WO2012053690A1 - 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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layer
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전상원
김봉연
이세호
김남균
이승현
정준수
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Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic module and a method of manufacturing the same.
  • a photovoltaic module that converts sunlight into electrical energy has a junction structure of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor such as a diode.
  • a photovoltaic module When a light is incident on a photovoltaic module, (-) charged electrons and (+) charged electrons are generated by the action, and the current flows while they move.
  • n-type semiconductors constituting the photovoltaic module
  • electrons are attracted toward the n-type semiconductor and holes are attracted toward the p-type semiconductor to form n-type semiconductors and p-type semiconductors, respectively.
  • Type semiconductor When the electrodes are connected by a wire, electricity flows to the outside.
  • Such a photovoltaic module is used not only for power generation but also for construction. Building photovoltaic modules are mounted on roofs, walls or windows of a building to perform power generation.
  • the architectural photovoltaic power module has various characteristics compared with the photovoltaic power generation module, so research on the architectural photovoltaic power module has been actively carried out.
  • a photovoltaic module capable of receiving solar energy to generate electric energy, less fatigue when mounted on a building, and aesthetically harmonizing with a building.
  • the present invention is intended to provide a photovoltaic module in which a user is less likely to feel visual fatigue and at the same time can be harmonized with a building when mounted on a building.
  • a photovoltaic module includes a first electrode formed on a substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode, and a second electrode formed on the photoelectric conversion layer, Wherein the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode form a plurality of unit cells connected in series with each other, wherein the unit cells have a *: 5 to 35, b * : 45 ⁇ 55, L *: 30 ⁇ 70.
  • a photovoltaic module includes a first electrode formed on a substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode, and a second electrode formed on the photoelectric conversion layer And the first electrode on the substrate, the photoelectric conversion layer, and the second electrode form a plurality of unit cells connected in series to each other, and the unit cells have a *: -5 * 5, b *: 45 ⁇ 65, and L: 50 ⁇ 65.
  • a method of manufacturing a photovoltaic module includes the steps of forming a first electrode on a substrate, forming a photoelectric conversion layer on the first electrode, forming a second electrode on the photoelectric conversion layer Wherein the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode on the substrate form a plurality of unit cells connected in series with each other, and the unit cells are arranged on a CIE (International Lighting Commission) LAB color coordinate system a *: 5 to 35, b *: 45 to 55, and L *: 30 to 70.
  • CIE International Lighting Commission
  • a method of manufacturing a photovoltaic module including forming a first electrode on a substrate, forming a photoelectric conversion layer on the first electrode, forming a photoelectric conversion layer on the photoelectric conversion layer, wherein the first electrode, the photoelectric conversion layer, and the second electrode on the substrate form a plurality of unit cells connected in series to each other, and the unit cells are formed by CIE (International Lighting Committee) LAB May be formed to have a color in a range corresponding to a *: -5 to 5, b *: 45 to 65, L: 50 to 65 on the color coordinate system.
  • CIE International Lighting Committee
  • the photovoltaic module since the photovoltaic module has a light yellow or light green color, when it is applied to a window of a building or the like, visual fatigue is lessened, and high harmony with the building can be achieved.
  • FIG. 1 shows a configuration of a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 13 show a method of manufacturing a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a color coordinate showing the color characteristics of a unit cell constituting a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a color coordinate indicating color characteristics of a back substrate constituting a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a color coordinate diagram illustrating color characteristics of a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a color coordinate diagram illustrating color characteristics of a unit cell constituting a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a photovoltaic module according to an embodiment of the present invention.
  • the photovoltaic module of the present invention may include a first electrode 110, a photoelectric conversion layer 120, and a second electrode 130 sequentially formed on a substrate 100.
  • a conductive line 140 may be formed on the second electrode 130 to supply current generated in the photoelectric conversion layer 120 to the outside, and an insulating protective layer 150 may further be formed.
  • a back substrate 160 may be further formed on the insulating protective layer 150 and a frame 170 may be further formed to surround the substrate 100 and the back substrate 160.
  • the photoelectric conversion layer 120 converts the irradiated light into electric energy.
  • the photoelectric conversion layer 120 may be an amorphous photoelectric conversion layer, and includes a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and an intrinsic semiconductor layer formed between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer.
  • a unit cell formed by the first electrode 110, the photoelectric conversion layer 120, and the second electrode 130 on the substrate 100, The photovoltaic power module should be adjusted to a desired color.
  • the bandgap of the p-type semiconductor layer is appropriately selected to adjust the unit cell and the photovoltaic module to a desired color. This will be described later in detail.
  • the entire photovoltaic module may be changed to a desired color by appropriately selecting the type, color, and thickness of the back substrate 160 that may be included in addition to the insulating protection layer 150. This will be described later in detail.
  • FIGS. 2 to 13 are views for explaining a method of manufacturing a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate 100 may be an insulating transparent substrate.
  • the substrate 100 may also be an inflexible substrate such as a glass substrate, or a flexible substrate such as a polymer or metal foil.
  • the substrate 100 may include an insulating layer (not shown) covering the metal foil.
  • a first electrode 110 is formed on a substrate 100.
  • the first electrode 110 may be made of a conductive material, for example, a transparent conductive oxide (TCO).
  • the conductive transparent electrode may be made of a material including SnO 2 : F, ZnO: B, ZnO: Al, and the like.
  • the first electrode 110 may be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the embodiment of the present invention includes a process of forming the first electrode 110, the substrate 100 on which the first electrode 110 is formed may be prepared.
  • a scribing process is performed to remove a portion of the first electrode 110 by irradiating a laser. A portion of the first electrode 110 is removed by the scribing process, thereby forming the groove P1 of the first pattern. Thus, a short circuit between adjacent first electrodes 110 can be prevented.
  • the photoelectric conversion layer 120 is formed to cover the first electrode 110 and the groove P1 of the first pattern.
  • the photoelectric conversion layer 120 may be formed by sequentially stacking a p-type semiconductor layer 121, an intrinsic semiconductor layer 122, and an n-type semiconductor layer 123. 5, only the embodiment in which the p-type semiconductor layer 121, the intrinsic semiconductor layer 122, and the n-type semiconductor layer 123 are sequentially laminated is shown. Alternatively, the n-type semiconductor layer, the intrinsic semiconductor layer, Layer may be stacked in this order.
  • the photoelectric conversion layer 120 includes the p-type semiconductor layer 121, the intrinsic semiconductor layer 122, and the n-type semiconductor layer 123 sequentially formed, light is incident through the substrate 100. Meanwhile, when the photoelectric conversion layer 120 includes an n-type semiconductor layer, an intrinsic semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer which are sequentially formed, light is incident through the opposite side of the substrate 100.
  • the thickness or the material composition of the intrinsic semiconductor layer 122 included in the photoelectric conversion layer 120 is specified so that the intrinsic semiconductor layer 122 or the entire photovoltaic module has a desired color.
  • the term "color” refers to the color property or color type that is recognized when the spectrum of light reflected or transmitted by the object is visually confirmed in an environment in which sunlight exists, and it is used to distinguish colors irrespective of brightness and color saturation The names of the colors necessary for the ceremonies are collectively called.
  • the thickness or the material composition of the intrinsic semiconductor layer 122 and the corresponding color change will be described later in detail.
  • the p-type semiconductor layer 121, the intrinsic semiconductor layer 122 and the n-type semiconductor layer 123 of the photoelectric conversion layer 120 may be stacked by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process.
  • the p-type semiconductor layer 121 may be an amorphous silicon layer represented by a chemical formula such as a-Si: H or a-SiC: H.
  • the p-type semiconductor layer 121 is formed by doping a source gas containing silicon such as silane (SiH 4 ), a doping gas containing a Group 3 element such as B 2 H 6 and hydrogen (H 2 ) .
  • a methane (CH 4 ) gas is further mixed as a raw material gas to obtain a p-type semiconductor layer 121 which can be represented by a chemical formula of a-SiC: H containing carbon.
  • the color of the unit cell is adjusted by changing the bandgap of the p-type semiconductor layer 121 by changing the flow rate of methane (CH 4 ) gas. This will be described later in detail.
  • the intrinsic semiconductor layer 122 may be formed by introducing a raw material gas containing silicon and hydrogen gas into the reaction chamber.
  • the n-type semiconductor layer 123 may be formed by mixing a source gas containing silicon, a doping gas including a Group 5 element such as PH 3, and a hydrogen gas.
  • a scribing process is performed to remove a part of the photoelectric conversion layer 120 by irradiating laser light in the air. A part of the photoelectric conversion layer 120 is removed by the scribing process to form the groove P2 of the second pattern.
  • a second electrode 130 is formed to cover the photoelectric conversion layer 120 and the groove P2 of the second pattern.
  • the second electrode 130 may be formed of a conductive material such as a conductive transparent electrode (TCO) as the first electrode 130.
  • the conductive transparent electrode for the second electrode 130 may be made of a material including ZnO: B, ZnO: Al, ITO, SnO 2 : F, ZnO, and the like.
  • the second electrode 130 may be formed by CVD or sputtering.
  • the second electrode 130 may have a thickness of about 500 ANGSTROM to about 10,000 ANGSTROM.
  • a scribing process is performed to remove a part of the photoelectric conversion layer 120 and the second electrode 130 by irradiating laser light in the atmosphere. Accordingly, a groove P3 of a third pattern passing through the photoelectric conversion layer 120 and the second electrode 130 is formed, and unit cells connected to each other in series are formed.
  • a scribing process may be further performed to remove a portion of the first electrode 110, the photoelectric conversion layer 120, and the second electrode 130 by irradiating the laser once more in the atmosphere. Accordingly, a groove P4 of a fourth pattern passing through the first electrode 110, the photoelectric conversion layer 120, and the second electrode 130 is formed.
  • the groove P3 of the third pattern is for the formation of unit cells and the groove P2 of the second pattern is for the series connection of the unit cells.
  • the groove P4 of the fourth pattern is for preventing electric shock through the frame 170 which surrounds the edge of the substrate 100. [ When the frame 170 is made of an insulating material such as wood or polymer, the groove P4 of the fourth pattern may not be formed. That is, the process described with reference to FIG. 9 may be omitted.
  • a conductive line 140 is formed on the second electrode 130 so that a current generated in the unit cells flows to the outside.
  • the insulating protective layer 150 may include one or more insulating layers.
  • the insulating protection layer 150 may include at least one of glass, ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl fluoride (PVF), a polyvinyl butyral (PVB) sheet or an acrylic resin.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PVB polyvinyl butyral
  • acrylic resin acrylic resin
  • a process of forming the back substrate 160 on the insulating protection layer 150 may be further performed.
  • the substrate 160 may be formed of glass having a predetermined color, or may be coated with at least one of SiO 2 and TiO 2 .
  • the process of forming the substrate 160 is a process for changing the color of the entire photovoltaic module using the hue of the backside substrate 160. However, this process may be omitted if the glass layer is included in the insulating protective layer 150, or if it is not necessary to change the color of the photovoltaic module through the additional backside substrate 160.
  • a photovoltaic module is completed by forming a frame 170 so as to surround the periphery of the substrate 100, the insulating protection part 150, or the back substrate 160.
  • FIG. 14 is a color coordinate for illustrating color characteristics of a unit cell according to an embodiment of the present invention.
  • the color coordinates shown in FIG. 14 are CIE (International Lighting Committee) LAB color coordinates.
  • the CIE LAB color coordinates represent all the colors in terms of the relative amounts of the three extreme values X, Y, and Z, and convert these values into three coordinates: L *, a *, and b *.
  • L * is a variable of brightness
  • a * and b * are chromaticity coordinates.
  • a * is the coordinate associated with the axis connecting Red and Green
  • b * is the coordinate associated with the axis connecting Yellow and Blue.
  • a desired color can be obtained by forming the intrinsic semiconductor layer 122 having a specific thickness.
  • the thickness of the intrinsic semiconductor layer 122 may be selected within a range of about 500 ⁇ to about 2000 ⁇ , and preferably about 700 ⁇ to about 2000 ⁇ .
  • the unit cell including the intrinsic semiconductor layer 122 having a thickness of about 500 ANGSTROM to about 2000 ANGSTROM is irradiated with light having a wavelength of about 300 nm to about 1200 nm corresponding to a part of the sunlight spectrum, And the spectrum of the transmitted light is measured.
  • the measurement equipment was a spectrophotometer (X-Rite color i5). That is, since the unit cell including the intrinsic semiconductor layer 122 has a characteristic of transmitting light rather than a characteristic of reflecting light, and the hue of a unit cell which can be visually confirmed is a spectral characteristic of light transmitted therethrough, The color of the light transmitted through the cell was expressed in color coordinates.
  • the color of the battery can be said.
  • Table 1 below shows color coordinates, transmittance, and output of the unit cell in numerical values when the thickness of the intrinsic semiconductor layer 122 is 700 ANGSTROM, 1200 ANGSTROM, 1500 ANGSTROM, and 2000 ANGSTROM, respectively.
  • the unit cell according to the embodiment of the present invention has a range of a *: 5 to 35, b *: 45 to 55, L *: 30 ⁇ 70. ≪ / RTI > A *: 7.05, b *: 48.37, L: 61.01 when the intrinsic semiconductor layer 122 included in the photoelectric conversion layer 120 of the unit cell has a thickness of about 700 ANGSTROM, : 18.83, b *: 54.12, and L: 45.47. When the thickness of the intrinsic semiconductor layer 122 was about 1500 ANGSTROM, a *: 22.68, b *: 53.95, and L: 43.69. When the thickness of the intrinsic semiconductor layer 122 was about 2000 ANGSTROM, a *: 31.12, b *: 52.39, and L: 33.61.
  • the p-type semiconductor layer 121 and the n-type semiconductor layer 123 included in the photoelectric conversion layer 120 are light brown and yellow respectively.
  • the thickness of the intrinsic semiconductor layer 122 is about 500 ⁇ to about 2000 ⁇
  • the unit cell including the photoelectric conversion layer 120 has a light yellow color.
  • the solar cell according to the embodiment of the present invention can exhibit high light transmittance at the same time as giving a hue that can provide a visual sense of stability. That is, the solar cell according to the embodiment of the present invention can be used as a BIPV module applicable to a window of a building or the like.
  • the color of the entire photovoltaic module can be changed through the composition of the insulating protective layer 150 and the thickness thereof.
  • the insulating protective layer 150 may be an EVA, a PVF, a PVB sheet, an acrylic resin, or the like, and may include transparent, brown, gray, cyan, Or similar series of colors. This may be produced through a polymer using a pigment having the hue of the series, and the thickness may range from about 0.38 mm to about 1.52 mm.
  • the back substrate 160 when the back substrate 160 is included in addition to the insulating protective layer 150, the back substrate 160 may have a color of brown, blue, green, And its thickness may fall within a range of about 3 mm to 15 mm.
  • the hue of the entire module is bright when visually observed under an environment in which sunlight exists Green, or green series.
  • the color coordinate measurement method is the same as the color coordinate measurement method of the unit cell described above.
  • Measurement equipment We also used the above-mentioned spectrophotometer (X-Rite color i5) light-emitting equipment. In the measurement, the thickness of the backside substrate 160 was set to about 5 mm.
  • 15 is the color range of the back substrate 160 that can be included in the photovoltaic module according to the embodiment of the present invention.
  • a glass having color coordinates in the range of a *: -55 to 5, b *: -40 to 10, and L: 55 to 100 may be used as the back substrate 160.
  • the hue corresponding to the color coordinate of each glass is expressed in an octagon. Normally, when the color coordinate value is used, the name of a commonly used hue is expressed as transparent, green, blue, Respectively.
  • Table 3 shows the photovoltaic module according to an embodiment of the present invention in which the intrinsic semiconductor layer 122 has a thickness of about 1500 angstroms and the color of the integrated photovoltaic module when the back substrate 160 as described above is included CIE LAB color coordinates
  • FIG. 16 is a graphical representation of the color coordinates shown in Table 3.
  • the measurement method is the same as that of the color coordinate measurement of the unit cell and the back substrate 160.
  • Measurement equipment We also used the above-mentioned spectrophotometer (X-Rite color i5) light-emitting equipment.
  • a transparent PVB sheet having a thickness of 0.76 mm was used.
  • the color of the photovoltaic module according to the embodiment of the present invention shows a pale yellow series as a whole. It also exhibits a high transmittance of about 10% to 25% and a stabilized high output of about 85W. Therefore, when used as a BIPV module applicable to a window of a building, it can give a user a sense of aesthetics and visual stability at the same time, and it can replace a conventional window because it shows a high transmittance.
  • the hue of the photovoltaic module according to the embodiment of the present invention can be adjusted by appropriately selecting a band gap of the p-type semiconductor layer 121 included in the photoelectric conversion layer 120 as a specific value.
  • a-SiC: p-type semiconductor layer 121 such as H are silane (SiH 4) gas and methane (CH 4) a raw material gas containing a gas, doping gas, and hydrogen (H 2) gas reaction It may be formed by being incorporated into the chamber, in which silane (SiH 4) gas and methane (CH 4) methane for gas total flow rate (CH 4) included in When adjusting the ratio of gas flow rate, p-type semiconductor layer 121 And the bandgap of the p-type semiconductor layer 121 may be changed according to the change in the amount of carbon.
  • silane (SiH 4) gas and methane (CH 4) a raw material gas containing a gas, doping gas, and hydrogen (H 2) gas reaction It may be formed by being incorporated into the chamber, in which silane (SiH 4) gas and methane (CH 4) methane for gas total flow rate (CH 4) included in When adjusting the ratio of gas flow rate, p-type semiconductor layer 121
  • the p-type semiconductor layer 121 may be formed at a gas flow rate ratio of CH 4 / (SiH 4 + CH 4 ) of about 0% to 2.0%.
  • the p-type semiconductor layer 121 represented by a-Si: H is formed when the gas flow rate ratio is 0%
  • the p-type semiconductor layer 121 represented by a-SiC: H is formed when the gas flow rate ratio is 0%.
  • the amount of carbon contained in the p-type semiconductor layer 121 increases and the bandgap increases from about 1.7 eV to about 2.5 eV.
  • the color of the unit cell including the p-type semiconductor layer 121 becomes pale yellow.
  • FIG. 15 is a graph showing the color change of a unit cell according to CIE LAB color coordinates according to the bandgap change of the p-type semiconductor layer 121 according to the embodiment of the present invention.
  • the measurement equipment used here was a light-emitting device of the above-mentioned spectrophotometer (X-Rite color i5).
  • Table 4 numerically indicates the color coordinates and the output when the flow rate ratio of CH 4 / (SiH 4 + CH 4 ) gas at the time of forming the p-type semiconductor layer 121 is a specific value.
  • a unit cell including a p-type semiconductor layer 121 having a band gap of about 1.7 eV to about 2.5 eV has a region (a *: -5 to 5, b *: 45 to 65, and L: 50 to 65). That is, it becomes a light yellow color. At the same time, the output is also excellent.
  • the color of the entire photovoltaic module can be adjusted by adjusting the composition or thickness of the insulating protective layer 150 and adjusting the color or thickness of the back substrate 160.
  • the insulating protection layer 150 may have a color of clear, brown, gray, blue green, blue, or similar colors, And may include EVA, PVF, PVB sheet or acrylic resin having a thickness of 1.52 mm, and the backside substrate 160 may have a color of brown, blue, green, And may be formed to a thickness of about 3 mm to 15 mm. It goes without saying that the back substrate 160 as described with reference to FIGS. 15 and 2 can also be used in this embodiment.
  • the light transmittance of the photovoltaic module according to the embodiment of the present invention may represent about 10% to 40%. Since the photovoltaic module of the present invention has a color such as light yellow or light green, when applied to a window of a building, the visual fatigue is relatively less than that of a photovoltaic module having hues such as reddish brown or orange, High harmony and aesthetics can be achieved.

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Abstract

본 발명의 광기전력 모듈은, 기판 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 광전변환층, 상기 광전변환층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하고, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며, 상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: 5~35, b*: 45~55, L*: 30~70에 해당하는 범위의 색상을 가질 수 있다.

Description

광기전력 모듈 및 그 제조 방법
본 발명은 광기전력 모듈과 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유 또는 석탄과 같은 기존 에너지 자원에 대한 고갈이 예측되면서 이들을 대체할만한 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는 데에 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광(photons)을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있다.
태양광을 전기 에너지로 변환하는 광기전력 모듈은 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 가지며, 광기전력 모듈에 빛이 입사되면 빛과 광기전력 모듈의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.
이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 광기전력 모듈을 구성하는 p형 및 n형 반도체 중 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극들로 이동하고, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 외부로 흐른다.
이와 같은 광기전력 모듈은 발전용뿐만 아니라 건축용으로도 사용되고 있다. 건축용 광기전력 모듈은 건물의 지붕, 벽 또는 창 등에 장착되어 발전을 수행한다. 건축용 광기전력 모듈의 경우 발전용 광기전력 모듈에 비하여 여러 가지 다른 특징을 가져야 하므로 건축용 광기전력 모듈에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
현재 상용화되고 있는 건축용 광기전력 모듈은 어두운 흑색이거나, 대부분 적갈색 또는 주황색을 띈다. 이러한 광기전력 모듈이 건물의 창 등에 장착될 시에는 시각적 피로감을 쉽게 줄 수 있다. 또한, 미적인 측면에서도 좋지 않을 뿐만 아니라 전체적인 건물과의 조화도 또한 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 태양광을 수광하여 전기 에너지를 낼 수 있으면서도 건물에 장착될 시에 피로감을 적게 주며, 미적으로 건축물과의 조화도 꾀할 수 있는 광기전력 모듈에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 사용자로 하여금 시각적 피로감을 덜 느끼게 함과 동시에 건축물에 장착시 건축물과의 조화 또한 꾀할 수 있는 광기전력 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈은, 기판 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 광전변환층, 상기 광전변환층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하고, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며, 상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: 5~35, b*: 45~55, L*: 30~70에 해당하는 범위의 색상을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전력 모듈은, 기판 상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 광전변환층, 상기 광전변환층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하고, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며, 상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: -5~5, b*: 45~65, L: 50~65에 해당하는 범위의 색상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 제조 방법은, 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계, 상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며, 상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: 5~35, b*: 45~55, L*: 30~70에 해당하는 범위의 색상을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기전력 모듈의 제조 방법은, 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계, 상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며, 상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: -5~5, b*: 45~65, L: 50~65에 해당하는 범위의 색상을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광기전력 모듈이 연한 노란색 또는 밝은 녹색 등의 색상을 갖게 되므로, 건물의 창 등에 적용될 경우 시각적 피로감이 덜하게 되며 건축물과의 높은 조화도 및 미려함을 꾀할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타낸다.
도 2 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 제조 방법을 나타낸다.
도 14은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈을 구성하는 단위전지의 색상 특성을 나타내는 색 좌표이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈을 구성하는 이면 기판의 색상 특성을 나타내는 색 좌표이다.
도 16는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 색상 특성을 나타내는 색 좌표이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈을 구성하는 단위전지의 색상 특성을 나타내는 색 좌표이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 광기전력 모듈은 기판(100) 상에 순차적으로 형성되는 제1 전극(110), 광전변환층(120), 제2 전극(130)을 포함할 수 있다. 한편, 제2 전극(130) 상에는 광전변환층(120)에서 생성된 전류를 외부로 공급하기 위한 도선(140)이 형성될 수 있으며, 절연성 보호층(150) 또한 더 형성될 수 있다. 절연성 보호층(150) 상에는 이면 기판(160)이 더 형성될 수 있으며, 기판(100)과 이면 기판(160)의 둘레를 둘러싸는 프레임(170)이 더 형성될 수 있다.
광전변환층(120)은 조사된 빛을 전기 에너지로 변환한다. 이와 같은 광전변환층(120)은 비정질 광전변환층일 수 있으며, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, p 타입 반도체층과 n 타입 반도체층 사이에 형성되는 진성 반도체층을 포함한다. 본 발명의 광기전력 모듈에 있어서는 진성 반도체층의 두께를 적절히 선택하여 기판(100) 상의 제1 전극(110), 광전변환층(120), 제2 전극(130)이 형성하는 단위전지 및 이를 포함하는 광기전력 모듈을 원하는 색상으로 조절하고자 한다. 또한, p 타입 반도체층의 밴드갭 또한 적절히 선택하여 단위전지 및 광기전력 모듈을 원하는 색상으로 조절하고자 한다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
한편, 절연성 보호층(150)과 추가적으로 포함될 수 있는 이면 기판(160)의 종류, 색상 및 그 두께를 적절히 선택하여 전체 광기전력 모듈을 원하는 색상으로 변화시킬 수도 있다. 이에 대해서 또한 후에 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 13는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저 기판(100)을 준비한다. 기판(100)은 절연성 투명기판일 수 있다. 또한 기판(100)은 글라스와 같은 인플렉서블 기판(inflexible substrate)일 수도 있고, 폴리머나 금속 포일과 같은 플렉서블 기판(flexible substrate)일 수도 있다. 기판(100)이 금속 포일을 포함할 경우 기판(100)은 금속 포일을 덮는 절연층(미도시)을 포함할 수 있다.
도 3를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 전극(110)을 형성한다. 제1 전극(110)은 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 전도성 투명전극(TCO; Transparant Conductive Oxides)일 수 있다. 전도성 투명전극은 SnO2:F, ZnO:B, ZnO:Al 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(110)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 스퍼터링 (sputtering) 법으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예는 제1 전극(110)이 형성되는 과정을 포함하나 제1 전극(110)이 미리 형성된 기판(100)이 준비될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 레이저를 조사하여 제1 전극(110)의 일부를 제거하는 스크라이브 공정이 수행된다. 스크라이브 공정에 의하여 제1 전극(110)의 일부가 제거됨으로써 제1 패턴의 홈(P1)이 형성된다. 이에 따라 인접한 제1 전극(110) 사이의 단락이 방지될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 전극(110)과 제1 패턴의 홈(P1)을 덮도록 광전변환층(120)을 형성한다. 광전변환층(120)은 p 타입 반도체층(121), 진성 반도체층(122), n 타입 반도체층(123)을 순차적으로 적층함으로써 형성될 수 있다. 도 5에서는 p 타입 반도체층(121), 진성 반도체층(122), n 타입 반도체층(123)이 순차적으로 적층되는 실시예만이 도시되었으나, 반대로 n 타입 반도체층, 진성 반도체층, p 타입 반도체층의 순서로 적층될 수도 있다. 광전변환층(120)이 순차적으로 형성된 p 타입 반도체층(121), 진성 반도체층(122), n 타입 반도체층(123)을 포함할 경우 빛은 기판(100)을 통하여 입사된다. 한편, 광전변환층(120)이 순차적으로 형성된 n 타입 반도체층, 진성 반도체층, p 타입 반도체층을 포함할 경우 빛은 기판(100) 맞은 편을 통하여 입사된다.
본 발명의 실시예에서는 광전변환층(120)에 포함되는 진성 반도체층(122)의 두께 또는 물질 조성을 특정함으로써 진성 반도체층(122) 또는 전체 광기전력 모듈이 원하는 색상을 갖도록 하고자 한다. 여기서 색상이란 태양광이 존재하는 환경에서 해당 물체가 반사 또는 투과하는 빛의 스펙트럼을 육안으로 확인했을 때에 식별되는 색감의 성질 또는 색의 종류를 의미하며, 명도와 채도와는 상관없이 색채를 구별하는 데에 필요한 색의 명칭을 총칭한다. 진성 반도체층(122)의 두께 또는 물질 조성 및 이에 따른 색상 변화에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
광전변환층(120)의 p 타입 반도체층(121), 진성 반도체층(122), n 타입 반도체층(123)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정에 의해 적층될 수 있다. p 타입 반도체층(121)은 a-Si:H 또는 a-SiC:H 등의 화학식으로 표현되는 비정질 실리콘층일 수 있다. 이러한 p 타입 반도체층(121)은 실란(SiH4)과 같이 실리콘을 포함하는 원료 가스, B2H6와 같은 3족 원소를 포함하는 도핑 가스와 더불어 수소(H2) 가스가 반응실에 혼입됨으로써 형성될 수 있다. 한편, 메탄(CH4) 가스가 원료 가스로서 더 혼입됨으로써 탄소가 포함된 a-SiC:H 의 화학식으로 표현될 수 있는 p 타입 반도체층(121)이 얻어진다. 본 발명에서의 실시예에서는 메탄(CH4) 가스의 유량을 변화시켜 p 타입 반도체층(121)의 밴드갭을 변화시킴으로써 단위전지의 색상이 조절된다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
또한, 진성 반도체층(122)은 실리콘을 포함하는 원료 가스와 수소 가스가 반응실에 유입됨으로써 형성될 수 있다. 한편, n 타입 반도체층(123)은 실리콘을 포함하는 원료 가스, PH3와 같은 5족 원소를 포함하는 도핑 가스, 수소 가스가 혼입됨으로써 형성될 수 있다.
도 6를 참조하면, 대기 중에서 레이저를 조사하여 광전변환층(120)의 일부를 제거하는 스크라이브 공정을 수행한다. 스크라이브 공정에 의하여 광전변환층(120)의 일부가 제거됨으로써 제2 패턴의 홈(P2)이 형성된다.
도 7를 참조하면, 광전변환층(120) 및 제2 패턴의 홈(P2)을 덮도록 제2 전극(130)을 형성한다. 제2 전극(130) 또한 제1 전극(130)과 같이 전도성 투명 전극(TCO) 등과 같은 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 제2 전극(130)을 위한 전도성 투명 전극은 ZnO:B, ZnO:Al, ITO, SnO2:F, ZnO 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 제2 전극(130)은 CVD 또는 스퍼터링 공법에 의해 형성될 수 있다. 이러한 제2 전극(130)은 약 500Å~10000Å의 두께를 가질 수 있다.
도 8를 참조하면, 대기 중에서 레이저를 조사하여 광전변환층(120) 및 제2 전극(130)의 일부를 제거하는 스크라이브 공정을 수행한다. 이에 따라 광전변환층(120) 및 제2 전극(130)을 관통하는 제3 패턴의 홈(P3)이 형성되고, 서로 인접하며 직렬 연결된 단위전지들이 형성된다.
도 9를 참조하면, 대기 중에서 레이저를 한번 더 조사하여 제1 전극(110), 광전변환층(120) 및 제2 전극(130)의 일부를 제거하는 스크라이브 공정을 추가적으로 수행할 수도 있다. 이에 따라 제1 전극(110), 광전변환층(120) 및 제2 전극(130)을 관통하는 제4 패턴의 홈(P4)이 형성된다.
제3 패턴의 홈(P3)은 단위전지들의 형성을 위한 것이고, 제2 패턴의 홈(P2)은 단위전지들의 직렬 연결을 위한 것이다. 또한, 제4 패턴의 홈(P4)은 기판(100)의 테두리를 감싸는 프레임(170)을 통하여 감전이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 프레임(170)이 목재나 폴리머와 같은 절연성 물질로 이루어지는 경우 제4 패턴의 홈(P4)은 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 도 9를 참조하여 설명한 공정은 생략될 수도 있다.
도 10를 참조하면, 단위전지들에서 생성된 전류가 외부로 흐르도록 하기 위한 도선(140)을 제2 전극(130) 상에 형성한다.
도 11를 참조하면, 도선(140)과 단위전지들을 덮는 절연성 보호층(150)을 형성한다. 절연성 보호층(150)은 하나 이상의 절연층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연성 보호층(150)은 글라스(glass), EVA(Etylene Vinyl Acetate), PVF(polyvinylfloride), PVB(Polyvinyl butyral) 시트 또는 아크릴 수지(resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 절연성 보호층(150)의 종류, 두께 또는 색상을 적절히 선택하여 전체 광기전력 모듈을 원하는 색상으로 구현할 수 있다.
도 12를 참조하면, 절연성 보호층(150) 상에 이면 기판(160)을 형성하는 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 이면 기판(160)은 소정 색상을 갖는 글라스 등으로 형성될 수 있으며, SiO2 또는 TiO2 등의 물질 중 적어도 하나의 물질로 코팅되어 있을 수 있다. 이면 기판(160) 형성 공정은 이면 기판(160)의 색상을 이용하여 전체적인 광기전력 모듈의 색상을 변화시키기 위한 공정이다. 그러나, 절연성 보호층(150)에 글라스 층이 포함되거나, 광기전력 모듈의 색상을 추가적인 이면 기판(160)을 통해 변화시킬 필요가 없는 경우에는 이 과정이 생략될 수도 있다.
도 13를 참조하면, 기판(100)과 절연성 보호부(150) 또는 이면 기판(160)의 둘레를 둘러싸도록 프레임(170)을 형성시켜 광기전력 모듈을 완성한다.
도 14은 본 발명의 실시예에 따른 단위전지의 색상 특성을 나타내기 위한 색 좌표이다. 도 14에 도시되는 색 좌표는 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표이다. CIE LAB 색 좌표는 모든 색상을 X, Y, Z 라는 3자 극치의 상대적인 양으로 표현하고, 이러한 수치를 3가지 좌표, 즉, L*, a*, b*값으로 변환한 것이다. 여기서 L*은 밝기의 변수이며, a* 와 b*는 색도 좌표(chromacity coordinates)이다. a*는 적색(Red)과 녹색(Green)을 잇는 축과 관련된 좌표이고, b*는 노란색(Yellow)과 청색(Blue)을 잇는 축과 관련된 좌표이다.
본 발명의 실시예에 따른 단위전지, 즉, 기판(100), 제1 전극(110), 광전변환층(120), 제2 전극(130)을 포함하는 단위전지에 있어서는 광전변환층(120)에 포함되는 진성 반도체층(122)을 특정 두께로 형성시킴에 따라 원하는 색상을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 진성 반도체층(122)의 두께는 약 500Å 내지 약 2000Å, 바람직하게는 약 700Å 내지 약 2000Å의 범위 내에서 특정 값으로 선택될 수 있다.
도 14에 도시되는 색 좌표는 태양광 스펙트럼의 일부에 해당하는 약 300nm 내지 약 1200nm의 파장을 갖는 빛을 약 500Å 내지 약 2000Å 두께의 진성 반도체층(122)을 포함하는 단위전지에 조사하였을 때, 이를 투과하는 빛의 스펙트럼을 대상으로 측정한 것이다. 측정 장비로서는 분광광도계(Spectrophotometer)(X-Rite color i5)의 투광형 장비를 사용하였다. 즉, 진성 반도체층(122)을 포함하는 단위전지는 빛을 반사하는 특성보다는 빛을 투과하는 특성을 크게 가지고 있으며, 육안으로 확인할 수 있는 단위전지의 색상은 이를 투과하는 빛의 스펙트럼 특성이므로, 단위전지를 투과하는 빛의 색상을 색 좌표로 표현하였다. 이렇게 측정된 색 좌표, 즉, 단위전지에 약 300nm 내지 약 1200nm의 파장을 갖는 빛을 투과시켰을 때, 가시광선 영역에서(300nm~800nm) 투과되는 빛에 대해 측정한 색 좌표에 해당하는 값이 단위전지의 색상이라 할 수 있다.
아래의 표 1은 진성 반도체층(122)의 두께가 각각 700Å, 1200Å, 1500Å, 2000Å일 때 단위전지의 색상에 대한 색 좌표, 투과율, 출력을 수치적으로 나타낸 것이다.
표 1
진성 반도체층 두께 700Å 1200Å 1500Å 2000Å
색 좌표 L 61.01 45.47 43.69 33.61
a* 7.05 18.83 22.68 31.12
b* 48.37 54.12 53.95 52.39
투과율(%) 34.26 19.88 18.64 13.82
출력(W) 42 89 89 101
도 14 및 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단위전지는 CIE LAB 색 좌표 상에서 실선 영역으로 표시된 범위, 즉, a*: 5~35, b*: 45~55, L*: 30~70의 범위 내에 속하였다. 예를 들어, 단위전지의 광전변환층(120)에 포함되는 진성 반도체층(122)의 두께가 약 700Å일 때는 a*: 7.05, b*: 48.37, L: 61.01 이었고, 약 1200Å일 때는 a*: 18.83, b*:54.12, L: 45.47 이었다. 또한, 진성 반도체층(122)의 두께가 약 1500Å일 때에는 a*: 22.68, b*: 53.95, L: 43.69 였고, 약 2000Å일 때는 a*: 31.12, b*: 52.39, L: 33.61이었다.
광전변환층(120)에 포함되는 p 형 반도체층(121)과 n 형 반도체층(123)은 각각 연한 갈색과 노란색을 나타내는데, 진성 반도체층(122)의 두께가 약 500Å 내지 약 2000Å로 형성됨에 따라 광전변환층(120)을 포함하는 단위전지는 연한 노란색을 갖게 된다.
한편, 표 1을 참조하면, 태양광이 단위전지에 조사될 때의 투과율(광투과율)은 약 10% 내지 약 40%를 보이게 되며, 출력은 약 40W 내지 약 105W를 보인다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 시각적으로 안정감을 줄 수 있는 색상을 냄과 동시에 높은 광투과성을 보일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 건물의 창 등에 적용가능한 BIPV 모듈로 이용할 수 있게 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 절연성 보호층(150)의 조성 및 그 두께 조절 등을 통해 전체 광기전력 모듈의 색상을 변화시킬 수도 있다. 예를 들어, 절연성 보호층(150)은 EVA, PVF, PVB 시트 또는 아크릴 수지 등일 수 있는데, 투명색(clear), 갈색(brown), 회색(gray), 청록색(blue green), 청색(blue) 계열 또는 이와 유사한 계열의 색상을 가질 수 있다. 이는 상기 계열의 색상을 갖는 안료를 이용한 폴리머를 통해 제작된 것일 수 있고, 그 두께는 약 0.38mm~1.52mm의 범위일 수 있다. 또한, 상기 절연성 보호층(150)에 더하여 이면 기판(160)이 포함되는 경우, 이면 기판(160)은 갈색(brown), 청색(blue), 녹색(green) 또는 이와 유사한 계열의 색상을 가질 수 있으며, 그 두께는 약 3mm~15mm의 범위 내에 해당할 수 있다. 상기 특성을 갖는 진성 반도체층(122), 절연성 보호층(150) 및 이면 기판(160)을 이용하여 광기전력 모듈을 제조함으로써 전체 모듈의 색상은 태양광이 존재하는 환경 하에서 육안으로 확인했을 때 밝은 녹색 또는 녹색 계열에 가까워지게 된다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에 포함될 수 있는 이면 기판(160)의 색상을 CIE LAB 색 좌표 상에서 나타낸 것이고, 표 2는 이러한 이면 기판(160)의 가질 수 있는 색 좌표의 수치를 예시적으로 나타낸 것이다. 색 좌표 측정 방법은 위에서 설명한 단위전지의 색 좌표 측정법과 동일하다. 측정 장비 또한 위에서 언급한 분광광도계(Spectrophotometer)(X-Rite color i5)의 투광형 장비를 사용하였다. 측정시 각 이면 기판(160)의 두께는 약 5mm로 하였다.
표 2
Bare glass Greenglass Blueglass Dark blueglass Bluishgreenglass Bluishgreenglass Bluishgreenglass
색 좌표 L 95.95 90.14 84.58 60.52 85.82 79.14 72.89
a* -0.98 -7.22 -6.33 -32.11 -21.79 -34.74 -46.3
b* 0.12 1.41 -9.63 -34.84 -10.5 -16.66 -21.45
투과율 89.88 76.61 65.19 28.70 67.617 55.16 44.9
도 15의 실선으로 표시된 범위가 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에 포함될 수 있는 이면 기판(160)의 색상 범위이다.
도 15 및 표2 를 참조하면, 이면 기판(160)으로서는 색 좌표가 a*: -55~5, b*: -40~10, L: 55~100 범위에 속하는 글라스가 이용될 수 있다. 표 2에서는 각 글라스의 색 좌표에 대응하는 색상을 문어적으로 표기하였는데, 통상적으로 상기 색 좌표의 값을 갖을 때 일반적으로 사용하는 색상의 명칭을 투명, 녹색, 청색, 짙은 청색, 청녹색 등으로 표기하였다.
표 3은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에 있어서, 진성 반도체층(122)의 두께를 약 1500Å으로 하고, 위에서 설명한 바와 같은 이면 기판(160)을 포함시켰을 때 전제 광기전력 모듈의 색상을 CIE LAB 색 좌표로 나타낸 것이고, 도 16는 표 3에 나타낸 색 좌표를 그래프로 표현한 것이다. 여기서의 측정 방법 역시 단위전지 및 이면 기판(160)의 색 좌표 측정법과 동일하다. 측정 장비 또한 위에서 언급한 분광광도계(Spectrophotometer)(X-Rite color i5)의 투광형 장비를 사용하였다. 광기전력 모듈에 포함되는 절연성 보호층(150)으로서는 0.76mm 두께의 투명한 PVB 시트를 사용하였다.
표 3
번호 1 2 3 4 5 6 7
1500Å+Bare glass 1500Å+Greenglass 1500Å+Blueglass 1500Å+Dark blueglass 1500Å+Bluishgreenglass 1500Å+Bluishgreenglass 1500Å+Bluishgreenglass
색 좌표 L 44.75 41.42 37.62 32.55 27.68 22.87 20.25
a* 19.08 13.96 11.13 6.91 -2.83 -12.28 -15.07
b* 53.09 48.78 42.27 40.15 31.13 24.87 15.83
투과율(%) 22.37 17.13 14.88 13.33 10.33 11.76 10.05
출력 85W
표 3 및 도 16를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 색상은 전체적으로 연한 노란색 계열을 나타낸다. 또한, 약 10% 내지 25%의 높은 투과율을 보이며, 약 85W의 안정화된 높은 출력을 나타낸다. 따라서, 건물의 창 등에 적용 가능한 BIPV 모듈로 이용될 때 사용자에게 심미감과 동시에 시각적 안정감을 줄 수 있고, 높은 투과율을 보이므로 기존의 창을 대체할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 색상은 광전변환층(120)에 포함되는 p 타입 반도체층(121)의 밴드갭을 특정 값으로 적절히 선택함으로써도 조절될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, a-SiC:H와 같은 p 타입 반도체층(121)은 실란(SiH4)가스와 메탄(CH4) 가스를 포함하는 원료 가스, 도핑 가스, 수소(H2) 가스가 반응실에 혼입됨으로써 형성될 수 있는데, 여기서 실란(SiH4) 가스와 메탄(CH4) 가스 전체 유량에 대한 메탄(CH4) 가스 유량의 비율을 조절하게 되면, p 타입 반도체층(121)에 포함되는 탄소량이 변화하고, 그 탄소량 변화에 따라 p 타입 반도체층(121)의 밴드갭이 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 CH4/(SiH4+CH4)의 가스 유량 비를 약 0% 내지 2.0%로 하여 p 타입 반도체층(121)이 형성될 수 있다. 상기 가스 유량 비가 0%일 때는 a-Si:H 로 표현되는 p 타입 반도체층(121)이 형성되고, 그 이상일 때는 a-SiC:H 로 표현되는 p 타입 반도체층(121)이 형성된다.
이 때, 상기 가스 유량 비가 증가함에 따라, p 타입 반도체층(121)에 포함되는 탄소량은 많아지고, 밴드갭은 약 1.7eV 에서 약 2.5eV로 높아진다.
p 타입 반도체층(121)이 약 1.7eV 내지 약 2.5eV의 밴드갭을 가짐에 따라 이를 포함하는 단위전지의 색상이 연한 노란색을 나타내게 된다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 p 타입 반도체층(121)의 밴드갭 변화에 따른 단위전지의 색상 변화를 CIE LAB 색 좌표 상에서 나타낸 것이다. 여기서의 측정 장비 또한 위에서 언급한 분광광도계(Spectrophotometer)(X-Rite color i5)의 투광형 장비를 사용하였다. 한편, 표 4는 p 타입 반도체층(121) 형성 시의 CH4/(SiH4+CH4) 가스 유량 비를 특정 값으로 하였을 때의 색 좌표 및 출력을 수치적으로 표기한 것이다.
표 4
CH4/(SiH4+CH4) 가스 유량 비 0% 0.5% 1% 1.5%
색 좌표 L 51.27 57.61 60.51 62.27
a* 3.54 -0.61 -4.12 -0.304
b* 58.16 62.05 58.52 51.84
출력(W) 108 90 61 30
도 17 및 표 4를 참조하면, 약 1.7eV 내지 약 2.5eV의 밴드갭을 갖는 p 타입 반도체층(121)을 포함하는 단위전지는 도 17에서 실선으로 표시된 영역(a*: -5~5, b*: 45~65, L: 50~65)의 범위에 해당하는 색상을 갖는다. 즉, 연한 노랙색을 띄게 된다. 동시에 출력 또한 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다.
한편, 이때에도 역시 절연성 보호층(150)의 조성 또는 두께 조절 및 이면 기판(160)의 색상 또는 두께 조절을 통해 전체 광기전력 모듈의 색상을 조절할 수 있다. 전술한 바와 같이 절연성 보호층(150)은 투명색(clear), 갈색(brown), 회색(gray), 청록색(blue green), 청색(blue) 계열 또는 이와 유사한 계열의 색상을 갖으며 약 0.38mm~1.52mm의 두께를 갖는 EVA, PVF, PVB 시트 또는 아크릴 수지 등을 포함할 수 있고, 이면 기판(160)은 갈색(brown), 청색(blue), 녹색(green) 또는 이와 유사한 계열의 색상을 갖으며 약 3mm~15mm의 두께로 형성될 수 있다. 도 15 및 표 2를 참조하여 설명한 바와 같은 이면 기판(160)이 본 실시예에서도 이용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 광투과율은 약 10%~40%를 나타낼 수 있다. 본 발명의 광기전력 모듈은 연한 노란색 또는 밝은 녹색 등의 색상을 갖게 되므로, 건물의 창 등에 적용될 경우 시각적 피로감이 종래 적갈색 또는 주황색 등의 색상을 가졌던 광기전력 모듈에 비해 상대적으로 덜하게 되며 건축물과의 높은 조화도 및 미려함을 꾀할 수 있게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (26)

  1. 기판 상에 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성되는 광전변환층;
    상기 광전변환층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며,
    상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: 5~35, b*: 45~55, L*: 30~70에 해당하는 범위의 색상을 갖는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환층은, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, 상기 p 타입 반도체층과 상기 n 타입 반도체층 사이에 형성되는 진성 반도체층을 포함하고,
    상기 진성 반도체층의 두께는 500Å 내지 2000Å인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환층은, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, 상기 p 타입 반도체층과 상기 n 타입 반도체층 사이에 형성되는 진성 반도체층을 포함하고,
    상기 진성 반도체층의 두께는 700Å 내지 2000Å인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  4. 기판 상에 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성되는 광전변환층;
    상기 광전변환층 상에 형성되는 제2 전극을 포함하고,
    상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며,
    상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: -5~5, b*: 45~65, L: 50~65에 해당하는 범위의 색상을 갖는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광전변환층은, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, 상기 p 타입 반도체층과 상기 n 타입 반도체층 사이에 형성되는 진성 반도체층을 포함하고,
    상기 p 타입 반도체층의 밴드갭은 1.7eV 내지 2.5eV인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 p 타입 반도체층은 실란(SiH4) 가스와 메탄(CH4) 가스가 혼합된 원료 가스, 도핑 가스, 수소(H2) 가스가 반응실에 혼입됨으로써 형성되고,
    상기 원료 가스의 CH4/(SiH4+CH4) 가스 유량 비는 0% 내지 2.0%인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 형성되는 절연성 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연성 보호층은 투명색(clear), 갈색(brown), 회색(gray), 청록색(blue green), 청색(blue) 계열의 색상을 갖는 EVA(Etylene Vinyl Acetate), PVF(polyvinylfloride), PVB(Polyvinyl butyral) 시트 또는 아크릴 수지(resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연성 보호층의 두께는 0.38mm 내지 1.52mm인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  10. 제7항에 있어서
    상기 절연성 보호층 상에 형성되는 이면 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이면 기판은 갈색, 청색, 녹색 계열의 색상을 갖는 글라스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이면 기판은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: -55~5, b*: -40~10, L: 55~100 에 해당하는 범위의 색상을 갖는 글라스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 이면 기판의 두께는 3mm 내지 15mm인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈.
  14. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계;
    상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며,
    상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: 5~35, b*: 45~55, L*: 30~70에 해당하는 범위의 색상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광전변환층을 형성하는 단계는, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, 상기 p 타입 반도체층과 상기 n 타입 반도체층 사이에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 진성 반도체층은 500Å 내지 2000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법
  16. 제14항에 있어서,
    상기 광전변환층을 형성하는 단계는, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, 상기 p 타입 반도체층과 상기 n 타입 반도체층 사이에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 진성 반도체층은 700Å 내지 2000Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법
  17. 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극 상에 광전변환층을 형성하는 단계;
    상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 상의 제1 전극, 상기 광전변환층, 상기 제2 전극은 서로 직렬연결되는 복수의 단위전지들을 형성하며,
    상기 단위전지들은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: -5~5, b*: 45~65, L: 50~65에 해당하는 범위의 색상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광전변환층을 형성하는 단계는, p 타입 반도체층, n 타입 반도체층, 상기 p 타입 반도체층과 상기 n 타입 반도체층 사이에 진성 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 p 타입 반도체층은 1.7eV 내지 2.5eV의 밴드갭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 p 타입 반도체층 형성 단계는,
    실란(SiH4) 가스와 메탄(CH4) 가스가 혼합된 원료 가스, 도핑 가스, 수소(H2) 가스를 반응실에 혼입시키는 단계를 포함하되, 상기 원료 가스의 CH4/(SiH4+CH4) 가스 유량 비를 0% 내지 2.0%로 하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  20. 제14항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제2 전극 상에 절연성 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 절연성 보호층은 투명색(clear), 갈색(brown), 회색(gray), 청록색(blue green), 청색(blue) 계열의 색상을 갖는 EVA(Etylene Vinyl Acetate), PVF(polyvinylfloride), PVB(Polyvinyl butyral) 시트 또는 아크릴 수지(resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 절연성 보호층의 두께는 0.38mm 내지 1.52mm인 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  23. 제20항에 있어서
    상기 절연성 보호층 상에 이면 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 이면 기판은 갈색, 청색, 녹색 계열의 색상을 갖는 글라스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 이면 기판은 CIE(국제조명위원회) LAB 색 좌표 상에서 a*: -55~5, b*: -40~10, L: 55~100 에 해당하는 범위의 색상을 갖는 글라스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
  26. 제10항에 있어서,
    상기 이면 기판은 3mm 내지 15mm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기전력 모듈의 제조 방법.
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