KR20110029732A - 적층형 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 태양전지 모듈을 적층 구조로 배치하고 모듈 사이에 확산재층을 형성하여 단위 면적당 태양광 발전의 효율을 극대화하는 적층형 태양전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 적층형 태양전지는 제 1 태양전지 층과 제 2 태양전지 층이 적층된 구조를 갖는 태양전지에 있어서, 상기 제 1 태양전지 층과 제 2 태양전지 층 사이에 빛을 확산하기 위한 확산재층을 구비하되, 상기 확산재층은 상기 제 1 태양전지 층을 통과하고 잔류된 빛을 상기 제 2 태양전지 층으로 전달함에 있어서 하부 태양전지 모듈로의 빛의 전달 손실을 최소화하도록 구성된 것이다.
태양전지, 적층형, 확산재층
Description
본 발명은 복수의 태양전지 모듈을 적층 구조로 배치하고 모듈 사이에 확산재층을 형성하여 하부 태양전지 모듈로의 빛의 전달 손실을 최소화함으로써 단위 면적당 태양광 발전의 효율을 극대화하는 적층형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지란 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로써 P형 반도체와 N형 반도체의 접합 형태를 가지며, 그 기본 구조는 다이오드와 유사하다.
외부에서 빛이 태양전지에 입사되었을 때, P형 반도체의 전도대 전자는 입사된 광에너지에 의해 가전자대로 여기된다.
이렇게 여기된 전자는 P형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍을 생성하게 된다.
이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 P-N접합 사이에 존재하는 전기장에 의해 N형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
여기서 전기장은 P형 반도체와 N형 반도체를 서로 결합시켜 접합을 만들면 N형 반도체에 존재하는 과잉전자는 P형 반도체로, P형 반도체에 존재하는 과잉정공은 N형 반도체로 확산하게 되며, 확산된 전자-정공의 빈자리는 양이온-음이온을 각각 띠게 된다.
이때 접합 부근에 건전지처럼 양이온에서 음이온으로 전압이 발생하게 되는데 이렇게 발생된 전압차를 뜻한다.
태양전지에서 전기장은 태양광에 의해서 발생된 전자 혹은 정공을 다른 쪽으로 이동시켜 전류를 생성시키는 역할을 한다.
이러한 태양전지 중 단층구조의 태양전지 모듈이 주택이나 건물 등에 설치되는 경우 사용가능한 면적의 한계로 인해 필요로 하는 전기에너지를 충분히 발전시킬 수 없다는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 단위 면적당 태양광 발전의 효율을 극대화하기 위한 적층형 태양전지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양전지 사이에 확산재층을 형성토록 하여 광손실을 최소화하기 위한 적층형 태양전지를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 적층형 태양전지는 제 1 태양전지 층과 제 2 태양전지 층이 적층된 구조를 갖는 태양전지에 있어서, 상기 제 1 태양전지 층과 제 2 태양전지 층 사이에 빛을 확산하기 위한 확산재층을 구비하되, 상기 확산재층은 상기 제 1 태양전지 층을 통과한 잔류된 빛을 상기 제 2 태양전지 층 전달의 손실을 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 제 1 태양전지층과 제 2 태양전지층은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 결정질 실리콘, 비정질 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 확산재층은 확산수지재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 확산수지재는 폴리카보네이트, 폴리에스테르수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 확산수지재 내부에 구성되며, 상기 제 1 태양전지 층을 통과한 잔류된 빛을 제 2 태양전지 층으로 전달하기 위한 복수의 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로써, 상기 확산재층은 광학필름 소재의 확산필름, 확산판 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 복수의 태양전지 모듈을 적층 구조로 배치하여 앞선 태양전지 모듈에서 발전에 사용되고 남은 빛을 다음의 모듈에서 태양광 발전에 활용되도록 하고, 모듈 사이에 확산재층을 구비함으로써, 광손실을 최소화하여 단위 면적당 태양광 발전의 효율을 극대화하는 효과가 발생한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 도 1 내지 도 3에 의해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 확산재층이 포함된 적층구조를 갖는 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적층구조를 갖는 태양전지는 제 1 태양전지 층(100)과 제 2 태양전지 층(200) 사이에 빛을 확산하기 위한 확산재층(150)으로 구성되며, 상기 확산재층(150)은 상기 제 1 태양전지 층(100)을 통과한 잔류된 빛이 상기 제 2 태양전지 층(200)에 전달되는 손실을 최소화하기 위한 확산수지재로 구성된다.
상기 제 1 태양전지 층(100)과 제 2 태양전지층(200)은 각각 제 1 N형 반도체(102), 제 2 P형 반도체(202)와 제 1 P형 반도체(104), 제 2 P형 반도체(204)로 구성되며, 제 1 태양전지 층(100)에 태양 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다.
빛이 상기 제 1 태양전지 층(100)에 비취면, 내부에서 전자와 정공이 발생한다.
발생된 전하들은 제 1 P형 반도체(104)극과 제 1 N형 반도체(102)극으로 이동하며 이 현상에 의해 제 1 P형 반도체(104)극과 제 1 N형 반도체(102)극 사이에 전위차(광기전력)가 발생한다.
상기 제 1 태양전지층(100)을 지난 잔류 빛이 확산재층(150)에 입사되면, 확산수지재(152)에 의해 빛의 확산 현상이 발생하게 되고, 제 2 태양전지층(200)에 의 전면에 입사하게 된다.
이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다. 태양전지 모듈은 대형의 시스템에서는 여러 태양전지를 직·병렬로 연결하여 전력을 꺼낸다. 셀은 전기를 일으키는 최소 단위이며, 모듈은 전기를 꺼내는 최소 단위이고 현관문의 절반 정도의 크기이다. 어레이는 직·병렬로 끼어진 여러 패널을 말한다. 서브어레이는 설치 작업이나 유지보수의 편리함 때문에 여러 개의 모듈을 정리한 단위이다.
상기 확산수지재(152)는 투명성, 내열성, 내충격성이 우수한 폴리카보네이트 수지와 투명성, 내약품성이 우수한 폴리에스테르수지로 구성될 수 있다.
또한, 아크릴계 미립자로 구성된 확산수지재로 구성될 수 있는데, 현탁중합법, 유화중합법, seed 중합법 등의 중합법에 의하여 제조된 미립자로서, 가교형, 비가교형, 다층구조형 등이 가능하다.
그리고, 상기 확산재층(150)은 확산필름이나 확산판 등의 광학필름 소재로 구성될 수 있다.
상기 제 1 태양전지층(100)과 제 2 태양전지층(200)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 결정질 실리콘, 비정질 실리콘 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 단결정 실리콘 태양전지는 피라미드 모양의 텍스쳐링 에칭이 용이하여 반사율이 작고 기판의 품질이 좋기 때문에 효율이 높은 태양전지를 얻을 수 있으며, 상기 다결정 실리콘 태양전지는 단결정에 비해 효율이 떨어지지만, 제조공정이 단결정에 비해 간단하고, 고생산성으로 인해 가격면에서 저렴하여 다결정 실리콘 태양전지의 시장 점유율이 높아지고 있다. 다결정 태양전지는 기판으로 고순도 다결정체를 사용하며, 원리적으로는 단결정계와 거의 동일하다.
상기 비정질 실리콘 태양전지의 특징은 광흡수계수가 결정질 실리콘 태양전지의 10배 이상 높기 때문에 0.5∼1.0 μm 정도의 실리콘 막으로도 충분히 제조가 가능하여 기판 소재비가 결정계 태양전지에 비해 1% 이하이다. 결점은 광전변환 효율이 낮아 연구용으로는 10%를 약간 넘는 것이 발표되고는 있지만 실용적인 전지는 7∼8% 수준이다.
비정질 실리콘 태양전지의 광전효율을 향상시키기 위해서는 비정질 실리콘과 다결정 실리콘을 적층한 다층구조 전지나 커버 유리 위에 비정질 실리콘 막을 직접 형성한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유가 포함된 적층구조를 갖는 태양전지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 확산재층(150)에 광섬유(160)가 입사된 빛의 직진성을 유지하여 여러 갈래로 퍼질 수 있도록 구성된다.
광섬유(optical fiber)는 광학섬유라고도 한다. 광섬유는 합성수지를 재료로 하는 것도 있으나, 주로 투명도가 좋은 유리로 만들어진다.
구조는 보통 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 모양을 하고 있다. 그 외부에는 충격으로부터 보호하기 위해 합성수지 피복을 1∼2차례 입힌다.
보호피복을 제외한 전체 크기는 지름 백∼수백μm(1μm은 1/1000mm)로 되고, 코어 부분의 굴절률이 클래딩의 굴절률보다 높게 되어 있어서, 빛이 코어 부분에 집속되어 잘 빠져나가지 않고 진행할 수 있게 되어 있다.
코어의 지름이 수μm인 것을 단일모드 광섬유, 수십μm인 것을 다중(多重) 모드 광섬유라 하고, 코어의 굴절률 분포에 따라 계단형·언덕형 광섬유 등으로 나눈다.
중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하 여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 한 광학적 섬유로써, 에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률도 낮고 외부의 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있기 때문에, 제 1 태양전지 층(100)을 통과하고 잔류된 빛을 손실없이 제 2 태양전지 층(200)으로 전달 가능한 효과가 발생한다.
도 3 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적층구조를 갖는 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제 1 N형 반도체(102)층과 제 1 P형 반도체(104)층으로 구성된 제 1 태양전지 층(100)층 형성토록 하고(S300), 확산재층(150)을 적층하는데, 확산수지재(152)와 광섬유(160)가 동시에 성장될 수 있으며, 확산수지재(152)로만 구성될 수 있도록 한다(S302).
상기 확산수지재(152) 하단에 다시 제 2 N형 반도체(202)층과 제 2 P형 반도체(204)층으로 구성된 제 2 태양전지 층(200)이 적층된다(S304).
이때, 상기 제 1 태양전지층(100)면 쪽의 광섬유(160)는 하나의 가닥으로 형성되며, 확산수지재(152)에서 여러 갈래로 퍼져 상기 제 2 태양전지층(200)으로 분산되도록 구성됨이 바람직하다.
상기와 같이, 복수의 태양전지 모듈을 적층 구조로 배치하여 앞선 태양전지 모듈에서 발전에 사용되고 남은 빛을 다음의 모듈에서 태양광 발전에 활용되도록 하고, 모듈 사이에 확산재층을 구비함으로써, 광손실을 최소화하여 단위 면적당 태양광 발전의 효율을 극대화하는 효과가 발생한다.
이상 설명된 내용은 본 발명의 실시 예에 의하여 일례로 설명하였으나, 상기 한 실시 예에 한정되지 아니하며 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서에 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 확산재층이 포함된 적층구조를 갖는 태양전지의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광섬유가 포함된 적층구조를 갖는 태양전지의 구성을 나타낸 단면도.
도 3 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적층구조를 갖는 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 태양광(빛) 100 : 제 1 태양전지 층
102 : 제 1 N형 반도체 104 : 제 1 P형 반도체
150 : 확산재층 200 : 제 2 태양전지 층
202 : 제 2 N형 반도체 204 : 제 2 P형 반도체
Claims (6)
- 제 1 태양전지 층과 제 2 태양전지 층이 적층된 구조를 갖는 태양전지에 있어서,상기 제 1 태양전지 층과 제 2 태양전지 층 사이에 빛을 확산하기 위한 확산재층을 구비하되,상기 확산재층은 상기 제 1 태양전지 층을 통과한 잔류된 빛이 상기 제 2 태양전지 층에 전달되는 손실을 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 태양전지층과 제 2 태양전지층은,단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 결정질 실리콘, 비정질 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적층형 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 확산재층은 확산수지재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양전지.
- 제 3항에 있어서,상기 확산수지재는 폴리카보네이트, 폴리에스테르수지중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적층형 태양전지.
- 제 3항에 있어서,상기 확산수지재 내부에 구성되며, 상기 제 1 태양전지 층을 통과한 잔류된 빛을 제 2 태양전지 층으로 전달하기 위한 복수의 광섬유를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 태양전지.
- 제 1항에 있어서,상기 확산재층은 광학필름 소재의 확산필름, 확산판 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 적층형 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090087538A KR20110029732A (ko) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | 적층형 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090087538A KR20110029732A (ko) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | 적층형 태양전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110029732A true KR20110029732A (ko) | 2011-03-23 |
Family
ID=43935581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090087538A KR20110029732A (ko) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | 적층형 태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110029732A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101316096B1 (ko) * | 2012-05-31 | 2013-10-11 | 한국기계연구원 | 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
| KR20160047099A (ko) * | 2014-10-22 | 2016-05-02 | 양지혁 | 이중 층 구조의 태양광 모듈 |
-
2009
- 2009-09-16 KR KR1020090087538A patent/KR20110029732A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101316096B1 (ko) * | 2012-05-31 | 2013-10-11 | 한국기계연구원 | 중간층이 삽입된 유·무기 복합 탠덤 태양전지 및 이의 제조방법 |
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