KR102233886B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
태양전지 모듈은 복수의 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 기판; 광 투과성 전면 기판과 후면 기판 사이에 위치하며, 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재; 및 밀봉 부재와 마주하는 광 투과성 전면 기판의 후면에 형성되는 박막을 포함하며, 박막은 광 투과성 전면 기판의 후면 전체에 형성되지 않고, 후면 중 일부 영역에만 국부적으로 형성된다.
Description
본 발명은 PID(Potential Induced Degradation) 현상이 감소된 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.
그런데, 일반적으로 태양광 발전소에 설치되어 가동되는 모듈은 PID 현상으로 인해 출력 특성이 저하되는데, 이러한 출력 특성 저하를 발생하는 PID 현상은 유리 성분인 광 투과성 전면 기판의 칼륨 이온(K+) 및 나트륨 이온(Na+)이 태양전지 표면으로 이동하여 태양전지의 내부 전자와 이온이 재결합됨으로 인해 태양전지 내부의 정공이 소멸되고, 이에 따라 태양전지 내부의 전자가 이동되지 않음으로 인해 발전이 되지 않아서 발생되는 것으로 알려져 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 PID 현상이 감소된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 태양전지 모듈은, 복수의 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 기판; 광 투과성 전면 기판과 후면 기판 사이에 위치하며, 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재; 및 밀봉 부재와 마주하는 광 투과성 전면 기판의 후면에 형성되는 박막을 포함하며, 박막은 광 투과성 전면 기판의 후면 전체에 형성되지 않고, 후면 중 일부 영역에만 국부적으로 형성된다.
한 예로, 박막은 제1 간격으로 서로 이격된 복수의 절연층을 포함할 수 있으며, 절연층은 복수의 태양전지와 동일한 개수로 형성될 수 있다.
그리고 절연층은 태양전지와 동일한 위치에 각각 형성될 수 있고, 절연층의 크기는 태양전지의 크기 이하로 형성될 수 있다.
그리고 절연층 사이의 제1 간격은 서로 이웃한 태양전지 사이의 간격 이상으로 형성될 수 있으며, 서로 이웃한 절연층의 사이에서, 밀봉 부재의 전면(front surface)은 광 투과성 전면 기판과 직접 접촉할 수 있다.
이러한 구성의 절연층을 포함하는 박막은 광 투과성 전면 기판의 테두리 부분에서 서로 이웃한 절연층을 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
다른 예로, 박막은 메쉬 타입(mesh type)으로 형성되는 절연층을 포함할 수 있으며, 메쉬 타입의 절연층은 복수의 개구를 포함할 수 있다.
절연층은 광 투과성 물질, 예를 들어 실리콘 산화물(SiOx), 이산화티탄계 복합 금속 화합물(titanium oxide-based composite metal compound), 및 플루오로카본계 폴리머(fluorocarbon-based polymer) 중에서 선택된 물질로 형성될 수 있다.
밀봉 부재는 광 투과성 전면 기판과 태양전지 사이에 위치하는 전면 밀봉재, 및 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 후면 밀봉재를 포함할 수 있으며, 전면 밀봉재 및 후면 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성될 수 있다.
이러한 특징을 갖는 본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 PID 현상을 개선하기 위한 박막이 제1 간격으로 이격된 복수의 아일랜드(island)형 절연층, 또는 메쉬 타입의 절연층으로 형성된다.
그리고 아일랜드형 절연층의 경우에는 절연층의 사이 공간을 통해 빛이 직접 입사되며, 메쉬 타입의 절연층의 경우에는 개구를 통해 빛이 직접 입사된다. 여기에서, 빛이 직접 입사된다는 것은 빛이 PID 현상을 개선하기 위한 박막을 투과하지 않는 것을 의미한다.
그런데, 광 투과성 전면 기판을 통해 입사되는 빛의 투과율은 PID 현상을 개선하기 위한 박막으로 인해 낮아지게 된다.
따라서, PID 현상을 개선하기 위한 박막이 제1 간격으로 이격된 복수의 아일랜드(island)형 절연층, 또는 메쉬 타입의 절연층으로 형성되는 본 실시예의 태양전지 모듈에서는 상기 박막이 태양전지 모듈의 전체 영역, 예를 들어 광 투과성 전면 기판의 후면 전체에 형성된 경우에 비해 태양전지 모듈의 출력이 상승한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 한 예를 나타내는 주요부 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 다른 예를 나타내는 주요부 사시도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 8은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 한 예를 나타내는 주요부 사시도이다.
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도 5는 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 8은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
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 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 광 투과성 전면 기판의 후면을 나타내는 평면도이다.
그리고 도 3은 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 한 예를 나타내는 주요부 사시도이고, 도 4는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 다른 예를 나타내는 주요부 사시도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 복수의 태양전지(10), 복수의 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(도시하지 않음), 복수의 태양전지(10)를 밀봉하는 밀봉 부재(20), 태양전지(10)의 전면(front surface) 쪽에 위치하는 광 투과성 전면 기판(30), 광 투과성 전면 기판(30)의 후면, 즉 밀봉 부재(20)와 마주하는 면에 형성된 박막(40) 및 태양전지(10)의 후면(back surface) 쪽에 위치하는 후면 기판(50)을 포함한다.
이하에 있어서, "전면"은 각 도면에서 "Z" 방향의 표면을 말하고, "후면"은 각 도면에서 "Z'"을 향하는 표면을 말한다.
광 투과성 전면 기판(30)은 투과율이 높은 강화 유리로 이루어질 수 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 후면(back surface), 즉 밀봉 부재(20)과 마주하는 면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
그리고 후면 기판(50)은 태양전지 모듈의 내부에 배열된 태양전지의 종류 또는 구조에 따라 투광성 재질로 형성되거나 불투광성 재질로 형성될 수 있다.
한 예로, 태양전지(10)가 도 3에 도시한 한면 수광형 태양전지(10A)인 경우, 후면 기판(50)은 티피티(TPT; Tedlar/PET/Tedlar), 티피이(TPE; Tedlar/PET/EVA), 티에이티(TAT; Tedlar/Al foil/Tedlar), 티피에이티(TPAT; Tedlar/PET/Al foil/Tedalr), 티피오티(TPOT; Tedlar/PET/Oxide/Tedlar), 페이에피(PAP; PEN/Al foil/PET) 또는 피이티(Polyester) 중 하나로 형성될 수 있다.
여기에서, '한면 수광형'은 태양전지를 구성하는 반도체 기판의 한쪽 면, 예컨대 전면(front surface)에는 외부의 빛이 입사하지만, 반도체 기판의 후면에는 외부의 빛이 입사하지 않는 구조를 말한다.
이와는 달리, 태양전지(10)가 도 4에 도시한 양면 수광형 태양전지(10B)인 경우, 후면 기판(50)은 전면 기판(30)과 마찬가지로 광 투과성의 저철분 강화 유리 또는 수지로 형성될 수 있다.
여기에서, '양면 수광형'은 태양전지를 구성하는 반도체 기판의 양쪽 면, 예컨대 전면(front surface)과 후면(back surface)을 통해 외부의 빛이 각각 입사하는 구조를 말한다.
이러한 구성의 후면 기판(50)은 태양전지 모듈의 후면으로 침투하는 수분을 억제하는 작용을 한다.
밀봉 부재(20)는 태양전지(10)와 광 투과성 전면 기판(30)의 사이에 위치하는 전면 밀봉재(20A)와, 태양전지(10)와 후면 기판(50)의 사이에 위치하는 후면 밀봉재(20B)로 구성될 수 있다.
이와는 달리, 밀봉 부재(20)는 단층 구조로 구성될 수도 있다.
전면 밀봉재(20A)와 후면 밀봉재(20B)는 습기 및 수분 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(10)를 충격으로부터 보호한다.
전면 밀봉재(20A)와 후면 밀봉재(20B)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성될 수 있다.
광 투과성 전면 기판(10)의 후면에 형성되는 박막(40)은 PID 현상을 억제하기 위한 것으로, 전하가 태양전지(10)들의 전면으로부터 광 투과성 전면 기판(30)을 경유하여 태양전지 모듈의 프레임(도시하지 않음) 또는 태양전지 모듈의 다른 부분들로 누설되는 것을 방지함으로써 태양전지의 분극(polarize)을 방지한다.
본 실시예에서, 박막(40)은 제1 간격(D1)으로 서로 이격된 복수의 절연층(40A)을 포함하며, 바람직하게, 절연층(40A)은 태양전지(10)와 동일한 개수로 형성된다.
그리고 절연층(40A)은 태양전지(10)와 동일한 위치에 각각 형성된다. 여기에서, '동일한 위치'는 태양전지 모듈의 제1 방향(X-X')과 제1 방향(X-X')에 직교하는 제2 방향(Y-Y')에 있어서, 제1 방향으로의 중심 위치와 제2 방향으로의 중심 위치가 각각 동일한 것을 의미한다.
절연층(40A)의 크기(S1)는 태양전지(10)의 크기(S2)와 동일하게 형성되거나, 태양전지(10)의 크기(S2)보다 작게 형성될 수 있다.
그리고 절연층(40A) 사이의 제1 간격(D1)은 서로 이웃한 태양전지(10) 사이의 간격(D2)와 동일하게 형성되거나, 태양전지(10) 사이의 간격(D2)보다 크게 형성될 수 있다.
하지만, 절연층(40A)의 크기(S1)는 태양전지(10)의 크기(S2)보다 크게 형성될 수도 있고, 절연층(40A) 사이의 제1 간격(D1)은 태양전지(10) 사이의 간격(D2)보다 작게 형성될 수도 있다.
그러나, 절연층(40A)의 크기(S1)를 태양전지(10)의 크기(S2) 이하로 형성함과 아울러, 절연층(40A) 사이의 제1 간격(D1)을 태양전지(10) 사이의 간격(D2) 이상으로 형성하면, 절연층(40A)의 크기(S1)를 태양전지(10)의 크기(S2) 이상으로 형성함과 아울러, 절연층(40A) 사이의 제1 간격(D1)을 태양전지(10) 사이의 간격(D2) 이하로 형성하는 경우에 비해 광 투과성 전면 기판(30)의 후면 중 절연층(40A)이 형성되지 않은 영역이 증가한다.
그리고 절연층(40A)이 형성되지 않은 영역에서는 전면 밀봉재(20A)의 전면(front surface)이 광 투과성 전면 기판(30)과 직접 접촉하므로, 절연층(40A)이 형성되지 않은 영역, 즉 서로 이웃한 절연층(40A)의 사이 영역을 통해 입사되는 외부의 빛은 절연층(40A)으로 인한 투과율 저하 현상이 발생되지 않는다.
따라서, 절연층(40A)으로 인한 빛의 투과율 저하 현상을 최소화하기 위해서는 절연층(40A)의 크기(S1)를 태양전지(10)의 크기(S2) 이하로 형성함과 아울러, 절연층(40A) 사이의 제1 간격(D1)을 태양전지(10) 사이의 간격(D2) 이상으로 형성하는 것이 바람직하다.
절연층(40A)은 광 투과성 물질, 예를 들어 실리콘 산화물(SiOx), 이산화티탄계 복합 금속 화합물(titanium oxide-based composite metal compound), 및 플루오로카본계 폴리머(fluorocarbon-based polymer) 중에서 선택된 물질로 형성할 수 있다.
실리콘 산화물로 형성되는 절연층은 스퍼터링 또는 PECVD 방법을 이용하여 광 투과성 전면 기판의 후면에 실리콘 산화물을 일정한 두께로 증착하는 것에 따라 형성할 수 있다.
그리고 이산화티탄계 복합 금속 화합물로 형성되는 절연층은 닥터 블레이드법(doctor blade process)으로 광 투과성 전면 기판의 후면에 전구체(precursor) 용액을 코팅한 다음 열처리하는 것에 따라 형성할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용이 가능한 태양전지의 예를 설명한다.
먼저, 도 3에 도시한 태양전지(10A)는 위에서 설명한 바와 같이 한면 수광형 태양전지로서, 반도체 기판(110A), 기판(110A)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120A), 에미터부(120A)의 위에 위치하는 유전층(140A), 유전층(140A)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120A) 위에 위치한 제1 전극부(130A), 기판(110A)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(160A), 및 후면 전계부(160A)의 후면에 위치하는 제2 전극부(150A)를 포함한다.
기판(110A)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(110A)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110A)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110A)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110A)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110A)은 전면(front surface)이 복수의 미세 요철을 포함하는 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성될 수 있다.
기판(110A)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120A)는 기판(110A)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110A)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110A)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(110A)이 n형이고 에미터부(120A)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110A) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120A) 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110A)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120A)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120A)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120A)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110A)에 도핑하여 형성할 수 있다.
이와는 달리, 기판(110A)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120A)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110A) 쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120A) 쪽으로 이동한다.
에미터부(120A)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110A)에 도핑하여 형성할 수 있다.
도 3은 에미터부(120A)의 불순물 도핑 농도가 기판 전면의 전체 영역에 걸쳐 균일한 구조를 도시하고 있지만, 에미터부(120A)는 제1 전극부(130A)가 위치하는 영역과 나머지 영역의 불순물 도핑 농도가 서로 다른 선택적 구조로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 전극부(130A)가 위치하는 영역에는 상대적으로 불순물 도핑 농도가 높은 고농도 불순물부가 위치할 수 있다.
에미터부(120A) 위에 형성된 유전층(140A)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어지며, 태양전지(10A)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(10A)의 효율을 높이는 반사 방지막으로 작용할 수 있다. 하지만, 유전층(140A)을 복층 구조로 형성하여 상기 유전층(140A)이 반사 방지막 기능에 더하여 패시베이션(passivation) 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
유전층(140A)은 에미터부(120A)의 일부를 노출하는 개구부를 구비하며, 개구부를 통해 노출된 에미터부(120A)에는 제1 전극부(130A)가 에미터부(120A)와 전기적 및 물리적으로 연결된다.
제1 전극부(130A)는 제1 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극(131A)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극(133A)을 포함한다. 따라서, 제1 전극부(130A)는 그리드 패턴(grid pattern)으로 형성된다.
이러한 제1 전극부(130A)는 에미터부(120A) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
제1 전극부(130A)는 은(Ag)/알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트를 도 3에 도시한 그리드 패턴으로 유전층(140A) 위에 도포한 후, 이를 소성하는 과정에서 에미터부(120A)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
상기한 소성 과정에서 제1 전극부(130A)가 에미터부(120A)와 전기적 및 물리적으로 연결되도록 하기 위해, 제1 전극부(130A)를 형성하는 도전성 페이스트는 산화납(PbO)을 구비한 글라스 프릿(glass frit)을 포함할 수 있다.
이와는 달리, 제1 전극부(130A)는 도금 공정에 의해 형성될 수도 있다. 도금 공정에 의해 형성된 제1 전극부(130A)는 에미터부(120A) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층, 확산 방지층 및 도전층을 포함할 수 있다.
이때, 금속 시드층은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2 등을 포함)로 형성될 수 있다.
그리고 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, 니켈을 포함할 수 있다.
그리고 확산방지층 위에 형성되는 도전층은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함할 수 있으며, 이들 도전성 금속 물질로는 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 하나의 물질이 사용될 수 있다.
기판(110A)의 후면에 위치하는 제2 전극부(150A)는 기판(110A) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
본 실시예에서, 제2 전극부(150A)는 제1 전극부(130A)의 버스바 전극(133A)과 마주하는 위치에 형성된 버스바 전극(153A)과, 버스바 전극(153A)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮는 시트 전극(151A, sheet electrode)으로 구성된다.
이와 같이, 시트 전극(151A)이 버스바 전극(153A)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮으므로, 반도체 기판(110A)의 후면(back surface)를 통해서는 외부의 빛이 입사하지 않는다.
제2 전극부(150A)의 버스바 전극(153A)은 은(Ag)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있고, 제2 전극부(150A)의 시트 전극(151A)은 알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
이 경우, 버스바 전극(153A)을 형성하기 위한 도전성 페이스트와 시트 전극(151A)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는 제1 전극부(130A)를 형성하기 위한 도전성 페이스트와는 달리 글라스 프릿을 포함하지 않을 수 있다.
제2 전극부(150A)가 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(160A)는 기판(110A)의 후면 전체에 위치하며, 기판(110A)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110A)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
후면 전계부(160A)는 기판(110A)의 후면 전체에 형성되는 대신에 제2 전극부(150A)가 형성된 영역에만 국부적으로(locally) 형성될 수도 있으며, 선택적 에미터부와 유사하게 불순물 농도가 서로 다른 고농도 전계부와 저농도 전계부를 포함하는 선택적 구조로 형성될 수도 있다.
후면 전계부(160A)가 선택적 구조로 형성된 경우, 고농도 전계부는 제2 전극부(150A)가 형성된 영역에 위치하고, 저농도 전계부는 나머지 영역에 위치할 수 있다.
후면 전계부(160A)는 기판(110A)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110A)의 후면 쪽으로 정공이 이동하는 것을 방해한다. 따라서 기판(110A)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
이러한 구성의 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(120A)를 통해 기판(110A)의 전면(front surface)으로 입사되면, 기판(110A)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110A)의 전면(front surface)이 텍스처링 표면으로 형성된 경우, 기판(110A)의 전면(front surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 유전층(140A)에 의해 기판(110A)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110A)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110A)과 에미터부(120A)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110A) 쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120A) 쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(110A) 쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(160A)를 통해 제2 전극부(150A)로 이동하고, 에미터부(120A) 쪽으로 이동한 정공은 제1 전극부(130A)로 이동한다.
따라서, 서로 이웃한 2개의 태양전지(10A) 중 어느 한 태양전지의 제1 전극부(130A)와 다른 한 태양전지의 제2 전극부(150A)를 인터커넥터(도시하지 않음) 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
도 4에 도시한 태양전지(10B)는 반도체 기판(110B)의 전면(front surface)과 후면(back surface)을 통해 각각 외부의 빛이 입사하는 양면 수광형 태양전지로서, 반도체 기판(110B)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120B), 에미터부(120B) 위에 위치하는 유전층(140B), 유전층(140B)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120B) 위에 위치한 제1 전극(131B) 및 버스바 전극(133B), 기판(110B)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(160B), 기판(110B)의 후면에 위치하는 유전층(180B), 유전층(180B)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부의 후면에 위치하는 제2 전극(151B) 및 버스바 전극(153B)을 포함한다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지(10B)는 기판(110B)의 전면 및 후면을 통해서 각각 외부의 빛이 입사한다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1 실시예에서 설명한 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 태양전지 모듈에 있어서, 박막(40)의 구조를 제외한 나머지 구성은 전술한 제1 실시예와 동일 내지 유사하게 구성된다.
다만, 태양전지 모듈에 구비되는 태양전지가 도 4에 도시한 양면 수광형 태양전지인 경우에는 후면 기판(50)이 전면 기판(30)과 마찬가지로 광 투과성의 저철분 강화 유리 또는 수지로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 박막(40)은 메쉬 타입(mesh type)으로 형성되는 절연층(40B)을 포함하며, 메쉬 타입의 절연층(40B)은 광 투과성 전면 기판(30)을 통해 입사된 빛의 투과율이 절연층(40B)에 의해 감소하는 것을 억제하기 위해 복수의 개구(40B')를 포함한다.
절연층(40B)이 형성되지 않은 영역, 즉 개구(40B')에서는 전면 밀봉재(20A)의 전면(front surface)이 광 투과성 전면 기판(30)과 직접 접촉한다. 따라서, 개구(40B')를 통해 입사되는 외부의 빛은 절연층(40B)으로 인한 투과율 저하 현상이 발생되지 않는다.
개구(40B')의 크기는 PID 현상 억제 및 빛 투과율 감소를 감안하여 적절한 범위 내에서 다양하게 조절할 수 있다.
절연층(40B)은 절연층(40A)과 마찬가지로 절연층(40A)은 실리콘 산화물(SiOx), 이산화티탄계 복합 금속 화합물(titanium oxide-based composite metal compound), 및 플루오로카본계 폴리머(fluorocarbon-based polymer) 중에서 선택된 물질로 형성할 수 있다.
그리고 태양전지가 양면 수광형 태양전지인 경우에는 후면 기판(50)을 통해서도 전류가 누설될 수 있다.
따라서, 전하가 태양전지(10B)들의 후면으로부터 후면 기판(50)을 경유하여 태양전지 모듈의 프레임(도시하지 않음) 또는 태양전지 모듈의 다른 부분들로 누설되는 것을 방지하기 위한 박막(40), 예컨대 아일랜드형 절연층(40A) 또는 메쉬 타입의 절연층(40B)이 후면 기판(50)의 전면(front surface)에도 형성될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
본 실시예에서, 박막(40)은 전술한 제1 실시예의 아일랜드형 절연층(40A)과, 광 투과성 전면 기판(30)의 테두리 부분에 형성되는 연결부(40C)를 포함한다.
도 7 및 도 8에서, 연결부(40C)는 빗금 친 영역에 위치하는 절연층을 의미한다.
연결부(40C)는 태양전지가 배치되지 않은 외곽 영역, 즉 전면 기판(30)의 테두리 부분에서 서로 이웃한 절연층(40A)을 연결한다.
따라서, 전면 기판(30)의 테두리 부분에 연결부(40C)가 위치하고, 태양전지 모듈의 프레임(도시하지 않음)이 연결부(40C)와 일정한 크기만큼 중첩하여 위치하므로, 본 실시예의 태양전지 모듈은 도 1 및 도 2의 실시예의 태양전지 모듈에 비해 PID 현상으로 인한 출력 저하를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
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: 밀봉 부재
30: 광 투과성 전면 기판 40: 박막
50: 후면 기판
30: 광 투과성 전면 기판 40: 박막
50: 후면 기판
Claims (19)
- 복수의 태양전지들;
상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판;
상기 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 기판;
상기 광 투과성 전면 기판과 상기 후면 기판 사이에 위치하며, 상기 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재; 및
상기 밀봉 부재와 마주하는 상기 광 투과성 전면 기판의 후면에 형성되며, 태양전지의 분극(polarize)을 방지하는 박막
을 포함하며,
상기 박막은 상기 광 투과성 전면 기판의 후면 전체에 형성되지 않고, 상기 후면 중 일부 영역에만 국부적으로 형성되고,
상기 박막은 제1 간격으로 서로 이격된 복수의 절연층을 포함하며,
상기 복수의 절연층은 태양전지 모듈의 제1 방향과 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향에서 상기 제1 방향으로의 중심 위치와 상기 제2 방향으로의 중심 위치가 상기 태양전지와 각각 동일한 위치에 형성되는 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항에서,
상기 복수의 절연층은 상기 복수의 태양전지와 동일한 개수로 형성되는 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항에서,
상기 절연층의 크기는 상기 태양전지의 크기 이하로 형성되는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 제1 간격은 서로 이웃한 태양전지 사이의 간격 이상으로 형성되는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
서로 이웃한 절연층의 사이에서, 상기 밀봉 부재의 전면(front surface)은 상기 광 투과성 전면 기판과 직접 접촉하는 태양전지 모듈. - 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 박막은 상기 광 투과성 전면 기판의 테두리 부분에서 서로 이웃한 절연층을 연결하는 연결부를 더 포함하는 태양전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
상기 절연층은 실리콘 산화물(SiOx), 이산화티탄계 복합 금속 화합물(titanium oxide-based composite metal compound), 플루오로카본계 폴리며(fluorocarbon-based polymer) 중에서 선택된 물질로 형성되는 태양전지 모듈. - 제11항에서,
상기 밀봉 부재는 상기 광 투과성 전면 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 전면 밀봉재와, 상기 후면 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 후면 밀봉재를 포함하는 태양전지 모듈. - 제12항에서,
상기 전면 밀봉재 및 상기 후면 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성되는 태양전지 모듈. - 제8항에서,
상기 절연층은 실리콘 산화물(SiOx), 이산화티탄계 복합 금속 화합물(titanium oxide-based composite metal compound), 플루오로카본계 폴리며(fluorocarbon-based polymer) 중에서 선택된 물질로 형성되는 태양전지 모듈. - 제14항에서,
상기 밀봉 부재는 상기 광 투과성 전면 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 전면 밀봉재와, 상기 후면 기판과 상기 태양전지의 사이에 위치하는 후면 밀봉재를 포함하는 태양전지 모듈. - 제15항에서,
상기 전면 밀봉재 및 상기 후면 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성되는 태양전지 모듈. - 삭제
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200821 Patent event code: PE09021S01D |
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