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KR20090121629A - 태양전지 셀 및 이를 이용하는 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 셀 및 이를 이용하는 태양전지 모듈 Download PDF

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KR20090121629A
KR20090121629A KR1020080047615A KR20080047615A KR20090121629A KR 20090121629 A KR20090121629 A KR 20090121629A KR 1020080047615 A KR1020080047615 A KR 1020080047615A KR 20080047615 A KR20080047615 A KR 20080047615A KR 20090121629 A KR20090121629 A KR 20090121629A
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KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
solar cell
solar cells
auxiliary
main
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Ceased
Application number
KR1020080047615A
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English (en)
Inventor
김윤기
이두열
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to DE102009020085A priority patent/DE102009020085A1/de
Priority to JP2009122174A priority patent/JP2009283940A/ja
Priority to US12/469,825 priority patent/US20090288702A1/en
Priority to TW098117164A priority patent/TW201001733A/zh
Priority to CNA2009101411077A priority patent/CN101587914A/zh
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Abstract

에너지 효율이 증가된 태양전지 모듈이 개시된다. 상기 태양전지 모듈은 프레임, 상기 프레임 상에 배열된 제 1 태양전지 셀들 및 상기 제 1 태양전지 셀들 보다 작은 크기의 제 2 태양전지 셀들을 포함한다. 상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 둘러싸이는 공간에 제공된다. 상기 제 1 태양전기 셀들은 실질적으로 원형이다. 상기 제 2 태양전지 셀들은 사각형이고 4개의 상기 제 1 태양전지 셀들 사이의 공간에 제공된다.
Figure P1020080047615
태양전지, 전극, 손실, 에너지 효율

Description

태양전지 셀 및 이를 이용하는 태양전지 모듈{SOLAR CELL AND SOLAR CELL MODULE USING THE SAME}
본 발명은 태양전지 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 받아들이는 전면에 전극들이 배치된 태양전지 셀 및 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 셀은 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지 셀의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.
일반적으로, 태양전지 셀의 P형 전극 및 N형 전극 중 적어도 하나는 기판의 후면(back surface)에 제공된다. 금속 전극이 기판의 전면(front surface)을 덮으면, 전극의 면적만큼 태양광을 흡수하지 못하여 발생하는 쉐이딩 손실(shading loss)이 증가되기 때문이다. 태양전지 셀은 원형의 실리콘 웨이퍼에 형성될 수 있다. 도 1을 참조하여, 일반적인 태양전지 모듈에서는, 원형의 실리콘 웨이퍼로 된 태양전지 셀들(2)이 프레임(1) 상에 행열의 매트릭스형으로 배열될 수 있다. 일반적인 태양전지 셀들의 배열에 의하면, 프레임 상에 상기 태양전지 셀들이 배치되지 않아 태양광을 받아들일 수 없는 영역, 즉 손실 영역(dead area)이 존재할 수 있다. 도 1에 도시된 태양전지 모듈은 20% 이상의 손실 영역을 가질 수 있다.
본 발명은 손실 영역을 줄여 에너지 효율을 증가시킬 수 있는 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 태양전지 셀이 제공된다. 상기 태양전지 셀은 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 갖는 원형의 태양전지 기판; 상기 태양전지 기판의 전면에 제공된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및 상기 태양전지 기판의 가장자리에 제공되고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 연결되어 전력을 외부로 출력하는 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 방사선 형태로 배열된 부분을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극은: 상기 태양전지 기판의 가장자리를 따라 제공되고 열린 원형의 제 1 주전극부; 및 상기 제 1 주전극부로부터 상기 태양전지 기판의 중앙을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 보조 전극부들을 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극은: 상기 태양전지 기판의 중앙에 원형의 제 2 주전극부; 및 상기 제 2 주전극부로부터 상기 태양전지 기판의 가장자리로 향하여 신장하는 복수개의 제 2 보조 전극부들을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 제 1 보조 전극부들과 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들은 서로 교차되도록 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극 패드는 상기 제 1 주전극부에 접촉하고, 상기 제 2 전극 패드는 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들 중 하나에 접촉할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 태양전지 기판의 가장자리는 상기 가장자리의 일측으로부터 상기 일단에 대향하는 타측을 잇는 지름에 의하여 구분되는, 서로 마주보는, 한 쌍의 반원 둘레들을 가질 수 있다. 상기 제 1 전극은 하나의 반원 둘레에 제공되는 제 1 주전극부와 상기 제 1 주전극부로부터 그것의 반대편을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 가지 전극부들을 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극은 상기 하나의 반원 둘레를 마주보는 다른 반원 둘레에 제공되는 제 2 주전극부와 상기 제 2 주전극부로부터 그것의 반대편을 향하여 신장하는 복수개의 제 2 가지 전극부들을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 태양전지 기판의 가장자리는 상기 가장자리의 일측으로부터 상기 일단에 대향하는 타측을 잇는 지름에 의하여 구분되는, 서로 마주보는, 한 쌍의 반원 둘레들을 가질 수 있다. 상기 제 1 전극은 하나의 반원 둘레에 제공되는 제 1 주전극부와 상기 제 1 주전극부의 상기 일측에 인접한 말단으로부터 상기 타측을 향하여 신장하는 제 1 보조 전극부를 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극은 상기 하나의 반원 둘레를 마주보는 다른 반원 둘레에 제공되는 제 2 주전극부와 상기 제 2 주전극부의 상기 타측에 인접한 말단으로부터 상기 일측을 향하여 신장하는 제 2 보조 전극부를 포함할 수 있다. 상기 제 2 보조 전극부는 상기 제 1 주전극부와 상기 제 1 보조 전극부 사이에 제공되고, 상기 제 1 보조 전극부는 상기 제 2 주전극부와 상기 제 2 보조 전극부 사이에 제공되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극은 상기 제 1 주전극부와 상기 제 1 보조 전극부로부터 상기 제 2 전극을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 가지 전극부들을 더 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 주전극부와 상기 제 2 보조 전극부로부터 상기 제 1 전극을 향하여 신장하는 복수개의 제 2 가지 전극부들을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 주전극부와 상기 제 2 보조 전극부, 상기 제 2 보조 전극부와 상기 제 1 보조 전극부, 및 상기 제 1 보조 전극부 및 상기 제 2 주전극부 사이의 거리들은 서로 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 태양전지 모듈이 제공된다. 상기 태양전지 모듈은 프레임; 상기 프레임 상에, 배열된 제 1 태양전지 셀들; 및 상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 둘러싸이는 공간에 제공된, 상기 제 1 태양전지 셀들 보다 작은 크기의 제 2 태양전지 셀들을 포함할 수 있다.
상기 제 1 태양전지 셀들은 실질적으로 원형일 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들은 사각형이고, 4개의 상기 제 1 태양전지 셀들 사이의 공간에 제공될 수 있다. 상기 태양전지 모듈은 상기 제 2 태양전지 셀들이 대각선을 따라 절단된 형상을 갖는 삼각형의 제 3 태양전지 셀들을 더 포함할 수 있다. 상기 제 3 태양전지 셀들은 상기 프레임 가장자리에서 2개의 상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 상기 프레임이 노출된 공간에 제공될 수 있다.
상기 태양전지 모듈은 프레임; 상기 프레임 상에 배열되고, 전면 및 상기 전 면을 마주보는 후면을 갖고, 상기 전면에 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 복수개의 제 1 태양전지 셀들; 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 연결되고, 상기 프레임과 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들 사이에서 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들이 배열된 일 방향으로 연장되는 서로 평행한 제 1 출력선 및 제 2 출력선을 포함할 수 있다.
상기 태양전지 모듈은 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들의 가장자리에 제공되어, 상기 제 1 전극 및 상기 제 1 출력선을 연결하는 제 1 전극 패드, 및 상기 제 2 전극 및 상기 제 2 출력선을 연결하는 제 2 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 태양전지 모듈은 상기 프레임 상에, 상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 둘러싸이는 공간에 제공되고, 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 갖고, 상기 전면에 제 3 전극 및 제 4 전극을 갖고, 상기 제 1 태양전지 셀들 보다 작은 크기의 제 2 태양전지 셀들을 포함할 수 있다. 상기 제 1 출력선은 상기 제 4 전극에 연결되고, 상기 제 2 출력선은 상기 제 3 전극에 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양전지 모듈의 손실 영역(dead area)을 줄일 수 있다. 특히, 태양전지 셀들의 P형 전극 및 N형 전극 모두가 상기 태양전지 셀들의 전면에 제공되기 때문에, 공간의 손실을 최소화하도록 상기 연결 와이어들, 상기 연결탭들 및 상기 출력선들을 배치할 수 있다. 때문에, 태양전지 모듈의 에너지 효율이 증가될 수 있다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 하나의 실시예에서 어떤 구성요소를 설명하는 도면 부호는 다른 실시예에서 유사한 구성요소를 설명하는 것에 동일하게 사용될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 셀들, 더욱 상세하게는 태양전지 셀들의 전면에 제공되는 전극들의 배치가 설명된다. 상기 태양전지 셀들은 태양광을 받아들이는 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 갖는 원형의 태양전지 기판(10), 상기 태양전지 기판의 전면에 제공된 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(30), 및 상기 태양전지 기판의 가장자리에 제공되는 제 1 전극 패드(42) 및 제 2 전극 패드(44)를 포함할 수 있다. 상기 태양 전지 기판(10)은 도 10을 참조하여 후술하는 태양전지 셀의 구조를 가질 수 있다. 상기 제 1 전극 패드(42) 및 제 2 전극 패드(44)는 각각 상기 제 1 전극(20) 및 상기 제 2 전극(30)에 연결되어 전력을 외부로 출력할 수 있다. 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 각각, 예를 들면 P형 전극 및 N형 전극일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀은 상기 제 1 전극(20) 및 상기 제 2 전극(30)이 방사선 형태로 배열된 부분을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 전극(20)은 상기 태양전지 기판(10)의 가장자리를 따라 제공되고 원형의 제 1 주전극부(21), 및 상기 제 1 주전극부로부터 상기 태양전지 기판의 중앙을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 보조 전극부들(23)을 포함할 수 있다. 상기 원형은 열린 것일 수 있다. 상기 제 2 전극(30)은 상기 태양전지 기판(10)의 중앙에 원형의 제 2 주전극부(31), 및 상기 제 2 주전극부(31)로부터 상기 태양전지 기판의 가장자리로 향하여 신장하는 복수개의 제 2 보조 전극부들(33)을 포함할 수 있다. 상기 원형은 열린 것일 수 있다. 상기 복수개의 제 1 보조 전극부들(23)과 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들(33)은 서로 교차되도록 배치될 수 있다. 상기 태양전지 기판의 중앙으로부터 가장자리로 갈수록, 상기 복수개의 제 1 보조 전극부들(23)과 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들(33) 사이의 거리는 멀어질 수 있다. 상기 제 1 보조 전극부들(23)로부터 상기 제 2 보조 전극부들(33)을 향하 는 복수개의 제 1 가지 전극부들(미도시)이 추가적으로 제공될 수 있다. 상기 제 2 보조 전극부들(33)로부터 상기 제 1 보조 전극부들(23)를 향하는 복수개의 제 2 가지 전극부들(미도시)이 추가적으로 제공될 수 있다. 상기 복수개의 제 1 가지 전극부들(미도시)과 상기 복수개의 제 2 가지 전극부들(미도시)은 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극 패드(42)는 상기 제 1 주전극부(21)에 접촉하고, 상기 제 2 전극 패드(44)는 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들(33) 중 하나에 접촉할 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 셀이 설명된다. 도 2를 참조하여 설명된 일 실시예에 따른 태양전지 셀과 동일한 구성요소의 설명은 생략될 수 있다. 상기 태양전지 기판(10)의 가장자리는 상기 가장자리의 일측(A)으로부터 상기 일측에 대향하는 타측(B)을 잇는 지름에 의하여 구분되는, 서로 마주보는, 한 쌍의 반원 둘레들(C1, C2)을 가지는 것으로 이해될 수 있다. 상기 제 1 전극(20)은 하나의 반원 둘레(C1)에 제공되는 제 1 주전극부(21)와 상기 제 1 주전극부(21)로부터 그것의 반대편을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 가지 전극부들(25)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(30)은 상기 하나의 반원 둘레를 마주보는 다른 반원 둘레에 제공되는 제 2 주전극부(31)와 상기 제 2 주전극부로부터 그것의 반대편을 향하여 신장하는 복수개의 제 2 가지 전극부들(35)을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 제 1 가지 전극부들(25)과 상기 복수개의 제 2 가지 전극부들(35)은 서로 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극 패드(42)는 상기 제 1 주전극부(21)에 접촉하고, 상기 제 2 전극 패드(44)는 상기 제 2 주전극부(31)에 접촉할 수 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지 셀이 설명된다. 도 2를 참조하여 설명된 일 실시예에 따른 태양전지 셀과 동일한 구성요소의 설명은 생략될 수 있다. 상기 태양전지 기판(10)의 가장자리는 상기 가장자리의 일측(A)으로부터 상기 일측에 대향하는 타측(B)을 잇는 지름에 의하여 구분되는, 서로 마주보는, 한 쌍의 반원 둘레들(C1, C2)을 가지는 것으로 이해될 수 있다. 상기 제 1 전극(20)은 하나의 반원 둘레(C1)에 제공되는 제 1 주전극부(21)와 상기 제 1 주전극부의 상기 일측(A)에 인접한 말단으로부터 상기 타측(B)을 향하여 신장하는 제 1 보조 전극부(23)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(30)은 상기 하나의 반원 둘레를 마주보는 다른 반원 둘레(C2)에 제공되는 제 2 주전극부(31)와 상기 제 2 주전극부의 상기 타측(B)에 인접한 말단으로부터 상기 일측(A)을 향하여 신장하는 제 2 보조 전극부(33)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 보조 전극부(33)는 상기 제 1 주전극부(21)와 상기 제 1 보조 전극부(23) 사이에 제공되고, 상기 제 1 보조 전극부(23)는 상기 제 2 주전극부(31)와 상기 제 2 보조 전극부(33) 사이에 제공되어, 상기 제 1 전극(20)과 상기 제 2 전극(30)은 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 주전극부(21)와 상기 제 2 보조 전극부(33), 상기 제 2 보조 전극부(33)와 상기 제 1 보조 전극부(23), 및 상기 제 1 보조 전극부(23) 와 상기 제 2 주전극부(31) 사이의 거리들은 서로 동일할 수 있다.
상기 제 1 전극(20)은 상기 제 1 주전극부(21)와 상기 제 1 보조 전극부(23) 로부터 상기 제 2 전극(30)을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 가지 전극부들(25)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 전극(30)은 상기 제 2 주전극부(31)와 상기 제 2 보조 전극부(33)로부터 상기 제 1 전극(20)을 향하여 신장하는 복수개의 제 2 가지 전극부들(35)을 더 포함할 수 있다. 상기 복수개의 제 1 가지 전극부들(25)과 상기 복수개의 제 2 가지 전극부들(35)은 서로 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극 패드(42)는 상기 제 1 주전극부(21)에 접촉하고, 상기 제 2 전극 패드(44)는 상기 제 2 주전극부(31)에 접촉할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 태양전지 셀들이 설명된다. 도 5를 참조하면, 사각형의 태양전지 셀이 제공된다. 상기 태양전지 셀의 네 변의 길이는 동일할 수 있다. 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(30)이 사각형의 태양전지 셀의 전면에 제공된다. 상기 제 1 전극(20)은 제 1 주전극부(21) 및 제 1 보조 전극부(23)로 구성될 수 있다. 상기 제 2 전극(30)은 제 2 주전극부(31) 및 제 2 보조 전극부(33)로 구성될 수 있다. 상기 제 1 주전극부(21) 및 상기 제 2 주전극부(31)는 마주보는 한 쌍의 가장자리들에 각각 제공될 수 있다. 상기 제 1 보조 전극부(23)는 상기 제 1 주전극부(21)로부터 상기 제 2 주전극부를 향하여 연장될 수 있다. 상기 제 2 보조 전극부(33)는 상기 제 2 주전극부(31)로부터 상기 제 1 주전극부를 향하여 연장될 수 있다. 상기 제 1 보조 전극부(23) 및 상기 제 2 보조 전극부(33)는 서로 교차되도록 제공될 수 있다. 상기 제 1 전극 패드(42)는 상기 제 1 주전극부(21)에 접촉하고, 상기 제 2 전극 패드(44)는 상기 제 2 주전극부(31)에 접촉할 수 있다.
도 6을 참조하면, 삼각형의 태양전지 셀이 제공된다. 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(30)이 삼각형의 태양전지 셀의 전면에 제공된다. 상기 제 1 전극(20)은 제 1 주전극부(21) 및 제 1 보조 전극부(23)로 구성될 수 있다. 상기 제 2 전극(30)은 제 2 주전극부(31) 및 제 2 보조 전극부(33)로 구성될 수 있다. 상기 제 1 주전극부(21) 및 상기 제 2 주전극부(31)는 인접한 한 쌍의 가장자리들에 각각 제공될 수 있다. 상기 제 1 보조 전극부(23)은 상기 제 1 주전극부(21)로부터 상기 제 2 주전극부를 향하여 연장될 수 있다. 상기 제 2 보조 전극부(33)는 상기 제 2 주전극부(31)로부터 상기 제 1 주전극부를 향하여 연장될 수 있다. 상기 제 1 보조 전극부(23) 및 상기 제 2 보조 전극부(33)는 서로 교차되도록 제공될 수 있다.
도 7a, 도 7b, 도 9a 및 도 9b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 태양전지 모듈(100)이 설명된다. 상기 태양전지 모듈(100)은 프레임(101), 상기 프레임 상에 배열된 제 1 태양전지 셀들(110), 및 상기 제 1 태양전지 셀들(110)과 다른 모양 또는 크기를 갖는 제 2 태양전지 셀들(120)을 포함할 수 있다. 상기 태양전지 셀들은 상기 프레임(101) 상의 지지부(103)에 의해 지지될 수 있다. 상기 제 1 태양전지 셀들(110)은 행열을 갖는 매트릭스형으로 배열될 수 있다.
상기 제 1 태양전기 셀들(110)은 실질적으로 원형으로, 예를 들면 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 것들일 수 있다. 상기 제 1 태양전지 셀들(110)은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼에 태양전지 셀이 형성된 것일 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들(120)은 상기 제 1 태양전지 셀들(110) 보다 작은 크기를 가질 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들(120)은 사각형이고, 4개의 상기 제 1 태양전지 셀들(110)에 의해 둘러싸이는 공간에 제공될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들(120)은, 예를 들면 도 5를 참조하여 설명한 것일 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들(120)이 대각선을 따라 절단된 형상을 갖는 삼각형의 제 3 태양전지 셀들(130)이 추가적으로 제공될 수 있다. 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은, 예를 들면 도 6을 참조하여 설명된 것일 수 있다. 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은 상기 프레임 가장자리에서 2개의 상기 제 1 태양전지 셀들(110)에 의해 상기 프레임이 노출된 공간에 제공될 수 있다. 상기 제 1 태양전지 셀들(110)의 직경이, 예를 들어 8인치이면 상기 제 2 태양전지 셀들(120)의 한변의 길이는 3.2인치일 수 있다. 상기 제 1 태양전지 셀들(110)의 직경이, 예를 들어 12인치이면 상기 제 2 태양전지 셀들(120)의 한변의 길이는 5인치일 수 있다.
상기 제 1 태양전기 셀들(110), 상기 제 2 태양전지 셀들(120) 및 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은 태양광을 받아들이는 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 가질 수 있다. 상기 전면에 제 1 전극 및 제 2 전극, 예를 들면 P형 전극 및 N형 전극이 제공될 수 있다. 상기 태양전지 셀들의 전극 배치는 전술한 도 2 내지 도 6를 참조할 수 있다. 더불어 상기 태양전지 셀들의 보다 상세한 예는 후술하는 도 10을 참조할 수 있다.
상기 태양전지 모듈(100)은 상기 제 1 전극(미도시) 및 상기 제 2 전극(미도시)에 각각 연결되는 제 1 전극 패드(111, 121, 131) 및 제 2 전극 패드(112, 122, 132)가 상기 태양전지 셀들(110, 120, 130)의 가장자리에 제공될 수 있다. 서로 평행한 제 1 출력선(141) 및 제 2 출력선(142)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 출력 선(141) 및 상기 제 2 출력선(142)은 상기 프레임(110)과 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들(110) 사이에서, 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들이 배열된 일 방향으로 신장할 수 있다. 상기 제 1 전극 패드(111, 121, 131)는 제 1 연결 와이어(144) 및 제 1 연결탭(145)을 통하여, 상기 제 1 전극 및 상기 제 1 출력선(141)을 연결할 수 있다. 상기 제 2 전극 패드(112, 122, 132)는 제 2 연결 와이어(146) 및 제 2 연결탭(147)을 통하여, 상기 제 2 전극 및 상기 제 2 출력선(142)을 연결할 수 있다. 상기 연결탭들(145, 147)은 상기 태양전지 셀들 사이의 공간에서, 상기 제 1 출력선(141) 및 상기 제 2 출력선(142) 상에 전기적으로 접촉하여 제공될 수 있다.
상기 프레임(101) 일측의 가장자리에는 제 1 터미널(148)이, 상기 프레임(101) 타측의 가장자리에는 제 2 터미널(149)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 터미널(148) 및 상기 2 터미널(149)은 각각 상기 제 1 출력선(141) 및 상기 제 2 출력선(142)의 말단에 연결되어 외부로 전력을 출력할 수 있다.
상기 태양전지 셀들 상에 유리로 된 커버(105)가 제공되어, 상기 태양전질 셀들을 보호할 수 있다. 상기 커버(105)와 상기 프레임(101) 사이에는 EVA(ethyl vinyl acetate) 시트(107)가 제공될 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예들에 따른 태양전지 셀들의 배열에 의하면, 손실 영역(dead area)을 5% 이하로 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 태양전지 셀들의 P형 전극 및 N형 전극 모두가 상기 태양전지 셀들의 전면에 제공되기 때문에, 공간의 손실을 최소화하도록 상기 연결 와이어들, 상기 연결탭들 및 상기 출력선들을 배치할 수 있다. 때문에, 태양전지 모듈의 에너지 효율이 증가될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 셀들(120)은 전술한 바와 같은 사각형인 것에 한정되지 않고, 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은 삼각형인 것에 한정되지 않을 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들(120) 및 상기 제 3 태양전지 셀들(130)의 모양 및 크기는 상기 제 1 태양전지 셀들(110)에 의하여 상기 프레임이 노출된 공간에 제공될 수 있도록 다양하게 변경될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 셀들(120)은 원형또는 삼각형일 수 있다. 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은 반원형일 수 있다. 예를 들면, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 제 2 태양전지 셀들(120)은 원형이고, 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은 반원형일 수 있다. 상기 제 3 태양전지 셀들(130)은 상기 제 2 태양전지 셀들(120)이 지름을 따라 절단된 반원형일 수 있다. 이 경우, 손실 영역은 8.5% 일 수 있다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 셀의 예가 설명된다. 상기 태양전지 셀은 태양광을 받아들이는 전면 및 상기 전면에 마주하는 후면을 갖는 제 1 도전형의 반도체 기판(210)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판(210)의 전면은 규칙적으로 역 피라미드 패턴의 요철구조를 가지도록 텍스처링될 수 있다. 역 피라미드 패턴의 요철구조로 형성하는 것은 평평한 구조에 비해 입사하는 빛의 흡수율을 향상시키기 위함이다. 상기 태양전지 셀은 상기 반도체 기판(210) 상의 상기 제 1 도전형에 반대되는 제 2 도전형의 반도체층(220) 및 상기 반도체층(220) 상의 반사 방지막(231)을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판(210)은 단결정질 실리콘으로 구성되고, 상기 반도체층(220)은 비정질 실리콘으로 구성될 수 있다. 상기 제 1 도전형은 P형이고, 상기 제 2 도전형은 N형 일 수 있다. pn 접합(PN)이 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210)과 상기 제 2 도전형의 반도체층(220) 사이의 계면에 인접하여 제공될 수 있다. 상기 pn 접합은 상기 계면에 인접한 상기 반도체 기판(210)에 제공될 수 있다. 상기 pn 접합은 얕은 깊이의 접합(shallow junction)일 수 있고, 그 깊이는 수Å 내지 1000Å, 예를 들면 600Å인 것이 바람직하다. 때문에, 전자의 이동 거리가 최소화되고, 전자가 재결합에 의하여 소실되는 것이 감소할 수 있다.
상기 반도체층(220)은 상기 제 2 도전형의 불순물 이온이 고농도로 도핑된 것일 수 있다. 상기 반도체층(220)은 대략 1019 ~ 1021/㎤의 불순물 이온 농도를 가질 수 있다. 도 11을 참조하면, 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210)은 상기 제 2 도전형의 반도체층(220)에 접하는 그의 상부(upper portion)에 상기 제 2 도전형의 불순물 이온이 고농도로 도핑된 계면 영역(210a)을 가질 수 있다. 상기 게면 영역(210a)은 상기 제 2 도전형의 반도체층(220)의 불순물 이온이 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210)으로 확산하여 형성된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 기판(210)은 그 하부(lower portion)의 상기 제 1 도전형의 기저 영역(210b)과 그 상부(upper portion)의 상기 제 2 도전형의 계면 영역(210a)을 포함할 수 있다. 상기 pn 접합은 상기 제 2 도전형의 계면 영역(210a)과 상기 제 1 도전형의 기저 영역(210b) 사이에 제공될 수 있다. 상기 계면 영역(210a)은 상기 반도체층(220)의 불순물보다 낮은 농도를 가질 수 있다.
상기 계면 영역(210a) 및 상기 반도체층(220)은 제 2 도전성 영역(222)으로 명명될 수 있다. 상기 제 2 도전성 영역(222)은 순차적으로 불순물의 농도가 증가할 수 있다. 나아가, 본 발명은 제 2 도전형의 비정질 반도체층(220)과 제 1 도전형의 결정질 반도체 기판(210) 사이의 이종 접합을 사용하므로, 보다 넓은 파장대의 빛을 받아들일 수 있다.
상기 반사 방지막(231)은 막의 광학적 두께가 입사광의 1/4 파장이 되면 무반사 코팅이 되며 반사율을 보다 줄일 수 있다. 상기 반사 방지막(231)은 단일 막에 의한 두께 오차를 줄이기 위하여 2층 막으로 구성될 수 있다. 상기 반사 방지막(231)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 상기 반사 방지막(231)은 태양전지의 전면을 보호할 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 상기 태양전지 셀은 상기 반도체 기판(210)의 전면에, 상기 제 1 도전형의 반도체 기판의 기저 영역(210b)에 전기적으로 연결되는 제 1 전극(241) 및 상기 제 2 도전형의 반도체층(220)에 전기적으로 연결되는 제 2 전극(243)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 전극(241)은 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210)의 기저 영역(210b)을 노출하는 제 1 홈(trench, 216)에 형성될 수 있다. 상기 제 2 전극(243)은 상기 제 2 도전형의 반도체층(220)을 노출하고 상기 제 1 홈(216)보다 얕은 깊이를 갖는 제 2 홈(218)에 형성될 수 있다. 상기 제 2 홈의 바닥면은 상기 반도체 기판(210)의 상부면 보다 높아 상기 반도체 기판(210)을 노출하지 않을 수 있다. 상기 제 1 홈의 깊이는 상기 반도체 기판(210)의 두께 보다 작으면 충분하지만, 바람직하게는 상기 두께의 2/3 정도 이하인 것이 바람직하다. 상기 홈들의 폭은 대략 1 ㎛ 이하일 수 있다.
절연막 스페이서(215)가 상기 제 1 홈(216)의 상부(213) 측벽에, 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210)의 기저 영역(210b)을 노출하도록 제공될 수 있다. 상기 절연막 스페이서(215)는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 적층막일 수 있다. 상기 절연막 스페이서(215)는 상기 제 2 도전형의 반도체층(220)으로부터 상기 제 1 전극(241)을 이격시켜 상기 제 2 도전형의 반도체층(220)과 상기 제 1 전극(241)의 직접적인 접촉을 방지할 수 있다. 상기 절연막 스페이서(215)의 깊이는 적어도 상기 pn 접합의 깊이 이상일 수 있다. 상기 제 1 홈(216)은 상기 절연막 스페이서(215)의 측벽과 공면을 갖고 상기 후면을 향하여 연장하는 연장 홈(214)을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극(241)과 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210)의 기저 영역(210b) 사이의 접촉저항 감소를 위하여 상기 제 1 홈의 측벽 및 바닥면에 고농도의 제 1 도전형 불순물층(217)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 도전형 불순물층(217)은 상기 절연막 스페이서(215)에 의하여 노출된 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(210), 즉 상기 연장 홈(214)에 제공될 수 있다.
상기 제 1 전극(241) 및 상기 제 2 전극(243)은 Al, Cu, Ni, W, Ti, TiN, WN 또는 금속 실리사이드막의 적층막일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 전극(241) 및 상기 제 2 전극(243)은 Ti/TiN/Al 또는 Ti/TiN/W 일 수 있다. 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 서로 교차되도록 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극(241)이 상기 제 1 홈(216)에 형성되는 것에 의하여, 상기 제 1 전극과 상기 반도체 기판(210)의 기저 영역(210b)과의 접촉 면적이 증가될 수 있 다. 접촉 저항 및 면저항이 감소할 수 있다. 또한, 전자가 상기 제 1 전극(241)에 포획되기 용이할 수 있으므로, 에너지 효율이 증가될 수 있다.
상기 반도체 기판(210)의 후면에, 후면 전계 불순물층(211)이 제공될 수 있다. 상기 후면 전계 불순물층(211)은 전류의 수집을 향상시키는 후면 전계(back surface field: BSF)로서의 역할을 할 수 있다. 상기 후면 전계 불순물층(211)은 제 1 도전형의 불순물이 고농도로 도핑된 것일 수 있다. 본 발명의 사상에 의하면, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 모두가 상기 반도체 기판의 전면에 제공되기 때문에, 상기 후면 전계 불순물층(211)은 형성되지 않을 수 있다. 상기 제 1 도전형의 반도체 기판(110)의 후면, 예를 들면 후면 전계 불순물층(111) 전체를 덮는 보호 절연막(232)이 제공될 수 있다. 상기 보호 절연막(232)은 상기 절연막 스페이서(215)와 동일한 물질일 수 있다. 상기 보호 절연막(232)은 상기 반도체 기판(231)의 전면으로 입사하여 상기 반도체 기판은 통과한 빛이, 상기 반도체 기판의 후면을 통하여 투과되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 보호 절연막(232)은 상기 빛을 상기 전면으로 반사할 수 있다. 상기 보호 절연막(232)에 의하여 반사된 빛은 상기 반사 방지막(231)에 의하여 재반사되어 상기 반도체 기판 내부에 가두어 질 수 있다. 일반적인 태양전지와는 달리, 본 발명에 의하면 제 1 전극 및 제 2 전극이 상기 반도체 기판의 전면에 제공되기 때문에 상기 보호 절연막(232)에 상기 반도체 기판을 노출하는 부분이 생성되지 않을 수 있다. 상기 빛의 반사가 상기 반도체 기판 후면 전체에서 이루어지므로, 반사율이 보다 효율적으로 증가될 수 있다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 태양전지를 사용하는 태양광 발전 시스템이 설명된다. 본 발명에 따른 태양전지(100) 하나는 일반적으로 약 0.5V의 전압을 출력하므로, 복수개의 태양전지를 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 사용범위에 맞는 전압을 얻을 수 있도록 태양전지 모듈(200)을 구성한다. 프레임에 복수개의 태양전지 모듈을 설치하여, 태양전지 어레이(300)를 구성할 수 있다. 상기 태양전지 어레이(300)는 프레임(미도시)에 고정되어, 태양광을 잘 쪼이도록 남쪽을 향해서 일정한 각도를 갖도록 설치될 수 있다.
상기 태양광 발전 시스템은 상기 태양전지 어레이(300) 및 상기 태양전지 어레이(300)로부터 전력을 공급받아 외부로 송출하는 전력 제어장치(400)를 포함할 수 있다. 상기 전력 제어장치(400)는 출력장치(410), 축전장치(420), 충방전 제어장치(430), 시스템 제어장치(440)를 포함할 수 있다. 상기 출력장치(410)는 전력 변환장치(412)와 계통연계장치(grid connect system, 414)를 포함할 수 있다. 상기 전력 변환장치(Power Conditioning System: PCS, 412)는 상기 태양전지 어레이(300)로부터의 직류 전력을 교류 전력을 변환하는 인버터일 수 있다. 상기 계통연계장치(414)는 다른 전력 계통(500)과의 접속을 매개할 수 있다. 태양광은 밤에는 존재하지 않고 흐린 날에는 적게 비추기 때문에, 발전 전력이 감소할 수 있다. 상기 축전장치(420)는 발전 전력이 일기에 따라 변화되지 않도록 전기를 저장할 수 있다. 상기 충방전 제어장치(430)는 상기 태양전지 어레이(300)로부터의 전력을 상기 축전장치(420)에 저장하거나, 상기 축전장치(420)에 저장된 전기를 상기 출력장치(410)로 출력할 수 있다. 상기 시스템 제어장치(440)는 상기 출력장치(410), 상 기 축전장치(420) 및 상기 충방전 제어장치(430)를 제어할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈을 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 셀들을 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 태양전지 셀들을 도시한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예들에 따른 태양전지 모듈을 도시한다.
도 7b는 도 7a의 일부분을 확대한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양전지 모듈을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 각각 도 7의 I-I' 선 및 II-II'선에 따른 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 셀의 예를 도시한다.
도 11은 도 10의 A 부분을 확대한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 모듈을 사용하는 태양광 발전 시스템의 일 예를 도시한다.

Claims (18)

  1. 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 갖는 원형의 태양전지 기판;
    상기 태양전지 기판의 전면에 제공된 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
    상기 태양전지 기판의 가장자리에 제공되고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 연결되어 전력을 외부로 출력하는 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드를 포함하는 태양전지 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 방사선 형태로 배열된 부분을 갖는 태양전지 셀.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 전극은:
    상기 태양전지 기판의 가장자리를 따라 제공되고 원형의 제 1 주전극부; 및
    상기 제 1 주전극부로부터 상기 태양전지 기판의 중앙을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 보조 전극부들을 포함하는 태양전지 셀.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 전극은:
    상기 태양전지 기판의 중앙에 원형의 제 2 주전극부; 및
    상기 제 2 주전극부로부터 상기 태양전지 기판의 가장자리로 향하여 신장하는 복수개의 제 2 보조 전극부들을 포함하는 태양전지 셀.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수개의 제 1 보조 전극부들과 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들은 서로 교차되도록 배치된 태양전지 셀.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 전극 패드는 상기 제 1 주전극부에 접촉하고, 상기 제 2 전극 패드는 상기 복수개의 제 2 보조 전극부들 중 하나에 접촉하는 태양전지 셀.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 기판의 가장자리는 상기 가장자리의 일측으로부터 상기 일단에 대향하는 타측을 잇는 지름에 의하여 구분되는, 서로 마주보는, 한 쌍의 반원 둘레들을 가지고,
    상기 제 1 전극은 하나의 반원 둘레에 제공되는 제 1 주전극부와 상기 제 1 주전극부로부터 그것의 반대편을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 가지 전극부들을 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 하나의 반원 둘레를 마주보는 다른 반원 둘레에 제공되는 제 2 주전극부와 상기 제 2 주전극부로부터 그것의 반대편을 향하여 신장 하는 복수개의 제 2 가지 전극부들을 포함하는 태양전지 셀.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 기판의 가장자리는 상기 가장자리의 일측으로부터 상기 일단에 대향하는 타측을 잇는 지름에 의하여 구분되는, 서로 마주보는, 한 쌍의 반원 둘레들을 가지며,
    상기 제 1 전극은 하나의 반원 둘레에 제공되는 제 1 주전극부와 상기 제 1 주전극부의 상기 일측에 인접한 말단으로부터 상기 타측을 향하여 신장하는 제 1 보조 전극부를 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 하나의 반원 둘레를 마주보는 다른 반원 둘레에 제공되는 제 2 주전극부와 상기 제 2 주전극부의 상기 타측에 인접한 말단으로부터 상기 일측을 향하여 신장하는 제 2 보조 전극부를 포함하고,
    상기 제 2 보조 전극부는 상기 제 1 주전극부와 상기 제 1 보조 전극부 사이에 제공되고, 상기 제 1 보조 전극부는 상기 제 2 주전극부와 상기 제 2 보조 전극부 사이에 제공되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 서로 교차되도록 배치되는 태양전지 셀.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 주전극부와 상기 제 1 보조 전극부로부터 상기 제 2 전극을 향하여 신장하는 복수개의 제 1 가지 전극부들을 더 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 주전극부와 상기 제 2 보조 전극부로부터 상기 제 1 전극을 향하여 신장하는 복수개의 제 2 가지 전극부들을 더 포함하는 태양전지 셀.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 주전극부와 상기 제 2 보조 전극부, 상기 제 2 보조 전극부와 상기 제 1 보조 전극부, 및 상기 제 1 보조 전극부 및 상기 제 2 주전극부 사이의 거리들은 서로 동일한 태양전지 셀.
  11. 프레임;
    상기 프레임 상에, 배열된 제 1 태양전지 셀들; 및
    상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 둘러싸이는 공간에 제공된, 상기 제 1 태양전지 셀들 보다 작은 크기의 제 2 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 모듈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 태양전지 셀들은 실질적으로 원형인 태양전지 모듈.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 2 태양전지 셀들은 사각형이고, 4개의 상기 제 1 태양전지 셀들 사이의 공간에 제공되는 태양전지 모듈.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2 태양전지 셀들이 대각선을 따라 절단된 형상을 갖는 삼각형의 제 3 태양전지 셀들을 더 포함하고, 상기 제 3 태양전지 셀들은 상기 프레임 가장자리에서 2개의 상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 상기 프레임이 노출된 공간에 제공되는 태양전지 모듈.
  15. 프레임;
    상기 프레임 상에 배열되고, 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 갖고, 상기 전면에 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 복수개의 제 1 태양전지 셀들; 및
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 연결되고, 상기 프레임과 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들 사이에서 상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들이 배열된 일 방향으로 연장되는 서로 평행한 제 1 출력선 및 제 2 출력선을 포함하는 태양전지 모듈.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 복수개의 제 1 태양전지 셀들의 가장자리에 제공되어, 상기 제 1 전극 및 상기 제 1 출력선을 연결하는 제 1 전극 패드, 및 상기 제 2 전극 및 상기 제 2 출력선을 연결하는 제 2 전극 패드를 더 포함하는 태양전지 모듈.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 프레임 상에, 상기 제 1 태양전지 셀들에 의해 둘러싸이는 공간에 제공 되고, 전면 및 상기 전면을 마주보는 후면을 갖고, 상기 전면에 제 3 전극 및 제 4 전극을 갖고, 상기 제 1 태양전지 셀들 보다 작은 크기의 제 2 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 모듈.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 출력선은 상기 제 4 전극에 연결되고, 상기 제 2 출력선은 상기 제 3 전극에 연결되는 태양전지 모듈.
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