KR20230168467A - 탠덤형 태양 전지 - Google Patents

탠덤형 태양 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20230168467A
KR20230168467A KR1020220068954A KR20220068954A KR20230168467A KR 20230168467 A KR20230168467 A KR 20230168467A KR 1020220068954 A KR1020220068954 A KR 1020220068954A KR 20220068954 A KR20220068954 A KR 20220068954A KR 20230168467 A KR20230168467 A KR 20230168467A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar cell
current
control unit
amount
output terminal
Prior art date
Application number
KR1020220068954A
Other languages
English (en)
Inventor
김정배
신원석
신현교
이용훈
Original Assignee
주성엔지니어링(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주성엔지니어링(주) filed Critical 주성엔지니어링(주)
Priority to KR1020220068954A priority Critical patent/KR20230168467A/ko
Priority to PCT/KR2023/007674 priority patent/WO2023239131A1/ko
Priority to TW112121191A priority patent/TW202412327A/zh
Publication of KR20230168467A publication Critical patent/KR20230168467A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02008—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells or solar cell modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/053—Energy storage means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. a capacitor integrated with a PV cell

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 탠덤형 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결한 탠덤형 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는, 상호 이격 배치되는 제1 상부 전극과 제1 하부 전극을 가지는 제1 태양 전지부; 상기 제1 태양 전지부의 하부에 마련되며, 상호 이격 배치되는 제2 상부 전극과 제2 하부 전극을 가지는 제2 태양 전지부; 상기 제1 상부 전극과 연결되는 제1 출력 단자부; 상기 제2 하부 전극과 연결되는 제2 출력 단자부; 및 상기 제1 하부 전극과 제2 상부 전극에 공통으로 연결되는 제3 출력 단자부;를 포함한다.

Description

탠덤형 태양 전지{TANDEM SOLAR CELL}
본 발명은 탠덤형 태양 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 태양 전지를 전기적으로 연결한 탠덤형 태양 전지에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 태양 에너지, 즉 태양광을 전기 에너지로 변환시키고 출력하는 장치이다.
태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 P-N 접합 구조를 가지며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 광이 가지고 있는 에너지에 의하여 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생된다. 이때, P-N 접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 상기 전자는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전기 에너지, 즉 전력을 생산할 수 있게 된다.
최근에는, 태양 전지의 효율을 높이기 위하여 복수의 태양 전지를 적층하고, 전기적으로 연결시켜 형성되는 탠덤(tandem)형 태양 전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 탠덤형 태양 전지는 각 태양 전지에 입사되는 광량이 서로 달라 태양 전지 간의 전류 매칭(current matching)이 매우 어려우며, 이로 인하여 광전 변환 효율이 낮은 문제점이 있었다.
KR 10-2246070 B1
본 발명은 복수의 태양 전지로부터 발생되는 유휴 전류를 활용할 수 있는 탠덤형 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는, 상호 이격 배치되는 제1 상부 전극과 제1 하부 전극을 가지는 제1 태양 전지부; 상기 제1 태양 전지부의 하부에 마련되며, 상호 이격 배치되는 제2 상부 전극과 제2 하부 전극을 가지는 제2 태양 전지부; 상기 제1 상부 전극과 연결되는 제1 출력 단자부; 상기 제2 하부 전극과 연결되는 제2 출력 단자부; 및 상기 제1 하부 전극과 제2 상부 전극에 공통으로 연결되는 제3 출력 단자부;를 포함한다.
상기 제1 출력 단자부와 제2 출력 단자부 사이에는 제1 부하가 연결되고, 상기 제1 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에는 제2 부하가 연결되며, 상기 제2 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에는 제3 부하가 연결될 수 있다.
상기 제1 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에 마련되는 제1 전류 조절부; 상기 제2 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에 마련되는 제2 전류 조절부; 및 상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부의 작동을 제어하기 위한 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 태양 전지부로 입사되는 태양광의 광량을 감지하기 위한 제1 광량 감지부; 및 상기 제2 태양 전지부로 입사되는 태양광의 광량을 감지하기 위한 제2 광량 감지부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 광량 감지부와 제2 광량 감지부로부터 감지된 태양광의 광량에 따라 상기 제1 전류 조절부 및 제2 전류 조절부를 선택적으로 작동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량보다 크거나, 상기 제2 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량보다 작은 경우 상기 제1 전류 조절부를 작동시키고, 상기 제1 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 상기 제1 기준 광량보다 작거나, 상기 제2 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 상기 제2 기준 광량보다 큰 경우 상기 제2 전류 조절부를 작동시킬 수 있다.
상기 제1 출력 단자부와 제2 출력 단자부 사이에 마련되는 전류 감지부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전류 감지부로부터 감지된 전류량에 따라 상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부 중 적어도 하나의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부 중 적어도 하나는 스위치 소자를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 설정된 시간 동안 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 오프(OFF) 상태에 있는 상기 스위치 소자를 온(ON) 상태로 전환할 수 있다.
상기 제어부는 상기 스위치 소자를 온(ON) 상태로 전환한 후 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 온(ON) 상태에 있는 상기 스위치 소자를 오프(OFF) 상태로 전환할 수 있다.
상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부 중 적어도 하나는 가변 저항 소자를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 설정된 시간 동안 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 최대 저항값으로 설정된 상기 가변 저항 소자의 저항값을 감소시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 가변 저항 소자의 저항값을 감소시키는 중 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 감소된 상기 가변 저항 소자의 저항값을 유지시킬 수 있다.
상기 제1 태양 전지부는 상측으로부터 입사되는 태양광을 투과시키기 위한 제1 투명 기판을 포함하고, 상기 제2 태양 전지부는 하측으로부터 입사되는 태양광을 투과시키기 위한 제2 투명 기판을 포함할 수 있다.
상기 제1 하부 전극과 상기 제2 상부 전극 사이에 마련되는 접합층;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 부하, 제2 부하 및 제3 부하 중 적어도 하나는 이차 전지를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지에 의하면, 메인 부하에 전력을 공급하기 위한 제1 출력 단자부와 제2 출력 단자부 외에, 보조 부하에 전력을 공급하기 위한 제3 출력 단자부를 포함하여 각 태양 전지로부터 생성되는 전류량의 차이에 의해 발생되는 유휴 전류를 보조 부하에 추가적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 전류 조절부가 설치된 모습을 나타내는 도면.
도 3은 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지에 각각 기준 광량의 태양광이 입사되는 경우 전류의 흐름을 나타내는 도면.
도 4는 제1 태양 전지부에 기준 광량을 초과하는 광량의 태양광이 입사되는 경우 전류의 흐름을 나타내는 도면.
도 5는 제2 태양 전지부에 기준 광량을 초과하는 광량의 태양광이 입사되는 경우 전류의 흐름을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.
또한, "상부" 또는 "하부"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 여기서, 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는, 상호 이격 배치되는 제1 상부 전극(120)과 제1 하부 전극(140)을 가지는 제1 태양 전지부(100), 상기 제1 태양 전지부(100)의 하부에 마련되며, 상호 이격 배치되는 제2 상부 전극(240)과 제2 하부 전극(220)을 가지는 제2 태양 전지부(200), 상기 제1 상부 전극(120)과 연결되는 제1 출력 단자부(T1), 상기 제2 하부 전극(220)과 연결되는 제2 출력 단자부(T2) 및 상기 제1 하부 전극(140)과 제2 상부 전극(240)에 공통으로 연결되는 제3 출력 단자부(T3)를 포함한다.
여기서, 제1 출력 단자부(T1)와 제2 출력 단자부(T2) 사이에는 제1 부하(310)가 연결될 수 있고, 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3) 사이에는 제2 부하(320)가 연결될 수 있으며, 상기 제2 출력 단자부(T2)와 제3 출력 단자부(T3) 사이에는 제3 부하(330)가 연결될 수 있다.
제1 태양 전지부(100)는 상측으로부터 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시킨다. 이와 같은, 제1 태양 전지부(100)는 결정질 태양 전지, 비정질 태양 전지, 박막 태양 전지, 염료 감응형 태양 전지, 유기 태양 전지, 양자점 태양 전지, 페로브스카이트 태양 전지를 포함할 수 있다. 이하에서는, 제1 태양 전지부(100)가 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110)의 하측에 마련되는 제1 상부 전극(120), 상기 제1 상부 전극(120)의 하측에 마련되는 제1 광 흡수층(130) 및 상기 제1 광 흡수층(130)의 하측에 마련되는 제1 하부 전극(140)을 포함하는 예시적인 구조를 설명하나 이에 한정되지 않고, 알려진 다양한 종류의 태양 전지에 적용될 수 있음은 물론이다.
제1 기판(110)은 상측으로부터 입사되는 태양광을 투과시키기 위한 투명 기판을 포함할 수 있다. 제1 기판(110)이 투명 기판을 포함하는 경우, 제1 기판(110)은 유리(glass)로 이루어질 수 있다.
제1 상부 전극(120)은 제1 기판(110)의 하측에 마련된다. 제1 상부 전극(120)은 제1 기판(110)을 투과한 태양광을 제1 상부 전극(120)의 하측에 마련되는 제1 광 흡수층(130)으로 투과시키기 위하여 투명 도전물로 이루어질 수 있다. 이와 같은 투명 도전물은 ZnO:Al, ZnO:B 또는 ZnO:Ga(GZO) 등의 광 투과율이 높고 전기 전도성이 우수한 재료를 포함할 수 있다.
제1 출력 단자부(T1)는 제1 상부 전극(120)과 연결되어 마련될 수 있다. 이와 같은 제1 출력 단자부(T1)는 제1 상부 전극(120)과 도선 또는 배선에 의해 전기적으로 연결되어, 탠덤형 태양 전지로부터 생성된 전력을 공급받는 제1 부하(310)의 일측 단자와 연결될 수 있다. 이때, 제1 부하(310)는 탠덤형 태양 전지로부터 생성된 전력을 저장하고, 외부로 공급할 수 있는 이차 전지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 탠덤형 태양 전지로부터 생성된 전력을 공급받을 수 있는 다양한 전기 장치를 포함할 수 있다.
제1 광 흡수층(130)은 제1 상부 전극(120)의 하측에 마련된다. 제1 광 흡수층(130)은 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘과 같은 실리콘계 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 입사된 태양광으로부터 정공(hole) 및 전자(electron)를 발생시키는 다양한 물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 제1 광 흡수층(130)은 N(negative)형 반도체층, P(positive)형 반도체층 및 상기 N형 반도체층과 P형 반도체층 사이에 마련되는 I(intrinsic)형 반도체층을 포함하여 NIP 구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 광 흡수층(115)이 NIP 구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 입사되는 태양광에 의하여 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집될 수 있게 된다.
제1 하부 전극(140)은 제1 광 흡수층(130)의 하측에 마련된다. 제1 하부 전극(140)은 제1 광 흡수층(130)을 투과한 태양광 또는 후술할 제2 태양 전지부(200)를 투과한 태양광을 투과시키기 위하여 투명 도전물로 이루어질 수 있다. 이와 같은 투명 도전물은 ZnO:Al, ZnO:B 또는 ZnO:Ga(GZO) 등의 광 투과율이 높고 전기 전도성이 우수한 재료를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
제2 태양 전지부(200)는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시킨다. 제2 태양 전지부(200) 역시 결정질 태양 전지, 비정질 태양 전지, 박막 태양 전지, 염료 감응형 태양 전지, 유기 태양 전지, 양자점 태양 전지, 페로브스카이트 태양 전지 등을 포함할 수 있다. 이하에서는, 제2 태양 전지부(200)가 제2 기판(210), 상기 제2 기판(210)의 상측에 마련되는 제2 하부 전극(220), 상기 제2 하부 전극(220)의 상측에 마련되는 제2 광 흡수층(230) 및 상기 제2 광 흡수층(230)의 상측에 마련되는 제2 상부 전극(240)을 포함하는 예시적인 구조를 설명하나 이에 한정되지 않고, 알려진 다양한 종류의 태양 전지에 적용될 수 있음은 물론이다.
여기서, 제2 태양 전지부(200)는 전술한 제1 태양 전지부(100)를 투과한 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시킬 수 있으며, 하측으로부터 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시킬 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제2 태양 전지부(200)가 제1 태양 전지부(100)를 투과한 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 일면 수광 방식의 탠덤형 태양 전지일 수도 있으며, 상측으로 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 제1 태양 전지부(100)와 함께 제2 태양 전지부(200)가 하측으로 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 양면 수광 방식의 탠덤형 태양 전지일 수도 있다.
제2 기판(210)은 불투명 기판 또는 투명 기판을 포함할 수 있다. 즉, 제2 기판(210)은 일면 수광 방식의 경우 불투명 기판을 포함할 수 있으며, 양면 수광 방식의 경우 투명 기판을 포함할 수 있다. 그러나, 일면 수광 방식의 경우에도 투명 기판을 포함할 수 있음은 물론이다. 제2 기판(210)이 투명 기판을 포함하는 경우, 제2 기판(210)은 하측으로부터 입사되는 태양광을 투과시키기 위해 유리(glass)로 이루어질 수 있다.
제2 하부 전극(220)은 제2 기판(210)의 상측에 마련된다. 또한, 제2 광 흡수층(230)은 제2 하부 전극(220)의 상측에 마련되어 제1 태양 전지부(100)를 투과한 태양광을 흡수하거나, 하측으로부터 입사되어 제2 기판(210)을 투과한 태양광을 흡수할 수 있다. 또한, 제2 상부 전극(230)은 제2 광 흡수층(230)의 상측에 마련될 수 있으며, 제2 하부 전극(220), 제2 광 흡수층(230) 및 제2 상부 전극(240)과 관련하여는 제1 태양 전지부(100)와 관련하여 전술한 전극 및 광 흡수층의 구조가 동일하게 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
제2 출력 단자부(T2)는 제2 하부 전극(220)과 연결되어 마련될 수 있다. 이와 같은 제2 출력 단자부(T2)는 제2 하부 전극(220)과 도선 또는 배선에 의해 전기적으로 연결되어, 탠덤형 태양 전지로부터 생성된 전력을 공급받는 제1 부하(310)의 타측 단자와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)를 접합하기 위한 접합층(800)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 접합층(800)은 제2 태양 전지부(200)의 상측에 위치한 제2 상부 전극(240)과 제1 태양 전지부(100)의 하측에 위치한 제1 하부 전극(140) 사이에 마련되어, 제2 태양 전지부(200) 상에 제1 태양 전지부(100)가 적층되도록 접합할 수 있다. 이와 같은 접합층(800)은 투광성 물질을 포함할 수 있으며, 투광성 물질은 폴리올레핀 엘라스토머(POE; Polyolefin Elastomer), 열 경화성 수지, 광 경화성 수지 등을 포함할 수 있다.
한편, 제2 태양 전지부(200)의 상측에 위치한 제2 상부 전극(240)과 제1 태양 전지부(100)의 하측에 위치한 제1 하부 전극(140)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, 제2 상부 전극(240)과 제1 하부 전극(140)을 전기적으로 연결하는 경우에 태양 전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있으나, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)가 직렬로 연결되기 때문에 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류를 일치시키기 위한 전류 매칭(current matching)이 필요하다.
전류 매칭을 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 광 흡수층(130) 및 제2 광 흡수층(230) 중 적어도 하나를 복수의 단위 셀(cell)로 패터닝하고, 제2 상부 전극(240)과 제1 하부 전극(140)이 제1 광 흡수층(130)이 패터닝된 단위 셀과 제2 광 흡수층(230)이 패터닝된 단위 셀을 직렬 구조와 병렬 구조를 조합하여 연결할 수 있다. 예를 들어, 제1 태양 전지부(100)로 제1 기준 광량의 태양광이 입사될 것으로 예상되고, 제2 태양 전지부(200)로 제2 기준 광량의 태양광이 입사될 것으로 예상되는 경우, 제1 기준 광량의 태양광이 입사되는 경우에 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류와 제2 기준 광량의 태양광이 입사되는 경우에 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류가 동일한 값을 가지도록, 제1 광 흡수층(130) 및 제2 광 흡수층(230) 중 적어도 하나는 복수의 단위 셀로 패터닝되고, 제2 상부 전극(240)과 제1 하부 전극(140)은 패터닝된 각 단위 셀을 직렬 구조와 병렬 구조를 조합하여 연결할 수 있다.
이와 같이, 제1 광 흡수층(130) 및 제2 광 흡수층(230) 중 적어도 하나는 복수의 단위 셀로 패터닝되고, 제2 상부 전극(240)과 제1 하부 전극(140)은 패터닝된 각 단위 셀을 직렬 구조와 병렬 구조를 조합하여 연결함으로써, 기준 광량의 태양광이 입사되는 경우에 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)는 전류 매칭될 수 있다. 그러나, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200) 중 적어도 하나에 기준 광량을 초과하거나 기준 광량 미만의 태양광이 입사되는 경우, 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류는, 상대적으로 작은 값을 가지는 전류로 제한되어 탠덤형 태양 전지의 광전 변환 효율이 저하된다. 탠덤형 태양 전지가 상측으로 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 제1 태양 전지부(100)와 함께 제2 태양 전지부(200)가 하측으로 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 양면 수광 방식인 경우에는, 상측과 하측으로 입사되는 태양광이 기준 광량으로 유지되기가 거의 불가능하므로, 이와 같은 문제점은 보다 심각하게 발생한다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 하부 전극(140)과 제2 상부 전극(240)에 공통으로 연결되도록 제3 출력 단자부(T3)를 형성하여, 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류 차이에 의해 발생하는 유휴 전류를 활용한다. 이를 위하여, 제3 출력 단자부(T3)는 제1 하부 전극(140) 및 제2 상부 전극(240)에 도선 또는 배선에 의해 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 출력 단자부(T3)가 형성되는 경우, 제1 출력 단자부(T1)는 제1 부하(310)와 별도로 마련되는 제2 부하(320)의 일측 단자와 연결되고, 제3 출력 단자부(T3)는 상기 제2 부하(320)의 타측 단자와 연결될 수 있다. 또한, 제3 출력 단자부(T3)는 제1 부하(310)와 별도로 마련되는 제3 부하(330)의 일측 단자와 연결되고, 제2 출력 단자부(T2)는 상기 제3 부하의 타측 단자와 연결될 수 있다. 이때, 제2 부하(320) 및 제3 부하(330)은 유휴 전류로부터 생성된 전력을 저장하고, 외부로 공급할 수 있는 이차 전지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 유휴 전류로부터 생성된 전력을 공급받을 수 있는 다양한 전기 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류 차이에 의해 발생하는 유휴 전류를 최대한으로 활용하기 위하여 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3) 사이에 마련되는 제1 전류 조절부(170), 제2 출력 단자부(T2)와 제3 출력 단자부(T3) 사이에 마련되는 제2 전류 조절부(270) 및 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)의 작동을 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)는 스위치 소자 또는 가변 저항 소자를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 전류 조절부가 설치된 모습을 나타내는 도면이다. 여기서, 도 2(a)는 전류 조절부가 스위치 소자를 포함하는 경우를 예시적으로 나타내는 도면이고, 도 2(b)는 전류 조절부가 가변 저항 소자를 포함하는 경우를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2(a)를 참조하면, 전류 조절부는 스위치 소자를 포함할 수 있다. 즉, 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270) 중 적어도 하나는 스위치 소자를 포함할 수 있으며, 예를 들어 제1 전류 조절부(170)는 제1 스위치 소자(170a)를 포함할 수 있으며, 제2 전류 조절부(270)는 제2 스위치 소자(270a)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 부하(320) 및 제1 스위치 소자(170a)는 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 전기적으로 연결하는 경로, 즉 도선 또는 배선 상에서 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이때, 제1 스위치 소자(170a)는 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 연결하는 경로를 연결 해제, 즉 개방시키는 오프(OFF) 상태로 설정될 수 있으며, 제어부(400)의 명령에 따라 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 연결하는 경로를 연결, 즉 단락시키는 온(ON) 상태와 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 연결하는 경로를 연결 해제, 즉 개방시키는 오프(OFF)로 작동된다. 또한, 제3 부하(330) 및 제2 스위치 소자(270a)는 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 전기적으로 연결하는 경로, 즉 도선 또는 배선 상에서 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이때, 제2 스위치 소자(270a) 역시 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 연결하는 경로를 연결 해제, 즉 개방시키는 오프(OFF) 상태로 설정될 수 있으며, 제어부(400)의 명령에 따라 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 연결하는 경로를 연결, 즉 단락시키는 온(ON) 상태와 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 연결하는 경로를 연결 해제, 즉 개방시키는 오프(OFF) 상태로 작동된다.
도 2(b)를 참조하면, 전류 조절부는 가변 저항 소자를 포함할 수 있다. 즉, 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270) 중 적어도 하나는 가변 저항 소자를 포함할 수 있으며, 예를 들어 제1 전류 조절부(170)는 제1 가변 저항 소자(170b)를 포함할 수 있으며, 제2 전류 조절부(270)는 제2 가변 저항 소자(270b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 부하(320) 및 제1 가변 저항 소자(170b)는 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 전기적으로 연결하는 경로, 즉 도선 또는 배선 상에서 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이때, 제1 가변 저항 소자(170b)는 최대 저항값을 가지도록 설정될 수 있으며, 제어부(400)의 명령에 따라 저항값이 감소되도록 작동된다. 또한, 제3 부하(330) 및 제2 가변 저항 소자(270b)는 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 전기적으로 연결하는 경로, 즉 도선 또는 배선 상에서 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이때, 제2 가변 저항 소자(270b) 역시 최대 저항값을 가지도록 설정될 수 있으며, 제어부(400)의 명령에 따라 저항값이 감소되도록 작동된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 태양 전지부(100)로 입사하는 태양광의 광량을 감지하기 위한 제1 광량 감지부(500) 및 제2 태양 전지부(200)로 입사하는 태양광의 광량을 감지하기 위한 제2 광량 감지부(600)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 탠덤형 태양 전지는 상측으로 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 제1 태양 전지부(100)와 함께 제2 태양 전지부(200)가 하측으로 입사되는 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환시키는 양면 수광 방식의 탠덤형 태양 전지일 수 있다. 이때, 제1 광량 감지부(500)는 상측으로 입사되는 태양광의 광량을 감지하며, 제2 광량 감지부(600)는 하측으로 입사되는 태양광의 광량을 감지할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며 제2 광량 감지부(600)는 일면 수광 방식의 탠덤형 태양 전지의 경우에 제2 태양 전지부(200)가 흡수하는 광량을 감지할 수도 있음은 물론이다. 이와 같은 제1 광량 감지부(500) 및 제2 광량 감지부(600)는 광량을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있으며, 이와 같은 센서는 광량을 감지하는 공지의 다양한 구성이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 출력 단자부(T1)과 제2 출력 단자부(T2) 사이에 마련되는 전류 감지부(700)를 더 포함할 수 있다.
전류 감지부(700)는 제1 출력 단자부(T1)와 제2 출력 단자부(T2)를 전기적으로 연결하는 경로, 즉 도선 또는 배선 상에서 제1 부하(310)와 직렬로 연결되도록 설치될 수 있다. 이에 의하여, 전류 감지부(700)는 제1 출력 단자부(T1)와 제2 출력 단자부(T2)를 전기적으로 연결하는 경로를 따라 흐르는 전류량을 측정할 수 있다. 이와 같은 전류 감지부(700)는 전류를 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있으며, 이와 같은 센서는 전류를 감지하는 공지의 다양한 구성이 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(400)는 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)의 작동을 제어한다. 이때, 제어부(400)는 상기 제1 광량 감지부(500)와 제2 광량 감지부(600)로부터 감지된 태양광의 광량에 따라 전술한 제1 전류 조절부(170) 및 제2 전류 조절부(270)를 선택적으로 작동시킬 수 있다. 또한, 제어부(400)는 전류 감지부(700)로부터 감지된 전류량에 따라 전술한 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270) 중 적어도 하나의 작동을 제어할 수 있다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 제어부(400)가 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)의 작동을 제어하는 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 제1 태양 전지 및 제2 태양 전지에 각각 기준 광량의 태양광이 입사되는 경우 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지는 제1 태양 전지부(100)로 제1 기준 광량(A)의 태양광이 입사되고, 제2 태양 전지부(200)로 제2 기준 광량(B)의 태양광이 입사되는 경우를 설정하여, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)가 전류 매칭된다.
제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)과 같은 값을 가지고, 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)과 같은 값을 가지는 경우, 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류(Ia)와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia)는 동일한 전류량을 가지게 되어 유휴 전류가 발생하지 않는다.
이에, 제어부(400)는 제1 스위치 소자(170a) 및 제2 스위치 소자(270a)를 작동시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 제1 스위치 소자(170a)는 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 연결하는 경로를 개방시키는 오프(OFF) 상태로 초기 설정되고, 제2 스위치 소자(270a) 역시 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 연결하는 경로를 개방시키는 오프(OFF) 상태로 초기 설정된다. 따라서, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia)는 모두 제1 부하(310)에 공급되고, 제2 부하(320)와 제3 부하(330)에는 전류가 공급되지 않는다.
도시되지는 않았으나, 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)는 각각 제1 가변 저항 소자(170b) 및 제2 가변 저항 소자(270b)를 포함할 수 있다. 이 경우에도, 제어부(400)는 제1 가변 저항 소자(170b) 및 제2 가변 저항 소자(270b)를 작동시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 제1 가변 저항 소자(170b)는 최대 저항값을 가지도록 초기 설정되고, 제2 가변 저항 소자(270b) 역시 최대 저항값을 가지도록 초기 설정된다. 따라서, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia)는 대부분 제1 부하(310)에 공급되고, 제2 부하(320)와 제3 부하(330)에는 전류가 거의 공급되지 않는다.
도 4는 제1 태양 전지부에 기준 광량을 초과하는 광량의 태양광이 입사되는 경우 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)보다 크고(A'>A), 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)과 같은 값을 가지는 경우, 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류(Ia+Ib)는 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia)보다 큰 전류량을 가지게 되어 유휴 전류(Ib)가 발생한다. 이는, 제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)과 같고, 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)보다 작거나(B'<B), 제1 광량 감지부(500)에서 감지되는 광량의 증가율이 제2 광량 감지부(600)에서 감지되는 광량의 증가율보다 큰 경우, 제1 광량 감지부(500)에서 감지되는 광량의 감소율이 제2 광량 감지부(600)에서 감지되는 광량의 감소율보다 작은 경우에도 동일하게 적용된다.
이 경우, 제어부(400)는 제1 스위치 소자(170a)만을 작동시키고, 제2 스위치 소자(270a)를 작동시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 제2 스위치 소자(270a)는 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 연결하는 경로를 개방시키는 오프(OFF) 상태로 초기 설정되므로, 제3 부하(330)에는 전류가 공급되지 않는다.
이때, 제어부(400)는 제1 스위치 소자(170a)를 작동시킴에 있어, 전류 감지부(700)로부터 감지된 전류량에 따라 제1 스위치 소자(170a)의 작동을 제어한다. 즉, 제1 스위치 소자(170a)는 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 연결하는 경로를 개방시키는 오프(OFF) 상태로 초기 설정된다. 여기서, 제어부(400)는 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 오프(OFF) 상태에 있는 제1 스위치 소자(170)를 온(ON) 상태로 전환시킨다. 이후, 제어부(400)는 제1 스위치 소자(170)를 온(ON) 상태로 전환한 후 상기 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면 온(ON) 상태에 있는 제1 스위치 소자(170a)를 오프(OFF) 상태로 전환한다.
즉, 제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)보다 크고(A'>A), 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)과 같은 값을 가지는 경우에도, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)는 직렬로 연결되어 있으므로, 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에는 변화가 없다. 그러나, 제어부(400)는 감지되는 광량의 차이가 발생하였음에도 불구하고, 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우 제1 스위치 소자(170a)를 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 전환시켜 유휴 전류(Ib)를 제2 부하(320)에 공급한다. 이때, 제2 부하(320) 및 제1 스위치 소자(170a)는 낮은 저항값을 가지므로, 제2 부하(320)에는 유휴 전류(Ib)보다 큰 전류량을 가지는 전류가 공급되어 제1 부하(310)에 공급되는 전류량이 감소할 수 있다. 이 경우, 제어부(400)는 제1 스위치 소자(170a)를 온(ON) 상태로 전환시킨 후 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 제1 스위치 소자(170a)를 오프(OFF) 상태로 전환한다. 이렇게 되면, 제1 부하(310)에는 다시 일정한 전류가 공급되고, 제어부(400)는 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우 제1 스위치 소자(170a)를 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 전환시킨다. 따라서, 제1 스위치 소자(170a)는 오프(OFF) 상태와 온(ON) 상태가 계속적으로 전환되고, 제2 부하(320)에는 제1 스위치 소자(170a)가 온(ON) 상태일 때 간헐적으로 전류가 공급될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)는 각각 제1 가변 저항 소자(170b) 및 제2 가변 저항 소자(270b)를 포함할 수 있다. 이 경우에도, 제어부(400)는 제1 가변 저항 소자(170b)만을 작동시키고, 제2 가변 저항 소자(270b)를 작동시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 제2 가변 저항 소자(270b)는 최대 저항값을 가지도록 초기 설정되므로, 제3 부하(330)에는 전류가 거의 공급되지 않는다.
이때, 제어부(400)는 제1 가변 저항 소자(170b)를 작동시킴에 있어, 전류 감지부(700)로부터 감지된 전류량에 따라 제1 가변 저항 소자(170b)의 작동을 제어한다. 즉, 제1 가변 저항 소자(170b)는 최대 저항값을 가지도록 초기 설정된다. 여기서, 제어부(400)는 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 최대 저항값으로 설정된 제1 가변 저항 소자(170b)의 저항값을 점차 감소시킨다. 이후, 제어부(400)는 제1 가변 저항 소자(170b)의 저항값을 감소시키는 중 상기 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 감소된 상태의 제1 가변 저항 소자(170b)의 저항값을 유지시킨다.
즉, 제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)보다 크고(A'>A), 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)과 같은 값을 가지는 경우에도, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)는 직렬로 연결되어 있으므로, 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에는 변화가 없다. 그러나, 제어부(400)는 감지되는 광량의 차이가 발생하였음에도 불구하고, 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우 제1 가변 저항 소자(170b)의 저항값을 감소시켜 유휴 전류(Ib)를 제2 부하(320)에 공급한다. 이때, 제1 가변 저항 소자(170b)는 최대 저항값으로 초기 설정되어 있으므로, 제2 부하(320)에는 유휴 전류(Ib)보다 작은 전류량을 가지는 전류가 공급되고, 제1 부하(310)에 공급되는 전류량에는 변화가 없을 수 있다. 이 경우, 제어부(400)는 제1 가변 저항 소자(170b)의 저항값을 계속적으로 감소시킨 후 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 제1 가변 저항 소자(170b)의 저항값을 유지한다. 이렇게 되면, 제2 부하(320)에는 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류(Ia+Ib)와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia)의 차이에 해당하는 유휴 전류(Ib)가 그대로 공급될 수 있다.
도 5는 제2 태양 전지부에 기준 광량을 초과하는 광량의 태양광이 입사되는 경우 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)과 같은 값을 가지고, 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)보다 큰(B'>B) 경우, 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia+Ib)는 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류(Ia)보다 큰 전류량을 가지게 되어 유휴 전류(Ib)가 발생한다. 이는, 제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)보다 작고(A'<A), 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)과 같거나, 제1 광량 감지부(500)에서 감지되는 광량의 증가율이 제2 광량 감지부(600)에서 감지되는 광량의 증가율보다 작은 경우, 제1 광량 감지부(500)에서 감지되는 광량의 감소율이 제2 광량 감지부(600)에서 감지되는 광량의 감소율보다 큰 경우에도 동일하게 적용된다.
이 경우, 제어부(400)는 제2 스위치 소자(270a)만을 작동시키고, 제1 스위치 소자(170a)를 작동시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 제1 스위치 소자(170a)는 제1 출력 단자부(T1)와 제3 출력 단자부(T3)를 연결하는 경로를 개방시키는 오프(OFF) 상태로 초기 설정되므로, 제2 부하(320)에는 전류가 공급되지 않는다.
이때, 제어부(400)는 제2 스위치 소자(270a)를 작동시킴에 있어, 전류 감지부(700)로부터 감지된 전류량에 따라 제2 스위치 소자(270a)의 작동을 제어한다. 즉, 제2 스위치 소자(270a)는 제3 출력 단자부(T3)와 제2 출력 단자부(T2)를 연결하는 경로를 개방시키는 오프(OFF) 상태로 초기 설정된다. 여기서, 제어부(400)는 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 오프(OFF) 상태에 있는 제2 스위치 소자(270)를 온(ON) 상태로 전환시킨다. 이후, 제어부(400)는 제2 스위치 소자(270)를 온(ON) 상태로 전환한 후 상기 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면 온(ON) 상태에 있는 제2 스위치 소자(270a)를 오프(OFF) 상태로 전환한다.
즉, 제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)과 같은 값을 가지고, 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)보다 큰(B'>B) 경우에도, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)는 직렬로 연결되어 있으므로, 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에는 변화가 없다. 그러나, 제어부(400)는 감지되는 광량의 차이가 발생하였음에도 불구하고, 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우 제2 스위치 소자(270a)를 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 전환시켜 유휴 전류(Ib)를 제3 부하(330)에 공급한다. 이때, 제3 부하(330) 및 제2 스위치 소자(270a)는 낮은 저항값을 가지므로, 제3 부하(320)에는 유휴 전류(Ib)보다 큰 전류량을 가지는 전류가 공급되어 제1 부하(310)에 공급되는 전류량이 감소할 수 있다. 이 경우, 제어부(400)는 제2 스위치 소자(270a)를 온(ON) 상태로 전환시킨 후 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 제2 스위치 소자(270a)를 오프(OFF) 상태로 전환한다. 이렇게 되면, 제1 부하(310)에는 다시 일정한 전류가 공급되고, 제어부(400)는 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우 제2 스위치 소자(270a)를 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 전환시킨다. 따라서, 제2 스위치 소자(270a)는 오프(OFF) 상태와 온(ON) 상태가 계속적으로 전환되고, 제3 부하(330)에는 제2 스위치 소자(270a)가 온(ON) 상태일 때 간헐적으로 전류가 공급될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 제1 전류 조절부(170)와 제2 전류 조절부(270)는 각각 제1 가변 저항 소자(170b) 및 제2 가변 저항 소자(270b)를 포함할 수 있다. 이 경우에도, 제어부(400)는 제2 가변 저항 소자(270b)만을 작동시키고, 제1 가변 저항 소자(170b)를 작동시키지 않는다. 전술한 바와 같이, 제1 가변 저항 소자(170b)는 최대 저항값을 가지도록 초기 설정되므로, 제2 부하(320)에는 전류가 거의 공급되지 않는다.
이때, 제어부(400)는 제2 가변 저항 소자(270b)를 작동시킴에 있어, 전류 감지부(700)로부터 감지된 전류량에 따라 제2 가변 저항 소자(270b)의 작동을 제어한다. 즉, 제2 가변 저항 소자(270b)는 최대 저항값을 가지도록 초기 설정된다. 여기서, 제어부(400)는 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 최대 저항값으로 설정된 제2 가변 저항 소자(270b)의 저항값을 점차 감소시킨다. 이후, 제어부(400)는 제2 가변 저항 소자(270b)의 저항값을 감소시키는 중 상기 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 감소된 상태의 제2 가변 저항 소자(270b)의 저항값을 유지시킨다.
즉, 제1 광량 감지부(500)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량(A)과 같은 값을 가지고, 제2 광량 감지부(600)로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량(B)보다 큰 경우(B'>B)에도, 제1 태양 전지부(100)와 제2 태양 전지부(200)는 직렬로 연결되어 있으므로, 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에는 변화가 없다. 그러나, 제어부(400)는 감지되는 광량의 차이가 발생하였음에도 불구하고, 설정된 시간 동안 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우 제2 가변 저항 소자(270b)의 저항값을 감소시켜 유휴 전류(Ib)를 제3 부하(320)에 공급한다. 이때, 제2 가변 저항 소자(270b)는 최대 저항값으로 초기 설정되어 있으므로, 제3 부하(330)에는 유휴 전류(Ib)보다 작은 전류량을 가지는 전류가 공급되고, 제1 부하(310)에 공급되는 전류량에는 변화가 없을 수 있다. 이 경우, 제어부(400)는 제2 가변 저항 소자(270b)의 저항값을 계속적으로 감소시킨 후 전류 감지부(700)로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 제2 가변 저항 소자(270b)의 저항값을 유지한다. 이렇게 되면, 제3 부하(330)에는 제1 태양 전지부(100)로부터 출력되는 전류(Ia+Ib)와 제2 태양 전지부(200)로부터 출력되는 전류(Ia)의 차이에 해당하는 유휴 전류(Ib)가 그대로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤형 태양 전지에 의하면, 메인 부하에 전력을 공급하기 위한 제1 출력 단자부와 제2 출력 단자부 외에, 보조 부하에 전력을 공급하기 위한 제3 출력 단자부를 포함하여 각 태양 전지로부터 생성되는 전류량의 차이에 의해 발생되는 유휴 전류를 보조 부하에 추가적으로 공급할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 제1 태양 전지 110: 제1 기판
120: 제1 상부 전극 130: 제1 광 흡수층
140: 제1 하부 전극 170: 제1 전류 조절부
200: 제2 태양 전지 210: 제2 기판
220: 제2 하부 전극 230: 제2 광 흡수층
240: 제2 상부 전극 270: 제2 전류 조절부
310: 제1 부하 320: 제2 부하
330: 제3 부하 400: 제어부
500: 제1 광량 감지부 600: 제2 광량 감지부
700: 전류 감지부 800: 접합층

Claims (15)

  1. 상호 이격 배치되는 제1 상부 전극과 제1 하부 전극을 가지는 제1 태양 전지부;
    상기 제1 태양 전지부의 하부에 마련되며, 상호 이격 배치되는 제2 상부 전극과 제2 하부 전극을 가지는 제2 태양 전지부;
    상기 제1 상부 전극과 연결되는 제1 출력 단자부;
    상기 제2 하부 전극과 연결되는 제2 출력 단자부; 및
    상기 제1 하부 전극과 제2 상부 전극에 공통으로 연결되는 제3 출력 단자부;를 포함하는 탠덤형 태양 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 출력 단자부와 제2 출력 단자부 사이에는 제1 부하가 연결되고,
    상기 제1 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에는 제2 부하가 연결되며,
    상기 제2 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에는 제3 부하가 연결되는 탠덤형 태양 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에 마련되는 제1 전류 조절부;
    상기 제2 출력 단자부와 제3 출력 단자부 사이에 마련되는 제2 전류 조절부; 및
    상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부의 작동을 제어하기 위한 제어부;를 더 포함하는 탠덤형 태양 전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 태양 전지부로 입사되는 태양광의 광량을 감지하기 위한 제1 광량 감지부; 및
    상기 제2 태양 전지부로 입사되는 태양광의 광량을 감지하기 위한 제2 광량 감지부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 광량 감지부와 제2 광량 감지부로부터 감지된 태양광의 광량에 따라 상기 제1 전류 조절부 및 제2 전류 조절부를 선택적으로 작동시키는 탠덤형 태양 전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 기설정된 제1 기준 광량보다 크거나, 상기 제2 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 기설정된 제2 기준 광량보다 작은 경우 상기 제1 전류 조절부를 작동시키고,
    상기 제1 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 상기 제1 기준 광량보다 작거나, 상기 제2 광량 감지부로부터 감지되는 광량이 상기 제2 기준 광량보다 큰 경우 상기 제2 전류 조절부를 작동시키는 탠덤형 태양 전지.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 출력 단자부와 제2 출력 단자부 사이에 마련되는 전류 감지부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전류 감지부로부터 감지된 전류량에 따라 상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부 중 적어도 하나의 작동을 제어하는 탠덤형 태양 전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부 중 적어도 하나는 스위치 소자를 포함하는 탠덤형 태양 전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는 설정된 시간 동안 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 오프(OFF) 상태에 있는 상기 스위치 소자를 온(ON) 상태로 전환하는 탠덤형 태양 전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스위치 소자를 온(ON) 상태로 전환한 후 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 온(ON) 상태에 있는 상기 스위치 소자를 오프(OFF) 상태로 전환하는 탠덤형 태양 전지.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전류 조절부와 제2 전류 조절부 중 적어도 하나는 가변 저항 소자를 포함하는 탠덤형 태양 전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 설정된 시간 동안 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량에 변화가 없는 경우, 최대 저항값으로 설정된 상기 가변 저항 소자의 저항값을 감소시키는 탠덤형 태양 전지.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가변 저항 소자의 저항값을 감소시키는 중 상기 전류 감지부로부터 감지되는 전류량이 감소하면, 감소된 상기 가변 저항 소자의 저항값을 유지시키는 탠덤형 태양 전지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 태양 전지부는 상측으로부터 입사되는 태양광을 투과시키기 위한 제1 투명 기판을 포함하고,
    상기 제2 태양 전지부는 하측으로부터 입사되는 태양광을 투과시키기 위한 제2 투명 기판을 포함하는 탠덤형 태양 전지.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 하부 전극과 상기 제2 상부 전극 사이에 마련되는 접합층;을 더 포함하는 탠덤형 태양 전지.
  15. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 부하, 제2 부하 및 제3 부하 중 적어도 하나는 이차 전지를 포함하는 탠덤형 태양 전지.
KR1020220068954A 2022-06-07 2022-06-07 탠덤형 태양 전지 KR20230168467A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220068954A KR20230168467A (ko) 2022-06-07 2022-06-07 탠덤형 태양 전지
PCT/KR2023/007674 WO2023239131A1 (ko) 2022-06-07 2023-06-05 탠덤형 태양 전지
TW112121191A TW202412327A (zh) 2022-06-07 2023-06-07 串聯太陽能電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220068954A KR20230168467A (ko) 2022-06-07 2022-06-07 탠덤형 태양 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230168467A true KR20230168467A (ko) 2023-12-14

Family

ID=89118595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220068954A KR20230168467A (ko) 2022-06-07 2022-06-07 탠덤형 태양 전지

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR20230168467A (ko)
TW (1) TW202412327A (ko)
WO (1) WO2023239131A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102246070B1 (ko) 2019-11-29 2021-04-29 경북대학교 산학협력단 탠덤형 태양전지 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015077477A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Solar cells having selective contacts and three or more terminals
FR3023067B1 (fr) * 2014-06-26 2017-10-20 Commissariat Energie Atomique Cellules tandem multifils
US10403778B2 (en) * 2015-10-19 2019-09-03 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cell assembly for space applications
US11588066B2 (en) * 2018-11-05 2023-02-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univesity Tandem solar cells having a top or bottom metal chalcogenide cell
US11508864B2 (en) * 2019-08-16 2022-11-22 Alliance For Sustainable Energy, Llc Tandem module unit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102246070B1 (ko) 2019-11-29 2021-04-29 경북대학교 산학협력단 탠덤형 태양전지 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023239131A1 (ko) 2023-12-14
TW202412327A (zh) 2024-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6703555B2 (en) Solar cell string, solar cell array and solar photovoltaic power system
US9281759B2 (en) Power converting apparatus and photovoltaic module
US10270387B2 (en) Photovoltaic module
RU2541094C2 (ru) Система электронного управления фотоэлектрическими элементами
US11005267B2 (en) Photovoltaic module
JP2013506988A (ja) 太陽光発電装置
EP3242332B1 (en) Photovoltaic module and photovoltaic system including the same
KR101414752B1 (ko) 발전 장치 및 그러한 발전 장치를 구비한 발전 시스템
US20100089441A1 (en) Method and apparatus for manufacturing thin-film photovoltaic devices
US20120060890A1 (en) Solar cell module and method for manufacturing the same
KR20090128954A (ko) 태양전지 모듈
US8569613B1 (en) Multi-terminal photovoltaic module including independent cells and related system
KR20120140023A (ko) 태양광 모듈
US20190165193A1 (en) Photovoltaic module and photovoltaic system including the same
KR101889773B1 (ko) 태양광 모듈, 및 이를 구비하는 태양광 시스템
KR20230168467A (ko) 탠덤형 태양 전지
KR101788013B1 (ko) 태양광 모듈
JP5737462B2 (ja) 発電装置及びそのような発電装置を備えた発電システム
KR101959302B1 (ko) 태양광 모듈, 및 태양광 시스템
KR101885763B1 (ko) 태양전지모듈-발광모듈로 구성되는 어셈블리
KR20130137926A (ko) 태양광 모듈
CN219352270U (zh) 一种太阳能叠层电池、电池组件和光伏系统
KR20230082288A (ko) 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 부하 구동 방법
CN115940793A (zh) 一种光伏发电系统和光伏系统
KR101079028B1 (ko) 광기전력 장치 및 광기전력 장치의 제조 방법