KR20190005636A - 태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents
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Abstract
반투명 태양전지와 결정질 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 각각의 인버터를 사용하지 않고 하나의 인버터에 연결할 수 있어 태양전지의 출력 저하시키지 않도록 본 발명에 따른 태양전지는 반투명한 제 1 태양전지 모듈; 상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다. 보다 구체적으로 차량용 썬루프로 사용할 수 있는 태양전지에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양 전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양 전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 광 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다. 이와 같은 태양 전지는 기판형 태양 전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다. 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 반도체 웨이퍼를 이용하여 태양 전지를 제조한 것이고, 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 위에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다.
한편, 화석 연료의 고갈 문제 및 배기 가스로 인한 환경 오염 문제가 중요 이슈로 부각되면서 태양 전지를 이용한 차량에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있으며, 대한민국 등록특허공보 제10-0711566호(이하, "종래기술"이라 함)에는 기판형 태양 전지를 자동차의 루프 패널에 설치된 선루프(sunroof)에 접합시키는 자동차 선루프용 태양 전지 모듈의 제조 방법이 개시되어 있다. 여기서, 상기 선루프는 자동차의 루프 패널에 형성된 루프 개방구를 개방시켜 자동차의 실내를 환기시키거나 차체의 실내에서 실외를 조망할 수 있도록 하여 전망을 개선시키는 기능을 한다.
도 1은 자동차 선루프에 적용되는 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하여 설명하면, 지지판(3)의 중앙부에 태양전지 모듈(1)이 배치되어 태양전지 모듈(1)을 통해 입사되는 태양광을 통해 전력을 생산할 수 있다.
그러나, 종래기술은 광이 투과하지 못하는 결정질 태양 전지를 사용하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 선루프가 닫혀 있을 경우 결정질 태양 전지에 의해 외부의 광이 차단되고 이로 인해 차체의 실내에서 외부를 조망할 수밖에 없다는 문제점이 있다.
둘째, 선루프가 개방된 상태에서만 차체의 실내에서 외부를 조망할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 태양광을 이용해 자동차의 구동에 필요한 전력을 생산함과 동시에 차체의 실내에서 실외를 조망할 수 있도록 한 태양전지 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 태양전지의 효율을 향상시키고 연결되는 인버터의 수를 줄이기 위해서 반투명 태양전지와 결정질 태양전지를 배치하는 것을 목적으로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지는 제 1 태양전지 모듈; 상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되고, 상기 제 1 태양전지 모듈과 다른 종류의 제 2 태양전지 모듈; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 태양전지 모듈은 반투명한 것을 포함할 수 있고, 상기 제 2 태양전지 모듈은 불투명한 결정질 태양전지인 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 태양전지 모듈의 전압은 상기 제 1 태양전지 모듈의 전압과 동일한 것을 포함할 수 있고, 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적은 상기 제 1 태양전지 모듈의 면적에 따라 조절되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 태양전지 모듈은 복수 개가 상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되어 배치되고 상기 제 2 태양전지 모듈의 개수는 상기 제 1 태양전지 모듈의 면적에 따라 조절되는 것을 포함할 수 있고, 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적은 1500mm2 내지 3500mm2 로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 반투명한 제 1 태양전지 모듈; 상기 제 1 태양전지 모듈과 직렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 태양전지 모듈의 전류는 상기 제 1 태양전지 모듈의 전류와 동일한 것을 포함할 수 있고, 상기 제 2 태양전지 모듈의 전류는 0.5mA 내지 1mA인 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 반투명한 제 1 태양전지 모듈을 배치하는 단계; 상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되고 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈을 상기 제 1 태양전지 모듈을 둘러싸도록 배치하는 단계; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 정해지는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 반투명한 제 1 태양전지 모듈을 배치하는 단계; 상기 제 1 태양전지 모듈과 직렬로 연결되고 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈을 상기 제 1 태양전지 모듈을 둘러싸도록 배치하는 단계; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 정해지는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 실내에서 실외를 조망할 수 있는 지지판을 포함하는 차체; 및 상기 지지판에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양전지를 포함하며, 상기 태양전지는, 반투명한 제 1 태양전지 모듈; 상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 실내에서 실외를 조망할 수 있는 지지판을 포함하는 차체; 및 상기 지지판에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양전지를 포함하며, 상기 태양전지는, 반투명한 제 1 태양전지 모듈; 상기 제 1 태양전지 모듈과 직렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및 상기 제 1 태양전지 모듈의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 차체의 실내에서 실외를 조망할 수 있는 조망창의 일부 영역에 광을 투과시킬 수 있는 반투명 태양 전지를 설치하여 태양광을 차체의 실내로 투과시키면서 자동차의 구동에 필요한 전력을 생산함으로써 자동차의 탑승자가 조망창을 개방하지 않더라도 실외를 조망할 수 있도록 할 수 있다.
둘째, 광 투과가 필요 없는 조망창의 나머지 영역에 광전 변환 효율이 상대적으로 높은 결정질 태양 전지를 설치하여 자동차의 구동에 필요한 충분한 전력을 생산할 수 있다.
셋째, 반투명 태양전지와 결정질 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 각각의 인버터를 사용하지 않고 하나의 인버터에 연결할 수 있어 태양전지의 출력 저하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 자동차 선루프에 적용되는 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제 1 태양전지 모듈을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제 2 태양전지 모듈의 면적에 따른 전류의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제 1 태양전지 모듈을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제 2 태양전지 모듈의 면적에 따른 전류의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하여 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지는 제 1 태양전지 모듈(100); 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 병렬로 연결되고, 상기 제 1 태양전지 모듈과 다른 종류의 제 2 태양전지 모듈(200); 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 조절될 수 있다.
상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 반투명한 태양전지 모듈로 형성될 수 있다. 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 반투명한 태양전지 모듈로 형성되어 태양광을 투과시킬 수 있다. 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 태양광을 투과시켜 자동차의 썬루프나 건물의 외벽에 배치될 수 있으나 이에 한정되지 아니한다. 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 상기 제 2 태양전지 모듈(200)과 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 복수개의 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 둘러싸여 배치될 수 있으나 이에 한정되지 아니하고 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 일변을 제외하고 나머지를 둘러싸일 수 있게 배치될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)은 불투명한 결정질 태양전지 모듈로 형성될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)은 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 보다 효율이 좋을 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)은 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)은 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전압 크기에 따라서 면적이 조절될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)은 상기 제 1 태양전지 모듈(100)을 둘러쌓도록 배치될 수 있다.
상기 지지판(300)은 상기 제 2 태양전지 모듈(200) 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)을 지지하도록 배치될 수 있다. 상기 지지판(300)은 자동차의 썬루프에 배치될 경우 조망창의 기능을 할 수 있고, 상기 지지판(300)이 건물의 외벽 등에 배치될 경우 복수개의 태양전지를 연결하도록 배치될 수 있다.
접합시트(150)는 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200) 각각을 덮을 수 있다. 상기 접합시트(150)는 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200) 각각을 덮고 상기 지지판(300)에 고정될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전압은 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전압과 동일할 수 있으나 이에 한정되지 아니하고 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 효율이 저하되지 않는 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전압과 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전압이 동일하게 형성되는 경우 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 연결되는 인버터를 별도로 배치하지 않고 하나의 인버터로 연결할 수 있다. 이에 따라 인버터 개수를 줄일 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적은 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 면적에 따라 조절될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적은 상기 제 1 태양전지 모듈(100)이 배치되고 나머지 부분에 배치될 수 있어 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 면적에 따라서 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적 및 개수가 정해질 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)과 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 일정하게 정해진 면적에서 각각이 일부분에 배치되기 때문에 태양광의 투과 영역을 확보하면서 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 배치되는 영역이 디자인될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)은 복수 개가 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 병렬로 연결되어 배치되고 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 개수는 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 면적에 따라 조절될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 경우 버스바가 형성되어 있기 때문에 버스바의 배치에 따라서 일변의 길이를 조절하는 것이 한정될 수 있다. 이에 따라서 일변 즉 가로의 길이가 정해지면 세로의 길이에 따라서 면적이 바뀔 수 있고 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 결정되면 이에 따라서 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 개수가 결정될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적은 1500mm2 내지 3500mm2 로 형성될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 1500mm2 이내로 형성되는 경우 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 작아서 충분한 전력을 얻을 수 없는 문제가 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 3500mm2 이상으로 형성되는 경우 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 커서 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 면적이 줄어들고 따라서 반투명한 영역이 줄어들어 투광영역이 줄어들 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 반투명한 제 1 태양전지 모듈(100); 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 직렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈(200); 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 조절될 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류는 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전류와 동일할 수 있으나 이에 한정되지 아니하고 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 효율이 저하되지 않는 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류와 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전류가 동일하게 형성되는 경우 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 연결되는 인버터를 별도로 배치하지 않고 하나의 인버터로 연결할 수 있다. 이에 따라 인버터 개수를 줄일 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 흐르는 전류는 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적에 비례하기 때문에 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 흐르는 전류가 상기 제 1 태양전지 모듈(100)에 흐르는 전류와 동일하도록 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 정해질 수 있다.
상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류는 0.5mA 내지 1mA인 것을 포함할 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류는 상기 제 1 태양전지 모듈(100)에 흐르는 전류와 동일한 범위에서 형성될 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류가 0.5mA 이내인 경우 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적도 이에 비례해서 작게 형성되고 이에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 작아서 충분한 전력을 얻을 수 없는 문제가 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류가 1 mA 이상인 경우 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 커서 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 면적이 줄어들고 따라서 반투명한 영역이 줄어들어 투광영역이 줄어들 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지가 자동차에 형성되는 경우 자동차의 조망창에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 자동차의 구동에 필요한 전력을 생산함과 동시에 상기 조망창을 개방시키지 않고도 차체의 실내에서 실외를 조망할 수 있도록 하는 태양전지를 포함하여 구성된다.
상기 조망창은 차체의 실내에서 실외를 조망할 수 있도록 슬라이딩 방식에 따라 자동차의 루프 패널(roof panel)에 형성된 루프 개방구를 개폐하는 선루프의 유리가 될 수 있다. 여기서, 상기 조망창은 슬라이딩(Sliding) 구조과 틸트-업(Tilt-up) 구조에 따라 루프 개방구를 개폐하도록 차체에 설치될 수 있다. 상기 슬라이딩 구조는 자동차의 루프 패널을 따라 조망창을 슬라이딩시켜 루프 개방구를 개폐하는 방식이며, 상기 틸트-업(Tilt-up) 구조는 자동차의 전방을 기준으로 조망창의 후측을 들어올리는 방식으로 차내의 환기를 주목적으로 한다.
상기 조망창의 일부 영역은 입사되는 태양광이 차체의 실내로 투과되는 영역으로서, 상시 선루프 유리의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분으로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 조망창의 나머지 영역은 상기 조망창의 영역 중에서 광 투과가 필요 없으면서 상기 조망창의 일부 영역을 둘러싸는 상기 선루프 유리의 가장자리 부분으로 정의될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제 1 태양전지 모듈(100)을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 4를 참고하여 설명하면, 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 기판(111), 제 1 전극(112), 전극 분리부(113), 광전 변환층(114), 투명 도전층(115), 콘택부(116), 제 2 전극(117), 셀 분리부(118), 및 광 투과부(119)를 포함하여 구성된다.
상기 기판(111)은 유리 기판, 금속 기판, 플라스틱 기판 또는 플렉서블 기판이 될 수 있다. 이러한 상기 기판(111)은 상기 지지판(300)의 하면에 부착(또는 접합)될 수 있다.
상기 제 1 전극(112)은 상기 기판(111)의 전면에 형성된다. 이러한 상기 제 1 전극(112)은 SnO2, SnO2:F, SnO2:B, SnO2:Al, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명한 도전물질로 형성되는 것이 바람직하다. 부가적으로, 상기 제 1 전극(112)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 텍스처(Texturing) 가공 공정을 통해 요철 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 전극 분리부(113)는 상기 제 1 전극(112)을 일전한 간격으로 분리시킨다. 이러한, 상기 전극 분리부(113)는 상기 제 1 전극(112)을 소정 간격으로 제거하여 상기 기판(111)의 소정 영역을 노출시키는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 광전 변환층(114)은 상기 제 1 분리부(113)와 상기 제 1 전극(112)이 형성되어 있는 상기 기판(111)의 전면에 형성된다. 이러한, 상기 광전 변환층(114)은 실리콘계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 광전 변환층(114)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 회수되게 된다. 그리고, 상기 광전 변환층(114)이 PIN구조로 형성될 경우에는 상기 제 1 전극(112) 상에 P형 반도체층을 형성하고 다음 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 회수효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다. 부가적으로, 상기 광전 변환층(114)은 도 4의 확대도 "A"와 같이, 버퍼층(114a)을 사이에 두고 적어도 2층 이상으로 적층되는 적층 구조로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 버퍼층(114a)은 상기 광전 변환층(114)들 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 한다.
상기 투명 도전층(115)은 상기 광전 변환층(114) 상에 형성된다. 이러한 상기 투명 도전층(115)은 상기 광전 변환층(114)을 투과한 태양광을 산란시켜 다양한 각으로 진행시킴과 아울러 후술되는 상기 제 2 전극(117)에서 반사되어 상기 광전 변환층(114)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킨다. 이러한 상기 투명 도전층(115)은 생략 가능하다.
상기 콘택부(116)는 상기 전극 분리부(113)에 인접한 상기 제 1 전극(112)의 소정 영역을 노출시키는 것으로, 상기 제 1 전극(112) 상에 형성된 상기 광전 변환층(114)과 상기 투명 도전층(115)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다. 이러한 상기 콘택부(116)는 상기 투명 도전층(115)과 상기 광전 변환층(114)의 소정 영역을 함께 제거하여 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극(117)은 상기 콘택부(116)를 통해 인접한 상기 제 1 전극(112)에 전기적으로 접속되도록 상기 콘택부(116)의 내부와 상기 투명 도전층(115) 상에 형성된다. 이러한 상기 제 2 전극(117)은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 셀 분리부(118)는 상기 콘택부(116)에 인접한 상기 제 1 전극(112)의 소정 영역을 노출시키는 것으로, 상기 제 1 전극(112) 상에 형성된 상기 광전 변환층(114)과 상기 투명 도전층(115) 및 상기 제 2 전극(117)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다. 이러한 상기 셀 분리부(118)는 상기 콘택부(116)에 인접한 상기 제 1 전극(112) 상에 형성된 상기 광전 변환층(114)과 상기 투명 도전층(115) 및 상기 제 2 전극(117)을 공간적으로 분리함으로써 상기 제 1 전극(112), 상기 광전 변환층(114), 상기 투명 도전층(115), 및 상기 제 2 전극(117)으로 이루어지는 하나의 태양 전지 셀이 전기적으로 직렬 접속되도록 한다. 이와 같은, 상기 셀 분리부(118)는 레이저 스크라이빙 공정 또는 상기 제 2 전극(117)을 마스크로 한 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 상기 셀 분리부(118)가 식각 공정에 의해 형성될 경우, 상기 제 2 전극(117)은 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 프린팅 공정에서는 상기 셀 분리부(118)가 형성될 영역을 제외한 상기 투명 도전층(115) 상에 상기 제 2 전극(117)을 형성하게 된다.
상기 광 투과부(119)는 상기 제 1 전극(112) 상에 형성된 상기 광전 변환층(114)과 상기 투명 도전층(115) 및 상기 제 2 전극(117)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다. 상기 광 투과부(119)는 상기 셀 분리부(118)와 동일한 공정에 의해 상기 셀 분리부(118)와 나란하거나 교차하는 줄무늬 형태를 가지도록 형성된다. 이러한 상기 광 투과부(119)는 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 광 투과 영역을 증가시킴으로써 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 광 투과율을 증가시킬 수 있다.
이와 같은, 상기 제 1 태양전지 모듈(100)은 상기 조망창의 일부 영역에 부착(또는 접합)됨으로써 상기 조망창과 상기 기판(111)을 통해 입사되는 태양광을 이용해 자동차의 구동에 필요한 전력을 생산하면서 상기 셀 분리부(118)와 상기 광 투과부(119)를 포함하는 광 투과 영역을 통해 태양광을 차체의 실내로 투과시켜 탑승자가 차체의 실내에서 실외를 조망할 수 있도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적에 따른 전류의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b를 참고하여 설명하면, 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 가로 길이가 128mm, 64mm 일 때 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 세로 길이에 따른 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 흐르는 전류의 크기를 나타낸 그래프로 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적에 따라서 전류의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 상기 제 1 태양전지 모듈(100)에 흐르는 전류와 동일하도록 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 세로 길이를 특정할 수 있고, 이에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적을 특정할 수 있다. 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적을 특정하여 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 연결되도록 배치할 수 있다. 이에 따라 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 연결되는 인버터를 하나로 할 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양전지를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참고하여 설명하면, 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 배치가 변경된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 태양전지와 동일하다. 동일한 부분을 제외하고 차이가 나는 부분만을 설명하면 상기 제 1 태양전지 모듈(100)이 상기 지지판(300)의 중앙에 배치되어 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 모든 변을 둘러싸고 배치될 수 있으나 일변 또는 마주보는 변에 상기 제 1 태양전지 모듈(100)이 인접하게 배치되어 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 일변 또는 마주보는 변을 제외하고 배치될 수 있다.
상기 태양전지가 자동차의 썬루프에 적용되는 경우 상기 지지판(300)은 썬루프에 연결될 수 있고, 썬루프의 배치에 따라서 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 배치될 수 있다. 다만, 이 경우라도 본 발명의 실시 예에 따라 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 병렬로 연결되는 경우 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전압이 동일하도록 배치될 수 있고, 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)이 직렬로 연결되는 경우 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 전류가 동일하도록 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 연결되는 인버터의 개수를 감소시킬 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법은 반투명한 제 1 태양전지 모듈(100)을 배치하는 단계; 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 병렬로 연결되고 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈(200)을 상기 제 1 태양전지 모듈(100)을 둘러싸도록 배치하는 단계; 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 정해지는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 제조 방법은 반투명한 제 1 태양전지 모듈(100)을 배치하는 단계; 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 직렬로 연결되고 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈(200)을 상기 제 1 태양전지 모듈(100)을 둘러싸도록 배치하는 단계; 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 정해지는 것을 포함할 수 있다.
상기 태양전지는 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 면적에 따라서 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적을 특정하여 배치할 수 있어 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 연결되는 인버터의 수를 감소시킬 수 있어 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지는 자동차의 썬루프에 포함될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 자동차는 실내에서 실외를 조망할 수 있는 지지판(300)을 포함하는 차체; 및 상기 지지판(300)에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양전지를 포함하며, 상기 태양전지는, 반투명한 제 1 태양전지 모듈(100); 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 병렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈(200); 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차는 실내에서 실외를 조망할 수 있는 지지판(300)을 포함하는 차체; 및 상기 지지판(300)에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양전지를 포함하며, 상기 태양전지는, 반투명한 제 1 태양전지 모듈(100); 상기 제 1 태양전지 모듈(100)과 직렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈(200); 및 상기 제 1 태양전지 모듈(100)의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈(200)의 면적이 조절되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지를 자동차의 썬루프에 배치시키는 경우 태양전지에 입사되는 태양광을 통해 전력을 생산할 수 있는 동시에 반투명한 제 1 태양전지 모듈(100)을 통해 자동차의 외부를 조망할 수 있다. 또한, 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 연결되는 인버터의 개수를 감소시킬 수 있기 때문에 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있고, 자동차에 포함되는 부품의 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지를 자동차의 썬루프에 배치하는 것으로 서술하였으나 건물의 외벽 등에도 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 태양전지를 건물의 외벽 등에 배치시키는 경우 반투명한 상기 제 1 태양전지 모듈(100)을 통해서 건물의 내부에서 외부를 조망할 수 있을 뿐 아니라 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 입사되는 태양광을 통해 전력을 생산할 수 있다. 또한, 상기 제 1 태양전지 모듈(100) 및 상기 제 2 태양전지 모듈(200)에 연결되는 인버터의 개수를 감소시킬 수 있기 때문에 건물의 외벽 등에 상기 태양전지를 설치하기 용이할 뿐 아니라 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제 1 태양전지 모듈 200: 제 2 태양전지 모듈
300: 지지판 150: 접합 시트
111: 기판 112: 제 1 전극
113: 전극 분리부 114: 광전 변환층
115: 투명 도전층 116: 콘택부
117: 제 2 전극 118: 셀 분리부
119: 광 투과부
300: 지지판 150: 접합 시트
111: 기판 112: 제 1 전극
113: 전극 분리부 114: 광전 변환층
115: 투명 도전층 116: 콘택부
117: 제 2 전극 118: 셀 분리부
119: 광 투과부
Claims (14)
- 제 1 태양전지 모듈;
상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되고, 상기 제 1 태양전지 모듈과 다른 종류의 제 2 태양전지 모듈; 및
상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함하는 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 태양전지 모듈은 반투명한 것을 포함하는 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈은 불투명한 결정질 태양전지인 것을 포함하는 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈의 전압은 상기 제 1 태양전지 모듈의 전압과 동일한 것을 포함하는 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈의 면적은 상기 제 1 태양전지 모듈의 면적에 따라 조절되는 것을 포함하는 태양전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈은 복수 개가 상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되어 배치되고 상기 제 2 태양전지 모듈의 개수는 상기 제 1 태양전지 모듈의 면적에 따라 조절되는 것을 포함하는 태양전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈의 면적은 1500mm2 내지 3500mm2 로 형성되는 것을 포함하는 태양전지. - 반투명한 제 1 태양전지 모듈;
상기 제 1 태양전지 모듈과 직렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및
상기 제 1 태양전지 모듈의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함하는 태양전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈의 전류는 상기 제 1 태양전지 모듈의 전류와 동일한 것을 포함하는 태양전지. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 태양전지 모듈의 전류는 0.5mA 내지 1mA인 것을 포함하는 태양전지. - 반투명한 제 1 태양전지 모듈을 배치하는 단계;
상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되고 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈을 상기 제 1 태양전지 모듈을 둘러싸도록 배치하는 단계; 및
상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 정해지는 것을 포함하는 태양전지 제조 방법. - 반투명한 제 1 태양전지 모듈을 배치하는 단계;
상기 제 1 태양전지 모듈과 직렬로 연결되고 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈을 상기 제 1 태양전지 모듈을 둘러싸도록 배치하는 단계; 및
상기 제 1 태양전지 모듈의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 정해지는 것을 포함하는 태양전지 제조 방법. - 실내에서 실외를 조망할 수 있는 지지판을 포함하는 차체; 및
상기 지지판에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양전지를 포함하며,
상기 태양전지는,
반투명한 제 1 태양전지 모듈;
상기 제 1 태양전지 모듈과 병렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및
상기 제 1 태양전지 모듈의 전압 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함하는 자동차. - 실내에서 실외를 조망할 수 있는 지지판을 포함하는 차체; 및
상기 지지판에 설치되어 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양전지를 포함하며,
상기 태양전지는,
반투명한 제 1 태양전지 모듈;
상기 제 1 태양전지 모듈과 직렬로 연결되는 불투명한 복수의 제 2 태양전지 모듈; 및
상기 제 1 태양전지 모듈의 전류 크기에 따라 상기 제 2 태양전지 모듈의 면적이 조절되는 것을 포함하는 자동차.
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|---|---|---|---|
| KR1020170086599A KR102379143B1 (ko) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170086599A KR102379143B1 (ko) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 태양전지, 태양전지의 제조 방법 및 이를 포함하는 자동차 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210025235A (ko) * | 2019-08-27 | 2021-03-09 | 고려대학교 산학협력단 | 시인성이 우수한 태양 전지 모듈 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150047703A (ko) * | 2013-10-24 | 2015-05-06 | 주성엔지니어링(주) | 자동차용 태양광 발전 장치와 이를 포함하는 자동차, 및 자동차용 윈도우 |
| KR20160050774A (ko) * | 2014-10-31 | 2016-05-11 | 현대자동차주식회사 | 차량의 태양전지 루프패널 |
| KR20170017585A (ko) * | 2015-08-07 | 2017-02-15 | 한국과학기술원 | 태양광 어레이 재구성 방법 및 차량용 태양광 시스템 |
-
2017
- 2017-07-07 KR KR1020170086599A patent/KR102379143B1/ko active IP Right Grant
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| WO2021040211A3 (ko) * | 2019-08-27 | 2021-04-29 | 고려대학교 산학협력단 | 시인성이 우수한 태양 전지 모듈 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102379143B1 (ko) | 2022-03-25 |
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