KR20130068599A - 건물일체형 태양전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물일체형 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 광흡수층, 상기 광흡수층의 상부에 구비된 투명전극층 및 상기 광흡수층의 하부에 구비된 배면 전극층을 포함하고, 상기 배면 전극층을 투명 전극으로 구비하여 높은 가시광 투과율을 갖는 건물일체형 태양전지에 관한 것이다.

Description

건물일체형 태양전지{Solar cell for building integrated photovoltaic system}

본 발명은 건물일체형 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 광흡수층, 상기 광흡수층의 상부에 구비된 투명전극층 및 상기 광흡수층의 하부에 구비된 배면 전극층을 포함하고, 상기 배면 전극층을 투명 전극으로 구비하여 높은 가시광 투과율을 갖는 건물일체형 태양전지에 관한 것이다.

일반적으로, 태양전지는 광기전효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 입력받아 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자로써, 태양광을 통해 전기 에너지를 발전할 수 있고 대기오염의 우려가 없으므로 최근 전세계적인 유가 급등 및 화석 연료의 고갈 등의 문제를 극복할 수 있는 대체 에너지원으로 사용되고 있다.

또한, 상기 태양전지는 다양한 산업분야에서 활용되고 있는데, 이 중 하나로써 건축물에 부착 또는 설치되는 형태의 건물일체형 태양전지가 있다.

또한, 상기 건물일체형 태양전지는 상기 건축물과 일체화된 외장재로 상기 태양전지를 이용하는 것으로, 상기 태양전지가 상기 건축물의 외벽 또는 창호로 사용되면서 상기 건물일체형 태양전지에서 발전된 전기 에너지를 상기 건축물로 공급할 수 있게 하는 것이다.

도 1은 종래의 건물일체형 태양전지를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 건물일체형 태양전지(10)는 제 1유리기판(11), 상기 제 1유리기판(11)의 상부에 적층된 투명전극층(12), 상기 투명전극층(12) 상부에 적층되고 태양광을 입력받아 전기에너지를 발생시키는 광흡수층(13), 상기 광흡수층(13)의 상부에 적층된 배면 전극층(14), 상기 배면 전극층(14) 상부에 적층된 필름층(15) 및 상기 필름층(15) 상부에 적층된 제 2유리기판(16)을 포함한다.

또한, 상기 광흡수층(13)은 p형 반도체층(13a), i형 반도체층(13b) 및 n형 반도체층(13c)을 포함하여 이루어지며, 태양광이 상기 광흡수층(13)에 입사하면 광전효과에 의해 전자정공 쌍이 생성되어 전자는 n층으로 정공은 p 층으로 흐르게 되면서 전기에너지를 발생시킨다.

또한, 상기 광흡수층(13)에서 발생된 전기에너지를 상기 배면 전극층(14)을 통해 건축물 내부로 공급되게 되는데, 상기 배면 전극층(14)은 전기 전도성이 우수한 금속을 코팅 또는 증착하여 형성하게 된다.

한편, 상기 배면 전극층(14)은 금속으로 이루어지므로 태양광이 쉽게 투과하기 어려워 상기 건물일체형 태양전지(10)의 투과도를 저하시키는 문제점이 있었고, 상기 배면 전극층(14) 고유의 색상으로 인해 다양한 색상을 구현하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기 건물일체형 태양전지(10)는 건축물의 외벽 및 지붕에 설치될 뿐만 아니라 건축물의 창호로도 사용됨에 따라, 상기 건물일체형 태양전지(10)의 투과도가 낮으면 건축물 내부의 채광성이 저하되어 쾌적성을 감소시키는 문제점이 발생되었다.

또한, 상기 건물일체형 태양전지(10)의 투과도를 높이기 위해 상기 투명전극층(12), 상기 광흡수층(13) 또는 상기 배면 전극층(14)에 스크라이빙 패턴을 형성하고 있으나, 이 경우에는 상기 건물일체형 태양전지(10)의 발전효율이 감소하는 문제점이 발생된다.

또한, 상기 스크라이빙 패턴을 형성하는 레이저 스크라이빙 공정을 수행하기 위해 비용 및 시간이 소모되므로 제조단가가 상승하는 문제점도 발생되었다.

본 발명자들은 건축물의 외장재로 사용되면서 전기 에너지를 공급하는 건물일체형 태양전지를 제공하되, 태양광의 투과도를 향상시키고 다양한 색상을 구현하며 제조비용을 절감하고자 연구 노력한 결과, 건물일체형 태양전지의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 태양광의 투과도를 높혀서 건축물 내부로의 채광성을 향상시킬 수 있는 건물일체형 태양전지를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 색상을 구현할 수 있는 건물일체형 태양전지를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제조공정이 간단하고, 제조비용을 절감할 수 있는 건물일체형 태양전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광의 빛에너지에서 전기에너지를 발생시키는 광흡수층; 상기 광흡수층의 상부에 구비된 투명전극층; 및 상기 광흡수층의 하부에 투명 전극으로 구비되는 배면 전극층;을 포함하는 태양전지를 제공한다.

또한, 본 발명은 전면 유리기판층; 상기 전면 유리기판 상부에 적층되는 투명전극층; 상기 투명전극층의 상부에 적층되는 광흡수층; 상기 광흡수층의 상부에 적층되는 배면 전극층; 상기 배면 전극층 상부에 적층되는 필름층; 및 상기 필름층의 상부에 적층되는 배면 유리기판층;을 포함하고, 상기 배면 전극층은 투명 전극으로 구비된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 배면 전극층은 TiO₂, ZnO, In₂O₃ 및 SnO₂로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 배면 전극층은 90% 내지 100% 사이의 특정 가시광 투과율을 갖도록 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 배면 전극층은 1Ω/sq 내지 10Ω/sq 사이의 특정 면저항을 갖는다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 건물 일체형 태양전지에 의하면, 배면 전극층을 투명전극으로 구비하므로 투과도가 향상되고 건축물의 내부로의 채광성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 건물 일체형 태양전지에 의하면, 배면 전극층을 투명전극으로 구비하고 다양한 색상을 구현하게 함에 따라, 건축물의 외장재 또는 창호로 사용될 시 색상의 다양성을 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 건물 일체형 태양전지에 의하면, 별도의 스크라이빙 공정을 수행하지 않으므로 제조공정을 간소화할 수 있고 제조 시간 및 제조 비용을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 건물일체형 태양전지를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 건물일체형 태양전지를 나타내는 단면도.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 건물일체형 태양전지를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 건물일체형 태양전지(100)는, 태양광이 입사되면 전기 에너지를 발생시키는 것으로, 특히, 건축물의 외장재로 사용되며 투과도를 향상시켜 높은 채광성을 가지며, 전면 유리기판층(110), 투명전극층(120), 광흡수층(130), 배면 전극층(140), 필름층(150) 및 배면 유리기판층(160)을 포함한다.

상기 전면 유리기판층(110)은 외부에서 가해지는 충격 또는 마모 등으로부터 후술될 광흡수층(130)을 보호하도록 구비되며, 비용이 저렴하고 높은 투과도를 갖는 소다라임 글래스(sodalime glass)로 구비할 수 있다.

또한, 상기 전면 유리기판층(110)은 쉽게 파손되지 않도록 열강화 또는 화학강화 등을 통해 강화하여 사용할 수도 있다.

상기 투명전극층(120)은 상기 전면 유리기판층(110)의 상부에 적층되는 것으로, 전기 전도성이 높고 투명한 전도성 물질로 구비되며, 예컨대, 투명 전도성 산화물(Transparent Conducting Oxide)로 구비할 수 있다.

또한, 상기 투명전극층(120)은 다양한 증착공정을 통해 상기 전면 유리기판층(110) 상부에 증착하여 적층할 수 있는데, 예컨대, 스퍼터링 공정을 통해 상기 투명전극층(120)을 증착할 수 있다.

상기 광흡수층(130)은 상기 투명전극층(120)의 상부에 적층되는 것으로, 태양광이 입사되면 태양광의 빛에너지로부터 전기에너지를 발생시키도록 구비되며, PN접합 또는 PIN 접합 구조의 반도체층으로 형성된다.

또한, 상기 광흡수층(130)은 p형 반도체층(131), i형 반도체층(132) 및 n형 반도체층(132)을 포함하는 실리콘 박막 반도체층으로 구비할 수 있다.

또한, 상기 광흡수층(130)은 다양한 증착공정을 통해 상기 투명전극층(120)의 상부에 적층되도록 증착할 수 있는데, 예컨대, 플라즈마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)공정을 이용하여 상기 광흡수층(130)을 증착할 수 있고, 증착 시 0.5㎛ 내지 0.6㎛ 의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.

상기 배면 전극층(140)은 상기 광흡수층(130)의 상부에 적층되는 것으로, 금속전극에 비해 상대적으로 태양광의 투과성이 높고 전기 전도성이 우수한 투명 전극으로 구비된다.

또한, 상기 배면 전극층(140)은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)로 구비되는데 TiO₂, ZnO, In₂O₃ 또는 SnO₂로 이루어질 수 있으며, 스퍼터링 공정을 통해 상기 광흡수층(130) 상부에 적층되도록 증착될 수 있다.

따라서, 상기 배면 전극층(140)은 투명 전극으로 이루어져서 태양광을 차단하지 않고 투과시키게 되므로, 본 발명의 일실시예에 따른 건물일체형 태양전지(100)가 건축물의 창호(doors and windows)에 설치되는 경우에 상기 건축물 내부로 태양광이 입사되게 하여 채광성을 향상시킨다. 또한, 상기 창호는 상기 건축물의 개구부에 설치되는 창 또는 문을 포함한다.

또한, 상기 배면 전극층(140)은 적어도 90% 이상의 특정 가시광 투과율을 갖게 구비하는 것이 바람직하며, 최대 100%의 가시광 투과율을 갖게 구비할 수 있다.

또한, 상기 배면 전극층(140)은 1Ω/sq 내지 10Ω/sq 사이의 특정 면저항을 갖도록 구비하여 높은 전기 전도성을 갖게 구비하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 배면 전극층(140)은 투명전극으로 이루어져 별도의 레이저 스크라이빙 패턴을 형성하지 않고도 태양광이 쉽게 투과될 수 있으므로, 건축물의 창호에 설치될 시 상기 건축물의 채광성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 배면 전극층(140)에 별도의 레이저 스크라이빙 공정을 실시하지 않으므로 제조공정의 간소화, 제조 시간 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 배면 전극층(140)이 고유의 색상이 없이 투명하므로 다양한 색상 또는 패턴들을 구현할 수 있는데, 예컨대, 상기 전면 유리기판층(110) 또는 후술될 배면 유리기판층(160)에 특정 색상 또는 특정 패턴을 프린팅하거나, 후술될 필름층(150)에 특정 색상 또는 패턴을 프린팅하여 제공될 수 있다.

상기 필름층(150)은 상기 배면 전극층(140)의 상부에 적층되는 것으로, 후술될 배면 유리기판층(160)을 접착시키고, 열, 수분, 오존 또는 물리적 압력 등의 외부환경으로부터 상기 광흡수층(130)을 보호하도록 구비된다.

또한, 상기 필름층(150)은 고분자 합성수지 필름으로 구비할 수 있으며, 예컨대, EVA 필름(Ethylene Vinyl Acetate)으로 구비할 수 있다. 또한, 상기 필름층(150)은 상기 EVA 필름 이외에 PVB 필름(Polyvinyl Butyral)으로 구비할 수도 있다.

상기 배면 유리기판층(160)은 상기 필름층(150)의 상부에 적층되는 것으로, 상기 필름층(150)의 상부에 접착되면서 적층되고, 외부에서 가해지는 충격 또는 마모 등으로부터 상기 광흡수층(130)을 보호하도록 구비된다.

또한, 상기 배면 유리기판층(160)은 상기 전면 유리기판층(110)과 같이 비용이 저렴하고 높은 투과도를 갖는 소다라임 글래스(sodalime glass)로 구비할 수 있으며, 쉽게 파손되지 않도록 열강화 또는 화학강화 등을 통해 강화하여 사용할 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

110 : 전면 유리기판층 120 : 투명전극층
130 : 광흡수층 140 : 배면 전극층
150 : 필름층 160 : 배면 유리기판층

Claims (8)

1. 태양광의 빛에너지에서 전기에너지를 발생시키는 광흡수층;
   상기 광흡수층의 상부에 구비된 투명전극층; 및
   상기 광흡수층의 하부에 투명 전극으로 구비되는 배면 전극층;을 포함하는 태양전지.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배면 전극층은 TiO₂, ZnO, In₂O₃ 및 SnO₂로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)인 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 배면 전극층은 90% 내지 100% 사이의 특정 가시광 투과율을 갖도록 구비된 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 배면 전극층은 1Ω/sq 내지 10Ω/sq 사이의 특정 면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
5. 전면 유리기판층;
   상기 전면 유리기판 상부에 적층되는 투명전극층;
   상기 투명전극층의 상부에 적층되는 광흡수층;
   상기 광흡수층의 상부에 적층되는 배면 전극층;
   상기 배면 전극층 상부에 적층되는 필름층; 및
   상기 필름층의 상부에 적층되는 배면 유리기판층;을 포함하고,
   상기 배면 전극층은 투명 전극으로 구비된 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 투명 전극은 TiO₂, ZnO, In₂O₃ 및 SnO₂로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)인 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 투명 전극은 90% 내지 100% 사이의 특정 가시광 투과율을 갖도록 구비된 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 투명 전극은 1Ω/sq 내지 10Ω/sq 사이의 특정 면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지.
   
   

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