KR20080020351A - 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지에 관한 것으로서, 태양광의 일정 각도를 이루며 입사시 표면 반사에 따른 광손실을 최소화 하고, 이로 인한 태양광의 투과율을 극대화 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 태양전지는, 제1도전형의 반도체 기판, 상기 반도체 기판과 반대 도전형을 가지며 전면측에 형성되는 제2도전형의 반도체층, 상기 반도체층의 전면에 형성되는 반사 방지막, 상기 반도체층 및 반도체 기판의 전면과 후면에 각각 구성되는 전면전극 및 후면전극, 상기 반사 방지막의 전면에 형성되되, 외표면에는 연속되는 요철부를 형성하고 있는 보호층으로 이루어짐을 특징으로 한다.

태양전지, 태양광, 입사각, 경사, 투과, 광손실, 반사

Description

태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지{SOLAR CELL}

도 1은 종래 태양전지의 단면 구조도.

도 2는 일반적인 평판 유리면에서의 태양광 입사각도 변화에 따른 광투과율 그래프.

도 3은 본 발명 태양전지의 단면 구조도.

도 4는 도 3의 A부 상세 확대도.

도 5는 본 발명 태양전지에서의 태양광 입사각도 변화에 따른 광투과율 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : p형 반도체기판 20 : n형 반도체층

30 : 전면전극 40 : 후면전극

50 : 반사방지막 60 : 보호층

61 : 요철부 θt: 경사각

θi: 태양광 입사각

본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부로부터 입사되는 태양광의 입사효율을 개선시켜 에너지 이용 효율을 극대화 하기 위한 태양전지 구조에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 반도체의 광 기전력 효과를 이용한 것으로서, P형 반도체와 N형 반도체를 조합하여 만든다.

즉, 태양광발전의 원리를 살펴보면, p형 반도체와 n형 반도체가 접한부분(pn접합부)에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의하여 반도체 내부에서 마이너스 전하(전자)와 플러스의 전하(정공)이 발생한다.

그리고, 빛에너지에 의해 발생된 전자와 정공은 내부의 전계에 의하여 각각 n형 반도체측과 p형 반도체측으로 이동하여 양쪽의 전극부에 모아진다. 이러한 두 개의 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고 외부에서 전력으로 이용할 수 있게 되는 것이다.

한편, 태양전지는 전극의 형태에 따라 스크린 프린팅형 태양전지(Screen Printing Solar Cell;SPSC)와 함몰전극형 태양전지(Buried Contact Solar Cell;BCSC)로 구분할 수 있다.

전극 형성시 스크린 프린팅법을 사용하는 SPSC는 일반적으로 제조하기가 용이하지만 변환효율이 낮은 편이다. 한편, BCSC는 SPSC와 거의 동일한 제조원가로 제조할 수 있는 동시에 변환효율이 보다 높은 편이기 때문에 최근에는 BCSC전지가 주류를 이루고 있다.

도 1은 종래 BCSC의 구조를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 제1도전형 p 형 실리콘 기판(1)의 전면에 제2도전형 불순물이 도핑되어 있는 n층(2)이 형성되어 상호간의 사이에 pn접합이 형성되어 있고, 전면과 후면에는 각각 전면전극(3)과 후면전극(4)이 구성되어져 있으며, n층(2) 전면에는 전면 산화규소막인 반사방지막(5)이 형성되어 있다.

그리고, 반사방지막(5)을 보호하기 위하여 전면에는 유리재질로서 보호층(6)이 형성되어져 있다.

그러나, 종래 태양전지 구조에서는 보호층(6)의 표면이 평면형태를 이루고 있기 때문에 광 입사효율이 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 도 2는 태양광의 입사각도에 따른 평판 유리면에서의 투과율 변화를 나타낸 그래프로서, 태양광의 입사각도가 점차 증가함에 따라 평판 유리면에서 태양광의 반사로 인한 손실량이 점차 증가하게 되는데, 특히 그래프를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 입사각이 60도를 넘어서면서 투과율이 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 외부로 부터 유입되는 빛에너지의 반사를 효율적으로 감소시켜 광투과율을 향상시킬 수 있는 보호층 구조를 제공함으로서 태양전지의 광효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적은, 제1도전형의 반도체 기판, 상기 반도체 기판과 반대 도전형을 가지며 전면측에 형성되는 제2도전형의 반도체층, 상기 반도체층의 전면에 형성되는 반사 방지막, 상기 반도체층 및 반도체 기판의 전면과 후면에 각각 구성되는 전면전극 및 후면전극, 상기 반사 방지막의 전면에 형성되되, 외표면이 연속되는 요철형상을 이루는 보호층으로 이루어짐을 특징으로 하는 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지 구조를 통해 이룰 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 실시예에 따른 태양전지의 개략적인 구성을 살펴보면, 제1도전형의 p형 반도체기판(10)을 기준으로 전면측에는 제2도전형의 n형 반도체층(20)과 반사방지막(50) 그리고 전면전극(30)이 형성되었으며, 후면측에는 후면전극(40)이 통상의 구조를 이루며 형성되었다.

특히, 본 발명의 태양전지는 반사방지막(50)의 전면측에 위치하는 보호층(60) 표면에 연속된 삼각형 형태의 요철부(61)를 형성함으로서 태양광의 반사로 인한 광손실을 감소시킬 수 있도록 하였다.

즉, 상기 요철부(61)는 대칭형태를 이루는 양측경사면이 일정 경사각(θt)을 이루게 되는데, 요철부(1)의 경사각과 태양광 입사각 변화에 따른 광 투과율을 조애 평판형과 비교하여 실험해 보았으며, 그 실험결과는 하기 [표 1]에 나타난 바와 같다

태양광 입사각 (θi)	광 투과율(%)
	평판형(종래)	요철형(본 발명)
	θt=0°	θt=30°	θt=40°	θt=50°	θt=60°	θt=70°	θt=80°
0°	88	86	93.2	97.9	97.5	99.5	99.7
10°	88	86.6	93.4	97.8	98.6	99.5	99.7
20°	88	86.7	91.7	95.4	98.3	98.1	99.4
30°	87	87.2	90	93.5	98.3	98.4	98.5
40°	86	88.4	88.7	90.8	96	98.3	98.3
50°	84	88.6	88	88	92.7	98.1	98.2
60°	79	87	88	88	88	88	98
70°	67	86	87	88	88	88	97
80°	41	84	86	87	88	88	89

상기 실험결과를 통해 보호층(60) 표면이 종래 평판형인 경우와 본 발명의 요철형인 경우를 비교해 보면, 전체적으로는 본 발명의 요철형이 종래 평판형에 비해 광 투과율이 개선된 결과로 나타났으나, 경사각(θt)을 30°이하로 형성시켰을 때에는 태양광 입사각(θi)이 수직방향(0°) 또는 10°와 같이 작은 경우 오히려 종래 평판형에 비해 광 투과율이 낮게 나타남을 확인할 수 있었다.

따라서, 요철부(61)의 경사각(θt)은 40°≤θt＜ 90°의 범위를 만족하도록 형성시켜야 태양광의 입사각(θi) 전체에 대하여 투과율면에서 균형적인 향상이 이루어지게 됨을 알 수 있다.

한편, 상기 보호층(60)은 기존 유리재료로 요철면을 형성하고자 할 때에는 가공성이 저하되어 원하는 경사각을 고르게 형성시키기 어렵기 때문에, 투과율에 영향을 미치지 않는 재료중에서 산화마그네슘(MgO)을 사용함이 바람직하며, 산화마그네슘을 스트라이프 형태로 도포폭을 조절하면서 수회 도포함으로 원하는 요철면을 형성시킬 수 있게 된다.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 태양전지의 사용에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

보호층(60) 표면에 요철부(61)를 형성하고 있는 본 발명 구조의 태양전지가 설치되어지면, 보호층(60) 표면에서 태양광의 반사율을 감소시킬 수 있게 됨으로 광효율을 개선시킬 수 있게 된다.

즉, 도 4의 확대도 에서와 같이 태양광이 일정각도의 입사각(θi)으로 입사되는 경우 보호층 표면이 일정 경사각(θt)을 이루고 있기 때문에 표면반사가 이루어진 일부 태양광은 인접한 요철부(61)로 재 입사되어지게 됨을 알 수 있다.

따라서, 발명의 구조에 의하면 보호층(60)에서 표면 반사로 인한 태양광의 손실을 최소화할 수 있게 되며, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 점선으로 표시된 종래 평판형(0°)에 비해 본 발명의 경사각 요철형상을 이루는 경우의 보호층 투광율이 크게 개선되어질 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 태양전지 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

예를 들면, 상기 실시예에서는 보호층 표면이 연속된 삼각형 형태로 요철면을 형성하였으나, 요철부 사이에 적은 폭으로 평탄면을 형성시켜 요철부와 교번하는 위치해 형성시킬 수도 있게 된다.

따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명은, 태양전지의 전극 보호를 위해 외측에 구성되는 보호층 표면을 요철형태로 형성시킴으로서 태양광의 일정 각도를 이루며 입사시 표면 반사에 따른 광손실을 최소화 하고, 이로 인한 태양광의 투과율을 극대화 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 요철부를 좌우 대칭형태의 경사면을 형성하는 연속된 삼각형상으로 형성시킴으로서 태양광의 입사각에 변화에 따른 투과율을 높여줄 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 제1도전형의 반도체 기판;

   상기 반도체 기판과 반대 도전형을 가지며 전면측에 형성되는 제2도전형의 반도체층;

   상기 반도체층의 전면에 형성되는 반사 방지막;

   상기 반도체층의 전면 및 반도체 기판의 후면에 각각 구성되는 전면전극 및 후면전극;

   상기 반사 방지막의 전면에 형성되되, 외표면에는 연속되는 요철부를 형성하고 있는 보호층;으로 이루어짐을 특징으로 하는 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보호층의 각 요철부는 좌우 대칭형태의 삼각형상을 이루는 단면구조로 이루어지되, 양측 경사면의 경사각도(θt)는 "40°≤θt＜ 90°"의 범위를 만족하도록 형성시킴을 특징으로 하는 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 보호층은 요철형태로의 형성이 용이한 산화마그네슘 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지.

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