KR101019718B1 - 태양 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 빛을 흡수하여 전기를 발생하는 태양전지에 관한 것으로, 본 발명은 태양전지판에 입사된 빛이 반사되어 다시 태양전지판으로 재입사할 수 있도록 형상이 변경된 태양전지를 제공한다. 본 발명에 의하면, 태양전지판에서 반사되는 빛이 다시 상기 태양전지판에 입사됨으로써 빛의 반사로 인해 발생하는 효율저하를 최소화 시킬 수 있다는 효과가 있다.

태양전지, 태양전지판, 공동

Description

태양 전지{PHOTO VOLTAIC CELL}

본 발명은 태양 빛을 흡수하여 전기를 발생하는 태양전지에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 태양열전지와 태양광전지로 구분된다. 상기 태양열전지는 태양열의 열에너지로 물을 끓여 증기터빈을 돌림으로써 전기를 발생시키고, 태양광전지는 태양으로부터의 광에너지를 전기에너지로 변환하여 이용하는 발전방법이다. 본 발명은 태양광전지에 관련된 것이다.

태양광전지(이하 태양전지)는 에너지원이 방대하고 고갈위험이 없으며, 무공해 에너지원인 태양에너지를 이용한다. 그리고 햇빛이 있는 곳이면 어느 곳에서든지 간단히 설치하여 사용할 수 있으며 여러 가지 발전 규모로 이용이 가능하다는 장점을 가진다.

이와 같은 장점을 가지는 태양전지는 태양전지판과 기판으로 구성된다.

태양전지판은 일반적으로 단결정 규소를 이용하여 제조되고, n형 반도체와 p형 반도체를 이용하여 p-n 접합 구조로 구성된다.

n형 반도체는 실리콘에 5가 원소인 인, 비소 및 안티몬 등을 첨가시켜 제조 하던가 III-V족 화합물 반도체에서 V족의 원소의 구성비를 크게 하여 제조한다.

p형 반도체는 3가 원소인 붕소 및 칼륨 등을 침투시켜 만들거나 III-V족 화합물 반도체에서 III족 원소의 구성비를 크게 하여 만든다.

이러한 태양전지판은 빛을 받으면 광기전력 효과에 의해 태양전지 내부에 전자와 정공이 발생되고, 상기 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 그러므로 전기적 중성이 파괴되고 외부에 전류가 흐를 수 있는 회로가 연결되면 상기 전자가 회로를 통해 흘러서 원래 위치인 p형 반도체 쪽으로 이동해서 정공과 결합하려고 한다. 이때, 상기 전자의 흐름에 의해서 전류가 발생하고 셀의 전계에 의해서 전압이 발생한다. 전력은 이 전류와 전압의 곱이다.

일반적인 태양전지판은 전기를 발생하는 최소단위인 셀을 직/병렬로 연결하여 평판의 형태로 모듈의 단위로 조립하고, 모듈을 다시 직/병렬로 연결하여 어레이를 만들어 확장한다.

그리고 상기 태양전지판을 구성하는 것은 실리콘인데, 상기 실리콘은 빛을 잘 반사하는 성질을 가지고 있다. 그러므로 빛의 반사를 최소화하기 위하여 반사방지용 표면 처리를 하여 반사율이 약 5%이하가 되도록 한다. 그러나 상기와 같이 반사방지 표면처리를 하여도 반사되는 빛은 일정양 이상이 존재하기 때문에 상기 태양전지판의 효율을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양전지판에서 반사되는 빛을 다시 태양전지판으로 입사되는 것이 가능한 태양전지판을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키고, 반사된 빛은 재입사되도록 하는 다수의 수단을 가지는 태양전지판; 및 상기 태양전지판의 하단에 설치되어 상기 태양전지판에서 발생된 전기를 전달하는 기판; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.

이때, 상기 다수의 수단은 공동(空洞, Cavity)거나, 태양전지판의 표면과 일정한 각을 가지는 보조용 태양전지판인 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다. 또한, 상기 다수의 수단은 고랑(Furrow)인 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.

삭제

한편, 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키고, 반사된 빛은 재입사되도록 하는 다수의 수단을 가지는 태양전지판을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 태양전지판에서 반사되는 빛이 다시 상기 태양전지판에 입사됨으로써 빛의 반사로 인해 발생하는 효율저하를 최소화 시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 반사되는 빛의 재입사가 가능한 태양전지판을 입체곡면이나 입체 다면체로 형성하여 비스듬히 입사하는 빛에 대한 단위면적당 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도1의 (a)는 본 발명의 일실시예로 공동이 형성된 태양전지판을 도시한 평면도이고, 도1의 (b)는 도1의 (a)에서 AA'의 단면을 도시한 단면도이다.

태양전지는 태양전지판(100)과 기판(210)으로 구성된다.

태양전지판(100)은 n형 반도체(110)와 p형 반도체(120)를 이용하여 n-p 접합 구조로 구성된다.

n형 반도체(110)는 실리콘에 5가 원소인 인, 비소 및 안티몬 등을 첨가시거나 III-V족 화합물 반도체에서 V족 원소의 구성비를 크게 하여 제조되고, 태양 빛이 입사되면 태양에너지를 흡수하여 전자를 이동시키는 역할을 한다.

p형 반도체(120)는 3가 원소인 붕소 및 칼륨 등을 침투시켜 제조되거나 III-V족 화합물 반도체에서 III족의 구성비를 크게 하여 제조되어 상기 n형 반도체(110)에서 전자를 받는다.

입사된 태양 빛에서 태양에너지를 흡수하고, 흡수되지 않고 반사되는 빛이 다시 태양전지판(100)으로 입사되도록 하기 위해 상기와 같이 구성된 태양전지판(100)의 형상을 변경한다.

본 발명의 태양전지판(100)은 n-p 접합 구조로 형성된 태양전지판(100)을 도1의 (b)에 도시된 바와 같이, 굴곡이 지게 형성하여 평면 태양전지판(100)의 일부분이 아래로 움푹 파이도록 공동(空洞, Cavity, 130)을 형성하는데, 상기 공동(130)의 단면은 반원보다 넓은 활꼴의 형상을 가진다. 즉, 상기 공동(130)은 속이 비어있는 구를 평면으로 잘라 두 부분으로 나누어진 것 중 부피가 큰 부분의 형상을 가진다. 그리고 상기 공동(130)의 벽은 태양전지판(100)이 연장된 것으로 상기 공동(130)의 내측에는 n형 반도체(110)가 위치하고, 상기 공동(130)의 외측에는 p형 반도체(120)가 위치한다. 그러면 상기 공동(130)으로 입사된 빛은 일부는 흡수되고, 흡수되지 않고 반사된 빛은 외부로 빠져나가지 않고, 상기 공동(130)에서 계속적으로 재입사된다. 그러므로 상기 공동(130)으로 들어온 빛의 태양에너지는 100%에 가깝게 전기에너지로 변환될 수 있다. 즉, 상기 공동(130)은 입사된 빛이 반사되고, 반사된 빛이 재입사되도록 하는 수단으로써의 역할을 한다.

이때, 상기 공동(130)의 단면 형상은 도1의 (b)에 도시된 바와 같이, 활꼴 중 넓은 부분의 형상을 가지도록 하는 것이 바람직한데, 이는 공동(130)의 입구를 좁게 형성함으로써, 공동(130)으로 들어온 빛이 공동의 외부로 쉽게 벗어나지 못하도록 하기 위함이다.

그리고 본 발명의 태양전지판(100)은 최대한 많은 공동(130)을 형성하여 태양에너지가 전기에너지로 변환되는 효율을 최대화하기 위하여 도1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 공동(130)을 배열할 수 있다.

또한, 상기 공동(130)에 투명한 물질로 채워 넣음으로써 빗물 등의 이물질이 공동으로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 태양전지판(100)은 실외에 설치되기 때문에 중간에 장애물이 있으면 상기 태양전지판(100)으로 입사되는 빛이 장애물에 막혀 상기 태양전지판(100)으로 입사되지 못하거나, 빗물 등으로 인하여 굴절이 발생되는 등 태양에너지의 손실을 가져올 수 있다. 그러므로 상기와 같은 손실을 줄이기 위해 지속적인 관리를 하여야 하는데, 본 발명의 태양전지판(100)에 형성된 공동(130)의 내부에 투명한 물질을 채움으로써 태양전지판(100)의 관리가 간편해 진다는 장점이 있다.

그리고 태양전지판(100)은 일반적으로 작은 하나의 셀의 형태로 제작이 되어 상기 셀의 형태의 태양전지판(100)에 상기 공동(130)이 하나 이상 형성되고, 상기 공동(130)이 형성된 셀은 각각 직렬 또는 병렬로 각기 연결되어 모듈의 형태로 확장형성할 수 있으며, 모듈형태의 태양전지판(100)은 다시 각각 직렬 또는 병렬로 각기 연결되어 어레이형태로 확장 형성될 수 있다.

도2는 본 발명의 일실시예로 반사된 태양 빛이 재입사될 수 있도록 평면의 태양전지판에 보조용 태양전지판을 추가 장착한 상태를 도시한 단면도이다.

도1에서와 같이, 평면의 태양전지판(100)에 공동(130)을 형성하여 반사된 태양 빛이 태양전지판(100)에 재입사되도록 본 발명의 태양전지판(100)을 형성할 수 있으나, 도2에서와 같이, 평면의 태양전지판(100)에 추가로 다수의 보조용 태양전지판(140)을 다수 설치하여 반사된 태양 빛이 재입사될 수 있도록 형성할 수도 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 처음 추가 설치되는 보조용 태양전지판(140)은 오른쪽 아랫방향의 사선으로 n형 반도체(110)가 위를 향하도록 비스듬히 설치되고, 두 번째 추가 설치되는 보조용 태양전지판(140)은 왼쪽 아랫방향의 사선으로 n형 반도체(110)가 아래를 향하도록 비스듬히 설치되는데, 첫 번째 추가로 설치된 보조용 태양전지판(140)의 중간까지 설치된다. 그리고 세 번째 추가 설치되는 보조용 태양전지판(140)은 왼쪽 아랫방향의 사선으로 n형 반도체(110)가 위를 향하도록 비스듬히 설치되고, 네 번째 추가 설치되는 보조용 태양전지판(140)은 오른쪽 아랫방향의 사선으로 n형 반도체(110)가 아래를 향하도록 비스듬히 설치된다.

그러므로 상기 네 개의 추가 설치된 보조용 태양전지판(140)은 빛이 들어오는 부분이 개방된 육각형상의 일정한 공간이 형성되고, 상기 육각형상 공간은 도1에 도시된 공동(130)의 역할인 반사된 빛을 재입사되도록 하는 수단으로써의 역할을 하게 되므로 상기 육각형상 공간으로 들어온 빛은 최소 한 번 이상의 반사와 재 입사가 일어날 수 있다.

또한, 상기 네 번째 추가 설치된 보조용 태양전지판(140)의 후면에는 다섯 번째 추가 설치되는 보조용 태양전지판(140)이 설치되는데, 다섯 번째 추가 설치된 보조용 태양전지판(140)은 다시 왼쪽 아랫방향으로 n형 반도체(110)가 아래를 향하도록 비스듬히 설치되고, 여섯 번째 추가 설치되는 보조용 태양전지판(140)은 오른쪽 아랫방향으로 n형 반도체(110)가 아래를 향하도록 비스듬히 설치된다. 이때에도 다섯 번째 추가 설치된 보조용 태양전지판(140)과 여섯 번째 추가 설치된 보조용 태양전지판(140) 사이에는 빛이 들어오는 부분이 개방된 사각형상의 공간이 형성되고, 이 공간도 도1에 도시된 공동(130)의 역할인 반사된 빛을 재입사되도록 하는 수단으로써의 역할을 하게 된다.

즉, n형 반도체(110)에 빛을 입사될 수 있도록 태양전지판(100)이 설치되고, 빛이 입사되는 쪽에 추가로 보조용 태양전지판(140) 다수 개가 설치되어 도1에 도시된 공동(130)의 역할을 할 수 있는 공간이 다수 개가 형성되므로 상기 공간으로 들어온 빛은 최소 한 번 이상의 반사와 재입사가 일어나므로 태양에너지가 전기에너지로 변환되는 효율을 최대화할 수 있다.

도3은 본 발명의 일실시예로 반사된 태양 빛이 재입사될 수 있도록 평면의 태양전지판에 보조용 태양전지판을 추가 장착한 상태를 도시한 단면도이다.

도1에서와 같이, 평면의 태양전지판(100)에 공동(130)을 형성하여 반사된 태양 빛이 태양전지판(100)에 재입사되도록 본 발명의 태양전지판(100)을 형성할 수도 있으나, 도3에서와 같이 평명의 태양전지판(100)에 추가로 다수의 보조용 태양 전지판을 설치하여 반사된 태양 빛이 재입사될 수 있도록 형성할 수도 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 평면의 태양전지판(100)의 사면이 절곡(折曲)되어 도1에서의 공동(130)의 역할을 하는 공간이 형성된다. 도1에서의 형태와 다른 점은 평면의 태양전지판(100)과 수직하게 형성된 보조용 태양전지판(140)이 각각 연결되지 않아도 무관하다는 점이다. 도1에 도시된 형태는 평면의 태양전지판(100)이 움푹 파인 형태로 공동(130)이 형성된 것이고, 도3에 도시된 형태는 평면의 태양전지판(100)의 주변에 보조용 태양전지판(140)이 각각 세워져 도1에서와 같은 공동(130)의 역할을 하는 공간이 형성된 것이다.

그러므로 평면의 태양전지판(100)과 다수의 보조용 태양전지판(140)으로 둘러싸인 공간은 도1에서의 공동(130)의 역할을 하는 수단으로써 작용하게 되어, 평면의 태양전지판(100)과 다수의 보조용 태양전지판(140)으로 둘러싸인 공간으로 비스듬히 들어온 빛은 한번 이상의 반사가 일어날 수 있고, 반사된 빛은 다시 평면의 태양전지판(100)이나 보조용 태양전지판(140)으로 재입사가 될 수 있다. 그래서 재입사된 빛에서도 태양에너지를 흡수하게 되므로 태양전지의 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.

상기와 같이, 평면의 태양전지판(100)의 사면이 절곡(折曲)되어 도1에서의 공동(130)의 역할을 하는 공간이 반복되어 형성된다. 그러므로 하나의 셀 형태의 태양전지판에 공동(130)의 역할을 하는 공간이 하나 이상 형성될 수 있고, 셀 형태의 태양전지판을 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈 형태로 형성할 수 있으며, 또한, 모듈 형태의 태양전지판을 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결하여 어레이 형태로 태양전지판을 형성할 수 있다. 이로써, 상기 어레이 형태로 형성된 태양전지판에는 공동(130)의 역할을 하는 수단으로서 작용하는 공간이 다수 개가 형성되므로 태양전지의 효율이 높아지게 된다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명의 태양전지판(100)은 실리콘으로 이루어진 태양전지판(100)에 대해서 설명을 하였지만, 본 발명의 태양전지판(100)의 구조는 태양전지판(100)을 구성하는 물질이 결정질, 비결정질 및 유기박막으로 이루어진 물질이더라도 모두 적용 가능한 구조이다. 그리고 도1에 도시된 공동(130)이나 도2 내지 도3에 도시된 공동(130)의 수단으로 작용되는 공간의 크기는 일정하지 않아도 되며, 그 크기에 상관없을 뿐 아니라, 배치를 함에 있어 균일하거나 비균일하여도 본 발명의 태양전지판(100)을 적용할 수 있다.

도4는 본 발명의 일실시예로 공동이 형성된 태양전지판에 굴곡이 형성되어 입체곡면이나 입체 다면체의 형상으로 형성된 태양전지판을 도시한 단면도이다.

빛이 입사면의 사선으로 비스듬하게 입사되는 경우, 입사면에 수직하게 입사하는 경우보다 태양전지판(100)에서 단위면적당 빛의 흡수량이 적다. 그러므로 일반적으로 평판으로 제작된 태양전지판(100)도 남쪽을 향해 경사가 지도록 설치하여 최대한 빛이 입사면에 수직에 가깝게 입사되도록 한다. 이와 같은 원리로 일례를 들면, 태양전지판(100)이 남쪽을 향해 경사지도록 설치될 때, 동쪽과 서쪽 방향에서 입사되는 빛은 태양전지판(100)에 비스듬하게 입사하게 된다. 그러므로 본 발명의 태양전지판(100)은 동서방향으로 굴곡을 형성하여 동쪽과 서쪽에서 입사되는 빛의 단위면적당 입사량이 최대가 되도록 한다.

도5의 (a)는 본 발명의 다른 실시예로 태양전지판에 보조용 태양전지판을 이용하여 고랑을 형성한 평면도이고, 도5의 (b)는 도5의 (a)에서 BB'의 단면을 도시한 단면도이다.

본 발명의 태양전지판(100)은 일방향으로 길게 홈이 형성된 다수의 고랑(Furrow, 150)이 형성될 수 있다.

상기 고랑(150)은 도1에서와 같이 태양전지판(100)의 형상이 변형되어 형성될 수 있는데, 상기 고랑(150)으로 입사된 빛은 도5의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사가 일어나고, 반사된 빛은 재입사가 가능하도록 형성된다. 그러므로 도5의 (b)에서 단면에서 상기 고랑(150)의 입구는 좁게 형성되어 상기 고랑(150)으로 입사된 빛이 한번 반사되어 상기 고랑(150)의 외부로 바로 나가지 않고, 재입사되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고랑(150)의 크기와 단면의 형상은 일정하지 않아도 무관하며, 다중 반사 및 재입사가 가능하도록 형성되기만 하면 된다. 즉, 상기 고랑(150)의 단면의 형상은 도1에 도시된 공동(130)과 마찬가지로 원의 형상에 가까워도 무관하고, 각진 형태로 형성되어도 무관하다.

그리고 상기와 같이 고랑(150)이 형성된 태양전지판(100)이 설치될 때, 상기 고랑(150)이 형성된 길이방향으로 기울어지게 설치됨으로써, 상기 고랑(150)은 빗물 등이 쉽게 흘러내리는 도랑의 역할을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도1의 (a)는 본 발명의 일실시예로 공동이 형성된 태양전지판을 도시한 평면도이다.

도1의 (b)는 도1의 (a)에서 AA'의 단면을 도시한 단면도이다.

도2는 본 발명의 다른 실시예로 반사된 태양 빛이 재입사될 수 있도록 평면의 태양전지판에 보조용 태양전지판을 추가 장착한 상태를 도시한 단면도이다.

도3은 본 발명의 다른 실시예로 반사된 태양 빛이 재입사될 수 있도록 평면의 태양전지판에 보조용 태양전지판을 추가 장착한 상태를 도시한 단면도이다.

도4는 본 발명의 일실시예로 공동이 형성된 태양전지판에 굴곡이 형성되어 입체곡면이나 입체 다면체의 형상으로 형성된 태양전지판을 도시한 단면도이다.

도5의 (a)는 본 발명의 다른 실시예로 태양전지판에 보조용 태양전지판을 이용하여 고랑을 형성한 평면도이다.

도5의 (b)는 도5의 (a)에서 BB'의 단면을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 태양전지판

110: n형 반도체 120: p형 반도체

130: 공동 140: 보조용 태양전지판

150: 고랑

210: 기판 220: 반사방지 표면처리

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양전지판;

   상기 태양전지판의 하단에 설치되어 상기 태양전지판에서 발생된 전기를 전달하는 기판; 을 포함하고,

   상기 태양전지판에서 반사된 빛이 지속적인 재입사가 되도록 상기 태양전지판의 표면과 일정한 각을 가지도록 설치되는 복수의 보조용 태양전지판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   태양 전지.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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