KR20210067215A - 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 제1 태양전지 셀과 상기 제1 태양전지 셀 상에 기 설정된 간격마다 배치되는 제2 태양전지 셀 및 형광체와 형광체 접착물질을 포함하며, 각 제2 태양전지 셀 사이에 도포되는 패시베이션 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치를 제공한다.

Description

형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법{Photovoltaic/Solar Power Generating Apparatus Containing Phosphors and Method for Manufacturing therof}
본 발명은 형광체를 포함하는 태양광·태양열 발전장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어, 전통적인 화석연료의 매장량이 줄어들고 화석연료로 인한 환경오염이 심각해지면서, 친환경적인 대체 에너지의 활용에 관심이 증가하고 있다. 특히, 태양광을 이용한 태양전지모듈은 오랜 연구를 거치며 축적된 기술로 인해 향후 전통적인 에너지를 대체할 가장 유력한 대체에너지로 각광받고 있다.
이러한 태양전지모듈의 설치용량은 2010년까지 약 30GW에 이르고 있으며, 2020년에는 100GW에 이를 것으로 전망된다. 또한, 국내에서는 태양전지모듈에 관한 수요가 1년에 약 100MW 정도 발생하고 있으며, 태양전지모듈을 이용한 전기 생산 능력은 약 1GW에 달하고 있다. 이러한 국내외 상황을 감안할 때, 태양광 산업은 향후 지속적으로 성장할 것으로 예상된다.
태양에너지를 이용하는 발전 장치는 태양광을 입사받아 전기에너지로 변환하는 태양전지 셀을 포함하여, 이를 이용해 발전한다. 다만, 태양전지 셀의 발전 효율(입사받은 태양광을 전기에너지로 변환하는 효율)은 이미 기술의 개발이 충분히 이루어진 점에서, 현 시점에서 태양전지 셀의 발전 효율의 증가를 더 이상 기대하기는 곤란하다. 따라서, 태양광·태양열 발전장치의 발전 효율을 향상시킬 다른 방안에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는, 입사되는 태양광 중 태양전지 셀이 흡수하지 않는 파장대역의 광을 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역의 광으로 변환하여 태양전지 셀로 추가로 제공함으로써 발전효율을 향상시킨 태양광·태양열 발전장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 태양전지 셀과 상기 제1 태양전지 셀 상에 기 설정된 간격마다 배치되는 제2 태양전지 셀 및 형광체와 형광체 접착물질을 포함하며, 각 제2 태양전지 셀 사이에 도포되는 패시베이션 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 태양전지 셀은 실리콘으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 태양전지 셀은 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체는 상기 제1 태양전지 셀 또는 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체는 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수한 후, 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 태양전지 셀은 상기 상기 형광체로부터 방출되는 광을 수광함에 따라, 발전 효율이 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 태양전지 셀 상에 제2 태양전지 셀을 배치하는 배치과정 및 형광체와 형광체 접착물질을 포함하는 패시베이션 층으로 상기 제1 태양전지 셀을 도포하는 도포과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 태양전지 셀은 실리콘으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 태양전지 셀은 3-5족 화합물로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 패시베이션 층은 상기 제2 태양전지 셀이 배치된 부분을 제외한 나머지 부분에 도포되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체는 상기 제1 태양전지 셀 또는 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 형광체는 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수한 후, 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역의 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 입사되는 태양광 중 태양전지 셀이 흡수하지 않는 파장대역의 광을 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역의 광으로 변환하여 태양전지 셀로 추가로 제공함으로써 발전효율을 향상시킨 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광·태양열 발전장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광·태양열 발전장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체가 흡수하거나 흡수하지 못하는 파장대역을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 6은 제2 태양전지 셀의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 태양전지 셀 상에 제2 태양전지 셀과 반사부가 배치되는 공정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 태양전지 셀 상에 패시베이션 층이 도포되는 공정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 태양전지 셀 상에 도포된 패시베이션 층을 확대한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광·태양열 발전장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광·태양열 발전장치(100)는 프레넬 렌즈(110), 제2 태양전지 셀(120), 제1 태양전지 셀 (130), 보호부(140) 및 통로(150)를 포함한다.
프레넬 렌즈(110)는 장치(100)로 입사되는 태양광을 제2 태양전지 셀(120)로 집광한다. 프레넬 렌즈(110)는 태양광이 입사되는 방향으로의 최상단에 배치되어, 태양광을 제2 태양전지 셀(120)로 집광한다. 이때, 프레넬 렌즈(110)는 입사되는 위치에 따라 굴절시키는 정도를 달리함으로써, 프레넬 렌즈(110)로 입사하는 대부분의 광을 제2 태양전지 셀(120)로 점집광 또는 그에 준하는 수준으로 집광한다.
제2 태양전지 셀(120)은 기판(도 2를 참조하여 후술할 220) 상에 기 설정된 간격마다 배치되어, 프레넬 렌즈(110)에 의해 집광되는 태양광을 이용해 전기 에너지를 생성한다. 제2 태양전지 셀(120)은 상대적으로 높은 전기에너지 생성 효율을 갖는 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현된다. 다만, 제2 태양전지 셀(120)은 높은 효율을 가지나 고가의 재료인 3-5족 화합물로 구현되기에, 제1 태양전지 셀(110)과 같이 넓은 면적에 배치되기는 곤란하고 일정 간격마다 상대적으로 작은 면적으로 배치된다. 제2 태양전지 셀(120)은 프레넬 렌즈(110) 또는 프레넬 렌즈(110)와 보호부(140)에 의해 태양광을 온전히 수광할 수 있다.
제1 태양전지 셀(130)은 제2 태양전지 셀(120)이 수광하지 못한 나머지 광을 수광하여 전기 에너지를 생성한다. 장치(100)로 입사되는 태양광 중 프레넬 렌즈(110)에서 온전히 광 경로가 굴절되지 못해 제2 태양전지 셀(120)로 입사되지 못하는 태양광이 존재한다. 예를 들어, 프레넬 렌즈(110)의 내부 구조로 인해 프레넬 렌즈(110)로 입사된 광 중 온전하게 굴절되지 못하는 광이나, 애초에 장치(100)로 직사광선 형태로 입사하지 않는 광들은 프레넬 렌즈(110)를 거치더라도 제2 태양전지 셀(120)로 수광될 수 없다. 이와 같은 광들은 제1 태양전지 셀(130)로 입사되어 전기에너지로 변환된다. 제1 태양전지 셀(130)은 제2 태양전지 셀(120)보다 상대적으로 변환 효율은 낮으나 가격이 저렴한 실리콘 등의 재료로 구현되기에, 넓은 면적에 걸쳐 배치된다.
보호부(140)는 제2 태양전지 셀(130)의 외곽에 배치되어, 통로(150)를 흐르는 유체로부터 제2 태양전지 셀(130)을 보호한다. 통로(150)는 프레넬 렌즈(110)와 제1 태양전지 셀(130) 사이에 형성되어, 전술한 공간 상으로 유체가 흐르게 된다. 이때, 유체가 전해질 성분을 포함한 물질일 경우, 제2 태양전지 셀(130)이 별도의 (보호) 구성없이 유체에 그대로 노출된다면, 유체에 부식되거나 유체와의 이온 교환 등으로 제2 태양전지 셀(130)의 내구도가 떨어지게 되는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해소하고자, 보호부(140)는 제2 태양전지 셀(130)의 외곽에 배치되어, 유체와 제2 태양전지 셀(130)의 접촉을 차단한다.
나아가, 보호부(140)는 광을 굴절시키는 성분을 포함하여, 프레넬 렌즈(110)를 거친 광이 보다 제2 태양전지 셀(120)에 수직하게 입사되도록 한다.
통로(150)는 장치 내로 유체를 유·출입시킨다. 전술한 대로, 통로(1500는 프레넬 렌즈(110)와 제1 태양전지 셀(130) 사이에 형성되어, 전술한 공간 상으로 유체를 유입시킨다. 여기서, 유체는 열 저장능력이 우수한 액체일 수도 있고, 기체일 수도 있다. 통로(150)는 입사되는 태양광을 통과시키는 투명한 재질로 구현되어, 통로(150)를 따라 유입되는 유체는 프레넬 렌즈(110)를 거치며 입사되는 태양광에 의해 가열되거나 각 태양전지 셀(120, 130)에서 발생하는 열을 흡수하여 가열된다. 가열된 유체는 난방용 또는 온수용으로 재사용될 수 있다. 또한, 유체는 각 태양전지 셀(120, 130)에서 발생하는 열을 흡수함으로써 각 태양전지 셀(120, 130)을 냉각시키기에, 발전 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광·태양열 발전장치의 단면도이다.
전술한 대로, 프레넬 렌즈(110)는 태양광이 입사되는 방향으로의 최상단에 배치되어, 태양광을 제2 태양전지 셀(120)로 집광한다.
프레넬 렌즈(110)와 제2 태양전지 셀(120)/제1 태양전지 셀(130) 사이에는 통로(150)가 형성되어 유체가 흐르도록 한다. 통로(150)를 흐르는 유체는 주로 입사되는 태양광에 의해 가열되며, 유체를 투과한 광은 제2 태양전지 셀(120)로 입사하여 발전에 이용된다.
제2 태양전지 셀(120)은 프레넬 렌즈(110)를 거친 태양광을 입사받아 전기에너지로 변환한다.
제2 태양전지 셀(120)은 3-5족 화합물로 구현되어, 특정 파장대역의 광을 수광하여 전기에너지를 생성한다. 전술한 대로, 제2 태양전지 셀(120)은 통로(150)를 흐르는 유체를 투과한 광을 입사받는다. 이때, 유체가 물일 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 대부분의 파장대역에서는 물에 광이 흡수되며, 특정 파장대역에서만 물이 흡수하지 못한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체가 흡수하거나 흡수하지 못하는 파장대역을 도시한 그래프이다.
전술한 대로, 유체가 물일 경우, 물은 가시광 대역을 포함한 특정 파장대역(310)의 광은 흡수율이 저조한 반면, 특정 파장대역 이외의 광에 대해서는 흡수율이 우수하다.
다시 도 2를 참조하면, 유체가 물일 경우 흡수되지 않는 파장대역(310)에서의 광에 대해 발전효율이 우수한 물질로 제2 태양전지 셀(120)이 구현되어야 한다. 이에, 제2 태양전지 셀(120)은 InGaP/InGaAs 화합물이나 AlGaAs/GaAs 화합물로 구현될 수 있다. 전술한 화합물로 구현됨으로서, 제2 태양전지 셀(120)은 해당 파장대역(310)의 광에 대해 우수한 발전 효율을 가질 수 있다.
제2 태양전지 셀(120)로 태양전지 셀과 수직하는 방향으로 광이 입사할 경우에 가장 높은 발전 효율이 나타난다. 이를 만족시키기 위해, 제2 태양전지 셀(120)은 플렉서블(Flexible) 특성을 가져, 반원형으로 구현된다. 종래와 같이, 제2 태양전지 셀(120)이 평평한 모양으로 구현될 경우, 프레넬 렌즈(110)를 거친 태양광이 제2 태양전지 셀(120)로 모두 입사되는 동시에, 우수한 발전효율을 갖기 위해 태양전지 셀과 수직하는 방향으로 입사되도록 하기 위해서는, 프레넬 렌즈(110)와 제2 태양전지 셀(120) 간 간격(y축 상 거리)이 아주 멀어져야 하는 문제가 존재하였다. 이에 따라, 종래의 태양광·태양열 발전장치는 고 효율의 발전 효율을 확보하기 위해서는 커져야 하는 문제가 있었다. 반면, 제2 태양전지 셀(120)은 플렉서블 특성을 가져 반원형 구현된다. 제2 태양전지 셀(120)이 반원형으로 구현될 경우, 프레넬 렌즈(110)의 중앙을 거쳐 입사되는 태양광 뿐만 아니라 양 끝단을 거쳐 입사되는 태양광이라 하더라도 제2 태양전지 셀(120)에 최대한 수직한 방향으로 입사하게 된다. 이러한 특성으로 인해, 장치(100)는 종래의 장치와 동일한 발전효율을 확보하면서도, 프레넬 렌즈(110)와 제2 태양전지 셀(120) 간 간격을 종래의 그것에 비해 현저히 줄일 수 있다.
제2 태양전지 셀(120)의 외곽에는 제2 태양전지 셀(120)와 동일한 모양의 보호부(140)가 배치되어, 제2 태양전지 셀(120)과 유체의 접촉을 차단한다. 또한, 보호부(140)는 굴절률을 갖는 재질을 포함하여, 입사하는 광을 제2 태양전지 셀(120)로 보다 집광한다. 프레넬 렌즈(110)가 배치된다 하더라도, 모든 광이 제2 태양전지 셀(120)의 표면에 수직하게 입사하지 않을 수 있다. 특히, 프레넬 렌즈(110)의 중심으로부터 멀어질수록 더욱 이러한 현상이 발생할 우려가 존재한다. 광이 제2 태양전지 셀(120)의 표면에 수직하게 입사하지 않는 경우 발전 효율이 떨어지기에, 보호부(140)는 굴절률을 갖는 재질을 포함한다. 제2 태양전지 셀(120)과 동일한 모양을 가지며 굴절률을 갖기 때문에, 태양광은 보호부(140)를 거치며 제2 태양전지 셀(120)과 최대한 수직한 방향으로 굴절된다. 이에 따라, 제2 태양전지 셀(120)의 발전효율은 보다 상승할 수 있다.
제2 태양전지 셀(120)의 내측에는 제2 태양전지 셀(120)로부터 생성된 전기 에너지를 저장하고, 제2 태양전지 셀(120)의 상태를 파악하고 동작을 제어하는 PCB(210)가 배치된다. PCB(210)도 마찬가지로, 제2 태양전지 셀(120)과 동일한 형태로 구현되어 제2 태양전지 셀(120) 내측에 배치되어, 제2 태양전지 셀(120)로부터 생성되는 전기 에너지를 유입받아 다른 저장매체(미도시)로 저장하도록 한다. 또한, 인접한 제2 태양전지 셀(120)의 상태를 파악하고 제2 태양전지 셀(120)의 동작을 제어한다.
제2 태양전지 셀(120)이 배치되지 않은 나머지 부분에는 제1 태양전지 셀(130)이 배치되어, 태양광을 유입받아 전기 에너지를 생성한다. 전술한 대로, 제1 태양전지 셀(130)은 프레넬 렌즈(110)의 내부 구조로 인해 온전히 굴절되지 않거나, 직사광선 형태로 유입되지 않는 태양광을 유입받아 전기 에너지를 생성한다.
제1 태양전지 셀(130)과 제2 태양전지 셀(120)을 지지하기 위해, 제1 태양전지 셀(130)과 제2 태양전지 셀(120)의 하부(-y축 방향)에 기판(220)이 배치된다. 기판(220)은 하부에서 각 태양전지 셀(120, 130)을 지지한다. 제2 태양전지 셀(120)은 기판(220) 상에 기 설정된 간격을 가지며 배치되고, 제1 태양전지 셀(130)은 기판 상에서 제2 태양전지 셀(120)이 배치된 부분을 제외한 나머지 부분에 배치된다.
기판(220) 내 제2 태양전지 셀(120)이 배치된 공간으로 냉매가 흐르는 통로(230)가 형성된다. 해당 통로(230)로는 냉매가 흘러, 주로, 제2 태양전지 셀(120)을 냉각시킨다. 제2 태양전지 셀(120)을 냉각시켜 가열된 냉매는 유체와 유사하게 난방용 또는 온수용으로 재사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 4 및 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(400)은 제2 태양전지 셀(120), 제1 태양전지 셀(130), 패시베이션 층(410) 및 반사부(420)를 포함한다. 태양전지 모듈(400)은 태양광·태양열 발전장치(100) 내 포함되는 일 구성으로서, 태양전지 모듈(400)의 동작에 불필요한 나머지 구성은 생략한 것으로 장치(100) 내 포함되지 않은 것이 아니다.
제2 태양전지 셀(120)은 제1 태양전지 셀(130) 상에 기 설정된 간격으로 배치된다. 각각의 제2 태양전지 셀(120)은 다음과 같은 구조를 갖는다.
도 6은 제2 태양전지 셀의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 일반적인 제2 태양전지 셀(120)은 탑셀(Top Cell, 610), 미들 셀(Middle Cell, 620), 바텀 셀(Bottom Cell, 630) 및 각 셀 간 정션(Junction, 615)을 포함한다.
제2 태양전지 셀(120) 내 포함된 셀(610 내지 630)은 탑셀(610)로 향할수록 상대적으로 에너지 밴드 갭(Energy Band Gap)이 큰 물질로 구현되고, 바텀 셀(630)로 향할수록 상대적으로 에너지 밴드갭이 작은 물질로 구현된다.
이에, 탑셀(610)에서 생성되는 전류량은 적은 반면, 전압량(탑셀(610) 사이 양 정션에 인가되는 전압)은 많다. 반대로, 바텀 셀(630)에서 생성되는 전류량은 많은 반면, 전압량(탑셀(610) 사이 양 정션에 인가되는 전압)은 적다.
이때, 제2 태양전지 셀(120)의 발전 효율은 다음과 같이 정해진다.
Figure pat00001
여기서, 면적은 태양전지 셀 전체의 면적, P는 입사되는 광의 파워를, Imax은 태양전지 셀에서 생성되는 전류의 최대값을, Vmax은 태양전지 셀에서 생성되는 전압의 최대값을 의미한다. 태양전지 셀 전체의 면적은 이미 고정된 인자이며 입사되는 광이 태양광일 경우 입사되는 광의 파워는 조정할 수 없는 인자이기 때문에, 제2 태양전지 셀(120)의 발전 효율에 영향을 주는 인자 중 실질적으로 조정할 수 있는 인자는 태양전지 셀에서 생성되는 전류와 전압값이 된다.
제2 태양전지 셀(120) 내 각 셀(610, 620, 630)은 정션(615)에 의해 연결되어 있어 직렬 연결된 것과 동일하다. 이에, 제2 태양전지 셀(120)에서 생성되는 전압값은 각 셀에서 생성되는 전압값의 총합인 반면, 제2 태양전지 셀(120)에서 생성되는 전류값은 각 셀에서 생성되는 전류값 중 최소값이 된다. 전압값은 각 셀에서 생성되는 전압값의 총합이기에 특정 셀에서의 생산량에 큰 영향을 받지는 않으나, 전류값은 각 셀에서 생성되는 전류값 중 최소값이기에 탑셀에서 생성되는 전류량에 큰 영향을 받는다. 이에, 태양전지 셀의 발전 효율이 향상되기 위해서는 해당 태양전지 셀 내 포함된 각 셀에서 생성되는 전압의 양이 증가하는 것 뿐만 아니라, 해당 태양전지 셀 내 탑셀에서 생성되는 전류의 양이 증가하여야 한다.
다시 도 4 및 5를 참조하면, 제2 태양전지 셀(120)은 특정 화합물(3-5족)로 구현되어, 기 설정된 파장대역의 광을 수광하여 전기 에너지를 생성한다.
제1 태양전지 셀(130)은 제2 태양전지 셀(120)을 지지하며, 제2 태양전지 셀(120)로 입사하지 않은 태양광을 입사받아 전기에너지를 생성한다.
패시베이션 층(410)은 제2 태양전지 셀(120) 간 간격에 도포되어, 외부로 제1 태양전지 셀(130)이 노출되어 훼손되는 것을 방지한다.
나아가, 패시베이션 층(410)은 수광되는 태양광 중 기 설정된 파장대역 이외의 광을 기 설정된 파장대역으로 변환하는 형광체(미도시)와 형광체 접착물질(미도시)을 포함하여, 변환한 기 설정된 파장대역의 광을 제2 태양전지 셀(120)로 전달한다. 태양전지 모듈(400)로 입사되는 태양광에는 기 설정된 파장대역 뿐만 아니라 나머지 파장대역도 포함되어 있다. 그러나 제2 태양전지 셀(120)은 기 설정된 파장대역의 광만을 이용하여 전기 에너지를 생성하기에, 나머지 파장대역이 전기 에너지 생성에 이용되지 못하고 있는 상황이다. 발명의 배경이 되는 기술 부분에서 언급한 대로, 태양전지 셀 자체의 발전 효율은 이미 포화단계에 있기 때문에, 태양전지 모듈(400)은 발전 효율을 향상시키고자 패시베이션 층(410)에 전술한 형광체와 그것을 접착시키기 위한 접착물질을 포함한다. 형광체는 기 설정된 파장대역 이외의 어떠한 파장대역이든 기 설정된 파장대역으로 변환하는 물질이면 어떠한 것이어도 무방하다. 이와 같은 형광체가 포함됨으로써, 패시베이션 층(410)으로 입사하는 광 중 나머지 파장대역의 광이 기 설정된 파장대역으로 변환되어 (형광체) 외부로 조사된다. 형광체 접착물질은 패시베이션 층(410) 내에 형광체를 고정시키며, 형광체 접착물질이 패시베이션 층(410)에 포함됨으로써 패시베이션 층(410)의 굴절률은 패시베이션 층(410) 외부(주로, 공기)의 굴절률보다 커진다. 형광체 접착물질의 포함으로 인해, 패시베이션 층(410)의 굴절률이 외부보다 커짐에 따라, 형광체에서 변환된 기 설정된 파장대역의 광은 패시베이션 층(410)을 따라 전반사되며 제2 태양전지 셀(120)로 입사된다. 패시베이션 층(410)은 형광체와 형광제 접착물질을 포함함으로써, 각 제2 태양전지 셀(120)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
반사부(420)는 각 제2 태양전지 셀의 양측면에 배치되어, 패시베이션 층(410)을 따라 전달(전반사)되는, 기 설정된 파장대역의 광을 각 제2 태양전지 셀으로 반사시킨다. 반사부(420)에 대한 상세한 구성은 도 9에 도시되어 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 태양전지 셀 상에 도포된 패시베이션 층을 확대한 도면이다.
도 9를 참조하면, 반사부(420)는 제2 태양전지 셀(120)의 양 측면에 배치된다. 이때, 반사부(420)는 패시베이션 층(410)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질이거나, 아예 빛을 반사시키는 물질로 구현될 수 있다. 이에 따라, 패시베이션 층(410)과 반사부(420)가 접하는 표면에서도 광에 투과 또는 굴절이 일어나지 않고 (전)반사될 수 있도록 한다. 반사부(420)는 탑셀(610)과 미들셀(420) 사이에 위치한 정션(615a)까지만 형성되어, 패시베이션 층(410) 또는 패시베이션 층(410)과 반사부(420)를 따라 반사되어 오는 광(형광체에서 변환된 기 설정된 파장대역의 광)이 모두 탑셀(610)로 유입되도록 한다. 전술한 대로, 각 태양전지 셀의 광 효율은 전류의 최대값과 전압의 최대값에 비례하는데, 각 태양전지 셀에서의 전류값은 전류의 최소값이기 때문에 탑셀(610)에서 생성되는 전류값이 각 태양전지 셀에서의 전류값에 해당한다. 따라서, 탑셀(610)에서 생성되는 전류값이 커지면 커질수록 해당 태양전지 셀의 발전 효율을 향상되게 된다. 따라서 반사부(420)는 패시베이션 층(410)을 따라 반사되는 광을 오롯이 탑셀(610)로만 전달함으로써, 탑셀에서 생성되는 전류값이 커지도록 한다.
다시 도 4 및 5를 참조하면, 태양전지 모듈(400)은 각 제2 태양전지 셀(120)간 간격에 도포되는 패시베이션 층에 형광체와 형광체 접착물질 및 탑셀의 하부정션(615a)까지의 높이를 갖는 반사부(420)를 포함함에 따라, 발전 효율을 현저히 상승시켰다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 태양전지 셀 상에 제2 태양전지 셀과 반사부가 배치되는 공정을 도시한 도면이다.
기 설정된 간격을 가지며 제2 태양전지 셀(120)이 제1 태양전지 셀(130) 상으로 배치된다. 이후, 제2 태양전지 셀(120)의 양 측면으로 반사부(420)가 배치된다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 태양전지 셀 상에 패시베이션 층이 도포되는 공정을 도시한 도면이다.
반사부(420)가 배치된 상태에서의 제2 태양전지 셀(120)간 간격마다 패시베이션 층(410)이 도포된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양광·태양열 발전장치
110: 프레넬 렌즈
120: 제2 태양전지 셀
130: 제1 태양전지 셀
140: 보호부
150, 230: 통로
210: PCB
220: 기판
230: 제어부
310: 기 설정된 파장대역
400: 태양전지 모듈
410: 패시베이션 층
420: 반사부
610: 탑셀
615: 정션
620: 미들셀
630: 바텀 셀

Claims (12)

  1. 제1 태양전지 셀;
    상기 제1 태양전지 셀 상에 기 설정된 간격마다 배치되는 제2 태양전지 셀; 및
    형광체와 형광체 접착물질을 포함하며, 각 제2 태양전지 셀 사이에 도포되는 패시베이션 층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지 셀은,
    실리콘으로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 태양전지 셀은,
    3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는,
    상기 제1 태양전지 셀 또는 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 형광체는,
    상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수한 후, 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 태양전지 셀은,
    상기 상기 형광체로부터 방출되는 광을 수광함에 따라, 발전 효율이 증가하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치.
  7. 제1 태양전지 셀 상에 제2 태양전지 셀을 배치하는 배치과정; 및
    형광체와 형광체 접착물질을 포함하는 패시베이션 층으로 상기 제1 태양전지 셀을 도포하는 도포과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 태양전지 셀은,
    실리콘으로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 태양전지 셀은,
    3-5족 화합물로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 패시베이션 층은,
    상기 제2 태양전지 셀이 배치된 부분을 제외한 나머지 부분에 도포되는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 형광체는,
    상기 제1 태양전지 셀 또는 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 형광체는,
    상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역이 아닌 파장대역의 광을 흡수한 후, 상기 제2 태양전지 셀이 흡수하는 파장대역의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 태양광·태양열 발전장치 제조방법.
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