KR101616131B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

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KR101616131B1 KR1020100096700A KR20100096700A KR101616131B1 KR 101616131 B1 KR101616131 B1 KR 101616131B1 KR 1020100096700 A KR1020100096700 A KR 1020100096700A KR 20100096700 A KR20100096700 A KR 20100096700A KR 101616131 B1 KR101616131 B1 KR 101616131B1
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문강석
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Abstract

태양전지 모듈은 광 투과성 하부 기판; 광 투과성 하부 기판의 상부에 위치하는 복수의 태양전지들; 태양전지들의 상부에 위치하는 광 투과성 상부 기판; 및 태양전지들과 광 투과성 상부 기판의 사이에 위치하는 접착층을 포함하며, 접착층은 모재 및 상기 모재 내에 분산된 광 반사 부재를 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 태양전지를 지지하는 전면 기판 및 후면 기판이 각각 광 투과성 재질로 형성된 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 각각 배치되는 한 쌍의 보호 부재를 포함한다.
통상의 태양전지 모듈은 태양전지의 상부에 위치하는 상부 보호 부재로 광 투과성 기판을 사용하고, 상부 보호 부재의 반대쪽에 위치하는 하부 보호 부재로 불투명 재질의 시트를 사용하고 있다. 그러나 이러한 구성의 태양전지 모듈은 채광성 및 광 이용 효율이 낮다.
따라서, 근래에는 상기 상부 보호 부재 및 하부 보호 부재로 광 투과성 기판을 각각 사용하는 태양전지 모듈이 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광 효율이 증가된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 태양전지 모듈은 광 투과성 하부 기판; 광 투과성 하부 기판의 상부에 위치하는 복수의 태양전지들; 태양전지들의 상부에 위치하는 광 투과성 상부 기판; 및 태양전지들과 광 투과성 상부 기판의 사이에 위치하는 접착층을 포함하며, 접착층은 모재 및 상기 모재 내에 분산된 광 반사 부재를 포함한다.
모재는 폴리 비닐 부티랄(Poly vinyl Butyral, PVB) 또는 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate, EVA)를 포함할 수 있고, 광 반사 부재는 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사시키는 백색 안료로 이루어질 수 있다.
광 투과성 하부 기판 및 광 투과성 상부 기판은 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)로 이루어질 수 있으며, 태양전지는 광 투과성 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 제1 전극 위에 위치하는 광전 변환부 및 광전 변환부 위에 위치하는 제2 전극을 포함할 수 있다.
접착층의 상부 표면은 광 투과성 상부 기판의 하부 표면 전체와 접촉하며, 접착층의 일부분은 인접한 태양전지들의 사이 공간에도 채워진다.
제1 전극은 광 투과성 도전 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함하는 도전성 투명 전극으로 이루어진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 태양전지 모듈은 광 투과성 하부 기판; 광 투과성 하부 기판의 상부에 위치하는 복수의 태양전지들; 태양전지들의 상부에 위치하는 광 투과성 상부 기판; 태양전지들과 광 투과성 상부 기판의 사이에 위치하는 접착층; 및 태양전지들과 접착층의 사이에 위치하는 제1 광 반사층을 포함한다.
제1 광 반사층의 상부 표면은 접착층의 하부 표면 전체와 접촉하고, 인접한 태양전지들의 사이 공간에는 제1 광 반사층의 일부분이 채워지거나, 제1 광 반사층의 일부분과 접착층의 일부분이 함께 채워질 수 있다.
제1 광 반사층은 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사시키는 백색 안료를 포함할 수 있다.
태양전지 모듈은 접착층과 광 투과성 상부 기판 사이에 위치하는 제2 광 반사층을 더 포함할 수 있다.
제2 광 반사층의 상부 표면은 광 투과성 상부 기판의 하부 표면 전체와 접촉하고, 하부 표면은 접착층의 상부 표면 전체와 접촉한다.
제2 광 반사층은 600㎚ 이하의 파장 대역의 광을 반사시키는 백색 안료를 포함할 수 있으며, 광 투과성 하부 기판 및 광 투과성 상부 기판은 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)로 이루어질 수 있다.
태양전지는 상기 광 투과성 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 광전 변환부 및 상기 광전 변환부 위에 위치하는 제2 전극을 포함할 수 있고, 제1 전극은 광 투과성 도전 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함하는 도전성 투명 전극으로 이루어진다.
이러한 특징에 따르면, 광 투과성 하부 기판을 통해 입사된 후 광전 변환부에서 흡수되지 못하고 외부로 빠져나가는 빛은 접착층 또는 제1 광 반사층에서 반사된 후 광전 변환부로 다시 입사된다. 따라서 광 이용 효율이 증가한다.
그리고 광 투과성 상부 기판을 통해 입사된 빛은 접착층 또는 제1 및 제2 광 반사층에서 반사되어 모듈의 외부로 빠져나가게 된다. 따라서 광 투과성 상부 기판을 통해 입사된 빛이 태양전지의 금속층에 흡수되어 복사로 인해 태양전지의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있으므로, 복사열로 인한 태양전지의 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제1 광 반사층이 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사하고 제2 광 반사층이 600㎚ 이하의 파장 대역의 광을 반사하도록 하면, 광 투과성 상부 기판을 통해 입사된 빛의 거의 대부분이 제2 반사층 및 제1 반사층에서 반사되어 모듈의 외부로 빠져나가게 되므로, 복사열로 인한 태양전지의 효율 저하를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 주요부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 주요부 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것도 포함한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 주요부 확대도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈은 광 투과성 하부 기판(110), 광 투과성 상부 기판(120), 기판(110, 120) 사이에 위치하는 복수의 태양전지들(C1, C2, C3, …) 및 태양전지들과 광 투과성 상부 기판(120)의 사이에 위치하는 접착층(130)을 포함한다.
광 투과성 하부 기판(110)은 유리(glass) 또는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 여기에서, 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)가 사용될 수 있다.
태양전지는 광 투과성 하부 기판(110) 위에 위치하는 제1 전극(10), 제1 전극(10) 위에 위치하는 광전 변환부(20), 및 광전 변환부(20) 위에 위치하는 제2 전극(30)을 포함한다.
제1 전극(10)은 광 투과성 도전 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함하는 도전성 투명 전극으로 이루어진다.
예를 들면, 제1 전극(10)은 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중에서 선택된 적어도 한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 물질에 하나 이상의 불순물을 혼합한 혼합 물질로 이루어질 수도 있다.
광전 변환부(20)는 비정질 실리콘계(p/i/n) 박막으로 형성되거나, 비정질 실리콘계 박막과 미세결정질 실리콘계 박막이 적층된 텐덤형 실리콘계 박막층으로 형성될 수 있다.
광전 변환부(20)가 텐덤형 실리콘계 박막층으로 형성될 경우에는 비정질 실리콘계 박막과 미세결정질 실리콘계 박막의 사이에 중간 투명 도전층이 더 형성될 수도 있다. 이와 같이, 광전 변환부(20)의 구조는 본 발명에서 제한되지 않으며, 다양한 형태의 박막 구조로 형성될 수 있다.
제2 전극(30)은 금(Au), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 하나의 금속으로 이루어질 수 있으며, 인접 배치된 태양 전지의 제1 전극(10)과 전기적으로 연결된다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 태양 전지(C1)의 제2 전극(30)은 이웃하는 태양 전지(C2)의 제1 전극(10)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 복수의 태양전지들(C1, C2, C3, …)은 서로 이웃하는 태양전지들과 직렬로 연결된다.
태양전지들 위에 위치하는 접착층(130)은 모재(131) 및 모재 내에 분산된 광 반사 부재(133)를 포함한다.
모재(131)는 광 투과성 하부 기판(110)과 광 투과성 상부 기판(120)을 합착할 수 있는 물질, 예컨대 폴리 비닐 부티랄(Poly vinyl Butyral, PVB) 또는 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate, EVA)일 수 있다.
모재(131) 내에 분산된 광 반사 부재(133)는 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사시킬 수 있는 백색 안료로 이루어진다. 이러한 백색 안료로는 산화티탄(TiO2), 황산바륨(BaSO4) 등의 산화물과, 질화물, 탄화물 등이 사용이 가능하다.
광 반사 부재(133)가 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사시킬 수 있는 백색 안료로 이루어지므로, 광전 변환부(20)에서 광전 변환되지 못한 장파장(600㎚ 이상) 대역의 태양광이 광 반사 부재(133)를 포함한 접착층(130)에서 효과적으로 반사되어 광전 변환부(20)로 다시 입사된다. 따라서, 장파장의 태양광을 이용한 광전 변환이 가능하여 광 이용 효율이 증가한다.
이러한 구성의 접착층(130)은 상부 표면이 광 투과성 상부 기판(120)의 하부 표면 전체와 접촉하며, 접착층(130)의 일부분은 인접한 태양전지들(C1, C2, C3,…)의 사이 공간에도 채워진다.
광 투과성 상부 기판(120)은 광 투과성 하부 기판(110)과 마찬가지로 유리 등으로 형성될 수 있다. 또한 광 투과성 상부 기판(120)으로는 적어도 하나 이상의 층으로 접합된 투명 고분자 시트, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
광 투과성 상부 기판(120)을 PET 시트로 형성하면, 태양전지 모듈이 보다 가벼워지고 제조 비용이 저렴해지는 장점이 있다.
이와 같이, 본 실시예의 태양전지 모듈은 금속 재질의 반사층 대신에 광 반사 부재(133)가 분산된 접착층(130)을 사용함으로써, 외부 환경에 노출되더라도 장기적인 안정성을 가지고, 제조 과정에 있어서도 고가의 금속 증착용 진공 장비가 필요치 않아 제조 비용이 절감된다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 개략적인 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 주요부 확대도이다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈에 있어서, 광 투과성 하부 기판(110), 광 투과성 상부 기판(120) 및 복수의 태양전지들(C1, C2, C3,…)은 전술한 도 1의 실시예와 동일하게 구성할 수 있다.
따라서, 이하에서는 태양전지들(C1, C2, C3,…)과 광 투과성 상부 기판(120) 사이에 위치하는 구조물에 대해서만 설명한다.
본 실시예에서, 제2 전극(30)과 광 투과성 상부 기판(120)의 사이에는 제1 광 반사층(140), 접착층(130a) 및 제2 광 반사층(150)이 순차적으로 위치한다.
제1 광 반사층(140)은 광 투과성 하부 기판(110)을 통해 입사된 광 중에서 광전 변환부(20)에 흡수되지 못한 장파장 대역의 태양광을 광전 변환부로 반사하기 위한 것으로, 대략 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사하는 백색 안료(143)를 포함한다.
상기 안료(143)는 매질(141)에 혼합되어 사용될 수 있으며, 안료(143)와 매질(141)은 당해 분야에서 공지된 물질일 수 있고 특별히 한정되지 않는다.
이러한 구성의 제1 광 반사층(140)은 백색 페인트(white paint) 또는 백색 포일(white foil) 중 하나일 수 있으며, 상부 표면이 접착층(130a)의 하부 표면 전체와 접촉한다.
그리고 인접한 태양전지들의 사이 공간에는 제1 광 반사층(140)의 일부분이 채워진다. 도시하지는 않았지만, 인접한 태양전지들의 사이 공간에는 제1 광 반사층(140)의 일부분과 접착층(130a)의 일부분이 함께 채워질 수도 있다.
접착층(130a)은 광 투과성 하부 기판(110)과 광 투과성 상부 기판(120)을 합착할 수 있는 물질, 예컨대 폴리 비닐 부티랄(Poly vinyl Butyral, PVB) 또는 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate, EVA)일 수 있다.
제2 광 반사층(150)은 광 투과성 상부 기판(120)을 통해 입사된 태양광 중에서 600㎚ 이하의 단파장 대역의 태양광을 반사할 수 있는 백색 안료(153)를 포함한다.
제2 광 반사층(150)은 제1 광 반사층(140)과 마찬가지로 안료와 매질을 혼합한 형태의 것을 사용할 수 있으며, 제2 광 반사층(150)의 상부 표면은 광 투과성 상부 기판(120)의 하부 표면 전체와 접촉하고, 하부 표면은 접착층(130a)의 상부 표면 전체와 접촉한다.
따라서, 광 투과성 상부 기판(120)을 통해 입사된 태양광 중에서 단파장 대역의 태양광은 제2 광 반사층(150)에서 반사되어 모듈의 외부로 빠져나가게 되지만, 장파장 대역의 태양광은 제2 광 반사층(150)과 접착층(130a)을 통과하게 된다.
하지만 접착층(130a)의 하부에는 제1 광 반사층(140)이 있으므로, 제2 광 반사층(150)과 접착층(130a)을 통과한 장파장 대역의 태양광은 제1 광 반사층(140)에서 반사되어 모듈의 외부로 빠져나가게 된다.
이러한 특징에 따르면, 광 투과성 상부 기판(120)을 통해 입사된 태양광은 파장 대역에 관계없이 거의 모두 모듈의 외부로 빠져나가게 되므로, 광 투과성 상부 기판을 통해 입사된 빛이 태양전지의 금속층에 흡수되어 복사로 인해 태양전지의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있으므로, 복사열로 인한 태양전지의 효율 저하를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
C1, C2, C3,…: 태양전지 10: 제1 전극
20: 광전 변환부 30: 제2 전극
110: 광 투과성 하부 기판 120: 광 투과성 상부 기판
130, 130a: 접착층 140: 제1 광 반사층
150: 제2 광 반사층

Claims (19)

  1. 광 투과성 하부 기판;
    상기 광 투과성 하부 기판의 상부에 위치하는 복수의 태양전지들;
    상기 태양전지들의 상부에 위치하는 광 투과성 상부 기판; 및
    상기 태양전지들과 광 투과성 상부 기판의 사이 및 상기 복수의 태양전지들의 측면 사이 공간에 위치하는 접착층
    을 포함하며,
    상기 접착층은 모재 및 상기 모재 내에 분산된 광 반사 부재를 포함하고,
    상기 광 반사 부재는 상기 복수의 태양전지들의 측면 사이 공간 및 상기 복수의 태양전지들과 상기 광 투과성 상부 기판 사이에 위치하며,
    상기 접착층은 상기 광 투과성 하부 기판을 통해 입사된 빛을 상기 복수의 태양전지들 쪽으로 반사하고, 상기 광 투과성 상부 기판을 통해 입사된 빛을 상기 광 투과성 상부 기판 쪽으로 반사하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 모재는 폴리 비닐 부티랄(Poly vinyl Butyral, PVB) 또는 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate, EVA)를 포함하는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 광 반사 부재는 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사시키는 백색 안료로 이루어지는 태양전지 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 광 투과성 하부 기판 및 광 투과성 상부 기판은 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)로 이루어지는 태양전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 태양전지는 상기 광 투과성 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 광전 변환부 및 상기 광전 변환부 위에 위치하는 제2 전극을 포함하는 태양전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 접착층의 상부 표면은 상기 광 투과성 상부 기판의 하부 표면 전체와 접촉하는 태양전지 모듈.
  7. 삭제
  8. 제5항에서,
    상기 제1 전극은 광 투과성 도전 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함하는 도전성 투명 전극으로 이루어지는 태양전지 모듈.
  9. 광 투과성 하부 기판;
    상기 광 투과성 하부 기판의 상부에 위치하는 복수의 태양전지들;
    상기 태양전지들의 상부에 위치하는 광 투과성 상부 기판;
    상기 태양전지들과 광 투과성 상부 기판의 사이에 위치하는 접착층; 및
    상기 태양전지들과 접착층의 사이 및 상기 복수의 태양전지들의 측면 사이 공간에 위치하는 제1 광 반사층
    을 포함하고,
    상기 제1 광 반사층은 모재 및 상기 모재 내에 분산된 광 반사 부재를 포함하며,
    상기 광 반사 부재는 상기 복수의 태양전지들의 측면 사이 공간 및 상기 복수의 태양전지들과 상기 접착층 사이에 위치하며,
    상기 제1 광 반사층은 상기 광 투과성 하부 기판을 통해 입사된 빛을 상기 복수의 태양전지들 쪽으로 반사하고, 상기 광 투과성 상부 기판과 상기 접착층을 통해 입사된 빛을 상기 광 투과성 상부 기판 쪽으로 반사하는 태양전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 광 반사층의 상부 표면은 상기 접착층의 하부 표면 전체와 접촉하는 태양전지 모듈.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에서,
    상기 제1 광 반사층은 600㎚ 이상의 파장 대역의 광을 반사시키는 백색 안료를 포함하는 태양전지 모듈.
  14. 제9항, 제10항 및 제13항 중 어느 한 항에서,
    상기 접착층과 광 투과성 상부 기판 사이에 위치하는 제2 광 반사층을 더 포함하는 태양전지 모듈.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 광 반사층의 상부 표면은 상기 광 투과성 상부 기판의 하부 표면 전체와 접촉하고, 하부 표면은 상기 접착층의 상부 표면 전체와 접촉하는 태양전지 모듈.
  16. 제14항에서,
    상기 제2 광 반사층은 600㎚ 이하의 파장 대역의 광을 반사시키는 백색 안료를 포함하는 태양전지 모듈.
  17. 제14항에서,
    상기 광 투과성 하부 기판 및 광 투과성 상부 기판은 유리(glass) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)로 이루어지는 태양전지 모듈.
  18. 제17항에서,
    상기 태양전지는 상기 광 투과성 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 광전 변환부 및 상기 광전 변환부 위에 위치하는 제2 전극을 포함하는 태양전지 모듈.
  19. 제18항에서,
    상기 제1 전극은 광 투과성 도전 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)을 포함하는 도전성 투명 전극으로 이루어지는 태양전지 모듈.
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