KR20150053677A - 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈 Download PDF

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KR20150053677A
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임정욱
이규성
윤선진
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 태양전지 및 그를 구비하는 태양전지 모듈을 개시한다. 태양전지는, 제 1 광 변환 층과, 상기 제 1 광 변환 층 상의 하부 전극 층과, 상기 하부 전극 층 상에 배치되고, 태양 광을 흡수하는 광 흡수 층과, 상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 광 변환 층은 상기 태양광을 투과하는 하부 굴절 층과, 상기 태양광이 상기 하부 굴절 층에 굴절되는 굴절 광을 흡수하여 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.

Description

태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈{solar cell and module including the same}
본 발명은 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 발광체 광 농축(luminescent solar concentrator) 기술을 이용한 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 건물일체형 태양전지(BIPV; building integrated photovoltaics)는 주택의 지붕이나 건물의 타일 형태의 태양전지 분야에서 주로 개발되고 있다. 그러나, 향후 건물이나 주택의 창호에 적용되어 개발되는 태양광 창호가 본격적으로 양산될 경우 매우 큰 시장을 창출할 것으로 예상되고 있다. 염료감응형 태양전지 또는 유기태양전지의 경우 안정성 확보의 어려움을 겪고 있을 뿐 아니라 대면적에서 급격하게 저하되고 있기 때문에 대면적의 창호에 적용하기 어려운 실정이다. 또한, 박막 태양전지의 경우, 충분한 시감 확보와 컬러 구현과 높은 투과도 구현이 어렵다.
대면적의 태양광 창호에 적합한 기술 중의 하나는 형광체를 이용하는 것이다. 형광체는 태양전지에서 흡수되지 않는 태양광을 흡수하여 가시광 영역의 방출 광을 상기 태양전지에 제공할 수 있다. 일반적으로, 형광체는 태양전지의 상부에 배치될 수 있다. 태양전지는 태양광과 방출 광을 흡수하여 전력을 생성할 수 있다.
하지만, 일반적인 태양전지는 그의 상부에서 제공되는 방출 광을 흡수할 수 있다. 일반적인 태양전지의 광 흡수 효율은 극히 제한적으로 증가될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 광 흡수 효율을 극대화할 수 있는 태양전지 및 그를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지는, 제 1 광 변환 층; 상기 제 1 광 변환 층 상의 하부 전극 층; 상기 하부 전극 층 상에 배치되고, 태양 광을 흡수하는 광 흡수 층; 상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 광 변환 층은, 상기 태양광을 투과하는 하부 굴절 층; 및 상기 태양광이 상기 하부 굴절 층에 굴절되는 굴절 광을 흡수하여 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 형광체들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 형광체들은 란탄계 금속 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 태양 전지는 가시광 영역의 상기 태양광을 흡수하고, 상기 가시광 영역의 파장 보다 긴 파장의 적외선 영역의 상기 태양광을 투과할 수 있다. 상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 적외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 상기 제 1 방출 광을 상기 광 흡수 층에 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 상부 전극 층 상의 제 2 광 변환 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 2 광 변환 층은, 상기 태양광을 투과하는 상부 굴절 층; 및 상기 상부 굴절 층 내에 배치되고, 상기 가시광 영역의 파장 보다 짧은 파장의 자외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 제 2 방출 광을 생성하는 제 2 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 2 광 변환 입자들은 양자 점들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 양자 점들은 황화 카드뮴을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 하부 굴절 층 및 상부 굴절 층은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 또는 바나듐 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 모듈은, 굴절 플레이트; 상기 굴절 플레이트 내에 배치되고, 상기 굴절 플레이트에 굴절되는 태양광을 흡수하여 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 입자들; 및 상기 굴절 플레이트 상에 배치되고, 상기 태양광 및 상기 제 1 방출 광을 흡수하여 전력을 생성하는 태양전지를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 발광체 광 농축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 발광체 광 농축기는 형광체들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 형광체들은 란탄계 금속 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 굴절 플레이트는 PMMA 또는 PDMS를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 광 변환 입자들은 적외선 영역의 상기 태양광을 흡수할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 태양전지는, 상기 광 변환 플레이트 상의 하부 전극 층; 상기 하부 전극 층 상의 광 흡수 층; 상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층; 및 상기 상부 전극 층 상에 배치되고, 상기 태양광을 흡수하여 제 2 방출 광을 생성하는 광 변환 층을 포함할 수 있다. 상기 광 흡수 층은 상기 적외선 영역의 태양광을 투과하고, 상기 적외선 영역의 파장 보다 짧은 파장의 가시광 영역의 상기 태양광, 상기 제 1 방출 광, 상기 제 2 방출 광을 흡수할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 2 광 변환 층은, 상기 상부 전극 층 상의 굴절 층; 및 상기 굴절 층 내에 배치되는 제 2 광 변환 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 2 광 변환 입자들은 양자 점들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 광 변환 플레이트 아래에 배치되고, 상기 제 1 광 변환 플레이트의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 굴절률 구배 플레이트들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 굴절률 구배 플레이트들은, 상기 광 변환 플레이트 아래의 제 1 굴절률 구배 플레이트; 및 상기 제 1 굴절률 구배 플레이트 아래에 배치되고, 상기 제 1 굴절률 구배 플레이트의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 제 2 굴절률 구배 플레이트를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 태양전지 모듈은 광 변환 플레이트와 상기 광 변환 플레이트 상의 태양전지를 포함할 수 있다. 광 변환 플레이트는 적외선 영역 및 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 가시광 영역의 제 1 방출 광을 태양전지에 제공할 수 있다. 제 1 방출 광은 태양전지에 집중될 수 있다. 태양전지는 하부 전극 층, 광 흡수 층, 상부 전극 층, 및 상부 광 변환 층을 포함할 수 있다. 상부 광 변환 층은 자외선 영역의 태양광을 흡수하여 가시광 영역의 제 2 방출 광을 광 흡수 층에 제공할 수 있다. 광 흡수 층은 태양광, 제 1 방출 광, 및 제 2 방출 광을 흡수할 수 있다. 태양광, 제 1 방출 광, 및 제 2 방출 광은 가시광 영역의 파장을 가질 수 있다. 본 발명의 태양전지 모듈은 태양전지의 광 흡수 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다
도 4는 본 발명의 응용 예에 따른 태양전지를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈을 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 모듈은, 광 변환 플레이트(100) 및 태양전지(200)를 포함할 수 있다.
광 변환 플레이트(100)는 가시광 영역의 태양광(300)을 굴절시킬 수 있다. 가시광 영역의 태양광(300)은 적외선 영역의 파장보다 짧은 파장을 가질 수 있다. 가시광 영역의 태양광(300)은 자외선 영역의 파장보다 짧은 파장을 가질 수 있다. 광 변환 플레이트(100)는 적외선 영역 및 자외선 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 광 변환 플레이트(100)는 가시광 영역의 제 1 방출 광(400)을 생성할 수 있다. 일 예에 따르면, 광 변환 플레이트(100)는 굴절 플레이트(110) 및 제 1 광 변환 입자들(120)을 포함할 수 있다.
굴절 플레이트(110)는 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)을 투과할 수 있다. 예를 들어, 굴절 플레이트(110)는 티타늄 산화막(TiO2), 바나듐 산화막(V2O3), 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)과 같은 금속 산화막을 포함할 수 있다. 또한, 굴절 플레이트(110)는 PMMA 또는 PDMS와 같은 고분자를 포함할 수 있다.
제 1 광 변환 입자들(120)은 굴절 플레이트(110) 내에 배치될 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 태양광(300)을 흡수하여 제 1 방출 광(400)을 생성할 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 제 1 방출 광(400)을 태양전지(200)에 집중시킬 수 있다. 제 1 방출 광(400)은 가시광 영역의 파장을 가질 수 있다. 제 1 방출 광(400)은 태양전지(200)에 집중될 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 발광체 광 농축기들(Luminescent solar concentrators; LSC)을 포함할 수 있다.
적외선 영역의 태양광(300)은 태양전지(200)를 투과할 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 업 변환 기능(up conversion function)을 수행할 수 있다. 업 변환은 장파장의 빛을 짧은 파장의 빛으로 변환하는 것으로 정의될 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 광 변환 입자들(120)은 적외선 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광 변환 입자들(120)은 란탄계 금속 입자들의 형광체들을 포함할 수 있다. 형광체들은 수 나노미터 직경의 크기를 가질 수 있다.
자외선 영역의 태양광(300)은 광 변환 플레이트(100)에 직접 제공될 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 다운 변환 기능을 수행할 수 있다. 다운 변환은 짧은 파장의 빛을 긴 파장의 빛으로 변환하는 것으로 정의될 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 광 변환 입자들(120)은 자외선 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 황화 카드뮴의 양자 점들을 포함할 수 있다.
광 변환 플레이트(100)는 태양전지(200)보다 넓은 평면적을 가질 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 가시광 영역의 태양광(300)을 투과할 수 있다. 제 1 광 변환 입자들(120)은 가시광 영역의 태양광(300)에 대해 굴절 플레이트(110)의 투과도를 감소시키지 않을 수 있다. 굴절 플레이트(110)는 태양광 창호(solar window)로서 적합하게 사용될 수 있다. 따라서, 광 변환 플레이트(100)는 대면적의 태양광 창호를 포함할 수 있다.
태양전지(200)는 광 변환 플레이트(100) 상에 배치될 수 있다. 태양전지(200)는 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)을 흡수할 수 있다. 태양전지(200)는 전력을 생성할 수 있다.
도 2는 도 1의 태양전지(200)를 보여준다.
도 2를 참조하면, 태양전지(200)는 하부 전극 층(210), 광 흡수 층(220), 상부 전극 층(230), 및 상부 광 변환 층(upper-optical conversion layer, 240)을 포함할 수 있다.
하부 전극 층(210)은 굴절 플레이트(110) 상에 배치될 수 있다. 하부 전극 층(210)은 투명 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 전극 층(210)은 ITO 또는 IZO를 포함할 수 있다.
광 흡수 층(220)은 하부 전극 층(210) 상에 배치될 수 있다. 광 흡수 층(220)은 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)을 흡수할 수 있다. 광 흡수 층(220)은 전력을 생성할 수 있다. 일 예에 따르면, 광 흡수 층(220)은 가시광 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 광 흡수 층(220)은 결정 실리콘을 포함할 수 있다. 광 흡수 층(220)은 적외선 영역의 태양광(300)을 투과할 수 있다.
상부 전극 층(230)은 광 흡수 층(220) 상에 배치될 수 있다. 상부 전극 층(230)은 투명 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극 층(230)은 ITO 또는 IZO를 포함할 수 있다.
상부 광 변환 층(240)은 상부 전극 층(230) 상에 배치될 수 있다. 상부 광 변환 층(240)은 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 상부 광 변환 층(240)은 업 변환 기능을 수행할 수 있다. 상부 광 변환 층(240)은 가시광 영역의 파장보다 짧은 파장의 자외선 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 일 예에 따르면, 상부 광 변환 층(240)은 상부 굴절 층(242)과 제 2 광 변환 입자들(244)을 포함할 수 있다.
상부 굴절 층(242)은 상부 전극 층(230) 상에 배치될 수 있다. 상부 굴절 층(242)은 태양광(300)을 투과할 수 있다. 상부 굴절 층(242)은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 또는 바나듐 산화막의 금속 산화막을 포함할 수 있다. 또한, 상부 굴절 층(242)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 산질화막의 실리콘 화합물을 포함할 수 있다.
제 2 광 변환 입자들(244)은 상부 굴절 층(242) 내에 배치될 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(244)은 태양광(300)을 일부 흡수할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 2 광 변환 입자들(244)은 자외선 영역의 태양광(300)을 흡수하고, 가시광 영역의 태양광(300)을 투과할 수 있다. 제 2 광 변환 입자들(244)은 가시광 영역의 제 2 방출 광(500)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 광 변환 입자들(244)은 황화 카드뮴(CdS)과 같은 양자 점들을 포함할 수 있다.
광 흡수 층(220)은 제 2 방출 광(500)을 흡수할 수 있다. 광 흡수 층(220)에 흡수되는 태양광(300), 제 1 방출 광(400), 및 제 2 방출 광(500)은 모두 가시광 영역의 파장을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 모듈은 광 흡수 효율을 극대화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 모듈은 굴절률 구배 플레이트들(600)을 포함할 수 있다.
굴절률 구배 플레이트들(600)은 광 변환 플레이트(100) 아래에 배치될 수 있다. 굴절률 구배 플레이트들(600)은 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)을 태양전지(200)에 반사할 수 있다. 굴절률 구배 플레이트들(600)은 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)의 반사 플레이트로 작용할 수 있다. 일 예에 따르면, 굴절률 구배 플레이트들(600)은 굴절 플레이트(110)의 굴절률 보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)은 굴절률이 굴절 플레이트(110)보다 상대적으로 낮은 굴절률 구배 플레이트들(600)에서 반사되기 때문이다. 즉, 태양광(300) 및 제 1 방출 광(400)은 굴절률 구배 플레이트들(600)의 상부 표면에서 반사될 수 있다. 예를 들어, 굴절 플레이트(110)가 티타늄 산화막일 경우, 굴절률 구배 플레이트들(600)은 알루미늄 산화막일 수 있다. 티타늄 산화막은 약 2.2 내지 약 2.5 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 알루미늄 산화막은 약 1.7 정도의 굴절률을 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 굴절률 구배 플레이트들(600)은 제 1 굴절률 구배 플레이트(610) 및 제 2 굴절률 구배 플레이트(620)를 포함할 수 있다.
제 1 굴절률 구배 플레이트(610)는 제 2 굴절률 구배 플레이트(620)와 굴절 플레이트(110) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 굴절률 구배 플레이트(610)는 굴절 플레이트(110)의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 제 1 굴절률 구배 플레이트(610)는 제 2 굴절률 구배 플레이트(620)의 굴절률 보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 태양광(300)과 제 1 방출 광(400)은 제 1 굴절률 구배 플레이트(610)의 상부 면에서 반사될 수 있다.
제 2 굴절률 구배 플레이트(620)는 제 1 굴절률 구배 플레이트(610)의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 굴절 플레이트(110)와 제 1 굴절률 구배 플레이트(610)가 각각 티타늄 산화막, 알루미늄 산화막일 때, 제 2 굴절률 구배 플레이트(620)는 바나듐 산화막일 수 있다. 바나듐 산화막은 약 1.58 내지 약 1.66 정도의 굴절률을 가질 수 있다. 태양광(300)과 제 1 방출 광(400)은 제 2 굴절률 구배 플레이트(620)의 상부 면에서 반사될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 일 실시 예에서의 광 변환 플레이트(100) 아래의 굴절률 구배 플레이트들(600)을 포함한 것이다.
도 4는 본 발명의 응용 예에 따른 태양전지(200)를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 응용 예에 따른 태양전지(200)는 하부 광 변환 층(202)을 포함할 수 있다.
하부 광 변환 층(202)은 하부 전극 층(210) 아래에 배치될 수 있다. 하부 광 변환 층(202)은 태양광(300)을 굴절시키고, 흡수할 수 있다. 적외선 영역의 태양광(300)은 상부 광 변환 층(240) 및 광 흡수 층(220)에 투과될 수 있다. 하부 광 변환 층(202)은 업 변환 기능을 수행할 수 있다. 일 예에 따르면, 하부 광 변환 층(202)은 적외선 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 하부 광 변환 층(202)은 제 3 방출 광(700)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 하부 광 변환 층(202)은 하부 굴절 층(204) 및 제 3 광 변환 입자들(206)을 포함할 수 있다.
하부 굴절 층(204)은 하부 전극 층(210) 아래에 배치될 수 있다. 하부 굴절 층(204)은 적외선 영역의 태양광(300)을 굴절시킬 수 있다. 하부 굴절 층(204)은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 바나듐 산화막과 같은 금속 산화막을 포함할 수 있다.
제 3 광 변환 입자들(206)은 하부 굴절 층(204) 내에 배치될 수 있다. 제 3 광 변환 입자들(206)은 적외선 영역의 태양광(300)을 흡수할 수 있다. 제 3 광 변환 입자들(206)은 가시광 영역의 제 3 방출 광(700)을 생성할 수 있다. 제 3 광 변환 입자들(206)은 란탄계 금속 입자의 형광체들을 포함할 수 있다.
광 흡수 층(220)에 흡수되는 태양광(300), 제 2 방출 광(500), 제 3 방출 광(700)은 모두 가시광 영역의 파장을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 응용 예에 따른 태양전지(200)는 광 흡수 효율을 극대화할 수 있다.
응용 예는 실시 예의 태양전지(200)에 결합되는(coupled) 하부 광 변환 층(202)을 포함한 것이다. 응용 예는 실시 예에서의 태양전지(200)에 대해 구체적으로 개시하지 않고 있으나, 실시 예에서 설명된 태양전지(200)의 상세한 내용들을 모두 포함할 수 있다. 또한, 응용 예는 실시 예에서의 광 변환 플레이트(100)가 하부 광 변환 층(202)으로 대체된 것이다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들 및 응용 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 광 변환 플레이트 110: 굴절 플레이트
120: 제 1 광 변환 입자들 200: 태양전지
202: 하부 광 변환 층 204: 하부 굴절 층
206: 제 3 광 변환 입자들 210: 하부 전극 층
220: 광 흡수 층 230: 상부 전극 층
240: 상부 광 변환 층 250: 상부 굴절 층
260: 제 2 광 변환 입자들 300: 태양광
400: 제 1 방출 광 500: 제 2 방출 광
600: 굴절률 구배 플레이트들 610: 제 1 굴절률 구배 플레이트
620: 제 2 굴절률 구배 플레이트 700: 제 3 방출 광

Claims (20)

  1. 제 1 광 변환 층;
    상기 제 1 광 변환 층 상의 하부 전극 층;
    상기 하부 전극 층 상에 배치되고, 태양 광을 흡수하는 광 흡수 층;
    상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층을 포함하되,
    상기 제 1 광 변환 층은,
    상기 태양광을 투과하는 하부 굴절 층; 및
    상기 태양광이 상기 하부 굴절 층에 굴절되는 굴절 광을 흡수하여 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 입자들을 포함하는 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 형광체들을 포함하는 태양전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 형광체들은 란탄계 금속 입자들을 포함하는 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 가시광 영역의 상기 태양광을 흡수하고, 상기 가시광 영역의 파장 보다 긴 파장의 적외선 영역의 상기 태양광을 투과하고,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 상기 적외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 상기 제 1 방출 광을 상기 광 흡수 층에 제공하는 태양전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 전극 층 상의 제 2 광 변환 층을 더 포함하는 태양전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 층은,
    상기 태양광을 투과하는 상부 굴절 층; 및
    상기 상부 굴절 층 내에 배치되고, 상기 가시광 영역의 파장 보다 짧은 파장의 자외선 영역의 상기 태양광을 흡수하여 상기 가시광 영역의 제 2 방출 광을 생성하는 제 2 광 변환 입자들을 포함하는 태양전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 입자들은 양자 점들을 포함하는 태양전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 양자 점들은 황화 카드뮴을 포함하는 태양전지.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 굴절 층 및 상부 굴절 층은 알루미늄 산화막, 티타늄 산화막, 또는 바나듐 산화막을 포함하는 태양전지.
  10. 굴절 플레이트;
    상기 굴절 플레이트 내에 배치되고, 상기 굴절 플레이트에 굴절되는 태양광을 흡수하여 제 1 방출 광을 생성하는 제 1 광 변환 입자들; 및
    상기 굴절 플레이트 상에 배치되고, 상기 태양광 및 상기 제 1 방출 광을 흡수하여 전력을 생성하는 태양전지를 포함하는 태양전지 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 발광체 광 농축기들을 포함하는 태양전지 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 발광체 광 농축기는 형광체들을 포함하는 태양전지 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 형광체들은 란탄계 금속 입자들을 포함하는 태양전지 모듈.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 굴절 플레이트는 PMMA 또는 PDMS를 포함하는 태양전지 모듈.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 입자들은 적외선 영역의 상기 태양광을 흡수하는 태양전지 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 태양전지는,
    상기 광 변환 플레이트 상의 하부 전극 층;
    상기 하부 전극 층 상의 광 흡수 층;
    상기 광 흡수 층 상의 상부 전극 층; 및
    상기 상부 전극 층 상에 배치되고, 상기 태양광을 흡수하여 제 2 방출 광을 생성하는 광 변환 층을 포함하되,
    상기 광 흡수 층은 상기 적외선 영역의 태양광을 투과하고, 상기 적외선 영역의 파장 보다 짧은 파장의 가시광 영역의 상기 태양광, 상기 제 1 방출 광, 상기 제 2 방출 광을 흡수하는 태양전지 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 층은,
    상기 상부 전극 층 상의 굴절 층; 및
    상기 굴절 층 내에 배치되는 제 2 광 변환 입자들을 포함하는 태양전지 모듈.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 입자들은 양자 점들을 포함하는 태양전지 모듈.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 변환 플레이트 아래에 배치되고, 상기 제 1 광 변환 플레이트의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 굴절률 구배 플레이트들을 더 포함하는 태양전지 모듈.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 굴절률 구배 플레이트들은,
    상기 광 변환 플레이트 아래의 제 1 굴절률 구배 플레이트; 및
    상기 제 1 굴절률 구배 플레이트 아래에 배치되고, 상기 제 1 굴절률 구배 플레이트의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 제 2 굴절률 구배 플레이트를 포함하는 태양전지 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210052722A (ko) * 2019-10-30 2021-05-11 전남대학교산학협력단 광전기화학셀용 광전극 구조체 및 이의 제조방법
WO2021162239A1 (ko) * 2020-02-14 2021-08-19 고려대학교 산학협력단 컬러 태양 전지 모듈

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