KR20110018575A - 창호형 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 창호형 태양전지에 관한 것으로서, 제1기판; 상기 제1기판과 마주보게 배치되는 제2기판; 상기 제1기판 상에 마련되는 제1전극; 상기 제2기판 상에 마련되는 제2전극; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 내부공간에 채워지는 전해질층; 상기 전해질층이 외부로 새어나가는 것을 방지하는 밀봉부재; 및 상기 제1기판과 상기 제2기판의 결합력을 강화시키기 위하여, 상기 밀봉부재의 외측에 배치되어 상기 제1기판과 상기 제2기판을 접착시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 창호형 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 마주보게 결합되는 한 쌍의 기판에 작용하는 전단력을 견디면서 기판 사이의 결합을 유지할 수 있는 창호형 태양전지에 관한 것이다.
최근 들어서 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있고, 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그중에서도 태양전지를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 기술은 21세기 유망 신기술로서 근래 전 세계적으로 주목받고 있다. 건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극에 대한 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 발전시킨 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양전지 시스템 설치에 소요되는 비용을 절감하는 이중효 과를 기대할 수 있다.
태양전지를 건축물 외장재로 이용한 것 중 하나가 태양전지를 창호 시스템에 결합한 창호형 태양전지이다. 그러나 종래의 창호형 태양전지는 한 쌍의 유리 기판 내부에 태양전지 모듈을 단순히 삽입시키도록 구성되거나, 유리 기판의 일면에 태양전지 모듈을 단순히 부착시키도록 구성되었다.
한편, 염료감응 태양전지에서는 한 쌍의 기판 사이에 채워지는 전해질이 외부로 누출되는 것을 방지하는 밀봉부재가 배치되는데, 밀봉부재는 전해질의 누출 방지뿐만 아니라 한 쌍의 기판을 결합시킨다. 그러나 기판이 2 mm 이상의 두께를 가지는 대면적이면서 창호형 유리 기판인 경우, 결합된 한 쌍의 기판을 수직으로 세우게 되면 밀봉부재의 결합력만으로는 창호형 유리 기판에 의해 작용하는 전단응력을 지지할 수 없고 하나의 기판이 다른 하나의 기판에 대하여 슬라이딩되면서 밀봉부재가 파손되고 전해질 역시 외부로 누출되는 위험성이 있다.
또한 생산 과정에서 유리 기판을 절단하는 경우가 종종 있는데, 이때 커터에 의해 유리 기판에는 전단응력이 작용하게 된다. 이와 같이 유리 기판의 절단시에도 밀봉부재의 결합력만으로는 창호형 유리 기판에 작용하는 전단응력을 견딜 수 없고 밀봉부재가 파손되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전해질의 외부 누출을 방지하는 밀봉부재 외에 추가적인 결합부재를 이용함으로써, 대면적이면서 상당한 두께를 가지는 창호형 유리 기판에 의해 작용하는 전단력을 지지할 수 있는 창호형 태양전지를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 창호형 태양전지는, 제1기판; 상기 제1기판과 마주보게 배치되는 제2기판; 상기 제1기판 상에 마련되는 제1전극; 상기 제2기판 상에 마련되는 제2전극; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 내부공간에 채워지는 전해질층; 상기 전해질층이 외부로 새어나가는 것을 방지하는 밀봉부재; 및 상기 제1기판과 상기 제2기판의 결합력을 강화시키기 위하여, 상기 밀봉부재의 외측에 배치되어 상기 제1기판과 상기 제2기판을 접착시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 창호형 태양전지에 있어서, 바람직하게는, 상기 결합부재는 점 형태로 배치된다.
본 발명의 창호형 태양전지에 있어서, 바람직하게는, 상기 결합부재는 선 형태로 배치된다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 창호형 태양전지는, 제1기판; 상기 제1기판과 마주보게 배치되는 제2기판; 상기 제1기판 상에 마련되는 제1전극; 상기 제2기판 상에 마련되는 제2전극; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 내부공간에 채워지는 전해질층; 상기 전해질층이 외부로 새어나가는 것을 방지하는 밀봉부재; 상기 밀봉부재의 외측에 마련되며 상기 제1기판 및 상기 제2기판을 각각 관통하는 관통홀; 상기 제1기판과 상기 제2기판의 결합력을 강화시키기 위하여, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 제1기판과 상기 제2기판을 체결하는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 창호형 태양전지에 있어서, 바람직하게는, 상기 관통홀은 레이저에 의해 드릴링된다.
본 발명의 창호형 태양전지에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1기판 및 상기 제2기판은 유리 기판이다.
본 발명의 창호형 태양전지에 따르면, 전해질의 외부 누출을 방지하는 밀봉부재 외에 추가적인 결합부재를 기판의 가장자리부에 배치함으로써, 대면적이면서 상당한 두께를 가지는 창호형 태양전지가 수직으로 배치될 때 기판에 의해 작용하는 전단응력을 지지할 수 있다.
또한, 본 발명의 창호형 태양전지에 따르면, 건축물의 측면부에 독립형으로 충분히 설치가 가능한 건물 일체형 태양전지의 구성이며, 태양광 발전 시스템을 구축하기 위한 채광 공간을 별도 마련할 필요가 없어 경제적 비용을 대폭 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 창호형 태양전지의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 창호형 태양전지의 단면도이고, 도 2는 도 1의 창호형 태양전지의 결합부재가 점 형태로 배치된 모습을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 창호형 태양전지의 결합부재가 선 형태로 배치된 모습을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 창호형 태양전지의 결합부재가 바(bar) 형태로 배치된 모습을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 창호형 태양전지(100)는, 한 쌍의 기판의 결합력을 강화시키기 위한 것으로서, 제1기판(110)과, 제2기판(120)과, 제1전극(130)과, 제2전극(140)과, 금속 산화물층(150)과, 전해질층(160)과, 밀봉부재(170)와, 결합부재(180)를 포함한다. 창호형 태양전지(100)는 염료감응형 태양전지를 일례로 하여 설명된다.
상기 제1기판(110) 및 상기 제2기판(120)은, 서로 마주보게 배치되며, 유리재로 구성된다. 제1기판(110)과 제2기판(120)은 건물 외장재로 사용되는 창호형 유리로서, 일반적으로 그 두께가 보통 1.5 mm 내지 3.5 mm, 바람직하게는 보통 2.2 mm 정도인 두꺼운 유리재이다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 빛에너지를 투과시킬 수 있는 다양한 재료 예컨대, 플라스틱재로 기판이 마련될 수도 있다.
상기 제1전극(130)은, 제1기판(110) 상에 마련되는 전도성 물질로서, 제1기판(110)의 일면에 전체적으로 도포된다. 제1전극(130)에 이용되는 전도성 물질은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐진크옥사이드(IZO), 산화인듐(In2O3) 등을 포함할 수 있 다.
상기 제2전극(140)은, 제2기판(120) 상에 마련되며, 도전재(142)와 금속층(144)을 포함한다. 제2기판(120)의 일면에 전체적으로 도전재(142)가 코팅되며, 도전재(142)의 하면에 금속층(144)이 마련된다. 도전재(142)는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐진크옥사이드(IZO), 산화인듐(In2O3), 산화주석(SnO,SnO2 등) 등에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.
금속층(144)은 통전이 가능한 물질로 구성되는데, 바람직하게는 백금(Pt) 등과 같은 금속 물질로 마련될 수 있다. 백금(Pt)는 반사도가 좋아서, 투과된 가시광이 태양전지의 내부로 반사되어 광흡수의 효율에 유리하다. 한편, 백금(Pt) 이외에도 저항값이 낮은 다른 금속 물질도 사용할 수 있다.
상기 금속 산화물층(150)은, 제1전극(130) 상에 형성되며, 일반적으로 다공질막 형태로 적층된다. 금속 산화물층(150)은 전이금속 산화물로 형성되는데, Ti, Zr,Sn 등의 전이금속 산화물을 각각 또는 복합적으로 포함할 수 있다. 금속 산화물층(150) 위에는 염료 분자층(미도시)이 화학적으로 흡착되어 있다.
상기 전해질층(160)은, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이의 내부공간에 채워지며, 산화-환원반응에 의하여 염료 분자층에 전자를 전달하는 역할을 한다. 즉, 염료감응 태양전지에 입사된 포톤(photon)이 염료 분자층에 흡수되고 여기상태(Excited State)로 된 염료 분자층이 전자를 금속 산화물층(150)으로 전이시키게 된다.
전해질층(160)으로는 테트라프로필암모늄 아이오다이드(tetrapropylammonium iodide), 요오드(I2), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 아세토나이트릴(acetonitrile) 등으로 구성된 혼합물을 이용할 수 있으며, 이외에도 염료 분자층에 산화-환원반응에 의해 전자를 공급할 수 있는 범위 내에서 어떤 재료도 이용할 수 있다.
상기 밀봉부재(170)는, 제1기판(110)과 제2기판(120)에 부착되어 전해질층(160)이 외부로 새어나가는 것을 방지한다. 밀봉부재(170)로는 특정 파장의 빛을 잘 흡수하는 물질이 도핑되고 유리 성분을 함유한 프릿(frit)이 이용된다. 밀봉부재(170)는 철, 구리, 바나듐 및 네오디늄을 포함하는 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 흡수 이온을 함유하는 저온 밀봉재일 수도 있다.
상기 결합부재(180)는, 밀봉부재(170)의 외측에 배치되어 제1기판(110)과 제2기판(120)을 접착시키며, 제1기판(110)과 제2기판(120)의 결합력을 강화시키기 위한 것이다. 제1기판(110)과 제2기판(120)에 대한 계면 친화도, 부착력과 전단응력에 대한 내구력을 갖는 범위 내에서 어떤 것이라도 이용할 수 있는데, 바람직하게는 열가소성 고분자 필름을 사용할 수 있고 일 예로는 상품명 surlyn이 있다. 이러한 열가소성 고분자 필름을 두 전극 사이에 위치시킨 후 열압착한다.
이 외에도, 유리 성분을 함유한 프릿(frit), 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제 등을 사용할 수 있으며, 이 경우 열처리 또는 UV 처리 후에 경화시킬 수도 있다. 물론, 열 및 UV 경화 하이브리드(Hybrid) 타입의 접착제도 사용할 수 있다.
제1기판(110)과 제2기판(120)의 사이에서 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 가장자리부에 배치되는 결합부재(180)는 약 25 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께로 형성된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 결합부재(180)는 밀봉부재(170)의 외측에서 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 가장자리부를 따라 점 형태로 배치될 수도 있고, 선 형태로 배치될 수도 있다. 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 결합부재(180)는 하나의 연결된 선 형태가 아닌, 일정 길이의 선 형태를 보이다가 연결이 끊어지고 다시 일정 길이의 선 형태를 나타내는 바(bar) 형태로 배치될 수도 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하면서, 본 실시예에 따른 창호형 태양전지의 제조방법을 간략하게 설명하기로 한다.
우선, 제1기판(110) 상에 제1전극(130)을 형성한다. 건물 외장재로 사용되는 두꺼운 유리재의 제1기판(110) 상에 전도성 물질인 제1전극(130)을 전면적에 걸쳐 도포한다.
이후, 제2기판(120) 상에 제2전극(140)을 형성한다. 마찬가지로, 건물 외장재로 사용되는 두꺼운 유리재의 제2기판(120) 상에 전도성 물질인 도전재(142)와 금속층(144)을 차례로 전면적에 걸쳐 도포한다.
이후, 제1전극(130) 상에 금속 산화물층(150)을 적층한다. 금속 산화물층(150)은 일반적으로 다공질막 형태로 적층되며, 주로 전이금속 산화물로 형성된다. 금속 산화물층(150)은 다공성을 유지하게 되는데, 이를 위해 전이금속 산화물을 포함하는 페이스트에 폴리머(Polymer)재를 첨가하여 소성하면 다공성 형성에 유리하다.
이후, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이의 내부공간에 채워지는 전해질층(160)이 외부로 새어나가는 것을 방지하는 밀봉부재(170)를 제1기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 배치한다.
이후, 제1기판(110)과 제2기판(120)의 결합력을 강화시키기 위하여, 밀봉부재(170)의 외측에서 제1기판(110)과 제2기판(120)를 접착하기 위한 결합부재(180)를 배치하고, 제1기판(110)과 제2기판(120)의 합착 공정을 수행한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 창호형 태양전지는, 전해질의 외부 누출을 방지하는 밀봉부재 외에 추가적인 결합부재를 기판의 가장자리부에 배치함으로써, 대면적이면서 상당한 두께를 가지는 창호형 태양전지가 수직으로 배치될 때 기판에 의해 작용하는 전단응력을 지지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 창호형 태양전지는, 건축물의 측면부에 독립형으로 충분히 설치가 가능한 건물 일체형 태양전지의 구성이며, 태양광 발전 시스템을 구축하기 위한 채광 공간을 별도 마련할 필요가 없어 경제적 비용을 대폭 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 창호형 태양전지의 평면도이다.
본 실시예의 창호형 태양전지(200)는, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이에 다수의 태양전지 셀(210)을 포함한다. 각각의 태양전지 셀(210)은 밀봉부재(170)에 의해 이웃하는 태양전지 셀(210)과 구획되어 배치되며, 기판에 의해 작용할 수 있는 전단응력을 견디기 위한 결합부재(180)는 밀봉부재(170)의 외측에서 기판의 가장자리부를 따라 배치된다.
한편, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 창호형 태양전지의 단면도이다.
본 실시예의 창호형 태양전지(300)는, 제1기판(110)과 제2기판(120)에 관통 홀(111,121)이 형성되고, 제1기판(110)과 제2기판(120)를 체결하는 결합부재(380)를 포함한다.
상기 관통홀은, 제1기판(110)을 관통하여 형성되는 관통홀(111)과, 제2기판(120)을 관통하여 형성되는 관통홀(121)을 포함한다. 관통홀(111,121)은 밀봉부재(170)의 외측에 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 제1기판(110)과 제2기판(120)을 레이저빔을 이용하여 각각 드릴링함으로써, 관통홀(111,121)을 형성할 수 있다.
상기 결합부재(380)는, 제1기판(110)과 제2기판(120)의 결합력을 강화시키기 위하여, 관통홀(111,121)에 삽입되어 제1기판(110)과 제2기판(120)을 체결한다. 본 실시예에서는 리벳 등과 같은 기계적 부재를 이용된다. 이외에도 제1기판(110)과 제2기판(120)에 대한 계면 친화도, 부착력과 전단응력에 대한 내구력을 갖는 범위 내에서 어떤 기계적 부재라도 이용할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 창호형 태양전지의 단면도이고,
도 2는 도 1의 창호형 태양전지의 결합부재가 점 형태로 배치된 모습을 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1의 창호형 태양전지의 결합부재가 선 형태로 배치된 모습을 나타내는 도면이고,
도 4는 도 1의 창호형 태양전지의 결합부재가 바(bar) 형태로 배치된 모습을 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 창호형 태양전지의 평면도이고,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 창호형 태양전지의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 창호형 태양전지 110: 제1기판
120: 제2기판 130: 제1전극
140: 제2전극 160: 전해질층
170: 밀봉부재 180: 결합부재
Claims (6)
- 제1기판;상기 제1기판과 마주보게 배치되는 제2기판;상기 제1기판 상에 마련되는 제1전극;상기 제2기판 상에 마련되는 제2전극;상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 내부공간에 채워지는 전해질층;상기 전해질층이 외부로 새어나가는 것을 방지하는 밀봉부재; 및상기 제1기판과 상기 제2기판의 결합력을 강화시키기 위하여, 상기 밀봉부재의 외측에 배치되어 상기 제1기판과 상기 제2기판을 접착시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 창호형 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 결합부재는 점 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 창호형 태양전지.
- 제1항에 있어서,상기 결합부재는 선 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 창호형 태양전지.
- 제1기판;상기 제1기판과 마주보게 배치되는 제2기판;상기 제1기판 상에 마련되는 제1전극;상기 제2기판 상에 마련되는 제2전극;상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 내부공간에 채워지는 전해질층;상기 전해질층이 외부로 새어나가는 것을 방지하는 밀봉부재;상기 밀봉부재의 외측에 마련되며 상기 제1기판 및 상기 제2기판을 각각 관통하는 관통홀;상기 제1기판과 상기 제2기판의 결합력을 강화시키기 위하여, 상기 관통홀에 삽입되어 상기 제1기판과 상기 제2기판을 체결하는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 창호형 태양전지.
- 제4항에 있어서,상기 관통홀은 레이저에 의해 드릴링되는 것을 특징으로 하는 창호형 태양전지.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,상기 제1기판 및 상기 제2기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 창호형 태양전지.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020090076103A KR20110018575A (ko) | 2009-08-18 | 2009-08-18 | 창호형 태양전지 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20110018575A true KR20110018575A (ko) | 2011-02-24 |
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| KR (1) | KR20110018575A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102098163B1 (ko) | 2019-11-27 | 2020-04-07 | 유한회사 원진알미늄 | 창호프레임 |
-
2009
- 2009-08-18 KR KR1020090076103A patent/KR20110018575A/ko not_active Application Discontinuation
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