KR101181547B1 - 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법에 관한 것으로, 복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부와; 복수개의 렌즈들이 구비되어 있고, 상기 복수개의 렌즈들 각각이 상기 태양전지 셀들에 대응되어, 상기 태양전지부의 상부에 접착되어 있는 렌즈부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 복수개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부를 태양전지부의 상부에 접착시킴으로써, 태양광을 복수개의 렌즈들에 의해 태양전지 셀들로 집속시켜 태양전지 모듈의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자외선을 흡수할 수 있는 자외선 흡수막을 렌즈부에 형성하여, 태양전지 모듈의 입사되는 자외선을 상기 자외선 흡수막이 흡수함으로써, 태양전지 셀들의 열화를 방지할 수 있어 신뢰성을 우수하게 할 수 있는 효과가 있다.
광, 집속, 태양전지, 렌즈, 모듈, 셀, 자외선, 흡수
Description
도 1은 일반적인 태양전지가 구동되는 개념을 설명하기 위한 도면
도 2는 종래 기술에 따른 태양전지 모듈에 태양 에너지가 조사되는 상태를 도시한 단면도
도 3은 본 발명에 따른 광 집속형 태양전지 모듈이 태양광을 집속되는 개념을 설명하기 위한 모식도
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 어셈블리 방법의 흐름도
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 렌즈부를 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도
도 6은 본 발명에 따라 렌즈부를 형성하는 다른 공정을 설명하기 위한 단면도
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따라 렌즈부를 형성하는 또 다른 공정을 설명하기 위한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 태양전지부 211,212,213,214 : 태양전지
300 : 렌즈부 301,302,303,304 : 렌즈
320 : 투명기판 321 : 렌즈 형상부
330 : 포토레지스트막 331a : 렌즈
350 : 자외선 흡수막
본 발명은 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌즈 어레이 기술을 이용하여 태양광을 집속하므로써 태양전지 모듈의 효율을 극대화할 수 있는 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법에 관한 것이다.
현재 우리가 사용하고 있는 에너지는 석유와 석탄 및 천연 가스와 같은 화석에너지이며, 이러한 화석에너지는 그 양이 유한하므로 언젠가는 고갈되고 여러 오염물질을 배출하기 때문에 여러 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있다.
화석에너지를 대체할 수 있는 에너지는 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 그리고 땅 속의 열을 이용하는 지열 등이 있으며, 이들 에너지의 근원이 되는 태양에너지가 있다.
이들 여러 대체 에너지를 이용하는 방법은 상당 부분 실용화되고 있으며, 태양에너지를 이용하여 발전 및 난방에 이용하는 것도 그 중 하나이다.
태양광발전은 태양광으로부터 전기를 생산하는 무한 청정 발전기술로서, 태양광을 받아 전기를 발생하는 태양전지(모듈)와 발생된 직류 전기를 교류로 변환시키는 전력조절 장치 및 주간에 생성된 전기를 저장하는 축전지 등의 주변장치(BOS: Balance of system)로 구성된다.
도 1은 일반적인 태양전지가 구동되는 개념을 설명하기 위한 도면으로서, P형 반도체층(10)과 N형 반도체층(11)을 접합시킨 후, 상기 P형 반도체층(10)의 하부에 전극패드(12a)를 형성하고, 상기 N형 반도체층(11)의 상부에 전극패드(12b)를 형성하면, 태양전지(20)의 제조가 완성된다.
이런 태양전지(20)의 전극패드들(12a,12b)에 전구(30)를 연결하고, 상기 태양전지(20)를 태양광에 노출시키면, N형 반도체층(11)과 P형 반도체층(10)을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 전기에너지가 발생되고, 이 전기에너지에 의해 전구(30)는 점등하게 된다. 이러한 태양전지는 기본적으로 pn접합으로 구성된 다이오드로서, 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
특히, 실리콘을 광 흡수층으로 사용하는 태양전지는 결정질 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분된다.
또한, CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지와 유기 태양전지를 대표적인 태양전지로 꼽을 수 있다.
실리콘계 박막 태양전지는 미국의 유나이티드 솔라(United Solar)사(社)에서 제조된 a-Si/a-SiGe/a-SiGe 트리플 정션(Triple junction) 태양전지가 안정화 효율 12%를 갖는 것으로 알려져 있다.
기타 연료감응 태양전지 및 유기 태양전지는 저가화 잠재력이 매우 높은 것으로 평가되나 현재까지 개발된 전지 효율은 다른 태양전지에 비해 매우 낮은 실정이다.
이상에서 보고된 태양전지 변환효율은 실험실 단위의 소면적(약 1㎠) 태양전지 효율로서, 일부 태양전지의 경우 대면적 또는 양산화에 적용하기에는 공정 및 구조가 복잡한 단점이 있으며, 현재 상용화되고 있는 c-Si 기판형 태양전지의 변환효율은 14~17%이며, 20~21%의 고효율 태양전지를 생산하는 업체도 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 태양전지 모듈에 태양 에너지가 조사되는 상태를 도시한 단면도로서, 태양전지 모듈(100)은 실리콘 기판(110) 상부에 복수개의 태양전지 셀들(111,112,113,114)이 형성되어 있다.
이런 태양전지 모듈(100)에 태양 에너지가 조사되면, 태양전지 셀들(111,112,113,114) 뿐만 아니라 태양전지 셀들(111,112,113,114)이 형성되어 있지 않은 실리콘 기판(100) 영역(A,B,C,D,E)에도 태양 광이 조사된다.
여기서, 상기 태양전지 셀들(111,112,113,114)이 형성되어 있지 않은 실리콘 기판(100) 영역(A,B,C,D,E)은 전극과 레이저 스크라이빙(Laser scribing) 부분 등의 데드 영역(Dead area)이다.
그러므로, 전술된 바와 같은 종래의 태양전지 모듈(100)은 입사되는 빛의 100%를 태양전지 셀부분에서 사용하지 못하여 효율이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 복수개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부를 태양전지부의 상부에 접착시킴으로써, 태양광을 복수개의 렌즈들에 의해 태양전지 셀들로 집속시켜 태양전지 모듈의 효율을 극대화할 수 있는 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 자외선을 흡수할 수 있는 자외선 흡수막을 렌즈부에 형성하여, 태양전지 모듈의 입사되는 자외선을 상기 자외선 흡수막이 흡수함으로써, 태양전지 셀들의 열화를 방지할 수 있어 신뢰성을 우수하게 할 수 있는 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 렌즈 어레이를 태양전지 모듈의 표면에 위치시켜서 열악한 기후 환경으로부터 태양전지 셀을 보호하여 태양전지 모듈의 수명을 연장할 수 있는 광 집속형 태양전지 모듈 및 그의 어셈블리 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는,
복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부와;
복수개의 렌즈들이 구비되어 있고, 상기 복수개의 렌즈들 각각이 상기 태양전지 셀들에 대응되어, 상기 태양전지부의 상부에 접착되어 있는 렌즈부로 구성된 광 집속형 태양전지 모듈이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는,
복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부를 준비하는 단계와;
복수개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부를 준비하는 단계와;
상기 렌즈부의 복수개의 렌즈들 각각을 상기 태양전지 셀들에 대응시켜, 상기 렌즈부를 태양전지부의 상부에 접착시키는 단계로 이루어진 광 집속형 태양전지 모듈의 어셈블리 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 광 집속형 태양전지 모듈이 태양광을 집속되는 개념을 설명하기 위한 모식도로서, 복수개의 태양전지 셀들(211,212,213,214)이 상부에 형성되어 있는 태양전지부(200)와; 복수개의 렌즈들(301,302,303,304)이 구비되어 있고, 상기 복수개의 렌즈들(301,302,303,304) 각각이 상기 태양전지 셀들(211,212,213,214)에 대응되어 상기 태양전지부(200)의 상부에 접착되어 있는 렌 즈부(300)로 구성된다.
이렇게 구성된 본 발명에 따른 광 집속형 태양전지 모듈은 태양광이 상기 렌즈부(300)의 복수개의 렌즈들(301,302,303,304)에 의해 태양전지 셀들(211,212,213,214)로 집속되어, 태양전지 모듈로 입사되는 태양광을 대부분 활용할 수 있어 태양전지 모듈의 효율을 극대화할 수 있습니다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 어셈블리 방법의 흐름도로서, 먼저, 복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부를 준비한다.(S10단계)
그 후, 복수개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부를 준비한다.(S20단계)
마지막으로, 상기 렌즈부의 복수개의 렌즈들 각각을 상기 태양전지 셀들에 대응시켜, 상기 렌즈부를 태양전지부의 상부에 접착시킨다.(S30단계)
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 렌즈부를 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 투명기판(320) 상부에 포토레지스트막(330)을 형성한다.
여기서, 상기 투명기판(320)은 유리기판이 바람직하다.
그리고, 상기 투명기판(320) 상부에 자외선 흡수막을 더 형성하고, 그 자외선 흡수막 상부에 포토레지스트막을 형성할 수도 있다.
그 다음, 상기 포토레지스트막(330)을 식각하여 상기 투명기판(320) 상부에 상호 이격된 복수개의 포토레지스트 섬들(331)을 형성한다.(도 5b)
이어서, 상기 복수개의 포토레지스트 섬들(331)을 리플로(Reflow)시켜 복수개의 렌즈들(331a)을 형성한다.(도 5c)
그러므로, 이 공정에 의해, 투명기판(320)과; 상기 투명기판(320) 상부에 형성된 복수개의 렌즈들(331a)로 이루어진 렌즈부를 제작할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따라 렌즈부를 형성하는 다른 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 전술된 도 5c의 공정 후, 반응 이온 에칭법으로 복수개의 렌즈들을 포함한 투명기판을 식각하면, 렌즈들의 형상이 투명기판 상부에 그대로 형성되어, 투명기판(320) 상부에는 상기 투명기판(320)과 동일한 물질로 이루어진 복수개의 렌즈 형상부들(321)이 형성된다.
한편, 본 발명은 잉크젯 드롭(Drop)에 의해 액상의 포토레지스트를 어레이시켜 투명기판에 도포하고, 도포된 포토레지스트 어레이를 경화시키면 렌즈 형상이 된다.
상기 렌즈 형상의 포토레지스트 어레이가 형성된 투명기판을 태양전지부에 접착시켜 태양전지 모듈을 제작할 수 있다.
그리고, 상기 렌즈 형상의 포토레지스트 어레이가 형성된 투명기판을 반응 이온 에칭법으로 식각하여, 투명기판 상부에 복수개의 렌즈 형상부들을 형성할 수 있다.
이런 렌즈 형상부들을 갖는 투명기판을 태양전지부에 접착시켜 태양전지 모듈을 제작할 수도 있다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따라 렌즈부를 형성하는 또 다른 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 이 공정은 자외선을 흡수할 수 있는 자외선 흡수막을 렌즈부에 형성하여, 태양전지 모듈의 입사되는 자외선을 상기 자외선 흡수막이 흡수함으 로써, 태양전지 셀들의 열화를 방지할 수 있어 신뢰성을 우수하게 할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 상기 자외선 흡수막은 TiO2막이 바람직하다.
즉, 도 7a에 도시된 바와 같이, 투명기판(320) 상부에 자외선 흡수막(350)을 형성하고, 그 자외선 흡수막(350) 상부에 복수개의 렌즈들(331a)을 형성한다.
그리고, 도 7b와 같이, 자외선 흡수막(350)을 투명기판(320) 하부에 형성하고, 투명기판(320) 상부에 복수개의 렌즈들(331a)을 형성한다.
도 7c의 경우는 자외선 흡수막(350)을 투명기판(320) 하부에 형성하고, 투명기판(320) 상부에 투명기판(320)과 동일한 물질로 이루어진 복수개의 렌즈 형상부들(321)을 형성한다.
즉, 태양전지 모듈의 측면에서는 상기 투명기판과 복수개의 렌즈들 사이, 또는 상기 렌즈부와 태양전지부 사이에는 자외선 흡수막이 더 구비되어 있으므로, 태양광의 자외선이 자외선 흡수막에서 흡수되는 것이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 복수개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부를 태양전지부의 상부에 접착시킴으로써, 태양광을 복수개의 렌즈들에 의해 태양전지 셀들로 집속시켜 태양전지 모듈의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자외선을 흡수할 수 있는 자외선 흡수막을 렌즈부에 형성하 여, 태양전지 모듈의 입사되는 자외선을 상기 자외선 흡수막이 흡수함으로써, 태양전지 셀들의 열화를 방지할 수 있어 신뢰성을 우수하게 할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 렌즈 어레이를 태양전지 모듈의 표면에 위치시켜서 열악한 기후 환경으로부터 태양전지 셀을 보호하여 태양전지 모듈의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (10)
- 복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부와;복수개의 렌즈들이 구비되어 있고, 상기 복수개의 렌즈들 각각이 상기 태양전지 셀들에 대응되어 상기 태양전지부의 상부에 접착되어 있는 렌즈부로 구성되며,상기 투명기판과 복수개의 렌즈들 사이, 또는 상기 렌즈부와 태양전지부 사이에는 자외선 흡수막이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈.
- 복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부와;복수개의 렌즈들이 구비되어 있고, 상기 복수개의 렌즈들 각각이 상기 태양전지 셀들에 대응되어 상기 태양전지부의 상부에 접착되어 있는 렌즈부로 구성되며,상기 렌즈부는,투명기판과;상기 투명기판 상부에 형성된 자외선 흡수막과;상기 자외선 흡수막 상부에 형성된 복수개의 렌즈들로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈.
- 제 2 항에 있어서,상기 복수개의 렌즈들은 상기 투명기판과 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 자외선 흡수막은,TiO2인 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈.
- 복수개의 태양전지 셀들이 상부에 형성되어 있는 태양전지부를 준비하는 단계와;복수개의 렌즈들이 구비되어 있는 렌즈부를 준비하는 단계와;상기 렌즈부의 복수개의 렌즈들 각각을 상기 태양전지 셀들에 대응시켜, 상기 렌즈부를 태양전지부의 상부에 접착시키는 단계로 이루어지며,상기 렌즈부를 준비하는 단계는,투명기판 상부에 포토레지스트막을 형성하는 공정과;상기 포토레지스트막을 식각하여 상기 투명기판 상부에 상호 이격된 복수개의 포토레지스트 섬들을 형성하는 공정과;상기 복수개의 포토레지스트 섬들을 리플로(Reflow)시켜 복수개의 렌즈들을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈의 어셈블리 방법.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,상기 복수개의 포토레지스트 섬들을 리플로(Reflow)시켜 복수개의 렌즈들을 형성하는 공정 후에,상기 복수개의 렌즈들을 포함한 투명기판을 반응 이온 에칭법으로 식각하여, 상기 투명기판과 동일한 물질로 이루어진 복수개의 렌즈 형상부들을 형성하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈의 어셈블리 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 투명기판 상부에 포토레지스트막을 형성하는 공정은,상기 투명기판 상부에 자외선 흡수막을 더 형성하고, 그 자외선 흡수막 상부에 포토레지스트막을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈의 어셈블리 방법.
- 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 투명기판은,그 하부에 자외선 흡수막이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 집속형 태양전지 모듈의 어셈블리 방법.
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