KR20190132704A - 다양한 색상을 나타내는 태양전지 - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 다양한 색상을 나타내는 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판층, 상기 기판층의 상부면에 형성되는 색상부여층, 상기 색상부여층의 상부면에 형성되는 하부전극층, 상기 하부전극층의 상부면에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층된 광전소자층 및 상기 광전소자층의 상부면에 형성되는 상부전극층으로 이루어진다.
상기의 적층구조로 이루어진 태양전지는 다양한 색상을 나타내어 건축물의 외표면 등에 적용됐을 때, 심미성을 향상시키고 시각적 피로도를 개선하는 효과를 나타낸다.
상기의 적층구조로 이루어진 태양전지는 다양한 색상을 나타내어 건축물의 외표면 등에 적용됐을 때, 심미성을 향상시키고 시각적 피로도를 개선하는 효과를 나타낸다.
Description
개시된 내용은 다양한 색상을 나타내는 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 색상을 나타내어 건축물의 외표면 등에 적용됐을 때, 심미성을 향상시키고 시각적 피로도를 개선하는 효과를 나타내는 태양전지에 관한 것이다.
염료감응 태양전지, 유기 태양전지 및 박막 비정질 태양전지 등과 같은 반투명 태양전지는 그 반투명성에 기인한 개방 특성으로 건축물의 창호, 글라스 및 윈도우 등에 적용하려는 연구가 진행 중이다.
한편, 일반적인 태양전지는 청-흑색 또는 적-갈색 계통의 색상을 나타내는데, 태양전지가 건물 또는 자동차의 외부에 노출되게 설치되는 경우와, 특히, 휴대용 가전 제품의 전원으로 사용하는 경우에는 소비자의 기호에 적합하게 미적인 측면에서 다양한 색상을 나타내는 태양전지가 요구된다.
이를 해결하기 위해, 태양전지에 별도의 착색 물질(coloring material)이 착색된 박막층을 구비하여 소정의 색상을 구현할 수 있다. 그러나, 착색 물질을 이용할 경우, 착색 물질 자체의 특성에 따라 투명도가 저하되어 태양전지의 입사광 양을 감소시켜 광전 변환 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 색상의 선택폭이 제한되는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 두 개의 기판이 소정 간격으로 이격되어 서로 대향하며, 상기 두 개의 기판 사이에 전해질을 포함하고, 상기 기판 중 어느 하나의 외측상에는 경화성 물질을 포함하는 코팅층 및 코팅층 상에 도포된 도료층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지에 관한 기술이 공개되어 있으나, 이러한 구성의 태양전지는 레이저 라인으로 인해 모아레 현상 등이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
개시된 내용은 다양한 색상을 나타내어 건축물의 외표면 등에 적용됐을 때, 심미성을 향상시키고 시각적 피로도를 개선하는 효과를 나타내는 태양전지를 제공하는 것이다.
하나의 일 실시예로서, 이 개시의 내용은 기판층, 상기 기판층의 상부면에 형성되는 색상부여층, 상기 색상부여층의 상부면에 형성되는 하부전극층, 상기 하부전극층의 상부면에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층된 광전소자층 및 상기 광전소자층의 상부면에 형성되는 상부전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다양한 색상을 나타내는 태양전지에 대해 기술하고 있다.
바람직하기로는, 상기 기판층은 일면에 요철이 형성될 수 있다.
더 바람직하기로는, 상기 색상부여층은 색상이 부여된 접합필름, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하기로는, 상기 색상이 부여된 접합필름은 폴리비닐부틸레이트 또는 에틸렌비닐아세테이트로 이루어질 수 있다.
개시된 다양한 색상을 나타내는 태양전지는 다양한 색상을 나타내어 건축물의 외표면 등에 적용됐을 때, 심미성을 향상시키고 시각적 피로도를 개선하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 개시된 다양한 색상을 나타내는 태양전지를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 개시된 다양한 색상을 나타내는 태양전지에 적용되는 광전소자층을 구성하는 p형, i형, n형의 실리콘층이 적층된 모습을 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 개시된 다양한 색상을 나타내는 태양전지에 적용되는 광전소자층을 구성하는 p형, i형, n형의 실리콘층이 적층된 모습을 나타낸 분해사시도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
개시된 다양한 색상을 나타내는 태양전지는 기판층(10), 상기 기판층(10)의 상부면에 형성되는 색상부여층(20), 상기 색상부여층(20)의 상부면에 형성되는 하부전극층(30), 상기 하부전극층(30)의 상부면에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층된 광전소자층(40) 및 상기 광전소자층(40)의 상부면에 형성되는 상부전극층(50)으로 이루어진다.
상기 기판층(10)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어지며, 일례로, 유리 및 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판층(10)은 일면에 요철이 형성될 수도 있는데, 상기 기판층 표면에 입사되는 빛이 반사되어 광학적으로 손실됨으로써 그 특성이 저하되는 현상을 방지하지 위한 것으로, 기판층(10)의 표면에 요철이 형성되면 한번 반사된 빛이 태양전지 방향으로 재반사될 수 있으므로 빛이 손실되는 것을 감소시킬 수 있고, 광 포획량이 증가되어 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 요철은 샌드 블래스팅 방법을 사용할 수 있으며, 더욱 상세하게는 상기 샌드 블래스팅은 식각 입자를 압축 공기로 분사하여 식각하는 건식 블래스팅과 액체와 함께 식각 입자를 분사하여 식각하는 습식 블래스팅을 모두 이용할 수 있다.
이때, 상기 샌드 블래스팅에 사용되는 식각 입자는 모래, 작은 금속과 같이 물리적 충격으로 기판에 요철을 형성시킬 수 있는 입자를 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 색상부여층(20)은 상기 기판층(10)의 상부면에 형성되며, 색상이 부여된 접합필름, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는데, 개시된 태양전지가 다양한 색상을 나타낼 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 색상부여층(20)으로 색상이 부여된 접합필름을 적용하는 경우에는 색상이 부여된 폴리비닐부틸레이트 또는 에틸렌비닐아세테이트로 이루어지는데, 더욱 상세하게는 상기 접합필름은 기판층(10)과 상기 하부전극층(30)이 잘 부착되도록 접합하는 필름으로 글라스와의 접착력이 우수하며, 빛의 투과율이 높고, 자외선은 차단시키는 특성이 있으며, 색상이 부여된 컬러 접합필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 상기 기판층(10)과 상기 하부전극층(30) 사이에 채색되어 색상이 부여된 접합필름으로서 원하는 색상을 도입하여 개시된 태양전지의 시각적 피로도를 저하시키고 셀 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 색상부여층(20)으로 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 사용할 수도 있는데, 실리콘 산화물(SiOX) 또는 실리콘 질화물(SiNX)을 색상부여층(20)으로 사용하게 되면 상기 기판층(10)을 통해 상기 색상부여층(20)으로 입사된 태양광을 두께에 따라 소정의 파장대로 반사시켜 색상을 나타내는 기능을 수행할 수 있다.
상기 색상부여층(20)을 형성하는 방법으로는 저압 화학기상 증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD) 및 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 등이 이용될 수 있는데, 더욱 상세하게 설명하면, 상기 색상부여층(20)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같이 빛을 투과시키면서도 박막층의 두께에 따라 소정의 파장대의 광을 반사시킬 수 있는 재질로 형성할 수 있어, 다양한 색상을 나타내는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 실리콘 산화물 도는 실리콘 질화물의 박막 두께와 색상의 상관 관계의 이해를 돕기 위해, 일례로 실리콘 산화물의 박막두께에 따른 색상부여층(20)을 색을 정리하여 아래 표 1에 나타내었다.
<표 1>
위에 표 1에 나타낸 것처럼, 실리콘 산화물의 박막두께에 따라 다양한 색상이 나타남을 알 수 있는데, 실리콘 산화물의 박막두께가 0.07㎛일 경우에는 색상부여층이 갈색을 나타내며, 실리콘 산화물의 박막두께가 0.31㎛를 나타내는 경우에는 파란색(청색)을 나타내며, 실리콘 산화물의 박막두께가 0.39㎛를 나타내는 경우에는 노란색(황색)을 나타낸다.
또한, 개시된 색상부여층(20)은 기판층(10)을 통하여 입사된 태양광이 반도체층이 적층된 광전소자층(40)에 흡수되지 못하고 바로 외부로 반사됨으로써, 태양전지의 광전 변환 효율이 저하되는 현상을 방지하는 반사 방지층의 기능도 수행한다.
상기 하부전극층(30)은 상기 색상부여층(20)의 상부면에 형성되는데, 상기 하부전극층(30)의 소재는 접촉 저항이 낮으면서 투명한 성질을 갖는 투명전극인 TCO(Transparent Conductive Oxide)를 사용할 수 있으며, 일례로 AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 SnO2(SnO2:F)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 하부전극층(30)의 형성방법으로는 열 증착법(Thermal Evaporation), 전자빔 증착법(E-beam Evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD) 및 LPCVD, PECVD, 금속유기 화학 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)과 같은 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD)을 포함할 수 있다.
상기 광전소자층(40)은 상기 하부전극층(30)의 상부면에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층되어 이루어지는데, p형과 n형 또는 p형, i형, n형의 반도체층을 적층하여 형성되며, 반도체층은 PECVD 또는 LPCVD와 같은 CVD 방법으로 형성할 수 있는데, 개시된 내용에서는 상기 광전소자층(40)의 일례로 p형 실리콘층(41), i형 실리콘층(42) 및 n형 실리콘층(43)을 순서대로 형성한 경우를 예로 설명하기로 한다.
상기 실리콘층은 PECVD 또는 LPCVD와 같은 CVD 방법으로 형성할 수 있는데, 실리콘층은 이후 공정에 의해 광을 수광하여 전력을 생산할 수 있는 광전소자의 기능을 수행할 수 있다.
상기 상부전극층(50)은 광전소자층(40)의 상부면에 형성되는데, 접촉 저항이 낮은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 몰리텅스텐(MoW)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 통상적인 전도성 소재인 구리, 알루미늄, 티타늄 등 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 또한, 투명 전도성 재질인 ITO, ZnO, IZO, AZO(ZnO:Al), FSO(SnO:F) 중 어느 하나일 수도 있다.
상기 상부전극층(50)의 형성 방법으로는 열 증착법(Thermal Evaporation), 전자빔 증착법(E-beam Evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리기상 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD) 및 LPCVD, PECVD, 금속유기 화학 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)과 같은 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD)을 포함할 수 있다.
따라서, 개시된 다양한 색상을 나타내는 태양전지는 기판층과 하부전극층 사이에 색상부여층을 구비하여, 외부의 물리적, 화학적 간섭으로부터 색상부여층을 보호할 수 있고, 반사 방지층의 기능을 동시에 수행할 수 있어 광전 변환효율이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 두께에 따라 소정의 파장대의 광을 반사시킬 수 있어 다양한 색상을 나타내는 태양전지를 제공할 수 있다.
10 ; 기판층
20 ; 색상부여층
30 ; 하부전극층
40 ; 광전소자층
41 ; p형 실리콘층, 42 ; i형 실리콘층, 43 ; n형 실리콘층
50 ; 상부전극층
20 ; 색상부여층
30 ; 하부전극층
40 ; 광전소자층
41 ; p형 실리콘층, 42 ; i형 실리콘층, 43 ; n형 실리콘층
50 ; 상부전극층
Claims (4)
- 기판층;
상기 기판층의 상부면에 형성되는 색상부여층;
상기 색상부여층의 상부면에 형성되는 하부전극층;
상기 하부전극층의 상부면에 형성되며 다수개의 반도체층이 적층된 광전소자층; 및
상기 광전소자층의 상부면에 형성되는 상부전극층;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다양한 색상을 나타내는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기판층은 일면에 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 다양한 색상을 나타내는 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 색상부여층은 색상이 부여된 접합필름, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다양한 색상을 나타내는 태양전지.
- 청구항 3에 있어서,
상기 색상이 부여된 접합필름은 폴리비닐부틸레이트 또는 에틸렌비닐아세테이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다양한 색상을 나타내는 태양전지.
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|---|---|---|---|---|
| KR100952428B1 (ko) | 2009-07-10 | 2010-04-14 | 주식회사 순에너지 | 칼라 디자인 태양전지 제조방법 |
| KR100989285B1 (ko) | 2010-05-24 | 2010-10-22 | (주) 비제이파워 | 칼라 태양 전지를 이용한 형상화된 태양 전지 모듈 |
-
2018
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