KR102198423B1 - 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 투과와 반사 및 색상 제어가 가능한 박막 태양전지와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 박막 태양전지 제조 방법은, 색상 제어 필름을 봉지 필름에 형성하여 색상 제어 봉지체를 형성하는 색상 제어 봉지체 형성 단계; 태양전지를 형성하는 태양전지 형성 단계; 및 페이스 실(face seal) 방식으로 상기 색상 제어 봉지체를 상기 태양전지에 봉지하여 박막 태양전지를 형성하는 박막 태양전지 형성 단계;를 포함하고, 상기 색상 제어 필름은, 투명한 재질의 제1 층과 제2 층이 교번하여 반복적으로 형성된 것이고, 상기 제1 층은 상기 제2 층과 비교하여 상대적으로 낮은 굴절율을 갖고, 상기 제1 층과 상기 제2 층 각각의 두께에 따라 파장에 따른 반사율이 다르다.
실시 형태에 따른 박막 태양전지 제조 방법은, 색상 제어 필름을 봉지 필름에 형성하여 색상 제어 봉지체를 형성하는 색상 제어 봉지체 형성 단계; 태양전지를 형성하는 태양전지 형성 단계; 및 페이스 실(face seal) 방식으로 상기 색상 제어 봉지체를 상기 태양전지에 봉지하여 박막 태양전지를 형성하는 박막 태양전지 형성 단계;를 포함하고, 상기 색상 제어 필름은, 투명한 재질의 제1 층과 제2 층이 교번하여 반복적으로 형성된 것이고, 상기 제1 층은 상기 제2 층과 비교하여 상대적으로 낮은 굴절율을 갖고, 상기 제1 층과 상기 제2 층 각각의 두께에 따라 파장에 따른 반사율이 다르다.
Description
본 발명은 박막 태양전지의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 박막 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 투과와 반사 및 색상 제어가 가능한 박막 태양전지와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
박막 태양전지(thin film solar cell)는 반투명한 특성을 가져 창문이나 건물, 차량 등에 적용할 수 있다는 장점이 있다.
박막 태양전지의 효율과 투과율은 서로 트레이드-오프(trade-off) 관계에 있으며, 둘 중 하나를 높이면 필연적으로 다른 하나가 감소하는 형태를 가지게 된다. 이는 창문 등에 적용하였을 때, 문제점으로 작용하게 된다.
박막 태양전지의 효율과 투과율을 제어하기 위해, 브래그 리플렉터(Bragg reflector)를 사용한 사례는 보고된 바 있으나, 브래그 리플렉터가 태양전지와 직접 맞닿게 하기 위한 열처리 등의 공정에 의해 하부에 위치한 태양전지까지 영향을 받아 박막 태양전지의 효율 감소 및 특성 변화를 줄 수 있는 문제가 있다. 또한 브래그 리플렉터와 태양전지 중 하나라도 결점이 있다면, 구조 전체를 사용할 수 없다는 한계점이 있으며, 전체 공정 시간이 길어진다는 문제가 있다.
상당수의 태양전지는 공기 중의 산소 및 수분에 취약하여 성능을 유지시키기 위해서는 외부 공기를 막아주는 봉지 기술이 필수적이다.
한편, 박막 태양전지의 봉지 공정 기술은 대부분 공정의 편의성 또는 공정의 특이성 등에 관한 내용이며, 박막 태양전지의 효율과 투과율을 동시에 높여주는 봉지 공정 기술은 진행된 바가 없다.
또한, 광활성층으로 사용되는 물질이 정해지게 되면, 박막 태양전지가 나타내는 색상 또한 특정의 색상으로 고정되게 되며, 고정된 색상을 크게 바꾸기 어려워 고효율을 유지하며 여러 가지 색상을 제작하는 데에 디자인 측면에서 한계가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전체 공정 시간을 줄일 수 있는 박막 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 투과율 및/또는 색상 제어가 가능한 박막 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 수명을 향상시킬 수 있는 박막 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 태양전지의 성능과 특성은 독립적으로 유지시킴과 동시에 투과율 및/또는 색상 제어가 가능한 박막 태양전지를 제공한다.
또한, 색상 제어 봉지체에서 반사되는 빛을 태양전지가 재흡수 함으로써 박막 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 박막 태양전지를 제공한다.
실시 형태에 따른 박막 태양전지 제조 방법은, 색상 제어 필름을 봉지 필름에 형성하여 색상 제어 봉지체를 형성하는 색상 제어 봉지체 형성 단계; 태양전지를 형성하는 태양전지 형성 단계; 및 페이스 실(face seal) 방식으로 상기 색상 제어 봉지체를 상기 태양전지에 봉지하여 박막 태양전지를 형성하는 박막 태양전지 형성 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 색상 제어 봉지체 형성 단계와 상기 태양전지 형성 단계는 병렬적으로 수행될 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 봉지체 형성 단계는, 상기 봉지 필름 상에 다층 구조의 상기 색상 제어 필름을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 필름은, 투명한 재질의 제1 층과 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 상기 제2 층과 비교하여 상대적으로 낮은 굴절율을 가질 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 필름은, 상기 제1 층과 상기 제2 층을 교번하여 반복적으로 형성할 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 필름은, 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층이 순차적으로 적층된 것이고, 순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 64 ~ 84 (nm), 113 ~ 133 (nm), 65 ~ 85 (nm), 113 ~ 133 (nm), 64 ~ 84 (nm)일 수 있다. 이러한 색상 제어 필름을 사용하면, 레드 컬러 필터를 구현할 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 필름은, 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층이 순차적으로 적층된 것이고, 순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 52 ~ 72 (nm), 50 ~ 70 (nm), 49 ~ 69 (nm), 72 ~ 92 (nm), 48 ~ 68 (nm)일 수 있다. 이러한 색상 제어 필름을 사용하면, 그린 컬러 필터를 구현할 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 필름은, 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층이 순차적으로 적층된 것이고, 순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 24 ~ 44 (nm), 54 ~ 74 (nm), 26 ~ 46 (nm), 54 ~ 74 (nm), 27 ~ 47 (nm)일 수 있다. 이러한 색상 제어 필름을 사용하면, 블루 컬러 필터를 구현할 수 있다.
여기서, 상기 색상 제어 필름은, 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층이 순차적으로 적층된 것이고, 순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 47 ~ 67 (nm), 170 ~ 190 (nm), 35 ~ 55 (nm), 150 ~ 170 (nm), 73 ~ 93 (nm)일 수 있다. 이러한 색상 제어 필름을 사용하면, 500 ~ 600nm 파장 대역에서 가장 높은 투명도를 갖는 필터를 구현할 수 있다.
여기서, 상기 태양전지는 유기 태양전지, 연료감응형 태양전지, 페로브스카이트(perovskite) 태양전지를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 박막 태양전지 형성 단계는, UV 레진을 상기 태양전지의 일 면에 도포하고, 상기 색상 제어 봉지체를 도포된 상기 UV 레진에 부착할 수 있다.
실시 형태에 따른 박막 태양전지는, 앞서 설명한 박막 태양전지 제조 방법에 의해 제조된 것일 수 있다.
실시 형태에 따른 박막 태양전지는, 태양전지층; 및 상기 태양전지층 상에 배치된 색상 제어 봉지체;를 포함하고, 상기 색상 제어 봉지체는, 봉지 필름층; 및 상기 봉지 필름층과 상기 태양전지층 사이에 배치된 색상 제어 필름층;을 포함하고, 상기 색상 제어 필름층은 하나 또는 다수의 층으로 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지와 이의 제조 방법을 사용하면, 태양전지의 제작 공정과는 독립적으로 색상 제어 봉지체를 제작함으로써, 태양전지의 효율을 최대로 가져감과 동시에 색상 또는/및 투과율 제어가 가능한 이점이 있다.
또한, 색상 제어 봉지체의 제작 공정과 태양전지의 제작 공정이 각자 독립적으로 진행되므로 전체 공정 시간이 감소하는 이점이 있다.
또한, 태양전지가 빛을 재흡수 함으로써 박막 태양전지의 빛 흡수율 및 효율이 증가하는 이점이 있다.
또한, 여러 색상을 나타내는 색상 제어 필름을 부착함으로써 박막 태양전지의 색상을 조절할 수 있는 이점이 있다.
또한, 낮은 수분 투과도를 가지는 층을 사용함으로써 박막 태양전지의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 도 1에 도시된 색상 제어 필름의 변형 예이다.
도 3은 다층 구조의 색상 제어 필름(130)의 각 층의 두께를 조절하여 얻은 색상 제어 봉지체(100)의 실제 실험 예들의 사진이다.
도 4는 도 3에 도시된 각 실험 예의 파장에 따른 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 활성층(240)을 구성하는 물질을 예들을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)의 밴드 다이어그램이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 효율이 증가됨을 보여주는 그래프들과 실험 데이터이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 색상 또는/및 투과율의 제어가 가능함을 확인시켜주는 그래프, 사진 및 실험 데이터이다.
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도 3은 다층 구조의 색상 제어 필름(130)의 각 층의 두께를 조절하여 얻은 색상 제어 봉지체(100)의 실제 실험 예들의 사진이다.
도 4는 도 3에 도시된 각 실험 예의 파장에 따른 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 활성층(240)을 구성하는 물질을 예들을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)의 밴드 다이어그램이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 효율이 증가됨을 보여주는 그래프들과 실험 데이터이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 색상 또는/및 투과율의 제어가 가능함을 확인시켜주는 그래프, 사진 및 실험 데이터이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 표시됨을 유의해야 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법은, 색상 제어 봉지체(100)을 형성하는 단계(도 1의 (a)), 태양전지(200)를 형성하는 단계(도 1의 (b)), 및 색상 제어 봉지체(100)을 태양전지(200)에 봉지하는 단계(도 1의 (c))를 포함한다.
도 1의 (a)에 도시된 색상 제어 봉지체(100)을 형성하는 단계는 봉지 필름(110)에 색상 제어 필름(130)을 형성하는 단계일 수 있다. 좀 더 구체적으로는 봉지 필름(110)의 일 면에 색상 제어 필름(130)을 형상하는 단계일 수 있다.
색상 제어 필름(130)은 다층 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 색상 제어 필름(130')은 상대적으로 저굴절률을 갖는 제1 층(131)과 상대적으로 고굴절률을 갖는 제2 층(133)을 포함할 수 있다. 여기서, 색상 제어 필름(130')은 제1 층(131)과 제2 층(133)이 교번하여 반복적으로 형성된 다층 구조일 수 있다. 제1 층(131)과 제2 층(133)은 투명한 재질로서 상대적으로 굴절률이 큰 재질일 수 있는데, 예를 들어 제1 층(131)은 SiO2 또는 LiF일 수 있고, 제2 층(133)은 TiO2 또는 ZnS일 수 있다. 제1 층(131)과 제2 층(133)은 스터퍼링 공정, 진공 증착 공정, ALD(Atomic Layer Deposition) 공정 등을 이용하여 봉지 필름(110)의 일 면에 형성할 수 있다.
제1 층(131)과 제2 층(133)은 개별적으로는 기본적으로 빛의 흡수가 없는 투명한 물질이지만, 제1 층(131)과 제2 층(133)이 교번하여 반복적으로 형성되면, 굴절률의 차이로 인해 반사와 투과가 발생하여 소정의 색상이 나타나게 된다.
다층 구조의 색상 제어 필름(130)의 각 층의 두께를 조절함으로써, R, G, B 등의 다른 색상 등을 반사 및 투과하도록 설계 가능하다. 도 3은 다층 구조의 색상 제어 필름(130)의 각 층의 두께를 조절하여 얻은 색상 제어 봉지체(100)의 실제 실험 예들의 사진이고, 도 4는 도 3에 도시된 각 실험 예의 파장에 따른 반사율을 보여주는 그래프이다.
도 3의 첫번째 사진은 레드 컬러 필터(CFred)를 구현한 것으로서, 적층 순서는 1개의 봉지 필름(110)/제2 층(133)/제1 층(131)/제2 층(133)/제1 층(131)이다. 각 층의 두께는, 봉지 필름(110)이 64 ~ 84 (nm)/ 제2 층(133)이 113 ~ 133 (nm)/ 제1 층(131)이 65 ~ 85 (nm)/ 제2 층(133)이 113 ~ 133 (nm)/ 제1 층(131)이 64 ~ 84 (nm)일 수 있다. 바람직하게는 각 층의 두께는 74 (nm)/123(nm)/75(nm)/123(nm)/74(nm) 일 수 있다.
도 3의 두번째 사진은 그린 컬러 필터(CFgreen)를 구현한 것으로서, 적층 순서는 1개의 봉지 필름(110)/제2 층(133)/제1 층(131)/제2 층(133)/제1 층(131)이다. 각 층의 두께는, 봉지 필름(110)이 52 ~ 72 (nm)/ 제2 층(133)이 50 ~ 70 (nm)/ 제1 층(131)이 49 ~ 69 (nm)/ 제2 층(133)이 72 ~ 92 (nm)/ 제1 층(131)이 48 ~ 68 (nm)일 수 있다. 바람직하게는 각 층의 두께는 62 (nm)/60(nm)/59(nm)/82(nm)/58(nm) 일 수 있다.
도 3의 세번째 사진은 블루 컬러 필터(CFblue)를 구현한 것으로서, 적층 순서는 1개의 봉지 필름(110)/제2 층(133)/제1 층(131)/제2 층(133)/제1 층(131)이다. 각 층의 두께는, 봉지 필름(110)이 24 ~ 44 (nm)/ 제2 층(133)이 54 ~ 74 (nm)/ 제1 층(131)이 26 ~ 46 (nm)/ 제2 층(133)이 54 ~ 74 (nm)/ 제1 층(131)이 27 ~ 47 (nm)일 수 있다. 바람직하게는 각 층의 두께는 34 (nm)/64(nm)/36(nm)/64(nm)/37(nm) 일 수 있다.
도 3의 네번째 사진은 500 ~ 600nm 파장 대역에서 가장 높은 투명도를 갖는 필터(Tmax)를 구현한 것으로서, 적층 순서는 1개의 봉지 필름(110)/제2 층(133)/제1 층(131)/제2 층(133)/제1 층(131)이다. 각 층의 두께는, 봉지 필름(110)이 47 ~ 67 (nm)/ 제2 층(133)이 170 ~ 190 (nm)/ 제1 층(131)이 35 ~ 55 (nm)/ 제2 층(133)이 150 ~ 170 (nm)/ 제1 층(131)이 73 ~ 93 (nm)일 수 있다. 바람직하게는 각 층의 두께는 57 (nm)/180(nm)/45(nm)/160(nm)/83(nm) 일 수 있다.
도 3의 4개의 사진을 참조하면, 봉지 필름(110) 및 교번하여 다층으로 형성된 제1 층(131)과 제2 층(133)의 두께를 조절하여 특정 색상의 필터를 구현할 수 있다.
도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)를 형성하는 단계는, 반투명한 특성을 갖는 태양전지(200)를 형성하는 단계이다. 태양전지(200)는 유기 태양전지, 연료감응형 태양전지, 페로브스카이트(perovskite) 태양전지를 포함한다. 또한, 태양전지(200)는 플라스틱 재질의 상부 필름을 사용하여 유연한 기판에 적용된 것일 수 있다.
도 1의 (b)에 태양전지(200)의 일 예가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 태양전지(200)는 유기 태양전지로서, 글래스(Glass, 210), 글래스(210) 상에 배치된 제1 전극층(220), 제1 전극층(220) 상에 배치된 활성층(Active layer, 240) 및 활성층(240) 상에 배치된 제2 전극층(260)을 포함한다.
제1 전극층(220)은 ITO일 수 있고, 제2 전극층(260)은 은(Ag)일 수 있다.
활성층(240)은, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 PBDB-T 물질일 수도 있고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 ITIC 물질일 수도 있다.
제1 전극층(220)과 활성층(240) 사이, 활성층(240)과 제2 전극층(260) 사이, 그리고 제2 전극층(260) 상에 금속 산화물층(230, 250, 270)이 배치될 수 있다. 여기서, 금속 산화물층(230, 250, 270)은 각각 ZnO, MoO3, MoO3일 수 있다. 도 6은 도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)의 밴드 다이어그램이다. 도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)를 제조하는 방법은 종래에 공지된 기술이므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 1의 (b)에 태양전지(200)는 '태양전지층'으로 명명될 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 있어서, 태양전지(200)가 도 1의 (b)에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 종래의 빛을 일부 투과 및 반사할 수 있는 어떤 종류의 태양전지도 이에 속하는 것으로 이해해야 한다.
도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)를 형성하는 단계는 도 1의 (a)에 도시된 색상 제어 봉지체(100)을 형성하는 단계와 별도로 또는 독립적으로 수행된다. 이와 같이, 도 1의 (a)에 도시된 색상 제어 봉지체(100)을 형성하는 단계와 도 1의 (b)에 도시된 태양전지(200)를 형성하는 단계가 서로 독립적으로 진행되므로, 도 1의 (c)에 도시된 박막 태양전지를 제조하기 위한 전체 공정 시간이 감소되는 이점이 있다.
도 1의 (c)에 도시된 색상 제어 봉지체(100)을 태양전지(200)에 봉지하는 단계는, 페이스 실(face seal) 방식을 이용하여 색상 제어 봉지체(100)의 색상 제어 필름(130)을 태양전지(200)에 봉지하는 단계일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 태양전지(200)의 일 면에 UV 레진(UV resin, 300)을 도포한 후, 색상 제어 봉지체(100)의 색상 제어 필름(130)을 태양전지(200)의 일 면에 부착하는 단계일 수 있다. 여기서, 태양전지(200)의 일 면은 태양전지(200)의 최상부에 위치한 금속 산화물층(270)의 상면일 수 있다.
이와 같이, 도 1의 (a) 내지 (c)에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법을 사용하면, 태양전지(200)의 제작과는 독립적인 공정으로 색상 제어 봉지체(100)를 제작하고, 별도로 제작된 색상 제어 봉지체(100)를 태양전지(200)에 페이스 실(face seal) 형태로 봉지하는 봉지 공정을 진행함으로써, 태양전지(200)의 성능과 특성은 독립적으로 유지시킴과 동시에 투과율 또는/및 색상 제어가 가능한 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 색상 제어 봉지체(100)와 태양전지(200)가 독립적으로 공정이 가능하기 때문에, 병렬 진행이 가능해짐으로써 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지를 제조하는데 소요되는 전체 공정 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 박막 태양전지의 효율과 투과율을 동시에 제어하기 위해 브래그 리플렉터(Bragg reflector)와 같은 다층박막을 사용한 종래의 박막 태양전지의 제조 방법과 비교하여, 브래그 리플렉터를 증착하기 위한 열처리 등의 공정이 불필요하기 때문에, 열처리 등의 공정에 의해 태양전지가 손상되지 않는다 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1의 (a) 내지 (c)에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법에 의해 제조된 박막 태양전지는, 태양전지(200)의 글래스(210)를 통해 입력되는 빛이 태양전지(200)를 투과한 후, 색상 제어 봉지체(100)에서 반사되어 다시 태양전지(200)로 흡수되기 때문에, 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 효율이 증가되는 이점이 있다. 도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 효율이 증가됨을 보여주는 그래프들과 실험 데이터이다. 특히, 도 7과 도 8의 그래프는 태양전지(200)에 색상 제어 봉지체(100)을 적용하기 전과 후의 태양전지(200)의 특성(Jsc, EQE)을 보여준다. 도 9의 표를 참조하면, 태양전지(200)에 색상 제어 봉지체(100)을 적용한 후에 Jsc가 증가함을 확인할 수 있었고, 이러한 확인을 통해서 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 효율이 증가함을 확인할 수 있다.
또한, 색상 제어 봉지체(100)의 색상 제어 필름(130)의 층의 두께 또는/및 물질을 조절하여 투과율 또는/및 색상 조절까지 가능한 이점이 있다. 도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 색상 또는/및 투과율의 제어가 가능함을 확인시켜주는 그래프, 사진 및 실험 데이터이다. 특히, 도 10은 태양전지(200)에 색상 제어 봉지체(100)을 적용하기 전과 후의 태양전지(200)의 특성(투과도, 색상)을 보여준다.
앞서 살펴본 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법은 투명 또는 반투명 광학 소자 분야에 적용이 가능하다. 특히, 공기 중의 산소 또는 수분에 취약한 광학 소자에 적용할 수 있다. 효율 향상, 색상 조절 등을 동시에 해결할 수 있으므로, 효율적인 공정으로써 우위를 점할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법을 이용하여 반투명 형태의 박막 태양전지에 봉지구조를 적용할 수 있고, 색상 제어 필름은 스퍼터링과 같은 박막 제작이 가능한 회사에 외주를 통하여 분업이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법은 어떠한 박막 태양전지에도 부착형으로 적용이 가능하므로 색상 제어 기술면에서 큰 이점을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지는 건물 또는 차량의 창문에 부착되는 형태로 주로 많이 사용되기 때문에, 디자인 측면에서 여러 가지 색상을 구현하는 것이 유리하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지는 버스 정류소 또는 야외 벤치의 햇빛 가리개(지붕)에 반투명한 형태로 설치가 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법과 이를 통해 제조된 박막 태양전지는, 봉지 공정 기술과 광학 기술이 결합되어 상보적으로 발전할 수 있는 계기를 마련하고, 박막 태양전지 산업에 적용되는 봉지 기술 연구에 있어서 태양전지의 효율 및 색상 제어 등의 기능성 봉지기술 모색할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법과 이를 통해 제조된 박막 태양전지는, 사회적으로, 태양 창(Solar window)와 같은 태양전지 어플리케이션(application)들이 활성화되며, 건물 및 차량에서 자체적으로 전력 공급이 가능해지며 또한 야외에서도 간편하게 전기를 사용할 수 있는 플랫폼들이 개발될 것으로 예상된다.
종래의 박막 태양전지는 색상 조절을 위해서 다른 색상을 나타내는 여러 광활성층 물질을 사용하였다. 다른 색상을 나타내는 물질은 각기 다른 공정조건 및 효율을 가지기 때문에, 일괄적인 대량생산에 부적합하다. 하지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법과 이를 통해 제조된 박막 태양전지는, 같은 광활성층 물질을 사용하여 색상 제어를 하기 때문에 높은 효율을 나타내는 물질을 이용하여 대량으로 색상 제어가 가능하므로 더욱 경쟁력이 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 박막 태양전지의 제조 방법과 이를 통해 제조된 박막 태양전지는, 박막 태양전지, 조명 사업, 태양전지 연구를 진행중인 기업들, 디스플레이 패널 제품을 생산 중인 기업들, 건물 및 차량 부착 형 박막 태양전지, 자동차 제품 또는 자동차용 전면유리를 제작하는 기업, 건물 유리 또는 새시, 창호 업체에 적용될 수 있다.
이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 색상 제어 봉지체
110: 봉지 필름
130: 색상 제어 필름
200: 태양전지
300: UV 레진
110: 봉지 필름
130: 색상 제어 필름
200: 태양전지
300: UV 레진
Claims (13)
- 색상 제어 필름을 봉지 필름에 형성하여 색상 제어 봉지체를 형성하는 색상 제어 봉지체 형성 단계;
태양전지를 형성하는 태양전지 형성 단계; 및
페이스 실(face seal) 방식으로 상기 색상 제어 봉지체를 상기 태양전지에 봉지하여 박막 태양전지를 형성하는 박막 태양전지 형성 단계;
를 포함하고,
상기 색상 제어 필름은, 투명한 재질을 갖는 필름 형상의 제1 층과 제2 층이 교번하여 반복적으로 형성된 것이고,
상기 제1 층은 상기 제2 층과 비교하여 상대적으로 낮은 굴절율을 갖고,
상기 색상 제어 봉지체를 구성하고 순차적으로 적층되는 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층 각각의 두께에 따라 상기 색상 제어 봉지체의 파장에 따른 반사율이 다르게 형성되는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 색상 제어 봉지체 형성 단계와 상기 태양전지 형성 단계는 병렬적으로 수행되는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 색상 제어 봉지체 형성 단계는,
상기 봉지 필름 상에 다층 구조의 상기 색상 제어 필름을 형성하는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 64 ~ 84 (nm), 113 ~ 133 (nm), 65 ~ 85 (nm), 113 ~ 133 (nm), 64 ~ 84 (nm)이고,
상기 색상 제어 필름은 레드 컬러 필터로 구현되는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 52 ~ 72 (nm), 50 ~ 70 (nm), 49 ~ 69 (nm), 72 ~ 92 (nm), 48 ~ 68 (nm)이고,
상기 색상 제어 필름은 그린 컬러 필터로 구현되는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 24 ~ 44 (nm), 54 ~ 74 (nm), 26 ~ 46 (nm), 54 ~ 74 (nm), 27 ~ 47 (nm)이고,
상기 색상 제어 필름은 블루 컬러 필터로 구현되는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
순차적으로 적층된 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층의 두께는, 순차적으로 47 ~ 67 (nm), 170 ~ 190 (nm), 35 ~ 55 (nm), 150 ~ 170 (nm), 73 ~ 93 (nm)인, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지는 유기 태양전지, 연료감응형 태양전지, 페로브스카이트(perovskite) 태양전지를 포함하는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 박막 태양전지 형성 단계는,
UV 레진을 상기 태양전지의 일 면에 도포하고, 상기 색상 제어 봉지체를 도포된 상기 UV 레진에 부착하는, 박막 태양전지 제조 방법.
- 삭제
- 태양전지층; 및
상기 태양전지층 상에 배치된 색상 제어 봉지체;를 포함하고,
상기 색상 제어 봉지체는, 봉지 필름층; 및 상기 봉지 필름층과 상기 태양전지층 사이에 배치된 색상 제어 필름층;을 포함하고,
상기 색상 제어 필름층은, 투명한 재질을 갖는 필름 형상의 제1 층과 제2 층이 교번하여 반복적으로 형성된 것이고,
상기 제1 층은 상기 제2 층보다 상대적으로 낮은 굴절율을 갖고,
상기 색상 제어 봉지체를 구성하고 순차적으로 적층되는 상기 봉지 필름, 상기 제2 층, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제1 층 각각의 두께에 따라 상기 색상 제어 봉지체의 파장에 따른 반사율이 다르게 형성되는, 박막 태양전지.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |