KR101156546B1 - 광전변환모듈 - Google Patents

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KR101156546B1
KR101156546B1 KR1020110052397A KR20110052397A KR101156546B1 KR 101156546 B1 KR101156546 B1 KR 101156546B1 KR 1020110052397 A KR1020110052397 A KR 1020110052397A KR 20110052397 A KR20110052397 A KR 20110052397A KR 101156546 B1 KR101156546 B1 KR 101156546B1
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김현철
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Abstract

본 발명에서는 광전변환모듈이 개시된다. 상기 광전변환모듈은, 서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 기판과, 제1, 제2 기판 사이에서 복수의 광전 셀들을 구획하는 실링 부재와, 인접한 실링 부재들 사이에 형성되어 이웃한 광전 셀들을 상호 전기적으로 연결하는 접속 부재를 포함하고, 인접한 실링 부재들 사이이고 접속 부재의 연장 방향을 따라 전후방에는 개방된 형태의 오프닝이 형성되어 있다.
본 발명에 의하면, 제조과정에서 모듈 내부의 압력이 축적되거나 또는 불순 가스의 잔류에 따라 전해질의 밀봉 구조가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

광전변환모듈{Photoelectric conversion module}
본 발명은 광전변환모듈에 관한 것이다.
최근 화석연료를 대체하는 에너지의 원천으로서, 빛 에너지를 전기 에너지로 변화하는 광전변환소자에 대해 다양한 연구가 진행되고 있으며, 태양광을 이용하는 태양전지가 많은 주목을 받고 있다.
다양한 구동원리를 갖는 태양전지들에 대한 연구가 진행되고 있는데, 그 중에서 반도체의 p-n 접합을 이용하는 웨이퍼 형태의 실리콘 또는 결정질 태양전지는 가장 많이 보급되고 있으나, 고순도의 반도체 재료를 형성 및 취급한다는 공정의 특성상 제조단가가 높다는 문제가 있다.
실리콘 태양전지와 달리, 염료 감응형 태양전지는 가시광선의 파장을 갖는 빛이 입사하면 이를 받아 여기 전자를 생성할 수 있는 감광성 염료와, 여기된 전자를 받아들일 수 있는 반도체 물질, 그리고, 외부회로에서 일을 하고 돌아오는 전자와 반응하는 전해질을 주된 구성으로 하며, 종래 태양전지에 비해 비약적으로 높은 광전변환효율을 갖고 있어 차세대 태양전지로 기대되고 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈은, 제조과정에서 모듈 내부의 압력이 축적되거나 또는 불순 가스의 잔류에 따라 전해질의 밀봉 구조가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광전변환모듈은,
서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 기판;
상기 제1, 제2 기판 사이에서 복수의 광전 셀들을 구획하는 실링 부재; 및
인접한 실링 부재들 사이에 형성되어 이웃한 광전 셀들을 상호 전기적으로 연결하는 접속 부재;를 포함하고,
인접한 실링 부재들 사이이고 상기 접속 부재의 연장 방향을 따라 전후방에는 개방된 형태의 오프닝이 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 광전변환모듈은, 상기 제1, 제2 기판 사이에서 기판 가장자리를 따라 불연속적으로 형성된 차단 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 접속 부재의 연장 방향으로 상기 오프닝과 마주하는 위치에는 제1 차단 부재가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 차단 부재의 폭은 상기 접속 부재의 폭 보다 넓게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 실링 부재의 외측에는 제2 차단 부재가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 차단 부재는 상기 실링 부재의 단변부를 따라 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 접속 부재의 연장 방향으로 상기 오프닝과 마주하는 위치에는 제1 차단 부재가 형성되고,
상기 실링 부재의 외측에는 제2 차단 부재가 형성되며,
상기 제1, 제2 차단 부재는 서로에 대해 단절된 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 실링 부재는 각 광전 셀을 개별적으로 둘러싸도록 독립적으로 형성되고,
상기 접속 부재는 이웃한 광전 셀들을 구획하는 인접한 실링 부재들 사이에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 실링 부재는,
제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 일 기판상에 형성된 스페이서; 및
상기 스페이서의 적어도 일부를 둘러싸는 경화성 수지;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 스페이서는, 제2 기판으로부터 제1 기판을 향하여 돌출 형성되고,
상기 경화성 수지는, 상기 스페이서의 돌출 단부와 제1 기판과의 기밀성 결합을 매개할 수 있다.
예를 들어, 상기 접속 부재는,
상기 제1, 제2 기판상에 각각 형성된 제1, 제2 도전성 범프; 및
상기 제1, 제2 도전성 범프를 탄성적으로 접속시키는 탄성 도전체;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 광전변환모듈은,
서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 기판;
상기 제1, 제2 기판 사이에서 복수의 광전 셀들을 구획하는 실링 부재; 및
인접한 실링 부재들 사이에 형성되어 이웃한 광전 셀들을 상호 전기적으로 연결하는 접속 부재;를 포함하고,
상기 접속 부재가 놓여진 인접한 실링 부재들 사이에는 개방된 형태의 오프닝이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
예를 들어, 상기 오프닝은 상기 접속 부재의 연장 방향으로 전후방에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 기판 사이이고, 상기 접속 부재와 마주하는 위치에는 제1 차단 부재가 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 차단 부재의 폭은 상기 접속 부재의 폭 보다 넓게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 기판 사이이고, 상기 실링 부재의 단변부를 따라서는 제2 차단 부재가 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 실링 부재는 각 광전 셀을 개별적으로 둘러싸도록 독립적인 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1, 제2 기판의 합착 공정이나 제1, 제2 기판 사이에 개재된 실링 부재의 경화 공정에서 잔류가스의 축적 및 내부압력의 상승에 따라 유발될 수 있는 실링 부재의 결함 및 이로 인한 전해질의 밀봉성 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 광전변환모듈의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 광전변환모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 광전변환모듈의 배기 경로를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 광전변환모듈의 일부를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 V 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 VI-VI` 선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광전변환모듈을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 광전변환모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈(100)의 평면 구조가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 광전변환모듈(100)의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 상기 광전변환모듈(100)은 다수의 광전 셀(S)들을 포함하여 구성된다. 각 광전 셀(S)들은 각각의 광전 셀(S)들을 포위하듯이 둘러싸는 실링 부재(130)에 의해 구획되며, 상기 실링 부재(130)는 각 광전 셀(S)들을 개별적으로 둘러싸도록 독립적인 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이웃한 광전 셀(S)들은 서로 독립적인 실링 부재(130)에 의해 구획될 수 있다.
서로 이웃한 실링 부재(130)들 사이에는 접속 부재(180)가 배치될 수 있다. 상기 접속 부재(180)는 이웃한 광전 셀(S)들을 서로 전기적으로 연결시킴으로써 다수의 광전 셀(S)들을 전기적으로 모듈화시킨다. 예를 들어, 각 광전 셀(S)들은 접속 부재(180)를 통하여 이웃하는 광전 셀(S)과 직렬 접속 또는 병렬 접속을 이루고, 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에서 물리적으로 지지됨으로써 모듈화될 수 있다.
상기 광전 셀(S) 내부에는 전해질(150)이 충진되며, 각 광전 셀(S)의 테두리를 따라 배치된 실링 부재(130)에 의해 내부에 충진된 전해질(150)이 밀봉된다. 상기 실링 부재(130)는 전해질(150)을 포위하도록 전해질(150) 주위에 형성되고, 전해질(150)이 외부로 누설되지 않도록 밀봉하고 있다.
상기 접속 부재(180)는 이웃하는 광전 셀(S)들을 접속시키며, 상기 접속 부재(180)의 길이 방향을 따라 전후방으로는 오프닝(OP)이 형성되어 있다. 환언하면, 상기 접속 부재(180)가 놓여진 이웃한 실링 부재(130)들 사이에는 개방된 형태의 오프닝(OP)이 형성되어 있다.
상기 접속 부재(180)는 밀폐된 공간 내에 수용되는 것이 아니라 오프닝(OP)을 통하여 노출되어 있다. 예를 들어, 상기 접속 부재(180)가 오프닝(OP)을 통하여 노출되어 있다는 것은, 광전 셀(S)을 포위하는 실링 부재(130)에 의해 가로 막혀 있거나, 또는 실링 부재(130)와 구조적으로 연결된 여하의 부재에 의해 가로 막혀 있지 않다는 것이다. 다만, 전체 광전변환모듈(100)에 적용되는 외부 패킹(미도시)에 의해 상기 접속 부재(180)는 외부 패킹으로 둘러싸일 수 있고, 실제로는 외부로 노출되지 않을 수 있다.
상기 접속 부재(180)의 연장 방향을 따라 전후방으로 형성된 오프닝(OP)은 잔류 가스의 배기 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 오프닝(OP)은 실링 부재(130)를 개재하여 제1, 제2 기판(110,120)을 서로에 대해 압입 봉착시키는 과정에서 발생될 수 있는 잔류 가스의 배기 경로를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제1, 제2 기판(110,120)의 합착 공정에서는, 실링 부재(130)를 개재한 제1, 제2 기판(110,120)을 클램프로 고정하고 레이저 등의 외부 열원에 의해 가열 및 가압하면서 제1, 제2 기판(110,120)을 서로에 대해 결합시킬 수 있다. 이때, 상기 제1, 제2 기판(110,120) 사이에 미쳐 빠져나가지 못한 공기가 잔존하거나, 또는 실링 부재(130)의 가열 과정에서 생성되는 가스 성분이 배기되지 못하고 잔류하면, 이러한 잔류 가스 성분은 내부 가스 압력을 생성하고, 이에 따라 미 경화된 상태의 실링 부재(130)에 기포를 발생시키게 된다.
이러한 기포의 발생은 완성된 광전변환모듈(100)의 작동시에 치명적인 문제를 일으키게 되며, 예를 들어, 실링 부재(130)를 통하여 전해질(150)이 침투하게 됨으로써 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.
도 3에는 잔류 가스의 배기 경로를 개략적으로 도시한 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 접속 부재(180)가 연장되는 전후 방향을 따라 형성된 오프닝(OP)은 잔류 가스의 배기 경로(f)를 제공하며, 오프닝(OP)을 통하여 잔류 가스를 배기시킴으로써 잔류 가스에 의한 내부 압력의 축적을 막을 수 있고, 이에 따라 미 경화된 실링 부재(130)에 생길 수 있는 기포의 발생을 억제할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제1, 제2 기판(110,120)의 테두리를 따라서는 불연속적인 패턴으로 형성된 차단 부재(161,162)가 마련될 수 있다. 상기 차단 부재(161,162)는 제1, 제2 기판(110,120) 간에 일정간격을 확보하고, 제1, 제2 기판(110,120) 사이를 지지하기 위한 목적에 기여할 수 있다. 또한, 상기 차단 부재(161,162)는 접속 부재(180)의 산화를 방지하기 위한 목적에 기여할 수 있으며, 이물질의 침입을 막기 위한 목적에 기여할 수 있다.
예를 들어, 광전변환모듈(100)의 제조 공정에서 이물질의 침입을 방지하고, 공정관리의 편이성을 증진하기 위하여, 기판(110,120)의 테두리 영역을 따라 단속적인 형태의 차단 부재(161,162)가 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 차단 부재(161,162)는 접속 부재(180)의 외측에 형성된 제1 차단 부재(161)와, 실링 부재(130)의 외측에 형성된 제2 차단 부재(162)를 포함할 수 있으며, 제1, 제2 차단 부재(161,162)는 서로에 대해 분단된 형태로 이격되게 형성될 수 있다. 제1, 제2 차단 부재(161,162)의 이격된 공간을 통하여 잔류 가스의 배기 경로(f, 도 3 참조)가 확보될 수 있다.
상기 제1 차단 부재(161)는 접속 부재(180)의 외측에 배치되는데, 접속 부재(180)의 연장방향으로 전후방에 형성된 오프닝(OP)과 마주하는 위치에 형성될 수 있다. 상기 제1 차단 부재(161)는 접속 부재(180)로부터 상대적으로 원거리에 배치될 수 있고, 접속 부재(180)와 제1 차단 부재(161) 사이에는 오프닝(OP)이 형성될 수 있다. 제1 차단 부재(161)는 제1 폭(W1)으로 형성될 수 있는데, 제1 차단 부재(161)의 제1 폭(W1)은 접속 부재(180) 보다 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
상기 제2 차단 부재(162)는 실링 부재(130)의 단변부(130S)를 따라 연장될 수 있다. 대략 장방형의 광전 셀(S)을 둘러싸는 실링 부재(130)가 한 쌍의 장변부(130L)와 한 쌍의 단변부(130S)를 포함한다고 할 때, 상기 제2 차단 부재(162)는 실링 부재(130)의 단변부(130S)를 따라 형성될 수 있다는 것이다. 제2 차단 부재(162)는 제2 폭(W2)으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1, 제2 차단 부재(161,162)는 전후 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 제1 차단 부재(161)는 접속 부재(180)로부터 상대적으로 원거리에 배치되고, 제2 차단 부재(162)는 실링 부재(130)로부터 상대적으로 근거리에 배치될 수 있다.
도 4에는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 광전변환모듈(10)의 일부가 도시되어 있다. 도 5에는 도 4의 V 부분을 확대하여 도시한 도면이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 제1, 제2 기판(11,12) 사이에는 다수의 광전 셀(S)들과, 상기 광전 셀(S)들을 구획하는 실링 부재(30)가 개재된다. 상기 실링 부재(30)는 기판(11,12)의 테두리 영역을 따라 배치되는 한편으로, 이웃한 광전 셀(S)들 사이로 연장되며 광전 셀(S)들을 구획한다. 이웃한 광전 셀(S)들은 접속 부재(80)를 통하여 서로 전기적으로 연결되는데, 상기 접속 부재(80)는 실링 부재(30) 내에 배치된다.
도 5를 참조하면, 상기 접속 부재(80)가 놓여지는 공간은 실링 부재(30)에 의해 폐쇄되어 있기 때문에, 예를 들어, 제1, 제2 기판(11,12)의 합착 공정에서 외부로 미쳐 빠져나가지 못한 잔류 가스 또는 실링 부재(30)의 경화 과정에서 발생되는 가스 성분은 폐쇄된 공간 내에서 내부 압력(P)으로 축적되며, 이러한 내부 압력(P)은 미 경화된 실링 부재(30)에 기공 등의 결함을 야기하여 실링 부재(30)의 내구성을 저하시키고, 실링 부재(30)가 밀봉하는 전해질(150)의 누액을 초래할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는 이웃한 실링 부재(130)들 사이에 오프닝(OP)을 형성함으로써, 보다 구체적으로, 이웃한 실링 부재(130)들 사이이면서 접속 부재(180)의 연장 방향을 따라 전후방에 개방된 형태의 오프닝(OP)을 형성함으로써, 잔류 가스의 배기 경로(f)를 제공하고, 내부 압력의 축적에 따른 제반 문제점을 원천적으로 해결할 수 있다.
도 6에는 도 1의 VI-VI` 선을 따라 취한 수직 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 광전변환모듈(100)은 서로 마주하게 배치되는 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)을 포함하고, 양 기판들(110,120) 사이에는 실링 부재(130)에 의해 구획되는 다수의 광전 셀(S)들이 형성된다. 이웃한 광전 셀(S)들 사이에는 접속 부재(180)가 마련되어 이웃한 광전 셀(S)들을 서로 접속시키며, 예를 들어, 상기 접속 부재(180)는 광전 셀(S)들을 직렬 접속시킬 수 있다.
상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120)상에는 각각 광전극(111)과 상대전극(121)이 형성되며, 제1 기판(110)과 제2 기판(120)은 실링 부재(130)를 개재하여 소정의 간극을 사이에 두고 합착된다. 상기 광전극(111) 상에는 빛(L)에 의해 여기되는 감광성 염료를 흡착한 반도체층(113)이 형성되며, 상기 반도체층(113)과 상대전극(121) 사이에는 전해질(150)이 개재된다.
상기 제1 기판(110)은 투명소재로 형성될 수 있고, 높은 광투과율을 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1 기판(110)은 유리소재의 글라스 기판이나 수지필름으로 구성될 수 있다. 수지필름은 통상 가요성을 갖기 때문에 유연성이 요구되는 용도에 적합하다.
상기 광전극(111)은 광전변환모듈(100)의 음극(negative electrode)으로 기능한다. 보다 구체적으로, 상기 광전극(111)은 광전변환작용에 따라 생성된 전자들을 수취하여 전류패스를 제공한다. 광전극(111)을 통하여 입사된 빛(L)은 반도체층(113)에 흡착된 감광성 염료의 여기원으로 작용한다. 상기 광전극(111)은 전기 전도성과 함께 광 투명성을 갖춘 ITO, FTO, ATO 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide)로 형성될 수 있다. 상기 광전극(111)은 전기 전도성이 우수한 금(Ag), 은(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속전극을 더 포함할 수도 있다. 이러한 금속전극은 광전극(111)의 전기 저항을 낮추기 위해 도입된 것이며, 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 매쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.
상기 반도체층(113) 자체는 종래 광전변환소자로 사용되던 반도체 소재를 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, Cd,Zn,In,Pb,Mo,W,Sb,Ti,Ag,Mn,Sn,Zr,Sr,Ga,Si,Cr 등의 금속 산화물로 형성될 수 있다. 상기 반도체층(113)은 감광성 염료를 흡착함으로써 광전변환효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(113)은 5nm ~ 1000nm 입경의 반도체 입자를 분산시킨 페이스트를 전극(111)이 형성된 기판(110) 위에 도포한 후, 소정의 열 또는 압력을 적용하는 가열 처리 또는 가압 처리를 거쳐 형성될 수 있다.
상기 반도체층(113)에 흡착된 감광성 염료는 제1 기판(110)을 투과하여 입사된 빛(L)을 흡수하고, 감광성 염료의 전자는 기저 상태로부터 여기 상태로 여기된다. 여기된 전자는 감광성 염료와 반도체층(113) 간의 전기적인 결합을 이용하여 반도체층(113)의 전도대로 전이된 후, 반도체층(113)을 통과하여 광전극(111)에 도달하고, 광전극(111)을 통하여 외부로 인출됨으로써 외부회로를 구동하는 구동전류를 형성하게 된다.
예를 들어, 상기 반도체층(113)에 흡착되는 감광성 염료는 가시광 대역에서 흡수를 보이고, 광 여기 상태로부터 신속하게 반도체층(113)으로의 전자 이동을 야기하는 분자로 구성된다. 상기 감광성 염료는 액상, 반 고체의 겔 형상, 고체 형태 중의 어느 한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(113)에 흡착되는 감광성 염료로는 루테늄(ruthenium) 계의 감광성 염료가 사용될 수 있다. 소정의 감광성 염료를 포함하는 용액 속에 반도체층(113)이 형성된 기판(110)을 침지시키는 방식으로, 감광성 염료를 흡착한 반도체층(113)을 얻을 수 있다.
상기 전해질(150)로는 한 쌍의 산화체와 환원체를 포함하는 레독스(Redox) 전해질이 적용될 수 있고, 고체형 전해질, 겔상 전해질, 액체형 전해질 등이 모두 사용될 수 있다.
제1 기판(110)과 마주하게 배치되는 제2 기판(120)은 투명성을 특히 요구하지는 않지만, 광전변환효율을 높이기 위한 목적으로, 양편에서 빛(L)을 받을 수 있도록 투명소재로 형성될 수 있고, 제1 기판(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 특히, 상기 광전변환모듈(100)이 창틀 등의 구조물에 설치되는 BIPV (Building Integrated Photovoltaic) 용도로 활용되는 경우에는 실내로 유입되는 빛(VL)을 차단하지 않도록 광전변환모듈(100)의 양편으로 투명성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 상대전극(121)은 광전변환모듈(100)의 양극(positive electrode)으로 기능한다. 반도체층(113)에 흡착된 감광성 염료는 빛(L)을 흡수하여 여기되고, 여기된 전자는 광전극(111)을 통하여 외부로 인출된다. 한편, 전자를 잃은 감광성 염료는 전해질(150)의 산화에 의해 제공되는 전자를 수취하여 다시 환원되고, 산화된 전해질(150)은 외부회로를 거쳐서 상대전극(121)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 광전변환의 작동과정이 완성된다.
예를 들어, 상기 상대전극(121)은 전기 전도성과 함께 광 투명성을 갖춘 ITO, FTO, ATO 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 상기 상대전극(121)은 전기 전도성이 우수한 금(Ag), 은(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속전극을 더 포함할 수 있다. 상기 금속전극은 상대전극(121)의 전기 저항을 낮추기 위해 도입된 것으로, 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 매쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.
상기 상대전극(121) 상에는 촉매층(123)이 형성될 수 있다. 상기 촉매층(123)은 전자를 제공하는 환원 촉매기능을 갖는 소재로 형성되며, 예를 들어, 백금(Pt), 금(Ag), 은(Au), 동(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속이나, 산화주석 등의 금속 산화물, 또는 그라파이트(graphite) 등의 카본계 물질로 구성될 수 있다.
상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 형성된 실링 부재(130)는 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이의 일정간격을 유지하는 것과 동시에, 양 기판(110,120) 사이에 평면적으로 배열된 다수의 광전 셀(S)들을 구획한다. 또한, 상기 실링 부재(130)는 광전변환모듈(100) 내에 주입된 전해질(150)을 포위하여 전해질(150)을 밀봉하는 기능을 한다. 상기 실링 부재(130)는 에폭시(epoxy) 등의 열 경화성 수지, 이오노머(ionomer) 등의 열 가소성 수지, UV 경화성 에폭시 등의 광 경화성 수지 등으로 형성될 수 있다.
실링 부재(130)와 인접한 위치에는 광전 셀(S)들을 전기적으로 접속시키는 접속 부재(180)가 배치된다. 예를 들어, 상기 접속 부재(180)는 인접한 실링 부재(130)들 사이에 형성될 수 있다.
상기 접속 부재(180)는 접속 부재(180)의 상하로 배치된 광전극(111)과 상대전극(121)에 맞닿도록 수직으로 연장되어 있고, 이웃한 광전 셀(S)들 간의 광전극(111)과 상대전극(121)을 접속하여 이들을 직렬 접속시킬 수 있다. 상기 접속 부재(180)는 우수한 도전성을 갖는 금속소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, 은(Ag) 으로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광전변환모듈을 도시한 수직 단면도이다. 도면을 참조하면, 반도체층(213)과 광전극(211)이 형성된 제1 기판(210)과, 촉매층(223)과 상대전극(221)이 형성된 제2 기판(220)이 실링 부재(230)를 사이에 두고 마주보게 합착되어 있고, 상기 실링 부재(230)에 의해 다수의 광전 셀(S)들이 구획되며, 광전 셀(S) 내부의 전해질(250)이 밀봉된다.
이웃한 광전 셀(S)들을 구획하는 실링 부재(230)들 사이에는 접속 부재(280)가 개재되어 이웃한 광전 셀(S)들을 서로 전기적으로 연결시킨다. 보다 구체적으로, 상기 접속 부재(280)는 일 광전 셀(S)의 광 전극(211)과 이웃한 광전 셀(S)의 상대전극(221)과 맞닿도록 수직으로 연장되어 있고, 이웃한 광전 셀(S) 간의 광전극(211)과 상대전극(221)끼리를 서로 전기적으로 연결하여 이들을 직렬 접속시킬 수 있다.
상기 접속 부재(280)는 제1, 제2 기판(210,220) 상에 형성된 도전성 범프(281,282)와, 상기 도전성 범프(281,282)를 탄성적으로 접속해주는 탄성 도전체(283)를 포함할 수 있다. 상기 도전성 범프(281,282)는 각각의 제1, 제2 기판(210,220) 상에 형성되며, 고화된 상태로 형성될 수 있다. 상기 도전성 범프(281,282)들을 상호 연결시켜주는 탄성 도전체(283)는 경화 가능한 도전 금속으로 형성될 수 있으며, 적정의 경화 처리를 통하여 고화될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 범프(281,282)는, 은 도전체(Ag conductor)로 형성될 수 있으며, 상기 탄성 도전체(283)는 경화 가능한 은 도전체(curable Ag conductor)로 형성될 수 있다.
상기 실링 부재(230)는 스페이서(231)와, 상기 스페이서(231)의 상단부를 포위하도록 형성된 경화성 수지(235)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 스페이서(231)는 제1, 제2 기판(210,220) 간에 일정한 간격을 유지해주는 기능을 한다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(231)는 제2 기판(220) 상에 형성될 수 있으며, 제2 기판(220)으로부터 제1 기판(210) 측을 향하여 돌출되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서(231)는 제2 기판(220) 상에 형성된 하단부로부터 제1 기판(210)을 향하여 돌출 연장되고, 스페이서(231)의 상단부는 제1 기판(210)과 맞닿도록 형성될 수 있다. 이때, 전해질(250)의 밀봉을 위하여, 스페이서(231)의 단부와 제1 기판(210) 사이에는 기밀성 결합이 요구되며, 상기 스페이서(231)의 단부에는 경화성 수지(235)가 도포될 수 있다.
예를 들어, 상기 경화성 수지(235)는 제1 기판(210) 상의 스페이서(231)에 대응되는 위치에 도포될 수 있으며, 제1, 제2 기판(210,220)의 합착 과정에서 스페이서(231)의 상단부를 덮어 포위할 수 있다. 그리고, 제1, 제2 기판(210,220)의 합착 과정에서 열 경화 또는 광 경화 등 적정의 경화 처리를 통하여 경화성 수지(235)가 경화되며 제1 기판(210)과 스페이서(231)의 상단부 간을 기밀성 결합시킬 수 있다.
제1, 제2 기판(210,220)의 합착 과정에서는 제1 기판(210)의 도전성 범프(281)와 제2 기판의 도전성 범프(282)가 탄성 도전체(283)를 개재하여 서로에 대해 접촉된다. 그리고, 상기 탄성 도전체(283)의 경화 처리를 통하여 제1, 제2 기판(210,220)의 도전성 범프(281,282)가 서로 전기적으로 연결되며, 접속 부재(280)가 형성된다. 이때, 상기 탄성 도전체(283)는 제1, 제2 기판(210,220)의 도전성 범프(281,282) 사이에서 탄성적으로 변형되면서 양측의 도전성 범프(281,282)를 견고하게 접속시켜줄 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 실시형태에서, 실링 부재(230)의 스페이서(231)는 상대 기판 측인 제2 기판(220)에 기반하고, 수광면 기판 측인 제1 기판(210)에는 상기 스페이서(231)의 상단부를 밀봉하기 위한 경화성 수지(235)가 형성되어 있다. 다만, 스페이서(231)와 경화성 수지(235)의 배치관계는 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 실링 부재(230)의 스페이서(231)는 수광면 기판 측인 제1 기판(210)에 기반할 수 있고, 상대 기판 측인 제2 기판(220)에는 상기 스페이서(231)의 하단부를 밀봉하기 위한 경화성 수지(235)가 형성될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 광전변환모듈 110 : 제1 기판
111,211 : 광전극 113,213 : 반도체층
120 : 제2 기판 121,221 : 상대전극
123,223 : 촉매층 130,230 : 실링 부재
130S : 실링 부재의 단변부 130L : 실링 부재의 장변부
150 : 전해질 161 : 제1 차단 부재
162 : 제2 차단 부재 180 : 접속 부재
231 : 스페이서 235 : 경화성 수지
281 : 제1 도전성 범프 282 : 제2 도전성 범프
283 : 탄성 도전체
OP : 오프닝 S : 광전 셀
W1 : 제1 차단 부재의 폭 W2 : 제2 차단 부재의 폭
f : 잔류 가스의 배기 경로

Claims (17)

  1. 서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 기판;
    상기 제1, 제2 기판 사이에서 복수의 광전 셀들을 구획하는 실링 부재; 및
    인접한 실링 부재들 사이에 형성되어 이웃한 광전 셀들을 상호 전기적으로 연결하는 접속 부재;를 포함하고,
    인접한 실링 부재들 사이이고 상기 접속 부재의 연장 방향을 따라 전후방에는 개방된 형태의 오프닝이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 기판 사이에서 기판 가장자리를 따라 불연속적으로 형성된 차단 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접속 부재의 연장 방향으로 상기 오프닝과 마주하는 위치에는 제1 차단 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 차단 부재의 폭은 상기 접속 부재의 폭 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 실링 부재의 외측에는 제2 차단 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 차단 부재는 상기 실링 부재의 단변부를 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 접속 부재의 연장 방향으로 상기 오프닝과 마주하는 위치에는 제1 차단 부재가 형성되고,
    상기 실링 부재의 외측에는 제2 차단 부재가 형성되며,
    상기 제1, 제2 차단 부재는 서로에 대해 단절된 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실링 부재는 각 광전 셀을 개별적으로 둘러싸도록 독립적으로 형성되고,
    상기 접속 부재는 이웃한 광전 셀들을 구획하는 인접한 실링 부재들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실링 부재는,
    제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 일 기판상에 형성된 스페이서; 및
    상기 스페이서의 적어도 일부를 둘러싸는 경화성 수지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는, 제2 기판으로부터 제1 기판을 향하여 돌출 형성되고,
    상기 경화성 수지는, 상기 스페이서의 돌출 단부와 제1 기판과의 기밀성 결합을 매개하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 접속 부재는,
    상기 제1, 제2 기판상에 각각 형성된 제1, 제2 도전성 범프; 및
    상기 제1, 제2 도전성 범프를 탄성적으로 접속시키는 탄성 도전체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  12. 서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 기판;
    상기 제1, 제2 기판 사이에서 복수의 광전 셀들을 구획하는 실링 부재; 및
    인접한 실링 부재들 사이에 형성되어 이웃한 광전 셀들을 상호 전기적으로 연결하는 접속 부재;를 포함하고,
    상기 접속 부재가 놓여진 인접한 실링 부재들 사이에는 개방된 형태의 오프닝이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오프닝은 상기 접속 부재의 연장 방향으로 전후방에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1, 제2 기판 사이이고, 상기 접속 부재와 마주하는 위치에는 제1 차단 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 차단 부재의 폭은 상기 접속 부재의 폭 보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1, 제2 기판 사이이고, 상기 실링 부재의 단변부를 따라서는 제2 차단 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 실링 부재는 각 광전 셀을 개별적으로 둘러싸도록 독립적인 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
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