KR20150083390A - 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
태양전지 모듈은 복수의 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 기판; 및 광 투과성 전면 기판과 후면 기판 사이에 위치하며, 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하며, 밀봉 부재의 내부에는 밀봉 부재와는 다른 굴절률을 갖는 가스(gas)가 채워진 적어도 하나의 보이드(void)가 위치한다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 밀봉재를 포함한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 효율이 향상된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 모듈은, 복수의 태양전지들; 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판; 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 기판; 및 광 투과성 전면 기판과 후면 기판 사이에 위치하며, 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재를 포함하며, 밀봉 부재의 내부에는 밀봉 부재와는 다른 굴절률을 갖는 가스(gas)가 채워진 적어도 하나의 보이드(void)가 위치한다.
보이드에 채워진 가스가 밀봉 부재와 다른 굴절률을 가지므로, 광 투과성 전면 기판을 통해 입사한 빛 중 일부의 빛은 보이드에서 굴절 및 확산되므로, 태양전지에 입사되는 빛의 양이 증가한다.
한 예로, 태양전지는 1개의 빛 입사면을 갖는 한면 수광형 태양전지로 구성될 수 있다.
이때, 적어도 하나의 보이드는 서로 이웃한 2개의 태양전지의 사이 영역에 위치할 수 있으며, 광 투과성 전면 기판과 태양전지의 사이 공간에 위치할 수 있다
다른 예로, 태양전지는 2개의 빛 입사면을 갖는 양면 수광형 태양전지로 구성될 수 있다.
이때, 적어도 하나의 보이드는 서로 이웃한 2개의 태양전지의 사이 공간에 위치할 수 있으며, 또한, 광 투과성 전면 기판과 태양전지의 사이 공간에 위치하거나, 후면 기판과 태양전지의 사이 공간에 위치할 수 있다.
보이드에 채워지는 가스는 질소 가스일 수 있다.
보이드에 채워지는 가스의 굴절률은 밀봉재의 굴절률보다 작거나 클 수 있다.
밀봉 부재는 광 투과성 전면 기판과 태양전지 사이에 위치하는 전면 밀봉재, 및 후면 기판과 태양전지들의 사이에 위치하는 후면 밀봉재를 포함할 수 있다.
이때, 적어도 하나의 보이드는 전면 밀봉재의 내부에 위치하거나, 후면 밀봉재의 내부에 위치할 수 있다.
전면 밀봉재 및 후면 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성될 수 있다.
이러한 특징을 갖는 본 실시예에 따른 태양전지 모듈에서는 이웃한 태양전지의 사이 영역으로 입사된 빛이 보이드에서 굴절 및 확산되므로, 태양전지에 입사되는 빛의 양이 증가하고, 이로 인해 태양전지 모듈의 출력이 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 후면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 후면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 복수의 태양전지(10), 복수의 태양전지(10)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(20), 복수의 태양전지(10)를 밀봉하는 전면 밀봉재(30) 및 후면 밀봉재(40), 태양전지(10)의 전면(front surface)에 위치하는 광 투과성 전면 기판(50), 및 태양전지(10)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 기판(60)을 포함한다.
이하에 있어서, "전면"은 각 도면에서 "Y" 방향의 표면을 말하고, "후면"은 각 도면에서 "Y'"을 향하는 표면을 말한다.
따라서, 전면 밀봉재(30)는 태양전지(10)와 전면 기판(50)의 사이에 위치하며, 태양전지(10)의 전면(front surface)과 접촉한다.
그리고 후면 밀봉재(40)는 태양전지(10)와 후면 기판(60)의 사이에 위치하며, 태양전지(10)들의 후면(back surface)과 접촉한다.
광 투과성 전면 기판(50)은 투과율이 높은 강화 유리로 이루어질 수 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 이러한 광 투과성 전면 기판(50)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 후면(back surface), 즉 전면 밀봉재(30)과 마주하는 면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
그리고 후면 기판(60)은 태양전지 모듈의 내부에 배열된 태양전지의 종류 또는 구조에 따라 투광성 재질로 형성되거나 불투광성 재질로 형성될 수 있다.
한 예로, 태양전지(10)가 도 2에 도시한 한면 수광형 태양전지인 경우, 후면 기판(60)은 티피티(TPT; Tedlar/PET/Tedlar), 티피이(TPE; Tedlar/PET/EVA), 티에이티(TAT; Tedlar/Al foil/Tedlar), 티피에이티(TPAT; Tedlar/PET/Al foil/Tedalr), 티피오티(TPOT; Tedlar/PET/Oxide/Tedlar), 페이에피(PAP; PEN/Al foil/PET) 또는 피이티(Polyester) 중 하나로 형성될 수 있다.
여기에서, '한면 수광형'은 태양전지를 구성하는 반도체 기판의 한쪽 면, 예컨대 전면(front surface)에는 빛이 입사하지만, 반도체 기판의 후면에는 빛이 입사하지 않는 것을 말한다.
이러한 구성의 후면 기판(60)은 태양전지 모듈의 후면으로 침투하는 수분을 억제하는 작용을 한다.
전면 밀봉재(30)와 후면 밀봉재(40)는 습기 및 수분 침투로 인한 금속의 부식 등을 방지하고 태양전지(10)를 충격으로부터 보호한다.
전면 밀봉재(30)와 후면 밀봉재(40)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 서로 이웃한 태양전지(10)의 사이 영역(A)에 위치하는 적어도 하나의 보이드(void)(70)를 구비한다.
보이드(70)는 전면 밀봉재(30) 또는 후면 밀봉재(40) 중 적어도 하나의 내부에 위치하며, 보이드(70)의 내부에는 밀봉재(30, 40)와는 다른 굴절률을 갖는 가스(gas)(71)가 채워져 있다.
일반적으로, 밀봉재(30, 40)를 구성하는 물질은 1.48 내지 1.5의 굴절률을 갖는다.
따라서, 보이드(70)에 채워진 가스(71)는 밀봉재(30, 40)보다 낮은 굴절률, 예컨대 1 내지 1.4의 굴절률을 가질 수 있다.
이와는 달리, 보이드(70)에 채워진 가스(71)는 1.5를 초과하는 굴절률을 가질 수도 있다.
한 예로, 보이드(70)에 채워진 가스(71)는 질소(N2) 가스일 수 있다.
이와 같이, 보이드(70)에 채워진 가스(71)가 밀봉재(30, 40)와 다른 굴절률, 즉 밀봉재(30, 40)보다 큰 굴절률, 또는 밀봉재(30, 40)보다 작은 굴절률을 가지면, 태양전지(10)의 사이 영역(A)으로 입사된 빛은 가스(71)가 채워진 보이드(70)에 의해 굴절 및/또는 확산된다.
따라서, 태양전지(10)의 사이 영역(A)으로 입사된 빛의 경로가 변경되어 태양전지(10)에 입사되므로, 태양전지(10)에 입사되는 빛의 양이 증가한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 보이드(70)는 태양전지(10)의 사이 영역에서 광 투과성 전면 기판(50)의 후면에 위치하거나, 전면 밀봉재(30)의 후면에 위치할 수 있다.
보이드(70)가 광 투과성 전면 기판(50)의 후면에 위치하는 경우, 보이드(70)는 전면 밀봉재(30)의 내부에 위치한다.
그리고 보이드(70)가 전면 밀봉재(30)의 후면에 위치하는 경우, 보이드(70)는 후면 밀봉재(30)의 내부에 위치한다.
가스(71)가 채워진 보이드(70)는 소정의 온도, 태양전지 모듈을 제조하기 위한 라미네이션 공정이 실시되는 온도(대략 160℃)보다 낮은 온도에서 증발하여 가스(71)를 생성하는 물질을 광 투과성 전면 기판(50)의 후면 및/또는 전면 밀봉재(30)의 후면에 도포한 상태에서 라미네이션 공정을 실시하는 것에 따라 형성할 수 있다.
한 예로, 가스 생성 물질은 질소 가스를 발생하는 AIBN(Azobisisobutyronitrile)일 수 있다.
이때, 가스 생성 물질은 보이드(70)를 형성하고자 하는 위치에만 부분적으로 도포할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이 태양전지(10)의 사이 영역(A)에만 보이드(70)를 형성할 경우에는 상기 영역(A)에 포함되는 전면 기판(50)의 후면 및/또는 전면 밀봉재(30)의 후면에만 가스 생성 물질을 도포할 수 있다.
이와는 달리, 태양전지(10)가 중첩하는 영역에도 보이드(70)를 형성할 경우에는 이 영역에 포함되는 전면 기판(50)의 후면 및/또는 전면 밀봉재(30)의 후면에도 가스 생성 물질을 도포할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 제1 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용이 가능한 태양전지의 한 예를 설명한다.
태양전지(10)는 위에서 설명한 바와 같이 한면 수광형 태양전지로서, 반도체 기판(110), 기판(110)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120), 에미터부(120)의 위에 위치하는 유전층(140), 유전층(140)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120) 위에 위치한 제1 전극부(130), 기판(110)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(160), 및 후면 전계부(160)의 후면에 위치하는 제2 전극부(150)를 포함한다.
기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(110)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(110)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
하지만, 이와는 달리, 기판(110)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(110)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(110)은 전면(front surface)이 복수의 미세 요철을 포함하는 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성될 수 있다.
기판(110)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120)는 기판(110)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(110)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(110)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(110)이 n형이고 에미터부(120)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(110) 쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(120) 쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(110)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(120)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(120)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
이와는 달리, 기판(110)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(120)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(110)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.
에미터부(120)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(110)에 도핑하여 형성할 수 있다.
도 2는 에미터부(120)의 불순물 도핑 농도가 기판 전면의 전체 영역에 걸쳐 균일한 구조를 도시하고 있지만, 에미터부(120)는 제1 전극부(130)가 위치하는 영역과 나머지 영역의 불순물 도핑 농도가 서로 다른 선택적 구조로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 전극부(130)가 위치하는 영역에는 상대적으로 불순물 도핑 농도가 높은 고농도 불순물부가 위치할 수 있다.
에미터부(120) 위에 형성된 유전층(140)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어지며, 태양전지(10)로 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜 태양전지(10)의 효율을 높이는 반사 방지막으로 작용할 수 있다. 하지만, 유전층(140)을 복층 구조로 형성하여 상기 유전층(140)이 반사 방지막 기능에 더하여 패시베이션(passivation) 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
유전층(140)은 에미터부(120)의 일부를 노출하는 개구부를 구비하며, 개구부를 통해 노출된 에미터부(120)에는 제1 전극부(130)가 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결된다.
제1 전극부(130)는 제1 방향으로 연장된 복수의 핑거 전극(131)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 복수의 버스바 전극(133)을 포함한다. 따라서, 제1 전극부(130)는 그리드 패턴(grid pattern)으로 형성된다.
이러한 제1 전극부(130)는 에미터부(120) 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
제1 전극부(130)는 은(Ag)/알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트를 도 2에 도시한 그리드 패턴으로 유전층(140) 위에 도포한 후, 이를 소성하는 과정에서 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
상기한 소성 과정에서 제1 전극부(130)가 에미터부(120)와 전기적 및 물리적으로 연결되도록 하기 위해, 제1 전극부(130)를 형성하는 도전성 페이스트는 산화납(PbO)을 구비한 글라스 프릿(glass frit)을 포함할 수 있다.
이와는 달리, 제1 전극부(130)는 도금 공정에 의해 형성될 수도 있다. 도금 공정에 의해 형성된 제1 전극부(130)는 에미터부(120) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층, 확산 방지층 및 도전층을 포함할 수 있다.
이때, 금속 시드층은 니켈을 포함하는 물질, 예컨대 니켈 실리사이드(Ni2Si, NiSi, NiSi2 등을 포함)로 형성될 수 있다.
그리고 금속 시드층 위에 형성되는 확산방지층은 도전층을 형성하는 물질이 금속 시드층을 통해 실리콘 계면으로 확산됨으로 인해 정션 디그라데이션(junction degradation)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 니켈을 포함할 수 있다.
그리고 확산방지층 위에 형성되는 도전층은 적어도 하나의 도전성 금속 물질을 포함할 수 있으며, 이들 도전성 금속 물질로는 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있다.
기판(110)의 후면에 위치하는 제2 전극부(150)는 기판(110) 쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
본 실시예에서, 제2 전극부(150)는 제1 전극부(130)의 버스바 전극(133)과 마주하는 위치에 형성된 버스바 전극(153)과, 버스바 전극(153)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮는 시트 전극(151, sheet electrode)으로 구성된다.
이와 같이, 시트 전극(151)이 버스바 전극(153)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역의 기판 후면 전체를 덮으므로, 반도체 기판(110)의 후면(back surface)를 통해서는 빛이 입사하지 않는다.
제2 전극부(150)의 버스바 전극(153)은 은(Ag)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있고, 제2 전극부(150)의 시트 전극(151)은 알루미늄(Al)을 포함하는 도전성 페이스트에 의해 형성될 수 있다.
이 경우, 버스바 전극(153)을 형성하기 위한 도전성 페이스트와 시트 전극(151)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는 제1 전극부(130)를 형성하기 위한 도전성 페이스트와는 달리 글라스 프릿을 포함하지 않을 수 있다.
제2 전극부(150)가 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(160)는 기판(110)의 후면 전체에 위치하며, 기판(110)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(110)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
후면 전계부(160)는 기판(110)의 후면 전체에 형성되는 대신에 제2 전극부(150)가 형성된 영역에만 국부적으로(locally) 형성될 수도 있으며, 선택적 에미터부와 유사하게 불순물 농도가 서로 다른 고농도 전계부와 저농도 전계부를 포함하는 선택적 구조로 형성될 수도 있다.
후면 전계부(160)가 선택적 구조로 형성된 경우, 고농도 전계부는 제2 전극부(150)가 형성된 영역에 위치하고, 저농도 전계부는 나머지 영역에 위치할 수 있다.
후면 전계부(160)는 기판(110)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(110) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(110)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
이러한 구성의 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(120)를 통해 기판(110)의 전면(front surface)으로 입사되면, 기판(110)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(110)의 전면(front surface)이 텍스처링 표면으로 형성된 경우, 기판(110)의 전면(front surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 유전층(140)에 의해 기판(110)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(110)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(110)과 에미터부(120)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(110) 쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(120) 쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(110) 쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(160)를 통해 제2 전극부(150)로 이동하고, 에미터부(120) 쪽으로 이동한 정공은 제1 전극부(130)로 이동한다.
따라서, 서로 이웃한 2개의 태양전지 중 어느 한 태양전지의 제1 전극부(130)와 이웃한 태양전지의 제2 전극부(150)를 인터커넥터(20) 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 4는 제2 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 후면을 나타내는 도면이다.
먼저 도 4를 참조하여 본 실시예의 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지(10a)에 대해 간략하게 설명한다.
태양전지(10a)는 서로 다른 극성의 제1 전극부와 제2 전극부가 모두 반도체 기판(110a)의 후면에 위치한 후면 접합 태양전지이며, 한면 수광형 태양전지이다.
도시한 바와 같이, 후면 접합 태양전지(10a)는 반도체 기판(110a), 반도체 기판(110a)의 전면(front surface)에 형성된 전면 유전층(도시하지 않음) 반도체 기판(110a)의 후면(back surface)에 형성되어 있고 제1 전도성 타입의 불순물이 고농도로 도핑된 제1 도핑부(도시하지 않음), 제1 도핑부(도시하지 않음)와 인접한 위치에서 반도체 기판(110a)의 후면에 형성되고 제1 전도성 타입의 반대인 제2 전도성 타입의 불순물이 고농도로 도핑된 제2 도핑부(도시하지 않음), 제1 도핑부(도시하지 않음)와 제2 도핑부(도시하지 않음)의 일부를 노출하는 후면 유전층(180a), 후면 유전층(180a)에 의해 노출된 제1 도핑부(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 전극(131a), 후면 유전층(180a)에 의해 노출된 제2 도핑부(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전극(151a), 복수의 제1 전극(131a)들의 한쪽 단부를 연결하는 버스바 전극(133a), 그리고 복수의 제2 전극(151a)들의 한쪽 단부를 연결하는 버스바 전극(153a)을 포함한다.
여기에서, 제1 전극(131a)과 버스바 전극(133a)는 제1 전극부(130a)를 구성하고, 제2 전극(151a)과 버스바 전극(153a)는 제2 전극부(150a)를 구성한다.
이상에서는 제1 전극(131a)에 연결된 버스바 전극(133a)와 제2 전극(151a)에 연결된 버스바 전극(153a)를 구비하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 후면 접합 태양전지는 이웃한 태양전지를 전기적으로 연결하는 클립 형상의 도전성 금속(20a)의 접합부에 접합되는 패드부(도시하지 않음)를 구비하는 것도 가능하다.
후면 접합 태양전지(10a)의 구성은 본 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
이러한 구성의 후면 접합 태양전지(10a)를 구비한 태양전지 모듈에 있어서, 보이드(70)는 클립 형상의 도전성 금속(20a)의 전면에 위치할 수 있다.
이와는 달리, 보이드(70)는 도 1에 도시한 바와 같이 전면 밀봉재(30)의 후면에 위치할 수도 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개념도이고, 도 6은 제3 실시예에 따른 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지의 주요부 사시도이다.
태양전지(10b)는 반도체 기판(110b)의 전면(front surface)과 후면(back surface)을 통해 각각 빛이 입사하는 양면 수광형 태양전지로서, 반도체 기판(110b)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(120b), 에미터부(120b) 위에 위치하는 유전층(140b), 유전층(140b)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(120b) 위에 위치한 제1 전극(131b) 및 버스바 전극(133b), 기판(110b)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(160b), 기판(110)의 후면에 위치하는 유전층(180b), 유전층(180b)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부의 후면에 위치하는 제2 전극(151b) 및 버스바 전극(153b)을 포함한다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지(10b)는 기판(110b)의 전면 및 후면을 통해서 각각 빛이 입사한다.
따라서, 기판(110b)의 후면을 통해 입사하는 빛의 양을 증가시키기 위해, 태양전지 모듈은 후면 기판(60)의 전면(front surface)에도 보이드(70)를 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 태양전지
20: 인터커넥터
30: 전면 밀봉재 40: 후면 밀봉재
50: 전면 기판 60: 후면 기판
70: 보이드
30: 전면 밀봉재 40: 후면 밀봉재
50: 전면 기판 60: 후면 기판
70: 보이드
Claims (13)
- 복수의 태양전지들;
상기 태양전지들의 전면에 위치하는 광 투과성 전면 기판;
상기 태양전지들의 후면에 위치하는 후면 기판; 및
상기 광 투과성 전면 기판과 상기 후면 기판 사이에 위치하며, 상기 태양전지들을 밀봉하는 밀봉 부재
를 포함하며,
상기 밀봉 부재의 내부에는 상기 밀봉 부재와는 다른 굴절률을 갖는 가스(gas)가 채워진 적어도 하나의 보이드(void)가 위치하는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 태양전지는 1개의 빛 입사면을 갖는 한면 수광형 태양전지로 구성되는 태양전지 모듈. - 제2항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 서로 이웃한 2개의 태양전지의 사이 영역에 위치하는 태양전지 모듈. - 제3항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 상기 광 투과성 전면 기판과 상기 태양전지의 사이 공간에 위치하는 태양전지 모듈. - 제1항에서,
상기 태양전지는 2개의 빛 입사면을 갖는 양면 수광형 태양전지로 구성되는 태양전지 모듈. - 제5항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 서로 이웃한 2개의 태양전지의 사이 영역에 위치하는 태양전지 모듈. - 제6항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 상기 광 투과성 전면 기판과 상기 태양전지의 사이 공간에 위치하는 태양전지 모듈. - 제6항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 상기 후면 기판 상기 태양전지의 사이 공간에 위치하는 태양전지 모듈. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
상기 가스는 질소 가스인 태양전지 모듈. - 제9항에서,
상기 밀봉 부재는 상기 광 투과성 전면 기판과 상기 태양전지 사이에 위치하는 전면 밀봉재, 및 상기 후면 기판과 상기 태양전지들의 사이에 위치하는 후면 밀봉재를 포함하는 태양전지 모듈. - 제10항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 상기 전면 밀봉재의 내부에 위치하는 태양전지 모듈. - 제10항에서,
상기 적어도 하나의 보이드는 상기 후면 밀봉재의 내부에 위치하는 태양전지 모듈. - 제10항에서,
상기 전면 밀봉재 및 상기 후면 밀봉재는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리올레핀(polyolefin), 이노머(inomer), 실리콘 수지(silicone resin) 및 폴리 비닐 부티랄(PVB) 중에서 선택된 동종(同種) 또는 이종(異種) 재질로 각각 형성되는 태양전지 모듈.
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2014
- 2014-01-09 KR KR1020140003055A patent/KR20150083390A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |