KR20180122302A - Solar cell module having half-mirror - Google Patents

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조준식
박주형
유진수
조아라
윤재호
곽지혜
안승규
김기환
어영주
안세진
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a solar cell module. The solar cell module includes a transparent substrate, a back electrode formed on one surface of the transparent substrate, a light absorbing layer, and a front electrode. A half mirror layer is formed between the light absorbing layer and the back electrode or between the transparent substrate and the back electrode. It is possible to simultaneously satisfy the light transmittance of the solar cell module and improve the light absorption efficiency.

Description

하프미러층을 구비하는 태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE HAVING HALF-MIRROR}SOLAR CELL MODULE HAVING HALF-MIRROR < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양전지 셀 내부 또는 외부에 하프미러층을 설치하는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a technique for installing a half mirror layer inside or outside a solar cell.

태양전지 및 발전시스템은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로 반도체, 염료, 고분자 등의 물질로 이루어진 태양전지를 이용하여 태양 빛을 받아 바로 전기를 생성한다. 이와 비교되는 기술로는 태양의 복사에너지를 흡수하여 열에너지로 변환하여 이용하는 태양열발전이 있다.Solar cells and power generation systems convert solar energy directly into electrical energy. Solar cells are made of materials such as semiconductors, dyes, and polymers to generate electricity. The technology that is comparable to this is the solar power generation which absorbs the sun's radiant energy and converts it into thermal energy.

태양광발전(PV, Photovoltaic)은 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전방식으로 태양전지(모듈), PCS, 축전장치 등의 요소로 구성된다. 가장 일반적인 실리콘 태양전지의 기본 구조로서, 태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시키고 (p-n 접합) 양단에 투명전도막 및 금속전극을 코팅하여 제작한다.Photovoltaic (PV) is a power generation method that converts infinite, pollution-free solar energy directly into electrical energy. It consists of elements such as solar cell (module), PCS, and power storage device. As the basic structure of the most common silicon solar cell, solar cells are made by bonding p-type semiconductor and n-type semiconductor (p-n junction) and coating transparent conductive film and metal electrode on both ends.

태양 빛이 입사되어 반도체 내부에서 흡수되면 전자와 정공이 발생하여 p-n 접합에 의한 전기장에 끌려 전자는 n측으로 정공은 p측으로 이동하여 외부회로에 전류가 흐르게 된다. 태양광 시스템은 빛을 받아서 전기로 전환시켜 주는 부분(모듈)과 생산된 전기를 수요에 맞도록 교류로 변환시키고 계통에 연결시켜 주는 부분(PCS)으로 구성된다.When sunlight is incident and absorbed inside the semiconductor, electrons and holes are generated and attracted to the electric field by the p-n junction, so that the electrons move to the n side and the holes move to the p side. The photovoltaic system consists of a part (module) that converts light into electricity and a part (PCS) that converts the generated electricity into AC to meet demand and connects it to the grid.

태양광발전 시스템의 구성 요소 기기 중 핵심부품은 태양전지이다. 태양전지는 기본적으로 반도체 소자 기술로서 태양 빛을 전기에너지로 변환하는 기능을 수행하는데, 이는 전기를 빛으로 변환시키는 레이저나 발광다이오드(Light Emitting Diode) 등 정보 표시 소자와 작동 방향이 반대일 뿐 기본 구조나 재료특성이 동일하다.The core component of the components of the photovoltaic power generation system is solar cells. The solar cell is basically a semiconductor device technology that converts solar light into electrical energy, which is opposite in direction to the information display device, such as a laser or a light emitting diode that converts electricity into light. The structure and material characteristics are the same.

태양전지의 최소단위를 셀이라고 하며 보통 셀 1개로부터 나오는 전압이 약 0.5V로 매우 작으므로 다수의 태양전지를 직병렬로 연결하여 사용범위에 따라 실용적인 범위의 전압과 출력을 얻을 수 있도록 1매로 패키징하여 제작된 발전장치를 태양전지 모듈(PV Module)이라고 한다.The minimum unit of a solar cell is called a cell. Since the voltage from a single cell is very small, about 0.5V, it is possible to connect a large number of solar cells in series and in parallel to achieve a practical range of voltage and output. The power generation device manufactured by packaging is called a solar cell module (PV module).

태양전지 모듈은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하기 위해서 유리, 완충재 및 표면제 등을 사용하여 패널형태로 제작하며 내구성 및 내후성을 가진 출력을 인출하기 위한 외부단자를 포함한다. 복수 개의 태양전지 모듈에 태양빛이 많이 입사할 수 있도록 경사각, 방위각 등의 설치조건을 고려, 가대 및 지지대를 이용하여 전기적인 직병렬로 연결하여 사용범위에 맞게 구성한 발전장치를 태양전지 어레이(PV Array)라고 한다.The solar cell module is manufactured in a panel form using glass, buffer material and surface agent to protect the solar cell from the external environment and includes an external terminal for taking out the output having durability and weatherability. Considering installation conditions such as inclination angle and azimuth angle so that a large amount of sunlight can be incident on a plurality of solar cell modules, a power generation device that is electrically connected in series and parallel by using a mount and a support, Array).

태양광발전용 PCS(Power Conditioning System)는 태양전지 어레이에서 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위한 인버터 장치를 말한다. PCS는 태양전지 어레이에서 발전한 직류전원을 상용계통과 같은 전압과 주파수의 교류전력으로 변환하는 장치가 인버터이기 때문에 PCS를 인버터라고도 한다. PCS는 인버터, 전력제어장치 및 보호 장치로 구성되어 있다. 태양전지 본체를 제외한 주변장치 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 요소이다.The PCS (Power Conditioning System) for the photovoltaic power generation refers to an inverter device for converting DC power generated in the solar cell array into AC power. PCS is also referred to as inverter because PCS is an inverter that converts DC power generated from a solar cell array to AC power of the same voltage and frequency as the commercial system. The PCS consists of an inverter, a power control device and a protection device. It is the largest factor among the peripheral devices excluding the solar cell main body.

박막 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지에 비하여 원료사용량이 매우 적고 대면적화 및 대량생산이 가능하여 태양전지 제조단가를 낮출 수 있으며, 광흡수층 소재의 두께가 수 ㎛로 원소재 소비가 매우 적으며 5세대급의 대면적 모듈 제조가 가능하고 태양전지 및 모듈제조가 함께 이루어져 가치사슬(Value chain)이 단순하다. 또한, 실리콘 박막과 CI(G)S 및 CdTe 등의 화합물 박막을 이용한 박막 태양전지(모듈)이 상용화되고 있다.Thin film solar cell can reduce the manufacturing cost of solar cell by making it possible to reduce the amount of raw material and enable large size and mass production compared with crystalline silicon solar cell. The thickness of the light absorbing layer material is several ㎛ and the consumption of raw material is very small. The value chain is simple because large scale module production is possible and solar cells and modules are manufactured together. In addition, thin film solar cells (modules) using silicon thin films and thin films of compounds such as CI (G) S and CdTe are being commercialized.

이러한 박막 태양전지는 기판 위에 박막을 적층하여 제조하며, 태양광이 입사하는 방향에 따라서 상판(superstrate)형과 하판(substrate)형으로 구분된다. 상판형은 태양광이 기판을 통해서 입사하는 구조이며, 투명한 유리 기판에 전면전극을 형성하고, 광흡수층을 차례로 형성한 뒤에 마지막에 후면반사막을 형성한다. 하판형은 태양광이 기판의 반대쪽을 통해서 입사하는 구조이며, 기판 위에 광흡수층을 차례로 형성하고 마지막에 전면전극을 형성한다.Thin film solar cells are fabricated by laminating thin films on a substrate and are divided into superstrate type and substrate type according to the direction of incident sunlight. The top plate type is a structure in which sunlight is incident through a substrate. A front electrode is formed on a transparent glass substrate, a light absorbing layer is sequentially formed, and finally a rear reflective film is formed. The lower plate type is a structure in which sunlight enters through the opposite side of the substrate, and a light absorbing layer is sequentially formed on the substrate, and finally, a front electrode is formed.

한편, 근래에는 박막 태양전지를 건물의 지붕, 외벽, 창호 등으로 활용하는 BIPV (Building Integrated Photovoltaic)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 중 특히 창호형 BIPV로 적용하기 위한 태양전지는 광의 투과성이 일정 정도 확보되면서도 효율이 유지되어야 하는 이슈를 가지고 있어서, 이러한 점을 해결할 수 있는 태양전지에 대한 요구는 매우 높은 실정이다. Meanwhile, research on BIPV (Building Integrated Photovoltaic), which utilizes thin film solar cells as roofs, outer walls, and windows of buildings, has been actively conducted in recent years. In particular, the solar cell for application to window type BIPV has a problem that the efficiency of light should be maintained while securing a certain degree of light transparency. Therefore, a demand for a solar cell capable of solving this problem is very high.

상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 목적은 태양전지 모듈의 투광성 확보와 광흡수효율 향상을 동시에 만족할 수 있는 방안을 찾고자 하는 것이다.As a technical means for solving the above-mentioned problems, an object of the present invention is to find a method of securing light transmittance of a solar cell module and improving light absorption efficiency at the same time.

본 발명의 다른 목적은 창호형 BIPV로 적용하기 위한 것으로 심미성을 향상시키기 위한 것이다. Another object of the present invention is to improve the aesthetics for application as window type BIPV.

상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 투명성 기판; 상기 투광성 기판의 일면에 형성된 후면전극, 광흡수층, 및 전면전극을 포함하여 구성되며, 상기 광흡수층과 후면전극 사이, 또는 상기 투광성 기판과 상기 후면전극 사이에는 하프미러층이 형성된 태양전지 모듈을 제공한다.As technical means for solving the above-mentioned problems, one aspect of the present invention relates to a transparent substrate; And a half mirror layer formed between the light absorbing layer and the rear electrode or between the light transmitting substrate and the rear electrode to provide a solar cell module comprising a back electrode, a light absorbing layer, and a front electrode formed on one surface of the light transmitting substrate, do.

본 발명의 다른 측면은 투명성 기판; 상기 투광성 기판의 일면에 형성된 후면전극, 광흡수층, 및 전면전극을 포함하여 구성되며, 상기 투광성 기판의 타면에는 하프미러층 또는 하프미러부재가 설치된 태양전지 모듈을 제공한다.Another aspect of the present invention relates to a transparent substrate; A light absorbing layer, and a front electrode formed on one surface of the light transmitting substrate, and a half mirror layer or a half mirror member is formed on the other surface of the light transmitting substrate.

본 발명의 태양전지 모듈은 태양전지의 특별한 종류에 제한되지 않은 다양한 태양전지가 가능하다. 보다 구체적으로는 투명전극들 사이에 광흡수층이 들어있는 구조는 모든 태양전지 모듈에 적용될 수 있고, 이 경우 광흡수층으로는 실리콘 박막, CI(G)S, CdTe, 염료감응, 유기, 페로브스카이트 등이 가능하다. The solar cell module of the present invention is not limited to a specific kind of solar cell, but various solar cells are possible. More specifically, a structure in which a light absorbing layer is sandwiched between transparent electrodes can be applied to all solar cell modules. In this case, the light absorbing layer may include a silicon thin film, CI (G) S, CdTe, dye sensitized, organic, And so on.

한편, 태양전지 모듈의 투광성 확보와 광흡수효율 향상을 동시에 만족시키기 위해서는 하프미러층의 반사와 투과의 비율, 그리고 광흡수층에서의 두께, 밴드갭이 중요한 역할을 하게 된다. 본 발명에 의하면, 이를 최적의 조건으로 확보하는 것이 핵심적인 특징 중 하나이다.On the other hand, in order to satisfy both the light transmittance of the solar cell module and the light absorption efficiency improvement, the ratio of reflection and transmission of the half mirror layer and the thickness and band gap in the light absorption layer play an important role. According to the present invention, it is one of the key features to secure this under optimum conditions.

하프미러층의 반사비율은 5 ~ 90%, 이 경우 투과는 10 ~ 95%로 설정하는 것이 효과적이다. 이 경우, 하프미러층내 흡수는 0으로 가정하였다. 바람직하게는, 하프미러층(100)은 가시광선 영역에서 20 내지 60%의 광은 반사시키고 나머지 광은 흡수 또는 투과시키는 것을 차이점으로 할 수 있다. 더욱 바람직하게는 40 내지 60%이다. The reflection ratio of the half mirror layer is 5 to 90%, and in this case, it is effective to set the transmission to 10 to 95%. In this case, the absorption in the half mirror layer is assumed to be zero. Preferably, the half mirror layer 100 reflects 20 to 60% of light in the visible light region and absorbs or transmits the remaining light. And more preferably 40 to 60%.

하프미러층에 의한 반사 및 투과도에 따라 태양전지의 효율 및 투과도가 변화되므로 사용용도에 따라 조정가능하다. 효율과 투과도가 서로 상반관계이므로 효율을 높이고 투과도를 상대적으로 작게 하는 경우는 하프미러층의 두께를 두껍게 하여 반사도를 높일 수 있다. 또한, 그 반대로, 효율을 낮추고 투과도를 상대적으로 높게 하는 경우는 하프미러층의 두께를 얇게 하여 반사도를 줄일 수 있다. The efficiency and the transmittance of the solar cell are changed according to the reflection and the transmittance of the half mirror layer. Since the efficiency and the transmittance are opposite to each other, when the efficiency is increased and the transmittance is relatively reduced, the thickness of the half mirror layer can be increased to increase the reflectivity. On the contrary, when the efficiency is lowered and the transmittance is made relatively higher, the thickness of the half mirror layer can be made thinner and the reflectivity can be reduced.

본 발명에서 하프미러에 의한 반사율과 광흡수층의 광흡수범위를 적절히 조절하는 것은 전체적인 태양전지모듈의 광흡수율과 투광성을 적절히 조합할 수 있는 장점이 있는데, 바람직한 범위를 살펴보면, 하프미러의 반사율은 40~60%인 경우가 효과적일 수 있고 이 경우 광흡수층의 광흡수범위는 50~80%정도이다. In the present invention, it is advantageous that the reflectance by the half mirror and the light absorption range of the light absorbing layer are appropriately adjusted to suitably combine the light absorptivity and the light transmittance of the entire solar cell module. To 60% may be effective. In this case, the light absorption range of the light absorption layer is about 50 to 80%.

바람직하게는, 하프미러층의 두께는 금속 박막의 경우는 5 ~ 100 nm 사이에서 조정가능하다. 100 nm 이상에서는 전반사가 일어나므로 부분적인 투과가 어려울 수 있다. 전체 다층막은 50 ~ 500 nm 범위에서 조정하는 것이 바람직하다. Preferably, the thickness of the half mirror layer is adjustable between 5 and 100 nm in the case of a metal thin film. At 100 nm or more, total reflection may occur and partial transmission may be difficult. It is preferable to adjust the entire multilayer film in the range of 50 to 500 nm.

바람직하게는, 광흡수층은 실리콘 박막, 염료감응, 유기, 페로브스카이트 등이 가능하고, 투명전극들 사이에 광흡수층이 들어있는 구조는 모든 태양전지에 적용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 광흡수층은 CIS계 또는 CdTe 계열인데, 이 경우는 광흡수층과 인접하여 별도의 버퍼층을 형성할 수 있다. 광흡수층이 CIS계 또는 CdTe 계열인 경우, 바람직한 광흡수층 두께는 100 nm ~ 1,500 nm로 한정할 수 있다. 이때 광흡수층의 밴드갭은 0.9 ~ 2.0 eV 사이인 것이 바람직하다. 통상적으로 1,500 nm 이상에서는 대부분 흡수가 이루어져 광투과가 이루어지기 어려운 문제점이 있다. Preferably, the light absorbing layer can be a silicon thin film, dye sensitized, organic, perovskite or the like, and a structure in which a light absorbing layer is sandwiched between transparent electrodes can be applied to all solar cells. More preferably, the light absorption layer is a CIS system or a CdTe system. In this case, a separate buffer layer can be formed adjacent to the light absorption layer. When the light absorption layer is a CIS-based or CdTe-based, the preferable thickness of the light absorption layer can be limited to 100 nm to 1,500 nm. At this time, the band gap of the light absorption layer is preferably between 0.9 and 2.0 eV. In general, when the thickness is more than 1,500 nm, absorption is largely absorbed, so that light transmission is difficult.

본 발명에 의하면, 태양전지 모듈 전체의 광전 효율과 투명성을 동시에 만족시킬 수 있는 수단으로, 하프미러층의 반사율과 광흡수층의 흡수율을 조절하는 것이 가능한 장점이 있다. 입사된 광은 광흡수층을 통과하여 하프미러층에 의해 일부는 반사되고 일부는 통과된다. According to the present invention, it is possible to control the reflectance of the half mirror layer and the absorption rate of the light absorbing layer as means for simultaneously satisfying both the photovoltaic efficiency and transparency of the solar cell module. The incident light passes through the light absorbing layer, partially reflected by the half mirror layer, and partially passes through.

바람직하게는, 상기 하프미러층은 셀의 단위 소자들 전체를 덮는 형태인 전면적으로 형성되거나, 적어도 흡수층을 덮는 형태로 패터닝될 수 있다. Preferably, the half mirror layer may be formed over the entire surface of the unit cell, or may be patterned to cover at least the absorption layer.

바람직하게는, 상기 하프미러층은 금속 박막 또는 유전체막을 적층한(2층 이상을 적층하는 경우를 포함함) 금속미러층, 또는 유전체막 또는 굴절율이 다른 유전체막을 적층한 (2층 이상을 적층하는 경우를 포함함) 유전체 미러층일 수 있다.Preferably, the half mirror layer is formed by laminating a metal thin film or a dielectric film (including two or more laminated layers) or a dielectric film or a dielectric film having a different refractive index ) May be a dielectric mirror layer.

바람직하게는, 상기 태양전지는 창호형에 적용되는 모듈이다. Preferably, the solar cell is a module applied to a window type.

본 발명에 의하면, 태양전지 셀 내부 또는 외부에 하프미러의 기능을 통해서 광흡수층을 통과한 광이 다시 반사되어 광흡수층으로 다시 입사됨으로써 광흡수 효율을 향상시키는 한편, 하프미러가 일부의 광은 통과시킴으로써 투광성을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, light passing through the light absorbing layer through the function of the half mirror is reflected again inside or outside the solar battery cell and is incident again on the light absorbing layer to improve the light absorption efficiency. On the other hand, So that the translucency can be ensured.

본 발명은 태양전지 모듈의 투광성 확보와 광흡수효율 향상 그리고 심미성 향상이라는 효과가 있다.The present invention has the effect of ensuring the light transmittance of the solar cell module, improving the light absorption efficiency, and improving the esthetics.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라서, 하프미러층이 셀 내부에 구비되는 태양전지 모듈의 단면도들이다.
도 3 및 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 하프미러층이 셀 내부에 구비되는 태양전지 모듈의 단면도들이다.1 and 2 are sectional views of a solar cell module in which a half mirror layer is provided in a cell according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are cross-sectional views of a solar cell module in which a half mirror layer is provided in a cell, according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라서, 하프미러층이 셀 내부에 구비되는 태양전지 모듈의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a solar cell module in which a half mirror layer is provided in a cell according to an embodiment of the present invention.

태양전지(1)는 투명기판(10)과, 투명기판(10)의 일면에 형성된 후면전극(20), 광흡수층(30), 및 전면전극(50)을 포함하여 구성되고, 투명기판(10)과 후면전극(20) 사이에 하프미러층(100)이 형성된다.The solar cell 1 comprises a transparent substrate 10 and a rear electrode 20 formed on one surface of the transparent substrate 10, a light absorbing layer 30 and a front electrode 50, And the rear electrode 20, as shown in FIG.

투명기판(10)은 가시광선 영역에서 광 투과율이 50% 이상을 차지하는 기판으로 정의할 수 있다. 투광성을 갖는 기재의 재료로서, 유리, 석영, 수지 등을 바람직하게 이용할 수 있고, 특히 수지 재료가 바람직하다. 수지 재료로서는 셀룰로오스 트리아세테이트 등의 셀룰로오스 에스테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 또한 이들 위에 젤라틴, 폴리비닐 알코올(PVA), 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 셀룰로오스계 수지 등을 도포한 것 등을 사용할 수 있다.The transparent substrate 10 can be defined as a substrate having a light transmittance of 50% or more in the visible light region. Glass, quartz, resin, or the like can be preferably used as a material of the light-transmitting substrate, and a resin material is particularly preferable. As the resin material, cellulose ester such as cellulose triacetate, polyester, polycarbonate, polystyrene, and those coated with gelatin, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic resin, polyester resin, cellulose resin or the like can be used have.

후면전극(20)은 은(Ag), 알루미늄 (Ag), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 황동(brass) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 불투명한 금속으로 구성될 수 있고, 필요에 따라서는 투명전극으로 형성하는 것도 가능하다. The rear electrode 20 includes at least one of silver (Ag), aluminum (Ag), gold (Au), molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten It may be formed of a metal, and if necessary, it may be formed of a transparent electrode.

광흡수층(30)은 실리콘 박막, 염료감응, 유기, 페로브스카이트 등이 가능하고, 투명전극들 사이에 삽입가능한 다양한 종류의 광흡수층이 채용될 수 있다. The light absorbing layer 30 may be a silicon thin film, dye sensitized, organic, perovskite or the like, and various kinds of light absorbing layers that can be inserted between the transparent electrodes may be employed.

또한, 상기 광흡수층은 박막의 두께에 따라 변환 효율이 달라지는데, 광흡수층의 두께가 두꺼울수록 높은 효율을 보이고 얇을수록 태양전지 광변환 효율은 낮아지게 된다. In addition, the conversion efficiency varies depending on the thickness of the light absorbing layer. The thicker the light absorbing layer, the higher the efficiency, and the thinner the light absorbing layer, the lower the photovoltaic conversion efficiency of the solar cell.

전면전극(50)은 투명전극으로 형성하는 것이 바람직한데, AZO(Al doped Zinc Oxide), BZO(B doped Zinc Oxide), GZO(Ga doped Zinc Oxide), ZnO, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3, FTO(F doped Tin Oxide), 산화갈륨, 산화알루미늄, 산화납, 산화구리, 산화티탄, 산화철, 이산화주석 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성되나, 본 실시예로 제한되지 않음이 물론이다.Front electrode 50 is preferred to be formed of a transparent electrode, AZO (Al doped Zinc Oxide) , BZO (B doped Zinc Oxide), (Ga doped Zinc Oxide), ZnO, (Indium Tin Oxide) ITO GZO, In 2 O 3 , at least one of F doped tin oxide (FTO), gallium oxide, aluminum oxide, lead oxide, copper oxide, titanium oxide, iron oxide, and tin dioxide. to be.

하프미러층(100)은 흡수층을 통과한 광의 일부는 통과하고 일부는 반사하는 역할을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 통상적으로 투명한 기판 또는 층이라 하더라도 일부는 반사, 일부는 통과하는 기능을 수행하게 되지만, 본 하프미러층(100)과의 차이점을 설명하면, 하프미러층(100)은 가시광선 영역에서 5 내지 90%의 광은 반사시키고 나머지 광은 흡수 또는 투과시키는 것을 차이점으로 할 수 있다. 바람직하게는, 하프미러층(100)은 가시광선 영역에서 20 내지 60%의 광은 반사시키고 나머지 광은 흡수 또는 투과시키는 것을 차이점으로 할 수 있다. 더욱 바람직하게는 40 내지 60%이다. 한편, 이러한 반사량은 외부의 태양광을 조사하는 경우 하프미러층에 의해 반사되는 비율을 의미한다. 즉, 입사되는 전체 가시광 범위의 광량 대비 태양전지 모듈에서 반사되어 나오는 광량을 의미한다. The half mirror layer 100 is characterized in that the half mirror layer 100 is configured to pass a part of light passing through the absorption layer and partly reflect the light. The half mirror layer 100 is formed to have a thickness of 5 to 90 nm in the visible light region, and the half mirror layer 100 has a thickness of 5 to 90 nm in the visible light region, % Of the light is reflected and the remaining light is absorbed or transmitted. Preferably, the half mirror layer 100 reflects 20 to 60% of light in the visible light region and absorbs or transmits the remaining light. And more preferably 40 to 60%. On the other hand, the reflection amount means a ratio of reflection by the half mirror layer when an external sunlight is irradiated. That is, it means the amount of light reflected from the solar cell module with respect to the amount of light in the entire visible light range.

한편, 하프미러층(100)은 적외선 흡수와 반사 역할도 수행하도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어 금속 하프미러층을 이용하여 적외선 흡수, 반사를 통한 열차단효과로 여름철 외부 적외선에 의한 실내의 온도상승을 막고 겨울철 실내 열의 외부 누출을 차단할 수 있는 효과가 있다. 바람직하게는, 적외선 영역의 80% 이상을 차단하도록 구성할 수 있다. 차단율은 외부의 태양광을 조사하는 경우 하프미러층에 의해 차단되는 비율을 의미한다. 즉, 입사되는 전체 적외선광 범위의 광량 대비 태양전지 모듈에서 차단되는 광량을 의미한다. On the other hand, the half mirror layer 100 may be preferably configured to perform infrared ray absorption and reflection. For example, by using the metal half mirror layer, the effect of infrared ray absorption and reflection can prevent the indoor temperature from rising due to the external infrared rays in summer and can prevent the external leakage of the indoor heat in winter. Preferably, 80% or more of the infrared region is blocked. The blocking rate means the rate at which light is blocked by the half mirror layer when an external sunlight is irradiated. That is, it means the amount of light blocked by the solar cell module with respect to the amount of light in the entire infrared light range incident on it.

따라서, 하프미러층(100)이 배치 가능한 위치는 흡수층(100)과 후면전극(20) 사이, 후면전극(20)과 투명기판(10) 사이 그리고, 투명기판(10)이 외부로 노출되는 면 등 특별히 한정되지 않은 다양한 형태가 가능하다. 투명기판(10)이 외부로 노출되는 면에 하프미러층(100)이 형성되는 경우는 다른 실시 형태로 상세히 후술한다. Therefore, the position where the half mirror layer 100 can be disposed is set between the absorbing layer 100 and the back electrode 20, between the back electrode 20 and the transparent substrate 10, And the like. The case where the half mirror layer 100 is formed on the surface where the transparent substrate 10 is exposed to the outside will be described in detail in another embodiment.

또한, 다른 구현 형태에 있어서는, 하프미러층(100)의 기능을 후면전극(20) 또는 투명기판(10) 자체가 수행하도록 구현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 투명기판(10)의 제조시 코팅이나 내부에 소정의 층, 물질 등을 투입하여 흡수층을 통과한 광의 일부는 통과하고 일부는 반사하는 역할을 수행하도록 구성되는 것이면 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석할 수 있다.In another embodiment, it is also possible to implement the function of the half mirror layer 100 by the back electrode 20 or the transparent substrate 10 itself. For example, if the transparent substrate 10 is constructed so that a predetermined layer, material, or the like is injected into the coating or the inside of the transparent substrate 10 to partially pass the light passing through the absorbing layer and reflect a part of the light, And the like.

한편, 하프미러층(100)은 전체적으로 도포되는 것도 가능하지만, 필요에 따라서는 패터닝되는 것도 가능하다. 특히 흡수층(30) 하부에 존재하는 하프미러층(100)의 역할이 중요하므로 이 부위에 하프미러층(100)이 잔류하도록 하고 나머지 부위는 하프미러층(100)을 제거하는 것도 가능하다. 예를 들어, 하프미러층(100)이 흡수층(30)과 후면전극(20) 사이에 배치되는 경우 흡수층(30) 하부에 하프미러층을 잔류시키고 그 외의 영역은 하프미러층(100)을 제거하는 것도 가능하다. 이 경우는 하프미러층(100)이 도전성을 가지는 것으로 도입해야 흡수층(30)과 후면전극(20)이 접속될 수 있는데 하프미러층(30)을 패터닝함으로써 흡수층(30)과 후면전극(20)의 접속저항을 줄여줄 수 있게 된다. 이러한 구조에 의하면, 하프미러층(100)은 도전성일 수도 있고 절연성을 가지는 것도 가능하게 된다.On the other hand, the half mirror layer 100 can be applied as a whole, but it can also be patterned if necessary. Particularly, since the role of the half mirror layer 100 existing under the absorber layer 30 is important, it is also possible to leave the half mirror layer 100 in this area and to remove the half mirror layer 100 in the remaining area. For example, when the half mirror layer 100 is disposed between the absorbing layer 30 and the back electrode 20, the half mirror layer is left under the absorbing layer 30, and the remaining area is removed when the half mirror layer 100 is removed It is also possible to do. The absorption layer 30 and the back electrode 20 may be connected so that the half mirror layer 100 is electrically conductive so that the absorption layer 30 and the back electrode 20 are formed by patterning the half mirror layer 30. [ It is possible to reduce the connection resistance. According to this structure, the half mirror layer 100 can be either conductive or insulating.

하프미러층(100)의 종류는 2가지로 생각할 수 있는데, 첫번째는 Au, Ag, Al, Cu, Pt, Ni, Pd, Se, Te, Rh, Ir, Ge, Os, Ru, Cr, W 등의 금속 박막, 또는 이 금속 박막에 금속 박막 또는 유전체막을 적층한(2층 이상을 적층하는 경우를 포함함) 금속미러층이다. 두 번째는 유전체막 또는 굴절율이 다른 유전체막을 적층한 (2층 이상을 적층하는 경우를 포함함) 유전체 미러층이다. 금속미러층은 광흡수가 크고, 예를 들어 400 내지 600 ㎚ 파장의 빛에 대해 40 ％ 투과, 50 ％ 반사, 10 ％의 흡수가 있고, 반투과형의 액정 표시 장치에 이용하는 경우는 배면 광원의 광손실이 커, 그다지 적합하지 않다. 한편, 유전체 미러층은 이러한 광손실이 없으므로, 다양한 용도로 바람직하게 적용 가능하다.The first half mirror layer 100 can be considered to have two types. The first half mirror layer 100 may be formed of Au, Ag, Al, Cu, Pt, Ni, Pd, Se, Te, Rh, Ir, Ge, Os, Ru, Or a metal mirror layer in which a metal thin film or a dielectric film is laminated on the metal thin film (including a case where two or more layers are laminated). The second is a dielectric mirror layer or a dielectric mirror layer (including the case of stacking two or more layers) of dielectric films having different refractive indexes. The metal mirror layer has a large optical absorption, for example, 40% transmittance, 50% reflection, and 10% absorption for light having a wavelength of 400 to 600 nm, and when used in a transflective liquid crystal display device, Loss is great, not very suitable. On the other hand, since the dielectric mirror layer does not have such a light loss, it can be suitably applied to various applications.

또한, 하프미러층으로서의 성능은 구성하는 재료 및 그 막 두께를 적절하게 선택함으로써, 반사율과 투과율을 자유롭게 설계하는 것이 가능하다. 특히, 유전체 미러층은 굴절율이 다른 층을 적층한 것이고, 고굴절율층과 저굴절율층을 차례로 수층 내지 수십층 정도 적층하고, 각 층의 굴절율이나 층의 두께를 설계함으로써 원하는 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 산화 규소층(SiO2)을 주성분으로 하는 저굴절율층과 산화티탄층(TiO2)을 주성분으로 하는 고굴절율층을 복수층 적층한 것을 바람직하게 이용할 수 있다. 예를 들어, TiO2 (굴절율 n ＝ 2.35)와 SiO2 (굴절율 n ＝1.46)를 교대로 적층한 스택 형태의 미러층을 이용할 수 있다.In addition, the performance as a half mirror layer can be freely designed in reflectance and transmittance by appropriately selecting the constituent material and the film thickness thereof. Particularly, the dielectric mirror layer is formed by laminating layers having different refractive indexes, and a desired performance can be obtained by laminating a high refractive index layer and a low refractive index layer in order from several layers to several tens layers, and designing refractive index and thickness of each layer. For example, a laminate of a plurality of layers of a low refractive index layer mainly composed of a silicon oxide layer (SiO 2 ) and a high refractive index layer mainly composed of a titanium oxide layer (TiO 2 ) can be preferably used. For example, a stacked mirror layer in which TiO 2 (refractive index n = 2.35) and SiO 2 (refractive index n = 1.46) are alternately stacked can be used.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라서, 하프미러층이 셀 내부에 구비되는 태양전지 모듈의 단면도이다. 설명의 편의를 위해 도 1과의 차이점을 위주로 설명한다. 2 is a cross-sectional view of a solar cell module in which a half mirror layer is provided in a cell according to an embodiment of the present invention. For convenience of description, differences from FIG. 1 will be mainly described.

도 2의 태양전지 모듈 구조에서는 흡수층이 CIS계 또는 CdTe 계열이고, 버퍼층이 삽입된 점이 도 1과 상이하다. In the solar cell module structure of Fig. 2, the absorption layer is a CIS-based or CdTe-based, and a buffer layer is inserted.

흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성가능하다. 광흡수층(30)은 CuInxGa(1-x)SySe(2-y)로 구성되고, 상기 x는 0-1의 실수이고, 상기 y는 0-2의 실수이다. The absorber layer may include at least one of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se). The light absorption layer 30 is made of CuIn x Ga (1-x) S y Se (2-y) , where x is a real number of 0-1 and y is a real number of 0-2.

이때, 광흡수층(30)은 박막을 이루는 원소의 조성에 따라 밴드갭을 조절하는 것도 가능하고, 두께를 변화시킴에 따라 가시광 투과 정도를 조절할 수 있다. 광흡수층의 밴드갭이 클수록 투명도 및 광 투과도가 향상되나 태양전지에서의 광흡수율이 저하되어 태양전지 효율은 감소하게 된다. 그러므로 광 투과율과 태양전지 효율의 두 가지 측면에서 최적화된 광흡수층 박막을 제조하는 것이 바람직하다.At this time, the band gap of the light absorbing layer 30 can be controlled according to the composition of the element forming the thin film, and the visible light transmittance can be controlled by varying the thickness. The larger the bandgap of the light absorbing layer, the higher the transparency and the light transmittance, but the light absorptivity of the solar cell is lowered and the solar cell efficiency is decreased. Therefore, it is desirable to fabricate a light absorbing layer thin film optimized in terms of light transmittance and solar cell efficiency.

버퍼층으로는 현재 용액성장법 (CBD: chemical bath deposition)으로 제조된 황화카드뮴(CdS)이 사용가능하다. 용액성장법(CBD)을 통해 증착된 황화카드뮴(CdS) 버퍼층은 증착 방법이 간단하고 편리하며 비용이 저렴하여 높은 효율을 가지는 CI(G)S 태양전지를 제조하는데 사용가능하다. Cadmium sulfide (CdS) prepared by chemical solution deposition (CBD) can be used as the buffer layer. The cadmium sulfide (CdS) buffer layer deposited by solution growth method (CBD) can be used to fabricate CI (G) S solar cells with high efficiency, which is simple, convenient and low cost.

도 2의 구조에 의하면, CIS계 또는 CdTe 계열의 광흡수층은 다른 재질의 광흡수층에 비해 밴드갭과 두께를 변화시킴에 따라 가시광 투과 정도와 광흡수율 조절이 용이할 수 있는 장점이 있다. According to the structure of FIG. 2, the CIS-based or CdTe-based light absorbing layer has a band gap and a thickness that are different from those of the light absorbing layer of other materials, so that the visible light transmittance and the light absorptance can be easily controlled.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 하프미러가 셀 외부에 설치된 태양전지 모듈의 단면도이다.3 is a sectional view of a solar cell module in which a half mirror is installed outside a cell, according to another embodiment of the present invention.

설명의 편의를 위해 도 1의 구조와의 차이점을 위주로 설명하면, 태양전지모듈(3)은 투명기판(10)과, 투명기판(10)의 일면에 형성된 후면전극(20), 광흡수층(30), 및 전면전극(50)을 포함하여 구성되고, 투명기판(10)의 타면에 하프미러층(100)이 형성된다. 1, the solar cell module 3 includes a transparent substrate 10, a rear electrode 20 formed on one surface of the transparent substrate 10, a light absorbing layer 30 And a front electrode 50, and a half mirror layer 100 is formed on the other surface of the transparent substrate 10.

도 1의 태양전지(1)는 투명기판(10)과 후면전극(20) 사이에 하프미러층(100)이 형성되는데 비해, 도 3의 태양전지(2)는 투명기판(10)의 타면에 하프미러층(100)이 형성되는 점이 상이하다. The solar cell 1 of FIG. 1 has a half mirror layer 100 formed between the transparent substrate 10 and the back electrode 20. In contrast, the solar cell 2 of FIG. 3 is formed on the other surface of the transparent substrate 10 And the half mirror layer 100 is formed.

하프미러층(100)은 박막형태로 증착하는 것도 가능하고, 별도의 하프미러부재를 투명기판(10)의 타면(태양전지 셀이 형성되어 있지 않은 면)에 부착, 지지 등의 방식으로 제작하는 것도 가능하다. 하프미러층은 기판에 코팅등의 방식으로 박막으로 형성된 것을 의미하고 하프미러부재는 하프미러 기능을 수행하고 별도의 다른 지지체를 가지고 있는 대상물을 총칭하는 것으로, 편의상 하프미러층과 하프미러부재를 함께 하프미러부로 명명하여 설명한다. The half mirror layer 100 may be deposited in the form of a thin film, and another half mirror member may be attached to the other surface of the transparent substrate 10 (the surface on which the solar cell is not formed) It is also possible. The half mirror layer means a thin film formed on the substrate by coating or the like, and the half mirror member collectively refers to an object that performs a half mirror function and has a different support. For convenience, the half mirror layer and the half mirror member It is named as a half mirror part.

광흡수층(30)은 실리콘 박막, 염료감응, 유기, 페로브스카이트 등이 가능하고, 투명전극들 사이에 삽입가능한 다양한 종류의 광흡수층이 채용될 수 있다. The light absorbing layer 30 may be a silicon thin film, dye sensitized, organic, perovskite or the like, and various kinds of light absorbing layers that can be inserted between the transparent electrodes may be employed.

또 다른 변형에 의하면 하프미러층 또는 하프미러부재는 투명기판과 직접 접촉하지 않고 타 부재를 사이에 두고 배치되는 것도 가능하다.According to another variant, it is also possible that the half mirror layer or the half mirror member is not in direct contact with the transparent substrate but is arranged with the other member interposed therebetween.

하프미러층(100)의 종류는 전술한 바와 같이, Au, Ag, Al, Cu, Pt, Ni, Pd, Se, Te, Rh, Ir, Ge, Os, Ru, Cr, W 등의 금속 박막, 또는 이 금속 박막에 금속 박막 또는 유전체막을 적층한(2층 이상을 적층하는 경우를 포함함) 금속미러층, 유전체막 또는 굴절율이 다른 유전체막을 적층한 (2층 이상을 적층하는 경우를 포함함) 유전체 미러층이 가능하다. The half mirror layer 100 may be formed of a metal thin film of Au, Ag, Al, Cu, Pt, Ni, Pd, Se, Te, Rh, Ir, Ge, Os, Ru, Cr, Or a metal mirror layer (including the case where two or more layers are laminated), a dielectric film, or a dielectric film having a different refractive index (a case where two or more layers are laminated) is laminated on the metal thin film, A dielectric mirror layer is possible.

또한, 하프미러부재는 별도의 지지대에 하프미러기능을 할 수 있도록 제조된 부재임을 전술한 바와 같은데, 예를 들어, 합성수지계열시트에 특수처리를 하여 거울과 같은 느낌을 주도록 제조할 수 있는데, 거울과 같은 반사적인 효과 외에 반투명의 투시감까지 함께 제공할 수 있다. 합성수지계열에는 아크릴수지 또는 PC 수지가 많이 쓰인다. 예를 들어, 아크릴수지 또는 PC 수지에 양면을 하드코팅한 후, 크롬이나 니켈, 알루미늄 등의 금속막을 증착할 수 있다.In addition, the half mirror member is a member made to be capable of performing a half mirror function on a separate support. For example, the half mirror member can be manufactured to give a mirror-like feeling by giving a special treatment to a synthetic resin sheet, It is possible to provide a semi-transparent perspective as well as a reflective effect. Acrylic resin or PC resin is widely used for the synthetic resin series. For example, a metal film such as chromium, nickel, or aluminum can be deposited after hard coating both sides with acrylic resin or PC resin.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 하프미러가 셀 외부에 설치된 태양전지 모듈의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a solar cell module in which a half mirror is provided outside a cell according to another embodiment of the present invention.

도 4의 태양전지 모듈 구조에서는 흡수층이 CIS계 또는 CdTe 계열이고, 버퍼층이 삽입된 점이 도 3과 상이하다. In the solar cell module structure of FIG. 4, the absorption layer is a CIS-based or CdTe-based, and a buffer layer is inserted.

흡수층은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 구성가능하다. 광흡수층(30)은 CuInxGa(1-x)SySe(2-y)로 구성되고, 상기 x는 0-1의 실수이고, 상기 y는 0-2의 실수이다. The absorber layer may include at least one of copper (Cu), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se). The light absorption layer 30 is made of CuIn x Ga (1-x) S y Se (2-y) , where x is a real number of 0-1 and y is a real number of 0-2.

전술한 본 발명에 따른 태양전지 모듈에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although the preferred embodiments of the solar cell module according to the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes may be made within the scope of the claims, And this also belongs to the present invention.

Claims (5)

투광성 기판;
상기 투광성 기판의 일면에 형성된 후면전극, 광흡수층, 및 전면전극을 포함하여 구성되며,
상기 투광성 기판의 타면에는 하프미러층 또는 하프미러부재가 설치되며,
상기 하프미러층 또는 하프미러부재의 반사율은 가시광선 영역에서 40 ~ 60%이며,
상기 하프미러층은 상기 투광성 기판에 금속박막이 코팅되어 있으며, 상기 하프미러부재는 별도의 지지대를 포함하고 하프미러기능을 하는 부재이며,
투광성이 있는 창호형에 적용되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 태양전지 모듈.A translucent substrate;
A back electrode formed on one surface of the transparent substrate, a light absorbing layer, and a front electrode,
A half mirror layer or a half mirror member is provided on the other surface of the transparent substrate,
The reflectance of the half mirror layer or the half mirror member is 40 to 60% in the visible light region,
Wherein the half mirror layer is coated with a metal thin film on the light transmissive substrate, the half mirror member is a member having a separate support and functioning as a half mirror,
Wherein the solar cell module is applied to a window mold having a light transmitting property. 제1 항에 있어서,
상기 광흡수층은 실리콘 박막, 염료감응, 유기물, 또는 페로브스카이트인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the light absorbing layer is a silicon thin film, dye sensitized, organic matter, or perovskite. 제1 항에 있어서,
상기 광흡수층은 CIS계 또는 CdTe 계열인 태양전지 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the light absorption layer is a CIS-based or CdTe-based solar cell module. 제1 항에 있어서,
상기 하프미러층은 셀의 단위 소자들 전체를 덮는 형태인 전면적으로 형성되거나, 적어도 흡수층을 덮는 형태로 패터닝된 태양전지 모듈. The method according to claim 1,
Wherein the half mirror layer is formed on the entire surface covering the entire unit elements of the cell or is patterned so as to cover at least the absorption layer. 제1 항에 있어서,
상기 광흡수층의 광투과율은 가시광선 영역에서 5 ~ 50%인 태양전지 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein a light transmittance of the light absorbing layer is 5 to 50% in a visible light region.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220095001A (en) * 2020-12-29 2022-07-06 이재진 Reflecting mirror capable of solar power generation and manufacturing method thereof

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