KR101025929B1 - 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈은, 다수개가 적층된 태양전지(100, 200); 태양전지(100, 200)의 가장자리 중 적어도 일측에 위치하며 외부에서 입사되는 광을 전달하는 하나 또는 다수개의 광도파로(300); 및 태양전지(100, 200) 사이에 위치하며 광도파로(300)를 통해 전달되는 광을 태양전지(100, 200) 중 적어도 하나로 확산시키는 확산판(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

광도파로, 광확산, 적층형 태양전지, 광섬유

Description

광도파로를 구비하는 태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE INCLUDING OPTICAL WAVE GUIDE}

본 발명은 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는 광도파로(optical wave guide)를 통해 적층된 태양전지 사이로 광을 전달하고, 이를 확산판을 통해 균일하게 제공할 수 있는 태양전지 모듈에 관한 것이다.

종래의 일반적인 태양전지는 단일 접합형으로 되어 있어서 많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 대면적의 태양전지가 필요하였다. 하지만, 이러한 면적의 증가는 설치 장소 등에 제한을 가지며 비용도 상승되는 문제점이 있다. 또한, 단일 접합형 태양전지 중 광전 변환 효율이 가장 우수한 태양전지의 경우에도 실질적인 효율은 20% 내외에 그치며 대부분의 빛은 그대로 투과되거나 반사되어 소실된다.

이러한 문제점을 극복하고자, 광전소자를 적층한 이중 접합형 탠덤(tandem)구조의 태양전지가 제안되었다. 탠덤 구조의 태양전지는 동일한 기판 면적에서 보다 많은 양의 전기를 생산할 수 있어 종래의 단일 접합형 태양전지보다 향상된 광전 변환 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 이러한 이중 접합 구조의 태양전지는 복수층의 박막이 적층되어 있 는 구조이기 때문에 층간에서 발생하는 반사, 굴절 등의 광학적 현상에 의해 하부 층으로 내려갈수록 빛의 세기가 크게 감소하여 광전 변환 효율이 떨어지는 한계를 가지고 있다.

따라서, 적층된 태양전지 중 수광되는 방향과 반대인 방향에 위치하는 태양전지에서도 효율적인 광전 변환 효율을 얻을 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 적층된 태양전지의 측면을 통해서도 광을 수광할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 적층된 태양전지의 사이에서 광을 효율적으로 제공할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 다수개가 적층된 태양전지; 상기 태양전지의 가장자리 중 적어도 일측에 위치하며 외부에서 입사되는 광을 전달하는 하나 또는 다수개의 광도파로; 및 상기 태양전지 사이에 위치하며 상기 광도파로를 통해 전달되는 광을 상기 태양전지 중 적어도 하나로 확산시키는 확산판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈에 의해 달성된다.

이때, 상기 광도파로는 광섬유일 수 있다.

상기 확산판에는 반사수단이 포함될 수 있다.

상기 반사수단은 상기 확산판의 내부에 형성된 비드일 수 있다.

상기 반사수단은 상기 확산판의 적어도 일면에 반사성 재질이 도포되거나 부착될 수 있다.

상기 반사수단에는 요철부가 더 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 적층된 태양전지의 측면을 통해서 별도로 광을 수광할 수 있어, 태양전지의 면적은 감소하면서도 수광되는 광의 양을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 적층된 태양전지의 사이에서 균일한 광을 제공받을 수 있어, 태양전지(특히, 외부 광이 수광되는 방향과 반대에 위치하는 태양전지)의 광전 전환 효율을 향상시킬 수 있다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발 명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 도 1에서 결합된 태양전지 모듈의 I 부터 I’까지 영역의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈은 제1 태양전지(100), 제2 태양전지(200), 광도파로(300) 및 확산판(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 태양전지(100)와 제2 태양전지(200)는 광을 수광하여 전기에너지로 변환하는 기능을 수행하는 장치로 적층된 구조일 수 있다.

예를 들면, 기판형[단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)] 태양전지, 박막형[비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)] 태양전지, CdTe나 CIS(CuInSe2) 동의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지들 중 어느 하나 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 빛을 수광하여 전기 에너지로 변환할 수 있는 소자라면 제한 없이 사용될 수 있다.

이때, 제1 태양전지(100)와 제2 태양전지(200)는 서로 동일한 종류일 수 있으나, 서로 다른 종류의 태양전지일 수도 있는데, 일례로, 제1 태양전지(100)는 박 막형 다결정 태양전지이고, 제2 태양전지(200)는 박막형 비정질 태양전지일 수 있다. 이와 같이 서로 다른 종류의 적층 구조를 형성하는 것은 다양한 파장대의 빛을 수광할 수 있어 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다. 한편, 본 발명의 태양전지(100, 200)는 효율을 향상시키기 위해 그 자체가 광전소자가 적층된 탠덤(tandem) 구조의 태양전지일 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 광도파로(300)는 태양전지(100, 200)의 가장자리 중 적어도 일측에 하나 또는 다수개가 위치되어, 외부에서 입사되는 광을 제1, 2 태양전지(100, 200) 사이의 공간으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 광도파로(300)는 전반사가 가능한 매질을 사용하여 광을 전달할 수 있는 광섬유(optical fiber)일 수 있는데, 이러한 전반사를 구현하기 위해 굴절율이 큰 매질을 중심부에 두고 상대적으로 굴절률이 낮은 매질로 외부를 둘러싸는 형태로 광도파로의 역할을 수행할 수 있어, 광 손실률을 최소화할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 이러한 광도파로(300)는 양단 중 적어도 하나는 광을 수광할 수 있도록 개방된 구조로, 일반적인 원통형일 수 있으나, 본 발명이 제한되는 것은 아니며 광을 효과적으로 전달할 수 있으면 어떠한 모양이라도 가능하다.

한편, 광학적 측면에서 일반적인 광도파로는 광 손실을 방지하여 광을 일단(광입사단)에서 타단(광방출단)까지 효율적으로 전달하는 것이 목적이지만, 본 발명의 광도파로(300)는 일부 또는 전체의 광을 외부로 굴절 등을 통해 투과시키는 기능을 수행할 수 있으며, 그 양을 조절할 수 있다. 일례로, 광도파로(300) 양단 중 광 일단(광입사단)에서 타단(광방출단)으로 갈수록 외부로 투과되는 광의 양을 변화시킬 수 있는데, 투과되어 나가는 광을 입사단에서 멀어질수록 증가시키는 것이 바람직하다.

이는, 광 입사단에서 멀어질수록 적층된 태양전지[제2 태양전지(200) 보다 제1 태양전지(100)]의 광전 변환 효율이 저하되기 때문이다. 이와 같이 투과되어 나가는 빛의 양을 조절하기 위한 방법으로는, 광도파로(300)의 굴절률을 변화시키는 방법일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다.

또한, 도시되지는 않았지만, 광도파로(300)의 양단 중 타단(광방출단)을 제1, 2 태양전지(100, 200) 사이의 공간으로 연장시켜 광을 직접 전달할 수도 있다. 따라서, 광도파로(300)에 별도의 투과 기능 없이도 공지된 광섬유만을 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로(300)를 구현할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로(300)는 태양전지(200)의 가장자리 중 일측에 위치된 경우를 중심으로 설명하지만, 다수의 일측에 광도파로(300)가 위치하여 많은 양의 광을 전달하는 것이 더 바람직할 수 있다. 이에 관하여는 도 3 및 도 4를 참조한 이하의 상세한 설명을 통해 자세히 알아보기로 한다.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 확산판(400)은 적층된 제1 태양전지(100)와 제2 태양전지(200) 사이에 위치하여, 광도파로(300)를 따라 전달된 광을 태양전지(100, 200) 중 적어도 하나로 확산시키는 면광원의 기능을 수행할 수 있다. 이때, 확산판(400)은 유리 또는 투명한 플라스틱 재질일 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 확산판(400)은 광도파로(300)를 따라 전반사 되어 전달된 광을 태양전지(100, 200) 사이로 전달함과 동시에, 확산판(400) 내부에 포함된 다수개의 반사수단에 의해 난반사시켜 확산시키는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 확산판(400) 내부에는 기포와 같이 형성된 비드(bead)가 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 확산판(400)은 도시되지는 않았지만, 광을 일방향으로만 반사시키는 기능을 수행할 수도 있다. 일례로, 확산판(400)의 일면(예를 들면, 상부면)에 반사수단이 구비되어 광을 하부에 위치하는 제1 태양전지(100) 측으로만 반사시키는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 반사수단은 광을 반사시킬 수 있는 재질이라면 제한 없이 사용할 수 있는데, 일례로, 반사물질이 도포되거나, 반사층이 부착된 형태일 수 있으며, 광을 더 효율적으로 반사시킬 수 있는 굴곡을 가지는 요철부가 더 구비될 수도 있다.

따라서, 적층된 태양전지[특히, 제2 태양전지(200)]에는 별도의 반사수단이 없이도 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 형태의 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 도 3에서 결합된 태양전지 모듈의 I 부터 I’까지 영역의 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 형태의 광도파로(300)는 태양전지(100, 200)의 가장자리 중 다수의 일측에 광도파로(300)가 위치 하여 많은 양의 광을 전달할 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 태양전지(100, 200)의 사면 중 서로 마주보는 한쌍의 가장자리 일측에 위치할 수 있으나, 사면 모두에 위치될 수 있음은 자명할 것이다.

따라서, 좌측에 위치는 광도파로(300)를 따라 전반사 되어 전달된 광이 확산판(400)에서 확산되는 경로(10)와 우측에 위치는 광도파로(300)를 따라 전반사되어 전달된 광이 확산판(400)에서 확산되는 경로(20)가 서로 상이할 수 있다. 결국, 확산판(400) 내부에서는 다양한 경로(10, 20)의 광이 서로 중첩하지 않으면서 확산될 수 있어, 보다 균일한 광을 적층된 태양전지(100, 200)로 제공할 수 있다.

상술된 상세한 설명에서는 편의를 위해 일 예로, 광이 상부에서 수광되는 경우를 중심으로 설명하지만 광이 하부에서 수광되는 경우도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 상세한 설명에서는 2층으로 적층된 하나의 태양전지만을 설명하지만, 3층 이상으로 적층될 수도 있으며, 적층된 태양전지가 다수개 행과 열로 배열되어 광도파로(300)를 공통으로 사용하는 경우도 본 발명에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이상의 상세한 설명에서 본 발명은 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 도 1에서 결합된 태양전지 모듈의 I 부터 I’까지 영역의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 형태의 광도파로를 구비하는 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 도 3에서 결합된 태양전지 모듈의 I 부터 I’까지 영역의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 제1 태양전지

200: 제2 태양전지

300: 광도파로

400: 확산판

Claims (6)

1. 다수개가 적층된 태양전지;

   상기 태양전지의 가장자리 중 적어도 일측에 위치하며 외부에서 입사되는 광을 전달하는 하나 또는 다수개의 광도파로; 및

   상기 태양전지 사이에 위치하며 상기 광도파로를 통해 전달되는 광을 상기 태양전지 중 적어도 하나로 확산시키는 확산판

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광도파로는 광섬유인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 확산판에는 반사수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
4. 제3항에 있어서,

   상기 반사수단은 상기 확산판의 내부에 형성된 비드인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
5. 제3항에 있어서,

   상기 반사수단은 상기 확산판의 적어도 일면에 반사성 재질이 도포되거나 부착된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 반사수단에는 요철부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.

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