KR101062700B1 - 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명은, 양극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 양극 그리드와, 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 음극 그리드와, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드가 상기 양극기판 및 상기 음극기판 사이에 채워진 전해질과 접촉하는 것을 차단하는 차단막을 포함하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다. 이때 상기 차단막은, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드를 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 내부 차단막; 및 상기 내부 차단막을 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 외부 차단막;을 포함한다.
본 발명은, 양극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 양극 그리드와, 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 음극 그리드와, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드가 상기 양극기판 및 상기 음극기판 사이에 채워진 전해질과 접촉하는 것을 차단하는 차단막을 포함하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다. 이때 상기 차단막은, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드를 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 내부 차단막; 및 상기 내부 차단막을 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 외부 차단막;을 포함한다.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극전극에서 발생한 전자를 포집하기 위해 음극기판의 전도성투명막에 부착된 음극 그리드의 및 외부로부터 공급된 전자를 양극전극으로 분배하기 위해 양극기판의 전도성투명막에 부착된 양극 그리드를 이중으로 보호하는 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다.
종래에는 태양전지로 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양전지가 많이 사용되어 왔다. 그러나 실리콘 태양전지는 제조시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이어서 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.
실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기재료를 사용한 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 매우 저렴한 염료감응 태양전지가 많은 주목을 받고 있다. 이하, 염료감응 태양전지의 모듈의 일반적인 구조를 도 1을 참조하여 설명한다.
일반적으로 염료감응 태양전지 모듈(10)은 서로 대향하여 위치하는 음극기판(20)과 양극기판(40), 산화환원용 전해질(60), 음극 그리드(80a) 및 양극 그리드(80b), 내부 실런트(90a) 및 외부 실런트(90b)를 포함한다.
음극기판(20)은 투명기판(22)과 전도성 투명막(24)을 포함하고, 양극기판(40)은 투명기판(42)과 전도성 투명막(44)을 포함한다. 음극기판(20)의 전도성 투명막(24) 상에는 복수의 음극전극(26)이 평행하게 나열되고, 양극기판(40)의 전도성 투명막(44) 상에는 복수의 양극전극(46)이 평행하게 나열된다. 음극전극(26)은 금속산화물(티타니아 등)의 나노입자와 상기 나노입자의 표면에 흡착된 광감응 염료로 이루지고, 양극전극(46)은 백금(Pt) 등과 같은 전도성 금속 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 등으로 이루어진다.
산화환원용 전해질(60)은 음극전극(26)과 양극전극(46)이 잠기도록 음극기판(20)과 양극기판(40) 사이에 채워진다. 상기 전해질(60)은 산화/환원 반응을 통해 상기 양극전극(46)으로부터 전자를 받아 음극전극(26)의 광감응 염료로 전달한다.
음극 그리드(80a)는 음극전극(26)에서 발생한 전자를 포집하기 위해 음극기판(20)의 전도성 투명막(24)에 부착되고, 양극 그리드(80b)는 외부로부터 전도성 투명막(44)으로 공급된 전자를 양극전극(46)으로 분배하기 위해 양극기판(40)의 전도성 투명막(44)에 부착된다.
내부 실런트(90a)는 음극 그리드(80a)와 양극 그리드(80a)를 덮도록 위치하여 상기 전해질(60)에 의해 음극 그리드(80a)와 양극 그리드(80b)가 부식되는 현상을 방지하고, 음극 그리드(80a)와 양극 그리드(80b) 간을 절연시킨다. 그리고, 외부 실런트(90a)는 음극기판(20)의 전도성투명막(24)의 테두리와 양극전극(40)의 전도성투명막(44) 테두리 사이에 위치하여 전해질(60)이 모듈(10)의 외부로 누액되는 현상을 방지한다.
상술한 바와 같은 염료감응 태양전지 모듈(10)에서 내부 실런트(90a)는 주로 열가소성 수지(듀퐁사의 상품명 설린(surlyn), 바이넬(bynel) 등)로 이루어진다. 그러나, 내부 실런트(90a)가 열가소성 수지로 이루어진 경우, 제조 후 일정 기간이 경과하면 그리드(80a, 80b)가 전해질(60)에 의해 부식되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산화환원용 전해질에 의해 그리드가 부식되는 현상이 발생하는 시점을 종래에 비해 늦출 수 있는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 양극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 양극 그리드와, 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 음극 그리드와, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드가 상기 양극기판 및 상기 음극기판 사이에 채워진 전해질과 접촉하는 것을 차단하는 차단막을 포함하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다. 이때 상기 차단막은, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드를 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 내부 차단막; 및 상기 내부 차단막을 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 외부 차단막;을 포함한다.
상기 내부 차단막은 상기 외부 차단막에 비해 상대적으로 낮은 삼출도를 갖고, 상기 전도성 투명막에 대한 상기 외부 차단막의 밀착도는 상기 전도성 투명막에 대한 상기 내부 차단막의 밀착도에 비해 상대적으로 높다.
상기 내부 차단막은 규소 산화물, 규소-붕소-비스무스 산화물, 붕소-비스무스 산화물, 붕소-금속 산화물 및 자외선 경화 수지 중 어느 하나로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 내부 차단막은 삼출도가 상대적으로 높은 외부 차단막의 단점을 보완하고 외부 차단막은 전도성 투명막에 대하여 밀착도가 상대적으로 낮은 내부 차단막의 단점을 보완한다. 따라서 본 발명은 전해질이 그리드까지 도달하는 시점을 종래에 비해 지연시키고 이로써 종래의 염료감응 태양전지 모듈에 비해 우수한 장기 안정성을 보유한다.
도 1은 염료감응 태양전지 모듈의 일반적인 구조를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 부분 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 서로 대향하여 위치하는 음극기판(110)과 양극기판(120), 음극전극(116), 양극전극(126), 산화환원용 전해질(130), 음극 그리드(140a), 양극 그리드(140b) 및 차단막을 포함한다.
음극기판(110)은 투명기판(112)과 전도성 투명막(114)을 포함하고 양극기판(120)은 투명기판(122)과 전도성투명막(124)을 포함한다. 상기 투명기판(112, 122)은 소다라임 글래스, 보로 실리케이트 글래스 등의 투명유리기판 또는 PET,PEN, PC, PP, PI, TAC 등의 투명플라스틱기판으로 이루어지고, 상기 전도성 투명막(114, 124)은 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 등으로 이루어진다.
음극전극(116)은 음극기판(110)의 전도성 투명막(114) 상에 구비되고, 금속산화물(티타니아 등)의 나노입자와 그 표면에 흡착된 광감응 염료로 이루어진다. 광감응 염료로는 Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir 등의 금속 복합체 형태의 화합물 또는 Ru 복합체 등의 물질이 사용된다.
양극전극(126)은 음극전극(116)과 대향하여 위치하도록 양극기판(120)의 전도성 투명막(124) 상에 구비되고, 백금(Pt) 등과 같은 전도성 금속 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 등으로 이루어진다.
산화환원용 전해질(130)은 양극전극(126) 및 음극전극(116)이 잠기도록 양극기판(120) 및 음극기판(110) 사이에 채워진다. 산화환원용 전해질(130)은 산화/환원 반응을 통해 양극전극(126)으로부터 전자를 받아 음극전극(116)의 광감응 염료로 전달한다. 산화환원용 전해질(130)로는 주로 요오드계 전해질이 사용된다.
상기 음극전극(116), 양극전극(126) 및 전해질(130)은 하나의 단위 스트라이프 셀(stripe cell)을 구성한다. 그리고 염료감응 태양전지 모듈(100)은 일반적으로 복수의 단위 스트라이프 셀을 포함하게 된다. 그러나, 염료감응 태양전지 모듈(100)이 복수의 단위 스트라이프 셀들만을 포함할 경우, 상기 모듈(100)이 고전류를 발생시키는데 있어서 한계가 존재하는바, 상기 모듈(100)은 음극 그리드(140a) 및 양극 그리드(140b)를 포함하는 것이 일반적이다.
음극 그리드(140a)는 음극전극(116)에서 발생한 전자를 포집하여 모듈(100)의 외부로 인출하기 위해 음극기판(110)의 전도성투명막(114)에 부착된 것으로서, 전도성 물질로 형성된다. 양극 그리드(140b)는 모듈(100)의 외부로부터 공급된 전자를 양극전극(126)으로 분배하기 위해 양극기판(120)의 전도성투명막(124)에 부착된 것으로서, 전도성 물질로 이루어진다. 상기 그리드(140a, 140b)는 주로 은(Ag)과 같은 전도성 금속으로 이루어진다.
상기 그리드(140a, 140b)가 전해질(130)에 노출될 경우 그리드(140a, 140b)와 전해질(130) 간 화학반응에 의해 그리드(140a, 140b)에 부식이 발생하고, 이로써 그리드(140a, 140b)는 본원의 기능을 상실하게 된다. 따라서, 상기 염료감응 태양전지 모듈(100)은 그리드(140a, 140b)와 전해질(130) 간 접촉을 차단하는 차단막을 구비한다.
종래의 염료감응 태양전지 모듈에서는 앞서 배경기술에서 설명한 바와 같이 차단막으로 설린(surlyn)이나 바이넬(bynel)과 같은 열가소성 수지가 단일막으로 사용된다. 그러나 설린(surlyn)이나 바이넬(bynel)로 이루어진 단일막이 구비되더라도 염료감응 태양전지 모듈이 사용되기 시작한 후 소정의 시간이 경과하면 전해질(130)은 전도성 투명막(114, 124)과 단일막 간 접촉부위를 경유하거나, 단일막을 직접 투과하여 그리드(140a, 140b)에 도달하게 된다. 전해질(130)이 단일막을 직접 투과하는 것은 삼출 현상(전해질이 단일막을 투과하여 그리드까지 스며드는 현상)으로 인해 발생한다.
이에 본 발명에서는 전해질(130)이 그리드(140a, 140b)까지 도달하는 시점이 최대한 늦춰질 수 있도록 차단막이 내부 차단막(150a, 150b)과 외부 차단막(160b)으로 이루어진다.
상기 내부 차단막(150a, 150b)은 한 쌍으로 이루어진다. 이 중 어느 하나는 음극 그리드(140a)를 감싸도록 음극기판(110)의 전도성 투명막(114) 상에 형성되고, 다른 하나는 양극 그리드(140b)를 감싸도록 양극기판(120)의 전도성 투명막(114) 상에 형성된다.
또한 내부 차단막(150a, 150b)은 외부 차단막(160b)에 비해 낮은 삼출도를 갖도록 구비된다. 이를 위해 상기 내부 차단막(150a, 150b)은 규소 산화물(Si 산화물), 규소-붕소-비스무스(Si-B-Bi) 산화물, 붕소-비스무스(B-Bi) 산화물, 붕소-금속(B-R(금속)) 산화물 및 자외선 경화 수지 중 어느 하나로 이루어진다. 그리드(140a, 140b)를 덮도록 페이스트 상태의 규소 산화물, 규소-붕소-비스무스 산화물, 붕소-비스무스 산화물, 붕소-금속 산화물을 도포한 후 열이 가해지거나, 그리드(140a, 140b)를 덮도록 페이스트 상태의 자외선 경화 수지를 도포한 후 자외선이 조사되면 내부 차단막(150a, 150b)이 형성된다. 이와 같이 형성된 내부 차단막(150a, 150b)의 경우, 미세한 구조적 결함(미세기공 등)이 거의 없어 낮은 삼출도를 갖는다.
전해질(130)이 그리드(140a, 140b)까지 도달하는 시점이 가능한 뒤로 늦춰지기 위해서는 차단막이 낮은 삼출도를 보유할 뿐만 아니라, 전도성 투명막(114, 124)에 대하여 높은 밀착도를 보유하여야 한다. 그러나 상술한 내부 차단막(150a, 150b)은 매우 거친 표면을 갖는 전도성 투명막(114, 124)에 대하여 그다지 높지 않은 밀착도를 갖는다. 따라서 차단막이 내부 차단막(150a, 150b) 만으로 이루어지면 전해질(130)이 그리드(140a, 140b)까지 도달하는 시점을 늦추는데 있어서 한계가 존재한다.
본 발명의 차단막은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 외부 차단막(160b)을 더 구비한다. 외부 차단막(160b)은 내부 차단막(150a, 150b)을 감싸도록 전도성 투명막(114, 124) 상에 구비되고, 상기 전도성 투명막(114, 124)과의 밀착성이 좋은 열가소성 수지(설린 또는 바이넬)로 이루어진다. 필름 형태의 설린이나 바이넬을 내부 차단막(150a, 150b)을 덮도록 위치시킨 후 음극기판(110) 및 양극기판(120)을 열압착하면, 외부 차단막(160b)이 형성된다.
한편, 미설명 도면부호 160a는 봉지재이다. 상기 봉지재(160a)는 음극기판(110)의 전도성 투명막(114)의 테두리와 양극기판(120)의 전도성 투명막(124)의 테두리 사이에 위치하여 전해질(130)이 염료감응 태양전지 모듈(100)의 외부로 누액되는 현상을 방지한다.
이상 설명한 염료감응 태양전지 모듈(100)에 따르면, 내부 차단막(150a, 150b)과 외부 차단막(160b) 중 어느 하나가 나머지 하나의 단점을 보완한다. 즉, 내부 차단막(150a, 150b)은 삼출도가 상대적으로 높은 외부 차단막(160b)의 단점을 보완하고, 외부 차단막(160b)은 전도성 투명막(114, 124)에 대하여 밀착도가 상대적으로 낮은 내부 차단막(150a, 150b)의 단점을 보완한다. 따라서 상기 염료감응 태양전지 모듈(100)은 전해질(130)이 그리드(140a, 140b)까지 도달하는 시점을 종래에 비해 지연시키고, 이로써 종래의 염료감응 태양전지 모듈에 비해 우수한 장기 안정성을 보유한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 염료감응 태양전지 모듈 110 : 음극기판
120 : 양극기판 112, 122 : 투명기판
114, 124 : 전도성 투명막 116 : 음극전극
126 : 양극전극 130 : 산화환원용 전해질
140a : 음극 그리드 140b : 양극 그리드
150a, 150b : 내부 차단막 160b : 외부 차단막
120 : 양극기판 112, 122 : 투명기판
114, 124 : 전도성 투명막 116 : 음극전극
126 : 양극전극 130 : 산화환원용 전해질
140a : 음극 그리드 140b : 양극 그리드
150a, 150b : 내부 차단막 160b : 외부 차단막
Claims (7)
- 양극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 양극 그리드와, 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 음극 그리드와, 상기 양극 그리드 및 음극 그리드가 상기 양극기판 및 상기 음극기판 사이에 채워진 전해질과 접촉하는 것을 차단하는 차단막을 포함하는 염료감응 태양전지 모듈에 있어서,
상기 차단막은,
상기 양극 그리드 및 음극 그리드를 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 내부 차단막; 및
상기 내부 차단막을 감싸도록 상기 양극기판 및 음극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 외부 차단막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 내부 차단막은 상기 외부 차단막에 비해 상대적으로 낮은 삼출도를 갖고, 상기 전도성 투명막에 대한 상기 외부 차단막의 밀착도는 상기 전도성 투명막에 대한 상기 내부 차단막의 밀착도에 비해 상대적으로 높은 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 내부 차단막은 규소 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 내부 차단막은 규소-붕소-비스무스 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 내부 차단막은 붕소-비스무스 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 내부 차단막은 붕소-금속 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 내부 차단막은 자외선 경화 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 그리드 보호구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈.
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| KR (1) | KR101062700B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101405585B1 (ko) * | 2012-09-28 | 2014-06-11 | 현대자동차주식회사 | 이중 구조의 집전극 보호막을 갖는 염료감응형 태양전지 모듈 |
| WO2017003178A1 (ko) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 주식회사 오리온 | 염료감응형 태양전지 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101030014B1 (ko) | 2009-11-09 | 2011-04-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 광전변환소자 |
-
2011
- 2011-06-16 KR KR1020110058621A patent/KR101062700B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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