KR101408376B1 - 태양전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 심재(1)를 전극으로 하고, 상기 전도성 심재(1)의 외주면에 형성된 반도체층(2)으로 이루어진 선형태양전지(3)들의 배열결합에 의해 형성되는 태양전지에 있어서; 상기 반도체층(2)은 N형 또는 P형 중 선택된 어느 하나로 이루어진 제1반도체층(4)과 상기 제1반도체층(4)의 외주면에 형성되며 진성실리콘으로 이루어진 제2반도체층(5)으로 이루어지고, 상기 선형태양전지(3)들이 작렬로 배열된 태양전지층(6)이 2층 이상의 복층구조로 적층결합된 것으로 이루어져 전력생성효율을 극대화하도록 된 태양전지에 관한 것이다.

Description

태양전지{Solar cell}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선형 전도성 심재를 전극으로 하고, 상기 전도성 심재의 외주면에 태양광을 흡수하는 반도체층이 형성된 선형태양전지들의 작렬로 배열된 태양전지층이 2층 이상의 복층구조로 적층결합된 것으로, 전력생성효율을 극대화하도록 된 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 출력전류전압곡선 상에서 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.

이에 따라, 본 출원인은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 한국특허충원번호 제10-2011-132466호(명칭: 태양전지)를 통해 전도성 심재를 전극으로 하고, 전도성 심재의 외주면에 태양광을 흡수하는 반도체층을 형성함으로써 태양광이 있는 동안 최대의 효율로 태양광을 흡수하는 것은 물론 설치가 용이한 태양전지를 제안하였다.

그러나, 상기와 같은 본 출원인에 의해 제안된 태양전지는 N+반도체 또는 P+반도체에서 타 P+반도체 또는 N+반도체로 전자가 이동하는 통로가 한 지점을 통해서만 이루어져, 전력발생효율이 증대하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 선형 전도성 심재를 전극으로 하고, 상기 전도성 심재의 외주면에 태양광을 흡수하는 반도체층이 형성된 선형태양전지들의 작렬로 배열된 태양전지층이 2층 이상의 복층구조로 적층결합시켜 구성함으로써, 전력생성효율을 극대화하도록 된 태양전지를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지는 전도성 심재를 전극으로 하고, 상기 전도성 심재의 외주면에 형성된 반도체층으로 이루어진 선형태양전지들의 배열결합에 의해 형성되는 태양전지에 있어서; 상기 반도체층은 N형 또는 P형 중 선택된 어느 하나로 이루어진 제1반도체층과 상기 제1반도체층의 외주면에 형성되며 진성실리콘으로 이루어진 제2반도체층으로 이루어지고, 상기 선형태양전지들이 작렬로 배열된 태양전지층이 2층 이상의 복층구조로 적층결합된 것을 특징으로 한다.

상기한 태양전지층은 N형 또는 P형 중에 선택된 하나의 종류로만 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 태양전지층은 일 선형태양전지가 그 상부 또는 하부에 적층결합되는 타 선형태양전지들과 최소 2개 이상의 접점을 가지면서 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기한 태양전지층은 일 선형태양전지가 그 상부 또는 하부에 적층결합되는 타 선형태양전지들과 4개 접점을 가지면서 상하로 적층결합하는 것을 특징으로 한다.

상기 전도성 심재는 탄소재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 전도성 심재는 전도성섬유 또는 탄소섬유 중 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 전도성 심재는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 전도성 심재는 은(Ag)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 전도성 심재는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 탄소섬유의 표면에는 금속피막이 도금되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 금속피막은 은(Ag) 피막인 것을 특징으로 한다.

상기 금속피막은 알루미늄(Al) 피막인 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 태양전지는 선형태양전지들이 타 선형태양전지들과 전기적인 연결점이 최소 2개 이상으로 전자의 흐름이 원활하게 이루어져, 미사용되는 광전하의 량을 줄이어 전력생산을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 적용되는 선형태양전지의 일 예를 보인 개략 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 태양전지를 보인 개략 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 태양전지를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 태양전지를 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 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 1 및 도2는 본 발명의 태양전지에 적용되는 선형태양전지의 일 예를 보인 예시도이거, 도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예에 의한 태양전지를 보인 예시도이다.

본 발명 제1실시예에 따른 태양전지는 도 1 내지 도 3에서 도시된 바와 같이, 전도성 심재를 전극으로 하고, 상기 전도성 심재의 외주면에 형성된 반도체층이 형성되되, 상기 반도체층은 N형 또는 P형 중 선택된 어느 하나로 이루어진 제1반도체층과 상기 제1반도체층의 외주면에 형성되며 진성실리콘으로 이루어진 제2반도체층으로 이루어지고;
상기 N형 또는 P형 중에 선택된 하나의 종류로만 이루어진 선형태양전지들이 직렬로 배열되어 선형태양전지층을 이루고;
상기와 같이 배열된 선형태양전지층이 N형, P형 또는 P형, N형으로 교호되며 2층 이상의 복층구조로 적층결합된 것이다.

삭제

여기서, 전도성 심재(1)는 태양전지의 전극으로써, 탄소재질이나 금속재질 및 전도성 섬유 중 하나로 구성할 수 있다.

그리고, 탄소재질로 구성하는 경우에는 탄소섬유로 구성할 수 있다.

한편, 전도성 심재(1)를 금속 재질로 구성하는 경우에는 그 재질을 특별히 한정할 필요는 없으나 은 또는 알루미늄으로 구성하는 것이 바람직하다.

여기서, 제1반도체층(4)은 태양광 중 전자를 흡수하는 N형 반도체 또는 태양광 중 정공을 흡수하는 P형 반도체로 이루어진다.

또한, 제2반도체층(5)은 진성 실리콘으로 구성된다.

그리고, 상기 전도성 심재(1)의 외주면에는 금속피막이 형성될 수 있으며, 상기 금속피막은 역시 은 또는 알루미늄 피막으로 구성할 수 있다.

본 실시예에 의한 태양전지는 상기 선형태양전지(3)들이 직렬로 배열된 선형태양전지층(6)이 2층 이상의 복층구조로 적층결합된 것으로 이루어지며, 상기 선형태양전지층(6)은 N형 또는 P형 중에 선택된 하나의 종류로만 이루어진다.

이에 따라, 상기한 선형태양전지층(6)은 일 선형태양전지(3)가 그 상부 또는 하부에 적층결합되는 타 선형태양전지(3)들과 최소 2개 이상의 접점을 가지면서 결합한다.

따라서, 선형태양전지(3)들이 타 선형태양전지(3)들과 전기적인 연결점이 최소 2개 이상으로 전자의 흐름이 원활하게 이루어져, 미사용되는 광전하의 량을 줄이어 전력생산을 극대화할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의한 태양전지는 도 4에서 도시된 바와 같이, 상기한 선형태양전지층(6)은 일 선형태양전지(3)가 그 상부 또는 하부에 적층결합되는 타 선형태양전지(3)들과 4개 접점을 가지면서 상하로 적층 결합하는 것으로 이루어진다.

따라서, 하나의 선형태양전지(3)가 타 선형태양전지(3)와 사방으로 다수의 접점을 가지면서 적층됨에 따라, 전자의 흐름 및 대전이 원활하게 이루어져 미사용되는 광전하의 량을 줄어들고, 이에 따라 발전효율이 극대화된다.

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.

1 : 전도성 심재 2 : 반도체층
3 : 선형태양전지 4 : 제1반도체층
5 : 제2반도체층 6 : 태양전지층

Claims (12)

1. 전도성 심재를 전극으로 하고, 상기 전도성 심재의 외주면에 형성된 반도체층으로 이루어진 선형태양전지들의 배열결합에 의해 형성되는 태양전지에 있어서,
   상기 반도체층은 N형 또는 P형 중 선택된 어느 하나로 이루어진 제1반도체층과 상기 제1반도체층의 외주면에 형성되며 진성실리콘으로 이루어진 제2반도체층으로 이루어지고;
   상기 N형 또는 P형 중에 선택된 하나의 종류로만 이루어진 선형태양전지들이 직렬로 배열되어 선형태양전지층을 이루고;
   상기와 같이 배열된 선형태양전지층은 N형과 P형이 교호로 2층 이상의 복층구조로 적층결합된 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기한 태양전지층은 일 선형태양전지가 그 상부 또는 하부에 적층결합되는 타 선형태양전지들과 최소 2개 이상의 접점을 가지면서 결합하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
4. 제 3항에 있어서,
   상기한 태양전지층은 일 선형태양전지가 그 상부 또는 하부에 적층결합되는 타 선형태양전지들과 4개 접점을 가지면서 상하로 적층결합하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 전도성 심재는 탄소재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 전도성 심재는 전도성섬유 또는 탄소섬유 중 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 전도성 심재는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 전도성 심재는 은(Ag)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 전도성 심재는 알루미늄(Al)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
10. 제 6항에 있어서,
    탄소섬유의 표면에는 금속피막이 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지.
    
11. 제 10항에 있어서,
    금속피막은 은(Ag) 피막인 것을 특징으로 하는 태양전지.
    
12. 제 10항에 있어서,
    금속피막은 알루미늄(Al) 피막인 것을 특징으로 하는 태양전지.

Images