KR101400207B1 - 단열용 태양전지 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 중간의 지지 유리판; 상기 지지 유리판을 기준으로 일면 방향에 구비된 태양전지 구조체(A); 및 상기 지지 유리판의 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체(B);를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 투광성을 갖고 태양광을 이용한 전력을 생산하면서 동시에 단열재의 기능을 수행하여, 채광 기능을 가지면서 건물의 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 투광성을 갖고 태양광을 이용한 전력을 생산하면서 동시에 단열재의 기능을 수행하여, 채광 기능을 가지면서 건물의 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 단열용 태양전지 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 염료감응형 태양 전지 모듈을 포함한 단열용 태양전지 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화석 연료의 지속적인 사용으로 인한 지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두되고 있다. 또한 우라늄의 사용은 방사능의 오염 및 핵폐기물 처리 시설과 같은 문제를 일으키고 있다. 이에 따라 대체 에너지에 대한 요구 및 연구가 진행되고 있는데, 그 중 대표적인 것이 태양 에너지를 이용하는 태양 전지이다.
태양 전지란 빛이 조사되었을 때 전자와 정공을 발생시키는 광-흡수 물질을 사용하여 직접적으로 전기를 생산하는 소자를 의미한다. 1839년 프랑스의 물리학자 Becquerel이 최초로 빛으로 유도된 화학적 반응을 통해 전류를 발생시키는 광기전력을 발견하였고, 그 후 셀레늄과 같은 고체에서도 유사한 현상이 발견된 사실에 기인한다. 그 후, 1954년 Bell 연구소에서 약 6%의 효율을 보인 실리콘 계열의 태양전지가 최초로 개발된 이후에 무기 실리콘을 중심으로 태양 전지의 연구가 계속되었다.
이와 같은 무기계 태양 전지 소자는 실리콘과 같은 무기물 반도체를 이용한 p-n 접합으로 이루어진다. 태양 전지의 소재로 사용된 실리콘은 크게 단결정 또는 다결정 실리콘과 같은 결정 실리콘 계열과 비정질 실리콘 계열로 구분될 수 있다. 이 중 결정 실리콘계열은 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하는 에너지 전환 효율이 비정질 실리콘계열에 비하여 우수하지만 결정을 성장시키기 위하여 소용되는 시간과 에너지로 인하여 생산성이 떨어진다. 한편, 비정질 실리콘 계열의 경우 결정 실리콘과 비교하여 광흡수성이 좋고 대면적화가 용이하고 생산성이 좋지만 진공 프로세서가 요구되는 등 설비 면에서 비효율적이다. 특히, 무기계 태양 전지 소자의 경우, 제조비용이 높고 소자가 진공 상태에서 제조되기 때문에 가공 및 성형이 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점으로 실리콘을 대신하여 유기물질의 광기전 현상을 이용한 태양전지 소자에 대한 연구가 시도된 바 있다. 유기물 광기전 현상이란 유기물질에 빛을 조사하면 광자(photon)를 흡수하여 전자(electron)-정공(hole) 쌍이 생성되어 이를 분리하여 각각 음극 및 양극으로 전달하고 이와 같은 전하의 흐름에 의하여 전류를 발생시키는 현상이다. 즉, 통상적으로 유기계 태양전지에 있어서 전자 공여체(electron donor)와 전자 수용체(electron acceptor) 물질의 접합구조로 이루어진 유기물질에 빛을 조사하였을 때, 전자 공여체에서 전자-정공쌍이 형성되고 전자 수용체로 전자가 이동함으로써 전자-정공의 분리가 이루어진다. 이와 같은 과정을 통상 “빛에 의한 전하 캐리어(charge carrier)의 여기”또는 “광여기 전하 이동현상(photoinduced charge transfer, PICT)”라고 하는데, 빛에 의하여 생성된 캐리어들은 전자-정공으로 분리되고 전력을 생산하게 된다.
그런데 통상적인 유기물질을 이용한 태양전지의 경우에 에너지 전환효율이 떨어지고 내구성에도 문제가 있었으나, 1991년 스위스의 그라첼(Gr) 연구팀에 의하여 염료를 감광제로 이용하여 광전기화학형의 태양전지인 염료감응형 태양전지가 개발된 바 있다. 그라첼 등에 의하여 제안된 광전기화학형의 태양전지는 감광성 염료 분자와 나노 입자의 이산화티탄으로 이루어지는 산화물 반도체를 이용한 광전기화학형 태양 전지이다.
즉, 염료감응형 태양전지라 하면 투명 전극과 금속 전극 사이에 염료가 흡착된 산화티타늄과 같은 무기 산화물층에 전해질을 삽입하여 광전기화학 반응을 이용하여 제조되는 태양전지이다. 일반적으로 염료감응형 태양전지는 2가지 전극(광전극과 대향전극)과, 무기 산화물, 염료 및 전해질로 구성되어 있는데, 염료감응형 태양전지는 환경적으로 무해한 물질/재료를 사용하기 때문에 환경친화적이고, 기존의 무기 태양전지 중 비정질 실리콘 계열의 태양전지에 버금가는 10% 정도의 높은 에너지 전환효율이 있고, 제조단가가 실리콘 태양전지의 20% 정도에 불과하여 상업화의 가능성이 매우 높은 것으로 보고된 바 있다.
그런데, 종래의 액체 전해질을 이용한 일반적인 염료감응형 태양전자 소자는 높은 에너지 전환 효율을 보이는 반면에 전해액의 누수와 용매의 증발로 인한 특성의 저하 등 안정성의 문제가 있는데, 이와 같은 전해액의 누설을 방지할 수 있도록 다양한 연구가 진행되고 있다.
특히, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 태양전지의 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있는 반고체 또는 고체 전해질을 이용한 염료감응형 태양전지의 개발이 이루어지고 있다.
이러한 염료감응형 태양전지를 포함한 태양전지를 이용한 기술들이 다양한 분야에 걸쳐 개발되면서, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이 태양전지 모듈이 구비된 건물 외장재와 같이 태양 전지를 적용한 제품의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 태양전지를 적용한 건물 외장재는 건물의 에너지 절감을 위한 단열 성능과 방수의 중요성이 대두하고 있다.
그러나, 이러한 태양전지를 적용한 건물 외장재는 전기 생산과 건자재 안정성을 위해 접합유리 형태로 제작되지만, 단열 효과가 낮고, 채광에 불리한 단점이 있으며, 유리판으로 이루어진 태양전지 모듈 부분에서 수분 침투로 인해 태양전지 모듈의 성능이 저하되어 전력 생산이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 채광 기능을 갖고 에너지 절감을 위한 단열 성능과 방수 기능을 구비하며 염료감응형 태양전지를 포함한 단열용 태양전지 구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 채광 기능을 갖고 에너지 절감을 위한 단열 성능과 방수 기능을 구비하며 염료감응형 태양전지를 포함한 단열용 태양전지 구조물의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 중간의 지지 유리판; 상기 지지 유리판을 기준으로 일면 방향에 구비된 태양전지 구조체(A); 및 상기 지지 유리판의 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체(B);를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 태양전지 구조체(A)는 상기 지지 유리판에 대응하는 상부 유리판; 각각의 접착부재를 매개로 하여 상기 지지 유리판의 일면에 장착된 다수의 염료감응형 태양전지 단위셀을 포함한 적어도 하나의 태양전지 어레이; 상기 태양전지 어레이를 둘러싸고 상기 지지 유리판과 상기 상부 유리판 사이의 테두리에 구비된 간극 부재; 및 상기 지지 유리판과 상부 유리판 사이에 상기 태양전지 어레이를 함침한 투광성 충진부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 진공유리패널 구조체(B)는 상기 지지 유리판에 대응하는 하부 유리판; 상기 지지 유리판과 하부 유리판 사이의 테두리에 구비된 실링부; 및 상기 지지 유리판과 하부 유리판 사이에 배치 거리(d)를 갖고 구비된 다수의 게터용 필러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 상기 지지 유리판과 상부 유리판 사이에 간격을 유지하기 위해 상기 태양전지 어레이 사이에 구비된 적어도 하나의 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 간극 부재는 일측 또는 양측으로 개구된 형태를 갖는 봉 프레임; 상기 봉 프레임의 개구된 내측 공간에 구비된 방습제; 및 상기 방습제가 구비된 내측 공간을 마감하고 다수의 통공을 구비한 마감막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 투광성 충진부는 상기 상부 유리판의 굴절률과 동일하거나 또는 1.5 ~ 2.0의 유사 범위 굴절률을 갖는 합성수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 태양전지 어레이는 동일 평면의 네 개의 꼭지 부분에 형성된 연결 패턴(I); 및 상기 연결 패턴(I)의 전극 패턴에 전기적으로 연결된 전도성 패턴;을 포함하는 상기 염료감응형 태양전지 단위셀을 다수 구비하고, 상기 전도성 패턴을 매개로 하여 상기 염료감응형 태양전지 단위셀 사이에서 상기 연결 패턴(I)의 전극 패턴을 병렬 또는 직렬로 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 전극 패턴은 상기 염료감응형 태양전지 단위셀의 최외곽 양측에 각각 구비된 제 1 전극 패턴과 제 2 전극 패턴을 포함하고, 상기 연결 패턴(I)은 상기 제 1 전극 패턴 또는 제 2 전극 패턴을 노출시키는 개구 패턴인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 전도성 패턴은 리본을 포함하고, 상기 리본은 상기 제 1 전극 패턴과 인접한 태양 전지 단위셀의 제 2 전극 패턴 사이를 직렬 연결하기 위한 직렬연결용 리본; 및 상기 제 1 전극 패턴과 인접한 태양 전지 단위셀의 제 1 전극 패턴 사이 또는 상기 제 2 전극 패턴과 인접한 태양 전지 단위셀의 제 2 전극 패턴 사이를 병렬 연결하기 위한 병렬연결용 리본;을 포함하며, 상기 직렬연결용 리본과 병렬연결용 리본은 서로 분리하여 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에서 상기 게터용 필러는 가스 흡착 재질 또는 습기 흡착 재질을 포함하여, 0.4 ~ 1.0 mm의 길이와 0.1 ~ 1.0 mm의 높이를 갖는 다면체 또는 기둥 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법은 (a) 지지 유리판을 기준으로 타면에 진공유리패널 구조체(B)를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 지지 유리판을 기준으로 일면에 태양전지 구조체(A)를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 지지 유리판과 하부 유리판을 마련하는 단계; (a-2) 상기 하부 유리판의 상부면에 다수의 게터용 필러를 로딩하는 단계; 및 (a-3) 상기 하부 유리판의 테두리에 구비된 실링부를 매개로 하여 상기 하부 유리판과 지지 유리판을 라미네이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 (b) 단계는 (b-1) 상기 지지 유리판의 일면에 다수의 접착부재를 구비하는 단계; (b-2) 적어도 하나의 태양전지 어레이의 염료감응형 태양전지 단위셀을 상기 접착부재 각각의 상부면에 접합하는 단계; (b-3) 상기 지지 유리판의 테두리를 따라 구비된 간극 부재를 이용하여 상기 지지 유리판에 대응하는 상부 유리판을 접합하는 단계; 및 (b-4) 상기 지지 유리판과 상기 상부 유리판 사이에 투광성 충진부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 (b-2) 단계는 상기 지지 유리판과 상부 유리판 사이에 간격을 유지하기 위해 상기 태양전지 어레이 사이에 적어도 하나의 스페이서를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 (b-4) 단계는 (b-41) 상기 상부 유리판의 굴절률과 동일하거나 또는 1.5 ~ 2.0의 유사 범위 굴절률을 갖는 합성수지 재질을 용융한 용액을 상기 간극 부재의 일측 관통구를 통해 주입하는 단계; (b-42) 상기 주입과정 중에 상기 상부 유리판과 상기 지지 유리판을 포함한 구조물을 전후좌우로 틸팅하는 단계; 및 (b-43) 상기 합성수지 재질을 용융한 용액을 경화시켜 상기 투광성 충진부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 (b-41) 단계는 상기 일측 관통구에 인접한 부분에 구비된 다른 관통구를 통해 상기 상부 유리판과 지지 유리판 사이의 공기를 배기하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 게터용 필러는 가스 흡착 재질 또는 습기 흡착 재질을 포함하여, 0.4 ~ 1.0 mm의 길이와 0.1 ~ 1.0 mm의 높이를 갖는 다면체 또는 기둥 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조방법에서 상기 (b-2) 단계는 (b-21) 동일 평면의 네 개의 꼭지 부분에 형성된 연결 패턴을 포함하는 상기 염료감응형 태양전지 단위셀을 다수 마련하는 단계; 및 (b-22) 상기 태양전지 단위셀 사이에서 전도성 패턴을 매개로 하여 상기 연결 패턴에 구비된 전극 패턴에 대한 병렬 또는 직렬 연결을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 전극 패턴은 상기 태양전지 단위셀의 최외곽 양측에 각각 구비된 제 1 전극 패턴과 제 2 전극 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 태양전지 구조체와 진공유리패널 구조체를 함께 구비하여, 염료감응형 태양 전지 단위셀을 포함한 태양전지 어레이를 이용하여 전력을 생산하고, 내부에 게터용 필러를 구비한 진공층을 통해 단열을 형성하여 전도와 대류에 의한 열손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 투광성을 갖고 태양광을 이용한 전력을 생산하면서 동시에 단열재의 기능을 수행하여, 채광 기능을 가지면서 건물의 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법은 중간의 지지 유리판을 기준으로 일면 방향에 구비된 염료감응형 태양전지 구조체 및 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체를 동시에 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 배면도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 단열용 태양전지 구조물에 구비되는 간극 부재의 단면도들.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 단열용 태양전지 구조물에 구비되는 염료감응형 태양전지 단위셀의 평면도.
도 5b는 도 5a의 C-C 선을 따라 절단한 단면도.
도 5c는 도 5a의 염료감응형 태양 전지 단위셀을 다수 조립한 태양 전지 모듈의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 단면도.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 배면도.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 단열용 태양전지 구조물에 구비되는 간극 부재의 단면도들.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 단열용 태양전지 구조물에 구비되는 염료감응형 태양전지 단위셀의 평면도.
도 5b는 도 5a의 C-C 선을 따라 절단한 단면도.
도 5c는 도 5a의 염료감응형 태양 전지 단위셀을 다수 조립한 태양 전지 모듈의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 단면도.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 배면도이며, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 단열용 태양전지 구조물에 구비되는 간극 부재의 단면도들이며, 도 5a는 본 발명의 실시예에 따라 단열용 태양전지 구조물에 구비되는 염료감응형 태양전지 단위셀의 평면도이며, 도 5b는 도 5a의 C-C 선을 따라 절단한 단면도이며, 도 5c는 도 5a의 염료감응형 태양 전지 단위셀을 다수 조립한 태양 전지 모듈의 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물(100)은 중간의 지지 유리판(110)을 기준으로 일면 방향에 구비된 태양전지 구조체(A) 및 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체(B)를 포함한다.
구체적으로, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물(100)을 구성하는 태양전지 구조체(A)는 각각의 접착부재(112)를 매개로 하여 지지 유리판(110)의 상면에 장착된 다수의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 포함한 태양전지 어레이, 태양전지 어레이를 둘러싸고 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이의 테두리에 구비된 간극 부재(102), 및 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 주입되어 다수의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 포함한 태양전지 어레이를 함침한 투광성 충진부(170)를 포함한다.
지지 유리판(110)과 상부 유리판(130)은 플레이트 형상을 갖고, 동일한 면적으로 서로 평행하게 대향하도록 이격 구비되고, 특히 태양광을 투과하며 외부의 충격 등으로부터 태양전지 어레이를 포함한 내부를 보호하기 위해 강화유리가 사용될 수 있다. 이를 위해 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130)은 예를 들어, 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리로 구비될 수 있다.
태양전지 어레이는 각각의 접착부재(112)를 매개로 하여 지지 유리판(110)의 상면에 장착된 다수의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140), 각각의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 전기적으로 연결하는 리본(150,150-1,160,160-1), 최외각의 리본이 연결되는 버스 리본(도시하지 않음)을 포함한다. 여기서, 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)은 무기 산화물층에 전해질을 삽입한 염료감응형이고, 접착부재(112)는 예를 들어 접착 페이스트, 양면 접착재를 원형, 사각형 등의 다각형으로 구비할 수 있으며, 바람직하게 접착부재(112)는 양면 접착 테이프를 다각형으로 형성하여 구비할 수 있다.
이와 같은 접착부재(112)는 후술하는 투광성 충진부(170)의 형성을 위해 투광성 레진을 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 주입하는 과정에서 태양전지 어레이를 구성하는 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 견고하게 지지하여, 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)이 떨어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
간극 부재(102)는 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이의 테두리에 접착 구비되어 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이를 일정한 간격으로 이격시켜 밀봉하고 방습 기능을 수행한다.
이를 위해 간극 부재(102)는 도 4a에 도시된 바와 같이 "ㄷ"자 단면의 형태를 갖는 봉 프레임(102-1), 봉 프레임(102-1)의 내측 공간에 구비된 방습제(102-2) 및 합성수지 등을 이용하여 봉 프레임(102-1)의 개구 부분을 마감하고 다수의 통공(102-3)을 구비한 마감막을 포함하여 구성된다. 여기서, 다수의 통공(102-3)을 구비한 마감막은 도 4a에서처럼 일측에 도시되지 않고 위,아래 양측에 구비될 수도 있다.
또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 다른 형태의 간극 부재(102')로서 중간에 지지벽을 갖는 "I"자 단면 형태의 봉 프레임(102'-1), 봉 프레임(102'-1)의 내부 일측에 구비된 방습제(102'-2) 및 방습제(102'-2)가 구비된 내부 일측을 마감하고 다수의 통공(102'-3)을 구비한 마감막을 포함하여 구성될 수 있다. 물론, 다른 형태의 간극 부재(102')에서 다수의 통공(102'-3)을 구비한 마감막은 도 4b에서처럼 일측에 도시되지 않고 위,아래 양측에 구비될 수도 있다.
여기서, 봉 프레임(102-1,102'-1)은 도 4a와 도 4b에서 "ㄷ"자 형태 또는 "I"자 형태로 도시하지만, 이에 한정되지 않고 방습제(102-2,102'-2)를 담는 내측 공간을 갖고 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이를 일정한 간격으로 이격시킬 수 있는 다양한 형태로 구비될 수 있다.
방습제(102-2,102'-2)는 예컨대, 산화칼슘, 염화칼슘, 제올라이트, 실리카겔, 알루미나, 활성탄 중 하나 또는 혼합물을 포함하고, 특히 이러한 물질을 함유한 캡슐의 형태로 구비될 수 있다.
이러한 간극 부재(102,102')는 태양전지 어레이의 두께와 접착부재(112)의 두께를 합한 두께보다 두꺼운 두께로 형성될 수 있다.
투광성 충진부(170)는 투광성과 접착성을 갖고 광에 의해 변색되지 않는 합성수지 재질을 용융 상태로 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 주입하여 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 포함한 태양전지 어레이를 함침한 형태로 구비될 수 있다. 이러한 투광성 충진부(170)는 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130)에 접착되어 외부의 수분 침투를 방지하고, 외부의 충격으로부터 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 포함한 태양전지 어레이를 보호(passivation)하여, 태양전지 구조체(A)의 내구성을 향상시킨다.
이러한 특징을 갖는 투광성 충진부(170)는 상부 유리판(130)을 통과한 빛이 계면에서 반사되지 않고 투과되는 투광성을 갖기 위해 상부 유리판(130)의 굴절률과 동일하거나 또는 1.5 ~ 2.0의 유사 범위 굴절률을 갖는 합성수지 재질, 예를 들어 실리콘계 수지 재질로 형성될 수 있다.
반면에, 지지 유리판(110)의 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체(B)는 지지 유리판(110)에 대응하는 하부 유리판(120), 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이의 테두리에 구비된 실링부(101) 및 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이에 일정한 배치 거리(d)로 구비된 다수의 게터용 필러(122)를 포함한다.
하부 유리판(120)은 상부 유리판(130)과 마찬가지로 플레이트 형상을 갖고, 동일한 면적으로 서로 평행하게 대향하도록 이격 구비되고, 예를 들어 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리로 구비될 수 있다.
실링부(101)는 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이의 테두리에 라미네이션(Lamination)에 의해 접착 구비되어, 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이를 일정한 간격으로 밀봉한다. 이러한 실링부(101)는 예컨대, 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도 등이 우수한 합성수지로 이루어진 양면 테이프 또는 글라스 프리트(glass frit)를 이용하여 형성될 수 있다.
특히, 실링부(101)는 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120)의 사이 공간에 진공층(V)이 마련되도록 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이를 밀봉한다. 이를 위해 실링부(101)는 예를 들어, EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer), PVB(poly vinyl butyral), 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등과 같은 합성수지로 형성될 수 있다.
게터용 필러(122)는 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이의 진공층(V) 내에 다수 개재되어, 실링부(101)와 함께 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이를 일정한 간격으로 유지시키고, 진공층(V)의 잔류 가스 또는 습기를 흡착하여 제거하는 역할을 수행한다. 특히, 게터용 필러(122)는 진공층(V) 내의 잔류 가스 또는 습기를 흡착하여, 예컨대 결로 현상과 습기 발생 등을 방지할 수 있다.
이러한 게터용 필러(122)는 진공층(V) 내에 하나 이상으로 배치되어, 도 3에 도시된 바와 같이 평면상으로 매트릭스 배열(matrix arrangement)로 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 게터용 필러(122)들 사이의 배치 거리(d)는 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120)의 넓이, 두께 등에 따라 조정될 수 있다.
이러한 게터용 필러(122)의 배치는 진공층(V)의 간격을 일정하게 유지하기 위한 부수적인 목적을 위한 것으로, 진공압에 의해 발생하는 게터용 필러(122)의 주변부 응력이 유리 재질의 장기 허용 응력 이하가 되도록 설계 배치되어야 한다.
또한, 게터용 필러(122)는 잔류 가스 및 습기를 흡착하는 혼합물 재질로 형성될 수 있어서, 가스 흡착 재질로서 예를 들어 Ta, Cb, Zr, Th, Mg, Ba, Ti, Al, Nb, Fe, Li, Pd, Pt, Au 등의 금속, 이런 금속의 합성물, 또는 산화물을 포함하고, 습기 흡착 재질로서 예컨대, 산화칼슘, 염화칼슘, 제올라이트, 실리카겔, 알루미나, 활성탄 중 하나 또는 혼합물을 포함할 수 있다.
이러한 특징을 갖는 게터용 필러(122)는 도 1에 도시된 바와 같이 원기둥 형태로 형성되거나, 또는 요철 측면을 갖는 육면체 형태로 형성될 수도 있다. 여기서, 게터용 필러(115)는 도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 원기둥 및 육면체 형태에 국한되는 것은 아니며, 요철을 갖는 기둥 또는 육면체, 팔면체, 십이면체 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 게터용 필러(122)는 0.4 ~ 1.0 mm의 길이 및 0.1 ~ 1.0 mm의 높이를 갖도록 형성하는 것이 바람직하고, 선택적으로 갖는 요철 측면을 통해 가스와 반응하는 면적이 넓어져 가스 흡착 효과를 향상시킬 수 있다.
만약, 게터용 필러(122)의 길이가 0.4 mm 미만일 경우에는 지지 유리판(110)과 태양전지 구조체(A)의 하중에 의해 게터용 필러(122)가 손상되거나 게터용 필러(122)의 주변부 응력이 과대해질 우려가 있고, 반면에 게터용 필러(122)의 길이가 1.0 mm를 초과할 경우에는 미관을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다.
또한, 게터용 필러(122)의 높이가 0.1mm 미만일 경우에는 진공층(V)을 마련하는 데 어려움이 따를 뿐 아니라 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이에 접촉이 발생하는 문제가 야기될 수 있다.
반대로, 게터용 필러(122)의 높이가 1.0 mm를 초과할 경우에는 게터용 필러(122)의 종횡비(Aspect Ratio)가 높아져 형상 안정성이 저하되므로, 게터용 필러(122)의 로딩시 눕게 될 가능성이 있으며, 이 같은 경우 진공유리패널 구조체(B)의 내구성을 저하시키는 원인이 된다. 즉, 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이의 갭이 너무 커져 외부 충격이나 진동에 취약해질 수 있다.
따라서, 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이의 갭은 게터용 필러(122)의 높이에 의해 제어될 수 있다.
한편, 게터용 필러(122)들 사이의 배치 거리(d)는 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120)의 두께에 따라 조정될 수 있고, 대략 10 ~ 30mm로 설계하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 진공유리패널 구조체(B)는 게터 기능을 갖는 다수의 게터용 필러(122)에 의해 가스 흡착과 습기 흡착 효과가 향상되어 진공층(V)을 유지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따라 내부에 게터용 필러(122)를 구비한 진공유리패널 구조체(B)를 갖는 단열용 태양전지 구조물은 진공층(V)을 통해 단열을 형성하여 전도와 대류에 의한 열손실을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물(100)은 다수의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 포함한 태양전지 어레이를 이용하여 전력을 생산하고, 이때 각각의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)은 단차없이 리본(150,150-1,160,160-1)에 의해 전기적으로 연결되는 특징이 있다.
구체적으로, 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)은 서로 대향하고 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판(141)과 제 2 기판(143)을 구비하고, 제 1 기판(141)의 상부면에는 제 1 투명 전극(142) 및 반도체 산화물층(149-3)이 형성되며, 반도체 산화물층(149-3)의 표면에는 염료분자(미도시)가 흡착되어 있다. 제 2 기판(143)의 하부면에는 제 2 투명전극(144) 및 백금층(145)이 형성되고, 제 1 기판(141)과 제 2 기판(143) 사이의 공간에는 전해질(146)이 각 영역별로 충진된다.
이러한 염료감응형 태양 전지 단위셀은 제 1 기판(141), 제 2 기판(143) 및 전해질(146) 등으로 이루어진 각각의 단위 영역에 금속 그리드(147)에 의해 단위 영역 각각이 직렬 형태로 연결 구비된다. 이때, 각 영역의 벽면은 밀봉부재(148)로 마감되어 전해질(146)의 외부 누출을 방지한다.
특히, 본 발명의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)은 4개의 각 꼭지점 부분에 대해 제 2 기판(143)과 제 2 투명전극(144)을 에칭(etching)하여 제 1 전극 패턴(149-1)과 제 2 전극 패턴(149-2)을 노출한 연결 패턴(Ⅰ)을 형성한다.
구체적으로, 연결 패턴(Ⅰ)은 도 5a에 도시된 바와 같이 태양 전지 단위셀(140)의 각 꼭지점 부분을 사각형 형태로 에칭하여 양측의 제 1 전극 패턴(149-1)과 제 2 전극 패턴(149-2)을 각각 노출할 수 있다. 이러한 연결 패턴(Ⅰ)은 도 5c에 도시된 바와 같이 태양 전지 단위셀과 다른 태양 전지 단위셀을 서로 전기적으로 연결하는 리본(150,160,150-1,160-1)을 장착하거나 또는 전도성 패턴을 구비하기 위해 형성된다.
이에 따라, 후술할 리본(150,160,150-1,160-1) 또는 전도성 패턴의 전기적 연결을 용이하게 이루기 위해, 연결 패턴(Ⅰ)의 폭은 제 1 전극 패턴(149-1)과 제 2 전극 패턴(149-2) 각각의 단축 길이보다 넓게 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)은 제 1 기판(141)과 제 2 기판(143)으로 예컨대 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리아미드(PI, polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate: CAP) 중 적어도 하나를 포함하는 플라스틱 또는 유리로 구비될 수 있다.
이러한 제 1 기판(141)과 제 2 기판(143)은 전술한 재질에 한정되지 않고, 태양광을 투과시켜 광전환 효율을 높이기 위한 투광도가 높은 재질이면 특별히 제한할 필요는 없다.
제 1 투명 전극(142)과 제 2 투명전극(144)은 제 1 기판(141)과 제 2 기판(143)의 일면에 투명 전도성 재질에 의하여 형성되는 전극층으로 ITO(indium-tin oxide), IZO(indium-zinc oxide), 산화인듐(In2O3), 이산화주석, 플로린 도핑된 인듐틴옥사이드(FTO, fluorine doped tin oxide), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO2-Sb2O3 등에서 임의로 선택될 수 있으며, 특히 바람직하게는 ITO 또는 FTO를 이용할 수 있다.
반도체 산화물층(149-3)은 나노 입자 형태의 전이금속 산화물로서, 예를 들어 티타늄 산화물, 스칸듐 산화물, 바나듐 산화물, 아연 산화물, 갈륨 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 니오브 산화물, 몰리브덴 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 란탄족 산화물, 텅스텐 산화물, 이리듐 산화물과 같은 전이금속 산화물은 물론이고, 마그네슘 산화물, 스트론튬 산화물과 같은 알칼리토금속 산화물 및 알루미늄 산화물 중 어느 하나 또는 혼합물을 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있고, 바람직하게 나노 입자 형태의 티타늄 산화물을 이용하여 형성할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)들은 도 5c에 도시된 바와 같이 연결 패턴(Ⅰ)에 전기적 연결을 위한 리본(150,160,150-1,160-1)을 중첩 장착하여 염료감응형 태양 전지 모듈을 형성할 수 있다.
즉, 도 5c에 도시된 바와 같이, 예컨대 4개의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀을 직렬과 병렬로 연결하여 염료감응형 태양 전지 모듈을 형성할 수 있다.
이때, 리본(150,160,150-1,160-1)이 인접한 태양 전지 단위셀 각각의 연결 패턴(Ⅰ)에 구비되어 제 1 전극 패턴(149-1) 또는 제 2 전극 패턴(149-2)에 중첩 장착되고, 태양 전지 단위셀 사이에 직렬 또는 병렬의 전기적 연결을 이룰 수 있다.
구체적으로, 도 5c에 도시된 염료감응형 태양 전지 모듈은 태양 전지 단위셀(140) 각각의 연결 패턴(Ⅰ)이 모인 중앙 부분에서 위,아래 태양 전지 단위셀을 병렬로 연결한 병렬 연결용 리본(150) 및 좌,우 태양 전지 단위셀을 직렬로 연결한 직렬 연결용 리본(160)을 이용하여, 인접한 연결 패턴(Ⅰ) 사이에서 제 1 전극 패턴(149-1) 또는 제 2 전극 패턴(149-2)에 중첩 장착될 수 있다.
예컨대, 병렬 연결용 리본(150)은 위,아래 태양 전지 단위셀의 연결 패턴(Ⅰ)에서 각각 제 2 전극 패턴(149-2)을 병렬로 연결하고, 좌측의 병렬 연결용 리본(150-1)은 위,아래 태양 전지 단위셀의 연결 패턴(Ⅰ)에서 각각 제 1 전극 패턴(149-1)을 병렬로 연결한다.
이에 따라 도 5c에 도시된 염료감응형 태양 전지 모듈은 4개의 염료감응형 태양 전지 단위셀을 연결 패턴(Ⅰ)과 리본(150,160,150-1,160-1)을 이용하여 직렬과 병렬로 서로 용이하게 연결할 수 있다.
이후, 리본(150,160,150-1,160-1)을 구비한 연결 패턴(Ⅰ)에 대해 투명 재질의 합성수지 등과 같은 절연재가 충진되어 마감 처리될 수 있다.
따라서, 본 발명의 염료감응형 태양 전지 모듈은 인접한 연결 패턴(Ⅰ) 사이에 리본(150,160,150-1,160-1)을 연장 장착하여, 종래의 염료감응형 태양 전지 모듈에서 발생하는 단차 문제를 해소하고, 다수의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 동일한 높이로 병렬 및 직렬로 서로 간단하게 연결할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 태양전지 구조체(A)에서 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이의 간격을 유지하기 위한 적어도 하나의 스페이서(180)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물(100)과 차이가 있다. 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물에 관한 설명에 대해 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물(100)에 관한 설명과 동일한 부분은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 태양전지 구조체(A)에서 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이의 간격을 유지하기 위한 적어도 하나의 스페이서(180)를 구비한 구조로서, 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이의 적어도 일측에 태양전지 어레이와 다른 태양전지 어레이 사이에 구비한다.
스페이서(180)는 태양전지 구조체(A)의 정중앙 부분에서 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 적어도 하나로 구비되거나, 또는 태양전지 구조체(A)의 면적을 균등 분할하여 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 다수 구비될 수도 있다.
이러한 스페이서(180)는 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130)의 재질과 동일한 강화유리 또는 저철분 강화유리로 형성되거나, 또는 게터용 필러(122)를 이용하여 투명 부재로 형성될 수 있다.
이때, 스페이서(180)는 접착제를 이용하여 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 접합된 라인 형태, 기둥 형태 또는 다각형의 단면을 갖는 형태로 구비될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물은 태양전지 구조체(A)에 적어도 하나의 스페이서(180)를 구비하여, 태양전지 구조체(A)의 두께를 일정하게 구현할 수 있다. 특히, 스페이서(180)가 게터용 필러(122)의 재질로 형성된 경우에는 태양전지 구조체(A)에 대해 외부의 수분 침투를 방지할 수 있어서, 태양전지 구조체(A)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법에 대해 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 설명한다. 도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법은 도 7a에 도시된 바와 같이 먼저 지지 유리판(110)을 기준으로 타면 방향에 진공유리패널 구조체(B)를 형성한다.
구체적으로, 진공유리패널 구조체(B)를 형성하기 위해 진공 챔버 내에 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120)을 마련하고, 하부 유리판(120)의 상부면에 다수의 게터용 필러(122)를 로딩하며, 하부 유리판(120)의 테두리를 따라 실링부(101)를 구비한다.
여기서, 게터용 필러(122)는 도 3에 도시된 바와 같이 하부 유리판(120)의 상부면에 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120)의 넓이, 두께 등에 따라 조정된 배치 거리(d)를 갖는 매트릭스 배열로 로딩될 수 있다.
다수의 게터용 필러(122)를 로딩한 후, 하부 유리판(120)의 테두리를 따라 양면 테이프 또는 글라스 프리트(glass frit)를 이용하여 실링부(101)를 구비하고, 실링부(101)를 매개로 하여 지지 유리판(110)을 하부 유리판(120)에 대응하여 접합하는 라미네이션을 수행한다.
이때, 라미네이션을 수행한 후, 실링부(101)가 게터용 필러(122)의 두께와 동일하게 형성되어, 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이에 다수의 게터용 필러(122)를 접합 구비한다.
여기서, 진공유리패널 구조체(B)를 형성하기 위해 진공 챔버 내에서 공정이 이루어지지만 이에 한정되지 않고, 상온 대기압 상태에서 지지 유리판(110)과 하부 유리판(120) 사이에 다수의 게터용 필러(122)를 개재하고 실링부(101)를 통해 접합한 후, 지지 유리판(110) 또는 하부 유리판(120)의 일측에 형성된 흡기홀(도시하지 않음)을 통해 흡기하여 진공층(V)을 형성할 수도 있다.
진공유리패널 구조체(B)를 형성한 후, 도 7b에 도시된 바와 같이 지지 유리판(110)의 일면에 태양전지 구조체(A)를 형성하기 위해 접착부재(112)를 구비한다.
여기서, 접착부재(112)는 예를 들어 접착 페이스트, 양면 접착재를 원형, 사각형 등의 다각형으로 구비할 수 있으며, 바람직하게 접착부재(112)는 양면 접착 테이프를 다각형의 단면으로 형성하여 구비할 수 있다.
이와 같은 접착부재(112)는 후술하는 투광성 충진부(170)의 형성을 위해 투광성 레진을 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 주입하는 과정에서 태양전지 어레이를 견고하게 지지하여, 염료감응형 태양전지 단위셀(140)이 떨어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 구비된 접착부재(112)에 대해, 도 7c에 도시된 바와 같이 태양전지 어레이의 염료감응형 태양 전지 단위셀(140)을 접착부재(112)의 상부면에 접합하고, 지지 유리판(110)의 일면 테두리를 따라 간극 부재(102)를 구비한다.
구체적으로, 간극 부재(102)는 도 4a에서처럼 일측으로 개구된 "ㄷ"자 형태 또는 도 4b에서처럼 양측으로 개구된 "I"자 형태를 갖는 봉 프레임(102-1,102'-1), 봉 프레임(102-1,102'-1)의 개구된 내측 공간에 구비된 방습제(102-2,102'-2) 및 방습제(102-2,102'-2)가 구비된 내측 공간을 마감하고 다수의 통공(102-3,102'-3)을 구비한 마감막을 포함하여 구성된다. 여기서, 봉 프레임(102-1,102'-1)은 "ㄷ"자 형태 또는 "I"자 형태로 도시하지만, 이에 한정되지 않고 방습제(102-2,102'-2)를 담는 내측 공간을 갖고 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이를 일정한 간격으로 이격시킬 수 있는 다양한 형태로 구비될 수도 있다.
이러한 간극 부재(102)를 매개로 하고, 도 7d에 도시된 바와 같이 접착페이스트를 이용하여 상부 유리판(130)을 지지 유리판(110)에 대응하여 접합한다.
이때, 선택적으로, 도 6에 도시된 스페이서(180)가 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에서 태양전지 어레이와 다른 태양전지 어레이 사이의 일측에 적어도 하나 접합 구비되고, 상부 유리판(130)과 지지 유리판(110)을 대응 접합할 수도 있다.
이에 따라 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에 태양전지 어레이와 접착부재(112)를 구비하고 간극 부재(102)를 통해 접합한 상태에서, 도 7d에 도시된 바와 같이 투광성 충진부(170)를 형성하기 위해 합성수지 재질을 용융한 용액을 주입기(200)를 이용하여 간극 부재(102)의 일측 관통구를 통해 주입한다. 여기서, 투광성 충진부(170)를 형성하기 위한 합성수지 재질은 상부 유리판(130)을 통과한 빛이 계면에서 반사되지 않고 투과되는 투광성을 갖기 위해 상부 유리판(130)의 굴절률과 동일하거나 또는 1.5 ~ 2.0의 유사 범위 굴절률을 갖는 합성수지 재질을 포함한다. 이에 따라 투광성 충진부(150)를 형성하기 위한 합성수지 재질은 예를 들어 실리콘계 수지 재질을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 합성수지 재질을 용융한 용액의 주입을 원활하게 하기 위해, 주입기(200)가 관통하는 간극 부재(102)의 일측 관통구에 근접한 부분에 다른 관통구를 형성하여 주입 과정에서 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이의 공기가 배기되도록 한다.
또한, 투광성 충진부(170)를 형성하기 위한 용액을 간극 부재(102)의 일측 관통구를 통해 주입하는 과정은 하부 유리판(120)으로부터 상부 유리판(130)까지의 구조물을 전후좌우로 각각 틸팅(tilting)하면서 이루어질 수 있다.
이에 따라, 주입과정에서 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이를 충진하는 투광성 충진부(170)에 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
투광성 충진부(170)를 형성하기 위한 용액을 충진한 후, 간극 부재(102)의 일측 관통구와 다른 관통구를 막아 밀봉하고 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이를 충진하는 투광성 충진부(170)를 경화시키면, 도 7e에 도시된 바와 같이 투광성 충진부(170)가 지지 유리판(110)과 상부 유리판(130) 사이에서 태양전지 어레이를 함침한 형태로 구비된다.
이러한 투광성 충진부(170)는 외부의 수분 침투를 방지하고 외부의 충격으로부터 태양전지 단위셀(140)을 포함한 태양전지 어레이를 보호하여, 태양전지 구조체(A)의 내구성을 향상시킨다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물의 제조 방법은 중간의 지지 유리판(110)을 기준으로 일면 방향에 구비된 태양전지 구조체(A) 및 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체(B)를 형성하여, 태양전지 구조체(A)를 통해 전력을 생산하고 동시에 진공유리패널 구조체(B)를 통해 단열 구조를 형성하여 전도와 대류에 의한 열손실을 방지할 수 있다.
이에 따라 제조된 본 발명의 실시예에 따른 단열용 태양전지 구조물(100)은 투광성을 갖는 건물의 외장재로 이용되어 태양광을 이용한 전력을 생산하면서 단열재의 기능을 수행하므로, 채광 기능을 가지면서 건물의 에너지를 절감할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 단열용 태양전지 구조물 101: 실링부
102,102': 간극 부재 110: 지지 유리판
112: 접착부재 120: 하부 유리판
122: 게터용 필러 130: 상부 유리판
140: 염료감응형 태양전지 단위셀 141: 제 1 기판
142: 제 1 투명 전극 143: 제 2 기판
144: 제 2 투명 전극 145: 백금층
146: 전해질 147: 금속 그리드
148: 밀봉 부재 149-1: 제 1 전극 패턴
149-2: 제 2 전극 패턴 149-3: 반도체 산화물층
150,150-1,160,160-1: 리본 180: 스페이서
A: 태양전지 구조체 B: 진공유리패널 구조체
102,102': 간극 부재 110: 지지 유리판
112: 접착부재 120: 하부 유리판
122: 게터용 필러 130: 상부 유리판
140: 염료감응형 태양전지 단위셀 141: 제 1 기판
142: 제 1 투명 전극 143: 제 2 기판
144: 제 2 투명 전극 145: 백금층
146: 전해질 147: 금속 그리드
148: 밀봉 부재 149-1: 제 1 전극 패턴
149-2: 제 2 전극 패턴 149-3: 반도체 산화물층
150,150-1,160,160-1: 리본 180: 스페이서
A: 태양전지 구조체 B: 진공유리패널 구조체
Claims (18)
- 중간의 지지 유리판;
상기 지지 유리판을 기준으로 일면 방향에 구비된 태양전지 구조체(A); 및
상기 지지 유리판의 타면 방향에 구비된 진공유리패널 구조체(B);
를 포함하고,
상기 태양전지 구조체(A)는 상기 지지 유리판에 대응하는 상부 유리판; 각각의 접착부재를 매개로 하여 상기 지지 유리판의 일면에 장착된 다수의 염료감응형 태양전지 단위셀을 포함한 적어도 하나의 태양전지 어레이; 상기 태양전지 어레이를 둘러싸고 상기 지지 유리판과 상기 상부 유리판 사이의 테두리에 구비된 간극 부재; 및 상기 지지 유리판과 상부 유리판 사이에 상기 태양전지 어레이를 함침한 투광성 충진부;를 포함하며,
상기 태양전지 어레이는 동일 평면의 네 개의 꼭지 부분에 형성된 연결 패턴(I); 및 상기 연결 패턴(I)의 전극 패턴에 전기적으로 연결된 전도성 패턴;을 포함하는 상기 염료감응형 태양전지 단위셀을 다수 구비하고, 상기 전도성 패턴을 매개로 하여 상기 염료감응형 태양전지 단위셀 사이에서 상기 연결 패턴(I)의 전극 패턴을 병렬 또는 직렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 진공유리패널 구조체(B)는
상기 지지 유리판에 대응하는 하부 유리판;
상기 지지 유리판과 하부 유리판 사이의 테두리에 구비된 실링부; 및
상기 지지 유리판과 하부 유리판 사이에 배치 거리(d)를 갖고 구비된 다수의 게터용 필러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 지지 유리판과 상부 유리판 사이에 간격을 유지하기 위해 상기 태양전지 어레이 사이에 구비된 적어도 하나의 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 간극 부재는
일측 또는 양측으로 개구된 형태를 갖는 봉 프레임;
상기 봉 프레임의 개구된 내측 공간에 구비된 방습제; 및
상기 방습제가 구비된 내측 공간을 마감하고 다수의 통공을 구비한 마감막;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 투광성 충진부는 상기 상부 유리판의 굴절률과 동일하거나 또는 1.5 ~ 2.0의 유사 범위 굴절률을 갖는 합성수지 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 전극 패턴은 상기 염료감응형 태양전지 단위셀의 최외곽 양측에 각각 구비된 제 1 전극 패턴과 제 2 전극 패턴을 포함하고,
상기 연결 패턴(I)은 상기 제 1 전극 패턴 또는 제 2 전극 패턴을 노출시키는 개구 패턴인 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전도성 패턴은 리본을 포함하고,
상기 리본은
상기 제 1 전극 패턴과 인접한 태양 전지 단위셀의 제 2 전극 패턴 사이를 직렬 연결하기 위한 직렬연결용 리본; 및
상기 제 1 전극 패턴과 인접한 태양 전지 단위셀의 제 1 전극 패턴 사이 또는 상기 제 2 전극 패턴과 인접한 태양 전지 단위셀의 제 2 전극 패턴 사이를 병렬 연결하기 위한 병렬연결용 리본;
을 포함하며,
상기 직렬연결용 리본과 병렬연결용 리본은 서로 분리하여 구비되는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- 제 3 항에 있어서,
상기 게터용 필러는 가스 흡착 재질 또는 습기 흡착 재질을 포함하여, 0.4 ~ 1.0 mm의 길이와 0.1 ~ 1.0 mm의 높이를 갖는 다면체 또는 기둥 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물.
- (a) 지지 유리판을 기준으로 타면에 진공유리패널 구조체(B)를 형성하는 단계; 및
(b) 상기 지지 유리판을 기준으로 일면에 태양전지 구조체(A)를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계는 (b-1) 상기 지지 유리판의 일면에 다수의 접착부재를 구비하는 단계; (b-2) 적어도 하나의 태양전지 어레이의 염료감응형 태양전지 단위셀을 상기 접착부재 각각의 상부면에 접합하는 단계; (b-3) 상기 지지 유리판의 테두리를 따라 구비된 간극 부재를 이용하여 상기 지지 유리판에 대응하는 상부 유리판을 접합하는 단계; 및 (b-4) 상기 지지 유리판과 상기 상부 유리판 사이에 투광성 충진부를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (b-4) 단계는 (b-41) 상기 상부 유리판의 굴절률과 동일하거나 또는 1.5 ~ 2.0의 유사 범위 굴절률을 갖는 합성수지 재질을 용융한 용액을 상기 간극 부재의 일측 관통구를 통해 주입하는 단계; (b-42) 상기 주입과정 중에 상기 상부 유리판과 상기 지지 유리판을 포함한 구조물을 전후좌우로 틸팅하는 단계; 및 (b-43) 상기 합성수지 재질을 용융한 용액을 경화시켜 상기 투광성 충진부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 (a) 단계는
(a-1) 상기 지지 유리판과 하부 유리판을 마련하는 단계;
(a-2) 상기 하부 유리판의 상부면에 다수의 게터용 필러를 로딩하는 단계; 및
(a-3) 상기 하부 유리판의 테두리에 구비된 실링부를 매개로 하여 상기 하부 유리판과 지지 유리판을 라미네이션하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물의 제조방법.
- 삭제
- 제 11 항에 있어서,
상기 (b-2) 단계는
상기 지지 유리판과 상부 유리판 사이에 간격을 유지하기 위해 상기 태양전지 어레이 사이에 적어도 하나의 스페이서를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물의 제조방법.
- 삭제
- 제 11 항에 있어서,
상기 (b-41) 단계는
상기 일측 관통구에 인접한 부분에 구비된 다른 관통구를 통해 상기 상부 유리판과 지지 유리판 사이의 공기를 배기하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 게터용 필러는 가스 흡착 재질 또는 습기 흡착 재질을 포함하여, 0.4 ~ 1.0 mm의 길이와 0.1 ~ 1.0 mm의 높이를 갖는 다면체 또는 기둥 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 (b-2) 단계는
(b-21) 동일 평면의 네 개의 꼭지 부분에 형성된 연결 패턴을 포함하는 상기 염료감응형 태양전지 단위셀을 다수 마련하는 단계; 및
(b-22) 상기 태양전지 단위셀 사이에서 전도성 패턴을 매개로 하여 상기 연결 패턴에 구비된 전극 패턴에 대한 병렬 또는 직렬 연결을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 전극 패턴은 상기 태양전지 단위셀의 최외곽 양측에 각각 구비된 제 1 전극 패턴과 제 2 전극 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 태양전지 구조물의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130152311A KR101400207B1 (ko) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | 단열용 태양전지 구조물 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130152311A KR101400207B1 (ko) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | 단열용 태양전지 구조물 및 그 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101400207B1 true KR101400207B1 (ko) | 2014-06-30 |
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ID=51131271
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR (1) | KR101400207B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101660907B1 (ko) * | 2015-04-15 | 2016-09-29 | 주식회사 이건창호 | 태양 전지 어레이를 포함하는 진공 유리 |
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2013
- 2013-12-09 KR KR1020130152311A patent/KR101400207B1/ko active IP Right Grant
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