KR20100042781A - 유기 및 무기 ｐｖ 소자 패키징 제조방법 - Google Patents

유기 및 무기 ｐｖ 소자 패키징 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조 방법에 관한 것으로서, 제 1 전극들을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극들에 대향하게 제 2 전극들을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 삽입될 전해질 층들을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들을 본딩 와이어로 직렬로 연결하는 단계와; 상기 직렬 연결된 제 1 전극들 및 상기 제 2 전극들과 상기 전해질 층을 클리어 몰딩 컴파운드(Clear Molding Compound; CMC)로 일체로 사출 봉합 성형하여 패키징하는 단계 및; 상기 패키징된 소자를 소정의 길이로 절단하는 단계를 포함하여 이루어진다.
PV 패키징, 유기 및 무기 PV, 클리어 몰딩 컴파운드(CMC)

Description

유기 및 무기 ＰＶ 소자 패키징 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC AND INORGANIC PV DEVICE PACKAGING}
본 발명은 유기 및 무기 PV 소자를 클리어 몰딩 컴파운드(Clear Molding Compound; CMC)를 이용한 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는 기존의 유기 및 무기 PV 소자를 광 투과성이 우수한 CMC로 패키징하므로서, 상기 PV 소자의 출력을 향상시킨 고성능의 PV 소자를 제공할 수 있는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 포토볼타익스(photovoltaics; PV)는 빛을 전기로 직접 변환 시켜 전기를 발생시키는 소자이다. PV는 태양전지란 명칭으로 시계, 계산기에서부터 이동통신 기지국, 인공위성 등 폭넓은 분야에서 활용되고 있다.
PV 소자는 구성 성분 상 무기계와 나노 유기계로 분류되는데, 현재는 무기계의 실리콘 타입 PV 소자가 가장 많이 쓰이는 추세이나, 나노 유기 PV도 기존의 무기 PV를 대체할 차세대 PV로서 지속적으로 연구되고 있다.
또한, 염료감응계 PV는 동일 조건하에서 기존 실리콘에 비해 10% 이상 출력 이 우수하며, 흐린 날에도 20% 이상의 높은 출력을 낼 수 있다고 여겨진다,
유기 고분자계 PV는 플렉시블 초박막 특성이 가능하여 차세대 정보통신용 전원으로 응용될 전망이다. 또한, 나노 유기 PV는 광전변환 효율 및 장기 안전성이 우수하고 제작단가가 저렴하며 활용 분야가 다양할 것으로 기대되나, PV 모듈 구성 요소인 강화 유리 소재를 대체할 재료의 부재로 그 적용분야가 한정적이었다.
본 발명은 기존의 유기 및 무기 PV 소자의 패키징 공정에 CMC를 사용하므로 광 투과성을 높여, 추가적인 비용 증가 없이 매우 간편하게 출력 전압을 향상시켜 전력 효율을 높여 PV 소자의 출력 전압을 향상시킨 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 제 1 전극들을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극들에 대향하게 제 2 전극들을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 삽입될 전해질 층들을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들을 본딩 와이어로 직렬로 연결하는 단계와; 상기 직렬 연결된 제 1 전극들 및 상기 제 2 전극들과 상기 전해질 층을 클리어 몰딩 컴파운드(Clear Molding Compound; CMC)로 일체로 사출 봉합 성형하여 패키징하는 단계 및; 상기 패키징된 소자를 소정의 길이로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극은 후면 전극(음극)이고, 상기 제 2 전극은 전면 전극(양극)인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극은 금속기판 상에 Ru계 염료가 흡착되어진 반도체 산화물층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 전극은 유리기판을 형성하고, 상기 유리기판 상에 백금층을 코팅하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 전극은 그 위에 금속층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전해질 층은 C-polymer로 구성되는 것을 특징으로 한다.
실리콘 PV 및 화합물반도체 PV 등과 같은 무기 PV 소자와, 염료감응 PV 및 유기고분자 PV 등과 같은 유기 PV 소자를 포함하는 유기 및 무기 PV 소자를 CMC로 패키징하므로써 기존 패키징 방식에 비해 광 투과성을 높여 추가적인 비용 증가 없이 매우 간편하게 출력 전압을 향상시켜 전력 효율을 높여 PV 소자의 출력 전압을 향상시킬 수 있으므로, 각종 대규모 경비시설에서부터 휴대기기에 이르기까지 다양한 분야에 적용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자 패키징을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 정면도이다.
상기 유기 및 무기 PV 소자(10) 제 1 전극(후면 전극; 음극; 14), 제 2 전극(전면 전극; 양극; 11), 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 채워진 전해질층(13) 및 제 2 전극 상에 코팅된 금속층(12)으로 구성되어 있다.
상기 유기 및 무기 PV 소자는 가로 방향의 길이가 세로 방향의 길이에 비해 현저히 길게 구성되어 있어서 가로방향의 저항이 길이에 비례하여 커진다. 이러한 저항의 증가는 전류를 낮추어 결과적으로 생산되는 전력 효율을 떨어뜨리게 되는데, 이러한 효율 저하를 방지하기 위해 금속층(12)을 도입한다. 코팅된 금속층(12)은 상기 유기 및 무기 PV 소자의 후면 전극의 면저항을 현저히 낮추어 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 금속층은 구리, 아연, 알루미늄 등과 같은 금속을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 후면도이다.
후면에서 보았을 때는 금속층(12)이 관찰되지 않는 구조이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 측면도로서, 전술된 도 1 및 도 2와 함께 본 발명의 유기 및 무기 PV 소자의 구조를 좀더 명확하게 해 준다. 전술된 도 1에서 설명한 바와 같이 제 1 전극(14)과 제 2 전극(11)은 서로 대향하게 형성되어 두 개의 양 전극을 이루고 그 사이에 전해질층(13)이 형성된다. 금속층(12)이 상기 제 2 전극 상에 형성되어 있다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자를 직렬연결시킨 형태를 도 4에 도시하였다.
도 4는 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 직렬 연결도이다. 도 4를 참조하면, 제 2 전극(11) 상에 코팅된 금속층(12)과 제 1 전극(14)의 금속기판(632; 도 6a 및 도 6b 참조)가 본딩 와이어(15)에 의해 직렬연결된 형태가 도시된다. 이때, 본딩 와이어(15)의 연결은 와이어 본더(도시되지 않음)에 의해 이루어진다.
이하에서는, 이와 같은 구성을 갖는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 방법이 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 직렬연결된 유기 및 무기 PV 소자 패키징 방법은 도 5a에 도시된 바와 같이, 와이어 본딩 공정이 완료된 후 CMC(650; 도 6a 및 도 6b 참조)에 의해 일체로 사출 및 반도체 몰딩 성형을 하기 위해 반도체 봉합금형(500)으로 감싸여 진다.
이후, 도 5b에 도시된 바와 같이, CMC(650; 도 6a 및 도 6b 참조)를 반도체 봉합금형에 충진 시켜, 제 1 전극(14), 제 2 전극(11) 및 전해질층(13)을 몰딩한다.
그 후, 도 5c에 도시된 바와 같이 반도체 봉합금형을 분리시킴으로써, 직렬연결된 유기 및 무기 PV 소자를 일체로 사출 및 반도체 몰딩 성형하는 것이 완료된다.
그리고 사출 및 반도체 몰딩 성형이 완료되면, 도 5d에 도시된 바와 같이 쏘잉기(Sawing Machine; 510)를 통해 희망하는 길이 만큼 절단하여, 직렬연결된 유기 및 무기 PV 소자 모듈을 완성할 수 있다.
또한, 쏘잉기(510)를 통하여 절단된 각각의 유기 및 무기 PV 소자는 하나의 패키징된 유기 및 무기 PV 소자로 제조되며, 이렇게 제조된 패키징된 유기 및 무기 PV 소자가 도 6a 및 도b에 도시되었다.
도 6a는 본 발명에 따른 패키징된 유기 및 무기 PV 소자(600)의 후면도이다.
전술된 바와 같이 본 발명의 패키징된 유기 및 무기 PV 소자(600)는 두 개의 전극(610, 630)과 두 전극 사이의 전해질층(620)으로 구성되어 있다. 두 개의 전극은 각각 제 1 전극(630)과 제 2 전극(620)으로 나누어질 것이다. 제 1 전극(630)은 금속기판(632) 상에 형성되며, 그리고 그 위에 Ru계 염료가 흡착되어진 반도체 산화물층(631)이 형성되어 이루어진다.
제 2 전극(610)은 유리기판(611)이 형성되고, 그 위에 백금층(612)이 코팅되어 있는 구성을 가진다. 상기 제 2 전극(610)의 백금층(612)은 상기 제 1 전극(630)의 반도체 산화물층(631)과 대향되게 배치된다.
제 1 전극(630)과 제 2 전극(610) 사이 공간에 채워져 있는 전해질층(620)은 C-polymer로 구성되어 있다.
최종적으로, 상기 제 1 전극(630), 제 2 전극(610) 및 전해질층(620)을 광 투과성이 우수한 CMC(650)로 몰딩한다.
도 6b는 본 발명에 따른 패키징된 유기 및 무기 PV 소자의 측면도이다.
상기 패키징된 유기 및 무기 PV 소자(600)의 제 2 전극(610)의 유리기판(611) 상에 금속층(640)이 코팅되어 있다. 유리기판(611)을 포함하는 투명전극의 면저항은 단위 면적당(cm2) 수십 Ω이 된다.
이러한 면저항을 감소시키기 위해 상기의 금속층(640)이 코팅되면 면저항이 거의 0 Ω으로 현저히 감소되어 전류의 감소를 줄이고 생산 전력의 효율을 높일 수 있게 된다.
참고로, 구체적인 유기 및 무기 PV 소자의 작동은 다음과 같다.
태양광의 가시광선은 투과성이 우수한 CMC(650)를 통하여 제 2 전극(610)을 구성하고 있는 유리기판(611) 및 백금층(612)을 투과하고, 전해질층(620)을 투과하여 제 1 전극(630)에 다다르게 된다.
제 1 전극(630)에 도달한 가시광선은 반도체 산화물층(631)의 표면에 흡착된 염료를 바닥상태로부터 들뜬 상태로 여기시키며, 여기된 염료는 전자를 반도체 산화물층(631)에 주입하게 된다. 반도체 산화물층(631)에 주입된 전자는 금속기판(632)을 통하여 외부회로(도시되지 않음)로 전자를 방출하게 된다.
외부회로에서 전기적 작업을 완성한 전자는 외부회로와 전기적으로 연결된 제 2 전극(610)의 금속층(640)을 통하여 유리기판(611)과 백금층(612)에 전달되게 된다. 백금층(612)에 도달한 전자는 전해질층(620)의 산화/환원 작용에 의하여 가시광선을 흡수하여 전자를 방출하여 산화된 염료를 환원시켜 유기 및 무기 PV 소자의 한 사이클 동작이 완료된다.
전술된 바와 같이, 제 1 전극(630), 제 2 전극(610) 및 전해질층(620)을 광 투과성이 우수한 CMC(650)로 몰딩함으로써, 고성능의 유기 및 무기 PV 소자를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 후면도이다
도 3은 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 측면도이다
도 4는 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자의 직렬 연결도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 유기 및 무기 PV 소자 패키징 방법의 각 단계를 나타낸 도시도이다.
도 6a 및 도 6b은 본 발명에 따른 패키징된 유기 및 무기 PV 소자 후면도 및 측면도이다
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11, 610: 제 2 전극 12, 640: 금속층
13, 620: 전해질 층 14, 630: 제 1 전극
15: 본딩 와이어 600: 패키징된 유기 및 무기 PV 소자
611: 유리기판 612: 백금층
631: 반도체 산화물층 632: 금속기판
650: CMC

Claims (6)

  1. 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조 방법에 있어서,
    제 1 전극들을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극들에 대향하게 제 2 전극들을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 삽입될 전해질 층들을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들을 본딩 와이어로 직렬로 연결하는 단계와;
    상기 직렬 연결된 제 1 전극들 및 상기 제 2 전극들과 상기 전해질 층을 클리어 몰딩 컴파운드(Clear Molding Compound; CMC)로 일체로 사출 봉합 성형하여 패키징하는 단계 및;
    상기 패키징된 소자를 소정의 길이로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극은 후면 전극(음극)이고, 상기 제 2 전극은 전면 전극(양극)인 것을 특징으로 하는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극은 금속기판 상에 Ru계 염료가 흡착되어진 반도체 산화물층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 유리기판을 형성하고, 상기 유리기판 상에 백금층을 코팅하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 전극은 그 위에 금속층이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전해질 층은 C-polymer로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 및 무기 PV 소자 패키징 제조방법.
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