KR102317848B1 - 집광형 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 집광형 태양 전지는, 플레이트 형상을 가지며, 일면에 형성된 복수의 홈 어레이를 포함하는 집광 부재, 상기 홈 내에 배치된 제1 전극, 상기 홈 내에 배치되어 상기 제1 전극과 접촉하는 광전 변환층 및 상기 광전 변환층과 접촉하는 제2 전극을 포함한다.

Description

집광형 태양 전지 및 그 제조 방법{LIGHT-CONDENSING SOLAR CELL AND MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 집광형 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
태양에너지를 이용하는 태양 전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있으며 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그 중에서도 태양 전지를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술은 21세기 유망 신기술로서 근래 전 세계적으로 주목받고 있다.
건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극에 대한 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 발전시킨 적극적인 기술로서, 태양 전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양광 발전시스템을 설치하는데 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다.
태양 전지를 건축물 외장재로 이용한 것 중 하나가 태양 전지를 창호에 결합한 태양 전지 창호(solar window)이다. 태양 전지 창호가 건축물에 적용되기 위해서는 장기적인 안정성이 높고, 미적 창호 기능을 겸비한 대면적, 고효율 태양 전지 기술이 요구된다.
기존의 태양 전지 창호는 단순히 한 쌍의 유리 기판 내부에 태양 전지 모듈을 삽입하여 구성하거나 유리 기판의 일면에 태양 전지 모듈을 부착시킨 것으로서 효율과 시야감이 낮고 대면적 창호에 적합하지 않은 문제점이 있다.
이에 최근에는 태양 전지 창호의 효율을 향상시키고자 태양 전지를 집광하는 방법에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
1. 대한민국공개특허 10-2018-0025589호
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 태양 전지 창호에 적용 가능하며 높은 집광 효율을 갖는 집광형 태양 전지 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 집광형 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지는, 플레이트 형상을 가지며, 일면에 형성된 복수의 홈 어레이를 포함하는 집광 부재, 상기 홈 내에 배치된 제1 전극, 상기 홈 내에 배치되어 상기 제1 전극과 접촉하는 광전 변환층 및 상기 광전 변환층과 접촉하는 제2 전극을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 홈의 폭은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 인접하는 홈들의 간격은 상기 폭의 40배 이상이다.
일 실시예에 따르면, 상기 홈 어레이는, 제1 방향으로 연장되며, 적어도 상기 제1 전극 및 상기 광전 변환층을 수용하는 제1 홈 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 제2 홈을 포함한다. 상기 제2 홈 내에는 상기 제1 전극과 전기적으로 접촉하는 버스 라인이 배치된다.
일 실시예에 따르면, 상기 집광 부재는 페놀 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 집광 부재는, 수지 내에 분산된 양자점을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 광전 변환층은 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 전극은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극은 상기 홈 내에 배치되고, 상기 제1 전극 및 상기 광전 변환층과 동일한 방향으로 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 수평 방향으로 이격된다.
일 실시에에 따르면, 상기 광전 변환층은, 유기 반도체, 페로브스카이트 화합물 및 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지의 제조 방법은, 패턴을 갖는 주형 위에 경화성 수지 조성물을 도포하여 코팅층을 형성하는 단계, 상기 코팅층 위에 캐리어 캐리어 기판을 밀착시키는 단계, 상기 코팅층을 경화하는 단계, 상기 경화된 코팅층을 주형으로부터 분리하여 일면에 형성된 복수의 홈 어레이를 갖는 집광 부재를 형성하는 단계, 상기 홈 내에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 홈 내에 상기 제1 전극과 접촉하는 광전 변환층을 형성하는 단계 및 상기 광전 변환층과 접촉하는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 집광 부재를 이용함으로써 태양 전지의 광전 변환 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상기 집광 부재 내에 양자점을 분산시킴으로써, 양자점의 광 여기에 의해 태양 전지의 광전 변환 효율이 더욱 증가될 수 있다.
또한, 태양 전지의 셀 어레이는 상기 집광 부재의 홈 내에 그리드 형태로 배치된다. 따라서, 집광 부재의 측면에 광전 변환부가 배치되는 종래의 태양 전지에 비하여, 광전 변환부에 도달하는 광의 경로를 감소시킬 수 있다. 따라서, 태양 전지의 광집적 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 태양 전지의 전극 어레이 및 광전 변환층 어레이는, 상기 집광 부재를 두께 방향으로 관통하는 광에 대하여 투과율 저하를 최소화할 수 있는 디자인을 가진다. 따라서, 상기 태양 전지는 건물의 창호로 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 3 및 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지의 집광 부재를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지를 도시한 사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 단면도들이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 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. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 3 및 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지의 집광 부재를 도시한 평면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양 전지를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 주형(100) 위에 경화성 수지 조성물을 도포하여 코팅층(210)을 형성한다.
예를 들어, 상기 경화성 수지 조성물은, 페놀 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등을 포함할 수 있다. 상기 경화성 수지 조성물은 광경화성 수지 조성물 또는 열경화성 수지 조성물일 수 있다.
상기 경화성 수지 조성물은, 바인더 성분 및 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더 성분은, 에폭시, 에폭시 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 다가알코올 아크릴레이트, 노르보렌, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 에틸렌-스타이렌 공중합체, 비스페놀 A및 비스페놀 A유도체가 포함된 아크릴레이트, 플루오렌 유도체가 포함된 아크릴레이트, 폴리이소보닐아크릴레이트, 폴리페닐알킬실록산, 폴리디페닐실록산,폴리디알킬실록산, 실세스퀴옥산, 플루오르화 실리콘, 비닐 수소화물 치환 실리콘 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 첨가제는, 점착 부여제, 가교성 화합물, 광개시제, 열 개시제, 산화방지제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 점착 부여제는 지환족 탄화수소 고분자, 방향족 탄화수소 고분자 수첨 지환족 탄화수소 고분자 및 수첨 방향족 탄화수소 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 가교성 화합물은, 1관능성 아크릴레이트, 2관능성 아크릴레이트 및 3관능성 아크릴레이트에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가교성 화합물은 이소보닐아크릴레이트, 비스페놀 A및 비스페놀 A유도체가 포함된 디아크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광개시제는 트리아진계 화합물, 비이미다졸 화합물, 아세토페논계 화합물, O-아실옥심계 화합물, 티옥산톤계 화합물, 포스핀 옥사이드계 화합물, 쿠마린계 화합물 및 벤조페논계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 경화성 수지 조성물은 양자점(212)을 더 포함할 수 있다.
상기 양자점(212)은 실질적으로 단결정질인 나노구조들을 지칭하는 것으로서, 1차광을 흡수하여 여기된 2차 광을 방출할 수 있으며, 상기 양자점의 크기에 따라 파장이 다른 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 양자점의 크기는 1 내지 20nm일 수 있다.
상기 양자점(212)은 II-VI족계 화합물, III-V족계 화합물, IV-VI족계 화합물, I족-III족-VI족 화합물, II족-III-VI족 화합물, I족-II족-IV족-VI족 화합물, IV족 화합물 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, CdSe 또는 ZnS 과 같은 코어/쉘 구조의 발광 나노결정일 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS, CdSe, CdS, CdTd 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, CdZnSeS, CdZnSTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 I족-III족-VI족 화합물은, CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, 및 CuInGaS 로부터 선택될 수 있다.
상기 II족-III-VI족 화합물은 ZnGaS, ZnAlS, ZnInS, ZnGaSe, ZnAlSe, ZnInSe, ZnGaTe, ZnAlTe, ZnInTe, ZnGaO, ZnAlO, ZnInO, HgGaS, HgAlS, HgInS, HgGaSe, HgAlSe, HgInSe, HgGaTe, HgAlTe, HgInTe, MgGaS, MgAlS, MgInS, MgGaSe, MgAlSe, 및 MgInSe로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 I족-II족-IV족-VI족 화합물은 CuZnSnSe 및 CuZnSnS로부터 선택될 수 있다.
상기 IV족 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 양자점(212)의 함량은 상기 경화성 수지 조성물 총 중량 기준, 0.01 내지 1.0 중량% 일 수 있다. 상기 양자점(212)의 함량이 과도하게 높을 경우 양자점의 응집이 발생할 수 있다.
상기 주형(100)은 금속을 포함할 수 있다. 상기 경화성 수지 조성물이 제공되는 상기 주형(100)의 표면은, 목적에 따라 디자인된 돌출부 또는 홈을 가질 수 있다. 상기 코팅층(210)의 상면은 평탄할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 코팅층(210)의 상면에 캐리어 기판(220)을 배치하고, 상기 코팅층(210)을 경화한다.
일 실시예에 따르면, 상기 캐리어 기판(220)은, 유리, 쿼츠, 실리콘 등과 같은 투명한 물질을 포함할 수 있으며, 상기 캐리어 기판(220)을 통해 상기 코팅층(210)에 자외선 등을 조사함으로써, 상기 코팅층(210)이 경화될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 캐리어 기판(220)과 경화된 코팅층을 상기 주형으로부터 분리한다. 이하에서 상기 경화된 코팅층은 집광 부재(214)로 지칭될 수 있다. 필요에 따라, 상기 캐리어 기판(220)은 상기 집광 부재(214)로부터 제거될 수도 있다.
상기 집광 부재(214)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 집광 부재(214)는 경화 수지 내에 분산된 양자점(212)을 포함한다. 상기 집광 부재(214)는 일면에 형성된 홈을 갖는다. 예를 들어, 상기 집광 부재(214)는 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 홈(216) 및 상기 제1 방향(D1)과 수직하는 제2 방향(D2)으로 연장되는 제2 홈(218)을 포함할 수 있다. 상기 제1 홈(216)과 상기 제2 홈(218)은 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 홈(216) 및 상기 제2 홈(218)은 사각형의 단면을 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 홈(216) 및 상기 제2 홈(218)은, 삼각형, 반원형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 홈(216) 및 상기 제2 홈(218)의 폭은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 바람직하게 1 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 상기 제1 홈(216)들의 간격(패턴 피치)은 폭의 40배 이상인 것이 바람직하며, 예를 들어, 40배 내지 100배일 수 있다. 상기 제1 홈(216) 및 상기 제2 홈(218)의 폭이 과도하게 크거나 간격이 작을 경우, 투광도가 저하되고 홈 내에 형성되는 패턴이 시인되어 창호로서의 성능이 저하될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 홈(216) 내에 제1 전극(232)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제1 전극(232)은, 전도성 잉크를 이용하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전도성 잉크는, 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 코발트(Co), 인듐 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 그라파이트(graphite), 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 은 나노와이어(silver nanowire), 구리 나노와이어(copper nanowire), 전도성 고분자 등과 같은 도전성 물질 및 용매를 포함할 수 있다. 상기 용매는 알콜 또는 탈이온수 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 제1 전극(232)은 스푸터링, 진공 증착 등에 의해 금속 박막을 형성한 후, 상기 제1 홈(216) 외부의 금속 박막을 제거하여 얻어질 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(232)은 상기 제1 홈(216)을 부분적으로 채울 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 홈(216) 내에 상기 제1 전극(232) 위에 광전 변환층(234)을 형성한다. 상기 광전 변환층(234)은, 태양 전지의 타입에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 광전 변환층(234)은 페로브스카이트 구조의 광활성층을 포함할 수 있다. 상기 광활성층과 상기 제1 전극(232) 사이에는 정공수송층(HTL)이 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 정공수송층은 PEDOT:PSS, PVK(poly(9-vinylcarbazole), TFB(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-co-(4,4'(N-(4-secbutylphenyl)) diphenylamine)), CuPc(Copper Phthalocyanine), a-NPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'biphenyl-4,4'-diamine), TPD(N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'-Bis-phenyl(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물은 ABX3(A는 C1-C20의 알킬기, 1가의 금속(예를들어, Li, Na, Cs, Rb 등), 1가의 기 암모늄 이온 또는 공명구조를 가지는 formamidinium이며, B은 2가의 금속 이온이며, X는 할로겐 이온이다.)의 화학식으로 나타낼 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 광활성층 위에는 전자수송층(ETL)이 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 전자수송층은 플러렌(fullerene:C60), 플러렌 유도체, 페릴렌(perylene), PBI(polybenzimidazole) 및 PTCBI(3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bis-benzimidazole) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 플러렌 유도체는 PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) 또는 PCBCR((6,6)-phenyl-C61-butyric acid cholesteryl ester) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광전 변환층(234)은 용액 공정에 의해 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 광전 변환층(234)은 정공 수용체와 전자 수용체의 혼합물을 포함하는 유기 반도체의 광활성층, 염료 감응 광활성층을 포함하거나, CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄) 등과 같은 무기 광활성층을 포함할 수 있다. 상기 광전 변환층(234)은 광활성층의 물질에 따라 적절한 정공 수송층, 전자 수송층, 버퍼층 등을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 광전 변환층(234) 위에 제2 전극(236)을 형성한다.
예를 들어, 상기 제2 전극(236)은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈, 마그네슘, 칼슘 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(236)은 포토리소그라피, 프린팅, 전자빔 증착 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(232) 및 상기 제2 전극(236)의 물질은 상기 광전 변환층(234)의 구성에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(232) 및 상기 광전 변환층(234)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(232) 및 상기 광전 변환층(234)의 폭은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 바람직하게 1 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 인접하는 상기 제1 전극(232) 및 상기 광전 변환층(234)들의 간격(패턴 피치)은 폭의 40배 이상일 수 있다.
상기 제2 전극(236)은, 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극(236)의 폭은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 바람직하게 1 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 인접하는 상기 제2 전극(236)들의 간격(패턴 피치)은 폭의 40배 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 태양 전지는 버스 라인(238)을 더 포함할 수 있다. 상기 버스 라인(238)은 상기 제1 전극(232)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 예를 들어, 상기 버스 라인(238)은 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 도 4에 도시된 상기 집광 부재(214)의 제2 홈(218) 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지는, 플레이트 형상의 집광 부재(214)를 포함한다. 외부로부터 상기 집광 부재(214)에 들어온 광(LIGHT)은 상기 집광 부재(214) 내에서 전반사될 수 있다. 따라서 태양 전지의 광전 변환 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상기 집광 부재(214) 내에 양자점(212)을 분산시킴으로써, 양자점의 광 여기에 의해 태양 전지의 광전 변환 효율이 더욱 증가될 수 있다.
또한, 상기 집광 부재(214)는 투명한 물질을 포함하며, 상기 태양 전지의 셀 어레이는 상기 집광 부재(214)의 홈 내에 그리드 형태로 배치된다. 따라서, 집광 부재의 측면에 광전 변환부가 배치되는 종래의 태양 전지에 비하여, 광전 변환부에 도달하는 광의 경로를 감소시킬 수 있다. 따라서, 태양 전지의 광집적 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 태양 전지의 전극 어레이 및 광전 변환층 어레이는, 상기 집광 부재(214)를 두께 방향으로 관통하는 광에 대하여 투과율 저하를 최소화할 수 있는 디자인을 가진다. 따라서, 상기 태양 전지는 건물의 창호로 이용될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 태양 전지의 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 태양 전지(20)는, 플레이트 형상의 집광 부재(214), 상기 집광 부재(214)의 일면에 형성된 홈 내에 배치된 제1 전극(232), 상기 제1 전극(232) 위에 배치된 광전 변환층(234) 및 상기 광전 변환층(236) 위에 배치된 제2 전극(236)을 포함한다. 상기 제1 전극(232), 상기 광전 변환층(236) 및 상기 제2 전극(236)은, 모두 상기 집광 부재(214)의 홈 내에 배치되고 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
도 10을 참조하면, 태양 전지(20)는, 플레이트 형상의 집광 부재(214), 상기 집광 부재(214)의 일면에 형성된 홈 내에 배치된 제1 전극(232), 상기 홈 내에 배치되며 상기 제1 전극으로부터 수평 방향으로 이격된 제2 전극(236) 및 상기 제1 전극(232)과 상기 제2 전극(236) 사이에 광전 변환층(234)을 포함한다. 상기 제1 전극(232), 상기 광전 변환층(236) 및 상기 제2 전극(236)은, 모두 상기 집광 부재(214)의 홈 내에 배치되고 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 태양광을 이용한 발전 시스템에 사용될 수 있으며, 건물의 창호, 자동차, 비행기, 선박 등과 같은 이동 수단의 창호, 솔라 루프 등으로 이용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 플레이트 형상을 가지며, 일면에 형성된 복수의 홈 어레이를 포함하는 집광 부재;
    상기 홈 내에 배치되며, 상기 플레이트 형상에 평행한 제1 방향으로 연장되고, 상기 플레이트 형상에 평행하고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극들;
    상기 홈 내에 배치되어 상기 제1 전극들과 접촉하는 광전 변환층들;
    상기 광전 변환층들과 접촉하는 제2 전극들; 및
    상기 홈 내에 배치되며 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 복수의 제1 전극들과 전기적으로 접촉하는 버스 라인을 포함하고,
    상기 홈의 폭은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 인접하는 홈들의 간격은 상기 폭의 40배 이상인 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 집광 부재는 페놀 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 집광 부재는, 수지 내에 분산된 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극들은 상기 제2 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극들은 상기 홈 내에 배치되고, 상기 제1 전극들 및 상기 광전 변환층들과 동일한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 광전 변환층들은, 유기 반도체, 페로브스카이트 화합물 및 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지.
  10. 패턴을 갖는 주형 위에 경화성 수지 조성물을 도포하여 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 코팅층 위에 캐리어 기판을 밀착시키는 단계;
    상기 코팅층을 경화하는 단계;
    상기 경화된 코팅층을 주형으로부터 분리하여 일면에 형성된 복수의 홈 어레이를 갖는 집광 부재를 형성하는 단계;
    상기 홈 내에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 홈 내에 상기 제1 전극과 접촉하는 광전 변환층을 형성하는 단계; 및
    상기 광전 변환층과 접촉하는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 집광형 태양 전지의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 홈의 폭은 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛이고, 인접하는 홈들의 간격은 상기 폭의 40배 이상인 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 경화성 수지 조성물은, 페놀 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 경화성 수지 조성물은 양자점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 광전 변환층은 용액 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양 전지의 제조 방법.
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