KR20100005555A - 염료감응 태양전지 또는 서브모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 관한 것으로, 상, 하부 투명 기판, 상기 기판의 마주보는 내측 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극, 상기 도전성 투명전극의 일 측에 형성되는 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층 및, 상기 도전성 투명전극의 타 측에 형성되는 촉매박막전극을 포함하고, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리가 봉지재에 의하여 기밀 되는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 있어서, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리 표면은 마주보는 투명기판을 향하여 돌출하거나 들어간 요부 또는 철부를 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 관한 것이다.
이를 통하여 태양전지 셀 또는 서브모듈의 봉지강도를 증가하여 태양전지의 내구성을 향상하고, 전해질의 누액을 방지하며, 투명기판 사이의 결합이 용이하도록 하여 봉지공정의 수율을 증대하여 제조단가를 절감하는 효과가 있다.
염료감응, 태양전지, 봉지
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 셀 또는 서브모듈의 봉지강도를 증가하여 태양전지의 내구성을 향상하고, 전해질의 누액을 방지하며, 투명기판 사이의 결합이 용이하도록 하여 봉지공정의 수율을 증대하여 제조단가를 절감하는 효과를 얻을 수 있는 염료감응 태양전지 또는 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것이다.
1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저기 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 실리콘 태양전지와 달리 염료감응태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 상, 하부 투명한 기판과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극을 기본으로 하여, 제1전극에 해당하는 일 측의 도전성 투명전극위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되어지고, 제2전극에 해당하는 타 측 도전성 투명전극 위에는 촉매박막전극이 형성되어지며, 상기 전이금속 산화물, 예를 들면 TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되어지는 구조를 가진다. 즉, 염료감응 태양전지는 정공전달 매개로서 전해질을 사용하며, 염료감응 태양전지의 전해질 의존성은 전해질의 확산속도에 의존하며, 확산속도는 액체상태의 유기용매나 이온액체전해질이 반고체형이나 고체형에 비교하여 확산속도가 크며 따라서 광전변환효율 성능이 우수하다. 그러나 이와 같은 액상전해질은 외부온도, 환경에 따라 증발하기 쉬우며, 누액이 발생하여 염료감응 태양전지의 성능을 저하시키기 쉬우므로, 이와 같은 전해액의 누액이 발생하는 것을 막아야 하는데, 이러한 누액은 주로 불완전한 봉지부나 전해질 주입구에서 발생한다.
따라서 이와 같은 봉지부의 결합강도를 향상시키고, 봉지부의 결함을 방지하기 위하여 봉지부의 개선이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 태양전지 셀 또는 서브모듈의 봉지강도를 증가하여 태양전지의 내구성을 향상하고, 전해질의 누액을 방지하며, 투명기판 사이의 결합이 용이하도록 하여 봉지공정의 수율을 증대하여 제조단가를 절감하는 효과를 얻을 수 있는 염료감응 태양전지 또는 염료감응 태양전지 서브모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
상, 하부 투명 기판, 상기 기판의 마주보는 내측 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극, 상기 도전성 투명전극의 일 측에 형성되는 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층 및, 상기 도전성 투명전극의 타 측에 형성되는 촉매박막전극을 포함하고, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리가 봉지재에 의하여 기밀 되는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 있어서,
상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리 표면은 마주보는 투명기판을 향하여 돌출하거나 들어간 요부 또는 철부를 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈을 제공한다.
상기 서브모듈은 셀과 셀이 집적된 형태를 의미하는 것으로 태양전지의 구성에서 사용되는 실질적인 서브모듈뿐만 아니라 모듈도 모두 포함하는 의미로서, 셀과 셀이 서로 접하여 집적되면 어떤 형태이든 무관하게 이에 포함된다.
본 발명의 염료감응 태양전지(셀) 또는 서브모듈에 따르면. 태양전지 셀 또는 서브모듈의 봉지재를 통한 결합부위에 요/철부를 가짐에 따라 봉지재의 접촉 면적이 증가하여 봉지재의 결합강도를 증대시키므로 이를 통하여 태양전지의 내구성을 향상할 수 있다.
또한 이러한 봉재재의 결합강도 향상에 따라 전해질의 누액을 방지하며, 투명기판 사이의 결합이 신뢰성 있게 이루어질 수 있으므로 봉지공정의 수율을 증대하여 제조단가를 절감하는 효과를 얻을 수 있으며, 요철부위의 형성에 따라 전해질의 누액이 발생하는 경우, 다수의 요철부위 자체가 누액 경로를 증가시켜 기밀효과를 가짐에 따라 누액을 방지하는 효과를 가진다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 염료감응 태양전지(셀) 또는 서브모듈은 상, 하부 투명 기판, 상기 기판의 마주보는 내측 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극, 상기 도전성 투명전극의 일 측에 형성되는 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층 및, 상기 도전성 투명전극의 타 측에 형성되는 촉매박막전극을 포함하고, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리가 봉지재에 의하여 기밀 되는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 있어서, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리 표면은 마주보는 투명기판을 향하여 돌출하거나 들어간 요부 또는 철부를 가지는 구성으로 이루어진다.
이에 대한 상세한 설명은 도면을 참고하여 설명한다.
본 발명의 염료감응 태양전지(여기서는 셀 단위를 의미함.) 또는 서브모듈(상기 셀 단위의 태양전위 셀이 집적된 형태)에 대한 구체적인 예는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같다.
즉, 도 1에 종래의 예를 도시한 바와 같이, 종래의 염료감응 태양전지 단위 셀의 경우에는 투명 기판의 결합에 있어서, 단순히 봉지재 (통상의 다양한 유기 또는 무기 접착제)를 도포하여 이를 결합하는 방식을 적용하였으나, 이는 견고한 접착이 이루어지지 않아, 봉지 부분에서의 결함이 전해질 누액을 야기해 결함을 발생시키는 요인이 되어왔다.
따라서 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 봉지재의 도포 시에 봉지재(접착제)가 투명 기판에 접촉하는 면적을 증대시키기 위하여 상, 하부 투명 기판, 상기 기판의 마주보는 내측 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극, 상기 도전성 투명전극의 일 측에 형성되는 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층 및, 상기 도전성 투명전극의 타 측에 형성되는 촉매박막전극을 포함하고, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리가 봉지재에 의하여 기밀 되는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 있어서, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리 표면(실제로 봉지재가 도포되어 기밀이 유지되는 부분을 의미함.)은 마주보는 투명기판을 향하여 돌출하거나 들어간 요부(凹部)또는 철부(凸部)를 가지도록 하는 것이다.
이는 봉지재의 접촉면적을 증대시키는 것을 목적으로 하므로, 그 형상이나, 요부와 철부의 대응관계에 무관하게 요부 또는 철부를 가지면 되는 것이고, 상부 투명기판 또는 하부 투명기판 중 어느 하나에만 이를 형성하여도 무관하나, 효과를 증대하기 위해서는 양쪽에 모두 요부 또는 철부를 형성하는 것이 바람직하다.
이에 대한 구체적인 예로 도 2는 요부, 도 3은 철부를 가지는 셀 단위의 염료감응 태양전지를 도시하고 있다. 여기서 편의상 도전성 투명전극은 도시하지 않았다. 이러한 봉지구조는 셀 단위의 기밀에만 적용되는 것이 아니라 서브모듈의 기밀에도 동일하게 적용할 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 예는 도 4에 도시한 바와 같다. 도 4의 경우에는 서브 모듈 가장자리의 기밀만을 이와 같은 구성으로 한 것을 도시하고 있으나, 서브모듈 내의 각 셀 사이의 절연 분리막(일종의 봉지재로 볼 수도 있음)의 도포 및 이를 통한 결합에 있어서도 이와 동일한 구성을 적용할 수 있음은 물론이다.
또한 상기 요부 또는 철부는 상기 기술한 바와 같이, 접촉면적을 증대하는 것이므로 i) 상부는 요부, 하부는 요부, ii) 상부는 철부, 하부는 철부, iii) 상부는 요부, 하부는 철부, 및 iv) 상부는 철부, 하부는 요부의 형태 중 어느 하나로 이루어지는 구성을 가질 수 있으며, i)의 경우는 도 3에, ii)의 경우는 도 2에, iii)의 경우는 도 4의 우측에 그 예를 도시한 바와 같다.
특히, 상기 요부 또는 철주의 형상을 도시한 바와 같이 가장자리를 따라 이에 평행한 연속 또는 불연속 라인 형상으로 형성하는 경우에는 전해액의 누액 방향에 대하여 상기 요부 또는 철부가 수직한 방향이 되므로 전해질의 누액 경로를 증대하는 효과가 극대화 되므로 바람직하다.
또한 상기 요부 또는 철부를 형성하는 방법으로, 상기 요부는 상기 투명 기판을 일정한 형상이나 패턴으로 음각(화학적 또는 기계적 또는 이를 혼용한 방법 등으로 이를 수행할 수 있다.)하여 이를 형성할 수 있고, 상기 철부는 투명기판 상에 유기물 또는 무기물을 일정한 형상이나 패턴으로 도포하여 큐어링하거나 건조하여 이를 형성할 수 있으며, 바람직하게는 상기 철부를 형성하는 무기물로는 프릿 글래스 (frit glass)를 사용할 수 있고, 이러한 프릿 글래스의 도포를 일정한 패턴으로 형성하기 위해서는 인쇄공정을 통하여 이를 수행하여 철부를 형성하는 것이 패턴의 균일성이나 공정의 편의성 측면에서 좋다.
또한 더욱 바람직하게는 상기 철부 또는 요부는 도 4의 좌측에 그 예를 도시한 바와 같이 상기 상부 투명 기판은 하부로 돌출한 철부를 가지고, 상기 하부 투명 기판은 상기 상부 투명 기판의 철부와 서로 엇갈리게 위치하는 상부로 돌출한 철부를 가지는 형태로 이를 구성할 수 있다. 이를 통하여 봉지재의 결함발생 시에도 철부들의 조합에 의하여 전해질의 누액 차단 효과를 증대할 수 있다.
이외에도 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 염료감응 태양전지(셀 단위) 또는 이러한 셀 들이 집적된 서브모듈이 집적되어 이루어진 태양전지 모듈을 제공한다. 이는 통상의 태양전지 모듈에서 서브모듈을 집적하여 이를 형성하는 경우와 동일한 방법으로 이를 수행할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 상세한 설명, 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.
도 1은 종래의 염료감응 태양전지 (셀 단위)의 봉지구조에 대한 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. (도전성 투명전극 미도시)
도 2는 본 발명의 염료감응 태양전지 (셀 단위)의 봉지구조에 대한 일 실시예의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. (도전성 투명전극 미도시)
도 3은 본 발명의 염료감응 태양전지 (셀 단위)의 봉지구조에 대한 다른 실시예의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. (도전성 투명전극 미도시)
도 4는 본 발명의 염료감응 태양전지 (서브모듈 단위)의 봉지구조에 대한 일 실시예의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. (도전성 투명전극 미도시)
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10a: 상면 유리 10b: 하면 유리
30: 이산화티타늄입자 및 염료 40: 촉매전극
50: 절연 분리막 또는 봉지재 60: 요부 또는 철부
70: 전해질
Claims (7)
- 상, 하부 투명 기판, 상기 기판의 마주보는 내측 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극, 상기 도전성 투명전극의 일 측에 형성되는 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층 및, 상기 도전성 투명전극의 타 측에 형성되는 촉매박막전극을 포함하고, 상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리가 봉지재에 의하여 기밀 되는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈에 있어서,상기 상, 하부 투명 기판의 가장자리 표면은 마주보는 투명기판을 향하여 돌출하거나 들어간 요부 또는 철부를 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈.
- 제1항에 있어서,상기 요부 또는 철부는 i) 상부는 요부, 하부는 요부, ii) 상부는 철부, 하부는 철부, iii) 상부는 요부, 하부는 철부, 및 iv) 상부는 철부, 하부는 요부의 형태 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈.
- 제1항에 있어서,상기 요부 또는 철부는 가장자리를 따라 이에 평행한 연속 또는 불연속 라인 형상인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈.
- 제1항에 있어서,상기 요부는 상기 투명 기판을 음각하거나, 상기 철부는 투명기판 상에 유기물 또는 무기물을 도포하여 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈.
- 제4항에 있어서,상기 무기물은 프릿 글래스이고, 인쇄공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 요부 또는 철부는 상기 상부 투명 기판은 하부로 돌출한 철부를 가지고, 상기 하부 투명 기판은 상기 상부 투명 기판의 철부와 서로 엇갈리게 위치하는 상부로 돌출한 철부를 가지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 또는 서브모듈.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 염료감응 태양전지 또는 서브모듈이 집적되어 형성되는 염료감응 태양전지 모듈.
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2008
- 2008-07-07 KR KR1020080065643A patent/KR20100005555A/ko not_active Application Discontinuation
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