KR101432022B1 - Dye sensitized solar cell sub-module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것으로, 상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있어서, 상기 염료감응 태양전지 서브모듈은 i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과, ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과, iii)상기 제1영역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고, 상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell sub-module, in which dye-sensitized solar cell cells are connected to each other between upper and lower transparent substrates, the dye-sensitized solar cell sub-module comprising i) Wherein a part of the cells are located in such a manner that an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical positional relationship between neighboring cells and an electrical connection between neighboring cells is made between an anode electrode of the first cell and a cathode electrode of a neighboring cell, And ii) an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical position relationship between the cells adjacent to each other in the remainder of the cells, and an electrical connection between neighboring cells is formed between the anode electrode of the first cell and the adjacent cell And iii) an insulating region for separating the first region and the second region from each other, Cell adjacent to the insulating region of the cell and a second region adjacent to the insulating region of the first region relates to a dye-sensitized solar cell sub-module, characterized in that symmetrically with respect to the isolation region.
이를 통하여 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 따라서 종래의 서브모듈 집적 공정의 품질 변동에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부를 줄일 수 있으므로, 이의 파손에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.Accordingly, it is possible to shorten the module fabrication process by allowing the submodule process and a part of the module process to be simultaneously performed. Therefore, it is possible to minimize the performance degradation due to the quality variation of the conventional submodule integration process, It is possible to minimize the amount of the connecting electrode material and the connecting electrode process equipment required to make it possible to reduce the investment cost and to reduce the number of sealing portions in each submodule, thereby reducing the occurrence of defects due to damage thereof.
염료감응, 태양전지, 서브모듈 Dye sensitization, solar cell, submodule
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 따라서 종래의 서브모듈 집적 공정의 품질 변동에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부를 줄일 수 있으므로, 이의 파손에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있는 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell sub-module, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell sub-module capable of simultaneously performing a submodule process and a module process so as to shorten a module fabrication process, It is possible to minimize the deterioration of the performance due to the submodule, minimize the number of the connecting electrode materials and the connecting electrode process equipment necessary for integrating the submodule into the module, thereby reducing the investment cost and reducing the sealing portion of each submodule. To a dye-sensitized solar cell sub-module capable of reducing the occurrence of defects.
1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저기 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 실리콘 태양전지와 달리 염료감응태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.Much research has been done in this area since the development of dye-sensitized nanoparticle titanium dioxide solar cells by Michael Gratzel of the Swiss National Lozan Institute for Technology (EPFL) in 1991. Dye-sensitized solar cells have the potential to replace conventional amorphous silicon solar cells because their manufacturing costs are lower than those of conventional silicon solar cells. Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells absorb visible light A dye molecule capable of generating an electron-hole pair, and a transition metal oxide that transfers generated electrons as main constituent materials.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 상, 하부 투명한 기판과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극을 기본으로 하여, 제1전극에 해당하는 일 측의 도전성 투명전극위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되어지고, 제2전극에 해당하는 타 측 도전성 투명전극 위에는 촉매박막전극이 형성되어지며, 상기 전이금속 산화물, 예를 들면 TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되어지는 구조를 가진다.The unit cell structure of a general dye-sensitized solar cell is composed of an upper and a lower transparent substrate and a conductive transparent electrode formed on the surface of the transparent substrate, respectively. On the conductive transparent electrode on one side corresponding to the first electrode, And a catalyst thin film electrode is formed on the other conductive transparent electrode corresponding to the second electrode. The transition metal oxide, for example, TiO 2 , the porous electrode and the catalyst thin film electrode There is a structure in which an electrolyte is filled.
그런데 이와 같은 염료감응 태양전지의 경우, 종래의 실리콘 타입 태양전지에 비하여 효율이 떨어지는 문제가 있으므로 염료감응 태양전지 셀 자체의 효율을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이와 함께 이러한 셀들을 모듈로서 집적하여 효율 문제를 극복하고, 실용화를 추진하고자 하는 연구가 이루어지고 있다.However, in the case of such a dye-sensitized solar cell, the efficiency of the dye-sensitized solar cell is inferior to that of a conventional silicon-type solar cell. Therefore, researches for increasing the efficiency of the dye-sensitized solar cell itself have been actively carried out. Research has been conducted to overcome the efficiency problem and promote practical use.
그런데 이와 같은 모듈화를 위해서는 서브모듈 공정과 모듈공정을 각각 수행하여야 하므로 공정이 복잡하고, 서브모듈의 결합 공정을 잘 관리하지 못하는 경우에는 서브모듈 집적 공정의 품질 변동이 심하여 집적한 만큼의 효율을 얻지 못하고, 효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 필요로 하여 투자비가 증대되며, 서브모듈 단위의 봉지부가 다수 존재하여 전해액의 누액 등과 같은 결함이 발생할 가능성이 높아지는 등의 문제점이 있다.However, in order to achieve such modularization, the submodule process and the module process must be performed separately. Therefore, when the process is complicated and the submodule joining process can not be managed well, the quality of the submodule integration process varies greatly, And there is a problem that the efficiency is lowered and the investment cost is increased due to the necessity of the connecting electrode material and the connecting electrode process equipment necessary for accumulation in the module and there is a possibility that defects such as leakage of the electrolytic solution occur And the like.
따라서 이와 같은 문제점을 해결하는 새로운 집적방법 및 모듈의 개선이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a new integration method and a module for solving such a problem.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 따라서 종래의 서브모듈 집적 공정의 품질 변동에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부를 줄일 수 있으므로, 이의 파손에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있는 염료감응 태양전지 서브모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention can shorten a module manufacturing process by allowing a submodule process and a part of a module process to be simultaneously performed, It is possible to minimize the number of connection electrode materials and connection electrode process equipment necessary for integrating the submodules into a module, thereby reducing the investment cost and reducing the number of sealing portions in each submodule. Therefore, The present invention provides a dye-sensitized solar cell sub-module capable of reducing the number of solar cells.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,
상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있어서, A dye-sensitized solar cell sub-module in which dye-sensitized solar cells are connected to each other between upper and lower transparent substrates,
상기 염료감응 태양전지 서브모듈은 The dye-sensitized solar cell sub-
i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과, i) a part of the cells are arranged in such a manner that an anode and a cathode alternate with each other in a vertical position relationship, and an electrical connection between neighboring cells is formed between the anode electrode of the first cell and the cathode electrode of the neighboring cell A first region connected in series,
ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과, ii) an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical position relationship with the cells adjacent to each other in the remainder of the cells, and an electrical connection between neighboring cells is formed between the anode electrode of the first cell and the cathode electrode of the neighboring cell A second region connected in series,
iii)상기 제1영역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고, iii) an insulating region for separating the first region and the second region,
상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 서브모듈을 제공한다.Wherein the cell in contact with the insulating region of the first region and the cell in contact with the insulating region of the second region are symmetrically symmetrical with respect to the insulating region.
본 발명의 염료감응 태양전지 모듈에 따르면 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 대면적화가 용이하고, 이에 따라 생산성을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 서브모듈 집적 공정을 별도로 수행하는 경우에 발생할 수 있는 집적 공정의 품질 수준에 따른 품질 변동을 줄일 수 있고, 이와 같은 품질변동이 태양전지 모듈의 성능에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.According to the dye-sensitized solar cell module of the present invention, a submodule process and a part of a module process can be performed at the same time, thereby shortening the module fabrication process, facilitating large-area fabrication, The quality variation according to the quality level of the integrated process that may occur when the sub module integration process of the solar cell module is separately performed can be reduced and the influence of such quality variation on the performance of the solar cell module can be minimized.
또한, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부의 수를 줄일 수 있으므로, 이의 파손이나 공정 불량에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있어서, 전해액 누액 등과 같은 치명적 결함을 줄일 수 있고, 염료감응 태양전지 서브모듈의 내구성을 향상할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to minimize the amount of the connecting electrode material and the connecting electrode process equipment necessary for integrating the submodule into a module, thereby reducing the investment cost and reducing the number of sealing portions per submodule. Therefore, It is possible to reduce fatal defects such as electrolyte leakage and improve the durability of the dye-sensitized solar cell submodule.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 염료감응 태양전지 서브모듈은 상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있 어서, 상기 염료감응 태양전지 서브모듈은 i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과, ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과, iii)상기 제1영역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고, 상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 구성으로 이루어진다.The dye-sensitized solar cell sub-module according to the present invention is characterized in that the dye-sensitized solar cell sub-module is formed by connecting dye-sensitized solar cell cells between an upper and a lower transparent substrate, A portion of the cells adjacent to each other is arranged in such a manner that an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical position relationship and an electrical connection between neighboring cells is formed between the anode electrode of the first cell and the cathode electrode of the cell adjacent thereto, And ii) an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical position relationship between the cells adjacent to each other in the remainder of the cells, and an electrical connection between neighboring cells is formed between the anode electrode of the first cell and the cathode A second region formed between the electrodes and connected in series, and iii) an insulating region for separating the first region and the second region, Cell adjacent to the insulating region of the cell and a second region adjacent to the insulating region is formed of a symmetrical configuration with respect to the isolation region.
이에 대한 상세한 설명은 도면을 참고하여 설명한다. A detailed description thereof will be made with reference to the drawings.
본 발명의 염료감응 태양전지 서브모듈에 대한 구체적인 예는 도 2에 도시한 바와 같다. 즉, 종래의 태양전지 서브 모듈의 경우에는 도 1에 도시한 바와 같이 서브 모듈 각각이 동일한 구조를 가지고, 이와 같은 서브모듈 각각을 모듈 형태로 다시 집적하는 구조를 가진다. 따라서 상기 서브 모듈을 지탱할 별도의 유리기판을 더 필요로 하며, 각각의 서브모듈을 병렬로 연결하기 위해서는 도 1에 굵은 직선으로 도시한 바와 같은 전기적 연결이 필요하다.A specific example of the dye-sensitized solar cell sub-module of the present invention is shown in FIG. That is, in the conventional solar cell submodule, as shown in FIG. 1, each of the submodules has the same structure, and each of the submodules is integrated again in a module form. Therefore, a separate glass substrate for supporting the sub-module is required. In order to connect the sub-modules in parallel, electrical connection as shown by a bold line in FIG. 1 is required.
하지만, 본 발명의 경우에는 이와 같은 2개의 서브모듈을 일체로 구성하면서, 병렬접속이 가능한 형태로 구성하는 것으로, 그 구체적인 예를 도 2에 도시한 바와 같이 i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전 극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역(도 2의 중앙을 기준으로 좌측 부분)과, ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역(도 2의 중앙을 기준으로 우측부분)과, iii)상기 제1영역과 제2영역을 구분하는 절연영역(도 2의 중앙에 위치하는 봉지재)을 포함하여 세부분으로 구성되고, 상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 도시한 바와 같이 좌우대칭인 구성을 가지도록 한다.However, in the case of the present invention, such two sub-modules are integrally formed and configured in such a manner that they can be connected in parallel. As shown in Fig. 2, a concrete example is shown in which i) A first region in which an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical position relationship and in which an electrical connection between neighboring cells is formed between a cathode electrode of a first cell and a cathode electrode of a cell adjacent thereto, And ii) an anode and a cathode are alternately arranged in a vertical positional relation between cells in which the remainder of the cells are adjacent to each other, and an electrical connection between neighboring cells is formed between the anode electrode and the cathode electrode of the first cell, A second region (a right side portion with reference to the center of FIG. 2) that is connected in series between the cathode electrodes of neighboring cells, and iii) an insulating region that separates the first region and the second region. (The sealing material located at the center of FIG. 2), and a cell contacting the insulated region of the first region and a cell contacting the insulated region of the second region, As shown in Fig.
상기 제1영역과 제2영역은 도 2에 도시한 바와 같이 그 단위 셀의 개수가 동일할 수도 있고, 다를 수도 있으며, 바람직하게는 도 2에 조시한 바와 같이 좌우에 위치한 제1영역 및 제2영역의 단위 셀의 개수가 동일하여 상기 제1영역과 제2영역은 전체가 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 형태로 구성하는 것이 병렬 접속시 전압이 동일하게 유지되므로 시스템 구성에 도움이 되므로 좋다. 이를 통하여 서브모듈의 대면적화가 가능하고 서브모듈 사이의 연결 공정을 줄일 수 있다.As shown in FIG. 2, the first region and the second region may have the same number of unit cells or may be different. Preferably, the first region and the second region have a first region and a second region, The first and second regions are symmetrically arranged with respect to the insulating region so that the voltage is maintained at the same level during the parallel connection, . This makes it possible to increase the area of the submodules and to reduce the number of connecting processes between the submodules.
이외에도 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 염료감응 태양전지 셀 들이 집적된 서브모듈이 집적되어 이루어진 태양전지 모듈을 제공한다. 이는 통상의 태양전지 모듈에서 서브모듈을 집적하여 이를 형성하는 경우와 동일한 방법으로 이를 수행할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.In addition, the present invention provides a solar cell module in which the submodules integrated with the above-described dye-sensitized solar cell are integrated. This can be accomplished in the same manner as in the case of integrating and forming submodules in a conventional solar cell module, so a detailed description thereof will be omitted.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 상세한 설명, 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Are also included within the scope of the present invention.
도 1은 종래의 염료감응 태양전지 서브모듈 및 이들의 접속을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a conventional dye-sensitized solar cell submodule and connections thereof.
도 2는 본 발명의 염료감응 태양전지 서브모듈 및 이의 전기적 접속을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic view showing the dye-sensitized solar cell submodule of the present invention and its electrical connection.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
10a: 상면 유리 10b: 하면 유리10a:
20a: 상면 TCO(도전성 투명전극) 20b: 하면 TCO(도전성 투명전극)20a: upper surface TCO (conductive transparent electrode) 20b: lower surface TCO (conductive transparent electrode)
30: 이산화티타늄입자 및 염료 40: 촉매전극30: titanium dioxide particles and dye 40: catalytic electrode
50: 봉지재50: Encapsulation material
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