KR101053547B1 - 태양 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 본 발명은 P-N접합으로 이루어지는 일정한 두께의 반도체 기판(11)에 양측면으로 각각 전극(12)을 형성시킨 셀 소자(10)를 수직으로 세워 한 쌍으로 구비하고, 상기 한 쌍의 셀 소자(10)들은 각 N형 반도체 형성면이 상호 마주보게 하면서 상호 마주보는 면에 투광성 접착제(30)를 사용해서 일정 두께의 광유도체(40)가 접합되도록 하여 모듈(100)을 형성하며, 상기 모듈(100)은 외측 전극면으로 절연성 접착제(200)를 도포하여 복수의 모듈(100)이 연결되게 하고, 상기 모듈(100)들 중 양단부의 모듈(100)들로부터는 각각 양극과 음극의 전류가 전선(300)을 통해 유도되도록 하는 구성으로 구비되게 하므로서, 설치 면적을 대폭적으로 줄일 수가 있어 설치 면적에 대비해서 발전 용량을 극대화시킬 수 있도록 하는 동시에 지상이 아닌 지하에 매설해서도 발전이 가능할 뿐만 아니라 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 특징이 있다.

Description

태양 전지{Solar cell}

본 발명은 태양 전지에 관한 것으로서, 본 발명은 지면에 대해서 수직으로 일정한 간극을 이격하여 한 쌍의 셀 소자가 광유도체를 사이에 결합하여 하나의 모듈을 이루게 하고, 이와 같은 모듈을 수평 방향으로 복수 개가 연결되게 하므로써 단위 면적당 에너지 변환 효율을 대폭적으로 증폭시킬 수 있도록 하는 태양 전지에 관한 것이다.

일반적으로 태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.

태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN 접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)은 P형 반도체쪽으로 이동하고, 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생되므로써 전력이 생산되도록 하는 것이다.

이와 같은 태양전지는 통상 박막형 태양 전지와 기판형 태양 전지로 구분할 수가 있는데, 이중 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양 전지를 제조하는 것이고, 기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제작하게 되는 것이다.

한편 기판형 태양 전지는 박막형 태양 전지에 비하여 두께가 두껍고 고가의 재료를 이용해야 하는 단점이 있지만, 전지 효율이 우수한 장점이 있다.

이때 양단의 전극에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이 동작 원리이다. 이러한 태양전지는 필요에 따라 직병렬로 연결하여 자연환경 및 외부충격에 견딜 수 있는 구조를 만들어 사용하게 되는데 그 최소단위가 태양광 모듈이며, 이러한 태양광 모듈을 복수개 연결하여 모듈판을 제작한다.

이러한 모듈판을 이용하여 태양광 발전을 하고 있으며, 청정 에너지의 대표적 사례로서 현재는 다양한 분야에서도 소형으로 제작되어 사용되고 있다.

하지만 현재의 태양 전지는 단층구조로 이루어지면서 전기를 생산하기 위해서는 태양을 향해 모듈판이 설치되어야만 하므로 설치면적이 대단히 많이 소요되는데 비해 단위면적당 전기에너지의 생산비가 낮은 폐단이 있다.

따라서 효율적인 측면에서 아직은 에너지밀도가 낮기 때문에 여전히 화석연료나 원자력에너지에 에너지 의존도가 높은 것이 현재의 실정이다.

이에 본 발명은 상기한 폐단과 문제점을 개선하기 위하여 본 발명은 상호 마주보게 수직으로 구비되는 한 쌍의 셀 소자를 광유도체를 개제시켜 하나의 모듈을 이루고, 복수의 모듈들을 수평 연결하므로서 설치면적 대비 발전 용량을 극대화시킬 수 있도록 하는 태양 전지를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 시공 비용을 절감하므로써 보급률을 대폭적으로 증대시킬 수 있도록 하는 태양 전지를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기의 목적 달성을 위하여 본 발명의 태양 전지는, P-N접합으로 이루어지는 일정한 두께의 반도체 기판에 양측면으로 각각 전극을 형성시킨 셀 소자를 수직으로 세워 한 쌍으로 구비하고, 상기 한 쌍의 셀 소자들은 각 N형 반도체 형성면이 상호 마주보게 하면서 상호 마주보는 면에 투광성 접착제를 사용해서 일정 두께의 광유도체가 접합되도록 하여 모듈을 형성하며, 상기 모듈은 외측 전극면으로 절연성 접착제를 도포하여 복수의 모듈이 연결되게 하고, 상기 모듈들 중 양단부의 모듈들로부터는 각각 양극과 음극의 전류가 전선을 통해 유도되도록 하는 구성이다.

상기한 구성의 본 발명에 따른 태양전지는 한 쌍의 셀 소자 사이에 광유도체를 게재시킨 모듈을 면간 접착에 의해 복수 개가 연결되게 하므로서 설치 면적을 대폭적으로 줄일 수가 있는 동시에 설치 면적에 대비해서 발전 용량을 극대화시킬 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 태양전지는 지상이 아닌 지하에 매설해서도 발전이 가능할 뿐만 아니라 발전 효율을 더욱 향상시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양 전지에 적용되는 모듈의 실시예 구성을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 일부 확대 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 태양 전지에서 광유도체를 상향 돌출시킨 모듈의 다른 실시예를 도시한 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 태양 전지에서 모듈에 형성되는 광유도체의 실시예를 도시한 확대도,
도 5는 본 발명에 따른 태양 전지의 모듈에 의한 전기 발생 원리를 도시한 구조도,
도 6은 도 5에 의한 회로도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 태양 전지의 실시예 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 일부 확대 단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 태양 전지는 복수의 모듈(100)을 수평 방향으로 일정한 두께로서 적층되도록 한 구조로서 이루어지도록 하는 구성이다.

이때의 모듈(100)은 한 쌍의 셀 소자(10) 사이로 광유도체(40)가 접합되도록 한 구성으로 이루어진다.

셀 소자(10)는 종전과 마찬가지로 PN층을 형성한 반도체 기판(11)의 양측으로 전극(12)이 각각 형성되도록 하는 구성이며, 다만 본 발명에서의 셀 소자(10)는 가로로 뉘어진 구성이 아니라 세로로 세워지도록 하여 한 쌍의 셀 소자(10)가 한 조를 이루도록 구성한다.

이와 같은 셀 소자(10)의 반도체 기판(11)은 P형 반도체와 N형 반도체로서 이루어진다.

즉 셀 소자(10)의 반도체 기판(11)에서 태양빛이 쏘여지는 부분은 N형 반도체이고, 그 반대 부분은 P형 반도체로서 이루어지도록 하며, 이러한 반도체 기판(11)의 양측면에는 각각 전극(12)이 형성되도록 한다.

이때 N형 반도체측의 전극이 형성되는 면에는 빛이 반사되지 않도록 하는 반사방지막(20)이 형성되도록 한다.

본 발명은 상기한 셀 소자(10)를 한 쌍으로 구비해서 각 셀 소자(10)의 N형 반도체 형성면이 서로 마주보도록 하고, 이들 셀 소자(10)들 사이에는 일정 두께의 광유도체(40)를 위치시켜 각 셀 소자(10)와 투광성 접착제(30)에 의해서 접합되도록 한다.

이와 같이 한 쌍의 셀 소자(10)들 사이에는 투광성 접착제(30)를 사용하여 광유도체(40)가 견고하게 부착되도록 한다.

광유도체(40)는 수직으로 세워진 셀 소자(10)들 사이에서 햇빛이 유도되도록 하는 구성이며, 이 광유도체(40)는 필름 형태로 형성할 수도 있고, 파이버의 형태로도 형성할 수가 있다.

다만 광유도체(40)는 한 쌍의 셀 소자(10)들 사이에서 도 3에서와 같이 일정 높이를 상향 돌출되게 형성할 수도 있고, 이러한 광유도체(40)의 돌출부위에는 일측면 또는 양측면으로 빛과의 접촉면이 보다 확장될 수 있도록 도 4와 같이 파형면 또는 요철면으로 형성되게 할 수도 있다.

한편 광유도체(40)를 부착시키기 위해서 각 셀 소자(10)들에 도포되는 투광성 접착제(30)는 광유도체(40)를 부착시킨 상태에서도 투명도를 안정적으로 유지할 수 있는 EVA 접착제를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

결국 셀 소자(10)의 N형 반도체 형성면에 형성한 전극(12)들의 사이에는 전술한 바와 같이 반사방지막(20)이 형성되도록 하면서 반사방지막(20)과 전극(12)에는 일정 두께로 투광성 접착제(30)가 도포되도록 한 후 광유도체(40)가 접합되도록 하여 한 쌍의 셀 소자(10)이 연결된 모듈(100)을 형성하도록 한다.

따라서 모듈(100)은 P형 반도체 형성면과 각 셀 소자(10)의 외측의 전극(12)이 외측면을 이루게 되므로 이런 모듈(100)을 전극(12)간 접촉시키면서 연속해서 적층시킬 수는 없다.

즉 같은 P형 반도체 형성면과 전극끼리는 같은 극성을 나타내므로 이들간을 연속해서 연결할 수는 없으므로 이들 모듈(100)을 복수 개가 연결되도록 하기 위해서는 P형 반도체 형성면간으로 절연성 접착제(200)가 도포되도록 한다.

한편 모듈(100)간을 접착시키는 절연성 접착제(200)는 EVA(ETHYLENE VINYL ACETATE) 절연성 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이렇게 절연성 접착제(200)를 사용하여 복수의 모듈(100)들을 면간 접합에 의해서 수평 방향으로 필요한 갯수만큼 적층시키도록 한 후 인접하는 모듈(100)들의 반대 극성끼리를 전선(300)으로 연결하고, 특히 양단부측 모듈(100)들로부터는 각각 양극 전극(12)과 음극 전극(12)으로부터 전선(300)을 이용해서 배터리(400)에 연결하게 되면 배터리(400)에는 항상 일정 용량이 충전되어 있게 된다.

이와 같이 배터리(400)에 충전된 전기는 직류 부하를 그대로 사용할 수도 있으나, 직류 부하를 교류로 변환시켜 교류 부하로도 사용할 수가 있다.

이하 본 발명에 따른 태양 전지를 통한 전기 발생의 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 태양 전지에 의한 전지 발생의 원리를 도시한 단면 구조도이고, 도 6은 본 발명에 의한 전기 발생 회로도이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 태양 전지는 한 쌍의 셀 소자(10)들 사이에 구비되는 광유도체(40)를 통하여 태양빛이 유도되도록 한다.

광유도체(40)를 통해서 유도된 태양빛은 양측의 셀 소자(10)들의 상호 마주보는 반도체 기판(11)의 N형 반도체의 표면으로 비추게 되고, 이때 반도체 기판(11)에서 태양빛으로부터의 에너지에 의해 정공과 전자를 발생시키게 되며, 이러한 정공과 전자는 각각 P형 반도체와 N형 반도체측으로 이동을 하게 되면서 전기에너지로 변환된다.

다시 말해 광유도체(40)를 통해 양측 셀 소자(10)들의 일측면으로 태양빛이 유도되면 셀 소자(10)들의 각 반도체 기판(11)에서는 활발한 전자와 정공의 이동이 발생되고, 이들 전자와 정공의 이동에 의해 발생되는 전위차에 의해 전력이 생성되는 것이다.

다만 본 발명에서는 각 셀 소자(10)들의 반도체 기판(11) 양측으로 이동하게 되는 정공과 전자를 인접하고 있는 셀 소자(10) 또는 모듈(100)측 셀 소자(10)의 상호 대응하는 전극(12)과 전선(300)을 통해 연결되도록 하므로서 각 모듈(100)간 통전이 가능한 상태가 되도록 한다.

이렇게 태양빛에 대해 복수의 모듈(100)들을 연결한 모듈판을 수직으로 설치하도록 하면 설치 공간이 극히 좁은 곳에서도 하나의 셀 소자(10)가 같은 크기를 갖는 수평의 셀 소자 기전력의 90%까지 전기를 생산할 수가 있게 되는데 반해 본 발명은 이러한 셀 소자(10)를 한 쌍으로 구비하게 되므로 한층 높은 전기 생산 효율을 갖도록 하다.

특히 각 셀 소자(10)들간을 전선(300)으로 연결함에 의해서 복수의 셀 소자(10)들을 직렬로 연결시킬 수가 있게 되므로 필요로 하는 전압의 크기를 셀 소자(10)들의 연결 갯수에 의해서 자유롭게 조정할 수가 있다.

이와 같이 본 발명은 한 쌍의 셀 소자(10)들을 지면에 대해서 횡방향이 아닌 종방향으로 설치시켜 형성한 모듈(100)을 횡방향으로 복수 개가 접합되게 하므로서 모듈판을 구비할 수 있도록 하여 설치 면적 대비 전기 생산량을 대폭적으로 늘일 수가 있게 된다.

또한 전기 생산밀도가 크고, 발전량이 많기 때문에 투자대비 전기 생산 효율을 극대화시키므로써 생산비를 대단히 절감시킬 수가 있게 된다.

특히 본 발명은 지상이 아닌 햇빛이 전혀 들지 않는 지하에도 설치가 가능할 뿐만 아니라 완전히 지하에 매립하는 구성으로 구비하더라도 적외선 램프 또는 조명등과 같은 적외선발광장치를 본 발명의 모듈판을 향해 설치되도록 하면 발전대비 전기생산효율을 한층 더 증대시킬 수가 있어 설치비용의 부담을 대폭 줄일 수가 있으므로 한층 저렴하게 폭넓은 보급이 가능해지도록 한다.

100 : 모듈
10 : 셀 소자
11 : 반도체 기판
12 : 전극
20 : 반사방지막
30 : 투과성 접착제
40 : 광유도체
200 : 절열성 접착제
300 : 전선
400 : 배터리

Claims (5)

1. P-N접합으로 이루어지는 일정한 두께의 반도체 기판에 양측면으로 각각 전극을 형성시킨 셀 소자를 수직으로 세워 한 쌍으로 구비하고, 상기 한 쌍의 셀 소자들은 각 N형 반도체 형성면이 상호 마주보게 하면서 상호 마주보는 면에 투광성 접착제를 사용해서 일정 두께의 광유도체가 접합되도록 하여 모듈을 형성하며, 상기 모듈은 외측 전극면으로 절연성 접착제를 도포하여 복수의 모듈이 연결되게 하고, 상기 모듈들 중 양단부의 모듈들로부터는 각각 양극과 음극의 전류가 전선을 통해 유도되도록 하는 구성을 특징으로 하는 태양 전지.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 소자의 반도체 기판에서 N형 반도체 형성면에는 태양빛의 반사가 방지되도록 하는 반사방지막이 형성되는 태양 전지.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 셀 소자들 사이에 구비되는 상기 광유도체는 상기 셀 소자들보다 일정한 높이가 상향 돌출되게 형성되는 태양 전지.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 광유도체의 상기 셀 소자들보다 상향 돌출되게 형성되는 적어도 일측면에는 태양빛과의 접촉면이 확장될 수 있도록 파형면 또는 요철면을 형성하는 태양 전지.
   
5. 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 모듈의 상부에는 적외선발광장치가 구비되어 상기 광유도체로 적외선이 조사되도록 하는 태양 전지.
   

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