JP2020513159A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明による太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、太陽光が入射する入射面を備え、太陽電池上に配置され、入射した太陽光を太陽電池に出射する前面基板と、太陽電池の下に配置される後面基板と、少なくとも前面基板と太陽電池との間に形成されるエアギャップとを含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は太陽光を受光して電気を発生させる太陽電池モジュールに関するものである。
近年、石油や石炭のような既存のエネルギー資源の枯渇が予想されるにつれて、これらに代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。その中でも太陽電池は半導体素子を用いて太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する次世代電池として脚光を浴びている。しかし、太陽電池は、製造単価、変換効率及び寿命が問題となる。
一方、最近の太陽電池に対する研究は太陽電池の効率向上に関連した技術に集中されている。一般的に、太陽電池は基板及び基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッタ部を含み、基板の一面を通して入射した光を用いて電流を発生させる。この場合、入射光の量が十分であるときに太陽電池で円滑な電流生産が可能であるので、最近には太陽光を集光する装置が有する集光型太陽電池モジュールが開発されている。
集光型太陽電池モジュールには集光のための光学設計が提供されてモジュールの厚さが厚くなり、太陽の軌道及び高度を追跡するためにさらにトラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）装置が必要である。それだけでなく、集光型太陽電池モジュールはミスアラインが発生する場合、集光効率が急減し、製作が難しくて費用が増加するという問題点を有する。
本発明が解決しようとする課題は、光学的損失を減らし、発電効率を増加させる太陽電池モジュールを提供することである。
本発明の他の課題は、量産性が向上し、製造コストを低減する太陽電池モジュールを提供することである。
本発明のさらに他の課題は、内部で発生する水分を吸収して信頼性を向上させた太陽電池モジュールを提供することである。
本発明による太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、太陽光が入射する入射面を備え、前記太陽電池上に配置され、前記入射した太陽光を前記太陽電池に出射する前面基板と、前記太陽電池の下に配置される後面基板と、少なくとも前記前面基板と前記太陽電池との間に形成されるエアギャップとを含むことを特徴とする。
また、エアギャップの屈折率が前面基板及び太陽電池より小さいことを特徴とする。
本発明の一実施例による太陽電池モジュールの概念図である。 図１の前面基板の平面図である。 図２のＡ部の断面図である。 太陽電池モジュールの内部にエアギャップが存在する場合と媒質が満たされた場合の光経路を比較する比較図である。 太陽電池モジュールの内部にエアギャップが存在する場合と媒質が満たされた場合の光経路を比較する比較図である。 本発明の他の実施例の前面基板による太陽電池モジュールの断面図である。 本発明のさらに他の実施例の前面基板による太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の他の実施例の後面基板による太陽電池モジュールの断面図である。 図８ａに示した後面基板の斜視図である。 本発明の一変形例による太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の他の実施例のシーリング部材による太陽電池モジュールの断面図である。 本発明のさらに他の実施例のシーリング部材による太陽電池モジュールの断面図である。
本発明の利点及び特徴とそれらを達成する方法は、添付図面に基づいて詳細に後述する実施例を参照すると明らかになるであろう。しかし、本発明は以下で開示する実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現されることができる。ただ、本実施例は本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書全般にわたって同じ参照符号は同一構成要素を指称する。
空間的に相対的な用語である“下（ｂｅｌｏｗ）”、“下（ｂｅｎｅａｔｈ）”、“下部（ｌｏｗｅｒ）”、“上（ａｂｏｖｅ）”、“上部（ｕｐｐｅｒ）”などは、図面に示したように、一つの素子又は構成要素と他の素子又は構成要素間の相関関係を容易に記述するために使うことができる。空間的に相対的な用語は、図面に示した方向に加え、使用時又は動作時に素子の互いに異なる方向を含む用語に理解しなければならない。例えば、図面に示した素子を覆す場合、他の素子の“下（ｂｅｌｏｗ）”又は“下（ｂｅｎｅａｔｈ）”にと記述された素子は他の素子の“上（ａｂｏｖｅ）”に置かれることができる。よって、例示的な用語である“下”は下方向と上方向の両者を含むことができる。素子は他の方向にも配向されることができ、よって空間的に相対的な用語は配向によって解釈可能である。
本明細書で使用した用語は実施例を説明するためのもので、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数型は、文句で特に言及しない限り、複数型も含む。明細書で使われる“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”及び／又は“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は言及した構成要素、段階、動作及び／又は素子が一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しないことを意味する。
図面で各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張又は省略されているかあるいは概略的に示されている。また、各構成要素の大きさや面積は実際の大きさ又は面積をそのまま反映するものではない。
また、実施例において、表示装置の構造を説明する過程で言及する角度や方向は図面に記載したものを基準とする。明細書における表示装置を成す構造についての説明で、角度に対する基準点と位置関係を明確に言及しない場合、関連の図面を参照する。
図１は本発明の一実施例による太陽電池モジュールの概念図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例による太陽電池モジュール１００は、太陽電池１１０、前面基板１２０、エアギャップ１４０及び後面基板１３０を含むことができる。
まず、太陽電池１１０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部と、光電変換部に電気的に連結される電極とを含んでなる。本実施例では、一例として半導体基板（例えば、シリコンウエハー）又は半導体層（例えば、シリコン層）を含む光電変換部が適用可能である。
このような太陽電池１１０はリボンを含み、リボンによって電気的に直列、並列又は直並列に連結されることができる。より具体的に、互いに隣接した第１及び第２太陽電池１１１、１１２の電極がリボンを介して電気的に連結されることができる。太陽電池１１０の詳細な構造は後述する。
前面基板１２０は太陽電池１１０の前面上に位置し、太陽光が入射する基板となり得る。この場合、前面基板１２０は太陽電池１１０から隔たった位置で太陽電池１１０を覆うように配置され、太陽光の反射を防止するとともに透過率を高める構造を有する光学シートとして具現されることができる。また、前面基板１２０は、太陽光を集光して太陽電池モジュール１００の内部にガイドする光学的機能を果たすように形成される。光学シートは、厚さが１０ｍｍ以下に設定されることができる。ここで、前面基板１２０は、光学的機能の他にも、外部の衝撃などから太陽電池１１０を保護する役割をする前面基板となることができる。
後面基板１３０は、太陽電池１１０の後面を支持するフィルム又はシートなどの形態である後面シートとして具現されることができる。後面シートは太陽電池１１０の裏面で太陽電池１１０を保護する層であり、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能をする。後面シートはフィルム又はシートなどの形態に構成されることができる。ここで、後面基板１３０は、前面基板１２０側から集光されて入射した太陽光を反射して再利用することができるように、反射率に優れた素材又は構造からなることができる。
前面基板１２０は、後面基板１３０で反射された光を再反射することにより、太陽電池モジュール１００に入射した光を太陽電池モジュール１００の内部に閉じこめる機能（又は全反射させる機能）を発揮することができる。このように、本発明は、前面基板１２０及び後面基板１３０が互いに組み合わせられて太陽電池１１０の発電効率を向上させることができる。
以下、前面基板１２０、エアギャップ１４０及び後面基板１３０の詳細な構造ついて、図１に加え、図２及び図３を参照してより詳細に説明する。
図２は図１の前面基板１２０の平面図、図３は図２のＡ部の断面図である。
図２及び図３を参照すると、前面基板１２０は太陽光が入射する入射面を備え、太陽電池１１０から隔たった位置に配置され、入射太陽光を集光して出射するように形成される。
前面基板１２０が太陽電池モジュール１００の外面を形成するので、入射面は太陽電池モジュール１００の外面を形成する。外面が入射面であるので、光が入射する入射面１２１がほこりなどによって汚染されることを緩和することができる。
前面基板１２０の屈折率は太陽電池１１０の屈折率より小さい。もちろん、前面基板１２０の屈折率はエアギャップ１４０の屈折率より大きくもよい。前面基板１２０の屈折率がエアギャップ１４０の屈折率より大きくて太陽電池１１０（詳しくは、ＧａＡｓ層１１０ａ及び反射防止膜１１０ｂ、１１０ｃ）の屈折率より小さく形成されることにより、外部から前面基板１２０に入射する光が反射されることを緩和することができ、前面基板１２０からエアギャップ１４０に入射する光が全反射されることを緩和することができる。結果として、外部から前面基板１２０を通してエアギャップ１４０に放出される光の量を増加させることができ、太陽電池１１０の受光効率を向上させることができる。
例えば、前面基板１２０は単層から形成されることができる。具体的に、前面基板１２０は、ベース部材１２３を備える。ベース部材１２３は光透過性素材の板状シートであり、ガラス（ｇｌａｓｓ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔａＡｃｒｙｌａｔｅ）、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）のようなポリマーなどの素材から形成されることができる。また、太陽光の反射を防止するとともに太陽光の透過率を高めるために、鉄粉が少なく含まれた低鉄粉強化ガラスからなることができる。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、ベース部材１２３は他の物質などからなることができる。
他の例を挙げれば、前面基板１２０は、前面基板１２０の界面で発生する光反射を緩和する複数の層を含むことができる。具体的に、前面基板１２０を構成する複数の層は互いに異なる屈折率有することができ、好ましくは、前面基板１２０の層のうち太陽電池１１０に相対的に近く配置された層は太陽電池１１０から相対的に遠く配置された層より低い屈折率を有することができる。もしくは、前面基板１２０の層のうち太陽電池モジュール１００の外部に近く配置された層は外部に相対的に遠く配置された層より低い屈折率を有することができる。
より具体的に、前面基板１２０と外部との間で反射を緩和するとともに前面基板１２０とエアギャップ１４０との間で全反射を緩和するために、前面基板１２０は、ベース部材１２３と、ベース部材１２３上の第１コーティング層１２４と、ベース部材１２３の下の第２コーティング層１２５とを含むことができる。
第１コーティング層１２４は、ベース部材１２３に対応するように、ベース部材１２３の上面全体をカバーする。第１コーティング層１２４は光透過性素材の板状シートを含む。第１コーティング層１２４の屈折率は空気の屈折率より大きくてベース部材１２３の屈折率より小さく形成される。よって、第１コーティング層１２４によって、外部とベース部材１２３との間で発生する光の反射を減らすことができる。好ましくは、第１コーティング層１２４の屈折率は１．２〜１．４、ベース部材１２３の屈折率は１．５〜１．７である。第１コーティング層１２４は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌｘＯｙ、ＭｇＦ２、ＺｎＳ材料から構成されることができる。もちろん、第１コーティング層１２４は多数の層から構成されることができ、ベース部材１２３に近くなるほど屈折率が増加する構造を有することもできる。
第２コーティング層１２５は、ベース部材１２３に対応するように、ベース部材１２３の下面全体をカバーする。第２コーティング層１２５は、光透過性素材の板状シートを含む。第２コーティング層１２５の屈折率はエアギャップ１４０の屈折率より大きくてベース部材１２３の屈折率より小さく形成される。よって、第２コーティング層１２５によってエアギャップ１４０とベース部材１２３との間で発生する光の全反射を減らすことができる。好ましくは、第２コーティング層１２５の屈折率は１．２〜１．４、ベース部材１２３の屈折率は１．５〜１．７である。第２コーティング層１２５は、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌｘＯｙ、ＭｇＦ２、ＺｎＳ材料から構成されることができる。もちろん、第２コーティング層１２５は多数の層から構成されることができ、ベース部材１２３に近くなるほど屈折率が増加する構造を有することもできる。
前面基板１２０はフラットに形成されることができる。具体的に、前面基板１２０の入射面１２１と出射面１２２はフラットに形成されることができる。より具体的に、ベース部材１２３の上面と下面はフラットに形成され、第１コーティング層１２４はベース部材１２３の上面に対応するようにフラットに形成され、第２コーティング層１２５はベース部材１２３の下面に対応するようにフラットに形成されることができる。もちろん、前面基板１２０は、外部から入射する光を集光して出力する集光構造を有することもできる。前面基板１２０が光を集光する構造は図６以降で後述する。
エアギャップ１４０は少なくとも前面基板１２０と太陽電池１１０との間に形成され、外部の衝撃から太陽電池１１０を保護する緩衝地帯であり、太陽電池１１０の界面で発生する光の反射を緩和する。
各太陽電池１１０は、外部から入射する光が太陽電池１１０の界面で反射されることを緩和するために、太陽電池１１０と空気間の屈折率を有する反射防止膜がコートされた状態である。
このような反射防止膜がコートされた太陽電池１１０を封止材で密封する場合、太陽電池１１０の反射防止膜より屈折率が大きい封止材が使われるので、むしろ太陽電池１１０に吸収される光が減ることになる。これについては、図４及び図５で詳述する。
このような太陽電池１１０の反射防止膜での光の反射を緩和するために、エアギャップ１４０を使うことになる。エアギャップ１４０は少なくとも前面基板１２０と太陽電池１１０間の空間に定義されることができる。
もちろん、エアギャップ１４０は太陽電池１１０と後面基板１３０との間にさらに形成されることができる。よって、エアギャップ１４０は、小さくは太陽電池１１０と前面基板１２０間の空間に定義され、大きくは前面基板１２０と後面基板１３０間の太陽電池１１０が収容される空間全体に定義されることができる。
エアギャップ１４０の屈折率は太陽電池１１０の屈折率及び前面基板１２０の屈折率より小さい。具体的に、エアギャップ１４０の屈折率は太陽電池１１０の屈折率及び太陽電池１１０の反射防止膜の屈折率より小さい。エアギャップ１４０の屈折率は第１コーティング層１２４及び第２コーティング層１２５の屈折率より小さい。
前面基板１２０を通過した光が空気に進入することになるので、前面基板１２０から太陽電池１１０に向かって屈折される角度は、屈折率が空気より高い媒質が空間を満たす場合、より大きくなることができる。これにより、光が太陽電池１１０に向かって集光される効果が一層高く発揮されることができる。
一方、エアギャップ１４０に空気が存在することにより、太陽電池１１０に入射する光の損失が低減することができる。
エアギャップ１４０は空気のみ存在するか、Ａｒなどの不活性気体が充填されるか、又はエアと不活性気体が混合されて充填されることができる。太陽電池モジュール１００は空間が樹脂などの素材で満たされ構造が一般的であるが、この例示では前述した構造の前面基板１２０と後面基板１３０との間にエア又は不活性気体が存在する空間が形成されることにより、屈折率差によって光が漏洩されることを緩和又は防止することができる。空気の屈折率が約１であり、前面基板１２０の屈折率はこれより大きな値（例えば、１．３〜１．５）であることが好ましい。
一方、後面基板１３０は太陽電池１１０の下に配置される。後面基板１３０は前面基板１２０とともに太陽電池１１０を収容する空間を規定し、太陽電池１１０を支持する。また、後面基板１３０は、太陽電池１１０の間で光を反射するように、反射部材をさらに備えることもできる。
例えば、後面基板１３０は、ベース基板１３１及び後面反射層１３２を備えることができる。
ベース基板１３１は太陽電池１１０を支持する基板であり、ガラス（ｇｌａｓｓ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔａＡｃｒｙｌａｔｅ）などの素材から形成されることができる。他の例として、ベース基板１３１は太陽電池１１０を保護する層であり、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能をするように、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであるか、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の少なくとも一面にポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）樹脂などが形成された構造であり得る。
後面反射層１３２はベース基板１３１の上面に付着される板状反射シートであるか上面にコートされるコーティング膜であり得る。ここで、太陽電池１１０はベース基板１３１の一面に装着され、後面反射層１３２は一面上に形成されることができる。後面反射層１３２はベース基板１３１の上面に全体的に又は部分的に形成され、後面反射層１３２の上面に太陽電池１１０が配置されることができる。このような構造によれば、後面反射層１３２が太陽電池１１０の間を通過する光を反射することになる。ただ、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばベース基板１３１の上面に太陽電池１１０が配置され、太陽電池１１０の間に後面反射層１３２が配置される構造も可能である。これについては後述する。
ここで、後面反射層１３２は複数の突起１３３を備えることができる。複数の突起１３３によって後面反射層１３２にはしわ構造又は凹凸構造が具現されることができ、これにより光がより広い範囲で反射されることができる。
このような構造により、前面基板１２０を透過した光は前面基板１２０と後面基板１３０との間に閉じこめられるようになる。すなわち、前面基板１２０を透過した光は太陽電池モジュール１００の内部で再循環（ｒｅｃｙｃｌｅ）しながら太陽電池１１０のセルに吸収されることができる。エアギャップ１４０から前面基板１２０に向かう光は疎な媒質から密な媒質に光が進行することによって起こる全反射によって閉じこめられ、エアギャップ１４０から後面基板１３０に向かう光は後面反射層によって閉じこめられるようになる。
この例示の太陽電池１１０は、ガリウムヒ素太陽電池１１０又はシリコン太陽電池１１０であり得、外面に反射防止膜が形成される構造を有することができる。この例示では、太陽電池１１０がガリウムヒ素太陽電池１１０の場合を主な実施例として説明する。
図４は一般的な太陽電池１１０を簡単に示す図である（電極は図示しない）。
図４を参照すると、例えば、ガリウムヒ素太陽電池１１０は、ＧａＡｓ層１１０ａの外面にＧａＡｓより屈折率が低いが空気よりは屈折率が高い反射防止膜が形成される構造を有することができる。他の例として、シリコン太陽電池１１０は、Ｓｉ層の外面に反射防止膜が形成される構造も可能である。例えば、反射防止膜の材料としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌｘＯｙ、ＭｇＦ２、ＺｎＳなど、太陽電池１１０に一般的に使われる材料から構成されることができる。ここで、反射防止膜は単一層として使われることができ、セル内の光の吸収率をより増加させるために、複数の層を形成することもできる。この場合、反射防止膜はＺｎＳの第１層１１０ｂとＭｇＦ２の第２層１１０ｃを備えることができる。
ＧａＡｓの屈折率が約３．４、ＺｎＳの屈折率が約２．３８、ＭｇＦ２の屈折率が約１．３８、ＭｇＦ２を覆うエアの屈折率が１であるので、エアギャップ１４０から第２層１１０ｃ、第１層１１０ｂ及びＧａＡｓ層１１０ａに順に入射するとき、屈折率が光の経路に沿って漸次的に増加するので、光の損失が非常に少なくなる。
一方、図５のように、空気の代わりに媒質が満たされる場合には、ＭｇＦ２と媒質間の屈折率差がほとんどないか、あるいは負の差が発生することになる。この場合、太陽電池１１０の反射防止膜で表面損失が増大することができる。このような例として、媒質がポリマーＰの場合、屈折率が約１．３〜１．５である。よって、ポリマーＰから第２層１１０ｃに入射するとき、ポリマーとＭｇＦ２間の屈折率差がほとんど発生しないか、負の屈折率となるので、太陽電池１１０の表面での光の反射がより増大することになる。
シリコン太陽電池１１０の場合も同様に、太陽電池１１０上に形成される反射防止膜が太陽電池１１０より低い屈折率を有する物質（例えば、ＳｉＮｘ）が単層又は複数の層に構成されることにより、太陽電池１１０内にもっと多い光を吸収することができる。
一方、エアギャップ１４０の厚さＨは太陽電池１１０の幅Ｗの１／２以上であり得る。これにより、光を全反射する空間が充分に確保されることができる。このような例として、前面基板１２０と後面基板１３０間の距離は５０ｍｍ以下であり得る。
エアギャップ１４０は、前面基板１２０と後面基板１３０の縁部が接着されてシーリングされるか、あるいは前面基板１２０と後面基板１３０間のシーリング部材１５０によってシーリングされることができる。
例えば、前面基板１２０と後面基板１３０の縁部には、エアギャップ１４０をシーリングするシーリング部材１５０が配置されることができる。ここで、シーリング部材１５０には高耐湿素材が適用された二重シーリング構造が適用可能である。また、シーリング部材１５０は剛性及び水分吸収率が互いに異なる二重構造を有することができる。
例えば、シーリング部材１５０は、外側に配置される第１シーリング部材１５１と内側に配置される第２シーリング部材１５２を含むことができる。第２シーリング部材１５２は第１シーリング部材１５１よりエアギャップ１４０に近く配置される。
第１シーリング部材１５１は接着性を有する熱可塑性澱粉（ＴＰＳ、Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｓｔａｒｃｈ）、シリコン、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ、ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）などの素材から形成され、ベース基板１３１に装着されて前面基板１２０を支持するように形成される。これにより、第１シーリング部材１５１は太陽電池モジュール１００の外側壁を形成することができる。好ましくは、第１シーリング部材１５１は第２シーリング部材１５２より高い剛性を有する素材が選択されることができる。第１シーリング部材１５１は前面基板１２０と後面基板１３０間の距離を維持し、太陽電池モジュール１００の構造を維持する。
第２シーリング部材１５２はポリイソブチレン（ＰＩＢ、Ｐｏｌｙｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ）などのゴム素材に吸湿剤が混入された形態になることができる。第２シーリング部材１５２は湿気を吸収する多孔質を有することができる。
第２シーリング部材１５２は、第１シーリング部材１５１と同様に、ベース基板１３１に装着されて前面基板１２０を支持するように形成され、第１シーリング部材１５１の内側壁で第１シーリング部材１５１と密着するように構成される。
この場合、後面基板１３０の後面反射層１３２は、第２シーリング部材１５２の内側壁を覆うように、ベース基板１３１から前面基板１２０に向かって延びる延長部１３４を有することができる。
シーリング部材１５０は、ベース基板１３１又は後面反射層１３２に太陽電池のセルが結合された後、前面基板１２０を含む前面基板１２０を接合することによって形成されることができる。すなわち、前面基板１２０は別に製作され、シーリング部材１５０がベース基板１３１に付着された後、前面基板１２０がシーリング部材１５０と接合されることによりエアギャップ１４０が形成される。
一方、前述した本発明の太陽電池モジュール１００において、集光効率をより向上させる構造の変形も可能である。このような例として、前面基板１２０にレンズが形成される構造も可能である。以下、このような構造について図６を参照して説明する。
図６は本発明の他の実施例の前面基板１２０による太陽電池モジュール１００の断面図である。
図６を参照すると、前面基板１２０は入射面１２１がフラットに、出射面１２２がレンズの形態になることができる。この場合、太陽電池モジュール１００は、前述した例示と同様に、太陽電池１１０、前面基板１２０、２２０及び後面基板１３０を含むことができ、太陽電池１１０と後面基板１３０は前述した例示と同様な構造になることができる。したがって、これについての説明は前述した内容に代わる。
前面基板１２０は、入射面１２１の反対側に配置され、太陽電池１１０に向かって膨らんでいる形状に形成される複数のレンズ１２３を備えることができる。
レンズ１２３は、ベース部材１２３の下側（出射面１２２）に形成されるレンズ形状を有することができる。よって、レンズ１２３はベース部材１２３に同じ素材から一体化することができる。ただ、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、レンズ１２３はベース部材１２３の下面に付着される別途のレンズ形状部材からなることができる。
また、レンズ１２３は太陽電池１１０と多数対１の比率でマッチングされる。ただ、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、レンズ１２３は太陽電池１１０に対して１対１の比率で備えられることができる。レンズ１２３と太陽電池１１０が１対１の比率でマッチングされる場合、各レンズの中心と太陽電池１１０の中心は互いに一致するように配置されることができる。
凸レンズの厚さ及び面積は焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）を基準に設定されることができる。このような構造によれば、光は入射しながら凸レンズの下部に向かって集束することができるようになる。
この場合、第１コーティング層１２４はベース部材１２３の入射面１２１上にフラットに配置され、第２コーティング層１２５ａはベース部材１２３の下面をカバーし、複数のレンズ１２３の形状に対応して膨らむように形成される。
図７は本発明のさらに他の実施例の前面基板１２０による太陽電池モジュール１００の断面図である。
図７を参照すると、さらに他の実施例による太陽電池モジュール１００は、図６の実施例と比較すると、前面反射層１６０をさらに含むことができる。
前面反射層１６０は、前面基板１２０の入射面１２１の反対面の少なくとも一部に配置され、前面基板を通して入射した太陽光が前面基板１２０と後面基板１３０の間に閉じこめられるようにする。前面反射層１６０は、光を反射する金属素材又は樹脂素材を含むことができる。
具体的に、前面反射層１６０は、前面基板１２０の出射面１２２又は第２コーティング層１２５の下面の一部領域がコーティングされて形成されることができる。
より具体的に、前面反射層１６０は、レンズ１２３の外面にミラーコーティングをするとき、端部の一部分を除いてコートすることによって具現されることができる。これにより、前面反射層１６０、１２２には、入射した太陽光がレンズ１２３を透過して出射するように複数の開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）が形成される。
具体的に、前面反射層１６０は各レンズ１２３の中心部分の一定領域を除いた領域にコーティングされることができる。
図８ａは本発明の他の実施例の後面基板による太陽電池モジュール１００の断面図、図８ｂは図８ａに示した後面基板の斜視図である。
図８を参照すると、後面基板６３０は、太陽電池１１０の後面を支持するフィルム又はシート状などの後面シートとして具現されることができる。後面シートは太陽電池１１０の裏面で太陽電池１１０を保護する層であり、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能をする。後面シートはフィルム又はシートなどの形態を有することができる。ここで、後面基板６３０は前面基板１２０側から集光されて入射した太陽光を反射して再利用することができるように反射率に優れた素材又は構造からなることができる。
この場合、太陽電池モジュール１００は、前述した例示と同様に、太陽電池１１０、前面基板１２０及び後面基板６３０を含むことができ、前面基板１２０は前述した図１〜図７の例示のいずれか一つと同一の構造を有することができる。したがって、これについての説明は前述した内容に代わる。
この例示の太陽電池１１０は、上下両面で太陽光を吸収して発電することができる両面電池（ｂｉｆａｃｉａｌ ｃｅｌｌ）からなることができる。また、太陽電池１１０は第２反射板６３２ｂに平行に位置し、上面が前面基板１２０と向き合い、下面が第１反射板６３２ａと向き合うように配置されることができる。
一方、後面基板６３０は、ベース基板６３１、第１反射板６３２ａ及び第２反射板６３２ｂを備えることができる。
ベース基板６３１は太陽電池モジュール１００を支持する基板であり、ガラス（ｇｌａｓｓ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔａＡｃｒｙｌａｔｅ）などの素材から形成されることができる。他の例として、ベース基板６３１は太陽電池モジュール１００を保護する層であり、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能をするように、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであるか、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の少なくとも一面にポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＰＶＤＦ）樹脂などが形成された構造であり得る。
第１反射板６３２ａはベース基板６３１の上面に付着される板状反射シートであるか上面にコートされるコーティング膜であり得る。
第２反射板６３２ｂはベース基板６３１と前面基板１２０との間に太陽電池１１０とともに配置される。ここで、太陽電池１１０は第２反射板６３２ｂの間に配置され、よって第２反射板６３２ｂが太陽電池１１０の間を満たして太陽電池１１０の間を通過する光を反射するようになる。ここで、第２反射板６３２ｂは、複数の突起６３３を備えることができる。複数の突起６３３によって第２反射板６３２ｂにはしわ構造又は凹凸構造が具現されることができる。これにより光がより広い範囲で反射されることができる。
一方、第２反射板６３２ｂと太陽電池１１０を支持するための支持部材６３５が太陽電池モジュール１００の内部に備えられることができる。支持部材６３５は台形の支持用枠であり、ベース基板６３１に装着され、少なくとも一部が前面基板１２０に向かって突出し、突出した部分に太陽電池１１０が装着されることができる。
また、支持部材６３５は光透過性素材から形成され、光が透過して太陽電池１１０の後面に入射することができる構造となることができる。ここで、支持部材６３５は内部にエアが存在する空間を有するように形成され、これにより太陽電池１１０の後面への入射がより容易になるようにする。
前述した構造によれば、光が太陽電池１１０の上下側の両側に閉じこめられるので、太陽電池１１０の発電量がより増大することができる。
図９は本発明の変形例による太陽電池モジュール１００の断面図である。
この場合、太陽電池モジュール１００は、前述した例示と同様に、太陽電池１１０、前面基板１２０及び後面基板１３０を含むことができ、これらは図１〜図８を参照して前述した例示のいずれか一つの構造を有することができるが、この例示では図３の例示を基準に説明する。したがって、これについての説明は前述した内容に代わる。
前面基板１２０と後面基板１３０の間には、前面基板１２０と後面基板１３０間の間隔を維持するように、スペーサー１９１が配置されることができる。スペーサー１９１は後面基板１３０に装着されて前面基板１２０を支持することによってエアギャップ１４０を維持する。より具体的に、スペーサー１９１は後面基板１３０のベース基板１３１又は後面反射層１３２に装着され、太陽電池モジュール１００の厚さ方向に突出して前面基板１２０を支持することができる。
また、剛性補強のために、ベース基板１３１の下面には補強部材１９２が装着されることができる。補強部材１９２は板状部材であり、ベース基板１３１の一部分に装着され、ベース基板１３１の下面に面接触して剛性を補強する。
また、後面基板１３０には赤外線の波長を可視光線の波長に変換させる波長変換物質１９３が塗布されることができる。波長変換物質１９３は、例えばランタン系物質であり、ｅｒ３＋、ｙｂ３＋で合成された蛍光体となることができる。
太陽光には赤外線が含まれるが、太陽電池１１０は可視光線を発電に用いるので、赤外線を可視光線に変換することにより、太陽電池１１０の発電量が増大することができる。この場合、波長変換物質１９３によって光が散乱して光経路がランダムに変わることができるが、この例示の構造では、太陽電池モジュール１００の内部に光が再循環（ｒｅｃｙｃｌｅ）するので、これによる発電効率の低下が現れなくなる。
図１０は本発明の他の実施例のシーリング部材１５０による太陽電池モジュール１００の断面図である。
図１０を参照すると、この場合、太陽電池モジュール１００は、前述した例示と同様に、太陽電池１１０、前面基板１２０及び後面基板１３０を含むことができ、これらは図１〜図９を参照して前述した例示のいずれか一つの構造を有することができるが、この例示では図３の例示を基準に説明する。したがって、これについての説明は前述した内容に代わる。
他の実施例のシーリング部材１５０は、第１シーリング部材１５１が二重構造を有する。例えば、第１シーリング部材１５１は、接着力及び密封力を有する密封材１５１ｂと、密封材１５１ｂより高い剛性を有するフレーム１５１ａとを含むことができる。
フレーム１５１ａは、密封材１５１ｂより高い剛性を有する樹脂又は金属素材を含む。フレーム１５１ａは密封材１５１ｂより内側に配置され、前面基板１２０と後面基板１３０との間で前面基板１２０を支持する支持力を提供する。
密封材１５１ｂは接触力と密封力を有する樹脂素材を含む。密封材１５１ｂはフレーム１５１ａより外側に配置される。密封材１５１ｂと第２シーリング部材１５２との間にはフレーム１５１ａが配置される。密封材１５１ｂによって、異物が外部から流入することが防止される。
したがって、第１シーリング部材１５１がフレーム１５１ａ及び密封材１５１ｂの二重構造を有することにより、太陽電池モジュール１００の剛性を維持することができ、中間に配置されるスペーサーを省略することができる利点と、密封材１５１ｂによってシーリング力を維持する利点とを有する。
図１１は本発明のさらに他の実施例のシーリング部材１５０による太陽電池モジュール１００の断面図である。
図１１を参照すると、この場合、太陽電池モジュール１００は、前述した例示と同様に、太陽電池１１０、前面基板１２０及び後面基板１３０を含むことができ、これらは図１〜図１０を参照して前述した例示のいずれか一つの構造を有することができるが、この例示では図１０の例示を基準に説明する。したがって、これについての説明は前述した内容に代わる。
さらに他の実施例のシーリング部材１５０は、第１シーリング部材１５１が二重構造を有する。例えば、第１シーリング部材１５１は接着力及び密封力を有する密封材１５１ｂと、密封材１５１ｂより高い剛性を有するフレーム１５１ａとを含むことができる。さらに他の実施例で、フレーム１５１ａは剛性を向上させる多様な形状を有することができる。具体的に、フレーム１５１ａはＨビーム形状を有することができる。フレーム１５１ａがＨビーム形状を有することにより、フレーム１５１ａの製造コストを減らすとともに剛性を維持することができる。
したがって、上述した本発明による太陽電池モジュールは、エアギャップを用いることにより、太陽電池セルの外面で光が吸収されずに反射されることを緩和させることができる。より具体的に、太陽電池セルの外面を形成するコーティング膜より屈折率が低いエアギャップ内に太陽電池セルが露出されることにより、コーティング膜の表面損失が低減することができる。
また、前面基板と後面基板をシーリングするシーリング部材がエアギャップをシーリングし、吸湿剤又は多孔物質を介してエアギャップ内の湿気を吸収して太陽電池モジュールの信頼性を向上させることができる。
また、本発明によれば、太陽電池モジュールが波長変換物質を用いて可視光線の量を増大させることができる構造を有するように具現されることができる。
以上で説明した太陽電池モジュールは前述した実施例の構成及び方法に限定されるものではなく、前記実施例は多様な変形ができるように各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わせられて構成されることもできる。

Claims (20)

  1. 複数の太陽電池と、
    太陽光が入射する入射面を備え、前記太陽電池上に配置され、前記入射した太陽光を前記太陽電池に出射する前面基板と、
    前記太陽電池の下に配置される後面基板と、
    少なくとも前記前面基板と前記太陽電池との間に形成されるエアギャップとを含み、
    前記エアギャップは空気及び不活性気体の少なくとも一つを含み、
    前記エアギャップの屈折率は前記太陽電池の屈折率及び前記前面基板の屈折率より小さい、太陽電池モジュール。
  2. 前記エアギャップは、前記太陽電池と前記後面基板との間に形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記複数の太陽電池は、ガリウムヒ素を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記エアギャップの厚さは、前記太陽電池の幅の５０％以上である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記前面基板の屈折率は、前記太陽電池の屈折率より小さい、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記前面基板は複数の層を含む、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記前面基板の層は互いに異なる屈折率有する、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記前面基板の層のうち前記太陽電池に相対的に近く配置された層は、前記太陽電池から相対的に遠く配置された層より低い屈折率を有する、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記前面基板の入射面の反対面の少なくとも一部に配置され、前記の前面基板を通して入射した太陽光が前記前面基板と前記後面基板の間に閉じこめられるようにする前面反射層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記前面基板と前記後面基板との間に配置されて前記エアギャップをシーリングするシーリング部材をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記シーリング部材は、第１シーリング部材及び第２シーリング部材を含む、請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記第１シーリング部材と第２シーリング部材は互いに異なる剛性を有する、請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
  13. 前記第２シーリング部材は前記第１シーリング部材より前記エアギャップに近くに配置され、前記エアギャップの湿気を吸収する吸湿剤を含む、請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
  14. 前記第２シーリング部材は前記第１シーリング部材より前記エアギャップに近くに配置され、多孔質である、請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
  15. 前記第１シーリング部材は、前記第２シーリング部材より高い剛性を有する、請求項１２また１３に記載の太陽電池モジュール。
  16. 前記前面基板は、前記入射面の反対側に配置され、前記太陽電池に向かって膨らむ形状に形成される複数のレンズを備える、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  17. 前記太陽電池の間で光を反射するように形成される後面反射層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  18. 前記後面反射層には複数の突起が形成される、請求項１７に記載の太陽電池モジュール。
  19. 前記前面基板と後面基板間の間隔を維持するスペーサーをさらに含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  20. 前記後面基板は、赤外線の波長を可視光線の波長に変換させる波長変換物質を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
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