KR20120094985A - 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
광기전력 모듈 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120094985A KR20120094985A KR1020110014338A KR20110014338A KR20120094985A KR 20120094985 A KR20120094985 A KR 20120094985A KR 1020110014338 A KR1020110014338 A KR 1020110014338A KR 20110014338 A KR20110014338 A KR 20110014338A KR 20120094985 A KR20120094985 A KR 20120094985A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- thin film
- film solar
- photovoltaic module
- photoelectric conversion
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 27
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 9
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
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
- H01L31/05—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
- H01L31/0508—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 the interconnection means having a particular shape
-
- 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
- H01L31/0201—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 comprising specially adapted module bus-bar structures
-
- 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
- H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명의 광기전력 모듈은, 서로 연결된 복수개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지, 및 상기 박막 태양전지 상부 또는 하부에 배치되며 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀로 이루어지는 결정질 태양전지를 포함할 수 있다.
Description
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 에너지를 이용하는 방법으로는, 태양열을 이용하여 증기를 발생시켜 터빈을 회전시키는 방식의 태양열 이용방법과, 태양광(photons)을 전기에너지로 변환시키는 반도체의 성질을 이용하는 태양광 에너지 이용방법이 있다.
태양광 에너지 이용방법에서는, 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 반도체를 광기전력 모듈이라고 칭한다. 광기전력 모듈은 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 갖는다. 광기전력 모듈에 빛이 입사되면 빛과 광기전력 모듈의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다.이를 광기전력 효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라고 한다. 광기전력 효과에 따르면, 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨지고, 전자와 정공은 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극들로 이동한다. 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. 광기전력 모듈을 건물의 창 등에 적용하기 위해서는 광기전력 모듈이 광투과성을 갖는 것이 바람직하다. 광기전력 모듈에 광투과성을 부여하는 방법으로서는 여러가지 방법이 소개되어 있는데, 광투과성을 부여하는 과정에서 광기전력 모듈의 광전변환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 건축용으로도 사용될 수 있으면서도 어느 정도의 높은 광전변환 효율을 나타내는 광기전력 모듈에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 광투과성을 가지면서도 높은 광전변환 효율을 나타내는 광기전력 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
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 따르면, 서로 연결된 복수개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지, 상기 박막 태양전지 상부에 배치되며 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀로 이루어지는 결정질 태양전지를 포함하는 광기전력 모듈이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 서로 연결된 복수 개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지, 상기 박막 태양전지 하부에 배치되며 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀로 이루어지는 결정질 태양전지를 포함하는 광기전력 모듈이 제공된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 서로 연결된 복수개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지를 형성하는 단계, 상기 박막 태양전지 상부 또는 하부에 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀을 포함하는 결정질 태양전지를 배치하는 단계를 포함하는 광기전력 모듈의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 종래의 건축용 광기전력 모듈에 비해 높은 광전변환 효율을 갖는 광기전력 모듈이 제공된다.
본 발명에 따르면, 건축용으로서 충분한 광투과성을 가지면서 비교적 높은 광전변환 효율을 갖는 광기전력 모듈이 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
광기전력
모듈의 구성
제1
실시예
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도 1b는 설명의 편의를 위해 도 1a에 도시되는 광기전력 모듈의 상하를 뒤집은 형태의 단면도이다. 즉, 도 1a는 광기전력 모듈에 있어서 광이 입사되는 방향에서 바라본 형태를 나타내는 전면도이고, 도 1b는 광이 입사되는 방향을 하부로 하여 나타낸 단면도이다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전력 모듈은 박막 태양전지(110 ), 박막 태양전지(110) 하부 광입사 방향에 배치된 결정질 태양전지(120)를 포함한다.
박막 태양전지(110)는 비정질 광전변환층, 화합물 광전변환층, 유기물 광전변환층 중 하나를 포함할 수 있다. 화합물 광전변환층은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체, 또는 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 비정질 광전변환층은 3족 또는 5족 불순물이 도핑된 실리콘층 사이에 불순물이 도핑되지 않은 실리콘층을 포함한다. 한편, 박막 태양전지(110)로는 CIGS 태양전지, CdTe 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 박막 태양전지 등이 이용될 수도 있다. 이하에서는 박막 태양전지(110)가 비정질 광전변환층을 포함하여 구성되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지(110)는 기판(111) 상에 형성되는 제1 전극(112), 광전변환층(113), 제2 전극(114)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지(110)는 제2 전극(114) 상에 형성되는 이면 기판(117)을 더 포함할 수 있다.
기판(111)은 절연성 투명기판일 수 있다. 또한, 기판(111)은 글라스와 같은 인플렉서블 기판(inflexible substrate)일 수도 있고, 폴리머나 금속 포일과 같은 플렉서블 기판(flexible substrate)일 수도 있다. 기판(111)이 금속 포일을 포함할 경우, 기판(111)은 금속 포일을 덮는 절연층(미도시)을 포함할 수 있다.
제1 전극(112)은 투명 전도성 산화물(TCO; Transparant Conductive Oxides) 등의 전도성 물질을 포함한다. 예를 들면, 제1 전극(112)은 SnO2:F, ZnO:B, ZnO:Al, ITO, TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
광전변환층(113)은 광입사방향으로부터 순차적으로 형성된 p 타입 반도체층, 진성 반도체층, n 타입 반도체층을 포함할 수 있다. 광전변환층(113)에 순차 형성되는 반도체층들은 n 타입 반도체층, 진성 반도체층, p 타입 반도체층의 순으로 적층될 수도 있다. 이러한 광전변환층(120)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정에 의해 형성될 수 있다.
광전변환층(113)이 광입사방향으로부터 p 타입 반도체층, 진성 반도체층, n 타입 반도체층의 순으로 적층된 반도체층들을 포함하는 경우, 빛은 기판(111)을 통하여 입사된다. 한편, 광전변환층(113)이 광입사방향으로부터 n 타입 반도체층, 진성 반도체층, p 타입 반도체층의 순으로 적층된 반도체층들을 포함하는 경우, 빛은 제2 전극(114)이 형성된 측을 통하여 입사된다.
제2 전극(114)은 불투명 전도성 물질 또는 투명 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 제2 전극(114)이 불투명 전도성 물질(예를 들면, 알루미늄 또는 은 등)인 경우에는, 광기전력 모듈에 입사되는 광 중 광전변환에 이용되지 못하고 그대로 투과하는 광을 제2 전극(114)에서 다시 한 번 반사시켜 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 광기전력 모듈을 건물의 창 등에 적용하는, 이른바 BIPV(Building Integrated PhotoVotaic) 모듈로 이용하기 위해서는, 박막 태양전지(110)가 투광성 갖는 것이 바람직하다.
박막 태양전지(110)이 투광성을 갖도록 하기 위해 크게 3가지 방법이 이용될 수 있다. 제1 방법으로는 제2 전극(114)이 불투명 전도성 물질인 경우에, 제2 전극(114)에 투광성 개구부를 형성하는 방법이다. 투광성 개구부가 적어도 제2 전극(114)을 관통함으로써, 전체 박막 태양전지(110)는 투광성을 갖게 된다.
제1 전극(112), 광전변환층(113), 제2 전극(114)의 적층체는 예를 들면 레이저 스크라이빙법 등에 의해 분리된 광전변환층(113)을 중심으로 복수의 단위전지로 나뉘고, 이 복수의 단위전지는 서로 직렬 연결된다. 이 경우, 투광성 개구부는 복수개의 단위전지의 직렬 연결 방향과 평행한 방향으로 연장될 수 있다..
제2 방법으로는 제2 전극(114) 자체를 투명 전도성 산화물 (TCO; Transparant Conductive Oxides) 등의 투명 전도성 물질로 형성하는 것이다. 투명 전도성 물질은, 예를 들면, SnO2:F, ZnO:B, ZnO:Al, ITO, TiO2, 탄소나노튜브(CNT; Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 제2 방법에 따르면, 제2 전극(114)이 불투명 전도성 물질에 비하여 상대적으로 높은 반사율을 가질 수 없어서, 박막 태양전지(110)는 상대적으로 높은 광전변환 효율을 보이지 않을 수 있다. 다만, 제2 전극(114)이 광투과성을 갖기 때문에 투광성 개구부 등을 별도로 형성하지 않아도 광투과성을 확보할 수 있게 된다.
제3 방법으로는 제2 전극(114)을 투명 전도성 물질로 형성하는 것에 더하여, 제2 전극(114)을 관통하는 투광성 개구부를 형성하는 것이다. 이에 따르면, 제2 전극(114)이 광투과성을 갖는 것에 더하여, 광투과성 확보를 위한 투과성 개구부가 형성되기 때문에, 박막 태양전지(110)의 광투과성이 향상될 수 있다.
제2 전극(114) 상에는 생성된 전기를 외부로 공급하기 위한 버스바(115)가 형성되고, 제2 전극(114)과 버스바(115)를 덮도록 절연성 보호층(116)이 형성된다. 절연성 보호층(116) 상에는 이면 기판(117)이 형성된다. 절연성 보호층(116)은 EVA(Etylene Vinyl Acetate), PVF(polyvinylfloride), PVB(Polyvinyl butyral) 시트 또는 백시트(back sheet) 중 적어도 하나를 포함할 수 있는데, 절연성 보호층(116)의 종류 또는 색상(예를 들면, 투명색, 갈색, 회색, 청록색, 청색 등)을 적절히 선택함으로써 박막 태양전지(110)가 원하는 색상을 갖도록 할 수 있다. 한편, 이면 기판(117) 또한 적절한 색상(예를 들면, 갈색, 청색, 녹색 등)을 갖는 글라스 등의 물질로 형성함으로써 박막 태양전지(110)가 원하는 색상을 갖도록 할 수 있다. 바람직하게는 절연성 보호층(116)과 이면 기판(117)의 색상을 적절히 선택하여, 박막 태양전지(110)의 색상과 결정질 태양전지(120)의 색상을 바람직하게는 서로 동일하게, 또는 적어도 서로 유사하게 형성할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 기판(111) 하부에 결정질 태양전지(120)가 배치된다. 결정질 태양전지(120)는 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 결정질 태양전지 셀(121)과 결정질 태양전지 셀(121)에 의해 생성된 전류를 외부로 공급하기 위한 버스바(122)를 포함한다. 버스바(122)는 결정질 태양전지 셀(121)과 전기적으로 접속된다.
박막 태양전지(110)의 버스바(115)로부터 연장되는 리드선(미도시됨)을 고정하는 접속함(미도시됨)과 결정질 태양전지(120)의 버스바(122)로부터 연장되는 리드선(미도시됨)을 고정하는 접속함(미도시됨)은 서로 분리되어 형성될 수 있다. 또한, 박막 태양전지(110)의 버스바(115)와 결정질 태양전지(120)의 버스바(122)는 병렬로 연결되어 하나의 접속함(미도시됨)에 고정될 수도 있다.
박막 태양전지(110)를 구성하는 단위전지와 결정질 태양전지(120)를 구성하는 결정질 태양전지 셀(121)의 출력 전압은 서로 다를 수 있다. 따라서, 박막 태양전지(110)의 버스바(115)와 결정질 태양전지(120)의 버스바(122)를 병렬로 연결하여 하나의 접속함(미도시됨)에 고정시키는 경우, 전체 박막 태양전지(110)의 출력 전압과 전체 결정질 태양전지(120)의 출력 전압을 동일하게 맞춰주기 위해 여러가지 방법이 이용될 수 있다.
예를 들면, 결정질 태양전지(120)를 구성하며 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 결정질 태양전지 셀(121)의 개수를 적절히 선택함으로써, 전체 결정질 태양전지(120)의 출력 전압을 조절하여 박막 태양전지(110)의 출력 전압과 맞출 수 있다. 결정질 태양전지 셀(121)들이 직렬로 연결되면, 연결된 셀(121)의 수에 비례하여 그 출력 전압이 커지게 되기 때문이다.
또한, 박막 태양전지(110)를 구성하는 단위전지 간 셀 피치(pitch) 또는 서로 직렬 연결된 단위전지의 수를 적절히 선택하여 그 출력 전압을 조절할 수 있다. 한편, 박막 태양전지(110)를 복수개의 그룹으로 나누어 각 그룹을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 전체 출력 전압을 조절할 수도 있다.
이 외에 다이오드를 이용하는 방법 등 여러가지 방법이 이용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전력 모듈은 태양광이 아래 방향에서 입사되는 경우, 광전변환 효율이 높은 결정질 태양전지(120)에 의해 1차적으로 광전변환되고, 결정질 태양전지 셀(121) 사이의 간격으로 투과되는 광을 박막 태양전지(110)가 받아 2차적으로 광전변환한다. 비록 결정질 태양전지 셀(121)이 위치한 부분에는 광이 투과되지 못하며, 그 위에 존재하는 박막 태양전지(110)에 의해서는 광전변환이 충분히 되지 못하지만, 광전변환 효율이 높은 결정질 태양전지 셀(121)에 흡수되지 못한 나머지의 광이 박막 태양전지(110)로 입사되어 광전변환되기 때문에 매우 높은 광전변환 효율이 달성될 수 있다.
제2
실시예
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도 2b는 설명의 편의를 위해 도 2a에 도시되는 광기전력 모듈의 상하를 뒤집은 형태의 단면도이다. 즉, 도 2a는 광기전력 모듈에 있어서 광이 입사되는 방향에서 바라본 형태를 나타내는 전면도이고, 도 2b는 광이 입사되는 방향을 하부로 하여 나타낸 단면도이다.
도 2b를 참조하면, 제2 실시예에 따른 광기전력 모듈은 박막 태양전지(210) 상부에 결정질 태양전지(220)가 배치된다.
박막 태양전지(210)는 기판(211) 상에 형성되는 제1 전극(212), 광전변환층(213), 제2 전극(214), 버스바(215), 절연성 보호층(216), 이면 기판(217)을 포함할 수 있다. 각각의 구성은 제1 실시예에서 설명한 박막 태양전지(110; 도 1a, 도 1b 참조)의 구성과 동일하므로, 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
박막 태양전지(210)의 상부, 즉, 이면 기판(217)의 상부에는 결정질 태양전지(220)가 배치된다. 결정질 태양전지(220)는 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀(221)을 포함한다. 결정질 태양전지 셀(221)은 버스바(222)와 전기적으로 연결된다.
제2 실시예에서 또한 박막 태양전지(210)의 버스바(215)로부터 연장되는 리드선(미도시됨)을 고정하는 접속함(미도시됨)과 결정질 태양전지(220)의 버스바(222)로부터 연장되는 리드선(미도시됨)을 고정하는 접속함(미도시됨)은 개별적으로 형성될 수도 있고, 각각의 리드선이 병렬로 연결되어 하나의 접속함(미도시됨)에 고정될 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면 박막 태양전지(210)에 의해 1차적으로 광전변환되고, 광투과성을 갖는 박막 태양전지(210)를 투과한 광이 결정질 태양전지(220)로 입사되어 2차적으로 광전변환된다. 박막 태양전지(210)에 의해서는 전체 광기전력 모듈의 광투과성이 확보될 수 있고, 결정질 태양전지(220)에 의해서는 높은 광전변환 효율이 확보될 수 있다. 따라서, 건물의 창 등에 적용되는 BIPV 모듈로 사용할 수 있으면서도 높은 광전변환 효율을 꾀할 수 있게 된다.
제3
실시예
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 평면도 및 단면도이다. 도 3b는 설명의 편의를 위해 도 3a에 도시되는 광기전력 모듈의 상하를 뒤집은 형태의 단면도이다. 즉, 도 3a는 광기전력 모듈에 있어서 광이 입사되는 방향에서 바라본 형태를 나타내는 전면도이고, 도 3b는 광이 입사되는 방향을 하부로 하여 나타낸 단면도이다.
도 3b를 참조하면, 제3 실시예에 따른 광기전력 모듈은 제2 실시예에서와 마찬가지로 박막 태양전지(310) 상부에 결정질 태양전지(320)가 배치된다. 그러나 하기 설명하는 바와 같이 박막 태양전지(310)의 구성이 제2 실시예에서와 차이를 지닌다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전력 모듈에 포함되는 박막 태양전지(310)는 기판(311) 상에 형성되는 제1 전극(312), 광전변환층(313), 제2 전극(314), 버스바(315), 절연성 보호층(316), 이면 기판(317)을 포함한다. 그 중 광전변환층(313)에는 결정질 태양전지(320)의 결정질 태양전지 셀(321)에 대응되는 영역에 관통홀(H)이 형성된다.
이하, 제3 실시예에 따른 광기전력 모듈에 있어서 박막 태양전지(310)의 제조 과정을 간단히 설명하기로 한다.
먼저, 기판(311) 상에 제1 전극(312) 및 광전변환층(313)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 광전변환층(313)의 적어도 일부를 제거하여 관통홀(H)을 형성함으로써 제1 전극(312)이 노출되도록 한다. 관통홀(H)이 형성되는 위치는 후에 박막 태양전지(310) 상에 배치될 결정질 태양전지 셀(321)에 대응되는 위치가 될 수 있다. 즉, 결정질 태양전지 셀(321)을 배치할 패턴을 예상하여 광전변환층(313) 상에서 해당 위치를 제거하여 관통홀(H)을 형성한다. 광전변환층(313)의 제거 공정은 마스크를 이용한 식각 등의 제거 방법 또는 레이저를 이용한 제거 방법 등이 이용될 수 있다. 마스크로서는 형성하고자 하는 관통홀(H)에 대응되는 부분이 개방된 형태, 즉, 결정질 태양전지 셀(321)이 배치된 위치가 개방된 형태의 마스크가 이용될 수 있다. 다음으로, 광전변환층(313) 상에 제2 전극(314), 버스바(315), 절연성 보호층(316), 이면 기판(317)을 형성한다.
이면 기판(317) 상에는 결정질 태양전지(320)가 형성된다. 결정질 태양전지(320)는 앞서 설명한 실시예에서와 마찬가지로 복수개의 결정질 태양전지 셀(321) 및 버스바(322)를 포함한다.
제3 실시예에서 또한 박막 태양전지(310)의 버스바(315)로부터 연장되는 리드선(미도시됨)을 고정하는 접속함(미도시됨)과 결정질 태양전지(320)의 버스바(322)로부터 연장되는 리드선(미도시됨)을 고정하는 접속함(미도시됨)이 개별적으로 형성될 수도 있고, 각각의 리드선이 병렬로 연결되어 하나의 접속함(미도시됨)에 고정될 수도 있다.
일반적으로 박막 태양전지(310)에 비해 결정질 태양전지(320)의 광전변환 효율이 훨씬 높다. 따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 태양광이 아래 방향에서 입사되는 경우 박막 태양전지(310)를 통과한 광이 결정질 태양전지(320)에 입사되되, 결정질 태양전지(320)가 존재하는 영역에 있어서는 태양광이 박막 태양전지(310)의 광전변환층(313)을 거치지 않고 바로 결정질 태양전지(320)에 입사됨으로써 결정질 태양전지(320)의 광전변환 효율을 극대화할 수 있다. 이는 박막 태양전지(310)의 광전변환층(313) 중 결정질 태양전지 셀(321)이 존재하는 영역 하부의 광전변환층(313)이 제거됨으로써 달성되는 효과이다.
이상에서는 제2 실시예의 변형예인 제3 실시예에 관하여 설명하였으나, 제1 실시예에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 도 1a 및 도 1b를 참조하면 박막 태양전지(210) 하부에 결정질 태양전지(220)가 배치되는 형태에 있어서도 박막 태양전지(210)의 광전변환층(213)에 결정질 태양전지 셀(221)이 배치되는 위치와 대응되는 위치에 관통홀이 형성될 수 있다.
구현예
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈의 광전변환 효율을 이론적으로 산출한 결과를 나타낸다. 도 1에 도시되는 제1 실시예에 따른 광기전력 모듈을 사용하였고, 1100mm×1300mm 크기로 구현하는 경우를 가정하였다. 결정질 태양전지 셀(121)은 단결정 광전변환층을 포함하는 태양전지 셀이고, 4.6W/cell 의 효율을 나타내는 것을 가정하였다. 박막 태양전지(110)로는 제2 전극(114)이 투명 전도성 물질로 이루어지며 80W의 효율을 보이는 것으로 가정하였다.
| No |
셀 어레이 수 | 셀 수 | 박막 태양전지 활성 영역 |
결정질 태양전지 효율(W) |
박막 태양전지 효율(W) |
총효율(W) |
|
| X | Y | ||||||
| 1 | 7 | 8 | 56 | 1.5% | 233.3 | 1.2 | 234.5 |
| 2 | 7 | 7 | 49 | 13.8% | 204.2 | 11.0 | 215.2 |
| 3 | 6 | 8 | 48 | 15.5% | 200.0 | 12.4 | 212.4 |
| 4 | 6 | 7 | 42 | 26.1% | 175.0 | 20.9 | 195.9 |
| 5 | 6 | 6 | 36 | 36.7% | 150.0 | 29.3 | 179.3 |
| 6 | 5 | 7 | 35 | 38.4% | 145.8 | 90.7 | 176.6 |
| 7 | 5 | 6 | 30 | 47.2% | 125.0 | 37.8 | 162.8 |
| 8 | 6 | 5 | 30 | 47.2% | 125.0 | 37.8 | 162.8 |
| 9 | 5 | 5 | 25 | 56.0% | 104.2 | 44.8 | 149.0 |
| 10 | 6 | 4 | 24 | 57.8% | 100.0 | 46.2 | 146.2 |
한편, 표 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전력 모듈에 있어서, 광전변환 효율을 실제로 측정한 결과를 나타낸다. 광기전력 모듈의 전체 크기를 1100mm×1300mm 크기로 구현하였고, 결정질 태양전지 셀(121)은 4.6W/cell의 효율을 나타내는 단결정 광전변환층을 포함하는 태양전지 셀로 구현하였고, 박막 태양전지(110)로는 제2 전극(114)이 투명 전도성 물질로 이루어지며 77.63W의 효율을 보이는 것을 이용하였다.
| No |
셀 어레이 수 | 셀 수 | 박막 태양전지 활성 영역 |
결정질 태양전지 효율(W) |
박막 태양전지 효율(W) |
총효율(W) |
|
| X | Y | ||||||
| 1 | 0 | 0 | 0 | 100% | 0 | 77.63 | 77.63 |
| 2 | 6 | 6 | 36 | 36.7% | 150.0 | 19.37 | 169.37 |
| 3 | 5 | 6 | 30 | 47.2% | 125.0 | 20.56 | 145.56 |
| 4 | 6 | 5 | 30 | 47.2% | 125.0 | 28.95 | 153.95 |
| 5 | 6 | 4 | 24(동일 간격) | 57.8% | 100.0 | 38.97 | 138.97 |
| 6 | 6 | 4 | 24(임의 간격) | 57.8% | 100.0 | 38.64 | 138.64 |
셀 어레이 수의 "X"는 가로 방향으로 배치된 결정질 태양전지 셀(121)의 수, "Y"는 세로 방향으로 배치된 결정질 태양전지 셀(121)의 수를 나타내며, 셀 수는 결정질 태양전지 셀(121)의 총 수를 나타낸다. 표 2에서 "5"번과 "6" 번의 셀 수는 동일하지만, "5"번은 각 결정질 태양전지 셀(121)을 동일 간격으로 배치하여 측정한 것이고, "6"번은 각 결정질 태양전지 셀(121)을 임의 간격으로 배치하여 측정한 것이다. 한편, 박막 태양전지의 활성 영역은 결정질 태양전지 셀(121)에 의해 가려지지 않은 박막 태양전지(110)의 면적을 전체 광기전력 모듈의 면적에 대한 비율로 나타낸 수치이다. 또한, 결정질 태양전지 효율 및 박막 태양전지 효율은 결정질 태양전지의 광전변환 효율 및 박막 태양전지의 광전변환 효율을 각각 나타낸다.
표 1 및 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 결정질 태양전지 셀(121)의 수가 많고, 결정질 태양전지 셀(121)에 의해 가려진 박막 태양전지(110)의 면적이 넓을수록 총 광전변환 효율은 높아진다. 그러나, 광기전력 모듈에 광투과성을 부여하기 위해서는 박막 태양전지(110)가 결정질 태양전지(120)에 의해 가려지지 않는 부분의 영역을 적절히 조절하여야 할 것이다.
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.
110, 210, 310: 박막 태양전지
120, 220, 320: 결정질 태양전지
111, 211, 311: 기판
112, 212, 312: 제1 전극
113, 213, 313: 광전변환층
114, 214, 314: 제2 전극
115, 215, 315: 버스바
116, 216, 316: 절연성 보호층
117, 217, 317: 이면 기판
121, 221, 321: 결정질 태양전지 셀
122, 222, 322: 버스바
120, 220, 320: 결정질 태양전지
111, 211, 311: 기판
112, 212, 312: 제1 전극
113, 213, 313: 광전변환층
114, 214, 314: 제2 전극
115, 215, 315: 버스바
116, 216, 316: 절연성 보호층
117, 217, 317: 이면 기판
121, 221, 321: 결정질 태양전지 셀
122, 222, 322: 버스바
Claims (13)
- 서로 연결된 복수개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지; 및
상기 박막 태양전지 상부에 배치되며 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀로 이루어지는 결정질 태양전지를 포함하는 광기전력 모듈. - 서로 연결된 복수 개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지; 및
상기 박막 태양전지 하부에 배치되며 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀로 이루어지는 결정질 태양전지를 포함하는 광기전력 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 박막 태양전지는, 기판 상에 형성되는 제1 전극, 광전변환층, 제2 전극을 포함하고, 상기 광전변환층은 비정질 광전변환층 또는 화합물 광전변환층 중 적어도 하나를 포함하는 광기전력 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 박막 태양전지의 광전변환층에는 상기 결정질 태양전지 셀이 배치되는 위치와 대응되는 위치에 관통홀이 형성되는 광기전력 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 박막 태양전지에는 적어도 상기 제2 전극을 관통하는 투광성 개구부가 형성된 광기전력 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 박막 태양전지의 상기 제2 전극은 투명 전도성 물질로 이루어지는 광기전력 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 박막 태양전지는 제2 전극 상에 형성되는 이면 기판을 더 포함하는 광기전력 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 박막 태양전지 및 상기 결정질 태양전지는 각각 생성된 전류를 외부로 공급하기 위한 제1 버스바 및 제2 버스바를 포함하는 광기전력 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 제1 버스바 및 제2 버스바는 각각 제1 접속함 및 제2 접속함에 고정되는 광기전력 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 제1 버스바 및 제2 버스바는 병렬로 연결되어 하나의 접속함에 고정되는 광기전력 모듈. - 서로 연결된 복수개의 셀로 이루어지며 광투과성을 갖는 박막 태양전지를 형성하는 단계; 및
상기 박막 태양전지 상부 또는 하부에 서로 연결된 복수개의 결정질 태양전지 셀을 포함하는 결정질 태양전지를 배치하는 단계를 포함하는 광기전력 모듈의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 박막 태양전지를 형성하는 단계는,
기판 상에 제1 전극 및 광전변환층을 형성하는 단계;
상기 광전변환층의 적어도 일부를 제거하여 관통홀을 형성하는 단계; 및
상기 광전변환층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 결정질 태양전지를 배치하는 단계는,
상기 광전변환층의 관통홀에 대응되는 위치에 상기 복수개의 결정질 태양전지 셀을 배치하는 단계를 포함하는 광기전력 모듈의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 관통홀을 형성하는 단계는,
상기 형성하고자 하는 관통홀에 대응되는 영역이 개방된 마스크를 이용한 식각 방법 또는 레이저 빔을 이용한 방법에 의해 수행되는 광기전력 모듈의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110014338A KR20120094985A (ko) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110014338A KR20120094985A (ko) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120094985A true KR20120094985A (ko) | 2012-08-28 |
Family
ID=46885641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110014338A KR20120094985A (ko) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120094985A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190113081A (ko) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법 |
-
2011
- 2011-02-18 KR KR1020110014338A patent/KR20120094985A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190113081A (ko) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 패널 및 이의 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8158878B2 (en) | Thin film solar cell module | |
| US10396233B2 (en) | Solar cell and solar cell module | |
| JP2017534184A (ja) | ２層光発電デバイス | |
| US10985289B2 (en) | Solar cell and solar cell module | |
| KR20090122728A (ko) | 비선형 태양전지 모듈 | |
| KR20110079107A (ko) | 박막 태양전지 기판용 글라스 및 그를 포함하는 박막 태양전지의 제조방법 | |
| WO2012057604A1 (en) | Nanostructure-based photovoltaic cell | |
| KR20110092706A (ko) | 실리콘 박막 태양전지 | |
| KR101172315B1 (ko) | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 | |
| KR20120094985A (ko) | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 | |
| US20110259398A1 (en) | Thin film solar cell and method for manufacturing the same | |
| US9082900B2 (en) | Photovoltaic module and manufacturing method thereof | |
| US9246040B2 (en) | Thin film solar cell module and method for manufacturing the same | |
| KR20210143408A (ko) | 마이크로 led가 설치된 태양광 모듈 및 이의 제조 방법 | |
| KR101147313B1 (ko) | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 | |
| KR101866309B1 (ko) | 메탈 웰딩 태양전지 | |
| US20110308569A1 (en) | Multi-terminal solar panel | |
| KR101359493B1 (ko) | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 | |
| WO2015178307A1 (ja) | 光電変換素子 | |
| KR101163198B1 (ko) | 복층형 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 | |
| KR102363048B1 (ko) | 병렬 및 직렬 연결 구조를 갖는 태양전지 모듈 | |
| CN218548446U (zh) | 一种太阳电池和光伏组件 | |
| CN219019439U (zh) | 一种钙钛矿电池、电池组件和光伏*** | |
| WO2015178305A1 (ja) | 光電変換素子及びその製造方法 | |
| KR101147312B1 (ko) | 광기전력 모듈 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |