KR101283218B1 - 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판 상면에 형성되며, 제 1 홈을 포함하는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되며, 제 3 홈을 포함하는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 형성되며, 상기 제 3홈을 포함하는 전면 전극층을 포함하며, 상기 제 1 홈 또는 상기 제 3 홈 중 적어도 하나에 형성되는 파장변환물질을 포함한다.

Description

태양전지 모듈 및 이의 제조방법{SOLAR CELL MODULE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
실시예는 파장변환물질을 포함하는 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.
I-III-VI족 Chalcopyrite계 화합물 반도체 중 하나인 CIGS(CuInGaSe) 태양전지는 광 흡수가 뛰어나고, 얇은 두께로도 높은 광전 변환효율을 얻을 수 있으며, 전기 광학적 안정성이 매우 우수하여 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 태양전지로 부각되고 있다.
일반적으로, CIGS 태양전지는 유리 기판 상에 후면 전극층, 광 흡수층, 버퍼층, 전면 전극층을 순차적으로 형성시켜 제조될 수 있다. 먼저, 기판으로는 소다라임 유리판(sodalime glass), 스텐레스 스틸(stainless steel), 폴리머 (polyimide; PI) 등 다양한 소재가 사용될 수 있다. 후면 전극층은 비저항이 낮고 유기 기판과 열팽창 계수 차이가 적은 몰리브덴(Mo)이 주로 사용된다.
광 흡수층은 p 형 반도체층으로서, CuInSe2 또는 In의 일부를 Ga원소로 대치한 Cu(InxGa1 -x)Se2 등이 주로 사용된다. 광 흡수층은 증발법, 스퍼터링 및 셀렌화 공정 또는 전기 도금 등의 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
버퍼층은 격자상수와 에너지 밴드갭 차이가 큰 광 흡수층과 전면 전극층 사이에 배치되어 양호한 접합을 형성한다. 버퍼층으로는 화학 용액 증착법(chemical bath deposition; CBD)에 의해 제조되는 황화카드뮴이 주로 사용된다.
전면 전극층은 n 형 반도체층으로서, 버퍼층과 함께 광 흡수층과 pn 접합을 형성한다. 또한, 전면 전극층은 태양전지 전면의 투명전극으로서의 기능을 하기 때문에, 광 투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO) 가 주로 사용된다.
다만, 상기 광 흡수층은 일반적으로 약 500 nm 내지 약 1200 nm 파장의 광만을 선택적으로 흡수한다. 특히, 1200 nm 이상의 장파장은 상기 광 흡수층에서 흡수되지 못하고 투과된다. 따라서, 종래의 CIGS 태양전지는 약 500 nm 내지 약 1200 nm 의 파장의 광만을 제한적으로 사용하는 문제가 있다.
실시예는 장파장의 광을 변환하여 사용할 수 있는 태양전지 모듈 및 태양전지 모듈의 제공방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 지지기판 상면에 형성되며, 제 1 홈을 포함하는 후면 전극층; 상기 후면 전극층 상에 형성되며, 제 3 홈을 포함하는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 형성되며, 상기 제 3 홈을 포함하는 전면 전극층; 및상기 제 1 홈 또는 상기 제 3 홈 중 적어도 하나에 형성되는 파장변환물질을 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은 지지기판 상면에 제 1 홈을 포함하는 후면 전극층을 형성하는 단계; 상기 제 1 홈에 파장변환물질을 형성하는 단계; 상기 파장변환물질 및 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 상기 광 흡수층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 광 흡수층이 흡수할 수 없는 장파장의 광을 파장변환물질을 사용하여 광 흡수층이 흡수할 수 있는 영역 대의 광으로 변환할 수 있다. 이에 따라, 상기 광 흡수층은 보다 많은 양의 광을 흡수할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지 모듈의 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.
또한, 상기 파장변환물질은 태양전지 모듈의 비활성영역(Non-active Area; NAA)에 형성될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 비활성영역을 감소시키고, 효율적으로 사용함으로써 향상된 광-전 변환 효율은 제공할 수 있다.
또한, 상기 파장변환물질은 광의 파장을 변경할 뿐만 아니라, 광 경로를 변경시킬 수 있다. 따라서, 상기 태양전지 모듈의 비활성영역에 입사되는 광은 상기 파장변환물질에 의해서, 활성 영역을 향하여 출사될 수 있다. 따라서, 상기 태양전지 모듈의 광-전 변환 효율은 향상될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 파장변환물질에 의해 광 경로 및 파장이 변환되는 과정을 설명하는 단면도이다.
도 3 내지 도 6 은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
본 명세서 내에 정의되는 바와 같이, "메타-물질"이라는 용어는 옹스트롬 또는 나노미터 레벨과 같이 매우 미세한 레벨에서 두개 이상의 상이한 물질의 혼합 또는 배열에 의해 형성되는 복합 물질을 나타낸다. 메타-물질은 복합물질의 전자기 특성을 맞추게 할 수 있고, 이때 메타-물질은 효율적인 유전율(또는 상대 유전율) 및 효율적인 상대 투자율에 의해 정해질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도이다. 도 1를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지는 파장변환물질(10), 지지기판(100), 후면 전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면 전극층(600)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면 전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면 전극층(600)을 지지한다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있고 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 지지기판(100)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면 전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면 전극층(200)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 가운데, 특히 몰리브덴(Mo)은 다른 원소에 비해 상기 지지기판(100)과 열팽창 계수의 차이가 적기 때문에, 접착성이 우수하여 박리현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 제 1 홈(P1)을 포함한다. 즉, 상기 후면 전극층(200)은 상기 제 1 홈(P1)에 의하여 패터닝 될 수 있다. 또한, 상기 제 1 홈(P1)은 도 2에서와 같이 스트라이프(stripe) 형태뿐만 아니라 매트릭스(matrix) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면 전극층(200) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)(Se,S)2; CIGSS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴, ZnS, InXSY 및 InXSeYZn(O, OH) 등을 포함한다. 상기 버퍼층(400)의 두께는 약 50 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 일 수 있으며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2 eV 내지 2.4 eV 일 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1 eV 내지 약 3.3 eV 일 수 있다. 또한, 상기 고저항 버퍼층(500)은 생략될 수 있다.
상기 전면 전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(600)은 상기 광 흡수층(300) 상의 고저항 버퍼층(500)과 직접 접촉하여 배치될 수 있다.
상기 전면 전극층(600)은 투광성 전도성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전면 전극층(600)은 n 형 반도체의 특성을 가질 수 있다. 이 때, 상기 전면 전극층(600)은 상기 버퍼층(400)과 함께 n 형 반도체층을 형성하여 p 형 반도체층인 상기 광 흡수층(300)과 pn 접합을 형성할 수 있다. 상기 전면 전극층(600)은, 예를 들어, 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(AZO)로 형성될 수 있다. 상기 전면 전극층(600)의 두께는 약 100 nm 내지 약 500 nm 일 수 있다.
상기 전면 전극층(600)은 제 3 홈(P3)을 포함한다. 더 자세하게, 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면 전극층(600)은 상기 제 3 홈(P3)에 의해 구분될 수 있으며, 상기 제 3 홈(P3)에 의해 각각의 태양전지 셀들(C1, C2, C3..)은 서로 분리될 수 있다.
실시예에 따른 태양전지 모듈은 파장변환물질(10)을 포함한다. 상기 파장변환물질(10)은 제 1 파장의 광을 입사 받아 제 2 파장의 광으로 변환할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 파장은 장파장이고, 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 짧은 파장일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 파장은 약 1200 nm 이상이고, 상기 제 2 파장은 약 500 nm 내지 약 1200 nm 일 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 태양전지의 광 흡수층은 일반적으로 약 500 nm 내지 약 1200 nm 파장의 광만을 선택적으로 흡수한다. 특히, 1200 nm 이상의 장파장은 상기 광 흡수층에서 흡수되지 못하고 투과되어, 상기 영역 대의 장파장은 사용할 수 없는 문제가 있다. 실시예는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 파장변환물질(10)을 사용하여 장파장의 광을 상기 광 흡수층(300)이 흡수할 수 있는 영역 대의 광으로 변환하고자 한다.
상기 파장변환물질(10)은 상기 제 1 홈 또는 상기 제 3 홈 중 적어도 하나에 형성된다. 또한, 상기 파장변환물질은(10)은 상기 지지기판(100)의 하면에 추가로 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 파장변환물질(10)은 상기 제 1 홈, 상기 제 3 홈 및 상기 지지기판(100)의 하면에 모두 배치되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 홈 및 상기 제 3 홈은 태양전지 모듈의 비활성영역(Non-active Area; NAA)에 형성된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “비활성영역(NAA)”이란 태양전지 모듈로 입사되는 광이 전기에너지로 변환되지 않는 영역을 의미한다. 즉, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 비활성영역에 상기 파장변환물질을 형성함으로써, 상기 비활성영역을 감소시키고 효율적으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 향상된 광-전 변환 효율은 제공할 수 있다.
도 1에서와 같이, 상기 제 1 홈(P1) 및 상기 제 3 홈(P3)은 각각 한 개 혹은 다수개를 포함할 수 있다. 상기 제 1 홈(P1) 및 상기 제 3 홈(P3)이 다수개인 경우, 상기 파장변환물질(10)은 복수개의 제 1 홈들(P1)의 전부 혹은 일부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 파장변환물질(10)은 복수개의 제 3 홈들(P3)의 전부 혹은 일부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 하면에 배치되는 파장변환물질(10)은 상기 지지기판(100) 하면의 임의의 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100) 하면에 배치되는 파장변환물질(10)은 상기 제 1 홈(P1)과 대응되는 지지기판(100)의 하면에 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 홈(P1)은 상기 파장변환물질(10)을 포함하지 않을 수 있다. 즉, 상기 지지기판(100) 하면에 배치되는 파장변환물질(10)은 파장변환물질(10)이 형성되지 않은 제 1 홈을 투과한 광의 파장을 변환시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실시예에 따른 파장변환물질(10)은 광의 파장을 변환할 뿐만 아니라, 광의 경로를 변경시킨다. 도 2를 참조하면, 상기 파장변환물질(10)에 의해서 파장이 변환된 광은 모든 방향으로 출사된다. 즉, 상기 파장변환물질(10)에 의해서, 상기 비활성영역들(NAA)에 입사되는 장파장의 태양광은 다른 파장의 광으로 변환되고, 광 경로가 변경되어 상기 활성영역들(AA)에 입사될 수 있다. 이에 따라서, 많은 양의 광을 상기 활성영역들(AA)에 입사시킬 수 있으며, 결국 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 파장변환물질(10)에 의해서 향상된 발전효율을 구현할 수 있다.
상기 파장변환물질은 희토류계 산화물 형광체를 포함할 수 있다. 상기 희토류계 산화물 형광체는 희토류계 산화물 및 상기 희토류계 산화물에 도핑된 희토류 금속을 추가로 포함할 수 있다. 상기 희토류계 산화물은 Y, Dy, Sm, Gd, La, Ho, Eu, Tm, Er, Ce, Tb, Pr, Yb, Nd, 또는 Lu 의 산화물일 수 있다. 또한, 상기 산화물에 도핑되는 희토류 금속은 Y, Dy, Sm, Gd, La, Ho, Eu, Tm, Er, Ce, Tb, Pr, Yb, Nd, Lu 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 파장변환물질은 Y2O3:Eu 로 표시되는 형광체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 희토류계 산화물에는 상기 언급한 희토류 금속 외에도 Al 등이 도핑 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 파장변환물질은 메타-물질을 포함한다. 본 명세서 내에 정의되는 바와 같이, "메타-물질"이라는 용어는 옹스트롬 또는 나노미터 레벨과 같이 매우 미세한 레벨에서 두 개 이상의 상이한 물질의 혼합 또는 배열에 의해 형성되는 복합 물질을 나타낸다. 메타-물질은 복합물질의 전자기 특성을 맞추게 할 수 있고, 이때 메타-물질은 효율적인 유전율(또는 상대 유전율) 및 효율적인 상대 투자율에 의해 정해질 수 있다.
도 3 내지 도 6은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 도시하는 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양전지 모듈에 대한 설명을 참고한다.
도 3를 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면 전극층(200)이 형성된다. 상기 후면 전극층(200)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 후면 전극층(200)은 제 1 홈(P1)을 포함한다. 즉, 상기 후면 전극층(200)은 상기 제 1 홈(P1)에 패터닝 될 수 있다. 또한, 상기 제 1 홈(P1)은 도 3에서와 같이 스트라이프(stripe) 형태뿐만 아니라 매트릭스(matrix) 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 홈(P1)의 폭은 약 80 ㎛ 내지 약 200 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 상기 제 1 홈(P1)에 상기 파장변환물질(10)을 형성한다. 일 구현예로, 상기 파장변환물질(10)은 Y2O3:Eu 일 수 있다. 예를 들어, 상기 파장변환물질(10)은 에틸렌디아민을 용매로 하여 용매열합성으로 약 200 ℃에서 약 1 시간 내지 약 5 시간 반응시킨 후, 약 1,000℃ 에서 약 1,4000℃로 약 2 시간 내지 약 4 시간 동안 대기중에서 열처리 과정으로 Eu가 도핑 된 Y2O3 나노 입자를 제조할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 후면 전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면 전극층(600)을 형성하고, 제 2 홈(P2)을 형성한다.
상기 광 흡수층(300)은 예를 들어, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 이면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다. 이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층(300)이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 황화 카드뮴이 화학 용액 증착법(chemical bath deposition; CBD)에 의해서 증착되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 광 흡수층(400), 상기 버퍼층(500) 및 상기 고저항 버퍼층(600)에는 제 2 홈(P2)이 형성된다. 상기 제 2 홈(P2)은 기계적인(mechnical) 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 후면전극층(300)의 일부가 노출된다. 상기 제 2 홈(P2)은 상기 광 흡수층(400)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 홈(P2)은 상기 후면전극층(300)의 상면을 노출하는 오픈영역이다. 상기 제 2 홈(P2)의 폭은 약 80 ㎛ 내지 약 200 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질을 적층하여 제 2 전극인 전면 전극층(600) 및 접속배선(700)을 형성한다. 상기 투명한 도전물질을 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 적층 시킬 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 제 2 홈(P2)의 내부에도 삽입되어, 상기 접속배선(700)을 형성할 수 있다. 상기 후면전극층(200)과 상기 전면 전극층 (600)은 상기 접속배선(350)에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 전면 전극층(600)은 상기 광 흡수층(300)과 pn 접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 산화 아연에 알루미늄을 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 전극층(600)은 RF 스퍼터링방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과 Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학증착법 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면 전극층(600)을 관통하는 제 3 홈(P3)을 형성한다. 상기 제 3 홈(P3)에 의해 태양전지 단위 셀들(C1, C2, C3..)은 서로 구분될 수 있으며, 상기 태양전지 셀들은 상기 접속배선(350)에 의해 서로 연결된다. 상기 제 3 홈(320)은 기계적(Mechanical)인 방법으로 형성하거나, 레이저(laser)를 조사(irradiate)하여 형성할 수 있으며, 상기 후면전극 패턴(200)의 상면이 노출되도록 형성될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 지지기판 상면에 형성되며, 제 1 홈을 포함하는 후면 전극층;
    상기 후면 전극층 상에 형성되며, 제 3 홈을 포함하는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 형성되며, 상기 제 3 홈을 포함하는 전면 전극층; 및
    상기 제 1 홈 또는 상기 제 3 홈 중 적어도 하나에 형성되는 파장변환물질을 포함하고,
    상기 파장변환물질은,
    1200 nm 이상의 제 1 파장의 광을 입사 받아, 500 nm 내지 1200 nm 의 제 2 파장의 광으로 출사하는 태양전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 상기 지지기판의 하면에 추가 형성된 태양전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 희토류계 산화물 형광체를 포함하는 태양전지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 희토류계 산화물 형광체는,
    Y, Dy, Sm, Gd, La, Ho, Eu, Tm, Er, Ce, Tb, Pr, Yb, Nd, 또는 Lu 를 포함하는 희토류계 산화물; 및
    상기 희토류계 산화물에 도핑된 희토류 금속을 포함하는 태양전지 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 희토류계 산화물 형광체는 하기 화학식으로 표시되는 태양전지 모듈.
    [화학식 1]
    Y2O3:Eu
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 메타-물질을 포함하는 태양전지 모듈.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 흡수층은 제 2 홈을 추가 포함하는 태양전지 모듈.
  9. 지지기판 상면에 제 1 홈을 포함하는 후면 전극층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 홈에 파장변환물질을 형성하는 단계;
    상기 파장변환물질 및 상기 후면 전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 상에 전면 전극층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 파장변환물질은,
    1200 nm 이상의 제 1 파장의 광을 입사 받아, 500 nm 내지 1200 nm 의 제 2 파장의 광으로 출사하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 흡수층을 형성하는 단계 후에,
    상기 광 흡수층을 관통하는 제 2 홈을 형성하는 단계를 추가 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전면 전극층을 형성하는 단계 후에,
    상기 전면 전극층을 관통하는 제 3 홈을 형성하고, 상기 제 3 홈에 파장변환물질을 형성하는 단계를 추가 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지기판 하면에 상기 파장변환물질을 형성하는 단계를 추가 포함하는 태양전지 모듈의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101489913B1 (ko) 2014-03-13 2015-02-06 한국과학기술연구원 업컨버전 나노입자를 포함하는 gpr 및 이를 이용한 태양전지

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102453973B1 (ko) * 2020-02-14 2022-10-12 고려대학교 산학협력단 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈
KR102363048B1 (ko) * 2020-03-05 2022-02-15 고려대학교 산학협력단 병렬 및 직렬 연결 구조를 갖는 태양전지 모듈
CN113285036A (zh) * 2021-05-21 2021-08-20 信利半导体有限公司 一种有机光伏器件及其制作方法
CN116367564A (zh) * 2021-12-24 2023-06-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 太阳能电池及其制造方法、光伏组件和用电装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204222A (ja) * 1995-01-23 1996-08-09 Katsuyasu Kono 受光素子
KR20110086267A (ko) * 2010-01-22 2011-07-28 주성엔지니어링(주) 태양전지 및 그 제조방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI335085B (en) * 2007-04-19 2010-12-21 Ind Tech Res Inst Bifacial thin film solar cell and method for fabricating the same
EP2203943A4 (en) * 2007-10-12 2015-10-14 Omnipv Inc SOLAR MODULES WITH INCREASED EFFICIENCIES THROUGH THE USE OF SPECTRAL CONCENTRATORS
KR20090069894A (ko) * 2007-12-26 2009-07-01 엘지전자 주식회사 형광체를 포함한 태양전지 모듈 및 그 제조 방법
TW201005972A (en) 2008-07-17 2010-02-01 Nexpower Technology Corp Thin film solar cell having photo-luminescent medium coated therein and manufacturing method thereof
US10847666B2 (en) * 2009-09-25 2020-11-24 Immunolight, Llc Up and down conversion systems for improved solar cell performance or other energy conversion
KR101154663B1 (ko) * 2009-10-30 2012-06-08 엘지이노텍 주식회사 태양광 발전장치
KR101082351B1 (ko) 2009-12-24 2011-11-10 한국에너지기술연구원 형광체를 사용한 고효율 태양전지
US20120132277A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 General Electric Company Photovoltaic device and method for making

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204222A (ja) * 1995-01-23 1996-08-09 Katsuyasu Kono 受光素子
KR20110086267A (ko) * 2010-01-22 2011-07-28 주성엔지니어링(주) 태양전지 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101489913B1 (ko) 2014-03-13 2015-02-06 한국과학기술연구원 업컨버전 나노입자를 포함하는 gpr 및 이를 이용한 태양전지

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