KR20110050453A - 솔라 패널 - Google Patents

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Abstract

솔라 셀은 직물 평판 구조로된 기판을 갖는다. 직물 평판 구조는 광 투명한 유리-섬유 스레드 및 전기전도성이지만, 비-투명한 카본-섬유 스레드가 어셈블된 것이다. 상기 유리-섬유 스레드는 카본-섬유 스레드에 대한 스페이서 및 필러로서 작용하며, 따라서, 충분히 광 투명이고, 인접한 작은 틈이 카본-섬유 스레드 사이에 형성되며, 따라서, 빛이 기판을 통과할 수 있다. 사이에 차단층이 형성되는 반도체층은 이와 같이 형성된 기판의 두 면에 위치된다. 일 전극은 상기 기판의 카본-섬유 스레드에 의해 형성된다.

Description

솔라 패널{Solar Panel}
솔라 패널(Solar Panel)은 기판으로 구성되며, 동시에 기판은 상기 기판에 적용된 반도체층에 대한 기계적 지지체이다. 상기 반도체층은 평면 차단층(planar blocking layer)을 형성하며, 평면 차단층은 조사(irradiation)되는 경우에 자유 전자를 생성한다. 솔라 패털의 외부 와이어(external wiring)와 함께, 이들 자유 전자는 직류를 발생한다.
기계적 지지체를 형성하는 상기 기판은 알려져 있는 솔라 셀(solar cells)에서 투명하지 않다.
이들 조건에서 부터 출발하여, 본 발명의 목적은 개선된 효율에서 차별화되는 솔라 셀(solar cell)/솔라 패널을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 솔라 패널 혹은 솔라 셀에 관한 발명에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명에 의한 솔라 셀의 컷아웃(cutout)을 통한 종단면(longitudinal section)을 나타낸다.
도 2는 편직물이 어떻게 본 발명에 의한 솔라 구성요소에서 기판으로 사용될 수 있는지를 나타내는 사시도이다.
본 발명에 의한 솔라 셀에서, 기계적으로 단단한 기판은 광 투명(light transparent)하고 전기적으로 전도성있는 재료로 제조된다. 한쌍의 반도체 층이 상기 기판의 각각의 평평한 면에 적용된다. 기판에 직접적으로 인접한 각 쌍의 반도체 층의 두 반도체층은 동일한 전도성 타입이다. 각 쌍의 반도체 층 사이의 경계층(boundary layer)에 차단층이 형성되고 차단층은 광 조사(light irradiate)되는 경우에 전자를 방출한다.
상기 기판이 광 투명이므로, 제 1 차단층에 부딪치는 경우에 흡수되지 않은 광자(photons)은 광 투명한 지지체를 통과하여 제 2 차단층으로 유입되며 제 2 차단층에서 자유 전자를 발생하도록 유인될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 솔라 셀에서, 두 차단층이 기판 혹은 지지체의 두 면 모두에서 이용될 수 있으며, 이는 효율을 현저하게 증가시킨다.
상기 기판은 격자 구조 혹은 유사-격자(lattice-like) 구조를 가질 수 있다.
상기 기판은 직물 평면 구조로 형성될 수 있으며, 그 결과 상기 기판은 매우 가볍고 플렉서블하며 따라서, 매우 얇지만 파손 염려가 적다.
직물 평판 구조의 기판인 경우에, 이는 광 투명한 스레드(thread) 및 비-투명한, 전기전도성 섬유(fibers) 혹은 스레드(threads)로된 혼합물을 포함할 수 있다.
광 투명한 스레드인 경우에, 이들은 유리 섬유로 제조된 스레드가 이롭다.
전기 전도성 재료로 제조된 스레드는 금속 스레드 혹은 카본-섬유 스레드일 수 있다.
광 투명 및 전기 전도성 스레드 혹은 섬유 사이의 연결로 인하여, 전자가 지지체 혹은 기판에 의해 형성된 차단층을 흘러나올 수 있다. 이러한 점에서, 상기 지지체 혹은 기판은 전극으로 작용할 수 있으며, 여기서, 우세한 비-투명한 스레드 사이의 광 투명한 스레드는 필요한 "홀(holes)"을 제공하며, 홀을 통해 빛은 광원으로 부터 멀리 위치하는 후면층(rear layer), 즉, 차단층을 향해 통과할 수 있다.
각각의 경우에, 얻어진 기판은 매우 플렉서블하며 비교적 매우 가볍고 얇다.
기판 혹은 캐리어는 직물(woven fabric), 편직물(knitted fabric), 혹은 노티드 패브릭(knotted fabric) 형태로 존재할 수 있다. 리넨직(linen weave) 혹은 능직(twill weave)으로된 직물인 경우에, 날실(warp threads)은 유리 섬유 스레드로 제조된 것이며, 씨실(woof threads)는 카본-섬유 스레드로 제조된다. 어느 것이 더 쉽게 제직(woven)될 수 있는지에 따라, 날실 및 씨실용 재료가 서로 교환된 반대 방식이 마찬가지로 가능할 수 있다.
편직물 혹은 노티드 패브릭의 경우에, 스티치 열(stitch rows)이 유리-섬유 스레드 혹은 카본-섬유 스레드로 교대로 될 수 있다.
바람직하게는 ZnO로 제조되는 광 투명한, 전기 전도성층은 각각의 바깥쪽 반도체층에 적용될 수 있다.
접촉하도록, 알루미늄 격자가 사용될 수 있으며, 이는 예를들어, 패드 프린팅법의 도움으로 적용될 수 있다.
효율을 개선하기 위해, 적어도 하나의 바깥쪽 표면에 반사방지층(anti-reflective layer)이 제공된다.
바깥쪽 층이 다이아몬드 구조의 C-층인 경우에 스크래치 감도(scratch sensitivity)가 개선된다.
다음의 도면에 관한 기술은 본 발명의 이해를 돕기 위해 설명된다. 이 기술분야의 기술자는 도면으로 부터 일반적인 방식으로, 기술되지 않은 추가적인 상세한 사항을 이해할 수 있으며, 이러한 점에서 도면의 설명은 보충적이다. 일정한 범위의 변형이 가능함이 명백하며; 정확한 치수는 특정한 테이타에 기초하여 기술상 경험에 의해 이 기술분야의 기술자에 의해 용이하게 정하여질 수 있다.
다음의 도면은 크기에 대하여 규정하지 않는다. 상세한 설명을 위해, 특정 영역을 불균형하게 크게 나타내었다. 더욱이, 도면은 매우 단순화되었으며 실제 구현에서 존재하는 모든 임의의 상세한 사항은 포함되지 않았다.
도면에, 본 발명에 의한 주제의 구현을 나타내었다.
도 1은 본 발명에 의한 솔라 셀의 컷아웃(cutout)을 통한 종단면(longitudinal section)을 나타낸다.
도 2는 편직물이 어떻게 본 발명에 의한 솔라 구성요소에서 기판으로 사용될 수 있는지를 나타내는 사시도이다.
도 1은 솔라 셀 1을 통한 매우 도식화되고, 현저하게 단순화된 단면을 나타낸다. 리넨직 혹은 능직으로된 직물 형태의 기판 2는 솔라 셀 1에 속한다. 기판 2를 형성하는 직물은 날실(warp threads) 3 및 또한 씨실(woof threads) 4를 갖는다. 상기 타입의 직물은 텍스타일(textile) 기술분야에 알려져 있으며 추가적으로 기술하거나 혹은 도시할 필요가 없다. 좌측에 나타낸 바와 같이, 날실 3은 서로 옆에 평행하게 놓여있는 다수의 유리-섬유 모노필라멘트로 구성되며, 임의로 또한 서로 트위스트(twist)된다. 따라서, 이들은 광 투명하지만 전기적으로 전도성이지는 않다.
이와 달리, 씨실 4는 카본 섬유로 제조되며 따라서 전기적으로 전도성이다.
날씰 및 씨실은 또한 위치가 바뀔 수 있는 것으로 이해된다. 즉, 4로 나타낸 스레드가 또한, 날실일 수 있으며, 3으로 나타낸 스레드가 씨실일 수 있다. 이는 추가적으로 고려해야 할 중요한 사항은 아니다.
도 1에서, p-도핑 Si층 5가 텍스타일 평면 구조 형태로 이와 같이 형성된 기판 2상의 윗면(top side)위에 위치된다. 다른 p-도핑 Si층 6이 기판 2의 아랫면(bottom side)에 적용된다. n-도핑 Si층 7이 기판 2을 향하지 않는 상기 Si층 5의 표면상에 위치되며, 다른 n-도핑 Si층 8이 기판 2를 향하지 않는 면에서 상기 상기 Si층 6에 존재한다.
상기 Si층 5 및 7은 이들의 접촉면에서의 두 층 6 및 7과 같이 반도체 pn-접합(junction)을 형성한다. 상기 차단층은 솔라 셀 1의 실제 액티브 파트(active part)이다.
예를들어, ZnO로 제조되는 우수한 전기 전도성을 갖는 층 9는 Si층 7의 프리 사이드(free side)상에 적용된다. 상기 프리 사이드(free side)는 기판 2를 향하지 않는 면이다. 상기 아연-산화물층은 내부 저항을 감소시키는 역할을 한다. 상응하는 아연-산화물층 11은 상기 Si층 8상에 그리고 정확하게는 상기 Si층의 반대면에 위치된다.
2개의 ZnO 층 9 및 11을 접촉시키기 위해, 2개의 알루미늄 격자구조 12 및 13이 제공되며, 이는 도 1에 와이어 메쉬로 심벌화하여 나타내었다. 이들 격자구조 12 및 13은 상기 Si 층 7 및 8을 접촉시키기 위한 전극을 나타낸다.
격자구조 12 및 13은 알 수 있도록 단지 단면(cross section)으로 나타내었다. 실제, 상기 격자는 격자 구조(lattice structures)를 포함하며, 격자 구조는 패드 프린팅법으로 프린트된다. 이러한 구조는 다이어그램에서는 알 수 없으며; 도면에서 선택된 와이어 구조로 대표적으로 나타내었다. 이러한 격자구조의 적용은 종래 이 기술분야에 충분히 알려져 있다.
입사광이 가능한한 적게 반사되도록, Si3N4로 제조된 반사방지층 14 및 15가 ZnO 층 9의 바깥쪽 그리고 ZnO 층 11의 바깥쪽에 각각 위치된다. 마지막으로, 반사방지층 14 및 15 각각의 바깥쪽에, 보호층 16 및 17이 각각 기계적 보호를 위해 적용된다. 층 16 및 17은 다이아몬드 구조의 카본층을 포함한다. 이러한 층은 CVD (Chemical Vapor Desposition) 공정으로 형성된다.
Si 층 5,6,7 및 8은 마찬가지로 CVD 공정 혹은 어느 정도는 그리고 DE 10 2007 50 288에 상세하게 기술되어 있는 방식으로 제조될 수 있다.
이러한 방식으로 제조된 평면 실리콘 포토다이오드를 접촉시키기 위해, 격자 구조 12 혹은 13은 상응하는 구리 도체(conductor)에 상기 솔라 셀의 가장자리(edge)에서 연결된다. 상기 목적에서, 상기 격자 구조 12, 13은 상기 솔라 셀 1의 사이드 가장자리(side edge) 혹은 가장자리들에서 상응하는 길이로 돌출된다.
제 2 전극은 카본 섬유로 이루어지며 직물 제직으로 인하여 옆의 것과 서로 평행한 스레드 4로 구성된다. 마찬가지로 카본 섬유는 솔라 셀 1로 부터 면으로 돌출되고 금속 도체에 대하여 우수한 접촉을 형성하도록 돌출 말단상에 금속 층이 갖는 적합한 방식으로 제공된다.
기술된 솔라 셀 11의 기능은 다음과 같다:
예를들어 도 1을 참고하여, 상기한 바와 같이 방출된 빛이 솔라 셀 1에 입사되는 경우에, 빛은 보호층 16, 반사방지층 14, 격자 구조 12 및 접촉층 9를 연속적으로 통과하여 두 Si 층 5 및 7 사이에 형성된 차단층 내로 통과한다. 이에 따라, 입사된 광자(photons)는 전자를 발생하며 이는 전극 4 및 12를 통하여 로드(load)로 흐르고 상기 로드를 통해 흐른 다음에 차단층의 다른 면으로 연속하여 되돌아 갈 수 있다.
입사광의 광자 모두가 자유 전자를 발생시키지 않고 그 대신 Si 층 5 및 7 사이의 차단층을 통해 방해받지 않고 통과하므로, 이들은 기판 2의 격자 구조를 통해 Si 층 6 및 8 사이의 차단층에 도달한다. 따라서, 상부 차단층에서 소비되지 않는 광자는 마찬가지로 자유 전자를 발생시키도록 제 2 차단층으로 유인될 수 있다.
상세한 기능에 기초하여, 이 기술분야의 기술자는 기판 2의 치수를 현실화할 수 있다. 전도성 카본 섬유 4 및 비-전도성, 광 투명 유리 스레드 3의 수에 의해 각각의 적용에 대하여 효율적으로 타협되어야 한다. 카본-섬유 스레드 4 사이의 거리가 너무 커지면, 솔라 셀 1의 내부 저항이 증가한다. 반대로, 거리가 너무 좁아지면, 광원에서 멀리 위치하며 이러한 점에서 기판 2의 뒷면(reverse side)에 위치하는 차단층에 너무 적게 조사(irradiation)된다.
기능에 대한 설명에서와 마찬가지로, 카본-섬유 스레드 4와 함께 직조된 유리-섬유 스레드 3은 카본-섬유 스레드에 대한 스페이서로 작용한다. 한편으로는 광 투명하고, 다른 한편으로는 전기 전도성이며 충분히 단단한 플렉서블 기판이 형성되며, 따라서, 기판에 기계적으로 하중이 가하여지는 경우에, 적용된 층은 솔라 셀이 기능을 하지 못하게 될 정도로 손상되지 않는다. Si 층 5... 8의 균열 및 크랙은 솔라 셀 1의 기능(functionality)에 근본극적으로 부정적인 영향을 미치지 않는다. 이는 균열에 의해 형성된 섬(islands)이 격자 구조 형태의 전극 12, 13 뿐만 아니라 카본-섬유 스레드 4에 의해 평행하게 서로 전기적으로 연결되기 때문이다.
구조는 기판 2에 대하여 대칭으로 도 1에 나타내었다. 그러나, 예를들어, 반사방지층 15는 뒷면(반대면, reverse side)에서 또한 제거될 수 있는 것으로 이해된다.
도 1에 도식적으로 나타낸 직물 뿐만 아니라 도 2에 나타낸 편직물은 기판 2으로서 적합하다. 도 2의 편직물에서, 편직물에서 스티치 열(stitch rows) 21은 스티치 열 22와 번갈아서 형성될 수 있으며 이들 열은 유리-섬유 스레드 및 카본-섬유 스레드가 교대로 구성된다. 또한, 예를들어, 유리-섬유 스레드로된 서로 직접적으로 인접하는 2개의 스티치 열 및 카본-섬유 스레드로된 제 3 스티치 열(제 3 스티치 열마다 모두)로 구성될 수 있다.
편직물에서, 결국, 유리-섬유 스레드는 카본-섬유 스레드에 대한 스페이서로 작용하며, 따라서, 기판을 통해 광원의 관점에서 반대면(reverse side)에 놓여있는 차단층에 도달하는 빛이 차단되지 않는다.
편직물이 상응하는 조밀한 방식(tight manner)으로 제조되어야 하며 스티치에 "홀"을 포함하지 않을 수 있음에 대하여 추가적으로 상세하게 설명할 필요가 없으며; 이러한 측면에서, 도면은 실제 해결방안을 정확하게 나타내지 않는다. 이는 도면에서 스티치가 설명을 위해서 명백하게 오프닝(openings)을 포함하기 때문이다.
편직물의 탄성이 바람직하지 않을 정도로 크면, 나타낸 바와 같이, 플로팅 스레드(floating threads) 23이 스티치 열에 사용될 수 있다. 이들 플로팅 스레드는 유리-섬유 스레드 혹은 카본-섬유 스레드를 포함할 수 있다. 플로팅 스레드가 카본-섬유 스레드이면, 상기 스티치 열은 유리-섬유 스레드만으로 편직될 수 있으며, 이는 용이한 편직면에서 잇점을 제공한다. 편의상, 기판으로서, 단순한 우좌(right-to-left) 편직이 사용되며, 이는 매우 얇은 방식으로 제조될 수 있다.
솔라 셀은 직물 평판 구조로 제조된 기판을 갖는다. 직물 평판 구조는 광 투명한 유리-섬유 스레드와 전기 전도성이지만, 비-투명인 카본-섬유 스레드가 어셈블(assemble)된 것이다. 상기 유리-섬유 스레드는 카본-섬유 스레드에 대한 스페이서(spacers) 및 필러(fillers)로 작용하며 따라서, 카본-섬유 스레드 사이에 충분히 광 투명인, 인접한 작은 틈(interstices)이 형성되며 이에 따라 빛이 기판을 통과할 수 있다. 사이에 차단층을 형성하는 반도체 층이 이와 같이 형성된 기판의 두 면에 위치된다. 하나의 전극은 상기 기판의 탄소-섬유 스레드에 의해 형성된다.

Claims (14)

  1. 두 면(side) 및 면 가장자리(side edge)를 가지며 광 투명이고 전기 전도성인 기판(2),
    상기 기판 (2)의 일 면위에 배열된 제 1 도핑된 반도체 층(5),
    상기 제 1 반도체 층(5)위에 배열되고 제 1 반도체 층(5)와 pn-접합을 형성하는 제 2 도핑된 반도체 층(7),
    상기 기판(2)의 다른 면위에 배열되고 상기 제 1 반도체 층(5)과 동일한 전도성 타입인 제 3 도핑된 반도체 층(6),
    상기 제 3 반도체 층(6)에 배열되고 상기 제 3 반도체 층(6)와 pn-접합을 형성하는 제 4 도핑된 반도체 층(8)을 포함하는 솔라 패널(1).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판(2)는 격자구조(lattice structure)임을 특징으로 하는 솔라 패널.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기판(2)는 직물 평판 구조로 형성됨을 특징으로 하는 솔라 패널.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기판(2)는 광 투명 재료로 제조된 스레드(3)을 가짐을 특징으로 하는 솔라 패널.
  5. 제 1항에 있어서, 광 투명 재료로 제조된 상기 스레드(3)은 유리-섬유 스레드임을 특징으로 하는 솔라 패널.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 기판(2)는 전기 전도성 재료로 제조된 스레드(4)를 가짐을 특징으로 하는 솔라 패널.
  7. 제 1항에 있어서, 전기 전도성 스레드 (4)에 대한 상기 재료는 카본 섬유 및 구리와 같은 금속을 포함하는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 솔라 패널.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 기판(2)는 리넨직(linen weave) 혹은 능직 직물(twill weave)임을 특징으로 하는 솔라 패널.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 직물(2)은 투명한 재료로 제조된 날실(3) 및 전기 전도성 재료로 제조된 씨실(4)을 포함하거나 혹은 그 반대임을 특징으로 하는 솔라 패널.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 기판(2)는 편직물 혹은 노티드 패브릭이며, 여기서 광 투명 재료로 제조되는 열(rows)(21,22)는 전기 전도성 재료로 제조되는 열(21,22)과 번갈아서 있음을 특징으로 하는 솔라 패널.
  11. 제 1항에 있어서, 광 투명이며, 전기적으로 전도성인 층(9,11), 바람직하게는 ZnO로 제조된 광 투명이며, 전기적으로 전도성인 층(9,11)이 각각의 바깥쪽 반도체 층(7,8)에 적용됨을 특징으로 하는 솔라 패널.
  12. 제 1항에 있어서, 전기 전도성 재료, 바람직하게는 알루미늄으로 제조된 격자(12, 13)를 바깥쪽 반도체 층(7,8)에 대한 외부 전극으로 가짐을 특징으로 하는 솔라 패널.
  13. 제 1항에 있어서, 반사방지층(14,15), 바람직하게는 Si3N4로 제조된 반사방지층 (14,15)이 적어도 일면이 제공됨을 특징으로 하는 솔라 패널.
  14. 제 1항에 있어서, 적어도 일면에 다이아몬드 구조의 보호층(16,17)을 가짐을 특징으로 하는 솔라 패널.
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