KR20130120742A - 태양광 발전장치 - Google Patents

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Abstract

태양광 발전장치가 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 기판은 제 1 곡면을 포함하는 제 1 아치부; 및 상기 제 1 아치부에 연결되고, 제 2 곡면을 포함하는 제 2 아치부를 포함하고, 상기 후면전극층은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면 상에 배치된다.

Description

태양광 발전장치{PHOTOVOLTAIC APPARATUS}
실시예는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
태양광 발전을 위한 태양전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 기판이 제공되고, 상기 기판 상에 후면전극층이 형성되고, 이후, 상기 후면전극층 상에 광 흡수층, 버퍼층 및 고저항 버퍼층이 차례로 형성된다. 상기 광 흡수층을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다. 상기 광 흡수층의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1 내지 1.8 eV 이다.
이후, 상기 광 흡수층 상에 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 2.2 내지 2.4 eV 이다. 이후, 상기 버퍼층 상에 징크 옥사이드(ZnO)를 포함하는 고저항 버퍼층이 스퍼터링 공정에 의해서 형성된다. 상기 고저항 버퍼층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이후, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명한 도전물질이 적층되고, 상기 고저항 버퍼층 상에 투명전극층이 형성된다. 상기 투명전극층으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 투명전극층의 에너지 밴드갭은 약 3.1 내지 3.3 eV 이다.
이와 같은 태양광 발전장치에 있어서, 상기 광 흡수층 내의 밴드갭 에너지를 조절하여, 광 전 변환 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
이와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환시키기 위해서, 다양한 형태의 태양광 발전장치가 제조되고, 사용될 수 있다. 이와 같은 태양광 발전장치는 특허 공개 공보 10-2008-0088744 등에 개시된다.
실시예는 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고, 상기 기판은 제 1 곡면을 포함하는 제 1 아치부; 및 상기 제 1 아치부에 연결되고, 제 2 곡면을 포함하는 제 2 아치부를 포함하고, 상기 후면전극층은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면 상에 배치된다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 제 1 태양전지; 및 상기 제 1 태양전지에 인접하는 제 2 태양전지를 포함하고, 상기 기판은 제 1 곡면을 포함하는 제 1 아치부; 및 상기 제 1 아치부에 연결되고, 제 2 곡면을 포함하는 제 2 아치부를 포함하고, 상기 제 1 태양전지는 상기 제 1 곡면에 배치되고, 상기 제 2 태양전지는 상기 제 2 곡면에 배치된다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 곡면을 포함하는 아치부에 태양전지를 배치시킨다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 아치 형태의 아치부들을 포함하는 기판에 상기 후면전극층, 상기 광 흡수층 및 상기 전면전극층을 형성시킨다.
이에 따라서, 상기 후면전극층, 상기 광 흡수층 및 상기 전면전극층은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면과 실질적으로 동일하게 만곡되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 후면전극층, 상기 광 흡수층 및 상기 전면전극층은 아치 형상을 가지면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판 상에 배치되는 태양전지들은 아치 형상을 가질 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 넓은 표면적을 가지고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 기판은 완만한 아치 형상을 가지므로, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 그늘의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 후면전극층에 형성되는 제 1 관통홈, 상기 광 흡수층에 형성되는 제 2 관통홈 및 상기 전면전극층에 형성되는 제 3 관통홈는 실제로 발전이 이루어지지 않는 비유효 영역(dead area)이다.
이와 같은 비유효 영역은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면이 교차하는 부분에 인접하여 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 비유효 영역은 경사지는 부분에 배치된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 비유효 영역에 입사되는 광을 줄이고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 지지기판의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 실시예에 다른 태양광 발전장치의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 막, 전극, 홈 또는 층 등이 각 기판, 전극, 막, 홈 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 지지기판의 일 단면을 도시한 단면도이다. 도 3은 실시예에 다른 태양광 발전장치의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양광 발전장치는 지지기판(100), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 전면전극층(600) 및 접속부(700)를 포함한다.
상기 지지기판(100)은 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면전극층(600) 및 상기 접속부(700)를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 스테인레스 스틸 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지기판(100)의 상면은 전체적으로 복수의 곡면들로 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)의 상면은 다수 개의 렌티큘라 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 지지기판(100)의 상부 곡면들(111, 121...)은 탑측에서 보았을 때, 제 2 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 지지기판(100)의 상면은 상기 상부 곡면들(111, 121...)이 서로 연결되어 구성될 수 있다. 상기 지지기판(100)은 복수의 아치부들(110, 120...)을 포함한다.
상기 아치부들(110, 120...)은 상기 제 2 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 상기 아치부들(110, 120...)은 서로 나란히 배치된다. 상기 아치부들(110, 120...)이 서로 일체로 형성되어, 상기 지지기판(100)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 아치부들(110, 120...)의 측면이 서로 결합될 수 있다. 상기 아치부들(110, 120...)의 폭은 약 5㎜ 내지 약 20㎜일 수 있다.
또한, 상기 아치부들(110, 120...)은 각각 상기 상부 곡면(111, 121...)을 포함한다. 또한, 상기 아치부들(110, 120...)은 각각 상기 상부 곡면(111, 121...)에 대향하는 하부 곡면(112, 122...)을 포함한다.
상기 아치부들(110, 120...)은 상방으로 볼록한 형상을 가지고, 하부는 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 아치부들(110, 120...)은 만곡된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 지지기판(100)은 제 1 아치부(110) 및 제 2 아치부(120)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 아치부(110)는 상부에 제 1 상부 곡면(111) 및 하부에 제 1 하부 곡면(112)을 포함한다. 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 1 하부 곡면(112)은 서로 대향된다. 상기 제 1 아치부(110)의 상면은 상기 제 1 상부 곡면(111)으로 구성되고, 상기 제 1 아치부(110)의 하면은 상기 제 1 하부 곡면(112)으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 상부 곡면(111)은 상방으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제 1 하부 곡면(112)은 상방으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 1 하부 곡면(112)은 실질적으로 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 상부 곡면(111)의 곡률 반경은 약 1㎝ 내지 약 5㎝일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 상부 곡면(111)의 곡률 반경은 약 1㎝ 내지 약 1.18㎝일 수 있다.
또한, 상기 제 1 하부 곡면(112)의 곡률 반경은 약 1㎝ 내지 약 5㎝일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 하부 곡면(112)의 곡률 반경은 약 1㎝ 내지 약 1.18㎝일 수 있다.
또한, 상기 제 1 아치부(110)의 폭(W)은 약 5㎜ 내지 약 20㎜일 수 있다. 상기 제 1 아치부(110)의 높이(H)는 약 1㎜ 내지 약 5㎜일 수 있다. 또한, 상기 제 1 아치부(110)의 높이(H)는 상기 제 1 아치부(110)의 폭(W)의 약 1/4이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 아치부(110)의 높이(H)는 상기 제 1 아치부(110)의 폭(W)의 약 1/10 내지 약 1/4일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 아치부(110)의 폭(W)은 상기 제 2 방향에 대하여 수직한 제 1 방향으로의 거리이다. 즉, 상기 제 1 아치부(110)의 폭(W)은 상기 제 1 방향을 기준으로, 상기 제 1 아치부(110)의 일 측면으로부터 타 측면까지의 거리이다. 또한, 상기 제 1 아치부(110)의 높이(H)는 상기 제 1 아치부(110)의 최하부로부터 상기 제 1 상부 곡면(111)의 최상부까지의 높이를 의미한다.
상기 제 2 아치부(120)는 상기 제 1 아치부(110)에 연결된다. 상기 제 2 아치부(120)는 상기 제 1 아치부(110)와 나란히 배치된다. 상기 제 2 아치부(120)의 측면은 상기 제 1 아치부(110)의 측면에 직접 연결될 수 있다. 상기 제 1 아치부(110) 및 상기 제 2 아치부(120)는 서로 일체로 형성될 수 있다.
상기 제 2 아치부(120)는 상부에 제 2 상부 곡면(121) 및 하부에 제 2 하부 곡면(122)을 포함한다. 상기 제 2 상부 곡면(121) 및 상기 제 2 하부 곡면(122)은 서로 대향된다. 상기 제 2 아치부(120)의 상면은 상기 제 2 상부 곡면(121)으로 구성되고, 상기 제 2 아치부(120)의 하면은 상기 제 2 하부 곡면(122)으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 상부 곡면(121)은 상방으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 하부 곡면(122)은 상방으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 2 상부 곡면(121) 및 상기 제 2 하부 곡면(122)은 실질적으로 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.
상기 제 2 아치부(120)는 상기 제 1 아치부(110)와 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)은 서로 만날 수 있다. 즉, 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)은 서로 교차할 수 있다. 이때, 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 서로 교차하는 부분(M)에서, 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121) 사이의 각도(θ1)는 약 100° 내지 약 150°일 수 있다.
또한, 상기 제 1 상부 곡면(111)의 최상부로부터 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 교차하는 부분까지의 제 1 평면이 정의될 수 있다. 상기 제 1 상부 곡면(111)의 최상부로부터 상기 제 2 상부 곡면(121)의 최상부까지의 제 2 평면이 정의될 수 있다. 이때, 상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면 사이의 각도(θ2)는 약 5° 내지 약 15°일 수 있다.
상기 제 1 아치부(110) 및 상기 제 2 아치부(120)와 같은 방식으로, 다른 아치부들(110, 120...)도 서로 연결되어, 상기 지지기판(100)이 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(200)은 상기 상부 곡면들(111, 121...) 상에 배치된다. 즉, 상기 후면전극층(200)은 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)에 배치된다. 또한, 상기 후면전극층(200)은 상기 상부 곡면들(111, 121...) 사이의 영역에도 배치될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈(TH1)은 평면에서 보았을 때, 상기 제 2 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 상부 곡면들(111, 121...)이 서로 만나는 영역에 인접하여 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 서로 이웃하는 아치부들(110, 120...)이 만나는 부분에 인접하여 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 만나는 부분에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 교차하는 부분을 노출시킬 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들(210, 220...)로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들(210, 220...)이 정의된다. 도 3에서는 상기 후면전극들(210, 220...) 중 제 1 후면전극(210) 및 제 2 후면전극(220)이 도시된다.
상기 후면전극들(210, 220...)은 상기 아치부들(110, 120...)에 각각 대응될 수 있다. 즉, 제 1 후면전극(210)은 상기 제 1 아치부(110)에 대응되고, 제 2 후면전극(220)은 상기 제 2 아치부(120)에 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 1 후면전극(210)은 상기 제 1 상부 곡면(111)에 배치되고, 상기 제 2 후면전극(220)은 상기 제 2 상부 곡면(121)에 배치될 수 있다. 마찬가지 방식으로, 다른 후면전극들도 각각 다른 상부 곡면들(111, 121...)에 배치될 수 있다.
상기 후면전극들(210, 220...)은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들(210, 220...)은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면전극들(210, 220...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 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 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 광 흡수층(300)에는 제 2 관통홈(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈은 상기 제 1 관통홈(TH1)에 인접하여 형성된다. 또한, 상기 제 2 관통홈은 상기 아치부들(110, 120...)이 서로 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈은 상기 상부 곡면들(111, 121...)이 서로 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 서로 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 제 1 관통홈(TH1)과 일부 중첩될 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈(TH1)과 중첩될 수 있다.
상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들(310, 320...)을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들(310, 320...)로 구분된다.
상기 광 흡수부들(310, 320...)은 상기 아치부들(110, 120...)에 각각 대응될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광 흡수부(310)는 상기 제 1 후면전극(210) 및 상기 제 1 아치부(110)에 대응되고, 제 2 광 흡수부(320)는 제 2 후면전극(220) 및 제 2 아치부(120)에 대응될 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들(410, 420...)로 구분되고, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들(510, 520...)로 구분된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 약 10 내지 200배 더 클 수 있다. 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO) 등을 들 수 있다.
상기 전면전극층(600)에는 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 2 관통홈(TH2)옆에 나란히 배치된다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 아치부들(110, 120...)이 서로 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 상부 곡면들(111, 121...)이 서로 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 관통홈(TH3)은 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 서로 만나는 부분에 인접하여 형성될 수 있다.
상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 다수 개의 전면전극들(610, 620...)로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들(610, 620...)은 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면전극들(610, 620...)은 상기 후면전극들(210, 220...)과 대응되는 형상을 가진다. 또한, 상기 전면전극들(610, 620...)은 상기 아치부들(110, 120...)에 각각 대응된다. 즉, 상기 전면전극들(610, 620...)은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면전극들(610, 620...)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 상기 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 태양전지들(C1, C2...)로 구분된다.
즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)을 포함한다. 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 아치부들(110, 120...)에 각각 대응하여 배치된다. 또한, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 아치부들(110, 120...)과 실질적으로 동일한 평면 형상을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 상기 상부 곡면들(111, 121...)에 각각 배치된다. 예를 들어, 상기 태양광 발전장치는 제 1 태양전지(C1) 및 제 2 태양전지(C2)를 포함한다.
상기 제 1 태양전지(C1)는 상기 제 1 아치부(110)에 대응된다. 상기 제 1 태양전지(C1)는 상기 제 1 상부 곡면(111)에 배치된다. 상기 제 1 태양전지(C1)는 상기 제 1 상부 곡면(111)에만 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 태양전지(C1)는 상기 제 1 상부 곡면(111)에 전체적으로 배치될 수 있다.
상기 제 2 태양전지(C2)는 상기 제 2 아치부(120)에 대응된다. 상기 제 2 태양전지(C2)는 상기 제 2 상부 곡면(121)에 배치된다. 상기 제 2 태양전지(C2)는 상기 제 2 상부 곡면(121)에만 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 2 태양전지(C2)는 상기 제 2 상부 곡면(121)에 전체적으로 배치될 수 있다.
상기 태양전지들(C1, C2...)은 각각 후면전극, 광 흡수부, 버퍼, 고저항 버퍼 및 전면전극을 포함한다.
예를 들어, 상기 제 1 태양전지(C1)는 상기 제 1 후면전극(210), 상기 제 1 광 흡수부(310), 상기 제 1 버퍼(410), 상기 제 1 고저항 버퍼(510) 및 상기 제 1 전면전극(610)을 포함한다. 또한, 상기 제 2 태양전지(C2)는 상기 제 2 후면전극(220), 상기 제 2 광 흡수부(320), 상기 제 2 버퍼(420), 상기 제 2 고저항 버퍼(520) 및 상기 제 2 전면전극(620)을 포함한다.
상기 제 1 후면전극(210)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되고, 상기 제 1 광 흡수부(310), 상기 제 1 버퍼(410) 및 상기 제 1 고저항 버퍼(510)는 상기 제 1 후면전극(210) 상에 차례로 적층되어 배치된다. 상기 제 1 전면전극(610)는 상기 제 1 고저항 버퍼(510) 상에 배치된다.
즉, 상기 제 1 후면전극(210) 및 상기 제 1 전면전극(610)는 상기 제 1 광 흡수부(310)를 사이에 두고 서로 마주본다.
도면에서 도시되지 않았지만, 상기 제 1 광 흡수부(310) 및 상기 제 1 전면전극(610)는 상기 제 1 후면전극(210)의 상면의 일부가 노출하면서, 상기 제 1 후면전극(210)을 덮는다.
또한, 상기 제 2 후면전극(220)은 상기 제 1 후면전극(210)에 이격되어 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 제 2 광 흡수부(320)는 상기 제 1 광 흡수부(310)에 이격되어 상기 제 2 후면전극(220) 상에 배치된다. 상기 제 2 전면전극(620)는 상기 제 1 전면전극(610)에 이격되어 상기 제 2 고저항 버퍼(520) 상에 배치된다.
상기 제 2 광 흡수부(320) 및 상기 제 2 전면전극(620)는 상기 제 2 후면전극(220)의 상면의 일부가 노출하면서, 상기 제 2 후면전극(220)을 덮는다.
상기 접속부(700)는 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부는 상기 아치부들(110, 120...)이 서로 만나는 부분에 인접하여 배치된다. 상기 접속부는 상기 상부 곡면들(111, 121...)이 서로 교차하는 부분에 인접하여 배치된다. 예를 들어, 상기 접속부는 상기 제 1 상부 곡면(111) 및 상기 제 2 상부 곡면(121)이 서로 만나는 부분(M)에 인접하여 배치된다.
상기 접속부(700)는 상기 전면전극층(600)으로부터 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉한다. 예를 들어, 상기 접속부(700)는 상기 제 1 전면전극(610)으로부터 연장되어, 상기 제 2 후면전극(220)에 직접 접촉된다.
따라서, 상기 접속부(700)는 서로 인접하는 태양전지들(C1, C2...)에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다. 예를 들어, 상기 접속부(700)는 상기 제 1 전면전극(610) 및 상기 제 2 후면전극(220)을 연결한다. 또한, 상기 접속부(700)는 상기 제 2 전면전극(620) 및 상기 제 3 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 전면전극들(610, 620...)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다.
앞서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 아치부들(110, 120...)에 상기 태양전지들을 배치시킨다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 아치 형태의 상기 아치부들(110, 120...)을 포함하는 상기 지지기판(100)에 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300) 및 상기 전면전극층(600)을 형성시킨다.
이에 따라서, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300) 및 상기 전면전극층(600)은 상기 상부 곡면들(111, 121...)과 실질적으로 동일하게 만곡되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(330) 및 상기 전면전극층(600)은 아치 형상을 가지면서 형성될 수 있다. 즉, 상기 태양전지들(C1, C2...)은 아치 형상을 가질 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 넓은 표면적을 가지고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100)은 완만한 아치 형상을 가지므로, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 그늘의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 상기 상부 곡면들(111, 121...)의 곡률 반경이 약 1㎝ 내지 약 1.18㎝이고, 상기 아치부들(110, 120...)의 높이가 상기 아치부들(110, 120...)의 폭의 약 1/4이하인 경우, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 그늘의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 서로 인접하는 상부 곡면들(111, 121...)이 만나는 부분에서의 상부 곡면들(111, 121...) 사이의 각도가 약 100° 내지 약 150°인 경우, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 그늘의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면 사이의 각도(θ2)가 약 5°내지 약 15°인 경우, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 그늘의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 관통홈(TH1), 상기 제 2 관통홈(TH2) 및 상기 제 3 관통홈(TH3)는 실제로 발전이 이루어지지 않는 비유효 영역(dead area)이다. 즉, 상기 제 1 관통홈(TH1)에서 상기 제 3 관통홈(TH3)에 걸친 영역은 상기 비유효 영역이다.
상기 비유효 영역은 상기 상부 곡면들(111, 121...)이 서로 교차하는 부분에 인접하여 배치될 수 있다. 이에 따라서, 상기 비유효 영역은 경사지는 부분에 배치된다. 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 비유효 영역에 입사되는 광의 플럭스를 줄이고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 그늘지는 부분을 상기 비유효 영역으로 유도하여, 그늘에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 제조하는 과정을 도시한 도면들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 지지기판(100)이 제공된다. 상기 지지기판(100)은 하부 몰드(11) 및 상부 몰드(12)에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 플레이트가 상기 하부 몰드(11) 및 상기 상부 몰드(12) 사이에 개재되고, 프레스 공정 등에 의해서 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 몰리브덴 등의 금속을 상기 지지기판(100) 상에 증착시켜서 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(200)은 아치부들(110, 120...)의 상부 곡면에 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 스퍼터링 공정에 의해서 형성될 수 있다.
이후, 상기 후면전극층(200)은 패터닝되어 제 1 관통홈(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들(210, 220...)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝된다.
이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 서로 인접하는 아치부들(110, 120...)이 만나는 부분에 인접하여 각각 형성될 수 있다.
상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상부 곡면의 일부를 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 확산방지막 등과 같은 추가적인 층이 개재될 수 있고, 이때, 상기 제 1 관통홈(TH1)은 상기 추가적인 층의 상면을 노출하게 된다.
도 7을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층이 형성될 수 있다.
이후, 상기 광 흡수층(300) 상에 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
이후, 상기 광 흡수층(300)의 일부, 상기 버퍼층(400)의 일부 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈(TH2)은 약 200 내지 600㎚의 파장을 가지는 레이저에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한,상기 제 2 관통홈(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 전면전극층(600)이 형성된다. 이때, 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 상기 전면전극층(600)을 이루는 물질이 채워진다.
상기 전면전극층(600)을 형성하기 위해서, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질이 적층된다. 상기 투명한 도전물질은 상기 제 2 관통홈(TH2) 전체에 채워진다. 상기 투명한 도전물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드 등을 들 수 있다.
이에 따라서, 상기 전면전극층(600)으로부터 연장되어, 상기 후면전극층(200)에 직접 접속되는 접속부(700)가 상기 제 2 관통홈(TH2) 내측에 형성된다.
이후, 상기 전면전극층(600)의 일부가 제거되어 제 3 관통홈(TH3)이 형성된다. 즉, 상기 전면전극층(600)은 패터닝되어, 다수 개의 전면전극들(610, 620...) 및 다수 개의 태양전지들(C1, C2...)이 정의된다.
상기 제 3 관통홈(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법에 의해서, 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양광 발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 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 (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하고,
    상기 기판은
    제 1 곡면을 포함하는 제 1 아치부; 및
    상기 제 1 아치부에 연결되고, 제 2 곡면을 포함하는 제 2 아치부를 포함하고,
    상기 후면전극층은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면 상에 배치되는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면은 상방으로 볼록한 태양광 발전장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면은 서로 교차하는 태양광 발전장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 후면전극층은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면이 서로 교차하는 부분에 인접하여 형성되는 제 1 관통홈을 포함하는 태양광 발전장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면이 교차하는 부분에서, 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면 사이의 각도는 100° 내지 150°인 태양광 발전장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 곡면의 최상부로부터 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면이 교차하는 부분까지의 제 1 평면이 정의되고,
    상기 제 1 곡면의 최상부로부터 상기 제 2 곡면의 최상부까지의 제 2 평면이 정의되고,
    상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면 사이의 각도는 5° 내지 15°인 태양광 발전장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 광 흡수층은 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면이 만나는 부분에 인접하여 형성되는 제 2 관통홈을 포함하는 태양광 발전장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 아치부는 상기 제 1 곡면에 대향하는 제 3 곡면을 포함하고,
    상기 제 2 아치부는 상기 제 2 곡면에 대향하는 제 4 곡면을 포함하는 태양광 발전장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 곡면은 일 방향으로 연장되는 형상을 가지고,
    상기 지지기판의 최하부로부터 상기 제 1 곡면의 최상부까지의 높이는 상기 제 1 아치부의 폭의 1/4보다 더 작은 태양광 발전장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면의 곡률 반경은 1㎝ 내지 1.18㎝인 태양광 발전장치.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 제 1 태양전지; 및
    상기 제 1 태양전지에 인접하는 제 2 태양전지를 포함하고,
    상기 기판은
    제 1 곡면을 포함하는 제 1 아치부; 및
    상기 제 1 아치부에 연결되고, 제 2 곡면을 포함하는 제 2 아치부를 포함하고,
    상기 제 1 태양전지는 상기 제 1 곡면에 배치되고,
    상기 제 2 태양전지는 상기 제 2 곡면에 배치되는 태양광 발전장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 태양전지를 상기 제 2 태양전지에 연결시키는 접속부를 더 포함하고,
    상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면은 서로 만나고,
    상기 접속부는 상기 제 1 곡면 및 상기 제 2 곡면이 서로 만나는 부분에 인접하여 배치되는 태양광 발전장치.
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