KR101884790B1 - 플렉서블 하이브리드 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 태양전지에 관한 것으로, 평판형 태양전지를 포함하는 제1태양전지; 집광형 태양전지를 포함하는 제2태양전지; 상기 제2태양전지의 상부에는 구성되어 있는 렌즈부; 상기 제1태양전지는 Si기반 태양전지, CIGS태양전지, 유기태양전지, 염료 감응형 태양전지 중 적어도 하나로 구성되고, 상기 제2태양전지는 3-5족 화합물을 포함하는 태양전지인 것을 특징으로 한다.

Description

플렉서블 하이브리드 태양전지{FLEXIBLE HYBIRD SOLAR CELL}
본 발명은 플렉서블 태양전지에 관한 것으로, 특히 플렉서블한 집광형 및 플렉서블 저가의 박막형 하이브리드로 구성된 태양전지에 관한 것이다.
최근 들어 전통적인 화석연료의 매장량이 줄어들고 화석연료로 인한 환경오염이 심각해지면서 친환경적인 대체 에너지의 활용에 관심이 커지고 있는 상황이다. 특히 태양광을 이용한 태양전지모듈의 경우 오랜 연구를 통해 축적된 기술을 통해 향후 전통적인 에너지를 대체할 가장 유력한 대체에너지로 각광받고 있다.
이러한 태양전지모듈의 설치용량은 2010년까지 약 30GW에 이르고 있으며, 2020년에는 100GW의 태양광 시장이 형성될 전망이다. 또 국내의 경우 1년에 약 100MW 정도의 수요가 발생하고 있으며, 생산 능력은 약 1GW에 달하고 있다. 이러한 장기적인 국내외 상황을 감안할 때 태양광 산업은 향후 지속적인 성장이 예상되고 있다.
태양에너지를 이용하는 발전에는 태양광을 전기에너지로 변환 사용하는 태양광 발전과, 태양에너지를 집열장치로 집열한 후에 난방용 또는 온수용으로 사용하는 태양열 장치가 있다.
이 중에서 태양광 발전은 화력이나 원자력 같은 기존 발전설비와 달리 연료비가 소요되지 않으며, 소음과 공해가 발생되지 않는 장점이 있다. 또한, 태양광 발전은 대규모 발전설비를 필요로 하지 않고, 소규모 발전이 가능하기 때문에, 가정용으로 설치 사용될 수 있는 장점이 있다.
그러므로 이같이 독립적이며 비효율적 구성만으로는 태양에너지 효율적 이용을 달성할 수 없고 이들을 병합발전할 수 있는 기구가 개발되어야 한다.
이로 인해, 독일, 일본, 미국 등 선진국에서는 태양광 발전이 널리 사용되고 있으며, 최근 국내에서도 대체에너지 이용 보급 촉진법이 개정, 공표됨으로써 태양광 발전 10,000호 건설과 같은 구체적인 시행계획들이 현실화되고 있다.
한편, 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 일종의 반도체로서, 크게 결정질 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 그리고 집광형 태양전지로 구분할 수 있다.
이 중 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘 덩어리를 얇은 기판으로 절단하여 제작하며, 실리콘 덩어리의 제조 방법에 따라 단결정(single crystal) 형태와 다결정(polycrystalline) 형태로 구분되며, 기본적으로 p-n 동종접합(homojunction)으로서 태양전지에 사용된다. 단결정은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮은 고품위의 재료로서 높은 효율을 달성할 수 있으나 고가이고, 다결정 재료는 상대적으로 저급한 재료를 저렴한 공정으로 처리하여 상용화가 가능한 정도의 효율의 전지를 생산한다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지의 이론적 최대 효율은 약 25%이며 이미 실험실 수준에서는 이 한계치에 가까운 효율이 보고된 바 있다.
하지만 단결정 또는 다결정 웨이퍼를 사용하며 양산용으로 제작되는 셀의 효율은 대략 14% ~ 17%를 보이고 있다. 이때, 변환효율 100%는 1m2의 너비에서 1KW의 전력생산을 하는 것을 의미한다.
한편, 태양광 발전에 있어서 가장 장애요인이 되는 것은 과도한 투자비용으로 다른 화석원료를 사용한 상업용 발전에 비해 경제성이 떨어진다는 것이다. 이러한 효율 대비 고가의 태양전지 가격을 낮추기 위하여 등장한 것이 대표적으로 박막 태양전지와 집광형 태양전지이다.
박막 태양전지는 유리, 스테인리스 강 또는 플라스틱과 같은 저가의 기판에 반도체 막을 코팅하여 제작된다. 결정질 실리콘 전지에 비해 소재를 적게 사용하고 자동화를 통해 모듈 공정까지 일관화할 수 있다는 장점이 있지만 대체로 효율이 낮고 모듈의 수명에 관한 실증 연구가 부족하다는 단점을 가지고 있다. 양산 관련 기술의 부족으로 아직까지는 결정질 실리콘에 비하여 가격 경쟁력이 검증되지 않은 상태이다.
또한 3-5족 화합물을 이용한 태양전지도 약 45%의 높은 효율의 장점은 있지만, 재료가 고가라서, 대면적의 제작은 양산성이 없어서, 렌즈를 이용하여 효율을 높이는 방법이 이용되고 있다.
집광형 태양전지는 프레넬 렌즈나 반사경을 이용하여 넓은 면적의 빛을 태양전지에 집중시키는 방식으로, 대체로 수배 ~ 500배 정도로 집광한다. 동일한 면적에 대하여 태양전지의 크기를 감소시키고 이에 따라 시스템 가격을 낮출 수 있는 장점이 있지만 집광도를 높일 경우 산란광을 활용하기 어려고 추적 장치를 통해 항상 태양방향을 향하도록 해야 한다는 점과 냉각장치가 필요하다는 점 등이 단점으로 지적되고 있다. 특히, 국내 기후 환경의 경우 구름 생성으로 인해 청명일이 연간 약 100일 정도에 불과하여 집광형 시스템이 그 기능을 충분히 발휘하지 못하여 작동에 적합하지 못한 단점이 있었다. 더구나 인버터를 통하여 교류로 반전함에 있어서 구름 등으로 인해 직달 일사량이 급감하는 경우, 인버터 작동이 멈추는 현상이 발생하는 등 문제점이 제기되어 왔다.
한편, 태양전지의 효율은 태양광의 입사각이 커지면 손실이 크다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 플렉서블 태양전지가 개발되었고, 플렉서블 태양전지는 초점거리 및 집광효율면에서 유리하다는 장점이 있다.
본 발명의 과제는 태양전지의 효율을 높이기 위해서 집광형과 평판형을 동시에 적용하면서, 집광효율 및 초점거리등의 장점을 살리기 위한 것이다.
자동차, 무인항공기, 드론 등에 태양광에 의한 전기생산을 얻고자 할 경우 곡면성을 갖고 무게 대비 전력이 우수한 flexible III-V 태양전지를 사용하여야 한다. 그러나 전면을 고가의 III-V 족 화합물로 적용하기보다는 집광렌즈를 이용하여 집광하는 것이 비용을 절감할 수 있다. 직사광선이 비추는 맑은 날씨의 경우, 집광렌즈로 고효율을 얻고, 구름이 있어 산란광이 될 경우, 집광셀 주위에 놓인 갑싼 플렉서브 박막으로 빛을 받게 되게 하기 위함이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 일 실시예인 하이브리드 태양전지는 플렉서블 박막 태양전지를 포함하는 제1태양전지; 플렉서블 집광형 III-V 태양전지를 포함하는 제2태양전지; 상기 제2태양전지의 상부에는 구성되어 있는 렌즈부를 포함하고, 상기 제1태양전지는 플렉서블 Si기반 태양전지, 플렉서블 CIGS태양전지, 플렉서블 유기태양전지, 플렉서블 염료 감응형 태양전지, 플렉서블 페로브스카이트 태양전지, 플렉서블 플라스틱 태양전지 중 적어도 하나로 구성되고, 상기 제2태양전지는 플렉서블 3-5족 화합물을 포함하는 태양전지인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1태양전지는 복수의 제1태양전지 모듈을 포함하고, 상기 제2태양전지는 복수의 제2태양전지 모듈을 포함하고, 상기 복수의 제1태양전지 모듈 사이에, 상기 제2태양전지 모듈이 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부는 상기 복수의 제2태양전지 모듈 상측으로 복수의 렌즈를 일체화로 구성해서 결합하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부는 가요성이 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1태양전지와 제2태양전지는 가요성이 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부와 상기 제2태양전지는 결합부재에 의해서 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 일 실시예인 하이브리드 태양전지는 플렉서블 박막형 태양전지를 포함하는 제1태양전지, 집광형 태양전지를 포함하는 제2태양전지, 상기 제2태양전지의 상부에는 구성되어 있는 렌즈부를 포함하고, 상기 제2태양전지는 제1태양전지보다 낮은 높이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고효율 플렉서블 집광형 및 저가의 플렉서블 박막형 태양전지를 하이브리드로 구성하여 각각의 단점을 보완하고, 장점만을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 집광렌즈, 또는 반사경 등을 사용하지 않고, 복수의 볼렌즈로 구성된 렌즈부를 이용하여, 효율적인 집광 및 태양광을 받을 수 있는 장점이 있다. 렌즈부는 플렉서블 태양전지에 부착된 플렉서블 형과 플렉서블 태양전지와 결합되지 않은 렌즈로 구분될 수 있다.
본 발명은 플렉서블 또는 곡면화된 태양전지 구현이 가능하여, 집광효율 및 초점거리 등의 장점이 있다.
도 1 일반적인 집광형 태양전지의 구조
도 2 일반적인 평판형 태양전지의 구조
도 3 본 발명의 하이브리드 태양전지 제1 실시예
도 4 본 발명의 하이브리드 태양전지 제2 실시예
도 5 본 발명의 렌즈부 제1 실시예
도 6 본 발명의 렌즈부 제2 실시예
도 7 본 발명의 렌즈부 제3 실시예의 결합전
도 8 본 발명의 렌즈부 제3 실시예의 결합후
도 9 본 발명의 렌즈부 제4 실시예
도 10 본 발명의 하이브리드 태양전지 제2 실시예
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플렉서블 하이브리드 태양전지에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 집광형 플렉서블 태양전지에 대한 구조이다. 별도의 렌즈를 이용하여 태양광을 포커싱하여 효율을 높이지만, 직사광선 외에는 포커싱이 쉽지 않다는 단점이 있고, 태양전지가 보통 3-5족의 물질로 제작이 되기 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있다.
3-5족을 이용한 태양전지의 경우에는 플렉서블한 태양전지가 많이 연구개발되고, 많은 문제점을 해결했지만, 이를 집광형으로 사용하기 위해서 렌즈가 소정의 높이를 갖고 형성되어져야 하고, 초점거리가 필요하기 때문에, 플렉서블한 태양전지에는 사용이 어려운 단점이 있다.
집광형 태양전지의 경우에는 약 40%대의 고효율을 갖는 장점이 있지만, 렌즈를 형성하는 문제, 렌즈를 사용함에 따라서, 직사광선이 아닌 구름에 산란되어 들어오는 태양광에 대해서는 전기를 거의 생성하지 못하는 단점이 있다.
도 2는 저가의 박막형 플렉서블 태양전지에 대한 구조이다. 별도의 렌즈 없이 플렉서블 실리콘을 이용하여 태양전지를 제작해서 저렴하지만, 효율이 떨어지는 단점이 있다. 저가의 박막형 플렉서블 태양전지의 경우에는 다양한 플렉서블한 태양전지가 연구개발 되어졌고, 상용화도 이루어진 상태이다.
집광형 플렉서블 태양전지 또는 저가의 박막형 플렉서블 태양전지 하나씩만을 사용하는 경우에는 각각의 장점이 있지만, 단점도 존재한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서, 저가의 박막형 플렉서블 과 집광형 플렉서블이 동시에 구성하는 하이브리드 태양전지를 제안하고, 나아가 이를 플렉서블하게 사용할 수 있는 것에 대해서도 제안한다.
도 3은 본 발명의 하이브리드 태양전지(100)의 일 실시예의 상면에서 바라본 형상이다.
하이브리드 태양전지(100)은 제1태양전지(110), 제2태양전지(120), 렌즈부(130)을 포함한다.
제1태양전지(110)는 박막형 플렉서블 태양전지로 구성되어질 수 있고, Si기반 태양전지, CIGS태양전지, 유기태양전지, 염료 감응형 태양전지 중 적어도 하나로 구성하는 것이 바람직하다.
제1태양전지(110)는 복수의 제1태양전지 모듈(111)로 구성되어 질 수 있다. (도 4) 복수로 제1태양전지 모듈(111)로 구성을 하는 경우에는 다양한 크기의 시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.
제2태양전지(120)는 복수의 제2태양전지 모듈(121)을 포함하고, 상기 복수의 제2태양전지 모듈(121)은 상기 제1태양전지(110)의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 도 4와 같이 복수의 제1태양전지 모듈(111)을 구성하는 경우에는 모듈과 모듈사이 교차하는 부분에 위치할 수 있다. 모듈과 모듈사이에 위치를 하는 경우에는 공간적으로 약간의 손실은 있지만, 제2태양전지(120)에서 발생하는 열을 효과적으로 배출할 수 있다.
렌즈부(130)는 상기 복수의 제2태양전지 모듈(121) 상부에 대응되게 복수의 렌즈(131)로 구성할 수 있다. 렌즈부(130)는 상기 제1태양전지(110)의 일 부분에 형성되고, 상기 렌즈부(130)는 상기 제2태양전지(120)에 태양광을 집광시켜주는 역할을 한다.
상기 렌즈부(130)는 복수의 볼렌즈(131)로 형성할 수 있다. 복수의 볼렌즈의 수는 상기 복수의 제2태양전지 모듈(121)의 수와 대응되고, 상기 복수의 볼렌즈는 대응되는 복수의 제2태양전지 모듈(121)에 태양광을 집광시킨다.
또한, 복수의 볼렌즈의 일측은 상기 제2태양전지 모듈(121)에 맞닿아 결합되어질 수 있다. 이렇게 구성하는 이유를 제1태양전지(110)과 제2태양전지(120)이 플렉서블하게 구성되는 경우, 플렉서블된 정도에 따른 렌즈의 오차를 최소화하기 위함니다.
상기 복수의 볼렌즈를 포함하는 렌즈부(130)은 일체형으로 구성되는 것이 바람직하다. 통상의 태양전지는 그 크기가 설치 환경에 따라 변화하기 때문이다. 또한, 플렉서블한 태양전지의 상부에 위치시키는 것이 아닌 결합시키는 구조가 되기 위해서는 복수의 볼렌즈는 유리가 아닌 수지를 포함하는 구조가 바람직하다.
통상 일체형으로 구성하고, 일부 가요성이 있는 렌즈더라도, 전체 렌즈를 휘게 되면, 렌즈의 초점이 일부 변화하게 된다. 이 같은 문제점을 해결하기 위해서, 도면과 같은 상기 렌즈부(130)는 렌즈완충부(132)를 포함한다. 상기 렌즈완충부(132)는 복수의 볼렌즈의 각각의 사이에 구성하고 있으며, 가요성이 높은 재질로 구성할 수 있으며, 가요성 정도는 볼렌즈보다 높도록 구성할 수 있다. 가요성이 높아야지 볼렌즈의 휘어지는 것보다는 렌즈완충부(132)를 휘게 할 수 있기 때문이다.
이 같이 볼렌즈를 사용하게 되면, 하나의 렌즈로 집광과 제2태양전지로 초점을 동시게 구성할 수 있는 장점이 있다.
상기 렌즈부(130)는 제2태양전지 모듈에 결합부재(미도시)를 이용하여 결합할 수 있다. 상기 결합부재는 에폭시와 같은 것이 될 수 있고, 태양전지에 곧바로 결합할 수 없는 경우에는, 소정의 지그등을 이용해서 결합할 수도 있을 것이다. 이 경우 제2태양전지(!20)와 렌즈부(130)는 공극이 없는 것이 바람직할 것이다. 그 이유는 플렉서블로 구현을 하는 경우, 공극이 있으면 태양전지의 중간부분과 끝부분에서 렌즈부와 거리차이가 다르게 존재할 것이고, 그 거리차로 인한 초점차이는 곧 효율과 연관될 것이기 때문이다.
다음은 렌즈부(130)의 다른 실시예이다. 렌즈부(130)는 상기 언급한 바와 같이 볼렌즈로 구성하면 여러가지 장점이 존재한다. 하지만, 렌즈부(130)가 100% 구형이면, 제2태양전지 모듈(121)에 결합시키기가 쉽지 않다. 따라서, 렌즈부(130)가 제2태양전지에 결합되는 분위를 평행하게 만들어서 결합할 수 있다. 구조적으로 최대한 반구모양으로 결합해서 적용할 수 있다. 다만 이렇게 반구로 구성을 하려면, 렌즈부(130)의 굴절률을 2이상으로 해야한다.
도면에는 개시되어 있지 않지만, 곡면화된 프레넬 렌즈를 렌즈부(130)에 적용할 수 있다. 이런 경우에는 플렉서블에 의해 최초 벤딩되어 있는 정도가 고정이 되어서 그 벤딩된 양만큼 프레넬 렌즈를 곡면화 시켜서 적용을 할 수 있을 것이다.
다음은 렌즈부(130)의 다른 실시예이다. 렌즈가 아닌, 이온 교환기법에 의해서 렌즈화된 곡면 유리를 적용할 수 있다. 이 경우에는 곡면 유리 내부에, 굴절률이 다른 부분을 구성한다. 굴절률이 다른 부분은 도면에 개시된 바와 같이 볼렌즈와 같이 구현하도록 한다.
직사광선이 있을 경우에는 렌즈부(130)에 의해서 높은 효율로 태양광 발전을 할 것이고, 직사광선이 아닌 산란되어 들어온 태양광의 경우에는 제1태양전지(110)에 의해서 태양광을 전기로 변환할 것이다.
다음은 본 발명의 하이브리드 전지의 다른 실시예이다.
앞선 실시예에서는 제1태양전지와 제2태양전지의 높이가 전지의 자체 높이차이외에는 별도로 구성하지 않았다. (결합부재가 있는 경우에는 그 높이 포함함) 그러기 때문에 별도의 결합부재를 이용하여 렌즈부(130)을 제2태양전지에 결합을 하는 구조였다.
본 실시예는 이러한 문제를 극복하기 위해서, 도면 10과 같은 구조를 제안한다.
앞선 실시예의 동일한 명칭의 구성요소는 그 특징이 본 실시예와 동일하다. 하지만, 제1태양전지와 제2태양전지를 형성하는 특징에서 차이가 있다. 제2실시예는 제1태양전지(110)와 제2태양전지(120)이 형성되는 위치를 상이하게 하고, 제1태양전지(110)보다 제2태양전지(120)를 아래에 배치한다. 아래에 배치하는 경우에는 별도의 공동(123)을 마련하는 것이 바람직하고, 이는 기구적으로 구성을 할 수 있다.
기구적으로 구성을 하는 경우에는 별도의 지지부를 형성하고 지지부의 높은면에는 제1태양전지(110)를 형성하고, 상기 공동(123)의 낮은면에는 제2태양전지(120)를 형성할 수 있을 것이다. 상기 지지부는 가요성을 갖는 것이 바람직하고, 공동(123)의 옆면에는 반사면(122)를 구성하고, 렌즈부(130)을 통해서 들어오는 태양광 중에서 약간의 초점이 안맞는 광을 반사해서 제2태양전지(120)로 집광시키는 효과를 갖고 온다.
또한 플렉서블에 의해서 렌즈부가 휘어서, 렌즈부(130)의 초점이 약간 틀어지더라도, 반사면(122)에 의해서 틀어진 초점을 다소 보상해줄 수 있는 효과도 존재를 한다. 또한 반사면(122)도 중앙보다는 외곽부분이 더 변경되어서 초점을 더 잘 보상해주는 효과가 있다.
이때 제1, 제2 태양전지가 놓여 있는 플렉서블 시트는 금속재질로 이루어진 플렉서블 시트일 수 있다. 금속재질이 반사성을 갖는 금속재질로 이루어지면, 반사면(122) 구현이 용이할 것이다.
본 발명의 각각의 실시예는 실시가능 범위내에서는 서로 치환 및/또는 부가할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 하이브리드 태양전지
110 제1태양전지
120 제2태양전지
130 렌즈부

Claims (7)

  1. 집광형 및 평판형 플렉서블 하이브리드 태양전지에 있어서,
    박막형 플렉서블 태양전지를 포함하고, 가요성이 있는 제1태양전지;
    집광형 플렉서블 태양전지를 포함하고, 가요성이 있는 제2태양전지;
    상기 제2태양전지의 상부에는 구성되어 있는 렌즈부;
    상기 제1태양전지는 Si기반 플렉서블 박막 태양전지, CIGS 플렉서블 박막태양전지, 유기 플렉서블 박막 태양전지, 염료 감응형 플렉서블 박막 태양전지, 페로브스카이트 태양전지, 플라스틱 플렉서블 박막 태양전지 중 적어도 하나로 구성되고, 상기 제2태양전지는 3-5족 화합물을 포함하는 플렉서블 태양전지이고,
    상기 제1태양전지는 복수의 제1태양전지 모듈을 포함하고,
    상기 제2태양전지는 복수의 제2태양전지 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 제1태양전지 모듈 사이에, 상기 제2태양전지 모듈이 위치하며,
    상기 렌즈부는 볼렌즈와 렌즈완충부를 포함하고,
    상기 볼렌즈의 수는 상기 복수의 제2태양전지 모듈의 수와 대응되며,
    상기 복수의 볼렌즈의 일측은 상기 제2태양전지 모듈에 맞닿아 결합되고,
    상기 렌즈완충부는 상기 복수의 볼렌즈의 각각의 사이에 구성되며, 상기 볼렌즈보다 가요성이 높은 것을 특징으로 하는 플렉서블 하이브리드 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 복수의 볼렌즈 및 상기 렌즈완충부가 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 하이브리드 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 제2태양전지에 태양광을 집광시키는 것을 특징으로 하는 플렉서블 하이브리드 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 수지로 구성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 하이브리드 태양전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210067215A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 한국광기술원 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110026257A (ko) * 2009-09-07 2011-03-15 송원진 박막 태양전지
KR20120003754A (ko) * 2010-07-05 2012-01-11 주식회사 씨엘에프하이텍 하이브리드형 고효율 태양광 발전모듈
KR101685178B1 (ko) * 2016-07-28 2016-12-09 정에디영 발전효율을 향상시킨 태양전지모듈
KR101720651B1 (ko) * 2016-08-19 2017-03-28 한국광기술원 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110026257A (ko) * 2009-09-07 2011-03-15 송원진 박막 태양전지
KR20120003754A (ko) * 2010-07-05 2012-01-11 주식회사 씨엘에프하이텍 하이브리드형 고효율 태양광 발전모듈
KR101685178B1 (ko) * 2016-07-28 2016-12-09 정에디영 발전효율을 향상시킨 태양전지모듈
KR101720651B1 (ko) * 2016-08-19 2017-03-28 한국광기술원 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210067215A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 한국광기술원 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법
KR102319120B1 (ko) * 2019-11-29 2021-10-29 한국광기술원 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법

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