KR102208083B1 - 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈을 개시한다. 태양전지는, 하부 전극 층과, 하부 전극 상에 배치되고, 가시광 영역의 태양광을 흡수하는 광 흡수 층과, 상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층과, 상기 상부 전극 층 상의 광 변환 층을 포함한다. 여기서, 상기 광 변환 층은 상기 상부 전극 층으로 입사되는 상기 태양광을 반사 없이 투과하는 제 1 반사 방지 층과, 상기 제 1 반사 방지 층과 결합(coupling)되어 상기 제 1 반사 방지 층에 투과되는 상기 가시광 영역 이외의 적외선 영역 또는 자외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 방출 광으로 변환하는 제 1 광 변환 입자들을 포함한다.

Description

태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈{solar cell and module including the same}
본 발명은 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 반사 방지 층을 구비한 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광의 스펙트럼은 광 흡수 층의 재료 종류에 따라 제한적으로 흡수될 수 있다. 실리콘 기반의 광 흡수 층은 빛의 파장대에 따른 흡수 효율 한계가 존재할 수 있다. 예를 들어, 실리콘의 광 흡수 층은 가시광 영역의 태양광을 흡수 할 수 있다. 때문에, 가시광 영역 이외의 파장의 태양광을 가시광 영역의 파장의 광으로 변환하기 위한 up conversion과, down conversion/down shifting에 의한 광 변환 효율의 연구의 중요성이 점차 확대되고 있다. up conversion은 적외선 영역의 태양광을 가시광 영역의 광으로 변환하는 것이다. down conversion/down shifting은 자외선 영역의 태양광을 가시광 영역의 광으로 변환하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 광 흡수 효율을 극대화할 수 있는 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지는, 하부 전극 층; 상기 하부 전극 상에 배치되고, 가시광 영역의 태양광을 흡수하는 광 흡수 층; 상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층; 및 상기 상부 전극 층 상의 광 변환 층을 포함한다. 여기서, 상기 광 변환 층은, 상기 상부 전극 층으로 입사되는 상기 태양광을 반사 없이 투과하는 제 1 반사 방지 층; 및 상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 1 반사 방지 층에 투과되는 상기 가시광 영역 이외의 적외선 영역 또는 자외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 방출 광으로 변환하는 제 1 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 변환 층은, 상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 1 광 변환 입자들이 삽입되는 제 1 굴절 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 반사 방지 층은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 굴절 층은 상기 제 1 반사 방지 층보다 높은 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 굴절 층은 티타늄 산화막 또는 바나듐 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 반사 방지 층 상에 배치되고, 상기 제 1 반사 방지 층보다 낮은 굴절률을 갖는 제 2 굴절 층; 및 상기 제 2 굴절 층 상에 배치되고, 상기 제 2 굴절 층보다 낮은 굴절률을 갖는 상부 제 2 반사 방지 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 2 굴절 층 내에 배치되고, 상기 적외선 영역 또는 상기 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 상기 방출 광을 생성하는 제 2 광 변환 입자들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 제 2 광 변환 입자들보다 큰 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 제 2 광 변환 입자들보다 큰 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들 및 상기 제 2 광 변환 입자들 각각은 형광 체들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들 및 상기 제 2 광 변환 입자들 각각은 황화 카드뮴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 제 1 반사 방지 층 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 상부 전극 층에 인접할수록 큰 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 상부 전극 층에 인접할수록 높은 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 모듈은, 기판; 상기 기판 상의 태양전지; 상기 태양전지 상의 윈도우; 및 상기 윈도우 상에 배치되고 상기 태양전지에 입사되는 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 가시광 영역의 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 층을 포함한다. 상기 태양전지는: 상기 기판 상의 하부 전극 층; 상기 하부 전극 상에 배치되고, 상기 태양광 및 상기 제 1 방출 광을 흡수하는 광 흡수 층; 상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층; 및 상기 상부 전극 층 상의 제 2 광 변환 층을 포함할 수 있다. 상기 제 2 광 변환 층은, 상기 상부 전극 층으로 입사되는 상기 태양광 및 상기 제 1 방출 광을 반사 없이 투과하는 제 1 반사 방지 층; 및 상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 1 반사 방지 층에 투과되는 상기 가시광 영역 이외의 적외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 제 2 방출 광을 생성하는 제 2 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 1 광 변환 층은, 상기 윈도우 층 상에 배치되어 상기 태양광을 투과하는 제 1 굴절 층; 및 상기 제 1 굴절 층 내에 배치된 제 1 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 황화 카드뮴 양자 점들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제 2 광 변환 입자들은 형광 체들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 2 광 변환 층은, 상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 2 광 변환 입자들이 삽입되어 상기 태양광, 상기 제 1 방출 광, 및 제 2 방출 광을 투과하는 제 2 굴절 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 2 광 변환 입자들은 상기 제 1 반사 방지 층 내에 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 태양전지 모듈은 다운 컨버젼 방출 광을 생성하는 모듈 광 변환 층과, 업 컨버젼 방출 광을 생성하는 소자 광 변환 층을 구비한 태양전지를 포함할 수 있다. 태양전지의 광 흡수 층은 가시광 영역의 태양광, 다운 컨버젼 방출 광, 및 업 컨버젼 방출 광을 흡수하여 발전할 수 있다. 따라서, 본 발명의 태양전지 모듈은 종래보다 광 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 응용 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 응용 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들과, 제 1 내지 제 4 응용 예들에 따른 태양전지의 광 흡수 효율과 종래의 태양전지의 광 흡수 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈을 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 태양전지 모듈은, 기판(100), 하부 봉지재(encapsulant, 200), 태양전지들(300), 상부 봉지재(400), 윈도우 층(500), 모듈 광 변환 층(600)을 포함할 수 있다.
기판(100)은 반사 판(reflection plate), 또는 투명 판을 포함할 수 있다.
하부 봉지재(200)는 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 하부 봉지재(200)는 투명 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 봉지재(200)는 투명 폴리머 또는 투명 플라스틱을 포함할 수 있다.
태양전지들(300)은 하부 봉지재(200) 상에 배치될 수 있다. 태양전지들(300)은 태양광(110)을 흡수하여 전력(electric power)을 생성할 수 있다. 태양전지들(300)은 기판(100) 및 그리드들(390)에 각각 연결될 수 있다. 기판(100) 및 그리드들(390)은 전력을 외부로 출력할 수 있다.
상부 봉지재(400)는 태양전지들(300) 상에 배치될 수 있다. 상부 봉지재(400)는 투명 물질을 포함할 수 있다. 상부 봉지재(400)는 투명 폴리머 또는 투명 플라스틱을 포함할 수 있다.
윈도우 층(500)은 상부 봉지재(400) 상에 배치될 수 있다. 윈도우 층(500)은 상부 봉지재(400)를 포함할 수 있다. 윈도우 층(500)은 글래스 또는 투명 플라스틱을 포함할 수 있다.
모듈 광 변환 층(600)은 윈도우 층(500) 상에 배치될 수 있다. 모듈 광 변환 층(600)은 제 1 굴절 층(610) 및 제 1 광 변환 입자들(620)을 포함할 수 있다.
제 1 굴절 층(610)은 태양광을 윈도우 층(500)에 투과할 수 있다. 제 1 굴절 층(610)은 금속 산화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 굴절 층(610)은 알루미늄 산화막(Al2O3), 티타늄 산화막(TiO2), 바나듐 산화막(V2O3), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제 1 광 변환 입자들(620)은 제 1 굴절 층(610) 내에 배치될 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(620)은 제 1 굴절 층(610) 내에 무작위로(randomly) 분포할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 광 변환 입자들(620)은 자외선 영역 또는 극 자외선 영역의 태양광을 흡수할 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(620)은 가시광 영역의 다운 컨버젼(down conversion) 방출 광을 생성할 수 있다. 다운 컨버젼은 자외선 영역 또는 극 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 가시광 영역의 제 1 방출 광을 생성하는 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광 변환 입자들(620)은 황화 카드뮴 (CdS) 또는 카드뮴 셀레나이드(CdSe)의 양자 점들(quantum dots)을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시 변경될 수 있다. 예를 들어, , 제 1 광 변환 입자들(620)은 CdSe/ZnS, CdS/ZnS, 및 ZnCdSe의 II-VI 족 화합물 반도체, GaAs, 및 InP의 III-V족 화합물 반도체, 또는 Si, 및 Ge의 IV족 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
한편, 태양전지들(300)은 가시광 영역의 태양광(110)과, 제 1 광 변환 입자들(620)으로부터의 다운 컨버젼 방출 광(120)을 흡수하여 전력을 생성할 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(620)은 태양전지들(300)의 광 흡수 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 태양전지들(300)은 태양광(110) 및 다운 컨버젼 방출 광(120)을 반사시키지 않고 광 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 태양전지들(300)에 대해 실시 예를 들어 구체적으로 설명한다.
(제 1 실시 예)
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지(300)를 보여준다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지는, 하부 전극 층(310), 페시베이션 층(320), 광 흡수 층(330), 상부 전극 층(340), 소자 광 변환 층(350)을 포함할 수 있다.
하부 전극 층(310)은 투명 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 전극 층(310)은 ITO, 또는 IZO를 포함할 수 있다.
패시베이션 층(320)은 하부 전극 층(310) 상에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 패시베이션 층(320)은 투명 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 층(320)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 산질화막을 포함할 수 있다.
광 흡수 층(330)은 가시광 영역의 태양광과 제 1 방출 광을 흡수할 수 있다. 광 흡수 층(330)은 전력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 광 흡수 층(330)은 단결정 실리콘을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시 변경될 수 있다. 광 흡수 층(330)은 III-V족 및/또는 II-VI족 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
상부 전극 층(340)은 광 흡수 층(330) 상에 배치될 수 있다. 상부 전극 층(340)은 투명 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극 층(340)은 ITO, 또는 IZO를 포함할 수 있다.
소자 광 변환 층(350)은 상부 전극 층(340) 상에 배치될 수 있다. 소자 광 변환 층(350)은 제 1 굴절 층(360), 제 2 광 변환 입자들(370), 및 제 1 반사 방지 층(380)을 포함할 수 있다.
제 1 굴절 층(360)은 상부 전극 층(340) 상에 배치될 수 있다. 제 1 굴절 층(360)은 졸겔 방법 또는 박막 증착법으로 형성될 수 있다. 소자 광 변환 층(350)은 태양광과, 다운 컨버젼 방출 광(120)을 투과할 수 있다. 여기서, 태양광은 가시광 영역 및 적외선 영역의 파장을 가질 수 있다. 제 1 굴절 층(360)은 티타늄 산화막(TiO2)을 포함할 수 있다. 티타늄 산화막은 약 2.3 내지 2.5 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시 변경될 수 있다. 제 1 굴절 층(360)은 알루미늄 산화막을 포함할 수도 있다.
제 2 광 변환 입자들(370)은 제 1 굴절 층(360) 내에 배치될 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 적외선 영역의 태양광(110)을 흡수할 수 있다. 적외선 영역의 태양광(110)은 자외선 영역 및/또는 가시광 영역의 태양광(110)보다 긴 파장을 가질 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 업 컨버젼 방출 광(130)을 생성할 수 있다. 업 컨버젼은 적외선 영역의 태양광(110)을 흡수하여 가시광 영역의 업 컨버젼 방출 광(130)을 생성하는 것으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 변환 입자들(370)은 란탄 족 금속 입자의 형광 체들을 포함할 수 있다. 광 흡수 층(330)은 가시광 영역의 태양광(110), 다운 컨버젼 방출 광(120), 및 업 컨버젼 방출 광(130)을 흡수할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 실시 변경될 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 황화 카드뮴 또는 카드뮴 셀레나이드의 양자 점들 또는 반도체 박막 입자들을 포함할 수도 있다.
제 1 반사 방지 층(380)은 제 1 굴절 층(360) 상에 배치될 수 있다. 제 1 반사 방지 층(380)은 졸겔 방법으로 형성될 수 있다. 제 1 반사 방지 층(380)은 태양광(110) 및 다운 컨버젼 방출 광(120)을 반사 없이 투과할 수 있다. 제 1 반사 방지 층(380)은 제 1 굴절 층(36)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사 방지 층(380)은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다. 알루미늄 산화막은 약 1.7정도의 굴절률을 가질 수 있다.
광 흡수 층(330)은 태양광(110), 다운 컨버젼 방출 광(120), 및 업 컨버젼 방출 광(130)을 흡수할 수 있다. 태양광(110), 다운 컨버젼 방출 광(120), 및 업 컨버젼 방출 광(130)은 가시광 영역의 파장을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 태양전지(300)는 광 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 태양전지(300)를 보여준다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 응용 예에 따른 태양전지(300)는 제 1 굴절 층(360), 제 2 광 변환 입자들(370), 제 1 반사 방지 층(380), 제 2 굴절 층(362), 제 3 광 변환 입자들(372), 제 2 반사 방지 층(382), 제 3 굴절 층(364), 제 4 광 변환 입자들(374), 및 제 3 반사 방지 층(384)을 구비한 소자 광 변환 층(350)을 포함할 수 있다.
제 2 굴절 층(362)은 제 1 반사 방지 층(380) 상에 배치될 수 있다. 제 2 굴절 층(362)은 졸겔 방법으로 형성될 수 있다. 제 2 굴절 층(362)은 태양광(110), 다운 컨버젼 방출 광(120), 및 업 컨버젼 방출 광(130)을 투과할 수 있다. 여기서, 태양광(110)은 가시광 영역 및 적외선 영역의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 굴절 층(362)은 티타늄 산화막, 또는 바나듐 산화막을 포함할 수 있다.
제 3 광 변환 입자들(372)은 제 2 굴절 층(362) 내에 배치될 수 있다. 제 3 광 변환 입자들(372)은 적외선 영역의 태양광(110)을 흡수할 수 있다. 제 3 광 변환 입자들(372)은 가시광 영역의 업 컨버젼 방출 광(130)을 생성할 수 있다. 업 컨버젼 방출 광(130)은 광 흡수 층(330)에 제공될 수 있다. 제 3 광 변환 입자들(372)은 형광 체들을 포함할 수 있다.
제 2 반사 방지 층(382)은 제 2 굴절 층(362) 상에 배치될 수 있다. 제 2 반사 방지 층(382)은 졸겔 방법으로 형성될 수 있다. 제 2 반사 방지 층(382)은 태양광(110), 다운 컨버젼 방출 광(120), 및 업 컨버젼 방출 광(130)을 반사시키지 않고 투과할 수 있다. 제 2 반사 방지 층(382)은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다.
제 3 굴절 층(364)은 제 2 반사 방지 층(382) 상에 배치될 수 있다. 제 3 굴절 층(364)은 태양광(110), 다운 컨버젼 방출 광(120), 및 업 컨버젼 방출 광(130)을 투과할 수 있다. 예를 들어, 제 2 굴절 층(362)은 티타늄 산화막, 또는 바나듐 산화막을 포함할 수 있다.
제 4 광 변환 입자들(374)은 제 3 굴절 층(364) 내에 배치될 수 있다. 제 4 광 변환 입자들(374)은 적외선 영역의 태양광(110)을 흡수할 수 있다. 제 4 광 변환 입자들(374)은 가시광 영역의 업 컨버젼 방출 광(130)을 생성할 수 있다. 제 4 광 변환 입자들(374)은 형광 체들을 포함할 수 있다.
제 3 반사 방지 층(384)은 제 3 굴절 층(364) 상에 배치될 수 있다. 제 3 반사 방지 층(384)은 태양광(110), 및 다운 컨버젼 방출 광(120)을 반사 없이 투과할 수 있다. 제 3 반사 방지 층(384)은 알루미늄 산화막을 포함할 수 있다.
제 1 응용 예는 제 1 실시 예에서의 제 1 반사 방지 층(380) 상에 제 2 굴절 층(362), 제 3 광 변환 입자들(372), 제 2 반사 방지 층(382), 제 3 굴절 층(364), 제 4 광 변환 입자들(374), 및 제 3 반사 방지 층(382)이 적층된(stacked) 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 태양전지(300)를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 응용 예에 따른 태양전지(300)는 서로 다른 크기의 제 2 광 변환 입자들(370)과, 제 3 광 변환 입자들(372)과, 제 4 광 변환 입자들(374)을 구비한 소자 광 변환 층(350)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 광 변환 입자들(372)과, 상기 제 2 광 변환 입자들(370)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 제 4 광 변환 입자들(374)은 제 3 광 변환 입자들(372)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370), 제 3 광 변환 입자들(372), 및 제 4 광 변환 입자들(374)은 형광체들을 포함할 수 있다. 형광체들의 크기는 상부 전극 층(340)으로부터 멀어질수록 줄어들 수 있다.
제 2 응용 예는 제 1 응용 예에서의 제 2 광 변환 입자들(370), 제 3 광 변환 입자들(372), 제 4 광 변환 입자들(374) 각각의 크기가 다른 것이다.
도 5는 본 발명의 제 3 응용 예에 따른 태양전지(300)를 보여준다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 응용 예에 따른 태양전지(300)는 서로 다른 밀도의 제 2 광 변환 입자들(370), 제 3 광 변환 입자들(372), 제 4 광 변환 입자들(374)를 구비한 소자 광 변환 층(350)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 광 변환 입자들(372)는 제 2 광 변환 입자들(370)보다 작은 밀도를 가질 수 있다. 제 4 광 변환 입자들(374)은 제 3 광 변환 입자들(372)보다 작은 밀도를 가질 수 있다. 형광체들의 밀도는 상부 전극 층(340)으로부터 멀어질수록 줄어들 수 있다.
제 3 응용 예는 제 1 응용 예에서의 제 2 광 변환 입자들(370), 제 3 광 변환 입자들(372), 제 4 광 변환 입자들(374) 각각의 밀도가 다른 것이다.
(제 2 실시 예)
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지(300)를 보여준다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 태양전지(300)는 제 1 반사 방지 층(380)과 상기 제 1 반사 방지 층(380) 내의 제 2 광 변환 입자들(370)을 구비한 소자 광 변환 층(350)을 포함할 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 적외선 영역의 태양광(110)을 흡수할 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 업 컨버젼 방출 광(130)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 변환 입자들(370)은 란탄계 금속 입자의 형광체들을 포함할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양하게 실시 변경될 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 자외선 영역의 태양광을 흡수할 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 다운 컨버젼 방출 광(120)을 생성할 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(370)은 황화 카드뮴 양자 점들을 포함할 수도 있다.
제 2 실시 예는 제 1 실시 예에서의 제 2 광 변환 입자들(370)이 제 1 반사 방지 층(380) 내에 배치된 것이다.
도 7은 본 발명의 제 4 응용 예에 따른 태양전지(300)를 보여준다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 4 응용 예에 따른 태양전지(300)는 제 1 반사 방지 층(380)의 깊이 방향으로 다른 밀도를 갖는 제 2 광 변환 입자들(370)을 구비한 소자 광 변환 층(350)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 변환 입자들(370)의 밀도가 광 흡수 층(330) 및 상부 전극 층(340)으로부터 멀어질수록 줄어들 수 있다.
제 4 응용 예는 제 2 실시 예에서의 제 2 광 변환 입자들(370)의 밀도가 제 1 반사 방지 층(380)의 깊이 방향으로 달라지는 것이다.
도 8은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들과, 제 1 내지 제 4 응용 예들에 따른 태양전지(300)의 광 흡수 효율(800)과 종래의 태양전지의 광 흡수 효율(700)을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들과, 제 1 내지 제 4 응용 예들에 따른 태양전지(300)의 광 흡수 효율(800)은 종래의 광 흡수 효율(700)보다 높은 단락 전류 밀도를 가질 수 있다. 여기서, 가로 축은 전압이고, 세로 축은 단락 전류 밀도를 나타낸다.
단락 전류 밀도는 제 2 내지 제 4 광 변환 입자들(370, 372, 374)의 업 컨버젼 방출 광(130) 또는 다운 컨버젼 방출 광(120)에 의해 증가될 수 있다. 또한, 단락 전류 밀도는 제 1 내지 제 3 반사 방지 층 (380, 382, 384)에 의한 태양광(110), 업 컨버젼 방출 광(130), 및 다운 컨버젼 방출 광(120)의 투과에 의해 증가될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예 들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판 110: 태양광
120: 다운 컨버젼 방출 광 130: 업 컨버젼 방출 광
200: 하부 밀봉재 300: 태양전지들
310: 하부 전극 층 320: 패시베이션 층
330: 광 흡수 층 340: 상부 전극 층
350: 소자 광 변환 층 360: 제 2 굴절 층
362: 제 3 굴절 층 364: 제 4 굴절 층
370: 제 2 광 변환 입자들 372: 제 3 광 변환 입자들
374: 제 4 광 변환 입자들 380: 제 1 반사 방지 층
382: 제 2 반사 방지 층 384: 제 3 반사 방지 층
390: 그리드 400: 상부 밀봉재
500: 윈도우 층 600: 모듈 광 변환 층
610: 제 1 굴절 층 620: 제 1 광 변환 입자들

Claims (20)

  1. 하부 전극 층;
    상기 하부 전극 상에 배치되고, 가시광 영역의 태양광을 흡수하는 광 흡수 층;
    상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층; 및
    상기 상부 전극 층 상의 광 변환 층을 포함하되,
    상기 광 변환 층은,
    상기 상부 전극 층으로 입사되는 상기 태양광을 반사 없이 투과하는 제 1 반사 방지 층; 및
    상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 1 반사 방지 층에 투과되는 상기 가시광 영역 이외의 적외선 영역 또는 자외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 방출 광으로 변환하는 제 1 광 변환 입자들을 포함하되,
    상기 광 변환 층은,
    상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 1 광 변환 입자들이 삽입되는 제 1 굴절 층을 더 포함하되,
    상기 제 1 굴절 층은 바나듐 산화막을 포함하는 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 방지 층은 알루미늄 산화막을 포함하는 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 굴절 층은 상기 제 1 반사 방지 층보다 높은 굴절률을 갖는 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 굴절 층은 티타늄 산화막을 더 포함하는 태양전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 방지 층 상에 배치되고, 상기 제 1 반사 방지 층보다 낮은 굴절률을 갖는 제 2 굴절 층; 및
    상기 제 2 굴절 층 상에 배치되고, 상기 제 2 굴절 층보다 낮은 굴절률을 갖는 상부 제 2 반사 방지 층을 더 포함하는 태양전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 굴절 층 내에 배치되고, 상기 적외선 영역 또는 상기 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 상기 방출 광을 생성하는 제 2 광 변환 입자들을 더 포함하는 태양전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 제 2 광 변환 입자들보다 큰 크기를 갖는 태양전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 제 2 광 변환 입자들보다 큰 밀도를 갖는 태양전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들 및 상기 제 2 광 변환 입자들 각각은 형광 체들을 포함하는 태양전지.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들 및 상기 제 2 광 변환 입자들은 황화 카드뮴 또는 카드뮴 셀레나이드의 양자 점들을 포함하는 태양전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 제 1 반사 방지 층 내에 배치되는 태양전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 상부 전극 층에 인접할수록 큰 크기를 갖는 태양전지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 상부 전극 층에 인접할수록 높은 밀도를 갖는 태양전지.
  15. 기판;
    상기 기판 상의 태양전지;
    상기 태양전지 상의 윈도우; 및
    상기 윈도우 상에 배치되고 상기 태양전지에 입사되는 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 가시광 영역의 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 층을 포함하되,
    상기 태양전지는:
    상기 기판 상의 하부 전극 층;
    상기 하부 전극 상에 배치되고, 상기 태양광 및 상기 제 1 방출 광을 흡수하는 광 흡수 층;
    상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층; 및
    상기 상부 전극 층 상의 제 2 광 변환 층을 포함하되,
    상기 제 2 광 변환 층은,
    상기 상부 전극 층으로 입사되는 상기 태양광 및 상기 제 1 방출 광을 반사 없이 투과하는 제 1 반사 방지 층; 및
    상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 1 반사 방지 층에 투과되는 상기 가시광 영역 이외의 적외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 제 2 방출 광을 생성하는 제 2 광 변환 입자들을 포함하
    상기 제 1 광 변환 층은:
    상기 윈도우 층 상에 배치되어 상기 태양광을 투과하는 제 1 굴절 층; 및
    상기 제 1 굴절 층 내에 배치된 제 1 광 변환 입자들을 포함하되,
    상기 제 1 굴절 층은 바나듐 산화막을 포함하는 태양전지 모듈.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 황화 카드뮴 양자 점들을 포함하는 태양전지 모듈.
  18. 제 15 항에 있어서,
    제 2 광 변환 입자들은 형광 체들을 포함하는 태양전지 모듈.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 층은,
    상기 제 1 반사 방지 층과 상기 상부 전극 층 사이에 배치되고, 상기 제 2 광 변환 입자들이 삽입되어 상기 태양광, 상기 제 1 방출 광, 및 제 2 방출 광을 투과하는 제 2 굴절 층을 더 포함하는 태양전지 모듈.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 입자들은 상기 제 1 반사 방지 층 내에 배치되는 태양전지 모듈.
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