KR20120104237A - 전기 연결부를 포함하며 광학적 기능을 갖춘 광기전성 모듈 - Google Patents

전기 연결부를 포함하며 광학적 기능을 갖춘 광기전성 모듈 Download PDF

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Abstract

광기전성 모듈은 전기 도체를 포함하는 연결 수단(3)을 통해 전기적으로 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 광전지(2)를 포함한다. 각각의 연결 수단(3)은 반사-회절 또는 투과-회절 유형의 광학적 거동을 갖춘 광학 장치를 포함하며, 또한 각각의 연결 수단(3)은 전기 도체 와이어(30)로 이루어진 적어도 하나의 망(network)을 내포하며 입사 광선에 대해 투명성을 갖는 재료로 형성되는 시트(sheet)로 구성된다.

Description

전기 연결부를 포함하며 광학적 기능을 갖춘 광기전성 모듈{PHOTOVOLTAIC MODULE COMPRISING AN ELECTRICAL CONNECTION AND HAVING AN OPTICAL FUNCTION}
본 발명은 입사 광선으로부터 얻은 광자를 전기 에너지로 변환할 수 있는 광기전성 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명은 광기전성 모듈 및 이러한 모듈에 포함된 광전지 사이의 연결부에 관한 것이다.
개괄적으로 말하자면, 광기전성 모듈은 각기 전면(20)과 후면(21)을 구비하는 복수 개의 광전지(2)에 의해 형성된다. 광전지(2)는 단면형으로, 다시 말해, 하나의 활성 표면만을 구비할 수도 있으며, 또는 양면형으로, 다시 말해, 활성 전면과 활성 후면을 구비할 수도 있고, 각각의 활성 표면은 활성 표면상으로 조사되는 입사 광선으로부터 광자를 포획하여 이들 광자를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광전지(2)는 광전지 사이의 분리 간극을 구비하도록 배열되며, 하나의 광전지의 전면(20)으로부터 인접한 광전지의 후면(21)으로 연장하는 연결 수단(3)을 통해 서로 전기적으로 직렬로 연결되어 있다.
광전지 사이의 이러한 전기적 연결 방식은, 연결 수단에 의해 야기되는 변형을 고려할 때, 최적의 방안은 아니다. 이러한 연결 수단을 이용한 장치는 광전지를 서로 분리시키기 위한 상당한 크기의 간극을 제공할 것을 필요로 함에 따라, 결과적으로 생성되는 패널의 활성 표면이 줄어들게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 평면형 연결부의 실시가 제안되어 왔지만, 여전히 광전지의 전면 중 일부에서 상기 문제점이 나타나고 있다. 그 외에도, 광전지 사이의 분리 간극을 여전히 필요로 한다는 문제가 있다.
이러한 문맥에서, 본 발명의 목적은 전술한 제약으로부터 자유로운 다른 유형의 광기전성 모듈을 제안하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 주어진 장치 또는 모듈 표면의 전기 효율을 개선할 수 있는 광기전성 모듈을 제안하는 것이다.
본 발명은 전기 도체를 포함하는 연결 수단을 통해 전기적으로 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 광전지를 포함하는 광기전성 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 각각의 연결 수단은 반사-회절 또는 투과-회절 유형의 광학적 거동을 갖춘 광학 장치를 포함한다. 또한, 본 발명에 따르면, 각각의 연결 수단은 전기 도체 와이어로 이루어진 적어도 하나의 망(network)을 내포하면서 입사 광선에 대해 투명성을 갖는 재료로 형성되는 시트(sheet)로 구성된다.
다시 말해, 본 발명은 광전지 사이의 전기 연결부를 광학 장치로서 사용하는 것을 특징으로 한다. 광학 장치에 의해 반사되어 다시 되돌아온 광선은 특히, 광전지의 전기 효율을 증대시키도록 사용될 수도 있다. 따라서, 연결부가 광전지의 활성 표면 중 일부를 차지함으로 인해 해당 표면의 효율 손실이 야기되는 것이 일반적이지만, 본 발명은 특이하게, 광자를 광전지로 복귀시켜 활성 표면의 손실을 보상하기 위하여 이러한 "손실" 표면을 증가시키면서 해당 표면에 광학적 기능을 부여하는 방안을 채택하고 있다.
또한, 상기 광학 장치는, 예를 들어, 투명성 및 회절성과 같은 다양한 광학적 기능을 동시에 갖출 수도 있다.
유리하게는, 각각의 광전지의 전면은 인접한 광전지의 전면에 연결되며, 상기 광전지의 후면은 다른 인접한 광전지의 후면에 연결된다.
따라서, 전기 연결부가 평면형으로 형성됨에 따라, 제조 방법이 간단해진다.
바람직하게는, 각각의 연결 수단은 입사광의 광자 중 일부 또는 전부를 통과시키기에 적당한 광학적 거동을 추가로 갖추고 있다. 예를 들어, 연결 수단은 일부 파장에 대해 투명성을 나타낼 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도체 와이어로 이루어진 망은 두 개의 상호 연결된 인접한 광전지 사이에서 전류 유동 방향과 직교하는 방향으로 회절 광선을 전달할 수 있는 구조를 갖추고 있다.
각각의 광전지는 활성 전면과 활성 후면을 구비할 수도 있으며, 광기전성 모듈은 광전지의 후면과 대향하게 배치되는 후방 판을 추가로 포함할 수도 있고, 상기 후방 판은 광전지의 후면을 향해 입사광의 광자를 전달할 수 있는 반사 영역을 구비한다.
예를 들어, 상기 후방 판은 입사 광선 중 일부 또는 전부를 통과시킬 수 있는 영역을 추가로 구비할 수도 있다. 상기 후방 판은 투명한 재료로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 광전지 사이의 전기 연결 수단이 입사 광선에 대하여 소정의 광학적 거동을 갖춤으로써 광기전성 모듈의 전기 효율을 개선하는 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 기타 다른 특징 및 장점이 첨부 도면을 참조하여 아래의 정보 제공 목적 및 비제한적인 예로서 주어진 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명확해질 것이다:
도 1은 종래 기술에 따른 광전지를 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 갖춘 전기 연결 수단을 포함하는 광기전성 모듈을 개략적으로 나타낸 부분 평면도;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 구조를 갖춘 전기 연결 수단을 포함하는 광기전성 모듈을 개략적으로 나타낸 부분 평면도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 연결 수단의 다른 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 연결 수단의 다른 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전성 모듈을 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 7은 도 6의 광기전성 모듈을 개략적으로 나타낸 부분 평면도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 수단이 제공된 후방 판을 포함하는 광기전성 모듈을 개략적으로 나타낸 부분 단면도;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 수단이 제공된 후방 판을 포함하는 광기전성 모듈을 개략적으로 나타낸 부분 단면도.
본 발명에 따르면, 광기전성 모듈(1)은 광학적 거동을 갖춘 연결 수단(3)을 통해 전기적으로 직렬로 연결되는 복수 개의 광전지(2)를 포함한다. 이 경우, 각각의 연결 수단(3)은 입사 광선에 대해 투명성 또는 반투명성을 갖는 재료로 형성되면서, 예를 들어, 나노미터 치수의 도체 와이어(30)를 내포하는 시트(sheet)로 구성된다.
상기 광학적 거동이란 반사-회절 또는 투과-회절 유형일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 2를 참조하면, 연결 수단(3)의 도체 와이어(30)는 서로 평행하면서 전류 유동 방향(I)에 평행한 방향으로 간격을 두고 배치된다. 도체 와이어 사이의 분리 간극으로 인해, 전기 연결 수단(3)은 입사 광선용 회절망(diffraction network)과 같이 거동한다. 회절 광선(4)은 도체 와이어 또는 전류 유동 방향(I)과 직교하는 방향으로 전달된다. 본 실시예에서, 광전지가 차지하고 있는 표면 대 연결 수단이 차지하고 있는 표면의 비율이 1의 값과 맞먹을 수도 있다.
이러한 구조는 알루미늄, 구리 또는 은과 같은 도체 금속으로 이루어진 박막이 피복되어 있는 투명한 고분자 시트를 에칭하여 형성될 수도 있다. 도체 와이어는 또한, 고분자 시트에 전도성 잉크를 인쇄하여 얻어질 수도 있다.
다른 기술적 해결 방안에 따르면, 전기 전도성 재료가 채용되어, 이러한 재료의 표면을 소정의 구조로 형성함으로써 재료에 광학 특성이 부여된다. 따라서, 이러한 구조의 형태, 이격 거리, 그리고 반복 정도에 따라, 재료의 표면이 회절망의 역할을 수행하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결 수단(3)의 도체 와이어(30)가 이른바 생선뼈 패턴으로 배열된다. 다시 말해, 연결 수단은 네 개의 도체 와이어 그룹을 포함한다:
- 서로 평행하게 배열되며, 전류 유동 방향(I)에 대해 45°의 각도로 배향되는 제 1 도체 와이어 그룹(301)과;
- 전류 유동 방향(I)과 직교하며 광전지 표면과 평행한 제 1 축선을 기준으로 상기 제 1 그룹(301)과 대칭적으로 배열되는 제 2 도체 와이어 그룹(302)과;
- 상기 제 1 축선과 직교하며 제 1 축선과 동일 평면 상의 제 2 축선을 기준으로 상기 제 2 그룹(302)과 대칭적으로 배열되는 제 3 도체 와이어 그룹(303); 그리고
- 마지막으로 상기 제 2 축선을 기준으로 상기 제 1 그룹(301)과 대칭의 제 4 도체 와이어 그룹(304)을 포함한다.
본 실시예에 있어서, 각각의 그룹(301, 302, 303, 304)은 회절망과 같이 거동하며, 회절 광선은 도체 와이어와 실질적으로 직교하는 방향으로 전달된다. 이러한 패턴은 광전지의 상대적인 배치 관계 뿐만 아니라 그 형태와 관련하여 보다 큰 융통성을 부여한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 연결 수단의 도체 와이어가 격자를 형성하도록 배열될 수도 있어, 전술한 바와 동일한 장점을 제공하는 한편, 그에 따라 전기 전도성이 최적화된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 연결 수단의 도체 와이어가 타원형 또는 원형 라인을 형성할 수도 있다. 이러한 패턴은 따라서 전체적인 배열 구조에 있어서의 개선된 융통성을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 광전지가 양면형이다. 광전지는, 특히, 예를 들어, 실리콘 층으로 형성되며, 하나의 p-타입 도핑 처리된 활성 표면 그리고 다른 하나의 n-타입 도핑 처리된 활성 표면을 구비한다. 이러한 광전지가 도 2의 실시예에 따른 연결 수단(3)을 통해 직렬로 연결되어, 일 광전지의 p-타입 전면이 인접한 광전지의 n-타입 전면과 동일 평면을 이루도록 배열된다. 또한, 각각의 광전지의 전면이 정반대 타입으로 도핑 처리된 인접한 광전지의 전면에 연결되며, 상기 광전지의 후면 또한 마찬가지로, 정반대 타입으로 도핑 처리된 다른 인접한 광전지의 후면에 연결된다.
또한, 광기전성 모듈의 전기 효율을 증대시키기 위하여, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 연결 수단(3)은 입사광의 광자 중 일부 또는 전부를 통과시키기에 적당한 광학적 거동을 추가로 갖출 수도 있다. 또한, 광기전성 모듈은 광전지의 후면(21)에 대향하게 배치되는 후방 판(5)을 포함할 수도 있으며, 상기 후방 판에는 후방 판에 조사된 입사광의 광자를 다시 역으로 광전지 후면(21)을 향해 전달할 수 있는 반사 영역(50)이 제공되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 또한, 실내 조명을 위해 자연광이 통과할 수 있도록 하기 위하여 후방 판(5)에 투명한 영역(51)을 제공할 수 있다.
다른 변형예에 따르면, 후방 판에 거울과 같은 반사 장치, 또는 프리즘이나 렌즈와 같은 굴절 장치, 또는 그 밖에 집광기와 같은 장치가 추가로 제공될 수도 있다.
전술한 설명으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 독창성은 광전지 사이의 전기 연결 수단이 입사 광선과 관련하여 광학적 거동을 갖추고 있다는 사실에 있다. 이러한 연결 수단은 광선 중 일부 또는 전부를 통과시킬 수 있도록 투명성을 나타낼 수도 있으며, 광자를 역으로 광전지의 후면을 향해 전달하기 위하여 광기전성 모듈의 후방 판 상에 배치되는 거울과 같은 반사 수단의 사용을 통해 광전지의 전기 효율을 증대시키도록 사용될 수도 있다. 상기 수단은 또한, 회절 유형일 수도 있으며, 다시 말해, 광선이 수정된 궤도를 따라 전달되도록 한다.
광전지 사이의 표면을 증가시킴으로써 그리고 양면형 구조를 통해 광전지의 후면이 사용 가능하도록 함으로써, 광전지의 표면을 줄여 그에 따라 제조비를 감소시키면서 전기 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 적외선과 같은 일부 광선을 광기전성 모듈로부터 외부로 다시 전달함으로써, 광전지를 냉각시킬 수 있다.
1 : 광기전성 모듈 2 : 광전지
3 : 전기 연결 수단 5 : 후방 판
20 : 전면 21 : 후면
30 : 도체 와이어 51 : 투명한 영역

Claims (8)

  1. 전기 도체를 포함하는 연결 수단(3)을 통해 전기적으로 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 광전지(2)를 포함하는 광기전성 모듈(1)에 있어서,
    각각의 연결 수단(3)은 반사-회절 또는 투과-회절 유형의 광학적 거동을 갖춘 광학 장치를 포함하며, 또한 각각의 연결 수단(3)은 전기 도체 와이어(30)로 이루어진 적어도 하나의 망(network)을 내포하면서 입사 광선에 대해 투명성을 갖는 재료로 형성되는 시트(sheet)로 구성되는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 장치는 다양한 광학적 기능을 동시에 갖추고 있으며, 특히, 투명성 및 회절성을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 광전지(2)의 전면(20)은 인접한 광전지(2)의 전면(20)에 연결되며, 상기 광전지(2)의 후면(21)은 다른 인접한 광전지(2)의 후면(21)에 연결되는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 연결 수단(3)은 입사광의 광자 중 일부 또는 전부를 통과시키기에 적당한 적어도 하나의 광학적 거동을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 도체 와이어(30)로 이루어진 망은 두 개의 상호 연결된 인접한 광전지 사이에서 전류 유동 방향(I)과 직교하는 방향으로 회절 광선을 전달할 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 연결 수단은 광학적 회절망을 생성하기 위한 구조로 형성되는 전기 전도성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 광전지(2)는 활성 전면(20)과 활성 후면(21)을 구비하며,
    광기전성 모듈(1)은 광전지(2)의 후면(21)과 대향하게 배치되는 후방 판(5)을 추가로 포함하며, 상기 후방 판(5)은 광전지(2)의 후면(21)을 향해 입사광의 광자를 전달할 수 있는 반사 영역(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 후방 판(5)은 입사 광선을 통과시킬 수 있는 투명한 영역(51)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광기전성 모듈.
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