KR101643236B1 - 박막형 태양전지를 이용한 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광에 노출되는 외부 플레이트; 상기 외부 플레이트의 표면 중에서 태양광에 노출되는 표면의 반대면에 구비된 제1 접착층; 상기 제1 접착층 상에 구비된 박막형 태양전지; 상기 박막형 태양전지 상에 구비된 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층 상에 구비되어 상기 박막형 태양전지를 보호하는 보호층을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 접착층은 유색의 접착층으로 이루어진 박막형 태양전지를 이용한 구조물이 제공된다.

Description

박막형 태양전지를 이용한 구조물{Structure using a thin film type solar cell}
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막형 태양전지를 건물의 유리창 또는 차량의 썬루프에 적용한 다양한 형태의 구조물에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있다. 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때, 상기 PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생 되고, 그에 따라 전력을 생산할 수 있게 된다.
상기 태양전지는 박막형 태양전지(thin film type solar cell)와 웨이퍼형 태양전지(wafer type solar cell)로 구분할 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 웨이퍼형 태양전지는 실리콘 웨이퍼 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 웨이퍼형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승 되며, 특히 웨이퍼가 불투명하기 때문에 차량의 썬루프 또는 건물의 유리창과 같이 채광이 요구될 수 있는 구조물에 적용하기에는 한계가 있다.
상기 박막형 태양전지는 웨이퍼형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있으며, 특히 투명한 유리 기판을 이용할 수 있기 때문에 차량의 썬루프 또는 건물의 유리창과 같이 채광이 요구될 수 있는 구조물에 적용하기에 적합하다.
이하에서는 도면을 참조로 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물은, 외부 플레이트(1), 접착층(2), 및 박막형 태양전지(3)를 포함하여 이루어진다.
상기 외부 플레이트(1)는 건물의 유리창 또는 차량의 썬루프와 같은 태양광(solar ray)에 노출되는 면에 구비되는 구성이다. 상기 외부 플레이트(1)는 태양광이 투과할 수 있도록 투명한 물질, 예로서 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 접착층(2)은 상기 외부 플레이트(1)의 안쪽 면에 형성되어 상기 박막형 태양전지(3)를 상기 외부 플레이트(1)에 접착시키는 역할을 한다. 이와 같은 접착층(2)은 태양광이 투과할 수 있는 투명한 물질로 이루어진다.
상기 박막형 태양전지(3)는 상기 접착층(2) 상에 형성되어 있다. 상기 박막형 태양전지(3)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전면전극, 반도체층, 및 후면전극을 포함하여 이루어진다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물은 앞서 설명한 바와 같이 건물의 유리창 또는 차량의 썬루프와 같은 구조물에 적용될 수 있으며, 이 경우 사용자는 상기 박막형 태양전지(3)의 전방에 위치하게 된다.
따라서, 사용자는 상기 박막형 태양전지(3)의 전방에서 상기 외부 플레이트(1)를 향하여 외부를 바라보게 된다. 이때, 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물은 상기 박막형 태양전지(3)의 광흡수 파장범위에 의해서 시인성이 떨어지는 단점이 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 박막형 태양전지(3)는 전면전극, 반도체층, 및 후면전극을 포함하여 이루어지는데, 상기 반도체층의 재료로는 일반적으로 비정질 실리콘(a-Si)을 이용한다. 그런데, 상기 비정질 실리콘(a-Si)은 단파장의 광을 흡수하고 장파장의 광을 투과시키는 특성이 있다. 따라서, 외부의 태양광이 상기 박막형 태양전지(3)를 투과하게 될 때에는 붉은색을 띠는 장파장의 광이 투과하게 되어, 사용자가 보는 외부 환경은 붉은 색을 띠게 된다.
따라서, 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물은 붉은 색을 띠는 형태로 사용자에게 인식되기 때문에 시인성이 떨어지고 또한 그 색상을 변경할 수 없기 때문에 사용자의 다양한 요구에 부응할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 시인성이 향상되고 색상을 변경할 수 있는 박막형 태양전지를 이용한 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광에 노출되는 외부 플레이트; 상기 외부 플레이트의 표면 중에서 태양광에 노출되는 표면의 반대면에 구비된 제1 접착층; 상기 제1 접착층 상에 구비된 박막형 태양전지; 상기 박막형 태양전지 상에 구비된 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층 상에 구비되어 상기 박막형 태양전지를 보호하는 보호층을 포함하여 이루어지고, 상기 제2 접착층은 유색의 접착층으로 이루어진 박막형 태양전지를 이용한 구조물을 제공한다.
상기 제2 접착층은 유색의 안료 또는 염료가 투명한 접착물질에 분산될 수 있다.
상기 외부 플레이트, 상기 제1 접착층 및 상기 보호층은 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
상기 박막형 태양전지는 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 제1 전극들; 상기 제1 전극들 상에 구비되며, 내부에 콘택부가 마련되어 있고 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 반도체층들; 및 상기 복수 개의 반도체층들 상에 구비되며, 상기 콘택부를 통해 상기 제1 전극과 연결되어 있고 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 제2 전극들을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 기판은 상기 제1 접착층의 표면 중에서 상기 외부 플레이트와 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고, 상기 제2 분리부 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 기판, 및 제1 전극을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과할 수 있다.
상기 기판은 상기 제2 접착층의 표면 중에서 상기 보호층과 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고, 상기 제2 분리부 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 제1 전극, 및 기판을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과할 수 있다.
본 발명은 또한 태양광에 노출되는 외부 플레이트; 상기 외부 플레이트의 표면 중에서 태양광에 노출되는 표면의 반대면에 구비된 제1 접착층; 상기 제1 접착층 상에 구비된 박막형 태양전지; 상기 박막형 태양전지 상에 구비되며 유색의 접착층으로 이루어진 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층 상에 구비되어 상기 박막형 태양전지를 보호하는 보호층을 포함하여 이루어지고, 상기 박막형 태양전지에는 태양광이 투과할 수 있는 복수의 개구홀이 구비되어 있는 박막형 태양전지를 이용한 구조물을 제공한다.
상기 박막형 태양전지는, 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 제1 전극들; 상기 제1 전극들 상에 구비되며, 내부에 콘택부가 마련되어 있고 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 반도체층들; 및 상기 복수 개의 반도체층들 상에 구비되며, 상기 콘택부를 통해 상기 제1 전극과 연결되어 있고 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 제2 전극들을 포함하여 이루어지고, 상기 복수의 개구홀 각각은 상기 반도체층과 상기 제2 전극이 제거되어 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 개구홀은 하나의 단위셀의 상기 제1 분리부 및 이웃하는 단위셀의 상기 제2 분리부 사이 영역에 배열될 수 있다.
상기 기판은 상기 제1 접착층의 표면 중에서 상기 외부 플레이트와 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고, 상기 개구홀 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 기판, 및 제1 전극을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과할 수 있다.
상기 기판은 상기 제2 접착층의 표면 중에서 상기 보호층과 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고, 상기 개구홀 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 제1 전극, 및 기판을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 접착층이 유색의 색상을 띠는 접착 물질로 이루어지기 때문에, 분산되는 안료 또는 염료를 다양한 색상으로 변경할 수 있고 그에 따라 다양한 색상을 띠는 구조물을 얻을 수 있다. 결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적색 이외에 다양한 색상을 띠는 구조물을 얻을 수 있고 시인성도 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조물은 온실에 적용될 수 있으며, 그 경우 개구홀(H)을 통해서 투과율(Transmittance) 증가로 온실 내 광량을 증가 시킬 수 있고, 면적에 비례하여 광량을 증가 시킬 수 있어, 생물의 생장을 개선시킬 수 있다.
도 1은 종래의 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파장 대별 광투과율 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물은, 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 박막형 태양전지(30), 제2 접착층(40), 및 보호층(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 외부 플레이트(10)는 외부의 태양광(solar ray)에 노출되어 본 발명에 따른 구조물의 전면에 마련되는 것으로서, 태양광이 투과될 수 있도록 투명한 재료로 이루어진다.
이와 같은 외부 플레이트(10)는 본 발명이 적용되는 용도에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 플레이트(10)는 건물의 유리창으로 이루어질 수도 있고 차량의 썬루프로 이루어질 수도 있다.
상기 제1 접착층(20)은 태양광에 노출되지 않는 상기 외부 플레이트(10)의 안쪽 면에 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 접착층(20)은 상기 외부 플레이트(10)의 표면 중에서 태양광이 노출되는 표면의 반대면에 형성되어 있다.
상기 제1 접착층(20)은 상기 박막형 태양전지(30)를 상기 외부 플레이트(10)의 안쪽 면에 접착시키는 역할을 한다. 이와 같은 제1 접착층(20)은 태양광이 투과할 수 있는 투명한 접착 물질로 이루어진다.
예를 들어, 상기 제1 접착층(20)은 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)과 같은 투명 접착제로 이루어질 수 있다. 상기 제1 접착층(20)은 부착가능한 필름 형태로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 액상의 물질을 경화시킨 형태로 이루어질 수도 있다.
상기 박막형 태양전지(30)는 상기 제1 접착층(20) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 박막형 태양전지(30)는 상기 제1 접착층(20)의 표면 중에서 상기 외부 플레이트(10)와 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
상기 박막형 태양전지(30)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전면전극, 반도체층, 및 후면전극을 포함하여 이루어진다. 이와 같은 박막형 태양전지(30)는 당업계에 공지된 다양한 형태로 변경될 수 있다.
상기 제2 접착층(40)은 상기 박막형 태양전지(30) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 접착층(40)은 상기 박막형 태양전지(30)의 표면 중에서 상기 제1 접착층(20)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
상기 제2 접착층(40)은 상기 보호층(50)을 상기 박막형 태양전지(30)에 접착시키는 역할을 한다. 또한, 상기 제2 접착층(40)은 본 발명에 따른 구조물의 색상을 다양하게 변경시키고 시인성을 향상시키는 역할을 한다.
이와 같은 제2 접착층(40)은 유색의 색상을 띠는 접착층으로 이루어진다. 구체적으로, 상기 제2 접착층(40)은 유색의 안료 또는 염료가 투명한 접착물질에 분산되어 이루어질 수 있다. 상기 투명한 접착물질로는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 이용할 수 있다. 상기 제2 접착층(40)은 부착가능한 필름 형태로 이루어질 수도 있고 액상의 물질을 경화시킨 형태로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 접착층(40)이 유색의 색상을 띠는 접착 물질로 이루어지기 때문에, 분산되는 안료 또는 염료를 다양한 색상으로 변경할 수 있고 그에 따라 다양한 색상을 띠는 구조물을 얻을 수 있다.
상기 보호층(50)은 상기 제2 접착층(40) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 보호층(50)은 상기 제2 접착층(40)의 표면 중에서 상기 박막형 태양전지(30)와 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
상기 보호층(50)은 상기 박막형 태양전지(30)를 보호하는 역할을 하는 것으로서, 사용자의 시인성을 위해서 투명한 물질, 예로서 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도로서, 이는 박막형 태양전지(30)가 직렬로 연결된 복수의 단위셀을 포함하여 이루어진 것을 제외하고 전술한 도 2에 따른 구조물과 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 동일한 구성에 대한 반복설명은 생략하기로 한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물은, 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 박막형 태양전지(30), 제2 접착층(40), 및 보호층(50)을 포함하여 이루어진다.
상기 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 제2 접착층(40) 및 보호층(50)은 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
상기 박막형 태양전지(30)는 기판(31), 제1 전극(32), 반도체층(33), 및 제2 전극(34)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(31)은 상기 제1 접착층(20) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 기판(31)은 상기 제1 접착층(20)의 표면 중에서 상기 외부 플레이트(10)와 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다. 이와 같은 기판(31)은 투명한 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 전극(32)은 상기 기판(31) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전극(32)은 상기 기판(31)의 표면 중에서 상기 제1 접착층(20)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
상기 제1 전극(32)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수 있다. 이와 같은 제1 전극(32)은 단위셀 별로 형성되며, 따라서 복수 개의 제1 전극(32)들이 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
상기 반도체층(33)은 상기 제1 전극(32) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 반도체층(33)은 상기 제1 전극(32)의 표면 중에서 상기 기판(31)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다. 또한, 상기 반도체층(33)은 상기 제1 분리부(P1) 내에도 형성되어 있다. 따라서, 상기 반도체층(33)은 상기 제1 분리부(P1)를 통해서 상기 기판(31)과 접하고 있다.
상기 반도체층(33)은 단위셀 별로 형성되며, 따라서 복수 개의 반도체층(33)들이 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 각각의 반도체층(33)에는 콘택부(P2)가 마련되어 있어 상기 콘택부(P2)를 통해서 제1 전극(32)과 제2 전극(34) 사이의 전기적 연결이 가능하여 단위셀들이 직렬로 연결될 수 있다.
이와 같은 반도체층(33)은 화살표로 확대된 확대도에서 알 수 있듯이, P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 포함한 PIN구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 반도체층(33)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어, 정공은 P형 반도체층을 통해 제1전극(32)으로 수집되고 전자는 N형 반도체층을 통해 제2 전극(34)으로 수집될 수 있다.
이때, 상기 P형 반도체층은 상기 제1 전극(32)에 가깝게 위치하고, 상기 N형 반도체층은 상기 제2 전극(34)에 가깝게 위치하고, 상기 I형 반도체층은 상기 P형 반도체층과 상기 N형 반도체층의 사이에 위치할 수 있다.
즉, 상기 P형 반도체층은 태양광의 입사면에서 가까운 위치에 형성되고, 상기 N형 반도체층은 태양광의 입사면에서 먼 위치에 형성될 수 있다. 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 태양광의 입사면에 가깝게 형성하는 것이다.
상기 P형 반도체층은 비정질 실리콘에 P형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있고, 상기 I형 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있고, 상기 N형 반도체층은 비정질 실리콘에 N형 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전극(34)은 상기 반도체층(33) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 전극(34)은 상기 반도체층(33)의 표면 중에서 상기 제1 전극(32)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
상기 제2 전극(34)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 산화물로 이루어질 수도 있고, Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 과 같은 금속으로 이루어질 수도 있다. 이와 같은 제2 전극(34)은 단위셀 별로 형성되며, 따라서 복수 개의 제2 전극(34)들이 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 각각의 제2 전극(34)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 각각의 제1 전극(32)과 연결되어 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 반도체층(33)과 상기 제2 전극(34) 사이에 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전 산화물층이 추가로 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 박막형 태양전지(30)가 직렬로 연결된 복수의 단위셀을 포함하고 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)가 마련되어 있다. 이때, 상기 콘택부(P2) 및 상기 제2 분리부(P3)에는 상기 반도체층(33)이 형성되어 있지 않다.
따라서, 상기 콘택부(P2)와 상기 제2 분리부(P3)의 영역에서는 상기 반도체층(33)에 의한 영향이 적어 적색으로 보이는 문제가 발생하지 않을 수 있다. 특히, 상기 제2 분리부(P3)의 영역에는 상기 제2 전극(34)도 형성되어 있지 않다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3)의 영역에서는 태양광이 투명한 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 기판(31), 및 제1 전극(32)을 차례로 통과한 후 유색의 색상을 가지는 제2 접착층(40)을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 보호층(50)을 통과하여 사용자의 눈으로 입사될 수 있다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3)의 영역에서는 상기 제2 접착층(40)에서 구현하고자 하는 유색의 색상을 보다 정확하게 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도로서, 이는 복수의 단위셀이 직렬로 연결된 박막형 태양전지(30)의 배치가 변경된 것을 제외하고 전술한 도 3에 따른 구조물과 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 동일한 구성에 대한 반복설명은 생략하기로 한다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판(31), 제1 전극(32), 반도체층(33), 및 제2 전극(34)을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지(30)가 제1 접착층(20)과 제2 접착층(40) 사이에 형성되어 있다.
이때, 상기 기판(31), 제1 전극(32), 반도체층(33), 및 제2 전극(34)의 적층 순서가 전술한 도 3에서와 상이하다.
구체적으로, 상기 기판(31)은 상기 제2 접착층(40) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 기판(31)은 상기 제2 접착층(40)의 표면 중에서 상기 보호층(50)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
상기 제1 전극(32)은 상기 기판(31) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전극(32)은 상기 기판(31)의 표면 중에서 상기 제2 접착층(40)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다. 전술한 바와 동일하게, 복수 개의 제1 전극(32)들이 제1 분리부(P1)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다.
상기 반도체층(33)은 상기 제1 전극(32) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 반도체층(33)은 상기 제1 전극(32)의 표면 중에서 상기 기판(31)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
전술한 바와 동일하게, 상기 반도체층(33)은 상기 제1 분리부(P1) 내에도 형성되어 상기 기판(31)과 접하고 있다. 또한, 복수 개의 반도체층(33)들이 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 각각의 반도체층(33)에는 콘택부(P2)가 마련되어 있어 상기 콘택부(P2)를 통해서 제1 전극(32)과 제2 전극(34) 사이의 전기적 연결이 가능하다.
또한, 상기 반도체층(33)은 화살표로 확대된 확대도에서 알 수 있듯이, P형 반도체층, I형 반도체층, 및 N형 반도체층을 포함한 PIN구조로 형성될 수 있다. 이때, 상기 P형 반도체층은 상기 제2 전극(34)에 가깝게 위치하고, 상기 N형 반도체층은 상기 제1 전극(32)에 가깝게 위치하고, 상기 I형 반도체층은 상기 P형 반도체층과 상기 N형 반도체층의 사이에 위치할 수 있다. 즉, 상기 P형 반도체층은 태양광의 입사면에서 가까운 위치에 형성되고, 상기 N형 반도체층은 태양광의 입사면에서 먼 위치에 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(34)은 상기 반도체층(33) 상에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 전극(34)은 상기 반도체층(33)의 표면 중에서 상기 제1 전극(32)과 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다. 복수 개의 제2 전극(34)들이 제2 분리부(P3)를 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 각각의 제2 전극(34)은 상기 콘택부(P2)를 통해서 각각의 제1 전극(32)과 연결되어 있다.
상기 제2 전극(34)은 상기 제1 접착층(20)과 접촉하면서 상기 제1 접착층(20) 상에 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 제2 전극(34)은 상기 제1 접착층(20)의 표면 중에서 상기 외부 플레이트(10)와 접하는 표면의 반대 면에 형성되어 있다.
이와 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 콘택부(P2) 및 상기 제2 분리부(P3)에 상기 반도체층(33)이 형성되어 있지 않기 때문에, 상기 콘택부(P2)와 상기 제2 분리부(P3)의 영역에서는 상기 반도체층(33)에 의한 영향이 적어 적색으로 보이는 문제가 발생하지 않을 수 있다.
특히, 상기 제2 분리부(P3)의 영역에는 상기 제2 전극(34)도 형성되어 있지 않기 때문에, 상기 제2 분리부(P3)의 영역에서는 태양광이 투명한 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 제1 전극(32), 및 기판(31)을 차례로 통과한 후 유색의 색상을 가지는 제2 접착층(40)을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고 그 후 투명한 보호층(50)을 통과하여 사용자의 눈으로 입사될 수 있다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3)의 영역에서는 상기 제2 접착층(40)에서 구현하고자 하는 유색의 색상을 보다 정확하게 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도로서, 이는 복수의 개구홀(H)을 추가로 포함하는 것을 제외하고 전술한 도 3에 따른 구조물과 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 동일한 구성에 대한 반복설명은 생략하기로 한다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 단위셀마다 개구홀(H)이 마련되어 있다.
상기 개구홀(H)은 반도체층(33)과 제2 전극(34)을 제거하여 형성된다. 따라서, 상기 개구홀(H) 영역은 제2 분리부(P3) 영역과 마찬가지로 반도체층(33)과 제2 전극(34)이 형성되어 있지 않다.
결국, 상기 제2 분리부(P3)의 영역과 마찬가지로 상기 개구홀(H) 영역에서는 태양광이 투명한 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 기판(31), 및 제1 전극(32)을 차례로 통과한 후 유색의 색상을 가지는 제2 접착층(40)을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고 그 후 투명한 보호층(50)을 통과하여 사용자의 눈으로 입사될 수 있다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3) 및 상기 개구홀(H)의 영역에서는 상기 제2 접착층(40)에서 구현하고자 하는 유색의 색상을 보다 정확하게 구현할 수 있다.
특히, 도 5에 따른 실시예는 전술한 도 3에 따른 실시예보다 상기 개구홀(H) 영역만큼 유색 색상 구현이 향상될 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 복수의 개구홀(H)은 도시된 바와 같이 하나의 단위셀의 제1 분리부(P1) 및 이웃하는 단위셀의 제2 분리부(P3) 사이 영역에 형성될 수 있다. 상기 제1 분리부(P1) 및 제2 분리부(P3)는 라인(line) 형태로 이루어져 단위셀 사이를 분리시키지만, 상기 복수의 개구홀(H) 각각은 라인(line) 형태가 아니라 섬(island) 형태로 이루어져 단위셀 사이를 분리시키지 않고 따라서 복수의 개구홀(H) 사이 영역은 유효한 전지로서 동작하게 된다. 이와 같은 개구홀(H)의 형태는 후술하는 도 7을 참조하면 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 단면도로서, 이는 복수의 개구홀(H)을 추가로 포함하는 것을 제외하고 전술한 도 4에 따른 구조물과 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 이하에서는 동일한 구성에 대한 반복설명은 생략하기로 한다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 단위셀마다 개구홀(H)이 마련되어 있다.
상기 개구홀(H)은 반도체층(33)과 제2 전극(34)을 제거하여 형성된다. 따라서, 상기 개구홀(H) 영역은 제2 분리부(P3) 영역과 마찬가지로 반도체층(33)과 제2 전극(34)이 형성되어 있지 않다.
결국, 상기 제2 분리부(P3)의 영역과 마찬가지로 상기 개구홀(H) 영역에서는 태양광이 투명한 외부 플레이트(10), 제1 접착층(20), 제1 전극(32), 및 기판(31)을 차례로 통과한 후 유색의 색상을 가지는 제2 접착층(40)을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고 그 후 투명한 보호층(50)을 통과하여 사용자의 눈으로 입사될 수 있다. 따라서, 상기 제2 분리부(P3) 및 상기 개구홀(H)의 영역에서는 상기 제2 접착층(40)에서 구현하고자 하는 유색의 색상을 보다 정확하게 구현할 수 있다.
특히, 도 6에 따른 실시예는 전술한 도 4에 따른 실시예보다 상기 개구홀(H) 영역만큼 유색 색상 구현이 향상될 수 있는 장점이 있다.
전술한 도 5에 따른 실시예와 마찬가지로, 복수의 개구홀(H)은 하나의 단위셀의 제1 분리부(P1) 및 이웃하는 단위셀의 제2 분리부(P3) 사이 영역에 형성될 수 있고, 상기 복수의 개구홀(H) 각각은 라인(line) 형태가 아니라 섬(island) 형태로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지를 이용한 구조물의 개략적인 평면도로서, 이는 전술한 도 5 및 도 6에 따른 구조물의 평면도에 해당한다.
도 7에서 알 수 있듯이, 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)가 반복되면서 복수의 단위셀이 서로 직렬로 연결된다. 어느 하나의 제1 분리부(P1)에서 그와 이웃하는 다른 하나의 제1 분리부(P1)까지의 영역을 하나의 단위셀로 정의할 수도 있고, 어느 하나의 제2 분리부(P3)에서 그와 이웃하는 다른 하나의 제2 분리부(P3)까지의 영역을 하나의 단위셀로 정의할 수도 있다.
복수의 단위셀 각각에는 복수의 개구홀(H)이 마련되어 있다. 상기 복수의 개구홀(H) 각각은 도시된 바와 같이 평면도 상에서 섬(island) 형태로 이루어지며, 예로서 원형으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고 상기 개구홀(H)의 형상은 타원형 또는 다각형 등으로 다양하게 변경될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 복수의 개구홀(H)은 하나의 단위셀의 제1 분리부(P1) 및 이웃하는 단위셀의 제2 분리부(P3) 사이 영역에 형성될 수 있다. 상기 제1 분리부(P1) 및 제2 분리부(P3)는 라인(line) 형태로 이루어지고, 상기 복수의 개구홀(H) 각각은 섬(island) 형태로 이루어진다.
이와 같은 복수의 개구홀(H)은 도시된 바와 같이, 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)의 라인(line) 형태와 나란하게 배열될 수 있지만 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 복수의 개구홀(H)은 상기 제1 분리부(P1), 콘택부(P2), 및 제2 분리부(P3)의 라인 형태와 나란한 복수의 열로 배열될 수 있다. 도시된 바와 같이 상기 복수의 개구홀(H)은 2열로 배열될 수 있지만, 3열 이상으로 배열되는 것도 가능하다.
상기 개구홀(H)의 개수를 증가시키거나 개구홀(H)의 면적을 증가시킬 경우 유색 색상 구현이 향상될 수 있지만, 그만큼 태양전지의 효율이 저하된다. 따라서, 상기 개구홀(H)의 개수 및 상기 개구홀(H)의 면적은 유색 색상 구현과 태양전지의 효율을 감안하여 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파장 대별(300~1100nm) 광투과율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8에서 알 수 있듯이, 단파장대에서보다 장파장대에서의 광투과율이 우수함을 알 수 있듯이, 따라서, 본 발명에 따른 구조물은 전반적으로 붉은 계열의 색으로 보이게 됨을 알 수 있다. 다만, 도 3에 따른 실시예에 비하여 도 5에 따른 실시예의 경우가 전체 파장대에서 광투과율이 우수함을 알 수 있으며, 특히, 대략 700nm 근처의 장파장대의 경우 도 3에 따른 실시예는 약 23%의 광투과율을 보이는 반면 도 5에 따른 실시예는 약 28%의 광투과율을 보임을 알 수 있다. 결국, 도 3에 따른 실시예에 비하여 도 5에 따른 실시예의 경우가 상대적으로 옅은 붉은 계열의 색으로 보이게 되어 시인성이 향상될 수 있다.
아래 표 1은 도 3에 따른 실시예와 도 5에 따른 실시예의 내부 광량을 측정한 결과로서, 표 1에서 알 수 있듯이, 도 3에 따른 실시예는 325W/m2의 광량을 보인 반면에 도 5에 따른 실시예는 373W/m2의 광량을 보여, 도 3에 따른 실시예에 비하여 도 5에 따른 실시예의 경우가 상대적으로 높은 내부 광량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
표 1
Figure 112015019923161-pat00001
따라서, 도 5에 따른 실시예를 온실에 적용할 경우, 개구홀(H)과 같은 도트 셀(Dot Cell) 가공 시 투과율(Transmittance) 증가로 온실 내 광량을 증가 시킬 수 있으며, 면적에 비례하여 광량을 증가 시킬 수 있다. 예로서, 개구홀(H)의 면적을 전체의 10%로 형성할 경우 10%의 광량 증가 효과를 얻을 수 있다. 결국, 온실 내 광량 증가를 통해서 생물의 생장을 개선시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 외부 플레이트 20: 제1 접착층
30: 박막형 태양전지 31: 기판
32: 제1 전극 33: 반도체층
34: 제2 전극 40: 제2 접착층
50: 보호층

Claims (11)

  1. 태양광에 노출되는 외부 플레이트;
    상기 외부 플레이트의 표면 중에서 태양광에 노출되는 표면의 반대면에 구비된 제1 접착층;
    상기 제1 접착층 상에 구비된 박막형 태양전지;
    상기 박막형 태양전지 상에 구비된 제2 접착층; 및
    상기 제2 접착층 상에 구비되어 상기 박막형 태양전지를 보호하는 보호층을 포함하여 이루어지고,
    상기 제2 접착층은 유색의 접착층으로 이루어지고,
    상기 유색의 접착층은 유색의 안료 또는 염료가 투명한 접착물질에 분산되어 이루어지고, 상기 보호층은 투명한 재료로 이루어지고, 상기 유색의 접착층은 상기 박막형 태양전지를 통과한 광의 색상을 변경하고, 상기 유색의 접착층에서 색상이 변경된 광은 상기 보호층을 통과하여 외부로 방출되는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부 플레이트, 및 상기 제1 접착층은 투명한 재료로 이루어진 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박막형 태양전지는
    기판;
    상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 제1 전극들;
    상기 제1 전극들 상에 구비되며, 내부에 콘택부가 마련되어 있고 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 반도체층들; 및
    상기 복수 개의 반도체층들 상에 구비되며, 상기 콘택부를 통해 상기 제1 전극과 연결되어 있고 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 제2 전극들을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 접착층의 표면 중에서 상기 외부 플레이트와 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고,
    상기 제2 분리부 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 기판, 및 제1 전극을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과하는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제2 접착층의 표면 중에서 상기 보호층과 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고,
    상기 제2 분리부 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 제1 전극, 및 기판을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과하는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  7. 태양광에 노출되는 외부 플레이트;
    상기 외부 플레이트의 표면 중에서 태양광에 노출되는 표면의 반대면에 구비된 제1 접착층;
    상기 제1 접착층 상에 구비된 박막형 태양전지;
    상기 박막형 태양전지 상에 구비되며 유색의 접착층으로 이루어진 제2 접착층; 및
    상기 제2 접착층 상에 구비되어 상기 박막형 태양전지를 보호하는 보호층을 포함하여 이루어지고,
    상기 박막형 태양전지에는 태양광이 투과할 수 있는 복수의 개구홀이 구비되어 있고,
    상기 유색의 접착층은 유색의 안료 또는 염료가 투명한 접착물질에 분산되어 이루어지고, 상기 보호층은 투명한 재료로 이루어지고, 상기 유색의 접착층은 상기 박막형 태양전지를 통과한 광의 색상을 변경하고, 상기 유색의 접착층에서 색상이 변경된 광은 상기 보호층을 통과하여 외부로 방출되는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박막형 태양전지는,
    기판;
    상기 기판 상에 구비되며, 제1 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 제1 전극들;
    상기 제1 전극들 상에 구비되며, 내부에 콘택부가 마련되어 있고 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수 개의 반도체층들; 및
    상기 복수 개의 반도체층들 상에 구비되며, 상기 콘택부를 통해 상기 제1 전극과 연결되어 있고 상기 제2 분리부를 사이에 두고 이격된 복수의 제2 전극들을 포함하여 이루어지고,
    상기 복수의 개구홀 각각은 상기 반도체층과 상기 제2 전극이 제거되어 마련된 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구홀은 하나의 단위셀의 상기 제1 분리부(P1) 및 이웃하는 단위셀의 상기 제2 분리부(P3) 사이 영역에 배열되어 있는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제1 접착층의 표면 중에서 상기 외부 플레이트와 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고,
    상기 개구홀 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 기판, 및 제1 전극을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과하는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 기판은 상기 제2 접착층의 표면 중에서 상기 보호층과 접하는 표면의 반대 면에 구비되어 있고,
    상기 개구홀 영역에서는 상기 태양광이 투명한 상기 외부 플레이트, 제1 접착층, 제1 전극, 및 기판을 차례로 통과한 후, 상기 제2 접착층을 지나면서 유색의 색상으로 변경되고, 그 후 투명한 상기 보호층을 통과하는 박막형 태양전지를 이용한 구조물.
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