KR101255756B1 - 유리프릿과 접착성 수지를 이용한 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법 - Google Patents
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Abstract
유리프릿과 접착성 수지를 이용한 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법이 제공된다.
본 발명에 따른 전해질 주입구 밀봉방법은 염료가 흡착된 반도체 전극 및 이에 대향하는 상대전극이 각각 구비된 상부 기판과 하부 기판이 소정 간격으로 대향하여 이격되며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 중 어느 하나에 구비된 전해질 주입구를 통하여 주입된 전해질이 상기 기판 사이에 충진된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법으로, 상기 방법은 커버글라스를 상기 전해질 주입구가 형성된 기판 상에 올려놓는 단계; 상기 커버글라스와 전해질 주입구가 형성된 기판 사이에 구비된 유리프릿에 레이저를 조사하는 단계;레이저가 조사된 상기 유리프릿에서 발생된 열에 의하여, 상기 커버글라스와 기판 사이에 구비된 열반응성 접착제를 이용, 상기 커버글라스와 기판을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전해질 주입구 밀봉방법은 염료가 흡착된 반도체 전극 및 이에 대향하는 상대전극이 각각 구비된 상부 기판과 하부 기판이 소정 간격으로 대향하여 이격되며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 중 어느 하나에 구비된 전해질 주입구를 통하여 주입된 전해질이 상기 기판 사이에 충진된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법으로, 상기 방법은 커버글라스를 상기 전해질 주입구가 형성된 기판 상에 올려놓는 단계; 상기 커버글라스와 전해질 주입구가 형성된 기판 사이에 구비된 유리프릿에 레이저를 조사하는 단계;레이저가 조사된 상기 유리프릿에서 발생된 열에 의하여, 상기 커버글라스와 기판 사이에 구비된 열반응성 접착제를 이용, 상기 커버글라스와 기판을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 유리프릿과 접착성 수지를 이용한 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리프릿 자체를 소성시키지 않고, 유리프릿에 의하여 발생하는 열을 통하여 투명 접착 필름을 가소시켜, 커버글라스와 기판 사이의 견고한 접착을 유도할 수 있는, 유리프릿과 접착성 수지를 이용한 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법에 관한 것이다.
염료감응 태양전지 중에서 대표적인 것으로는 1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 등이 개발한 나노입자 산화티타늄을 이용한 염료감응 태양전지가 있다. 이 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 저렴하고 전극이 투명하여 건물 외벽 유리창이나 유리온실 등에 응용이 가능하다는 이점이 있으나, 광전변환 효율이 낮아 실제 적용에는 제한이 있다.
이러한 염료감응 태양전지는 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물필름이 코팅된 투명의 전도성 전극, 금속 백금 등이 코팅된 상대전극 및 산화-환원의 작용을 하는 전해질로 구성된다. 이와 같은 구성을 갖는 염료감응 태양전지는 하나의 기판에 하나의 염료감응 태양전지를 구비시켜 사용하거나, 하나의 기판 위에 다수개의 염료감응 태양전지를 서로 연결시켜 모듈형태로 사용하게 된다. 이와 같은 종래의
염료감응 태양전지를 다수개 연결설치한 염료감응 태양전지 모듈은 주로 건자재 일체형 광전변환(BIPV,building integrated photovoltaic) 분야에 적용된다.
도 1 및 2는 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 정면도 및 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 대면적 제트-시리즈(Z-series) 형태의 직렬 모듈로 제작되어, 사용된 염료감응 태양전지가 개시된다. 상기 염료감응 태양전지 모듈은 두 개의 판상 투명전극으로서 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(4)이 서로 접합된 샌드위치 구조를 갖고, 하나의 투명전극인 제 1 기판(2)의 이면에 이산화티타늄 등으로 구성된 도전성 제 1 전극(6)을 구비하고, 다른 하나의 투명전극인 제 2 기판(4)에 백금 등으로 구성된 상대전극인 제 2 전극(8)을 구비하고, 상기 제 1 전극(6) 및 제 2 전극(8)이 각각 구비된 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(4) 사이의 공간에 전해질(18)이 충진된 형태를 하나의 단위 셀(cell)로 하여 다수의 셀을 금속 그리드(10)로 서로 연결 설치하여 구성한다. 이때, 상기 그리드(10)는 통상적으로 전해질(18)에 취약하므로 상기 그리드(10)의 외부를 밀봉부재(14)로 감싸 전해질(18)과 접촉되는 것을 방지하고, 전체 염료감응 태양전지 모듈을 구성하는 염료감응 태양전지 중 외측에 위치하는 염료감응 태양전지의 벽면을 밀봉부재(14)로 마감시켜 전해질(18)이 외부로 누액되는 것을 방지한다. 또한, 상기 각각의 염료감응 태양전지의 사이에 구비되는 그리드(10)와 이웃하게 기판(2, 4) 표면에 코팅된 도전성 필름(22)에 에칭부(16)를 구비시켜 염료감응 태양전지 내부에서 발생하는 전자가 다른 염료감응 태양전지로 병렬로 흐르지 않도록 한다. 한편, 상기 금속 그리드(10)는 염료감응 태양전지인 셀의 경계면으로서, 상기 셀의 일 측 벽면으로부터 이에 대향되는 타 측 벽면까지 연장되도록 연결 설치되어 단위 셀, 즉 염료감응 태양전지에 충진된 전해질(18)이 다른 염료감응 태양전지이 셀로 이동되지 못하도록 구성된다. 그러므로 상기 염료감응 태양전지 각각에 전해질(18)을 주입하기 위해서는 해당 염료감응 태양전지의 셀마다 전해질 주입구(12)가 별도로 두 개 구비된다.
이러한 전해질 주입구를 밀봉하기 위하여, 종래 기술은 유리프릿을 이용, 별도의 커버글라스를 기판 상부에 접착시키는 방식을 이용한다. 하지만, 이 경우, 유리프릿을 레이저 등의 공정으로 소성시키는 공정이 요구되는데, 이때 기판으로 직접 조사되는 고온의 레이저가 유리기판 자체에 문제를 야기시킬 수 있다. 또한, 염료 자체로 레이저가 인가되는 경우, 염료의 변성 등에 의하여 전지 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 기판의 열적, 물리적 손상을 피하면서, 커버글라스의 레이저에 의한 유리프릿의 접착 효과를 극대화할 수 있는 염료감응 태양전지의 전해질주입구 밀봉 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 염료가 흡착된 반도체 전극 및 이에 대향하는 상대전극이 각각 구비된 상부 기판과 하부 기판이 소정 간격으로 대향하여 이격되며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 중 어느 하나에 구비된 전해질 주입구를 통하여 주입된 전해질이 상기 기판 사이에 충진된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법으로, 상기 방법은 커버글라스를 상기 전해질 주입구가 형성된 기판 상에 올려놓는 단계; 상기 커버글라스와 전해질 주입구가 형성된 기판 사이에 구비된 유리프릿에 레이저를 조사하는 단계; 레이저가 조사된 상기 유리프릿에서 발생된 열에 의하여, 상기 커버글라스와 기판 사이에 구비된 열반응성 접착제를 이용, 상기 커버글라스와 기판을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 유리프릿과 상기 열반응성 접착제는 상기 커버글라스와 기판 사이에서 순차적으로 적층되며, 상기 레이저는 순차적으로 적층된 구조 중 유리프릿을 먼저 조사된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 열반응성 접착제는 열가소성 접착제이며, 상기 레이저가 조사되는 유리프릿에서의 온도는 상기 유리프릿의 소성 온도 미만이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 유리프릿은 불투명한 색을 띤다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 전해질주입구 밀봉방법은 레이저가 조사됨으로써 열이 발생하는 투명 접착 필름와 유리프릿을 함께 사용한다. 특히 유리프릿 자체를 소성시키지 않고, 유리프릿에 의하여 발생하는 열을 통하여 투명 접착 필름을 가소시켜, 커버글라스와 기판 사이의 견고한 접착을 유도할 수 있다.
도 1은 전해질 주입구(12)를 포함하는 염료감응 태양전지의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 밀봉장치의 전해질 주입구에 대한 단면도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 밀봉장치의 전해질 주입구에 대한 단면도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 상부 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격된 구조이며, 상기 상부 및 하부 기판에는 전해질이 채워진다. 즉, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 유리와 같은 투명 기판상에 서로 대향하는 두 개의 전극(반도체 및 상대 전극), 상기 전극 중 반도체 전극에 적층된 TiO2층, 상기 TiO2층에 흡착된 염료 및 상기 전극을 채우는 전해질층으로 이루어진 구조를 가지며, 이는 도 1 과 2에서 설명된 종래의 염료감응 태양전지 구조와 동일하다.
본 발명은 유리 기판에 형성된 전해질 주입구의 밀봉방법으로 커버글라스와 전해질 주입구가 형성된 염료감응 태양전지의 기판 사이에 유리프릿과 투명 접착 필름을 동시에 사용하는 방식의 전해질 주입구 밀봉방법을 제공한다.
이하 도면을 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법의 설명한다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법을 단계별로 설명하는 도면이다.
도 3에서는 상부 기판(100) 상에 형성된 전해질 주입구(110)를 통하여 전해질이 염료감응 태양전지 셀 내부로 주입된 염료감응 태양전지가 도시된다. 도 3에 도시된 전해질 주입구(110)는 개방된 상태로서, 상기 전해질 주입구(110)를 통하여 전해질이 주입된 상태이므로, 전해질의 외부 누액을 방지하기 위하여, 상기 전해질 주입구의 밀봉이 요구된다.
도 4를 참조하면, 상기 전해질 주입구(110)가 형성된 기판(100) 상에 커버글라스(120)를 올려 놓는다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 커버글라스(120)는 전해질 주입구(120)를 모두 덮어야 하는 구성으로 배치되며, 상기 커버글라스(120)와 기판(100) 사이에는 순차적으로 적층된 유리프릿(111)과 열반응성 접착제층(113)가 구비된다. 특히, 투명하지 않은 색상(예를 들면 흑색)을 띠는 유리프릿(111)은 밀봉을 위하여 조사되는 레이저 방향으로 상기 열반응성 접착제층(113)를 덮는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열반응성 접착제는 유리프릿에서 발생하는 열에 의하여 가소성을 띠는 접착성 물질이 바람직하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 5를 참조하면, 불투명한 색을 띠는 유리프릿(111) 방향으로 레이저를 조사하게 되며, 이때 상기 레이저는 상기 유리프릿을 직접 소성시키지 않는 열에너지를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 유리프릿을 직접 소성시키기 위하여 고온의 레어저를 조사하는 경우, 기판에 손상이 발생하고, 아울러 고온의 레이저에 의한 염료 손상 또한 발생한다. 하지만, 본 발명은 유리프릿(111)의 소성온도 이하의 온도로 레이저를 조사시킴으로써 기판의 과도한 온도상승을 방지하고, 아울러 유리프릿이 가지는 고유의 색에 의하여 레이저가 직접 기판 내로 조사되는 문제 또한 방지한다.
도 6을 참조하면, 조사되는 레이저에 의하여 온도가 상승된 유리프릿(111)은 접촉하는 열반응성 접착제(113)를 접촉, 가열하게 되고, 이에 따라 가열된 열반응성 접착제(113)은 접착력을 갖게 된다. 만약, 직접 열반응성 접착제에 레이저를 조사하게 되면, 일반적으로 투명한 색의 접착물질 특성상 조사되는 레이저는 그대로 기판 내부로 에너지를 전달한다. 이 경우, 염료 등이 레이저에 의하여 변성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 유리프릿(111)을 일종의 스크린층으로 사용함으로써 레이저의 기판 내 직접 조사를 방지한다. 상기 열반응성 접착제는 유리프핏(111) 자체에 접착되거나, 또는 패턴된 유리프릿 사이의 커버글라스에 접착될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (6)
- 염료가 흡착된 반도체 전극 및 이에 대향하는 상대전극이 각각 구비된 상부 기판과 하부 기판이 소정 간격으로 대향하여 이격되며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 중 어느 하나에 구비된 전해질 주입구를 통하여 주입된 전해질이 상기 기판 사이에 충진된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법으로, 상기 방법은
커버글라스를 상기 전해질 주입구가 형성된 기판 상에 올려놓는 단계;
상기 커버글라스와 전해질 주입구가 형성된 기판 사이에 구비된 유리프릿에 레이저를 조사하는 단계;
레이저가 조사된 상기 유리프릿에서 발생된 열에 의하여, 상기 커버글라스와 기판 사이에 구비된 열반응성 접착제를 이용, 상기 커버글라스와 기판을 접합시키는 단계를 포함하며, 상기 유리프릿과 상기 열반응성 접착제는 상기 커버글라스와 기판 사이에서 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 1항에 있어서,
상기 레이저는 순차적으로 적층된 구조 중 유리프릿을 먼저 조사하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 1항에 있어서,
상기 열반응성 접착제는 열가소성 접착제인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 1항에 있어서,
상기 레이저가 조사되는 유리프릿에서의 온도는 상기 유리프릿의 소성 온도 미만인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 1항에 있어서,
상기 유리프릿은 불투명한 색을 띠는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 삭제
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