KR101600740B1 - 직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지 모듈 및 태양 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들 (2a-c) 을 포함하는 염료 감응형 태양 전지 모듈 (1) 에 관한 것이다. 염료 감응형 태양 전지 모듈은 다공성 절연 기판 (7) 을 포함하고, 제 1 전도성 층 (4) 은 다공성 절연 기판의 일측에 형성된 다공성 전도성 층이고, 그리고 제 2 전도성 층 (5) 은 다공성 절연 기판의 반대측에 형성된 다공성 절연층이다. 직렬 접속 부재 (6) 는 다공성 절연 기판을 관통하고 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층과 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층 사이에 연장되어, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층을 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속시킨다. 본 발명은 또한 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지 모듈 및 태양 전지의 제조 방법{A DYE-SENSITIZED SOLAR CELL MODULE HAVING A SERIAL STRUCTURE AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SOLAR CELL}
본 발명은 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들을 포함하는 직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 또한 직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지들의 제조 방법에 관한 것이다.
염료 감응형 태양 전지들 (DSC) 은 지난 20년 동안 발전되어 왔으며 광합성과 유사한 원리들로 작용한다. 실리콘 태양 전지들과 달리, 이 전지들은, 풍부하고, 값싸고, 환경적으로 불필요하게 관심을 끌지 않는, 염료들을 이용하여 태양광으로부터 에너지를 얻는다.
종래의 샌드위치 타입의 염료 감응형 태양 전지는 투명한 전도성 기판 상에 성막된 수 ㎛ 두께의 다공성 TiO2 전극층을 갖는다. TiO2 전극은, TiO2 입자들의 표면 상에 염료 분자들을 흡착시키는 것에 의해 염색되어 작업 전극을 형성하는 상호접속된 TiO2 금속 산화물 입자들을 포함한다. 투명한 전도성 기판은 보통 유리 기판 상에 성막된 투명한 전도성 산화물이다. 투명한 전도성 산화물층은 광발생된 전자들을 작업 전극으로부터 취출하는 이면 콘택으로서의 기능을 한다. TiO2 전극은 전해질 및 다른 투명한 전도성 기판, 즉 상대 전극과 접촉한다.
태양광은 TiO2 입자들의 전도대로 주입되고 또한 전도성 기판에 의해 수집되는 광여기된 전자들을 생성하는 염료에 의해 채취된다. 동시에, 레독스 전해질에서의 I- 이온들은 산화된 염료를 감소시키고 발생된 전자 어셉터들을 상대 전극으로 수송한다. 2개의 전도성 기판들은, 주변 분위기에 대해 DSC 모듈들을 보호하고 전지 내부에서의 DSC 모듈들의 증발 또는 누출을 방지하기 위해서 에지들에서 시일된다.
WO2012/020944 에는 직렬 구조를 갖는 종래의 샌드위치 타입의 DSC 모듈이 개시되어 있다. DSC 모듈은 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 복수의 DSC 유닛들을 포함한다. 각각의 DSC 유닛은, 태양을 대면하도록 그리고 흡착되고 그 위에 코팅된 염료를 포함하는 다공성 반도체층에 태양광을 투과시키도록 구성된 제 1 투명 전도성 기판을 포함하는 작업 전극, 및 탄소 또는 그 위에 코팅된 금속으로 제조된 전도성 층을 갖는 제 2 투명 전도성 기판을 포함하는 상대 전극을 포함한다. DSC 모듈의 직렬 구조는, 각각 작업 전극과 상대 전극 사이에 형성되는, 다공성 나노입자 산화층 및 전도성 층의 패턴들을 포함한다. 작업 전극의 나노입자 산화물층과 상대 전극의 전도성 층의 각각은 서로 대면하여 유닛 전지를 형성한다. 유닛 전지들은 보호 배리어들에 의해 전기적으로 절연되고, 전해질은 작업 전극과 상대 전극 사이에 충전된다. 작업 전극의 다공성 나노입자 산화물층과 상대 전극의 전도성 층은 서로에 대해 종축으로 배치된다.
일측의 작업 전극 및 타측의 상대 전극은, 서로 대면하는 작업 전극과 상대 전극을 관통하는 홀, 및 홀을 충전하는 전도성 재료를 포함하는 직렬 접속 부재에 의해 전기적으로 상호접속되어 있다. 홀은 전체 DSC 모듈을 관통하며, 전도성 재료가 전해질과 접촉하는 것을 방지하고 이에 따라 전도성 재료가 부식되는 것을 방지하는 보호 배리어들에 의해 양측면이 둘러싸인다. 홀에 충전된 전도성 재료는 페이스트, 접착제, 또는 잉크 타입일 수도 있으며, 프린팅, 드로핑, 디스펜싱, 제팅, 스탬핑 또는 스퍼터링에 의해 홀에 충전될 수도 있다. 이러한 타입의 DSC 모듈의 문제점은 전도성이 있고 동시에 투명한 층을 제조하는 것이 곤란하다는 것이다. 이러한 요구들 사이에서의 타협은 언제나 행해져야 하고, 이것은 DSC 모듈의 전류 취급 능력을 저하시키고 이에 따라 DSC 모듈의 효율을 감소시킨다. 또한, 홀들이 전도성 재료들로 충전되기 이전에 각각의 전지 유닛을 통해 홀을 드릴링하는 것은 시간 소모적이며, 이것은 DSC 모듈의 제조 비용을 증가시킨다. 이러한 DSC 모듈의 다른 단점은 전도성 재료가 전해질과 접촉하는 것을 방지하기 위해서 직렬 접속 부재의 각 측면에 보호 배리어들을 필요로 한다는 것이다. 보호 배리어들은 제조 비용을 증가시킨다.
WO 2011/096154 에는, 다공성 절연층, 다공성 절연층 상부에 형성된 다공성 전도 금속층을 포함하고 이면 콘택을 형성하는 작업 전극, 다공성 전도 금속층 상부에 배열된 흡착된 염료를 포함하는 다공성 반도체층, 다공성 반도체층과 대면하고 태양에 대면하여 태양광을 다공성 반도체층으로 투과시키도록 구성되는 투명 기판을 포함하는 DSC 모듈이 개시되어 있다. 또한 DSC 모듈은 다공성 절연층의 다공성 반도체층의 반대측에서 다공성 절연층으로부터 이격되어 배열된 전도성 기판을 포함하여, 다공성 절연층과 전도성 기판 사이에 공간을 형성하는 상대 전극을 포함한다. 전해질은 작업 전극과 상대 전극 사이의 공간에 충전된다. 다공성 절연층은 바람직하게 몰딩된 섬유 유리 컴팩트로 제조된다. 다공성 전도 금속층은, Ti, W, Ni, Pt 및 Au 로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 재료들로부터 형성된다. 다공성 전도 금속층은, 프린팅에 의해, 그리고 이후 가열, 건조 및 베이킹에 의해 다공성 절연층 상부에 도포되는, 금속성 입자들을 포함하는 페이스트를 사용하여 형성될 수도 있다. 이러한 타입의 DSC 모듈의 이점은, 작업 전극의 전도성 층이 다공성 절연층과 다공성 반도체층 사이에 배열된다는 것이다. 이로써, 작업 전지의 전도성 층은 투명해서는 안되며, DSC 모듈의 전류 취급 능력을 증가시키고 DSC 모듈의 고효율을 보장하는 고전도율의 재료로 제조될 수 있다.
염료 감응형 태양 전지로부터의 전압 출력을 증가시키기 위해서, 직렬로 연결되는 복수의 염료 감응형 태양 전지 유닛들을 포함하는 직렬 구조를 갖는 것이 바람직하다. WO2011/096154 에 개시된 DSC 모듈의 구조의 단점은 직렬 연결된 DSC 전지 유닛들을 제공하는 것이 어렵다는 것이다. WO2012/020944 에 개시된 방법이 사용된다면, 홀들은 DSC 모듈을 관통해 제조되고 전도성 재료로 충전되어야 한다. 하지만, 다공성 절연층이 세라믹 페이퍼와 같은 민감성 재료로 제조된다면, 홀들을 드릴링할 때 다공성 절연층은 파쇄될 수도 있다. 드릴링을 이용하여 홀들을 제조하는 다른 단점은 드릴링이 칩들의 형성을 야기시킨다는 것이다. 드릴링에 의해 만들어진 모든 칩들을 제거하는 것은, 불가능하지는 않지만, 어렵다. 칩들이 소정의 체적 및 공간을 소모하기 때문에, 남아있는 칩들은 DSC 모듈들을 어셈블링할 때 문제점들을 야기시킬 수 있다. 소정의 장소들에 남아있는 칩들은 어셈블링된 층들 사이에서의 불균일한 거리 또는 심지어 어셈블링된 층들의 파괴 또는 오작동으로 이어질 수 있다. 드릴링에 의한 다른 문제점은, DSC 의 성능을 파괴적으로 방해할 수 있는, 원치않는 물질들의 흔적들을 남기고 드릴링 도구가 마모될 수 있다는 것이다. 예를 들어, DSC 는 드릴링 도구들에서 사용되는 철 및 다른 금속들의 흔적량들에 민감하다는 것이 주지되어 있다.
EP0859386 에는, 다공성 절연 기판, 작업 전극, 광발생된 전자들을 다공성 절연 기판의 일측에 형성된 작업 전극으로부터 취출하기 위한 제 1 다공성 전도성 층, 및 다공성 절연 기판의 반대측에 형성된 제 2 다공성 전도성 층을 갖는 상대 전극을 포함하는 염료 감응형 태양 전지가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 직렬 구조를 갖는 저비용의 DSC 모듈을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 에 정의된 염료 감응형 태양 전지 (DSC) 모듈에 의해 달성된다.
DSC 모듈은 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들을 포함하는 직렬 구조를 갖는다. 각각의 전지 유닛은 작업 전극, 광발생된 전자들을 작업 전극으로부터 취출하기 위한 제 1 전도성 층, 제 2 전도성 층을 포함하는 상대 전극, 상대 전극으로부터 작업 전극으로 전자들을 전달하기 위한 전해질, 및 작업 전극 또는 상대 전극을 각각 인접하는 전지 유닛의 상대 전극 또는 작업 전극에 전기적으로 접속하기 위한 직렬 접속 부재를 포함한다.
DSC 모듈은, 태양 전지 모듈이 다공성 절연 기판을 포함하고, 제 1 전도성 층이 다공성 절연 기판의 일측에 형성된 다공성 전도성 층이고, 제 2 전도성 층이 다공성 절연 기판의 반대측에 형성된 다공성 전도성 층이고, 직렬 접속 부재가 다공성 절연 기판을 관통하고 전지 유닛의 제 1 전도성 층과 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층 사이에 연장되어, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층을 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속시키는 전도성 층인 것을 특징으로 한다.
전도성 층들은 프린팅 방법을 이용하여 절연 기판의 양측에 도포될 수 있는 다공성 전도성 층들이고, 이것은 절약형 생산 (lean production) 으로 이어지고 DSC 모듈의 제조 비용을 상당히 감소시킨다. 직렬 접속 부재들은 다공성 절연 기판을 관통하는 전도성 층에 의해 형성된다. 즉, 직렬 접속 부재는 또한 프린팅 기술을 이용하여 제조될 수 있고, 이것은 DSC 모듈의 제조 비용을 더욱 감소시킨다. 본 발명은 직렬 접속 부재의 제조를 위한 프린팅 기술의 사용을 가능하게 하기 때문에, 전체 DSC 모듈을 통한 임의의 홀들을 더 이상 드릴링할 필요가 없으며, 이로써 절연 기판의 파괴 우려가 제거된다. 이것은 다공성 절연 기판으로서 세라믹 페이퍼와 같은 민감성 재료를 사용하는 것을 가능하게 한다. 프린팅 기술을 이용하여, 직렬 접속 부재는 다공성 전도성 층이 된다.
바람직하게, 직렬 접속 부재의 전도성 층은, 공기 중에서 상당히 산화되지 않으면서 500℃ 초과하는 온도에 내성이 있는 비부식성의 민감성인 전도성 재료, 예컨대, Ti, Ti 합금들, Ni 합금들, 그라파이트, 및 비정질 탄소로 제조된다. 비부식성인 재료를 선택함으로써, 직렬 접속 부재가 전해질과 접촉하는 것으로부터 보호할 필요가 없고, 이로써 직렬 접속 부재를 둘러싸는 어떠한 보호 배리어들에 대한 필요성도 없다. 직렬 접속 부재는 제 1 및 제 2 다공성 전도성 층들과 동일한 재료로 제조될 수 있으며, 이것은 제조 프로세스를 용이하게 한다.
본 발명에 따른 DSC 모듈에 의한 다른 이점은, DSC 모듈이 얇고 컴팩트 아키텍쳐를 가지며, 이것이 DSC 모듈의 사이즈를 감소시킨다는 것이다. 컴포넌트가 얇고 컴팩트한 아키텍쳐를 가진다는 사실은 전지 유닛들의 직렬 접속의 제공을 더 쉽게 만든다.
절연 기판 및 전도성 층들의 공극률은 층들 및 기판을 통한 이온 수송을 허용하고, 이에 따라 작업 전극과 상대 전극 사이에서의 이온 수송을 허용한다. 이 구조는 제 1 전도성 층 상부에 작업 전극을 배열하는 것을 가능하게 하며, 이로써 제 1 전도성 층은 투명할 필요가 없으며, 이것은 DSC 모듈에 대한 전류 취급 능력을 증가시킨다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 전도성 층들은 입자들을 포함하며, 이 입자들은 너무 커서 다공성 절연 기판을 관통할 수 없다. 이것은, 제 1 및 제 2 전도성 층들이 다공성 절연 기판을 관통하지 않고 이에 따라 기판의 일측에 머무를 것이라는 것을 보장한다.
바람직하게, 다공성 절연 기판의 두께는 4 ㎛ ~ 100 ㎛ 이다. 얇은 기판은 직렬 접속 부재의 두께를 감소시키고 이에 따라 저항 손실들을 감소시킨다. 또한, 얇은 기판은 기판을 관통하는 직렬 접속 부재의 배열을 용이하게 만든다.
바람직하게, 제 1 및 제 2 다공성 전도성 층들은, 공기 중에서 산화되지 않으면서 500℃ 까지의 온도에 내성이 있는 비부식성의 민감성인 전도성 재료, 예컨대, Ti, Ti 합금들, Ni 합금들, 그라파이트, 및 비정질 탄소로 제조되어, 전도성 층들이 어떠한 부식없이 전해질과 접촉할 수 있게 하고 전도성 층을 약 450-550 ℃ 의 온도에서 소결할 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 직렬 접속 부재의 다공성 절연층은 다공성 절연 기판을 관통하기에 충분히 작은 입자들을 포함한다. 이 실시형태는, 직렬 접속 부재가 다공성 절연 기판을 관통하여 제 1 및 제 2 전도성 층들에 전기적으로 접속할 것이라는 것을 보장한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 전지 유닛의 제 1 및 제 2 전도성 층들은 서로에 대해 종축으로 배치되어, 직렬 접속 부재의 전도성 층이 전지 유닛의 제 1 전도성 층의 일 단부와 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층의 반대 단부 사이에서 연장할 수 있도록 한다. 반대 단부는, 다른 층의 일 단부의 정단 (front end) 이 후단 (rear end) 이고 그 반대도 마찬가지라는 것을 의미한다. 이것은, 직렬 접속 부재가 전도성 층들 중 하나의 정단과 다른 전도성 층의 후단 사이에서 연장된다는 것을 의미한다. 이 실시형태는, 절연 기판의 연장 평면에 직교하는 직렬 접속 부재들을 예를 들어 프린팅 기술에 의해 제조하는 것을 가능하게 하며, 이것은 DSC 모듈의 제조를 용이하게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 각각의 전지 유닛은 다공성 절연 기판을 관통하는 비다공성층 형태의 이온 배리어에 의해 둘러싸여, 전해질이 인접하는 전지 유닛으로 누출되는 것을 방지한다. 이 실시형태는, DSC 효율의 손실을 초래하는 직렬 접속된 이웃하는 전지 유닛들 사이의 전해질 이동을 방지한다. 이 실시형태는, 액체 형태의 전해질 사용을 가능하게 한다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 전해질은, 전해질을 고정화시켜 전해질이 인접하는 전지 유닛으로 누출되는 것을 방지하는 겔 형태일 수 있거나 또는 고체 형태일 수 있다. 전해질의 적절한 고정화에 의해, 이온 배리어가 배제될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 직렬 접속 부재는 다공성 전도성 층이고 이온 배리어는 직렬 접속 부재를 관통한다. 작업 전극들의 영역은 태양 전지 모듈의 액티브 영역으로 나타내진다. 태양 전지 모듈의 효율은 태양 전지 모듈의 액티브 영역과 전체 영역 사이의 관계에 의존한다. 2개의 인접하는 태양 전지 유닛들의 작업 전극들 사이에 배치된 직렬 접속 부재를 통해 이온 배리어를 배열함으로써, 어떠한 액티브 영역도 사용되지 않으며 이에 따라 태양 전지의 효율성도 유지된다.
바람직하게, 이온 배리어는 폴리머 재료로 제조된다. 폴리머 재료는, 기판 중의 홀들을 충전한 직렬 접속 부재의 다공성 전도성 층 및 다공성 절연 기판을 통해 용융 및 배수될 수 있고, 이로써 전해질이 하나의 태양 전지 유닛으로부터 다른 태양 전지 유닛으로 이동하는 것을 방지하는 액체 배리어를 태양 전지 유닛들 사이에서 이룰 수 있다. 대안으로, 태양 전지 유닛들 사이의 액체 배리어는 액체 중합성 접착제를 직렬 접속 부재의 다공성 전도성 층 및 다공성 절연 기판 내부로 담그고, 이후 접착제를 예를 들어 화학적으로 또는 열에 의해 또는 광에 의해 경화하는 것에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지 모듈을 제조하는 비용 효과적인 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 8 에 정의된 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법에 의해 달성된다.
이 방법은 다공성 절연 기판의 일측에 다공성 전도성 층들의 형태로 전지 유닛들의 제 1 전도성 층들을 도포하고, 그리고 다공성 절연 기판의 반대측에 다공성 전도성 층들의 형태로 전지 유닛들의 제 2 전도성 층들을 도포하여, 각각의 전지 유닛의 제 1 전도성 층 및 제 2 전도성 층이 서로 대면하도록 하는 단계를 포함한다.
이 방법은 작업 전극과 상대 전극의 제작을 위해 동일한 기술을 사용할 수 있게 한다. 이 방법은 또한 작업 전극과 상대 전극의 제작을 위해 간단한 기술, 예컨대, 스크린 프린팅을 선택할 수 있게 하며, 이로써 DSC 컴포넌트들의 제작을 간소화하여 제작 비용들을 감소시킨다.
이 방법은 컴팩트한 아키텍쳐를 갖는 얇은 DSC 컴포넌트의 제작을 용이하게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 이 방법은 다공성 절연 기판의 일측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 1 다공성 전도성 층들을 형성하는 단계, 및 다공성 절연 기판의 반대측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 2 다공성 전도성 층들을 형성하는 단계를 포함한다. 프린팅 기술의 이용은, 절연 기판 상에 복수의 정의된 형상들의 전기적으로 분리된 영역들을 제공하는 것을 용이하게 하며, 이 영역들은 복수의 DSC 유닛들의 제 1 및 제 2 전도성 영역들을 형성한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 이 방법은 다공성 절연 기판을 관통하는 전도성 층들의 형태로 직렬 접속 부재들을 형성하는 단계를 더 포함한다.
작업 전극의 전도성 층은 다공성 기판의 일측에 다공성 전도성 층으로서 형성되고, 상대 전극의 전도성 층은 다공성 기판의 타측에 다공성 전도성 층으로서 형성되며, 직렬 접속 부재는 단지 다공성 기판을 관통하여 하나의 전지 유닛의 작업 전극을 인접하는 전지 유닛의 상대 전극과 접속할 수 있게 하면 된다. 다공성 재료이기 때문에, 다공성 기판은 관통하기에 용이하다. 이로써, 전체 DSC 모듈을 관통하는 홀들을 드릴링하는 단계가 생략될 수 있으며, 이것은 제작 프로세스를 간소하게 하고 제작 비용들을 감소시킨다.
다공성 절연 기판을 관통하는 전도성 층으로서 직렬 접속 부재를 제공함으로써, 직렬 접속 부재를 제작하기 위한 간단한 제작 기술, 예를 들어 스크린 프린팅이 이용될 수 있다. 직렬 접속 부재와 전도성 층들의 제작에 있어서 동일한 제작 기술이 사용될 수 있어, 제작 비용들을 더욱 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 직렬 접속 부재들은, 다공성 절연 기판을 관통하는, 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 다공성 절연 기판 상에 프린팅하여 형성된다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 이 방법은: - 전지 유닛들의 제 1 전도성 층들을 도포하여, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층이 직렬 접속 부재에 전기적으로 접속되고, 인접하는 전지 유닛의 제 1 전도성 층이 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되도록 하는 단계, 및
- 전지 유닛들의 제 2 전도성 층들을 도포하여, 전지 유닛들 중 하나의 제 2 전도성 층이 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되고, 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층이 직렬 접속 부재에 전기적으로 접속되도록 하고, 이로써 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층을 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속되도록 하여 전지 유닛들을 직렬로 연결시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제 1 및 제 2 층들은, 너무 커서 다공성 절연 기판을 관통할 수 없는, 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅되고, 직렬 접속 부재는 다공성 절연 기판을 관통하기에 충분히 작은 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 다공성 절연 기판 상에 프린팅하여 형성된다. 잉크 중의 입자들의 사이즈를 선택하는 것에 의해, 다공성 층이 다공성 절연 기판 상부에 제공될 것인지의 여부 또는 층이 기판을 관통할 것인지의 여부를 결정하는 것이 가능하다. 제 1 및 제 2 전도성 층의 입자가 기판에서의 기공들보다 더 크면 입자들이 기판 상부에 머무를 것이며, 입자들이 기판에서의 기공들보다 더 작으면 입자들이 기판을 관통할 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 직렬 접속 부재는 다공성 절연 기판을 천공하고 (perforating), 기판의 천공된 부분을 통해 전도성 입자들을 갖는 잉크를 붓는 것에 의해 형성된다. 천공이라는 용어는 기판을 통해 선상으로 배열된 복수의 매우 작은 홀들을 의미한다. 직렬 접속 부재들을 갖는 것이 바람직한 거리들을 따라 다공성 절연 기판을 천공함으로써, 잉크를 도포하는 프로세스가 용이하게 되고, 또한 제 1 및 제 2 전도성 층을 제조하기 위해 사용되는 것과 동일한 입자 사이즈를 갖는 잉크를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 세라믹 페이퍼가 기판으로 사용된다면, 잉크를 도포하기 이전에 페이퍼를 천공하는 것이 용이하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은: 다공성 절연 기판에, 전도성 입자들을 포함하는, 잉크로 프린팅하여 직렬 접속 부재를 형성하고, 다공성 절연 기판의 일측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 1 영역들 상에, 전도성 입자들을 포함하는, 잉크로 프린팅하여 제 1 다공성 전도성 층들을 형성하여서 전지 유닛들 중 하나의 제 1 영역이 직렬 접속 부재와 전기적 접촉하고 다른 전지 유닛의 제 1 영역이 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되도록 하는 것, 및 다공성 절연 기판의 반대측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 2 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 2 다공성 전도성 층들을 형성하여서 제 1 및 제 2 영역들이 서로에 대해 길이방향으로 배치되도록 하고 그리고 전지 유닛들 중 하나의 제 2 영역이 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되고 다른 전지 유닛의 제 2 영역이 직렬 접속 부재와 전기적으로 접촉되도록 하는 것을 포함한다. 먼저 직렬 접속 부재를 프린팅한 다음, 직렬 접속 부재와 접촉하는 제 1 및 제 2 전도성 층들을 프린팅하는 것이 이롭다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 이 방법은 각각의 전지 유닛을 둘러싸는 비다공성층의 형태로 이온 배리어를 제공하여, 전해질이 인접하는 전지 유닛으로 누출되는 것을 방지하는 것을 포함한다. 비다공성층은 다공성 절연 기판을 관통한다. 태양 전지의 액티브 영역을 유지하기 위해서, 폴리머 재료는, 폴리머 재료가 직렬 접속 부재들을 관통하도록 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 이온 배리어는, 폴리머 재료가 제 1 전도성 층, 다공성 절연 기판, 및 제 2 전도성 층을 관통하도록 폴리머 재료를 도포함으로써 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 폴리머 재료는, 폴리머 재료가 직렬 접속 부재들을 관통하도록 도포된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 상이한 실시형태들의 설명에 의해 본 발명을 보다 근접하게 설명할 것이다.
도 1a 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 염료 감응형 태양 전지 모듈의 단면을 도시한다.
도 1b 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 염료 감응형 태양 전지 모듈의 단면을 도시한다.
도 2 - 도 11 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제작 방법을 도시한다.
도 12 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염료 감응형 태양 전지 모듈의 예를 위에서 본 도면이다.
도 1a 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지 (DSC) 모듈 (1) 의 단면을 도시한다. DSC 모듈은 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 복수의 DSC 유닛들 (2a-c) 을 포함한다. 각각의 DSC 유닛 (2a-c) 은 작업 전극 (3) 과 상대 전극 (5) 을 포함한다. 작업 전극과 상대 전극 사이의 공간은 상대 전극으로부터 작업 전극으로 전자들을 전달하기 위한 이온들을 포함하는 전해질로 충전된다. 상대 전극은 전자들을 전해질로 전달한다. DSC 모듈은 광발생된 전자들을 작업 전극으로부터 취출하기 위한 제 1 전도성 층 (4) 을 포함한다. 제 1 전도성 층 (4) 은 작업 전극으로부터 전자들을 취출하는 이면 콘택으로서의 기능을 한다. 하기에서, 제 1 전도성 층 (4) 은 이면 콘택층으로 명명된다.
작업 전극 (3) 은 제 1 전도성 층 (4) 상에 성막된 다공성 TiO2 전극층을 포함한다. TiO2 전극은, TiO2 입자들의 표면 상에 염료 분자들을 흡착시켜 염색된 TiO2 입자들을 포함한다. 작업 전극은 DSC 모듈의 상부측에 배치된다. 상부측은 태양에 대면하여 태양광이 작업 전극의 염료 분자들을 히팅할 수 있도록 해야 한다.
DSC 모듈은 작업 전극과 상대 전극 사이에 배열된 다공성 절연 기판 (7) 을 더 포함한다. 다공성 절연 기판의 공극률은 기판을 통한 이온 수송을 가능하게 할 것이다. 바람직하게, 다공성 절연 기판은 유리 마이크로섬유 또는 세라믹 마이크로섬유 기판과 같은 세라믹 마이크로섬유계 기판이다. 예를 들어, 다공성 기판은 유리 페이퍼와 조합된 유리 텍스타일을 기본으로 한다. 이것은 얇고 강한 기판을 공급하는 것을 가능하게 한다. 세라믹 기판들은 전기적 절연체들이지만, 다공성이어서 액체들 및 전해질 이온들이 침투하는 것을 허용한다. 세라믹 기판들은 시트들의 형태로 또는 연속 프로세스를 위한 롤들의 형태로 취급될 수 있다. 세라믹 기판들은 화학적으로 비활성이고, 고온들을 견딜 수 있으며, 그리고 여러 프로세스 단계들에서 취급하기에 용이하게 이용가능하고 값싸며 간단하다.
적합한 세라믹 기판은 유리 얀으로 제조된 직조 마이크로섬유 유리 섬유에 기초할 수 있다. 직조 섬유들은 비직조 섬유들보다 훨씬 더 강하다. 부가하여, 직조 섬유들은 본질적으로 비직조 섬유들에 비해 훨씬 기계적으로 더 강하다. 부가하여, 직조 섬유들의 두께는 기계적 강도를 유지한 채로 매우 얇게 제조될 수 있다. 하지만, 직조 섬유들은 큰 홀들을 가지는 경우가 종종 있고, 큰 홀들은 프린팅된 잉크들에서의 다량의 입자들이 직조 섬유의 전면적을 가로질러 비제어된 방식으로 직조 섬유를 바로 통과할 수 있도록 한다. 이것은 원치않는 효과이다. 직조 텍스타일에서의 홀들을 차단하기 위해서, 비직조 유리 섬유들을 직조 텍스타일 상부에 성막하는 것이 유용하다. 이것은 유리 섬유들을 포함하는 용액에 직조 텍스타일을 담근 다음, 용매를 제거함으로써 행해질 수 있다. 콜로이드성 실리카와 같은 바인더가 유리 섬유들과 함께 사용되는 경우라면, 비직조 유리 섬유는 직조 섬유에 더 강하게 부착할 수 있고, 직조 유리 섬유 상부의 비직조 유리 섬유의 연속적인 부착 필름을 형성할 것이다. 즉, 비직조 유리 섬유들을 직조 섬유 상부에 성막함으로써, 잉크 중의 입자들이 직조 섬유를 바로 통과하는 것을 방지할 수 있다.
이면 콘택과 상대 전극 사이의 작은 거리는 최소한의 저항 손실들을 제공하기 때문에, 다공성 기판이 더 얇을수록 더 좋다. 동일한 이유로, 공극률의 정도가 큰 것이 바람직하다. 하지만, 기판이 너무 얇고 너무 다공성이면, 기판의 기계적 강도가 너무 낮을 것이다. 바람직하게, 다공성 절연 기판의 두께는 4 ㎛ 초과이고 100 ㎛ 미만이다. 보다 바람직하게, 다공성 절연 기판의 두께는 50 ㎛ 미만이다. 다공성 절연 기판의 두께는 통상적으로 10 - 30 ㎛ 이다. 바람직하게, 기판의 공극률은 40% 초과이다. 바람직하게, 기판의 공극률은 90% 에 가깝다. 바람직하게, 기판의 공극률은 40 ~ 90% 이다.
이면 콘택층 (4) 은 다공성 절연 기판 (7) 의 상부측에 성막된 다공성 전도성 층이다. 다공성 전도성 층이 이면 콘택으로 사용되는 경우, 다공성 전도성 층은 작업 전극과 직접 접촉한다. 각각의 DSC 유닛 (2a-c) 의 상대 전극은 이하에서 상대 전극층으로 명명되는 제 2 전도성 층 (5) 을 포함한다. 상대 전극 (5) 은 다공성 절연 기판 (7) 의 반대 (하부) 측에 성막된 다공성 전도성 층이다. 이면 콘택층 (4) 과 상대 전극층 (5) 은 다공성 절연 기판 (7) 에 의해 물리적으로 및 전기적으로 분리되며, 따라서 이들은 물리적으로 및 전기적으로 직접 접촉되지 않는다. 하지만, DSC 유닛의 다공성 절연 기판의 상부측 및 하부측에 성막된 이면 콘택층 (4) 및 상대 전극층 (5) 은 다공성 절연 기판을 침투하는 이온들을 통해 전기적으로 접속된다. 다공성 전도성 층들 (4, 5) 의 공극률은 바람직하게 30% ~ 85%, 또는 35% ~ 70%, 또는 40% ~ 60% 이어야 한다. 어떤 재료가 다공성 전도성 층들로 사용되는지와 어떤 도포법이 이용되는지에 의존하여, 층의 두께는 약 1 마이크로미터에서 100 마이크로미터까지 또는 1 마이크로미터에서 50 마이크로미터까지 변할 수 있다.
다공성 전도성 층이 상대 전극으로서 사용되는 경우, 다공성 전도성 층은 작업 전극에 반대되는 상대 전극의 부분이다. 상대 전극은 보통 촉매층을 포함한다. 상대 전극의 기능을 하는 다공성 전도성 층은 별도의 촉매층을 가질 수 있거나 또는 다공성 전도성 층에 통합된 촉매 입자들을 가질 수 있다.
DSC 모듈은 다공성 절연 기판의 반대측에 배치된 제 1 및 제 2 다공성 전도성 층들의 복수의 쌍들을 포함한다. 각각의 DSC 유닛은 제 1 및 제 2 다공성 전도성 층들의 한 쌍을 포함한다. 하나의 DSC 유닛의 제 1 및 제 2 다공성 전도성 층들은, 이들이 서로 대면하도록 배치된다. 전지 유닛들을 전기적으로 분리하기 위해서, 인접하는 전지 유닛들의 제 1 전도성 층들과 작업 전극들 (3) 사이에 공간 (8) 이 형성되고, 인접하는 전지 유닛들의 상대 전극들 (3) 사이에 공간 (9) 이 형성된다.
도 1 에서 보는 바와 같이, 제 1 및 제 2 다공성 전도성 층들은 서로에 대해 약간 종축으로 배치되어, DSC 유닛 (2a) 의 제 1 전도성 층 (4) 의 전단 (4a) 이 DSC 유닛 (2b) 의 제 2 전도성 층 (5) 의 후단 (5a) 과 대면한다.
DSC 유닛은 또한 직렬 접속 부재 (6) 를 포함하며, 직렬 접속 부재 (6) 는 인접하는 전지 유닛들의 제 1 및 제 2 전도성 층들의 단부들 (4a, 5a) 사이에서 연장되며, 이로써 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층을 인접하는 전지 유닛의 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속시킨다. 이로써, 직렬 접속 부재 (6) 는 하나의 전지 유닛의 상대 전극 (4) 을 인접하는 전지 유닛의 작업 전극 (5) 에 전기적으로 접속시켜 2개의 DSC 유닛들의 전기적 직렬 접속을 형성하여 출력 전압을 상승시킨다.
직렬 접속 부재 (6) 는 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하고 전지 유닛들 중 하나의 이면 콘택층 (4) 과 인접하는 전지 유닛의 상대 전극층 (5) 사이에서 연장되는 다공성 전도성 층이다. 다공성 전도성 층 (6) 은 전기적 직렬 접속층으로서 사용되고, 그리고 2개의 인접하는 DSC 유닛들의 이면 콘택층 (4) 과 상대 전극층 (5) 과 물리적으로 직접 접촉한다. 이하에서, 직렬 접속 부재 (6) 의 다공성 전도성 층은 직렬 접속층으로 명명될 것이다. 전기적 직렬 접속층은 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하고 다공성 절연 기판의 상부측과 다공성 절연 기판의 하부측 사이에서 전기적 접속 경로를 제공한다. 다공성 기판의 두께가 바람직하게는 수 ㎛ 정도로 작기 때문에, 전류 전송로가 짧고, 이에 따라 직렬 접속층의 전도율에 대한 요구가 상대 전극층 (5) 과 이면 콘택층 (4) 에 대한 것보다 덜하다.
다공성 전도성 층들 (4, 5, 6) 은 낮은 저항율로 인해 전기적 손실들이 낮을 것이다. 다공성 전도성 층들의 공극률은 층들을 통한 이온 및 염료 수송을 가능하게 할 것이다. 다공성 전도성 층들의 다공성 절연 기판 (7) 에 대한 성막은 복수의 전기적으로 상호접속된 DSC 유닛들을 포함하는 DSC 모듈들의 빌딩을 가능하게 한다.
다공성 전도성 층들 (4-6) 을 형성하는 재료들은 DSC 에서의 환경을 견디기 위해서 적합한 내부식성을 가져야 하고, 또한 바람직하게는 산화하지 않고 공기중에서 500℃ 초과의 온도에 내성이 있어야 한다. 바람직하게, 다공성 전도성 층들 (4-6) 은 티탄, 티탄 합금들, 니켈 합금들, 그라파이트, 및 비정질 탄소, 또는 그 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된다. 가장 바람직하게, 다공성 전도성 층들은 티탄 또는 티탄 합금들 또는 그 혼합물들로 제조된다.
DSC 모듈 (1) 은 또한 DSC 모듈의 상부측을 커버하는 제 1 시트 (10) 및 DSC 모듈의 하부측을 커버하여 전해질에 대해 액체 배리어들로서 작용하는 제 2 시트 (11) 를 포함한다. DSC 모듈의 상부측의 제 1 시트 (10) 는 작업 전극들을 커버하고, 투명하여 광이 통과할 수 있게 할 필요가 있다. 시트들 (10, 11) 은 예를 들어 폴리머 재료로 제조된다.
DSC 효율의 손실을 초래하는 직렬 접속된 이웃하는 DSC 유닛들 (2a-c) 사이의 전해질 이동을 피하기 위해서, 전해질로부터의 이온이 이웃하는 유닛들 사이에서 이동할 수 없게 한다. 이 문제점에 대한 하나의 해결책은 전해질의 겔 전해질을 형성하여 전해질을 고정화하고 이로써 액체 전해질이 인접하는 DSC 유닛들 사이에서 흐르는 것을 방지하는 것이다. 다른 해결책은 고체 전도체와 같은 비액체 전해질을 성막하는 것일 수 있다.
도 1b 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 염료 감응형 태양 전지 모듈의 단면을 도시한다. 이 실시형태에서, 각각의 전지 유닛은 DSC 모듈을 관통하는 비다공성 층의 형태의 이온 배리어 (12) 에 의해 둘러싸인다. 이온 배리어 (12) 는, 전해질이 인접하는 전지 유닛으로 누출되는 것, 또는 인접하는 전지 유닛에서의 전해질과 접촉하게 되는 것을 방지하기 위해서 DSC 유닛을 둘러싼다. 이온 배리어 (12) 는 인접하는 전지 유닛들의 작업 전극 (3) 과 이면 콘택층들 (4) 사이의 공간 (8) 에 성막된다. 이온 배리어 (12) 는 인접하는 전지 유닛들의 상대 전극층들 (5) 사이에서 다공성 절연 기판 (7) 을 관통한다. 바람직하게, 이온 배리어는 또한 직렬 접속층 (6) 을 관통한다. 이온 배리어는 인접하는 전지 유닛들 사이에서 이온들이 이동하는 것을 방지한다. 하지만, 그것은 어떠한 전기적 절연 기능도 갖지 않는다. 즉, 제 1 및 제 2 전도성 층들 (4, 5) 및 직렬 접속층 (6) 은, 이들이 이온 배리어에 의해 관통되지만, 여전히 전도성이 있다. 이온 배리어는 예를 들어 폴리머 재료로 제조된다. 예를 들어, 이온 배리어는 제 1 및 제 2 시트들 (10, 11) 과 동일한 폴리머 재료로 제조된다.
이하에서는, 다공성 절연 기판의 상부측의 다공성 전도성 층들이 다공성 절연 기판의 하부측의 다공성 전도성 층들과 전기적으로 상호접속되는 방식으로, 다공성 절연 기판 (7) 의 상부측 및 하부측에 다공성 전도성 층들을 성막하는 비용 효과적인 방법이 설명될 것이다. 또한, 다공성 전도성 층들의 이러한 배열을 어떻게 사용하여 여러개의 전기적으로 상호접속된 DSC 유닛들을 포함하는 DSC 모듈을 제조하는 비용 효과적인 방법을 제공할 수 있는지가 설명된다.
예를 들어, 이면 콘택층과 상대 전극층 사이의 전기적 접속은 다음과 같이 형성될 수 있다: 먼저 전기적 직렬 접속층이 다공성 절연 기판을 관통하도록 성막된다. 후속하여, 성막된 직렬 접속층 상부에 이면 콘택층의 부분이 성막되는 방식으로 이면 콘택층을 성막하여, 이면 콘택층이 직렬 접속층과 직접 접촉되도록 한다. 후속하여, 상대 전극층의 부분이 직렬 접속층과 동일한 측부 위치에 성막되는 방식으로 상대 전극층을 다공성 절연 기판의 반대측에 성막하여, 상대 전극이 직렬 접속층과 직접 접촉되도록 한다. 이로써, 다공성 절연 기판 상부측의 이면 콘택층과 다공성 절연 기판 하부측의 상대 전극층이 직렬 접속층을 통해 전기적으로 상호접속된다.
다공성 전도성 층은, 예를 들어 금속 수소화물 입자들을 포함하는 성막물을 다공성 절연 기판에 성막하고, 고체 금속 수소화물 입자들이 금속 및 급속 입자들 소결체로 변형되어 다공성 전도성 층을 형성하도록 성막물을 처리하여 형성된다. 금속 수소화물 분말, 예를 들어 티탄 수소화물 분말의 성막물은 유리 마이크로섬유 또는 세라믹 마이크로섬유 기판과 같은 세라믹 마이크로섬유계 기판 상에 프린팅될 수 있어 이롭다. 다공성 절연 기판들에 대해서, 다공성 절연 기판의 양측에 다공성 전도성 층을 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 기판의 일측에 하나의 다공성 전도성 층을 형성하고 기판의 타측에 다른 다공성 전도성 층을 형성하는 것이 가능하다.
고체 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅함으로써 다공성 전도성 층들 (4, 5, 6) 을 다공성 절연 기판 상에 배치할 수 있다. 고체 입자들을 액체와 혼합하여 프린팅 프로세스에 적합한 잉크를 형성할 수 있다. 금속 수소화물들을 액체와 혼합하여 프린팅 프로세스에 적합한 잉크를 형성할 수 있다. 입자들은 또한, 다공성 전도성 층을 형성하기에 적합한 입자 사이즈를 얻기 위해서 밀링되거나 또는 다르게 처리될 수도 있다. 고체 입자들은 바람직하게 금속계이며, 순수 금속들, 금속 합금들 또는 금속 수소화물들 또는 금속 합금들의 수소화물들 또는 그 혼합물들일 수 있다. 형성된 다공성 전도성 층들은 DSC 에서의 환경을 견디기 위해서 적합한 내부식성을 가져야 한다. 적합한 재료의 예는 티탄 또는 티탄계 합금들 또는 그 혼합물들이다. 적합한 재료들의 다른 예들은 니켈 합금들이다.
고체 형태의 다른 컴포넌트들이 또한 잉크에 첨가될 수도 있다. 성막물의 프린팅을 위해 당업계에 알려져 있는 다양한 기술들이 이용될 수 있다. 프린팅 기술들의 예들은 슬롯 다이 코팅, 그라비아, 스크린 프린팅, 나이프 코팅, 블레이드 코팅, 닥터 블레이딩, 플렉소 프린팅, 딥 코팅 또는 분사이다. 건조 분말의 성막은 예를 들어 체질 또는 정전식 분말 성막에 의해 이루어질 수 있다.
성막물은 가열 처리 단계에 의해 처리된다. 가열 처리 동안, 입자들의 소결이 또한 일어날 것이며, 이로써 층의 전도율 및 기계적 안정성이 향상된다. 금속 수소화물들은 가열 처리 동안 금속으로 변형될 것이다. 진공 또는 비활성 가스에서 가열함으로써, 입자들의 오염이 방지되고, 입자들 간의 전기적 접촉이 개선된다.
성막물이 몇초의 시간 범위에서 고온 (1200℃ 까지) 으로 가열되는, RTP (rapid thermal processing) 또는 RTA (rapid thermal annealing) 와 같은 빠른 가열 프로세스는 소결 분위기에 의해 입자들의 오염을 회피하는 이점들을 갖는다. 플래시 (flash) 소결, 즉, Polytec 에 의해 공급되는 Sinteron 2000 과 같은 장비를 사용하는 소결이 또한 채용될 수 있다. 가열 처리 온도들은 입자들 간에 소결이 일어나기에 충분해야 한다. 온도들은 사용된 재료에 의존하지만, 보통 700 - 1200℃ 의 범위이다.
상대 전극에서 촉매 효과를 얻기 위해서는, 전도성 금속 산화물들의 백금도금된 입자들을 금속 수소화물 입자들과 혼합하는 것이 가능하며, 예를 들어 백금도금된 ITO, ATO, PTO, 및 FTO 가 있다. 전도성 금속 탄화물들, 금속 규소화물들 및 금속 질화물들의 백금도금된 입자들도 또한 금속 수소화물 입자들과 혼합될 수 있다. 또한, 백금도금된 카본 블랙 또는 그라파이트의 입자들도 금속 수소화물 입자들과 혼합될 수 있다.
이하에서는, 도 2 - 12 를 참조하여 직렬 구조를 갖는 DSC 모듈의 제작 방법의 예를 설명할 것이다.
도 2 는 직렬 접속층 (6a) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들 (A-A 및 B-B) 을 도시한다. 이 예에서, 다공성 절연 기판 (7) 은 세라믹 마이크로섬유이다. 단면들은, 직렬 접속층이 다공성 절연 기판의 상부측에서 하부측으로 다공성 절연 기판을 관통하는 것을 나타낸다. 이것은, 다공성 절연 기판의 상부측에서 하부측으로 전기적 경로가 존재한다는 것을 의미한다. 직렬 접속층 (6a) 은 세라믹 마이크로섬유 내부의 다공성 네트워크를 관통할 만큼 충분히 작은 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅된다. 단면은, 잉크 중의 입자들이 기판의 상부에서 하부로 쭉 세라믹 마이크로섬유를 관통하고 있음을 나타낸다.
도 3 은 다공성 절연 기판을 관통하는 직렬 접속층 (6a) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 부가하여, 2개 초과의 다공성 전도성 층들 (4a-b) 이 절연 기판 (7) 의 상부측에 프린팅되어 이면 콘택층들을 형성한다. 평면도 및 하부 단면 (B-B) 에서 볼 수 있는 바와 같이 이들 이면 콘택층들 중 하나 (4a) 는 직렬 접속층 (6a) 과 직접 접촉하고, 다른 이면 콘택층 (4b) 은 직렬 접속층 (6a) 과 전기적으로 접촉하지 않는다. 단면들로부터, 2개의 층들 (4a-b) 이 절연 기판 (7) 을 관통하지 않고 이들이 절연 기판 (7) 상부에 성막되어 절연 기판 (7) 과 접촉하고 있음을 볼 수 있다. 층들 중 하나 (4a) 는 관통 층 (6a) 과 전기적으로 접촉한다. 다공성 전도성 층들 (4a-b) 은, 너무 커서 세라믹 마이크로섬유 내부의 다공성 네트워크를 관통할 수 없는, 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅된다.
도 4 는 직렬 접속된 2개의 인접하는 DSC 유닛들을 갖는 DSC 모듈을 도시한다. 도 4 는 절연 기판 (7) 상부측에 프린팅된 이면 콘택층들 (4a-b) 및 직렬 접속층 (6a) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 더욱이, 2개 초과의 층들 (5a-b) 은 기판 (7) 의 타측, 즉, 기판의 하부측에 프린팅되어 상대 전극층들을 형성한다. 상대 전극층들 (5a-b) 은 평면도에 도시되어 있지 않으며, 단면도들에서만 도시되어 있다. 하부 단면도 (B-B) 는, 절연 기판 (7) 의 하부측에 프린팅된 층들 중 하나 (5b) 가 직렬 접속층 (6a) 과 직접 접촉하며, 따라서 직렬 접속층 (6a) 과 전기적으로 직접 접촉하는 것을 도시한다. 이것은, 상대 전극층들 중 하나 (5b) 가 직렬 접속층 (6a) 을 관통하여 이면 콘택층들 중 하나 (4a) 와 전기적으로 접촉한다는 것을 의미한다. 다공성 전도성 층들 (5a-b) 은, 너무 커서 세라믹 기판 (7) 내부의 다공성 네트워크를 관통할 수 없는, 전도성 입자들을 포함하는, 잉크로 프린팅된다.
많은 경우, 다수의 DSC 유닛들을 직렬 접속시켜 DSC 모듈로부터 고출력 전압을 빌드업하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, DSC 유닛들로부터의 출력 단자들이 물리적으로 서로 가깝게 배치되도록, 전기적 직렬 접속 방향 패턴을 설계하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 패턴의 예는 도 12에 도시된다. 전기적 직렬 접속의 방향은 만곡된 라인으로 나타낸다. 도 2 - 11 은, 이것이 어떻게 달성될 수 있는지를 나타낸다.
도 5 는 다공성 절연 기판을 관통하고 직렬 접속층 (6a) 에 직교하는, 직렬 접속층 (6b) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 직렬 접속층 (6b) 은 직렬 접속층 (6a) 과 동일한 방식으로 제조되고, 바람직하게는 동시에 제조된다.
도 6 은 직렬 접속층 (6b) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 부가하여, 2개 초과의 다공성 전도성 층들 (4a 및 4c) 은 절연 기판 (7) 의 상부측에 프린팅되어 이면 콘택층들을 형성한다. 평면도 및 하부 단면 (B-B) 에서 볼 수 있는 바와 같이, 이들 이면 콘택층들 중 하나 (4c) 는 직렬 접속층 (6b) 과 직접 접촉하고, 다른 이면 콘택층 (4a) 은 직렬 접속층 (6b) 과 전기적으로 접촉하지 않는다.
도 7 은 직렬 접속된 2개의 인접하는 DSC 유닛들을 갖는 DSC 모듈을 도시한다. 도 7 은 직렬 접속층 (6b) 및 이면 콘택층들 (4a 및 4c) 로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 더욱이, 2개 초과의 층들 (5a 및 5c) 은 절연 기판 (7) 의 타측에 프린팅되어 상대 전극층들을 형성한다. 상대 전극층들 (5a 및 5c) 은 평면도에 도시되어 있지 않으며, 단면도들에서만 도시되어 있다. 단면도 (A-A) 는, 상대 전극층들 중 하나 (5a) 및 이면 콘택층들 중 하나 (4c) 가 직렬 접속층 (6b) 과 직접 접촉하는 것을 도시한다. 이것은, 상대 전극층들 중 하나 (5a) 가 직렬 접속층 (6a) 을 관통하여 이면 콘택층 (4c) 과 전기적으로 접촉한다는 것을 의미한다.
도 8 은 다공성 절연 기판을 관통하며, 직렬 접속층 (6a) 과 나란하고 직렬 접속층 (6b) 에 직교하는, 직렬 접속층 (6c) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들 (A-A 및 B-B) 을 도시한다. 직렬 접속층 (6c) 은 직렬 접속층 (6a 및 6b) 과 동일한 방식으로 제조되고, 바람직하게는 동시에 제조된다.
도 9 는 직렬 접속층 (6c) 으로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 부가하여, 2개 초과의 다공성 전도성 층들 (4c 및 4d) 은 절연 기판 (7) 의 상부측에 프린팅되어 이면 콘택층들을 형성한다. 평면도 및 하부 단면 (B-B) 에서 볼 수 있는 바와 같이, 이들 이면 콘택층들 중 하나 (4d) 는 직렬 접속층 (6c) 과 직접 접촉하고, 다른 이면 콘택층 (4c) 은 직렬 접속층 (6c) 과 전기적으로 접촉하지 않는다.
도 10 은 직렬 접속된, 2개의 인접하는 DSC 유닛들을 갖는 DSC 모듈을 도시한다. 도 10 은 직렬 접속층 (6c) 및 이면 콘택층들 (4c 및 4d) 로 성막된 다공성 절연 기판 (7) 의 평면도 및 2개의 단면들을 도시한다. 더욱이, 2개 초과의 층들 (5c 및 5d) 은 기판의 타측에 프린팅되어 상대 전극층들을 형성한다. 상대 전극층들 (5c 및 5d) 은 평면도에 도시되어 있지 않으며, 단면도들에서만 도시되어 있다. 단면도 (B-B) 는, 상대 전극층들 중 하나 (5a) 및 이면 콘택층들 중 하나 (4d) 가 직렬 접속층 (6c) 과 직접 접촉하는 것을 도시한다. 이것은, 상대 전극층들중 하나 (5c) 가 직렬 접속층 (6c) 을 관통하여 이면 콘택층 (4d) 과 전기적으로 접촉한다는 것을 의미한다.
도 11 은 직렬 접속층 (6a-c) 에 의해 직렬 접속되는, 4개의 인접하는 DSC 유닛들을 갖는 DSC 모듈을 도시한다. 제 1 DSC 유닛의 상대 전극은 직렬 접속층 (6a) 을 통해 제 2 DSC 유닛의 이면 콘택층 (4a) 에 접속된다. 제 2 DSC 유닛의 상대 전극층 (5a) 은 직렬 접속층 (6b) 을 통해 제 3 DSC 유닛의 이면 콘택층 (4c) 에 접속된다. 제 3 DSC 유닛의 상대 전극층 (5c) 은 직렬 접속층 (6c) 을 통해 제 4 DSC 유닛의 이면 콘택층 (4d) 에 접속된다. 바람직하게, 직렬 접속층들 (6a-c) 은 동시에 제 1 제조 단계에서 절연 기판 (7) 상에 프린팅된다. 이면 콘택층들 (4a-d) 은 동시에 제 2 제조 단계에서 절연 기판 (7) 상에 프린팅되고, 상대 전극층 (5a-d) 은 동시에 제 3 제조 단계에서 절연 기판 (7) 상에 프린팅된다. 하지만, 층들이 제조되는 순서를 변경하는 것이 가능하다. 이하 단계에서, 프린팅된 층들은 예를 들어 가열 및 소결에 의해 처리되어 다공성 전도성 층들을 형성한다. 이후, 작업 전극의 다공성 층들 (3) 은 이면 콘택층들 (4) 상부에 성막된다.
도 11 에 도시된 절연 기판 (7) 은, 세라믹 마이크로섬유 내부의 다공성 네트워크를 관통할 만큼 충분히 작은 입자들을 포함하는 잉크의 성막물들 (6a-c) 로 프린팅된다. 부가하여, 4개 초과의 층들은, 너무 커서 세라믹 마이크로섬유 내부의 다공성 네트워크를 관통할 수 없는 입자들을 포함하는 잉크로 절연 기판 (7) 상부에 프린팅된다. 이들 4개 층들 중 3개는, 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 관통하는 잉크의 성막물과 직접 접촉한다. 따라서, 이 층들 중 3개는 각각의 관통하는 층과 전기적으로 접촉한다. 더욱이, 4개 초과의 층들은, 너무 커서 세라믹 마이크로섬유 내부의 다공성 네트워크를 관통할 수 없는 입자들을 포함하는 잉크로 절연 기판 (7) 의 타측에, 즉, 절연 기판의 하부측에 프린팅된다. 이 층들은 평면도에 도시되어 있지 않다. 이것은, 하부층들 중 하나가, 관통하는 층을 통해 상부층들 중 하나와 전기적으로 접촉한다는 것을 의미한다. 도면은, 전기적 직렬 접속의 방향을 변경하는 것이 가능하다는 것을 도시한다. 전기적 직렬 접속의 방향은 만곡된 라인으로 나타낸다. 전기적 직렬 접속의 방향은 관통하는 잉크를 절연 기판 (7) 의 상이한 위치에 프린팅하고, 전기적 직렬 접속이 얻어지는 방식으로 상부층들 및 하부층들을 원하는 방식으로 프린팅함으로써 변경될 수 있다.
도 12 는 유닛들로부터의 출력 단자들 (14) 이 물리적으로 서로 가깝게 배치되도록, 직렬로 연결되는 다수의 DSC 유닛들을 포함하는 DSC 모듈의 예를 도시한다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따라서, 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들을 포함하는 DSC 모듈은 다음을 포함하는 방법으로 제작될 수 있다:
- 다공성 절연 기판의 일측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 1 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 1 다공성 전도성 층들을 형성하는 단계,
- 다공성 절연 기판의 반대측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 2 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 2 다공성 전도성 층들을 형성하는 단계로서, 제 1 및 제 2 영역들이 서로에 대해 길이방향으로 배치되고 너무 커서 다공성 절연 기판을 관통할 수 없는 전도성 입자들을 갖는 잉크로 그 영역들이 프린팅되도록 제 1 및 제 2 영역들이 프린팅되는, 상기 제 2 다공성 전도성 층들을 형성하는 단계,
- 다공성 절연 기판을 관통하고, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 영역과 다른 전지 유닛의 제 2 영역 사이에 연장되는 제 3 전도성 층을 형성하여, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 전도성 층을 다른 전지 유닛의 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속시키는 단계.
본 발명의 하나의 실시형태에 따라서, 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들을 포함하는 DSC 모듈은 다음을 포함하는 방법으로 제작될 수 있다:
- 다공성 절연 기판을 관통하는 직렬 접속 부재를 형성하는 단계,
- 다공성 절연 기판의 일측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 1 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 1 다공성 전도성 층들을 형성하여서, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 영역이 직렬 접속 부재와 전기적으로 접촉되고 다른 전지 유닛의 제 1 영역이 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되도록 하는 단계,
- 다공성 절연 기판의 반대측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 2 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 제 2 다공성 전도성 층들을 형성하여서, 전지 유닛들 중 하나의 제 1 영역의 부분이 다른 전지 유닛의 제 2 영역의 부분에 대면하도록 제 1 및 제 2 영역들이 서로에 대해 길이방향으로 배치되도록 하고, 그리고 전지 유닛들 중 하나의 제 2 영역이 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되고 다른 전지 유닛의 제 2 영역이 직렬 접속 부재와 전기적으로 접촉되도록 하는 단계.
실시예들
실시예 1 - 다공성 세라믹 기판 상의 이면 콘택들 및 상대 전극 및 직렬 접속층
TiH2 분말을 테르피네올과 혼합함으로써 제 1 잉크를 조제한다. 다음, 잉크를 0.6 mm 지르코니아 비즈를 사용하여 3 시간 동안 8000 RPM 에서 비드 밀링한다. 지르코니아 비즈를 여과에 의해 잉크로부터 분리한다. 잉크는 직경이 0.3 마이크로미터보다 작은 TiH2 입자들을 포함한다.
후속하여, 잉크를 15 ㎛ 두께의 다공성 유리 마이크로섬유계 기판 (도 2 의 7 참조) 상에 3 mm 폭 및 10 cm 길이의 직사각형 (도 2 의 6a 참조) 의 형상으로 프린팅한 다음 200℃ 에서 5 분 동안 건조한다. 잉크 중의 TiH2 의 입자 직경은, TiH2 가 다공성 유리 마이크로섬유계 기판에서의 기공들을 관통할 만큼 작았다 (도 2 의 단면들 (A-A 및 B-B) 참조). 제 1 프린팅층은 직렬 접속층을 형성할 것이다. 다공성 유리 마이크로섬유 기판은 5 ㎛ 두께의 비직조 유리 섬유들의 층으로 코팅된 유리 얀으로 제조된 10 ㎛ 두께의 직조 텍스타일을 포함한다.
TiH2 를 테르피네올과 혼합함으로써 제 2 잉크를 조제한다. 다음, 잉크를 0.3 mm 지르코니아 비즈를 사용하여 25 분 동안 6000 RPM 에서 비드 밀링한다. 지르코니아 비즈를 여과에 의해 잉크로부터 분리한다. 잉크는 직경이 2 마이크로미터보다 작은 TiH2 입자들을 포함한다. 후속하여, 제 2 잉크를 기판 (도 3 의 7 참조) 상에 10 cm 폭 및 12 cm 길이의 직사각형들 (도 3 의 4a 및 4b 참조) 의 형상으로 프린팅하여, 10 cm 폭 및 12 cm 길이의 직사각형들 중 하나 (도 3 의 4a 참조) 의 일 에지가 3 mm 폭 및 10 cm 길이의 직사각형 (도 3 의 6a 참조) 상부에 직접 프린팅되게 한다. 도 3 의 4a 의 에지를 직사각형 중심에 대략 배치한다 (도 3 의 4a 및 6a 참조). 다음, 제 2 잉크를 200℃ 에서 5 분 동안 건조하였다. 제 2 프린팅층들은 이면 콘택층들을 형성할 것이다.
TiH2 를 테르피네올과 혼합함으로써 제 3 잉크를 조제한다. 다음, 잉크를 0.3 mm 지르코니아 비즈를 사용하여 25 분 동안 6000 RPM 에서 비드 밀링한다. 지르코니아 비즈를 여과에 의해 잉크로부터 분리한다. 잉크는 직경이 2 마이크로미터보다 작은 TiH2 입자들을 포함한다. 다음, 여과된 잉크를 백금도금된 전도성 입자들과 혼합하여, 상대 전극들을 성막하기 위한 잉크를 제조한다. 후속하여, 제 3 잉크를 기판 (도 4 의 7 참조) 의 반대측 상에 10 cm 폭 및 12 cm 길이의 2개의 직사각형들 (도 4 의 5a 및 5b 참조) 의 형상으로 프린팅하여, 도 4 의 층들 (5a 및 5b) 이 도 4 의 층들 (4a 및 4b) 과 대면하도록 한다. 다음, 프린팅된 기판을 200℃ 에서 5 분 동안 건조하였다. 제 3 프린팅층들은 상대 전극들을 형성할 것이다.
후속하여, 프린팅된 세라믹 기판을 585℃ 에서 진공 소결한 다음 실온으로 냉각하였다. 소결 동안의 압력은 0.0001 mbar 미만이었다. 소결된 직렬 접속층 (도 4 의 6a) 및 이면 콘택들 (도 4 의 4a, 4b) 및 상대 전극들 (도 4 의 5a, 5b) 은 전기적으로 전도성이 있었다. 이면 콘택들 중 하나 (도 4 의 4a) 가 직렬 접속층 (도 4 의 6a) 을 통하여 상대 전극들 중 하나 (도 4 의 5b) 와 전기적으로 접속하였다. 이면 콘택들 및 상대 전극들의 시트 저항은 0.2 Ω/□ 아래였다.
실시예 1 의 변형예는, 백금 없는 다공성 전도성 층들을 백금 함유하는 상대 전극층 상부에 성막하는 것이다. 이러한 배열에서, 제 1 백금 함유층은 별도의 촉매층으로서 기능할 수 있다.
실시예 1 의 다른 변형예는, 직렬 접속층을 프린팅하기 위한 잉크가 FTO, ITO, 또는 ATO 와 같은 전도성 주석 산화물들을 포함하는 것이다.
실시예 2 - DSC 제작
실시예 1 로부터 획득된 프린팅 및 소결된 다공성 유리 마이크로섬유계 기판을 물 중의 0.02 M TiCl4 용액으로 침지시키고 70℃ 에서 30 분 동안 가열 처리하였다. 이 층을 TiCl4 용액으로부터 제거하고, 물 그리고 이후 에탄올에서 린스하였다. 후속하여, TiO2 계 잉크의 2개의 층들 (도 1a 의 3) 을 이면 콘택들 (도 4 의 4a 및 4b) 상부에 프린팅한 다음 건조하였다. 건조된 TiO2 잉크층의 두께는 1 - 2 ㎛ 였다. 60 ㎛ 두께의 제 2 TiO2 잉크층을 제 1 TiO2 잉크층 상부에 직접 프린팅하고 건조하였다. 제 3 TiO2 층을 제 2 TiO2 층 상부에 프린팅하고 건조하였다. 후속하여, 구조체에 대해 공기 중의 500℃ 에서 30 분 동안 가열 처리하였다. 구조체를 냉각시킨 이후; 구조체를 물 중의 0.02 M TiCl4 용액에 침지시키고 70℃ 에서 30 분 동안 가열 처리하였다. TiO2 성막된 세라믹 기판을 물 및 에탄올에서 린스한 이후, 500℃ 의 공기 중에서 5 분 동안 가열 처리하였다. 후속하여, TiO2 성막된 다공성 전도성 층 구조체를 메톡시프로판올 중의 20 mM Z907 염료의 용액에 침지시키고 70℃ 에서 30 분 동안 가열 처리한 다음 메톡시프로판올에서 린스하였다. 이후, 전해질을 4a 및 4b 상부에 겔의 형태로 성막하고, 용융된 폴리머를 각 DSC 유닛 둘레의 에지들 (도 1b 의 12 참조) 에 침윤시켜 전지를 시일하면서 동시에 하나의 DSC 유닛의 이면 콘택의 외부 전기적 접속 및 다른 DSC 유닛의 상대 전극의 외부 전기적 접속을 허용하였다.
실시예 2 의 변형예는, TiCl4 처리들 중 하나 또는 둘 모두를 생략하는 것이다.
실시예 2 의 다른 변형예는, 각 DSC 유닛의 에지들 둘레의 시일이 프린트가능한 폴리머 또는 프레폴리머를 사용함으로써 프린팅되는 것이고, 여기서 프레폴리머는 화학적으로 경화성이 있거나, 광 경화성이 있거나 또는 열 경화성이 있을 수 있다.
본 발명은 개시된 실시형태들에 한정되지 않으며, 하기 청구항들의 범위내에서 변화 및 변경될 수도 잇다. 본 발명의 단계들을 청구항에서 소정의 순서로 언급하지만, 청구항은 이 순서에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 전도성 층 또는 제 2 전도성 층이 먼저 도포되는지의 여부는 중요하지 않다. 또한, 직렬 접속 부재의 다공성 절연성 층이 기판에 형성되기 이전에, 다공성 절연 기판에 제 1 및 제 2 전도성 층들의 하나 또는 양자를 제공하는 것도 가능하다.
또한, 다공성 절연 기판을 관통할 만큼 충분히 작은 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 다공성 절연 기판을 프린팅함으로써 직렬 접속 부재를 형성하는 대안으로, 다공성 절연 기판을 미리 천공할 수 있고 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 천공된 부분들을 따라 프린팅을 행한다. 잉크 및 전도성 입자들은 기판의 천공된 부분들을 관통할 것이다. 이 방법은 잉크 중의 입자들의 사이즈에 의존하지 않는다.
또한, 다공성 절연 기판과 다공성 이면 콘택층 사이에 하나 이상의 다공성 층들을 갖는 것도 가능하다.

Claims (19)

  1. 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들 (2a-c) 을 포함하는 직렬 구조를 갖는 염료 감응형 태양 전지 모듈 (1) 로서,
    각각의 전지 유닛은:
    - 작업 (working) 전극 (3),
    - 광발생된 전자들을 상기 작업 전극으로부터 취출하기 위한 제 1 전도성 층 (4),
    - 제 2 전도성 층 (5) 을 포함하는 상대 (counter) 전극,
    - 상기 상대 전극으로부터 상기 작업 전극으로 전자들을 전달하기 위한 전해질, 및
    - 상기 상대 전극을 인접하는 전지 유닛의 작업 전극에 전기적으로 접속하기 위한 직렬 접속 부재 (6) 를 포함하고,
    상기 태양 전지 모듈은 다공성 절연 기판 (7) 을 포함하고, 상기 제 1 전도성 층은 상기 다공성 절연 기판의 일측에 형성된 다공성 전도성 층이고, 상기 제 2 전도성 층은 상기 다공성 절연 기판의 반대측에 형성된 다공성 전도성 층이고, 상기 직렬 접속 부재 (6) 는 상기 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하고 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 1 전도성 층 (4) 과 인접하는 전지 유닛의 상기 제 2 전도성 층 (5) 사이에 연장되어, 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 1 전도성 층을 상기 인접하는 전지 유닛의 상기 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속시키는 전도성 층인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 다공성 전도성 층 (4) 및 상기 제 2 다공성 전도성 층 (5) 은 티탄, 티탄 합금들, 니켈 합금들, 그라파이트, 및 비정질 탄소, 또는 그 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로부터 제조되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 직렬 접속 부재 (6) 의 전도성 층은 티탄, 티탄 합금들, 니켈 합금들, 그라파이트, 비정질 탄소, 또는 그 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전지 유닛의 상기 제 1 전도성 층 (4) 및 상기 제 2 전도성 층 (5) 은, 상기 직렬 접속 부재 (6) 의 전도성 층이 전지 유닛의 상기 제 1 전도성 층의 일 단부와 인접하는 전지 유닛의 상기 제 2 전도성 층의 반대 단부 사이에서 연장할 수 있도록 서로에 대해 종축으로 배치되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 전지 유닛은 상기 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하는 비다공성층 형태의 이온 배리어 (12) 에 의해 둘러싸여, 상기 전해질이 인접하는 전지 유닛으로 누출되는 것을 방지하는, 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이온 배리어 (12) 는 폴리머 재료로 제조되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 직렬 접속 부재 (6) 는 다공성 전도성 층이고 상기 이온 배리어 (12) 는 상기 직렬 접속 부재를 관통하는, 염료 감응형 태양 전지 모듈.
  8. 서로 인접하게 배열되고 직렬로 연결된 적어도 2개의 염료 감응형 태양 전지 유닛들을 포함하는 염료 감응형 태양 전지 모듈 (1) 의 제조 방법으로서,
    각각의 전지 유닛은 작업 전극 (3), 광발생된 전자들을 상기 작업 전극으로부터 취출하기 위한 제 1 전도성 층 (4), 제 2 전도성 층 (5) 을 포함하는 상대 전극, 상기 상대 전극으로부터 상기 작업 전극으로 전자들을 전달하기 위한 전해질, 및 상기 상대 전극을 인접하는 전지 유닛의 작업 전극에 전기적으로 접속하기 위한 직렬 접속 부재 (6) 를 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 전지 유닛들의 상기 제 1 전도성 층들을 다공성 전도성 층들의 형태로 다공성 절연 기판 (7) 의 일측에 도포하는 단계,
    상기 전지 유닛들의 상기 제 2 전도성 층들을 다공성 전도성 층들의 형태로 상기 다공성 절연 기판의 반대측에 도포하여, 각각의 전지 유닛의 상기 제 1 전도성 층 및 상기 제 2 전도성 층이 서로 대면하도록 하는 단계,
    상기 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하는 전도성 층들의 형태로 직렬 접속 부재들 (6) 을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방법은:
    - 상기 다공성 절연 기판 (7) 의 일측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 상기 제 1 다공성 전도성 층들 (4) 을 형성하는 단계, 및
    - 상기 다공성 절연 기판의 반대측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 상기 제 2 다공성 전도성 층들 (5) 을 형성하는 단계를 포함하는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 층 (4) 및 상기 제 2 전도성 층 (5) 은 티탄, 티탄 합금들, 니켈, 니켈 합금들, 그라파이트, 및 비정질 탄소, 또는 그 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로부터 제조되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 층 (4) 및 상기 제 2 전도성 층 (5) 은, 상기 제 1 전도성 층 및 상기 제 2 전도성 층이 서로에 대해 길이방향으로 배치되도록 프린팅되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은:
    - 상기 전지 유닛들의 상기 제 1 전도성 층들 (4) 을 도포하여, 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 1 전도성 층이 상기 직렬 접속 부재 (6) 에 전기적으로 접속되고, 인접하는 전지 유닛의 상기 제 1 전도성 층이 상기 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되도록 하는 단계, 및
    - 상기 전지 유닛들의 상기 제 2 전도성 층들 (5) 을 도포하여, 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 2 전도성 층이 상기 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되고, 상기 인접하는 전지 유닛의 상기 제 2 전도성 층이 상기 직렬 접속 부재에 전기적으로 접속되도록 하고, 이로써 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 1 전도성 층을 상기 인접하는 전지 유닛의 상기 제 2 전도성 층과 전기적으로 접속되도록 하여 상기 전지 유닛들을 직렬로 연결시키는 단계를 더 포함하는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 직렬 접속 부재들 (6) 은, 상기 다공성 절연 기판을 관통하는, 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 상기 다공성 절연 기판 (7) 상에 프린팅하여 형성되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 직렬 접속 부재들 (6) 은, 상기 다공성 절연 기판 (7) 의 선택된 부분들을 천공하고 상기 다공성 절연 기판의 천공된 부분들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 형성되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  15. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 직렬 접속 부재들 (6) 은, 티탄, 티탄 합금들, 니켈, 니켈 합금들, 그라파이트, 및 비정질 탄소, 또는 그 혼합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 입자들을 포함하는 잉크로 상기 다공성 절연 기판 (7) 상에 프린팅하여 형성되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  16. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은:
    - 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 상기 다공성 절연 기판 (7) 상에 프린팅하여 상기 직렬 접속 부재 (6) 를 형성하는 단계,
    - 다공성 절연 기판의 일측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 1 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 상기 제 1 다공성 전도성 층들 (4) 을 형성하여서, 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 1 영역이 상기 직렬 접속 부재와 전기적으로 접촉되고 상기 전지 유닛들 중 다른 전지 유닛의 상기 제 1 영역이 상기 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되도록 하는 단계, 및
    - 상기 다공성 절연 기판의 반대측의 적어도 2개의 인접하지만 분리된 제 2 영역들 상에 전도성 입자들을 포함하는 잉크로 프린팅하여 상기 제 2 다공성 전도성 층들 (5) 을 형성하여서, 상기 제 1 및 제 2 영역들이 서로에 대해 길이방향으로 배치되도록 하고, 그리고 상기 전지 유닛들 중 하나의 상기 제 2 영역이 상기 직렬 접속 부재로부터 전기적으로 분리되고 상기 전지 유닛들 중 상기 다른 전지 유닛의 제 2 영역이 상기 직렬 접속 부재와 전기적으로 접촉되도록 하는 단계를 포함하는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은 각각의 전지 유닛을 둘러싸는 비다공성층 형태의 이온 배리어를 제공하여 상기 전해질이 인접하는 전지 유닛으로 누출되는 것을 방지하는 단계를 포함하고, 그리고 상기 비다공성층은 상기 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이온 배리어는, 폴리머 재료가 상기 다공성 절연 기판 (7) 을 관통하도록 상기 폴리머 재료의 도포에 의해 제공되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는, 상기 폴리머 재료가 상기 직렬 접속 부재들 (6) 을 관통하도록 도포되는, 염료 감응형 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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