KR101364584B1

KR101364584B1 - 태양전지

Info

Publication number: KR101364584B1
Application number: KR1020120077981A
Authority: KR
Inventors: 최대규
Original assignee: 최대규
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-19
Also published as: KR20140011461A

Abstract

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 심재를 전극으로 하고, 전도성 심재의 외주면에 전도성이 우수한 탄소나노튜브층과 태양광을 흡수하는 반도체층을 차례로 형성함으로써 외주면 전면에서 태양광을 흡수할 수 있도록 하여 최대의 효율로 태양광을 흡수하는 것은 물론 전도도가 우수하고 설치가 용이한 태양전지에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 태양전지는 중앙에 심재를 구비하고, 상기 심재의 외주면에 반도체층이 형성된 태양전지에 있어서; 상기 심재의 외주면에는 탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)층이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지{Solar cell}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 심재를 전극으로 하고, 전도성 심재의 외주면에 전도성이 우수한 탄소나노튜브층과 태양광을 흡수하는 반도체층을 차례로 형성함으로써 외주면 전면에서 태양광을 흡수할 수 있도록 하여 최대의 효율로 태양광을 흡수하는 것은 물론 전도도가 우수하고 설치가 용이한 태양전지에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다.

태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.

이러한, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 태양광이 입사되면 태양광과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.

이를 광기전력효과(photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형 및 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극으로 이동하게 되고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다

이와 같은 태양전지의 출력특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양전지로 입사하는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율에 의해 평가된다.

태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지의 태양광에 대한 흡수율을 높이고, 캐리어들의 재결합 정도를 줄여야 하며, 반도체 기판 및 전극에서의 저항을 낮추어야 한다. 태양전지에 대한 연구들은 대체로 이들과 관련하여 진행되고 있다.

최근에는 전면에서의 전극에 의한 흡수율 감소를 없애기 위하여, 전극 모두를 후면에 설치하는 IBC(Interdigit Back Contact cell)형 태양전지가 개발되고 있다.

대한민국 공개특허 공개번호 10-2008-0087337호(ＩＢＣ형 태양전지의 제조방법 및 ＩＢＣ형 태양전지)는 후면전극형 태양전지에 관한 것으로, 제조 공정을 개선하여 제조 공정을 단순화하고 제조 비용을 감소하고 있는 효과가 있다고 하고 있으나, 기본적으로 태양전지는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 태양광 모듈은 일측면에서만 태양광을 흡수하기 때문에 바닥에 눕혀놓는 형태로 구성되어 있어 아침시간이나 늦은 오후 시간에는 태양광의 흡수효율이 낮았다.

둘째, 태양광 흡수효율을 높이기 위해서는 태양광을 추적하는 추적기를 별도로 구성하고, 추적기에서의 추적결과에 따라 모터를 이용해 태양광 모듈을 해당 방향으로 계속 이동시켜야 태양광 모듈을 구성하는 별도의 추가비용이 소요되므로 이는 결국 태양광 모듈 생산 단가가 증가되는 문제로 이어지게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전도성 심재를 전극으로 하고, 전도성 심재의 외주면에 전도성이 우수한 탄소나노튜브층과 태양광을 흡수하는 반도체층을 차례로 형성함으로써 외주면 전면에서 태양광을 흡수할 수 있도록 하여 최대의 효율로 태양광을 흡수하는 것은 물론 전도도가 우수하고 설치가 용이한 태양전지를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 태양전지는, 중앙에 심재를 구비하고, 상기 심재의 외주면에 반도체층이 형성된 태양전지에 있어서; 상기 심재의 외주면에는 탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)층이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 태양전지는, 전도성 심재를 전극으로 하며, 상기 심재의 외주면에 탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)층이 형성되고, 상기 탄소나노튜브층 외주면에는 복수의 반도체층과 투명도전층이 차례로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 태양전지의 외주면 전면에서 태양광을 흡수하도록 구성되어 있으므로 태양광 흡수 효율을 최대화할 수 있다.

둘째, 태양전지를 세워서 구성하고 외주면 전면에서 태양광을 흡수할 수 있기 때문에 태양광 추적기나 모터 등이 불필요하므로 최대한 저렴하게 태양전지를 구성할 수 있다.

셋째, 특별히 그 크기를 제한할 필요가 없으므로 산업용뿐 아니라 개인용 및 휴대용으로 구성하기 용이하다.

넷째, 탄소나노튜브층을 이용함으로써 강도와 열전도율이 우수한 태양전지를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양전지의 구조를 설명하기 위한 종단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 태양전지의 제1구성예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 태양전지의 제2구성예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제1예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제2예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제3예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5에 나타낸 태양전지의 제1설치예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 5에 나타낸 태양전지의 제2설치예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 11은 도 10에 태양전지의 평면도이다.
도 12는 도 10에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 본 발명 제3실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 14는 도 13에 나타낸 태양전지의 구조를 설명하기 위한 종단면도이다.
도 15는 도 13에 나타낸 태양전지의 평면도이다.
도 16은 도 13에 나타낸 태양전지의 설치예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 17은 본 발명 제4실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 18은 본 발명에 따른 태양전지의 제1구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 19는 본 발명에 따른 태양전지의 제2구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 20은 본 발명에 따른 태양전지의 제3구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 21은 본 발명에 따른 태양전지의 제4구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 22는 본 발명에 따른 태양전지의 제5구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 23은 본 발명에 따른 태양전지의 제6구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 24는 본 발명에 따른 태양전지의 제7구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 25는 본 발명에 따른 태양전지의 제8구성예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 26은 본 발명에 따른 태양전지를 직물형태로 생산한 예시도이다.
도 27 내지 도 28은 본 발명에 따른 태양전지를 이용한 의복의 형태를 나타낸 예시도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양전지의 구조를 설명하기 위한 종단면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 태양전지의 제1구성예를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 1에 나타낸 태양전지의 제2구성예를 설명하기 위한 평면도이다.

본 발명 제1실시예에 따른 태양전지는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 전도성 심재(10)과, 진도성 심재(10) 외주면에 형성되는 탄소나노튜브층(20)과, 탄소나노튜브층(20) 외주면에 형성되는 반도체층(실리콘층)(30)으로 구성된다.

여기서, 전도성 심재(10)와 탄소나노튜브층(20)은 태양전지의 전극으로써, 전도성 심재(10)는 탄소재질이나 금속재질 및 전도성 섬유 중 하나로 구성할 수 있다. 그리고, 탄소재질로 구성하는 경우에는 탄소섬유로 구성할 수 있다.

이러한 탄소섬유는 내식성이 크고, 열팽창이 작으면서도 전기 전도성 및 내열성이 뛰어나다. 또한 탄소섬유는 금속(예로써 알루미늄)보다 가볍고, 금속(예로써 철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다는 장점이 있다.

한편, 전도성 심재(10)를 금속 재질로 구성하는 경우에는 그 재질을 특별히 한정할 필요는 없으나 은 또는 알루미늄으로 구성하는 것이 바람직하다.

그리고 탄소나노튜브층(20) 역시 강도면에서는 강철의 100배, 전기전도는 구리에 비해 10~100배 우수하므로 강도와 열전도율이 우수한 태양전지를 생산할 수 있다.

한편, 반도체층(30)은 태양광 중 전자를 흡수하는 제1반도체층(N형 반도체층)(도 3의 31 참조) 또는 태양광 중 정공을 흡수하는 제2반도체층(P형 반도체층)(도 4의 32 참조) 중 하나로 이루어진다.

여기서, 전도성 심재(10)과, 탄소나노튜브층(20)과, 반도체층(30)은 원형의 봉 형상으로 형성되어 있는데, 이러한 원형의 봉형상으로 형성하는 경우 태양전지의 외주면 전면에서 태양광을 흡수하도록 구성되어 있으므로 태양광 흡수 효율을 최대화할 수 있다.

또한 태양전지를 세워서 구성하고 외주면 전면에서 태양광을 흡수할 수 있기 때문에 태양광 추적기나 모터 등이 불필요하므로 최대한 저렴하게 태양전지를 구성할 수 있다.

그리고 특별히 그 크기를 제한할 필요가 없으므로 산업용뿐 아니라 개인용 및 휴대용으로 구성하기 용이하다.

특히 탄소나노튜브층을 이용함으로써 강도와 열전도율이 우수한 태양전지를 생산할 수 있다.

한편 이러한 태양전지를 구성함에 있어 설명의 편의를 위하여 도면상에서는 원형의 봉 형상으로 구성하였지만 외부로 노출된 전면에서 태양광을 흡수하도록 한다면 원형뿐 아니라 타원형, 사각형 등 특별히 그 형상을 한정할 필요는 없다.

도 5는 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제1예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제2예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제3예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층(50)을 형성한 제1예를 나타내고 있고, 도 6은 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층(50)을 형성한 제2예를 나타내고 있으며, 도 7은 도 1에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 제3예를 나타내고 있다.

이때, 도 5는 도 3의 제1 반도체층(31)과 도 4의 제2 반도체층(32)의 외주면에 각각 진성 실리콘층(50)을 형성한 것이고, 도 6은 도 3의 제1 반도체층(31)과 도 4의 제2 반도체층(32) 두 개를 쌍으로 하고 설정된 간격만큼 이격시킨 후 그 외주면에 공통의 진성 실리콘층(50)을 형성한 것이며, 도 7은 도 3의 제1 반도체층(31)과 도 4의 제2 반도체층(32) 복수개를 교대로 설정된 간격만큼 이격시킨 후 그 외주면에 공통의 진성 실리콘층(50)을 형성하고, 그 외주면에 투명절연막(60)을 형성한 것이다.

여기서 반도체층(30, 31, 32)의 외주면에는 각각 진성 실리콘층(50)이 형성된 것을 나타내고 있지만, 둘 중 하나의 반도체층 외주면에만 진성 실리콘층(50)이 형성될 수도 있다. 이러한 진성실리콘층(50)에 의해 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)이 직접접촉하는 것에 따른 쇼트를 방지할 수 있다.

한편, 투명절연막(60)은 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있는데, 투명절연막(60)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA : Poly Methyl Methacrylate)(아크릴수지), 폴리비닐 알콜(PVA : Polyvinyl Alcohol) 필름 및 폴리이미드(PI : Polyimide) 필름 중 하나로 형성될 수 있으나 절연막이면서 투명하다면 특별히 한정할 필요는 없다.

도 8은 도 5에 나타낸 태양전지의 제1설치예를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 5에 나타낸 태양전지의 제2설치예를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 도 5에 나타낸 태양전지들 다수 개가 소정간격으로 이격되어 그물망 형태로 서로 교호로 꼬이면서 교차되게 설치된 것을 나타내고 있다.

도 9는 도 5에 나타낸 태양전지들 다수 개가 소정간격으로 이격되어 하나의 층을 이루며, 층들이 상하로 형성되되, 매트릭스형태로 설치된 것을 나타내고 있다.

도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 11은 도 10에 태양전지의 평면도이며, 도 12는 도 10에 나타낸 태양전지의 외주면에 진성실리콘층을 형성한 상태를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명 제2실시예에 따른 태양전지는 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 전도성 심재(10)과, 진도성 심재(10) 외주면에 형성된 금속피막(40)과, 금속피막(40) 외주면에 형성된 탄소나노튜브층(20) 및 탄소나노튜브층(20) 외주면에 형성되는 반도체층(실리콘층)(30)으로 구성된다.

여기서, 전도성 심재(10)와 탄소나노튜브층(20)은 태양전지의 전극으로써, 탄소재질이나 금속재질 및 전도성 섬유 중 하나로 구성할 수 있다.

그리고, 탄소재질로 구성하는 경우에는 탄소섬유로 구성할 수 있다. 이러한 탄소섬유는 내식성이 크고, 열팽창이 작으면서도 전기 전도성 및 내열성이 뛰어나다. 또한 탄소섬유는 금속(예로써 알루미늄)보다 가볍고, 금속(예로써 철)에 비해 탄성과 강도가 뛰어나다는 장점이 있다.

물론, 전도성 심재(10)를 금속 재질로 구성하는 경우에는 그 재질을 특별히 한정할 필요는 없으나 은 또는 알루미늄으로 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 금속피막(40)은 은(Ag) 또는 알루미늄 피막으로 구성할 수 있는데, 전도성 심재(10)를 탄소섬유 또는 전도성 섬유로 구성한 경우 금속피막(40)을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 반도체층(30)은 태양광 중 전자를 흡수하는 제1 반도체층(도 3의 31 참조) 또는 태양광 중 정공을 흡수하는 제2 반도체층(도 4의 32 참조) 중 하나로 이루어진다.

여기서, 전도성 심재(10)과, 금속피막(40), 탄소나노튜브층(20)과, 반도체층(30) 및 진성 실리콘층(50)은 원형의 봉 형상으로 형성되어 있는데, 이러한 원형의 봉형상으로 형성하는 경우 태양전지의 외주면 전면에서 태양광을 흡수하도록 구성되어 있으므로 태양광 흡수 효율을 최대화할 수 있다.

한편 이러한 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 구성함에 있어서도 설명의 편의를 위하여 도면상에서는 원형의 봉 형상으로 구성하였지만 외부로 노출된 전면에서 태양광을 흡수하도록 한다면 원형뿐 아니라 타원형, 사각형 등 특별히 그 형상을 한정할 필요는 없다.

또한 이러한 구성에 따라 도 8 내지 도 9에 나타낸 바와 같은 설치예로 설치할 수도 있다.

그리고 이러한 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지 역시 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같은 진성실리콘층(50) 및 투명 절연막(60)을 추가로 구성할 수 있다.

도 13은 본 발명 제3실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이고, 도 14는 도 13에 나타낸 태양전지의 구조를 설명하기 위한 종단면도이며, 도 15는 도 13에 나타낸 태양전지의 평면도이고, 도 16은 도 13에 나타낸 태양전지의 설치예를 설명하기 위한 평면도이다.

본 발명 제3실시예에 따른 태양전지는 도 13 내지 도 16에 나타낸 바와 같이, 전도성 심재(10), 탄소나노튜브층(20), 제1반도체층(31), 진성실리콘층(50), 제2반도체층(32) 및 투명도전층(70)으로 구성된다.

여기서, 전도성 심재(10)와 탄소나노튜브층(20)은 태양전지의 제1전극으로써, 탄소재질이나 금속재질 및 전도성 섬유 중 하나로 구성할 수 있다.

그리고, 탄소재질로 구성하는 경우에는 탄소섬유로 구성할 수 있다.

여기서, 제1반도체층(31)은 태양광 중 전자를 흡수하는 N형 반도체 또는 태양광 중 정공을 흡수하는 P형 반도체 중 하나로 이루어진다.

진성실리콘층(50)은 제1 반도체층(31)과 제2 반도체층(32)이 직접접촉하는 것에 따른 쇼트를 방지한다.

그리고, 제2반도체층(32)은 태양광 중 정공을 흡수하는 P형 반도체 또는 태양광 중 전자를 흡수하는 N형 반도체 중 하나로 이루어지되, 제1반도체층(31)과는 상대적으로 다른 불순물 반도체층으로 구성된다.

투명도전층(70)은 태양전지의 제2전극으로, TCO(Transparent Conductive Oxide)나 그래핀 중 하나로 형성할 수 있다.

한편, 이러한 투명도전층(70) 외주면에 도 16에서와 같이 투명절연막(60)을 형성할 수 있다.

투명절연막(60)은 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있는데, 투명절연막(60)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA : Poly Methyl Methacrylate)(아크릴수지), 폴리비닐 알콜(PVA : Polyvinyl Alcohol) 필름 및 폴리이미드(PI : Polyimide) 필름 중 하나로 형성될 수 있으나 절연막이면서 투명하다면 특별히 한정할 필요는 없다.

여기서, 전도성 심재(10)과, 탄소나노튜브층(20)과, 제1반도체층(31), 진성 실리콘층(50), 제2반도체층(32), 투명도전층(70) 및 투명절연막(60)은 원형의 봉 형상으로 형성되어 있는데, 이러한 원형의 봉형상으로 형성하는 경우 태양전지의 외주면 전면에서 태양광을 흡수하도록 구성되어 있으므로 태양광 흡수 효율을 최대화할 수 있다.

이러한 본 발명 제3실시예의 경우 하나의 전도성 심재(10) 외주면에 탄소나노튜브층(20), 제1반도체층(31), 진성실리콘층(50) 및 제2반도체층(32)을 차례로 형성함으로써 전자와 정공을 모두 흡수하는 것을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명 제3실시예에 따른 태양전지 역시 태양전지를 세워서 구성하고 외주면 전면에서 태양광을 흡수할 수 있기 때문에 태양광 추적기나 모터 등이 불필요하므로 최대한 저렴하게 태양전지를 구성할 수 있다.

한편 이러한 본 발명 제3실시예에 따른 태양전지를 구성함에 있어서도 설명의 편의를 위하여 도면상에서는 원형의 봉 형상으로 구성하였지만 외부로 노출된 전면에서 태양광을 흡수하도록 한다면 원형뿐 아니라 타원형, 사각형 등 특별히 그 형상을 한정할 필요는 없다.

도 17은 본 발명 제4실시예에 따른 태양전지를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명 제4실시예에 따른 태양전지는 도 17에 나타낸 바와 같이, 전도성 심재(10), 금속피막(40), 탄소나노튜브층(20), 제1반도체층(31), 진성실리콘층(50), 제2반도체층(32) 및 투명도전층(70)으로 구성된다.

이러한 본 발명 제4실시예에 따른 태양전지는 본 발명 제3실시예에 따른 태양전지에서 전도성 심재(10)와 탄소나노튜브층(20)사이에 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 금속피막(40)을 더 형성한 것으로 상세한 설명은 도 13 내지 도 16에서 상세히 나타내었으므로 생략하기로 한다.

도 18은 본 발명에 따른 태양전지의 제1구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제1구성예는 도 18에 나타낸 바와 같이, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 태양전지를 구성한 예를 나타낸 것으로, 전도성 심재(10)와 탄소나노튜브층(20)을 전극으로 하며, 각각의 탄소나노튜브층(20) 외주면에 제1반도체층(31) 또는 제2반도체층(32)이 형성되고, 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)의 외주면에 진성실리콘층(50)이 형성된다. 이때, 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 수평한 방향으로 교번되어 형성되어 있다. 물론 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 수직한 방향으로 교번되어 형성될 수도 있다. 그리고 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다. 이때, 투명절연막(60)은 진성실리콘층(50)의 외주면 중 양측 끝단을 제외한 부분에 형성된다.

이때, 기본적으로 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32) 외주면에는 각각 진성실리콘층(50)이 형성될 수도 있지만, 둘 중 하나의 반도체층 외주면에만 진성실리콘층(50)이 형성될 수도 있음을 도 18의 확대도를 통해 나타내고 있다.

이와 같은 진성실리콘층(50)에 의해 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)이 직접접촉하는 것에 따른 쇼트를 방지할 수 있다.

여기서 투명절연막(60)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA : Poly Methyl Methacrylate)(아크릴수지), 폴리비닐 알콜(PVA : Polyvinyl Alcohol) 필름 및 폴리이미드(PI : Polyimide) 필름 중 하나로 형성될 수 있으나 절연막이면서 투명하다면 특별히 한정할 필요는 없다.

물론 이러한 본 발명에 따른 태양전지의 제1구성예에서는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지를 예로 하여 설명하였으나, 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수도 있다.

도 19는 본 발명에 따른 태양전지의 제2구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제2구성예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지나 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수 있는 것으로, 도 18에 나타낸 바와 같은 태양전지의 제1구성예에서 각각의 태양전지가 수평한 방향으로 교번되어 단일층으로 구성됨에 반해 제2구성예에서는 태양전지를 구성하는 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)이 수평한 방향으로 교번되어 형성됨은 물론 복수층으로 형성된 것을 나타내고 있다. 물론 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)의 복수층은 수직한 방향으로 교번되어 형성될 수도 있다. 그리고 이러한 제2구성예에서도 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다.

도 20은 본 발명에 따른 태양전지의 제3구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제3구성예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지나 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수 있는 것으로, 도 20에 나타낸 바와 같이 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 각각 서로간에는 이웃하도록 구성되고, 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 서로 다른 층에서 교차하도록 구성되어 있다. 그리고 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다.

도 21은 본 발명에 따른 태양전지의 제4구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제4구성예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지나 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수 있는 것으로, 도 21에 나타낸 바와 같이 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 수평한 방향으로 교번되어 형성되되, 복수의 층으로 구성된 것을 나타내고 있다. 그리고 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다.

도 22는 본 발명에 따른 태양전지의 제5구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제5구성예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지나 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수 있는 것으로, 도 22에 나타낸 바와 같이 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 각각 동일한 반도체층이 이웃하도록 구성되고, 다른 반도체층이 동일한 방향으로 상측에 구성된 것을 나타내고 있다. 이때, 도 22에서는 N형의 제1반도체층(31)이 상부에, P형의 제2반도체층(32)이 하부에 구성된 것을 나타내고 있다. 그리고 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다.

도 23은 본 발명에 따른 태양전지의 제6구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제6구성예는 도 22에 나타낸 제5구성예와 달리 N형의 제1 반도체층(31)이 하부에, P형의 제2 반도체층(32)이 상부에 구성된 것을 나타내고 있다.

도 24는 본 발명에 따른 태양전지의 제7구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제7구성예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지나 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수 있는 것으로, 본 발명에 따른 태양전지의 제7구성예는 도 24에 나타낸 바와 같이, 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32)은 수평한 방향으로 교번되어 형성되어 있고, 복수층으로 형성되되, 제1반도체층(31)과 제2반도체층(32) 상부 사이에 제1반도체층(31) 또는 제2반도체층(32)이 교번되어 형성된 것을 나타내고 있다. 그리고 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다.

도 25는 본 발명에 따른 태양전지의 제8구성예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명에 따른 태양전지의 제8구성예는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명 제1실시예에 따른 태양전지나 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 본 발명 제2실시예에 따른 태양전지를 이용하여 구성할 수 있는 것으로, 본 발명에 따른 태양전지의 제8구성예는 도 25에 나타낸 바와 같이, 제1반도체층(31)이 일방향으로 설정된 간격을 갖고 형성되되, 제2반도체층(32)의 너비보다 상대적으로 작은 폭을 갖도록 배치한다. 이와 같은 경우 반도체층에 의한 태양광 투과율을 최대화할 수 있어 태양열 흡수효율을 최대화할 수 있다는 장점이 있다. 그리고 그 외주면에 투명절연막(60)이 더 형성됨으로써 태양전지를 보호하고, 이동 및 보관이 용이하도록 할 수 있다.

도 26은 본 발명에 따른 태양전지를 직물형태로 생산한 예시도이고, 도 27 내지 도 28은 본 발명에 따른 태양전지를 이용한 의복의 형태를 나타낸 예시도이다.

본 발명에 따른 태양전지를 직물형태로 생산한 예시는 도 1 내지 도 4와 도 8 내지 도 17에 나타낸 태양전지를 도 26에서와 같이 직물형태로 제조하거나 도 27내지 도 28에서와 같이 의복형태로 형성한 것을 나타내고 있다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 전도성 심재 20 : 탄소나노튜브
30 : 반도체층 31 : 제1반도체층
32 : 제2반도체층 40 : 금속피막
50 : 진성실리콘층 60 : 투명절연막
70 : 투명도전층

Claims

중앙에 심재가 구비되고,
심재의 외주면에는 탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)층이 구비되며,
탄소나노튜브(CNT: Carbon nanotube)층의 외주면에 N형 또는 P형반도체층이 구비된 태양전지가 교호로 형성되어, 수평 또는 수직으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제1항에 있어서
탄소나노튜브층 외주면에는 복수의 반도체층과 투명도전층이 차례로 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기한 심재와 탄소나노튜브층은 태양전지의 전극인 것을 특징으로 하는 태양전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 심재는 탄소재질, 금속재질, 전도성 섬유 또는 상기 탄소재질 외주면에 금속물질이 형성된 것 중 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지.
제4항에 있어서,
상기 금속재질은 은(Ag)또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
제1항에 있어서,
상기 태양전지는 N형 반도체층이 형성된 N형 반도체층 태양전지와 P형 반도체층이 형성된 P형 반도체층 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지.
제6항에 있어서,
상기 태양전지의 상기 반도체층 외주면에는 진성 실리콘층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제7항에 있어서,
상기 진성 실리콘층의 외주면 중 양측 끝단을 제외한 부분에 투명절연막이 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제8항에 있어서,
상기 태양전지는 복수개로 구성되되,
상기 복수개의 태양전지 다수 개가 매트릭스 형태로 교차되게 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제8항에 있어서,
상기 태양전지는 복수개로 구성되되,
상기 복수개의 태양전지 다수 개가 그물망 형태로 서로 교호로 꼬이면서 교차되게 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지.
삭제
제7항에 있어서,
상기 N형 반도체층 태양전지 복수개가 설정된 간격으로 이격되어 형성되되, 상기 P형 반도체층 태양전지의 너비보다 상대적으로 좁은 너비로 이격되어 형성되고, 상기 복수개가 설정된 간격으로 이격되어 형성된 상기 N형 반도체층 태양전지 사이 사이에 상기 P형 반도체층 태양전지가 설정된 간격으로 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제7항에 있어서,
상기 N형 반도체층 태양전지 복수개가 서로 이웃하여 형성되고, 상기 P형 반도체층 태양전지 복수개가 서로 이웃하여 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제13항에 있어서,
상기 서로 이웃하여 형성된 N형 반도체층 태양전지와 상기 서로 이웃하여 형성된 P형 반도체층 태양전지는, 동일한 방향으로 상하로 형성되거나 교차하는 방향으로 상하로 형성됨을 특징으로 하는 태양전지.
제2항에 있어서,
상기 반도체층은 상기 심재의 외주면에 형성되는 P형 반도체층 또는 N형 반도체층과, 상기 P형 반도체층 또는 N형 반도체층 외주면에 형성된 진성 실리콘층 및 상기 진성 실리콘층 외주면에 형성된 N형 반도체층 또는 P형 반도체층인 것을 특징으로 하는 태양전지.
제2항에 있어서,
상기 투명도전층은 TCO(Transparent Conductive Oxide)나 그래핀으로 형성됨을 특징으로 하는 태양전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 태양전지를 직물형태로 제조하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
제17항에 있어서,
상기 직물은 의복형상인 것을 특징으로 하는 태양전지.