KR102608985B1 - 염료감응형 태양전지의 실링방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응형 태양전지의 실링방법에 관한 것으로서, 염료가 흡착된 제1전극부가 형성된 제1투명기판을 갖는 제1기판체와, 제1전극부와 대향되는 제2전극부가 형성된 제2투명기판을 갖는 제2기판체의 사이에 폐궤도를 형성하도록 실링용 유리섬유를 실링라인을 따라 배치시키는 단계와, 제1기판체와 제2기판체 중 유리섬유가 안착된 기판체 하부에 배치된 가열용 핫플레이트를 설정된 온도범위로 가열하는 단계와, 외부에서 레이저 광을 유리섬유에 흡수되게 조사하여 유리섬유의 융착에 의해 제1기판체와 제2기판체를 실링되게 접합하는 단계를 포함하고, 유리섬유는 유리잉곳을 인발하여 생성된 것을 적용하며 직경은 50 내지 130㎛이고, 레이저의 파워는 35 내지 50와트(watt)이며, 유리섬유의 궤도를 따라 레이저광 조사를 100 내지 300회 반복 수행한다.
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지의 실링방법에 관한 것으로서, 상세하게는 유리섬유를 적용하여 실링처리하는 염료감응형 태양전지의 실링방법에 관한 것이다.
태양 에너지를 이용한 태양전지는 재료의 종류에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지로 크게 분류된다. 현재 상용화되어 판매되고 있는 태양전지는 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 등이 있다. 이러한 실리콘 태양전지는 반도체 소재를 적용하여 광전변환원리를 이용한다.
한편, 광합성의 원리를 이용한 광전기화학적 변환 메커니즘을 이용하는 태양전지로서 염료 감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell: DSSC)가 있다. 염료 감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지보다 이론적 한계 변환효율이 오히려 높아 추가적인 효율 증진이 기대되고 제조단가를 1/5 수준으로 낮출 수 있으며 폭넓은 응용성으로 인하여 많은 발전이 기대되고 있다.
염료 감응형 태양전지에 태양광이 흡수되면 염료 분자에서 전자 천이가 발생되고 이 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 산화물 전극의 입자간 계면을 통하여 전도성 막으로 이동하고, 염료 분자에 생성된 홀은 양 기판 사이의 실링재에 의하여 실링된 전해질에 의하여 환원됨으로써 전류가 생성된다.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 제1 투명기판과, 제1 투명기판의 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극을 기본으로 하여 제1 전극에 해당하는 일측의 도전성 투명전극 위에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되고, 제1 투명기판과 대응되는 제2 투명기판의 표면에 제2 전극에 해당하는 타측 도전성 투명전극 위에 촉매 박막전극이 형성된다.
제1 투명기판과 제2 투명기판은 봉지재에 의해 접합하고, 전이금속 산화물 다공질 층과 촉매 박막전극 사이에 전해액을 주입하여 염료감응 태양전지의 공정을 완료한다.
이와 같이 염료감응 태양전지 모듈은 셀과 셀 단위의 직렬 연결 구조에서 봉지재를 이용하여 합착 봉지 공정을 수행하고, 제조과정은 국내 공개특허 제10-2014-0007281호 등 다양하게 개시되어 있다.
그런데, 염료감응 태양전지 모듈의 봉지재로 종래에 적용되는 UV 경화성 수지는 공정성이 우수하나 고온에서 전해질 성분 중 요오드와 반응성이 있어 고온 안정성이 낮은 단점이 있다. 또한 봉지재로 적용되는 무기물 접착제는 내화학성 및 열안정성 등 신뢰성이 우수하나 합착 봉지 상태에서 염료흡착 공정이 진행되어야 하는 등 공정성이 불리한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 상세하게는 유리섬유를 이용하여 실링처리를 안정적으로 수행하는 염료감응형 태양전지의 실링방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 실링방법은 가. 염료가 흡착된 제1전극부가 형성된 제1투명기판을 갖는 제1기판체와, 상기 제1전극부와 대향되는 제2전극부가 형성된 제2투명기판을 갖는 제2기판체의 사이에 폐궤도를 형성하도록 실링용 유리섬유를 실링라인을 따라 배치시키는 단계와; 나. 상기 제1기판체와 상기 제2기판체 중 상기 유리섬유가 안착된 기판체 하부에 배치된 가열용 핫플레이트를 설정된 온도범위로 가열하는 단계와; 다. 외부에서 레이저 광을 상기 유리섬유에 흡수되게 조사하여 상기 유리섬유의 융착에 의해 상기 제1기판체와 상기 제2기판체를 실링되게 접합하는 단계;를 포함하고, 상기 유리섬유는 유리잉곳을 인발하여 생성된 것을 적용하며 직경은 50 내지 130㎛이고, 상기 레이저의 파워는 35 내지 50와트(watt)이며, 상기 유리섬유의 궤도를 따라 상기 레이저 광 조사를 100 내지 300회 반복 수행한다.
또한, 상기 레이저광의 스폿사이즈는 0.5 내지 2mm인 것을 적용한다.
또한, 상기 레이저광 스폿의 진행속도는 40mm/sec 내지 70mm/sec를 적용한다.
또한, 상기 핫플레이트의 가열 유지온도는 400 내지 500도를 적용한다.
또한, 상기 유리섬유의 폐궤도는 사각패턴으로 형성되어 있고, 한변의 길이는 10mm 내지 30mm인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 실링방법에 의하면, 실링재로서 유리섬유를 적용하면서 레이저를 반복적으로 조사하여 안정적으로 실링처리를 수행할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 실링과정을 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 도 1의 염료감응형 태양전지의 개략적인 평면도이고,
도 3은 도 1에 적용된 유리섬유를 나타내 보인 절단 사시도이다.
도 2는 도 1의 염료감응형 태양전지의 개략적인 평면도이고,
도 3은 도 1에 적용된 유리섬유를 나타내 보인 절단 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 실링방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 실링과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 염료감응형 태양전지의 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 1에 적용된 유리섬유를 나타내 보인 절단 사시도이다.
먼저, 염료감응형 태양전지(100)는 염료가 흡착된 제1전극부(115)가 형성된 제1투명기판(111)을 갖는 제1기판체(110)와, 제1전극부(115)와 대향되는 제2전극부(125)가 형성된 제2투명기판(121)을 갖는 제2기판체(120)가 상호 대향되게 배치되며 실링재로 적용된 유리섬유(140)의 실링과정을 통해 폐쇄된 셀공간(102)을 갖는 통상의 구조로 되어 있다.
여기서, 제1투명기판(111)은 투명 유리기판(112)에 FTO(Fluorine doped Tin Oxide) 박막(113)이 형성된 구조로 된 것이 적용되어 있다.
또한, 제2투명기판(121)도 투명 유리기판(122)에 FTO(Fluorine doped Tin Oxide) 박막(123)이 형성된 구조로 된 것이 적용되어 있다.
제1전극부(115)는 다공성을 갖는 금속산화물 예를 들면 이산화 티탄(TiO2)의 금속 산화물 입자 표면에 외부 광을 흡수하여 전자를 생성하는 염료가 흡착된 구조로 형성되어 있다. 염료는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다.
제2전극부(125)는 제1전극부(115)와 대향되게 배치되어 산화-환원 쌍(Redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 촉매전극으로서 기능하는 것으로 백금(Pt), 루테늄, 팔라듐. 이리듐, 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 탄소(C), WO3, TiO2 등으로 이루질 수 있다.
도시되지는 않았지만 제1투명기판(112)의 FTO 박막(113) 및/또는 제2투명기판(121)의 FTO 박막(123)에는 전극 단자(미도시)가 형성된다.
이러한 염료감응형 태양전지(100)의 제조 과정에서 본 발명에 따른 실링방법은 먼저, 제1기판체(110)와, 제2기판체(120)의 사이의 FTO 박막(113)(123)에 폐궤도를 형성하도록 실링용 유리섬유(140)를 실링라인을 따라 배치시킨다.
여기서 실링용 유리섬유(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 유리 잉곳을 인발 과정을 통해 단면이 원형인 섬유 형태로 형성된 것으로 직경이 50 내지 130㎛인 것을 적용한다.
또한, 제1기판체(110)와, 제2기판체(120)에 실링용 유리섬유(140)를 실링라인을 따라 배치시키는 과정은 먼저 제1기판체(110)와 제2기판체(120) 중 어느 하나를 FTO박막이 상부로 노출되게 배치시키고, 그 위에 실링용 유리섬유(140)를 안착시킨 다음 나머지 하나의 기판체를 실링용 유리섬유(140) 위에 안착시키는 방식을 적용할 수 있다.
도시된 예에서는 제1기판체(110) 위에 유리섬유(140)가 안착되어 있다.
또한, 유리섬유(140)의 폐궤도는 사각패턴으로 형성되어 있고, 한변의 길이는 10mm 내지 30mm가 되게 배치한다.
다음은 제1기판체(110)와 제2기판체(120) 중 유리섬유(140)가 안착된 제1기판체(110) 하부에 배치된 가열용 핫플레이트(150)를 설정된 온도범위로 가열한다.
여기서, 핫플레이트(150)의 가열 유지온도는 400 내지 500도를 적용한다.
이후, 레이저 광을 출사하는 레이저 광원(200)을 이용하여 외부에서 레이저 광을 유리섬유(140)에 흡수되게 조사하여 유리섬유(140)의 융착에 의해 제1기판체(110)와 제2기판체(120)를 실링되게 접합한다.
여기서, 레이저 광원(200)에서 출사되는 레이저광은 유리섬유(140)가 받는 에너지량이 2 주울(J) 이상이 되도록 파워, 스팟 스피드 및 반복횟수를 결정한다.
바람직하게는 레이저 광원(200)에서 출사되는 레이저의 파워는 35 내지 50와트(watt)로 적용하고, 유리섬유(140)의 궤도를 따라 레이저를 100 내지 300회 반복 수행한다. 레이저 광원(200)에서 출사되는 레이저의 파워가 35와트 미만이면 유리섬유(140)의 융착이 원활하게 이루어지지 않거나 레이저의 반복 조사 횟수가 너무 많아지며, 50와트를 초과하게 되면 유리섬유(140)의 용융속도가 빨라 원하는 점도상태를 유지하기 어려워 품질이 안정적인 융착결과를 얻기 어렵다.
또한, 레이저 광원(200)에서 출사되는 레이저 광의 스폿사이즈는 0.5 내지 2mm인 것을 적용한다. 레이저 광의 스폿사이즈가 0.5mm 보다 작으면 유리섬유(140) 에 대한 포커싱 에러가 발생할 수 있고, 2mm를 초과하면 유리섬유 주변 요소를 손상시킬 수 있다.
또한, 레이저광 스폿의 진행속도는 40mm/sec 내지 70mm/sec를 적용한다. 레이저광 스폿의 진행속도는 40mm/sec 미만이며 실링 속도가 너무 느려지며 에너지 흡수율이 높아 점도가 낮은 상태로 융착이 진행될 수 있어 원하는 실링 품질을 얻기 어렵고, 스폿의 진행속도가 40mm/sec를 초과하면 실링에 필요한 에너지 공급율이 낮아 반복 수행횟수가 더 많이 요구되거나 융착에 의한 실링이 이루어지지 않을 수 있다.
이러한 실링과정은 유리섬유(140)를 적용함으로써 유리페이스트(프릿)를 적용할 경우 발생될 수 있는 균열현상을 원천적으로 방지할 수 있고, 실링과정에서 최소한의 열이 인가됨으로써 열에 의한 소자의 손상을 최소화할 수 있다. 또한 유리페이스트 적용방식에 비해 유해물질인 납(Pb)이 적용되지 않음으로써 친환경적이며, 적외선 흡수율 향상을 위한 도핀이 불필요한 장점을 제공한다.
이러한 실링 과정을 거친 이후에는 전해질을 제1기판체(110)와 제2기판체(120) 사이의 셀공간(102)에 주입하는 과정을 거치면 염료감응형 태양전지의 제작이 완료된다.
이상에서 설명된 염료감응형 태양전지의 실링방법에 의하면, 실링재로서 유리섬유를 적용하면서 레이저를 반복적으로 조사하여 안정적으로 실링처리를 수행할 수 있는 장점을 제공한다.
110: 제1기판체 111: 제1투명기판
115: 제1전극부 120: 제2기판체
121: 제2투명기판 125: 제2투명기판
140: 유리섬유
115: 제1전극부 120: 제2기판체
121: 제2투명기판 125: 제2투명기판
140: 유리섬유
Claims (5)
- 가. 염료가 흡착된 제1전극부가 형성된 제1투명기판을 갖는 제1기판체와, 상기 제1전극부와 대향되는 제2전극부가 형성된 제2투명기판을 갖는 제2기판체의 사이에 폐궤도를 형성하도록 실링용 유리섬유를 실링라인을 따라 배치시키는 단계와;
나. 상기 제1기판체와 상기 제2기판체 중 상기 유리섬유가 안착된 기판체 하부에 배치된 가열용 핫플레이트를 설정된 온도범위로 가열하는 단계와;
다. 외부에서 레이저 광을 상기 유리섬유에 흡수되게 조사하여 상기 유리섬유의 융착에 의해 상기 제1기판체와 상기 제2기판체를 실링되게 접합하는 단계;를 포함하고,
상기 유리섬유는 유리잉곳을 인발하여 생성된 것을 적용하며 직경은 50 내지 130㎛이고,
상기 레이저의 파워는 35 내지 50와트(watt)이며, 상기 유리섬유의 궤도를 따라 상기 레이저광 조사를 100 내지 300회 반복 수행하고,
상기 레이저광의 스폿사이즈는 0.5 내지 2mm이며,
상기 레이저광 스폿의 진행속도는 40mm/sec 내지 70mm/sec이고,
상기 핫플레이트의 가열 유지온도는 400 내지 500도 이며,
상기 유리섬유의 폐궤도는 사각패턴으로 형성되어 있고, 한변의 길이는 10mm 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 실링방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220084163A KR102608985B1 (ko) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 염료감응형 태양전지의 실링방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220084163A KR102608985B1 (ko) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 염료감응형 태양전지의 실링방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR102608985B1 true KR102608985B1 (ko) | 2023-12-01 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220084163A KR102608985B1 (ko) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | 염료감응형 태양전지의 실링방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100013899A (ko) * | 2008-08-01 | 2010-02-10 | 주식회사 이건창호 | 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된염료감응형 태양전지 |
| KR20110043225A (ko) * | 2009-10-21 | 2011-04-27 | 부산대학교 산학협력단 | 염료감응형 태양전지의 실링 시스템 및 방법 |
| KR20140007281A (ko) * | 2012-07-06 | 2014-01-17 | 주식회사 동진쎄미켐 | 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 |
| KR102247086B1 (ko) * | 2020-11-26 | 2021-04-30 | 한국광기술원 | 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조 및 방법, 파이버형 실링제의 제조 장치 |
-
2022
- 2022-07-08 KR KR1020220084163A patent/KR102608985B1/ko active IP Right Grant
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