KR101508313B1 - 측면 전극을 갖는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈은 서로 대향하고 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판과 제 2 기판, 상기 제 1 기판의 상부면에 구비된 제 1 투명 전극; 각 영역별로 상기 제 1 투명 전극을 전기적으로 절연하는 다수의 제 1 절연 보이드(voide), 최외곽의 제 1 절연 보이드에 인접하여 상기 제 1 투명 전극의 상부 테두리면에 구비된 제 1 절연막, 상기 제 2 기판의 하부면에 구비된 제 2 투명전극, 각 영역별로 상기 제 2 투명전극을 전기적으로 절연하는 다수의 제 2 절연 보이드, 각 영역별로 상기 제 2 투명전극의 하부면에 구비된 반도체 산화물층, 최외곽의 제 2 절연 보이드에 인접하여 상기 제 2 투명 전극의 하부 테두리면에 구비된 제 2 절연막, 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판까지 측면 테두리 일측에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극, 및 상기 제 1 측면 전극에 대칭하여 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판까지 측면 테두리 타측에 전도성 페이스트로 형성된 제 2 측면 전극을 포함하는 태양 전지 단위셀을 다수 구비하고, 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 매개로 하여 상기 태양 전지 단위셀을 병렬 또는 직렬로 연결 구비한다.
Description
본 발명은 측면 전극을 갖는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 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.
또한, 종래의 염료감응형 태양전자 소자는 특허문헌 2에 기재된 바와 같이 태양전지 단위 셀들을 직렬이나 병렬로 연결한 모듈 형태로 제작하고, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 전극판(10, 20) 사이에 전해질층(30)을 구비하고 (-)전극(13) 및 (+)전극(21)은 단차를 갖는 전극판(10, 20) 각각에 구비한 태양전지 단위 셀을 서로 연결하기 위해 도전성 접착제(50)를 인접한 단위 셀의 (-)전극(13)과 (+)전극(21)이 접하는 면에 삽입하여 접합하는 방법을 사용하고 있다.
그러나 이러한 종래의 접합 방법에 의하면 접착제의 저항값에 의해 태양 전지 모듈의 성능이 저하될 수 있고, 태양 전지 모듈의 조립시 단위 셀과 단위 셀 사이의 단차 부분은 전력을 생산하지 않는 부분으로 태양 전지 모듈 면적에 상당 부분을 차지한다.
또한, 종래의 접합 방법은 단위 셀과 단위 셀을 일 방향으로만 접합해서 태양 전지 모듈을 제작하므로, 다른 방향의 연결을 위해 별도의 접속 수단을 필요로 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단위 셀과 단위 셀 사이의 접합을 위한 단차 부분을 제거하고 측면 전극을 이용하여 직렬 또는 병렬로 단위 셀과 단위 셀 사이를 동시에 연결한 염료감응형 태양 전지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단위 셀과 단위 셀 사이의 접합을 위한 단차 부분을 제거하고 측면 전극을 이용하여 직렬과 병렬로 단위 셀과 단위 셀 사이를 동시에 연결하는 염료감응형 태양 전지 모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 모듈은 서로 대향하고 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판과 제 2 기판; 상기 제 1 기판의 상부면에 구비된 제 1 투명 전극; 각 영역별로 상기 제 1 투명 전극을 전기적으로 절연하는 다수의 제 1 절연 보이드(voide); 최외곽의 제 1 절연 보이드에 인접하여 상기 제 1 투명 전극의 상부 테두리면에 구비된 제 1 절연막; 상기 제 2 기판의 하부면에 구비된 제 2 투명전극; 각 영역별로 상기 제 2 투명전극을 전기적으로 절연하는 다수의 제 2 절연 보이드; 각 영역별로 상기 제 2 투명전극의 하부면에 구비된 반도체 산화물층; 최외곽의 제 2 절연 보이드에 인접하여 상기 제 2 투명 전극의 하부 테두리면에 구비된 제 2 절연막; 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판까지 측면 테두리 일측에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극; 및 상기 제 1 측면 전극에 대칭하여 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판까지 측면 테두리 타측에 전도성 페이스트로 형성된 제 2 측면 전극;을 포함하는 태양 전지 단위셀을 다수 구비하고, 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 매개로 하여 상기 태양 전지 단위셀을 병렬 또는 직렬로 연결 구비한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 대각선을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 중심점을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄴ"자 형태로 형성되고, 상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄱ"자 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄷ"자 형태로 형성되고, 상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지 모듈에서 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 전도성 페이스트(paste)를 이용한 코팅 방법으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 (A) 일측에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극, 및 상기 제 1 측면 전극에 대칭하여 타측에 전도성 페이스트로 형성된 제 2 측면 전극을 포함하는 태양 전지 단위셀을 다수 마련하는 단계; 및 (B) 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 이용하여 상기 태양 전지 단위셀 다수에 대해 병렬 또는 직렬로 연결하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법에서 상기 (A) 단계는 상기 전도성 페이스트를 이용한 코팅 방법으로 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 상기 (A) 단계에서 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 상기 태양 전지 단위셀의 대각선을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법에서 상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄴ"자 형태로 형성되고, 상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄱ"자 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법은 상기 (A) 단계에서 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 상기 태양 전지 단위셀의 중심점을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법에서 상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄷ"자 형태로 형성되고, 상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 형태로 형성되는 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 염료감응형 태양 전지 단위셀로 이루어진 태양 전지 모듈은 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 이용하여, 단위 셀과 단위 셀을 동일한 높이로 용이하게 직렬 또는 병렬 연결한 형태로 구비할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀로 이루어진 태양 전지 모듈은 종래의 염료감응형 태양 전지 모듈에서 발생하는 단차 문제를 해소하고, 전력을 생산하지 않는 단위 셀과 단위 셀 사이의 접합 부분을 줄여 태양 전지 모듈의 전력 생산 면적을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 염료감응형 태양 전지 단위셀을 조립하여 태양 전지 모듈을 제조하는 과정의 사시도.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀의 평면도.
도 2b는 도 2a의 A-A 선을 따라 절단한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 및 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀의 평면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 및 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀의 평면도.
도 2b는 도 2a의 A-A 선을 따라 절단한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 및 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀의 평면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 및 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도.
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 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀의 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A 선을 따라 절단한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 및 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 서로 대향하고 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)을 구비하고, 제 1 기판(110)의 상부면에는 제 1 투명 전극(111), 각 영역별로 제 1 투명 전극(111)을 전기적으로 절연하는 다수의 제 1 절연 보이드(voide: 112), 및 최외곽의 제 1 절연 보이드(112)에 인접하여 제 1 투명 전극(111)의 상부 테두리면에 제 1 절연막(143)을 형성한다.
또한, 제 2 기판(120)의 하부면에는 제 2 투명전극(121), 각 영역별로 제 2 투명전극(121)을 전기적으로 절연하는 다수의 제 2 절연 보이드(122), 반도체 산화물층(123), 및 최외곽의 제 2 절연 보이드(122)에 인접하여 제 2 투명 전극(121)의 하부 테두리면에 제 2 절연막(145)이 형성되며, 반도체 산화물층(123)의 표면에는 염료분자(미도시)가 흡착되어 있다. 이러한 반도체 산화물층(123)이 구비된 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120) 사이의 공간에는 전해질(130)이 각 영역별로 충진된다.
이러한 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)은 제 1 기판(110), 제 2 기판(120) 및 전해질(130) 등으로 이루어진 복수개의 단위 영역에 금속 그리드(grid: 140)에 의해 단위 영역 각각이 전기적으로 연결되고, 각 영역의 벽면은 밀봉부재(141)로 마감되어 전해질(130)의 외부 누출을 방지한다.
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)은 도 2a에 도시된 바와 같이 측면에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극(150)과 제 2 측면 전극(160)을 구비한다.
구체적으로, 제 1 측면 전극(150)과 제 2 측면 전극(160)은 전도성 페이스트(paste)를 이용한 코팅 방법으로 태양 전지 단위셀(100)의 측면에 형성되고, 도 2a에 도시된 바와 같이 태양 전지 단위셀(100)의 대각선을 기준으로 서로 이격하여 대칭적으로 구비될 수 있다.
즉, 제 1 측면 전극(150)은 좌측면을 포함하여 전측면의 일부에 형성되되, 전측면에서는 제 2 측면 전극(160)에 이격하여 일부 연장된 "ㄴ"자 형태로 형성된다. 반면에, 제 2 측면 전극(160)은 우측면을 포함하여 후측면의 일부에 형성되되, 후측면에서는 제 1 측면 전극(150)에 이격하여 일부 연장된 "ㄱ"자 형태로 형성된다.
이러한 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)에서 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 플라스틱 또는 유리로 이루어진 투명기판으로, 예컨대 폴리에테르술폰(PES: polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR: polyacrylate), 폴리에테르이미드(PEI: polyetherimide), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN: polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌설파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리아미드(PI: polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP: cellulose acetate propinonate) 중 적어도 하나를 포함하여 구비될 수 있다.
이러한 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)은 전술한 재질에 한정되지 않고, 태양광을 투과시켜 광전환 효율을 높이기 위한 투광도가 높은 재질이면 특별히 제한할 필요는 없다.
제 1 투명 전극(111)과 제 2 투명전극(121)은 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)의 일면에 투명 전도성 재질에 의하여 형성되는 전극층으로 예컨대, ITO(indium-tin oxide), IZO(indium-zinc oxide), 산화인듐(In2O3), 이산화주석, 플로린 도핑된 인듐틴옥사이드(FTO: fluorine doped tin oxide), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 및 SnO2-Sb2O3 등에서 임의로 선택될 수 있으며, 특히 바람직하게는 ITO 또는 FTO를 이용할 수 있다.
이러한 제 1 투명 전극(111)과 제 2 투명전극(121)은 각각 영역별로 전기적 절연을 위한 다수의 절연 보이드(112,122) 및 절연막(143,145)을 구비한다. 구체적으로, 다수의 절연 보이드(112,122)는 식각(etching) 공정을 이용하여 제 1 투명 전극(111) 또는 제 2 투명전극(121)의 영역 경계에 형성할 수 있고, 절연막(143,145)은 절연 재질을 이용하여 각각 최외곽의 절연 보이드(112, 122)에 인접하여 제 1 투명 전극(111)의 상부 테두리면 또는 제 2 투명전극(121)의 하부 테두리면에 형성될 수 있다.
반도체 산화물층(112)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 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 측면 전극(150)과 제 2 측면 전극(160)을 이용하여 다수 연결되어 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)이 제 1 측면 전극(150)과 제 2 측면 전극(160)을 통해 전기적으로 직렬 연결되어, 직렬 연결된 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
즉, 일측 배선(170-1)에 첫 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(150-1)이 연결되고, 첫 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(160-1)이 두 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(150-2)에 연결되며, 두 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(160-2)이 세 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(150-3)에 연결되며, 세 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(160-3)이 타측 배선(170-2)에 연결되어, 직렬 연결된 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)이 제 1 측면 전극(150)과 제 2 측면 전극(160)을 통해 전기적으로 직렬과 병렬 연결된 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
즉, 일측 배선(180-1)과 타측 배선(180-2) 사이의 "Ⅰ" 방향으로 형성된 직렬 연결, 및 "Ⅱ" 방향으로 일측 배선(180-1)에 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)의 제 1 측면 전극(150)이 다수 연결되고, 타측 배선(180-2)에 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)의 제 2 측면 전극(160)이 다수 연결된 병렬 연결을 갖는 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 염료감응형 태양 전지 모듈은 제 1 측면 전극(150)과 제 2 측면 전극(160)을 이용하여 단위 셀과 단위 셀을 동일한 높이로 용이하게 연결한 형태로 구비하여, 종래의 염료감응형 태양 전지 모듈에서 발생하는 단차 문제를 해소하고, 전력을 생산하지 않는 단위 셀과 단위 셀 사이의 접합 부분을 줄여 태양 전지 모듈의 전력 생산 면적을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀과 태양 전지 모듈에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도이며, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀들을 직렬 및 병렬 연결한 태양 전지 모듈의 예시도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)은 도 2a에 도시된 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)과 유사한 구조를 갖지만, 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)의 형태가 다르다는 점에서 차이점이 있다. 이에 따라 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)에 관한 설명에 대해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(100)에 관한 설명과 동일한 부분은 생략한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)은 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)을 각각 "ㄷ"자 형태로 서로 대칭적으로 구비한다는 특징이 있다.
즉, 제 1 측면 전극(250)은 좌측면을 포함하여 전측면과 후측면에 일부 연장한 형태로 구비되고, 특히 전측면과 후측면에서 제 2 측면 전극(260)에 이격하여 일부 연장된 형태로 구비될 수 있다.
반면에, 제 2 측면 전극(260)은 우 측면을 포함하여 전측면과 후측면에 일부 연장한 형태로 구비되고, 특히 전측면과 후측면에서 제 1 측면 전극(250)에 이격하여 일부 연장된 형태로 구비될 수 있다.
이와 같이 구비된 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)의 중앙점을 기준으로 점대칭 형태로 측면에 "ㄷ"자 형태로 대칭구비된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)은 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)을 이용하여 전기적으로 다수 연결되어 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)은 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)을 이용하여 다수개가 병렬 연결될 수 있다.
즉, 일측 배선(270-1)과 타측 배선(270-2) 사이에서, 첫 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(250-1), 두 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(250-2), 및 세 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(250-3)이 서로 연결되고, 세 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 1 측면 전극(250-3)이 일측 배선(270-1)에 전기적으로 연결된다. 한편, 첫 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(260-1), 두 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(260-2), 및 세 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(260-3)이 서로 연결되고, 세 번째 염료감응형 태양 전지 단위셀의 제 2 측면 전극(260-3)이 타측 배선(270-2)에 전기적으로 연결된다.
이와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200) 다수개가 일측 배선(270-1)과 타측 배선(270-2) 사이에서 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)을 이용하여 병렬 연결하여, 전기적으로 병렬 연결된 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200) 다수가 일측 배선(280-1)과 타측 배선(280-2) 사이에서 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)을 통해 전기적으로 직렬과 병렬 연결된 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
즉, 일측 배선(280-1)과 타측 배선(280-2) 사이의 "Ⅲ" 방향으로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200) 각각의 제 1 측면 전극(250)이 서로 전기적으로 연결되고 제 2 측면 전극(260)이 서로 연결되는 병렬 연결, 및 "Ⅳ" 방향으로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200) 각각의 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)이 서로 교대로 연결된 직렬 연결을 갖는 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)로 이루어진 태양 전지 모듈은 "ㄷ"자 형태를 갖는 제 1 측면 전극(250)과 제 2 측면 전극(260)을 이용하여, 단위 셀과 단위 셀을 동일한 높이로 용이하게 직렬 또는 병렬 연결한 형태로 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 염료감응형 태양 전지 단위셀(200)로 이루어진 태양 전지 모듈은 종래의 염료감응형 태양 전지 모듈에서 발생하는 단차 문제를 해소하고, 전력을 생산하지 않는 단위 셀과 단위 셀 사이의 접합 부분을 줄여 태양 전지 모듈의 전력 생산 면적을 향상시킬 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, 200: 염료감응형 태양 전지 단위셀 110: 제 1 기판
111: 제 1 투명 전극 112: 제 1 절연 보이드
121: 제 2 투명 전극 122: 제 2 절연 보이드
123: 반도체 산화물층 130: 전해질
140: 금속 그리드 141: 밀봉부재
150, 250: 제 1 측면 전극 160, 260: 제 2 측면 전극
111: 제 1 투명 전극 112: 제 1 절연 보이드
121: 제 2 투명 전극 122: 제 2 절연 보이드
123: 반도체 산화물층 130: 전해질
140: 금속 그리드 141: 밀봉부재
150, 250: 제 1 측면 전극 160, 260: 제 2 측면 전극
Claims (12)
- 서로 대향하고 투명한 재질로 이루어진 제 1 기판과 제 2 기판;
상기 제 1 기판의 상부면에 구비된 제 1 투명 전극;
각 영역별로 상기 제 1 투명 전극을 전기적으로 절연하는 다수의 제 1 절연 보이드(voide);
최외곽의 제 1 절연 보이드에 인접하여 상기 제 1 투명 전극의 상부 테두리면에 구비된 제 1 절연막;
상기 제 2 기판의 하부면에 구비된 제 2 투명전극;
각 영역별로 상기 제 2 투명전극을 전기적으로 절연하는 다수의 제 2 절연 보이드;
각 영역별로 상기 제 2 투명전극의 하부면에 구비된 반도체 산화물층;
최외곽의 제 2 절연 보이드에 인접하여 상기 제 2 투명 전극의 하부 테두리면에 구비된 제 2 절연막;
상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판까지 측면 테두리 일측에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극; 및
상기 제 1 측면 전극에 대칭하여 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판까지 측면 테두리 타측에 전도성 페이스트로 형성된 제 2 측면 전극;
을 포함하는 태양 전지 단위셀을 다수 구비하고,
상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 매개로 하여 상기 태양 전지 단위셀을 병렬 또는 직렬로 연결 구비한 태양 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 대각선을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 구비된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 중심점을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 구비된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄴ"자 형태로 형성되고,
상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄱ"자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄷ"자 형태로 형성되고,
상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 전도성 페이스트(paste)를 이용한 코팅 방법으로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
- 삭제
- 삭제
- (A) 일측에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극, 및 상기 제 1 측면 전극에 대칭하여 타측에 전도성 페이스트로 형성된 제 2 측면 전극을 포함하는 태양 전지 단위셀을 다수 마련하는 단계; 및 (B) 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 이용하여 상기 태양 전지 단위셀 다수에 대해 병렬 또는 직렬로 연결하는 단계를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서;
상기 (A) 단계에서
상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 대각선을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄴ"자 형태로 형성되고,
상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄱ"자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
- 삭제
- (A) 일측에 전도성 페이스트로 형성된 제 1 측면 전극, 및 상기 제 1 측면 전극에 대칭하여 타측에 전도성 페이스트로 형성된 제 2 측면 전극을 포함하는 태양 전지 단위셀을 다수 마련하는 단계; 및 (B) 상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극을 이용하여 상기 태양 전지 단위셀 다수에 대해 병렬 또는 직렬로 연결하는 단계를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서;
상기 (A) 단계에서
상기 제 1 측면 전극과 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 중심점을 기준으로 서로 이격하여 측면에 대칭 형성되고;
상기 제 1 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 좌측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 2 측면 전극에 이격하여 연장된 "ㄷ"자 형태로 형성되고,
상기 제 2 측면 전극은 상기 태양 전지 단위셀의 우측면을 포함하여 전측면과 후측면에서 상기 제 1 측면 전극에 이격하여 연장된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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| KR20130077807A KR101508313B1 (ko) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | 측면 전극을 갖는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| US20050211290A1 (en) | 2002-11-27 | 2005-09-29 | The University Of Toledo | Integrated photoelectrochemical cell and system having a liquid electrolyte |
| KR20080049168A (ko) * | 2006-11-30 | 2008-06-04 | 한국전기연구원 | 탄소나노튜브 전극을 이용한 염료감응형 태양전지 모듈 및그 제조방법 |
| KR20100067449A (ko) * | 2008-12-11 | 2010-06-21 | 주식회사 이건창호 | 염료감응형 태양전지 |
| KR20110136514A (ko) * | 2010-06-15 | 2011-12-21 | 주식회사 티지에너지 | 염료감응 태양전지 단위셀 및 이를 이용한 염료감응 태양전지모듈의 제작방법 |
-
2013
- 2013-07-03 KR KR20130077807A patent/KR101508313B1/ko active IP Right Grant
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