KR20140003678A - 집적 광기전력 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 광기전력 모듈은 기판상에 하부전극, 광전변환층, 및 상부전극이 적층 형성되며, 분리선에 의해 분리되는 버스바 영역과 셀 영역을 구비하고, 상기 셀 영역은 복수의 셀을 포함하며, 상기 분리선은 상기 버스바 영역의 광전변환층 및 상부전극을 상기 셀 영역의 광전변환층 및 상부전극으로부터 분리하고, 상기 버스바 영역의 광전변환층에는 상기 버스바 영역의 상부전극을 상기 버스바 영역의 하부전극과 접속시키기 위한 관통홀이 서로 이격되어 복수개 형성되어 있다.
Description
본 발명은 집적 광기전력 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지원에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
태양광을 전기 에너지로 변환하는 광기전력 모듈은 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 가지며, 광기전력 모듈에 빛이 입사되면 빛과 광기전력 모듈의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이때, 접합 구조 양단에 전극을 형성하고 도선을 연결하면 전극 및 도선을 통하여 외부로 전류가 흐르게 된다.
석유와 같은 기존의 에너지원을 태양광 에너지원으로 대체해 가기 위해 광기전력 장치에서 무효 영역을 최소화하여 광전변환효율을 높이고자 하는 노력이 지속되고 있다.
본 발명은 광기전력 모듈의 무효 영역을 줄여 광기전력 모듈의 효율을 개선하고 광기전력 모듈의 제조 시간을 단축시키는 기법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈은 기판상에 하부전극, 광전변환층, 및 상부전극이 적층 형성되며, 분리선에 의해 분리되는 버스바 영역과 셀 영역을 구비하고, 상기 셀 영역은 복수의 셀을 포함하며, 상기 분리선은 상기 버스바 영역의 광전변환층 및 상부전극을 상기 셀 영역의 광전변환층 및 상부전극으로부터 분리하고, 상기 버스바 영역의 광전변환층에는 상기 버스바 영역의 상부전극을 상기 버스바 영역의 하부전극과 접속시키기 위한 관통홀이 서로 이격되어 복수개 형성되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서 상기 복수의 셀 중 상기 버스바 영역에 최근접한 셀의 하부전극의 폭은 나머지 셀의 하부전극의 폭보다 더 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서 상기 복수의 셀은 제1셀 및 제2셀을 포함하며, 상기 제1셀의 하부전극과 상기 제2셀의 하부전극은 하부전극 분리홈에 의해 분리되고, 상기 제1셀의 광전변환층에는 상기 제1셀의 상부전극을 상기 제2셀의 하부전극과 접속시키기 위한 셀관통홀이 서로 이격되어 복수개 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 포인트 컨택을 통해 버스바 영역의 상부전극을 하부전극과 전기적으로 연결되도록 함으로써 버스바 형성에 따른 무효 영역을 줄일 수 있으며 광기전력 모듈의 제조 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 광기전력 모듈의 셀 영역 내의 단위 셀들이 포인트 컨택을 통해 직렬 연결되도록 함으로써 광기전력 모듈 내의 무효 영역을 줄여 모듈의 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 광기전력 모듈의 효율을 개선할 수 있다.
도1은 종래의 방식에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 단면도이다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 버스바 형성 과정을 나타내는 단면도이다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 제조과정을 나타내는 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 단면도이다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 버스바 형성 과정을 나타내는 단면도이다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 제조과정을 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 표시됨을 유의해야 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도1은 종래의 방식에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 사시도이다. 도1 및 이하의 도면에서는 하부전극 분리홈(P1), 관통홀(T2), 분리홈(또는 셀관통홀: P2) 및 상부 분리홈(P3)의 형상이 광기전력 모듈의 상부 표면에 표시되지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 상기 형상들은 상부 표면에서 관찰되지 않을 수 있다.
도1의 광기전력 모듈에는 기판(100) 상에 순차적으로 하부전극(200), 광전변환층(300) 및 상부전극(400)이 형성되어 있다. 상기 하부전극(200) 사이의 단락을 방지하기 위해 하부전극(200)을 관통하는 하부전극 분리홈(P1)이 형성된다. 광전변환층(300)을 관통하는 분리홈(P2)이 형성되어 있다. 또한, 광전변환층(300) 및 상부전극(400)을 관통하는 상부 분리홈(P3)이 형성되어 있으며, 이에 의해 복수의 단위 셀(UC1, UC2,…,UCn) 및 “Dead Zone”으로 표시된 최외곽 셀이 형성된다.
상기 상부전극(400)과 상기 하부전극(200)을 서로 연결하여 전자의 이동통로로서 기능하는 상기 분리홈(P2)에 의해 서로 인접한 단위 셀(UC1, UC2,…,UCn)들이 직렬 연결된다. 즉, 제1단위셀(UC1)의 상부전극(400)과 제2단위셀(UC2)의 하부전극(200)이 상기 분리홈(P2)을 통해 연결되어 상기 제1단위셀(UC1)과 상기 제2단위셀(UC2)은 직렬 연결된다. 이러한 직렬 연결은 모든 인접한 단위 셀들 사이에서 이루어질 수 있다. 제1단위 셀(UC1)과 상기 최외곽 셀 사이에도 이러한 직렬 연결이 이루어진다.
버스바(510, 520)는 광기전력 모듈의 하부전극(200) 및 상부전극(400)과 전기적으로 연결되도록 상부전극(400) 상에 형성되어 광전변환층(300)에 의하여 생성된 전기를 하부전극(200) 및 상부전극(400)으로부터 공급받는다. 이때, 버스바(510, 520)는 빛의 조사에 의하여 광전변환층(300)으로부터 발생된 전기를 외부로 공급할 수 있도록 접속함(미도시)에 연결될 수 있다.
제1 및 제2버스바(510, 520)가 광기전력 모듈의 양 끝단의 상부전극(400) 상에 형성된다. 제2버스바(520)는 제n 단위 셀(UCn)의 상부전극(400) 상에 형성되어 상부전극(400)으로부터 전기를 공급받는다. 이때, 제2버스바(520)가 형성된 제n단위 셀(UCn)은 광전변환을 수행하는 유효 영역이다.
하지만, 제1버스바(510)는 제1 단위 셀(UC1)의 하부전극(200)으로부터 전기를 공급받기 위해서 좌측 최외곽 셀의 상부전극(400) 상에 형성된다. 이때, 상기 최외곽 셀의 하부전극(200)이 플로팅(floating)되기 때문에 상기 최외곽 셀은 광전변환을 수행하지 못하고 무효 영역(Dead zone)이 된다.
제1버스바(510)의 폭이 2~3mm이지만, 제1버스바(510)가 형성되어 있는 최외곽 셀 전체가 무효 영역이 된다. 일반적으로 최외곽 셀을 포함한 단위 셀의 폭은 6~15mm에 해당한다. 따라서, 제1버스바(510)를 형성하기 위해서 제1버스바(510)의 폭보다 상당히 큰 하나의 단위 셀에 해당하는 영역이 무효 영역이 됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 제1버스바(510)가 형성된 상부전극(400)이 포인트 컨택(point contact)을 통하여 하부전극(300)과 연결되도록 함으로써, 제1버스바(510) 형성에 따른 무효 영역을 최소화하여 광기전력 모듈의 효율을 높이고 광기전력 모듈 제조 시간을 단축할 수 있다.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 제1버스바(510)가 형성된 광기전력 모듈의 단면도이다. 본 발명의 실시예에 따라 형성되는 버스바는 광기전력 모듈의 양단 중 어느 하나에 적용될 수 있다. 도2에는 본 발명의 실시예에 따른 제1버스바(510)가 형성된 광기전력 모듈의 일단만을 도시한다. 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 타단에서의 버스바 형성은 도1을 참조하여 설명된 제2버스바(520)를 참조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈은 기판(100)상에 하부전극(200), 광전변환층(300), 및 상부전극(400)이 적층된 형태를 갖는다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈은 분리선(P4)에 의해 분리되는 버스바 영역(Dead Zone으로 표시)과 셀 영역을 구비한다. 셀 영역은 분리선(P4)으로부터 우측 영역으로서 복수의 셀(UC1, UC2,…, UCn)을 포함할 수 있다. 버스바 영역은 분리선(P4)으로부터 좌측 영역으로서 버스바(510)가 형성된 영역이다. 이때, 분리선(P4)은 버스바 영역의 광전변환층(300) 및 상부전극(400)을 셀 영역의 광전변환층(300) 및 상부전극(400)으로부터 분리한다. 이와 같은 분리선(P4)을 통해 버스바 영역과 셀 영역의 제1단위 셀(UC1)이 단락되는 것이 방지된다. 이에 따라 제1단위 셀(UC1)의 하부전극(200)이 플로팅되어 제1단위 셀(UC1)이 무효 영역으로 되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 버스바(510)는 버스바 영역의 상부전극(400) 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서 버스바(510)가 형성된 버스바 영역은 단위 셀의 형태를 가지고 있지 않으며 단지 상부전극(400)이 하부전극(300)에 연결될 수 있도록 관통홀(T2)이 형성되어 있을 뿐이다. 이때, 셀 영역의 복수의 셀 중 버스바 영역에 최근접한 셀, 즉 제1단위 셀(UC1)의 하부전극(200)은 버스바 영역까지 연장된다. 따라서, 버스바 영역의 상부전극(400)이 버스바 영역의 하부전극(300)과 관통홀(T2)을 통해 전기적으로 연결됨으로써 버스바(510)가 제1단위 셀(UC1)의 하부전극(200)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1단위 셀(UC1)의 하부전극이 플로팅되어 제1단위 셀(UC1)이 무효 영역으로 되지 않으면서도, 버스바(510)는 제1단위 셀(UC1)의 하부전극(200)을 통해 직렬연결된 복수의 단위 셀(UC1, UC2,…, UCn)로부터 생성된 전기를 공급받을 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서, 버스바 영역에 최근접한 셀인 제1단위 셀(UC1)의 하부전극의 폭(A1)은 나머지 단위 셀(UC2,…,UCn)의 하부전극의 폭(A2)보다 더 클 수 있다. 이는, 제1단위 셀(UC1)의 하부전극(200)이 버스바 영역까지 연장되어 버스바 영역의 하부전극을 구성하기 때문이다.
제1단위 셀(UC1)의 하부전극의 폭(A1)과 나머지 단위 셀(UC2,…,UCn)의 하부전극의 폭(A2) 사이의 차이 값은 2mm 이상 및 5mm이하일 수 있다. 상기 차이 값이 2mm 이상으로 유지될 때 제1단위 셀(UC1)이 형성된 나머지 부분에 분리선(P4) 및 관통홀(T2)을 형성하면서도 버스바(510)를 형성하기 위한 너비가 확보될 수 있다. 상기 차이 값이 5mm 이하로 될 때 버스바(510) 형성을 위한 무효 영역 감소 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서 버스바(510)가 형성된 버스바 영역에서 상부전극(400)은 관통홀(T2)을 통해서 하부전극(200)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이때, 관통홀(T2)은, 도1에 도시된 분리홈(P2)과 같이 직선형 라인(320)을 따라서 형성되는 것이 아니라, 서로 이격되어 포인트 컨택 형태로 형성된다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 버스바(510) 형성 과정을 나타내는 단면도이다.
도3a에 도시된 바와 같이, 버스바 영역에는 셀 영역과 동일하게 기판(100) 상에 하부전극(200) 및 광전변환층(300)이 형성된다. 이후, 버스바 영역에서 광전변환층(300)에는 관통홀(T2)이 이격되어 복수 개 형성된다. 이때, 관통홀(T2)은 셀 영역의 분리홈(P2)을 형성하는 공정과 동시에 형성될 수 있다. 다만, 도1에 도시된 바와같이 분리홈(P2)은 라인(320) 형태를 가지나 관통홀(T2)은 포인트 컨택 형태로 서로 이격되어 형성된다. 추후, 버스바 영역에서 상부전극(400)은 포인트 형태인 관통홀(T2)을 통해서 하부전극(200)과 연결될 수 있다. 본 명세서에서는 상기 관통홀(T2)이 포인트 형태인 것이 예시되나, 이는 단지 예시일 뿐이며, 상기 복수개의 관통홀(T2)이 이격되어 형성되어 있다면 상기 관통홀(T2)은 일 방향으로 연장된 분절된 직선형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 버스바 영역에서 포인트 컨택을 통해 상부전극(400)과 하부전극(200)이 연결되는 광기전력 모듈에서, 관통홀(T2)을 적정수로 형성하는 것이 중요하다. 만약 상기 관통홀(T2)의 수가 너무 많으면 직선형의 레이저 스크라이빙과 마찬가지로 제조 시간이 길어지고 관통홀(T2)의 수가 너무 작으면 줄(joule)열 발생 및 재결합으로 인해 광기전력 모듈의 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 버스바 영역에서 복수의 관통홀(T2) 사이의 거리 및 상기 관통홀(T2)의 개수를 최적화하는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서, 복수의 관통홀(T2) 중 인접한 두 개의 관통홀(T2) 사이의 거리(d)는 1mm 이상 및 5cm 이하일 수 있다. 즉, 관통홀(T2)을 라인 형태가 아니라 이격되게 포인트 형태로 형성함으로써 레이저 스크라이빙으로 관통홀(T2)을 형성하기 위한 택타임(tact time)이 감소될 수 있다. 관통홀(T2) 사이의 거리(d)가 1mm 이상으로 유지될 때 택타임 감소로 인한 제조 시간 단축 효과를 얻을 수 있다. 관통홀(T2) 사이의 거리(d)가 5cm 이하로 유지되어야, 줄열 발생 및 재결합으로 인한 광기전력 모듈의 효율 저하가 방지될 수 있다.
도3b에 도시된 바와 같이, 버스바 영역에서 관통홀(T2)이 형성된 후 셀 영역에서와 마찬가지로 상부전극(400)이 형성된다. 버스바 영역에서 상부전극(400)은 관통홀(T2)을 통해 하부전극(200)과 전기적으로 접촉한다. 이후, 셀 영역과 버스바 영역을 분리하기 위한 분리선(P4)이 예컨대 레이저 스크라이빙을 통해 형성될 수 있다. 분리선(P4)은 셀 영역의 상부전극(400)과 버스바(510)가 단락되는 것을 방지하기 위한 것이다.
버스바(510)는 버스바 영역의 상부전극(400) 상에 형성된다. 본 발명의 실시예에 따른 버스바(510)는 실버 페이스트(silver paste)와 같은 전도성 페이스트가 상부전극(400) 상에 도포된 후 소성 또는 솔더링(soldering)을 통해 부착될 수 있다. 버스바(510)는 구리(Cu)와 같은 금속 버스바일 수 있다. 이때, 버스바(510)를 형성하기 전에, 버스바 영역에 가장 근접한 제1단위 셀(UC1)의 상부전극(400)과의 단락을 방지하기 위해서 상기 제1단위 셀(UC1)의 상부전극(400) 상에는 절연성 페이스트를 코팅할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 버스바(510)는 전도성 잉크를 프린팅함으로써 형성될 수도 있다. 이 경우에는 제1단위 셀(UC1)의 상부전극(400) 상에 절연성 페이스트를 코팅할 필요성이 없다.
도3b에서 A-A'선에 따른 단면이 도2에 대응될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 버스바(510)를 포함하는 광기전력 모듈은 임의의 타입의 광기전력 모듈에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈은 비정질 실리콘 계열, 화합물 계열, 유기물 계열 및 염료 감응형 태양전지와 같은 임의의 박막형 광기전력 모듈일 수 있다. 또한, 본 발명의 광기전력 모듈은 단일 접합 및 다중 접합 광기전력 모듈일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 형성된 버스바(510)는 다수의 서브모듈(sub module)이 직렬 또는 병렬 연결된 구조의 광기전력 모듈에서 각 서브모듈의 일단의 버스바에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 형성되는 버스바(510)가, 셀 영역에서 복수의 단위 셀(UC1, UC2,…, UCn)이 포인트 컨택을 통해 직렬 연결되는 광기전력 모듈에 적용될 때 무효 영역 감소 및 광기전력 모듈의 효율 증가 효과가 극대화될 수 있다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바가 형성된 광기전력 모듈의 제조과정을 나타내는 사시도이다. 즉, 도4a 내지 도4f는 셀 영역에서 복수의 단위 셀(UC1, UC2,…, UCn)이 포인트 컨택을 통해 직렬 연결되는 광기전력 모듈에 본 발명의 실시예에 따른 버스바(510)가 형성되는 과정을 나타낸다.
도4a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 하부전극(200)이 형성된다. 기판(100)은 절연성 투명기판일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈이 상부전극(400) 측에서 조사되는 빛에 의해 광전변환을 수행하는 경우 상기 기판(100)은 불투명 절연성 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 유연한 기판일 수 있다.
하부전극(200)은 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 또는 산화인듐주석(ITO) 등을 포함하는 투명전극일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈이 상부전극(400) 측에서 조사되는 빛에 의해 광전변환을 수행하는 경우 상기 하부전극(200)은 불투명 전극일 수 있다.
도4b에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 레이저가 하부전극(200) 측이나 기판(100)측으로 조사되어 하부전극(200)이 스크라이브(scribe)된다. 이에 의하여 하부전극(200)을 관통하여 분리하는 하부전극 분리홈(P1)이 예컨대 직선형의 제1라인(220)을 따라 형성된다. 즉, 하부전극 분리홈(P1)에 의해 하부전극(200)이 서로 분리되므로 인접한 하부전극들(200) 사이의 단락이 방지된다. 이때, 추후 셀 영역에서 버스바 영역에 가장 근접한 셀을 형성하면서 버스바 영역을 형성할, 제1단위 셀의 하부전극의 폭(A1)은 나머지 셀의 하부전극의 폭(A2)보다 크게 설계될 수 있다.
도4c에 도시된 바와 같이, 상기 하부전극(200)상에 광전변환층(300)이 형성된 후 버스바 영역의 관통홀(T2) 및 셀 영역의 셀관통홀(P2)이 형성된다. 이때, 상기 광전변환층(300)은 하부전극 분리홈(P1) 상에도 형성될 수 있다. 이때, 광전변환층(300)은 하나의 단위전지나 복수의 단위전지가 적층된 형태일 수 있다. 광전변환층(300)이 복수의 단위전지가 적층된 형태를 가질 때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 복수의 단위전지들 사이에는 중간반사막이 포함될 수 있다.
광전변환층(300)은 입사된 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광전변환층(300)은 비정질 실리콘 계열, 화합물 계열, 유기물 계열 및 염료 감응형 태양전지와 같은 박막형 광기전력 모듈을 형성할 수 있는 광전변환 물질을 포함할 수 있다.
중간반사막은 복수의 단위전지 중에서 빛이 먼저 입사되는 단위전지층을 통과한 빛의 일부는 상기 빛이 먼저 입사되는 단위전지층으로 반사하고 일부는 나머지 단위전지층으로 통과시킨다. 이에 따라 빛이 먼저 입사되는 단위전지층에 의하여 흡수되는 빛의 양이 증가하여 상기 단위전지층에서 발생하는 전류가 증대될 수 있다.
광전변환층(300)이 형성된 후 대기중에서 레이저가 기판(100) 측이나 광전변환층(300) 측으로 조사되어 광전변환층(300)이 스크라이브된다. 이에 의하여 광전변환층(300)을 관통하는 셀관통홀(P2)이 복수 개 형성된다. 이와 동시에 버스바 영역의 광전변환층(300)을 관통하는 관통홀(T2)이 복수 개 형성된다. 셀관통홀(P2) 및 관통홀(T2)은 종래 기술과 달리 직선형 라인을 따라 형성되지 않는다. 상기 셀관통홀(P2) 및 관통홀(T2)는 소정의 너비를 갖는 포인트 형태로 서로 이격되어 형성된다. 상기 복수개의 셀관통홀(P2) 및 관통홀(T2)이 이격되어 형성되어 있다면 상기 셀관통홀(P2) 및 관통홀(T2)은 일 방향으로 연장된 분절된 직선형상일 수 있다. 셀관통홀(P2)은 하부전극 분리홈(P1)의 일 측에 복수 개 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 셀관통홀(P2)을 통해 광기전력 모듈 내의 단위 셀들 사이의 직렬 연결이 이루어진다.
도4d에 도시된 바와 같이, 상기 광전변환층(300), 셀관통홀(P2) 및 관통홀(T2)을 덮는 상부전극(400)이 형성된다. 상기 상부전극(400)은 빛을 반사하는 특성이 좋고, 전극으로서 기능하는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 상부전극(400)을 형성하는 전도성 물질은 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 크롬(Cr) 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈이 상부전극(400) 측에서 조사되는 빛에 의해 광전변환을 수행하는 경우 상기 상부전극(400)은 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 하부전극(200)은 빛을 반사하는 특성이 좋고 전극으로서 기능하기 위한 전도성 물질을 포함할 수 있다.
도4e에 도시된 바와 같이, 대기중에서 레이저가 조사되어 광전변환층(300) 및 상부전극(400)이 스크라이브된다. 이에 따라, 셀 영역에서 상기 광전변환층(300) 및 상기 상부전극(400)을 관통하는 상부 분리홈(P3)이 제2라인(420)을 따라 형성될 수 있다. 상기 제2라인(420)은 포인트 형태의 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싸는 것을 제외하고는 상기 제1라인(220)과 동일한 경로를 따른다. 즉, 상기 상부 분리홈(P3)은 상기 관통홀(P2)을 둘러싸는 부분을 제외하고는 상기 하부전극 분리홈(P1) 위를 지나도록 형성된다. 상기 상부 분리홈(P3)을 통해 단위 셀들(UC1, UC2)이 정의된다. 또한, 상부 분리홈(P3)을 형성하는 공정과 함께 또는 따로 셀 영역과 버스바 영역을 분리하는 분리선(P4)이 상부 분리홈(P3)을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
셀 영역에서 광전변환층(300)을 관통하는 셀관통홀(P2)이, 직선 형태가 아닌 소정의 너비를 갖는 포인트 형태로서 이격되어 상기 하부전극 분리홈(P1)의 일 측에 복수 개 형성된다. 인접한 단위 셀들(UC1 및 UC2)은 상기 셀관통홀(P2)을 통해 직렬 연결된다. 즉, 제1단위셀(UC1)의 상부전극(400)과 제2단위셀(UC2)의 하부전극(200)이 포인트 형태인 상기 셀관통홀(P2)을 통해 연결되어 상기 제1단위셀(UC1)과 상기 제2단위셀(UC2)이 직렬 연결될 수 있다. 이와 유사하게 셀관통홀(P2)을 통해 셀 영역의 복수의 단위 셀(UC1,UC2,…,UCn)은 서로 직렬 연결될 수 있다.
또한, 도4e에 도시된 바와 같이 하부전극 분리홈(P1)이 형성되는 제1라인(220)과 상부 분리홈(P3)이 형성되는 제2라인(420)이 특정 영역을 제외하고는 중첩되기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 무효 영역이 감소될 수 있다. 또한, 광기전력 모듈의 셀 영역 내의 단위 셀들을 직렬 연결하기 위한 셀관통홀(P2)이 포인트 컨택 형태로 소정의 간격을 두고 형성되므로 광기전력 모듈의 무효 영역이 더욱 감소될 수 있다. 따라서, 동일 면적 대비 유효 영역의 면적이 증가하기 때문에 상대적 전류 값의 향상을 볼 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 제조 과정에서는 하부전극 분리홈(P1)은 제1라인(220)을 따라 형성되고 상부 분리홈(P3)은 제2라인(420)을 따라 형성된 것을 예시하지만, 하부전극 분리홈(P1)이 제2라인(420)을 따라 형성되고 상부 분리홈(P3)이 제1라인(220)을 따라 형성되는 것도 가능하다.
또한, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 제조 과정에서는 하부전극 분리홈(P1)의 폭을 상부 분리홈(P3)의 폭보다 넓게 도시하고 있지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 하부전극 분리홈(P1)의 폭은 상부 분리홈(P3)의 폭과 동일하거나 더 작을 수 있다.
셀 영역에서 포인트 컨택을 통해 서로 직렬 연결되는 복수의 셀들을 포함하는 광기전력 모듈에서, 셀관통홀(P2)을 적정수로 형성하는 것이 중요하다. 만약 상기 셀관통홀(P2)의 수가 너무 많으면 직선형의 레이저 스크라이빙과 마찬가지로 무효영역이 증가하므로 충분한 전류 상승의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 레이저 스크라이빙에 의해 형성되는 상부 분리홈(P3)이 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싸도록 형성되므로 제조시간이 증가할 수 있다. 만약 상기 셀관통홀(P2)의 수가 너무 적으면 전자가 하부전극까지 이동해야 하는 경로가 증가하며, 이에 따라 저항 및 줄(joule)열이 커져 필팩터(fill factor)가 감소할 수 있다. 따라서, 두 개의 인접한 단위 셀 사이에 형성된 복수의 셀관통홀(P2) 사이의 거리 및 상기 셀관통홀(P2)의 개수를 최적화하는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에서, 상기 셀관통홀(P2) 사이의 거리(d)는 1mm 이상 5cm 이하인 것이 바람직하다. 상기 거리(d)가 1mm 보다 작은 경우 무효영역이 증가하므로 충분한 전류 상승의 효과를 얻을 수 없고 제조시간이 증가할 수 있다. 상기 거리(d)가 5cm 보다 큰 경우 전자가 하부전극까지 이동해야 하는 경로가 증가하며, 이에 따라 저항 및 줄열이 커져 광기전력 모듈의 필팩터(fill factor)가 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 셀 영역에서, 상기 제2라인(420)이 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싸는 형상은 상기 셀관통홀(P2)로부터 상기 제2라인(420)까지 전자가 이동하는 거리가 가능한 짧도록 결정될 수 있다. 상기 셀관통홀(P2)로부터 이를 둘러싸는 상부 분리홈(P3)까지의 이동 거리가 짧아야 열 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 형상은 셀관통홀(P2)로부터의 거리가 균등하게 형성하여 이로부터 발생하는 무효 영역을 최소화할 수 있다. 예컨대, 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싸는 상기 상부 분리홈(P3)은 원의 일부의 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제2라인(420)은 부분적인 원 또는 타원의 형태로 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싼다. 또한, 상기 제2라인(420)은 부분적인 다각형의 형태로 상기 셀관통홀(P2)을 둘러쌀 수 있다. 이때, 상기 다각형의 형태는 삼각형, 또는 오각형 등의 형태를 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싸는 형상의 모양에 따라 상기 셀관통홀(P2)의 포인트 형상 또한 원형, 타원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 상기 셀관통홀(P2)의 형상을 상기 셀관통홀(P2)을 둘러싸는 형상과 매칭시킴으로써 상기 셀관통홀(P2)로부터 전자가 하부전극을 통해 이를 둘러싸는 상기 제2라인(420)까지 이르는 거리를 감소시키고 또한 균일하게 할 수 있다.
도4f에 도시된 바와 같이, 도4e에서 “Dead Zone”으로 표시된 버스바 영역의 상부전극(400) 상에 본 발명의 실시예에 따른 제1버스바(510)가 형성된다. 도4f에서는 광기전력 모듈의 우측 상단에 제2버스바(520)가 형성된 것이 도시된다. 제2버스바(520)가 형성된 영역의 단위 셀은 유효 영역에 해당하므로 본 발명의 실시예에 따른 버스바가 형성될 필요는 없다.
도4a 내지 도4f에서는 셀 영역의 셀관통홀(P2)과 버스바 영역의 관통홀(T2)이 서로 정렬되어 형성된 것이 도시된다. 하지만, 셀관통홀(P2)과 관통홀(T2)이 서로 위치를 매칭시켜 형성될 필요는 없다.
도4f에서는 셀관통홀(P2)과 관통홀(T2)의 위치가 서로 매칭되도록 도시되었으며, 따라서, a-a'선을 따라 도4f에 도시된 광기전력 모듈을 절취하면 셀관통홀(P2)과 관통홀(T2) 모두를 통과할 수 있다. 도4f에 도시된 광기전력 모듈의 a-a'선에 따른 단면의 좌측 부분이 도2에 도시된 단면과 동일한 형태를 가짐을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 포인트 컨택을 통해 버스바 영역의 상부전극을 하부전극과 전기적으로 연결되도록 함으로써 버스바 형성에 따른 무효 영역을 줄일 수 있으며 광기전력 모듈의 제조 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면 광기전력 모듈의 셀 영역 내의 단위 셀들이 포인트 컨택을 통해 직렬 연결되도록 함으로써 광기전력 모듈 내의 무효 영역을 줄여 모듈의 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 광기전력 모듈의 효율을 개선할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판
200: 하부전극
220: 제1라인
300: 광전변환층
400: 상부전극
420: 제2라인
510, 520: 버스바
200: 하부전극
220: 제1라인
300: 광전변환층
400: 상부전극
420: 제2라인
510, 520: 버스바
Claims (11)
- 기판상에 하부전극, 광전변환층, 및 상부전극이 적층 형성된 광기전력 모듈에 있어서,
상기 광기전력 모듈은 분리선에 의해 분리되는 버스바 영역과 셀 영역을 구비하고,
상기 셀 영역은 복수의 셀을 포함하며, 상기 분리선은 상기 버스바 영역의 광전변환층 및 상부전극을 상기 셀 영역의 광전변환층 및 상부전극으로부터 분리하고,
상기 버스바 영역의 광전변환층에는 상기 버스바 영역의 상부전극을 상기 버스바 영역의 하부전극과 접속시키기 위한 관통홀이 서로 이격되어 복수개 형성되어 있으며,
상기 버스바 영역의 상부전극상에 형성된 버스바를 포함하는,
집적 광기전력 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 셀 중 상기 버스바 영역에 최근접한 셀의 하부전극의 폭은 나머지 셀의 하부전극의 폭보다 더 크며, 상기 최근접한 셀의 하부전극은 상기 버스바 영역까지 연장된 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 최근접한 셀의 하부전극의 폭과 상기 나머지 셀의 하부전극의 폭의 차이는 2mm 이상 및 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 관통홀 중 인접한 두 개의 관통홀 사이의 거리는 1mm 이상 및 5cm 이하인 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 셀은 제1셀 및 제2셀을 포함하며,
상기 제1셀의 하부전극과 상기 제2셀의 하부전극은 하부전극 분리홈에 의해 분리되고,
상기 제1셀의 광전변환층에는 상기 제1셀의 상부전극을 상기 제2셀의 하부전극과 접속시키기 위한 셀관통홀이 서로 이격되어 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 제1셀의 광전변환층 및 상부전극과 상기 제2셀의 광전변환층 및 상부전극은 상부 분리홈에 의해서 분리되며, 상기 상부 분리홈의 일부가 상기 하부전극 분리홈 위를 지나는 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 하부전극 분리홈과 상기 상부 분리홈 중 하나의 분리홈은 직선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 상부 분리홈이 상기 하부전극 분리홈 위를 지나지 않는 영역에서 상기 하부전극 분리홈과 상기 상부 분리홈 중 다른 하나의 분리홈은 부분적인 원 또는 타원의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 상부 분리홈이 상기 하부전극 분리홈 위를 지나지 않는 영역에서 상기 하부전극 분리홈과 상기 상부 분리홈 중 다른 하나의 분리홈은 부분적인 다각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제1항 내지 제4항에 있어서,
상기 버스바는 전도성 잉크를 프린팅함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 셀 중 상기 버스바 영역에 최근접한 셀의 상부전극 상에는 절연성 페이스트가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 집적 광기전력 모듈.
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