KR20100006951A

KR20100006951A - 염료감응 태양전지 서브모듈

Info

Publication number: KR20100006951A
Application number: KR1020080067323A
Authority: KR
Inventors: 배호기; 박태진
Original assignee: 주식회사 동진쎄미켐
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-22
Also published as: WO2010005244A3; WO2010005244A2; CN102089886A; KR101432022B1

Abstract

본 발명은 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것으로, 상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있어서, 상기 염료감응 태양전지 서브모듈은 i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과, ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과, iii)상기 제1역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고, 상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것이다.

이를 통하여 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 따라서 종래의 서브모듈 집적 공정의 품질 변동에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부를 줄일 수 있으므로, 이의 파손에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

염료감응, 태양전지, 서브모듈

Description

염료감응 태양전지 서브모듈 {DYE SENSITIZED SOLAR CELL SUB-MODULE}

본 발명은 염료감응 태양전지 서브모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 따라서 종래의 서브모듈 집적 공정의 품질 변동에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부를 줄일 수 있으므로, 이의 파손에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있는 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.

그런데 이와 같은 염료감응 태양전지의 경우, 종래의 실리콘 타입 태양전지에 비하여 효율이 떨어지는 문제가 있으므로 염료감응 태양전지 셀 자체의 효율을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이와 함께 이러한 셀들을 모듈로서 집적하여 효율 문제를 극복하고, 실용화를 추진하고자 하는 연구가 이루어지고 있다.

그런데 이와 같은 모듈화를 위해서는 서브모듈 공정과 모듈공정을 각각 수행하여야 하므로 공정이 복잡하고, 서브모듈의 결합 공정을 잘 관리하지 못하는 경우에는 서브모듈 집적 공정의 품질 변동이 심하여 집적한 만큼의 효율을 얻지 못하고, 효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 필요로 하여 투자비가 증대되며, 서브모듈 단위의 봉지부가 다수 존재하여 전해액의 누액 등과 같은 결함이 발생할 가능성이 높아지는 등의 문제점이 있다.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하는 새로운 집적방법 및 모듈의 개선이 필요한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 따라서 종래의 서브모듈 집적 공정의 품질 변동에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부를 줄일 수 있으므로, 이의 파손에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있는 염료감응 태양전지 서브모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있어서,

상기 염료감응 태양전지 서브모듈은

i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과,

ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과,

iii)상기 제1역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고,

상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 서브모듈을 제공한다.

본 발명의 염료감응 태양전지 모듈에 따르면 서브모듈 공정과 모듈공정의 일부를 동시에 가능하도록 하여 모듈제작 공정을 단축할 수 있고, 대면적화가 용이하고, 이에 따라 생산성을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 서브모듈 집적 공정을 별도로 수행하는 경우에 발생할 수 있는 집적 공정의 품질 수준에 따른 품질 변동을 줄일 수 있고, 이와 같은 품질변동이 태양전지 모듈의 성능에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 서브모듈을 모듈로 집적하는데 필요한 접속전극 재료 및 접속전극 공정 장비를 최소화할 수 있어서 투자비를 줄일 수 있고, 서브모듈 단위의 봉지부의 수를 줄일 수 있으므로, 이의 파손이나 공정 불량에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있어서, 전해액 누액 등과 같은 치명적 결함을 줄일 수 있고, 염료감응 태양전지 서브모듈의 내구성을 향상할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 염료감응 태양전지 서브모듈은 상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있 어서, 상기 염료감응 태양전지 서브모듈은 i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과, ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과, iii)상기 제1역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고, 상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 구성으로 이루어진다.

이에 대한 상세한 설명은 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명의 염료감응 태양전지 서브모듈에 대한 구체적인 예는 도 2에 도시한 바와 같다. 즉, 종래의 태양전지 서브 모듈의 경우에는 도 1에 도시한 바와 같이 서브 모듈 각각이 동일한 구조를 가지고, 이와 같은 서브모듈 각각을 모듈 형태로 다시 집적하는 구조를 가진다. 따라서 상기 서브 모듈을 지탱할 별도의 유리기판을 더 필요로 하며, 각각의 서브모듈을 병렬로 연결하기 위해서는 도 1에 굵은 직선으로 도시한 바와 같은 전기적 연결이 필요하다.

하지만, 본 발명의 경우에는 이와 같은 2개의 서브모듈을 일체로 구성하면서, 병렬접속이 가능한 형태로 구성하는 것으로, 그 구체적인 예를 도 2에 도시한 바와 같이 i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전 극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역(도 2의 중앙을 기준으로 좌측 부분)과, ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역(도 2의 중앙을 기준으로 우측부분)과, iii)상기 제1역과 제2영역을 구분하는 절연영역(도 2의 중앙에 위치하는 봉지재)을 포함하여 세부분으로 구성되고, 상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 도시한 바와 같이 좌우대칭인 구성을 가지도록 한다.

상기 제1영역과 제2영역은 도 2에 도시한 바와 같이 그 단위 셀의 개수가 동일할 수도 있고, 다를 수도 있으며, 바람직하게는 도 2에 조시한 바와 같이 좌우에 위치한 제1영역 및 제2영역의 단위 셀의 개수가 동일하여 상기 제1영역과 제2영역은 전체가 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 형태로 구성하는 것이 병렬 접속시 전압이 동일하게 유지되므로 시스템 구성에 도움이 되므로 좋다. 이를 통하여 서브모듈의 대면적화가 가능하고 서브모듈 사이의 연결 공정을 줄일 수 있다.

이외에도 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 염료감응 태양전지 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 서브모듈 및 이들의 접속을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 염료감응 태양전지 서브모듈 및 이의 전기적 접속을 개략적으로 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10a: 상면 유리 10b: 하면 유리

20a: 상면 TCO(도전성 투명전극) 20b: 하면 TCO(도전성 투명전극)

30: 이산화티타늄입자 및 염료 40: 촉매전극

50: 봉지재

Claims

상부 및 하부 투명기판 사이에 염료감응 태양전지 셀들이 서로 연결되어 형성되는 염료감응 태양전지 서브모듈에 있어서,

상기 염료감응 태양전지 서브모듈은

i)상기 셀들의 일부는 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제1영역과,

ii)상기 셀들의 나머지가 서로 이웃하는 셀이 상하위치 관계에서 양극과 음극이 서로 교번하여 위치하고, 이웃하는 셀 사이의 전기적 연결이 제1셀의 양극 전극과 이에 이웃하는 셀의 음극 전극 사이에 이루어져 직렬 연결되는 제2영역과,

iii)상기 제1역과 제2영역을 구분하는 절연영역을 포함하고,

상기 제1영역의 상기 절연영역에 접한 셀과 제2영역의 상기 절연영역에 접한 셀은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 서브모듈.
제1항에 있어서,

상기 제1영역과 제2영역은 상기 절연영역을 기준으로 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 서브모듈.
제1항 또는 제2항의 염료감응 태양전지 서브모듈이 집적되어 형성되는 염료감응 태양전지 모듈.