상면 중 상기 제1 상부 전극이 형성되어 있는 면적은 상기 N형 반도체 기판의 상면의 전체 면적에 대해 0.1 내지 10%이고, 상기 P형 반도체 기판의 상기 상면 중 상기 제2 상부 전극이 형성되어 있는 면적은 상기 P형 반도체 기판의 상면의 전체 면적에 대해 0.1 내지 10%일 수 있다.
또한, 상기 제1 하부 전극는 제1 방향으로 연장되는 2 이상의 X1 하부 미세 전극 및 제2 방향으로 연장되는 2 이상의 Y1 하부 미세 전극을 포함하고, 상기 제2 하부 전극는 제1 방향으로 연장되는 2 이상의 X2 하부 미세 전극 및 제2 방향으로 연장되는 2 이상의 Y2 하부 미세 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 연결 전극은 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 X1 하부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 X2 하부 미세 전극; 또는 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 Y1 하부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 Y2 하부 미세 전극;을 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 상부 연결 전극 및 상기 하부 연결 전극은 각각 일 방향으로 나란히 형성되며, 상기 상부 연결 전극이 형성된 방향과 상기 하부 연결 전극이 형성된 방향은 서로 꼬인 위치에 있을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지는 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역을 형성하고, 상기 상부 연결 전극 및 상기 하부 연결 전극은 상기 갭 영역 상에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 상부 연결 전극 및 상기 하부 연결 전극에 의해 상기 갭 영역을 완전히 덮을 수 있다.
본 발명은, 엣지 버스바 전극을 이용한 태양 전지 모듈에 있어서, N형반도체 기판, 상기 N형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 P형층, 상기 P형층 의 상면에 접속되고 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 제1 상부 전극, 및 상기 N형 반도체 기판의 하면에 접속된 제1 하부 전극을 포함한 복수의 제1 태양 전지와, 상기 제1 태양 전지와 서로 번갈아 배치되며, P형 반도체 기판, 상기 P 형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 N형층, 상기 N형층의 상면에 접속되며 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 제2 상부 전극, 및 상기 P형 반도체 기판의 하면에 접속된 제2 하부 전극을 포함한 복수의 제2 태양 전지와, 상기 제1 및 제2 태양 전지의 각 측면 중 선택된 적어도 한 측면의 상면 및 하면 엣지를 따라 페어로 배치되고 상기 제1 및 제2 상부 전극 및 제1 및 제2 상기 하부 전극과 각각 접속되며 상기 태양 전지 모듈의 엣지 부분을 따라 배치되어 상기 엣지 버스바 전극을 형성하는 복수의 상부 및 하부 사이드 버스바, 인접하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상부 사이드 버스바를 서로 연결하는 하나 이상의 상부 연결 전극 및 인접하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상기 하부 사이드 버스바를 서로 연결하는 하나 이상의 하부 연결 전극을 포함하는 태양 전지 모듈을 제공한다.
또한, 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지는 번갈아 인접하여 배치되며, 상기 상부 연결 전극과 상기 하부 연결 전극은, 인접하는 복수의 제1 태양 전지와 복수의 제2 태양 전지의 상부와 하부에 교대로 위치하여 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지가 연결되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 태양 전지의 일측에 배치되는 제2 태양 전지는 상부에 배치된 상부 연결 전극에 의해 상기 제1 태양 전지와 연결되며, 상기 제1 태양 전지의 타측에 배치되는 제2 태양 전지는 하부에 배치된 하부 연 결 전극에 의해 상기 제1 태양 전지와 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 태양 전지 각각의 하부 전극은, 하면 전체를 덮는 판상형의 전극 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 태양 전지의 각 하부 전극은, 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 그리드 전극 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 태양 전지 모듈은, 상기 엣지 부분이 정사각형 또는 직사각형 형태를 가지도록, N개(N은 2 이상)의 제1 태양 전지 모듈과 N개의 제2 태양 전 지 모듈이 하나씩 서로 번갈아 가며 지그재그 형태로 배열된 구조를 가질 수 있다.
또한, 전체 2N개의 태양 전지 중 가장 앞단의 제1 태양 전지와 가장 뒷단의 제2 태양 전지는 서로 동일한 열에 위치하되, 각각의 상부 사이드 버스바가 외부 디바이스의 전원 단자 사이에 접속될 수 있다.
또한, 상기 연결 전극은 비가시성을 가진 금속 필름으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 서로 다른 전도형을 가지는 두 타입의 태양 전지를 서로 교대로 배치하고 서로 이웃한 태양 전지를 연결 전극으로 연결하여 태양 전지 모듈의 집적도를 높이는 동시에 비가시성을 극대화하고 심미성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 태양 전지 모듈은, 그리드 전극을 포함하는 태양전지를 사용하여 광손실을 최소화하고, 서로 다른 전도형을 가지는 태양 전지를 교대로 배치하여, 우수한 광전 변환 효율을 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 서로 다른 전도형을 가지는 두 타입의 태양 전지를 교대로 배치하여 높은 집적도의 태양 전지 모듈을 제작할 수 있고, 각 태양 전지의 표면에 형성된 마이크로 그리드 패턴과 전체 태양 전지 모듈의 가장자리를 따라 설계된 버스바 전극 구조를 활용하여 태양 전지 모듈의 비가시성 및 심미성을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 상하부 교차 연결 전극을 이용한 태양 전지 모듈의 구조를 설명한 도면이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 연결 전극을 이용한 태양 전지 모듈의구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 기법에 대한 확장 적용 예시를 설명한 도면이다.
도 5는 일반적인 태양 전지 모듈 연결 방식을 설명한 도면이다.
도 6은 도 2와 도 5에 따른 모듈 집적도를 비교한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 I-I'단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 도 7에 따른 태양 전지 모듈의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 엣지 버스바 전극을 이용한 태양 전지 모듈을 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10의 A-A' 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 도 10의 B-B' 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 도 10의 배면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 도 10에서 인접한 태양 전지 간을 상부 연결 전극과 하부 연결 전극으로 연결하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 예시한 도면이다.
도 16은 버스-핑거바 전극을 이용한 모듈화 방식을 설명한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 구현 모습을 예시적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 각 도면에서, 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
각 구성요소의 설명에 있어서, 상(on)에 또는 하(under)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(on)과 하(under)는 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 형성되는 것을 모두 포함하며, 상(on) 및 하(under)에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하 기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 " 전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 " 포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하 는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연결 전극을 이용한 태양 전지 모듈의 구성을 설명하는 도면이고, 도 3은 도 2의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지모듈(10)은 하나 이상의 제1 태양 전지(100), 하나 이상의 제2 투명 전지(200), 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)을 포함한다.
하나 이상의 제1 태양 전지(100) 및 하나 이상의 제2 태양 전지(200)는 서로 번갈아 교대로 배치될 수 있다. 하나 이상은 제1 태양 전지(100) 또는 제2 태양 전지(200)가 1개 이상 있는 것을 의미한다.
제1 태양 전지(100)는 N형 전도형을 가지는 N형 반도체 기판(110)과, N형 반도체 기판(110)의 상면(A1) 상에 위치하여 N형 반도체 기판(110)과 P-N접합을 이루며 P형 전도형을 가지는 P형 층(120)과, P형 층(120)의 상면에 위치하고 P형 층(120)과 전기적으로 접속된 제1 상부 전극(130), 그리고 N형 반도체 기판(110)의 하면(B1) 상에 위치하여 N형 반도체 기판(110)과 접속된 제1 하부 전극(140)을 포 함할 수 있다.
제2 태양 전지(200)는 P형 전도형을 가지는 P형 반도체 기판(210)과, P형 반도체 기판(210)의 상면(A2) 상에 위치하여 P형 반도체 기판(210)과 P-N접합을 이루며 N형 전도형을 가지는 N형층(220)과, N형층(220)의 상면에 위치하고 N형 층(220)과 전기적으로 접속된 제2 상부 전극(230), 그리고 P형 반도체 기판(210)의 하면(B2) 상에 위치하여 P형 반도체 기판(210)과 접속된 제2 하부 전극(240)을 포 함할 수 있다.
P형 층(120)은 N형 반도체 기판(110)과 P-N 접합을 형성할 수 있다. N형 층(220)은 P형 반도체 기판(210)과 P-N접합을 형성할 수 있다.
P형층(120)은 N형 반도체 기판(110)에 P형 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 에미터층일 수 있다. 따라서, N형 반도체 기판(110)의 상면(A1)은 명확 하게 구분되는 영역이 아니며, P-N접합이 이루어지는 영역으로 이해될 수 있다.
N형층(220)은 P형 반도체 기판(210)에 N형 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 에미터층일 수 있다. 따라서, P형 반도체 기판(210)의 상면(A2)은 명확 하게 구분되는 영역이 아니며, P-N접합이 이루어지는 영역으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 에미터층인 P형층(120)과 N형 반도체 기판(110)이 서로 반대의 도전형을 가지면, N형 반도체 기판(110)과 P형층(120)의 계면에 P-N접합(junction) 이 형성될 수 있다. 또한 에미터층인 N형층(220)과 P형 반도체 기판(210)이 서로 반대의 도전형을 가지면, P형 반도체 기판(210)과 N형층(220)의 계면에 P-N접 합(junction)이 형성될 수 있다. 이 경우, P-N접합에 광이 조사되면 광전효과에 의 해 광기전력이 발생할 수 있다.
제1 상부 전극(130), 제2 상부 전극(230), 제1 하부 전극(140), 제2 하부 전극(240)은 광의 조사에 의해 생성된 캐리어를 수집하며, 태양전지 모듈(10)과 전기 적으로 연결된 외부의 전자장치로 캐리어가 이동하는 이동 경로가 될 수 있다.
연결 전극(300, 400)은 서로 이웃하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 제1 및 제2 상부 전극(130, 230)을 서로 연결하거나, 서로 이웃하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 제1 및 제2 하부 전극(140, 240)을 서로 연결할 수 있다.
구체적으로, 상부 연결 전극(300)은 서로 이웃하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 제1 및 제2 상부 전극(130,230)을 서로 연결할 수 있고, 하부 연결 전극(400)은 서로 이웃하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 제1 및 제2 하부 전극(140,240)을 서로 연결할 수 있다.
이에 따라, 제1 태양 전지(100)의 제1 하부 전극(140)은 일 측에 이웃한 제2 태양 전지(200)의 제2 하부 전극(240)과 하부 연결 전극(400)을 통해 연결되고, 제1 태양 전지(100)의 제1 상부 전극(130)은 타 측에 이웃한 제2 태양 전지(200)의 제2 상부 전극(230)과 상부 연결 전극(300)을 통해 연결된다. 따라서, 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 서로 이웃한 제1 및 제2 태양 전지(100,200) 간을 상부와 하부에서 각각 번갈아 연결할 수 있다.
태양 전지 모듈(10)의 비가시성 및 심미성이 보장되기 위해서는 연결 전극 또한 투명성 또는 비가시성을 가지는 소재로 구성될 수 있다. 따라서 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 광 투과성과 전도성이 있는 소재로 형성될 수 있으며, 비가시성을 가진 금속 필름으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 태양 전지 모듈(10)의 비가시성 및 심미성을 극대화할 수 있다.
제1 및 제2 태양 전지(100,200)는 반도체 기판 등을 포함한 각 요소들이 투광성이 있는 투명한 소재로 구현될 수 있고, 불투명한 소재로 구성되는 경우 기판을 통과하는 복수의 관통홀에 의해 투명성을 가지도록 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈(10)은 건물 일체형 태양전지(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)로 활용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200)는 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역(50)을 형성하고, 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 갭 영역(50) 상에 배치될 수 있다.
갭 영역(50)은 서로 다른 전도형을 갖는 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200) 사이에서 광전 효과에 의해 발생한 캐리어가 이동하여 태양 전지 모듈(10)의 발전 효율이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 갭 영역(50) 상에 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)이 배치됨에 따라, 갭 영역(50)에 의해 형성된 그리드 패턴이 시인되는 문제를 효과적으 로 방지할 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈(10)의 심미성이 향상될 수 있 다.
여기서, 갭 영역(50)의 폭은 약 1 내지 1,000 ㎛ 일 수 있다. 예를 들면, 갭영역(50)의 폭은 약 1 내지 500㎛, 약 1 내지 300㎛, 약 1 내지 100㎛, 약 1 내지 50㎛, 약 5 내지 1,000㎛, 약 10 내지 1,000㎛ 또는 약 20 내지 1,000㎛일 수 있 다.
예를 들어, 갭 영역(50)이 상기 폭 범위를 만족하는 경우, 단위 면적당 배치되는 태양 전지의 갯수가 증가하여, 태양 전지 모듈(10)의 집적도를 높 이고 광발전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 태양 전지 사이의 간격이 좁아 심 미성이 보다 향상될 수 있다.
상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)의 폭은 갭 영역(50)의 폭보다클 수 있다. 예를 들면, 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)의 폭은 각각 약 10 내지 1,500 ㎛ 일 수 있다. 바람직하게는 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)의 폭은 각각 약 10 내지 1,400㎛, 약 10 내지 1,300㎛, 약 10 내지 1,200㎛, 약 10 내지 1,100㎛, 약 10 내지 1,000㎛, 약 20 내지 1,500㎛, 약 30 내 지 1,500㎛, 약 40 내지 1,500㎛, 약 50 내지 1,500㎛일 수 있다.
상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)의 폭이 상기 범위를 만족하는 경우 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)이 갭 영역(50)을 효과적으로 덮 을 수 있다. 또한, 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)에 의해 반사되는 빛의 양이 감소되어, 태양 전지 모듈(10)의 발전 효율이 보다 향상될 수 있 다.
상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)에 의해 갭 영역(50)의 전체 또는 일부가 덮일 수 있다. 이 경우, 태양 전지 모듈(10)의 심미성이 보다 향상 될 수 있다.
도 4는 도 3의 기법에 대한 확장 적용 예시를 설명한 도면이다. 도 4와 같이본 발명의 실시예에 따르면 서로 다른 타입을 가지고 상하 및 좌우 방향으로 서로 이웃한 태양 전지 간을 상부 및 하부 연결 전극을 통하여 연결하는 것을 통해 높은 집적도 및 고효율을 갖는 투명 태영 전지 모듈을 구현할 수 있다.
도 5는 일반적인 태양 전지 모듈 연결 방식을 설명한 도면이고, 도 6는 도 2와 도 5에 따른 모듈 집적도를 비교한 도면이다.
예를 들어, 도 5는 동일한 전도형을 가지는 태양 전지가 연속 배치되는 구조로서, 태양 전지의 하부 전극과 이와 인접한 태양 전지의 상부 전극이 서로 금속 와 이어(C)에 의해 전기적으로 연결되어야 하므로, 복수의 태양 전지 간이 서로 일정 한 너비 이상으로 이격되어야 한다.
하지만, 도 2의 본 발명의 실시예의 경우, 서로 다른 전도형을 가지는 두 가지 타입의 태양 전지를 교차 배열하고 이웃한 전지 간을 투명한 연결 전극으로 연결하여 태양 전지 사이의 갭 영역(50)을 최소화하고 심미성을 보다 향상시키며 모듈의 집적도를 높일 수 있다.
아울러, 도 6을 참조하면, 도 5의 방식을 기반으로 태양 전지 모듈을 제작하는 경우 태양 전지 사이의 갭이 ㎜ 단위의 사이즈를 갖는 반면, 도 2의 방식을 기반으로 태양 전지 모듈을 제작하는 경우 태양 전지 사이의 갭이 ㎛ 단위 의 사이즈로 축소된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 서로 다른 전극이 한쪽 면에 존재하기 때문에, 상/하부 전극 교차 연결을 위한 공간이 발생하지 않는다. 따라서, 집적화 된 모듈 제작이 가능할 뿐만 아니라 모듈의 전체 면적 손실을 최소화하는 장점을 갖는다. 아울러 본 발명의 기법은 미세 전극 구조를 기반으로 하는 태양 전지에도 적용 가능함은 물론이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 서로 다른 전도형을 가지는 두 타입의 태양 전지를 서로 교대로 배치하고 서로 인접한 태양 전지끼리 연결 전극으로 연결하여 태양 전지 모듈의 집적도를 높이는 동시에 비가시성을 극대화하고 심미성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 개략적으로 도시한 평면도, 도 8은 도 7 중 I-I'단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7 내지 도 8를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(10)은 1 이상의 제1 태양 전지(100), 1 이상의 제2 태양 전지(200), 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)을 포함하고, 1 이상의 제1 태양 전지(100) 및 1 이상의 제2 태양 전지(200)은 서로 교대로 배치될 수 있다. 예를 들면, 1 이상은 제1 태양 전지(100) 또는 제2 태양 전지(100)가 1개 이상 있는 것을 의미할 수 있다.
제1 태양 전지(100)는 N형 전도형을 가지는 N형 반도체 기판(110); N형 반도체 기판(110)의 상면(A1) 상에 위치하고, N형 반도체 기판(110)과 P-N접합을 이루고 P형 전도형을 가지는 P형층(120); P형층(120) 상에 위치하고, P형층(120)과 전기적으로 접속되고 복수의 제1 미세 전극들을 포함하는 제1 상부 전극(130); 상면(A1)의 반대면인 N형 반도체 기판(110)의 하면(B1) 상에 위치하고, N형 반도체 기판(110)과 접속된 제1 하부 전극(140);를 포함할 수 있다.
제2 태양 전지(200)는 P형 전도형을 가지는 P형 반도체 기판(210); P형 반도체 기판(210)의 상면(A2) 상에 위치하고, P형 반도체 기판(210)과 P-N접합을 이루고 N형 전도형을 가지는 N형층(220); N형층(220) 상에 위치하고, N형층(220)과 전기적으로 접속되고, 복수의 제2 미세 전극들을 포함하는 제2 상부 전극(230) 및; 상면(A2)의 반대면인 P형 반도체 기판(210)의 하면(B2) 상에 위치하고, P형 반도체 기판(210)과 접속된 제1 하부 전극(240);를 포함할 수 있다.
상부 연결 전극(300)은 1 이상의 제1 태양 전지(100) 중에서 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)에 포함된 상기 복수의 제1 미세 전극 및 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)와 인접한 제2 태양 전지(200)에 포함된 복수의 상기 제2 미세 전극을 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
일 구현예에 따르면, N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210)은 단결정 또는 다결정 실리콘으로 형성될 수 있다. 예를 들면, N형 반도체 기판(110)에는 N형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 도핑될 수 있다. 예를 들면, P형 반도체 기판(210)은 P형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 도핑 되어 P형으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210)의 각 수광면은 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 형태의 요철구조(미도시)를 포함할 수 있다. 요철구조(미도시)는 N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210)으로 입사하는 광의 반사율을 감소시켜, 태양전지 모듈(10)의 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
P형층(120)은 N형 반도체 기판(110)과 P-N접합을 형성할 수 있다. N형층(220)은 P형 반도체 기판(210)과 P-N접합을 형성할 수 있다.
예를 들면, P형층(120)은 N형 반도체 기판(110)에 P형 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 에미터층일 수 있다. 따라서, N형 반도체 기판(110)의 상면(A1)은 명확하게 구분되는 영역이 아니며, P-N접합이 이루어지는 영역으로 이해될 수 있다.
예를 들면, N형층(220)은 P형 반도체 기판(210)에 N형 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 에미터층일 수 있다. 따라서, P형 반도체 기판(210)의 상면(A2)은 명확하게 구분되는 영역이 아니며, P-N접합이 이루어지는 영역으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 에미터층인 P형층(120)과 N형 반도체 기판(110)이 서로 반대의 도전형을 가지면, N형 반도체 기판(110)과 P형층(120)의 계면에 P-N접합(junction)이 형성될 수 있다. 또한 에미터층인 N형층(220)과 P형 반도체 기판(210)이 서로 반대의 도전형을 가지면, P형 반도체 기판(210)과 N형층(220)의 계면에 P-N접합(junction)이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 P-N접합에 광이 조사되면 광전효과에 의해 광기전력이 발생할 수 있다.
제1 상부 전극(130), 제2 상부 전극(230), 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)는 광의 조사에 의해 생성된 캐리어를 수집하며, 태양전지 모듈(10)과 전기적으로 연결된 외부의 전자장치로 캐리어가 이동하는 이동 경로가 될 수 있다.
제1 상부 전극(130)은 복수의 상기 제1 미세 전극들에 의해 형성된 그리드 패턴을 포함하는 그리드 전극일 수 있다. 제2 상부 전극(230)은 복수의 상기 제2 미세 전극들에 의해 형성된 그리드 패턴을 포함하는 그리드 전극일 수 있다.
제1 상부 전극(130)는 제1 태양 전지(100)의 수광면에 위치할 수 있다. 제2 상부 전극(230)는 제2 태양 전지의 수광면에 위치할 수 있다.
제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)은 각각 마이크로 그리드 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 그리드 패턴의 선폭은 수㎛ 내지 1㎜일 수 있으며, 이에 의해 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)의 개구율은 90%이상으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)에 의해 입사되는 광이 가려지는 현상을 최소화할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1 미세 전극들은 제1 방향으로 연장된 2 이상의 X1 상부 미세 전극(132) 및 상기 제1 방향과 소정의 각도(θ)를 이루는 제2 방향으로 연장된 2 이상의 Y1 상부 미세 전극(134)을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2 미세 전극들은 제1 방향으로 연장된 2 이상의 X2 상부 미세 전극(232) 및 상기 제1 방향과 소정의 각도(θ)를 이루는 제2 방향으로 연장된 2 이상의 Y2 상부 미세 전극(234)을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상부 연결 전극(300)은 제1 태양 전지(100)들 중 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)에 포함된 2 이상의 X1 상부 미세 전극(132) 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지(110)와 상기 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지(200)에 포함된 2 이상의 X2 상부 미세 전극(232); 또는 제1 태양 전지(100)들 중 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)에 포함된 2 이상의 Y1 상부 미세 전극(134) 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지(110)과 상기 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지(200)에 포함된 2 이상의 Y2 상부 미세 전극(232);을 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1 방향은 X 방향이고, 상기 제2 방향은 Y 방향일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 방향은 Y 방향이고, 상기 제2 방향은 X 방향일 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 소정의 각도(θ)는 0˚ 초과 180˚ 미만일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 소정의 각도(θ)는 약 30˚ 내지 150˚, 약 60˚ 내지 120˚, 약 50˚ 내지 150˚ 또는 약 30˚ 내지 120˚일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130)는 상기 제1 미세 전극들에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 상부 전극(130)는 X1 상부 미세 전극(132) 및 Y1 상부 미세 전극(134)을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 상부 전극(230)는 상기 제2 미세 전극들에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 상부 전극(230)는 X2 상부 미세 전극(232) 및 Y2 상부 미세 전극(234)을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130)는 X1 상부 미세 전극(132) 및 Y1 상부 미세 전극(134)을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴을 포함할 수 있다. 또한 제2 상부 전극(230)는 X2 상부 미세 전극(232) 및 Y2 상부 미세 전극(234)을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 소정의 각도(θ)는 약 0˚ 초과 180˚ 미만일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 소정의 각도(θ)는 약 30˚ 내지 150˚, 약 60˚ 내지 120˚, 또는 약 90˚일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130)에 포함된 X1 상부 미세 전극(132) 및 Y1 상부 미세 전극(134)의 폭은 동일할 수 있다. 또한, 제2 상부 전극(230)에 포함된 X2 상부 미세 전극(232) 및 Y2 상부 미세 전극(234)의 폭은 동일할 수 있다. 예를 들면, 제1 상부 전극(130)에 포함된 X1 상부 미세 전극(132)과 Y1 상부 미세 전극(134); 및 제2 상부 전극(230)에 포함된 X2 상부 미세 전극(232)과 Y2 상부 미세 전극(234);의 폭은 모두 동일할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)의 폭은 서로 상이할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130)에 포함된 X1 상부 미세 전극(132) 및 Y1 상부 미세 전극(134)의 폭은 약 0.01㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다. 예를 들면, 제2 상부 전극(230)에 포함된 X2 상부 미세 전극(232) 및 Y2 상부 미세 전극(234)의 폭은 약 0.01㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130)에 포함된 X1 상부 미세 전극(132) 및 Y1 상부 미세 전극(134)은 동일한 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제2 상부 전극(230)에 포함된 X2 상부 미세 전극(232) 및 Y2 상부 미세 전극(234)은 동일한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
예를 들면, 제1 상부 전극(130)에 포함된 X1 상부 미세 전극(132)과 Y1 상부 미세 전극(134); 및 제2 상부 전극(230)에 포함된 X2 상부 미세 전극(232)과 Y2 상부 미세 전극(234);은 모두 동일한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(130); 및 제2 상부 전극(230);은 서로 상이한 전도성 물질로 형성될 수도 있다.
예를 들면, 상기 전도성 물질은 광의 조사에 의해 생성된 캐리어가 이동 가능한 물질을 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 전도성 물질은 금속(metal) 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전도성 물질은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 코발트(Co), 또는 금(Au) 등을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, N형 반도체 기판(110)의 상면(A1) 상에 제1 상부 전극(130)가 형성되어 있는 면적은 N형 반도체 기판(110)의 상면(A1) 전체 면적에 대해 약 0.1 내지 약 10%일 수 있다. 또한, P형 반도체 기판(210)의 상면(A2) 상에 제2 상부 전극(230)가 형성되어 있는 면적은 P형 반도체 기판(210)의 상면(A2) 전체 면적에 대해 약 0.1 내지 약 10%일 수 있다.
예를 들면, 제1 상부 전극(130)의 면적 및 제2 상부 전극(230)의 면적이 상기 범위를 만족하는 경우, 제1 상부 전극(130)의 면적 및 제2 상부 전극(230)가 시인되지 않아 태양 전지 모듈(10)의 심미성이 향상될 수 있다. 또한, 제1 상부 전극(130)의 면적 및 제2 상부 전극(230)의 캐리어 수집 효율이 증대되어, 태양 전지 모듈의 광발전 효율이 향상될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)는 각각N형 반도체 기판(110)의 하면(B1) 및 P형 반도체 기판(210)의 하면(B2)과 동일한 형상을 가지고, 태양전지(100)의 저면 전체에 형성될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)는 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)와 동일하게 복수의 미세 전극들에 의해 형성된 마이크로 그리드 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 마이크로 그리드 패턴은 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 하부 전극(140)은 상기 제1 방향으로 연장되는 2 이상의 X1 하부 미세 전극(미도시) 및 상기 제2 방향으로 연장되는 2 이상의 Y1 하부 미세 전극(미도시)을 포함하고, 제2 하부 전극(240)은 상기 제1 방향으로 연장되는 2 이상의 X2 하부 미세 전극(미도시) 및 상기 제2 방향으로 연장되는 2 이상의 Y2 하부 미세 전극(미도시)을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)는 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 그리드 전부(140)와 동일한 그리드 전극 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)는 각각 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)과 동일하게 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)는 각각 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)과 동일한 그리드 패턴을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 하부 연결 전극(400)은 상부 연결 전극(300)과 동일하게 제1 태양 전지(100)에 포함된 2 이상의 하부 미세 전극을 인접한 제2 태양 전지(200)에 포함된 2 이상의 하부 미세 전극과 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
예를 들면, 하부 연결 전극(400)은 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)에 포함된 2 이상의 X1 하부 미세 전극(미도시) 및 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)와 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지(200)에 포함된 2이상의 X2 하부 미세 전극(미도시); 또는 임의로 선택된 제1 태양 전지(100)에 포함된 2 이상의 Y1 하부 미세 전극(미도시) 및 제1 태양 전지(100)와 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지(200)에 포함된 2이상의 Y2 하부 미세 전극(미도시)을 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극은 각각 일 방향으로 나란히 형성되며, 상부 연결 전극(300)이 형성된 방향 및 하부 연결 전극이 형성된 방향은 서로 꼬인 위치에 있을 수 있다.
예를 들면, 상부 연결 전극(300)이 제2 방향으로 연장되는 경우, 하부 연결 전극은 제1 방향으로 연장되어, 서로 꼬인 위치에 있을 수 있다. 예를 들면, 상부 연결 전극(300)이 제1 방향으로 연장되는 경우, 하부 연결 전극은 제2 방향으로 연장되어, 서로 꼬인 위치에 있을 수 있다. 상기 꼬인 위치는 공간 내에서 서로 상이한 평면 상에 위치한 두 직선이 서로 만나지 않되, 서로 평행하지도 않은 상태를 의미할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200)는 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역(50)을 형성하고, 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)은 갭 영역(50) 상에 배치될 수 있다.
예를 들어, 갭 영역(50)은 서로 다른 전도형을 갖는 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200) 사이에서 상기 광전 효과에 의해 발생한 캐리어가 이동하여 태양 전지 모듈(10)의 발전 효율이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 갭 영역(50) 상에 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)이 배치됨에 따라, 갭 영역(50)에 의해 형성된 그리드 패턴이 시인되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈(10)의 심미성이 향상될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)에 의해 갭 영역(50)이 완전히 덮일 수 있다. 이 경우, 태양 전지 모듈(10)의 심미성이 보다 향상될 수 있다.
갭 영역(50), 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)의 폭에 관한 설명은 상술한 기재를 참고할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상부 연결 전극(300)은 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 X1 상부 미세 전극 전부 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 X2 상부 미세 전극 전부; 또는 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 Y1 상부 미세 전극 전부 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 Y2 상부 미세 전극 전부;를 전기적으로 동시에 연결할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 태양 전지(100)는 N형 반도체 기판(110) 및 제1 하부전극(140) 사이에 배치되고 N형 전도형을 갖는 N형 후면전계층(미도시)을 포함하고, 제1 하부 전극(140)는 N형 후면 전계층(미도시)과 접속할 수 있다.
예를 들어, N형 후면 전계층(미도시)는 일 예로, N형 반도체 기판(110)에 N 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 후면전계층(BSF)일 수 있다. 따라서, N형 반도체 기판(110)의 하면(B1)은 명확하게 구분되는 영역이 아니며, N형 반도체 기판(110)에서 N형 후면전계층(BSF)을 구획하는 영역으로 이해될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 태양 전지(200)은 P형 반도체 기판(210) 및 제2 하부 전극(240) 사이에 배치되고 P형 전도형을 갖는 P형 후면전계층(미도시)을 포함하고, 제2 하부 전극(240)는 P형 후면 전계층(미도시)과 접속할 수 있다.
예를 들어, P형 후면 전계층(미도시)는 일 예로, P형 반도체 기판(210)에 P형 도전형을 가지는 불순물이 도핑되어 형성된 후면 전계층(BSF)일 수 있다. 따라서, P형 반도체 기판(210)의 하면(B2)은 명확하게 구분되는 영역이 아니며, P형 반도체 기판(210)에서 P형 후면 전계층(BSF)을 구획하는 영역으로 이해될 수 있다.
N형 후면 전계층(미도시) 및 P형 후면 전계층(미도시)은 캐리어가 각각 N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 의해 태양전지 모듈(10)의 개방전압(Voc)이 상승하여 태양전지 모듈(10)의 효율이 향상될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200)은 P형층(120) 및 N형층(220) 상에 위치하는 제1 반사 방지막(미도시) 및 제2 반사 방지막(미도시)를 각각 더 포함할 수 있다. 이때 제1 상부 전극(140) 및 제2 상부 전극(240)는 상기 제1 반사 방지막 및 상기 제2 방사 방지막을 관통하여 P형층(120) 및 N형층(220)과 각각 접속할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200)은 제1 반사 방지막(미도시) 및 제2 반사 방지막(미도시) 하부에 각각 제1 보호막(미도시) 및 제2 보호막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때 제1 상부 전극(140) 및 제2 상부 전극(240)는 상기 제1 반사방지막과 상기 제1 보호막 및 상기 제2 방사 방지막과 상기 제2 보호막을 관통하여 P형층(120) 및 N형층(220)과 각각 접속할 수 있다.
상기 제1 반사 방지막 및 상기 제2 반사 방지막은 P형층(120) 및 N형층(220) 즉, 에미터층의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화하고 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킬 수 있다. 상기 에미터층에 존재하는 결함이 부동화되면, 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지 모듈(10)의 개방전압(Voc)이 증가한다. 또한, 태양광의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달되는 광량이 증대되어 태양 전지 모듈(10)의 단락전류(Isc)가 증가한다. 따라서, 태양 전지 모듈(10)의 광전 변환 효율이 향상될 수 있다.
상기 제1 반사방지막 및 상기 제2 반사방지막은 예를 들면, 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 반사방지막 및 상기 제2 반사방지막은 광의 반사를 감소시키고 태양 전지 모듈(10)로의 흡수를 유도할 수 있다.
상기 제1 반사방지막 및 상기 제2 반사방지막은 표면에 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 요철 형태의 표면 구조체를 포함할 수 있다. 표면 구조체는 건식 식각 등과 같은 다양한 방법에 의해 상기 제1 반사 방지막 및 상기 제2 반사 방지막의 표면 거칠기를 증가시키는 방법 등에 의해 형성할 수 있으며, 상기 제1 반사 방지막 및 상기 제2 반사 방지막의 표면 구조체는 입사하는 광의 반사를 감소시켜, 태양 전지 모듈(10)의 광전 변화 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 보호막 및 상기 제2 보호막은 각각 N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210)의 수광면에 각각 형성되어, 태양광 입사에 의해 생성된 광 전하의 재결합을 방지하고, 상기 제1 반사 방지막 및 상기 제2 반사 방지막이 직접 N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210) 상에 각각 형성됨에 따른 격자 부정합에 의한 결함(Defect)을 감소시킬 수 있다. 이러한 보호막(170)은 a-Si, a-SiOx 또는 a-SiC를 포함하여 형성될 수 있다. 특히, a-SiOx와 a-SiC는 1.8eV 이상의 밴드갭 에너지를 가지므로, 광의 흡수 계수가 작은바, N형 반도체 기판(110) 및 P형 반도체 기판(210)으로 입사하는 광량이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 보호막 및 상기 제2 보호막은 Al2O3 등의 무기막으로 형성될 수 있다.
도 9는 도 7에 따른 태양 전지 모듈의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9를 참조하면, 제1 상부 전극(110) 및 제2 상부 전극(210)는 각각 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 각각 소정의 각도를 이루는 제3 방향으로 연장된 W1 상부 미세 전극(136) 및 W2 상부 미세 전극(236)을 각각 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 방향은 W 방향일 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 방향은 X 방향 또는 Y 방향일 수도 있다.
도 9에 기재된 N형은 결정질 실리콘 반도체 기판이 N형 전도형을 갖는 경우를 의미할 수 있다. P형은 결정질 실리콘 반도체 기판이 P형 전도형을 갖는 경우를 의미할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 상부 전극(110) 및 제2 상부 전극(210)는 벌집 모양(honeycomb)을 가지도록 패터닝된 마이크로 그리드 패턴을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 상부 전극(110)는 X1 상부 미세 전극(132), Y1 상부 미세 전극(134) 및 W1 상부 미세 전극(136)을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 육각형 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 상부 전극(210)는 X2 상부 미세 전극(232), Y1 상부 미세 전극(234) 및 W1 상부 미세 전극(236)을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 육각형 패턴을 포함할 수 있다.
따라서, 제1 상부 전극(110) 및 제2 상부 전극(210)의 마이크로 그리드 패턴은 더욱 조밀한 구조를 가질 수 있고, 이에 의해 광전효과에 의해 발생된 전하가 분산되어 흐를 수 있는 경로가 증가하여 태양 전지(20)의 효율이 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 엣지 버스바 전극을 이용한 태양 전지 모듈을 도시한 평면도이고, 도 11 및 도 12는 도 10의 A-A' 및 B-B' 단면을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 13은 도 10의 배면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 13에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엣지 버스바 전극을 이용한 태양 전지 모듈(10)은 복수의 제1 태양 전지(100), 복수의 제2 태양 전지(200), 복수의 상부 사이드 버스바(500), 복수의 하부 사이드 버스바(600), 그리고 하나 이상의 상부 연결 전극(300) 및 하나 이상의 하부 연결 전극(400)을 포함한다.
복수의 제1 태양 전지(100) 및 복수의 제2 태양 전지(200)는 서로 번갈아 교대로 배치될 수 있다. 여기서 도 10은 2개의 제1 태양 전지(100)와 2 개의 제2 태양 전지(200)가 하나씩 번갈아 배치된 구조의 태양 전지 모듈(10)로서 전체적으로 정사각형 형태를 갖는다.
제1 태양 전지(100)는 N형 전도형을 가지는 N형 반도체 기판(110)과, N형 반도체 기판(110)의 상면 상에 위치하여 N형 반도체 기판(110)과 P-N접합을 이 루며 P형 전도형을 가지는 P형층(120)과, P형층(120)의 상면에 위치하고 P형 층(120)과 전기적으로 접속되며 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 제1 상부 전극(130), 그리고 N형 반도체 기판(110)의 하면 상에 위치하여 N형 반도체 기판(110)과 접속된 제1 하부 전극(140)을 포함할 수 있다.
제2 태양 전지(200)는 P형 전도형을 가지는 P형 반도체 기판(210)과, P형 반도체 기판(210)의 상면 상에 위치하여 P형 반도체 기판(210)과 P-N접합을 이루며 N형 전도형을 가지는 N형층(220)과, N형층(220)의 상면에 위치하고 N형 층(220)과 전기적으로 접속되며 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 제2 상부 전극(230), 그리고 P형 반도체 기판(210)의 하면 상에 위치하여 P형 반도체 기판(210)과 접속된 제2 하부 전극(240)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 태양 전지(100,200) 각각의 하부 전극(140,240)은 도 11 및 도 12와 같이, 하면 전체를 덮는 판상형의 전극 형태로 구현될 수 있다. 물 론, 각각의 하부 전극(140,240)은 상부 전극(130,230)과 같은 마이크로 그리드 패턴으로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 마이크로 그리드 패턴의 선폭은 1㎛ 내지 1㎜일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 태양 전지의 상부 전극에 해당한 상부 그리드 전 극 또는 하부 전극에 해당한 하부 그리드 전극은 마이크로 단위의 선폭으로 설계되 어 육안 식별이 어렵고 전극의 비가시성을 높일 수 있다.
N형 반도체 기판(110), P형 반도체 기판(210), P형층(120), N형층(220), 상부 전극(130, 230) 및 하부 전극(140, 240)에 관한 설명은 상술한 기재를 참고한다.
예를 들면, 모듈 제작 시 원활한 캐리어 수집 및 모듈끼리의 연결을 위해 버스바 전극이 필요한데, 본 발명의 실시예의 경우 버스바를 모듈 가장자리 부분에만 설계하여 기존과 달리 버스바로 인한 심미성 저하 문제를 해결할 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
복수의 상부 사이드 버스바(500) 및 복수의 하부 사이드 버스바(600)는 태양 전지 모듈(10)의 상면 및 하면 엣지 부분을 따라 엣지 버스바 전극을 형성한다. 이러한 복수의 상부 사이드 버스바(600) 및 복수의 하부 사이드 버스바(700)는 서로 상하로 이격되어 있으며 태양 전지(100,200)의 상면 및 하면 엣지를 따라 페어로 배치된다. 도 10 및 도 13의 경우 태양 전지 모듈(10)의 상면 및 하면 엣지(테두리)를 따라 사각형 모양의 엣지 버스바 전극(음영 영역 참조)을 형성 한 것을 예시한다.
이를 위해, 복수의 상부 사이드 버스바(500)는 제1 및 제2 태양 전지(100,200)의 각 측면 중 선택된 적어도 한 측면의 상면 엣지를 따라 배치된 상태 에서 제1 상부 전극(130) 및 제2 상부 전극(230)과 접속된다. 그리고, 복수의 하부 사이드 버스 바(600)는 제1 및 제2 태양 전지(100,200)의 각 측면 중 선택된 적어도 한 측면의 하면 엣지를 따라 배치된 상태에서 제1 하부 전극(140) 및 제2 하부 전극(240)과 접속된다.
도 10에 도시된 2Х2 배열의 태양 전지 모듈(10)은 각 태양 전지(100,200)의 네 측면 중 선택된 두 측면에 각각 상부 및 하부 사이드 버스 바(300,400)가 배치되어 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈(10)의 상면 및 하면 테두리를 따라 전체적으로 사각형 모양을 가지는 엣지 버스바 전극이 나란히 형성되게 된다.
상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)은 서로 이웃하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 상부 사이드 버스바(500) 간을 연결하거나, 서로 이웃 하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 하부 사이드 버스바(600) 간을 연결할 수 있다.
도 14는 도 10에서 인접한 태양 전지 간을 상부 연결 전극과 하부 연결 전극으로 연결하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 14의 (a)는 2개의 제1 태양 전지(100)와 2개의 제2 태양 전지(200)를 서로 번갈아 배열한 모습이고 (b)는 각 태양 전지(100, 200)의 상면 외곽 일부에 상부 사이드 버스바(500)를 형성한 모습을 나타낸다. 여기서 물론, 하면에도 동일한 형태로 사이드 버스바 전극이 형성된다.
이러한 상태에서 4개의 태양 전지는 서로 마이크로미터 단위의 미세 간극으로 밀착 배치된 후에, 도면에서 a와 b 지점 간은 상부 연결 전극(300)에 의해 연결되고, c와 d 지점 간은 하부 연결 전극(400)에 의해 연결된다. 이때 미세 간극은 갭 영역(50)을 의미한다.
구체적으로, 도 10 및 도 11과 같이, 상부 연결 전극(300)은 인접하는 제1 및 제2 태양 전지(100, 200)의 상부 사이드 버스바(500)를 서로 연결할 수 있다. 또한 도 10 및 도 12와 같이, 하부 연결 전극(400)은 인접하는 제1 및 제2 태양 전 지(100, 200)의 하부 사이드 버스바(600)를 서로 연결할 수 있다.
또한, 제1 태양 전지(100)와 제2 태양 전지(200)는 번갈아 인접하여 배치되므로, 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 인접하는 복수의 제1 태양 전지(100)와 복수의 제2 태양 전지(200)의 상부와 하부에 교대로 위치하여 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200)가 연결되도록 할 수 있다.
이에 따라, 제1 태양 전지(100)의 일측에 배치되는 제2 태양 전지(200)는 상부에 배치된 상부 연결 전극(300)에 의해 제1 태양 전지(100)와 연결되며, 아울러 제1 태양 전지(100)의 타측에 배치되는 제2 태양 전지(200)는 하부에 배치된 하부 연결 전극(400)에 의해 제1 태양 전지(100)와 연결될 수 있다.
이와 같이, 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 서로 번갈아 배치된 제1 및 제2 태양 전지(100,200) 간을 상부와 하부에서 각각 번갈아 연결할 수 있다.
제조되는 태양 전지 모듈(10)의 비가시성 및 심미성이 보장되기 위해서는 연결 전극 또한 투명성 또는 비가시성을 가지는 소재로 구성될 수 있다. 따라서 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 광 투과성과 전도성이 있는 소재로 형성될 수 있으며, 비가시성을 가진 금속 필름으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 투 명 태양 전지 모듈의 비가시성 및 심미성을 극대화할 수 있다.
제1 및 제2 태양 전지(100,200)는 반도체 기판 등을 포함한 각 요소들이 투광성이 있는 투명한 소재로 구현될 수 있고, 결정질 실리콘 등과 같이 불투명 한 소재로 구성되는 경우 기판을 통과하는 복수의 관통홀에 의해 투명성을 가지도 록 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈(10)은 건물 일체형 태양전지(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)로 활용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200)는 도 11 및 도 12에 나타낸 것과 같이 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역(50)을 형성하고, 상부 연결 전극(300)과 하부 연결 전극(400)은 갭 영역(50) 상에 배치될 수 있다.
갭 영역(50)은 서로 다른 전도형을 갖는 제1 태양 전지(100) 및 제2 태양 전지(200) 사이에서 광전 효과에 의해 발생한 캐리어가 이동하여 태양 전지 모듈(10)의 발전 효율이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 갭 영역(50) 상에 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)이 배치됨에 따라, 갭 영역(50)에 의해 형성된 그리드 패턴이 시인되는 문제를 효과적으 로 방지할 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈(10)의 심미성이 향상될 수 있 다.
갭 영역(50), 상부 연결 전극(300) 및 하부 연결 전극(400)의 폭에 관한 설명은 상술한 기재를 참고할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예에서 태양 전지 모듈(10)은 엣지 부분이 정사각형 또는 직사각형 형태를 가지도록, N개(N은 2 이상)의 제1 태양 전지(100)와 N개 의 제2 태양 전지(200)가 하나씩 서로 번갈아 가며 지그재그 형태로 배열된 구조를 가진다.
도 15의 (a)는 2Х2 배열의 정사각형 모양의 태양 전지 모듈이고, (b)는 2×3 배열의 직사각형 모양의 태양 전지 모듈의 구조를 예시한 것이다.
본 발명의 실시예의 경우 태양 전지 모듈(10)의 가장자리 부분에만 버스바 전극이 형성될 수 있다. 도 15의 (a)에 도시된 2×2 배열의 태양 전지 모듈의 경우 각각의 태양 전지 모두 자신의 네 측면 중 두 측면에 사이드 버스바가 배치될 수 있다. 다만 도 7의 (b)에 도시된 2×3 배열의 태양 전지 모듈의 경우 각 행에서 중간에 위치한 태양 전지의 경우 500-2 및 500-5와 같이 네 측면 중 일 측면에만 사이드 버스바가 배치된다. 이와 같이, 각각의 태양 전지가 모듈 의 어떤 섹터에 위치하느냐에 따라 사이드 버스바가 설계되는 측면 부위가 달리 결정되는 것을 알 수 있다.
또한 두 가지 케이스 모두, 전체 2N개의 태양 전지 중에서 가장 앞단의 제1 태양 전지와 가장 뒷단의 제2 태양 전지가 서로 동일한 열에 위치하면서, 각각의 상부 사이드 버스바가 외부 디바이스(20)의 전원 단자 사이에 접속된 것을 알 수 있다. 도 15의 (a)의 경우 500-1과 500-4에 해당한 상부 사이드 버스바가 디바이스(30)의 전원 단자 사이에 접속되고, (b)에서는 500-1과 500-6에 해당한 상부 사이드 버스바가 디바이스(30)의 전원 단자 사이에 접속된다.
도 16은 버스-핑거바 전극을 이용한 모듈화 방식을 설명한 도면이다. 도 16과 같이 복수의 핑거바에 대해 복수의 버스바를 교차 연결하는 일반적인 버스-핑거바 방식을 적용하는 경우 표면을 가로지르는 여러 열의 버스바 및 이들 사이를 연결하 는 연결 전극으로 인하여 태양 전지 모듈의 심미성을 해치게 된다.
도 17는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 구현 모습을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 17에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예의 경우 마이크 로 그리드 전극 패턴을 이용하여 태양 전지 모듈의 비가시성을 극대화함과 동 시에 모듈의 가장자리(edge)에 설계된 엣지 버스바 전극을 통하여 기존의 버스-핑거바 전극 구조보다 심미성을 높일 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 의하면 서로 다른 전도형을 가지는 두 타입의 태양 전지를 교대로 배치하여 높은 집적도의 태양 전지 모듈을 제작할 수 있 다. 아울러, 각 태양 전지의 표면에 형성된 마이크로 그리드 패턴과 전체 태양 전지 모듈의 가장자리를 따라 설계된 버스바 전극 구조를 활용하여 태양 전지 모듈의 비가시성 및 심미성을 동시에 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (34)

  1. 연결 전극을 이용한 태양 전지 모듈에 있어서,
    N형 반도체 기판, 상기 N형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 P형층, 상기 P형층의 상면에 접속된 제1 상부 전극, 및 상기 N형 반도체 기판의 하면에 접 속된 제1 하부 전극을 포함한 하나 이상의 제1 태양 전지;
    상기 제1 태양 전지와 서로 번갈아 배치되며, P형 반도체 기판, 상기 P 형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 N형층, 상기 N형층의 상면에 접속된 제 2 상부 전극, 및 상기 P형 반도체 기판의 하면에 접속된 제2 하부 전극을 포함한 하나 이상의 제2 태양 전지; 및
    서로 이웃하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상기 제1 및 제2 상부 전 극 간을 연결하거나, 상기 제1 및 제2 하부 전극 간을 연결하는 하나 이상의 연결 전극을 포함하는 태양 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결 전극은,
    서로 이웃하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상기 제1 및 제2 상부 전극을 서로 연결하는 상부 연결 전극과, 상기 제1 및 제2 하부 전극을 서로 연결하는 하부 연결 전극을 포함하되,
    상기 상부 연결 전극과 상기 하부 연결 전극은,
    서로 이웃한 상기 제1 및 제2 태양 전지 간을 상부와 하부에서 각각 번 갈아 연결하는 태양 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지의 제1 하부 전극은 일측에 이웃한 제2 태양 전지의 제2 하부 전극과 상기 하부 연결 전극을 통해 연결되고,
    상기 제1 태양 전지의 제1 상부 전극은 타측에 이웃한 제2 태양 전지의 제2 상부 전극과 상기 상부 연결 전극을 통해 연결되는 태양 전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결 전극은 비가시성을 가진 금속 필름으로 형성된 태양 전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지는 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역을 형성하고,
    상기 연결 전극은 상기 갭 영역 상에 배치되는 태양 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 갭 영역의 폭은 1 내지 1,000㎛인 태양 전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연결 전극의 폭은 10 내지 1,500㎛인 태양 전지 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 연결 전극에 의해 상기 갭 영역의 전체 또는 일부를 덮는 태양 전지 모듈.
  9. N형 전도형을 가지는 N형 반도체 기판; 상기 N형 반도체 기판의 상면 상에 위치하고, 상기 N형 반도체 기판과 P-N접합을 이루고 P형 전도형을 가지는 P형 층; 상기 P형 층 상에 위치하고, 상기 P형 층과 전기적으로 접속되고, 복수의 제1 미세 전극들을 포함하는 제1 상부 전극; 상기 상면의 반대면인 상기 N형 반도체 기판의 하면 상에 위치하고, 상기 N형 반도체 기판과 접속된 제1 하부 전극;를 포함하는 1 이상의 제1 태양 전지,
    P형 전도형을 가지는 P형 반도체 기판; 상기 P형 반도체 기판의 상면 상에 위치하고 상기 P형 반도체 기판과 P-N접합을 이루는 N형 전도형을 가지는 N형 층; 상기 N형 층 상에 위치하고 상기 N형 층과 접속되고, 복수의 제2 미세 전극들을 포함하는 제2 상부 전극; 상기 상면과 반대면인 상기 P형 반도체 기판의 하면 상에 위치하고 상기 P형 반도체 기판과 접속된 제2 하부 전극를 포함하는 1 이상의 제2 태양 전지,
    상기 제1 상부 전극 및 상기 제2 상부 전극을 연결하는 상부 연결 전극, 및
    상기 제1 하부 전극 및 상기 제2 하부 전극을 연결하는 하부 연결 전극을 포함하고,
    상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지는 서로 교대로 배치되며,
    상기 상부 연결 전극은 상기 제1 태양 전지 중에서 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 복수의 상기 제1 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 인접한 상기 제2 태양 전지에 포함된 복수의 상기 제2 미세 전극을 전기적으로 동시에 연결하는, 태양 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 미세 전극들은 제1 방향으로 연장된 2 이상의 X1 상부 미세 전극 및 상기 제1 방향과 소정의 각도를 이루는 제2 방향으로 연장된 2 이상의 Y1 상부 미세 전극을 포함하고,
    상기 제2 미세 전극들은 제1 방향으로 연장된 2 이상의 X2 상부 미세 전극 및 상기 제1 방향과 소정의 각도를 이루는 제2 방향으로 연장된 2 이상의 Y2 상부 미세 전극을 포함하는, 태양 전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결 전극은 제1 태양 전지들 중 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 X1 상부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 상기 제1 방향으로 인접한 상기 제2 태양 전지에 포함된 2 이상의 X2 상부 미세 전극; 또는
    제1 태양 전지들 중 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 Y1 상부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 상기 제1 방향으로 인접한 상기 제2 태양 전지에 포함된 2 이상의 Y2 상부 미세 전극을 전기적으로 동시에 연결하는, 태양 전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부 연결 전극은 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 X1 상부 미세 전극 전부 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 X2 상부 미세 전극 전부; 또는
    임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 Y1 상부 미세 전극 전부 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 Y2 상부 미세 전극 전부;를 전기적으로 동시에 연결하는, 태양 전지 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 방향은 X 방향이고, 상기 제2 방향은 Y 방향인, 태양 전지 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 이루는 소정의 각도는 0˚초과 180˚미만인, 태양 전지 모듈.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 상부 전극는 상기 X1 상부 미세 전극 및 상기 Y1 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함하고,
    상기 제2 상부 전극는 상기 X2 상부 미세 전극 및 상기 Y2 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴, 오각형 패턴, 육각형 패턴, 칠각형 패턴 또는 팔각형 패턴을 포함하는, 태양 전지 모듈.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 상부 전극는 상기 X1 상부 미세 전극 및 상기 Y1 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴을 포함하고,
    상기 제2 상부 전극는 상기 X2 상부 미세 전극 및 상기 Y2 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 사각형 패턴을 포함하는, 태양 전지 모듈.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 상부 전극 및 상기 제2 상부 전극는 각각 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 각각 소정의 각도를 이루는 제3 방향으로 연장된 W1 상부 미세 전극 및 W2 상부 미세 전극을 각각 더 포함하는, 태양 전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 상부 전극는 상기 X1 상부 미세 전극, 상기 Y1 상부 미세 전극 및 상기 W1 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 육각형 패턴을 포함하고,
    상기 제2 상부 전극는 상기 X2 상부 미세 전극, 상기 Y2 상부 미세 전극 및 상기 W2 상부 미세 전극을 포함하는 복수의 미세 전극에 의해 형성된 육각형 패턴을 포함하는, 태양 전지 모듈.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 N형 반도체 기판의 상기 상면 중 상기 제1 상부 전극이 형성되어 있는 면적은 상기 N형 반도체 기판의 상면의 전체 면적에 대해 0.1 내지 10%이고,
    상기 P형 반도체 기판의 상기 상면 중 상기 제2 상부 전극이 형성되어 있는 면적은 상기 P형 반도체 기판의 상면의 전체 면적에 대해 0.1 내지 10%인, 태양 전지 모듈.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 제1 하부 전극는 제1 방향으로 연장되는 2 이상의 X1 하부 미세 전극 및 제2 방향으로 연장되는 2 이상의 Y1 하부 미세 전극을 포함하고,
    상기 제2 하부 전극는 제1 방향으로 연장되는 2 이상의 X2 하부 미세 전극 및 제2 방향으로 연장되는 2 이상의 Y2 하부 미세 전극을 포함하는, 태양 전지 모듈.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 하부 연결 전극은 임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 X1 하부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제1 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 X2 하부 미세 전극; 또는
    임의로 선택된 제1 태양 전지에 포함된 2 이상의 Y1 하부 미세 전극 및 상기 임의로 선택된 제1 태양 전지와 제2 방향으로 인접한 제2 태양 전지에 포함된 2이상의 Y2 하부 미세 전극;을 전기적으로 동시에 연결하는, 태양 전지 모듈.
  22. 제9항에 있어서,
    상기 상부 연결 전극 및 상기 하부 연결 전극은 각각 일 방향으로 나란히 형성되며,
    상기 상부 연결 전극이 형성된 방향과 상기 하부 연결 전극이 형성된 방향은서로 꼬인 위치에 있는, 태양 전지 모듈.
  23. 제9항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지는 소정의 간격으로 이격되어 갭 영역을 형성하고,
    상기 상부 연결 전극 및 상기 하부 연결 전극은 상기 갭 영역 상에 배치되는, 태양 전지 모듈.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 상부 연결 전극 및 상기 하부 연결 전극에 의해 상기 갭 영역을 완전히 덮는, 태양 전지 모듈.
  25. 제9항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지는 상기 N형 반도체 기판 및 상기 제1 하부 전극 사이에 배치되고 N형 전도형을 갖는 N형 후면 전계층을 더 포함하고, 상기 제1 하부 전극는 상기 N형 후면 전계층과 접속하고,
    상기 제2 태양 전지는 상기 P형 반도체 기판 및 상기 제2 하부 전극 사이에 배치되고 P형 전도형을 갖는 P형 후면 전계층을 더 포함하고, 상기 제2 하부 전극는 상기 P형 후면 전계층과 접속하는, 태양 전지 모듈.
  26. 제9항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지는 상기 P형 층 상에 배치된 제1 반사방지막을 더 포함하고, 상기 제1 상부 전극는 상기 제1 반사방지막을 관통하여 상기 P형 층과 접속하고,
    상기 제2 태양 전지는 상기 N형 층 상에 배치된 제2 반사방지막을 더 포함하고, 상기 제2 상부 전극는 상기 제2 반사방지막을 관통하여 상기 N형 층과 접속하는, 태양 전지 모듈.
  27. 엣지 버스바 전극을 이용한 태양 전지 모듈에 있어서,
    N형 반도체 기판, 상기 N형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 P형층, 상기 P형층의 상면에 접속되고 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 제1 상부 전극, 및 상기 N형 반도체 기판의 하면에 접속된 제1 하부 전극을 포함한 복수의 제1 태양 전지;
    상기 제1 태양 전지와 서로 번갈아 배치되며, P형 반도체 기판, 상기 P 형 반도체 기판의 상면에 P-N접합을 이루는 N형층, 상기 N형층의 상면에 접속되며 마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 제2 상부 전극, 및 상기 P형 반도체 기판의 하면에 접속된 제2 하부 전극을 포함한 복수의 제2 태양 전지;
    상기 제1 및 제2 태양 전지의 각 측면 중 선택된 적어도 한 측면의 상면 및 하면 엣지를 따라 페어로 배치되어 상기 제1 상부 전극과 상기 제2 상부 전극 및 상기 제1 하부 전극과 제2 하부 전극;에 각각 접속되며 상기 태양 전지 모듈의 엣지 부분을 따라 배치되어 상기 엣지 버스바 전극을 형성하는 복수의 상부 및 하부 사이드 버스바;
    인접하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상부 사이드 버스바를 서로 연결하는 하나 이상의 상부 연결 전극; 및
    인접하는 상기 제1 및 제2 태양 전지의 상기 하부 사이드 버스바를 서로 연결하는 하나 이상의 하부 연결 전극을 포함하는, 태양 전지 모듈.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지는 번갈아 인접하여 배치되며,
    상기 상부 연결 전극과 상기 하부 연결 전극은,
    인접하는 복수의 제1 태양 전지와 복수의 제2 태양 전지의 상부와 하부에 교대로 위치하여 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지가 연결되도록 하는, 태양 전지 모듈.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지의 일측에 배치되는 제2 태양 전지는 상부에 배치된 상부 연결 전극에 의해 상기 제1 태양 전지와 연결되며,
    상기 제1 태양 전지의 타측에 배치되는 제2 태양 전지는 하부에 배치된 하부 연결 전극에 의해 상기 제1 태양 전지와 연결되는, 태양 전지 모듈.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 태양 전지 각각의 하부 전극은,
    하면 전체를 덮는 판상형의 전극 형태로 구현되는 태양 전지 모듈.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 태양 전지의 각 하부 전극은,
    마이크로 그리드 패턴으로 이루어진 그리드 전극 형태를 가지는, 태양 전지 모듈.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은,
    상기 엣지 부분이 정사각형 또는 직사각형 형태를 가지도록, N개(N은 2 이 상)의 제1 태양 전지 모듈과 N개의 제2 태양 전지 모듈이 하나씩 서로 번갈아 가며 지그재그 형태로 배열된 구조를 가지는, 태양 전지 모듈.
  33. 제32항에 있어서,
    전체 2N개의 태양 전지 중 가장 앞단의 제1 태양 전지와 가장 뒷단의 제2 태양 전지는 서로 동일한 열에 위치하되, 각각의 상부 사이드 버스 바가 외부 디바이스의 전원 단자 사이에 접속되는 태양 전지 모듈.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 연결 전극은 비가시성을 가진 금속 필름으로 형성된 태양 전지 모듈.
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