KR101846468B1 - 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호 - Google Patents

태양전지 패널 및 이를 구비한 창호 Download PDF

Info

Publication number
KR101846468B1
KR101846468B1 KR1020160104594A KR20160104594A KR101846468B1 KR 101846468 B1 KR101846468 B1 KR 101846468B1 KR 1020160104594 A KR1020160104594 A KR 1020160104594A KR 20160104594 A KR20160104594 A KR 20160104594A KR 101846468 B1 KR101846468 B1 KR 101846468B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
solar cell
layer
condensing
diffusion layer
Prior art date
Application number
KR1020160104594A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180020375A (ko
Inventor
고형덕
이기용
권석준
한일기
정기남
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020160104594A priority Critical patent/KR101846468B1/ko
Priority to US15/260,742 priority patent/US20180053869A1/en
Publication of KR20180020375A publication Critical patent/KR20180020375A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101846468B1 publication Critical patent/KR101846468B1/ko

Links

Images

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
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0468—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising specific means for obtaining partial light transmission through the module, e.g. partially transparent thin film solar modules for windows
    • 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
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • 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
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B5/00—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B7/00—Special arrangements or measures in connection with doors or windows
    • E06B7/28—Other arrangements on doors or windows, e.g. door-plates, windows adapted to carry plants, hooks for window cleaners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0038—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
    • G02B19/0042—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/26—Building materials integrated with PV modules, e.g. façade elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/10—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for buildings or parts thereof
    • E05Y2900/13—Type of wing
    • E05Y2900/148—Windows
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

태양전지 패널 및 이를 구비한 창호가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널은 빛이 입사되고 산란되는 광확산층; 광확산층의 하부에 적층되게 마련되되, 광확산층을 투과한 빛이 반사되어 측부로 집광되도록 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 광확산층 방향으로 볼록한 공동(cavity) 형상의 복수의 패턴이 상호 이격되게 형성된 집광층; 및 집광층의 측면에 마련되되, 집광층의 측면을 따라 배치되고 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀을 구비한 태양전지 셀 어레이를 포함한다.

Description

태양전지 패널 및 이를 구비한 창호{SOLAR CELL PANEL AND THE WINDOW HAVING THEREOF}
본 발명은 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고효율 고투광성 및 두께 증가 없는 대면적의 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호에 관한 것이다.
최근 들어서 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다.
이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있으며 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그 중에서도 태양전지를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술은 21세기 유망 신기술로서 근래 전 세계적으로 주목받고 있다.
건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극에 대한 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 발전시킨 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양광 발전시스템을 설치하는데 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다.
태양전지를 건축물 외장재로 이용한 것 중 하나가 태양전지를 창호에 결합한 태양전지 창호(solar window)이다. 2020년까지 제로에너지 건축물 의무화가 우리나라를 포함해 전 세계적으로 진행되고 있으며, 이에 따라 태양전지 창호와 같은 건축물 자체 에너지 생산 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
태양전지 창호가 건축물에 적용되기 위해서는 장기적인 안정성이 높고, 미적 창호 기능을 겸비한 대면적, 고효율 태양전지 기술이 요구된다.
그러나, 기존의 태양전지 창호는 단순히 한 쌍의 유리 기판 내부에 태양전지 모듈을 삽입하여 구성하거나 유리 기판의 일면에 태양전지 모듈을 부착시킨 것으로서 효율과 시야감이 낮고 대면적 창호에 적합하지 않은 문제점이 있다.
최근에는 태양전지 창호의 효율을 향상시키고자 태양전지를 집광하는 방법에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 국제공개공보 WO 2015/079094(2015.06.04.)와 논문(Solar Energy Materials & Solar Cells 84 (2004) 411-426)에는 태양전지 창호에 적용가능한 태양광 집광장치가 개시되어 있다.
도 1은 국제공개공보 WO 2015/079094에 따른 태양광 집광장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 Solar Energy Materials & Solar Cells 84 (2004) 411-426에 개재된 태양광 집광장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 국제공개공보 WO 2015/079094에 개시된 태양광 집광장치는 광결정 물질층(a phototonic crystal coating,2)이 투명 또는 반투명 기판(transparent or semi-transparent substrate,4)의 상면에 배치되고, 형광 물질층(a layer of lmninescent material,3)이 광결정 물질층(2)의 상면에 배치되고, 태양전지 셀(1A,1B,photovoltaic cell)이 기판(4)에 평행하게 배치된다. 그리고 기판(4)과 기판(4)의 상부에 마련된 탑 시트(6) 사이는 밀봉재(5)에 의해 밀봉된다.
상기와 같은 국제공개공보 WO 2015/079094에 개시된 태양광 집광장치는 형광 물질층(3)에 의해 입사광의 파장이 변환된 후 광결정 물질층(2)에 의해 입사광이 태양전지 셀(1A,1B)로 가이드된다.
그리고, 도 2를 참조하면, Solar Energy Materials & Solar Cells 84 (2004) 411-426에 개재된 태양광 집광장치는 3가지 색을 갖는 발광형 태양광 집광기em들(Luminescent solar concentrators;LSCs)이 적층된 구조를 가진다. 구체적으로 보라색, 녹색, 핑크색 염료가 도핑된 태양광 집광기들(LSCs)이 적층된 구조를 갖는다.
상기한 Solar Energy Materials & Solar Cells 84 (2004) 411-426에 개재된 태양광 집광장치는 입사광을 단파장에서 장파장까지 파장변환이 가능한 3개의 태양광 집광기들(LSCs)로 나누어 파장변환하고 엔드미러(end mirror)와 리플렉터(reflector) 및 라이트 가이드(Light Guide)를 통해 태양전지 셀이 위치한 측면으로 전달된다.
전술한 바와 같은 종래 기술들은 입사광을 특정 파장으로 변환한 후 태양전지 셀이 위치한 방향으로 가이드 또는 전달하므로 태양전지 발전효율이 낮고 투광성이 낮으며, 창호의 두께가 증가되는 문제점이 있다.
국제공개공보 WO 2015/079094(2015.06.04.)
Optimisation of a three-colour luminescent solar concentrator daylighting system, Solar Energy Materials & Solar Cells 84 (2004) 411-426
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고효율 고투광성 및 두께 증가 없는 대면적의 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 빛이 입사되고 산란되는 광확산층; 상기 광확산층의 하부에 적층되게 마련되되, 상기 광확산층을 투과한 빛이 반사되어 측부로 집광되도록 상기 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 상기 광확산층 방향으로 볼록한 공동(cavity) 형상의 복수의 패턴이 상호 이격되게 형성된 집광층; 및 상기 집광층의 측면에 마련되되, 상기 집광층의 측면을 따라 배치되고 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀을 구비한 태양전지 셀 어레이를 포함하는 태양전지 패널이 제공될 수 있다.
복수의 상기 패턴은 매트릭스(matrix) 형태를 이룰 수 있다.
복수의 상기 패턴의 주기적 반복 패턴의 반복 폭은 1~2000㎛ 일 수 있다.
상기 패턴은 폭이 1~1000㎛이고 높이가 1~1000㎛일 수 있다.
상기 집광층은 유리기판으로 형성되며, 상기 집광층의 상기 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 식각 또는 레이저 가공으로 상기 광확산층 방향으로 볼록한 공동 형상의 패턴을 형성할 수 있다.
상기 광확산층과 상기 집광층은 하나의 단위 집광모듈을 형성하며, 상기 단위 집광모듈은 높이방향으로 적어도 하나 이상 적층되게 형성되며, 상기 태양전지 셀 어레이는 상기 단위 집광모듈의 개수에 대응하여 각각의 상기 단위 집광모듈의 측면에 마련되고 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 태양전지 패널; 및 상기 태양전지 패널의 테두리를 따라 결합되는 창호 프레임을 포함하며, 상기 태양전지 패널은 빛이 입사되고 산란되는 광확산층과, 상기 광확산층의 하부에 적층되게 마련되고 상기 광확산층을 투과한 빛이 반사되어 측부로 집광되도록 상기 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 상기 광확산층 방향으로 볼록한 공동(cavity) 형상의 복수의 패턴이 상호 이격되게 형성된 집광층을 구비한 집광모듈; 및 상기 집광모듈의 측면에 결합되는 태양전지 셀 어레이를 포함하는 태양전지 패널을 구비한 창호가 제공될 수 있다.
복수의 상기 패턴은 매트릭스(matrix) 형태를 이룰 수 있다.
복수의 상기 패턴의 주기적 반복 패턴의 반복 폭은 1~2000㎛ 일 수 있다.
상기 패턴은 폭이 1~1000㎛이고 높이가 1~1000㎛일 수 있다.
상기 집광모듈이 높이방향으로 복수 개 적층되는 경우에, 상기 태양전지 셀 어레이는 상기 집광모듈의 개수에 대응하여 각각의 상기 집광모듈의 측면에 결합되고 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예는 입사광을 특정 파장으로 변환하지 않고 전파장을 투과시켜 발전하므로 고효율 및 고투광성의 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예는 입사광을 특정 파장으로 변환하는 형광 물질층 등을 구비하지 않으므로 두께 증가 없이 대면적의 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예는 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호의 제조공정을 단순화할 수 있다.
도 1은 국제공개공보 WO 2015/079094에 따른 태양광 집광장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 Solar Energy Materials & Solar Cells 84 (2004) 411-426에 개재된 태양광 집광장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 구비한 창호를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광확산층을 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광층에 패턴이 형성된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광층에 패턴이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀 어레이를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀 어레이를 나타내는 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈이 복수 개 적층된 상태를 나타내는 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈의 적층 개수에 따른 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 발전효율을 나타내는 표이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 태양전지 셀 어레이의 직렬 또는 병렬 연결방법을 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 구비한 창호를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광확산층을 나타내는 도면이고, 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광층에 패턴이 형성된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광층에 패턴이 형성된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀 어레이를 나타내는 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 셀 어레이를 나타내는 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 구비한 창호(100)는 태양전지 패널(300)과, 태양전지 패널(300)의 테두리를 따라 결합되는 창호 프레임(200)을 포함한다.
본 실시예에 따른 태양전지 패널(300)은 창호 프레임(200)에 결합되며, 입사되는 빛을 이용하여 광전변환하는 역할을 한다.
그리고 태양전지 패널(300)은 입사되는 빛을 산란 및 반사시켜 측부로 집광하는 집광모듈(310)과, 집광모듈(310)의 측면에 결합되는 태양전지 셀 어레이(Solar Cell arrays;SC arrays, 350)를 포함한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 집광모듈(310)은 광확산층(320)과, 광확산층(320)의 하부에 적층되게 마련된 집광층(330)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 광확산층(diffuser,320)은 입사되는 빛을 산란시키고 확산시키는 역할을 한다. 그리고 광확산층(320)은 집광층(330)의 상부에 마련된다.
도 5에서 도시한 바와 같이, 광확산층(320)은 표면에 금속 나노 입자(323)가 상호 이격되게 배치된 유리기판(321)으로 구성될 수 있다. 즉 광확산층(320)은 유리기판(321)의 표면에 랜덤(random)하게 금속 나노 입자(323)를 배열하여 빛이 전방향으로 산란되게 한다.
그리고, 집광층(330)은 광확산층(320)을 투과한 빛을 반사시켜 측부로 집광하는 역할을 한다.
집광층(330)은 유리기판(331)으로 제조될 수 있다. 그리고 집광층(330)의 광확산층(320)에 대향되는 면의 반대면, 즉 집광층(330)의 하면에는 광확산층(320) 방향으로 볼록한 공동(cavity)형상의 복수의 패턴(333)이 상호 이격되게 형성된다. 즉 집광층(330)은 복수의 패턴(333)이 형성된 유리기판(patterned glass)으로 제조될 수 있다.
또한 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 복수의 패턴(333)은 광확산층(320)의 하면에 매트릭스(matrix)형태로 형성될 수 있다. 복수의 패턴(333)은 상호 이격되게 형성되며, 복수의 패턴(333)의 주기적 반복 패턴의 반복 폭(P)은 1~2000㎛ 일 수 있다.
또한 복수의 패턴(333) 각각은 폭(W)이 1~1000㎛이고 높이(H)가 1~1000㎛ 인 공동 형상으로 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에는 일 예로서 식각 또는 레이저 가공으로 집광층(330)의 하면에 일방향으로 형성된 공동형상의 패턴(333)이 도시되어 있다. 상기와 같은 식각 또는 레이저 가공으로 집광층(330)의 하면에 매트릭스 형태로 배치되는 공동 형상의 복수의 패턴(333)을 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이 광확산층(320)과 집광층(330)은 하나의 단위 집광모듈(310)을 형성하여 입사된 빛을 산란 및 반사시켜 측부로 집광한다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈(310)에 의한 입사광의 집광현상을 살펴보면 다음과 같다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 광확산층(320)에 입사된 빛은 광확산층(320)을 통과하면서 산란되어 전방향으로 확산된다.
그리고 광확산층(320)에 의해 확산된 빛은 집광층(330)을 통과하면서 집광층(330)의 하면에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 공동형상의 패턴(333)에 의해 전반사되어 집광층(330)의 측부로 가이드되고 집광될 수 있다.
또한 집광층(330)을 통과하는 빛은 복수의 공동형상의 패턴(333)을 투과하여 집광층(330)의 측부로 가이드되고 집광될 수 있다.
또한 집광층(330)을 통과하는 빛은 복수의 공동형상의 패턴(333)에 의해 전반사되고 광확산층(320)의 하면에서 반사되어 집광층(330)의 측부로 가이드되고 집광될 수 있다.
이처럼 본 실시예에 따른 집광모듈(310)은 입사광을 특정 파장으로 변환하지 않고 전파장을 투과시키며 집광층(330)의 측부로 빛을 가이드하고 집광하며, 집광모듈(310)의 측면에 마련된 태양전지 셀 어레이(350)를 통해 광전변환하여 고효율의 발전효과를 얻을 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 집광모듈(310)의 광확산층(320)과 집광층(330)은 유리기판으로 제조되므로 입사광의 투광성을 향상시킬 수 있어 발전효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 집광모듈(310)은 광확산층(320) 및 집광층(330)에 입사광을 특정 파장으로 변환하는 형광 물질층 등을 구비하지 않으므로 두께 증가 없이 대면적으로 제작할 수 있으며, 그 제조공정을 단순화할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 태양전지 셀 어레이(350)는 집광모듈(310)에 의해 집광된 빛을 이용하여 광전변환하는 역할을 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양전지 셀 어레이(350)는 집광모듈(310)의 측면을 따라 마련된다. 구체적으로 집광모듈(310)이 사각평면 형상을 갖는 경우에 집광모듈(310)의 네 측면을 따라 태양전지 셀 어레이(350)가 마련될 수 있다.
그리고 태양전지 셀 어레이(350)는 집광모듈(310)의 측면을 따라 배치되고 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀(360)과, 태양전지 셀(360)의 하면을 지지하는 셀 프레임(370)을 포함한다.
태양전지 셀(360)들은 셀 프레임(370)의 상면에 와이어본딩으로 병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서 태양전지 셀(360)은 실리콘(Si)계열, 갈륨아세나이드(GaAs)계열의 태양전지 셀(360)이 사용될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
셀 프레임(370)은 태양전지 셀(360)의 하면 일부영역에 밀착되는 절연층(insulator,371)과, 태양전지 셀(360)의 하면에 절연층(371)이 밀착된 영역외의 영역에 밀착되는 Al 등의 재질을 갖는 전도층(373)을 포함한다.
한편, 본 실시예에 따른 태양전지 패널을 구비한 창호(100)는 복수 개의 집광모듈(310)을 높이방향으로 적층하여 창호 프레임(200)에 결합할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈이 복수 개 적층된 상태를 나타내는 도면이고, 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광모듈의 적층 개수에 따른 투과도를 나타내는 그래프이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널의 발전효율을 나타내는 표이고, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 태양전지 셀 어레이의 직렬 또는 병렬 연결방법을 나타내는 도면이다.
도 9에서 도시한 바와 같이 복수의 집광모듈(310)이 높이방향으로 적층되는 경우에(예를들어 집광모듈 1(310a)와 집광모듈 2(310b)와 집광모듈 3(310c)이 높이방향으로 적층), 집광모듈(310)의 개수에 대응하여 각각의 집광모듈(310)의 측면에 태양전지 셀 어레이(350)가 마련될 수 있다. 이때 각각의 집광모듈(310)의 측면에 마련되는 태양전지 셀 어레이(350)는 상호 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 패턴(333)의 폭(W)은 100㎛이고, 높이(H)는 100㎛이고, 주기적 반복 패턴의 반복 폭(P)은 500㎛ 일 수 있다.
도 10a는 도 9에서 복수 개의 집광모듈(310)이 적층되는 경우(집광모듈 1(310a)와 집광모듈 2(310b)와 집광모듈 3(310c)이 높이방향으로 적층)에 있어서, 가시광선 파장을 갖는 빛의 투과도를 예시적으로 보여준다. 도 10a에서 도시한 바와 같이 적층되는 집광모듈(310)의 개수를 증가하면 빛의 투과도가 낮아지고 도 10b에서 도시한 바와 같이 각각의 집광모듈(310)의 측면에 마련되는 태양전지 셀 어레이(350)를 통한 광전변환효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 도 9에서와 같이 복수 개의 집광모듈(310)이 적층(집광모듈 1(310a)와 집광모듈 2(310b)와 집광모듈 3(310c)이 높이방향으로 적층)되고 각각의 집광모듈(310)의 측면에 태양전지 셀 어레이(350)를 마련한 경우에 있어서, 도 11a는 각각의 태양전지 셀 어레이(350)를 구성하는 복수의 태양전지 셀(360)을 병렬로 연결하고 복수의 태양전지 셀 어레이(350)를 직렬로 연결한 경우를 나타내며, 도 11b는 각각의 태양전지 셀 어레이(350)를 구성하는 복수의 태양전지 셀(360)을 병렬로 연결하고 복수의 태양전지 셀 어레이(350)를 병렬로 연결한 경우를 예시적으로 보여준다.
도 11a 및 도 11b는 복수의 태양전지 셀 어레이(350)의 연결을 예시적으로 보여주는 것이며, 그외 다양한 방법으로 복수의 태양전지 셀 어레이(350)를 연결할 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 창호 200: 창호 프레임
300: 태양전지 패널 310: 집광모듈
320: 광확산층 330: 집광층
331: 패턴 350: 태양전지 셀 어레이
360: 태양전지 셀 370: 셀 프레임

Claims (11)

  1. 빛이 입사되며 표면에 랜덤하게 금속 나노 입자를 배열하여 빛이 전방향으로 산란되게 하는 광확산층;
    상기 광확산층의 하부에 적층되게 마련되되, 상기 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 상기 광확산층 방향으로 볼록한 반구 형상의 공동(cavity)이 복수의 패턴을 형성하고 복수의 상기 패턴이 매트릭스(matrix) 형태를 이루어 상호 이격되게 배치하여 상기 광확산층을 통과하면서 산란되고 전방향으로 확산된 빛이 복수의 상기 패턴에 의해 반사되어 측부로 집광되게 하는 집광층; 및
    상기 집광층의 측면을 따라 감싸도록 배치되고 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀과, 상기 태양전지 셀의 하면 일부영역에 밀착되는 절연층과 상기 태양전지 셀의 하면에 상기 절연층이 밀착된 영역외의 영역에 밀착되는 전도층을 포함하는 셀 프레임을 구비한 태양전지 셀 어레이를 포함하는 태양전지 패널.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 패턴의 주기적 반복 패턴의 반복 폭은 1~2000㎛ 인 태양전지 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은 폭이 1~1000㎛이고 높이가 1~1000㎛인 태양전지 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집광층은 유리기판으로 형성되며,
    상기 집광층의 상기 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 식각 또는 레이저 가공으로 상기 광확산층 방향으로 볼록한 반구 형상의 공동을 형성하는 태양전지 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층과 상기 집광층은 하나의 단위 집광모듈을 형성하며,
    상기 단위 집광모듈은 높이방향으로 적어도 하나 이상 적층되게 형성되며,
    상기 태양전지 셀 어레이는 상기 단위 집광모듈의 개수에 대응하여 각각의 상기 단위 집광모듈의 측면을 감싸도록 마련되고 상호 전기적으로 연결되는 태양전지 패널.
  7. 태양전지 패널; 및
    상기 태양전지 패널의 테두리를 따라 결합되는 창호 프레임을 포함하며,
    상기 태양전지 패널은,
    빛이 입사되며 표면에 랜덤하게 금속 나노 입자를 배열하여 빛이 전방향으로 산란되게 하는 광확산층과, 상기 광확산층의 하부에 적층되게 마련되고 상기 광확산층에 대향되는 면의 반대면에 상기 광확산층 방향으로 볼록한 반구 형상의 공동(cavity)이 복수의 패턴을 형성하고 복수의 상기 패턴이 매트릭스(matrix) 형태를 이루어 상호 이격되게 배치하여 상기 광확산층을 통과하면서 산란되고 전방향으로 확산된 빛이 복수의 상기 패턴에 의해 반사되어 측부로 집광되게 하는 집광층을 구비한 집광모듈; 및
    상기 집광층의 측면을 따라 감싸도록 배치되고 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀과, 상기 태양전지 셀의 하면 일부영역에 밀착되는 절연층과 상기 태양전지 셀의 하면에 상기 절연층이 밀착된 영역외의 영역에 밀착되는 전도층을 포함하는 셀 프레임을 구비한 태양전지 셀 어레이를 포함하는 태양전지 패널을 구비한 창호.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    복수의 상기 패턴의 주기적 반복 패턴의 반복 폭은 1~2000㎛ 인 태양전지 패널을 구비한 창호.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 패턴은 폭이 1~1000㎛이고 높이가 1~1000㎛인 태양전지 패널을 구비한 창호.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 집광모듈이 높이방향으로 복수 개 적층되는 경우에, 상기 태양전지 셀 어레이는 상기 집광모듈의 개수에 대응하여 각각의 상기 집광모듈의 측면을 감싸도록 마련되고 상호 전기적으로 연결되는 태양전지 패널을 구비한 창호.
KR1020160104594A 2016-08-18 2016-08-18 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호 KR101846468B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104594A KR101846468B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호
US15/260,742 US20180053869A1 (en) 2016-08-18 2016-09-09 Solar cell panel and window having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104594A KR101846468B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180020375A KR20180020375A (ko) 2018-02-28
KR101846468B1 true KR101846468B1 (ko) 2018-04-09

Family

ID=61192164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160104594A KR101846468B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20180053869A1 (ko)
KR (1) KR101846468B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200080702A (ko) 2018-12-27 2020-07-07 서영대학교 산학협력단 집광형 태양광발전 스마트창문

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10211776B2 (en) * 2015-12-09 2019-02-19 Brian Patrick Janowski Solar window construction and methods
US11489483B2 (en) 2015-12-09 2022-11-01 Brian Patrick Janowski Solar window construction and methods
US10763778B2 (en) * 2015-12-09 2020-09-01 Brian Patrick Janowski Solar window construction and methods
KR102398959B1 (ko) * 2020-09-10 2022-05-17 한국전자기술연구원 태양광 집광 장치 및 이를 포함하는 태양전지 모듈

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100933213B1 (ko) * 2009-05-13 2009-12-22 한국과학기술원 태양광 발전용 집광 렌즈
JP2012156445A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Sharp Corp 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
JP2015011060A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 株式会社デンソー 集光器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2534509B1 (en) * 2010-02-10 2019-07-24 3M Innovative Properties Company Illumination device having viscoelastic layer
US20150162474A1 (en) * 2012-06-01 2015-06-11 Sharp Kabushiki Kaisha Solar cell module and solar power generation device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100933213B1 (ko) * 2009-05-13 2009-12-22 한국과학기술원 태양광 발전용 집광 렌즈
JP2012156445A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Sharp Corp 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
JP2015011060A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 株式会社デンソー 集光器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200080702A (ko) 2018-12-27 2020-07-07 서영대학교 산학협력단 집광형 태양광발전 스마트창문

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180020375A (ko) 2018-02-28
US20180053869A1 (en) 2018-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101846468B1 (ko) 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호
KR101892637B1 (ko) 태양전지 패널 및 그를 포함하는 창호
US20170018672A1 (en) High power solar cell module
US20140150865A1 (en) Concentrating solar cell
TWI445194B (zh) 太陽光電模組封裝結構及其製造方法
KR20210025282A (ko) 3차원 투명 태양전지 제조방법
US20170194525A1 (en) High power solar cell module
KR20180025589A (ko) 태양전지 패널 및 이를 구비한 창호
US20230238468A1 (en) Transparent photovoltaic cell
KR101074782B1 (ko) 염료감응 태양전지 모듈
KR102196929B1 (ko) 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판
JP2005217357A (ja) 立体構造太陽電池及び立体構造太陽電池モジュール
JP3180413U (ja) 太陽光発電装置
CN101971355B (zh) 光陷获光伏装置
KR20120038625A (ko) 태양전지
KR101101417B1 (ko) 평면형 집광 장치 및 광전 변환 장치
JPWO2008114685A1 (ja) 太陽電池の製造方法および該太陽電池
US20110155215A1 (en) Solar cell having a two dimensional photonic crystal
KR102567895B1 (ko) 분산 마이크로 전극 그리드를 갖는 3차원 투명 태양전지
KR102596269B1 (ko) 확장이 용이한 조립형 태양광 모듈 및 어셈블리의 구조 및 공정
KR20120006179A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
CN102709345A (zh) 超薄晶硅电池结构
CN209216992U (zh) 一种光伏组件及光伏幕墙
CN101820014A (zh) 太阳能电池
KR20090008503A (ko) 수평 배열된 광기전 셀들을 갖는 태양 전지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant