KR101880922B1 - 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 봉지재의 누출 부위가 발생되는 경우, 염료감응형 태양전지의 패널에 천공부를 형성하고 해당 천공부를 통해 봉지재 보수물질을 주입하여 봉지재 노출 현상을 효과적으로 보수할 수 있는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법은 봉지재를 매개로 합착된 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법에 있어서, 봉지재 누출 부위에 해당되는 상부 투명기판 또는 하부 투명기판에 천공부를 형성하는 단계; 및 상기 천공부에 봉지재 보수물질을 주입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 봉지재의 누출 부위가 발생되는 경우, 염료감응형 태양전지의 패널에 천공부를 형성하고 해당 천공부를 통해 봉지재 보수물질을 주입하여 봉지재 노출 현상을 효과적으로 보수할 수 있는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법에 관한 것이다.
1991년 스위스 로잔공대(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후, 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 원리를 응용한 소자로 엽록체에서 빛에너지를 흡수하는 기능의 색소를 고분자와 결합시켜 태양전지에 적용한 경우이다. 염료감응형 태양전지는 태양광 흡수용 염료고분자, n형 반도체 역할을 하는 반도체 산화물, p형 반도체 역할을 하는 전해질, 촉매용 상대전극, 태양광 투과용 투명전극을 기본으로 한다.
염료감응형 태양전지의 기본 구조는 도 1에 도시한 바와 같이 투명기판(110)(120)의 샌드위치 구조를 갖는다(한국공개특허공보 제2012-136578호). 전지 내부는 투명기판 위에 코팅된 투명전극(111)(121), 그 위에 접착되어 있는 나노입자로 구성된 다공질 TiO2(131), TiO2 입자의 표면에 단분자층으로 코팅된 염료고분자(132), 두 전극 사이의 공간을 채우고 있는 산화/환원용 전해질 용액(150), 그리고 전해질 환원용 상대전극(140)으로 구성되어 있다. 또한, 상부와 하부의 투명기판(110)(120)은 봉지재(150)에 의해 봉착되며, 봉지재(150)에 의해 내부 구조물들이 외부 환경으로부터 보호된다.
도 1과 같은 구조를 하나의 셀(cell)이라 할 수 있으며, 최근에는 복수의 셀을 직렬 연결한 대용량의 염료감응형 태양전지도 제시되고 있다. 직렬형 염료감응형 태양전지의 경우, 상대전극 이외에 셀 간 연결을 위한 그리드 전극이 요구된다. 이 경우, 봉지재는 그리드 전극 주위에도 구비되어 전해질과의 접촉을 차단한다.
한편, 봉지재는 이와 같이 내부 구조물들을 외부 환경으로부터 보호하거나 그리드 전극의 전해질과의 접촉을 차단하는 역할을 하는데, 공정 불량 등으로 인해 봉지재가 누출(leak)되는 부위가 발생될 수 있으며, 봉지재의 누출 부위가 발생되면 전해질로 인해 그리드 전극이 부식되는 등의 문제가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 봉지재의 누출 부위가 발생되는 경우, 염료감응형 태양전지의 패널에 천공부를 형성하고 해당 천공부를 통해 봉지재 보수물질을 주입하여 봉지재 노출 현상을 효과적으로 보수할 수 있는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법은 봉지재를 매개로 합착된 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법에 있어서, 봉지재 누출 부위에 해당되는 상부 투명기판 또는 하부 투명기판에 천공부를 형성하는 단계; 및 상기 천공부에 봉지재 보수물질을 주입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 봉지재 보수물질은 프릿이 포함된 무기물계 봉지재이거나 에폭시계 또는 UV계의 유기물계 봉지재일 수 있다. 또한, 상기 봉지재 보수물질은 상기 봉지재와 동일한 물질을 적용하거나 상이한 물질을 적용할 수 있다.
상기 봉지재는 그리드 전극의 둘레에 구비되어, 그리드 전극이 구비되는 공간을 외부와 격리시키는 형태로 구비된다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법은 다음과 같은 효과가 있다.
종래의 경우 봉지재 누출 현상이 발생되면 해당 태양전지를 폐기하였으나, 봉지재 누출 부위에 대해 보수가 가능함에 따라, 태양전지의 제조수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응형 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 염료감응형 태양전지의 일 예를 나타낸 사시도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법을 설명하기 위한 참고도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 염료감응형 태양전지의 일 예를 나타낸 사시도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법을 설명하기 위한 참고도.
염료감응형 태양전지는 크게 1) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 준비>, 2) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 합착>, 3) <염료 및 전해질 주입>의 공정을 거쳐 제조된다. 상기 1) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 준비> 공정에 봉지재 형성 과정이 포함되며, 따라서 봉지재가 형성된 상태에서 상기 3) <염료 및 전해질 주입> 공정이 진행된다.
한편, 염료감응형 태양전지의 전극 특히, 그리드 전극은 전해질과의 접촉시 부식되는 특성을 갖고 있다. 이에 따라, 봉지재의 누출 부위가 발생되어 그리드 전극이 전해질과 접촉하게 되면 그리드 전극이 부식되어 변색되며, 이를 통해 봉지재의 누출 부위 발생 여부를 판단할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 현상에 착안하여, 상기 3) <염료 및 전해질 주입> 공정이 완료된 상태에서, 먼저 봉지재 누출 여부를 판단하고, 해당 봉지재 누출 부위의 상부 투명기판에 천공부를 형성하고 천공부를 통해 봉지재 보수물질을 주입함으로써 봉지재 누출 부위를 효과적으로 보수할 수 있는 방법을 제시한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 봉지재 구조가 적용되는 염료감응형 태양전지는 그 구조가 제한되지 않는다. 즉, 봉지재가 적용되는 제반 염료감응형 태양전지에 본 발명에 따른 봉지재 구조가 적용될 수 있다. 설명의 편의상, 본 발명에 따른 봉지재 구조가 적용되는 염료감응형 태양전지의 일 예를 도시하면 도 2와 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지재 구조가 적용되는 염료감응형 태양전지는 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)을 구비하며, 상기 상부 투명기판과 하부 투명기판은 봉지재를 매개로 합착된다.
상기 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)은 복수의 단위 셀 영역(A)으로 구분되며, 각각의 단위 셀 영역에는 상대전극(221)과 광흡수층(211)이 독립적으로 구비된다. 구체적으로, 상기 하부 투명기판(220)의 각 단위 셀 영역에는 전해질을 환원시키는 역할을 하는 상대전극(221)이 구비되며, 상기 상부 투명기판(210)의 각 단위 셀 영역에는 광전변환의 역할을 하는 광흡수층(211)이 구비된다.
또한, 상기 상부 투명기판(210) 및 하부 투명기판(220) 상에는 그리드 전극(212)(222)이 구비된다. 상기 그리드 전극(212)(222)은 단위 셀을 전기적으로 연결시키는 역할을 하며, 상기 상부 투명기판(210) 및 하부 투명기판(220)의 각 단위 셀 영역 사이의 공간에 광흡수층(211) 또는 상대전극(221)과 이격되어 구비된다. 상기 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 사이의 공간에는 태양광 흡수에 의해 산화된 염료를 환원시키는 역할을 하는 전해질이 충전된다.
상기 봉지재(230)에 의해 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)이 봉착됨과 함께 기판 내부의 전해질 등이 외부 환경으로 보호되며, 상기 그리드 전극(212)(222) 또한 봉지재(230)에 의해 전해질과 격리된다. 이와 같은 봉지재(230)는 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)에 각각 대응되는 위치에 구비되며, 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)의 합착시 상부와 하부의 봉지재 역시 합착되어 일체형의 봉지재를 이루게 된다.
이와 같은 구조를 갖는 염료감응형 태양전지에 대한 봉지재 보수방법에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법은 크게 1) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 준비>, 2) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 합착>, 3) <염료 및 전해질 주입>, 4) <봉지재 누출 부위에 대한 봉지재 보수> 공정의 순서로 진행된다.
먼저, 상기 1) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 준비>에 대해 설명하면 다음과 같다. 투명도전막이 구비된 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 상에 TiO2 나노입자(광흡수층), 상대전극(221), 그리드 전극(212)(222) 및 봉지재(230)를 형성하는 과정이 상기 1) <상부 투명기판과 하부 투명기판의 준비> 과정에 포함된다.
구체적으로, 상부 투명기판(210)의 경우, 복수의 단위 셀 영역으로 구분되며, 각 단위 셀 영역에 광흡수층(211)이 형성된다(도 3a 참조). 또한, 광흡수층 사이의 공간에는 그리드 전극(212)이 형성된다. 하부 투명기판(220)의 경우, 상기 상부 투명기판(210)과 마찬가지로 복수의 단위 셀 영역으로 구분되며, 각 단위 셀 영역에 상대전극(221)을 형성된다. 또한, 상기 하부 투명기판(220) 상에 상기 상대전극(221)과 이격되도록 그리드 전극(222)을 형성된다(도 3b 참조).
이와 함께, 상기 상부 투명기판(210) 및 하부 투명기판(220) 상에는 봉지재(230)가 형성되며, 상기 봉지재(230)는 그리드 전극(212)(222)이 구비되는 공간의 둘레에 구비됨과 함께 상기 상부 및 하부 투명기판(210)(220)의 둘레를 따라 구비된다(도 3c 참조).
이와 같이, 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)에 TiO2 나노입자(광흡수층), 상대전극(221), 그리드 전극(212)(222) 및 봉지재(230)가 형성되면, 상기 2) < 상부 투명기판과 하부 투명기판의 합착 과정을 진행한다(도 3d 참조). 구체적으로, 상부 투명기판(210)의 봉지재(230)와 하부 투명기판(220)의 봉지재(230)가 일치되도록 두 기판을 합착한다. 이에 따라, 합착된 기판의 내부 공간과 기판의 외부 공간은 상기 봉지재(230)에 의해 공간적으로 격리되며, 상기 그리드 전극(212)(222) 역시 주변환경과 격리된 형태를 이루게 된다.
그런 다음, 3) <염료 및 전해질 주입의 과정>을 진행한다. 도면에 도시하지 않았지만 상부 투명기판 또는 하부 투명기판의 일측에 구비된 전해질 주입구를 통해 염료 및 전해질을 주입한다. 이 때, 전해질은 그리드 전극(212)(222)이 형성된 공간에는 주입되지 않는다.
이상의 공정을 통해 염료감응형 태양전지의 실질적인 제조공정은 완료되었다고 할 수 있다. 이와 같은 상태에서, 봉지재 누출 부위가 발생되었는지 여부를 판단한다. 봉지재 누출 여부는 전술한 바와 같이 전극과 전해질의 접촉에 따른 변색, 부식 등으로 확인할 수 있다.
봉지재 누출 부위가 확인되면, 상기 4) <봉지재 누출 부위에 대한 봉지재 보수> 과정을 진행한다. 구체적으로, 도 3e에 도시한 바와 같이, 봉지재 누출 부위(231)에 해당되는 상부 투명기판(210)을 천공한다. 즉, 봉지재 누출 부위(231)의 상부에 구비되는 상부 투명기판(210)의 해당 부위를 천공한다. 상기 상부 투명기판(210)의 천공부(211)에 의해 봉지재 누출 부위(231)가 노출된다. 상기 상부 투명기판(210)의 천공은 기계적 드릴링, 레이저 조사, 식각 등의 방법을 통해 진행할 수 있다. 이와 같은 상태에서, 상기 천공부를 통해 봉지재 보수물질을 주입한다. 상기 봉지재 보수물질은 최초 봉지재와 동일한 물질이거나 프릿이 포함된 무기물계 봉지재 또는 에폭시계, UV계 봉지재 등의 유기물계 봉지재를 이용할 수 있다.
상기 봉지재 보수물질의 주입을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법은 완료된다.
201 : 천공부
210 : 상부 투명기판 211 : 광흡수층
212 : 그리드 전극 220 : 하부 투명기판
221 : 상대전극 222 : 그리드 전극
230 : 봉지재 231 : 봉지재 누출부위
210 : 상부 투명기판 211 : 광흡수층
212 : 그리드 전극 220 : 하부 투명기판
221 : 상대전극 222 : 그리드 전극
230 : 봉지재 231 : 봉지재 누출부위
Claims (4)
- 봉지재를 매개로 합착된 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법에 있어서,
봉지재 누출 부위에 해당되는 상부 투명기판 또는 하부 투명기판에 천공부를 형성하여 봉지재 누출 부위를 노출시키는 단계; 및
상기 천공부에 봉지재 보수물질을 주입하는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 봉지재 보수물질은 프릿이 포함된 무기물계 봉지재인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 봉지재는 그리드 전극의 둘레에 구비되어, 그리드 전극이 구비되는 공간을 외부와 격리시키는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재 보수방법.
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