KR20130074976A - Ｂａｐｖ 구조 - Google Patents
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Abstract
발명의 실시예에 따른 BAPV 구조는 지지기판; 상기 지지기판의 상면에 형성되는 태양전지 셀; 상기 지지기판의 하면에 형성되는 열전도층; 및, 상기 열전도층의 하면에 형성되는 백시트;를 포함한다.
Description
본 발명은 BAPV 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건물의 외벽에 태양광을 이용하여 전기에너지를 생산하는 태양전지모듈이 적용된 BAPV 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광발전은 태양광을 이용해 직접 전기를 생산하는 태양전지모듈(Photovoltaic Module)로서, 이를 이용한 다양한 응용분야가 있지만, 그 중에서 태양전지를 건물의 외벽 마감재로 사용하는 BAPV 구조가 각광받고 있다.
태양전지를 건물의 표면에 응용하여 일체화하는 기술은 건물 외벽에 적용함으로써 경제성은 물론 각종 부가가치를 높여 보다 효율적으로 태양전지 시스템을 보급·활성화 시키려는 개념이다.
BAPV는 차량이나 기차와 같이 굴곡있고, 곡면으로 형성되는 이동수단의 표면에도 형성될 수 있어, 보급 및 활성화 면에서 유리한 장점이 있다. 이러한 BAPV는 건설비용을 줄이고 건물의 미려함을 향상시키는데 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 BAPV 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 BAPV 구조는 지지기판(200)의 상면에 태양전지 셀(300)이 배치되고, 지지기판(200)의 하면은 건물의 외벽(100)과 접하도록 형성된다. 상기 태양전지 셀(300)은 상기 지지기판(200)에 비해 상대적으로 좁은 폭으로 형성될 수 있으며, 후면전극층, 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 포함할 수 있다. 상기 지지기판(200)의 하면은 건물의 외벽(100)과 접하도록 형성될 수 있다.
이러한 BAPV는 지지기판(200)이 메탈과 같이 플렉서블한 물질로 형성될 수 있고, 건물의 외벽(100)과 접착제를 통한 설치공법이 일반적이나, 종래의 BIPV 구조(Building Integrated Photovoltaic)와는 달리 태양전지가 설치되는 구조물과의 간격이 없기 때문에 태양열에 의한 셀의 손상 및 효율 저하가 발생하여 신뢰성은 개선의 여지가 있다.
발명의 실시예에서는 지지기판의 일면에 태양전지 셀들이 증착되고, 지지기판의 타면에 열전도층 및 백시트를 형성함으로써, 태양광에 의해 흡수된 열 에너지를 효과적으로 외부로 방출하므로, 냉각효과를 기대할 수 있다.
그리고, 열전도층이 탄성이 있는 물질로 형성되므로 외부 충격을 완화할 수 있어 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
발명의 실시예에 따른 BAPV 구조는 지지기판; 상기 지지기판의 상면에 형성되는 태양전지 셀; 상기 지지기판의 하면에 형성되는 열전도층; 및, 상기 열전도층의 하면에 형성되는 백시트;를 포함한다.
발명의 실시예에서는 지지기판의 일면에 태양전지 셀들이 증착되고, 지지기판의 타면에 열전도층 및 백시트를 형성함으로써, 태양광에 의해 흡수된 열 에너지를 효과적으로 외부로 방출하므로, 냉각효과를 기대할 수 있다.
그리고, 열전도층이 탄성이 있는 물질로 형성되므로 외부 충격을 완화할 수 있어 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 BAPV 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 BAPV 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 BAPV 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 BAPV 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 BAPV 구조는 지지기판(200)의 상면에 태양전지 셀(300)이 배치되고, 지지기판(200)의 하면은 열전도층(170) 및 백시트(150)를 통해 건물의 외벽(100)과 접하도록 형성된다.
상기 태양전지 셀(300)은 상기 지지기판(200)에 비해 상대적으로 좁은 폭으로 형성될 수 있으며, 후면전극층, 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 포함할 수 있다.
상기 지지기판(200) 상에는 후면전극층이 배치된다. 상기 후면전극층은 도전층이다. 상기 후면전극층은 태양전지 중 상기 광 흡수층에서 생성된 전하가 이동하도록 하여 태양전지의 외부로 전류를 흐르게 할 수 있다. 상기 후면전극층은 이러한 기능을 수행하기 위하여 전기 전도도가 높고 비저항이 작아야 한다.
또한, 상기 후면전극층은 CIGS 화합물 형성시 수반되는 황(S) 또는 셀레늄(Se) 분위기 하에서의 열처리 시 고온 안정성이 유지되어야 한다. 또한, 상기 후면전극층은 열팽창 계수의 차이로 인하여 상기 지지기판(200)과 박리현상이 발생되지 않도록 상기 지지기판(200)과 접착성이 우수하여야 한다. 이러한 후면전극층은 몰리브덴(Mo)이 사용될 수 있다.
상기 후면전극층 상에는 광 흡수층이 형성될 수 있다. 상기 광 흡수층은 p형 반도체 화합물을 포함한다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1.1eV 내지 1.2eV일 수 있다.
상기 광 흡수층 상에 버퍼층이 배치된다. CIGS 화합물을 광 흡수층으로 갖는 태양전지는 p형 반도체인 CIGS 화합물 박막과 n형 반도체인 윈도우층 간에 pn 접합을 형성한다. 하지만 두 물질은 격자상수와 밴드갭 에너지의 차이가 크기 때문에 양호한 접합을 형성하기 위해서는 밴드갭이 두 물질의 중간에 위치하는 버퍼층이 필요하다.
상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 2.2eV 내지 2.5eV일 수 있다. 상기 버퍼층을 형성하는 물질로는 CdS, ZnS등이 있고 태양전지의 발전 효율 측면에서 CdS가 상대적으로 우수하다.
상기 버퍼층은 10nm 내지 100nm의 두께로, 바람직하게는 50nm 내지 80nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층 상에 고저항 버퍼층이 배치될 수 있다. 상기 고저항 버퍼층은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 버퍼층 상에 윈도우층이 배치된다. 상기 윈도우층은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 윈도우층의 저항은 상기 후면전극층의 저항보다 높다.
상기 윈도우층은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 윈도우층은 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 윈도우층은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다.
상기 지지기판(200)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층, 광 흡수층, 버퍼층 및 윈도우층을 지지한다.
상기 지지기판(200)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(200)은 유리기판, 폴리머와 같은 플라스틱기판, 또는 금속기판일 수 있다.
발명의 실시예에서는 금속기판으로 형성되었으나 이외에, 지지기판(200)의 재질로 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸, 유연성이 있는 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 지지기판(200)은 투명할 수 있고 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 지지기판(200)의 하면에는 열전도층(170)이 형성될 수 있다. 상기 열전도층(170)은 상기 지지기판(200) 이상의 폭으로 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 지지기판(200)에서 발생되는 열이 효과적으로 전달될 수 있다.
상기 열전도층(170)은 서멀 컴파운드(Thermal Compound) 물질로 형성될 수 있다. 상기 열전도층(170)은 세라믹(Ceramic) 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 베릴륨 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 니트리드, 실리콘 옥사이드 중 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있다. 상기 열전도층(170)은 하나의 물질로 형성될 수 있고, 둘 이상의 물질을 포함하여 형성될 수도 있다.
그리고 상기 열전도층(170)은 세라믹 물질 중 적어도 하나를 포함하는 층이 적층되어, 둘 이상의 층으로 형성될 수도 있다. 상기 열전도층(170)이 둘 이상의 층으로 형성되는 경우, 인접하는 층은 다른 물질을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 열전도층(170) 하면에는 백시트(backsheet:150)가 형성될 수 있다. 상기 백시트(150)는 금속물질이 도핑될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄이 도핑될 수 있다.
상기 백시트(150)는 건물의 외벽(100)과 지지기판(200)을 접합시키는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전도층(170)은 알루미늄 및 베릴륨을 포함하는 산화물 페이스트로 형성될 수 있는데, 이는 유동성의 특징으로 인해, 건물의 외벽(100)으로부터 흘러내릴 수 있다.
상기 백시트(150)의 상면에 열전도층(170)을 형성하므로, 상기 열전도층(170)과 백시트(150)는 실질적으로 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
상기 백시트(150)가 열전도층(170)을 고정시킴으로써 건물의 외벽(100)으로부터 흘러내리는 현상을 개선할 수 있다.
상기 백시트(150)는 열전도층(170), 지지기판(200) 및 태양전지 셀(300)의 측면을 감싸도록 'ㄷ'자 형상으로 형성될 수 있다.
상기에서 검토한 바와 같이, 발명의 실시예에서는 지지기판의 일면에 태양전지 셀들이 증착되고, 지지기판의 타면에 열전도층 및 백시트를 형성함으로써, 태양광에 의해 흡수된 열 에너지를 효과적으로 외부로 방출하므로, 냉각효과를 기대할 수 있다.
그리고, 열전도층이 탄성이 있는 물질로 형성되므로 외부 충격을 완화할 수 있어 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (11)
- 지지기판;
상기 지지기판의 상면에 형성되는 태양전지 셀;
상기 지지기판의 하면에 형성되는 열전도층; 및,
상기 열전도층의 하면에 형성되는 백시트;를 포함하는 BAPV 구조. - 제1항에 있어서,
상기 열전도층은 상기 지지기판 이상의 폭으로 형성되는 BAPV 구조. - 제1항에 있어서,
상기 열전도층은 세라믹(Ceramic) 물질을 포함하는 BAPV 구조. - 제3항에 있어서,
상기 열전도층은 베릴륨 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 니트리드, 실리콘 옥사이드 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 BAPV 구조. - 제4항에 있어서,
상기 열전도층은 둘 이상의 층으로 형성되고, 인접하는 층은 다른 물질을 ㅍ포함하여 형성되는 PV 구조. - 제1항에 있어서,
상기 백시트는 금속물질이 도핑된 BAPV 구조. - 제6항에 있어서,
상기 백시트는 알루미늄을 포함하는 BAPV 구조. - 제1항에 있어서,
상기 백시트는 열전도층, 지지기판 및 태양전지 셀의 측면을 감싸도록 'ㄷ'자 형상으로 형성되는 BAPV 구조 - 지지기판 상에 태양전지 셀을 형성하는 단계;
백시트의 상면에 열전도층을 형성하는 단계; 및,
상기 열전도층의 상면과 상기 지지기판의 하면을 접합하는 단계;를 포함하는 BAPV 구조의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 열전도층은 베릴륨 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 니트리드, 실리콘 옥사이드 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성하는 BAPV 구조의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 백시트에 알루미늄을 도핑하는 단계;를 포함하는 BAPV 구조의 제조방법.
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| KR1020110143126A KR101327092B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | Ｂａｐｖ 구조 |
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