KR20070072986A - 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 단위 셀들이 직렬 연결된 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈은, 제1 전극, 광흡수층 및 제2 전극을 구비하는 단위 셀을 복수로 포함하고, 이웃하는 단위 셀들은 전도성 부재 및 전도성 접착층에 의해 연결된다.
태양 전지, 모듈, 접착층, 직렬
Description
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 태양 전지 모듈에서 전압에 따른 전류를 각기 측정하여 도시한 그래프이다.
본 발명은 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 단위 셀들이 직렬 연결된 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원이 무한할 뿐만 아니라 수명이 긴 장점이 있다. 이러한 태양 전지로는 실리콘 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 등이 있다.
태양 전지의 실용화를 위해서는 광전변환 효율의 향상과 함께 태양 전지의 대면적화가 가능하여야 한다. 지속적인 연구에 의해 활성화 면적이 1cm2 이하인 소형 태양 전지에서 높은 광전변환 효율을 구현한 예가 계속 보고되고 있지만, 대면적화된 태양 전지에서는 소형 태양 전지에서와 같은 높은 광전변환 효율을 기대할 수 없는 실정이다. 이는 태양 전지가 대면적화될수록 전자의 이동 거리가 길어지고, 태양 전지에 사용되는 전극은 외부광의 투과를 위해 높은 저항을 가지는 투명 전극으로 이루어지기 때문이다. 즉, 대면적화된 태양 전지에서는 외부광에 의해 형성된 전자들이 높은 저항의 투명 전극을 통해 멀리 이동하여야 하므로 광전변환 효율이 좋지 않다.
이에 대면적화된 태양 전지에서 광전변환 효율을 향상하는 방법으로 하나의 태양 전지로 작용하는 단위 셀을 복수로 연결하여 태양 전지 모듈로 제작하는 방법이 제시되었다. 이 때, 각 단위 셀들은 전극들 및 광흡수층을 구비하게 되는데 단위 셀들의 전극들 사이에 도전 물질을 위치시켜 단위 셀들을 연결하는 것이 일반적이다. 그런데, 지금까지 제시된 방법은 접촉 특성의 문제로 인해 전기적으로 불균일하여 원하는 광전변환 효율을 나타낼 수 없으며, 물리적으로 불균일하여 태양 전지 모듈의 불량률이 증가되는 문제가 있었다.
일례로, 두 가지 크기의 도전체 입자를 이용하는 방법은 입자의 크기가 불균일하여 단위 셀들을 전기적으로 불균일하게 연결할 수 있으며 국부적인 부분에 큰 압력이 가해져 연결되는 전극들이 손상될 수 있다. 그리고, 원형 단면의 도선만을 이용하는 경우는 위치에 따라 접촉 저항이 크게 변화하여 단위 셀들을 전기적으로 불균일하게 연결하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 단위 셀들을 전기적 및 물리적으로 균일하게 연결할 수 있는 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈은, 제1 전극, 광흡수층 및 제2 전극을 구비하는 단위 셀을 복수로 포함하고, 이웃하는 단위 셀들은 전도성 부재 및 전도성 접착층에 의해 연결된다.
상기 이웃하는 단위 셀들 중 하나의 단위 셀의 제1 전극과 다른 단위 셀의 제2 전극이 상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층에 의해 연결될 수 있다.
상기 이웃하는 단위 셀들 중 하나의 단위 셀의 제1 전극과 다른 단위 셀의 제2 전극 사이에 상기 전도성 접착층, 상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층이 차례로 위치할 수 있다.
상기 전도성 접착층은, 접착성 물질 및 상기 접착성 물질 내에 분산되는 전도성 입자들을 포함할 수 있다.
상기 접착성 물질은 폴리 에틸렌 계열, 폴리 프로필렌 계열, 폴리 우레탄 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.
상기 전도성 입자들은 고분자 입자들의 표면에 금속막이 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 고분자 입자들은 폴리 스틸렌 계열, 에폭시 계열, 실리콘 계열 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하고, 상기 금속막은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 전도성 입자들이 금속으로 이루어질 수 있다. 이 때, 전도성 입자들은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 접착층은 이방성 전도 필름일 수 있다.
상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층의 측면을 덮으면서 형성되는 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 보호막은 고분자 물질을 포함할 수 있다.
상기 전도성 부재는 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석, 흑연 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 부재의 단면이 실질적으로 사각형일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지를 제조하는 방법에서는, 이웃하는 단위 셀들을 전도성 부재 및 전도성 접착층에 의해 연결한다. 상기 이웃하는 단위 셀들 중 하나의 단위 셀의 제1 전극과 다른 단위 셀의 제2 전극 사이에 상기 전도성 접착층, 상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층을 차례로 위치시켜 이들을 연결할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 태양 전지 모듈은 복수의 단위 셀(110, 120)을 구비한다. 도면에서는 복수의 단위 셀(110, 120)로 제1 단위셀(110)과 제2 단위셀(120)을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 둘 이상의 단위 셀이 형성된 태양 전지 모듈에 적용될 수 있다.
이하에서는 이러한 태양 전지 모듈을 좀더 상세하게 설명하는데, 먼저 각 단위셀들(110, 120)을 설명한 다음 단위셀들(110, 120)의 연결 구조를 상세하게 설명한다.
본 실시 형태에서는 제1 전극(11, 11'), 염료(15)가 흡착된 다공성막(13)이 제1 기판(10)에 형성되고 제2 전극(21, 21')이 제2 기판(20)에 형성되며, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 접착제(41)에 의해 서로 접합된다. 제1 전극(11, 11')과 제2 전극(21, 21')은 사이에는 전해질(30)이 위치한다. 여기서, 염료(15)가 흡착된 다공성막(13)은 외부광에 의해 전자를 생성하여 이 전자를 제1 전극(11, 11')으로 이동시키는 역할을 한다. 이러한 염료(15) 및 다공성막(13)을 함께 광흡수층(100)이라 칭할 수 있다.
이 때, 제1 전극(11, 11'), 염료(15)가 흡착된 다공성막(13), 제2 전극(21, 21') 및 전해질(30)은 하나의 태양 전지로 기능할 수 있는 각 단위 셀들(110, 120) 에 개별적으로 형성된다.
본 실시 형태에서 제1 전극(11, 11')을 지지하는 지지체 역할을 하는 제1 기판(10)은 외부광의 입사가 가능하도록 투명하게 형성된다. 이에 제1 기판(10)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱의 구체적인 예로는 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(poly ethylene terephthalate, PET), 폴리 에틸렌 나프탈레이트(poly ethylene naphthalate, PEN), 폴리 카보네이트(poly carbonate, PC), 폴리 프로필렌(poly propylene, PP), 폴리 이미드(poly imide, PI), 트리 아세틸 셀룰로오스(tri acetyl cellulose, TAC) 등을 들 수 있다.
제1 기판(10)에 형성되는 제1 전극(11, 11')은 인듐 틴 산화물(indium tin oxide, ITO), 프루오르 틴 산화물(fluorine tin oxide, FTO), 안티몬 틴 산화물(antimony tin oxide, ATO), 징크 산화물(zinc oxide), 틴 산화물(tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(11, 11')은 상기 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다.
이러한 제1 전극(11, 11')은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법, 스프레이 열분해 증착법 등에 의해 형성될 수 있다.
다공성막(13)은 금속 산화물 입자(131)를 포함하는데, 이러한 금속 산화물 입자(131)는 티타늄 산화물(titanium oxide), 징크 산화물, 틴 산화물, 스트론튬 산화물(strontium oxide), 인듐 산화물(indium oxide), 이리듐 산화물(iridium oxide), 란탄 산화물(lanthan oxide), 바나듐 산화물(vanadium oxide), 몰리브덴 산화물(molybdenum oxide), 텅스텐 산화물(tungsten oxide), 니오브 산화물(niobium oxide), 마그네슘 산화물(magnesium oxide), 알루미늄 산화물(aluminium oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 스칸듐 산화물(scandium oxide), 사마륨 산화물(samarium oxide), 갈륨 산화물(galluim oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(strontium titanium oxide)등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 금속 산화물 입자(131)는 티타늄 산화물인 TiO2, 틴 산화물인 SnO2, 텅스텐 산화물인 WO3, 징크 산화물인 ZnO, 또는 이들의 복합체 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 다공성막(13)에는 특성 향상을 위해 도전성 미립자(도시하지 않음) 및 광산란자(도시하지 않음) 등이 더 첨가될 수 있다.
다공성막(13)에 첨가되는 도전성 미립자는 전자의 이동성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 일례로 인듐 틴 산화물 등을 들 수 있다. 다공성막(13)에 첨가되는 광산란자는 태양 전지 내에서 이동하는 광의 경로를 연장시켜 광전변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 광산란자는 다공성막(13)을 이루는 물질로 이루어질 수 있으며, 광산란 효과를 고려하여 100nm 이상의 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 다공성막(13), 좀더 정확하게는 다공성막(13)의 금속 산화물 입자(131) 표면에 외부광을 흡수하여 전자를 생성하는 염료(15)가 흡착된다. 염료(15)는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다. 여기서, 루테늄은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있다. 또한, 유기 염료가 사용될 수 있는데, 이러한 유기 염료로는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 키산틴(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리 페닐 메탄(tri phenyl methan) 등이 있다.
염료를 용해시킨 알콜 용액에 다공성막(13) 및 제1 전극(11, 11')이 형성된 제1 기판(10)을 소정 시간 동안 침지시켜, 염료(15)를 다공성막(13)에 흡착시킨다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 방법으로 염료(15)를 흡착시킬 수 있다.
그리고, 제1 전극(11, 11') 위에 외부 회로(도시하지 않음)에 연결되는 제1 인출 전극(도시하지 않음)이 접착제(41) 외측으로 형성된다. 여기서, 제1 인출 전극은 외부 회로에 연결되는 역할 뿐만 아니라 전자를 집전하는 역할도 함께 수행하게 된다.
한편, 제1 기판(10)에 대향 배치되는 제2 기판(20)은 제2 전극(21, 21')을 지지하는 지지체 역할을 하는 것으로, 투명하게 형성될 수 있다. 이에 제2 기판(20)은 제1 기판(10)과 같이 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱의 구체적인 예로 폴리 에틸렌 테레프탈레이트, 폴리 에틸렌 나프탈레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 프로필렌, 폴리 이미드, 트리 아세틸 셀룰로오스 등을 들 수 있다.
제2 기판(20)에 형성되는 제2 전극(21, 21')은 제1 전극(11, 11')과 대향 배치되며, 투명 전극(21a, 21a')과 촉매 전극(21b, 21b')을 포함할 수 있다. 투명 전 극(21a, 21a')은 인듐 틴 산화물, 프루오르 틴 산화물, 안티몬 틴 산화물, 징크 산화물, 틴 산화물, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 이 때 투명 전극(21a, 21a')은 상기 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다. 촉매 전극(21b, 21b')은 산화-환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 백금, 루테늄, 팔라듐. 이리듐, 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 탄소(C), WO3, TiO2 등으로 이루질 수 있다.
투명 전극(21a, 21a')은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법, 스프레이 열분해 증착법 등에 의해 형성될 수 있다.
촉매 전극(21b, 21b')은 물리 기상 증착법(전해 도금법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법 등) 또는 습식 코팅법(스핀 코팅법, 침지 코팅법, 플로우 코팅법 등)등에 의해 형성될 수 있다. 촉매 전극(21b, 21b')이 백금으로 이루어지는 경우를 예로 설명하면, 투명 전극(21a, 21a') 위에 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA) 등의 유기 용제에 H2PtCl6이 용해된 용액을 습식 코팅법으로 도포한 후 공기 또는 산소 분위기에서 400℃에서 열처리하는 방법이 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
그리고, 제2 전극(21, 21') 위에 외부 회로(도시하지 않음)에 연결되는 제2 인출 전극(도시하지 않음)이 접착제(41) 외측으로 형성된다. 제2 인출 전극은 제1 인출 전극이 형성되지 않은 가장자리에 대응하여 형성될 수 있으나, 본 발명이 이 에 한정되는 것은 아니다.
제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 접착제(41)에 의해 접합된다. 접착제(41)로는 열가소성 고분자 필름(일례로, 상품명 surlyn), 에폭시 수지, 자외선 경화제 등을 사용할 수 있다. 접착제(41)로 열가소성 고분자 필름을 사용하는 경우에는, 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이에 열가소성 고분자 필름을 위치시킨 후 가열 압착하여 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 접합할 수 있다.
전해질(30)은 제2 기판(20)과 제2 전극(21, 21')을 관통하는 홀(25a)을 통해 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이의 내부 공간으로 주입되어 제1 전극(11, 11')과 제2 전극(21, 21') 사이에 함침된다. 이러한 전해질(30)은 다공성막(13)의 내부로 균일하게 분산된다. 전해질(30)은 산화 환원에 의해 제2 전극(21, 21')으로부터 전자를 받아 염료(15)에 전달하는 역할을 수행한다. 그리고, 홀(25a)은 접착제(42) 및 커버 글라스(43)에 의해 밀봉된다. 본 실시 형태에서는 전해질(30)이 액상으로 이루어진 것을 설명하였으나, 본 발명에는 고상의 전해질이 적용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이러한 태양 전지의 각 단위셀(110, 120)에서는 태양 전지의 내부로 태양광 등의 외부광이 입사되면, 광양자가 염료(15)에 흡수되어 염료가 기저 상태에서 여기 상태로 전이되어 전자를 생성한다. 생성된 전자는 다공성막(13)의 금속 산화물 입자(131)의 전도대로 주입된 후 제1 전극(11, 11')을 거쳐 외부 회로(도시하지 않음)로 흐른 다음 제2 전극(21, 21')으로 이동한다. 한편, 전해질(30) 내의 요오드화물이 삼요오드화물로 산화함에 따라 산화된 염료(15)가 환원되고, 삼요오드화물 은 제2 전극(21, 21')에 도달된 전자와 환원 반응을 하여 요오드화물로 환원된다. 이러한 전자의 이동에 의해 태양 전지 모듈이 작동하게 된다.
이하, 제1 단위 셀(110) 및 제2 단위 셀(120)의 연결 구조를 살펴보면 다음과 같다.
상기한 바와 같이 각 단위 셀(110, 120) 및 제2 단위 셀(120)에 제1 전극(11, 11')이 서로 개별적으로 형성되므로, 제1 단위 셀(110, 120)의 제1 전극들(11, 11')은 제1 기판(10) 위에서 서로 이격되어 형성된다. 마찬가지로, 제1 단위 셀(110) 및 제2 단위 셀(120)에 대응하는 제2 전극들(21, 21')은 제2 기판(20) 위에서 서로 이격되어 형성된다.
이 때, 제1 단위셀(110)의 제1 전극(11)이 제2 단위셀(120)의 제2 전극(21')에 전기적으로 연결되어 제1 단위 셀(110)과 제2 단위 셀(120)이 직렬로 연결된다. 이 때, 제1 단위셀(110)의 제1 전극(11)과 제1 단위셀(120)의 제2 전극(21')이 전도성 부재(17)과 전도성 접착층(16)에 의해 전기적으로 연결되고 물리적으로 고정된다. 조더 구체적으로는 제1 단위셀(110)의 제1 전극(11)과 제2 단위셀(120)의 제2 전극(21') 사이에 제1 전도성 접착층(16a), 전도성 부재(17) 및 제2 전도성 접착층(16b)이 차례로 위치한다.
여기서, 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)은 접착 물질과 이 접착 물질 내에 분산된 전도성 입자들을 포함한다. 이 때, 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b) 내의 접착 물질이 각기 전도성 부재(17)과 제1 전극(11) 및 전도성 부재(17)과 제2 전극(21')을 물리적으로 고정하고, 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b) 내 의 전도성 입자들이 각기 전도성 부재(17)과 제1 전극(11) 및 전도성 부재(17)과 제2 전극(21')을 전기적으로 연결한다.
여기서, 상기 접착 물질은 폴리 에틸렌 계열, 폴리 프로필렌 계열, 폴리 우레탄 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열, 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 입자로 고분자 입자의 표면에 금속막이 코팅된 것을 사용하면, 고분자 입자에 의해 외부 충격에 유연히 견딜 수 있게 된다. 여기서, 고분자 입자는 폴리 스틸렌 계열, 에폭시 계열, 실리콘 계열, 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있고, 금속막은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 주석, 철 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 전도성 입자들은 실질적으로 균일한 입경을 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전도성 입자가 금속만으로 이루어지는 것도 가능하며, 이 때 전도성 입자는 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)은 이방성 전도 필름(anisortopic conductive film)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 전도성 부재(17)는 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석, 흑연 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금 등으로 이루어져 우수한 전기 전도성을 가질 수 있으며, 일례로 도선으로 이루어질 수 있다. 전도성 부재(17)은 다양한 형상을 가지는 것이 가능하지만 두께가 균일하여 단면이 사각형인 것이 접촉 특성의 측면에서 바람직하다.
전도성 부재(17), 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)의 측면을 덮으면서 보호막(18)이 형성될 수 있다. 보호막(18)은 전도성 부재(17)이 전해질(30)이 직접 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호막(18)은 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 전도성 부재(17)의 두께가 균일하여, 서로 연결되는 제1 단위셀(110)의 제1 전극(11) 및 이 제2 단위셀(120)의 제2 전극(21')과의 접촉 저항이 전체적으로 균일하며 특정 영역에서 상기 제1 전극(11) 또는 제2 전극(21') 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 이웃한 단위셀들(110, 120)을 전기적으로 균일하게 연결함으로써 태양 전지 모듈이 우수한 광전변환 효율을 가지도록 할 수 있고, 물리적으로 균일하게 연결함으로써 태양 전지 모듈의 불량을 방지할 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)의 도전성 입자들은 내부가 고분자 입자로 이루어지므로, 태양 전지 모듈이 압력을 받아 눌리는 경우에도 복원력에 의해 상기 제1 전극(11)과 또는 제2 전극(21')과의 전기적 접속이 유지될 수 있도록 한다. 또한, 태양 전지 모듈이 과도한 압력을 받는 경우 도전성 입자가 깨짐으로써 복원력이 줄어들어 국부적인 부분에 과도한 압력이 가해지는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 전도성 부재(17)을 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b) 사이에 삽입하여 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)만 위치하는 경우보다 전도성을 향상시킬 수 있으며, 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)이 적절한 두께를 가질 수 있게 한다. 이에 따라, 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)이 너무 두꺼운 경우 이들의 특성 변화에 의해 태양 전지 모듈의 성능을 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
본 실시 형태에서는 전도성 부재(17)에 제1 및 제2 전도성 접착층(16a, 16b)를 부착한 다음 이를 이웃한 단위 셀(110, 120)의 제1 전극(11)과 제2 전극(21') 사이에 고정하는 방법, 또는 제1 전극(11) 또는 제2 전극(21')에 제1 전도성 접착층(16a)과 전도성 부재(17)을 부착한 다음 제2 전도성 접착층(16b)을 부착하는 방법을 사용하여 이웃한 단위 셀(110, 120)을 직렬로 연결할 수 있다. 이와 같이 이웃한 단위 셀(110, 120)을 단순한 공정으로 연결할 수 있다. 이러한 공정은 180℃ 이하의 온도에서도 가능한 공정이므로 플라스틱 기판이나 필름 위에도 형성이 가능하여 플렉서블한 태양 전지 모듈에 적용될 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 따른 태양 전지의 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예
가로 7cm, 세로 7cm인 유리로 이루어지는 제1 기판에 인듐 틴 산화물로 이루어지는 제1 전극들 각 단위 셀에 대응하도록 형성하였다. 이를 위해, 인듐 틴 산화물로 이루어진 막을 제1 기판의 전면에 형성한 다음 유리칼을 사용하여 일부를 손상시켜 서로 분리시켰다.
제1 전극의 중앙부 상부에 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프를 마스킹하였 다. 어플리케이터를 사용하여 제1 전극에 TiO2를 포함하는 페이스트를 도포하고 80℃에서 1시간 동안 건조한 다음 450℃에서 30분간 소성하여 10㎛ 두께의 다공성막을 형성하였다. 이어서, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프를 제거하였다. 이에 따라 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프가 있던 부분에는 다공성막이 형성되지 않고 이 부분의 양쪽으로 가로 27mm, 세로 60mm인 다공성막이 두 개 형성되었다. 이에 따라 다공성막은 각 단위 셀에 대응하는 제1 전극 위에 형성되었다.
16㎛ 두께의 알루미늄 금속판에 HITACHI CHEMICAL사의 이방성 전도 필름을 부착한 다음 가로 1mm, 세로 70mm로 자른 것을 제1 전극 상에 위치시키고 180℃에서 3MPa의 압력으로 15초간 압착하여 접합시킴으로써, 제1 전도성 접착층 및 전도성 부재를 형성하였다.
이러한 제1 기판을 루테늄 복합체 염료와 에탄올의 혼합 용액에 하루 동안 침지시켜, 다공성막에 염료를 흡착시켰다.
상기 전도성 부재 위에 HITACHI CHEMICAL사의 이방성 전도 필름을 부착한 후 80℃에서 접합하여, 제2 전도성 접착층을 형성하였다. 디스펜서를 이용하여 전도성 부재와 제1 및 제2 전도성 접착층을 감싸도록 에폭시 계열 열경화성 봉지제를 도포하여 보호막을 형성하였다.
한편, 가로 7cm, 세로 7cm인 유리로 이루어지는 제2 기판에 인듐 틴 산화물로 이루어지는 투명 전극과 백금으로 이루어지는 촉매 전극을 형성하여, 제2 전극을 형성하였다. 1m 직경의 드릴을 이용하여 제2 기판과 제2 전극을 관통하는 홀을 형성하였다.
제1 전극 및 다공성막이 제2 전극에 대향하도록 제1 기판과 제2 기판을 배치시킨 후, 제1 기판과 제2 기판 사이에 직경 30㎛의 스페이서가 혼합된 에폭시계 열경화성 봉지제를 위치시킨다. 80℃에서 10초간 압착하여 제2 전도성 접착층을 제2 전극에 접합시켰다. 그리고, 80℃에서 30분간 경화하여 에폭시계 경화성 봉지제를 경화시켜 제1 기판과 제2 기판을 접합시켰다.
상기 홀을 통하여 전해질을 주입시키고 열가소성 고분자 필름 및 커버 글라스를 이용하여 홀을 막았다. 그리고, 제1 전극 및 제2 전극에 폭 3mm 의 전도성 테이프를 부착하여 제1 인출 전극 및 제2 인출 전극을 형성하여 태양 전지 모듈을 제조하였다.
비교예
유리칼로 인듐 틴 산화물막을 분리하는 공정을 생략하고 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프의 마스킹을 수행하지 않아 가로 60mm, 세로 60mm인 하나의 다공성막을 형성하여 하나의 단위 셀로 이루어지는 태양 전지 모듈을 제조하였다. 하나의 단위 셀로 이루어지므로 제1 및 제2 전도성 접착층 및 전도성 부재를 형성하는 공정을 생략하였으며, 전해액 주입을 위한 홀도 하나만 형성하였다. 상기한 것들을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 태양 전지 모듈을 제조하였다.
실시예 및 비교예의 태양 전지 모듈에서의 전압에 따른 전류를 측정하여 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 개방 전압 값이 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 개방 전압 값의 1.8 배이며 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 충밀도 또한 비교예에 따른 태양 전지 모듈의 충밀도보다 우수한 것을 알 수 있다. 이에 따라 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 효율은 비교예의 효율에 2.6 배에 달하는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양 전지 모듈에서는 복수의 단위 셀들이 전기적으로 균일하게 연결되었기 때문에 향상된 광전변환 효율을 가질 수 있음을 알 수 있다.
상기에서는 태양 전지 모듈의 일례로 광흡수층이 염료 및 다공성막인 염료 감응 태양 전지 모듈을 도시 및 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 다른 종류의 태양 전지 모듈에 적용이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 태양 전지 모듈에 의하면, 전기적으로 균일하게 단위 셀들을 연결할 수 있어 광전변환 효율을 향상시킬 수 있으며, 물리적으로 균일하게 단위 셀들을 연결할 수 있어 단위 셀들의 연결 부분에서 발생될 수 있는 전극의 손상 등을 방지함으로써 태양 전지 모듈의 불량을 방지할 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 전도성 접착층 사이에 전도성 부재를 위치시켜 전도성을 향상시키면서 제1 및 제2 전도성 접착층이 적절한 두께를 가지게 되어, 태양 전지 모듈의 신뢰성을 향상할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 제조 방법에서는 전도성 부재 및 전도성 접착층을 이용하여 이웃하는 단위 셀을 단순한 공정으로 연결할 수 있다. 이러한 공정은 저온에서 이루어지므로 플렉서블한 태양 전지 모듈에 적용이 가능하다.
Claims (15)
- 제1 전극, 광흡수층 및 제2 전극을 구비하는 단위 셀을 복수로 포함하는 태양 전지 모듈에 있어서,이웃하는 단위 셀들은 전도성 부재 및 전도성 접착층에 의해 연결되는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 이웃하는 단위 셀들 중 하나의 단위 셀의 제1 전극과 다른 단위 셀의 제2 전극이 상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층에 의해 연결되는 태양 전지 모듈.
- 제2항에 있어서,상기 이웃하는 단위 셀들 중 하나의 단위 셀의 제1 전극과 다른 단위 셀의 제2 전극 사이에 상기 전도성 접착층, 상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층이 차례로 위치하는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 전도성 접착층은,접착성 물질; 및상기 접착성 물질 내에 분산되는 전도성 입자들을 포함하는 태양 전지 모듈.
- 제4항에 있어서,상기 접착성 물질은 폴리 에틸렌 계열, 폴리 프로필렌 계열, 폴리 우레탄 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 태양 전지 모듈.
- 제4항에 있어서,상기 전도성 입자들은 고분자 입자들의 표면에 금속막이 코팅되어 형성되는 태양 전지 모듈.
- 제6항에 있어서,상기 고분자 입자들은 폴리 스틸렌 계열, 에폭시 계열, 실리콘 계열 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하고,상기 금속막은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈.
- 제4항에 있어서,상기 전도성 입자들은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 전도성 접착층은 이방성 전도 필름인 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층의 측면을 덮으면서 형성되는 보호막을 더 포함하는 태양 전지 모듈.
- 제10항에 있어서,상기 보호막은 고분자 물질을 포함하는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 전도성 부재는 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석, 흑연 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어지는 태양 전지 모듈.
- 제1항에 있어서,상기 전도성 부재의 단면이 실질적으로 사각형인 태양 전지 모듈.
- 제1 전극, 광흡수층 및 제2 전극을 구비하는 단위 셀을 복수로 포함하는 태양 전지 모듈을 제조하는 방법에 있어서,이웃하는 단위 셀들을 전도성 부재 및 전도성 접착층에 의해 연결하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
- 제14항에 있어서,상기 이웃하는 단위 셀들 중 하나의 단위 셀의 제1 전극과 다른 단위 셀의 제2 전극 사이에 상기 전도성 접착층, 상기 전도성 부재 및 상기 전도성 접착층을 차례로 위치시켜 이들을 연결하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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