KR20080021652A - 복수의 광발전 영역을 사용하는 통합된 솔라 셀 시스템 및방법 - Google Patents

복수의 광발전 영역을 사용하는 통합된 솔라 셀 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

솔라 셀 디바이스 구조 및 제조 방법이 제공된다. 상기 디바이스는 표면 구역 및 배면 구역을 포함하는 배면 커버 부재를 포함한다. 상기 디바이스는 또한 상기 배면 커버 부재의 상기 표면 구역 위에 놓이도록 배치된 복수의 광발전 영역을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 광발전 영역은 총 광발전 공간 영역을 점유한다. 상기 디바이스는 상기 배면 커버 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합 물질과 상기 봉합 물질에 연결된 전면 커버 부재를 포함한다. 인터페이스 영역은 적어도 상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재의 가장자리를 따라 제공된다. 상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위하여, 밀봉된 영역이 적어도 상기 인터페이스 영역에 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 배면 커버의 상기 표면 구역에 대한 상기 총 광발전 공간 영역의 비는 개별 솔라 셀에 대하여 실질적으로 0.80 이하이다.
솔라 셀, 솔라 패널, 집광체, 광발전 스트립, 적층형 조립체, 적층

Description

복수의 광발전 영역을 사용하는 통합된 솔라 셀 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR INTEGRATED SOLAR CELL USING A PLURALITY OF PHOTOVOLTAIC REGIONS}
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 케빈 알. 깁슨(Kevin R. Gibson)의 이름으로 2005.6.6.자로 출원되어 그 권리가 양수된 미국 임시 특허출원 제60/688,077호(대리인 서류 번호 025902-000200US)를 우선권 주장의 기초로 하며, 상기 임시 특허출원은 참조에 의하여 본 명세서에 편입된다.
본 출원은 또한, 케빈 알. 깁슨의 이름으로 각각 2005.4.18. 및 2005.7.26.자로 출원되어 그 권리가 양수된 미국 임시 특허출원 제60/672,815호(대리인 서류 번호 025902-000100US) 및 미국 임시 특허출원 제60/702,728호(대리인 서류 번호 025902-000300US)를 우선권 주장의 기초로 하여 수비 샤마(Suvi Sharma) 등의 이름으로 2006.2.4.자로 출원된 미국 비임시 특허출원 제11/354,530호(대리인 서류 번호 025902-000310US)와 관련되고, 상기 문헌들은 참조에 의하여 본 명세서에 편입된다.
본 발명은 일반적으로 태양 에너지 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 기판 부재 내에 제공된 복수의 광발전(photovoltaic) 영역을 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 디바이스를 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 복수의 집광(concentration) 소자와 연결되는 상기 기판 부재 내에 광발전 영역을 생산하는 방법과 그 결과 생산된 디바이스를 제공한다. 단지 예로써, 본 발명은 통상적으로 모듈이라고 불리는 솔라 패널(solar panel)에 응용되었지만, 본 발명은 훨씬 더 넓은 응용 범위를 갖는다는 점을 인식하여야 한다.
전세계 인구가 증가함에 따라, 산업 팽창과 동시에 많은 에너지가 소비되고 있다. 에너지는 주로 석탄 및 석유를 포함하는 화석 연료, 수력 발전소, 원자력 발전 등으로부터 나온다. 단지 예로서, 국제 에너지 기구(International Energy Agency)는 석유 소비의 증가를 예상하고 있는데, 증가량의 대부분은 중국 및 인도와 같은 개발 도상국이 차지할 것으로 예상된다. 우리의 일상 생활의 거의 모든 영역은 그 일부가 점차 희박해지고 있는 석유에 의존하고 있다. 시간이 지남에 따라, "싸고" 풍부한 석유의 시대는 끝이 보이고 있다. 이에 따라, 다른 대안적인 에너지원이 개발되어 왔다.
석유와 함께, 우리는 또한 전기 필요량을 공급하기 위해 수력, 원자력 등의 다른 매우 유용한 에너지원에 의존해 왔다. 예를 들어, 가정과 직장에서의 종래의 전기 요구량의 대부분은, 다른 형태의 재생 에너지뿐만 아니라 석탄 또는 다른 형태의 화석 연료로 돌아가는 터빈, 원자력 발전소, 및 수력 발전소로부터 나온다. 대체로, 가정과 직장의 전력 사용은 안정적이며 광범위하다.
지구상에서 발견되는 이러한 유용한 에너지의 전부는 아니더라도 상당 부분이 태양으로부터 기원한다는 점은 매우 중요하다. 지구상의 거의 모든 식물들은 태양광을 통한 광합성을 사용하여 살아간다. 석유와 같은 화석 연료 또한, 태양과 관련된 에너지로부터 유도된 생물학적 물질로부터 만들어진 것이다. "태양 숭배자"를 포함한 인류에게 태양광은 필수적이다. 지구라는 행성의 생명체들에게 태양은 가장 중요한 에너지원이며 오늘날의 태양 에너지의 연료이다.
태양 에너지는 매우 바람직한 많은 특성들을 가지고 있다. 태양 에너지는 끊임없이 생성되고, 깨끗하고, 풍부하며 대체로 광범위하다. 이미 개발된 소정의 기술들은 태양 에너지를 포획하고, 집광하고, 저장하고, 다른 유용한 에너지의 형태로 변환한다.
솔라 패널은 태양광을 에너지로 변화하도록 개발되었다. 단지 예로써, 태양열 패널은 태양으로부터의 전자기 복사 에너지를 가정을 난방하고, 일부 산업 공정을 가동하고, 또는 전기를 생성하기 위해 고단(high grade) 터빈을 구동하는 열 에너지로 변환한다. 또 다른 예로써, 태양 광발전 패널은 태양광을 직접 다양한 응용 분야에 사용되는 전기로 변환한다. 솔라 패널은 일반적으로 서로에 대해 상호연결된 솔라 셀들(solar cells)의 배열을 포함한다. 이 셀들은 직렬로 배열된 셀들의 그룹이 직렬 및/병렬로 배열된 것이다. 따라서, 솔라 패널들은 국가, 안전, 및 인간 사용자들에게 이익이 되는 거대한 잠재력을 가진다. 이들은 우리의 에너지 요구를 분산시키고 석유 및 다른 잠재적으로 해로운 에너지원들에 대한 의존도를 감소시킬 수도 있다.
솔라 패널들은 일정한 응용 분야에서는 성공적으로 사용되어 왔지만, 여전히 일정한 한계가 있다. 솔라 셀들은 대체로 비싸다. 지역에 따라서는, 솔라 셀을 구입하는데 국가 기구의 재정적 지원이 있는 경우도 있는데, 이는 대개 국가가 운영하는 전력 회사로부터 전기를 직접 구입하는 것과는 경쟁할 수 없다. 또한, 상기 패널들은 대개 웨이퍼 물질을 함유하는 실리콘을 포함한다. 이러한 웨이퍼 물질은 대개 비싸고 효율적으로 크게 만들기 어렵다. 솔라 패널의 이용가능성 또한 다소 부족하다. 즉, 광발전 실리콘 함유 물질의 출처가 제한되어 솔라 패널을 찾거나 구입하기가 어렵다. 이러한 제한 및 다른 제한들은 본 명세서 전반에 걸쳐 설명되며, 이하에 보다 상세히 설명될 것이다.
상기로부터, 솔라 디바이스를 향상시키는 기술이 요망되고 있음을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양 에너지에 관련된 기술들이 제공된다. 특히, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 기판 부재 내에 제공된 복수의 광발전 영역을 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 디바이스를 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 복수의 집광(concentration) 소자와 연결되는 상기 기판 부재 내에 광발전 영역을 제작하는 방법과 그 결과 제작된 디바이스를 제공한다. 단지 예로써, 본 발명은 통상적으로 모듈이라고 불리는 솔라 패널(solar panel)에 응용되었지만, 본 발명은 훨씬 더 넓은 응용 범위를 갖는다는 점을 인식하여야 한다.
특정 실시예에서, 본 발명은 솔라 패널에 고정되지 않고 그로부터 분리될 수 있는 솔라 셀을 제조하는 방법을 제공한다. 또는, 상기 솔라 셀은 솔라 패널로서 패키징 될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 상기 패널로부터 분리된 솔라 셀을 형성한다. 다음으로 특정 실시예에 의한 솔라 패널 디바이스를 완성하기 위해 하나 또는 그 이상의 솔라 셀이 상기 패널 상에서 조합된다. 상기 방법은 복수의 광발전 스트립(strip)을 포함하는 제1 기판 부재를 제공하는 단계 및 상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 광학적 탄성중합체(elastomer) 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 복수의 광학적 집광 소자를 포함하는 제2 기판 부재를 정렬하는 단계를 포함하고, 이로써 상기 광학적 집광 소자들 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들, 즉, 영역들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결된다. 상기 방법은 상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역을 형성하기 위하여 상기 제1 기판 부재를 상기 제2 기판 부재에 연결하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 연결은 상기 기판들을 그들 사이에 위치한 탄성중합체 물질로 접합함으로써 제공된다. 상기 방법은 또한 적어도 상기 제1 기판과 상기 제2 기판으로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위해 상기 인터페이스 영역을 밀봉하는 단계를 포함한다.
다른 특정 실시예에서, 본 발명은 다른 솔라 셀을 제조하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 복수의 광발전 영역을 포함하는 제1 기판 부재를 제공하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 광발전 영역은 스트립, 정사각형, 사다리꼴, (대칭 또는 비대칭의) 환형 영역, 또는 이들의 임의의 조합, 그리고 다른 형태가 될 수 있다. 상기 방법은 상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합(encapsulating) 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 기판 부재에 제2 기판 부재를 정렬하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역을 형성하기 위해 상기 제1 기판 부재를 상기 제2 기판 부재에 연결한다. 상기 방법은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판으로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위해 상기 인터페이스 영역을 밀봉한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 솔라 셀 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는 제1 기판 부재 및 상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 디바이스는 또한 상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 광학적 탄성중합체 물질을 포함하고, 복수의 광학적 집광 소자를 포함하는 제2 기판 부재를 포함한다. 상기 제2 기판 부재는, 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록, 복수의 광발전 스트립 위에 놓인다. 상기 디바이스는 상기 제1 기판 부재 및 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역을 포함한다. 상기 디바이스는 또한 상기 제1 기판 부재 및 상기 제2 기판 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위해 상기 인터페이스 영역에 밀봉된 영역을 포함한다.
또한, 본 발명은 솔라 셀 디바이스 구조물을 더 제공한다. 상기 디바이스는, 단위2, 예를 들어, cm2으로 주어진 제1 구역으로서 정의될 수 있는 공간적 영역 A1을 갖는 제1 기판 부재를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 제1 정사각형 구역은 상기 제1 기판 부재의 표면 영역에 관련된다. 상기 디바이스는 또한 상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 영역을 포함한다. 상기 복수의 광발전 영역은 제2 정사각형 구역으로서 정의될 수 있는 총 광발전 공간 영역 A(2)를 점유한다. 상기 디바이스는 상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합 물질을 포함하고 상기 봉합 물질에 연결된 제2 기판 부재를 포함한다. 상기 디바이스는 상기 제1 기판 부재 및 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라서 인터페이스 영역을 포함하고 상기 제1 기판 부재 및 상기 제2 기판 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위해 상기 인터페이스 영역에 밀봉된 영역을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 개별 솔라 셀에 대하여 상기 디바이스는 실질적으로 0.80 이하인 A(2)/A(1)의 비를 특징으로 한다.
더 나아가, 본 발명은 다른 솔라 셀 디바이스 구조물을 제공한다. 상기 디바이스 구조물은 표면 구역 및 배면 구역을 포함하는 배면 커버 부재를 포함한다. 상기 디바이스 구조물은 또한 상기 배면 커버 부재의 상기 표면 구역 위에 놓이도록 배치되는 복수의 광발전 영역을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 광발전 영역은 총 광발전 공간 영역을 점유한다. 상기 디바이스는 상기 배면 커버 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합 물질을 포함하고 상기 봉합 물질에 연결된 전면 커버 부재를 포함한다. 적어도 상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역이 제공된다. 상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하도록 적어도 상기 인터페이스 영역에 밀봉된 영역이 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 개별 솔라 셀에 대하여 상기 배면 커버의 상기 표면 구역에 대한 상기 총 광발전 공간 영역의 비는 실질적으로 0.50 이하이다. 또는, 특정 실시예에 따라서는 0.8 이하와 같은 다른 비가 존재할 수 있다. 여기서, 상기 "배면 커버 부재" 및 "전면 커버 부재"라는 용어들은 설명을 목적으로 제공되는 것이며, 청구범위의 영역을 특정 실시예에 의한 공간적 배향에 상대적인 특정 구성으로 제한하려는 것은 아니다.
특정 실시예에서, 본 발명은 다른 솔라 셀 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는 제1 기판 부재 및 상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 디바이스는 상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합체 물질을 포함한다. 상기 디바이스는 상기 봉합체 물질을 특징짓는 제1 굴절률을 갖고, 복수의 광학적 집광 소자를 포함하는 제2 기판 부재를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 제2 기판 부재는, 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록 상기 복수의 광발전 스트립 위에 놓인다. 바람직하게는, 상기 복수의 집광 소자는 적어도 제2 기판 물질에 의해 구성된다. 상기 디바이스는, 상기 제2 기판 물질을 특징짓는 제2 굴절률을 갖는다. 상기 제2 굴절률은, 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 광학적 집광 소자들 중 적어도 하나를 통해 상기 봉합체의 일부분을 거쳐 상기 광발전 스트립들 중 하나의 일부분까지 이를 수 있도록 상기 제1 굴절률에 실질적으로 부합되며, 이로써 상기 하나의 집광 소자의 일부분으로부터의 내부 반사의 양을 감소시킨다. 특정 실시예에서, 상기 내부 반사의 감소된 양은 광발전 영역에 도달하는 광자의 양을 증가시킨다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 향상된 봉합체 물질을 갖는 솔라 셀 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는 제1 기판 부재 및 상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 디바이스는 상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합체 물질을 포함한다. 상기 디바이스는 상기 봉합체 물질을 특징짓는 제1 굴절률을 갖고, 복수의 광학적 집광 소자를 포함하는 제2 기판 부재를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 제2 기판 부재는, 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록 상기 복수의 광발전 스트립 위에 놓인다. 바람직하게는, 상기 복수의 집광 소자는 적어도 제2 기판 물질에 의해 구성된다. 상기 디바이스는 상기 제2 기판 물질을 특징짓는 제2 굴절률을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 봉합체 물질의 상기 제1 굴절률은, 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나로부터 상기 광발전 스트립 중 하나의 일부분까지 이동할 수 있도록 상기 제2 굴절률과 실질적으로 부합된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 패키징된 솔라 셀 조립체를 제공하고, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체를 사용하여 그리고/또는 다른 솔라 셀 조립체와 함께 전력을 생산하도록 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 단독으로 작동할 수 있다. 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 전면 커버 표면 구역 및 복수의 집광 소자를 포함하는 강성 전면 커버 부재를 포함한다. 상기 집광 소자들의 각각은 상기 전면 커버 표면 구역의 제1 부분으로부터 상기 전면 커버 표면 구역의 제2 부분까지 연장되는 길이를 갖는다. 상기 집광 소자들의 각각은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 규정된 폭을 갖는다. 상기 집광 소자들의 각각은 상기 폭의 제1 측면에 연결된 제1 에지 영역 및 상기 폭의 제2 측면 상에 제공된 제2 에지 영역을 포함한다. 상기 제1 에지 영역과 상기 제2 에지 영역은 상기 전면 커버 표면 구역의 상기 제1 부분으로부터 상기 전면 커버 표면 구역의 제2 부분까지 연장된다. 상기 복수의 집광 소자들은 병렬식으로 배열되고 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분까지 연장된다. 또한, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 상기 복수의 집광 소자의 각각에 대하여 배열된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 복수의 광발전 스트립들의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖는다. 상기 광발전 스트립들의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결된다. 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 또한, 상기 광발전 스트립의 각각을 상기 집광 소자의 각각에 광학적으로 연결하기 위하여 상기 광발전 스트립과 상기 집광 소자의 사이에 제공된 연결 물질을 포함한다. 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 강성 배면 커버 부재를 더 포함한다. 상기 강성 배면 커버 부재는 복수의 지지 영역을 포함한다. 상기 복수의 지지 영역은 복수의 광발전 스트립의 각각에 대한 기계적 지지를 제공한다. 이에 더하여, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는, 상기 복수의 광발전 스트립들을 실질적으로 습기가 없는 상태로 유지할 수 있는 밀봉된 적층형 조립체를 제공하기 위하여 상기 강성 배면 커버 부재를 상기 강성 전면 커버 부재에 기계적으로 연결하는 밀봉된 영역을 포함한다. 상기 밀봉된 적층형 조립체는 상기 복수의 광발전 스트립이 실질적으로 기계적 손상을 입지 않도록 유지하면서 취급될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 솔라 셀 장치를 제공한다. 상기 솔라 셀 장치는 배면측 표면 영역 및 내측 표면 영역을 포함하는 배면측 기판 부재를 포함한다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 내측 표면 영역의 위에 놓이고 공간상 병렬로 배치된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 광발전 스트립의 각각은 소정의 길이 및 폭을 갖는다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 작동가능하게 연결된 소정 형상의 집광기 디바이스를 포함한다. 상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 제1 측면 및 제2 측면을 포함한다. 이에 더하여, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제1 측면 상에 제공된 개구 영역을 포함한다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제2 측면 상에 제공된 출구 영역을 포함한다. 이에 더하여, 상기 솔라 셀 장치는 상기 출구 영역에 대한 상기 개구 영역의 비에 의하여 규정되는 기하학적 집광 특성을 포함한다. 상기 비는 실질적으로 1.8 내지 4.5의 범위를 가질 수 있다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 소정 형상의 집광기 디바이스를 특징짓는 폴리머 물질을 포함한다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 폴리머 물질을 특징짓는 실질적으로 1.45 이상인 소정의 굴절률을 포함한다. 추가적으로, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 위에 놓이도록 형성되고, 상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결하는 연결 물질을 포함한다. 나아가, 상기 솔라 셀 장치는 상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결하는 연결 물질을 특징짓는 1.45 이상의 굴절률을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 솔라 셀 장치를 제공한다. 상기 솔라 셀 장치는 배면측 표면 영역 및 내측 표면 영역을 포함하는 배면측 기판 부재를 포함한다. 상기 배면측 기판 부재는 소정의 폭을 갖는다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 내측 표면 영역 위에 놓이고 공간상 병렬로 배치된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 광발전 스트립의 각각은 소정의 길이 및 폭을 갖는다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 작동가능하게 연결된 소정 형상의 집광기 디바이스를 포함한다. 상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 제1 측면 및 제2 측면을 포함한다. 나아가, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제1 측면 상에 제공된 개구 영역을 포함한다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제2 측면 상에 제공된 출구 영역을 포함한다. 상기 솔라 셀 디바이스는 또한 상기 개구 영역의 제1 부분과 상기 출구 영역의 제1 부분의 사이에 제공된 제1 반사 측면을 포함한다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 개구 영역의 제2 부분과 상기 출구 영역의 제2 부분의 사이에 제공된 제2 반사 측면을 포함한다. 이에 더하여, 상기 솔라 셀 장치는 상기 출구 영역에 대한 상기 개구 영역의 비에 의하여 규정되는 기하학적 집광 특성을 포함한다. 상기 비는 실질적으로 1.8 내지 4.5의 범위를 갖는다. 이에 더하여, 상기 솔라 셀 장치는 상기 개구 영역, 출구 영역, 제1 반사 측면 및 제2 반사 측면을 포함하는, 상기 소정 형상의 집광기 디바이스를 특징짓는 폴리머 물질을 포함한다. 나아가, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 폴리머 물질을 특징짓는 실질적으로 1.45 이상의 굴절률을 갖는다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 위에 놓이도록 형성되고, 상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결하는 연결 물질을 포함한다. 상기 솔라 셀 장치는 상기 제1 반사 측면 및 상기 제2 반사 측면의 각각에 대향하는 하나 또는 그 이상의 포켓 영역을 더 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 포켓 영역은 실질적으로 1인 귤절율을 가짐으로써 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 개구 영역으로부터 상기 출구 영역을 향하여 반사되도록 할 수 있다.
특정 실시예에 의하면, 본 발명은 패키징된 솔라 셀 조립체를 제공하고, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체를 사용하여 그리고/또는 다른 솔라 셀 조립체와 함께 전력을 생산하기 위하여, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체 단독으로 작동할 수 있다. 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 복수의 집광 소자를 포함하는 강성 전면 커버 부재를 포함한다. 예를 들어, 상기 집광 소자들의 각각은 병렬로 배열되고 상기 전면 커버 부재의 제1 부분으로부터 제2 부분으로 연장된다. 상기 병렬식의 복수의 집광 소자는 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분으로 줄 모양 배열로 구성된다. 상기 집광 소자의 각각은 적어도 1.5의 광학적 집광도를 갖는다.
상기 셀 조립체는 또한 8.5인치 이하의 최대 공간 치수를 갖는 상기 강성 전면 커버 부재의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 공간을 포함한다. 이에 더하여, 상기 셀 조립체는 상기 복수의 광학적 집광 소자의 각각에 대하여 배열된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 복수의 광발전 스트립들의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖는다. 상기 광발전 스트립들의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결된다.
다른 특정 실시예에서, 본 발명은 패키징된 솔라 셀 조립체를 포함한다. 상기 조립체는 복수의 집광 소자를 포함하는 강성 전면 커버 부재를 포함한다. 상기 집광 소자들의 각각은 실질적으로 병렬로 배열되고 상기 전면 커버 부재의 제1 부분으로부터 제2 부분으로 연장된다. 상기 실질적으로 병렬식의 복수의 집광 소자는 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분으로 줄 모양 배열로 구성된다. 상기 집광 소자의 각각은 적어도 1.5의 광학적 집광도를 갖는다. 상기 조립체는 8.5인치 이하의 최대 공간 치수를 갖는 상기 강성 전면 커버 부재의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 공간을 포함한다. 상기 조립체는 또한 상기 복수의 광학적 집광 소자의 각각에 대하여 배열된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 복수의 광발전 스트립들의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖는다. 상기 광발전 스트립들의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결된다. 하나 또는 그 이상의 제1 전기 부재는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 부분과 연결된다. 하나 또는 그 이상의 제2 전기 부재는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 부분과 연결된다.
특정 실시예에서, 상기 조립체는 상기 광발전 스트립의 각각을 상기 집광 소자의 각각에 광학적으로 연결하기 위하여 상기 광발전 스트립과 상기 집광 소자의 사이에 제공된 광학적 연결 물질을 포함한다. 강성 배면 커버 부재도 제공된다. 상기 강성 배면 커버 부재는 복수의 지지 영역을 포함한다. 상기 복수의 지지 영역은 복수의 광발전 스트립의 각각에 대한 기계적 지지를 제공한다. 상기 복수의 광발전 스트립들을 실질적으로 습기가 없는 상태로 유지할 수 있는 밀봉된 적층형 조립체를 제공하기 위하여, 밀봉된 영역이 상기 강성 배면 커버 부재를 상기 강성 전면 커버 부재에 기계적으로 연결한다. 상기 밀봉된 적층형 조립체는 상기 복수의 광발전 스트립이 실질적으로 기계적 손상을 입지 않도록 유지하면서 취급될 수 있다. 상기 집광 소자의 각각은 한 쌍의 측면을 포함하고, 상기 측면들은 광이 실질적으로 내부적으로 반사되도록 하기 위하여 120nm RMS 이하의 표면 마무리를 갖는다.
본 발명에 의하여 종래 기술을 뛰어넘는 많은 이점들이 성취된다. 예를 들어, 본 발명은 실리콘 물질과 같은 종래의 기술에 의존하는 사용하기 쉬운 처리 방법을 제공하는데, 다른 물질들 또한 사용될 수 있다. 또한, 상기 방법은 종래의 장비 및 처리 방법에 대한 중대한 변경 없이 종래의 처리 기술과 호환성을 갖는 처리 방법을 제공한다. 바람직하게는, 본 발명은 덜 비싸고 다루기 쉬운 향상된 솔라 셀을 제공한다. 그러한 솔라 셀은, 바람직한 실시예에 의한 하나 또는 그 이상의 기판 구조 내에 밀봉된 복수의 광발전 영역을 사용한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 모듈 또는 패널 조립체에 고정되지 않고 떨어져 있는 복수의 광발전 스트립을 사용하는 방법 및 완성된 솔라 셀 구조를 제공하는데, 상기 스트립들은 더 뒤의 조립 과정 중에 제공된다. 또한 바람직한 실시예에서, 솔라 셀들의 하나 또는 그 이상은 종래의 솔라 셀보다 면적당 실리콘이 더 적다(예를 들어, 80% 이하, 50% 이하). 바람직한 실시예에서, 상기 방법 및 셀 구조물은 또한 경량이며 건축물 구조 등에 해롭지 않다. 즉, 특정 실시예에 의하면 그 무게는 모듈 레벨에서 종래의 솔라 셀과 같거나 그보다 아주 약간 크다. 바람직한 실시예에서, 상기 복수의 광발전 스트립을 사용하는 본 발명의 솔라 셀은 종래의 솔라 셀 구조의 "드롭인(drop in)" 교체품으로서 사용될 수 있다. 드롭인 교체품으로서, 본 발명의 솔라 셀은 바람직한 실시예를 효율적으로 구현하기 위해 종래의 솔라 셀 기술과 함께 사용될 수 있다. 실시예에 따라서는, 이러한 이점들 중 하나 또는 그 이상이 성취될 수 있다. 이러한 그리고 다른 이점들은 본 명세서 전반에 걸쳐 더 상세히 설명될 것이며 이하에 보다 구체적으로 설명될 것이다.
본 발명의 다양한 추가적인 목적, 특징 및 이점들은 발명의 상세한 설명 및 참부된 도면을 참조로 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라 셀 구조의 전개도를 나타내는 단순화된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 배면 커버(back cover) 구조의 단순화된 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 배면 커버 구조의 세부도(detailed view)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배면 커버 구조에 복수의 광발전 스트립을 부착하는 방법을 도시하는 단순화된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 배면 커버와 광발전 스트립의 단순화된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 배면 커버와 광발전 스트립의 위에 놓이는 봉합체(encapsulant)를 제공하는 방법을 도시하는 단순화된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 배면 커버, 광발전 스트립 및 봉합체의 단순화된 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 배면 커버, 광발전 스트립 및 봉합체 위에 놓인 전면 커버를 조립하는 방법을 도시하는 단순화된 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전면 커버 상의 복수의 집광 소자를 도시하는 보다 상세한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 의한 전면 커버 상의 복수의 집광 소자를 도시하는 더욱 더 상세한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 솔라 셀 구조물을 도시하는 단순화된 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 솔라 셀 구조물을 도시하는 보다 상세한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 집광기(concentrator) 조립체의 단순화된 도면이다.
본 발명에 의하면, 태양 에너지에 관련된 기술이 제공된다. 특히, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 기판 부재 내에 제공된 복수의 광발전(photovoltaic) 영역 을 제조하는 방법 및 그로부터 제조된 디바이스를 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 복수의 집광(concentration) 소자와 연결되는 상기 기판 부재 내에 광발전 영역을 제작하는 방법과 그 결과 제작된 디바이스를 제공한다. 단지 예로써, 본 발명은 통상적으로 모듈이라고 불리는 솔라 패널(solar panel)에 적용되었지만, 본 발명은 훨씬 더 넓은 응용 범위를 갖는다는 점을 인식하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 솔라 셀을 제조하는 방법은 다음과 같이 요약될 수 있다:
1. 제1 기판 부재를 제공함;
2. 상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립을 제공함;
3. 상기 제1 기판의 일부분(혹은, 상기 광발전 스트립의 각각의 표면 영역 또는 상기 복수의 광발전 스트립에 연결될 제2 기판의 표면) 위에 놓이는 광학적 탄성중합체 물질을 제공함;
4. 복수의 광학적 집광 소자를 포함하는 제2 기판 부재를, 상기 광학적 집광 소자들 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록, 정렬함;
5. 상기 제1 기판 부재 및 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역을 형성하기 위하여 상기 제1 기판 부재를 상기 제2 기판 부재에 연결함;
6. 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판으로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위하여 상기 인터페이스 영역을 밀봉함;
7. 솔라 셀을 패널 조립체에 위치시킴;
8. 요구되는 경우, 다른 단계들을 수행함.
상기 일련의 단계들은 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 제공한다. 이와 같이, 상기 방법은 복수의 솔라 셀들을 포함하는 솔라 패널을 위한 솔라 셀을 형성하는 방법을 포함하는 단계들의 조합을 사용한다. 청구범위의 영역을 벗어남이 없이 단계들이 추가되거나, 하나 또는 그 이상의 단계들이 제거되거나, 또는 하나 또는 그 이상의 단계들이 다른 순서로 제공되는 다른 대안들이 제공될 수 있다. 일 예로써, 상기 복수의 광발전 스트립들이 상기 제2 기판에 연결되고, 다음으로 상기 제1 기판이 제공되고 상기 제2 기판에 밀봉된다. 바람직한 실시예에서, 연결 물질이 복수의 집광 소자를 포함하는 상기 제2 기판과 상기 복수의 광발전 스트립 사이에 제공된다. 본 발명과 그 결과적인 구조물에 대한 상세는 본 명세서 전체에 걸쳐, 그리고 이하에 보다 구체적으로 설명된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 솔라 셀 구조의 전개도 10이 도시된다. 이 도면은 단지 예시일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 솔라 셀 디바이스 구조물은 다양한 구성요소들을 포함한다. 상기 디바이스는 표면 구역과 배면 구역을 포함하는 배면 커버 부재 101을 포함한다. 상기 배면 커버는 또한, 버스 바(bus bar)와 같은 전기(electrical) 부재들을 위한 공간적으로 배치된 복수의 사이트(site)와, 복수의 광발전 영역을 포함한다. 또는, 상기 배면 커버는 임의의 패 턴으로부터 자유로울 수 있으며 단지 지지 및 패키징을 위하여 제공된다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안들이 있을 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 디바이스는 복수의 광발전 스트립 105를 포함하고, 각각의 광발전 스트립은 상기 배면 커버 부재의 상기 표면 구역 위에 배치된다. 바람직한 실시예에서 상기 복수의 광발전 스트립들은, 능동형(active)이고 태양광을 전기 에너지로 변환하는 총 광발전 공간 영역(a total photovoltaic spatial region)을 점유하는 누적(cumulative) 구역에 대응된다.
봉합 물질 115는 상기 배면 커버 부재의 일부분 위에 놓인다. 즉, 봉합 물질이 상기 복수의 스트립, 상기 배면 커버의 노출된 영역, 그리고 전기 부재들 위에 놓이도록 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 봉합 물질은 그 응용 분야에 따라서 단일 레이어, 다수의 레이어, 또는 레이어들의 일부분이 될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 봉합 물질이 상기 광발전 스트립의 일부분 또는 상기 복수의 광발전 스트립에 연결될 상기 전면 커버 부재의 표면 영역 위에 놓이도록 제공될 수 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안들이 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 전면 커버 부재 121은 상기 봉합 물질에 연결된다. 즉, 적어도 상기 배면 커버, 버스 바, 복수의 광발전 스트립, 봉합체, 및 전면 커버를 포함하는 다층 구조물을 형성하기 위하여 상기 전면 커버 부재가 상기 봉합체 위에 놓이도록 형성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 전면 커버는 태양광을 상기 복수의 광발전 스트립에 집중시키는(예를 들어, 단위 면적당 강도를 높이는) 하나 또는 그 이상의 집광 소자를 포함한다. 즉, 상기 집광 소자의 각각은 상기 광발전 스트 립의 각각 또는 그중 적어도 하나와 연관될 수 있다.
상기 배면 커버, 버스 바, 광발전 스트립, 봉합체, 및 전면 커버가 조립되면, 상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재의 적어도 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역이 제공된다. 실시예에 따라서는 상기 인터페이스 영역이 상기 스트립들의 각각 또는 상기 스트립들의 소정의 그룹을 둘러싸도록 제공될 수도 있다. 상기 디바이스는 밀봉된 영역을 포함하고, 상기 밀봉된 영역은 상기 배면 커버 부재와 전면 커버 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위하여 적어도 상기 인터페이스 영역 상에 형성된다. 상기 밀봉된 영역은 광발전 스트립을 포함해서 능동적 영역을 상기 솔라 셀의 품질을 저하시킬 수 있는 날씨, 기계적 취급, 환경적 조건, 및 다른 영향과 같은 외부적 요인들로부터 영향을 받지 않는 제어된 환경으로 유지한다. 또한, 상기 밀봉된 영역 및/또는 밀봉된 부재(예를 들어, 두 개의 기판)는 상기 솔라 셀과 연관된 일정한 광학적 특성들을 보호하며, 또한 버스 바, 상호 접속(interconnects) 등과 같은 임의의 전기 전도성 부재를 보호하고 유지한다. 물론, 다른 실시예에서는 상기 밀봉된 구조를 사용하여 성취될 수 있는 다른 이점들이 있을 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 총 광발전 공간 영역은 상기 배면 커버의 상기 표면 구역보다 공간적으로 더 작은 영역을 점유한다. 즉, 상기 총 광발전 공간 영역은 주어진 솔라 셀 크기에 대하여 종래의 솔라 셀보다 실리콘을 덜 사용한다. 바람직한 실시예에서, 상기 총 광발전 공간 영역은 개별 솔라 셀에 대하여 상기 배면 커버의 상기 표면 구역의 실질적으로 80% 이하를 점유한다. 실시예에 따라서 는, 상기 광발전 공간 영역은 또한 상기 배면 커버의 상기 표면 구역 또는 솔라 셀의 주어진 구역의 70% 이하 그리고 60% 이하 또는 바람직하게는 50% 이하를 점유할 수 있다. 물론, 명시적으로 기재되지는 않았지만 다른 실시예에서는 다른 비율이 될 수 있다. 여기서, "배면 커버 부재" 및 "전면 커버 부재"라는 용어는 설명을 위하여 사용되었으며, 특정 실시예에 따른 공간적 배향에 상대적인 특정 구성으로 청구범위의 영역을 한정하려는 것은 아니다. 상기 솔라 셀의 다양한 구성요소들의 각각의 상세는 본 명세서의 전체에, 그리고 이하에 보다 구체적으로 기재되어 있다.
특정 실시예에서, 본 발명은 독립적으로 작동할 수 있는 패키징된 솔라 셀 조립체를 제공하며, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체를 사용하여 및/또는 다른 솔라 셀 조립체와 함께 전력을 생산한다. 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는, 전면 커버 표면 구역과 복수의 집광 소자를 갖는 강성(rigid) 전면 커버 부재를 포함한다. 응용 분야에 따라서는, 상기 강성 전면 커버 부재는 다양한 물질로 구성된다. 예를 들어, 상기 강성 전면 커버는 폴리머 물질로 이루어진다. 다른 예로써, 상기 강성 전면 커버는 실질적으로 1.4 또는 1.42 또는 그보다 큰 반사율을 갖는 투명 폴리머 물질로 이루어진다. 일 예에 의하면, 상기 강성 전면 커버는 적절한 범위의 영률(Young's Modulus)을 갖는다. 상기 집광 소자의 각각은 상기 전면 커버 표면 구역의 제1 부분으로부터 상기 전면 커버 표면 구역의 제2 부분으로 연장되는 길이를 갖는다. 상기 집광 소자의 각각은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 규정된 폭을 갖는다. 상기 집광 소자의 각각은 상기 폭의 제1 측면에 연결된 제1 에지 영역과 상기 폭의 제2 측면에 제공된 제2 에지 영역을 갖는다. 상기 제1 에지 영역과 상기 제2 에지 영역은 상기 전면 커버 표면 구역의 상기 제1 부분으로부터 상기 전면 커버 표면 구역의 제2 부분으로 연장된다. 상기 복수의 집광 소자는 병렬로 배열되고 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분으로 연장된다.
상기 실시예는 많은 변형을 가질 수 있다는 점을 인식하여야 한다. 예를 들어, 상기 실시예는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 영역에 연결된 제1 전극 부재 및 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 영역에 연결된 제2 전극 부재를 더 포함할 수 있다.
다른 예로써, 상기 솔라 셀 조립체는 추가적으로 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 영역에 연결된 제1 전극 부재 및 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 영역에 연결된 제2 전극 부재를 포함한다. 상기 제1 전극은 상기 적층형 조립체의 제1 부분으로부터 연장되는 제1 돌출부를 포함하고 상기 제2 전극은 상기 적층형 조립체의 제2 부분으로부터 연장되는 제2 돌출부를 포함한다.
다른 특정 실시예에서, 본 발명은 솔라 셀 장치를 제공한다. 상기 솔라 셀 장치는 배면측 표면 영역과 내측 표면 영역을 포함하는 배면측 기판 부재를 포함한다. 응용 분야에 따라서는, 상기 배면측 기판 부재는 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 배면측 부재는 폴리머 물질인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 배면측 기판 부재를 포함하는 솔라 셀 장치를 제공한다. 상기 배면측 기판 부재는 배면측 표면 영역과 내측 표면 영역을 포함한다. 상기 배면측 기판 부재는 소정의 폭을 갖는다. 예를 들어, 상기 배면측 기판 부재는 그 길이가 실질적으로 8인치(inches) 이하인 것을 특징으로 한다. 일 예로써, 상기 배면측 기판 부재는 실질적으로 8인치 이하의 폭과 8인치 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 배면 커버 구조물 100의 단순화된 도면이다. 이 도면은 단지 예일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 수정, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 배면 커버는 바닥 영역 205와, 복수의 리세스(recess) 영역 209를 포함하는 표면 영역 201을 포함한다. 상기 리세스 영역의 각각은 특정 실시예에 있어서의 광발전 물질을 위한 공간적 사이트에 대응된다. 특정 실시예에서, 상기 리세스 영역은 광발전 스트립 또는 광발전 물질의 영역을 위한 기계적, 물리적 사이트를 제공한다. 특정 실시예에 의하면, 상기 리세스 영역에 의해 점유되는 구역은, 내측의 상기 리세스 영역보다 y 방향을 따라 약간 더 높게 돌출된 에지 영역 211을 갖는 가장자리 영역 203에 의해 둘러싸여 진다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 배면 커버는 또한 대개 버스 바 207인 하나 또는 그 이상의 전도성 부재를 포함한다. 버스 바의 각각은 직렬, 병렬, 또는 이들의 조합으로 배열되는 복수의 스트립을 전기적으로 함께 연결할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 버스 바의 각각은 복수의 리세스 영역에 수직으로 제공된다. 즉, 특정 실시예에서 상기 리세스 영역의 각각이 z 방향으로 이어지는 반면, 상기 버스 바의 각각은 x 방향을 따라 이어진다. 상기 버스 바는 단지 설명을 위한 것이고 포괄적인 것은 아니라는 점이 인식될 것이다. 즉, 상기 리세스 영역의 각각에 평행하거나 또는 각진 방향으로 이어지는, 또는 이들이 조합된 구성의 다른 버스 바(도시되지 않음)가 있을 수 있다. 전도성 부재의 상세는 그 권리가 양수되고 본 명세서에 참조에 의하여 편입된 상기 깁슨(Gibson)의 임시 특허출원에 개시되어 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 배면 커버는 적절한 다양한 물질들 또는 물질들의 조합 및 레이어로 이루어질 수 있다. 특정 실시예에 의하면 상기 배면 커버는 폴리머 함유 물질을 사용하여 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에 의하면 상기 폴리머 물질은 비전도성 물질일 수 있다. 응용 분야에 따라서는, 상기 배면 커버는 하나의 레이어 또는 다층 물질일 수 있고, 바람직하게는 광학적으로 투명하지 않지만, 다른 실시예에서는 광학적으로 투명할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 배면 커버는 상기 복수의 리세스 영역 및 다른 요구되는 특성들을 형성하도록 주조 또는 가공된 폴리머 물질을 사용한다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 강성 배면 커버 부재는 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 배면 전면 커버는 폴리머 물질, 유리, 또는 다른 적절한 물질로 이루어진다. 일 예에 의하면, 상기 강성 배면 커버는 적절한 영률을 갖는다. 복수의 지지 영역은 각각 상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 기계적 지지를 제공한다. 또한, 상기 복수의 광발전 스트립을 실질적으로 습기가 없는 상태로 유지할 수 있는 밀봉된 적층형 조립체를 제공하기 위하여, 상기 패키지 솔라 셀 조립체는 상기 강성 배면 커버 부재를 상기 강성 전면 커버 부재에 기계적으로 연결하는 밀봉된 영역을 포함한다. 예를 들어, 습기는 상기 솔라 셀 디바이스의 부식을 막고 작동을 용이하게 하기 위하여 수 ppm(parts per million)의 소정양보다 작다. 상기 밀봉된 적층형 조립체는 기계적 손상 없이 상기 복수의 광발전 스트립을 유지하면서 취급될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 광발전 스트립의 파손이 기계적 손상의 일 예이다.
도 2a를 참조하면 상기 배면 커버의 세부도가 제공된다. 도시된 바와 같이, 상기 배면 커버의 평면도 210이 도시된다. 다른 도면들도 제공된다. 예를 들어, 단면 "A-A" 220이 도시된다. 특정 실시예에 의하면 A-A 단면은 버스 바 부재를 위한 영역을 따라 이어진다. 세부 "F" 280 및 세부 "E" 260 또한 도시된다. 세부 F는 상기 배면 커버의 가장자리 또는 에지 영역에 대응한다. 마찬가지로, 세부 F는 상기 배면 커버의 다른 가장자리 또는 에지 영역에 대응한다. 단면 "B-B" 및 "C-C" 230, 240 또한 도시된다. 단면 B-B 및 C-C는 각각 상기 배면 커버를 따라 리세스 영역 구간과 관련된다. 단면 C-C 내의 세부 "G" 250도 도시된다. 상기 리세스 영역 251의 각각은 특정 실시예에 의한 버스 바 부재를 위한 사이트에 대응한다. 상기 배면 커버에 있어서 상기 평면도 210의 다른 단면도 "D-D" 270도 도시된다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다. 본 발명의 방법 및 구조의 보다 상세한 설명은 본 명세서 전반에 걸쳐, 특히 이하에서 찾을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 배면 커버 구조 100에 복수의 광발전 스트립 105를 부착하는 방법을 나타내는 단순화된 도면 300이다. 이 도면은 단 지 예일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 광발전 스트립은 각각의 리세스 영역에 정렬된다. 상기 광발전 스트립의 각각은 상기 리세스 영역의 일부분 또는 실시예에 따라서는 다른 물리적 사이트 내에 들어갈 수 있도록 미리 정해진 폭, 길이, 및 깊이를 갖는다.
특정 실시예에서, 상기 광발전 부재의 각각은 그 내부에 광 에너지 변환 디바이스를 포함하는 실리콘 함유 물질로 이루어진다. 즉, 특정 실시예에 의하면, 상기 스트립의 각각은, 인가된 태양광 또는 전자기 복사광을 전류 에너지로 변환할 수 있도록 하는 적절한 특성을 갖는 단일 결정(single crystal) 및/또는 다결정(poly-crystalline) 실리콘으로 이루어진다. 오스트레일리아의 오리진 에너지(Origin Energy)에 의해 생산된 실버 셀(Silver Cell®) 제품이 이러한 스트립의 일 예지만, 다른 것들도 가능하다. 다른 바람직한 실시예에서, 상기 스트립은 종래의 솔라 셀로부터 제공될 수 있다. 즉, 상기 스트립은 종래의 솔라 셀 또는 특정 실시예에 따라 적절히 설계된 솔라 셀을 다이싱(dicing)함으로써(예를 들어, 톱, 선침(scribe) 및 파괴) 제공될 수 있다. 실시예에 따라서는, 상기 종래의 솔라 셀은, 미국 캘리포니아 95134 산 호세 3939 노쓰 퍼스트 스트리트 소재의 선파워 사(SunPower Corp.)에 의해 제조된 배면 접촉 셀 또는 비피 솔라 인터내셔널 사(BP Solar International Inc.), 네덜란드 헤이그에 소재한 쉘 솔라(Shell Solar), 독일의 큐-셀즈 에이지(Q-Cells AG), 독일 본 53113 쿠트 슈마허 스트리트 12-14 소재의 솔라월드 에이지(SolarWorld AG), 일본 오사카의 샤프 사(Sharp Corporation), 쿄세라 솔라 사(Kyocera Solar Inc.) 등에 의해 생산되는 것들과 같은 다른 타입의 솔라 셀이 될 수 있다. 다른 예에서, 광발전 물질의 상기 스트립 또는 영역들은 원소 주기율표에 열거된 반도체 원소, 광발전 특성을 갖는 폴리머 물질, 또는 이들의 조합 등을 포함하는 다른 반도체 물질과 같은 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 패키징된 솔라 셀 조립체는 상기 복수의 집광 소자 위에 각각 배열된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 복수의 광발전 스트립의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖는다. 상기 광발전 스트립의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나에 연결된다. 상기 패키징된 솔라 셀 조립체는 상기 광발전 스트립을 상기 집광 소자에 광학적으로 연결하기 위하여, 추가적으로 상기 광발전 스트립의 각각과 상기 집광 소자의 각각의 사이에 제공된 연결 물질을 포함한다.
다른 특정 실시예에서, 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 내측 표면 영역 위에 놓이고 공간적으로 병렬식으로 배치된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 광발전 스트립의 각각은 소정의 길이 및 폭을 갖는다. 단지 예로써, 상기 광발전 스트립의 각각은 복수의 p-타입 영역 및 복수의 n-타입 영역을 포함한다. 상기 p-타입 영역의 각각은 적어도 하나의 상기 n-타입 영역에 연결된다. 일 예로써, 상기 광발전 스트립은 실리콘 물질로 이루어진다.
일 예로써, 상기 솔라 셀 장치는 상기 내측 표면 영역 위에 놓이고 공간적으로 병렬식으로 배치된 복수의 광발전 스트립을 포함한다. 상기 광발전 스트립의 각각은 소정의 길이 및 폭을 갖는다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 작동가능하게 연결된 소정 형상의 집광기 디바이스를 포함한다. 상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 제1 측면과 제2 측면을 포함한다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제1 측면에 제공된 개구 영역을 포함한다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제2 측면에 제공된 출구(exit) 영역을 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 배면 커버와 광발전 스트립의 단순화된 도면 400이다. 이 도면은 단지 예시일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 광발전 스트립의 각각이 상기 배면 커버 상의 각각의 리세스 영역 또는 사이트에 제공되었다. 특정 실시예에서 상기 스트립의 각각은 바람직하게는 상기 리세스 영역에 기계적으로 고정된다. 스트립의 제1 그룹은 상기 버스 바 중 적어도 하나에 연결될 수 있고 스트립의 제2 그룹은 버스 바의 다른 그룹에 연결될 수 있다. 전력을 제공하는 전기 회로를 제공하기 위하여, 상기 스트립들의 각각은 상기 버스 바의 적어도 두 개 또는 유사 전도성 부재에 연결된다. 또는, 상기 배면 커버는 본 발명의 다른 실시예에 따라 조립된 전면 커버와 광발전 스트립 구조물 위에 제공될 수 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 조립된 배면 커버 및 광발전 스트립의 위에 놓이는 봉합체 115를 제공하는 방법을 도시하는 단순화된 도면 500이다. 이 도면은 단지 예시일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 봉합체는 특정 실시예에 따라 하나의 레이어 115 또는 다수의 레이어가 될 수 있다. 상기 봉합체는 또한 액체 형태로 제공될 수 있고, 특정 실시예에 있어서의 상기 각각의 광발전 스트립과 상기 버스 바 부재의 부분들을 봉합하고 밀봉하기 위하여 경화된다.
실시예에 따라서는, 상기 봉합체는 요구되는 광학적, 전기적, 그리고 물리적 특성에 적절한 물질로 이루어진다. 상기 광학 물질은 바람직하게는 광학적 탄성중합체 물질이며, 액체로부터 고체 물질을 형성하기 위해 경화된다. 상기 탄성중합체 물질은 적절한 온도 및 광학 특성을 갖는다. 즉, 특정 실시예에 의하면 상기 탄성중합체 물질의 굴절률은 그 위에 놓이는 전면 커버와 실질적으로 부합된다. 특정 실시예에서, 상기 봉합체 물질은 상기 제1 기판 부재 상의 상기 복수의 광발전 스트립의 제1 열팽창 계수 및 상기 제2 기판과 연관된 제2 열팽창 계수에 적응한다. 특정 실시예에서, 상기 봉합체 물질은 상기 집광 소자 중 하나와 상기 복수의 광발전 스트립 중 하나의 사이에서 하나 또는 그 이상의 광자가 용이하게 이동할 수 있도록 한다. 상기 봉합체 물질은 장벽(barrier) 물질, 전기적 절연 구조물, 접착제 층, 그리고 다른 필요한 형상으로서 작용할 수 있다. 일 예로써, "탄성중합체"라는 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 가장 넓은 의미로 해석되어야 한다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 밀봉된 적층형 조립체는 상기 복수의 광발전 스트립이 실질적으로 기계적 손상을 입지 않도록 유지하면서 취급될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉된 영역은 초음파(예를 들어, 15 내지 30 킬로 헤르츠) 용접 부분을 포함한다. 다른 예로써, 상기 밀봉된 영역은 진동 용접된(vibrational welded) 부분, 열적으로 형성된 부분, 화학적으로 형성된 부분, 접착제로 접착된 부분, 부착된 부분, 또는 복사 에너지(예컨대, 레이저)를 조사한 부분에 의해 제공된다. 일 실시예에 의하면, 상기 밀봉된 적층형 조립체는 총 두께가 7 밀리미터(mm) 보다 작다. 특정 실시예에서, 상기 밀봉된 적층형 조립체는 실질적으로 100mm 내지 210mm 범위의 폭과 실질적으로 100mm 내지 210mm 범위의 길이를 갖는다. 특정 실시예에서, 상기 밀봉된 적층형 조립체는 실질적으로 300mm를 넘는 길이를 가질 수도 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 배면 커버, 광발전 스트립, 및 봉합체의 단순화된 도면 600이다. 이 도면은 단지 예시일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 봉합체는 상기 리세스 영역 내에 제공된 상기 광발전 스트립의 표면과 상기 버스 바 부재의 부분들 위에 놓이도록 형성되었다. 상기 버스 바 부재의 다른 부분들 601은, 특정 실시예에서 상기 광발전 스트립과 봉합체를 포함하는 상기 배면 커버 부재의 상기 가장자리로부터 돌출한다. 본 발명의 방법과 구조의 상세한 설명이 본 명세서 전반에 걸쳐, 보다 구체적으로는 이하에 제공된다.
일 예로써, 상기 광발전 스트립은 각각 복수의 광학적 집광 소자 상에 배열된다. 상기 복수의 광발전 스트립의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖는다. 각각의 상기 광발전 스트립은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결된다. 예를 들어, 상기 광발전 스트립의 각각은 빛을 직접 전류로 변환한다. 다른 예로써, 상기 광발전 스트립의 각각은 단결정(mono-crystalline) 실리콘, 다결정(poly-crystalline) 실리콘, 비정질 실리콘 구리 인듐 디셀레니드(copper indium diselenide; CIS), 카드뮴 텔루르 화합물 CdTe, 또는 나노구조 물질로부터 선택된 물질로 이루어진다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 조립된 배면 커버, 광발전 스트립, 및 봉합체 위에 놓이는 전면 커버를 조립하는 방법을 도시하는 단순화된 도면이다. 이 도면은 단지 예시일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 전면 커버 701은 특정 실시예에 따라 부분적으로 조립된 배면 커버 및 스트립에 대하여 정렬된다. 바람직한 실시예에서, 상기 전면 커버는, 상기 리세스 영역의 각각과 상기 스트립의 각각에 공간적으로 평행하게 배치된 복수의 집광 소자 705를 포함한다. 상기 집광 소자의 각각은 특정 실시예에 의하면 z 방향을 따라 놓인 길이를 포함한다. 집광 소자를 포함하는 상기 전면 커버의 상세한 설명은 본 명세서의 전반에 걸쳐, 보다 구체적으로는 이하에 제공된다.
응용 분야에 따라서는, 상기 전면 커버 부재는 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 강성 전면 커버 부재 물질은 폴리머 물질, 유리 물질, 다층 물질 등으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 의하면, 상기 강성 전면 커버 부재는 사출(injection), 이송(transfer), 압축, 또는 압출(extrusion)에 의하여 제공된 주조 부재이다. 예를 들어, 상기 강성 전면 커버 부재는 1.4 이상의 굴절률을 특징으로 한다. 일 실시예에 의하면, 상기 강성 전면 커버 부재는 광학적으로 투명하다. 예를 들어, 상기 강성 전면 커버 부재는 88% 또는 그 이상의 광 투과 물질에 의해 제공된다. 다른 예로써, 상기 강성 전면 커버 부재는 4% 또는 더 적은 빛 흡수율을 갖는다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 광발전 스트립과 상기 집광 부재를 광학적으로 연결하기 위하여 셀 조립체가 상기 광발전 스트립의 각각과 상기 집광 부재의 각각의 사이에 제공된 광학적 연결 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 광학적 연결 물질은 (시작 물질로서) 액체, 접착제, 유체(예를 들어, 고체, 액체), 스핀 온(spin on) 방식으로 도포되거나, 코팅되거나, 증착되거나, 분사되거나, 칠해지거나, 또는 다른 적절한 기술을 통해 제공된 필름, 또는 하나 또는 그 이상의 필름이다. 다른 예로써, 상기 광학적 연결 물질은 실질적으로 88% 이상 또는 92% 이상인 광 투과율; 1.42 이상의 반사율; UV 안정제인 것을 특징으로 한다. 일 실시예에 의하면, 상기 광학적 연결 물질은 상기 기판들과 광발전 스트립들 사이에서의 기계적 및/또는 열적 변형을 허용하는 적절한 탄성 계수를 갖는다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전면 커버 701 상의 복수의 집광 소자를 도시하는 더 상세한 도면이다. 이 도면은 단지 예시일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 많은 변형, 변경 및 대안을 인식할 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 스트립 구성을 위한 상기 집광 소자의 각각은 삼각형 모양의 부재를 포함한다. 상기 삼각형 모양의 부재의 각각은 상부 영역에 연결된 피라미드 모양의 영역에 연결된 바닥 표면을 갖는다. 상기 상부 영역은 상기 전면 커버와 동일 공간에 있는 표면 809에 의해 정의된다. 상기 부재들의 각각은 공간적으로 배치되고 특정 실시예에 의하면 서로 평행하다. 여기서, 상기 "삼각형" 또는 "피라미드형"이라는 용어는 본 발명의 일 실시예에 따라 평평한 벽 또는 굽은 벽 또는 평평한 벽과 굽은 벽의 조합을 갖는 실시예를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 상기 집광 소자는 상기 전면 커버 상에 있고, 상기 전면 커버에 통합되며, 그리고/또는 상기 전면 커버에 연결될 수 있다. 상기 집광 소자를 갖는 전면 커버의 상세한 설명은 본 명세서의 전반에 걸쳐, 보다 구체적으로는 이하에 제공된다.
특정 실시예에서, 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 작동가능하게 연결된 소정 형상의 집광기 디바이스를 포함한다. 상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 제1 측면과 제2 측면을 갖는다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제1 측면에 제공된 개구 영역을 포함한다. 단지 예로써, 상기 집광기 디바이스는 제1 측면 영역과 제2 측면 영역을 포함한다. 실시예에 따라서는, 상기 제1 측면 영역은 표면 거칠기가 실질적으로 100나노미터(nm) 또는 120nm RMS 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 제2 측면 영역은 표면 거 칠기가 실질적으로 100nm 또는 120nm RMS 이하인 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 상기 표면 거칠기는 상기 개구 영역으로부터 유도된 광파장의 실질적으로 10%인 크기 값인 것을 특징으로 한다. 응용 분야에 따라서는, 상기 배면측 부재가 피라미드 형상을 가질 수 있다.
일 예로써, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제2 측면 상에 제공된 출구 영역을 포함한다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 출구 영역에 대한 상기 개구 영역의 비(ratio)에 의해 제공된 기하학적 집광 특성을 포함한다. 상기 비는 실질적으로 1.8 내지 4.5의 범위를 갖는다. 상기 솔라 셀 장치는 또한 상기 소정 형상의 집광기 디바이스를 특징짓는 폴리머 물질을 포함한다. 상기 솔라 셀 장치는 추가적으로, 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 폴리머 물질을 특징짓는 실질적으로 1.45 이상의 굴절률을 포함한다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 위에 놓이도록 형성된 연결 물질을 포함하고, 상기 연결 물질은 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 상기 집광기 디바이스의 각각에 연결한다. 예를 들어, 상기 연결 물질은 적절한 영률을 특징으로 한다.
단지 예로써, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 상기 집광기 디바이스의 각각에 연결하는 상기 연결 물질의 특징인 실질적으로 1.45 이상의 굴절률을 포함한다. 응용 분야에 따라서는, 상기 폴리머 물질은 상기 솔라 셀 장치의 구성요소의 열팽창에 기인한 변화를 견뎌내기에 적합한 열팽창 계수를 특징으로 한다.
일정한 응용 분야에서, 상기 복수의 집광 소자는 광 진입 구역(A1) 및 광 진출 구역(A2)를 갖고 A2/A1은 0.8 이하이다. 단지 예로써, 상기 복수의 집광 소자는 A2/A1이 0.8 이하가 되도록 광 진입 구역(A1) 및 광 진출 구역(A2)를 갖고, 상기 복수의 광발전 스트립은 상기 광 진출 구역에 대해서 연결된다. 바람직한 실시예에서, 상기 비 A2/A1는 실질적으로 0.5 이하이다. 예를 들어, 상기 집광 소자의 각각은 7mm 이하의 높이를 갖는다. 특정 실시예에서, 상기 밀봉된 적층형 조립체는 실질적으로 100mm 내지 210mm 범위의 폭을 갖고 실질적으로 100mm 내지 210mm 범위의 길이를 갖는다. 특정 실시예에서, 상기 밀봉된 적층형 조립체는 실질적으로 300mm 이상의 높이를 가질 수도 있다. 다른 예로써, 상기 집광 소자의 각각은 한 쌍의 측면을 갖는다. 특정 실시예에서, 상기 측면들의 각각은 100nm 이하 또는 120nm RMS 이하의 표면 마무리(surface finish)를 갖는다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
도 8a를 참조하면, 상기 전면 커버는 도 8과 유사한 측면도 701을 사용하여 도시되었다. 상기 전면 커버는 또한 평면도 801로 도시된다. "B-B"로부터의 단면도 820 또한 도시되었다. 상기 집광 소자 중 적어도 두 개의 세부도 "A" 830 또한 도시된다. 실시예에 따라, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 집광 소자는 적절한 물질로 이루어진다. 상기 집광 소자는 폴리머, 유리, 또는 이들의 조합을 포함하는 광학적으로 투명한 다른 물질 등으로 이루어질 수 있다. 상기 적절한 물질은 바람직하게는 환경에 대하여 안정적이고 환경의 온도, 날씨, 및 다른 "외부" 조건을 견뎌낼 수 있다. 상기 집광 소자는 또한 효율 향상을 위하여 반사 방지 코팅으로 코팅된 부분을 포함할 수 있다. 코팅은 또한 상기 집광 소자의 내구성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 솔라 셀 장치는 상기 개구 영역의 제1 부분과 상기 출구 영역의 제1 부분 사이에 제공된 제1 반사 측면을 포함한다. 단지 예로써, 상기 제1 반사 측면은 폴리머 물질의 일부분인 제1 연마(polished) 표면을 포함한다. 일정한 응용 분야에서, 상기 제1 반사 측면은 실질적으로 120nm RMS 이하의 표면 거칠기를 특징으로 한다.
또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 개구 영역의 제2 부분과 상기 출구 영역의 제2 부분 사이에 제공된 제2 반사 측면을 포함한다. 예를 들어, 상기 제2 반사 측면은 폴리머 물질의 일부분인 제2 연마 표면을 포함한다. 일정한 응용 분야에서, 상기 제2 반사 측면은 실질적으로 120nm 이하의 표면 거칠기를 특징으로 한다. 일 예로써, 상기 제1 반사 측면과 상기 제2 반사 측면은 상기 개구 영역으로부터 제공된 하나 또는 그 이상의 광자의 총(total) 내부 반사를 제공한다.
또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 개구 영역의 상기 출구 영역에 대한 비(ratio)에 의해 제공된 기하학적 집광 특성을 포함한다. 상기 비는 실질적으로 1.8 내지 4.5의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는, 상기 개구 영역, 출구 영역, 제1 반사 측면 및 제2 반사 측면을 포함하는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스를 특징짓는 폴리머 물질을 포함한다. 일 예로써, 상기 폴리머 물질은 자외선 복사에 의하여 손상되지 않을 수 있다.
나아가, 상기 솔라 셀 장치는 상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 폴리머 물질을 특징짓는 실질적으로 1.45 이상의 굴절률을 갖는다. 또한, 상기 솔라 셀 장치는 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 위에 놓이도록 형성된 연결 물질을 포함하고, 상기 연결 물질은 상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결한다. 상기 솔라 셀 장치는 추가적으로 상기 제1 반사 측면 및 상기 제2 반사 측면의 각각에 대향하는 하나 또는 그 이상의 포켓 영역을 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 포켓 영역은 상기 개구 영역으로부터의 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 출구 영역으로 반사되도록 하는 실질적으로 1인 반사율을 특징으로 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 조립된 솔라 셀 구조물 900을 도시하는 단순화된 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 셀 구조물은 특정 실시예에 의하면 상기 배면 커버, 복수의 스트립, 봉합체, 집광기 소자를 포함하는 전면 커버, 그리고 다른 구성들을 포함한다. 버스 바의 일부분은 또한 본 발명에 의한 상기 솔라 셀 패널 또는 모듈 내의 다른 셀들 또는 주변 회로에 대한 전기적 접속을 위하여 노출된다. 본 발명의 솔라 셀 구조의 상세한 설명은 본 명세서 전반에 걸쳐, 보다 구체적으로는 이하에 기재된다.
도 9a를 참조하면, 상기 조립된 셀 구조물을 도시하는 다양한 도면들이 제공된다. 도시된 바와 같이, 상기 조립도는 적어도 "A-A" "B-B" 및 "E-E"를 포함하는 다양한 단면을 갖는 평면도 910을 포함한다. A-A의 세부 920이 도시되는데 A-A는 상기 광발전 스트립의 길이를 따라 이어진다. B-B의 세부 930 또한 도시되고 B-B 는 상기 광발전 스트립의 길이에 수직하게 이어진다. "B-B"의 세부인 에지 부분 "C" 940 또한 도시된다. 상기 에지 부분은 다른 특성들 가운데, 리세스 영역, 광발전 스트립, 봉합체, 및 상기 광발전 스트립에 대응하는 집광기 소자를 도시한다. 버스 부재들 중 하나에 평행한 에지 부분을 따라 세부 "E-E" 950 또한 도시된다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법과 결과물인 디바이스는 가장자리 영역 또는 광발전 물질로 구성된 상기 광발전 영역의 하나 또는 그 이상을 포함하는 다른 적절한 영역을 따라 인터페이스 영역을 형성하기 위해서, 상기 전면 커버에 연결된 상기 배면 커버를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 봉합체 물질 또는 다른 물질 또는 이들의 조합을 사용하여 연결이 이루어진다. 상기 방법은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판으로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위하여 상기 인터페이스 영역을 밀봉하고 상기 솔라 셀을 패널 조립체에 배치한다. 실시예에 따라서는, 초음파 용접, 진동 용접, 열처리, 화학적 처리, 접착 물질, 조사(irradiation) 처리(예를 들어, 레이저, 열 램프), 이들의 조합 등의 적절한 기술을 이용하여 상기 커버들의 밀봉이 이루어진다. 특정 실시예에서, 상기 밀봉 기술은 브랜슨 울트라소닉 사(Branson Ultrasonics Corporation)가 제조한 IRAM 200 및 300이라고 불리는 레이저 광원을 사용하지만, 다른 것들도 가능하다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다. 본 발명의 방법에 대한 상세한 설명은 본 명세서 전반에 걸쳐, 보다 구체적으로는 이하에 기재된다.
예시:
본 발명의 방법 및 구조물의 작동을 설명하기 위해, 상기 방법 및 구조물의 상세가 예시에 의하여 제공된다. 이러한 예시들은 단지 설명을 위한 것일 뿐, 청구범위의 영역을 부당히 제한해서는 안 된다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 이러한 예시들은 또한 명확성을 위하여 본 명세서에 제공된 다른 설명을 참조로 읽혀져야 한다. 이들 예시들의 상세는 다음과 같다:
일반적으로, 본 발명의 솔라 셀 방법 및 구조물의 상기 설계 및 효율은 구성요소들 및 구조들의 조합을 사용하여 이루어진다. 일 예로써, 본 발명의 상기 집광기는 특정 실시예에 의한 상기 광발전 물질 특성에 구속된다. 본 발명의 집광기는 고집광 시스템의 복잡성과 관련된 비용을 저감하기 위하여 낮은 집광비를 달성하였다(예를 들어, 2배, 3배, 4배). 바람직한 실시예에서, 비추적(non-tracking) 솔라 패널 실시예에 있어서 본 발명의 집광 소자를 위한 상기 낮은 집광비는 실질적으로 3배 이하이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 또한 특정 실시예에 따라 비용을 줄이고 신뢰도를 높이는 비추적 기능을 허용한다. 상기 집광기를 낮은 제조 비용으로 효율적으로 만들기 위해, 바람직한 집광기는 낮은 체적의 폴리머를 포함한다. 낮은 체적은, 종래의 광전지(photocell) 구조보다 작은 미리 결정된 모양과 크기의 광발전 스트립을 고려하여 바람직한 실시예에 따라 상기 집광기 치수를 가능한 작게 제작함으로써 성취된다. 특정 실시예에서 상기 낮은 집광기 체적은 또한 집광기를 경량으로 만들고, 제조하기 쉽게 하고, 재료 비용을 줄이며, 인간 및/ 또는 자동화에 의한 취급을 가능하게 한다. 단지 예로써, 집광기 설계 및 방법은 본 명세서 전반에 걸쳐, 보다 구체적으로는 이하에 제공된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 이하의 특성들 중 하나 또는 그 이상이 본 발명의 솔라 셀 방법 및 디바이스에 통합될 수 있다.
1. 상기 집광기의 효율을 향상 및/또는 최대화하는 설계;
2. 동(東)에서 서(西)로 배향되도록 비추적 시스템을 설계;
3. 효율을 최대화하기 위해 완전 내부 반사(total internal reflection; TIR)를 이용;
4. 요구되는 TIR을 위한 높은 굴절률을 갖는 고체 물질로 이루어진 집광기;
5. 굴절률이 높을수록, 상기 집광기가 확산(duffusion) 및 경사각을 갖는 광을 더 잘 수집함;
6. 광학적 집광비는 상기 출구에 대한 개구의 비의 함수임;
7. 시스템 손실 때문에 유효 집광도는 언제나 상기 광학적 집광도보다 작음(상기 유효 집광도에 대한 상기 광학적 집광도의 비는 상기 집광기의 효율임);
8. 상기 집광기는 유리 또는 폴리머 중 어느 하나로 이루어질 수 있음;
9. 상기 집광기 물질은 상기 광발전 물질로 광을 가능한 많이 투과시켜야 함;
10. 높은 굴절률을 갖는 물질이 바람직함;
11. 높은 굴절률을 갖는 물질 제품들이 다음과 같이 제안될 수 있지만 이들로 한정되지 않음: (1) 티코나 폴리머스(Ticona polymers)가 제조한 토파 스(TopasTM) 제품; (2) 엠앤지 폴리머스(M&G polymers)가 제조한 클리어터프(CleartufTM) 제품; (3) 지이 어드밴스드 머티리얼즈(GM Advanced Materials)가 제조한 렉산(LexanTM) 제품; (4) 바이에르 머티리얼즈 사이언스(Bayer Materials Science)가 제조한 마크롤론(MakrolonTM) 제품; (5) 다우 케미컬(Dow Chemical)이 제조한 캘리브레(CalibreTM) 제품; (6) 듀폰(DuPont)이 제조한 테프젤(TefzelTM) 제품; (7) 아크릴 물질; (8) 미시간 하이랜드 알투글라스 인터내셔널(Altuglas International)의 플렉시글라스(Plexiglas®) 아크릴 레진 컬러 기술, 그러나 다른 것도 가능함.
실시예에 따라서는, 이러한 특징들 중 하나 또는 그 이상이 사용될 수 있다. 물론, 다른 변형, 변경 및 수정이 있을 수 있다. 본 발명의 방법과 구조물의 추가적인 상세는 이하에 제공된다.
특정 실시예에서, 집광 방법 및 구조물을 도시한 도 10을 참조로 2X 집광기에 대하여 집광 방법이 이하에 간략히 설명된다.
1. 상기 개구의 표면에 수직하게 상기 출구 바로 위로 들어온 광은 실질적인 반사 없이 상기 광발전 물질에 직접 충돌할 것이다.
2. 상기 출구의 측면으로, 그러나 상기 개구 표면에는 수직하게 들어온 광은 상기 집광기의 측면에 충돌하고 하나 또는 그 이상의 반사광으로 상기 광발전 물질을 향하여 반사될 것이다.
3. 상기 개구 표면에 대하여 소정 각도로 상기 집광기에 들어온 광은 처음에 휘어질 것이다. 휘어짐 양은 상기 집광기 물질의 굴절률과 상기 집광기 외부의 물질의 굴절률의 함수가 될 것이다. 다음으로 이 광이 상기 집광기의 측면에 충돌하고 만약 입사각이 임계각보다 작으면 이 광은 하나 또는 그 이상의 반사광으로 상기 광발전 물질을 향하여 반사될 것이다.
4. 상기 개구 표면에 대하여 소정 각도로 상기 집광기에 들어온 광은 처음에 휘어질 것이다. 휘어짐 양은 상기 집광기 물질의 굴절률과 상기 집광기 외부의 물질의 굴절률의 함수가 될 것이다. 다음으로 이 광이 상기 집광기의 측면에 충돌하고 만약 입사각이 임계각보다 크면 이 광은 상기 집광기 밖으로 나가게 될 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 방법은 본 발명의 집광기 구조 및 상기 솔라 셀에 관한 방법을 이용하여 일정한 이점을 달성한다. 실시예에 따라서는, 다른 특성들이 통합된다. 즉, 특정 실시예에서, 완전 내부 반사 조건을 얻기 위해서는 다음이 "참"이어야 한다:
1. 상기 굴절 물질은 외부에 존재하는 입사 물질보다 더 큰 굴절률을 갖는다.
공기와 진공은 일반적으로 1 정도의 굴절률을 갖는다.
광학적 폴리머와 유리 집광기는 일반적으로 1.5(예를 들어, 1.48, 1.49, 1.5) 또는 그보다 큰 굴절률을 갖는다.
2. 상기 광선은 상기 임계각보다 작은 각도로 상기 표면에 충돌한다.
3. TIR 표면은 매우 매끄러운 표면 마무리를 갖고 먼지, 습기, 지문 등의 오 염이 없는 상태를 유지한다.
스넬(Snell) 법칙으로부터, 상기 임계각은 다음과 같이 정의된다.
Figure 112007088736834-PCT00001
여기서, nr은 상기 굴절 물질의 굴절률이고,
ni는 상기 입사 물질의 굴절률이다.
본 예에 따라 상기 집광기의 측벽의 모양과 깊이를 정의하기 위해 소정의 시뮬레이션이 수행되었다. 본 예시는 특정 실시예에 의한 평평한 벽을 나타낸다. 그러나, 다른 실시예에 따라 굽은 벽 및/또는 평평한 벽과 굽은 벽의 조합을 만듦으로써 효율이 향상될 수 있다. 향상된 또는 최적의 깊이 및 측벽 형상은 본 예에 따른 집광비에 의존한다.
바람직한 설계 전략으로써, 본 발명의 솔라 셀 및 방법은 종래의 단결정 실리콘 기반의 셀을 가능한 비슷하게 모방한다. 즉, 이러한 종래의 셀은 미국 캘리포니아 95134 산 호세 3939 노쓰 퍼스트 스트리트 소재의 선파워 사(SunPower Corp.)에 의해 제조되는 것들 또는 비피 솔라 인터내셔널 사(BP Solar International Inc.), 네덜란드 헤이그에 소재한 쉘 솔라(Shell Solar), 독일의 큐-셀 에이지(Q-Cells AG), 독일 본 53113 쿠트 슈마허 스트리트 12-14 소재의 솔라월드 에이지(SolarWorld AG), 일본 오사카의 샤프 사(Sharp Corporation), 쿄세라 솔라 사(Kyocera Solar Inc.) 등에 의해 생산되는 다른 타입의 솔라 셀이 될 수 있다. 또는, 상기 솔라 셀 및/또는 스트립은 박막 및/또는 나노기술 처리를 이용하 여 생산될 수 있다. 일 예로서, 이러한 박막은 구리 인듐 디셀레니드(CIS), 카드뮴 텔루르 화합물(CdTe), 또는 이들의 조합을 포함하는 다른 적절한 물질을 포함한다. 실시예에 따라서는, 본 발명의 솔라 셀 및 방법은 종래의 광발전 셀의 소정 특성들과 부합하는 형태, 크기 및 기능을 갖는다. 이 예에서, 상기 셀 형태는 가능한 얇고(예를 들어, 3mm 이하, 7mm 이하), 가능한 가벼울 뿐만 아니라 다른 요구되는 특성을 갖는 정사각형이어야 한다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
일 예로써, 종래의 셀들은 125mm2 및 150mm2이다. 미래에는 300mm2에 이르는 큰 크기의 셀이 사용될 것으로 믿고 있다. 그러나, 소정의 더 작은 모듈 응용 분야에서는, 더 작은 셀이 바람직하다. 배터리 충전을 위한 고전압, 저전력 모듈이 일 예가 될 수 있다. 50mm2 셀이 이러한 응용 분야에 바람직하다. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
상기 집광기의 두께는 상기 광발전 물질 셀의 폭의 함수이다. 셀이 좁을수록 더 작은 출구 크기, 더 작은 개구 및 더 좁은 집광기가 가능하다. 그러나, 더 좁은 광발전 셀은 대개, 더 많은 셀과 일정 면적을 셀로 채우기 위한 더 많은 처리 동작을 요구하고, 이는 비용을 증가시킬 수 있다. 일정한 응용 분야에 대해서, 매우 좁은 셀이 요구된다. 이 실시예에서, 상기 광발전 폭은 0.5mm일 수 있고 실시예에 따라 더 작을 수 있다. 다른 응용 분야에서, 폭은 중요하지 않을 수 있지만 처리 동작이 적으면 비용이 감소될 수 있다. 이 경우 3mm까지의 폭이 바람직하다. 실시예에 따라서는, 상기 셀은 다양한 광발전 스트립을 사용한다.
특정 실시예에서, 본 발명은 복수의 광발전 스트립 또는 영역을 사용하는 솔라 셀을 제공한다. 본 발명의 솔라 셀의 상기 형태, 크기 및 기능을 지원하기 위해서, 상기 광발전 스트립은 다음의 특성들 중 하나 또는 그 이상을 갖는다:
1. (광발전 스트립의) 물리적 치수
0.5mm 내지 3.0mm의 폭을 갖고 1mm가 바람직함
50mm 내지 150mm의 길이를 갖고 125mm가 바람직함(또는 210 또는 300mm)
20 내지 100 마이크론의 두께(또는 50 내지 400 마이크론의 두께)
2. 양 또는 음의 전기 접속
3. 반사 방지 코팅
4. 단결정 PV 실리콘 또는 다결정 PV 실리콘 또는 실리콘 게르마늄 합금 등으로 이루어짐
5. 표준 시험 조건(standard test conditions; STC)에서 15% 이상의 효율
6. 0.6V와 0.7V(STC) 사이의 개회로 전압(Open Circuit Voltage)
STC: 방사도(irradiance level) 1000W/m2, 스펙트럼 AM 1.5 및 셀 온도 25℃. 물론, 다른 변형, 변경 및 대안이 있을 수 있다.
본 발명은 솔라 셀에 다양한 이점을 제공한다는 점이 인식되어야 한다. 예를 들어, 본 발명은 비용면에서 그리고 에너지 면에서 효율적인 솔라 셀 시스템의 해법을 제공한다. 물론 다른 이점들도 있다. 일 예로써, 본 발명의 방법 및 구조 물은 더 적은 광발전 물질을 사용하면서 상기 광발전 스트립의 효율을 증가시키기 위해 각각이 복수의 집광 소자에 연결된 복수의 광발전 스트립의 패키징을 제공한다. 바람직한 실시예에 의하면 상기 패키징된 조립체는 독립형이고 외력 및/또는 다른 환경 조건을 견뎌낼 수 있다. 상기 패키지는 취급하기 쉽고, 단독으로 또는 특정 실시예에 따라 셀들의 각각을 직렬 및/또는 병렬로 배열할 수 있는 큰 모듈 내에서 다른 패키징된 셀과 함께 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 본 발명의 패키지 구성은 개별 주문 또는 특정 용도를 고려한 선택된 형상 및 크기를 사용하여 변경되고 설계될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법 및 구조물(셀 및 모듈을 포함)은 더 적은 물질을 사용하고 종래의 솔라 셀 처리보다 생산이 더 쉬울 수 있다. 일정한 실시예에서, 본 발명은 모듈 내의 최초 셀과 비교하여 실질적으로 80% 이상의 상대 효율을 나타낸다. 실시예에 따라서는, 이러한 이점들 중 하나 또는 그 이상이 성취될 수 있다.
본 명세서에 설명된 예시와 실시예는 단지 설명을 위한 것이라는 점과, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 변경 또는 수정을 제시할 수 있을 것이고 이러한 다양한 변경 또는 수정은 본 출원의 사상 및 목적과 첨부된 청구범위의 영역에 포함되어야 한다는 점이 이해된다.

Claims (99)

  1. 솔라 패널(solar panel)에 고정되지 않고 그로부터 분리될 수 있는 솔라 셀(solar cell)의 제조 방법에 있어서,
    복수의 광발전 스트립(photovoltaic strip)을 포함하는 제1 기판 부재를 제공하는 단계;
    상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 광학적 탄성중합체(elastomer) 물질을 제공하는 단계;
    복수의 광학적 집광 소자를 포함하는 제2 기판 부재를, 상기 광학적 집광 소자들 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록 정렬하는 단계;
    상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역을 형성하기 위하여, 상기 제1 기판 부재를 상기 제2 기판 부재에 연결하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판으로부터 개별 솔라 셀을 형성하기 위해 상기 인터페이스 영역을 밀봉하는 단계를 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 탄성중합체 물질은 액체인 솔라 셀 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 탄성중합체 물질의 상태를 제1 상태로부터 제2 상태로 변화시키기 위하여 상기 광학적 탄성중합체 물질을 경화시키는 단계를 더 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉은 초음파 용접, 진동 용접, 열적 처리, 화학적 처리, 접착 물질, 또는 조사(irradiation) 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 스트립은 상기 제1 기판 부재 상의 복수의 리세스 영역 내에 제공되는 솔라 셀 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스트립의 각각은 실리콘 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 폴리머 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 비전도성 물질을 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 다층(multilayered) 물질을 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 광학적으로 투명한 솔라 셀 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 개별 솔라 셀은 패널에 제공되는 솔라 셀 제조 방법.
  12. 솔라 셀 제조 방법에 있어서,
    복수의 광발전 영역을 포함하는 제1 기판 부재를 제공하는 단계;
    상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합(encapsulating) 물질을 제공하는 단계;
    상기 제1 기판 부재에 제2 기판 부재를 정렬하는 단계;
    상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 인터페이스 영역을 형성하기 위하여, 상기 제1 기판 부재를 상기 제2 기판 부재에 연결하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판으로부터 개별 솔라 셀 구조를 형성하기 위해 적어도 레이저 조사 처리를 이용하여 상기 인터페이스 영역을 밀봉하는 단계를 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 봉합 물질은 액체를 포함하는 광학적 탄성중합체 물질을 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 봉합 물질의 상태를 제1 상태로부터 제2 상태로 변화시키기 위하여 상기 봉합 물질을 경화시키는 단계를 더 포함하는 솔라 셀 제조 방법.
  15. 솔라 셀 디바이스에 있어서,
    제1 기판 부재;
    상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립;
    상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 광학적 탄성중합체 물질;
    복수의 광학적 집광 소자를 포함하되, 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록 상기 복수의 광발전 스트립 위에 놓이는 제2 기판 부재;
    상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 존재하는 인터페이스 영역; 및
    상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하도록 상기 인터페이스 영역에 존재하는 밀봉된 영역을 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광학적 탄성중합체 물질은 액체인 솔라 셀 디바이스.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광학적 탄성중합체 물질은 고체인 솔라 셀 디바이스.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 스트립은 상기 제1 기판 부재 상의 복수의 리세스 영역 내에 제공되는 솔라 셀 디바이스.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 스트립의 각각은 실리콘 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 폴리머 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 비전도성 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 다층 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 광학적으로 투명한 솔라 셀 디바이스.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 스트립들 중 적어도 두 개에 작동가능하게 연결된 제1 전기 접속 부재를 더 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 스트립들 중 적어도 두 개에 작동가능하게 연결된 제2 전기 전도성 부재를 더 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  26. 솔라 셀 디바이스 구조물에 있어서,
    제1 기판 부재 공간 영역 A1을 갖는 제1 기판 부재;
    상기 제1 기판 부재 위에 놓이며, 총(total) 광발전 공간 영역 A(2)를 점유하는 복수의 광발전 영역;
    상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합 물질;
    상기 봉합 물질에 연결된 제2 기판 부재;
    상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재의 가장자리 영역을 따라 존재하는 인터페이스 영역; 및
    상기 제1 기판 부재와 상기 제2 기판 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하도록 상기 인터페이스 영역에 존재하는 밀봉된 영역을 포함하되,
    상기 개별 솔라 셀에 대하여 A(2)/A(1)의 비가 실질적으로 0.80 이하인 솔라 셀 디바이스 구조물.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 봉합 물질은 액체를 포함하는 광학적 탄성중합체 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 봉합 물질은 고체인 솔라 셀 디바이스 구조물.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 초음파 용접에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 진동 용접에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 열적 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 화학적 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조 물.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 접착 물질에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 조사 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  35. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역은 상기 제1 기판 상의 복수의 리세스 영역 내에 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  36. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역의 각각은 실리콘 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  37. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 폴리머 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  38. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 비전도성 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  39. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 다층 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  40. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판 부재는 광학적으로 투명한 솔라 셀 디바이스 구조물.
  41. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역들 중 적어도 두 개에 작동가능하게 연결된 제1 전 기 접속 부재를 더 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  42. 제26항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역들 중 적어도 두 개에 작동가능하게 연결된 제2 전기 전도성 부재를 더 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  43. 솔라 셀 디바이스 구조물에 있어서,
    표면 구역 및 배면 구역을 포함하는 배면 커버 부재;
    상기 배면 커버 부재의 상기 표면 구역 위에 놓이도록 배치되며, 총 광발전 공간 영역을 점유하는 복수의 광발전 영역;
    상기 배면 커버 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합 물질;
    상기 봉합 물질에 연결된 전면 커버 부재;
    적어도 상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재의 가장자리 영역을 따라 존재하는 인터페이스 영역; 및
    상기 배면 커버 부재와 상기 전면 커버 부재로부터 개별 솔라 셀을 형성하도록 적어도 상기 인터페이스 영역에 형성된 밀봉된 영역을 포함하되,
    상기 개별 솔라 셀에 대하여 상기 배면 커버의 상기 표면 구역에 대한 상기 총 광발전 공간 영역의 비는 실질적으로 0.80 이하인 솔라 셀 디바이스 구조물.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉 물질은 액체를 포함하는 광학적 탄성중합체 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 봉합 물질은 고체인 솔라 셀 디바이스 구조물.
  46. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 초음파 용접에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  47. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 진동 용접에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  48. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 열적 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  49. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 화학적 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  50. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 접착 물질에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  51. 제43항에 있어서,
    상기 밀봉된 영역은 조사 처리에 의하여 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  52. 제43항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역은 상기 배면 커버 부재 상의 복수의 리세스 영역 내에 제공되는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  53. 제43항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역의 각각은 실리콘 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  54. 제43항에 있어서,
    상기 배면 커버 부재는 폴리머 함유 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  55. 제43항에 있어서,
    상기 배면 커버 부재는 비전도성 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  56. 제43항에 있어서,
    상기 배면 커버 부재는 다층 물질을 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  57. 제43항에 있어서,
    상기 배면 커버 부재는 광학적으로 투명한 솔라 셀 디바이스 구조물.
  58. 제43항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역들 중 적어도 두 개에 작동가능하게 연결된 제1 전기 접속 부재를 더 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  59. 제43항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 영역들 중 적어도 두 개에 작동가능하게 연결된 제2 전기 전도성 부재를 더 포함하는 솔라 셀 디바이스 구조물.
  60. 솔라 셀 디바이스에 있어서,
    제1 기판 부재;
    상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립;
    상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합체 물질;
    상기 봉합체 물질의 소정의 제1 굴절률;
    복수의 광학적 집광 소자를 포함하되, 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하 나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록 상기 복수의 광발전 스트립 위에 놓이는 제2 기판 부재 - 상기 복수의 집광 소자는 적어도 제2 기판 물질에 의해 구성됨 - ; 및
    상기 제2 기판 물질의 소정의 제2 굴절률 - 상기 제2 굴절률은, 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 광학적 집광 소자들 중 적어도 하나를 통해 상기 봉합체의 일부분을 거쳐 상기 광발전 스트립들 중 하나의 일부분까지 이를 수 있도록 상기 제1 굴절률에 실질적으로 부합되며, 이로써 상기 하나의 집광 소자의 일부분으로부터의 내부 반사의 양을 감소시킴 - 을 포함하는 솔라 셀 디바이스.
  61. 솔라 셀 디바이스에 있어서,
    제1 기판 부재;
    상기 제1 기판 부재 위에 놓이는 복수의 광발전 스트립;
    상기 제1 기판 부재의 일부분 위에 놓이는 봉합체 물질;
    상기 봉합체 물질의 소정의 제1 굴절률;
    복수의 광학적 집광 소자를 포함하되, 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나가 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 적어도 하나에 작동가능하게 연결되도록 상기 복수의 광발전 스트립 위에 놓이는 제2 기판 부재 - 상기 복수의 집광 소자는 적어도 제2 기판 물질에 의해 구성됨 - ; 및
    상기 제2 기판 물질의 소정의 제2 굴절률을 포함하되,
    상기 봉합체 물질의 상기 제1 굴절률은, 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 광학적 집광 소자 중 적어도 하나로부터 상기 광발전 스트립 중 하나의 일부분까지 이동할 수 있도록 상기 제2 굴절률과 실질적으로 부합되는 솔라 셀 디바이스.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 봉합체 물질은 상기 제1 기판 부재 상의 상기 복수의 광발전 스트립의 제1 열팽창 계수 및 상기 제2 기판과 연관된 제2 열팽창 계수에 적응할 수 있고, 상기 제1 열팽창 계수와 상기 제2 열팽창 계수는 서로 다른 솔라 셀 디바이스.
  63. 제61항에 있어서,
    상기 봉합체 물질은, 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 집광 소자들 중 하나와 상기 복수의 광발전 스트립들 중 하나의 사이에서 용이하게 이동할 수 있도록 하는 솔라 셀 디바이스.
  64. 제61항에 있어서,
    상기 봉합체 물질은 장벽(barrier) 물질인 솔라 셀 디바이스.
  65. 제61항에 있어서,
    상기 봉합체 물질은 전기적 절연 구조물인 솔라 셀 디바이스.
  66. 제61항에 있어서,
    상기 봉합체 물질은 접착 레이어인 솔라 셀 디바이스.
  67. 패키징된 솔라 셀 조립체 - 상기 패키징된 솔라 셀 조립체를 사용하여 그리고/또는 다른 솔라 셀 조립체와 함께 전력을 생산할 수 있도록, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체 단독으로 작동할 수 있음 - 에 있어서,
    전면 커버 표면 구역 및 복수의 집광 소자를 포함하는 강성 전면 커버 부재 - 상기 집광 소자들의 각각은 상기 전면 커버 표면 구역의 제1 부분으로부터 상기 전면 커버 표면 구역의 제2 부분까지 연장되는 길이를 갖고, 상기 집광 소자들의 각각은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 규정된 폭을 갖고, 상기 집광 소자들의 각각은 상기 폭의 제1 측면에 연결된 제1 에지 영역 및 상기 폭의 제2 측면 상에 제공된 제2 에지 영역을 포함하며, 상기 제1 에지 영역과 상기 제2 에지 영역은 상기 전면 커버 표면 구역의 상기 제1 부분으로부터 상기 전면 커버 표면 구역의 제2 부분까지 연장되고, 상기 복수의 집광 소자들은 병렬식으로 배열되고 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분까지 연장됨 - ;
    상기 복수의 집광 소자의 각각에 대하여 배열된 복수의 광발전 스트립 - 상기 복수의 광발전 스트립들의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖고, 상기 광발전 스트립들의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결됨 - ;
    상기 광발전 스트립의 각각을 상기 집광 소자의 각각에 광학적으로 연결하기 위하여 상기 광발전 스트립과 상기 집광 소자의 사이에 제공된 연결 물질;
    복수의 지지 영역을 포함하는 강성 배면 커버 부재 - 상기 복수의 지지 영역은 복수의 광발전 스트립의 각각에 대한 기계적 지지를 제공함 - ; 및
    상기 복수의 광발전 스트립들을 실질적으로 습기가 없는 상태로 유지할 수 있는 밀봉된 적층형 조립체를 제공하기 위하여 상기 강성 배면 커버 부재를 상기 강성 전면 커버 부재에 기계적으로 연결하는 밀봉된 영역을 포함하되,
    상기 밀봉된 적층형 조립체는 상기 복수의 광발전 스트립이 실질적으로 기계적 손상을 입지 않도록 유지하면서 취급될 수 있는 솔라 셀 조립체.
  68. 제67항에 있어서,
    상기 습기는 수 PPM(parts per million)의 미리 정해진 양보다 작은 솔라 셀 조립체.
  69. 제67항에 있어서,
    상기 기계적 손상은 상기 광발전 스트립들 중 적어도 하나의 파손인 솔라 셀 조립체.
  70. 제67항에 있어서,
    상기 강성 전면 커버는 폴리머 물질을 포함하는 솔라 셀 조립체.
  71. 제67항에 있어서,
    상기 강성 배면 커버는 폴리머 물질을 포함하는 솔라 셀 조립체.
  72. 제67항에 있어서,
    상기 강성 전면 커버는 실질적으로 1.48 내지 1.5 이상인 범위의 귤절률을 갖는 투명 폴리머 물질을 포함하는 솔라 셀 조립체.
  73. 제67항에 있어서,
    상기 강성 전면 커버는 정해진 영률(Young's Modulus)를 갖는 솔라 셀 조립 체.
  74. 제67항에 있어서,
    상기 강성 배면 커버는 정해진 영률(Young's Modulus)를 갖는 솔라 셀 조립체.
  75. 제67항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 영역에 연결된 제1 전극 부재 및 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 영역에 연결된 제2 전극 부재를 더 포함하는 솔라 셀 조립체.
  76. 제67항에 있어서,
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 영역에 연결된 제1 전극 부재 및 상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 영역에 연결된 제2 전극 부재를 더 포함하되, 상기 제1 전극은 상기 적층형 조립체의 제1 부분으로부터 연장되는 제1 돌출부를 포함하고 상기 제2 전극은 상기 적층형 조립체의 제2 부분으로부터 연장되는 제2 돌출부를 포함하는 솔라 셀 조립체.
  77. 솔라 셀 장치에 있어서,
    배면측 표면 영역 및 내측 표면 영역을 포함하는 배면측 기판 부재;
    상기 내측 표면 영역의 위에 놓이고 공간상 병렬로 배치된 복수의 광발전 스트립 - 상기 광발전 스트립의 각각은 소정의 길이 및 폭을 가짐 - ;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 작동가능하게 연결된 소정 형상의 집광기 디바이스 - 상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 제1 측면 및 제2 측면을 포함함 - ;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제1 측면 상에 제공된 개구 영역;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제2 측면 상에 제공된 출구 영역;
    상기 출구 영역에 대한 상기 개구 영역의 비에 의하여 규정되는 기하학적 집광 특성 - 상기 비는 실질적으로 1.8 내지 4.5의 범위를 가짐 - ;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스에 포함되는 소정의 폴리머 물질;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 폴리머 물질이 갖는 실질적으로 1.45 이상인 소정의 굴절률;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 위에 놓이도록 형성되고, 상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결하는 연결 물질; 및
    상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결하는 연결 물질이 갖는 1.45 이상의 소정의 굴절률을 포함하는 솔라 셀 장치.
  78. 제77항에 있어서,
    상기 광발전 스트립들의 각각은 복수의 p-타입 영역 및 복수의 n-타입 영역을 포함하고, 상기 p-타입 영역의 각각은 상기 n-타입 영역 중 적어도 하나에 연결되는 솔라 셀 장치.
  79. 제77항에 있어서,
    상기 복수의 스트립의 각각은 실리콘 물질을 포함하는 솔라 셀 장치.
  80. 제77항에 있어서,
    상기 집광기 디바이스는 제1 측면 영역 및 제2 측면 영역을 포함하는 솔라 셀 장치.
  81. 제80항에 있어서,
    상기 제1 측면 영역은 실질적으로 100나노미터 RMS 이하의 표면 거칠기를 갖는 솔라 셀 장치.
  82. 제81항에 있어서,
    상기 제2 측면 영역은 실질적으로 100나노미터 RMS 이하의 표면 거칠기를 갖는 솔라 셀 장치.
  83. 제82항에 있어서,
    상기 표면 거칠기는 그 크기 값이 상기 개구 영역으로부터 유도된 광파장의 실질적으로 10%인 솔라 셀 장치.
  84. 제77항에 있어서,
    상기 배면측 부재는 폴리머 물질을 포함하는 솔라 셀 장치.
  85. 제77항에 있어서,
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 피라미드 모양을 갖는 솔라 셀 장치.
  86. 제77항에 있어서,
    상기 연결 물질은 정해진 영률을 갖는 솔라 셀 장치.
  87. 제77항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 소정의 열팽창 계수를 갖는 솔라 셀 장치.
  88. 제77항에 있어서,
    모듈 내의 최초 셀과 비교하여 실질적으로 80% 이상의 상대적 효율을 갖는 솔라 셀 장치.
  89. 솔라 셀 장치에 있어서,
    배면측 표면 영역 및 내측 표면 영역을 포함하는 배면측 기판 부재 - 상기 배면측 기판 부재는 소정의 폭을 가짐 - ;
    상기 내측 표면 영역 위에 놓이고 공간상 병렬로 배치된 복수의 광발전 스트립 - 상기 광발전 스트립의 각각은 소정의 길이 및 폭을 가짐 - ;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각에 작동가능하게 연결된 소정 형상의 집광기 디바이스 - 상기 소정 형상의 집광기 디바이스는 제1 측면 및 제2 측면을 포함 함 - ;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제1 측면 상에 제공된 개구 영역;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 제2 측면 상에 제공된 출구 영역;
    상기 개구 영역의 제1 부분과 상기 출구 영역의 제1 부분의 사이에 제공된 제1 반사 측면;
    상기 개구 영역의 제2 부분과 상기 출구 영역의 제2 부분의 사이에 제공된 제2 반사 측면;
    상기 출구 영역에 대한 상기 개구 영역의 비에 의하여 규정되는 기하학적 집광 특성 - 상기 비는 실질적으로 1.8 내지 4.5의 범위를 가짐 - ;
    상기 개구 영역, 출구 영역, 제1 반사 측면 및 제2 반사 측면을 포함해서, 상기 소정 형상의 집광기 디바이스에 포함되는 폴리머 물질;
    상기 소정 형상의 집광기 디바이스의 상기 폴리머 물질이 갖는 실질적으로 1.45 이상의 소정의 굴절률;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 위에 놓이도록 형성되고, 상기 집광기 디바이스의 각각에 상기 복수의 광발전 영역의 각각을 연결하는 연결 물질; 및
    상기 제1 반사 측면 및 상기 제2 반사 측면의 각각에 대향하는 하나 또는 그 이상의 포켓 영역 - 상기 하나 또는 그 이상의 포켓 영역은 실질적으로 1인 귤절율을 가짐으로써 하나 또는 그 이상의 광자가 상기 개구 영역으로부터 상기 출구 영역을 향하여 반사되도록 함 - 을 포함하는 솔라 셀 장치.
  90. 제89항에 있어서,
    상기 제1 반사 측면은 상기 폴리머 물질의 일부분인 제1 연마(polished) 표면을 포함하는 솔라 셀 장치.
  91. 제89항에 있어서,
    상기 제2 반사 측면은 상기 폴리머 물질의 일부분인 제2 연마 표면을 포함하는 솔라 셀 장치.
  92. 제89항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 자외선 복사에 의해 손상되지 않는 솔라 셀 장치.
  93. 제89항에 있어서,
    상기 제1 반사 측면은 실질적으로 120나노미터 RMS 이하의 표면 거칠기를 갖는 솔라 셀 장치.
  94. 제89항에 있어서,
    상기 제2 반사 측면은 실질적으로 120나노미터 RMS 이하의 표면 거칠기를 갖는 솔라 셀 장치.
  95. 제89항에 있어서,
    상기 제1 반사 측면 및 상기 제2 반사 측면은 상기 개구 영역으로부터 제공된 하나 또는 그 이상의 광자의 완전 내부 반사를 제공하는 솔라 셀 장치.
  96. 제89항에 있어서,
    상기 배면측 기판 부재는 실질적으로 8인치 이하의 길이를 갖는 솔라 셀 장치.
  97. 제89항에 있어서,
    상기 배면측 기판 부재는 실질적으로 8인치 이하의 폭과 8인치 이상의 길이를 갖는 솔라 셀 장치.
  98. 패키징된 솔라 셀 조립체 - 상기 패키징된 솔라 셀 조립체를 사용하여 그리고/또는 다른 솔라 셀 조립체와 함께 전력을 생산할 수 있도록, 상기 패키징된 솔라 셀 조립체 단독으로 작동할 수 있음 - 에 있어서,
    복수의 집광 소자를 포함하는 강성 전면 커버 부재 - 상기 집광 소자들의 각각은 병렬로 배열되고 상기 전면 커버 부재의 제1 부분으로부터 제2 부분으로 연장되며, 상기 병렬식의 복수의 집광 소자는 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분으로 줄 모양 배열로 구성되고, 상기 집광 소자의 각각은 적어도 1.5의 광학적 집광도를 가짐 - ;
    8.5인치 이하의 최대 공간 치수를 갖는 상기 강성 전면 커버 부재의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 공간;
    상기 복수의 광학적 집광 소자의 각각에 대하여 배열된 복수의 광발전 스트립 - 상기 복수의 광발전 스트립들의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖고, 상기 광발전 스트립들의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결됨 -;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 부분과 연결되는 하나 또는 그 이상의 제1 전기 부재;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 부분과 연결되는 하나 또는 그 이상의 제2 전기 부재;
    상기 광발전 스트립의 각각을 상기 집광 소자의 각각에 광학적으로 연결하기 위하여 상기 광발전 스트립과 상기 집광 소자의 사이에 제공된 광학적 연결 물질;
    복수의 지지 영역을 포함하는 강성 배면 커버 부재 - 상기 복수의 지지 영역 은 복수의 광발전 스트립의 각각에 대한 기계적 지지를 제공함 - ; 및
    상기 복수의 광발전 스트립들을 실질적으로 습기가 없는 상태로 유지할 수 있는 밀봉된 적층형 조립체를 제공하기 위하여 상기 강성 배면 커버 부재를 상기 강성 전면 커버 부재에 기계적으로 연결하는 밀봉된 영역을 포함하되,
    상기 밀봉된 적층형 조립체는 상기 복수의 광발전 스트립이 실질적으로 기계적 손상을 입지 않도록 유지하면서 취급될 수 있는 솔라 셀 조립체.
  99. 패키징된 솔라 셀 조립체에 있어서,
    복수의 집광 소자를 포함하는 강성 전면 커버 부재 - 상기 집광 소자들의 각각은 실질적으로 병렬로 배열되고 상기 전면 커버 부재의 제1 부분으로부터 제2 부분으로 연장되며, 상기 실질적으로 병렬식의 복수의 집광 소자는 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분으로 줄 모양 배열로 구성되고, 상기 집광 소자의 각각은 적어도 1.5의 광학적 집광도를 가짐 - ;
    8.5인치 이하의 최대 공간 치수를 갖는 상기 강성 전면 커버 부재의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 공간;
    상기 복수의 광학적 집광 소자의 각각에 대하여 배열된 복수의 광발전 스트립 - 상기 복수의 광발전 스트립들의 각각은 스트립 폭과 스트립 길이를 갖고, 상기 광발전 스트립들의 각각은 상기 복수의 집광 소자 중 적어도 하나와 연결됨 -;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제1 부분과 연결되는 하나 또는 그 이 상의 제1 전기 부재;
    상기 복수의 광발전 스트립의 각각의 제2 부분과 연결되는 하나 또는 그 이상의 제2 전기 부재;
    상기 광발전 스트립의 각각을 상기 집광 소자의 각각에 광학적으로 연결하기 위하여 상기 광발전 스트립과 상기 집광 소자의 사이에 제공된 광학적 연결 물질;
    복수의 지지 영역을 포함하는 강성 배면 커버 부재 - 상기 복수의 지지 영역은 복수의 광발전 스트립의 각각에 대한 기계적 지지를 제공함 - ; 및
    상기 복수의 광발전 스트립들을 실질적으로 습기가 없는 상태로 유지할 수 있는 밀봉된 적층형 조립체를 제공하기 위하여 상기 강성 배면 커버 부재를 상기 강성 전면 커버 부재에 기계적으로 연결하는 밀봉된 영역을 포함하되,
    상기 밀봉된 적층형 조립체는 상기 복수의 광발전 스트립이 실질적으로 기계적 손상을 입지 않도록 유지하면서 취급될 수 있고,
    상기 집광 소자의 각각은 한 쌍의 측면을 포함하고, 상기 측면의 각각은 광이 실질적으로 내부적으로 반사되도록 하기 위하여 120nm RMS 이하의 표면 마무리를 갖는 솔라 셀 조립체.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080178922A1 (en) * 2005-07-26 2008-07-31 Solaria Corporation Method and system for manufacturing solar panels using an integrated solar cell using a plurality of photovoltaic regions
US8227688B1 (en) 2005-10-17 2012-07-24 Solaria Corporation Method and resulting structure for assembling photovoltaic regions onto lead frame members for integration on concentrating elements for solar cells
US7910822B1 (en) 2005-10-17 2011-03-22 Solaria Corporation Fabrication process for photovoltaic cell
US7910392B2 (en) 2007-04-02 2011-03-22 Solaria Corporation Method and system for assembling a solar cell package
US8119902B2 (en) 2007-05-21 2012-02-21 Solaria Corporation Concentrating module and method of manufacture for photovoltaic strips
FR2916901B1 (fr) * 2007-05-31 2009-07-17 Saint Gobain Procede d'obtention d'un substrat texture pour panneau photovoltaique
US7910035B2 (en) 2007-12-12 2011-03-22 Solaria Corporation Method and system for manufacturing integrated molded concentrator photovoltaic device
FR2938078B1 (fr) 2008-11-03 2011-02-11 Saint Gobain Vitrage a zones concentrant la lumiere par echange ionique.
JP2014067925A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Toshiba Corp 太陽電池モジュール

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3700714A (en) * 1971-06-24 1972-10-24 Stephen B Hamilton Curable compositions
US4029519A (en) * 1976-03-19 1977-06-14 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Solar collector having a solid transmission medium
GB1554507A (en) * 1977-04-28 1979-10-24 Tideland Signal Corp Enclosure for solar cells
US4118249A (en) * 1977-08-30 1978-10-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Modular assembly of a photovoltaic solar energy receiver
US4170507A (en) * 1977-12-27 1979-10-09 Motorola, Inc. Method for encapsulating a solar cell array
US4683154A (en) * 1985-08-19 1987-07-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Laser sealed vacuum insulation window
US5118361A (en) * 1990-05-21 1992-06-02 The Boeing Company Terrestrial concentrator solar cell module
DE69410536T2 (de) * 1993-06-24 1998-11-26 Canon Kk Solarmodul mit warm-verschweisstem Teil zur Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit
JP3485681B2 (ja) * 1995-06-30 2004-01-13 三洋電機株式会社 太陽電池とその製造方法
DE10017610C2 (de) * 2000-03-30 2002-10-31 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit integriert serienverschalteten Dünnschicht-Solarzellen und Verwendung davon
WO2004038462A1 (en) * 2002-10-22 2004-05-06 Sunray Technologies, Inc. Diffractive structures for the redirection and concentration of optical radiation

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