KR101447772B1 - 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈 - Google Patents

직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체층이 형성되어 있는 음극 기판과 백금층이 형성되어 있는 양극 기판이 합착되어 이루어진 각각의 단위셀들을 전기적으로 직렬 연결하는 연결 전극을 포함하는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 단위셀은 음극 기판상에 인접하는 반도체층간 전기적으로 절연하기 위한 투명 음전극 식각부 및 양극 기판상에 인접하는 백금층간 전기적으로 절연하기 위한 투명 양전극 식각부가 형성되며, 적어도 하나 이상의 상기 연결 전극은 소정의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 염료감응 태양전지의 연결 전극의 구조를 종래 바(bar) 타입의 구조에서 소정의 형상을 갖는 각각 분리된 스팟(spot) 구조로 형성하여 투명전극 상에 형성된 각각의 연결 전극의 접촉 면적을 증가시킴으로써 접촉 불량을 방지하여 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

Description

직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈{Z-type dye sensitized solar cell module}
본 발명은 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Z-타입 염료감응 태양전지에서 음극 기판과 양극 기판 합착시 전자의 이동통로가 되는 연결 전극을 구조를 개선하여 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것이다.
염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)는 스위스 연방 기술원의 마이클 그라첼(Michael Gratzel)이 개발한 태양전지로써, 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고, 단가 대비 에너지 변화효율이 높으며, 투명성과 구부림이 가능한 셀을 제조할 수 있어 다양한 응용분야에 이용될 수 있는 장점을 가진다.
염료감응 태양전지는 전자-홀 쌍을 생성하는 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 반도체층이 포함된 광전극과, 염료분자로 전자를 보충해주는 전해질과, 전해질 용액의 산화환원반응의 촉매 역할을 하는 백금층이 코팅된 상대전극으로 이루어진다. 염료감응 태양전지에 빛이 입사되면 빛을 흡수한 염료가 여기상태(excited state)로 되어 전자를 반도체층의 전도대로 보내고, 전도된 전자는 전극을 따라 외부 회로로 흘러가서 전기에너지를 전달하고, 전기에너지를 전달한 만큼 낮은 에너지 상태가 되어 상대전극으로 이동한다. 염료는 반도체층에 전달한 전자 개수만큼 전해질 용액으로부터 전자를 공급받아 원래의 상태로 돌아가게 되는데, 이때 사용되는 전해질은 산화-환원 반응에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 한다.
전지의 음전극 역할을 하는 광전극은 이산화티타늄(TiO2)과 같은 반도체층을 포함하고, 이 표면에 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하는 염료가 흡착되어 있다. 염료에 전자를 공급하는 전해질은 I-/I3 - 와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, I- 이온의 공급원으로 LiI, NaI, 알칼암모니움 요오드, 이미다졸리움 요오드 등이 사용되고, I3 - 이온은 I2를 용매에 녹여 생성시킨다. 상대전극은 백금 등으로 이루어지고, 이온 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화 환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.
염료감응 태양전지는 단위전지라 불리는 최소 단위를 전기적으로 연결한 후 패키징하여 모듈을 만들고, 이들 모듈을 조합하여 어레이를 만드는 제조공정을 거친다. 이는 단위전지만으로는 가정이나 산업현장에서 사용할 만큼 충분한 전류와 전압을 생산할 수 없기 때문이다. 단위전지를 연결하여 모듈을 제조하는 방법은 Z-타입 모듈(Z-serial module), 모노리스-타입 모듈(Monolithic-serial module), W-타입 모듈(W-serial module) 등과 같이 여러 가지가 있다.
도 1a는 Z-타입 염료감응 태양전지 모듈의 평면구조를 도시한 것이다.
도 1a를 참조하면, Z-타입 모듈(100)은 음극기판(120) 위에 투명 음전극(123)이 코팅되고, 투명 음전극(123) 위에 반도체층(121)이 형성된다. 각각의 단위전지셀들은 연결 전극(122)에 의하여 직렬연결되는데, 연결 전극(122)의 양측에는 전해질에 의한 산화를 방지하기 위한 보호층(124)이 형성되어 있다. 보호층(124)은 양극기판(110)과 음극기판(120) 사이에 게재되어서, 각각의 단위전지셀에 충진되는 전해질을 밀봉하는 역할을 동시에 하게 된다.
도 1b는 도 1a에서 A-A' 단면을 도시한 것이다.
도 1b를 참조하면, 음극기판(120)과 양극기판(110) 사이의 공간에 보호층(124)으로 구분된 단위전지들이 형성되어 있다. 음극기판(120) 위에는 투명 음전극(123)이 형성되어 있고, 각각의 단위전지 전극들을 전기적으로 분리시키기 위하여 투명 음전극 식각부(123a)가 주기적으로 형성되어 있다. 투명 음전극(123) 위에는 반도체층(121)이 형성되어 있고, 양극기판(110)에는 투명 양전극(111)과 백금층(112)이 차례로 적층되어 있으며, 그 사이에는 전해질(125)이 충진되어 있다. 투명 양전극(111)의 중간 중간에도 전기적 분리를 위한 투명 양전극 식각부(111a)가 형성되어 있다. 이웃한 단위전지의 투명 양전극(111)과 투명 음전극(123)은 연결 전극(122)에 의하여 연결되어 있고, 연결 전극(122)의 양 측부에는 보호층(124)이 형성되어 있으며, 모듈의 양 끝에 양전극 단자(116)와 음전극 단자(126)가 각각 양극기판(110)과 음극기판(120)에 형성되어 있다.
여기서 연결 전극(122)은 투명 양전극상에 형성된 제1 연결전극(122a)과 투명 음전극상에 형성된 제2 연결전극(122b)이 합착되어 형성된다. 상기 연결 전극(122) 형성시 제1 연결전극(122a)과 제2 연결전극(122b)의 접촉 면적이 협소하고, 접촉 표면이 불균일함에 따라 접촉 불량이 발생하여 전자의 이동을 방해함으로써 염료감응 태양전지의 광전변환 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 접촉 불량을 방지할 수 있는 연결 전극 구조를 형성하여 접촉 저항을 감소시킴으로써 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예인 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈은 반도체층이 형성되어 있는 음극 기판과 백금층이 형성되어 있는 양극 기판이 합착되어 이루어진 각각의 단위셀들을 전기적으로 직렬 연결하는 연결 전극을 포함하는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 단위셀은 음극 기판상에 인접하는 반도체층간 전기적으로 절연하기 위한 투명 음전극 식각부 및 양극 기판상에 인접하는 백금층간 전기적으로 절연하기 위한 투명 양전극 식각부가 형성되며, 적어도 하나 이상의 상기 연결 전극은 소정의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결 전극들은 상기 단위셀의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배열되며, 집전 전극을 통하여 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반도체층은 연결 전극의 형상에 따라 패터닝되어 형성되어 지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소정의 형상은 원, 반원 및 다각형 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 반도체층 사이에 그리드 전극이 형성되어 있는 음극 기판과 백금층 사이에 그리드 전극이 형성되어 있는 양극 기판이 합착되어 이루어진 각각의 격자형 단위셀들을 전기적으로 직렬 연결하는 연결 전극을 포함하는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 격자형 단위셀은 음극 기판상에 인접하는 다른 격자형 단위셀의 반도체층과 전기적으로 절연하기 위한 투명 음전극 식각부 및 양극 기판상에 인접하는 다른 격자형 단위셀의 백금층과 전기적으로 절연하기 위한 투명 양전극 식각부가 형성되며, 적어도 하나 이상의 상기 연결 전극은 소정의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 격자형 단위셀들로 이루어진 격자형 타입의 중형셀들을 직렬 연결하여 양전극 단자와 음전극 단자가 서로 인접하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 염료감응 태양전지의 연결 전극의 구조를 종래 바(bar) 타입의 구조에서 소정의 형상을 갖는 각각 분리된 스팟(spot) 구조로 형성하여 투명전극 상에 형성된 각각의 연결 전극의 접촉 면적을 증가시킴으로써 접촉 불량을 방지하여 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
한편 상기 분리된 스팟은 소정의 폭을 갖는 집전전극(은(Ag) 그리드)으로 연결되는 연결 전극 구조를 형성함으로써 반도체층에서 여기된 전자를 상기 집전 전극에서 집전한 후 상기 스팟을 통하여 백금층으로 더욱 효율적으로 전달할 수 있다.
따라서 접촉 불량에 따른 접촉 저항이 감소된 본 발명의 연결 전극을 통하여 반도체층에서 여기된 전자가 원활하게 이동함으로써 염료감응 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 격자형(grid) 타입의 중형셀들을 본 발명의 연결 전극 구조를 이용하여 직렬 연결함으로써 염료감응 태양전지 모듈의 양전극 단자와 음전극 단자는 인접하여 형성되므로, 전원출력 단자를 한쪽 방향으로 용이하게 인출할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 Z-타입 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 연결 전극 구조의 제1 적용예이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 다른 염료감응 태양전지의 연결 전극 구조의 제2 적용예이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 다른 염료감응 태양전지의 연결 전극 구조의 제3 적용예이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자형(grid) 타입의 단위셀들간 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 격자형(grid) 타입의 중형셀들간 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈의 제1 적용예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 격자형(grid) 타입의 중형셀들간 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈의 제2 적용예이다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 연결 전극 구조의 제1 적용예이다.
도 2a에서 보는 바와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지의 연결 전극(201)은 Z-타입 염료감응 태양전지에서 반도체층, 백금층 및 보호층으로 이루어진 독립된 단위셀(210) 상호간을 전기적으로 연결시키는 기능을 수행하며, 상기 연결 전극(201)은 소정의 형상을 가지고 단위셀(210)의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배열될 수 있다. 한편 상기 단위셀(210)은 음극 기판상에 인접하는 반도체층간 전기적으로 절연하기 위한 투명 양전극 식각부 및 양극 기판상에 인접하는 백금층간 전기적으로 절연하기 위한 투명 음전극 식각부가 형성되어 각 단위셀간 직렬연결된 염료감응 태양전지를 형성할 수 있다.
연결 전극(210)은 스크린 프린팅법 등에 의하여 코팅될 수 있으며, 전기 전도성이 뛰어난 금속 물질(예를 들어 Ag)로 이루어질 수 있다. 상기 연결 전극(201)은 원 형상으로 형성될 수 있으며, 이 경우 원의 지름은 종래 바(bar) 타입의 연결 전극의 폭보다 넓게 형성할 수 있다. 종래 바 타입의 연결 전극은 선폭이 좁음으로 접촉 면적이 협소하고, 또한 코팅시 접촉 표면이 불균일하므로 이에 따른 접촉 불량이 발생하여 결과적으로 접촉 저항이 증가되어 전자의 이동을 방해함으로써 염료감응 태양전지에서 광전변환효율을 저하시키는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 연결 전극(201)은 종래 바 타입의 연결 전극보다 넓은 폭을 가지고 각각의 투명전극 상에 코팅되므로 합착시 각각의 연결 전극의 접촉 면적이 넓어짐에 따라 접촉 불량을 방지하여 결과적으로 접촉 저항을 감소시켜 광전변환효율을 증가시킬 수 있다.
한편 도 2b에서 보는 바와 같이, 연결 전극(201)은 반도체층에서 여기된 전자를 집전하여 연결 전극(201)으로 이동시키는 기능을 수행하는 집전 전극(202)을 통하여 상호 연결될 수 있다. 상기 집전 전극(202)은 투명 전극보다 저항이 매우 낮은 금속물질(예를 들어 Ag)로 코팅될 수 있다. 단위셀(210)상의 반도체층에서 여기된 전자는 투명 양전극을 따라 인접한 상기 집전 전극(202)으로 수집되어 연결 전극(201)을 통하여 양극기판 상의 백금층으로 이동할 수 있다. 여기서 단위셀(210)은 반도체층, 백금층 및 보호층으로 이루어질 수 있다.
상기 도 2a와 비교하여 보면, 집전 전극(202)이 형성된 도 2b에서 반도체층에서 여기된 전자가 집전 전극(202)을 통하여 연결 전극(201)으로 더 효율적으로 이동할 수 있다. 이후 여기된 전자는 접촉 저항이 감소된 본 발명의 연결 전극(201)을 통하여 인접한 단위셀로 순차적으로 이동하며, 양전극 단자(116) 및 음전극 단자(126)를 통하여 외부 회로와 연결되어 폐회로를 형성함으로써 축전하게 된다.
여기서 상기 연결 전극(201)의 형상은 종래 바 타입보다 접촉 저항을 감소 시킬 수 있는 넓은 선폭을 갖는 타원 또는 다각형으로 형성될 수 있으며 단위셀의 길이방향과 수평하게 적어도 하나 이상의 스팟(spot)으로 각각 분리되어 배열되거나, 집전 전극을 통하여 상호 연결될 수 있다.
한편 본 발명의 연결 전극(201)은 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록 충분한 폭을 가지고 형성되므로 한정된 기판면적에서 연결 전극 폭의 증가에 따른 반도체층의 면적감소는 도 3a 내지 4b에서 보는 바와 같이, 반도체층의 패턴을 연결 전극의 형상에 따라 형성함으로써 하나의 단위셀에 코팅된 반도체층의 면적을 거의 동일하게 할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 다른 염료감응 태양전지의 연결 전극 구조의 제2 적용예이다.
도 3a에서 보는 바와 같이, 연결 전극(301)은 소정의 폭을 갖는 원의 형상으로 각각 독립적으로 분리되어 배열될 수 있으며, 단위셀(310)내에 형성된 반도체층 및 백금층은 상기 연결 전극(301)의 형상에 따라 상기 연결 전극과 인접하여 형성될 수 있다. 여기서 상기 단위셀(310)과 연결 전극(301)사이는 보호층(미도시)이 형성되어 있으며, 단위셀(310)의 형상은 종래 바 타입과 대비하여 보면 연결 전극(301)의 인접 영역에서 연결 전극(301)의 폭이 증가함에 따라 면적이 작아지나, 연결 전극과 인접하지 않는 영역에서는 보호층만이 형성되어 면적이 커지게 됨으로써 결과적으로는 단위셀(310)에 형성되는 반도체층의 면적은 거의 동일하게 형성될 수 있다.
한편 도 3b에서 보는 바와 같이, 연결 전극(301)은 반도체층에서 여기된 전자를 집전하여 연결 전극(301)으로 이동시키는 기능을 수행하는 집전 전극(302)을 통하여 상호 연결될 수 있다. 여기서 상기 집전 전극(302)은 투명 양전극상에 형성된 제1 집전 전극 및 투명 음전극상에 형성된 제2 집전 전극에 보호층을 코팅한 후 양극 기판과 음극 기판을 합착하여 형성될 수 있다.
따라서 연결 전극의 크기가 커짐에 따라 연결 전극과 인접하는 영역에서 줄어드는 반도체층의 면적만큼 연결 전극이 형성되지 않는 영역에서 반도체층의 면적을 확보함으로써 한정된 기판면적에서 반도체층이 형성되는 유효면적을 종래와 거의 동일하게 하여 여기된 전자의 수를 일정하게 할 수 있으며, 하나의 단위셀에서 여기된 전자를 집전 전극 및 연결 전극을 통하여 인접한 단위셀로 효율적으로 전달함으로써 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 다른 염료감응 태양전지의 연결 전극 구조의 제3 적용예이다.
도 4a 및 도 4b는 상술한 도 3a 및 도 3b와 연결 전극(401)의 형상이 반원인 것만 다르므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 또한 도 4a 및 도 4b에서 연결 전극(401)이 반원임에 따라 이와 인접하는 단위셀의 패턴은 한쪽은 원형으로, 반대쪽은 직선으로 형성할 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자형(grid) 타입의 단위셀들간 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 것이다.
도 5a에서 보는 바와 같이, 음극 기판상에는 반도체층 및 그리드 전극이 형성된 하나 이상의 제1 격자형 단위셀(610a, 620a, 630a), 상기 반도체층에서 여기된 전자가 그리드 전극을 통하여 집전되는 집전 전극(602a), 인접하는 다른 제1 격자형 단위셀(610a)의 반도체층과 전기적으로 절연하기 위한 투명 음전극 식각부(605a) 및 상기 집전 전극(602a)에 집전된 전자를 양극 기판상의 백금층으로 전달하기 위한 제1 연결전극(601a)이 형성될 수 있다.
도 5a와 대응되는 도 5b에서 보는 바와 같이, 양극 기판상에는 백금층 및 그리드 전극이 형성된 하나 이상의 제2 격자형 단위셀(610b, 620b, 630b), 상기 제1 연결 전극(601a)과 전기적으로 연결되는 제2 연결 전극(601b)이 형성되며, 상기 제2 연결 전극으로부터 전달된 전자가 그리드 전극을 통하여 백금층으로 전달되며, 인접하는 다른 제2 격자형 단위셀(610b)의 백금층과 전기적으로 절연하기 위한 투명 양전극 식각부(605b)가 형성될 수 있다.
직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈은 양극 기판(도 5a)과 음극 기판(도 5b)이 합착되어 이루어지며, 본 발명의 설명을 위하여 격자형 단위셀은 상기 제1 격자형 단위셀(610a)과 제2 격자형 단위셀(610b)이 합착되어 형성된 것으로 정의하며, 또한 연결 전극은 상기 제1 연결 전극(601a)과 제2 연결 전극(601b)가 전기적으로 합착되어 형성된 것으로 정의한다. 한편 격자형 단위셀의 연결 전극은 도 2a 내지 도 4b에서 설명한 Z-타입의 연결 전극과 기능적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명은 생략하도록 한다.
즉 외부 회로가 투명 양전극 단자(116) 및 투명 음전극 단자(126)와 연결되는 경우, 격자형 단위셀의 제1 격자형 단위셀(610a)의 반도체층에서 여기된 전자는 그리드 전극을 통하여 집전 전극(602a)로 집전되어 제1 연결 전극(601a) 및 제2 연결 전극(601b)을 통하여 제2 격자형 단위셀(620b)로 이동한다. 계속적으로 상기 제2 격자형 단위셀(620b)의 백금층에 공급된 전자는 전해질에 의하여 제1 격자형 단위셀(620a)의 반도체층에 전자를 제공하고 다시 빛에 의하여 여기된 전자는 제1 연결 전극(601a)과 전기적으로 접촉되는 제2 연결 전극(601b)를 통하여 제2 격자형 단위셀(630b)의 백금층에 전자를 전달한다. 이후 제2 격자형 단위셀(630b)의 백금층에 공급된 전자는 전해질에 의하여 제1 격자형 단위셀(630a)의 반도체층에 전자를 전달함으로써 직렬 연결에 의하여 축적된 전자는 투명 음전극 단자(126)를 통하여 외부 회로에 축전되게 된다. 도 5c를 참고하면, 연결 전극(603)의 형상이 반원이 것을 제외하고는 도 5a 및 도 5b와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
즉 도 2a 내지 도 4b의 단위셀이 소정의 형상을 가진 연결 전극에 의하여 인접 단위셀에 직렬 연결로 전자를 전달하고 있는 것과 비교하면, 도 5a 내지 도 5c는 상기 단위셀과 대응되는 격자형 단위셀로부터 여기된 전자를 직렬 연결하고 있다는 점에서 대비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 격자형(grid) 타입의 중형셀들간 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈의 제1 적용예이다.
도 6의 (a)는 제1 격자형 중형셀(710a, 720a, 730a, 740a), 인접하는 제1 격자형 중형셀로 전자의 이동을 방지하기 위한 투명 음전극 식각부(605a), 제1 연결 전극(701a, 702a, 703a) 및 음전극 단자(126)가 형성된 음극 기판을 나타내며, 도 6의 (b)는 제2 격자형 중형셀(710b, 720b, 730b, 740b), 인접하는 제2 격자형 중형셀로 전자의 이동을 방지하기 위한 투명 양전극 식각부(605b), 제2 연결 전극(701b, 702b, 703b) 및 양전극 단자(116)가 형성된 음극 기판을 도시한 것이다.
상기 양극 기판(도 6의 a)과 음극 기판(도 6의 b)이 합착하여 격자형 타입의 중형셀들이 직렬 연결되는 염료감응 태양전지가 형성되며, 도면의 동일번호의 a, b는 대응되어 합착됨을 나타낸다. 한편 양극 기판상에서 여기된 전자를 음극 기판으로 전송하는 통로인 연결 전극(701a ~ 703b)은 인접한 격자형 타입의 중형셀 영역과 중첩되도록 형성함으로써 제1 격자형 중형셀에서 여기된 전자를 인접한 제2 격자형 중형셀로 전달할 수 있다. 상기 격자형 타입의 중형셀들은 격자형 단위셀들을 확장하여 형성될 수 있다.
여기서 전자의 흐름을 도면 부호로 표시하여 보면, 먼저 양전극 단자(116)를 통하여 공급된 전자는 710b → 710a → 701a →701b → 720b → 720a → 702a →702b → 730b → 730a → 703a → 703b → 740b → 740a를 거쳐 음전극 단자(126)로 흘러나와 외부회로에 축전되게 된다. 즉 각각의 격자형 단위셀은 연결 전극을 통하여 직렬 연결되어 있으며 여기된 전자는 순차적으로(여기서는 도 7의 a를 기준으로 보면 시계 방향으로) 흘러 외부 회로에 여기된 전자를 공급할 수 있다.
한편 상기 양극 기판(도 6의 a)과 음극 기판(도 6의 b)이 합착하여 격자형 타입의 중형셀들이 직렬 연결되는 염료감응 태양전지의 양전극 단자(116) 및 음전극 단자(126)는 인접하여 형성되므로, 전원출력 단자를 한쪽 방향으로 용이하게 인출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 격자형(grid) 타입의 중형셀들간 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈의 제2 적용예이다.
도 7의 (a)는 제1 격자형 중형셀(810a, 820a, 830a, 840a), 인접하는 제1 격자형 중형셀로 전자의 이동을 방지하기 위한 투명 음전극 식각부(850a), 제1 연결 전극(801a, 802a, 803a) 및 음전극 단자(126)가 형성된 음극 기판을 나타내며, 도 7의 (b)는 제2 격자형 중형셀(810b, 820b, 830b, 840b), 인접하는 제2 격자형 중형셀로 전자의 이동을 방지하기 위한 투명 양전극 식각부(850b), 제2 연결 전극(801b, 802b, 803b) 및 양전극 단자(116)가 형성된 음극 기판을 도시한 것이다.
도 7의 (a) 및 (b)에서 보는 바와 같이, 격자형 타입의 중형셀들간 직렬 연결하기 위한 연결 전극(801a ~ 803b)은 각 격자형 타입의 중형셀의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배열되어 형성될 수 있다.
여기서 전자의 흐름을 도면 부호로 표시하여 보면, 먼저 양전극 단자(116)를 통하여 공급된 전자는 810b → 810a → 801a →801b → 820b → 820a → 802a →802b → 830b → 830a → 803a → 803b → 840b → 840a를 거쳐 음전극 단자(126)로 흘러나와 외부회로에 축전되게 된다. 즉 각각의 격자형 단위셀은 연결 전극을 통하여 직렬 연결되어 있으며 여기된 전자는 순차적으로(여기서는 도 7의 a를 기준으로 보면 시계 방향으로) 흘러 외부 회로에 여기된 전자를 공급할 수 있다.
또한 도 6과 마찬가지로 양전극 단자(116) 및 음전극 단자(126)는 인접하여 형성되므로, 전원출력 단자를 한쪽 방향으로 용이하게 인출할 수 있다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: Z-타입 모듈 110: 양극기판
111: 투명 양전극 111a: 투명 양전극 식각부
112: 백금층 116: 양전극 단자
120: 음극기판 121: 반도체층
122: 연결 전극 123: 투명 음전극
123a: 투명 음전극 식각부 124: 보호층
125: 전해질 126: 음전극 단자
210, 310, 410: 단위셀 201, 301, 401: 연결 전극
202, 302, 402: 집전 전극 610a ~ 630b: 격자형 단위셀
601a ~ 803b: 연결 전극 605a, 605b, 850a, 850b: 식각부
710a ~ 740b: 격자형 중형셀

Claims (6)

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  5. 반도체층 사이에 그리드 전극이 형성되어 있는 음극 기판과 백금층 사이에 그리드 전극이 형성되어 있는 양극 기판이 합착되어 이루어진 각각의 격자형 단위셀들을 전기적으로 직렬 연결하는 연결 전극을 포함하는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈에 있어서,
    상기 격자형 단위셀은 음극 기판상에 인접하는 다른 격자형 단위셀의 반도체층과 전기적으로 절연하기 위한 투명 음전극 식각부 및 양극 기판상에 인접하는 다른 격자형 단위셀의 백금층과 전기적으로 절연하기 위한 투명 양전극 식각부가 형성되며,
    연결 전극들은 상기 단위셀의 길이 방향으로 소정의 간격으로 배열되며, 그리드 전극을 통하여 상호 연결되고, 상기 연결 전극은 원, 반원 및 다각형 중 적어도 어느 하나의 형상으로 이루어지며, 상기 반도체층은 연결 전극의 형상에 따라 패터닝되어 형성되고,
    상기 격자형 단위셀들로 이루어진 격자형 타입의 중형셀들을 직렬 연결하고, 인접한 중형셀들이 수직으로 배열되면서 상호 연결되어서 양전극 단자와 음전극 단자가 서로 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 직렬 연결 구조를 갖는 염료감응 태양전지 모듈.
  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100007958A (ko) * 2007-06-06 2010-01-22 가부시키가이샤후지쿠라 색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법
KR20100041487A (ko) * 2008-10-14 2010-04-22 주식회사 이건창호 염료감응형 태양전지
KR101032916B1 (ko) 2010-08-10 2011-05-06 주식회사 티지에너지 염료감응 태양전지 직렬구조 셀
KR20110096783A (ko) * 2010-02-23 2011-08-31 (주)벡셀 직렬 연결형 염료감응 태양전지 모듈

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100007958A (ko) * 2007-06-06 2010-01-22 가부시키가이샤후지쿠라 색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법
KR20100041487A (ko) * 2008-10-14 2010-04-22 주식회사 이건창호 염료감응형 태양전지
KR20110096783A (ko) * 2010-02-23 2011-08-31 (주)벡셀 직렬 연결형 염료감응 태양전지 모듈
KR101032916B1 (ko) 2010-08-10 2011-05-06 주식회사 티지에너지 염료감응 태양전지 직렬구조 셀

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160093793A (ko) * 2015-01-29 2016-08-09 주식회사 상보 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법
KR101663079B1 (ko) * 2015-01-29 2016-10-17 주식회사 상보 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법

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