KR102110528B1 - 리본 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하는 리본을 포함한다. 상기 리본은, 상기 제1 태양 전지 위에 위치하는 제1 부분과, 상기 제2 태양 전지 위에 위치하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 부분 중 적어도 두 부분은 폭 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다르다.
Description
본 발명은 리본 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 리본 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
이러한 태양 전지는 복수 개를 연결하여 태양 전지 모듈 형태로 제조된다. 이때, 복수 개의 태양 전지를 연결하는 구조에 따라 태양 전지 모듈의 출력이 달라지게 되는바, 태양 전지 모듈의 출력을 향상할 수 있도록 복수 개의 태양 전지를 연결하는 것이 요구된다.
본 발명은 태양 전지 모듈의 출력을 향상할 수 있는 리본 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은, 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하는 리본을 포함한다. 상기 리본은, 상기 제1 태양 전지 위에 위치하는 제1 부분과, 상기 제2 태양 전지 위에 위치하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 부분 중 적어도 두 부분은 폭 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다르다.
상기 제3 부분은 상기 제1 부분보다 폭이 클 수 있다.
상기 제1 부분의 폭 : 상기 제2 부분의 폭의 비율이 1:1.5 내지 1:5일 수 있다.
상기 제2 부분은 상기 제3 부분과 폭이 같거나, 상기 제1 부분과 폭이 같거나, 또는 상기 제1 부분보다 크고 상기 제3 부분보다 작은 폭을 가질 수 있다.
상기 제3 부분은 상기 제1 태양 전지 및 상기 제2 태양 전지와 각기 이격하여 형성될 수 있다.
상기 제3 부분과 상기 제1 또는 제2 태양 전지 사이의 거리가 0.3mm 내지 5mm일 수 있다.
상기 제1 부분이 상기 제1 태양 전지의 전면 위에 위치하고, 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 후면 위에 위치하며, 상기 제3 부분과 상기 제2 태양 전지 사이의 거리가 상기 제3 부분과 상기 제1 태양 전지 사이의 거리와 같거나 그보다 작을 수 있다.
상기 제3 부분은 상기 제1 태양 전지에 이격 위치하고, 상기 제2 태양 전지의 일부에 중첩될 수 있다.
상기 리본은, 상기 제1 부분이 복수 개로 구비되고, 상기 제2 부분이 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 제1 부분과 상기 복수 개의 제2 부분이 하나의 상기 제3 부분에 연결될 수 있다.
상기 제3 부분에 반사 구조가 형성될 수 있다.
상기 제3 부분 위에 형성된 반사층을 포함할 수 있다.
상기 제3 부분의 표면 거칠기가 상기 제1 및 제2 부분의 표면 거칠기보다 클 수 있다.
상기 제1 부분이 상기 제1 태양 전지의 전면 위에 위치하고, 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 후면 위에 위치하며, 상기 제3 부분은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 이들과 경사지도록 배치될 수 있다.
상기 제1 부분이 상기 제1 태양 전지의 전면 위에 위치하고, 상기 제2 부분이 상기 제2 태양 전지의 후면 위에 위치하며, 상기 제3 부분은, 상기 제1 부분에 인접한 부분에서 상기 제1 부분과 교차하는 세로부와, 상기 제2 부분으로부터 상기 세로부까지 연장되며 상기 제2 부분과 평행한 가로부를 포함할 수 있다.
상기 가로부에 반사 구조가 형성될 수 있다.
상기 제3 부분은 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 적어도 하나보다 두께가 클 수 있다.
상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 폭이 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리본은, 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 연결하는 리본으로서, 제1 태양 전지 위에 위치하는 제1 부분과, 제2 태양 전지 위에 위치하는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 제3 부분을 포함한다. 상기 제1 내지 제3 부분 중 적어도 두 부분은 폭 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다르다.
상기 제3 부분은 상기 제1 부분보다 폭이 클 수 있다.
상기 제3 부분에 반사 구조가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 리본의 폭 및 두께를 조절하여 리본의 저항을 저감할 수 있다. 특히, 제1 태양 전지와 제2 태양 전지의 사이 부분에 대응하는 부분을 포함하는 제3 부분의 폭 및/또는 두께를 상대적으로 크게 하여 리본의 저항을 크게 줄일 수 있다. 이에 의하여 태양 전지들 사이의 사이의 직렬 저항을 저하시킬 수 있고, 이에 의하여 충밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 넓은 폭을 제3 부분에 반사 구조를 형성하여 광전 변환에 이용되는 광의 양을 증가시켜 단락 전류 밀도를 향상할 수 있다. 이에 따라 태양 전지 모듈의 출력을 크게 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 적용될 수 있는 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 5의 VII-VII 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 적용될 수 있는 태양 전지의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 적용될 수 있는 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 태양 전지의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 5의 VII-VII 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
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도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
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도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 리본 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라서 잘라서 본 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도이다. 참고로, 도 1 및 도 2에서는 간략하고 명확한 도시를 위하여 반사층(도 5의 참조부호 144)를 도시하지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150), 태양 전지(150)의 전면 상에 위치하는 제1 기판(이하 "전면 기판")(110) 및 태양 전지(150)의 후면 상에 위치하는 제2 기판(이하 "후면 시트")(200)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지(150)와 전면 기판(110) 사이의 제1 밀봉재(131)와, 태양 전지(150)와 후면 시트(200) 사이의 제2 밀봉재(132)를 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
먼저, 태양 전지(150)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 전기적으로 연결되는 전극을 포함하여 형성된다. 본 실시예에서는 일례로 반도체 기판(일 예로, 실리콘 웨이퍼)을 포함하는 광전 변환부가 적용될 수 있다. 이러한 구조의 태양 전지(150)의 일 예를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한 다음, 다시 도 1을 참조하여 태양 전지 모듈(100)을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 적용될 수 있는 태양 전지의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시한 태양 전지의 평면도이다. 도 4에서는 반도체 기판(160)과 제1 및 제2 전극(42, 44)을 위주로 도시하였다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)는, 베이스 영역(10)을 포함하는 반도체 기판(160)과, 도전형 영역(20, 30)과, 베이스 영역(10) 및/또는 도전형 영역(20, 30)에 각기 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 도전형 영역(20, 30)은 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있다. 그리고 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결되는 제1 전극(42)과 베이스 영역(10) 또는 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 등의 용어는 단순히 구별을 위하여 사용한 것에 불과하고 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 그리고 태양 전지(150)에는 패시베이션막(22, 32), 반사 방지막(24) 등이 더 형성될 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(160)은, 도전형 영역(20, 30)이 형성되는 영역과 도전형 영역(20, 30)이 형성되지 않는 부분인 베이스 영역(10)을 포함할 수 있다. 베이스 영역(10)은, 일례로 제2 도전형 불순물을 포함하는 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼)으로 구성될 수 있다. 실리콘으로는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘이 사용될 수 있으며, 제2 도전형 불순물은 p형 또는 n형일 수 있다.
베이스 영역(10)이 p형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 3족 원소인 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼)으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)이 n형을 가지는 경우에는 베이스 영역(10)이 5족 원소인 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘(일 예로, 실리콘 웨이퍼)으로 이루어질 수 있다. 베이스 영역(10)은 상술한 물질 외의 다양한 물질을 사용할 수 있다.
일 예로, 베이스 영역(10)은 제2 도전형 불순물로 n형의 불순물을 가질 수 있다. 그러면, 베이스 영역(10)과 pn 접합을 이루는 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가지게 된다. 이러한 pn 접합에 광이 조사되면 광전 효과에 의해 생성된 전자가 반도체 기판(160)의 제2 면(이하 "후면") 쪽으로 이동하여 제2 전극(44)에 의하여 수집되고, 정공이 반도체 기판(160)의 전면 쪽으로 이동하여 제1 전극(42)에 의하여 수집된다. 이에 의하여 전기 에너지가 발생한다. 그러면, 전자보다 이동 속도가 느린 정공이 반도체 기판(160)의 후면이 아닌 전면으로 이동하여 변환 효율이 향상될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(30)이 p형을 가지고 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가지는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)의 전면 및/또는 후면은 텍스쳐링(texturing)되어 피라미드 등의 형태의 요철을 가질 수 있다. 이와 같은 텍스쳐링에 의해 반도체 기판(160)의 전면 등에 요철이 형성되어 표면 거칠기가 증가되면, 반도체 기판(160)의 전면 등을 통하여 입사되는 광의 반사율을 낮출 수 있다. 따라서 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달하는 광량을 증가시킬 수 있어, 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판(160)의 전면 및 후면에 텍스쳐링에 의한 요철이 형성되지 않는 것도 가능하다.
반도체 기판(160)의 전면 쪽에는 베이스 영역(10)과 반대되는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 제1 도전형 영역(20)은 베이스 영역(10)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 기여하는 에미터 영역을 구성한다.
제1 도전형 영역(20)이 n형일 때에는 인, 비소, 비스무스, 안티몬 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있고, p형일 때에는 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등이 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
도면에서는 제1 도전형 영역(20)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 제1 도전형 영역(20)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 제1 도전형 영역(20) 중에서 제1 전극(42)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도 및 높은 저항을 가질 수 있다. 제1 도전형 영역(20)의 구조로는 이 외에도 다양한 구조가 적용될 수 있다.
그리고 본 실시예에서는 반도체 기판(160)의 전면 쪽에 제1 도전형 불순물을 도핑하여 형성된 도핑 영역이 제1 도전형 영역(20)을 구성한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 도전형 영역(20)이 반도체 기판(160)의 전면 위에 별도의 층으로 구성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
반도체 기판(160) 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위에 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 차례로 형성되고, 제1 전극(42)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 제1 도전형 영역(20)에 접촉하여 형성된다.
패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)은 제1 전극(42)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 전면 전체에 형성될 수 있다.
패시베이션막(22)은 제1 도전형 영역(20)에 접촉하여 형성되어 제1 도전형 영역(20)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반도체 기판(160)의 전면으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킨다. 이에 의하여 반도체 기판(160)의 전면을 통해 입사되는 광의 반사율이 낮추는 것에 의하여 베이스 영역(10)과 제1 도전형 영역(20)의 계면에 형성된 pn 접합까지 도달되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 태양 전지(150)의 단락 전류(Isc)를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 의해 태양 전지(150)의 개방 전압과 단락 전류를 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
패시베이션막(22)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이셔막(22)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(22)은, 제1 도전형 영역(20)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 제1 도전형 영역(20)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
방사 방지막(24)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 반사 방지막(24)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 그리고 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 중 어느 하나가 반사 방지 역할 및 패시베이션 역할을 함께 수행하여 다른 하나가 구비되지 않는 것도 가능하다. 또는, 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(160) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(42)은 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)에 형성된 개구부(104)를 통하여(즉, 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여) 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 제1 전극(42)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제1 전극(42)의 형상에 대해서는 도 4를 참조하여 추후에 다시 설명한다.
반도체 기판(160)의 후면 쪽에는 베이스 영역(10)과 동일한 제2 도전형을 가지되, 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도로 제2 도전형 불순물을 포함하는 제2 도전형 영역(30)이 형성된다. 제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(160)의 후면 쪽에 제2 도전형 불순물을 도핑하여 형성된 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 제2 도전형 영역(30)은 반도체 기판(160)에서 후면 전계(back surface field)를 형성하는 후면 전계 영역을 구성할 수 있다.
본 실시예에서 제2 도전형 영역(30)이 전체적으로 균일한 도핑 농도를 가지는 균일한 구조(homogeneous structure)를 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시예로, 제2 도전형 영역(30)이 선택적 구조(selective structure)를 가질 수 있다. 선택적 구조에서는 제2 도전형 영역(30) 중에서 제2 전극(44)과 인접한 부분에서 높은 도핑 농도 및 낮은 저항을 가지며, 그 외의 부분에서 낮은 도핑 농도 및 높은 저항을 가질 수 있다. 또 다른 실시예로, 제2 도전형 영역(30)이 국부적 구조(local structure)를 가질 수 있다. 국부적 구조에서는 제2 도전형 영역(30)이 제2 전극(44)이 형성된 부분에 대응하여 국부적으로 형성될 수 있다.
반도체 기판(160)의 후면 위에, 좀더 정확하게는 반도체 기판(160)에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위에 패시베이션막(32)이 형성되고, 제2 전극(44)이 패시베이션막(32)을 관통하여 제2 도전형 영역(30)에 연결된다.
패시베이션막(32)은 제2 전극(44)에 대응하는 부분을 제외하고 실질적으로 반도체 기판(160)의 후면 전체에 형성될 수 있다.
패시베이션막(32)은 제2 도전형 영역(30)에 접촉하여 형성되어 제2 도전형 영역(30)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화 시킨다. 이에 의하여 소수 캐리어의 재결합 사이트를 제거하여 태양 전지(150)의 개방 전압(Voc)을 증가시킬 수 있다.
패시베이션막(32)은 다양한 물질로 형성될 수 있다. 일례로, 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 패시베이션막(32)은, 제2 도전형 영역(30)이 n형을 가지는 경우에는 고정 양전하를 가지는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 포함할 수 있으며, 제2 도전형 영역(30)이 p형을 가지는 경우에는 고정 음전하를 가지는 알루미늄 산화막 등을 포함할 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 패시베이션막(32)이 다양한 물질을 포함할 수 있음은 물론이다. 또는, 패시베이션막(32) 이외의 다양한 막이 반도체 기판(160) 위에 형성될 수도 있다. 그 외에도 다양한 변형이 가능하다.
제2 전극(44)은 패시베이션막(32)에 형성된 개구부(102)를 통하여 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(44)은 다양한 물질에 의하여 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 일정한 피치를 가지면서 서로 이격되는 복수의 핑거 전극(42a, 44a)을 포함할 수 있다. 도면에서는 핑거 전극(42a, 44a)이 서로 평행하며 반도체 기판(160)의 가장자리에 평행한 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 및 제2 전극(42, 44)은 핑거 전극들(42a, 44a)과 교차하는 방향으로 형성되어 핑거 전극(42a, 44a)을 연결하는 버스바 전극(44a, 44b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스 전극(44a, 44b)은 하나만 구비될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 핑거 전극(42a, 44a)의 피치보다 더 큰 피치를 가지면서 복수 개로 구비될 수도 있다. 이때, 핑거 전극(42a, 44a)의 폭보다 버스바 전극(42b, 44b)의 폭이 클 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동일하거나 작은 폭을 가질 수 있다.
단면 상으로 볼 때, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)은 모두 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(102)가 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a) 및 버스바 전극(42b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)은 모두 패시베이션막(32)을 관통하여 형성될 수도 있다. 즉, 개구부(104)가 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)에 모두 대응하여 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 전극(42)의 핑거 전극(42a)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(42b)이 패시베이션막(22) 및 반사 방지막(24) 위에 형성될 수 있다. 그리고 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a)이 패시베이션막(32)을 관통하여 형성되고, 버스바 전극(44b)은 패시베이션막(32) 위에 형성될 수 있다.
도면에서는 제1 전극(42)과 제2 전극(44)이 서로 동일한 형상을 가지는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극(42)의 핑거 전극 및 버스바 전극의 폭, 피치 등은 제2 전극(44)의 핑거 전극(44a) 및 버스바 전극(44b)의 폭, 피치 등과 서로 다른 값을 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(42)과 제2 전극(44)의 형상이 서로 다른 것도 가능하며, 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에와 같이 반도체 기판(160)의 전면에 제1 전극(42)이 형성되고 반도체 기판(160)의 후면에 제2 전극(44)이 형성되면, 제1 전극(42)에 연결되는 제1 도전형 영역(20)을 반도체 기판(160)의 전면에 전체적으로 형성할 수 있다. 이와 같이 에미터 영역으로 기능하는 제1 도전형 영역(20)을 넓은 면적으로 형성하여 광전 변환이 일어나는 면적을 최대화할 수 있다.
이때, 반도체 기판(160)의 전면에 소정의 패턴을 가지는 제1 전극(42)이 형성되고 반도체 기판(160)의 후면에 소정의 패턴을 가지는 제2 전극(44)이 형성되는 양면 수광형(bi-facial) 구조의 태양 전지(150)에서는 태양 전지(150)의 전면 및 후면에서 입사되는 광을 모두 광전 변환에 이용할 수 있다. 이에 의하여 광의 사용량을 증가시켜 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및/또는 제2 전극(42, 44)의 형상이 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션막(32)이 구비되지 않고 제2 전극(44)이 반도체 기판(160)의 후면에 전체적으로 형성되어 반도체 기판(160)에 전체적으로 접촉하는 것도 가능하다. 또는, 도 9에 도시한 바와 같이, 제2 전극(44)이 반도체 기판(160)의 후면에 형성된 패시베이션막(32) 위에 전체적으로 형성되며, 패시베이션막(32)을 국부적으로 관통하여 반도체 기판(160)에 국부적으로 접촉하는 것도 가능하다. 도 9의 실시예에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 설명에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 태양 전지(150)의 일 예를 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 구조, 방식 등은 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 태양 전지(150)는 화합물 반도체를 이용하거나, 염료 감응 물질을 이용하는 등의 다양한 구조를 가지는 광전 변환부가 적용될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 태양 전지(150)는 리본(142)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 리본(142)은 태양 전지(150)의 전면 상에 형성된 제1 전극(도 3의 참조부호 42, 이하 동일)과, 인접한 다른 태양 전지(150)의 후면 상에 형성된 제2 전극(도 3의 참조부호 44, 이하 동일)을 태빙(tabbing) 공정에 의해 연결할 수 있다. 태빙 공정은 태양 전지(150)의 일면에 플럭스(flux)를 도포하고, 플럭스가 도포된 태양 전지(150)에 리본(142)을 위치시킨 다음, 소성 과정을 거쳐 수행될 수 있다. 플럭스는 솔더링을 방해하는 산화막을 제거하기 위한 것으로, 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
또는, 태양 전지(150)의 일면과 리본(142) 사이에 전도성 필름(미도시)을 부착시킨 다음, 열 압착에 의해 복수의 태양 전지(150)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. 전도성 필름(미도시)은 도전성이 우수한 금, 은, 니켈, 구리 등으로 형성된 도전성 입자가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등으로 형성된 필름 내에 분산된 것일 수 있다. 이러한 전도성 필름을 열을 가하면서 압착하면 도전성 입자가 필름의 외부로 노출되고, 노출된 도전성 입자에 의해 태양 전지(150)와 리본(142)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 전도성 필름(미도시)에 의해 복수의 태양 전지(150)를 연결하여 모듈화하는 경우는, 공정 온도를 저하시킬 수 있어 태양 전지(150)의 휘어짐을 방지할 수 있다.
이와 같은 방식에 의하여 태양 전지(150)(좀더 상세하게는, 제1 및 제2 전극(42, 44))에 연결되는 본 실시예에 따른 리본(142)의 구조는 추후에 도 5 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
또한, 버스 리본(145)은 리본(142)에 의하여 연결된 하나의 열(列)의 태양 전지(150)의 리본(142)의 양끝단을 교대로 연결한다. 버스 리본(145)은 하나의 열을 이루는 태양 전지(150)의 단부에서 이와 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 버스 리본(145)은 태양 전지(150)가 생산한 전기를 모으며 전기가 역류되는 것을 방지하는 정션 박스(미도시)와 연결된다.
제1 밀봉재(131)는 태양 전지(150)의 수광면에 위치하고, 제2 밀봉재(132)는 태양 전지(150)의 이면에 위치할 수 있으며, 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 라미네이션에 의해 접착하여, 태양 전지(150)에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소를 차단하며, 태양 전지(150)의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다.
이러한 제1 밀봉재(131)와 제2 밀봉재(132)는 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등이 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 및 제2 밀봉재(131, 132)는 그 외 다양한 물질을 이용하여 라미네이션 이외의 다른 방법에 의하여 형성될 수 있다.
전면 기판(110)은 태양광을 투과하도록 제1 밀봉재(131) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양 전지(150)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전면 기판(110)이 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다.
후면 시트(200)는 태양 전지(150)의 이면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다. 후면 시트(200)는 필름 또는 시트 등의 형태로 구성될 수 있다. 후면 시트(200)은 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이거나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 적어도 일면에 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF) 수지 등이 형성된 구조일 수 있다. 폴리불화비닐리덴은 (CH2CF2)n의 구조를 지닌 고분자로서, 더블(Double)불소분자 구조를 가지기 때문에, 기계적 성질, 내후성, 내자외선성이 우수하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(200)가 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 후면 시트(200)는 전면 기판(110) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 후면 시트(200)가 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질(예를 들어, 유리)로 형성되어 양면 수광형 태양 전지 모듈(100)을 구현할 수도 있다.
상술한 리본(142)의 구체적인 구조를 도 5 내지 도 7을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리본(142)에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 개략적인 평면도이며, 도 7은 도 5의 VII-VII 선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 도 5에서 태양 전지(150)는 반도체 기판(160)과 제1 및 제2 전극(42, 44)을 위주로 간략하게 도시하였으며, 하나의 리본(142)과, 이에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)를 도시하였다. 따라서, 도면에서 리본(142)이 연결되지 않은 제1 및 제2 전극(42, 44)은 또 다른 리본(142)에 의하여 다른 태양 전지(150)에 연결되는데, 이에 대해서는 도시를 생략한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 리본(142)은 제1 태양 전지(151)의 전면에 위치한 제1 전극(42)과 제2 태양 전지(152)의 후면에 위치한 제2 전극(44)을 연결하도록 위치한다. 제1 또는 제2 전극(42, 44)이 복수 개 구비될 때 리본(142)은 이에 대응하는 개수로 복수 개로 구비될 수 있다.
좀더 구체적으로 각각의 리본(142)은, 제1 태양 전지(151)의 전면(좀더 정확하게는, 제1 태양 전지(151)의 제1 전극(42) 위)에 위치한 제1 부분(142a)과, 제2 태양 전지(152)의 후면(좀더 정확하게는, 제2 태양 전지(152)의 제2 전극(44) 위)에 위치한 제2 부분(142b)과, 제1 부분(142a)과 제2 부분(142b) 사이에서 이들을 연결하는 제3 부분(142c)을 포함한다. 여기서, 제3 부분(142c)은 제1 태양 전지(151)의 전면 및/또는 제2 태양 전지(152)의 후면과 겹쳐지는 영역에 위치한다고 하더라도 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152) 사이에 위치한 부분과 동일한 폭 및 두께를 가져 동일한 부분이라고 여겨질 수 있는 부분까지를 포함한다.
본 실시예에서 제1 부분(142a)의 폭(W1)보다 제3 부분(142c)의 폭(W3)이 클 수 있다. 제1 부분(142a)은 제1 태양 전지(151)의 전면 쪽에 위치한 부분이므로 그 폭을 증가시키면 제1 태양 전지(151)로 광이 입사되는 것을 방지하여 쉐이딩 손실(shading loss)가 발생할 수 있으므로 상대적으로 작은 폭(W1)을 가지도록 한다. 그리고 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)에 위치하여 쉐이딩 손실과 관계되지 않는 제3 부분(142c)은 제1 부분(142a)보다 큰 폭(W3)을 가지도록 하여 리본(142)의 면적을 증가시켜 제1 및 제2 태양 전지(151, 152) 사이의 저항 성분을 줄여 직렬 저항을 저감할 수 있다.
일 예로, 제1 부분(142a)의 폭(W1) : 제3 부분(142c)의 폭(W3)의 비율이 1:1.5 이상일 수 있다. 상술한 비율이 1:1.5 미만이면 제3 부분(142c)의 폭(W3)에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 상술한 비율의 상한은 크게 한정되지 않으나, 일 예로, 제1 부분(142a)의 폭(W1) : 제3 부분(142c)의 폭(W3)의 비율이 1:5 이하(예를 들어, 1:3 이하)일 수 있다. 상술한 비율이 1:5를 초과하면, 제3 부분(142c)의 돌출된 부분이 원하지 않는 부분으로 꺽이거나 쳐져서 불필요한 션트 등이 발생할 수 있다. 제3 부분(142c)의 돌출된 부분에 의한 문제를 좀더 효과적으로 방지하기 위하여, 제1 부분(142a)의 폭(W1) : 제3 부분(142c)의 폭(W3)의 비율을 1:3 이하로 할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 부분(142a)의 폭(W1), 제3 부분(142c)의 폭(W3)이 상술한 바와 다른 값을 가질 수도 있다.
본 실시예에서는 제2 부분(142b)의 폭(W2)보다 제3 부분(142c)의 폭(W3)이 크고, 제2 부분(142b)의 폭(W2)이 제1 부분(142a)의 폭(W1)과 같거나 극히 유사할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 태양 전지(150)의 후면에 위치한 제2 전극(44)이 일정한 패턴을 가져 태양 전지(150)의 후면으로도 광이 입사할 수 있는 양면 수광형 구조에서는, 제2 태양 전지(152)의 후면에 위치한 제2 부분(142b)의 폭(W2)을 제1 부분(142a)의 폭(W1)과 같거나 극히 유사하게 하여 태양 전지(150)의 후면으로 입사하는 광의 쉐이딩 손실을 최소화할 수 있다. 이 경우에는, 제2 부분(142b)의 폭(W2) : 제3 부분(142c)의 폭(W3)의 비율이 1:1.5 이상(좀더 구체적으로는, 1:1.5 내지 1:5, 예를 들어, 1:1.5 내지 1:3)일 수 있다. 이에 대한 구체적인 이유는 제1 부분(142a)의 폭(W1)과 제3 부분(142c)의 폭(W3)의 비율에서 설명한 것과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명을 생략한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 부분(142b)의 폭(W2), 제3 부분(142c)의 폭(W3)이 상술한 바와 다른 값을 가질 수도 있다.
그리고 제3 부분(142c)은 이에 인접한 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 가장자리와 각기 이격되어 위치할 수 있다. 이에 의하여 제3 부분(142c)이 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 원하지 않는 부분과 접촉할 경우 발생할 수 있는 션트(shunt)를 방지할 수 있다. 일 예로, 제3 부분(142c)과 제1 태양 전지(151) 사이의 제1 거리(D1), 그리고 제3 부분(142c)과 제2 태양 전지(152) 사이의 제2 거리(D2)가 0.3mm 이상일 수 있다. 제1 및 제2 거리(D1, D2)가 0.3mm 미만이면, 공정 오차 등에 의하여 션트의 문제가 발생할 수 있다. 제1 및 제2 거리(D1, D2)의 상한은 크게 한정되지 않으나, 일 예로, 5mm 이내일 수 있다. 상술한 거리(D1, D2)가 5mm를 초과하면 제3 부분(142c)의 길이가 짧아져서 직렬 저항의 저감 효과가 충분하지 않을 수 있다.
도면에서는 제1 및 제2 거리(D1, D2)가 서로 동일한 것으로 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제1 거리(D1)보다 제2 거리(D2)가 작을 수 있다. 제1 태양 전지(151)의 전면에 형성되며 베이스 영역(도 3의 참조부호 10, 이하 동일)과 다른 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(도 3의 참조부호 20, 이하 동일)은 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(10) 및 제2 도전형 영역(도 3의 참조부호 30, 이하 동일)에 비하여 아주 작은 두께를 가지면서 형성된다. 리본(142)의 제3 부분(142c)에서 제1 태양 전지(151)와 인접한 부분이 제1 태양 전지(151)의 제1 도전형 영역(20) 이외의 영역에 접촉하게 되면 션트가 발생하는데, 제1 도전형 영역(20)의 두께가 매우 작으므로 션트가 발생할 가능성이 상대적으로 높다. 반대로, 리본(142)의 제3 부분(142c)에서 제2 태양 전지(152)와 인접한 부분이 제2 태양 전지(152)의 제1 도전형 영역(20)에 접촉하게 되면 션트가 발생하는데, 제1 도전형 영역(20)의 두께가 매우 작으므로 션트가 발생할 가능성이 상대적으로 낮다. 이에 따라 션트의 발생 가능성이 높은 제1 태양 전지(151)와의 제1 거리(D1)보다 션트 발생 가능성이 낮은 제2 태양 전지(152)와의 제2 거리(D2)를 작게 하여, 션트 발생 가능성을 낮게 유지하면서 제3 부분(142c)의 면적을 최대화할 수 있다.
제3 부분(142c)은 제1 태양 전지(151)의 전면에 위치한 제1 부분(142a)으로부터 제2 태양 전지(152)의 후면에 위치한 제2 부분(142b)까지를 연결하도록 이들 사이에서 경사지게 위치할 수 있다. 이에 의하여 제3 부분(142c)이 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)와 접촉하게 될 가능성을 더 줄여 션트를 효과적으로 방지할 수 있다.
제3 부분(142c) 위에는 반사층(144)이 위치할 수 있다. 반사층(144)은 높은 반사도를 가지는 물질(일 예로, 금속)을 포함할 수 있다. 반사층(144)으로 사용될 수 있는 금속의 예로는 금, 은, 백금, 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 이와 같이 제3 부분(142c) 위에 반사층(144)이 위치하면 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152) 사이를 지나가는 광이 반사층(144)에 의하여 반사되어 태양 전지 모듈(100)의 상부면을 향하게 된다. 이 중 일부는 제1 및/또는 제2 태양 전지(152)로 재입사한다. 또한, 태양 전지 모듈(100)의 상부면을 향하게 되는 광의 일부는 굴절률 차이에 의한 전반사(total reflection)에 의하여 다시 태양 전지(150) 쪽으로 이동하게 된다. 이에 따라 태양 전지(150)에 사용되는 광의 양을 늘려 태양 전지(150)의 효율을 향상할 수 있다.
일 예로, 반사층(144)은 제3 부분(142c)과 동일한 형상 및 동일한 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 그러면, 반사층(144)의 면적을 최대화하여 반사층(144)에 의한 효율 향상 효과를 최대화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 반사층(144)이 제3 부분(142c)의 일부에만 형성되는 것도 가능하고 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 반사층(144)은 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 전면 쪽을 향하는 제3 부분(142c)의 면에 형성되어 많은 양의 광이 입사되는 전면 쪽에서의 광을 반사한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 반사층(144)이 제1 및 제2 태양 전지(151, 152)의 후면 쪽을 향하는 제3 부분(142c)의 면에 형성되는 것도 가능하고, 제3 부분(142c)의 양면에 형성되는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 제3 부분(142c)에 반사층(144)을 형성하여 반사 구조를 형성하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 반사층(144)을 형성하지 않고 반사를 유도할 수 있는 다양한 반사 구조가 적용될 수 있다. 이에 대한 일 예를 추후에 도 14를 참조하여 상세하게 설명한다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152)의 사이 부분을 포함하여 광의 입사에 직접 관련되지 않는 리본(142)의 제3 부분(142c)의 폭(W3)을 제1 부분(142a) 및 제2 부분(142b)보다 크게 하여 리본(142)의 저항을 줄일 수 있다. 이에 의하여 제1 태양 전지(151)와 제2 태양 전지(152) 사이의 직렬 저항을 저하시킬 수 있고, 이에 의하여 충밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 넓은 폭을 제3 부분(142c)에 반사 구조를 형성하여 광전 변환에 이용되는 광의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 단락 전류 밀도(Isc)를 향상할 수 있다. 이에 따라 태양 전지 모듈(100)의 출력을 크게 증가할 수 있다.
상술한 실시예에서는 제3 부분(142c)의 폭(W3)을 제1 및 제2 부분(142a, 142b)의 폭(W1, W2)보다 크게 한 예를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 내지 제3 부분(142a, 142b, 142c) 중 적어도 두 부분의 폭 및/또는 두께를 서로 다르게 하여 리본(142)의 저항을 저감하는 것이 가능하다. 이러한 다양한 예를 이하의 다른 실시예들에서 상세하게 설명한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양 전지를 상세하게 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예와 이하의 실시예들의 변형은 서로 함께 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈에 적용될 수 있는 태양 전지의 다른 예를 도시한 단면도이다. 참조로 도 8은 도 6에 대응하는 도면이고 도 9는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서 제2 부분(142b)의 폭(W2)은 제1 부분(142a)의 폭(W1)보다 크고 제3 부분(142c)의 폭(W3)과 같은 폭을 가진다. 즉, 제2 부분(142b)이 입사되는 광의 양이 상대적으로 작거나 태양 전지(150)의 후면에 위치한다는 점을 고려하여 제2 부분(142b)의 폭(W2)을 제1 부분(142a)의 폭(W1)보다 크게 한다. 이에 의하여 제2 부분(142b)에서의 면적을 상대적으로 크게 하여 리본(142)의 저항을 좀더 저감할 수 있다.
이러한 구조의 리본(142)은 도 9에 도시한 바와 같이 태양 전지(150)의 후면 쪽으로 광이 입사하지 않는 구조에 적용될 경우에 큰 효과를 가질 수 있다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지(150)에서는 제2 전극(44)이, 반도체 기판(160)의 후면에 형성된 패시베이션막(32) 위에 전체적으로 형성되는 제1 전극부(44a)와, 패시베이션막(32)을 관통하여 제1 전극부(44a)와 반도체 기판(160)을 연결하는 제2 전극부(44b)를 포함할 수 있다. 제2 전극부(44b)는 부분적으로 제1 전극부(44a)와 반도체 기판(160)을 연결할 수 있는데, 일 예로, 점 컨택(point contact)에 의하여 제1 전극부(44a)와 반도체 기판(160)을 연결할 수 있다. 그리고 반도체 기판(160)의 후면은 반사가 잘 일어날 수 있도록 경면 연마되어 전면보다 작은 표면 거칠기를 가질 수 있다.
이와 같이 반도체 기판(160)의 후면으로는 광이 입사되지 않는 태양 전지(150)의 구조에서는 제2 부분(142b)의 폭이 제1 부분(142a)보다 커져도 쉐이딩 손실을 발생하지 않으므로, 이와 같이 제2 부분(142b)의 폭을 크게 하여 리본(142)의 저항을 최대한 줄일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 구조의 리본(142)이 도 3에 도시한 바와 같이 태양 전지(150)의 후면으로도 광의 입사가 가능한 구조를 가질 수도 있음은 물론이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다. 참조로 도 10은 도 6에 대응하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에서 제2 부분(142b)의 폭(W2)은 제1 부분(142a)의 폭(W1)보다 크고 제3 부분(142c)의 폭(W3)보다 작을 수 있다. 즉, 제2 부분(142b)이 입사되는 광의 양이 상대적으로 작은 태양 전지(150)의 후면에 위치한다는 점을 고려하여 제2 부분(142b)의 폭(W2)을 제1 부분(142a)의 폭(W1)보다 크게 한 것이다. 이에 의하여 제2 부분(142b)에서의 면적을 상대적으로 크게 하여 리본(142)의 저항을 좀더 저감할 수 있다. 이때, 도 3에 도시한 바와 같이 태양 전지(150)의 후면에서도 광의 입사가 가능한 구조를 가질 수도 있고, 도 9에 도시한 바와 같이 태양 전지(150)의 후면에서 광의 입사가 이루어지지 않는 구조를 가질 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다. 참조로 도 11은 도 6에 대응하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에서 리본(142)은, 제1 태양 전지(151)의 전면(좀더 정확하게는, 제1 태양 전지(151)의 제1 전극(42) 위)에 위치한 제1 부분(142a)과, 제2 태양 전지(152)의 후면(좀더 정확하게는, 제2 태양 전지(152)의 제2 전극(44) 위)에 위치한 제2 부분(142b)과, 제1 부분(142a)과 제2 부분(142b) 사이에서 이들을 연결하는 제3 부분(142c)을 포함한다. 이때, 각 리본(142)에서 제1 및 제2 부분(142a)이 복수 개의 제1 및 제2 전극(도 5의 참조부호 42, 44, 이하 동일)에 각기 대응하도록 복수 개 구비되고, 복수 개의 제1 부분(142a)과 복수 개의 제3 부분(142c)이 하나의 제2 부분(142b)에 함께 연결된다. 즉, 제3 부분(142c)을 길게 연장하여 복수 개의 제1 및 제2 전극(42, 44)에 대응하는 제3 부분(142c)을 서로 공유하는 것에 의하여 복수 개의 제1 또는 제2 전극(42, 44)에 대응하는 리본(142)를 하나로 일체화한다. 이에 의하여 리본(142)의 개수를 줄여 부품 개수를 줄이는 것에 의하여 공정을 단순화할 수 있다. 또한, 제3 부분(142c)의 면적을 최대화하여 저항을 최대한 감소할 수 있으며, 제3 부분(142c)에 형성되는 반사 구조(예를 들어, 반사층(144))의 면적을 최대화하여 이에 의한 효과를 최대화할 수 있다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다. 참조로 도 12는 도 6에 대응하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에서는 리본(142)의 제3 부분(142c)이 제1 태양 전지(151)와 이격되어 위치하고, 제2 태양 전지(152)와는 일부가 겹쳐지게 형성될 수 있다. 즉, 리본(142)의 제3 부분(142c)의 일부가 제2 태양 전지(152)의 후면 쪽에 위치하도록 할 수 있다. 이는 제2 태양 전지(152)의 후면으로는 광의 입사가 상대적으로 적으므로 제3 부분(142c)의 일부가 제2 태양 전지(152)의 후면과 중첩되어 위치하더라도 쉐이딩 손실이 크게 발생하지 않기 때문이다. 또한, 상술한 바와 같이, 제2 태양 전지(152)와 제3 부분(142c)이 서로 접촉하더라도 션트 발생 가능성이 높지 않으므로 제3 부분(142c)을 제2 태양 전지(152)와 일부 중첩되도록 형성하여도 무방하다. 이와 같이 제3 부분(142c)을 제2 태양 전지(152)와 일부 겹치도록 형성하면, 제3 부분(142c)의 면적을 최대화하여 리본(142)의 저항을 좀더 저감할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참조로 도 13은 도 7에 대응하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에서 리본(142)의 제3 부분(142c)은, 제1 부분(142a)에 인접한 부분에서 제1 부분(142a)과 교차하는 세로부(1421c)와, 제2 부분(142b)으로부터 세로부(1421c)까지 연장되며 제2 부분(142b)과 평행한 가로부(1422c)를 포함할 수 있다. 이때, 세로부(1421c)는 제1 태양 전지(151)와 이격하여 형성될 수 있다.
이와 같이 세로부(1421c)를 제1 태양 전지(151)와 이격하여 위치시키면 세로부(1421c)와 제1 태양 전지(151)가 서로 평행하게 이격되므로 제3 부분(142c)과 제1 태양 전지(151)가 서로 단락될 위험을 최대한 줄일 수 있다. 그리고 가로부(1422c)에 반사 구조(일 예로, 반사층(144))을 형성하는 것에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 전면 쪽으로 향하게 하는 반사 효과를 크게 향상할 수 있다. 이에 의하여 안정성 및 반사 효율을 향상할 수 있다.
상술한 구조의 리본(142)은 리본(142) 형성 시에 세로부(1421c)와 가로부(1422c)를 가지도록 형성하여 제조할 수도 있고, 리본(142)을 제1 및 제2 태양 전지(151, 152) 위에 태빙하는 공정에서 리본(142)에 압력을 주어 임의로 절곡하는 것에 의하여 형성될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참조로 도 14는 도 7에 대응하는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에서는 제3 부분(142c)의 표면 거칠기를 제1 및 제2 부분(142b)보다 크게 하여 제3 부분(142c)에서 난반사가 일어나도록 유도한다. 즉, 본 실시예에서는 제3 부분(142c)을 에칭하는 등과 같은 표면 처리에 의하여 제3 부분(142c)에 큰 표면 거칠기를 가지는 반사 부분(144a)을 형성하는 것에 의하여 반사 구조를 형성한다. 이와 같이 본 실시예에서는 별도의 반사층(144)을 형성하지 않고 간단한 공정에 의하여 제3 부분(142c)에 반사 구조를 형성할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참조로 도 15는 도 7에 대응하는 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 리본(142)은 제3 부분(142c)의 두께(T3)가 제1 부분(142a) 및/또는 제2 부분(142b)의 두께(T1, T2)보다 클 수 있다. 이에 의하여 제1 태양 전지(151)과 제2 태양 전지(152)의 사이 공간에서 리본(142)의 제3 부분(142c)의 두께(T1)를 상대적으로 크게 하는 것에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 두께를 증가시키지 않으면서도 리본(142)의 저항을 낮출 수 있다. 제1 부분(142a)의 두께(T1)는 제2 부분(142b)의 두께(T2)와 같거나, 이보다 작거나 클 수 있다. 일 예로, 제1 부분(142a)의 두께(T1)와 제2 부분(142b)의 두께(T1)를 같게 하여 구조적 안정성 및 전기적 안정성을 향상할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리본에 의하여 연결되는 제1 및 제2 태양 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다. 참조로 도 16은 도 6에 대응하는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에서는 제2 부분(142b)의 폭(W2)이 제1 부분(142a)의 폭(W1) 및 제3 부분(142c)의 폭(W2)보다 크다. 즉, 제2 부분(142b)이 입사되는 광의 양이 상대적으로 작은 태양 전지(150)의 후면에 위치한다는 점을 고려하여 제2 부분(142b)의 폭(W2)을 제1 부분(142a)의 폭(W1)보다 크게 한 것이다. 이에 의하여 제2 부분(142b)에서의 면적을 상대적으로 크게 하여 리본(142)의 저항을 좀더 저감할 수 있다.
상술한 실시예들에서는 제3 부분(142c)의 폭(W3) 및 두께를 상대적으로 크게 하였는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 실시예와 같이 제2 부분(142b)이 제1 부분(142a) 및 제3 부분(142c)보다 큰 폭을 가지도록 할 수 있다. 다른 변형예로, 제2 부분(142b)이 제1 부분(142a) 및 제3 부분(142c)보다 큰 두께를 가지도록 할 수도 있다.
이러한 구조의 리본(142)은 도 9에 도시한 바와 같이 태양 전지(150)의 후면 쪽으로 광이 입사하지 않는 구조에 적용되어 큰 효과를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 구조의 리본(142)이 도 3에 도시한 바와 같이 태양 전지(150)의 후면으로도 광의 입사가 가능한 구조를 가질 수도 있음은 물론이다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
150: 태양 전지
151: 제1 태양 전지
152: 제2 태양 전지
142: 리본
142a: 제1 부분
142b: 제2 부분
142c: 제3 부분
144: 반사층
144a: 반사 부분
150: 태양 전지
151: 제1 태양 전지
152: 제2 태양 전지
142: 리본
142a: 제1 부분
142b: 제2 부분
142c: 제3 부분
144: 반사층
144a: 반사 부분
Claims (20)
- 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지를 포함하는 복수의 태양 전지; 및
상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지를 연결하는 리본
을 포함하고,
상기 리본은, 상기 제1 태양 전지의 전면에 위치하며 제1 폭을 가지는 제1 부분과, 상기 제2 태양 전지의 후면에 위치하며 제2 폭을 가지는 제2 부분과, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하며 상기 제1 폭 및 상기 제2 폭 각각보다 큰 제3 폭을 가지는 제3 부분을 포함하고,
상기 제3 부분은 상기 제2 태양 전지의 후면의 일부에 중첩되며 상기 제1 태양 전지와 이격되어 위치하며,
상기 제3 부분 위에 선택적으로 금속으로 구성된 반사층이 형성되는 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 폭 : 상기 제2 폭의 비율이 1:1.5 내지 1:5인 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2 폭이 상기 제1 폭과 같거나, 또는 상기 제1 폭보다 크고 상기 제3 폭보다 작은 태양 전지 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제3 부분과 상기 제1 태양 전지 사이의 거리가 0.3mm 내지 5mm인 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 리본은, 상기 제1 부분이 복수 개로 구비되고, 상기 제2 부분이 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 제1 부분과 상기 복수 개의 제2 부분이 하나의 상기 제3 부분에 연결되는 태양 전지 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제3 부분은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 이들과 경사진 부분을 포함하는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제3 부분은, 상기 제1 부분에 인접한 부분에서 상기 제1 부분과 교차하는 세로부와, 상기 제2 부분으로부터 상기 세로부까지 연장되며 상기 제2 부분과 평행한 가로부를 포함하는 태양 전지 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 가로부에 상기 반사층이 형성되는 태양 전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제3 부분은 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 적어도 하나보다 두께가 큰 태양 전지 모듈.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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