KR101050505B1 - 태양 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 빛을 흡수하여 전기를 발생하는 태양전지에 관한 것으로, 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키는 전지부가 적어도 둘 이상 겹치도록 배치되는 태양전지판과 기판을 포함하는 태양전지를 제공하여, 태양전지판으로 입사되는 빛이 이중으로 전지부에 입사시킴으로써 태양전지에서 발생되는 전기의 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

태양전지, 태양전지판, 이중 전지부

Description

태양 전지{PHOTO VOLTAIC CELL}

본 발명은 태양 빛을 흡수하여 전기를 발생하는 태양전지에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 태양열전지와 태양광전지로 구분된다. 태양열전지는 태양열의 열에너지로 물을 끓여 증기터빈을 돌려 전기를 발생시키는 방식을 이용하고, 태양광전지는 태양으로부터의 광 에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를 발생시티는 방식을 이용한다. 이 중, 본 발명은 태양광전지에 관련된 것이다.

태양광전지(이하 태양전지)는 태양에너지를 이용하기 때문에 에너지원이 방대하고 고갈위험이 없을 뿐만 아니라, 공해가 없다는 장점이 있다. 게다가, 햇빛이 있는 곳이면 어느 곳에서든지 간단히 설치하여 사용할 수 있으며, 발전의 규모 또한, 다양하게 구성할 수 있다는 장점을 가진다.

이와 같은 장점을 가지는 태양전지는 태양전지판과 기판으로 구성되는데, 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 제조하던지, 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.

상기와 같은 구성을 가지는 태양전지판은 빛을 받으면 광기전력 효과에 의해 태양전지 내부에 전자와 정공이 발생되는데, 이때, 전자는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공은 p형 반도체 쪽으로 이동한다. 그러므로 태양전지판이 가지고 있던 전기적으로 중성이었던 상태가 파괴되어, 외부에 전류가 흐를 수 있는 회로가 연결되면 전자는 p형 반도체에 발생된 정공과 결합하기 위해 회로를 통해 p형 반도체 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 전자의 이동에 의해서 전류가 발생하고 태양전지판 셀의 전계에 의해 전압이 발생된다.

여기서, 셀이란 태양전지판에서 전기를 발생시키는 최소단위로, 일반적인 태양전지판은 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 평판의 형태로 형성하는데, 이와 같이, 평판의 형태로 형성시킨 단위를 모듈이라 하고, 모듈을 다시 직렬 또는 병렬로 연결하여 평판의 형태로 형성시킨 단위를 어레이라 하여 태양전지판을 확장할 수 있다.

그리고 태양전지판의 구성은 빛을 잘 반사하는 성질을 가진 실리콘을 이용하는 것이 일반적인 구성방식으로, 빛의 반사를 최소화하기 위해서 반사방지용 표면 처리를 하여야 한다.

이때, 반사방지용 표면처리에 의해 반사율이 5%이하가 되도록 하여야 태양전 지판에서 광 에너지를 흡수하여, 흡수된 광 에너지를 이용하여 최대한의 전기를 발생시킬 수 있다. 하지만, 상기와 같이 태양전지판의 표면에 반사방지 표면처리를 하여도 반사되는 빛의 양은 일정량이상이 존재하게 되고, 이로 인해 태양전지판의 효율이 떨어지는 원인이 되고 있다.

특히, 최근에 각광을 받고 있는 모바일 기구들은 간편한 휴대를 목적으로 하기 때문에, 이런 모바일 기구에 사용되는 배터리의 무게와 수명이 중요한 요건이 되고 있다. 그러므로 모바일 기구에 상기와 같은 태양전지를 활용하기 위해서는 태양전지의 효율로 인하여 현재까지 개발되어 있는 태양전지를 활용하기는 쉽지 않다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양전지에서 발생시키는 전기의 효율을 높이기 위한 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지는 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양전지판; 및 상기 태양전지판의 하단에 설치되어 상기 태양전지판에서 발생된 전기를 전달하는 기판; 을 포함하고, 상기 태양전지판은, 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키며, 적어도 둘 이상이 겹치도록 배치되는 전지부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양전지판은 빛이 입사되는 측에 배치된 상기 전지부의 적어도 하나 이상에는 빛이 관통할 수 있도록 적어도 하나 이상의 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 태양전지판에 형성되는 홀의 형상은 원형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양에 따른 태양전지판은 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키고, 적어도 둘 이상이 겹치도록 배치되며, 빛이 입사되는 측에 배치된 적어도 하나 이상에는 빛이 관통할 수 있도록 적어 도 하나 이상의 홀이 형성된 전지부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 태양전지판에 전지부를 이중 혹은 다중으로 구성하고, 빛이 입사되는 일측에 배치된 전지부에 홀을 형성하여 홀을 통과한 빛이 타측에 배치된 다른 전지부에 입사되도록 함으로써, 태양전지에서 발생되는 전기의 효율을 향상시킬 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.

본 발명의 일실시예에 해당하는 태양전지는 태양전지판(100)과 기판(200)으로 구성되는데, 이를 도1을 참조하여 설명한다.

태양전지판(100)은 광반사방지부(110), 제1전지부(120), 제1반사부(130), 제2전지부(140) 및 제2반사부(150)로 구성된다.

광반사방지부(110)는 태양전지판(100)으로 입사되는 빛의 반사를 최소화하기 위하여 태양전지판(100)의 최상단에 위치시킨다(도1을 참조하여, 태양전지판(100)의 빛이 입사되는 일측을 상단이라 하고, 타측을 하단이라 정의한다). 이때, 광반사방지부(110)는 얇은 막의 형태로 제1전지부(120)의 상단에 씌워 제1전지부(120)를 보호하는 역할도 할 수 있다.

제1전지부(120)는 n형 반도체(122)와 p형 반도체(124)가 포함되어, n-p 접합구조로 형성된다.

n형 반도체(122)는 실리콘에 5가 원소인 인, 비소 및 안티몬 등을 첨가시켜 제조되거나, III-V족 화합물 반도체에서 V족 원소의 구성비를 크게 하여 제조되고, 태양 빛이 입사되면 태양에너지를 흡수하여 전자를 이동시키는 역할을 한다.

p형 반도체(124)는 3가 원소인 붕소 및 칼륨 등을 침투시켜 제조되거나 III-V족 화합물 반도체에서 III족의 구성비를 크게 하여 제조되어 상기 n형 반도체(122)에서 전자를 받는다.

이때, 제1전지부(120)에는 하나 이상의 홀(h)이 형성되는데, 이 홀(h)은 태양전지판(100)으로 입사된 빛이 제1전지부(120)에 흡수되지 않고, 직접 제2전지부(140)에 흡수되도록 하기 위해 빛이 관통되도록 형성된다.

제1반사부(130)는 제1전지부(120)에 흡수되지 않고 투과된 빛을 반사시켜 다시 제1전지부(120)에 입사시키는 역할을 하는데, 제1전지부(120)와 같이 제1반사부(130)에도 빛이 관통할 수 있는 홀(h)이 형성된다.

제2전지부(140)는 제1전지부(120)와 마찬가지로 n형 반도체(142)와 p형 반도체(144)가 포함되어, n-p 접합구조로 형성되며, n형 반도체(142)와 p형 반도 체(144)는 제1전지부(120)에서와 동일하다.

제2반사부(150)는 제1 및 제2전지부(120, 140)에 흡수되지 않고 투과된 빛을 반사시켜 제1전지부(120) 또는 제2전지부(140)에 입사시키는 역할을 한다.

기판(200)은 제1 및 제2전지부(120, 140)에서 발생된 전기를 이동시키거나 저장하기 위한 회로가 구성된다.

이때, 본 발명의 일시시예에서는 제1전지부(120) 및 제1반사부(130)에 형성된 홀(h)을 도2에 도시된 바와 같이, 평단면 형상을 원형으로 형성하였다. 이렇듯, 홀(h)의 형상을 원형으로 형성하면, 태양전지판(100)의 어느 측에서 빛이 입사되더라도 빛은 일정하게 홀(h)을 관통할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 홀(h)의 평단면 형상을 원형으로 하는 것이 바람직하다.

그렇지만, 홀(h)의 평단면 형상을 반드시 원형으로 형성하지 않고, 다른 형상으로 형성하는 것도 가능한데, 홀(h)은 빛이 관통하여 제2전지부(140)에 흡수되도록 하기 위해 형성하는 것이기 때문이다. 즉, 홀(h)의 평단면 형상을 원형으로 형성하는 것은 태양전지에서 발생되는 전기의 효율을 높이기 위해 바람직한 형태이나, 반드시 원형으로 형성하지 않고, 사각이나 삼각 등 다른 형상으로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 홀(h)을 관통한 빛이 제2전지부(140)에 입사되더라도 제2전지부(140)에서 흡수되지 않고 제2반사부(150)에서 반사되어 나오는 빛이 다시 제2전지부(140)에 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다. 게다가 제1전지부(120)로 입사된 빛이 제1전지부(120)에 흡수되지 않고, 제1전지부(120)를 투과하기도 하는데, 이렇게 제1전지부(120)를 투과한 빛은 제1반사부(130)에서 반사되어 다시 제1전지부(120)에 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다.

그러므로 광반사방지부(110)를 투과하여 태양전지판(100)에 입사된 빛은 제1 및 제2전지부(120, 140)에 거의 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있기 때문에 태양전지판(100)의 효율을 높을 수 있다는 장점이 있다.

즉, 본 발명의 태양전지에 빛이 입사되어 제1 및 제2전지부(120, 140)로 흡수되는 과정은 여러 가지 경우가 나타날 수 있는데, 도3을 참조하여, 그 중에서 대표적으로 몇 가지의 경우를 설명한다.

첫째, 태양전지로 입사되는 빛은 광반사방지부(110)를 투과하여 제1전지부(120)로 바로 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다. 즉, 제1전지부(120)에 홀(h)이 형성되지 않은 부분에서 빛을 흡수하여 전기를 발생시키기 때문에 종래에 일반적으로 태양전지판으로 빛이 입사되는 경우와 동일하다.

둘째, 태양전지로 입사되는 빛은 광반사방지부(110)와 제1전지부(120)를 투과하여 제1반사부(130)에서 반사되어 제1전지부(120)에 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다. 이때, 제1전지부(120)가 불투명하게 제조되어도 제1전지부(120)의 두께가 충분히 얇게 제조되는 경우에는 빛이 투과할 수 있기 때문에 제1반사부(130)까지 빛이 도달할 수 있다.

그리고 제1반사부(130)에서 반사된 빛은 제1전지부(120)의 하단으로 입사되지만, 제1전지부(120)에서 빛을 흡수하여 전기를 발생시키는 것에는 문제가 발생되지 않는다. 즉, 제1전지부(120)로 입사되는 빛은 n형 반도체(122) 측으로 입사되는 경우나 p형 반도체(124) 측으로 되는 경우에나 제1전지부(120)는 무관하게 빛을 흡수하여 전기를 발생시킨다.

셋째, 태양전지로 입사되는 빛은 광반사방지부(110)를 투과하고, 제1전지부(120) 및 제1반사부(130)에 형성된 홀(h)을 관통하여 제2전지부(140)에 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다.

넷째, 태양전지로 입사되는 빛은 광반사방지부(110)를 투과하여, 제1전지부(120) 및 제1반사부(130)에 형성된 홀(h)을 관통하고, 다시 제2전지부(140)를 투과할 수 있다. 제2전지부(140)를 투과한 빛은 제2반사부(150)에서 반사되어 제2전지부(140)에 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다.

다섯째, 태양전지로 입사되는 빛은 광반사방지부(110)를 투과하여, 제1전지부(120) 및 제1반사부(130)에 형성된 홀(h)을 관통한다. 홀(h)을 관통한 빛은 다시 제2전지부(140)을 투과하여 제2반사부(150)에서 반사되며, 반사된 빛은 다시 제2전지부(140)를 투과할 수 있다. 그리고 제2전지부(150)를 두 번 투과한 빛은 제1반사부(130)의 하단에서 반사되어 제2전지부(150)에 흡수되어 전기를 발생시킬 수 있다.

이렇듯, 상기와 같이, 태양전지판(100)에 입사된 빛은 태양전지판(100) 내에서 여러 번 반사가 되더라도 반사된 빛이 태양전지판(100)의 외부로 빠져나가지 못하고, 제1 및 제2전지부(120, 140)에 흡수되도록 태양전지판(100)을 구성함으로써 태양전지판(100)에서 발생되는 전기의 효율을 높일 수 있다.

물론, 본 발명의 일실시예에서는 제1 및 제2전지부(120, 140)를 구성하는 n- p형 접합구조의 반도체에 대해서 설명하였지만, 제1 및 제2전지부(120, 140)에 사용되는 전지는 결정형이나 비정질일 수도 있으며, 박막형으로 제조할 수도 있으며, 또한, 염료형 광전지를 이용할 수도 있다. 뿐만 아니라, 비록 전지가 불투명하게 제조되더라도 제1 및 제2전지부(120, 140)의 두께가 얇은 경우에는 빛이 투과될 수 있기 때문에, 제1전지부(120)를 투과하는 빛이 제2전지부(140)에 입사될 수 있기 때문에, 상기와 같은 구성을 가지는 태양전지판(100)을 구성하는 것이 가능하다.

한편, 상기에서 설명한 본 발명의 태양전지는, 다른 실시예로, 제1반사부(130)와 기판(200), 그리고 제2반사부(150)와 기판(200)을 각각 하나의 구성으로 제작할 수도 있는데, 기판(200)을 빛이 반사할 수 있도록 형성하여, 제1 및 제2반사부(130, 150)의 위치에 위치시켜 빛을 반사하는 반사부로서의 역할을 할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 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.

도1은 본 발명의 일실시예로 태양전지를 도시한 사시도이다.

도2는 본 발명의 일실시예로 태양전지판를 도시한 평면도이다.

도3은 도2의 AA'단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 태양전지판

110: 광반사방지부

120: 제1전지부

122: n형 반도체 124: p형 반도체

130: 제1반사부

h: 홀

140: 제2전지부

142: n형 반도체 144: p형 반도체

150: 제2반사부

200: 기판

Claims (4)

1. 입사되는 빛의 반사를 최소화하기 위해 마련되는 광반사방지부;

   상기 광반사방지부의 하단에 마련되어, 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키는 제1전지부;

   상기 제1전지부의 하단에 마련되어, 상기 제1전지부를 투과한 빛을 반사시키는 제1반사부;

   상기 제1반사부의 하단에 마련되어, 입사된 빛을 흡수하여 전기를 발생시키는 제2전지부;

   상기 제2전지부의 하단에 마련되어, 상기 제2전지부를 투과한 빛을 반사시키는 제2반사부; 및

   상기 제2반사부의 하단에 설치되어 상기 제1전지부 및 상기 제2전지부에서 발생된 전기를 전달하는 기판; 을 포함하고,

   상기 제2전지부에 빛이 입사될 수 있도록 상기 제1전지부 및 제1반사부에는 빛이 관통할 수 있도록 적어도 하나 이상의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1전지부에 형성된 홀의 형상은 원형이며,

   상기 제1반사부에 형성된 적어도 하나 이상의 홀은 상기 제1전지부에 형성된 적어도 하나 이상의 홀과 같은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
4. 삭제

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