KR101757875B1 - 양면 수광형 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
양면 수광형 태양전지 모듈은, 복수의 양면 수광형 태양전지들; 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제1 기판; 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제2 기판; 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하며, 1층 이상의 밀봉재로 구성된 밀봉 부재를 포함하며, 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판은 전 파장 대역에서의 광 투과도가 85% 이상이고 광 흡수율이 5% 이하인 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE)로 형성된다.
Description
본 발명은 양면 수광형 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
통상의 태양전지는 기판 및 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 포함하며, 기판의 한쪽 면을 통해 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다.
따라서, 통상의 태양전지는 빛이 기판의 한쪽 면을 통해서만 입사되므로 전류 변환 효율이 낮다. 이에, 근래에는 기판의 양쪽 면을 통해 빛이 입사되도록 한 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다.
한편, 태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율 및 장기 신뢰성이 향상된 양면 수광형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 양면 수광형 태양전지 모듈은, 복수의 양면 수광형 태양전지들; 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제1 기판; 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제2 기판; 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하며, 1층 이상의 밀봉재로 구성된 밀봉 부재를 포함하며, 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판은 전 파장 대역에서의 광 투과도가 85% 이상이고 광 흡수율이 5% 이하인 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE, Ethylene TetrafluoroEthylene)로 형성된다.
일례로, 제1 기판은 저철분 유리로 형성되고, 제2 기판은 ETFE로 형성될 수 있다.
다른 예로, 제1 기판은 ETFE로 형성되고, 제2 기판은 저철분 유리로 형성될 수 있다.
ETFE로 형성된 기판은 40㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 400㎚ 이상의 파장 대역에서 90% 이상의 광 투과율 및 1% 이하의 광 흡수율을 가지며, 250% 이상의 연신률을 갖는다.
ETFE로 형성된 기판은 30㎛ 내지 200㎛의 두께로 형성되며, 밀봉 부재와 접하는 면 및 밀봉 부재와 접하는 면의 반대쪽 면에 표면 처리층을 갖는다.
여기에서, 밀봉 부재와 접하는 면의 표면 처리층은 밀봉 부재와의 접착력을 강화하기 위한 프라이머(primer)층일 수 있고, 밀봉 부재와 접하는 면의 반대쪽 면에 위치하는 표면 처리층은 수분 침투를 방지하기 위해 수산기, 아미노기, 카르복실기 등과 같은 소수성 물질로 형성될 수 있다.
ETFE로 형성된 기판과 밀봉 부재의 접합면은 비평탄면으로 형성될 수 있다.
밀봉 부재는 실리콘 수지(silicone resin)를 포함하며, 섬유질 재료를 더 포함할 수 있다.
섬유질 재료는 메쉬 형태의 유리 섬유, 석영 섬유, 그라파이트 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 실리콘 카바이드 섬유 중 하나일 수 있으며, 섬유질 재료의 개별 섬유 사이 공간에는 실리콘 수지가 채워진다.
밀봉 부재는 제1 기판과 양면 수광형 태양전지 사이에 위치하는 제1 밀봉재 및 양면 수광형 태양전지와 제2 기판 사이에 위치하는 제2 밀봉재를 포함할 수 있으며, 제1 밀봉재와 제2 밀봉재의 접합면은 비평탄면으로 형성될 수 있다.
그리고 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 80% 이상일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 양면 수광형 태양전지 모듈의 제1 기판 또는 제2 기판은 전 파장 대역에서의 광 투과도가 85% 이상이고 광 흡수율이 5% 이하인 ETFE로 형성된다.
특히, 제1 기판 또는 제2 기판으로 사용되는 ETFE는 400㎚ 이상의 파장 대역에서의 광 투과도가 평균 90% 이상이고 광 흡수율이 1% 이하가 되도록 함으로써, 광 손실 없이 밀봉 부재의 높은 광 투과도에 매칭이 가능하다. 따라서, ETFE로 형성된 기판을 후면 시트로 사용하는 경우에도 상기 기판을 통해 광이 효과적으로 입사되므로, 양면 수광형 태양전지 모듈의 효율이 증가한다.
그리고, ETFE로 형성된 기판은 상기 300㎚ 내지 500㎚의 자외선 대역의 빛을 거의 흡수하지 않으므로, 자외선으로 인한 손상이 없다.
또한, ETFE로 형성된 기판은 40㎫ 이상의 인장 강도와 250% 이상의 연신률을 가지므로 기계적 강도가 우수하고 모듈 변형에 강하다.
또한, ETFE로 형성된 기판은 30㎛ 내지 200㎛의 범위 내에서 테들러(Tedlar)나 피이티(PET) 계열 물질로 형성된 통상의 기판에 비해 얇은 두께, 예를 들면 50㎛ 이하의 두께로 제조가 가능하므로 열 전도도가 우수하다. 따라서, 태양전지 모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, ETFE로 형성된 기판은 테들러(Tedlar)나 피이티(PET) 계열의 물질로 형성되는 통상의 기판에 비해 수분 침투도가 낮아 수분에 대한 신뢰성이 우수하다.
또한, ETFE는 재료 구조가 매우 안정하여 녹는점이 250℃ 이상이므로, ETFE로 형성된 기판은 열에 강하며, 소수성의 표면을 가지므로 수분 침투 방지에 매우 유리하다.
또한, 기판을 형성하는 ETFE는 밀봉 부재로 사용되는 실리콘 수지(silicone resin)와 굴절률이 매우 흡사하므로, 밀봉 부재와의 계면에서의 반사가 매우 적어 광 투과율이 매우 우수하다.
그리고 밀봉 부재를 구성하는 실리콘 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 폴리 비닐 부티랄(PVB)과 같은 통상의 밀봉 부재에 비해 단파장 대역, 예를 들어 자외선 대역의 광 투과율이 높다. 예를 들면, 밀봉 부재를 구성하는 실리콘 수지는 자외선 대역의 광 투과율이 80% 이상이다.
따라서, 자외선 노출로 인한 밀봉 부재의 탈색 문제를 억제할 수 있고, 태양전지로 입사되는 광량을 증가시켜 태양전지 모듈의 출력을 향상시킬 수 있다.
그리고 실리콘 수지는 기존에 밀봉 부재로 사용하던 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate)에 비해 얇은 두께로 형성이 가능하므로 모듈의 두께를 줄일 수 있다.
제1 밀봉재와 제2 밀봉재의 계면 및/또는 밀봉재와 후면 기판의 계면이 비평탄면으로 형성되는 경우, 제1 기판 및 제2 기판을 통해 입사된 광이 계면에서 난반사되므로, 태양전지에 입사되는 광량이 증가하여 태양전지 모듈의 출력을 향상시킨다.
그리고 밀봉 부재의 내부에 섬유질 재료가 위치하므로, 섬유질 재료로 인해 태양전지 모듈의 강도가 증가되고 균열이 방지된다. 또한, 라미네이션 공정을 진행하는 동안 실리콘 수지의 뒤틀림이 방지된다.
또한, 실리콘 수지는 경화 온도가 낮으므로 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 1의 "C" 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 광의 파장에 따른 후면 기판의 광 투과도를 나타내는 그래이프이다.
도 5는 광의 파장에 따른 후면 기판의 광 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에 사용되는 양면 수광형 태양전지의 실시예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 8은 도 1의 제1 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 1의 제2 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 11은 도 10의 "D" 부분을 확대한 도면이다.
도 12는 도 10의 "E" 부분을 확대한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 14는 도 13에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 빛의 파장대에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트의 빛의 흡수 계수를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 1의 "C" 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 광의 파장에 따른 후면 기판의 광 투과도를 나타내는 그래이프이다.
도 5는 광의 파장에 따른 후면 기판의 광 흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에 사용되는 양면 수광형 태양전지의 실시예를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 8은 도 1의 제1 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 1의 제2 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 11은 도 10의 "D" 부분을 확대한 도면이다.
도 12는 도 10의 "E" 부분을 확대한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 14는 도 13에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 복수의 양면 수광형 태양전지(10), 복수의 양면 수광형 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 양면 수광형 태양전지(10)의 제1 면, 예컨대 전면(front surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 전면 기판(30), 양면 수광형 태양전지(10)의 제2 면, 예컨대 후면(back surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 후면 기판(40), 및 전면 기판(30)과 후면 기판(40) 사이에 위치하는 밀봉 부재(50)를 포함한다.
광 투과성 전면 기판(30)은 태양전지(10)의 투과율이 높은 강화 유리로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(30)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
밀봉 부재(50)는 양면 수광형 태양전지(10)와 전면 기판(30) 사이에 위치하는 제1 밀봉재(51)와, 양면 수광형 태양전지(10)와 후면 기판(40) 사이에 위치하는 제2 밀봉재(53)를 포함하며, 습기 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 양면 수광형 태양전지(10)를 충격으로부터 보호한다.
양면 수광형 태양전지(10)는 전면(front surface)과 후면(back surface)를 통해 입사되는 빛을 이용하여 전류를 생산한다.
따라서, 양면 수광형 태양전지 모듈은 밀봉 부재의 투과율이 우수할수록 좋다.
본 실시예에서, 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)는 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 80% 이상인 실리콘 수지(silicon resin)로 형성된다. 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)는 액상의 실리콘 수지를 도포한 후 경화하여 형성할 수 있다.
제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)를 형성하는 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리디알킬실록산(PDAS, polydialkylsiloxane)과 같은 실록산으로 이루어질 수 있다.
도 2를 참고하여 빛의 파장에 따른 실리콘 수지와 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 흡광계수(extinction coefficient, cm-1)를 살펴보면 다음과 같다.
도 2에 도시한 그래프에서, "A" 그래프는 빛의 파장대에 따른 EVA의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이고, "B" 그래프는 빛의 파장대에 따른 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)의 빛의 흡수 계수의 변화를 도시한 그래프이다.
실험에 사용된 EVA는 태양전지의 밀봉 부재로 사용하는 통상의 제품이고, 그래프 "B"에 사용된 실리콘 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS)이다.
도 2에 도시한 것처럼, 단파장 대역, 예컨대 300㎚ 내지 500㎚에서의 EVA의 빛의 흡수 계수가 PDMS보다 높다. 따라서, 단파장 대역에서의 빛 흡수율은 실리콘 수지가 EVA에 비해 낮다.
단파장 대역에서의 빛 흡수율이 낮다는 것은 단파장 대역의 빛을 잘 투과시킨다는 의미이다. 본 발명인의 실험에 의하면, 실리콘 수지, 보다 구체적으로 PDMS 또는 PDAS와 같은 실록산은 단파장 대역에서의 빛 투과율이 80% 이상인 것을 알 수 있었다.
따라서, 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)를 실리콘 수지로 형성하면, 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)에서 흡수되는 빛의 양이 감소하므로, 양면 수광형 태양 전지(10)로 입사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서, 태양 전지 모듈의 출력 효율이 향상된다.
그리고, 자외선 노출로 인한 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)의 탈색 문제 및 공기와 산소 흡수로 인한 부식 문제를 억제할 수 있어 모듈의 내구성이 증가한다.
그리고 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)는 기존에 밀봉재로 사용하던 EVA에 비해 얇은 두께로 형성이 가능하므로 모듈의 두께를 줄일 수 있다.
예를 들면, EVA는 대략 1.0㎜의 두께로 형성되지만, 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)는 대략 0.7㎜ 이하의 두께, 바람직하게는 3㎜ 내지 5㎜의 두께로 각각 제조할 수 있다. 따라서, 양면 수광형 태양전지 모듈의 전체 두께를 종래에 비해 줄일 수 있다.
또한, 실리콘 수지는 경화 온도가 EVA에 비해 낮으므로 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있으며, 경화 시간을 단축하는 것도 가능하다.
예를 들면, 실리콘 수지는 대략 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 150℃의 온도에서 경화되지만, EVA는 대략 165℃의 온도에서 경화된다. 따라서, 모듈화 공정을 보다 낮은 온도에서 실시할 수 있다.
그리고 실리콘 수지를 경화하는 데에는 대략 1.5분(min) 정도의 시간이 소비되지만, EVA를 경화하는 데에는 대략 16분 정도의 시간이 소비된다. 따라서, 밀봉재의 경화 및 모듈화 공정에 소비되는 시간을 단축할 수 있다.
제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)의 계면(S)은 도 3의 확대부에 도시한 바와 같이 평탄하지 않은 면(uneven surface)으로 형성된다. 여기에서, 평탄하지 않은 면, 즉 비평탄면은 요철이 형성된 울퉁불퉁한 표면을 말한다.
이와 같이 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)의 계면(S)이 비평탄면으로 형성되는 이유는 코팅된 액상의 실리콘 수지를 설정 온도에서 경화시켜 제1 밀봉재(51)를 형성하고, 이후 코팅된 액상의 실리콘 수지를 설정 온도에서 경화시켜 제1 밀봉재(51) 위에 제2 밀봉재(53)를 형성하기 때문이다.
이와 같이, 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)의 계면(S)이 비평탄면으로 형성되면, 제1 밀봉재(51)를 투과한 광이 화살표로 도시한 바와 같이 상기 계면(S)에서 난반사된다. 따라서, 태양전지에 입사되는 광량이 증가한다.
양면 수광형 태양전지(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 제1 밀봉재(51)의 상부에 위치한다. 즉, 복수의 양면 수광형 태양전지(10)는 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)의 계면(S) 상부에 배치된다. 따라서, 태양전지의 측부 및 상부는 제2 밀봉재(53)에 의해 커버된다.
양면 수광형 태양전지 모듈에서, 후면 기판(40)은 충분한 전기 절연성, 방습성 및 내구성을 구비해야 하며, 또한 후면 기판(40)을 통한 광 입사가 가능하도록 하기 위해 충분한 광 투과율을 구비해야 한다.
이러한 요구 조건을 만족하기 위해, 본 실시예는 전 파장 대역에서의 광 투과도(Transmittance)가 85% 이상이고 광 흡수율(Absorptance)이 5% 이하이며, 특히 400㎚ 이상에서의 광 투과도가 평균 90% 이상이고 광 흡수율이 1% 이하인 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(Ethylene TetrafluoroEthylene, 이하 'ETFE'라 함)를 후면 기판(40)의 재료로 사용한다.
도 4는 광의 파장에 따른 후면 기판(40)의 광 투과도(Transmittance)를 나타내는 그래프이고, 도 5는 광의 파장에 따른 후면 기판(40)의 광 흡수율(Absorptance)을 나타내는 그래프이다.
여기에서, 후면 기판(40)의 재료로 ETFE를 사용한다는 것은 후면 기판(40)을 형성하는 재료의 주성분이 ETFE인 것을 의미하며, 필요에 따라 상기 주성분에 첨가제가 첨가될 수 있다.
하지만, 후면 기판을 구성하는 전체 수지 100 질량%에 대한 ETFE의 질량 비율이 100 질량%인 것이 바람직하다.
ETFE는 불소 수지 필름의 하나로, 테트라플루오로에틸렌(TetrafluoroEthylene, TPE)에 기초하는 반복 단위와 에틸렌에 기초하는 반복 단위를 가지며, 상기 반복 단위 외에, 다른 단량체에 기초하는 반복 단위를 포함할 수 있다.
이때, 상기 단량체들은 1종만이 단독으로 사용될 수 있지만, 2종 이상이 병용될 수도 있다.
ETFE의 수평균 분자량은 특별히 한정되지 않지만, 10만 내지 50만이 바람직하고, 20만 내지 40만이 보다 바람직하다.
ETFE의 수평균 분자량이 10만 이상이면, 내열 시험에 있어서의 강도 저하가 잘 일어나지 않고, ETFE의 수평균 분자량이 50만 이하이면, 후면 기판(40)을 얇은 두께로 형성할 수 있다.
따라서, 상기한 광 투과 특성 및 광 흡수 특성을 갖는 ETFE로 형성된 후면 기판(40)은 광 손실 없이 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)의 높은 광 투과도에 매칭이 가능하다.
또한, ETFE로 형성된 후면 기판(40)은 40㎫ 이상의 인장 강도와 250% 이상의 연신률을 가진다. 따라서, 기계적 강도가 우수하고 모듈 변형에 강하다.
또한, ETFE로 형성된 후면 기판(40)은 30㎛ 내지 200㎛의 범위 내에서 제조가 가능하다. 특히, ETFE로 형성된 후면 기판(40)은 테들러(Tedlar)나 피이티(PET) 계열 물질로 형성된 통상의 후면 기판에 비해 얇은 두께, 예를 들면 50㎛ 이하의 두께로 제조가 가능하므로 열 전도도가 우수하다. 따라서, 태양전지 모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, ETFE로 형성된 후면 기판(40)은 테들러(Tedlar)나 피이티(PET) 계열의 물질로 형성되는 통상의 후면 기판에 비해 수분 침투도가 낮아 수분에 대한 신뢰성이 우수하다.
또한, ETFE는 재료 구조가 매우 안정하여 녹는점이 250℃ 이상이므로, ETFE로 형성된 후면 기판(40)은 열에 강하며, 소수성의 표면을 가지므로 수분 침투 방지에 매우 유리하다.
또한, ETFE는 대략 1.4의 굴절률을 갖는다. 따라서, 후면 기판(40)을 형성하는 ETFE는 제1 밀봉재(51) 및 제2 밀봉재(53)를 형성하는 실리콘 수지(silicone resin)와 굴절률이 매우 흡사하므로, 제2 밀봉재(53)와의 계면에서의 반사가 매우 적어 광 투과율이 매우 우수하다.
한편, 제2 밀봉재(53)와 후면 기판(40)의 접합면은 제1 밀봉재(51)와 제2 밀봉재(53)의 계면과 마찬가지로 비평탄면으로 형성될 수 있다.
따라서, 제2 밀봉재(53)와 후면 기판(40)의 계면에서도 광이 난반사되므로, 태양전지에 입사되는 광량이 더욱 증가한다.
도 6은 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에 사용이 가능한 양면 수광형 태양전지의 일례를 도시한 것이다. 하지만 본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈에는 도 6에 도시한 태양전지 외에 다양한 종류 및 구조를 갖는 양면 수광형 태양전지를 사용할 수 있다.
양면 수광형 태양전지(10)는 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 제1 반사방지막(130), 제1 반사방지막(130)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 제1 전극(140), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(150), 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 반사방지막(160), 제2 반사방지막(160)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(150)의 후면에 위치하는 제2 전극(170)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다. 이때, 기판(110)은 1Ωㆍ㎠ 내지 10Ωㆍ㎠의 비저항을 갖는 것이 바람직하다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 전면 및 후면 중 적어도 한 면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성된다.
기판(110) 전면(front surface)의 텍스처링 표면에 위치하는 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다. 이때, 에미터부(120)는 30Ω/sq 내지 120Ω/sq의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.
이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
기판(110) 전면(front surface)의 에미터부(120) 위에 형성된 제1 반사방지막(130)은 금속 산화물(metal oxide) 계열의 물질을 포함한다.
예를 들면, 제1 반사방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 이루어지는 상부막(131)과, 에미터부(120)와 상부막(131) 사이에 위치하는 하부막(133)으로 형성된다.
하부막(133)은 실리콘 질화막과 흡광계수(extinction coefficient) 또는 밴드갭(Eg)의 차이가 큰 물질, 예컨대 산화 알루미늄막(AlOx)으로 이루어질 수 있다.
이러한 구성의 하부막(133)을 포함하는 제1 반사방지막(130)은 기판(110)의 전면(front surface)을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사방지막으로 기능하며, 또한 패시베이션 막으로도 기능한다.
한편, 하부막(133)으로 산화 알루미늄막(133) 대신에 실리콘 산화막(SiOx: H)을 사용하는 것도 가능하다.
제1 반사방지막(130)은 에미터부(120)의 일부를 노출하는 복수의 콘택 라인(도시하지 않음)을 포함한다. 그리고 콘택 라인을 통해 노출된 에미터부(120)에는 제1 전극(140)이 형성된다.
제1 전극(140)을 미세 선폭 및 높은 종횡비로 형성하기 위해, 콘택 라인은 20㎛ 내지 60㎛의 폭으로 형성될 수 있으며, 에미터부(120)의 평면적의 2% 내지 6%의 평면적으로 형성될 수 있다.
콘택 라인을 상기 폭으로 형성하면, 도금 공정을 이용하여 제1 전극(140)을 형성할 때, 제1 전극(140)을 20㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 제1 전극(140)은 높은 종횡비, 예를 들어 0.83 내지 1의 종횡비를 갖는다.
콘택 라인을 통해 노출된 에미터부(120)에 형성되는 제1 전극(140)은 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다. 이때, 제1 전극(140)은 거의 평행하게 정해진 방향으로 뻗어 있다.
이러한 제1 전극(140)은 에미터부(120)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다. 본 발명에서, 제1 전극(140)은 핑거 전극(finger electrode)일 수 있다. 이와는 달리, 제1 전극(140)은 핑거 전극 및 핑거 전극용 집전부 모두일 수도 있다.
본 실시예에서, 제1 전극(140)은 도금층으로 구성되며, 도금층은 에미터부(120) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층, 확산방지층 및 도전층을 각각 포함한다.
금속 시드층은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2 등을 포함)로 형성되며, 50㎚ 내지 200㎚의 두께로 형성된다.
여기에서 금속 시드층의 두께를 상기 범위로 제한하는 이유는 두께가 50㎚ 미만일 경우 저항이 높고 균일한 막 형성이 어려워 이후에 실시되는 확산방지층의 도금 공정에서 균일도(uniformity)를 확보하는 것이 용이하지 않고, 두께가 200㎚ 이상일 경우 열처리 과정에서 금속 시드층이 일정한 비율로 실리콘 쪽으로 확산되어 니켈 실리사이드 층을 형성하기 때문에 니켈 확산으로 인한 션트 리키지(shunt leakage)가 발생될 수 있기 때문이다.
금속 시드층 위에 형성되는 확산방지층은 도전층을 형성하는 물질이 금속 시드층을 통해 실리콘 계면으로 확산됨으로 인해 정션 디그라데이션(junction degradation)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성된 니켈을 포함한다.
그리고 확산방지층 위에 형성되는 도전층은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함한다. 이들 도전성 금속 물질의 예는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있지만, 이외의 다른 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 도전층은 구리층을 포함한다. 구리층은 실질적인 전기적 도선으로 기능하며, 10㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성된다. 그런데, 구리의 경우 공기 중에서 쉽게 산화되며 모듈화 공정에서 인접한 태양전지들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터, 예컨대 리본(도시하지 않음)을 구리층에 직접 솔더링(soldering)하는 것이 용이하지 않은 것으로 알려져 있다.
따라서, 도전층이 구리층을 포함하는 경우에는 구리의 산화를 방지하고 리본의 솔더링 작업이 원활히 이루어지도록 하기 위해 구리층 위에 주석층이 더 형성되며, 주석층은 5㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성된다.
물론, 구리층 외에 다른 금속 물질로 도전층을 형성하는 경우, 상기 다른 금속 물질이 공기 중에서 쉽게 산화되지 않고 리본과의 솔더링이 가능한 경우에는 주석층을 생략하는 것도 가능하다.
제1 전극(140)이 핑거 전극인 경우, 기판(110)의 전면(front surface)에는 핑거 전극으로 이동한 전하를 수집하는 집전부가 더 형성될 수 있다. 집전부는 제1 전극(140)과 마찬가지로 도금 전극으로 형성할 수 있지만, 핑거 전극과는 달리 도전성 물질을 함유하는 도전 페이스트를 인쇄, 건조 및 소성하여 형성할 수도 있다.
기판(110)의 후면에 위치하는 제2 전극(170)은 기판(110)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다. 본 발명에서, 제2 전극(170)은 핑거 전극(finger electrode)일 수 있다. 이와는 달리, 제2 전극(170)은 핑거 전극 및 핑거 전극용 집전부 모두일 수도 있다.
제2 전극(170)은 알루미늄(A), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제2 전극(170)은 은(Ag) 입자를 함유하는 도전성 페이스트로 형성되거나, 제1 전극(140)과 마찬가지로 도금층으로 형성될 수 있다.
제2 전극(170)은 제1 전극(140)과 동일한 폭 또는 제1 전극(140)보다 큰 폭으로 형성될 수 있으며, 제2 전극(170)의 폭이 제1 전극(140)의 폭보다 크게 형성되는 경우에는 제2 전극(170)의 선저항을 줄일 수 있다.
제2 전극(170)이 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(150)는 기판(110)의 후면 전체에 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다. 이때, 후면 전계부(150)는 50Ω/sq 내지 150Ω/sq의 면저항을 갖는 것이 바람직하다.
후면 전계부(150)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
제2 전극(170)이 위치하지 않는 상기 후면 전계부(150)의 후면에는 제2 반사방지막(160)이 위치하며, 제2 반사방지막(160)은 실리콘 질화막(SiNx:H)으로 형성된다.
이러한 구성의 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(120) 및 후면 전계부(150)를 통해 기판(110)으로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)이 텍스처링 표면으로 각각 형성되므로, 기판(110)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 제1 반사방지막(130) 및 제2 반사방지막(160)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120)쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(110)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(150)를 통해 제2 전극(170)으로 이동하고, 에미터부(120)쪽으로 이동한 정공은 제1 전극(140)으로 이동한다.
따라서, 도 1에 도시한 바와 같이 어느 한 태양전지의 제1 전극(140)과 인접한 태양전지의 제2 전극(170)을 인터커넥터(20) 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이하, 도 7을 참조하여 도 1에 도시한 태양전지 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 전면 기판(30)의 한쪽 면에 실리콘 수지를 3㎜ 내지 5㎜의 두께로 도포하고, 30초 내지 60초 동안 방치하여 실리콘 수지를 레벨링(leveling)한다.
이때, 전면 기판(30)을 둘러싸는 일정 높이의 틀(frame)을 설치하여 도포된 실리콘 수지가 전면 기판(30)의 외부 공간으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 액상의 실리콘 수지가 도포된 전면 기판을 오븐(oven)에 배치하고, 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 150℃의 온도에서 60초 내지 120초 동안 경화(curing) 공정을 진행하여 실리콘 수지를 경화시킴으로써 제1 밀봉재(51)를 형성한다.
경화 공정을 진행하면 제1 밀봉재(51)는 전면 기판과 접착되며, 제1 밀봉재(51)의 한쪽 표면, 즉 전면 기판과 접착되는 면의 반대쪽 표면은 비평탄면으로 형성된다.
이후, 제1 밀봉재(51) 위에 복수의 태양전지(10)를 배치하고, 실리콘 수지를 3㎜ 내지 5㎜의 두께로 도포한 후, 30초 내지 60초 동안 방치하여 실리콘 수지를 레벨링(leveling)한다.
이때, 제2 밀봉재(53)를 형성하기 위해 액상의 실리콘 수지를 도포하는 작업도 제1 밀봉재(51)를 형성하기 위해 실리콘 수지를 도포할 때와 마찬가지로 틀(frame)을 설치한 상태에서 실시할 수 있다.
실리콘 수지의 도포 및 레벨링 작업에 따르면, 액상의 실리콘 수지는 인접한 태양전지(10)의 사이 공간 및 태양전지(10)와 제1 밀봉재(51)의 사이 공간에도 채워진다.
이어서, 전면 기판을 오븐(oven)에 배치하고, 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 150℃의 온도에서 60초 내지 120초 동안 경화(curing) 공정을 진행하여 실리콘 수지를 경화시킴으로써 제2 밀봉재(53)를 형성한다.
경화 공정을 진행하면 제2 밀봉재(53)는 제1 밀봉재(51)와 접착되며, 제2 밀봉재(53)의 한쪽 표면, 즉 제1 밀봉재(51)와 접착되는 면의 반대쪽 표면은 비평탄면으로 형성된다.
계속하여, 제2 밀봉재(53) 위에 후면 기판(40)을 배치하고, 라미네이션 공정을 진행하여 후면 기판(40)을 제2 밀봉재(53)와 접착한다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 도 1의 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈을 설명한다.
이하의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 도 1의 제1 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 9는 도 1의 제2 변형 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 8 및 도 9의 변형 실시예에 있어서, 양면 수광형 태양전지(10)의 일부분이 제1 밀봉재(51)에 매립된 것을 제외하면 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하다.
도 8은 양면 수광형 태양전지(10)의 제1 면에 위치하는 인터커넥터(20)가 제1 밀봉재(51)에 매립된 것을 도시하고 있으며, 도 9는 양면 수광형 태양전지(10)의 제1 면에 위치하는 인터커넥터(20) 및 양면 수광형 태양전지(10)의 일부분이 제1 밀봉재(51)에 매립된 것을 도시하고 있다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 인터커넥터(20) 또는 인터커넥터(20)와 양면 수광형 태양전지(10)의 일부분을 제1 밀봉재(51)에 매립하면, 양면 수광형 태양전지(10)의 위치가 제1 밀봉재(51)에 의해 고정되므로, 이후의 모듈화 공정에서 오정렬이 발생하는 문제를 억제할 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈에 대해 설명한다.
먼저, 도 10 내지 도 12를 참조하면, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 11은 도 10의 "D" 부분을 확대한 도면이며, 도 12는 도 10의 "E" 부분을 확대한 도면이다.
본 실시예에 있어서, 후면 기판(40) 위에 섬유질 재료(60)가 배치되고, 밀봉 부재가 제1 밀봉재(51)로만 구성된 것을 제외하면, 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일하다.
즉, 본 실시예의 양면 수광형 태양전지 모듈에서는 전면 기판(30)과 후면 기판(40) 사이에 위치하는 밀봉 부재가 전술한 도 1의 실시예에서 사용된 제1 밀봉재(51)로만 구성된다.
그리고 양면 수광형 태양전지(10)와 후면 기판(40) 사이에는 섬유질 재료(60)가 위치한다.
섬유질 재료(60)는 도 11의 확대부에 도시한 바와 같이 공간(61)에 의해 분리되어 있는 개별 섬유(63)을 포함한다. 따라서, 섬유질 재료(60)는 메쉬 형태로 형성된다.
이러한 구성의 섬유질 재료(60)는 태양전지보다 후면 기판(40)에 더 가까운 쪽에 위치할 수 있다. 예를 들면, 섬유질 재료(60)는 도 10에 도시한 바와 같이 후면 기판(40)과 접촉한다.
섬유질 재료(60)가 메쉬 형태로 형성되므로, 섬유질 재료(60)의 공간(61)에는 제1 밀봉재(51)를 형성하는 실리콘 수지가 채워진다. 도 11에서, 상기 공간(61)을 표시하기 위해 상기 공간(61)에 채워진 실리콘 수지는 도시하지 않았다.
하지만, 위에서 설명한 바와 같이 섬유질 재료(60)의 공간(61)에는 실리콘 수지가 채워진다. 즉, 섬유질 재료(60)의 공간(61)에도 제1 밀봉재(51)가 채워진다.
도 12는 도 10의 "E"부분을 확대한 것으로, 섬유질 재료(60)의 적어도 일부분이 후면 기판(40)과 이격하는 상태를 도시한 것이다.
섬유질 재료(60)의 적어도 일부분은 도 12에 도시한 바와 같이 후면 기판(40)과 이격될 수 있으며, 이 경우 섬유질 재료(60)의 공간(61) 및 섬유질 재료(60)와 후면 기판(40)의 사이 공간에도 제1 밀봉재(53)가 채워진다.
따라서, 적어도 일부분의 섬유질 재료(60)가 후면 기판(40)과 이격된 경우, 및 섬유질 재료(60)의 전체 부분이 후면 기판(40)과 접촉하는 경우 모두 제1 밀봉재(51)에 후면 기판(40)이 접착된다.
섬유질 재료(60)는 유리 섬유로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 비쥐에프 인더스트리(BGF Industries)에 의해 공급되는 규격 8인치(inch)×8인치(약 20.32㎝×20.32㎝)의 스타일(Style) 106 유리 섬유 단편일 수 있다. 그러나, 섬유질 재료(60)는 유리 섬유로 한정되지 않는다.
예를 들면, 섬유질 재료(60)는 유리 섬유 함유 강화재, 석영 섬유, 그라파이트 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 케블라(Kevlar) 및 노멕스(Nomex) 등의 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 실리콘 카바이드 섬유로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
섬유질 재료(60)는 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 범위 내에서 제1 밀봉재(51)의 두께보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
이러한 구성의 섬유질 재료(60)를 제1 밀봉재(51)와 후면 기판(40) 사이에 배치하면, 섬유질 재료(60)로 인해 태양전지 모듈의 강도가 증가되고 균열이 방지된다. 또한, 실리콘 수지를 경화하는 동안 제1 밀봉재(51)의 뒤틀림이 방지되므로, 후면 기판(40)의 레벨링(leveling)이 우수하게 이루어진다.
이러한 구성의 태양전지 모듈은, 전면 기판(30)의 한쪽 면에 실리콘 수지를 1차 도포하고, 1차 도포한 실리콘 수지 위에 태양전지(10)를 배치한 후, 태양전지(10) 위에 실리콘 수지를 2차 도포한 상태에서 경화 공정을 진행하여 내부에 태양전지(10)가 매립된 제1 밀봉재(51)를 형성하고, 이후, 제1 밀봉재(51) 위에 섬유질 재료(60)와 후면 기판(40)을 배치한 상태에서 라미네이션 공정을 실시하는 것에 따라 제조할 수 있다.
한편, 라미네이션 공정을 실시할 때, 섬유질 재료(60)의 공간(61)에 실리콘 수지가 채워지도록 후면 기판(40)을 가압하는 것도 가능하다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 14는 도 13에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 실시예의 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서, 제2 밀봉재(53)와 후면 기판(40) 사이에 섬유질 재료(60)가 배치되는 것과, 후면 기판(40)의 양쪽 표면에 제1 표면 처리층(41) 및 제2 표면 처리층(43)이 형성되는 것을 제외한 나머지 구성은 전술한 도 1의 실시예와 동일하다.
제1 표면 처리층(41)은 제2 밀봉재(53)와 접착되는 면에 형성되며, 제2 밀봉재(53)를 구성하는 실리콘 수지와의 접착력을 강화하기 위한 프라이머(primer)층일 수 있다.
그리고 제2 표면 처리층(43)은 제2 밀봉재(53)와 접하는 면의 반대쪽 면에 형성되며, 수분 침투를 방지하기 위해 수산기, 아미노기, 카르복실기 등과 같은 소수성 물질로 형성될 수 있다.
이하, 도 14를 참조하여 도 13에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 전술한 도 6의 제조 방법에 따라 전면 기판(30)의 한쪽 면에 제1 밀봉재(51)를 형성하고, 제1 밀봉재(51) 위에 양면 수광형 태양전지(10)를 배치한 후, 실리콘 수지를 도포한다.
이어서, 실리콘 수지의 레벨링 작업을 완료한 후, 실리콘 수지 위에 섬유질 재료(60)를 배치한다.
액상의 실리콘 수지 위에 섬유질 재료(60)를 배치하면, 섬유질 재료(60)의 무게로 인해 실리콘 수지가 눌려지면서 섬유질 재료(60)의 개별 섬유(63) 사이에 형성된 공간(61)으로 실리콘 수지가 채워진다.
이때, 제2 밀봉재(53)를 구성하는 실리콘 수지가 개별 섬유(63)의 사이 공간(61)에 잘 채워질 수 있도록 하기 위해 섬유질 재료(60)를 상부로부터 일정한 압력으로 가압하는 것도 가능하다.
이어서, 전면 기판을 오븐(oven)에 배치하고, 80℃ 이상의 온도, 예를 들어 90℃ 내지 150℃의 온도에서 60초 내지 120초 동안 경화(curing) 공정을 진행하여 실리콘 수지를 경화시킴으로써 제2 밀봉재(53)를 형성한다.
경화 공정을 진행하면 제2 밀봉재(53)는 제1 밀봉재(51)와 접착되며, 제2 밀봉재(53)의 한쪽 표면, 즉 제1 밀봉재(51)와 접착되는 면의 반대쪽 표면은 비평탄면으로 형성된다.
이후, 섬유질 재료(60) 위에 후면 기판(40)을 배치한 후, 라미네이션 공정을 실시하여 후면 기판(40)을 제2 밀봉재(53)와 접착한다.
이상에서는 후면 기판(40)이 ETFE로 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 후면 기판(40)을 저철분 강화 유리로 형성하고, 전면 기판(30)을 ETFE로 형성하는 것도 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 태양전지 20: 인터커넥터
30: 전면 기판 40: 후면 기판
41: 제1 표면 처리층 43: 제2 표면 처리층
50: 밀봉 부재 51: 제1 밀봉재
53: 제2 밀봉재 60: 섬유질 재료
63: 개별 섬유
30: 전면 기판 40: 후면 기판
41: 제1 표면 처리층 43: 제2 표면 처리층
50: 밀봉 부재 51: 제1 밀봉재
53: 제2 밀봉재 60: 섬유질 재료
63: 개별 섬유
Claims (18)
- 복수의 양면 수광형 태양전지들;
상기 양면 수광형 태양전지들의 제1 면(first surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제1 기판;
상기 양면 수광형 태양전지들의 제2 면(second surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 제2 기판; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 1층 이상의 밀봉재로 구성된 밀봉 부재
를 포함하며,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나의 기판은 전 파장 대역에서의 광 투과도가 85% 이상이고 광 흡수율이 5% 이하인 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE)로 형성되고,
상기 ETFE로 형성된 기판에 있어서, 상기 밀봉 부재와 접하는 면에는 상기 밀봉 부재와의 접착력을 강화하기 위한 프라이머층을 포함하는 제1 표면 처리층이 형성되고, 상기 밀봉 부재와 접하는 면의 반대쪽 면에는 수분 침투를 방지하기 위한 소수성 물질을 포함하는 제2 표면 처리층이 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제1 기판은 저철분 유리로 형성되고, 상기 제2 기판은 상기 ETFE로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제1 기판은 상기 ETFE로 형성되고, 상기 제2 기판은 저철분 유리로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 ETFE로 형성된 기판은 40㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 ETFE로 형성된 기판은 400㎚ 이상의 파장 대역에서 90% 이상의 광 투과율을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 ETFE로 형성된 기판은 400㎚ 이상의 파장 대역에서 1% 이하의 광 흡수율을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 ETFE로 형성된 기판은 250% 이상의 연신률을 갖는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 ETFE로 형성된 기판은 30㎛ 내지 200㎛의 두께로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 ETFE로 형성된 기판과 상기 밀봉 부재의 접합면은 비평탄면으로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제8항 및 제11항 중 어느 한 항에서,
상기 밀봉 부재는 실리콘 수지(silicone resin)를 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제12항에서,
상기 밀봉 부재는 섬유질 재료를 더 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제13항에서,
상기 섬유질 재료는 메쉬 형태의 유리 섬유, 석영 섬유, 그라파이트 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 실리콘 카바이드 섬유 중 하나인 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제13항에서,
상기 섬유질 재료의 개별 섬유 사이 공간에는 상기 실리콘 수지가 채워지는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제12항에서,
상기 밀봉 부재는 상기 제1 기판과 상기 양면 수광형 태양전지 사이에 위치하는 제1 밀봉재 및 상기 양면 수광형 태양전지와 상기 제2 기판 사이에 위치하는 제2 밀봉재를 포함하는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제16항에서,
상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재의 접합면은 비평탄면으로 형성되는 양면 수광형 태양전지 모듈. - 제16항에서,
상기 제1 밀봉재와 상기 제2 밀봉재는 300㎚ 내지 500㎚에서의 광 투과율이 80% 이상인 양면 수광형 태양전지 모듈.
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