KR20200030093A - 안정화된 슁글된 태양 전지 스트링 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 태양 전지 스트링(solar cell string)에 있어서, (i) 포지티브 및 네가티브 전극 오버랩(4)이 되도록, 스트링 방향으로 슁글된(shingled) 태양 전지들(3a, 3b)의 스트링, (ii) 슁글된 태양 전지들의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키기 위한 상호접속부(5a, 5b), 및 (iii) 스트링의 적어도 일부에 걸쳐 이어지는 접착 호일(adhesive foil)(6)로서, a) 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 상부(태양 쪽) 면, 및/또는 b) 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 하부(먼 쪽) 면 상에, 또는 c) 하나의 태양 전지의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지의 하부 면 상에 - 이 경우, 접착 호일은 상호접속부를 포함하며, 슁글된 태양 전지들을 기계적으로 접속시키고 위치시키기 위하여 오버랩에 접속함 - 위치된 것인, 접착 호일을 포함하는, 태양 전지 스트링에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 태양 전지 스트링을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 태양 전지 스트링(solar cell string)에 관한 것으로서, (i) 포지티브 및 네가티브 전극 오버랩(overlap)이 되도록, 스트링 방향으로 슁글된(shingled) 태양 전지들의 스트링, (ii) 슁글된 태양 전지들의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키기 위한 상호접속부, 및 (iii) 스트링의 적어도 일부에 걸쳐 이어지는 접착 호일(adhesive foil)로서, a) 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 상부(태양 쪽) 면, 및/또는 b) 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 하부(먼 쪽) 면 상에, 또는 c) 하나의 태양 전지의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지의 하부 면 상에 - 이 경우, 접착 호일은 상호접속부를 포함하며, 슁글된 태양 전지들을 기계적으로 접속시키고 위치시키기 위하여 오버랩에 접속함 - 위치된 것인, 접착 호일을 포함하는, 태양 전지 스트링에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 태양 전지 스트링을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 태양광 모듈(photovoltaic module)은, 다수의 개별적으로 제조되고 개별적으로 수송된 태양 전지 스트링들, 즉 태양 전지판들로부터 어셈블되고, 스트링들은 하나의 큰 평평한 몸체를 형성하도록 나란히 배열된다. 스트링의 태양 전지들은 하나의 셀의 포지티브 전극 측을 인접 셀의 네가티브 전극 측과 접속시키는 와이어 또는 리본에 의해 전기적으로 상호접속되며, 따라서 스트링 방향으로의 전류 흐름을 가능하게 한다. 병렬로 규치적으로 배열된 태양 전지들을 갖는 태양광 스트링은 전면-전면(front-front) 구성을 특징으로 하는데, 셀들의 모든 전면들이 동일한 전극 전하를 가지며, 와이어 또는 리본이 하나의 셀의 전면 전극을 인접 셀의 반대 전하의 후면 전극과 접속시킬 것이다.
대안으로서, 태양 전지 스트링들은 인접한 전면 및 후면 전극의 오버랩을 제공하기 위하여 전면-후면(front-rear) 구성으로 배열될 수 있으며, 따라서 인접 셀들의 직접적인 전도 접촉을 가능하게 한다. 슁글된 태양 전지 스트링들은 전면-전면 배열보다 감소된 배선 요건을 갖는다.
오버랩하는 슁글된 태양 전지 스트링들은 반대 전하 셀 전극들의 가까운 근접도 때문에 종래의 와이어 또는 리본 인터커넥터를 필요로 하지 않는다. 기계적 및 전도성 접촉은, 전도성 접착 합금과 같은 저저항 전기 전도성 상호접속 재료를 추가함으로써 일상적으로 달성된다. 금속화(metallization) 상호접속부는 종종 전류 흐름을 개선하기 위해 다소 두껍다. 전면-전면 배열된 태양 전지들 사이의 전기 절연을 위한 갭이 더 이상 요구되지 않으므로, 슁글된 전면-후면 배열된 태양 전지들을 갖는 태양광 모듈은 스트링 방향에서 더 작게 치수형성될 수 있다.
그러나, 슁글된 태양 전지들의 오버랩에서 상호접속부에 대한 기계적 스트레스가 (마이크로)크랙을 일으킬 가능성을 가지며, 어쩌면 열순환(thermocycling)으로 인해 또는 스트링들을 제조하기 위한 취급(handling) 동안 또는 모듈을 장착할 때 전류 흐름을 감소시키거나 심지어는 회로 단락을 초래할 수 있다. 태양 전지 슁글링의 부가의 단점은, 오버랩 부분이 전류 형성에 더 이상 이용가능하지 않다는 것이다. 그러나, 많은 태양 전지들은 광전지 활성이 거의 없거나 아예 없는 좁은 림(rim) 영역을 특징으로 한다. 따라서, 슁글된 태양 전지 스트링에 있어서의 효율 손실은 통상적으로 오버랩 표면 크기에 비례하는 것보다는 더 작다.
스트링을 손상시키는 일 없이 모듈 제조를 위해 수송 및 취급이 용이한, 태양광 모듈의 어셈블리에서의 사용을 위해 전도성 효율적이고 기계적으로 안정적인 태양 전지 스트링, 특히 전도성 효율적이고 기계적으로 안정적인 슁글된 태양 전지 스트링을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 태양 전지의 안정적인 슁글된 스트링들을 제조하기 위한 효율적인 방법을 제공하는 것이 본 발명의 부가의 목적이다.
본 발명의 제1 양상에서, 태양광 모듈에 사용하기 위한 태양 전지 스트링에 의해 목적이 해결되며, 스트링은,
(i) 포지티브 및 네가티브 전극 오버랩이 되도록, 스트링 방향으로 슁글된 적어도 2개의 태양 전지들의 스트링,
(ii) 슁글된 태양 전지들의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키기 위한 적어도 하나의 상호접속부,
(iii) 스트링의 적어도 일부에 걸쳐 이어지는 적어도 하나의 접착 호일로서,
a. 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 상부(태양 쪽) 면, 및/또는
b. 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 하부(먼 쪽) 면 상에, 또는
c. 하나의 태양 전지의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지의 하부 면 상에 - 이 경우, 접착 호일은 적어도 하나의 상호접속부를 포함하며, 오버랩을 접속시킴 -
위치되며, 그에 의해 스트링의 슁글된 태양 전지들을 기계적으로 접속시키고 위치시키는 것인, 적어도 하나의 접착 호일을 포함한다.
여기에서 정의되는 용어 “태양 전지 스트링”은, 스트링 방향으로, 즉 하나의 단부 상의 태양 전지로부터 반대측 단부 상의 태양 전지로의 전류 흐름의 방향으로, 인접하게 위치된 태양 전지들을 따라 태양광으로 생성된 전류를 생성하고 수송하는 하나보다 많은 태양 전지의 모든 기계적 및 전도성 배열을 망라한다.
본 발명의 태양 전지 스트링은 태양광 모듈에 사용하기 위해, 즉 기능적 태양광 모듈의 일부를 어셈블 및 형성하기 위해 이루어진다. 바람직한 실시예에서, 본 발명에 사용하기 위한 태양 전지는 통상적인 것이며, 예컨대 상부 표면과 하부 표면, 예컨대 애노드와 캐소드 재료, 즉 예를 들어 금속화 또는 투명 전도성 코팅, 예컨대 투명 막 코팅에 의해 형성될 수 있는 포지티브 및 네가티브 전극 사이에 위치된 반도체 재료를 갖는다.
본 발명의 스트링에서의 태양 전지들은 지붕 슁글(roof shingles)처럼 슁글되며, 즉 직렬 접촉으로 배열되지만 이웃 셀의 에지에서 부분적으로 오버랩하는 접촉 영역을 제공하도록 시프트된다. 오버랩된 에지 영역은, 차광으로 인한 태양광 활동의 손실을 피하도록 최소화되지만, 결과적인 태양 모듈에서 안정적인 전도성 접촉을 허용하도록 크기가 충분하게 이루어진다.
본 발명의 스트링에서, 전극들의 포지티브 및 네가티브 오버랩이 되도록, 태양 전지들은 전극들, 즉 태양 전지들의 애노드 및 캐소드 측의 교대하는 전면-후면 구성으로 슁글되며, 슁글된 태양 전지를 따른 전류 흐름을 가능하게 한다.
본 발명의 스트링에서, 슁글된 태양 전지의 포지티브 및 네가티브 전극을 전기적으로 접속시키기 위한 상호접속부는 상기의 기능을 제공하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 상호접속부는 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 접착 호일, 바람직하게는 열접착성 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 호일일 수 있으며, 보다 바람직하게는 Ag-, Sn-, SnBi-, In-포함 솔더, 납땜가능 재료로 코팅된 금속 와이어, 및 전기 전도성 요소를 포함하는 접착 호일, 바람직하게는 금속 와이어로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 상호접속부는 금속화의 형태일 수 있으며, 예컨대 저융점 전도성 솔더, 리본 또는 와이어(들)의 형태일 수 있다.
본 발명을 실시하기 위한 바람직한 실시예에서, 태양 전지들의 스트링의 오버랩은, 이들 태양 전지가, 에지에서의 비-(non-) 또는 적은(less) 광전지 활성 구역을 특징으로 하는 경우, 적어도 2개의 태양 전지들의 비- 또는 적은 광전지 활성 구역을 포함한다.
일반적인 직사각형, 가장 종종 정사각형 태양 전지의 경우, 상호접속부를 위한 오버랩 영역은 통상적으로 가늘고 길다(elongated). 오버랩 영역은 상호접속부 재료를 태양 전지의 수집 핑거(finger)들로부터 전류를 수신하기 위한 버스바(busbar)로 형성하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 태양 전지 스트링의 부가의 실시예에서, 상호접속부는 스트링 방향으로 배열된 태양 전지 핑거들을 수용하는 버스바의 일부이거나 이를 형성하며, 바람직하게는 cm당 2 내지 20개의 태양 전지 핑거를, 보다 바람직하게는 cm당 5 내지 15 개의 태양 전지 핑거를 수용한다.
본 발명에서 사용하기 위한 태양 전지 핑거들은 또한, 스트링 방향에 수직으로 배열될 수 있고, 그리고/또는 예컨대 핑거(들)의 전극(들)과의 접촉 영역의 크기를 증가시키기 위하여, 지그재그 또는 L-형상의 패턴으로 배열될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 태양 전지 핑거들은 서로 접속되지 않고 그리고/또는 버스바에 접속되지 않는다.
본 발명의 태양 전지 스트링에서 사용하기 위한 접착 호일은 스트링의 적어도 일부에 걸쳐 이어지며, 스트링에서의 슁글된 태양 전지들을 기계적으로 그리고 안정적으로 접속시키고 위치시키기에 충분히 큰 부분에 걸쳐 이어지며, 태양 전지들이 아직 상호접속부(들)와 접속되지 않은 경우에도 그러하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 접착 호일은 오버랩 영역에만 걸쳐 이어지며, 예컨대 각각의 태양 전지의 오버랩 다음에 1 내지 10 mm 이어진다. 또다른 바람직한 실시예에서, 접착 호일은 적어도 2개의 이웃 셀들에 걸쳐 실질적으로 완전히 또는 보다 바람직하게는 하나의 단부로부터 다른 것으로 전체 스트링에 걸쳐 이어지며, 따라서 그 사이의 모든 태양 전지들을 커버한다. 이는 효율적인 제조 방법을 가능하게 하고, 슁글된 오버랩하는 태양 전지들이 접착 호일의 상부 상에 행으로 배열되거나 또는 접착 호일이 미리 배열된 슁글된 태양 전지들의 행의 상부 상에 배열되며, 이는 어셈블리 라인 상의 연속 제조를 가능하게 한다. 그리고 접착 호일 상에 위치된 슁글된 셀들이 견고한 접속을 형성할 수 있는 상호접속부에 의해 (아직) 접속되지 않은 경우, 스트링은 보다 탄력적이고 수송 및 취급하기가 더 쉬우며, 특히 스트링이 상대적으로 평평한 표면 상에 배치될 때 스트링에 있는 셀들은 이미 그의 최종 상태 위치를 취한다. 접착 호일은 슁글된 태양 전지 배열을 영구적으로 고착시키기에 적합한 임의의 호일일 수 있다. 예를 들어, 이는 자체 접착제일 수 있거나, 또는 셀에 접착하도록 용융되거나 정전기적으로 대전될 수 있다. 접착 호일은 폴리머 또는 비-폴리머 호일, 예컨대, 유리-, 종이-, 또는 미네랄-계 호일일 수 있다. 또한, 접착 호일은 하나보다 많은 유형의 호일을 포함할 수 있고, 또는 하나보다 많은 호일 층, 예컨대 폴리머 층 및 유리 또는 종이 층을 포함할 수 있고, 또는 호일, 예컨대, 비-폴리머 호일이 추가의 접착 글루와 함께 제공된다.
바람직하지만 비한정적인 실시예에서, 접착 호일은, 바람직하게는, 듀로플라스트(duroplasts), 바람직하게는 EVAs(ethylene vinyl acetates), TPSEs(thermoplastic silicone elastomers), TPUs(thermoplastic polyurethanes), PETs(polyethylene terephthalates), TPOs(thermoplastic polyfin elastomers), 이오노머, 서모플라스트(thermoplasts); 바람직하게는 PVBs(polyvinylbutyrals), 실리콘, 폴리올레핀(PO), PPs(polypropylenes); 및 서모듀오플라스트(thermoduoplasts)의 조합, 보다 바람직하게는, 50 내지 250 ℃ 범위, 바람직하게는 60 내지 200 ℃ 범위, 보다 바람직하게는 75 내지 175 ℃ 범위 내의 온도에서 열접착성인 폴리머 호일로 구성된 그룹으로부터 선택된 폴리머 호일이거나 이를 포함한다.
열접착성 호일은, 열 인가 전에 태양 전지들의 보다 용이한 포지셔닝을 가능하게 하기 때문에 바람직하다. 또한, 열접착성 상호접속부 재료, 예를 들어, 열접착성 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 호일의 경우, 열접착성 호일 및 상호접속부는 동시에 태양 전지들에 접속될 수 있으며, 따라서 프로세스 시간을 절약할 수 있다.
본 발명의 태양 전지 스트링을 준비하기 위하여, 접착 호일은 슁글된 태양 전지들의 상부(태양 쪽) 면 상에(아래의 도 2 참조) 그리고/또는 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들의 하부(먼 쪽) 면 상에(아래의 도 3 참조) 위치될 수 있다.
대안의 실시예에서, 접착 호일은 하나의 태양 전지의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지의 하부 면 상에 위치되며(도 4 참조), 접착 호일은 하나의 태양 전지로부터 인접 셀로 전류를 수송하기 위해 적어도 하나의 전기 전도성 요소, 바람직하게는 금속 와이어를 포함한다.
접착 호일이 태양 전지의 상부 면 상에 위치되고 태양 전지의 광전지 활성 표면을 커버할 때, 폴리머 호일은 바람직하게 태양광에 투명하며, 적어도 태양광 전류 생성에 요구되는 광 파장에 투명하다.
부가의 양상에서, 본 발명은 상기 기재된 바와 같은 태양 전지 스트링의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은,
(a) 적어도 하나의 접착 호일을 제공하는 단계,
(b) 슁글된 태양 전지 스트링을 형성하기 위해 오버랩 영역을 포함하는 적어도 2개의 태양 전지들을 제공하는 단계,
(c) 슁글된 태양 전지들의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키기 위한 상호접속부 재료를 제공하는 단계,
(d) 제1 태양 전지를 접착 호일에 위치시켜 접속시키는 단계,
(e) 제1 태양 전지의 제1 전극 영역 상에 상호접속부 재료를 위치시켜 접속시키는 단계,
(f) 포지티브 및 네가티브 전극 오버랩이 되도록, 제1 및 제2 태양 전지들이 슁글 배열로 오버랩하도록, 스트링 방향으로 제2 태양 전지를 접착 호일에 위치시켜 접속시키는 단계,
(g) 선택적으로 제2 또는 부가의 태양 전지의 부가의 전극 영역 상에 상호접속부 재료를 위치시켜 접속시키고, 스트링 방향으로 제3 또는 부가의 태양 전지를 접착 호일에 위치시켜 접속시키는 단계로서, 그리하여 제1, 제2 및 부가의 태양 전지들이 포지티브 및 네가티브 전극 접촉하도록 슁글 배열로 전부 오버랩하는 것인, 단계,
(h) 단계 (f) 동안이나 그 후에 또는 선택적 단계 (g) 동안이나 그 후에 제1, 제2 또는 부가의 태양 전지들의 슁글된 태양 전지들의, 바람직하게는 오버랩 영역에서, 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키는 단계
를 포함한다.
단계 (h)는, 인접한 슁글된 태양 전지의 포지티브 및 네가티브 전극을 상호접속부 재료와 전기적으로 접속시킬 때, 호일이 접속될 때와 동시에 아니면 추후에, 예컨대 태양광 모듈의 이동, 저장, 수송, 취급 및/또는 어셈블리 후에, 2가지 옵션을 제공한다. 후자 옵션은, 스트링이 상호접속부 재료에 의해서만 위치되고 함께 유지되었더라면 손실되었을, 호일 기반의 유연성(flexibility)을 가지고 제조된 스트링을 남기기 때문에, 명백한 이점을 지닌다.
이에 관련하여, 바람직한 실시예는 본 발명의 방법과 관련되며, 단계 (a) 내지 (f) 또는 단계 (a) 내지 (g)에 의해 준비된 슁글된 태양 전지 스트링은, 바람직하게 오버랩 영역에서, 태양광 모듈의 어셈블리와 동시에, 전기적으로 그리고 바람직하게는 또한 기계적으로도 접속되며, 따라서 어셈블리시까지 취급 및 수송에 대한 보다 많은 유연성을 가능하게 한다.
바람직하게, 본 발명의 방법에서 사용하기 위한 상호접속부는 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 접착 호일, 바람직하게는 열접착성 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 호일일 수 있으며, 보다 바람직하게는 Ag-, Sn-, SnBi-, In-포함 솔더, 납땜가능 재료로 코팅된 금속 와이어, 및 전기 전도성 요소를 포함하는 접착 호일, 바람직하게는 금속 와이어로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 방법은, 슁글링 오버랩이 적어도 2개의 태양 전지들의 비- 또는 적은 광전지 활성 구역을 포함하는 것이, 더욱 바람직하다.
대안의 실시예에서, 본 발명의 방법은, 상호접속부가, 바람직하게 cm당 2 내지 20 개의 태양 전지 핑거들을 수용하고, 보다 바람직하게는 cm당 5 내지 15 개의 태양 전지 핑거들을 수용하는, 스트링 방향으로 배열된 태양 전지 핑거들을 수용하는 버스바의 형태이거나 이를 형성하는 것이다. 본 발명의 방법에서 사용하기 위한 태양 전지 핑거들은 또한, 스트링 방향에 수직으로 배열될 수 있고 그리고/또는 예컨대, 핑거(들)의 전극(들)과의 접촉 영역의 크기를 증가시키기 위하여, 지그재그 또는 L 형상의 패턴으로 배열될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법의 특정 실시예에서, 태양 전지 핑거들은 서로 접속되지 않고 그리고/또는 버스바에 접속되지 않는다.
본 발명의 방법에서 사용하기 위한 접착 호일은 바람직하게는 태양 전지 스트링에 대하여 상기에 기재된 것이다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은, 접착 호일이 하나의 태양 전지의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지의 하부 면 상에 위치되며, 접착 호일이 적어도 하나, 바람직하게는 더욱 전기 전도성 요소, 바람직하게는 금속 와이어를 포함하는 것이다. 따라서, 포함된 전기 전도성 요소가 전기 접속을 제공할 수 있는 반면에, 접착 호일은 슁글된 태양 전지의 기계적 포지셔닝 및 고정을 제공한다.
다음에서, 본 발명은 대표적인 예 및 도면에 의해 예시될 것이며, 어떠한 것도 첨부된 청구항을 넘어 본 발명의 범위를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안될 것이다.
도 1은, 슁글된 태양 전지 오버랩(4)을 브릿징하고 접속시키는 상호접속부(5a, 5b) 상에서만 기계적 안정성이 안착된, 태양광 모듈(1)의 어셈블리에서 사용하기 위한 종래의 슁글된 태양 전지 스트링(2)을 도시한다. 상호접속부(5a)는 태양 전지(3a)의 포지티브 전극 측을 태양 전지(3b)의 네가티브 전극 측에 기계적으로 및 전기적으로 접속시키고, 상호접속부(5b)는 태양 전지(3b)의 포지티브 전극 측을 태양 전지(3c)의 네가티브 전극 측에 기계적으로 그리고 전기적으로 접속시킨다.
도 2는, 전체 스트링(2)에 걸쳐 이어지며 슁글된 태양 전지들(3a, 3b, 3c)의 상부(태양 쪽) 면 상에 위치된 접착 호일(6)을 더 포함하는, 도 1에 따른 태양광 모듈(1)을 위한 슁글된 태양 전지 스트링(2)을 도시하며, 따라서 예컨대 스트링의 취급, 저장 및 수송을 위해, 추가의 기계적 안정성을 제공한다.
도 2b는, 도 2에 따른 태양광 모듈(1)의 어셈블리에 사용하기 위한 슁글된 태양 전지 스트링(2)의 대안의 실시예를 도시하며, 상호접속부(5a, 5b)는 이미 존재하지만 여전히 불완전하고, 즉 떨어져 있으며, 그에 의해 현장에서 태양광 모듈의 취급, 수송 및 어셈블리 동안 스트링(2)의 더 많은 유연성을 가능하게 하지만 여전히 계속해서 태양 전지들(3a, 3b, 3c)을 슁글된 위치에 안정적으로 유지한다. 불완전한 상호접속부(5)는 태양 전지(3a, 3b, 3c)의 갭 영역(4)의 양측이나 어느 한 측에 위치될 수 있다.
도 3은, 완전히 스트링(2)에 걸쳐 이어지며 슁글된 태양 전지들(3a, 3b, 3c)의 하부(먼 쪽) 면 상에 위치된 접착 호일(6)을 더 포함하는, 도 1에 따른 태양광 모듈(1)의 어셈블리에 사용하기 위한 슁글된 태양 전지 스트링(2)을 도시하며, 따라서 예컨대 스트링의 취급 및 수송을 위해, 추가의 기계적 안정성을 제공한다.
도 4는, 스트링(2)에 걸쳐 이어지며 하나의 태양 전지(3a)의 하부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지(3b)의 상부 면 상에 위치된 접착 호일(6)을 더 포함하는, 태양광 모듈(1)의 어셈블리에 사용하기 위한 슁글된 태양 전지 스트링(2)을 도시하며, 이 경우 접착 호일(6)은 적어도 하나의 상호접속부(5)를 포함하고 오버랩(4)을 접속시킴으로써, 스트링(2)의 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)을 기계적으로 접속시키고 위치시킨다. 하나의 예시적인 실시예에서, 상호접속부(5)를 포함하는 접착 호일(6)은, 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)을 기계적으로 그리고 전기적으로 접속시키는 하나 이상의 전기 전도성 와이어(10)(여기에 도시되지 않음)를 포함하는 접착 폴리머 호일(6)이다.
도 5는 태양 전지들(3a, 3b, 3c)의 스트링(2)을 제조하기 위한 태양 전지(3)의 특정 실시예를 도시하며, 태양 전지를 접속시키고 슁글링하기 위한 오버랩(들)(4)은, 태양 전지 전류를 모으는 전방 및/또는 후방 핑거(9)로부터 전류를 수신하는 태양 전지 스트링 방향(11, 도시되지 않음)에 수직으로 위치된 버스바(8) 또는 와이어 리본(8)을 포함하며, 핑거들은 태양 전지 스트링 방향(11)에 평행하게 배열된다. 버스바(8) 또는 와이어 리본(8)은 태양 전지(3)의 전면(8a) 상에 또는 후면(8b) 상에 위치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 방법을 위한 스트링 제조 어셈블리 라인을 도시한다.
도 6a는 제1 태양 전지(3a)를 접착 호일(6)에 위치시켜 접속시키는 것을 도시하며, 예컨대 열접착성 호일을 가열함으로써, 그리고 상호접속부 재료(5a)를 제1 태양 전지(3a)의 오버랩 영역(4)에 위치시켜 접속시킴으로써, 접속이 행해진다.
도 6b는 제2 태양 전지(3b)를 위치시켜 접속시키는 것을 도시하며, 예컨대 제1 및 제2 태양 전지들(3a, 3b)이 슁글된 호일-상호접속된 태양 전지 스트링(2)을 형성하며 둘 다의 태양 전지들(3a, 3b)의 포지티브 및 네가티브 전극이 상호접속되거나 접촉하도록, 열접착성 호일(6)을 가열함으로써, 그리고 부가의 상호접속부 재료(5b)를 제2 태양 전지(3b)의 부가의 오버랩 영역(4)에 추가하여 접속시킴으로써, 접속이 행해진다.
도 6c 및 도 6d는, 슁글된 태양 전지들(3a, 3b, 3c, 3d)의 스트링(2)을 형성하도록 제3 및 부가의 태양 전지들(3b, 3c, 3d)을 위치시켜 접속시키고, 그리고 선택적으로 그의 오버랩 영역(4)에서 인접한 태양 전지들의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키는 것의 반복을 도시한다. 상호접속부 재료(5a, 5b, 5c)는, 예컨대 호일 적층을 위한 열 인가에 의해, 태양 전지들(3a, 3b, 3c, 3d)의 접착 호일(6)에의 접속 동안, 또는 호일 태양 전지 스트링(2)이 태양광 모듈로 취급, 수송, 어셈블된 후 등의 별도의 추후 시점에서, 전기적으로 접속될 수 있다.
(1) 태양광 모듈
(2) 슁글된 태양 전지들의 스트링
(3a, 3b, 3c) 태양 전지들
(4) 슁글된 태양 전지 오버랩
(5a, 5b) 상호접속부
(6) 폴리머 호일
(7) 비-(non-) 또는 적은 광전지 구역
(8a, 8b) 버스바 또는 와이어 리본
(9) 태양 전지 핑거들(전류 콜렉터)
(10) 전기 전도성 요소, 예컨대 금속 와이어
(11) 태양 전지 스트링 방향
(2) 슁글된 태양 전지들의 스트링
(3a, 3b, 3c) 태양 전지들
(4) 슁글된 태양 전지 오버랩
(5a, 5b) 상호접속부
(6) 폴리머 호일
(7) 비-(non-) 또는 적은 광전지 구역
(8a, 8b) 버스바 또는 와이어 리본
(9) 태양 전지 핑거들(전류 콜렉터)
(10) 전기 전도성 요소, 예컨대 금속 와이어
(11) 태양 전지 스트링 방향
Claims (13)
- 태양광 모듈(photovoltaic module)(1)에서 사용하기 위한 태양 전지 스트링(solar cell string)(2)에 있어서,
(i) 포지티브 및 네가티브 전극 오버랩(overlap)(4)이 되도록, 스트링 방향으로 슁글된(shingled) 적어도 2개의 태양 전지들(3a, 3b)의 스트링(2),
(ii) 상기 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키기 위한 적어도 하나의 상호접속부(5), 및
(iii) 상기 스트링의 적어도 일부에 걸쳐 이어지는 적어도 하나의 접착 호일(adhesive foil)(6)로서,
a. 상기 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)의 상부(태양 쪽) 면, 및/또는
b. 상기 적어도 2개의 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)의 하부(먼 쪽) 면 상에, 또는
c. 하나의 태양 전지(3a)의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지(3b)의 하부 면 상에 - 이 경우, 상기 접착 호일(6)은 적어도 하나의 상호접속부(5)를 포함하며, 상기 오버랩(4)을 접속시킴 -
위치되며, 그에 의해 상기 스트링(2)의 상기 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)을 기계적으로 접속시키고 위치시키는 것인, 상기 적어도 하나의 접착 호일(6)
을 포함하는, 태양 전지 스트링(2). - 청구항 1에 있어서, 상기 상호접속부(5)는, 전기적으로 전도성인 솔더, 접착제, 글루 또는 접착 호일(6)이고, 바람직하게는 열접착성(thermoadhesive) 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 호일(6)이며, 보다 바람직하게는, Ag-, Sn-, SnBi-, In-포함 솔더, 납땜가능 재료로 코팅된 금속 와이어, 및 전기 전도성 요소를 포함하는 접착 호일로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 바람직하게는 금속 와이어인 것인, 태양 전지 스트링(2).
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 오버랩(4)은 상기 적어도 2개의 태양 전지들(3a, 3b)의 비-(non-) 또는 적은 광전지 활성 구역(photovoltaically active zone)(7)을 포함하는 것인, 태양 전지 스트링(2).
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상호접속부(5)는, 스트링 방향으로 배열된 태양 전지 핑거들(fingers)(9)을 수용하는, 바람직하게는 cm 당 2 내지 20개의 태양 전지 핑거들, 보다 바람직하게는 cm 당 5 내지 15개의 태양 전지 핑거들을 수용하는 버스바(8)의 일부이거나 이 버스바(8)의 일부를 형성하는 것인, 태양 전지 스트링(2).
- 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 호일(6)은, 폴리머 호일, 바람직하게는, 듀로플라스트(duroplasts), 바람직하게는 EVAs(ethylene vinyl acetates), TPSEs(thermoplastic silicone elastomers), TPUs(thermoplastic polyurethanes), PETs(polyethylene terephthalates), TPOs(thermoplastic polyfin elastomers), 이오노머(ionomers), 서모플라스트(thermoplasts); 바람직하게는 PVBs(polyvinylbutyrals), 실리콘, 폴리올레핀(PO), PPs(polypropylenes); 및 서모듀오플라스트(thermoduoplasts)의 조합, 보다 바람직하게는, 50 내지 250 ℃ 범위, 바람직하게는 60 내지 200 ℃ 범위, 보다 바람직하게는 75 내지 175 ℃ 범위 내의 온도에서 열접착성인 폴리머 호일로 구성된 그룹으로부터 선택된 폴리머 호일이거나 이 폴리머 호일을 포함하는 것인, 태양 전지 스트링(2).
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 호일(6)은 하나의 태양 전지(3a)의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지(3b)의 하부 면 상에 위치되며, 상기 접착 호일(6)은 적어도 하나의 전기 전도성 요소(10), 바람직하게는 금속 와이어를 포함하는 것인, 태양 전지 스트링(2).
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법에 있어서,
(a) 적어도 하나의 접착 호일(6)을 제공하는 단계,
(b) 슁글된 태양 전지 스트링(2)을 형성하기 위해 오버랩(4) 영역을 포함하는 적어도 2개의 태양 전지들(3a, 3b)을 제공하는 단계,
(c) 상기 슁글된 태양 전지들(3a, 3b)의 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키기 위한 상호접속부(5) 재료를 제공하는 단계,
(d) 제1 태양 전지(3a)를 상기 접착 호일(6)에 위치시켜 접속시키는 단계,
(e) 상기 제1 태양 전지(3a)의 제1 전극 영역 상에 상기 상호접속부(5) 재료를 위치시켜 접속시키는 단계,
(f) 포지티브 및 네가티브 전극 오버랩(4)이 되도록, 제1 및 제2 태양 전지들(3a, 3b)이 슁글 배열로 오버랩하도록, 스트링 방향으로 제2 태양 전지(3b)를 상기 접착 호일(6)에 위치시켜 접속시키는 단계,
(g) 선택적으로(optionally), 제2 또는 부가의 태양 전지(3b, 3c)의 부가의 전극 상에 상기 상호접속부(5) 재료를 위치시켜 접속시키고, 스트링 방향으로 제3 또는 부가의 태양 전지(3c)를 상기 접착 호일(6)에 위치시켜 접속시키는 단계로서, 그리하여 상기 제1, 제2 및 부가의 태양 전지들(3a, 3b, 3c)이 포지티브 및 네가티브 전극 접촉하도록 슁글 배열로 전부 오버랩하는 것인, 단계,
(h) 단계 (f) 동안이나 그 후에 또는 선택적 단계 (g) 동안이나 그 후에, 상기 제1, 제2 또는 부가의 태양 전지들(3a, 3b, 3c)의 슁글된 태양 전지들(3a, 3b, 3c)의, 바람직하게는 상기 오버랩(4) 영역에서, 포지티브 및 네가티브 전극들을 전기적으로 접속시키는 단계
를 포함하는, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법. - 청구항 7에 있어서, 단계 (a) 내지 (f) 또는 단계 (a) 내지 (g)에 의해 준비된 상기 슁글된 태양 전지 스트링(2)은, 태양광 모듈(1)의 어셈블리시에, 바람직하게는 상기 오버랩(4) 영역에서, 전기적으로 그리고 기계적으로 접속되며, 따라서 어셈블리시까지 취급 및 수송을 위한 더 많은 유연성(flexibility)을 허용하는 것인, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법.
- 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 상호접속부(5)는, 전기적으로 전도성인 솔더, 접착제, 글루 또는 접착 호일(6)이고, 바람직하게는 열접착성 전기 전도성 솔더, 접착제, 글루 또는 호일(6)이며, 보다 바람직하게는, Ag-, Sn-, SnBi-, In-포함 솔더, 납땜가능 재료로 코팅된 금속 와이어, 및 전기 전도성 요소를 포함하는 접착 호일로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 바람직하게는 금속 와이어인 것인, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법.
- 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오버랩(4)은 상기 적어도 2개의 태양 전지들(3a, 3b)의 비-(non-) 또는 적은 광전지 활성 구역(7)을 포함하는 것인, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법.
- 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상호접속부(5)는, 스트링 방향으로 배열된 태양 전지 핑거들(9)을 수용하는, 바람직하게는 cm 당 2 내지 20개의 태양 전지 핑거들, 보다 바람직하게는 cm 당 5 내지 15개의 태양 전지 핑거들을 수용하는 버스바(8)의 일부이거나 이 버스바(8)의 일부를 형성하는 것인, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법.
- 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 호일(6)은, 폴리머 호일, 바람직하게는, 듀로플라스트(duroplasts), 바람직하게는 EVAs(ethylene vinyl acetates), TPSEs(thermoplastic silicone elastomers), TPUs(thermoplastic polyurethanes), PETs(polyethylene terephthalates), TPOs(thermoplastic polyfin elastomers), 이오노머(ionomers), 서모플라스트(thermoplasts); 바람직하게는 PVBs(polyvinylbutyrals), 실리콘, 폴리올레핀(PO), PPs(polypropylenes); 및 서모듀오플라스트(thermoduoplasts)의 조합, 보다 바람직하게는, 50 내지 250 ℃ 범위, 바람직하게는 60 내지 200 ℃ 범위, 보다 바람직하게는 75 내지 175 ℃ 범위 내의 온도에서 열접착성인 폴리머 호일로 구성된 그룹으로부터 선택된 폴리머 호일이거나 이 폴리머 호일을 포함하는 것인, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법.
- 청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착 호일(6)은 하나의 태양 전지(3a)의 상부 면 상에 그리고 오버랩하는 태양 전지(3b)의 하부 면 상에 위치되며, 상기 접착 호일(6)은 적어도 하나의, 바람직하게는 더 많은 전기 전도성 요소(10), 바람직하게는 금속 와이어를 포함하는 것인, 태양 전지 스트링(2)의 제조 방법.
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