KR20120034967A - 집광 장치 및 이를 포함하는 태양 전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부; 상기 복수 개의 발광부로부터 발생되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부; 및 상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부를 포함하고, 상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 것인 집광 장치를 제공한다.

Description

집광 장치 및 이를 포함하는 태양 전지 시스템{LIGHT COLLECTING DEVICE AND SOLAR CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 기재는 집광 장치 및 이를 포함하는 태양 전지 시스템에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것이다. 태양 전지는 기본적으로 PN 접합으로 구성된 다이오드로서, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.
태양전지는 광흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘 태양 전지, 광흡수층으로 CIGS(CuInGaSe2), CIS(CuInSe2) 또는 CGS(CuGaSe2)를 이용하는 화합물 박막 태양 전지, Ⅲ-Ⅴ족 태양 전지, 염료감응 태양 전지, 유기 태양 전지 등으로 구분할 수 있다.
현재 이들 태양 전지의 효율 및 생산성을 개선하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 집광 효율 및 경제성이 우수한 집광 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 상기 집광 장치를 포함하는 태양 전지 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 집광 장치는 서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부; 상기 복수 개의 발광부로부터 발생되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부; 및 상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부를 포함한다. 이때, 상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시킨다.
상기 발광부는 각각 수광면에 형성되어 있는 제1 반사층, 그리고 상기 수광면 및 상기 혼광부와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제2 반사층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 반사층은 상기 발광단에서 발생시키는 파장의 빛을 반사시킬 수 있고, 상기 제2 반사층은 상기 발광단에서 발생시키는 빛의 파장 이하의 파장의 빛을 반사시킬 수 있다.
상기 발광단은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 형광체는 (Ce,Tb)MgAl11O19, Y2O3:Eu(Ⅲ), SrB4O7:Eu, La2O2S:Eu, (Ba,Sr)2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, 3(Ba,Mg)Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, ZnS:Cu 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점은 코어/쉘 구조를 포함할 수 있으며, 상기 코어/쉘 구조는 (Ⅱ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅱ-Ⅵ족 화합물), (Ⅲ-Ⅴ족 화합물)/(Ⅲ-Ⅴ족 화합물), (Ⅳ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅳ-Ⅵ족 화합물) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 발광부에서 발생시키는 빛은 약 300 nm 내지 약 2000 nm의 파장을 가질 수 있다.
상기 혼광부는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 발광부와 상기 혼광부가 이루는 각도는 약 30° 내지 약 75°일 수 있다.
상기 집광부는 유리(glass), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA), 실리콘(silicone), 에폭시 수지(epoxy resin) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 발광부로부터 상기 혼광부로 향하는 통로의 면적과 상기 집광부의 면적은 약 2:1 내지 약 5:1의 비율을 가질 수 있다.
상기 집광 장치는 내부가 투명물질로 채워져 있을 수 있으며, 상기 투명물질은 유리, 폴리메틸메타크릴레이트, 실리콘, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 태양 전지 시스템은 서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부; 상기 복수 개의 발광부로부터 발생되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부; 상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부; 및 상기 집광부에 모인 빛을 사용하는 다접합(multi junction) 태양 전지를 포함한다. 이때, 상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키고, 상기 다접합 태양 전지는 복수 개의 광활성층을 포함한다.
상기 다접합 태양 전지의 수광면은 상기 집광부에 인접해 있을 수 있다.
상기 다접합 태양 전지에 포함되는 광활성층의 개수는 상기 발광부의 개수와 동일할 수 있다.
상기 다접합 태양 전지는 Ⅲ-V족 태양 전지일 수 있다.
기타 본 발명의 측면들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
집광 효율 및 경제성이 우수한 집광 장치 및 이를 포함하는 태양 전지 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 집광 장치를 포함하는 태양 전지 시스템을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 집광 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 상기 도 3의 집광 장치를 포함하는 태양 전지 시스템을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템에 포함되는 다접합 태양 전지를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 기판 등의 부분이 다른 구성요소 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치는 서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부; 상기 복수 개의 발광부로부터 유도되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부; 및 상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부를 포함한다. 이때, 상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시킨다.
상기 집광 장치는 상기 발광부 및 상기 혼광부를 포함함으로써, 집광 효율을 높일 수 있고, 집광초점을 맞추기 위해 직사광선을 트래킹(tracking)할 필요가 없어 경제성을 개선할 수 있다.
상기 발광부에서는 약 300 nm 내지 약 2000 nm의 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.
상기 발광부에 포함되는 발광단은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 형광체는 (Ce,Tb)MgAl11O19, Y2O3:Eu(Ⅲ), SrB4O7:Eu, La2O2S:Eu, (Ba,Sr)2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, 3(Ba,Mg)Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, ZnS:Cu 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 발생시키고자 하는 빛의 파장에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 발생시키고자 하는 빛의 파장에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 또한 발생시키고자 하는 빛의 파장에 따라 상기 양자점의 크기를 조절하여 사용할 수도 있다.
먼저 도 1을 참고하여 본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치(100)를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치(100)를 도시한 단면도이다.
이하에서는 제1 발광부 중 빛을 받는 측을 전면(front side)이라 하고, 제1 발광부의 전면의 반대측을 후면(rear side)이라고 한다. 또한 이하에서는 설명의 편의상 제1 발광부를 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치(100)는 제1 발광부(110)를 포함한다.
상기 제1 발광부(110)는 제1 발광단(130)을 포함하여 특정 파장의 빛을 발생시킨다. 구체적으로 상기 제1 발광부(110)는 단파장의 빛을 발생시킬 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 300 nm 내지 약 650 nm의 파장을 가지는 빛을 발생시킬 수 있다. 상기 제1 발광부(110)는 상기 제1 발광단(130)에서 발생한 빛을 혼광부(150)로 전달한다.
상기 제1 발광단(130)은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제1 발광단(130)에 포함되는 형광체는 (Ce,Tb)MgAl11O19, Y2O3:Eu(Ⅲ), SrB4O7:Eu, La2O2S:Eu, (Ba,Sr)2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, 3(Ba,Mg)Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, ZnS:Cu 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양자점은 코어/쉘 구조를 포함할 수 있고, 상기 코어/쉘 구조는 (Ⅱ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅱ-Ⅵ족 화합물), (Ⅲ-Ⅴ족 화합물)/(Ⅲ-Ⅴ족 화합물), (Ⅳ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅳ-Ⅵ족 화합물), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제1 발광단(130)에 포함되는 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 양자점의 크기를 조절하여 상기 제1 발광단(130)에서 발생시키는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
상기 제1 발광부(110)는 빛을 받는 면(수광면)에 형성되어 있는 제1 발광부의 전면(front side) 반사층(111), 그리고 상기 빛을 받는 면 및 상기 혼광부(150)와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제1 발광부의 후면(rear side) 반사층(113)을 포함할 수 있다.
상기 제1 발광부의 전면 반사층(111)은 상기 제1 발광단(130)에서 발생된 파장의 빛은 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제1 발광단(130)에서 발생된 파장의 빛을 효과적으로 혼광부(150)로 전달할 수 있으며, 동시에 상기 제1 발광단(130)에서 발생된 파장의 빛 이외의 빛이 발광부로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(100)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제1 발광부의 전면 반사층(111)은 실리콘 산화물(silicon oxide), 실리콘 질화물(silicon nitride), 티타늄 산화물(titanium oxide), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제1 발광부의 전면 반사층(111)을 소정의 분포 브래그 반사기(distributed bragg reflector, DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제1 발광부의 후면 반사층(113)은 상기 제1 발광단(130)에서 발생된 빛의 파장 이하의 빛을 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제1 발광부의 전면 반사층(111)을 투과한 빛 중, 상기 제1 발광단(130)이 흡수할 수 있는 빛을 반사하여 상기 제1 발광단(130)에서 발생시킬 수 있는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 또한 상기 제1 발광단(130)에서 발생된 빛의 파장보다 큰 파장을 가지는 빛이 제2 발광부(120)로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(100)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제1 발광부의 후면 반사층(113)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제1 발광부의 후면 반사층(113)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제1 발광부(110)는 내부가 투명물질로 채워져 있을 수 있다. 상기 투명물질은 빛을 흡수, 방출 및 굴절시키지 않고, 빛을 통과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제1 발광부(110)에서, 빛이 상기 제1 발광단(130) 이외의 물질에 흡수되는 것을 방지할 수 있고 원하는 파장의 빛을 효과적으로 발생시킬 수 있다.
구체적으로 상기 투명물질은 유리(glass), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 실리콘(silicone), 에폭시 수지(epoxy resin), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 발광부(110)의 후면에는 제2 발광부(120)가 형성되어 있다.
상기 제2 발광부(120)는 제2 발광단(140)을 포함하여 특정 파장의 빛을 발생시킨다. 구체적으로 상기 제2 발광부(120)는 장파장의 빛을 발생시킬 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 650 nm 내지 약 2000 nm의 파장을 가지는 빛을 발생시킬 수 있다. 상기 제2 발광부(120)는 상기 제2 발광단(140)에서 발생한 빛을 혼광부(150)로 전달한다.
상기 제2 발광단(140)은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제2 발광단(140)에 포함되는 형광체는 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, Mg5As2O11:Mn, 3.5MgOㆍ0.5MgF2ㆍGeO2:Mn 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 양자점에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
구체적으로는 상기 제2 발광단(140)에 포함되는 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 양자점의 크기를 조절하여 상기 제2 발광단(140)에서 발생시키는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
상기 제2 발광부(120)는 상기 제1 발광부(110)과 인접한 면에 형성되어 있는 제2 발광부의 전면 반사층(121), 그리고 상기 제1 발광부(110)과 인접한 면 및 상기 혼광부(150)와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제2 발광부의 후면 반사층(123)을 포함할 수 있다.
상기 제2 발광부의 전면 반사층(121)은 상기 제2 발광단(140)에서 발생된 파장의 빛은 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제2 발광단(140)에서 발생된 파장의 빛을 효과적으로 혼광부(150)로 전달할 수 있으며, 동시에 상기 제2 발광단(140)에서 발생된 파장의 빛 이외의 빛이 발광부로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(100)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제2 발광부의 전면 반사층(121)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제2 발광부의 전면 반사층(121)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제2 발광부의 후면 반사층(123)은 상기 제2 발광단(140)에서 발생된 빛의 파장 이하의 빛을 반사시킬 수 있다. 이로써, 상기 제2 발광부의 전면 반사층(121)을 투과한 빛 중, 상기 제2 발광단(140)이 흡수할 수 있는 빛을 반사하여 상기 제2 발광단(140)에서 발생시킬 수 있는 빛의 양을 증가시킬 수 있고, 상기 집광 장치(100)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제2 발광부의 후면 반사층(123)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제2 발광부의 후면 반사층(123)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제2 발광부(120)는 내부가 투명물질로 채워져 있을 수 있다. 상기 투명물질은 빛을 흡수, 방출 및 굴절시키지 않고, 빛을 통과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제2 발광부(120)에서, 빛이 상기 제2 발광단(140) 이외의 물질에 흡수되는 것을 방지할 수 있고 원하는 파장의 빛을 효과적으로 발생시킬 수 있다.
상기 투명물질의 예에 대하여는 상술한 바와 같다.
상기 제1 발광부(110) 및 상기 제2 발광부(120)의 측면에는 혼광부(150)가 연결되어 있다. 상기 혼광부(150)는 평면 또는 곡면 구조를 가질 수 있다. 도 1에서 상기 혼광부(150)는 상기 제1 발광부(110) 및 상기 제2 발광부(120)의 측면 모두에 연결되어 4개가 형성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 혼광부(150)는 적어도 1개가 형성되어 있으면 원하는 효과를 달성할 수 있다.
상기 혼광부(150)는 상기 제1 발광부(110) 및 상기 제2 발광부(120)에서 발생된 빛을 혼합하여 반사한다.
상기 혼광부(150)는 빛을 흡수하지 않고 전부 반사할 수 있는 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 발광부(110) 또는 상기 제2 발광부(120)와, 상기 혼광부(150)가 이루는 각도(θ)는 약 30° 내지 약 75°일 수 있다. 상기 제1 발광부(110) 또는 상기 제2 발광부(120)와, 상기 혼광부(150)가 이루는 각도(θ)가 상기 범위 내인 경우, 더 많은 빛을 집광부(160)에 집광할 수 있다. 구체적으로는 상기 제1 발광부(110) 또는 상기 제2 발광부(120)와, 상기 혼광부(150)가 이루는 각도(θ)는 약 45° 내지 약 60°일 수 있다.
상기 혼광부(150) 사이에는 집광부(160)가 형성되어 있다. 도 1에서 상기 집광부(160)는 상기 혼광부(150) 사이에 형성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 혼광부(150)가 1개인 경우 상기 집광부(160)는 상기 혼광부(150)와, 상기 제1 발광부(110) 또는 상기 제2 발광부(120) 사이에 형성되어 있을 수도 있다.
상기 집광부(160)는 상기 혼광부(150)로부터 반사된 빛을 모은다. 이로써, 상기 집광 장치(100)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 집광부(160)는 빛을 반사하지 않고 전부 통과시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 유리, 폴리메틸메타크릴레이트, 실리콘, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 발광부(110) 및 상기 제2 발광부(120)로부터 상기 혼광부(150)로 연결된 통로의 면적과 상기 집광부(160)의 면적은 약 2:1 내지 약 5:1의 비율을 가질 수 있다. 상기 제1 발광부(110) 및 상기 제2 발광부(120)로부터 상기 혼광부(150)로 연결된 통로의 면적과 상기 집광부(160)의 면적의 비가 상기 범위 내인 경우, 광학효율저하를 최소화하여 집광을 효과적으로 수행할 수 있다. 구체적으로는 상기 제1 발광부(110) 및 상기 제2 발광부(120)로부터 상기 혼광부(150)로 연결된 통로의 면적과 상기 집광부(160)의 면적은 약 2:1 내지 약 3:1의 비율을 가질 수 있다.
상기 집광 장치(100)의 내부는 투명물질로 채워질 수 있다. 이로 인한 장점 및 상기 투명물질의 구체예에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 집광 장치는 플렉서블한(flexible) 재료를 선택적으로 사용하여 플렉서블하게 만들 수도 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템은 서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부; 상기 복수 개의 발광부로부터 유도되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부; 상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부; 및 상기 집광부에 모인 빛을 사용하는 다접합(multi junction) 태양 전지를 포함한다. 이때, 상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키고, 상기 다접합 태양 전지는 복수 개의 광활성층을 포함한다.
이어서, 도 2를 참고하여 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템(200)을 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템(200)을 도시한 단면도이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템(200)은 제1 발광부(210), 상기 제1 발광부(210)의 후면에 형성되어 있는 제2 발광부(220), 상기 제1 발광부(210) 및 상기 제2 발광부(220)와 연결되어 있는 혼광부(250), 상기 혼광부 사이에 형성되어 있는 집광부(260), 그리고 상기 집광부(260)에 인접하여 형성되어 있는 다접합 태양 전지(270)을 포함한다.
상기 제1 발광부(210)는 제1 발광단(230), 제1 발광부의 전면 반사층(211) 및 제1 발광부의 후면 반사층(213)을 포함하고, 상기 제2 발광부(220)는 제2 발광단(240), 제2 발광부의 전면 반사층(221) 및 제2 발광부의 후면 반사층(223)을 포함한다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 제1 발광부, 상기 제1 발광단, 상기 제1 발광부의 전면 반사층, 상기 제1 발광부의 후면 반사층, 상기 제2 발광부, 상기 제2 발광단, 상기 제2 발광부의 전면 반사층, 상기 제2 발광부의 후면 반사층, 상기 혼광부, 상기 집광부 및 이들을 포함하는 집광 장치에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 태양 전지 시스템(200)은 상기 제1 발광부(210), 상기 제2 발광부(220), 상기 혼광부(250) 및 상기 집광부(260)를 포함함으로써, 다양한 파장을 가지는 빛을 효과적으로 상기 다접합 태양 전지(270)에 전달할 수 있다. 이로써, 상기 태양 전지 시스템(200)의 광전변환효율을 개선할 수 있다.
상기 다접합 태양 전지(270)는 상기 집광부(260)에 수집된 서로 상이한 파장의 빛을 모두 이용할 수 있도록, 흡수하는 파장 영역이 다른 복수 개의 광활성층을 포함하고 있다. 이로써, 상기 태양 전지 시스템(200)의 광전변환효율을 개선할 수 있다.
예를 들어, 상기 다접합 태양 전지(270)는 2개의 광활성층을 포함할 수 있으며, 상기 집광부(260)와 가까운 쪽에는 650 nm 이하의 빛을 흡수할 수 있는 광활성층을 배치하고, 상기 집광부(260)와 먼 쪽에는 2000 nm 이하의 빛을 흡수할 수 있는 광활성층을 배치할 수 있다.
상기 다접합 태양 전지(270)에 대한 상세한 내용은 후술한다.
상기 태양 전지 시스템은 플렉서블한(flexible) 재료를 선택적으로 사용하여 플렉서블하게 만들 수도 있다.
이어서, 도 3을 참고하여 본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치(300)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치(300)를 도시한 단면도이다.
이하에서는 제3 발광부 중 빛을 받는 측을 전면(front side)이라 하고, 제3 발광부의 전면의 반대측을 후면(rear side)이라고 한다. 또한 이하에서는 설명의 편의상 제3 발광부를 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 집광 장치(300)는 제3 발광부(310)를 포함한다.
상기 제3 발광부(310)는 제3 발광단(340)을 포함하여 특정 파장의 빛을 발생시킨다. 구체적으로 상기 제3 발광부(310)는 단파장의 빛을 발생시킬 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 300 nm 내지 약 650 nm의 파장을 가지는 빛을 발생시킬 수 있다. 상기 제3 발광부(310)는 상기 제3 발광단(340)에서 발생한 빛을 혼광부(370)로 전달한다.
상기 제3 발광단(340)은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제3 발광단(340)에 포함되는 형광체는 (Ce,Tb)MgAl11O19, Y2O3:Eu(Ⅲ), SrB4O7:Eu, La2O2S:Eu, (Ba,Sr)2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, 3(Ba,Mg)Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, ZnS:Cu 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양자점은 코어/쉘 구조를 포함할 수 있고, 상기 코어/쉘 구조는 (Ⅱ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅱ-Ⅵ족 화합물), (Ⅲ-Ⅴ족 화합물)/(Ⅲ-Ⅴ족 화합물), (Ⅳ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅳ-Ⅵ족 화합물), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제3 발광단(340)에 포함되는 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 양자점의 크기를 조절하여 상기 제3 발광단(340)에서 발생시키는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
상기 제3 발광부(310)는 빛을 받는 면(수광면)에 형성되어 있는 제3 발광부의 전면 반사층(311), 그리고 상기 빛을 받는 면 및 상기 혼광부(370)와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제3 발광부의 후면 반사층(313)을 포함할 수 있다.
상기 제3 발광부의 전면 반사층(311)은 상기 제3 발광단(340)에서 발생된 파장의 빛은 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제3 발광단(340)에서 발생된 파장의 빛을 효과적으로 혼광부(370)로 전달할 수 있으며, 동시에 상기 제3 발광단(340)에서 발생된 파장의 빛 이외의 빛이 발광부로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(300)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제3 발광부의 전면 반사층(311)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제3 발광부의 전면 반사층(311)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제3 발광부의 후면 반사층(313)은 상기 제3 발광단(340)에서 발생된 빛의 파장 이하의 빛을 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제3 발광부의 전면 반사층(311)을 투과한 빛 중, 상기 제3 발광단(340)이 흡수할 수 있는 빛을 반사하여 상기 제3 발광단(340)에서 발생시킬 수 있는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 또한 상기 제3 발광단(340)에서 발생된 빛의 파장보다 큰 파장을 가지는 빛이 제4 발광부(320)로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(300)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제3 발광부의 후면 반사층(313)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제3 발광부의 후면 반사층(313)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제3 발광부(310)는 내부가 투명물질로 채워져 있을 수 있다. 상기 투명물질은 빛을 흡수, 방출 및 굴절시키지 않고, 빛을 통과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제3 발광부(310)에서, 빛이 상기 제3 발광단(340) 이외의 물질에 흡수되는 것을 방지할 수 있고 원하는 파장의 빛을 효과적으로 발생시킬 수 있다.
상기 투명물질의 예에 대하여는 상술한 바와 같다.
상기 제3 발광부(310)의 후면에는 제4 발광부(320)가 형성되어 있다.
상기 제4 발광부(320)는 제4 발광단(350)을 포함하여 특정 파장의 빛을 발생시킨다. 구체적으로 상기 제4 발광부(320)는 중파장의 빛을 발생시킬 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 650 nm 내지 약 1200 nm의 파장을 가지는 빛을 발생시킬 수 있다. 상기 제4 발광부(320)는 상기 제4 발광단(350)에서 발생한 빛을 혼광부(370)로 전달한다.
상기 제4 발광단(350)은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제4 발광단(350)에 포함되는 형광체는 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, Mg5As2O11:Mn, 3.5MgOㆍ0.5MgF2ㆍGeO2:Mn 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 양자점에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
구체적으로는 상기 제4 발광단(350)에 포함되는 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 양자점의 크기를 조절하여 상기 제4 발광단(350)에서 발생시키는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
상기 제4 발광부(320)는 상기 제3 발광부(310)과 인접한 면에 형성되어 있는 제4 발광부의 전면 반사층(321), 그리고 상기 제3 발광부(310)과 인접한 면 및 상기 혼광부(370)와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제4 발광부의 후면 반사층(323)을 포함할 수 있다.
상기 제4 발광부의 전면 반사층(321)은 상기 제4 발광단(350)에서 발생된 파장의 빛은 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제4 발광단(350)에서 발생된 파장의 빛을 효과적으로 혼광부(370)로 전달할 수 있으며, 동시에 상기 제4 발광단(350)에서 발생된 파장의 빛 이외의 빛이 발광부로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(300)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제4 발광부의 전면 반사층(321)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제4 발광부의 전면 반사층(321)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제4 발광부의 후면 반사층(323)은 상기 제4 발광단(350)에서 발생된 빛의 파장 이하의 빛을 반사시킬 수 있다. 이로써, 상기 제4 발광부의 전면 반사층(321)을 투과한 빛 중, 상기 제4 발광단(350)이 흡수할 수 있는 빛을 반사하여 상기 제4 발광단(350)에서 발생시킬 수 있는 빛의 양을 증가시킬 수 있고, 상기 집광 장치(300)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제4 발광부의 후면 반사층(323)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제4 발광부의 후면 반사층(323)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제4 발광부(320)는 내부가 투명물질로 채워져 있을 수 있다. 상기 투명물질은 빛을 흡수, 방출 및 굴절시키지 않고, 빛을 통과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제4 발광부(320)에서, 빛이 상기 제4 발광단(350) 이외의 물질에 흡수되는 것을 방지할 수 있고 원하는 파장의 빛을 효과적으로 발생시킬 수 있다.
상기 투명물질의 예에 대하여는 상술한 바와 같다.
상기 제4 발광부(320)의 후면에는 제5 발광부(330)가 형성되어 있다.
상기 제5 발광부(330)는 제5 발광단(360)을 포함하여 특정 파장의 빛을 발생시킨다. 구체적으로 상기 제5 발광부(330)는 장파장의 빛을 발생시킬 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 1200 nm 내지 약 2000 nm의 파장을 가지는 빛을 발생시킬 수 있다. 상기 제5 발광부(330)는 상기 제5 발광단(360)에서 발생한 빛을 혼광부(370)로 전달한다.
상기 제5 발광단(360)은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제5 발광단(360)은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함하는 양자점을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 양자점의 크기를 조절하여 상기 제5 발광단(360)에서 발생시키는 빛의 파장을 조절할 수도 있다.
상기 제5 발광부(330)는 상기 제4 발광부(320)과 인접한 면에 형성되어 있는 제5 발광부의 전면 반사층(331), 그리고 상기 제4 발광부(320)과 인접한 면 및 상기 혼광부(370)와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제5 발광부의 후면 반사층(333)을 포함할 수 있다.
상기 제5 발광부의 전면 반사층(331)은 상기 제5 발광단(360)에서 발생된 파장의 빛은 반사시키나, 그 이외의 파장의 빛은 투과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제5 발광단(360)에서 발생된 파장의 빛을 효과적으로 혼광부(370)로 전달할 수 있으며, 동시에 상기 제5 발광단(360)에서 발생된 파장의 빛 이외의 빛이 발광부로 흡수되는 것을 방해하지 않음으로써, 상기 집광 장치(300)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제5 발광부의 전면 반사층(331)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제5 발광부의 전면 반사층(331)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제5 발광부의 후면 반사층(333)은 상기 제5 발광단(360)에서 발생된 빛의 파장 이하의 빛을 반사시킬 수 있다. 이로써, 상기 제5 발광부의 전면 반사층(331)을 투과한 빛 중, 상기 제5 발광단(360)이 흡수할 수 있는 빛을 반사하여 상기 제5 발광단(360)에서 발생시킬 수 있는 빛의 양을 증가시킬 수 있고, 상기 집광 장치(300)의 집광 효율을 개선할 수 있다.
상기 제5 발광부의 후면 반사층(333)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 제5 발광부의 후면 반사층(333)을 소정의 분포 브래그 반사기(DBR) 형태로 형성하여 반사하는 빛의 파장 범위를 제어할 수도 있다.
상기 제5 발광부(330)는 내부가 투명물질로 채워져 있을 수 있다. 상기 투명물질은 빛을 흡수, 방출 및 굴절시키지 않고, 빛을 통과시킬 수 있다. 이로써, 상기 제5 발광부(330)에서, 빛이 상기 제5 발광단(360) 이외의 물질에 흡수되는 것을 방지할 수 있고 원하는 파장의 빛을 효과적으로 발생시킬 수 있다.
상기 투명물질의 예에 대하여는 상술한 바와 같다.
상기 제3 발광부(310), 상기 제4 발광부(320) 및 상기 제5 발광부(330)의 측면에는 혼광부(370)가 연결되어 있다. 도 3에서 상기 혼광부(370)는 상기 제3 발광부(310) 및 상기 제5 발광부(330)의 측면 모두에 연결되어 4개가 형성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 혼광부(370)는 적어도 1개가 형성되어 있으면 원하는 효과를 달성할 수 있다.
상기 혼광부(370)는 상기 제3 발광부(310), 상기 제4 발광부(320) 및 상기 제5 발광부(330)에서 발생된 빛을 혼합하여 반사한다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 혼광부에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 제3 발광부(310) 또는 상기 제5 발광부(330)와, 상기 혼광부(370)가 이루는 각도(θ)는 약 30° 내지 약 75°일 수 있다. 상기 제3 발광부(310) 또는 상기 제5 발광부(330)와, 상기 혼광부(370)가 이루는 각도(θ)가 상기 범위 내인 경우, 더 많은 빛을 집광부(380)에 집광할 수 있다. 구체적으로는 상기 제3 발광부(310) 또는 상기 제5 발광부(330)와, 상기 혼광부(370)가 이루는 각도(θ)는 약 45° 내지 약 60°일 수 있다.
상기 혼광부(370) 사이에는 집광부(380)가 형성되어 있다. 도 3에서 상기 집광부(380)는 상기 혼광부(370) 사이에 형성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 혼광부(370)가 1개인 경우 상기 집광부(380)는 상기 혼광부(370)와, 상기 제3 발광부(310) 또는 상기 제5 발광부(330) 사이에 형성되어 있을 수도 있다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 집광부에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 제3 발광부(310), 상기 제4 발광부(320) 및 상기 제5 발광부(330)로부터 상기 혼광부(370)로 연결된 통로의 면적과 상기 집광부(380)의 면적은 약 2:1 내지 약 5:1의 비율을 가질 수 있다. 상기 제3 발광부(310), 상기 제4 발광부(320) 및 상기 제5 발광부(330)로부터 상기 혼광부(370)로 연결된 통로의 면적과 상기 집광부(380)의 면적의 비가 상기 범위 내인 경우, 광학효율저하를 최소화하여 집광을 효과적으로 수행할 수 있다. 구체적으로는 상기 제3 발광부(310), 상기 제4 발광부(320) 및 상기 제5 발광부(330)로부터 상기 혼광부(370)로 연결된 통로의 면적과 상기 집광부(380)의 면적은 약 2:1 내지 약 3:1의 비율을 가질 수 있다.
상기 집광 장치(300)의 내부는 투명물질로 채워질 수 있다. 이로 인한 장점 및 상기 투명물질의 구체예에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 집광 장치는 플렉서블한 재료를 선택적으로 사용하여 플렉서블하게 만들 수도 있다.
이어서, 도 4를 참고하여 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템(400)을 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템(400)을 도시한 단면도이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템(400)은 제3 발광부(410), 상기 제3 발광부(410)의 후면에 형성되어 있는 제4 발광부(420), 상기 제4 발광부(420)의 후면에 형성되어 있는 제5 발광부(430), 상기 제3 발광부(410) 및 상기 제5 발광부(430)와 연결되어 있는 혼광부(470), 상기 혼광부 사이에 형성되어 있는 집광부(480), 그리고 상기 집광부(480)에 인접하여 형성되어 있는 다접합 태양 전지(490)을 포함한다.
상기 제3 발광부(410)는 제3 발광단(440), 제3 발광부의 전면 반사층(411) 및 제3 발광부의 후면 반사층(413)을 포함하고, 상기 제4 발광부(420)는 제4 발광단(450), 제4 발광부의 전면 반사층(421) 및 제4 발광부의 후면 반사층(423)을 포함하고, 상기 제5 발광부(430)는 제5 발광단(460), 제5 발광부의 전면 반사층(431) 및 제5 발광부의 후면 반사층(433)을 포함한다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 상기 제3 발광부, 상기 제3 발광단, 상기 제3 발광부의 전면 반사층, 상기 제3 발광부의 후면 반사층, 상기 제4 발광부, 상기 제4 발광단, 상기 제4 발광부의 전면 반사층, 상기 제4 발광부의 후면 반사층, 상기 제5 발광부, 상기 제5 발광단, 상기 제5 발광부의 전면 반사층, 상기 제5 발광부의 후면 반사층, 상기 혼광부, 상기 집광부 및 이들을 포함하는 집광 장치에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 태양 전지 시스템(400)은 상기 제3 발광부(410), 상기 제4 발광부(420), 상기 제5 발광부(430), 상기 혼광부(470) 및 상기 집광부(480)를 포함함으로써, 다양한 파장을 가지는 빛을 효과적으로 상기 다접합 태양 전지(490)에 전달할 수 있다. 이로써, 상기 태양 전지 시스템(400)의 광전변환효율을 개선할 수 있다.
상기 다접합 태양 전지(490)은 상기 집광부(480)에 수집된 서로 상이한 파장의 빛을 모두 이용할 수 있도록, 흡수하는 파장 영역이 다른 복수 개의 광활성을 포함하고 있다. 이로써, 상기 태양 전지 시스템(400)의 광전변환효율을 개선할 수 있다.
예를 들어, 상기 다접합 태양 전지(490)는 3개의 광활성층을 포함할 수 있으며, 상기 집광부(380)와 가까운 쪽에는 650 nm 이하의 빛을 흡수할 수 있는 광활성층을 배치하고, 중간에는 1200 nm 이하의 빛을 흡수할 수 있는 광활성층을 배치하고, 상기 집광부(380)와 먼 쪽에는 2000 nm 이하의 빛을 흡수할 수 있는 광활성층을 배치할 수 있다.
상기 다접합 태양 전지(490)에 대한 상세한 내용은 후술한다.
도 1 및 도 2에서 발광부가 2개인 경우를 예시하였고, 도 3 및 도 4에서는 발광부가 3개인 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며 발광부의 개수를 4개 이상 포함하는 발광 장치 및 태양 전지 시스템도 형성할 수 있다.
이어서, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템에 포함되는 다접합 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 5를 참고하여 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템에 포함되는 다접합 태양 전지에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 태양 전지 시스템에 포함되는 다접합 태양 전지(500)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하에서는 기판 중 빛을 받는 측을 전면(front side)이라 하고, 기판의 전면의 반대측을 후면(rear side)이라고 한다. 또한 이하에서는 설명의 편의상 기판을 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 다접합 태양 전지는 빛을 받는 측에 가까울수록 짧은 파장을 흡수하는 광활성층이 배치되도록 형성할 수 있다.
도 5를 참고하면, 아연(Zn)과 같은 Ⅱb족 화합물로 도핑된 GaAs와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 포함하는 기판(520)의 후면 전극(510)이 형성되어 있다. 상기 후면 전극(510)은 금(Au)과 같은 금속을 스퍼터링하여 형성할 수 있다.
상기 기판(520) 위에 제1 광활성층(530)이 형성되어 있다.
도 5을 참고하면, 상기 제1 활성층(530)은 제1 불순물 도핑층(531), 진성층(intrinsic layer)(532) 및 제2 불순물 도핑층(533)을 포함한다. 제1 불순물 도핑층(531)은 예컨대 p형 불순물이 도핑된 GaAs로 만들어질 수 있고, 제2 불순물 도핑층(533)은 예컨대 n형 불순물이 도핑된 GaAs로 만들어질 수 있다. 이때, 상기 p형 불순물은 아연(Zn), 카드뮴(Cd)과 같은 Ⅱb족 화합물일 수 있고, 상기 n형 불순물은 실리콘(Si)과 같은 Ⅳ족 화합물, 또는 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)와 같은 Ⅵ족 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. p형 불순물의 종류 및 n형 불순물의 종류는 광활성층의 종류에 따라 달라질 수 있다.
상기 진성층(532)은 예컨대 진성 GaAs로 만들어질 수 있다. 진성층(532)은 빛을 흡수하여 전자와 정공과 같은 전하를 생성할 수 있으며, 이때 약 700 nm 내지 약 900 nm 범위의 장파장 빛을 흡수할 수 있다.
상기 제1 불순물 도핑층(531) 및 상기 제2 불순물 도핑층(533)은 내부 전기장을 형성하여 상기 진성층(532)에서 생성된 전하를 분리시킬 수 있다.
상기 제1 활성층(530) 위에는 중간층(interlayer)(540)이 형성되어 있다.
상기 중간층(540)은 터널정션(tunnel junction)으로 제1 활성층(130)과 제2 활성층(150) 사이에 위치하여 이들을 전기적으로 접합해주는 역할을 한다.
상기 중간층(540)은 일부 파장 영역의 빛은 투과하고 일부 파장 영역의 빛은 반사시키는 선택적 광 투과 물질로 만들어질 수 있다. 상기 중간층(540)을 형성하는 물질을 적절히 선택하는 경우, 제1 광활성층(530) 및 제2 광활성(550)에서의 광 흡수량을 높일 수 있어, 이를 포함하는 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다.
상기 중간층(540) 위에는 제2 활성층(550)이 형성되어 있다.
도 5을 참고하면, 상기 제2 활성층(550) 또한 상기 제1 활성층(530)과 마찬가지로, 제3 불순물 도핑층(551), 진성층(552) 및 제4 불순물 도핑층(553)을 포함한다. 상기 제3 불순물 도핑층(551)은 예컨대 p형 불순물이 도핑된 InGaP로 만들어질 수 있고, 상기 제4 불순물 도핑층(553)은 예컨대 n형 불순물이 도핑된 InGaP로 만들어질 수 있다. 상기 p형 불순물 및 상기 n형 불순물에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 제2 활성층(550)의 진성층(552)은 예컨대 진성 InGaP로 만들어질 수 있으며, 상기 제1 활성층(530)의 진성층(532)과 다른 파장 범위의 빛을 흡수할 수 있다. 상기 진성층(552)은 예컨대 약 300 nm 내지 약 700 nm 범위의 단파장 빛을 흡수할 수 있다.
상기 제2 활성층(550) 위에는 전면 전극(560)이 형성되어 있다. 전면 전극(560)은 예컨대 금(Au)과 같은 금속을 스크린 인쇄하여 형성할 수 있다.
도 5에서 다접합 태양 전지로서 2개의 광활성층을 포함하는 Ⅲ-V족 태양 전지를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다른 물질을 사용한 Ⅲ-V족 태양 전지, 다른 형태의 Ⅲ-V족 태양 전지, 실리콘 태양 전지, 화합물 박막 태양 전지, 염료감응 태양 전지, 유기 태양 전지 등도 사용할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
100: 300: 집광 장치, 200, 400: 태양 전지 시스템,
500: 다접합 태양 전지

Claims (18)

  1. 서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부;
    상기 복수 개의 발광부로부터 발생되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부; 및
    상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 것인 집광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는 각각 수광면에 형성되어 있는 제1 반사층, 그리고 상기 수광면 및 상기 혼광부와 연결되는 통로 이외의 영역에 형성되어 있는 제2 반사층을 포함하며,
    상기 제1 반사층은 상기 발광단에서 발생된 파장의 빛을 반사시키고,
    상기 제2 반사층은 상기 발광단에서 발생된 빛의 파장 이하의 파장의 빛을 반사시키는 것인 집광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광단은 형광체, 양자점 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 형광체는 (Ce,Tb)MgAl11O19, Y2O3:Eu(Ⅲ), SrB4O7:Eu, La2O2S:Eu, (Ba,Sr)2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, 3(Ba,Mg)Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, ZnS:Cu 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 양자점은 코어/쉘 구조를 포함하는 것인 집광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양자점의 코어/쉘 구조는 (Ⅱ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅱ-Ⅵ족 화합물), (Ⅲ-Ⅴ족 화합물)/(Ⅲ-Ⅴ족 화합물), (Ⅳ-Ⅵ족 화합물)/(Ⅳ-Ⅵ족 화합물), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnTe/ZnS, CdS/HgS, CdS/ZnS 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광부에서 발생시키는 빛은 300 nm 내지 2000 nm의 파장을 가지는 것인 집광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 혼광부는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광부와 상기 혼광부가 이루는 각도는 30° 내지 75°인 것인 집광 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 집광부는 유리(glass), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate, PMMA), 실리콘(silicone), 에폭시 수지(epoxy resin) 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광부로부터 상기 혼광부로 향하는 통로의 면적과 상기 집광부의 면적은 2:1 내지 5:1의 비율을 가지는 것인 집광 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 집광 장치는 내부가 투명물질로 채워져 있는 것인 집광 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투명물질은 유리, 폴리메틸메타크릴레이트, 실리콘, 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 집광 장치.
  15. 서로 분리되어 있는 복수 개의 발광부;
    상기 복수 개의 발광부로부터 발생되는 빛을 혼합하여 반사하는 혼광부;
    상기 혼광부로부터 반사된 빛을 모으는 집광부; 및
    상기 집광부에 모인 빛을 사용하는 다접합(multi junction) 태양 전지
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 발광부는 각각 서로 상이한 발광단을 포함하여 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키고,
    상기 다접합 태양 전지는 복수 개의 광활성층을 포함하는 것인 태양 전지 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다접합 태양 전지의 수광면은 상기 집광부에 인접해 있는 것인 태양 전지 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 다접합 태양 전지에 포함되는 광활성층의 개수는 상기 발광부의 개수와 동일한 것인 태양 전지 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 다접합 태양 전지는 Ⅲ-V족 태양 전지인 것인 태양 전지 시스템.
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