KR20120117409A - Window integrated solar cell module - Google Patents

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KR20120117409A
KR20120117409A KR1020110035150A KR20110035150A KR20120117409A KR 20120117409 A KR20120117409 A KR 20120117409A KR 1020110035150 A KR1020110035150 A KR 1020110035150A KR 20110035150 A KR20110035150 A KR 20110035150A KR 20120117409 A KR20120117409 A KR 20120117409A
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KR
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solar cell
polymer film
cell module
sunlight
scattering particles
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KR1020110035150A
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황규영
이계황
정재은
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삼성전자주식회사
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Abstract

PURPOSE: A window integrated solar cell module is provided to improve the efficiency of a solar cell by dispersing solid scattering particles in a polymer film. CONSTITUTION: A window integrated solar cell module includes a transparent member, a polymer film(120), and a solar cell(130). The polymer film is attached to a first surface or a second surface of a transparent member to which sunlight is inputted. Scattering particles are dispersed in the polymer film. A solar cell is arranged on the side of the polymer film.

Description

창문 통합형 태양 전지 모듈{Window integrated solar cell module}Window integrated solar cell module

태양전지 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 창문과 통합되며, 창문의 고유기능을 유지하는 창문 통합형 태양 전지 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell module, and more particularly, to a window integrated solar cell module which is integrated with a window and maintains a unique function of the window.

태양전지는 태양광의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 소자로서, p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질을 이용해 전기에너지를 발생시킨다. 태양전지에 태양광을 비추게 되면 n형 및 p형 반도체 물질에서 전자들(electrons)과 정공들(holes)이 발생하게 되고, 이렇게 발생된 전자들과 정공들은 각각 n형 및 p형 전극들로 이동하게 된다. 이 태양전지에 연결된 부하에는 전류가 흐르게 된다. 이러한 태양전지는 에너지 문제 해결뿐만 아니라 환경 오염의 억제에도 중요한 역할을 하기 때문에 고효율의 태양전지에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.A solar cell is a device that converts energy of sunlight into electric energy and generates electric energy using a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material. When sunlight shines on a solar cell, electrons and holes are generated in n-type and p-type semiconductor materials, and the generated electrons and holes are n-type and p-type electrodes, respectively. Will move. Current flows through the load connected to this solar cell. Since such solar cells play an important role in not only solving energy problems but also suppressing environmental pollution, many researches on high efficiency solar cells have been conducted.

태양전지는 태양광 발전소 이외에 태양광 발전기술을 건축물에 접합한 건물 통합형 태양광 발전(BIPV: building integrated photovoltaic) 시스템이 주목받고 있다. In addition to solar power plants, building integrated photovoltaic (BIPV) systems that combine solar power technology with buildings are attracting attention.

BIPV 시스템은 태양광이 입사되는 창문에 적용할 수 있다. 창문에 적용되는 태양전지로 염료 감응형 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell; DSSC)와 같이 창문 전체 면적에 태양전지를 도입하는 방식과 형광 염료를 이용하여 빛을 흡수하여 필름 내부에서 이동시켜 가장자리로 빛을 보내는 방식이 알려져 있다. 이런 방식은 모두 염료를 사용하기 때문에 기본적으로 태양광을 흡수한다. 하지만, 태양광의 흡수는 태양광의 흡수 영역에 따라 태양전지는 색을 나타내어 창문은 색의 왜곡 현상이 나타날 수 있다. 또한, 창문 전체에 설치되어야 하지만 대면적으로 제작하기에 어려움이 있고 광투과도가 낮다. 또한 액상 물질을 사용하여 안정성에 문제가 있으며, 특히, 태양전지의 파손시 유해 물질이 누출되므로, 일반적인 창문에 사용하기가 어렵다. The BIPV system can be applied to windows into which sunlight is incident. Solar cells applied to windows, such as dye-sensitized solar cells (DSSCs), which introduce solar cells to the entire area of the window, and use fluorescent dyes to absorb light and move it inside the film The way of sending is known. All of these methods use dyes, so they basically absorb sunlight. However, the absorption of sunlight is the color of the solar cell according to the absorption region of the sunlight, the window may appear color distortion phenomenon. In addition, it must be installed throughout the window, but it is difficult to manufacture in large areas and has a low light transmittance. In addition, there is a problem in stability by using a liquid material, in particular, since harmful substances leak during breakage of the solar cell, it is difficult to use in general windows.

본 발명의 일 실시예에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈은 창문의 고유기능인 광투과기능을 손상시키지 않는 태양 전지 모듈을 제공한다.Window integrated solar cell module according to an embodiment of the present invention provides a solar cell module that does not impair the light transmission function which is a unique function of the window.

본 발명의 일 실시에에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈은:Window integrated solar cell module according to an embodiment of the present invention is:

투명부재;Transparent member;

상기 투명부재의 일면 상에 부착되며 그 내부에 산란입자들이 분산된 고분자 필름; 및A polymer film attached to one surface of the transparent member and having scattering particles dispersed therein; And

상기 고분자 필름의 측면에서 배치된 적어도 하나의 태양전지;를 구비한다. And at least one solar cell disposed at the side of the polymer film.

상기 고분자 필름은 폴리 메틸 메타아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 에틸렌, 폴리 스티렌으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The polymer film may include at least one selected from the group consisting of poly methyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene, and polystyrene.

상기 산란 입자는 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 금속 나노입자로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The scattering particles may include at least one selected from the group consisting of titanium oxide, silicon oxide, and metal nanoparticles.

상기 산란 입자는 10nm - 1000nm 크기를 가질 수 있다. The scattering particles may have a size of 10nm-1000nm.

상기 고분자 필름은 태양광이 입사하는 상기 투명부재의 제1면 또는 상기 태양광이 투과하는 상기 투명부재의 제2면 중 어느 하나의 면에 부착될 수 있다. The polymer film may be attached to any one surface of the first surface of the transparent member through which the sunlight is incident or the second surface of the transparent member through which the sunlight is transmitted.

상기 태양전지는 상기 고분자 필름의 테두리 전체를 커버하게 배치될 수 있다. The solar cell may be disposed to cover the entire edge of the polymer film.

상기 투명부재는 유리판일 수 있다. The transparent member may be a glass plate.

상기 태양전지는 박막 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell) 및 유기 태양전지(OPV; organic photovoltaics)를 포함하는 그룹 중 하나를 포함할 수 있다. The solar cell may include one of a group including a thin film solar cell, a compound semiconductor solar cell, a dye-sensitized solar cell (DSSC), and an organic photovoltaics (OPV).

본 발명의 다른 실시예에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈은:Window integrated solar cell module according to another embodiment of the present invention:

광투과 가변부재;Light transmission variable member;

상기 광투과 가변부재의 일면 상에 부착되며, 그 내부에 산란 입자들이 분산된 고분자 필름; 및A polymer film attached to one surface of the light transmitting variable member and having scattering particles dispersed therein; And

상기 고분자 필름의 측면에서 배치된 태양전지;를 구비한다. And a solar cell disposed at the side of the polymer film.

상기 광투과 가변부재는 서로 이격된 제1전극 및 제2전극; 및 The light transmitting variable member may include a first electrode and a second electrode spaced apart from each other; And

상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 배치되며, 폴리머 및 액정을 포함하는 폴리머 분산 액정(PDLC; polymer dispersed liquid crystal)층;을 포함할 수 있다. And a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) layer disposed between the first electrode and the second electrode and including a polymer and a liquid crystal.

본 발명의 실시예들에 따르면, 투명부재 상에 고분자 필름을 장착하고 고분자 필름의 측면에 태양전지를 설치함으로써 투명부재가 광투과를 시킬 수 있으므로, 창문에 태양전지를 통합하여 사용시에도 창문의 광투과를 보장할 수 있다. According to embodiments of the present invention, since the transparent member can transmit light by mounting the polymer film on the transparent member and installing the solar cell on the side of the polymer film, the light of the window even when the solar cell is integrated into the window Permeation can be guaranteed.

고분자 필름 속에는 고체의 산란 입자들이 분산되어 있어서, 태양광을 분산 및 전반사시켜서 고분자 필름 측면에 설치된 태양전지로 입사시키므로, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. Solid scattering particles are dispersed in the polymer film, and the solar light is dispersed and totally reflected to enter the solar cell installed on the side of the polymer film, thereby improving efficiency of the solar cell.

고분자 필름에 사용되는 산란 입자의 크기와 양을 조절하면 집광 비율을 조절할 수 있으며, 따라서, 높은 투과도를 유지 할 수 있다. 산란 입자를 포함하는 고분자 필름 광을 산란시키므로, 광흡수에 의한 색이 나타나지 않아 색의 왜곡 없이 외부를 창문을 통해 조망할 수 있다.By adjusting the size and amount of the scattering particles used in the polymer film, it is possible to adjust the light condensing ratio, thus maintaining high transmittance. Since it scatters the light of the polymer film including the scattering particles, the color due to light absorption does not appear so that the outside can be viewed through the window without color distortion.

또한, 산란 입자와 고분자 필름은 태양광에서 높은 안정성을 보이며 환경적으로 무해한 물질이다. In addition, the scattering particles and the polymer film shows a high stability in sunlight and is an environmentally harmless material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.1 is a perspective view schematically showing a window integrated solar cell module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
4 and 5 are cross-sectional views schematically showing a window integrated solar cell module according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing yet another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity. Throughout the specification, the same reference numerals are used for substantially the same components, and detailed descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈(100)을 개략적으로 보여주는 사시도이며, 도 2는 도 1의 II-II 선단면도이다. 1 is a perspective view schematically showing a window integrated solar cell module 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view II-II of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 투명부재, 예컨대 유리판(110)에서 태양광이 입사하는 면 상에 고분자 필름(120)이 부착되어 있다. 즉, 창문에서 외부를 바라보는 측면에 고분자 필름(120)이 부착된다. 유리판(110) 및 고분자 필름(120)의 둘레에는 이들을 고정하고 건물과의 연결을 위한 프레임(미도시)이 설치된다. 프레임과 이들 구조물(유리판(110) 및 고분자 필름(120)) 사이에는 절연성 부착제(미도시)가 더 형성될 수 있다. 프레임의 구조는 일반적인 구조이므로 상세한 설명은 생략한다.1 and 2, the polymer film 120 is attached to a surface on which the sunlight is incident on the transparent member, for example, the glass plate 110. That is, the polymer film 120 is attached to the side facing the outside from the window. Around the glass plate 110 and the polymer film 120 is fixed to them and a frame (not shown) for connection with the building is installed. An insulating adhesive (not shown) may be further formed between the frame and these structures (glass plate 110 and polymer film 120). Since the structure of the frame is a general structure, a detailed description thereof will be omitted.

고분자 필름(120)의 측면에는 태양전지(130)가 설치된다. 태양전지 (130)는 도 1에 도시된 바와 같이 고분자 필름(120)의 테두리 전체를 커버하게 배치될 수 있다. 태양전지(130)는 복수의 태양전지로 이루어질 수 있으며, 이들 태양전지는 실용 전압을 생산하도록 직렬로 연결될 수 있다. 태양전지는 고분자 필름(120)의 측면을 덮는 형태로 배치된다. 고분자 필름(120) 내에는 산란 입자들(scattering particles)(122)이 분산되어 있다. 산란 입자(122)는 태양광을 산란시킨다. The solar cell 130 is installed on the side of the polymer film 120. The solar cell 130 may be disposed to cover the entire edge of the polymer film 120 as shown in FIG. Solar cell 130 may be composed of a plurality of solar cells, these solar cells may be connected in series to produce a utility voltage. The solar cell is disposed in the form of covering the side of the polymer film 120. Scattering particles 122 are dispersed in the polymer film 120. Scattering particles 122 scatter sunlight.

고분자 필름(120)은 공기 보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 형성된다. 또한, 고분자 필름(120)은 유리판(110) 보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 도 2에서 보듯이 외부로부터의 태양광이 고분자 필름(120)으로 입사하면, 일부는 고분자 필름(120)을 통과하여 유리판(110)을 통과하며, 일부는 산란 입자(122)에 충돌하여 산란되어 반사된다. 이 때, 반사된 광은 고분자 필름(120)과 공기 또는 유리판(110)과의 굴절률 차이에 의해 고분자 필름(120) 내부에서 전반사 되어 고분자 필름(120)의 가장 자리로 이동하게 된다. 이렇게 이동된 태양광은 가장자리에 위치한 태양전지로 입사되어서 전하를 생성한다. The polymer film 120 is formed of a material having a higher refractive index than air. In addition, the polymer film 120 may have a higher refractive index than the glass plate 110. As shown in FIG. 2, when sunlight from the outside enters the polymer film 120, a part passes through the polymer film 120, passes through the glass plate 110, and a part collides with the scattering particles 122 to be scattered. Reflected. At this time, the reflected light is totally reflected inside the polymer film 120 due to the difference in refractive index between the polymer film 120 and the air or the glass plate 110 to move to the edge of the polymer film 120. This shifted sunlight is incident on the solar cell located at the edge to generate a charge.

태양전지는 박막 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell) 또는 유기 태양전지(OPV; organic photovoltaics)일 수 있다. The solar cell may be a thin film solar cell, a compound semiconductor solar cell, a dye-sensitized solar cell (DSSC) or an organic photovoltaics (OPV).

고분자 필름(120)은 대략 1.5 이상의 굴절률을 가지는 투명 물질일 수 있다. 고분자 필름(120)은 폴리 메틸 메타아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 에틸렌, 폴리 스티렌 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 고분자 필름(120)은 대략 수 mm 두께로 형성될 수 있다. The polymer film 120 may be a transparent material having a refractive index of about 1.5 or more. The polymer film 120 may be made of any one of polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene, and polystyrene. The polymer film 120 may be formed to have a thickness of about several mm.

산란 입자(122)는 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 알루미늄, 은 등으로 이루어진 금속 나노입자일 수 있다. 산란 입자(122)는 대략 10nm ~ 1000nm 크기를 가질 수 있다. 산란 입자(122)가 10nm 보다 작은 크기를 가지는 경우 입사광의 분산 효과가 감소될 수 있다. 산란 입자(122)가 1000nm 보다 큰 크기를 가지는 경우 광투과도가 감소될 수 있다. The scattering particles 122 may be metal nanoparticles made of titanium oxide, silicon oxide, aluminum, silver, or the like. The scattering particles 122 may have a size of about 10 nm to 1000 nm. When the scattering particles 122 have a size smaller than 10 nm, the scattering effect of incident light may be reduced. When the scattering particles 122 have a size larger than 1000 nm, light transmittance may be reduced.

고분자 필름(120)에 사용되는 산란 입자(122)의 크기와 양을 조절하면 집광 비율을 조절할 수 있으며, 따라서, 높은 투과도를 유지 할 수 있다. 산란 입자(122)를 포함하는 고분자 필름(120)은 광을 산란시키므로, 광흡수에 의한 색이 나타나지 않아 색의 왜곡 없이 외부를 창문을 통해 조망할 수 있다.By adjusting the size and the amount of the scattering particles 122 used in the polymer film 120, it is possible to adjust the light condensing ratio, thus maintaining a high transmittance. Since the polymer film 120 including the scattering particles 122 scatters light, color does not appear due to light absorption, and thus the outside may be viewed through a window without color distortion.

산란 입자(122)와 고분자 필름(120)은 태양광에서 높은 안정성을 보이며 환경적으로 무해한 물질이다. 또한 고체상으로 누출 등의 문제가 없고 상용화되어 대량 생산이 가능한 물질이며, 비교적 가격이 낮다. The scattering particles 122 and the polymer film 120 shows a high stability in sunlight and is an environmentally harmless material. In addition, it is a solid phase material without any problems such as leakage and is commercialized and can be mass-produced, and has a relatively low price.

도 3은 상술한 실시예의 변형예에 따른 태양전지 모듈(100')을 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2의 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다. 이하에서는 주로 도 1 및 도 2와 구별되는 것에 대해서 설명한다. 3 is a cross-sectional view illustrating a solar cell module 100 ′ according to a modification of the above-described embodiment. The same reference numerals are used for the components substantially the same as the embodiment of FIGS. 1 and 2, and detailed descriptions are omitted. Hereinafter, what mainly distinguishes from FIG. 1 and FIG. 2 is demonstrated.

도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에서는 고분자 필름(120)이 유리판(110)의 태양광의 입사면에 설치되어 있으나, 도 3에서는 고분자 필름(120)이 유리판(110)에서 태양광이 투과하는 면에 부착된다. 즉, 고분자 필름(120)이 건물 내측을 향하는 면에 부착된다. 유리판(110)을 통과한 태양광은 고분자 필름(120) 내의 산란 입자(122)에 충돌하여 반사되며, 고분자 필름(120)의 경계면 또는 공기와의 경계면에서 전반사되어서 측면에 설치된 태양전지(130)에 입사한다. 결과적으로 태양광은 태양전지(130)에서 전기에너지로 전환된다. Referring to FIG. 3, in FIG. 1 and FIG. 2, the polymer film 120 is installed on the incident surface of sunlight of the glass plate 110, but in FIG. 3, the polymer film 120 transmits sunlight from the glass plate 110. It is attached to the side. That is, the polymer film 120 is attached to the surface facing the inside of the building. Solar light passing through the glass plate 110 is reflected by colliding with the scattering particles 122 in the polymer film 120, the solar cell 130 is installed on the side by total reflection at the interface of the polymer film 120 or the interface with air Enters into. As a result, sunlight is converted into electrical energy in the solar cell 130.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 창문 통합형 태양전지 모듈(200)을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view schematically showing a window integrated solar cell module 200 according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 폴리머 분산 액정(PDLC: polymer dispersed liquid crystal)층(210) 상방에서 태양광이 입사하는 면 위로 고분자 필름(220)이 부착되어 있다. PDLC층(210) 및 고분자 필름(220) 사이에는 제1전극(241)이 배치되며, PDLC층(210)의 다른 면 상에는 제2전극(242)이 제1전극(241)과 대향되게 배치된다. 이들 구조물의 가장자리에는 다른 빌딩의 자재와 연결하기 위한 프레임(미도시)이 설치된다. 프레임과 이들 구조물 사이에는 절연성 부착제(미도시)가 더 형성될 수 있다. 프레임의 구조는 일반적인 구조이므로 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 4, a polymer film 220 is attached to a surface on which solar light is incident from the polymer dispersed liquid crystal (PDLC) layer 210. The first electrode 241 is disposed between the PDLC layer 210 and the polymer film 220, and the second electrode 242 is disposed to face the first electrode 241 on the other side of the PDLC layer 210. . Frames (not shown) are installed at the edges of these structures to connect with other building materials. An insulating adhesive (not shown) may be further formed between the frame and these structures. Since the structure of the frame is a general structure, a detailed description thereof will be omitted.

제1전극(241)과 제2전극(242)은 각각 투명 전극, 예컨대 인듐 주석 옥사이드로 형성된다. The first electrode 241 and the second electrode 242 are each formed of a transparent electrode such as indium tin oxide.

고분자 필름(220)의 측면에는 태양전지(230)이 설치된다. 태양전지(230)는 고분자 필름(220)의 테두리 전체를 커버하게 배치될 수 있다. 태양전지(230)는 복수의 태양전지로 이루어질 수 있으며, 이들 태양전지들은 실용 전압을 생산하도록 직렬로 연결될 수 있다. 태양전지들은 창문에 입사하는 태양광과 같은 방향으로 설치된다. 즉, 고분자 필름(220)의 측면을 덮는 형태로 배치된다. 고분자 필름(220) 내에는 산란 입자(222)들이 분산되어 있다. 산란 입자(222)는 태양광을 산란시킨다. The solar cell 230 is installed on the side of the polymer film 220. The solar cell 230 may be disposed to cover the entire edge of the polymer film 220. The solar cell 230 may be composed of a plurality of solar cells, which may be connected in series to produce a utility voltage. Solar cells are installed in the same direction as the sunlight entering the window. That is, the polymer film 220 is disposed to cover the side surface. Scattering particles 222 are dispersed in the polymer film 220. Scattering particles 222 scatter sunlight.

폴리머 분산 액정(PDLC; polymer dispersed liquid crystal)층(210)은 폴리머(211)와 액정들(212)을 포함한다. 여기서, 폴리머(211)는 네트워크(network) 구조를 가지고 있으며, 이러한 폴리머(211) 내에 액정들(212)이 분산되어 있다. 폴리머 분산 액정(212)에 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 도 4에서 보듯이 액정 분자들(213)이 폴리머 분산 액정(212) 내에서 랜덤(random)하게 배열되어 있다. 이와 같이, 액정 분자들(213)이 랜덤하게 배열된 상태에서 폴리머 분산 액정(212)으로 입사되는 빛은 폴리머(211)와 액정들(212)의 굴절률 차이에 의해 다양한 방향으로 산란된다. 산란된 광 중 일부는 고분자 필름으로 되돌아갈 수 있으며, 따라서, 태양전지(230)로의 광의 입사량을 증대시킬 수 있다. The polymer dispersed liquid crystal (PDLC) layer 210 includes a polymer 211 and liquid crystals 212. Here, the polymer 211 has a network structure, and the liquid crystals 212 are dispersed in the polymer 211. In the state where the electric field is not applied to the polymer dispersed liquid crystal 212, as shown in FIG. 4, the liquid crystal molecules 213 are randomly arranged in the polymer dispersed liquid crystal 212. As such, the light incident to the polymer dispersed liquid crystal 212 in the state in which the liquid crystal molecules 213 are randomly arranged is scattered in various directions due to the refractive index difference between the polymer 211 and the liquid crystals 212. Some of the scattered light may return to the polymer film, thereby increasing the amount of light incident on the solar cell 230.

한편, 도 5에서처럼 전기장이 가해진 폴리머 분산 액정(212)은 액정분자들이 인가된 전계에 나란하게 배치되므로, 입사되는 빛을 투과시킨다. 따라서, PDLC층(210) 및 전극들(241, 242)은 투명하게 되므로, 태양전지 모듈(200)은 전기를 생산하면서도 창문의 고유기능인 투과성을 제공할 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 5, the polymer dispersed liquid crystal 212 is applied to the electric field is arranged side by side in the electric field to which the liquid crystal molecules are applied, thereby transmitting the incident light. Therefore, since the PDLC layer 210 and the electrodes 241 and 242 are transparent, the solar cell module 200 can provide electricity which is a unique function of the window while producing electricity.

PDLC층(210)은 전극(241, 242)의 전압 인가여부에 따라서, 광투과 또는 광차단 효과를 가지므로, 광투과 가변부재라 칭할 수 있다. The PDLC layer 210 may be referred to as a light transmission variable member because the PDLC layer 210 has a light transmission or light blocking effect depending on whether the electrodes 241 and 242 are applied with voltage.

고분자 필름(220)은 공기 보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 형성된다. 도 4 및 도 5에서 보듯이 외부로부터의 태양광이 고분자 필름(220)을 통과하면 일부는 고분자 필름(220)을 통과하며, 일부는 산란 입자(222)에 충돌하여 산란되어 반사된다. 이 때, 반사된 광은 고분자 필름(220)과 공기의 굴절률 차이에 의해 고분자 필름(220) 내부에서 전반사 되어 고분자 필름(220)의 가장 자리로 이동하게 된다. 이렇게 이동된 태양광은 가장자리에 위치한 태양전지(230)로 입사되어서 전기로 변환된다. The polymer film 220 is formed of a material having a higher refractive index than air. 4 and 5, when sunlight from the outside passes through the polymer film 220, a part passes through the polymer film 220, and a part of the sunlight collides with the scattering particles 222 to be scattered and reflected. At this time, the reflected light is totally reflected inside the polymer film 220 due to the difference in refractive index between the polymer film 220 and the air to move to the edge of the polymer film 220. The moved solar light is incident to the solar cell 230 located at the edge and converted into electricity.

전극(241, 242)에 전압이 인가되지 않은 도 4를 참조하면, 고분자 필름(220)을 통과한 태양광은 제1전극(241)을 통과한 후, PDLC층(210)에서 산란되어서 일부는 다시 고분자 필름(220)으로 되돌아와서 결국 태양전지로 입사될 수 있다. 따라서, PDLC층(210)은 통상의 유리판을 사용하는 상술한 실시예에서 보다 많은 양의 태양광을 이용할 수 있게 한다. Referring to FIG. 4, in which no voltage is applied to the electrodes 241 and 242, the sunlight passing through the polymer film 220 passes through the first electrode 241, and then scatters in the PDLC layer 210. The polymer film 220 may return to the solar cell again. Thus, the PDLC layer 210 makes it possible to use greater amounts of sunlight in the above-described embodiments using conventional glass plates.

한편, 도 5에서처럼 제1전극(241) 및 제2전극(242)에 소정의 전압을 인가하면, 액정(212) 속의 액정분자들(213)이 PDLC층(210)에 인가된 전계에 따라 정렬하게 되며, 따라서 PDLC층(210)은 광투과층으로 된다. 즉, PDLC층(210) 은 스마트 윈도우(smart window)가 된다. 이에 따라, 태양전지(230)는 전기를 생산하면서도 투명한 영역을 제공하게 된다. Meanwhile, as shown in FIG. 5, when a predetermined voltage is applied to the first electrode 241 and the second electrode 242, the liquid crystal molecules 213 in the liquid crystal 212 are aligned according to the electric field applied to the PDLC layer 210. Therefore, the PDLC layer 210 becomes a light transmitting layer. That is, the PDLC layer 210 becomes a smart window. Accordingly, the solar cell 230 provides a transparent area while producing electricity.

태양전지는 박막 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell) 또는 유기 태양전지(OPV; organic photovoltaics)일 수 있다. The solar cell may be a thin film solar cell, a compound semiconductor solar cell, a dye-sensitized solar cell (DSSC) or an organic photovoltaics (OPV).

고분자 필름(220)은 대략 1.5 이상의 굴절률을 가지는 투명 물질일 수 있다. 고분자 필름(220)은 폴리 메틸 메타아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 에틸렌, 폴리 스티렌 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 고분자 필름(220)은 대략 수 mm 두께로 형성될 수 있다. The polymer film 220 may be a transparent material having a refractive index of about 1.5 or more. The polymer film 220 may be made of any one of polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene, and polystyrene. The polymer film 220 may be formed to have a thickness of about several mm.

산란 입자(222)는 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 예컨대 알루미늄, 은 등으로 이루어진 금속 나노입자일 수 있다. The scattering particles 222 may be metal nanoparticles made of titanium oxide, silicon oxide, for example, aluminum, silver, or the like.

고분자 필름(220)에 사용되는 산란 입자(222)의 양을 조절하면 집광 비율을 조절할 수 있으며, 또한, PDLC층(210)에 인가되는 전압에 따라서, 높은 투과도를 유지 할 수 있다. 산란 입자(222)를 포함하는 고분자 필름(220)은 광을 산란시키므로, 광흡수에 의한 색이 나타나지 않아 색의 왜곡 없으며, PDLC층(210)에 소정의 전압을 인가함으로써 외부를 창문을 통해 조망할 수 있다.By adjusting the amount of scattering particles 222 used in the polymer film 220, the light condensing ratio can be adjusted, and high transmittance can be maintained according to the voltage applied to the PDLC layer 210. Since the polymer film 220 including the scattering particles 222 scatters light, color does not appear due to light absorption and thus no color distortion occurs, and the outside is viewed through a window by applying a predetermined voltage to the PDLC layer 210. Can be.

도 6은 상술한 실시예의 변형예에 따른 태양전지 모듈(200')을 도시한 단면도이다. 도 4 내지 및 도 5의 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다. 이하에서는 주로 도 4 및 도 5와 구별되는 것에 대해서 설명한다. 6 is a cross-sectional view illustrating a solar cell module 200 ′ according to a modification of the above-described embodiment. 4 and 5, the same reference numerals are used for constituent elements that are substantially the same, and detailed descriptions thereof will be omitted. Hereinafter, what mainly distinguishes from FIG. 4 and FIG. 5 is demonstrated.

도 6을 참조하면, 도 4 내지 및 도 5에서는 고분자 필름(220)이 PDLC층(210)의 태양광의 입사면 상방에 설치되어 있으나, 도 6에서는 고분자 필름(220)이 PDLC층(210)에서 태양광이 투과하는 면에 부착된다. PDLC층(210)을 통과한 태양광은 고분자 필름(220) 내의 산란 입자(222)에 충돌하여 반사되며, 고분자 필름(220)에서 공기 또는 제2전극(242)와의 경계면에서 전반사되어서 측면에 설치된 태양전지(230)에 입사한다. 또한, 결과적으로 태양광은 태양전지(230)에서 전기에너지로 전환된다. Referring to FIG. 6, in FIGS. 4 to 5, the polymer film 220 is installed above the incident surface of the sunlight of the PDLC layer 210, but in FIG. 6, the polymer film 220 is formed in the PDLC layer 210. It is attached to the surface through which sunlight is transmitted. The solar light passing through the PDLC layer 210 is reflected by colliding with the scattering particles 222 in the polymer film 220, and is totally reflected at the interface with the air or the second electrode 242 in the polymer film 220 and installed at the side surface. Incident on the solar cell 230. Also, as a result, sunlight is converted into electrical energy in the solar cell 230.

본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈(200')의 작용은 태양전지 모듈(200)의 작용으로부터 잘 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. Since the operation of the solar cell module 200 ′ according to the embodiment of the present invention is well understood from the operation of the solar cell module 200, detailed description thereof will be omitted.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

100, 200... 태양전지 모듈
110... 유리판
120, 220... 고분자 필름
122, 222... 산란 입자
130, 230... 태양전지
210... 폴리머 분산 액정층
211... 폴리머
212... 액정
213... 액정 분자
241, 242... 전극 100, 200 ... Solar Module
110 ... glass plate
120, 220 ... Polymer film
122, 222 ... scattering particles
130, 230 ... solar cell
210. Polymer dispersed liquid crystal layer
211 ... Polymer
212 ... LCD
213 Liquid Crystal Molecules
241, 242 ... electrode

Claims (16)

투명부재;
상기 투명부재의 일면 상에 부착되며 그 내부에 산란입자들이 분산된 고분자 필름; 및
상기 고분자 필름의 측면에서 배치된 적어도 하나의 태양전지;를 구비한 창문 통합형 태양전지 모듈.Transparent member;
A polymer film attached to one surface of the transparent member and having scattering particles dispersed therein; And
At least one solar cell disposed on the side of the polymer film; Integrated window solar cell module provided with. 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 필름은 폴리 메틸 메타아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 에틸렌, 폴리 스티렌으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양전지 모듈.The method of claim 1,
The polymer film is a solar cell module comprising at least one selected from the group consisting of poly methyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene, polystyrene. 제 1 항에 있어서,
상기 산란 입자는 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 금속 나노입자로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양전지 모듈.The method of claim 1,
The scattering particle is a solar cell module comprising at least one selected from the group consisting of titanium oxide, silicon oxide, metal nanoparticles. 제 3 항에 있어서,
상기 산란 입자는 10nm - 1000nm 크기를 가진 태양전지 모듈.The method of claim 3, wherein
The scattering particles are a solar cell module having a size of 10nm-1000nm. 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 필름은 태양광이 입사하는 상기 투명부재의 제1면 또는 상기 태양광이 투과하는 상기 투명부재의 제2면 중 어느 하나의 면에 부착된 태양전지 모듈.The method of claim 1,
The polymer film is a solar cell module attached to any one of the first surface of the transparent member to which sunlight is incident or the second surface of the transparent member through which the sunlight is transmitted. 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지는 상기 고분자 필름의 테두리 전체를 커버하게 배치된 태양전지 모듈.The method of claim 1,
The solar cell is a solar cell module disposed to cover the entire edge of the polymer film. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명부재는 유리판을 포함하는 태양전지 모듈.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The transparent member is a solar cell module comprising a glass plate. 제 7 항에 있어서,
상기 태양전지는 박막 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell) 및 유기 태양전지(OPV; organic photovoltaics)를 포함하는 그룹 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 태양전지 모듈. The method of claim 7, wherein
The solar cell is at least one selected from the group consisting of thin film solar cells, compound semiconductor solar cells, dye-sensitized solar cells (DSSC) and organic photovoltaics (OPV). 광투과 가변부재;
상기 광투과 가변부재의 일면 상에 부착되며, 그 내부에 산란 입자들이 분산된 고분자 필름; 및
상기 고분자 필름의 측면에서 배치된 태양전지;를 구비한 창문 통합형 태양전지 모듈.Light transmission variable member;
A polymer film attached to one surface of the light transmitting variable member and having scattering particles dispersed therein; And
Integrated solar cell module with a window; solar cell disposed on the side of the polymer film. 제 9 항에 있어서,
상기 광투과 가변부재는 서로 이격된 제1전극 및 제2전극; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 배치되며, 폴리머 및 액정을 포함하는 폴리머 분산 액정(PDLC; polymer dispersed liquid crystal)층;을 포함하는 태양전지 모듈. The method of claim 9,
The light transmitting variable member may include a first electrode and a second electrode spaced apart from each other; And
And a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) layer disposed between the first electrode and the second electrode and including a polymer and a liquid crystal. 제 9 항에 있어서,
상기 고분자 필름은 폴리 메틸 메타아크릴레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 에틸렌, 폴리 스티렌으로 이루어진 그룹 중 선택된 하나를 포함하는 태양전지 모듈.The method of claim 9,
The polymer film is a solar cell module comprising one selected from the group consisting of poly methyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene, polystyrene. 제 9 항에 있어서,
상기 산란 입자는 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 금속 나노입자로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양전지 모듈.The method of claim 9,
The scattering particle is a solar cell module comprising at least one selected from the group consisting of titanium oxide, silicon oxide, metal nanoparticles. 제 12 항에 있어서,
상기 산란 입자는 10nm - 1000nm 크기를 가진 태양전지 모듈.13. The method of claim 12,
The scattering particles are a solar cell module having a size of 10nm-1000nm. 제 9 항에 있어서,
상기 고분자 필름은 태양광이 입사하는 상기 광투과 가변부재의 제1면 또는 상기 태양광이 투과하는 상기 광투과 가변부재의 제2면 중 어느 하나의 면에 부착된 태양전지 모듈.The method of claim 9,
The polymer film is a solar cell module attached to any one of the first surface of the light transmission variable member to which sunlight is incident or the second surface of the light transmission variable member through which the sunlight is transmitted. 제 9 항에 있어서,
상기 태양전지는 상기 고분자 필름의 테두리 전체를 커버하게 배치된 태양전지.The method of claim 9,
The solar cell is a solar cell disposed to cover the entire edge of the polymer film. 제 9 항 내지 제 15 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 태양전지는 박막 태양전지, 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell) 및 유기 태양전지(OPV; organic photovoltaics)를 포함하는 그룹 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 태양전지.The method according to any one of claims 9 to 15,
The solar cell includes at least one selected from the group consisting of a thin film solar cell, a compound semiconductor solar cell, a dye-sensitized solar cell (DSSC) and an organic photovoltaics (OPV).
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