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KR20080065461A - 박막형 광기전력 변환소자 모듈 및 그의 제조방법 - Google Patents

박막형 광기전력 변환소자 모듈 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20080065461A
KR20080065461A KR1020070002612A KR20070002612A KR20080065461A KR 20080065461 A KR20080065461 A KR 20080065461A KR 1020070002612 A KR1020070002612 A KR 1020070002612A KR 20070002612 A KR20070002612 A KR 20070002612A KR 20080065461 A KR20080065461 A KR 20080065461A
Authority
KR
South Korea
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thin film
solar cell
device module
film type
unit cells
Prior art date
Application number
KR1020070002612A
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English (en)
Inventor
김범성
안세원
어영주
이헌민
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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Priority to EP08704662A priority patent/EP2008313A4/en
Priority to US12/294,259 priority patent/US20100006135A1/en
Priority to JP2008558218A priority patent/JP2009529783A/ja
Priority to PCT/KR2008/000122 priority patent/WO2008084975A1/en
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Abstract

본 발명은 광기전력 변환소자 모듈과 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 태양전지 셀이 집적화된 태양전지 모듈에서 특정 부분의 셀의 광전 변환 효율이 저하될 경우 모듈 전체의 성능 저하를 방지하는데 효과적인 태양전지 모듈의 구조 및 제조방법을 제공한다. 본 발명은 보다 상세하게는 전기적으로 연결된 복수 개의 단위 셀에서 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선을 포함하는 모듈 구조와 이를 제조하는 방법을 포함한다.
광기전력 변환소자. 태양전지, 단위 셀, 2단자, 배선

Description

박막형 광기전력 변환소자 모듈 및 그의 제조방법{Thin-Film Photovoltaic Device module And Fabrication Method thereof}
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈을 나타낸 평면도 및 그 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 평면도 및 그 등가회로도이다.
도 3 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 제조방법을 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 등가회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 등가회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 2단자 배선도이다.
본 발명은 광기전력 변환소자 모듈과 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기적으로 연결된 복수 개의 단위 셀에서 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선을 포함하는 모듈 구조와 이를 제조하는 방법을 포함한다.
일반적으로 태양전지는 광기전력 변환소자로서, 태양으로부터 지구에 전달되는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 에너지를 생산하는 청정 에너지원이며 이미 이에 대하여 수십 년간 많은 연구가 진행되어 오고 있다.
70년대 오일 파동 및 90년대 초반에 대두되었던 이산화탄소에 의한 온실효과의 심각성, 90년대 말 지구 온난화 방지를 위한 이산화탄소 발생량의 규제를 위한 국제협정, 2000년대 석유값의 급등 등은 태양전지와 같은 청정에너지의 필요성을 인류에게 전달하는 중요한 계기가 되었다.
지금까지 태양전지의 소재에 대한 연구로서, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 비정질 SiC, 비정질 SiN, 비정질 SiGe, 비정질 SiSn 등의 IV족계의 재료, 또는 갈륨비소(GaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 인듐인(InP) 등의 III-V족이나 CdS, CdTe, Cu2S 등의 II-VI족의 화합물 반도체가 연구되어 왔다.
또한, 태양전지의 구조에 대한 연구로서는 배면전계형을 포함하는 pn 구조, p-i-n 구조, 헤테로 접합구조, 쇼트키 구조, 탠덤형이나 수직 접합형을 포함하는 다중접합구조 등이 연구되어 왔다.
일반적으로 태양전지에 요구되는 특성 및 연구개발은 광전변환효율의 향상, 제조원가의 절감, 에너지 회수 년수의 감소 및 대면적화의 관점에서 진행된다.
단결정 또는 다결정 실리콘을 사용한 태양전지는 광전변환효율은 높지만, 제조단가 및 설치비용이 높다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 비정질 실리콘을 중심으로 한 소재를 판형 유리나 금속에 다층으로 증착한 박막형 태양전지가 활발하게 연구개발되고 있다. 이는 광전변환효율이 결정형 실리콘 태양전지에 비해 비교적 낮은 단점이 있으나 증착되는 소재와 다층 셀 구조의 관점에서 광전변환효율을 향상시킬 수 있으며 대면적 태양전지 모듈을 저가의 제조비용으로 생산할 수 있고 에너지 회수 년수가 짧은 기술이어서 많은 장점을 가지고 있다. 특히, 증착 장비의 대형화 및 자동화로 생산속도를 높이면 대면적의 기판형 태양전지의 제조원가를 더욱 절감할 수 있으므로 이에 대한 연구노력이 진행되고 있다.
일반적인 박막형 태양전지 모듈은 기판 위에 증착된 전극 및 광전변환용 반도체층을 레이저 스크라이빙(laser scribing)법을 통하여 단위 셀로 분할함과 동시에 셀을 직렬 및 병렬 접속시킴으로써 얻어진다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈을 나타낸 평면도 및 그 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면 (a)는 박막형 태양전지의 제조를 위한 투명전도산화물층 (Transparent Conductive Oxide, TCO)이 글래스 기판 위에 적층된 구조를 나타낸 다.
(b-1)는 레이저 스크라이빙법을 통하여 단위 셀로 분할하기 위해 TCO층을 레이저로 가공한 것을 나타낸다. 이 때 TCO층을 레이저로 가공한 단계에서의 평면도는 (b-2)로 나타내었다.
(c)는 p-i-n으로 구성된 반도체층을 TCO층의 상부에 적층한 모식도이다. 반도체 층은 1개의 p-i-n으로 구성된 단일접합, 2개의 p-i-n으로 구성된 이중접합 및 3개의 p-i-n으로 구성된 삼중접합 구조가 가능하다.
(d-1)는 레이저 스크라이빙법을 통하여 단위 셀로 분할하기 위해 반도체층을 가공한 단계이다. (d-2)는 반도체층을 레이저로 가공한 단계의 평면도를 나타낸 것이다.
(e)는 금속층 내지 TCO층과 금속층의 2중구조로 구성된 후면전극을 적층한 모식도이다.
(f-1)는 레이저 스크라이빙법을 통하여 단위 셀로 분할하기 위해 후면전극 층을 가공한 단계이다. 이 때 후면전극층을 포함하여 반도체층까지 가공한다. (f-2)는 이러한 가공 단계를 거친 태양전지의 평면도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1과 같은 종래 기술의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 제조과정인 증착과 직렬연결의 가공이 끝난 박막형 태양전지 모듈에서 외관의 증착층을 제거하여 글래스만을 남겨두는 레이저 트리밍(laser Trimming) 공정으로 절연성을 확보한 평면도 및 그 등가회로도이다.
도 2를 참조하면 (a)는 박막형 태양전지 모듈의 평면도이고, (b)는 직렬로 연결된 태양전지 모듈의 다이오드 등가회로를 도시한다.
이러한 태양전지 모듈구조의 문제점은 태양전지 셀이 직렬로 연결되어 있기 때문에, 연결된 모든 단위 셀에서 광전류가 동일한 양으로 생성되어야 한다는 점에서 비롯된다.
즉, 만일 각각의 단위 셀에서 발생하는 광전류의 양이 동일하지 않으면, 광전류가 적게 생성된 셀에 의해 전류가 제한이 되어 모든 셀에서 발생하는 광전류가 감소하고, 이로 인하여 전체적인 태양전지 모듈의 효율이 저하된다는 단점이 있다.
도 2의 (c)의 직렬 배열된 종래의 태양전지 모듈의 다이오드 등가회로에서 특정 부분의 셀에 해당하는 다이오드(등가회로에서 검은 색으로 표시)가 내부적 또는 외부적 요인에 의해 성능이 저하되거나 발전능력을 상실했을 때 모듈 전체의 태양전지 기능 상실하게 되는 문제가 있게된다.
또한 광전류가 적게 생성된 셀은 Hot spot으로 작용하기 때문에, 시간이 지날수록 열이 발생하여 소자가 파괴될 수 있는 위험이 있다.
상기 문제는 매우 빈번하게 발생하는 것으로서, 특정 부분의 셀 위에 주변 건물의 그림자, 나뭇잎, 먼지 등에 의해 태양광의 입사가 가려지는 경우 등은 외부적 요인에 의한 성능저하의 예시일 수 있으며, 제조 공정 중에 particle 등에 의한 부분 오염 등 내부적 요인에 의해서도 부분의 셀 성능 저하가 생길 수 있다.
따라서 Hot spot이 발생하였을 때를 대비하여 bypass diode를 형성시킨 태양전지 모듈을 제조해야 하나, 종래의 박막형 모듈의 제조법으로는 이러한 구조의 태양전지 모듈의 제조가 쉽지 않은 실정이다.
본 발명의 목적은 박막형 태양전지 모듈의 특정 부분 셀의 성능 저하로 모듈 전체의 특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 바이패스(bypass) 기능을 구현하는 태양전지 모듈의 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 바이패스 기능소자를 연결하여 바이패스 기능을 구현하지 않고도 박막형 태양전지를 생산하는 반도체 증착공정과 레이저 가공공정만으로도 그러한 기능을 구현할 수 있는 박막형 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다. 본 발명은 일반적인 태양전지 모듈의 제조방법에 별도의 공정을 추가하지 않고 종래의 공정으로도 바이패스 기능을 가능하게 하는 단순한 개선을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양전지 셀 전체의 성능 저하를 방지할 수 있는 바이패스를 단순한 공정으로 구현하면서도 배선이 기존의 방법을 그대로 유지하여 현재 기술에 호환적이고 실용적이며 즉각적인 응용이 가능한 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박막형 광기전력 변환소자 모듈은 전기적으로 연결된 복수 개의 단위 셀에서 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선이 포함된다. 상기 단위 셀의 연결은 직렬연결 또는 병렬연결이며 특히 본 발명에서 상기 복수 개의 단위 셀은 2 이상의 행(行)과 2 이상의 열(列)로 배열될 수 있다. 이때 행을 구성하는 복수 개의 단위 셀의 면적은 동일하여 동일한 기전력을 발생할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 단위 셀들이 형성하는 2 이상의 행은 직렬연결, 병렬연결 및 직렬연결과 병렬연결의 혼합 중 어느 하나의 형태로 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 행의 개수는 상기 열의 개수보다 같거나 적을 수 있다.
상기 단위 셀의 형상은 직사각형일 수 있으나 특정한 형태에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법은 종래 광전변환소자 모듈의 제조방법에 있어서, 전기적으로 연결된 복수 개의 단위 셀을 형성하는 단계와, 상기 복수 개의 단위 셀에서 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 복수 개의 단위 셀을 형성하기 위하여서는 기판 위에 적층된 투명전도층에 복수 개의 1차 셀을 형성하고, 그 위에 반도체층을 적층하고, 반도체층에 2차 셀을 형성하며, 그 위에 후면전극층을 적층하고 상기 후면전극층 및 반도체층에 3차 셀을 형성하는 단계를 거친다.
1차, 2차, 3차의 각 셀은 2 이상의 행(行)과 2 이상의 열(列)로 배열되는데, 행으로 형성한 후 행 방향과 다른 방향으로 열을 형성하거나, 또는 그 반대의 순서로 진행하여도 무방하다.
본 발명에서 상기 2단자 배선을 형성하는 단계 이전에 트리밍(Trimming) 공정을 더 추가하여 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 절연성을 확보할 수 있다.
본 발명의 광기전력 변환소자의 대표적인 예는 태양전지를 들 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 대면적 단위로 제작되는 종래의 태양전지 모듈의 레이저 가공의 방향과 다른 방향으로 동일한 레이저 가공을 수행하여 바이패스를 형성할 수 있다. 제조공정상 상기의 다른 방향이란 직각방향이 바람직할 수 있다. 이러한 레이저 가공으로 인해 종래 태양전지 셀의 직렬배열 방향과 직각 방향으로 직렬 배열된 셀을 형성할 수 있다.
본 발명에서 태양전지 모듈은 수평방향과 수직방향이 각각 직렬 배열된 다이오드로 연결된 특성을 가진다.
본 발명에서 태양전지 모듈의 행과 열의 구조에서 직렬배열을 위한 행의 개수는 두 개 이상이되, 열을 개수보다 같거나 작다.
본 발명에서 직각 방향의 직렬 배열을 위한 레이저 가공 즉, 행으로 단위 셀을 형성하기 위한 가공은 종래의 열 방향의 레이저 가공과 동시에 진행될 수 있는데, 종래 열 방향 레이저 가공 후 행 방향 직렬배열의 레이저 가공 또는 그 반대의 레이저 가공 순서 모두 가능하다.
종적,횡적 또는 수평적, 수직적 단위 셀의 행렬 구조를 달성하기 위한 구체적인 공정방법은 첫째, 태양전지 모듈 자체를 90도 회전할 수 있는 기능, 둘째, 레이저 소스의 직각방향 양방향 구동 기능, 셋째, 수평방향 레이저 소스 및 직각 방향 레이저 소스를 동시에 구현 가능한 기능, 또는 넷째 상기 첫째 내지 셋째 기능 의 조합을 가진 기능으로 쉽게 구현할 수 있다.
본 발명에서 단위 셀을 형성하는 방법은 레이저 스크라이빙법이 주로 이용되지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니면 당업자라면 누구나 알 수 있는 공지의 박막 가공법이면 족할 것이다.
완성된 본 발명의 태양전지 모듈의 배선 방법은 양쪽 끝단의 셀을 종합하여 배선하는 방법 및 특정 셀 만을 선택하여 배선하는 방법이 모두 가능할 것인데, 적어도 두 개 이상의 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선을 구비한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서 복수 개의 단위 셀이 구성되어 하나의 행을 이룰 때 단위 셀이 배열되는 방향을 열 방향, 수평 방향, 가로 방향의 용어를 사용하였으며, 복수 개의 행이 구성될 때 행이 배열되는 방향을 행 방향, 수직 방향, 세로 방향의 용어로 사용하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 제조방법을 단계별로 평면도로서 나타낸 것이다. 상기 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 등가회로도는 도 4에 나타내었다.
도 3을 참조하면 최종적으로 완성된 박막형 태양전지 모듈의 구조는 2행 19열의 단위 셀로 배열된 구조로서, 종래의 태양전지 모듈의 레이저 스크라이빙 가공을 20회하여 열 방향 즉, 수평방향으로 셀을 19개 형성하고, 상기 열 방향에 직각방향으로 1회 레이저 스크라이빙 가공을 수행한 실시예이다.
구체적인 단계별로 살펴보면, 도 3에서 (a)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 첫 번째 단계인 투명전도산화물(TCO)층의 가공 단계와 가공 방향에 대한 직각방향으로 1회 TCO층을 레이저 가공한 것이다.
도 3의 (b)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 두 번째 단계인 반도체 층의 가공 단계와 가공 방향에 대한 직각방향으로 1회 반도체층을 레이저 가공한 것이다.
도 3의 (c)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 세 번째 단계인 후면전극층의 가공 단계와 1회의 직각방향 후면전극층의 레이저 가공을 추가한 평면도이다. 이 때 그 가공시 후면전극층과 반도체층이 함께 가공된다. 도 3의 (d)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 마지막 단계인 트리밍(Trimming) 공정으로 외곽의 절연성을 확보된 태양전지 모듈을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조공정을 통해 얻을 수 있는 태양전지 모듈의 다이오드 등가회로도를 나타낸 것인데, 단위 셀의 행의 개수만큼 일련의 직렬연결 다이오드 배열이 이중으로 중첩된 것이다.
이러한 구조는 종래 태양전지 모듈과 다르게 수평방향과 수직방향이 모두 직렬 배열된 2차원적(좌우/상하) 직렬배열 다이오드 등가회로를 구성한다.
따라서, 도 4의 (b)와 같이 태양전지 모듈의 특정 부분이 내부적 또는 외부적 요인에 의해 성능이 저하되거나 발전능력을 상실했을 때, 성능저하 부분의 주변 셀(도면에 의하면 검은 색으로 표시)들은 발전 전력을 기능 저하(상실) 다이오드 방향이 아닌 방향으로 직렬 전송 가능하여 모듈 전체의 태양전지 기능 상실을 하지 않는다.
즉 도 4의 (b)를 참조하면 검게 표시된 다이오드의 기능이 저하되었을 경우 하단의 열에서 발전이 진행되지 않고 상단의 행에 배열된 다이오드를 통해 발전이 진행된다.
도 3 및 도 4를 참조하면 본 발명의 직각방향 레이저 가공, 즉 단위 셀을 2행으로 형성하는 레이저 가공은 반드시 전체 태양전지 모듈의 중앙에 실시되지 않을 수도 있으며, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되거나 제한되지 않는다. 다만, 균일한 기전력을 얻을 수 있게 각 행을 구성하는 단위 셀들의 면적이 동일하도록 레이저 가공을 수행한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 제조방법을 단계별로 평면도로서 나타낸 것이다. 상기 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 등가회로도는 도 6에 나타내었다.
도 5를 참조하면 최종적으로 완성된 박막형 태양전지 모듈의 구조는 3행 19열의 단위 셀로 배열된 구조로서, 종래의 태양전지 모듈의 레이저 스크라이빙 가공을 20회하여 열 방향 즉, 수평방향으로 셀을 19개 형성하고, 상기 열 방향에 직각 방향으로 2회 레이저 스크라이빙 가공을 수행한 실시예이다.
구체적인 단계별로 살펴보면, 도 5에서 (a)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 첫 번째 단계인 투명전도산화물(TCO)층의 가공 단계와 가공 방향에 대한 직각방향으로 2회 TCO층을 레이저 가공한 것이다.
도 5의 (b)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 두 번째 단계인 반도체 층의 가공 단계와 가공 방향에 대한 직각방향으로 2회 반도체층을 레이저 가공한 것이다.
도 5의 (c)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 세 번째 단계인 후면전극층의 가공 단계와 2회의 직각방향 후면전극층의 레이저 가공을 추가한 평면도이다. 이 때 그 가공시 후면전극층과 반도체층이 함께 가공된다. 도 5의 (d)는 종래 태양전지 모듈의 레이저 가공 마지막 단계인 트리밍(Trimming) 공정으로 외곽의 절연성을 확보된 태양전지 모듈을 나타낸 것이다.
도 6은 도 5과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조공정을 통해 얻을 수 있는 태양전지 모듈의 다이오드 등가회로도를 나타낸 것인데, 단위 셀의 행의 개수만큼 일련의 직렬연결 다이오드 배열이 삼중으로 중첩된 것이다.
이러한 구조는 종래 태양전지 모듈과 다르게 수평방향과 수직방향이 모두 직렬 배열된 2차원적(좌우/상하) 직렬배열 다이오드 등가회로를 구성한다.
따라서, 도 6의 (b)와 같이 태양전지 모듈의 특정 부분이 내부적 또는 외부적 요인에 의해 성능이 저하되거나 발전능력을 상실했을 때, 성능저하 부분의 주변 셀(도면에 의하면 검은 색으로 표시)들은 발전 전력을 기능 저하(상실) 다이오드 방향이 아닌 방향으로 직렬 전송 가능하여 모듈 전체의 태양전지 기능 상실을 하지 않는다.
즉 도 6의 (b)를 참조하면 검게 표시된 다이오드의 기능이 저하되었을 경우 중앙단의 열에서 발전이 진행되지 않고 그 상단 또는 하단의 행에 배열된 다이오드를 통해 발전이 진행된다.
도 5 및 도 6을 참조하면 본 발명의 직각방향 레이저 가공, 즉 단위 셀을 3행으로 형성하는 레이저 가공은 반드시 전체 태양전지 모듈을 등분하도록 실시되지 않을 수도 있으며, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되거나 제한되지 않는다. 다만, 균일한 기전력을 얻을 수 있게 각 행을 구성하는 단위 셀들의 면적이 동일하도록 레이저 가공을 수행한다.
본 발명의 일 실시예는 반드시 상기의 예시된 실시예에 한정되는 것이 아니므로 태양전지 모듈의 단위 셀의 행은 2행 이상 복수 개의 행으로 배열될 수 있도록 레이저 가공할 수 있다. 다만, 행의 개수가 증가할수록 발전 면적이 감소되는 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하게는 단위 셀의 행의 개수가 열의 개수보다 크지 않아야 할 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 평면도로서, 18개의 열 방향(가로 방향)의 레이저 가공선과 18개의 행 방향(세로 방향) 레이저 가공선으로 제작되어 각각 19개의 직렬 연결된 셀로 구성된 열과 19개의 직렬 연결된 셀로 구성된 행으로 구성된 태양전지 모듈을 나타낸다. 상기 도 3 내지 도 6에 나 타난 실시예에서 알 수 있듯이 본 발명의 수직방향 레이저 가공선의 개수가 늘어남에 따라, 즉 단위 셀로 구성된 행의 개수가 늘어남에 따라 내부적 또는 외부적 요인에 의해 성능이 저하된 부분에 의한 사용불가 면적이 감소하여 태양전지 모듈의 안정성 확보에 막대한 기여를 할 수 있다.
특히 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 등가회로도로서, 단위 셀의 배열로 구성된 3개의 행을 가진 태양전지 모듈인데, 이는 2행으로 구성된 태양전지 모듈의 등가회로도를 나타낸 도 4에 비하여 단위 셀 하나의 면적이 감소하고 대신 많은 수의 단위 셀을 가지게 된다. 따라서 단위 셀 하나에 해당하는 다이오드의 기능이 저하될 때 전체 태양전지의 성능을 감소시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
그러나, 행 방향 레이저 가공선의 개수가 늘어남에 따라 발전면적이 선 폭만큼 감소하는 악영향도 예상할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 행 방향의 레이저 가공선의 개수를 1개 내지 종래 박막형 태양전지의 직렬배열 레이저 가공선의 개수, 즉 열 방향 레이저 가공선의 개수보다 많지 않은 것으로 한정한다. 열 방향의 직렬연결 레이저 가공선의 개수는 기판의 크기에 따라서 늘어나고 줄어들 수 있음으로 본 실시예에 의해 한정되거나 제한되지는 않는다.
본 발명에서 태양전지 모듈을 이루는 단위 셀의 배열에 관한 방향성의 의미가 기판의 회전으로 바뀔 수 있는 개념이므로 공정 순서는 다음의 경우가 모두 가능하다. 첫째, 열 방향의 레이저 가공 후 그 직각방향인 행 방향으로 레이저 가공하는 공정과 둘째, 행 방향으로 레이저 가공한 후 그 직각방향인 열 방향으로 레이 저 가공하는 공정이 모두 가능하다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈을 구현하기 위한 구체적인 공정방법은 다음이 가능하다. 첫째, 태양전지 모듈 내지 모듈을 올려둔 스테이지 자체의 회전기능을 이용한 공정과, 둘째, 가공용 레이저 소스의 수평 및 수직 양 방향으로의 구동기능을 이용한 공정과, 셋째, 수평방향 전용의 레이저 소스와 수직방향 전용의 레이저 소스를 동시 구동하는 기능을 이용한 공정, 및 상기 첫째 내지 셋째 기능의 조합을 가진 기능을 이용한 공정으로 쉽게 구현이 가능하다. 그러나 가공 방법은 상기 설명에 의해 본 발명이 한정되거나 제한되지는 않는다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 모듈의 2단자 배선도로서, 바이패스(bypass)가 구현된 태양전지 모듈의 배선 방법을 도시한다.
도 9를 참조하면 3행 19열로 배열된 단위 셀로 구성된 태양전지 모듈에서 한쪽 끝단의 단위 셀 3개를 종합하여 하나의 배선으로 선택하여 2단자를 배선하는 형태가 도시되었으며(a), 각 행의 특정 블록부분만을 선택하여 배선하는 형태(b) 및 특정 단위 셀을 선택하여 배선하는 형태(b)가 제시되었다. 특정 블록을 부분을 배선하는 방법 및 특정 셀을 선택하여 배선하는 방법의 상기 도면은 실시예일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되거나 제한되지는 않지만 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 일부 셀의 기능 저하로 인한 전체 태양전지 모듈의 특성이 저하되는 것을 방지하는 바이패스 기능을 구현함에 있어 별도의 바이패스 소자를 연결하거나 추가하는 공정이 없이도 태양전지 모듈의 구조만으로 바이패스 기능을 구현하는 효과가 있다.
따라서 바이패스 기능이 구비된 태양전지 모듈의 제조비용을 절감할 수 있고 생산성을 향상할 수 있어 제조업체의 능률향상 및 안정적인 제품을 사용하는 사용자의 편리성을 도모할 수 있어 산업적, 경제적으로 큰 파급 효과를 기대할 수 있다.
결과적으로 본 발명의 태양전지는 가정이나 공공주택, 농업용 하우스 등의 지붕이나 창문과 같은 건설자재 등 다양한 산업분야에 널리 보급하고 활용하는 것이 가능하며 경제적 고부가가치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 전기적으로 연결된 복수 개의 단위 셀에서 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선이 포함된 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전기적 연결은 직렬연결 또는 병렬연결인 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 복수 개의 단위 셀은 2 이상의 행(行)과 2 이상의 열(列)로 배열된 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 행을 구성하는 복수 개의 단위 셀의 면적은 동일한 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 2 이상의 행은 직렬연결, 병렬연결 및 직렬연결과 병렬연결의 혼합 중 어느 하나의 형태로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 행의 개수는 상기 열의 개수보다 같거나 적은 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 단위 셀의 형상은 직사각형인 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈.
  8. 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법에 있어서,
    전기적으로 연결된 복수 개의 단위 셀을 형성하는 단계; 및
    상기 복수 개의 단위 셀에서 적어도 두 개 이상의 단위 셀을 선택하여 하나의 단자로 배선한 2단자 배선을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 단위 셀의 형성단계는 기판 위에 적층된 투명전도층에 복수 개의 1차 셀을 형성하는 단계;
    상기 1차 셀 위에 반도체층을 적층하는 단계;
    상기 반도체층에 2차 셀을 형성하는 단계;
    상기 2차 셀 위에 후면전극층을 적층하는 단계; 및
    상기 후면전극층 및 반도체층에 3차 셀을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 1차, 2차 및 3차 셀은 2 이상의 행(行)과 2 이상의 열(列)로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 1차, 2차 및 3차 셀은 행으로 형성한 후 행 방향과 다른 방향으로 열을 형성하거나, 또는 열로 형성한 후 열 방향과 다른 방향으로 행을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 다른 방향은 직각방향인 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 행을 구성하는 셀의 면적은 동일한 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 행의 개수는 상기 열의 개수보다 같거나 적은 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 2단자 배선을 형성하는 단계 이전에 트리밍(Trimming) 공정을 더 추가하는 것을 특징으로 하는 박막형 광기전력 변환소자 모듈의 제조방법.
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