KR20190100132A - Colorful Thin Film Solar Cell for Minimizing Efficiency Reduction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 칼라 박막 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 효율 저하를 최소화시키면서 블랙 칼라의 박막 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색을 변환하여 활용가치를 높이고, 이에 따라 상용화가 용이한 칼라 박막 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a color thin film solar cell, and more particularly, to minimize the deterioration of the solar cell efficiency of the black color thin film solar cell to convert the color to show the appearance of a beautiful color to increase the utilization value, accordingly commercialization An easy color thin film solar cell.
최근 들어서 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있으며 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.Recently, the use of photovoltaic power generation facilities that can generate electricity using solar energy is becoming more and more common. The solar cell using the solar energy is spotlighted as a new alternative energy source in the future because it uses no-fossil and infinite energy source solar without using fossil fuels such as coal and petroleum. It is used to obtain the generated electric power of automobiles.
태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그 중에서도 태양전지를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술은 21세기 유망 신기술로서 근래 전 세계적으로 주목받고 있다.Photovoltaic power generation has a variety of applications, but building integrated photovoltaic (BIPV) technology, which uses solar cells as building envelope finishing materials, has attracted worldwide attention as a promising new technology in the 21st century.
건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극에 대한 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 발전시킨 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양전지 시스템 설치에 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다. 태양전지를 건축물 외장재로 이용한 것 중 하나가 태양전지를 창호에 결합한 태양전지 창호이다.Building integration technology is an active technology that has developed the existing building envelope from the concept of protection against external stimulus and developed it as a tool for energy generation. A double effect can be expected to reduce the cost. One use of solar cells as building exterior materials is solar cell windows that combine solar cells with windows.
이와 관련, 대한민국등록특허 제10-1541357호에서는 창호형 박막 태양전지와 그의 제조방법을 제공한다. 그러나 종래의 창호형 박막 태양전지는 블랙 칼라의 외관을 가져 창호형으로 활용할 수 있는 가치가 떨어져 상용화가 어렵고, 색 변환 필터를 태양전지의 외부면에 구비할 경우, 태양광의 투과율이 저하되어 태양전지의 효율이 감소하는 문제점이 있다.In this regard, Korean Patent Registration No. 10-1541357 provides a window-type thin film solar cell and a method of manufacturing the same. However, conventional window and door type thin film solar cells have a black color appearance, which makes them difficult to commercialize due to their low window value, and when the color conversion filter is provided on the outer surface of the solar cell, the transmittance of solar light decreases and the solar cell There is a problem of decreasing the efficiency of
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 태양전지의 효율 저하를 최소화하면서 블랙 칼라의 박막 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색을 변환하여 활용가치를 높이고, 이에 따라 상용화가 용이한 칼라 박막 태양전지를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the present invention is to increase the utilization value by converting the color of the black color thin film solar cell to show the appearance of a beautiful color while minimizing the degradation of the solar cell, accordingly It is to provide a color thin film solar cell that is easy to commercialize.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 태양전지 및 상기 태양전지의 일면 상에 구비되어 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과시켜 태양전지의 색을 변환시키고, 반사 밴드의 반치폭이 100nm 이하인 밴드-스탑 필터(band-stop filter)를 포함하는 칼라 박막 태양전지를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is provided on the solar cell and one surface of the solar cell to reflect a part of the light irradiated from the outside and transmit the rest to convert the color of the solar cell, the half width of the reflection band is 100nm or less A color thin film solar cell including a band-stop filter is provided.
상기 반치폭은 70nm 이하일 수 있다.The full width at half maximum may be 70 nm or less.
또한, 상기 밴드-스탑 필터는 제1층, 제2층 및 제3층이 n회 반복되어 교호적층되고, 상기 제2층의 굴절률은 제1층과 상이하며, 상기 제3층의 굴절률은 제1층과 동일하거나 상이할 수 있다.In the band-stop filter, the first layer, the second layer, and the third layer are alternately stacked n times, and the refractive index of the second layer is different from that of the first layer, and the refractive index of the third layer is It may be the same as or different from the first floor.
상기 제1층 및 제3층의 굴절률은 1.2~1.6이고, 상기 제2층의 굴절률은 1.4~1.8일 수 있다.The refractive index of the first layer and the third layer may be 1.2 to 1.6, and the refractive index of the second layer may be 1.4 to 1.8.
상기 제1층 및 제3층은 SiO2를 포함하고, 제2층은 Al2O3를 포함할 수 있다.The first layer and the third layer may include SiO 2 , and the second layer may include Al 2 O 3 .
상기 n은 3~25일 수 있다.N may be 3 to 25.
또한, 상기 밴드-스탑 필터는 태양전지의 색을 청색, 녹색, 황색, 자색 또는 적색 중 어느 하나의 색으로 변환시킬 수 있다.In addition, the band-stop filter may convert the color of the solar cell into any one of blue, green, yellow, purple or red.
또한, 상기 밴드-스탑필터는 중심 반사 파장에서의 반사율이 60% 이상일 수 있다.In addition, the band-stop filter may have a reflectance of 60% or more at the central reflection wavelength.
또한, 상기 태양전지는 페로브스카이트 태양전지, CIGS 태양전지 또는 실리콘 태양전지일 수 있다.In addition, the solar cell may be a perovskite solar cell, a CIGS solar cell or a silicon solar cell.
또한, 본 발명은 태양전지 및 상기 태양전지의 일면 상에 구비되어 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과시켜 태양전지의 색을 변환시키는 밴드-스탑 필터(band-stop filter);를 포함하며, 하기의 조건 (a) 및 (b)를 만족하는 칼라 박막 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention includes a solar cell and a band-stop filter provided on one surface of the solar cell to reflect a portion of the light irradiated from the outside and transmit the rest to convert the color of the solar cell; The present invention provides a color thin film solar cell that satisfies the following conditions (a) and (b).
(a) 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭이 100 nm이하일 것(a) The half width of the reflection band of the band-stop filter is 100 nm or less.
(b) 하기의 관계식 1을 만족할 것(b) satisfies
[관계식 1][Relationship 1]
상기 관계식 1에서 A는 반사 밴드의 반치폭이 100nm 이하인 밴드-스탑 필터를 하나 이상 포함하는 경우의 광수확 효율(light harvesting efficiency)이고, B는 상기 밴드-스탑 필터를 포함하지 않는 경우의 광수확 효율(light harvesting efficiency)이다.In
상기 칼라 박막 태양전지는 하기의 조건 (c)를 더 만족할 수 있다.The color thin film solar cell may further satisfy the following condition (c).
(c) 하기의 관계식 2를 만족할 것(c) satisfy the following
[관계식 2][Relationship 2]
상기 관계식 2에서 C는 반사 밴드의 반치폭이 100nm 이하인 밴드-스탑 필터를 하나 이상 포함하는 경우의 단락 전류 밀도(Jsc)이고, D는 상기 밴드-스탑 필터를 포함하지 않는 경우의 단락 전류 밀도(Jsc)이다.In
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 칼라 박막 태양전지를 포함하는 창호를 제공한다.The present invention also provides a window comprising a color thin film solar cell according to the present invention.
본 발명은 태양전지의 효율 저하를 방지 또는 최소화시키면서 블랙칼라의 박막 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색을 변환하여 건물 외벽용 또는 실내 인테리어용으로써 활용가치를 높일 수 있고, 이에 따라 상용화가 용이한 칼라 박막 태양전지 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention can increase the useful value of the black color thin film solar cell while preventing or minimizing the efficiency of the solar cell to convert the color to show the appearance of a beautiful color as a building exterior wall or indoor interior, and thus commercialization It provides an easy color thin film solar cell and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 건물측 외피 마감재 또는 실내 인테리어용으로 사용하더라도 약간의 광수확 효율(light harvesting efficiency) 및 단락 전류 밀도의 감소만으로 박막 태양전지의 블랙 칼라를 아름다운 칼라로 변환할 수 있어 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술분야에서 널리 활용 될 수 있다.In addition, the present invention can convert the black color of the thin film solar cell into a beautiful color only with a slight reduction in light harvesting efficiency and short-circuit current density even when used for building exterior finish or indoor interior. It is widely used in BIPV: Building Integrated Photovoltaic technology.
도 1a는 적색, 녹색 및 청색 밴드-스탑 필터의 사진이다.
도 1b는 적색, 녹색 및 청색 밴드-스탑 필터를 구비한 칼라 박막 태양전지의 사진이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 녹색 밴드-스탑 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 청색 밴드-스탑 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 적색 밴드-스탑 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2d는 적색 이색성 필터의 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 녹색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 외부 양자 효율 및 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 청색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 외부 양자 효율 및 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 적색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 외부 양자 효율 및 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3d는 적색 이색성 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 외부 양자 효율 및 반사 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제조된 적색, 녹색 및 청색 밴드-스탑 필터의 단면 SEM 이미지이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 녹색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 청색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 적색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 5d는 적색 이색성 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라 박막 태양전지의 상대 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 적색, 녹색 및 청색 밴드-스탑 필터를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 CIE 색상 좌표이다.1A is a photograph of red, green and blue band-stop filters.
1B is a photograph of a color thin film solar cell with red, green and blue band-stop filters.
Figure 2a is a graph showing the transmission spectrum of the green band-stop filter prepared in one embodiment of the present invention.
Figure 2b is a graph showing the transmission spectrum of the blue band-stop filter prepared in one embodiment of the present invention.
Figure 2c is a graph showing the transmission spectrum of the red band-stop filter prepared in one embodiment of the present invention.
2D is a graph showing the transmission spectrum of the red dichroic filter.
3A is a graph illustrating an external quantum efficiency and a reflection spectrum of a color thin film solar cell having a green band-stop filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
3B is a graph illustrating an external quantum efficiency and a reflection spectrum of a color thin film solar cell including a blue band-stop filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
3C is a graph illustrating an external quantum efficiency and a reflection spectrum of a color thin film solar cell including a red band-stop filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
3D is a graph showing the external quantum efficiency and reflection spectrum of a color thin film solar cell having a red dichroic filter.
Figure 4 is a cross-sectional SEM image of the red, green and blue band-stop filter prepared in one embodiment of the present invention.
5A is a current-voltage graph of a color thin film solar cell having a green band-stop filter according to an embodiment of the present invention.
5B is a current-voltage graph of a color thin film solar cell having a blue band-stop filter according to an embodiment of the present invention.
5C is a current-voltage graph of a color thin film solar cell having a red band-stop filter according to an embodiment of the present invention.
5D is a current-voltage graph of a color thin film solar cell with a red dichroic filter.
6 is a graph showing the relative efficiency of the color thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
7 is CIE color coordinates of a color thin film solar cell having a red, green and blue band-stop filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
상술한 바와 같이 종래의 창호형 박막 태양전지는 안전성 및 효율은 우수한 반면 블랙 칼라의 외관을 가져 창호, 건물 외벽 또는 실내 인테리어로서의 활용가치가 떨어져 상용화가 어려운 문제점이 있었다. 즉, 종래에는 박막 태양전지의 효율을 유지함과 동시에 태양전지 외관의 색 변환을 구현하는 것이 어려운 문제점이 있었다.As described above, the conventional window and door type thin-film solar cell has a high safety and efficiency, but has a black color appearance, which makes it difficult to be commercialized due to its low useful value as a window, an exterior wall of a building, or an interior interior. That is, in the related art, it is difficult to implement color conversion of the appearance of the solar cell while maintaining the efficiency of the thin film solar cell.
이에 본 발명에서는 반사 밴드의 반치폭이 100 nm 이하이고, 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과하여 태양전지의 색을 변환시키는 밴드-스탑 필터(band-stop filter)를 태양 전지의 일면 상에 구비하는 칼라 박막 태양전지를 제공한다. 이를 통해 태양전지의 효율 저하를 최소화시키면서 블랙 칼라의 박막 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색을 변환하여 창호, 건물 외벽 또는 실내 인테리어로서의 활용가치를 높일 수 있고, 이에 따라 상용화가 용이한 효과가 있다. 또한, 건물의 외피 마감재로 사용하더라도 약간의 광수확 효율(light harvesting efficiency) 및 단락 전류 밀도 (Jsc)의 감소만으로 박막 태양전지의 블랙 칼라를 아름다운 칼라로 변환할 수 있어 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술분야에서 활용이 용이하다.Accordingly, in the present invention, a half-band width of the reflection band is 100 nm or less, and a band-stop filter for reflecting a part of the light irradiated from the outside and transmitting the rest to convert the color of the solar cell is provided on one surface of the solar cell. It provides a color thin film solar cell provided in. Through this, the color conversion of the black color thin film solar cell with beautiful color appearance can be minimized while minimizing the decrease in efficiency of the solar cell, thereby increasing the useful value as a window, an exterior wall of a building, or an interior. There is. In addition, even when used as a building finish of the building, the black color of the thin-film solar cell can be converted into a beautiful color with only a slight reduction in light harvesting efficiency and short-circuit current density (J sc ). Easy to use in Integrated Photovoltaic) technology.
먼저, 본 발명의 칼라 박막 태양전지에 포함되는 밴드-스탑 필터(band-stop filter)를 설명한다.First, a band-stop filter included in the color thin film solar cell of the present invention will be described.
상기 밴드-스탑 필터는 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고, 나머지를 투과하여 태양전지의 색을 변환시킨다. 상기 밴드-스탑 필터는 반사 밴드의 파장 영역을 조절하여 다양한 색 구현이 가능하다.The band-stop filter reflects a part of the light irradiated from the outside and transmits the rest to convert the color of the solar cell. The band-stop filter can realize various colors by adjusting the wavelength region of the reflection band.
이와 관련하여, 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에서 제조된 적색, 녹색 및 청색 내로우 밴드-스탑 필터(Narrow band-stop filter) 및 이를 구비하는 칼라 박막 태양전지의 사진이다. 상기 사진을 참조하면, 본 발명의 밴드-스탑 필터를 포함함으로써 박막 태양전지의 색이 아름다운 칼라로 변환됨을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 반사 밴드의 폭이 현저히 좁게 나타남을 통해 고순도의 강한 발색이 가능함을 알 수 있다.In this regard, FIGS. 1A and 1B are photographs of a red, green, and blue narrow band-stop filter and a color thin film solar cell including the same, manufactured in the preferred embodiment of the present invention. Referring to the above picture, it can be seen that the color of the thin film solar cell is converted into a beautiful color by including the band-stop filter of the present invention. In addition, the width of the reflective band is markedly narrow, it can be seen that a strong color of high purity is possible.
또한, 본 발명은 태양전지의 효율이 거의 감소하지 않음에도 상술한 고순도의 명확한 색 변환이 가능한 효과가 있다. 구체적으로 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 칼라 박막 태양전지에 구비되는 녹색, 청색 및 적색 밴드-스탑 필터의 투과 스펙트럼이다. 상기 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 칼라 박막 태양전지는 상기 밴드-스탑 필터를 구비함으로써, 목적하는 파장 영역대의 광을 반사하고, 나머지 영역대의 광을 투과시킬 수 있으며, 이에 따라 태양전지의 효율 저하를 최소화시킬 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 칼라 박막 태양전지의 외부 양자 효율 (EQE) 스펙트럼 및 녹색, 청색, 적색 밴드-스탑 필터의 반사 스펙트럼이다. 상기 도면을 통해 태양전지의 효율을 우수하게 유지함과 동시에 반사 밴드의 반치폭이 좁아 고순도의 색 변환이 가능함을 알 수 있다.In addition, the present invention has the effect that the above-described high purity clear color conversion is possible even though the efficiency of the solar cell is hardly reduced. Specifically, FIGS. 2A to 2C are transmission spectra of the green, blue, and red band-stop filters included in the color thin film solar cell according to the exemplary embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the color thin film solar cell of the present invention includes the band-stop filter, thereby reflecting light in a desired wavelength region and transmitting light in the remaining region, thereby improving efficiency of the solar cell. The degradation can be minimized. 3A to 3C illustrate external quantum efficiency (EQE) spectra and color spectra of green, blue, and red band-stop filters of a color thin film solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention. Through the above drawings, it is possible to maintain high efficiency of the solar cell and at the same time narrow the half width of the reflection band to enable high purity color conversion.
또한, 본 발명의 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭은 100 nm이하이다. 상기 반치폭은 바람직하게는 70nm 이하, 더욱 바람직하게는 50nm 이하, 더욱 더 바람직하게는 30nm 이하일 수 있다. 반사 밴드의 반치폭이 좁을 수록 외부에서 조사된 광의 특정 파장 영역만을 반사하고, 그 외 파장 영역은 모두 투과하게 함으로써 보다 명확한 색 변환이 가능하다. 또한, 목적하는 특정 파장 영역만을 반사시키기 때문에 태양전지의 효율 저하를 최소화시키는 효과가 있다. 이에 따라 본 발명의 칼라 박막 태양전지는 청색 외에도 다양하고 고순도의 색으로 색 표현이 가능함과 동시에 태양전지의 효율 저하를 최소화시킬 수 있다.In addition, the half width of the reflection band of the band-stop filter of the present invention is 100 nm or less. The half width is preferably 70 nm or less, more preferably 50 nm or less, even more preferably 30 nm or less. The narrower the half width of the reflection band, the more specific color conversion is possible by reflecting only a specific wavelength region of light emitted from the outside and transmitting all other wavelength regions. In addition, since only a specific wavelength region of interest is reflected, there is an effect of minimizing efficiency degradation of the solar cell. Accordingly, the color thin film solar cell of the present invention can be expressed in a variety of high-purity colors in addition to blue and at the same time minimize the degradation of the efficiency of the solar cell.
만일, 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭이 상기 범위를 초과하는 경우에는 넓은 파장 영역대의 광을 반사하게 됨에 따라서 상이한 색들이 혼합되어 색의 순도가 저하되고 명확한 색 표현이 어려우며, 청색 이외의 색으로 색 변환하는 경우에는 광수확 효율이 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.If the half width of the reflection band of the band-stop filter exceeds the above range, as the light reflects the light of the wide wavelength range, different colors are mixed to reduce the purity of the color and it is difficult to express a clear color. In the case of color conversion, the light harvesting efficiency may be significantly reduced.
또한, 상기 밴드-스탑 필터는 제1층, 제2층 및 제3층이 n회 반복되어 교호적층되고, 상기 제2층의 굴절률은 제1층과 상이하며, 상기 제3층의 굴절률은 제1층과 동일하거나 상이할 수 있다. 즉, 상기 밴드-스탑 필터는 굴절률이 상이한 재료의 박막을 반복시킨 다층 형태일 수 있으며, 상기 굴절률의 차이를 조절하여 목적하는 색 영역만을 반사시켜 색 변환을 일으킬 수 있다.In the band-stop filter, the first layer, the second layer, and the third layer are alternately stacked n times, and the refractive index of the second layer is different from that of the first layer, and the refractive index of the third layer is It may be the same as or different from the first floor. That is, the band-stop filter may be a multi-layered form in which thin films of materials having different refractive indices are repeated, and the color difference may be generated by reflecting only a desired color gamut by adjusting the difference in refractive indices.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1층 및 제3층의 굴절률은 1.2~1.6이고, 상기 제2층의 굴절률은 1.4~1.8일 수 있다. 굴절률의 조절을 통해 좁은 영역의 특정 파장 영역만을 반사할 수 있게 되고, 이에 따라 상술한 바와 같이 명확한 고순도의 색 변환이 가능하고, 태양전지의 효율 저하를 최소화시킬 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the first layer and the third layer is 1.2 to 1.6, the refractive index of the second layer may be 1.4 to 1.8. Through the adjustment of the refractive index, it is possible to reflect only a specific wavelength region of a narrow region. As a result, a clear high purity color conversion is possible as described above, and minimization of efficiency reduction of the solar cell can be achieved.
만일 상기 제1층, 제2층 및 제3층이 상술한 굴절률 범위를 만족하지 못하는 경우, 본 발명의 칼라 박막 태양전지에 포함되는 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭이 지나치게 넓어져 색의 순도가 저하되고 명확한 색 표현이 어려우며, 청색 이외의 색으로 색 변환시키는 경우에는 광수확 효율이 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.If the first layer, the second layer, and the third layer do not satisfy the above-described refractive index range, the half width of the reflection band of the band-stop filter included in the color thin film solar cell of the present invention becomes too wide and the purity of the color is increased. May be difficult to express clearly, and when color conversion is performed to a color other than blue, light harvesting efficiency may be significantly reduced.
또한, 상기 밴드-스탑 필터의 제1층 및 제3층은 SiO2를 포함하고, 제 2층은 Al2O3를 포함할 수 있다. 종래의 박막 태양전지에 포함되어 색 변환용으로 사용되는 다층 필터의 경우엔, 고굴절/저굴절 재료를 반복하여 적층하였다.In addition, the first layer and the third layer of the band-stop filter may include SiO 2 , and the second layer may include Al 2 O 3 . In the case of a multilayer filter included in a conventional thin film solar cell and used for color conversion, high and low refractive materials were repeatedly stacked.
그러나, 본 발명에 포함되는 밴드-스탑 필터는 다층 형태이되, 제1층 및 제3층은 SiO2를 포함하고, 제 2층은 Al2O3를 포함함으로써 각 층 재료의 굴절률의 차이가 현저히 작다. 이에 따라 반사 밴드의 반치폭이 좁게 나타나고, 외부에서 조사되는 광의 대부분을 투과시키고 일부의 특정 파장 영역만을 반사하게 되어 블랙 칼라의 태양전지를 다양한 색으로 변환할 수 있는 효과가 나타나는 것이다. 뿐만 아니라, 목적하는 반사 및 투과되는 색상이 가시광선 영역인 보라색, 청색, 황색, 오렌지색 및 적색의 다양한 범위에서 제어될 수 있어 청색뿐만 아니라 적색, 녹색, 황색 등의 다양한 색으로의 색 변환이 가능하다.However, the band-stop filter included in the present invention has a multi-layered structure, wherein the first layer and the third layer include SiO 2 , and the second layer includes Al 2 O 3 , so that the difference in refractive index of each layer material is remarkably different. small. As a result, the half width of the reflection band appears narrow, transmits most of the light irradiated from the outside, and reflects only a specific wavelength region, thereby converting the black color solar cell into various colors. In addition, the desired reflected and transmitted colors can be controlled in various ranges of the visible light region, such as purple, blue, yellow, orange and red, so that color conversion to various colors such as red, green, and yellow as well as blue is possible. Do.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 적색, 녹색 및 청색 밴드-스탑 필터의 단면 SEM 이미지이다. 상기 도 4를 참조하면 SiO2층과 Al2O3층이 교호적층되어 있음을 알 수 있다.Specifically, Figure 4 is a cross-sectional SEM image of the red, green and blue band-stop filter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, it can be seen that an SiO 2 layer and an Al 2 O 3 layer are alternately stacked.
또한, 상기 교호적층시 제1층-제2층-제3층을 반복 유닛으로 하여 3~25회 반복하여 적층될 수 있고, 바람직하게는 10~23회, 보다 바람직하게는 15~21회 반복하여 적층될 수 있다. 이와 같이 상기 반복유닛이 반복하여 적층되어 다층의 밴드-스탑 필터를 형성하는 경우 목적하는 색의 특정 파장 영역만을 높은 반사율로 반사하게 되고, 그 외의 파장 영역은 높은 투과율로 투과하게 되어 명확한 색변환이 이루어질 수 있고, 고순도의 색 표현이 가능하며, 광수확 효율의 약간의 감소만으로 청색, 녹색, 자색, 적색, 황색 등 가시광선의 다양한 색으로의 색 변환을 달성할 수 있는 효과가 있다.In the alternating lamination, the first layer, the second layer, and the third layer may be repeatedly stacked 3 to 25 times using a repeating unit, preferably 10 to 23 times, more preferably 15 to 21 times. Can be stacked. As described above, when the repeating units are repeatedly stacked to form a multilayer band-stop filter, only a specific wavelength region of a desired color is reflected with high reflectance, and the other wavelength region is transmitted with high transmittance, so that a clear color conversion is obtained. It is possible to achieve a high purity color, and to achieve a color conversion of various colors of visible light such as blue, green, purple, red, and yellow only with a slight reduction in light harvesting efficiency.
만일 상기 제1층, 제2층 및 제3층이 상술한 범위를 만족하지 못하는 경우, 투과율 및 반사율이 저하되어 목적하는 고순도의 명확한 색 변환이 어렵고, 청색 이외의 색으로 색 변환하는 경우 광수확 효율이 현저히 저하하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.If the first layer, the second layer, and the third layer do not satisfy the above-mentioned range, the transmittance and reflectance are lowered, so that it is difficult to make a clear color conversion of the desired high purity, and when the color is converted to a color other than blue, light harvesting Problems may occur that the efficiency is significantly lowered.
본 발명의 밴드-스탑 필터의 각 층의 두께 변화에 따라 투과율 및 반사율을 조절할 수 있고 이에 따라 목적하는 색의 특수 파장 영역만을 반사하여 고순도의 분명한 색 변환을 달성할 수 있다.The transmittance and reflectance can be adjusted according to the thickness change of each layer of the band-stop filter of the present invention, and thus only a specific wavelength region of the desired color can be reflected to achieve a clear color conversion of high purity.
구체적으로, 목적하는 색에 따라 각 층의 두께 및 그 비율이 상이할 수 있으며, 청색 계열에서 적색 계열로 갈수록 각 층의 두께가 두꺼워져야 약간의 광수확 효율의 저하만으로 고순도의 명확한 색 변환이 가능하다.Specifically, the thickness and ratio of each layer may be different according to the desired color, and the thickness of each layer becomes thicker from the blue to the red series, so that a clear color conversion of high purity is possible with only a slight decrease in light harvesting efficiency. Do.
즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 밴드-스탑 필터는 [0.5SiO2/Al2O3/0.5SiO2]n 또는 [0.5Al2O3/SiO2/0.5Al2O3]n일 수 있고, 상기 n은 상기That is, according to one preferred embodiment of the present invention the band-stop filter is [0.5SiO 2 / Al 2 O 3 /0.5SiO 2 ] n or [0.5Al 2 O 3 / SiO 2 /0.5Al 2 O 3 ] n N may be
반복유닛의 반복횟수로 3~25일 수 있다.The number of repetitions of the repeating unit may be 3 to 25.
한편, 본 발명의 밴드-스탑 필터의 각 층의 두께는 상술한 범위를 만족하되, 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과하여 태양전지의 색을 변환시키는 정도이면 제한이 없다. 그러나, 바람직하게는 제1층 및 제3층의 두께는 20~100nm이고, 제2층의 두께는 35~200nm일 수 있다. 보다 바람직하게는 제1층 및 제3층의 두께는 30~75nm이고, 제2층의 두께는 50~150nm일 수 있다. 상기 범위 내의 두께를 만족하는 경우, 보다 명확한 색 변환이 가능한 장점이 있다.On the other hand, the thickness of each layer of the band-stop filter of the present invention satisfies the above-described range, but is not limited so long as it reflects a part of the light emitted from the outside and transmits the rest to convert the color of the solar cell. However, preferably the thickness of the first layer and the third layer is 20 ~ 100nm, the thickness of the second layer may be 35 ~ 200nm. More preferably, the thickness of the first layer and the third layer is 30 ~ 75nm, the thickness of the second layer may be 50 ~ 150nm. When satisfying the thickness within the above range, there is an advantage that more clear color conversion is possible.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밴드-스탑 필터는 중심 반사 파장에서의 반사율이 60% 이상일 수 있다. 상기 밴드-스탑 필터의 반사율이 60% 미만일 경우 태양전지의 효율 감소는 최소화될 수 있으나, 고순도의 색 변환을 구현하기에 어려운 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the band-stop filter may have a reflectance of 60% or more at the central reflection wavelength. When the reflectance of the band-stop filter is less than 60%, the efficiency reduction of the solar cell may be minimized, but it may be difficult to achieve the object of the present invention, such as difficult to implement a high-purity color conversion.
상술한 바와 같이 본 발명의 칼라 박막 태양전지는 반사 밴드를 조절하여 태양전지의 색을 다양한 색으로 변환시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 밴드-스탑 필터는 태양전지의 색을 청색, 녹색 또는 적색 중 어느 하나의 색으로 변환시킬 수 있다.As described above, the color thin film solar cell of the present invention may convert the color of the solar cell into various colors by adjusting the reflection band. In addition, according to an exemplary embodiment of the present invention, the band-stop filter may convert the color of the solar cell into one of blue, green, or red.
본 발명의 칼라 박막 태양전지에 사용되는 태양전지의 종류는 밴드-스탑 필터를 태양전지의 일면 상에 구비하여 블랙 칼라를 다양한 색으로 변환할 수 있는 것이면 제한이 없고, 페로브스카이트 태양전지, CIGS 태양전지 또는 실리콘 태양전지 등 다양한 태양전지에 적용될 수 있다.The type of solar cell used in the color thin film solar cell of the present invention is not limited as long as it is provided with a band-stop filter on one surface of the solar cell to convert the black color into various colors, and the perovskite solar cell, It can be applied to various solar cells such as CIGS solar cell or silicon solar cell.
나아가 본 발명은, 하나 이상의 밴드-스탑 필터(band-stop filter)를 포함하고, 하기의 조건 (a) 및 (b)를 모두 만족하는 칼라 박막 태양전지를 제공한다.The present invention further provides a color thin film solar cell including at least one band-stop filter and satisfying both of the following conditions (a) and (b).
(a) 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭이 100 nm 이하일 것(a) The half width of the reflection band of the band-stop filter is 100 nm or less.
(b) 하기의 관계식 1을 만족할 것(b) satisfies
[관계식 1][Relationship 1]
상기 A는 반사 밴드의 반치폭이 100 nm 이하인 밴드-스탑 필터를 하나 이상 포함하는 경우의 광수확 효율(light harvesting efficiency)이고, 상기 B는 상기 밴드-스탑 필터를 포함하지 않는 경우의 광수확 효율(light harvesting efficiency)이다.A is light harvesting efficiency when at least one band-stop filter having a half width of the reflection band is 100 nm or less, and B is light harvesting efficiency when the band-stop filter is not included. light harvesting efficiency.
이하 상술한 내용과 중복되는 내용을 제외하고 상세히 설명한다.It will be described in detail below except for the content overlapping with the above-described content.
보다 바람직하게는, 상기 A/B는 0.85~1.00일 수 있다. 상기 A/B가 상기 범위 이내인 경우 태양전지의 효율을 거의 감소시키지 않으면서 블랙 칼라의 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색을 변환할 수 있다.More preferably, the A / B may be 0.85 ~ 1.00. When the A / B is within the above range, the color of the black color solar cell may be converted to show a beautiful color appearance without substantially reducing the efficiency of the solar cell.
즉, 본 발명에 포함되는 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭은 100 nm이하로 나타나며, 이에 따라 특정 파장 영역만을 높은 반사율로 반사하게 되어 명확한 색 변환이 가능하게 된다. 또한, 이와 동시에 상기 관계식 1을 만족함으로써 태양전지의 효율을 거의 감소시키지 않으면서 블랙 칼라의 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색 변환할 수 있는 효과가 있다.That is, the half width of the reflection band of the band-stop filter included in the present invention is less than or equal to 100 nm, thereby reflecting only a specific wavelength region with high reflectance, thereby enabling clear color conversion. In addition, at the same time, by satisfying the
본 발명의 칼라 박막 태양전지는 하기의 조건 (c)를 더 만족할 수 있다.The color thin film solar cell of the present invention may further satisfy the following condition (c).
(c) 하기의 관계식 2를 만족(c) satisfies
[관계식 2][Relationship 2]
상기 관계식 2에서 C는 반사 밴드의 반치폭이 100 nm 이하인 밴드-스탑 필터를 하나 이상 포함하는 경우의 단락 전류 밀도 (Jsc)이고, D는 상기 밴드-스탑 필터를 포함하지 않는 경우의 단락 전류 밀도 (Jsc) 이다.In
상기 C/D는 바람직하게는 0.80~1.00일 수 있다. C/D가 상기 범위 내인 경우 단락 전류 밀도(Jsc)를 유지하면서 블랙 칼라의 태양전지를 아름다운 칼라의 외관을 보이도록 색을 변환하여 활용가치를 높일 수 있다. 만일 C/D가 0.80 미만인 경우, 태양전지 외관의 색 변환은 가능하지만, 태양전지의 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.The C / D may be preferably 0.80 to 1.00. When the C / D is within the above range, the utilization value may be increased by converting the color of the black color solar cell to show a beautiful color appearance while maintaining the short current density (J sc ). If the C / D is less than 0.80, color conversion of the appearance of the solar cell is possible, but a problem may occur in that the efficiency of the solar cell is lowered.
본 발명은 상술한 어느 하나의 칼라 박막 태양전지를 포함하는 창호를 제공한다. 또한, 본 발명의 칼라 박막 태양전지는 건물 외벽용 또는 실내 인테리어용으로 사용될 수 있다.The present invention provides a window including any one of the color thin film solar cell described above. In addition, the color thin film solar cell of the present invention can be used for building exterior walls or room interiors.
이 때, 건물 외벽용이란 의미는 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic)되어 건물 외피 마감재로 이용되는 경우뿐만 아니라 창호용으로 이용되는 경우를 모두 포함한다. 또한, 건물 내부 인테리어용으로 이용될 수 있어 실내 장식 효과를 가진다.In this case, the meaning of the building exterior wall includes both the case of building integrated photovoltaic (BIPV) to be used as a building facade finish as well as for windows and doors. In addition, it can be used for the interior of the building has an interior decoration effect.
결국 본 발명은, 건물의 외관에 유용하게 활용될 수 있음은 물론 실내 장식용으로서도 이용될 수 있어 다양한 활용가치 및 상용성이 있다.After all, the present invention, as well as can be usefully used for the exterior of the building can also be used as an interior decoration has a variety of utility and compatibility.
이하 본 발명의 실시예에 의해 설명한다. 다만 본 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. However, the scope of the present invention is not limited by this embodiment.
<실시예 1><Example 1>
(1) CIGSSe 태양전지의 제작(1) Fabrication of CIGSSe Solar Cell
기판/ 제1 후면전극/ 제2 후면 전극 / CIGSSe / CdS / i-ZnO / n-ZnO의 종래 구조에 따라 태양 전지 소자를 제작하였다. 용액 기반의 방법으로 CIGSSe 광흡수층을 제조하였다. 상기 CIGSSe 광흡수층 상에 화학용액증착 CBD(chemical bath deposition) 법에 의해 60 nm 두께의 CdS 버퍼층을 형성하였고, 마그네트론 스퍼터링 방법으로 i-ZnO(50 nm)/Al을 도핑한 n-ZnO (500 nm)을 증착하였다.A solar cell device was fabricated according to the conventional structure of the substrate / first back electrode / second back electrode / CIGSSe / CdS / i-ZnO / n-ZnO. The CIGSSe light absorbing layer was prepared by a solution based method. The CdS buffer layer having a thickness of 60 nm was formed on the CIGSSe light absorbing layer by a chemical solution deposition CBD (chemical bath deposition) method, and n-ZnO (500 nm) doped with i-ZnO (50 nm) / Al by a magnetron sputtering method. ) Was deposited.
(2) 녹색 밴드-스탑 필터의 제조 및 구비(2) Preparation and Preparation of Green Band-Stop Filters
녹색 밴드-스탑 필터는 유리 기판 상에 제작하였다. BRF 나노-다층막의 설계를 위해 특성 매트릭스 방법을 사용하여 반사율 (R), 투과율 (T) 및 흡수량 (A)을 시뮬레이션하였다. 상기 녹색 밴드-스탑 필터는 SiO2 층(두께: 437nm) 및 Al2O3층(두께: 847nm)이 [0.5SiO2/Al2O3/0.5SiO2]18의 구조로 교호적층되도록 전자 빔 증발기를 사용하여 유리 기판 상에 코팅하였다.Green band-stop filters were fabricated on glass substrates. Reflectance (R), transmittance (T) and absorption amount (A) were simulated using a characteristic matrix method for the design of BRF nano-multilayer membranes. The green band-stop filter has an electron beam such that an SiO 2 layer (thickness: 437 nm) and an Al 2 O 3 layer (thickness: 847 nm) are alternately stacked in a structure of [0.5SiO 2 / Al 2 O 3 /0.5SiO 2 ] 18 . Coating on glass substrates using an evaporator.
유리 기판 상에 코팅된 밴드-스탑 필터를 태양전지의 상면부에 구비하여 칼라 박막 태양전지를 제조하였다.A band-stop filter coated on a glass substrate was provided on the upper surface of the solar cell to prepare a color thin film solar cell.
<실시예 2><Example 2>
실시예1과 동일하게 실시하되, SiO2 층(두께: 513nm) 및 Al2O3 층(두께: 1025nm)이 [0.5SiO2/Al2O3/0.5SiO2]18의 구조로 교호적층되어 제조된 적색 밴드-스탑 필터를 태양전지의 상면부의 구비하였다.In the same manner as in Example 1, except that the SiO 2 layer (thickness: 513 nm) and the Al 2 O 3 layer (thickness: 1025 nm) were alternately stacked in a structure of [0.5SiO 2 / Al 2 O 3 /0.5SiO 2 ] 18 . The prepared red band-stop filter was provided on the upper surface of the solar cell.
<실시예 3><Example 3>
실시예1과 동일하게 실시하되, SiO2 층(두께: 395nm) 및 Al2O3 층(두께: 713nm)이 [0.5SiO2/Al2O3/0.5SiO2]18의 구조로 교호적층되어 제조된 청색 밴드-스탑 필터를 태양전지의 상면부에 구비하였다.In the same manner as in Example 1, except that the SiO 2 layer (thickness: 395 nm) and the Al 2 O 3 layer (thickness: 713 nm) were alternately laminated in a structure of [0.5SiO 2 / Al 2 O 3 /0.5SiO 2 ] 18 . The prepared blue band-stop filter was provided on the upper surface of the solar cell.
<비교예1>Comparative Example 1
실시예1과 동일하게 실시하되, 밴드-스탑 필터를 구비하지 않았다.It carried out similarly to Example 1 but did not have a band-stop filter.
<비교예2>Comparative Example 2
실시예1과 동일하게 실시하되, SiO2 층(두께: 62 nm) 및 TiO2 층(두께: 81 nm)이 [0.5SiO2/TiO2/0.5SiO2]9의 구조로 교호적층되어 제조된 이색성 필터(dichroic filter)를 태양 전지의 상면부에 구비하였다.In the same manner as in Example 1, except that a SiO 2 layer (thickness: 62 nm) and a TiO 2 layer (thickness: 81 nm) were alternately laminated in a structure of [0.5SiO 2 / TiO 2 /0.5SiO 2 ] 9 . A dichroic filter was provided on the upper surface of the solar cell.
<실험예 1> 투과 및 반사 스펙트럼의 측정Experimental Example 1 Measurement of Transmission and Reflection Spectrum
실시예1~3에서 제조된 밴드-스탑 필터 및 비교예2에서 제조된 이색성 필터의 투과율 스펙트럼은 S-3100장치(Scinco Co Ltd)를 사용하여 측정하였고, 확산 반사율 스펙트럼은 100W 할로겐 램프(PSI)를 갖춘 LS-F100HS 장치를 사용하여 측정하였다.The transmittance spectra of the band-stop filters prepared in Examples 1 to 3 and the dichroic filters prepared in Comparative Example 2 were measured using an S-3100 device (Scinco Co Ltd), and the diffuse reflectance spectrum of a 100 W halogen lamp (PSI). Measurements were made using a LS-F100HS device with
도 2a 내지 도 2d는 실시예1~3에서 제조된 밴드-스탑 필터 및 비교예2에서 제조된 이색성 필터의 투과 스펙트럼 결과를 도시한 그래프이다.2A to 2D are graphs showing the transmission spectrum results of the band-stop filters prepared in Examples 1 to 3 and the dichroic filters prepared in Comparative Example 2. FIG.
도 2a~2c를 참조하면, 본 발명에 따른 칼라 박막 태양전지에 구비되는 녹색, 청색 및 적색 밴드-스탑 필터는 넓은 영역의 광을 투과시킬 수 있는 것을 확인 할 수 있으며, 이에 따라 목적하는 파장 영역대의 광을 반사하고, 나머지 영역대의 광을 투과시킬 수 있으며, 태양전지의 효율 저하를 최소화시킬 수 있다.2A to 2C, it can be seen that the green, blue, and red band-stop filters provided in the color thin film solar cell according to the present invention can transmit light in a wide region, and thus, the desired wavelength region. It is possible to reflect the light of the band, to transmit the light of the remaining area, and to minimize the decrease in efficiency of the solar cell.
반면 도 2d에 도시된 바와 같이, 이색성 필터는 투과시킬 수 있는 광의 영역이 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 2d, it can be seen that the dichroic filter significantly reduces the area of light that can be transmitted.
또한, 도 3a 내지 도 3d는 실시예1~3에서 제조된 밴드-스탑 필터 및 비교예2에서 제조된 이색성 필터의 외부 양자 효율 및 반사 스펙트럼 결과를 도시한 그래프이다. 상기 도 3a~3c를 참조하면, 본 발명에 따른 칼라 박막 태양전지는 밴드-스탑 필터를 구비함으로써, 광수확 효율을 우수하게 유지함과 동시에 반사 밴드의 반치폭이 좁고 중심 반사 파장의 반사율이 60% 이상 달성되어 고순도의 색 변환이 가능함을 알 수 있다.3A to 3D are graphs illustrating external quantum efficiency and reflection spectrum results of the band-stop filter prepared in Examples 1 to 3 and the dichroic filter prepared in Comparative Example 2. FIG. 3A to 3C, the color thin film solar cell according to the present invention includes a band-stop filter, which maintains excellent light harvesting efficiency and has a narrow half-width of the reflection band and a reflectance of the central reflection wavelength of 60% or more. It can be seen that high purity color conversion is achieved.
반면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 이색성 필터를 구비할 경우, 칼라 박막 태양전지는 반사 밴드의 반치폭이 크기 때문에 태양전지의 광수확 효율 저하를 야기할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 3D, when the dichroic filter is provided, the color thin film solar cell may cause a decrease in light harvesting efficiency of the solar cell because the half width of the reflection band is large.
<실험예 2> SEM 이미지 관측Experimental Example 2 SEM Image Observation
실시예1~3에서 제조된 밴드-스탑 필터 및 비교예2에서 제조된 이색성 필터의 SEM 이미지를 JSM-7610F 장치를 이용하여 관측하였으며, 그 결과를 도 4에 도시하였다.SEM images of the band-stop filters prepared in Examples 1 to 3 and the dichroic filters prepared in Comparative Example 2 were observed using a JSM-7610F apparatus, and the results are shown in FIG. 4.
도 4를 참조하면, SiO2층과 Al2O3층이 교호적층되어 밴드-스탑 필터를 형성하고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the SiO 2 layer and the Al 2 O 3 layer are alternately stacked to form a band-stop filter.
<실험예 3> 전류밀도-전압(J-V) 측정 및 효율 계산Experimental Example 3 Current Density-Voltage (J-V) Measurement and Efficiency Calculation
실시예1~3 및 비교예1~2에서 제조된 칼라 박막 태양전지의 전류 밀도-전압(J-V)을 150W 크세논 램프(Newport)를 구비하는 Keithley2401을 사용하여 측정하였다. 광원은 KG-5 필터로 보정하였으며, 일광 하에서 J-V 측정을 수행하였으며, 측정 결과를 도 5a~5d에 나타내었다.The current density-voltage (J-V) of the color thin film solar cells prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 was measured using a Keithley2401 equipped with a 150W xenon lamp (Newport). The light source was calibrated with a KG-5 filter, J-V measurement was performed under daylight, and the measurement results are shown in FIGS. 5A-5D.
실시예1~3 및 비교예1~2에 따른 태양전지의 개방전압(Voc), 단락전류밀도(Jsc) 및 필팩터(FF)로부터 태양전지의 효율 및 상대효율(A/B)을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.The solar cell efficiency and relative efficiency (A / B) are determined from the open voltage (V oc ), the short-circuit current density (J sc ), and the fill factor (FF) of the solar cells according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2. The calculation is shown in Table 1 below.
(nm)Half width
(nm)
상기 표 1은 실시예1~3 및 비교예1~2의 태양전지 효율을 측정하여 정리한 것이다. 상기 표 1을 참조하면, 기존의 블랙 칼라의 태양전지(비교예1)에 비하여 본 발명에 따른 실시예 1~3의 색 변환된 칼라 박막 태양전지의 광수확 효율 및 Jsc가 크게 감소되지 않고 거의 비슷하게 유지되며, 필팩터(FF) 역시 비슷하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 칼라 박막 태양전지는 태양전지의 효율이 거의 감소되지 않으면서도 블랙 칼라를 아름다운 칼라의 반사색으로 변환할 수 있음을 알 수 있다.Table 1 summarizes the measurement of the solar cell efficiency of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2. Referring to Table 1, compared with the conventional black color solar cell (Comparative Example 1), the light harvesting efficiency and J sc of the color-converted color thin film solar cells of Examples 1 to 3 according to the present invention are not significantly reduced. It remains almost similar, and the fill factor (FF) also remains similar. That is, it can be seen that the color thin film solar cell of the present invention can convert a black color into a beautiful color reflection color without substantially reducing the efficiency of the solar cell.
또한, 도 6을 참조하면, 청색뿐만 아니라 녹색 및 적색 칼라 박막 태양전지를 제조한 경우에도, 광수확 효율이 17% 이내 범위로만 감소됨을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 6, even in the case of manufacturing green and red color thin film solar cells as well as blue, the light harvesting efficiency may be reduced only within a range of 17%.
반면, 종래의 이색성 필터를 구비한 비교예2에 따른 태양전지는 광수확 효율이 47%까지 저하되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, the solar cell according to Comparative Example 2 having a conventional dichroic filter can be seen that the light harvesting efficiency is reduced to 47%.
이를 통해 본 발명에 따른 칼라 박막 태양전지는 밴드-스탑 필터를 구비함으로써 태양전지 효율이 거의 감소되지 않으면서 다양한 칼라로 변환할 수 있어 건물 외벽 또는 실내 인테리어로도 폭넓게 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.Through this, the color thin film solar cell according to the present invention can be converted into various colors with almost no reduction in solar cell efficiency by providing a band-stop filter, so that the color thin film solar cell can be widely used as an exterior wall or an interior of a building. .
Claims (11)
상기 태양전지의 일면 상에 구비되어 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과시켜 태양전지의 색을 변환시키고, 반사 밴드의 반치폭이 100nm이하이고, 중심 반사 파장에서의 반사율이 60% 이상이고 층간 굴절률이 상이한 계면을 포함하는 다층 밴드-스탑 필터(band-stop filter);를 포함하는 칼라 박막 태양전지.Solar cells; And
It is provided on one surface of the solar cell to reflect a part of the light irradiated from the outside and transmit the rest to convert the color of the solar cell, the half width of the reflection band is less than 100nm, the reflectance at the central reflection wavelength is more than 60% A color thin film solar cell comprising: a multilayer band-stop filter including an interface having different interlayer refractive indices.
상기 반치폭이 70 nm 이하인 칼라 박막 태양전지.The method of claim 1,
The thin film solar cell having a half width of 70 nm or less.
상기 밴드-스탑 필터는 제1층, 제2층 및 제3층을 반복 유닛으로 하여 n회 반복되어 적층되고, 상기 제2층의 굴절률은 제1층과 상이하며, 상기 제3층의 굴절률은 제1층과 동일하거나 상이한 칼라 박막 태양전지.The method of claim 1,
The band-stop filter is repeatedly stacked n times using the first layer, the second layer, and the third layer as a repeating unit, and the refractive index of the second layer is different from that of the first layer, and the refractive index of the third layer is A color thin film solar cell that is the same as or different from the first layer.
상기 제1층 및 제3층의 굴절률은 1.2~1.6이고, 상기 제2층의 굴절률은 1.4~1.8인 칼라 박막 태양전지.The method of claim 3,
The refractive index of the first layer and the third layer is 1.2 to 1.6, the refractive index of the second layer is a color thin film solar cell.
상기 제1층 및 제3층은 SiO2를 포함하고, 제2층은 Al2O3를 포함하는 칼라 박막 태양전지.The method of claim 3,
The first layer and the third layer comprises SiO 2 , the second layer is a color thin film solar cell comprising Al 2 O 3 .
상기 n은 3~25인 칼라 박막 태양전지.The method of claim 3,
N is 3 to 25 color thin film solar cell.
상기 칼라 박막 태양전지는 태양전지의 색을 청색, 녹색, 황색, 자색 또는 적색 중 어느 하나의 색으로 변환시키는 칼라 박막 태양전지.The method of claim 1,
The color thin film solar cell is a color thin film solar cell for converting the color of the solar cell into any one of blue, green, yellow, purple or red.
상기 태양전지는 페로브스카이트 태양전지, CIGS 태양전지 또는 실리콘 태양전지인 칼라 박박 태양전지.The method of claim 1,
The solar cell is a perovskite solar cell, CIGS solar cell or silicon solar cell color foil solar cell.
상기 태양전지의 일면 상에 구비되어 외부에서 조사된 광의 일부를 반사시키고 나머지를 투과시켜 태양전지의 색을 변환시키며, 중심 반사 파장에서의 반사율이 60% 이상이고 층간 굴절률이 상이한 계면을 포함하는 다층 밴드-스탑 필터(band-stop filter);를 포함하며,
하기의 조건 (a) 및 (b)를 만족하는 칼라 박막 태양전지:
(a) 밴드-스탑 필터의 반사 밴드의 반치폭이 100nm 이하일 것
(b) 하기의 관계식 1을 만족할 것
[관계식 1]
상기 관계식 1에서 A는 반사 밴드의 반치폭이 100nm 이하인 밴드-스탑 필터를 하나 이상 포함하는 경우의 광수확 효율(light harvesting efficiency)이고, B는 상기 밴드-스탑 필터를 포함하지 않는 경우의 광수확 효율(light harvesting efficiency)이다.Solar cells; And
A multi-layer including one interface provided on one surface of the solar cell to reflect a part of the light irradiated from the outside and transmitting the rest to convert the color of the solar cell, the interface having a reflectance of at least 60% at a central reflection wavelength and having different interlayer refractive indices A band-stop filter;
A color thin film solar cell satisfying the following conditions (a) and (b):
(a) The half width of the reflection band of the band-stop filter should be 100 nm or less.
(b) satisfies relation 1 below
[Relationship 1]
In Equation 1, A is light harvesting efficiency when at least one band-stop filter having a half width of the reflection band is 100 nm or less, and B is light harvesting efficiency when the band-stop filter is not included. (light harvesting efficiency).
하기의 조건 (c)를 더 만족하는 칼라 박막 태양전지:
(c) 하기의 관계식 2를 만족할 것
[관계식 2]
상기 관계식 2에서 C는 반사 밴드의 반치폭이 100nm 이하인 밴드-스탑 필터를 하나 이상 포함하는 경우의 단락 전류 밀도 (Jsc)이고, D는 상기 밴드-스탑 필터를 포함하지 않는 경우의 단락 전류 밀도 (Jsc) 이다.The method of claim 9,
A color thin film solar cell further satisfying the following condition (c):
(c) satisfy the following relational formula 2
[Relationship 2]
In Equation 2, C is a short circuit current density (J sc ) when one or more band-stop filters having a half width of the reflection band is 100 nm or less, and D is a short circuit current density when the band-stop filter is not included ( J sc ).
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