KR20120116806A - Solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 효율을 향상시키기 위한 태양 전지에 관한 것이다.Embodiments relate to solar cells for improving efficiency.
일반적으로, 태양 전지는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 이러한 태양 전지는 최근 에너지의 수요가 증가함에 따라 상업적으로 널리 이용되고 있다.In general, solar cells serve to convert solar energy into electrical energy, and these solar cells are widely used commercially as the demand for energy increases.
종래 태양 전지는 반도체층이 상, 하부의 투명한 기판에 사이에 형성되어 구성되며, 상부 기판으로부터 입사된 태양광을 전기 에너지로 변환시켜 전력을 외부로 공급한다.In the conventional solar cell, a semiconductor layer is formed between upper and lower transparent substrates, and converts solar light incident from the upper substrate into electrical energy to supply power to the outside.
하지만, 상부 기판으로 입사되는 태양광은 상부 기판을 통과하면서 상부 기판의 측부를 통해 태양광의 일부가 빠져나가게 되며, 이로부터 태양전지에 입사되는 태양광의 광량이 줄어 전력 효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.However, the solar light incident on the upper substrate passes through the upper substrate, and a portion of the sunlight exits through the side of the upper substrate, thereby reducing the amount of light incident on the solar cell, thereby reducing power efficiency.
실시예는 태양 전지로 입사되는 광량의 저하를 방지하기 위한 태양전지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An embodiment is to provide a solar cell for preventing a decrease in the amount of light incident on the solar cell.
일 실시예에 따른 태양 전지는 상부 기판 및 하부 기판과, 상기 하부 기판 상에 순차적으로 적층 형성된 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층과, 상기 상부 기판의 측부에 형성된 반사 부재를 포함한다.The solar cell according to an embodiment includes an upper substrate and a lower substrate, a back electrode layer, a light absorbing layer, and a transparent electrode layer sequentially stacked on the lower substrate, and a reflective member formed on the side of the upper substrate.
실시예에 따른 태양 전지는 상부 기판의 측부에 반사 부재를 형성함으로써, 상판 기판의 측부를 통해 태양광이 손실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.The solar cell according to the embodiment has the effect of preventing the loss of sunlight through the side of the upper substrate by forming a reflective member on the side of the upper substrate.
또한, 실시예에 따른 태양 전지는 반사 부재를 다층으로 구성함으로써, 입사되는 태양광의 입사각을 용이하게 변경시켜 광 손실을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the solar cell according to the embodiment has an effect of further reducing the light loss by easily changing the incident angle of the incident sunlight by configuring the reflective member in a multi-layer.
도 1은 본 발명에 따른 상부 기판이 구비된 태양 전지를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 상부 기판을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 상부 기판에 입사되는 광 경로를 나타낸 모식도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 기판을 나타낸 단면도 및
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 기판에 입사되는 광 경로를 나타낸 모식도이다.1 is a cross-sectional view showing a solar cell provided with an upper substrate according to the present invention,
2 is a perspective view showing an upper substrate according to the present invention;
3 is a schematic diagram showing an optical path incident on an upper substrate according to the present invention;
4 is a cross-sectional view showing an upper substrate according to another embodiment of the present invention;
5 is a schematic diagram illustrating an optical path incident on an upper substrate according to another exemplary embodiment of the present invention.
실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 배선, 전지, 장치, 면 또는 패턴 등이 각 패턴, 배선, 전지, 면 또는 패턴 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
In the description of the embodiments, each panel, wiring, battery, device, surface, or pattern is formed on or under the "on" of each pattern, wiring, battery, surface, or pattern. In the case described, "on" and "under" include both those that are formed "directly" or "indirectly" through other components. In addition, the upper or lower reference of each component is described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.
도 1은 본 발명에 따른 상부 기판이 구비된 태양 전지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 상부 기판을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 상부 기판에 입사되는 광 경로를 나타낸 모식도이다.1 is a cross-sectional view showing a solar cell provided with an upper substrate according to the present invention, Figure 2 is a perspective view showing an upper substrate according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing an optical path incident on the upper substrate according to the present invention. to be.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양 전지는 상부 기판(100) 및 하부 기판(200)과, 상기 하부 기판(200) 상에 순차적으로 적층 형성된 이면 전극층(300), 광 흡수층(400), 투명 전극층(700)과, 상기 상부 기판(100)의 측부에 형성된 반사 부재(700)를 포함한다. 여기서, 상기 광 흡수층(400) 상에는 제1 버퍼층(500) 및 제2 버퍼층(600)이 더 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the solar cell according to the present invention includes an
상부 기판(100) 및 하부 기판(200)은 사각의 플레이트 형상으로 형성되며, 투명한 재질의 유리로 형성될 수 있다. 이러한, 상부 기판(100) 및 하부 기판(200)은 리지드(Rigid)하거나 플렉서블(Flexible)할 수 있으며, 유리 기판 이외에 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylenenaphthelate), PP(Polypropylene), TAC(Tri Acethl Cellulose)와 같은 플라스틱 또는 금속 재질의 기판이 사용될 수 있다.The
여기서, 하부 기판(200)으로는 제조 공정 중 전력 효율을 높이기 위해 나트륨 성분이 포함된 소다 라임 글래스(Soda Lime Glass) 기판이 사용되는 것이 바람직하다. Here, as the
하부 기판(200) 상에는 이면 전극층(300)이 형성된다. 이면 전극층(300)은 n형 전극 기능의 역할을 하며, 이면 전극층(300)은 몰리브덴(Mo)을 사용하여 형성될 수 있다.The
이면 전극층(300)으로는 몰리브덴 외에 전도성 재질인 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 동종 또는 이종 금속을 이용하여 두 개 이상의 층을 이루도록 형성될 수도 있다.The
여기서, 이면 전극층(300)은 스퍼터링 공정에 의해 증착될 수 있으며, 스퍼터링 공정 이외에도 CVD, E-Beam을 사용하여 증착을 수행할 수도 있다.Here, the
상기 이면 전극층(300) 상에는 광 흡수층(400)이 형성되며, 광 흡수층(400)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함하며, CIGS, CIS, CGS, CdTe 중 적어도 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. The light absorbing
예컨대, 광 흡수층(400)은 CdTe, CuInSe2, Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)2, Ag(InGa)Se2, Cu(In,Al)Se2, CuGaSe2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 광 흡수층(400)은 동시 증착법에 의해 증착하여 형성할 수 있다For example, the
상기 광 흡수층(400)의 상부에는 제1 버퍼층(500) 및 제2 버퍼층(600)이 순차적으로 형성된다. 제1 버퍼층(500)은 황화 카드뮴(CdS)을 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 에너지 밴드갭은 이면 전극층(300)과 투명 전극층(700)의 중간 정도 크기인 약 1.9eV 내지 약 2.3eV일 수 있다. 이러한 제1 버퍼층(500)은 2개 이상의 층으로 형성될 수 있다.The
제2 버퍼층(600)은 산화아연(ZnO) 재질로 고저항성을 가지도록 형성되며, 이러한 제2 버퍼층(600)은 투명 전극층(700)과의 절연 및 충격 데미지를 방지할 수 있다.The
여기서, 제1 버퍼층(500) 및 제2 버퍼층(600)은 스퍼터링 공정 또는 화학 용액 성장법(Chemical Bath Deposition; CBD)에 의해 증착하여 형성할 수 있다. Here, the
상기 제2 버퍼층(600)의 상부에는 투명 전극층(700)이 형성된다. 투명 전극층(700)은 투명한 형태의 도전성 재질로서, 알루미늄이 도핑된 산화 아연인 AZO(ZnO:Al) 재질의 물질이 사용될 수 있다. The
투명 전극층(700)의 재질은 이에 한정되지 않으며, 광 투과율과 전기전도성이 높은 물질인 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화인듐주석(ITO) 중 어느 하나의 물질을 포함하여 형성될 수 있다.The material of the
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 측부에는 본 발명에 따른 반사On the other hand, as shown in Figure 2, the side of the
부재(800)가 더 형성된다. 반사 부재(800)는 사각 플레이트 형상으로 형성된 상부 기판(100)의 측부를 따라 형성되며, 일정 두께 예컨대, 10nm 내지 10um의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
반사 부재(800)로는 Ti, Cr을 포함하여 형성될 수 있으며, 그 외에 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnS 중 어느 하나를 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 반사 부재(800)로부터 반사되는 태양광을 전반사시켜 광 손실을 줄이기 위해 반사 부재(800)의 굴절률은 아래 식에 의해 결정될 수 있다.The
여기서, ic는 태양광의 굴절각이 90도가 되는 입사각이며, n은 반사 부재(800)의 굴절율을 나타낸다.Here, ic is an incidence angle at which the refraction angle of sunlight is 90 degrees, and n represents a refractive index of the
수학식 1에 도시된 바와 같이, 반사 부재(800)의 굴절율은 태양광의 굴절각이 90도가 되는 입사각인 전반사의 임계값을 만족하도록 결정될 수 있다.As shown in Equation 1, the refractive index of the
이러한 반사 부재(800)는 진공 증착 또는 습식 증착 방식을 통해 상부 기판(100)의 측부를 따라 형성될 수 있으며, 상부 기판(100)의 어느 하나의 일 측부에만 형성될 수도 있다.The
상기에서는 반사 물질을 증착 방식에 의해 반사 부재를 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 반사 부재를 시트로 형성하고, 이를 상부 기판의 측부에 접착시켜 형성할 수도 있다.Although the reflective member is formed by the deposition method in the above, the present invention is not limited thereto, and the reflective member may be formed as a sheet, and may be formed by adhering to the side of the upper substrate.
도 3에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 상부에 태양광이 입사되면 상부 기판(100)의 중심을 향해 입사된 태양광은 손실 없이 상부 기판(100)의 하부를 통과한다. As shown in FIG. 3, when sunlight is incident on the upper portion of the
한편, 상부 기판(100)의 측부를 향해 비스듬이 입사된 태양광은 상부 기판(100)에 측부에 형성된 반사 부재(800)에 의해 일정 각도로 반사되고, 반사 부재(800)에 의해 반사된 태양광은 상부 기판(100)의 하부로 통과되어 태양 전지로 입사하게 된다.On the other hand, the solar light incident obliquely toward the side of the
이로부터 반사 부재(800)는 상부 기판(100)에 입사된 태양광의 일부가 상부 기판(100)의 측부로 일부가 빠져나가는 것을 방지할 수 있으며, 이로부터 태양 전지에 입사되는 광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.From this, the
상기에서는 상부 기판(100)의 측부에 하나의 반사층을 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 다음과 같이 형성될 수 있다. In the above, although one reflective layer is formed on the side of the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 기판을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 기판에 입사되는 광 경로를 나타낸 모식도이다.4 is a cross-sectional view showing an upper substrate according to another embodiment of the present invention, Figure 5 is a schematic diagram showing an optical path incident on the upper substrate according to another embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 기판(100)의 측부에는 반사 부재(800)가 형성되며, 상기 반사 부재(800)는 다수의 층을 이루도록 형성된다.As shown in FIG. 4, a
상기 상부 기판(100)은 사각 플레이트 형상으로 형성되며, 상부 기판(100)의 측부에는 서로 다른 굴절율을 가지는 제1 반사부재(820) 및 제2 반사부재(840)가 형성된다. 제1 반사부재(820)의 두께는 제2 반사부재(840)의 두께와 동일한 것이 바람직하며, 물론, 제1 반사부재(820)와 제2 반사부재(840)가 서로 다른 두께를 가지도록 형성될 수도 있다.The
제1 반사부재(820)는 상부 기판(100)의 측부에 증착되어 형성될 수 있으며, SiO2, Al2O3를 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 제2 반사부재(840)는 제1 반사부재(820)의 외측에 증착 형성되며, 제2 반사부재(840)로는 제1 반사부재(820)보다 굴절율이 큰 TiO2, ZnS 중 어느 하나를 포함하는 재질로 형성될 수 있다.The first
또한, 제1 반사부재(820)와 제2 반사부재(840)의 굴절율은 아래 식에 의해 결정될 수 있다.In addition, the refractive indices of the first
여기서, ic는 태양광의 굴절각이 90도가 되는 입사각이며, n1은 제1 반사부재(820)의 굴절율이고, n2는 제2 반사부재(840)의 굴절율을 나타낸다.Here, ic is an angle of incidence in which the refraction angle of sunlight is 90 degrees, n1 is a refractive index of the first
수학식 2에 도시된 바와 같이, 제1 반사부재(820) 및 제2 반사부재(840)의 굴절율은 태양광의 굴절각이 90도가 되는 입사각인 전반사의 임계값을 만족하도록 결정될 수 있다. As shown in Equation 2, the refractive indices of the first reflecting
전반사의 임계각은 제1 반사부재(820)와 제2 반사부재(840) 사이의 통과각인 5도를 제외한 85도로 결정될 수 있다.The critical angle of the total reflection may be determined as 85 degrees except for 5 degrees, which is a pass angle between the first
도 5에 도시된 바와 같이, 상부 기판(100)의 측부를 향해 비스듬이 입사된 태양광의 일부는 제1 반사부재(820)를 통해 반사되며, 제1 반사부재(820)로부터 반사되지 못한 태양광의 일부는 제1 반사부재(810)의 내부에서 일정 각도로 굴절되어 광 경로가 변경된다.As shown in FIG. 5, a part of sunlight that is incident obliquely toward the side of the
제1 반사부재(820)로부터 광 경로가 변경된 광은 제1 반사부재(820)의 일측에 형성된 제2 반사부재(840)에 의해 일정 각도로 굴절되어 반사되고. 반사된 광은 상부 기판(100)의 하부로 진행되어 태양 전지 내부로 입사된다.The light whose light path is changed from the first reflecting
상기와 같은 제1 반사부재(820) 및 제2 반사부재(840)는 상부 기판(100)으로 입사되는 입사광의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.The first reflecting
상기에서는 제2 반사부재(840)를 제1 반사부재(820)의 외측에 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 상부 기판(100)의 외측에 제2 반사부재(840)를 형성하고, 제2 반사부재(840)보다 굴절율이 작은 제1 반사부재(820)를 제2 반사부재(840)의 외측에 형성할 수도 있다.Although the second reflecting
또한, 상기에서는 반사 부재를 서로 다른 굴절율을 가지도록 2개의 층으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 3개 이상의 층으로 형성할 수도 있음은 물론이다.In addition, in the above, although the reflective member is formed of two layers to have different refractive indices, the present invention is not limited thereto and may be formed of three or more layers.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100: 상부 기판 200: 하부 기판
300: 이면 전극층 400: 광 흡수층
500: 제1 버퍼층 600: 제2 버퍼층
700: 투명 전극층 800: 반사 부재100: upper substrate 200: lower substrate
300: back electrode layer 400: light absorbing layer
500: first buffer layer 600: second buffer layer
700: transparent electrode layer 800: reflective member
Claims (9)
상기 하부 기판 상에 순차적으로 적층 형성된 이면 전극층, 광 흡수층, 투명 전극층; 및
상기 상부 기판의 측부에 형성된 반사 부재;
를 포함하는 태양전지.An upper substrate and a lower substrate;
A back electrode layer, a light absorbing layer, and a transparent electrode layer sequentially stacked on the lower substrate; And
A reflective member formed on a side of the upper substrate;
Solar cell comprising a.
상기 반사 부재의 굴절율은 태양광의 굴절각이 90도가 되는 입사각에 의해 결정되는 태양전지.The method according to claim 1,
The refractive index of the reflective member is the solar cell is determined by the angle of incidence that the refractive angle of the sunlight is 90 degrees.
상기 반사 부재의 두께는 10nm 내지 50um 인 태양전지.The method according to claim 1,
The thickness of the reflective member is 10nm to 50um solar cell.
상기 반사 부재는 Ti, Cr, SiO2, Al2O3 , TiO2, ZnS 중 어느 하나를 포함하는 태양전지.The method according to claim 1,
The reflective member is a solar cell comprising any one of Ti, Cr, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , ZnS.
상기 반사 부재는 서로 다른 굴절율을 가지는 다수의 층으로 형성되는 태양전지.The method according to claim 1,
The reflective member is formed of a plurality of layers having different refractive indices.
상기 반사 부재는 제1 반사부재와, 상기 제1 반사부재보다 굴절율이 큰 제2 반사부재를 포함하는 태양전지.The method according to claim 5,
The reflective member includes a first reflective member and a second reflective member having a larger refractive index than the first reflective member.
상기 제1 반사부재는 SiO2, Al2O3 중 어느 하나를 포함하는 태양전지.The method of claim 6,
The first reflective member is a solar cell including any one of SiO 2 , Al 2 O 3 .
상기 제2 반사부재는 TiO2, ZnS 중 어느 하나를 포함하는 태양전지.The method of claim 6,
The second reflecting member is a solar cell comprising any one of TiO 2 , ZnS.
상기 반사 부재는 시트 또는 반사 물질인 태양전지.The method according to claim 1,
The reflective member is a sheet or a reflective material solar cell.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140078373A (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-25 | 엘지이노텍 주식회사 | Light unit and Lamp unit for automobile of using the same |
| KR101865602B1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-06-08 | 조선대학교산학협력단 | Compound semiconductor solar cell and solar cell system including the same |
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2011
- 2011-04-13 KR KR1020110034462A patent/KR20120116806A/en active Search and Examination
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