KR101091707B1 - green-emitting spectrum converters and poly crystalline silicon solar cell elements coated with the converters - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그린 발광 스펙트럼 컨버터 및 이 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자에 관한 것으로, 그 목적은 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전기적 파라미터를 높이는 그린 발광 스펙트럼 컨버터 및 이러한 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 전면에 코팅되어 효율을 증가시킨 다결정 실리콘 태양전지 소자를 제공하는 데 있다.The present invention relates to a green light emission spectrum converter and a polycrystalline silicon solar cell device coated with the green light emission spectrum converter. The present invention provides a polycrystalline silicon solar cell device coated on a substrate to increase efficiency.

본 발명의 구성은 0.25~10 wt% 그린 발광 형광체와, 0.1~1 wt% 실리콘 입자와, 나머지는 에폭시(-C-O-C-)기 또는 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기 고분자로 조성되어 100 wt%를 이루는 그린 발광 스펙트럼 컨버터 및 이러한 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 전면에 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자를 특징으로 한다.The composition of the present invention is 0.25 to 10 wt% green light emitting phosphor, 0.1 to 1 wt% silicon particles, and the rest are epoxy (-COC-) group or silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group polymer. It is characterized by a green emission spectrum converter which is composed of 100 wt% and a polycrystalline silicon solar cell device coated with the green emission spectrum converter.

광학 컨버터, 다결정 실리콘, 태양전지 소자, 그린 발광 Optical Converter, Polycrystalline Silicon, Solar Cell Element, Green Light Emitting

Description

그린 발광 스펙트럼 컨버터 및 이 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자{green-emitting spectrum converters and poly crystalline silicon solar cell elements coated with the converters}Green-emitting spectrum converters and poly crystalline silicon solar cell elements coated with the converters}

본 발명은 그린 발광 스펙트럼 컨버터 및 이 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자에 관한 것으로, 자세하게는 낮은 효율을 가지는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전면에 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 코팅하여 개방 전압, 단락 전류 밀도, 충진율(fill factor)과 같은 전기적 파라미터를 높여 효율을 증가시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a green light emission spectrum converter and a polycrystalline silicon solar cell device coated with the green light emission spectrum converter. In detail, a green light emission spectrum converter is coated on a front surface of a polycrystalline silicon solar cell device having low efficiency, and thus an open voltage and a short circuit. It relates to a technique for increasing efficiency by increasing electrical parameters such as current density and fill factor.

태양에너지 분야는 재생에너지 분야 중에서 특히 전 세계 에너지의 핫이슈가 되고 있다. 미국, 독일, 스페인, 호주 및 한국은 재생에너지 자원의 비율을 증가시키기 위해서 태양에너지에 대한 장기 프로그램을 운영하고 있다.The solar energy sector has become a hot issue in the world of renewable energy, especially in the world. The United States, Germany, Spain, Australia and Korea have long-term programs on solar energy to increase the proportion of renewable energy resources.

태양전지 소자는 원소 실리콘으로 만들어지는데 보통 그 생산 비용이 높은데 비해 태양전지 소자의 질은 낮은 경우가 많다[참고문헌 1].The solar cell element is made of elemental silicon, but the production cost is high, but the quality of the solar cell element is often low [Ref. 1].

태양에너지 분야의 R&D기간은 50년 이상이며 가장 성공적인 적용 분야가 정 지 궤도상의 우주선에 에너지를 공급하는 분야이다. 우주 공간 태양전지 소자는 활성 태양전지 소자의 1m2 당 200W까지 제공한다. The R & D period in the solar energy sector is over 50 years and the most successful application is to supply energy to spacecraft in stationary orbits. Space solar cell device provides up to 200W per 1m 2 of the active solar cell element.

상기에서 언급되었듯이 주요 광전 우주 공간 태양전지 소자는 단결정 실리콘으로 만들어지며 우주 공간 내에서 태양 광 파워가 1000 W/m2이면 그 소자가 200 W/m2를 제공하므로 그 효율은 20%를 나타낸다. As mentioned above, the main photovoltaic space solar cell device is made of single crystal silicon, and the solar power is 1000 W / m 2 in space, the device provides 200 W / m 2 , the efficiency is 20%. .

또한 점유율은 작지만 헤테로-접합 IIIA-VB로 구성된 태양전지 소자가 있으며 그 효율은 J. Alferov의 데이터에서 알려졌듯이 40% 이상이다. 그러나 이러한 종류의 소자는 너무 고가여서 실용적이지 못하며 사용이 제한되고 있다.There is also a small share but a solar cell device consisting of hetero-junction IIIA-VB, whose efficiency is more than 40%, as reported by J. Alferov's data. However, these types of devices are too expensive to be practical and their use is limited.

하지만 단결정 실리콘 태양전지 소자의 적용분야는 매우 광범위하다. 1 kWp 공칭 용량당 최대 10,000 $의 10,000 kW 급 태양광 발전소가 있다. 단결정 태양전지 소자에서 가장 고가를 점유하는 부분은 단결정 실리콘과 웨이퍼 생산 기술의 비용이다. However, the field of application of single crystal silicon solar cell devices is very wide. There are up to $ 10,000 kW solar power plants per 1 kW p nominal capacity. The most expensive portion of single crystal solar cell devices is the cost of single crystal silicon and wafer production technology.

상기와 같은 단결정 실리콘 소자의 제반문제점으로 인해 최근 많은 연구 노력이 지향되는 분야는 다결정 실리콘으로 효율적인 태양전지 소자를 개발하는 분야이다. 이러한 다결정 실리콘 반도체 물질은 1 × 10-6 % 이하의 통제 성분을 갖는 고순도 원료 실리콘으로 만들어지고 있다. Due to the problems of the single crystal silicon device as described above, a lot of research efforts are directed to the field of developing an efficient solar cell device using polycrystalline silicon. These polycrystalline silicon semiconductor materials are made of high purity raw material silicon having a control component of 1 × 10 -6 % or less.

단결정이 아닌 다결정 실리콘은 잉곳으로 사용될 수 있으며 그 소자 셀은 결정 지향을 갖는다. 다결정 실리콘 셀의 생산은 단결정 성장이 없으므로 많은 에너 지 소비를 필요로 하지 않는다.Non-monocrystalline polycrystalline silicon can be used as an ingot and the device cell has a crystal orientation. The production of polycrystalline silicon cells does not require much energy consumption since there is no single crystal growth.

따라서 초 고순도 실리콘의 다결정 잉곳은 단결정 잉곳보다 보통 35~40% 정도 더 저렴하다. 원료 물질의 비용 때문에 많은 실험실과 플랜트에서는 더 저렴한 다결정 실리콘에 기반한 광전 셀을 생산하고 있다. Therefore, polycrystalline ingots of ultra-high purity silicon are typically 35-40% cheaper than single crystal ingots. Because of the cost of raw materials, many laboratories and plants produce photovoltaic cells based on cheaper polycrystalline silicon.

그러나 대량 생산된 다결정 소자의 효율은 약 10~11%이고 다결정 광전 소자의 일부 특별한 샘플만이 약 13~14%를 나타낸다.However, the efficiency of mass-produced polycrystalline devices is about 10-11% and only a few special samples of polycrystalline optoelectronic devices show about 13-14%.

상기한 다결정 실리콘 태양전지 소자의 저에너지 전환의 원인을 살펴보면, 먼저 태양전지의 웨이퍼 두께가 120 ~ 260 μm 이기 때문이다. 웨이퍼의 후면은 고체 전극을 가지는 반면에 그 전면에는 p-n 접합이 위치하며 이는 반도체 내에서 주요 전기 운반체인 전자와 정공을 개별적으로 분리하여 저장하게 한다. 이 접합 소자의 깊이는 보통 약 30~40 μm에 가깝다. 원소 실리콘은 n≒3의 높은 반사율을 가지고 있어 태양광이 웨이퍼로부터 반사될 수 있다. Looking at the causes of the low-energy conversion of the polycrystalline silicon solar cell device, because the first wafer thickness of the solar cell is 120 ~ 260 μm. The back side of the wafer has a solid electrode while the p-n junction is located on the front side, which allows the electrons and holes, the main electric carriers, to be separated and stored separately in the semiconductor. The depth of this junction is usually close to about 30-40 μm. Elemental silicon has a high reflectivity of n ≒ 3 so that sunlight can be reflected from the wafer.

광 반사를 피하기 위해서 전면 웨이퍼 표면은 반사 방지 성분, 보통 강한 청색을 띠는 실리콘 나이트라이드(Si3N4)로 코팅된다. 이는 반사 방지 웨이퍼 상에서 다결정의 비배향된 구조의 블로킹이 잘 보이는 이유이다. 지표면에 도달하는 태양광의 스펙트럼 영역은 λ= 290 nm에서 최대 λ= 4 ~ 10 mm 이므로 명백히 반사 방지 층에 이 스펙트럼을 효과적으로 공급하는 것은 불가능하다. 최상의 경우에 그러한 층은 450~700 nm의 좁은 스펙트럼 영역에서 유용할 수 있고, 이 스펙트럼 영역 에서의 반사를 최대 38~45%까지 감소시킬 수 있다. 다결정 실리콘 태양전지 소자의 효율 손실의 첫 번째 이유는 광학적인 것으로 웨이퍼로부터의 광 반사가 분명하다.In order to avoid light reflection, the front wafer surface is coated with an antireflective component, usually silicon nitride (Si 3 N 4 ) which has a strong blue color. This is why the blocking of the polycrystalline non-oriented structure on the antireflective wafer is well seen. The spectral region of sunlight reaching the earth's surface is at most λ = 4 to 10 mm at λ = 290 nm, so obviously it is impossible to effectively supply this spectrum to the antireflection layer. In the best case, such a layer can be useful in the narrow spectral region of 450-700 nm and can reduce reflections in this spectral region by up to 38-45%. The first reason for the efficiency loss of polycrystalline silicon solar cell devices is optical and the reflection of light from the wafer is evident.

또한 다결정 실리콘의 효율 손실에 대한 두 번째 이유는 단결정 실리콘에 비해 운반체의 더 작은 이동도와 관련이 있다. 다결정 실리콘 내에서 전기 운반체의 낮은 이동도는 다음과 같은 단결정 실리콘 소자의 주요 파라미터의 감소를 수반한다.The second reason for the efficiency loss of polycrystalline silicon is also related to the smaller mobility of the carrier compared to single crystal silicon. The low mobility of the electric carriers in the polycrystalline silicon involves the reduction of key parameters of the single crystal silicon device as follows.

- 15~25% 범위의 개방 전압-15-25% open voltage

- 20~30% 범위의 단락 전류 밀도Short Circuit Current Density in the 20-30% Range

- 22~35% 범위의 충전율-Filling rate in the range of 22-35%

상기 언급된 전기적 파라미터의 손실은 효율 감소의 원인이 되는 것 같다.The loss of electrical parameters mentioned above seems to cause a decrease in efficiency.

또한 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 손실이 일어나는 또 다른 이유가 있다. 이는 최대 태양 스펙트럼(λmax = 470 nm)과 최대 스펙트럼 실리콘 광 감응(λ=940 nm)의 편차와 관련이 있다. 실리콘의 최대 스펙트럼 광 감응 파장은 태양광 최대 스펙트럼 파장의 두 배 정도이다. 이 편차를 해결하기 위한 시도가 알려져 있으며 H. J. Hovel[참고문헌 4]의 논문에서 묘사된다. 그는 발광 루비로 단결정 실리콘 웨이퍼의 코팅을 제안하였으며 다결정 실리콘 태양전지 소자의 효율 증가는 절대값으로 1%를 나타내었다. 이 논문에서는 유기 염료와 함께 고분자 코팅도 시도하였다. 그러나 그 효과가 미미하고 너무 복잡한 기술로서 상업적으로 적용되지는 않았다. 그리고 제안된 논문은 다음과 같은 심각한 단점을 가지고 있다.There is also another reason for losses in polycrystalline silicon solar cell devices. This is related to the deviation of the maximum solar spectrum (λ max = 470 nm) and the maximum spectral silicon light response (λ = 940 nm). The maximum spectral photosensitive wavelength of silicon is about twice the maximum spectral wavelength of sunlight. Attempts to resolve this deviation are known and are described in the paper by HJ Hovel [Ref. 4]. He proposed the coating of monocrystalline silicon wafers with light emitting ruby and the efficiency increase of the polycrystalline silicon solar cell device was 1% in absolute value. In this paper, polymer coatings with organic dyes were also tried. However, the effect was negligible and was not applied commercially as a too complex technology. The proposed paper has the following serious disadvantages.

- 낮은 효율 증가Low efficiency increase

- 대규모 루비 단결정 생산의 복잡한 기술Complex technology of large-scale ruby single crystal production

- 열적 팽창과 본질적인 스펙트럼 반사의 차이 때문에 루비 스펙트럼 전환기와 단결정 실리콘 소자의 연결 문제 미해결Due to the difference in thermal expansion and intrinsic spectral reflection, the problem of connection between ruby spectral converter and single crystal silicon device has not been solved.

단결정 실리콘 셀 소자에 대한 복합체 필름 컨버터를 개발한 제안[참고문헌 5]은 좀 더 상세하다. 이 소자는 무기 형광체 입자가 생산 공정 내에서 초-분산된 에틸비닐 아세테이트 필름으로 구성된다. 상기의 문제를 해결하기 위해서 세륨에 의해 활성화된 가넷 구조를 갖는 알루미늄 실리케이트(Y3Al5O12:Ce) 형광체를 사용할 것을 제안하였고 이는 460에서 최대 560 nm의 영역에서 효과적인 재-발광을 제공한다. 이 제안된 기술에 따른 특허 시제품은 그 본질적인 효율을 20~25%까지 증가시킬 수 있다. 그 기술적 해결책의 실현에도 불구하고 지금까지 해결하지 못한 문제점이 있는데 이는 [참고문헌 6]에서도 보고되었다.The proposal for developing a composite film converter for single crystal silicon cell devices [Ref. 5] is more detailed. This device consists of an ethylvinyl acetate film in which inorganic phosphor particles are super-dispersed in the production process. In order to solve the above problem, it is proposed to use aluminum silicate (Y 3 Al 5 O 12 : Ce) phosphor having a garnet structure activated by cerium, which provides effective re-luminescence in the region of 460 up to 560 nm. . Patent prototypes according to this proposed technique can increase their intrinsic efficiency by 20-25%. Despite the realization of the technical solution, there is a problem that has not been solved so far, which is also reported in [Ref. 6].

다결정 실리콘 태양전지 소자의 효율을 증가시키기 위해서, 예를 들어 25, 30, 35, 40% 증가시키기 위해서 주 문제는 개방 전압, 단락 전류 밀도, 충진율과 같은 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전기적 파라미터를 증가시키는 방법이다. 기존의 해결 방법은 고가이고 공급이 부족한 단결정 실리콘 소자와 관련이 있다.In order to increase the efficiency of polycrystalline silicon solar cell devices, for example to increase 25, 30, 35, 40%, the main problem is to increase the electrical parameters of polycrystalline silicon solar cell devices such as open voltage, short-circuit current density and fill factor. It is a way. Existing solutions involve expensive and short supply single crystal silicon devices.

참고로 도 5는 시판용 다결정 실리콘 태양전지 소자의 사진을 나타낸다. 태양전지(Cell) 소자는 6인치의 길이를 갖는다. 웨이퍼의 표면은 Si3N4의 반사 방지층으로 코팅되어 있고 그 층 때문에 웨이퍼는 다크 블루 반사를 갖는다. 그 전면에는 실버 페이스트로 만든 두 줄의 전극이 있다. 특별한 용접기를 사용하여 전극 호일로 두 개의 전극 출구가 연결된다. 다결정 실리콘 태양전지 소자의 후면은 고체 알루미늄 전극을 갖는다.For reference, Figure 5 shows a photograph of a commercially available polycrystalline silicon solar cell device. The solar cell device has a length of 6 inches. The surface of the wafer is coated with an antireflective layer of Si 3 N 4 and because of that layer the wafer has a dark blue reflection. In front of it are two rows of electrodes made of silver paste. Two electrode outlets are connected to the electrode foil using a special welder. The back side of the polycrystalline silicon solar cell device has a solid aluminum electrode.

실험을 통해 얻어진 데이터를 설명하면 먼저, 다결정 실리콘 태양전지 소자는 다결정 실리콘 잉곳의 슬라이스로 반도체 실리콘의 다결정 슬라이스에서 다른 결정의 블록들이 선명하게 관찰된다.Referring to the data obtained through the experiment, first, the polycrystalline silicon solar cell device is a slice of the polycrystalline silicon ingot, the blocks of other crystals are clearly observed in the polycrystalline slice of the semiconductor silicon.

육안을 통해 얼룩이 반사로 관찰된다. 이는 각 분리된 블록 소자 내 반사율과 관련이 있다. 단결정 실리콘 태양전지 소자의 블록 구조에서는 이러한 얼룩이 존재하지 않는다.Through the naked eye, the stain is observed by reflection. This is related to the reflectance in each separate block element. Such spots do not exist in the block structure of the single crystal silicon solar cell device.

[참고문헌][references]

[참고문헌 1] T. S. Moss, G. J. Burrell, B. Ellcs, Semiconductor opto-electronis/Butterworths and LTD London ,1973[Reference 1] T. S. Moss, G. J. Burrell, B. Ellcs, Semiconductor opto-electronis / Butterworths and LTD London, 1973

[참고문헌 2] M. A. Green, Third Generation photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion/ Springer-Verlag, Berlin, 2003[Reference 2] M. A. Green, Third Generation photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion / Springer-Verlag, Berlin, 2003

[참고문헌 3] M. M. Koltun, Optic and metrology of solar cell elements Moscow, Science 1985, 279 pp[Reference 3] M. M. Koltun, Optics and metrology of solar cell elements Moscow, Science 1985, 279 pp

[참고문헌 4] H. J Hovel et al., Solar Energy Materials, Vol.2 N19(1979) [Reference 4] H. J Hovel et al., Solar Energy Materials, Vol. 2 N19 (1979)

[참고문헌 5] N. P. Soshchin et al., Pat. PK/20070112051, 2007-11-22[Reference 5] N. P. Soshchin et al., Pat. PK / 20070112051, 2007-11-22

[참고문헌 6] N. P. Soshchin, Luo WeiHong, B. PaulTzai, A. Unishkov, The spectral converter for Polysilicon solarcell, Nanotechnology in China, International Conference Mart 2008. P 108-109/ [Reference 6] N. P. Soshchin, Luo WeiHong, B. Paul Tzai, A. Unishkov, The spectral converter for Polysilicon solarcell, Nanotechnology in China, International Conference Mart 2008. P 108-109 /

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전기적 파라미터를 높이는 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a green emission spectrum converter to increase the electrical parameters of the polycrystalline silicon solar cell device.

본 발명의 다른 목적은 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전기적 파라미터를 높이는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 전면에 코팅되어 효율을 증가시킨 다결정 실리콘 태양전지 소자를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a polycrystalline silicon solar cell device in which a green emission spectrum converter for increasing electrical parameters of the polycrystalline silicon solar cell device is coated on its entire surface to increase efficiency.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 0.25~10 wt% 그린 발광 형광체와, 0.1~1 wt% 실리콘 입자와, 나머지는 에폭시(-C-O-C-)기 또는 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기 고분자로 조성되어 100 wt%를 이루는 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 제공함으로써 달성된다.The present invention to achieve the object as described above and to solve the conventional drawbacks is 0.25 to 10 wt% green light emitting phosphor, 0.1 to 1 wt% silicon particles, the rest of the epoxy (-COC-) group Or it is achieved by providing a green light emission spectral converter, characterized in that composed of a silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group polymer to make up to 100 wt%.

상기 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 두께는 50~250μm로 코팅되고 그 컨버터 내에 분산된 그린 발광 형광체와 나노 실리콘 입자의 크기는 컨버터 두께의 최대 1/500~1/1000 인 것을 특징으로 한다.The thickness of the green light emission spectrum converter is 50 ~ 250μm coated and the size of the green light emitting phosphor and nano silicon particles dispersed in the converter is characterized in that up to 1/500 ~ 1/1000 of the converter thickness.

상기 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 300~460 nm 영역의 단파장 태양광을 강하게 흡수하고, 500~580nm의 광 파장을 재-방출하여 태양전지 소자의 에너지 전환을 20~50% 증가시키는 것을 특징으로 한다.The green light emission spectrum converter strongly absorbs short wavelength solar light in the 300 to 460 nm region, and re-emits an optical wavelength of 500 to 580 nm to increase energy conversion of the solar cell device by 20 to 50%.

상기 에폭시(-C-O-C-)기 또는 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기 고분자는 분자량 M=10000 탄소 단위에서 최대 M=25000 탄소 단위를 가지며 반사율은 n=1.35에서 최대 n=1.65의 범위에 존재하고, 80~180℃의 온도에서 경화되는 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.The epoxy (-COC-) group or the silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group polymer has a maximum M = 25000 carbon units at a molecular weight of M = 10000 carbon units and a reflectance of n = 1.35 at a maximum n = 1.65 It exists in the range of, It is characterized by using what hardens at the temperature of 80-180 degreeC.

상기 그린 발광 형광체는 Eu+2, Ce+3, Dy+3 중 어느 하나의 희토 원소에 의해 활성화된 IIA 그룹 양이온 원소의 orthorhombic 고용상을 기반으로 하며 하기와 같은 화학양론식을 갖는 것을 특징으로 한다.The green light-emitting phosphor is based on the orthorhombic solid solution phase of the IIA group cationic element activated by the rare earth element of Eu +2 , Ce +3 , or Dy +3 and has the following stoichiometry .

(화학양론식)(Stoichiometry)

(∑Me+2)8Si4O16:∑Ln+2,+3 , 이 식에서(∑Me +2 ) 8 Si 4 O 16 : ∑Ln + 2, + 3 , in this equation

∑Me+2=Ca+2 and/or Sr+2 or Ba+2 and/or Mg, and ∑Ln=Eu+2 and Ce+3 and/or Dy+3 ∑Me +2 = Ca +2 and / or Sr +2 or Ba +2 and / or Mg, and ∑Ln = Eu +2 and Ce +3 and / or Dy +3

상기 그린 발광 형광체는 활성제인 희토 원소의 함량이 0.05~5% 원자일 때 [Mg]=0.01~0.05, [Ba]=0.5~0.8, [Sr]=0.05~0.1의 원자 공유로 구성된 것을 특징으 로 한다.The green light-emitting phosphor is characterized by being composed of atomic sharing of [Mg] = 0.01 ~ 0.05, [Ba] = 0.5 ~ 0.8, [Sr] = 0.05 ~ 0.1 when the content of the rare earth element as an activator is 0.05-5% atom. Shall be.

상기 그린 발광 형광체의 여기 스펙트럼은 UV 및 청색광의 영역이고 스펙트럼 최대 발광 파장은 505 ~ 545 nm의 범위이며 높은 스펙트럼 휘도에 대한 최대 발광은 10 mW/nm 이상이고 그 광학 컨버터 내 그린 발광 형광체의 농도는 0.25 ~ 10 wt%인 것을 특징으로 한다.The excitation spectrum of the green light emitting phosphor is in the region of UV and blue light, the spectral maximum light emission wavelength is in the range of 505 to 545 nm, the maximum light emission for high spectral brightness is 10 mW / nm or more, and the concentration of the green light emitting phosphor in the optical converter is It is characterized in that 0.25 to 10 wt%.

상기 실리콘 입자는 기하학적 크기가 2~50 nm이며 구-타원 형태로 겉보기 밀도가 1.0 g/cm3 이하이고 그 광학 컨버터 내 나노 실리콘 입자의 농도는 0.1~1 wt%인 것을 특징으로 한다.The silicon particles have a geometric size of 2 to 50 nm, an apparent density of 1.0 g / cm 3 or less in a spherical-ellipse form, and a concentration of nano silicon particles in the optical converter is 0.1 to 1 wt%.

또한 본 발명은 다른 실시형태로 상기 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 다결정 실리콘 태양전지 소자 전면에 코팅 형성되어 전력을 발생하는 모듈로 이루어지고, 전기적 파라미터인 개방 전압이 1.5~2.4%, 단락 전류 밀도가 4.4~20%, 충전율이 1~20.7% 증가되어 총 효율 증가는 10~46.5%인 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자를 제공함으로써 달성된다.In another embodiment, the green emission spectrum converter is formed of a module that generates power by coating the entire surface of a polycrystalline silicon solar cell device, and has an open voltage of 1.5 to 2.4% and a short circuit current density of 4.4 to about electrical parameters. It is achieved by providing a polycrystalline silicon solar cell device coated with a green light emission spectrum converter, characterized in that 20%, the charging rate is increased by 1 to 20.7%, and the total efficiency increase is 10 to 46.5%.

상기 모듈은 36~72개의 셀로 조합되며 셀들은 직렬 또는 병렬 회로로 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다 . The module is a combination of 36 to 72 cells, characterized in that the cells are connected in series or parallel circuit configuration .

상기 다결정 실리콘 태양전지 소자는 웨이퍼의 두께가 120~260μm인 박막 다결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 한다.The polycrystalline silicon solar cell device is characterized in that the wafer is made of a thin film polycrystalline silicon wafer having a thickness of 120 ~ 260μm.

상기 다결정 실리콘 태양전지 소자는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅됨으로써 UV 광의 반사율을 20~80% 감소시키는 것을 특징으로 한다.The polycrystalline silicon solar cell device is characterized by reducing the reflectance of the UV light by 20 to 80% by coating the green emission spectrum converter.

본 발명은 전기적 p-n 접합을 갖춘 다결정 실리콘 박막 웨이퍼를 기반으로 하는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전면에 박막 필름 형태의 고분자 복합체로 이루어진 그린 발광 스펙트럼 컨버터로 코팅하여 다결정 실리콘 태양전지 소자의 효율을 획기적으로 증가시킴으로써 단결정 실리콘 태양전지 소자를 사용하지 않고도 저렴한 생산비를 가지는 다결정 실리콘 태양전지 소자로 높은 효율의 전기를 생산할 수 있다는 장점을 가진다. The present invention is coated on the front surface of a polycrystalline silicon thin film wafer with an electrical pn junction with a green light emission spectrum converter made of a polymer film in the form of a thin film to significantly increase the efficiency of the polycrystalline silicon solar cell device As a result, a polycrystalline silicon solar cell device having a low production cost can be produced with high efficiency without using a single crystal silicon solar cell device.

특히, 상기 코팅된 고분자 필름 형태의 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 그 조성 농도가 0.25~10% mass인 나노 크기의 그린 발광 형광체와 반도체 실리콘의 조성을 함유하며, UV 영역을 포함하는 단파장 영역에서의 광 흡수와 동시에 500~580 nm의 영역에서 광을 발광함으로써 다결정 태양전지 소자의 효율을 증대시킨다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.In particular, the green light emission spectrum converter in the form of the coated polymer film contains a nano-sized green light emitting phosphor having a composition concentration of 0.25 to 10% mass and a composition of semiconductor silicon, and includes light absorption in a short wavelength region including a UV region. At the same time, it is a useful invention having the advantage of increasing the efficiency of a polycrystalline solar cell device by emitting light in a region of 500 to 580 nm, and is an invention which is expected to be greatly used in industry.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the configuration and the operation of the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명에 따른 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 코팅 전후의 다결정 실리콘 셀 소자의 300~1000 nm의 범위 내에서 스펙트럼 반사를 나타낸 그래프로, 도 1의 (a)는 컨버터 코팅 전의 초기 다결정 실리콘 셀 소자의 300~1000 nm의 범위 내에서 스펙트럼 반사를 나타내고, 도 1의 (b)는 컨버터 코팅 후의 다결정 실리콘 태양전지 소자의 300~1000 nm의 범위 내에서 스펙트럼 반사를 나타낸다.1 is a graph showing spectral reflection within a range of 300 to 1000 nm of a polycrystalline silicon cell device before and after coating of a green light emission spectrum converter according to the present invention, and FIG. 1 (a) shows an initial polycrystalline silicon cell device before converter coating. Shows spectral reflection within the range of 300 to 1000 nm, and FIG. 1 (b) shows the spectral reflection within the range of 300 to 1000 nm of the polycrystalline silicon solar cell element after the converter coating.

먼저 도 1의 (a)는 폴리-실리콘 상에 반사 방지 Si3N4 박막의 표면 반사를 나타낸다. 16개 실험 셀을 통해 그 전형적인 반사는 500~700 nm에 대해 약 30~33%이다. 다소 높은 반사도는 넓은 스펙트럼 영역에서 폴리-실리콘 표면에 대한 Si3N4 층을 사용하여 더 적은 반사를 얻는 것이 쉽지 않음을 나타낸다. Si3N4 층이 갖는 그러한 높은 반사도는 폴리-실리콘 광전 셀에서 높은 효율을 얻기가 너무 어려우며 웨이퍼로부터의 복사선 손실의 대부분이 효율 손실의 본질적인 부분임을 의미한다.First, FIG. 1A illustrates surface reflection of an antireflective Si 3 N 4 thin film on poly-silicon. Through 16 test cells, the typical reflection is about 30-33% for 500-700 nm. Rather high reflectivity indicates that it is not easy to obtain less reflection using the Si 3 N 4 layer on the poly-silicon surface in the broad spectral region. Such high reflectivity with the Si 3 N 4 layer means that it is too difficult to achieve high efficiency in poly-silicon photovoltaic cells and the majority of radiation loss from the wafer is an essential part of the efficiency loss.

300~500 nm 영역의 단파장에서 반사도는 더 높아져 약 40%에 도달할 수 있다.At short wavelengths in the 300-500 nm region, the reflectivity is higher, reaching about 40%.

500~700 nm 영역에서는 비교적 완만한 반사 라인을 나타낸 후 반사도는 다시 증가하게 된다. 반사도의 작은 요동도 관찰할 수 있다. 예를 들어 940~960 nm 영역에서 반사도는 감소하다가 980 nm 영역에서 다시 증가한다.In the 500-700 nm region, the reflectivity increases again after showing a relatively gentle reflection line. Small fluctuations in reflectivity can also be observed. For example, the reflectivity decreases in the 940-960 nm region and then increases again in the 980 nm region.

이는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 초기 16개 샘플에 대한 컨버터의 코팅 전 곡선에서 나타나는 전형이다.This is typical of the converter's precoating curves for the initial 16 samples of polycrystalline silicon solar cell devices.

또한 본 발명에 따른 도 1의 (b)를 살펴보면 먼저 300~500nm 영역에서 단파장 반사율의 감소를 볼 수 있다. 도 1의 (a)와 도 1의 (b) 스펙트럼 곡선에서 차이의 그래픽 적분은 단파장 영역에서 반사율이 2배 이상 감소하는 것을 나타낸다.In addition, referring to FIG. 1B according to the present invention, a decrease in short wavelength reflectance can be seen first in a 300 to 500 nm region. Graphical integration of the differences in the spectral curves of FIGS. 1A and 1B indicates that the reflectance is reduced by more than two times in the short wavelength region.

스펙트럼 최대가 508~512 nm에 위치하는 블루-그린 스펙트럼 영역에서 그린 발광 스펙트럼 컨버터 발광을 관찰할 수 있다. 이 스펙트럼 최대의 반-너비는 70~80 nm이고 컨버터 부피 내 나노 크기의 그린 발광 형광체의 위치에 의해 설명될 수 있다. 가시광 스펙트럼의 반사 영역의 장파장 끝에서부터는 반사의 본질적인 증가 없이 반사 오실레이션이 40~50%인 것을 알 수 있다. 그러나 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖춘 코팅된 웨이퍼에 대한 반사율의 적분값이 컨버터가 없는 웨이퍼에 대한 반사율의 적분값보다 더 적다.Green emission spectrum converter emission can be observed in the blue-green spectral region where the spectral maximum is located at 508-512 nm. This spectral maximum half-width is 70-80 nm and can be explained by the position of the nano-sized green light emitting phosphor in the converter volume. From the long wavelength end of the reflection region of the visible spectrum, we see that the reflection oscillation is 40-50% without a substantial increase in reflection. However, the integral of the reflectance for a coated wafer with a green emission spectrum converter is less than the integral of the reflectance for a wafer without a converter.

따라서 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 반사율을 감소시켜 다결정 실리콘 태양전지 웨이퍼에 닿는 복사선 점유를 증가시키며 이는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 광학적 효율을 증진시킨다.Therefore, the green emission spectrum converter reduces the reflectance to increase the radiation occupancy to the polycrystalline silicon solar cell wafer, which enhances the optical efficiency of the polycrystalline silicon solar cell device.

그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖춘 웨이퍼와 갖추지 않은 웨이퍼의 반사가 두 배 정도 차이나는 것을 알 수 있다. 따라서 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 유용 한 광학적 여기 스펙트럼의 반사를 감소시킨다.It can be seen that the reflection between the wafer with the green emission spectrum converter and the wafer without the wafer is about doubled. Green emission spectrum converters therefore reduce the reflection of useful optical excitation spectra.

그로 인해, 태양 복사선의 대부분은 다결정 실리콘 웨이퍼에 상호작용하고 이는 광-전기적 전류의 발생 증가를 수반함을 알 수 있다. 또한, 500~550nm의 그린 광 최대 범위의 위치는 웨이퍼 표면에 닿는 광 양자의 수를 증가시킨다. 부가적인 그린 양자는 폴리-실리콘의 최적 광 감응에 가까운 영역에 위치한다.As such, most of the solar radiation interacts with polycrystalline silicon wafers, which can be seen to be accompanied by increased generation of opto-electrical currents. In addition, the location of the maximum green light range of 500-550 nm increases the number of light that hits the wafer surface. The additional green quantum is located in the region close to the optimal light response of the poly-silicon.

이 실험적 사실의 결론은 다결정 실리콘 소자에 의해 발생되는 전기적 전류의 증가이다. 아래에 보여지듯이 모든 가능한 과정이 다결정 실리콘에서 일어나며 태양 복사선의 전환 효율은 태양전지 소자의 전기적 파라미터(개방 전압, 단락 전류 밀도, 충진율)와 함께 동시에 증가한다.The conclusion of this experimental fact is the increase in the electrical current generated by the polycrystalline silicon device. As shown below, all possible processes take place in polycrystalline silicon and the conversion efficiency of solar radiation increases simultaneously with the electrical parameters of the solar cell device (opening voltage, short-circuit current density, fill factor).

상기와 같은 전반적 현상은 그린 발광 스펙트럼 컨버터 구조 내에 사용된 그린 발광 형광체와 관계가 있다. 그러나 반도체 실리콘의 나노 입자도 또한 그린 발광 스펙트럼 컨버터 내에 포함된다.This general phenomenon is related to the green light emitting phosphor used in the green light emission spectrum converter structure. However, nanoparticles of semiconductor silicon are also included in the green emission spectral converter.

나노 입자의 반도체 실리콘에 의해 어떠한 광학적 현상이 야기될 수 있는지 살펴보면 알려진 바와 같이 나노 실리콘은 태양 단파장 복사선의 매우 강력한 흡수제이다. 그것은 실리콘의 에너지 갭이 1.1 eV와 같다는 것과 관계가 있다.As can be seen from what optical phenomena can be caused by nanoparticle semiconductor silicon, nanosilicon is a very powerful absorber of solar short-wave radiation. It is related to the energy gap of silicon equal to 1.1 eV.

단파장 태양 스펙트럼 에너지는 2.2~3.6 eV이기 때문에 실리콘의 나노 입자는 단파장 태양 스펙트럼을 쉽게 흡수한다. 실리콘 입자의 양이 증가하면 300 nm에서 최대 400 nm의 스펙트럼 범위의 태양 복사선 흡수 또한 증가한다. 실리콘 입자는 흡수한 단파장 복사선을 가시광 또는 적외선 범위로 재방출한다.Since the short wavelength solar spectral energy is 2.2-3.6 eV, the nanoparticles of silicon easily absorb the short wavelength solar spectrum. Increasing the amount of silicon particles also increases the absorption of solar radiation in the spectral range from 300 nm up to 400 nm. The silicon particles re-emit the absorbed short wavelength radiation in the visible or infrared range.

그러나 그린 발광 형광체 없이 나노 실리콘만으로 코팅된 다결정 실리콘 셀의 실험은 나노 실리콘 입자의 첨가가 개방 전압을 증가시키는 것을 보여준다. 동시에 이는 단락 전류 밀도도 또한 증가시킨다. 나노 실리콘 입자(그레인)의 첨가가 웨이퍼 표면의 내부와 경계에서 나노 실리콘 입자의 전류 전도 체인을 수반하는 것으로 가정할 수 있다. 이 전기 전도성 실리콘 입자는 다결정 실리콘 결정 소자의 불균질 지향된 블록을 균질한 소자로 결합시킬 수 있다. 이로써 소자의 전체 전도도 또는 전기적 파라미터가 변화된다.However, experiments with polycrystalline silicon cells coated only with nano silicon without green light emitting phosphors show that the addition of nano silicon particles increases the open voltage. At the same time this also increases the short-circuit current density. It can be assumed that the addition of nano silicon particles (grains) involves the current conducting chain of nano silicon particles at the inside and boundary of the wafer surface. These electrically conductive silicon particles can join the heterogeneously oriented blocks of the polycrystalline silicon crystal device into a homogeneous device. This changes the overall conductivity or electrical parameters of the device.

나노 실리콘 입자의 존재가 다결정 실리콘 태양전지 소자의 특성에 미치는 영향은 아래에 설명된다. 요약된 실험 데이터로부터 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전면에 접촉한 단위 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 작용은 다음과 같다.The effect of the presence of nano silicon particles on the properties of polycrystalline silicon solar cell devices is described below. From the summarized experimental data, the action of the unit green emission spectrum converter in contact with the front surface of the polycrystalline silicon solar cell device is as follows.

- 적외선 및 단파장 영역의 반사 복사선 공유의 증가-Increased reflection radiation sharing in the infrared and short wavelength regions

- 그린 발광 공유의 증가 및 500 nm보다 큰 범위에서 그린 스펙트럼 발광의 출현An increase in green luminescence share and the emergence of green spectral luminescence in the range greater than 500 nm

- 다결정 실리콘 태양전지 소자 웨이퍼의 전체 전기 전도도의 변화-Changes in Total Electrical Conductivity of Polycrystalline Silicon Solar Cell Wafers

다결정 실리콘 태양전지 소자의 그러한 광학-전기적 파라미터 변화는 다른 문헌에서 설명된 적이 없다.Such optical-electrical parameter changes of polycrystalline silicon solar cell devices have not been described in other literature.

이 독특한 특성은 120~260 μm 두께의 박막 웨이퍼에 기반한 다결정 그리고 단결정 태양전지 소자에서 실현될 수 있다. 언급된 다결정 실리콘 웨이퍼는 50~250 μm 두께의 그린 발광 스펙트럼 컨버터에 접촉하며 그 컨버터의 용적 내에 형광체와 나노 실리콘 입자가 그린 발광 스펙트럼 컨버터 층의 최대 1/500~1/1000의 크기로 존재한다.This unique feature can be realized in polycrystalline and monocrystalline solar cell devices based on thin film wafers from 120 to 260 μm thick. The polycrystalline silicon wafer mentioned contacts a green emission spectrum converter of 50 to 250 μm thickness and phosphors and nano silicon particles are present in the volume of the converter up to 1/500 to 1/1000 of the green emission spectrum converter layer.

우선, 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 다결정 실리콘 웨이퍼에 접촉한 이차원 평행 디바이스이다. 웨이퍼 상에 코팅된 박막 필름으로서, 그 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 두께는 웨이퍼 두께에 견줄 수 있다.Firstly, the green emission spectrum converter is a two-dimensional parallel device in contact with a polycrystalline silicon wafer. As a thin film coated on a wafer, the thickness of the green emission spectral converter can be comparable to the wafer thickness.

그러나 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 적어도 두 고체 물질, 구체적으로 헤테로-상 고분자 내에 무기 형광체와 실리콘을 갖는 고분자 구조이다. 두 고체 물질은 나노 크기이다.However, green emission spectral converters are polymer structures with inorganic phosphors and silicon in at least two solid materials, specifically hetero-phase polymers. Both solid materials are nano sized.

그린 발광 스펙트럼 컨버터의 최대 두께가 260 μm이면 고체 물질의 최대 260 ~ 520 nm 입자가 이차 상으로 컨버터 용적 내에 분포된다. 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 이보다 더 얇은 층이면, 예를 들어 50 μm이면 형광체와 실리콘 입자 크기는 50 ~ 100 nm가 되어야 한다. 즉, 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 두께가 감소하면 헤테로-상 컨버터 내에 고체 물질의 크기 또한 감소되어야 한다.If the maximum thickness of the green emission spectral converter is 260 μm, up to 260-520 nm particles of solid material are distributed in the converter volume in the secondary phase. If the green emission spectral converter is a thinner layer, for example 50 μm, the phosphor and silicon particle sizes should be between 50 and 100 nm. That is, as the thickness of the green emission spectral converter decreases, the size of the solid material in the hetero-phase converter must also be reduced.

두 고체 물질 즉, 충전제는 나노 크기이며, 이는 나노 물체에 전형적인 비정상적 특성을 갖는다.Two solid materials, namely fillers, are nano-sized, which have unusual properties typical of nano-objects.

나노 크기 입자의 첫 번째 특징은 물리적 광 분산 모델의 변화를 수반하는 것이다. 입자가 여기 복사선 파장에 직면하면 physic Mu, 즉, 분산률이 입자 크기에 비례하는 Relay law에 따른 나노 크기 입자가 갖는 분산에 따라 높은 광학 분산을 관찰할 수 있다.The first feature of nano-sized particles is to involve changes in the physical light dispersion model. When the particle faces the excitation radiation wavelength, high optical dispersion can be observed according to the dispersion of physic Mu, that is, nano-sized particles according to the relay law whose dispersion ratio is proportional to the particle size.

Relay law에 따르면 나노 입자의 광 분산은 매우 낮다. 이 결론은 여기 태양 복사선이 분산 손실이 낮은 웨이퍼 표면에 도달한다는 사실에 의해 알 수 있다.According to the relay law, the light dispersion of nanoparticles is very low. This conclusion is shown by the fact that the excitation solar radiation reaches the wafer surface with low dispersion loss.

나노 입자의 두 번째 특징은 본 발명에 따른 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 자가-조직 능력 즉, 그린 발광 스펙트럼 컨버터 부피 내에서 자발적으로 정돈된 구조를 형성할 수 있는 가능성이다. 스펙트럼 컨버터 용적 안에 충전된 그린 발광 형광체와 실리콘 입자의 이러한 구조는 대체로 광전 소자의 물리적 특성에도 또한 영향을 미친다.A second feature of the nanoparticles is the self-organization capability of the green emission spectral converter according to the invention, ie the possibility of forming spontaneously ordered structures within the volume of the green emission spectral converter. This structure of green luminescent phosphors and silicon particles filled in the spectral converter volume also largely affects the physical properties of the optoelectronic device.

그러한 종류의 비정상적인 현상은 광학적으로 활성인 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖는 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 나타나며 언급된 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 재료들이 λ=300~480 nm의 범위의 단파장 태양 복사선을 강하게 흡수 하여 λ=500~580 nm의 범위의 파장을 발광하고 이로 인해 태양전지 소자에서 태양 복사선의 전환 효율을 20~50% 증가시킨다.This kind of abnormal phenomenon occurs in polycrystalline silicon solar cell devices with optically active green emission spectrum converters, and the materials of the mentioned green emission spectrum converters strongly absorb short wavelength solar radiation in the range of It emits a wavelength in the range of 500-580 nm, which increases the conversion efficiency of solar radiation in solar cell devices by 20-50%.

이러한 현상의 물리적인 베이스는 상기에 설명되었으며 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖춘 소자에서 단파장 반사의 본질적인 감소가 지적되었다. 따라서 도 1에 따라 도시된 스펙트럼에서 재-발광이 관찰된다. 이 점에서 본 발명은 구체적이다. 모든 현상은 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖춘 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 관찰될 수 있으며 전환 효율은 20~50% 증가한다.The physical base of this phenomenon has been described above and an intrinsic reduction in short wavelength reflection has been noted in devices with green emission spectral converters. Thus re-luminescence is observed in the spectrum shown according to FIG. 1. In this respect, the present invention is concrete. All the phenomena can be observed in polycrystalline silicon solar cell devices with green emission spectrum converters and the conversion efficiency is increased by 20-50%.

그린 발광 스펙트럼 컨버터가 없는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 일반적인 효율은 약 9~11% 이다. 한편, 충전 성분인 실리콘과 형광체가 없이 고분자만으로 층을 형성한 다결정 실리콘 태양전지 소자는 또 다른 특성을 보인다.Typical efficiencies of polycrystalline silicon solar cell devices without green emission spectrum converters are about 9-11%. Meanwhile, a polycrystalline silicon solar cell device in which a layer is formed only of a polymer without silicon and a phosphor as a charging component shows another property.

이는 중요한 실험적 별첨으로 모든 비정상적 특성이 헤테로-상 그리고 다성분 컨버터에 고유한 것임을 입증한다.This is an important experimental appendix, demonstrating that all abnormal properties are inherent in hetero-phase and multicomponent converters.

본 발명에 따른 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 그러한 종류의 효과는 광학적으로 활성인 컨버터가 웨이퍼에 직접적으로 접촉하고 있는 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 실현될 수 있으며 웨이퍼에 광학적으로 활성인 컨버터의 직접적인 접촉이 웨이퍼 스펙트럼의 UV 영역의 반사에서 20~80% 감소를 야기하는 동시에 복합재료 컨버터의 충전제로 형광체와 실리콘의 도움으로 개방 전압, 단락 전류 밀도를 증가 시키고 충진율은 최대 0.72까지 증가시킨다.The effect of that kind of green emission spectral converter according to the invention can be realized in a polycrystalline silicon solar cell device in which the optically active converter is in direct contact with the wafer and the direct contact of the optically active converter to the wafer is the wafer spectrum. This results in a 20% to 80% reduction in the reflection of the UV region, while increasing the open-voltage, short-circuit current density with the help of phosphors and silicon as fillers in the composite converter and increasing the fill factor up to 0.72.

본 발명에 따른 연구 과정에서 다결정 실리콘 태양전지 소자의 광학 파라미터 또는 전기적 특성의 변화가 언급된 광학 스펙에 의해 조절되는 것을 알았다. 또한 단파장 스펙트럼의 웨이퍼 반사의 감소가 개방 전압 증가와 단락 전류 밀도 증가를 수반하는 것을 발견하였다. 아래에 보여지는 바와 같이 이 변화는 파라미터에서 2~10% 증가하며, 이는 광학적으로 활성인 컨버터의 충전제로 형광체와 나노 실리콘의 농도와 동시에 일어난다. 형광체와 실리콘의 농도에서 증가는 충진율 FF와 같은 적분 파라미터에 의해 나타낼 수 있다.In the course of the study according to the invention it was found that the change in the optical parameters or electrical properties of the polycrystalline silicon solar cell device is controlled by the mentioned optical specifications. It has also been found that the reduction of wafer reflection in the short wavelength spectrum is accompanied by an increase in open voltage and an increase in short circuit current density. As shown below, this change increases by 2-10% in the parameters, which coincide with the concentration of phosphor and nanosilicon as fillers in the optically active converter. The increase in the concentration of phosphor and silicon can be indicated by an integration parameter such as the fill factor FF.

소자의 충진율의 초기 값은 0.68 이하이지만 컨버터의 코팅 후, 이 적분 충진율은 최대 0.72까지 증가한다.The initial value of the device's fill factor is below 0.68, but after coating of the converter, this integral fill factor increases up to 0.72.

실험한 웨이퍼에 대한 구체적인 값은 하기의 표 1에 나타낸다. 다결정 실리콘 태양전지 소자의 기본적인 전기적 파라미터는 제안된 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 사용에 의해 최대 10%까지 증가하며 전체 효율은 최대 20~50%까지 증가한다. 이전의 연구 결과에서 이와 유사한 결과는 찾을 수 없으며 이는 제안된 발명의 중요성과 우선권을 증명한다.Specific values for the tested wafers are shown in Table 1 below. The basic electrical parameters of the polycrystalline silicon solar cell device are increased by up to 10% by using the proposed green emission spectrum converter and the overall efficiency is increased by up to 20-50%. Similar results are not found in previous studies, demonstrating the importance and priority of the proposed invention.

이러한 장점은 고분자 물질 즉, 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖춘 광전 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 실현될 수 있다. 이 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 구성하는 고분자는 평균 분자량 M=10000~25000 탄소 단위와 굴절률 n=1.35~1.65를 갖는 에폭시(-C-O-C-)기 또는 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기의 열 경화로 구성된다.This advantage can be realized in photovoltaic polycrystalline silicon solar cell devices with polymer materials, ie, green emission spectrum converters. The polymer constituting the green emission spectrum converter is an epoxy (-COC-) group or a silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group having an average molecular weight of M = 10000 to 25000 carbon units and a refractive index of n = 1.35 to 1.65. It consists of thermal curing.

상기 발명을 상세히 살펴보면 먼저, 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 위한 연결 베이스는 고분자 에폭시(-C-O-C-)기 또는 고분자 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기 이다. 이는 매우 널리 사용되는 고분자로, 전세계적으로 많은 화학회사들에 의해 제조되고 있다. 우리는 분자량이 M=10000~25000 탄소 단위를 갖는 고분자를 선택하였다. 그러한 분자량을 갖는 고분자는 액상에서 높은 이동도를 가지며 그린 발광 형광체 그리고 나노 실리콘 입자와 쉽게 혼합된다. 고분자는 T=110~150℃에서 1~3 시간 이내에 열적으로 경화되어 높은 광학적 투명도를 유지한다. 고분자의 열팽창량은 폴리-실리콘의 열팽창량과 유사하다.(αT=6*10-7 g-1).Looking at the above in detail, first, the connection base for the green light emission spectrum converter is a polymer epoxy (-COC-) group or a polymer silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group. It is a very widely used polymer and is manufactured by many chemical companies around the world. We chose polymers with molecular weight M = 10000-25000 carbon units. Polymers with such molecular weights have high mobility in the liquid phase and are easily mixed with green luminescent phosphors and nano silicon particles. The polymer is thermally cured within 1 to 3 hours at T = 110-150 ° C. to maintain high optical transparency. The thermal expansion of the polymer is similar to that of poly-silicon (αT = 6 * 10 −7 g −1 ).

또한 본 발명에 따른 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 구성하는 고분자의 중요한 특징은 경화된 상에서 굴절률이다. 에폭시 고분자에 대한 굴절률은 보통 no=1.58이다. 반면에 우리는 n=1.42의 굴절률을 갖는 실리콘-유기 고분자를 선택하였다. 그러한 낮은 값의 굴절률은 컨버터 층의 반사를 감소시켜 전 파장 영역에 대해 반사도가 25% 이하에 도달하는 것을 허락한다. 이는 좁은 스펙트럼 영역에서, 정확하게는 λ=550~630 nm 에서 투명도를 얻을 수 있는 Si3N4로 만들어진 종래의 코팅을 갖는 실리콘 웨이퍼로부터 반사 값을 본질적으로 감소시킬 수 있다.In addition, an important feature of the polymer constituting the green emission spectrum converter according to the present invention is the refractive index of the cured phase. The refractive index for the epoxy polymer is usually n o = 1.58. On the other hand we chose a silicon-organic polymer with a refractive index of n = 1.42. Such low values of refractive index reduce the reflection of the converter layer allowing the reflectivity to reach 25% or less over the entire wavelength region. This can essentially reduce the reflection value from silicon wafers with conventional coatings made of Si 3 N 4 , which can achieve transparency at λ = 550-630 nm, precisely in narrow spectral regions.

본 발명에 제안된 구조의 그린 발광 스펙트럼 컨버터와 재료의 이러한 매우 중요한 이점은 다결정 실리콘 태양전지 소자에 적용될 수 있다. 그린 발광 스펙트럼 컨버터 부피 내에 함유된 그린 발광 형광체는 다음 화학양론식을 가지며 희토 원소 Eu+2, Ce+3, Dy+3에 의해 활성화된 IIA 서브그룹 실리케이트의 orthorhombic 고용상에 기반하며 만들어진다.This very important advantage of the green emission spectral converter and the material of the proposed structure can be applied to polycrystalline silicon solar cell devices. The green luminescent phosphor contained in the green luminescence spectral converter volume is made based on the orthorhombic solid solution phase of the IIA subgroup silicate having the following stoichiometry and activated by the rare earth elements Eu +2 , Ce +3 , Dy +3 .

(∑Me+2)8Si4O16 :∑Ln+2.+3, where(∑Me +2 ) 8 Si 4 O 16 : ∑Ln + 2. + 3 , where

∑Me+2 = Ca+2 and/or Sr+2 or Ba+2 and/or Mg+2,∑Me +2 = Ca +2 and / or Sr +2 or Ba +2 and / or Mg +2 ,

and ∑Ln+2,+3 = Eu+2 and Ce+3 and/or Dy+3 and ∑Ln + 2, + 3 = Eu +2 and Ce +3 and / or Dy +3

제안된 컨버터의 충전제들 중 하나로 λ=490~580 nm의 발광 파장을 갖는 그린 발광 형광체를 사용한다. 이 형광체의 스펙트럼 최대의 반-너비는 Δλ0.5 = 55 ± 3 nm 이고 최대 스펙트럼은 도 4와 같이 λ=512 ~ λ=525 nm의 좁은 스펙트럼 범위를 갖는다. 이 스펙트럼 범위의 발광은 다결정 실리콘 재료의 스펙트럼 감응과 관련하여 보다 바람직하다.As one of the fillers of the proposed converter, a green light emitting phosphor having an emission wavelength of λ = 490 to 580 nm is used. The spectral maximum half-width of this phosphor is Δλ 0.5 = 55 ± 3 nm and the maximum spectrum has a narrow spectral range of λ = 512 to λ = 525 nm as shown in FIG. Light emission in this spectral range is more preferred with respect to the spectral response of the polycrystalline silicon material.

선정된 그린 발광 형광체는 태양 복사선에 의해 여기 후 가장 효과적인 그린 발광을 나타낸다. 그린 발광 재료에 대한 요건은 다음과 같다.The selected green light emitting phosphor exhibits the most effective green light emission after excitation by solar radiation. The requirements for the green luminescent material are as follows.

- 440~480 nm의 범위 내에서 광학적 여기Optical excitation within the range of 440 to 480 nm

- ζ≥ 0.75 이상의 높은 양자 수율의 발광-high quantum yield of ζ≥ 0.75

- 10 mW/nm 이상의 높은 스펙트럼 발광 밀도High spectral luminous density above 10 mW / nm

- 광 분해가 없는 태양 복사선에 대한 높은 안정성High stability against solar radiation without photolysis

- 50~60℃까지 가열에 대한 안정성 감소가 없는 형광체 발광의 높은 열적 안정성High thermal stability of phosphor luminescence with no decrease in stability to heating up to 50 ~ 60 ℃

이 모든 요구를 충족시키는 가장 적절한 재료는 화학양론식 ∑(Mg,Ca,Sr,Ba)8Si4O16: ∑Eu+2,Ce+3,Dy+3를 갖는 orthorhombic 구조의 ortho silicate 형광체이다.The most suitable material to meet all these requirements is an orthorhombic structure of orthorhombic structure with stoichiometric ∑ (Mg, Ca, Sr, Ba) 8 Si 4 O 16 : ∑Eu +2 , Ce +3 , Dy +3 .

이 형광체는 통상적인 발광 재료 그룹과 관계가 있으며 주요 스펙은 형광체 격자의 결정 필드에 위치하는 활성화 이온에 의해 결정된다. 우리의 경우, 활성화 이온은 Eu+2 이고 ortho silicate 격자의 비대칭 포인트에 위치하는 Ce+3 및 Dy+3이 sensitizer 이온으로 첨가된다. 이 비대칭 포인트는 Mg+2, Ca+2, Sr+2, Ba+2와 같은 4개의 이질적인 양이온 사이트의 존재에 의해 결정된다. 이 이온들은 양이온 사이트 주위에 배위하고 있는 tetrahedron [SiO4] 기로 둘러싸인다. 그러한 tetrahedron의 대다수는 가장 큰 양이온 사이트 Ba+2 주위에 위치하며 소수는 Mg+2 주위에 위치한다.This phosphor is associated with a conventional group of luminescent materials and the main specification is determined by the activating ions placed in the crystal field of the phosphor grating. In our case, the activated ions are Eu +2 and Ce +3 and Dy +3 are added as sensitizer ions located at the asymmetric point of the ortho silicate lattice. This asymmetric point is determined by the presence of four heterogeneous cation sites such as Mg +2 , Ca +2 , Sr +2 , Ba +2 . These ions are surrounded by tetrahedron [SiO 4 ] groups coordinated around the cation site. The majority of such tetrahedrons are located around the largest cation site Ba +2 and a few are located around Mg +2 .

이는 제안된 형광체의 결정 격자를 부가적으로 이질적이게 만들지만 양자수율을 증가시키도록 촉진한다.This makes the crystal lattice of the proposed phosphor additionally heterogeneous but facilitates to increase the quantum yield.

제안된 형광체의 합성은 초기 반응물로 Mg, Ca, Sr, Ba, Eu의 염산염들과 침적제로 가수분해된 tetra-eta-silane, Si(OC2H5)4의 졸-겔 배합을 사용하여 실현될 수 있다. 형광체 생산의 화학적 반응은 다음과 같이 세워질 수 있다.Synthesis of the proposed phosphor is achieved by using hydrochlorides of Mg, Ca, Sr, Ba, Eu as the initial reactants and sol-gel combination of tetra-eta-silane, Si (OC 2 H 5 ) 4 , hydrolyzed with sedimentant. Can be. The chemical reaction of phosphor production can be established as follows.

8∑Me+2 + 4H2SiO3( + C2H5OH) → ∑Me8Si4O16 + C2H5OH8∑Me +2 + 4H 2 SiO 3 (+ C 2 H 5 OH) → ∑Me 8 Si 4 O 16 + C 2 H 5 OH

제안된 화학적 배합을 갖는 ortho silicate 형광체의 생산의 주요 이점은 기본적으로 화학적 조성의 규제가 용이하며 형광체를 쉽게 얻을 수 있다는 것이다. 상기 반응에 따라 침적된 생성물은 여과를 통해 에탄올로 세척되어야 한다. 그리고 도가니에 넣어 [H2+N2(97%)] 환원 분위기에서 4~6 시간 동안 T=900℃~1100℃에서 소성되어야 한다. 소성된 형광체는 냉각된 후 염산 희석액으로 세척되어 건조된다. 형광체 입자는 50~200 nm 크기의 플레이트처럼 보인다. 합성된 형광체는 395 nm의 UV 광과 블루 광에 여기되어 밝은 그린 광을 발광한다.The main advantage of the production of ortho silicate phosphors with the proposed chemical formulation is basically that the chemical composition is easily regulated and the phosphors can be easily obtained. The product deposited according to the reaction must be washed with ethanol through filtration. And put into the crucible [H 2 + N 2 (97%)] should be calcined at T = 900 ℃ ~ 1100 ℃ for 4-6 hours in a reducing atmosphere. The calcined phosphor is cooled, washed with dilute hydrochloric acid and dried. Phosphor particles look like plates of 50-200 nm in size. The synthesized phosphor is excited with 395 nm UV light and blue light to emit bright green light.

이는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 한 성분으로서 제안된 재료의 본질적인 이점이며 그린 발광 형광체는 다음과 같은 베이스를 함유한다.This is an intrinsic advantage of the material proposed as one component of the green emission spectrum converter of polycrystalline silicon solar cell devices and the green emission phosphor contains the following base.

0.01≤ [Mg] ≤0.05 atomic shares, 0.01 ≤ [Mg] ≤ 0.05 atomic shares,

0.01≤ [Ca] ≤0.1 atomic shares, 0.01 ≦ [Ca] ≦ 0.1 atomic shares,

0.05≤ [Sr] ≤0.1 atomic shares, 0.05 ≦ [Sr] ≦ 0.1 atomic shares,

0.5≤ [Ba] ≤0.8 atomic shares, 0.5 ≤ [Ba] ≤ 0.8 atomic shares,

기본 양이온 Ba+2의 일부를 Sr+2로의 치환은 주요 최대 발광의 장파장 시프트를 수반한다. 동시에 Ca+2의 첨가는 형광체 발광에서 적색 성분 증가를 수반한다. Ba+2의 일부를 Mg+2로의 치환은 형광체 발광의 단파장 시프트를 수반한다. 형광체 내 기본 활성화 이온으로서 Eu+2 f-d 접합은 그린 스펙트럼 범위의 스펙트럼 최대 발광을 제공하는데 사용될 수 있다.Substitution of a portion of the basic cation Ba +2 with Sr +2 involves a long wavelength shift of the main maximum emission. At the same time the addition of Ca +2 is accompanied by an increase in the red component in the phosphor emission. Substitution of part of Ba +2 with Mg +2 involves a short wavelength shift in phosphor emission. Eu +2 fd junctions as basic activating ions in the phosphor can be used to provide spectral maximum emission in the green spectral range.

발광 출력의 증가를 위해 기본 조성에 Ce+3 그리고 Dy+3 이온이 부가적으로 Eu+2(0.05~5%)의 원자 공유의 1% 이하로 첨가되어야 한다.Ce + 3 and Dy + 3 ions must be added to the base composition in addition to less than 1% of the atomic share of Eu + 2 (0.05-5%) in order to increase the luminous output.

스펙트럼 컨버터 내 나노 실리콘 그리고 경화성 고분자와 함께 제안된 형광체는 그린 스펙트럼 범위를 강하게 발광한다. 실리콘 광-감응의 범위 내에서 스펙트럼 최대를 갖는 이 부가적인 발광은 제안된 태양전지의 효율 증가의 가능성이 높은 원인이다. 동시에 컨버터의 한 성분으로서 그린 형광체 발광은 제안된 다결정 실리콘 태양전지 소자의 모든 전기적 파라미터들을 증진시킨다. 이미 주지되었듯이 파라미터들의 증가는 2~10%에 달할 수 있으며 효율 증가는 10~46.5%에 달한다.The proposed phosphor, together with the nanosilicone and curable polymer in the spectral converter, emits a strong emission in the green spectral range. This additional light emission with a spectral maximum within the range of silicon photo-sensitization is a likely cause of increased efficiency of the proposed solar cell. At the same time, green phosphor emission as a component of the converter enhances all electrical parameters of the proposed polycrystalline silicon solar cell device. As already noted, the increase in parameters can reach 2 to 10% and the efficiency increase can reach 10 to 46.5%.

또한 높은 파라미터들이 스펙트럼 컨버터의 성분인 그린 발광 형광체의 여기 스펙트럼이 UV 그리고 블루 복사선의 범위에 있고 형광체 스펙트럼 휘도가 10 mW/nm 이상인 제안된 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 달성될 수 있다. 예를 들어, 그린 발광 스펙트럼 컨버터 내 그린 발광 형광체의 농도가 0.25 ~ 10% mass이면 그 최대 스펙트럼은 505 ~ 545 nm의 범위에 있다.Higher parameters can also be achieved in the proposed polycrystalline silicon solar cell device in which the excitation spectrum of the green light emitting phosphor, which is a component of the spectral converter, is in the range of UV and blue radiation and the phosphor spectral luminance is 10 mW / nm or more. For example, when the concentration of the green light emitting phosphor in the green light emission spectrum converter is 0.25 to 10% mass, the maximum spectrum thereof is in the range of 505 to 545 nm.

제안된 ortho silicate 형광체는 505~545 nm의 범위 내에서 높은 에너지 스펙트럼 휘도를 가지고 있다. 발광의 반-너비가 57 nm이면 이 값은 10 mW/nm 이상으로 매우 높다. 태양 복사선이 파장 395 nm (UV) ~ 470 nm (blue light)의 1와트 파워로 웨이퍼 표면에 닿으면 그 형광체는 그린 발광으로 570 mW 이상을 발광한다. 그 형광체 스펙트럼에서 블루(λ=485nm) 및 오렌지(585nm) 영역이 차지하는 비율이 최대 5%이므로 이 값을 더 정확하게 측정하는 것은 힘들다.The proposed ortho silicate phosphor has high energy spectral luminance within the range of 505 to 545 nm. If the half-width of luminescence is 57 nm, this value is very high, above 10 mW / nm. When solar radiation hits the wafer surface at 1 watt power with a wavelength of 395 nm (UV) to 470 nm (blue light), the phosphor emits more than 570 mW with green light emission. Since the proportion of the blue (λ = 485 nm) and orange (585 nm) regions in the phosphor spectrum is up to 5%, it is difficult to measure this value more accurately.

상기에 언급되었듯이 그린 발광 형광체는 0.75 이상의 양자수율 (ζ≥0.75)을 가지고 있다. 반면에 이용 가능한 가장 잘 알려진 그린 형광체의 일부만이 ζ=0.60~0.70의 양자수율을 능가할 뿐이다.As mentioned above, the green light-emitting phosphor has a quantum yield (ζ ≧ 0.75) of 0.75 or more. On the other hand, only a few of the best known green phosphors available outperform the quantum yields of ζ = 0.60 to 0.70.

그린 발광 스펙트럼 컨버터 부피 내 그린 발광 형광체의 농도는 매우 중요하다. 이 농도는 0.25~10% mass의 범위에 있어야 한다. 그린 발광 형광체의 농도가 0.25%보다 작으면 증가되는 발광 효율이 너무 낮아서 태양전지의 전기적 파라미터에 미치는 컨버터의 영향 또한 낮다. 한편, 컨버터 내 그린 발광 형광체의 농도가 10% 보다 많으면 형광체 입자에 의한 여기 광의 부가적인 비-활성 흡수를 줄여서 광전 소자의 전기적 파라미터들을 감소시킨다.The concentration of the green light emitting phosphor in the volume of the green light emission spectrum converter is very important. This concentration should be in the range of 0.25-10% mass. If the concentration of the green light-emitting phosphor is less than 0.25%, the increased luminous efficiency is too low, so the influence of the converter on the electrical parameters of the solar cell is also low. On the other hand, if the concentration of the green light emitting phosphor in the converter is higher than 10%, it reduces the additional non-active absorption of the excitation light by the phosphor particles, thereby reducing the electrical parameters of the photoelectric device.

반복 실험을 통해 형광체의 최적 농도가 1~5% mass의 범위임을 발견하였다. 이 농도 값은 스펙트럼 컨버터의 초기 고분자 점도에 의존한다. 컨버터 베이스 재료의 점도는 형광체 입자의 응집에 자발적으로 영향을 미친다. 이 현상은 향후 연구에서 상세히 고려될 것이다.Repeated experiments found that the optimal concentration of phosphor ranged from 1 to 5% mass. This concentration value depends on the initial polymer viscosity of the spectral converter. The viscosity of the converter base material spontaneously affects the aggregation of phosphor particles. This phenomenon will be considered in detail in future studies.

상기에 언급되었듯이 그린 발광 스펙트럼 컨버터 부피 내 반도체 실리콘 입자의 첨가는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 활성 전도도(또는 저항) 변화를 수반한다. 전도도가 증가하면 개방 전압이 감소하므로 항상 바람직한 것은 아니다. 한편, 다결정 실리콘 태양전지 소자의 직접 저항을 증가시키는 실리콘 입자의 농도 변화는 개방 전압의 증가를 수반하는 것이 가능하다. 태양전지 소자에 적용되기에 가장 적절한 나노 실리콘의 크기는 10 ~ 30 nm의 범위이다. 플라즈마 화학법에 의해 만들어진 그러한 실리콘 입자는 도 3과 같이 구-타원 형태를 갖는다. 나노 실리콘의 최적 겉보기 밀도는 1 g/cm3 이하(ρ≤1g/cm3 )이다.As mentioned above, the addition of semiconductor silicon particles in the green emission spectral converter volume involves a change in the active conductivity (or resistance) of the polycrystalline silicon solar cell device. Increasing conductivity decreases the open voltage and is not always desirable. On the other hand, the change in the concentration of the silicon particles which increases the direct resistance of the polycrystalline silicon solar cell element can be accompanied by an increase in the open voltage. The most suitable size of nano silicon to be applied to solar cell devices is in the range of 10 to 30 nm. Such silicon particles made by plasma chemistry have a spherical-ellipse shape as shown in FIG. 3. The optimum apparent density of nanosilicon is 1 g / cm 3 or less (ρ ≦ 1 g / cm 3 ).

1% mass 이상의 나노 실리콘의 농도는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 저항을 90 ohm에서 최대 170 ohm까지 증가시킬 수 있다. 동시에 표면적 S=12 cm2인 태양전지 소자에 대해 개방 전압을 최대 0.59 V까지 감소시킨다.The concentration of nano silicon above 1% mass can increase the resistance of polycrystalline silicon solar cell devices from 90 ohms up to 170 ohms. At the same time, the open circuit voltage is reduced up to 0.59 V for solar cell elements with a surface area S = 12 cm 2 .

그린 발광 스펙트럼 컨버터 내 나노 실리콘의 농도가 0.1% mass 이하이면 ([Si]≤0.1% mass) 개방 전압은 증가하지만 동시에 단락 전류 밀도는 감소한다. 광학 컨버터 내 나노 실리콘의 최적 농도는 약 0.4~0.7% mass 이다. 이 농도 범위에서 직접 저항은 변하지 않으면서 개방 전압 및 단락 전류 밀도는 증가한다.If the concentration of nanosilicon in the green emission spectral converter is less than 0.1% mass ([Si] ≤0.1% mass), the open voltage increases but at the same time the short circuit current density decreases. The optimal concentration of nano silicon in the optical converter is about 0.4-0.7% mass. In this concentration range, the open-voltage and short-circuit current densities increase while the direct resistance does not change.

그러한 파라미터들의 향상은 광학적으로 활성인 컨버터의 성분인 나노 실리콘 입자가 2~50 nm의 기하학적 크기와 ρ=1 g/cm3 이하의 겉보기 밀도를 갖는 구-타원 형태이고 컨버터 내 그 농도가 0.1~1% mass의 범위에 있는 다결정 실리콘 태양전지 소자에서 실현될 수 있다.The improvement of such parameters is that the nano silicon particles, which are components of the optically active converter, are in the form of a sphere-ellipse with a geometric size of 2-50 nm and an apparent density of ρ = 1 g / cm 3 or less, and their concentration in the converter is 0.1-. It can be realized in polycrystalline silicon solar cell devices in the range of 1% mass.

본 발명에 따른 다결정 실리콘 태양전지 소자들의 모든 파라미터는 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 코팅 전후, AM1.5에서 표준 솔라 시뮬레이터로 각 소자에 대해 측정된다. 테스트 결과를 표 1에 나타낸다. 테스트를 위해 개방 전압이 Voc=0.56 V ~ 0.588 V인 여러 다결정 실리콘 태양전지 소자들을 사용하였다.All parameters of the polycrystalline silicon solar cell devices according to the invention are measured for each device with a standard solar simulator at AM1.5, before and after coating of the green emission spectrum converter. The test results are shown in Table 1. For testing, several polycrystalline silicon solar cell devices with an open voltage of Voc = 0.56 V to 0.588 V were used.

충전률은 FF=0.4128 ~ 0.6574의 범위 내에서 다양한 값을 갖는다. 단락 전류 밀도는 Jsc = 27 ~ 30.54 mA의 범위 내에 있다. 또한 총 효율 파라미터는 ζ =6.37% ~ 11.4238%의 범위 내에 있고 소자들의 전기적 저항은 R=65 ~ 102 Ohm (Ω)의 범위 내에 있다.The filling rate may vary in the range of FF = 0.4128 to 0.6574. The short circuit current density is in the range of Jsc = 27 to 30.54 mA. In addition, the total efficiency parameter is in the range of ζ = 6.37% to 11.4238% and the electrical resistance of the devices is in the range of R = 65 to 102 Ohm (Ω).

표 1 다결정 실리콘 태양전지 소자들의 파라미터Table 1 Parameters of Polycrystalline Silicon Solar Cell Devices

Before coating of converterBefore coating of converter After coating of onverterAfter coating of onverter Additive ratio1 Additive ratio 1 NoNo VocVoc FFFF ζζ JscJsc ΩΩ VocVoc FFFF ζζ JscJsc 1One 0.58490.5849 0.65740.6574 11.423811.4238 29.707029.7070 97~10297-102 0.59400.5940 0.66400.6640 12.586012.5860 30.980030.9800 0.9/0.050.9 / 0.05 22 0.56880.5688 0.61570.6157 10.305610.3056 29.429129.4291 88~9488-94 0.57420.5742 0.69330.6933 11.103411.1034 30.062330.0623 1.9/0.21.9 / 0.2 33 0.56640.5664 0.64990.6499 10.690810.6908 29.044029.0440 95~9695-96 0.57990.5799 0.67250.6725 11.741911.7419 30.107230.1072 2.9/0.52.9 / 0.5 44 0.57300.5730 0.64480.6448 10.955710.9557 29.650129.6501 98~9498-94 0.57550.5755 0.66890.6689 11.538011.5380 30.001030.0010 3.9/0.63.9 / 0.6 55 0.58270.5827 0.61250.6125 10.901510.9015 30.546430.5464 92~9492-94 0.58230.5823 0.66580.6658 12.077212.0772 31.162131.1621 4.9/0.84.9 / 0.8 66 0.58490.5849 0.65740.6574 11.423811.4238 29.707029.7070 98~10098-100 0.59900.5990 0.66400.6640 12.586012.5860 31.000031.0000 5.0/1.05.0 / 1.0 77 0.58800.5880 0.58040.5804 10.242510.2425 30.015830.0158 87~9087-90 0.58870.5887 0.64810.6481 11.922311.9223 31.265531.2655 3.0/0.163.0 / 0.16 88 0.58590.5859 0.60920.6092 10.629610.6296 29.781129.7811 85~8885-88 0.57870.5787 0.67260.6726 12.045412.0454 31.020031.0200 2.6/0.6 2.6 / 0.6 99 0.57120.5712 0.41280.4128 6.3699 6.3699 27.005727.0057 65~9965-99 0.57470.5747 0.49830.4983 9.34469.3446 32.636132.6361 3.0/0.03 3.0 / 0.03 1 phosphor/nano-Si, %/% 1 phosphor / nano-Si,% /%

보통의 다결정 실리콘 태양전지 소자들을 광학 전환된 다결정 실리콘 태양전지 소자들로 전환하는 단계는 세 성분으로 구성된다: 고분자 결합, 나노 크기의 그린 발광 형광체 그리고 나노 실리콘 입자The conversion of a typical polycrystalline silicon solar cell device into an optically converted polycrystalline silicon solar cell device consists of three components: a polymer bond, a nano-sized green light emitting phosphor, and a nano silicon particle.

표시된 데이터를 분석하여 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다By analyzing the displayed data, the following conclusions can be drawn:

- 컨버터를 갖춘 소자의 개방 전압 증가 1.5~2.4%-1.5-2.4% increase in open voltage for devices with converters

- 단락 전류 밀도 증가 4.4~20%4.4-20% increase in short-circuit current density

- 충전률 증가 1~20.7%-1 ~ 20.7% increase in charge rate

- 총 효율 증가 10~46.5%-10 to 46.5% increase in total efficiency

- 다결정 실리콘 태양전지 소자의 전기적 저항은 대부분 증가하는 방향으로 2~12 ohm 변화-The electrical resistance of the polycrystalline silicon solar cell device is changed from 2 to 12 ohms in the most increasing direction

표 1에 보여지는 바와 같이 그 결과 값은 매우 높다. 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 없는 태양전지 소자의 I-V 곡선은 도 2에 보여진다. 도 2에서 곡선 (a)는 코팅 전인 다결정 실리콘 태양전지 소자의 초기 상태에 해당하며 곡선 (b)는 본 발명에 따른 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖춘 소자에 해당한다.As shown in Table 1, the result is very high. The I-V curve of the solar cell device without the green emission spectrum converter is shown in FIG. 2. 2, curve (a) corresponds to the initial state of the polycrystalline silicon solar cell device before coating and curve (b) corresponds to the device with the green emission spectrum converter according to the present invention.

파라미터를 증가시키기 위해서 여러 개의 태양전지 소자들을, 일반적으로 소자들의 수가 36개인 모듈로 조합한다. 즉, 모듈은 36개 또는 72개의 소자들, 드물게는 144개의 소자들로 구성된다. 솔라 패널은 6인치x6인치 크기의 36개 소자들의 조합된 모듈이다.In order to increase the parameters, several solar cell elements are combined into a module, typically 36 elements. That is, a module consists of 36 or 72 elements, rarely 144 elements. The solar panel is a combination of 36 elements, 6 inches by 6 inches.

모든 소자들은 본 발명에 따라 개발된 그린 발광 스펙트럼 컨버터를 갖추고 있다. 그 소자들의 전도도가 ΔR≤± 3%로 등질하면 고품질의 조합을 얻는 것이 가능하다.All devices are equipped with a green emission spectral converter developed in accordance with the present invention. If the conductivity of the devices is homogenized to ΔR ≦ ± 3%, it is possible to obtain a high quality combination.

모듈에서 다결정 실리콘 태양전지 소자들은 직렬-병렬 체인으로 연결된다.In the module, polycrystalline silicon solar cell elements are connected in series-parallel chains.

언급된 조합의 파라미터는 아래에 보여진다.The parameters of the mentioned combinations are shown below.

- 최대 파워, W 108Max power, W 108

- 최대 전압, V 18.6-Maximum voltage, V 18.6

- 셀의 수 36-Number of cells 36

- 효율 14.6%Efficiency 14.6%

이는 다결정 실리콘 소자들에 대한 매우 높은 값이다. 향후 제안된 다결정 실리콘 태양전지 소자들의 대량생산을 시작할 계획이다.This is a very high value for polycrystalline silicon devices. The company plans to start mass production of the proposed polycrystalline silicon solar cell devices.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

도 1은 본 발명에 따른 스펙트럼 컨버터 코팅 전후의 다결정 실리콘 셀 소자의 300~1000 nm의 범위 내에서 스펙트럼 반사를 나타낸 그래프이고,1 is a graph showing the spectral reflection within the range of 300 ~ 1000 nm of the polycrystalline silicon cell device before and after the spectral converter coating according to the present invention,

도 2는 다결정 실리콘 태양전지 소자의 컨버터 코팅 유무에 따른 I-V 좌표의 전형적인 데이터를 나타낸 그래프이고,2 is a graph showing typical data of I-V coordinates with or without converter coating of a polycrystalline silicon solar cell device.

도 3은 본 발명에 따른 나노 실리콘의 SEM 사진이고,3 is a SEM photograph of the nano-silicon according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 그린 발광 나노 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,4 is a graph showing the emission spectrum of the green light-emitting nanophosphor according to the present invention,

도 5는 시판용 다결정 실리콘 태양전지 소자의 사진이다.5 is a photograph of a commercially available polycrystalline silicon solar cell device.

Claims (13)

0.25~10 wt% 그린 발광 형광체와, 0.1~1 wt% 실리콘 입자와, 나머지는 에폭시(-C-O-C-)기 또는 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기 고분자로 조성되어 100 wt%를 이루고,0.25 to 10 wt% green light-emitting phosphor, 0.1 to 1 wt% silicon particles, and the remainder is composed of an epoxy (-COC-) group or a silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group polymer to be 100 wt% Make up, 상기 그린 발광 형광체는 Eu+2, Ce+3, Dy+3 중 어느 하나의 희토 원소에 의해 활성화된 IIA 그룹 양이온 원소의 orthorhombic 고용상을 기반으로 하며 하기와 같은 화학양론식을 갖는 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The green light emitting phosphor is based on an orthorhombic solid solution phase of an IIA group cationic element activated by a rare earth element of Eu +2 , Ce +3 , or Dy +3 , and has a stoichiometric formula as follows. Green emission spectrum converter. (화학양론식)(Stoichiometry) (∑Me+2)8Si4O16:∑Ln+2,+3 , 이 식에서(∑Me +2 ) 8 Si 4 O 16 : ∑Ln + 2, + 3 , in this equation ∑Me+2=Ca+2 and/or Sr+2 or Ba+2 and/or Mg, and ∑Ln=Eu+2 and Ce+3 and/or Dy+3 ∑Me +2 = Ca +2 and / or Sr +2 or Ba +2 and / or Mg, and ∑Ln = Eu +2 and Ce +3 and / or Dy +3 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 그린 발광 스펙트럼 컨버터의 두께는 50~250 μm로 코팅되고 컨버터 내 그린 발광 형광체 및 나노 실리콘 입자의 크기는 그 컨버터 두께의 최대 1/500~1/1000 인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The green light emission spectrum converter is coated with a thickness of 50 to 250 μm, and the size of the green light emitting phosphor and nano silicon particles in the converter is up to 1/500 to 1/1000 of the converter thickness. Converter. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 그린 발광 스펙트럼 컨버터는 300~460 nm 영역의 단파장 태양광을 강하게 흡수하고, 500~580nm의 광 파장을 재-방출하여 태양전지 소자의 에너지 전환을 20~50% 증가시키는 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The green light emission spectrum converter strongly absorbs short wavelength solar light in the 300 to 460 nm region, and re-emits an optical wavelength of 500 to 580 nm to increase the energy conversion of the solar cell device by 20 to 50%. Spectrum converter. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 에폭시(-C-O-C-)기 또는 실리콘-유기 화합물(-C-O-Si-C-)기 고분자는 분자량 M=10000 탄소 단위에서 최대 M=25000 탄소 단위를 가지며 반사율은 n=1.35에서 최대 n=1.65의 범위에 존재하고, 80~180℃의 온도에서 경화되는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The epoxy (-COC-) group or the silicon-organic compound (-CO-Si-C-) group polymer has a maximum M = 25000 carbon units at a molecular weight of M = 10000 carbon units and a reflectance of n = 1.35 at a maximum n = 1.65 Green emission spectrum converter which exists in the range of and uses what hardens | cures at the temperature of 80-180 degreeC. 삭제delete 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 그린 발광 형광체는 활성제인 희토 원소의 함량이 0.05~5% 원자일 때 [Mg]=0.01~0.05, [Ba]=0.5~0.8, [Sr]=0.05~0.1의 원자 공유로 구성된 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The green light-emitting phosphor is characterized by being composed of atomic covalent of [Mg] = 0.01 ~ 0.05, [Ba] = 0.5 ~ 0.8, [Sr] = 0.05 ~ 0.1 when the content of rare earth element as an activator is 0.05-5% atom Green emission spectrum converter. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 그린 발광 형광체의 여기 스펙트럼은 UV 및 블루 광의 영역이며 스펙트럼 최대 파장이 농도가 0.25 ~ 10% mass이면 505 ~ 545 nm의 범위에 있고, 505 ~ 545 nm의 영역일 때 높은 스펙트럼 휘도에 대한 최대 발광은 10 mW/nm 이상인 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The excitation spectrum of the green light-emitting phosphor is in the region of UV and blue light and the maximum wavelength is in the range of 505 to 545 nm when the concentration of the wavelength is 0.25 to 10% mass, and the maximum light emission for high spectral brightness when the region is 505 to 545 nm. The green emission spectrum converter, characterized in that 10 mW / nm or more. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 실리콘 입자의 크기는 10 ~ 30 nm인 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.The size of the silicon particles is a green emission spectrum converter, characterized in that 10 ~ 30 nm. 청구항 1에 있어서The method according to claim 1 상기 실리콘 입자는 기하학적 크기가 2~50 nm이며 겉보기 밀도가 구-타원 형태에서 1.0 g/cm3 이하인 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터.Wherein the silicon particles have a geometric size of 2 to 50 nm and an apparent density of 1.0 g / cm 3 or less in a spherical-ellipse form. 청구항 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 중 어느 한 항에 따른 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 다결정 실리콘 태양전지 소자 전면에 코팅 형성되어 전력을 발생하는 모듈로 이루어지고, 전기적 파라미터인 개방 전압이 1.5~2.4%, 단락 전류 밀도가 4.4~20%, 충전률이 1~20.7% 증가되어 총 효율 증가는 10~46.5%인 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자.Claim 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 of the green light emission spectrum converter is formed of a module that is coated on the front surface of the polycrystalline silicon solar cell device to generate power, the electrical parameter is open Green light emission spectrum converter-coated polycrystalline silicon solar cell device, characterized in that the voltage is 1.5 ~ 2.4%, the short circuit current density is 4.4 ~ 20%, the charging rate is increased by 1 ~ 20.7%, the total efficiency increase is 10 ~ 46.5% . 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 모듈은 36~72개의 셀로 조합되며 셀들은 직렬 또는 병렬 회로로 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자.The module is a combination of 36 to 72 cells, the green light emission spectrum converter-coated polycrystalline silicon solar cell device, characterized in that the cells are connected in series or parallel circuit configuration. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 다결정 실리콘 태양전지 소자는 웨이퍼의 두께가 120~260μm인 박막 다결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자.The polycrystalline silicon solar cell device is a polycrystalline silicon solar cell device coated with a green light emission spectrum converter, characterized in that the wafer is made of a thin film polycrystalline silicon wafer having a thickness of 120 ~ 260μm. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 다결정 실리콘 태양전지 소자는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅됨으로써 UV 광의 반사율을 20~80% 감소시키는 것을 특징으로 하는 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자.The polycrystalline silicon solar cell device is a green light emission spectrum converter coated polycrystalline silicon solar cell device, characterized in that to reduce the reflectance of the UV light by 20 to 80% by coating the green light emission spectrum converter.
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