KR20110081624A - 광전변환모듈 - Google Patents

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KR20110081624A
KR20110081624A KR1020100001879A KR20100001879A KR20110081624A KR 20110081624 A KR20110081624 A KR 20110081624A KR 1020100001879 A KR1020100001879 A KR 1020100001879A KR 20100001879 A KR20100001879 A KR 20100001879A KR 20110081624 A KR20110081624 A KR 20110081624A
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Abstract

본 발명에서는 광전변환모듈이 개시된다. 상기 광전변환모듈은, 광전변환을 수행하는 다수의 광전 셀들을 포함하는 광전변환모듈로서, 서로 마주하게 배치되어 그 사이에 전해질이 주입될 공간을 형성하는 한 쌍의 기판들과, 기판들 사이의 가장자리를 따라 형성되어 전해질을 밀봉하는 것으로, 그 일부가 개방되어 전해질 주입부를 제공하는 실링부재와, 전해질 주입부를 따라 형성된 주입부 밀봉재를 포함한다. 본 발명에 의하면, 내구성 및 신뢰성이 향상되면서도 양산성이 개선되는 광전변환모듈이 제공된다.

Description

광전변환모듈{Photoelectric conversion module}
본 발명은 광전변환모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 전해질의 밀봉구조가 개선된 광전변환모듈에 관한 것이다.
최근 화석연료를 대체하는 에너지의 원천으로서, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전변환소자에 대해 다양한 연구가 진행되고 있으며, 태양광을 이용하는 태양전지가 많은 주목을 받고 있다.
다양한 구동원리를 갖는 태양전지들에 대한 연구가 진행되고 있는데, 그 중에서 반도체의 p-n 접합을 이용하는 웨이퍼 형태의 실리콘 또는 결정질 태양전지는 가장 많이 보급되고 있으나, 고순도의 반도체 재료를 형성 및 취급한다는 공정의 특성상 제조단가가 높다는 문제가 있다.
실리콘 태양전지와 달리, 염료 감응형 태양전지는 가시광선의 파장을 갖는 빛이 입사하면 이를 받아 여기 전자를 생성할 수 있는 감광성 염료와, 여기된 전자를 받아들일 수 있는 반도체 물질, 그리고, 외부회로에서 일을 하고 돌아오는 전자와 반응하는 전해질을 주된 구성으로 하며, 종래 태양전지에 비해 비약적으로 높은 광전변환효율을 갖고 있어 차세대 태양전지로 기대되고 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈은 내구성 및 신뢰성이 향상되면서도 양산성이 개선되는 광전변환모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 광전변환모듈은,
광전변환을 수행하는 다수의 광전 셀들을 포함하는 광전변환모듈로서,
서로 마주하게 배치되어 그 사이에 전해질이 주입될 공간을 형성하는 한 쌍의 기판들;
상기 기판들 사이의 가장자리를 따라 형성되어 전해질을 밀봉하는 것으로, 그 일부가 개방되어 전해질 주입부를 제공하는 실링부재; 및
상기 전해질 주입부를 따라 형성된 주입부 밀봉재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 기판은 사각형 판상이고, 상기 실링부재는 상기 기판의 일 변부를 따라 개방되어 상기 전해질 주입부를 제공한다. 이때, 상기 주입부 밀봉재는 상기 기판의 일 변부를 따라 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판은 서로 나란하게 연장되는 제1, 제2 장변부와, 상기 제1, 제2 장변부들 사이에서 나란하게 연장되는 제1, 제2 단변부를 갖는 장방형으로 형성된다.
예를 들어, 상기 실링부재는 상기 기판의 4 변부 중에서 어느 일 변부를 따라 개방되어 있다.
예를 들어, 상기 실링부재는 상기 제1, 제2 장변부와 제1 단변부를 따라 형성된다. 이때, 상기 실링부재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 개방되어 있다.
예를 들어, 상기 실링부재는,
상기 기판의 제1, 제2 장변부 및 제1 단변부를 따라 연장되는 제1 부분; 및
상기 제1 부분의 제1 단변부에 대응되는 위치에서 장변부 방향으로 연장되며 이웃한 광전 셀들을 구획하는 제2 부분들을 포함한다.
예를 들어, 상기 주입부 밀봉재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 형성되고, 장변부 방향으로 적어도 상기 제2 부분들과 맞닿는 넓은 폭으로 형성되어 상기 제2 부분들과 함께 광전 셀들을 구획한다.
예를 들어, 상기 제2 부분에는 이웃한 광전 셀들을 접속시키기 위한 접속부재가 수용되는 공간이 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 광전 셀은,
상기 제1 기판 및 제2 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극;
상기 제1 전극 상에 형성된 반도체층; 및
상기 반도체층 및 제2 전극 사이에 형성된 전해질;을 포함한다.
예를 들어, 상기 주입부 밀봉재는 수지소재 또는 글라스 프릿으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광전변환모듈은 상기 주입부 밀봉재의 외측에 형성되는 캡 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 광전변환모듈은,
광전변환을 수행하는 다수의 광전 셀들을 포함하는 광전변환모듈로서,
서로 마주하게 배치되어 그 사이에 전해질이 주입될 공간을 형성하는 한 쌍의 기판들;
상기 기판들 사이의 가장자리를 따라 형성되어 전해질을 밀봉하되, 상기 기판의 어느 일 변부를 따라 개방되어 전해질 주입부를 제공하는 실링부재; 및
상기 전해질 주입부를 따라 형성되어 전해질을 봉입하는 주입부 밀봉재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 기판은 서로 나란하게 연장되는 제1, 제2 장변부와, 상기 제1, 제2 장변부들 사이에서 나란하게 연장되는 제1, 제2 단변부를 갖는 장방형으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 실링부재는 상기 제1, 제2 장변부와 제1 단변부를 따라 형성될 수 있다. 이때, 상기 실링부재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 개방될 수 있다.
예를 들어, 상기 실링부재는,
상기 기판의 제1, 제2 장변부 및 제1 단변부를 따라 연장되는 제1 부분; 및
상기 제1 부분의 제1 단변부에 대응되는 위치에서 장변부 방향으로 연장되며 이웃한 광전 셀들을 구획하는 제2 부분들;을 포함한다.
예를 들어, 상기 주입부 밀봉재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 형성되고, 장변부 방향으로 적어도 상기 제2 부분들과 맞닿는 넓은 폭으로 형성되어 상기 제2 부분들과 함께 광전 셀들을 구획한다.
예를 들어, 상기 제2 부분에는 이웃한 광전 셀들을 접속시키기 위한 접속부재가 수용되는 공간이 형성되어 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 광전변환모듈에 의하면, 일변을 따라 개방된 형태의 전해질 주입부를 제공함으로써 전해질 주입을 위한 기판의 홀 가공이 요구되지 않는다. 이에 따라, 홀 형성을 위한 가공비가 절감되며, 가공공정이 단순화되어 제품 수율이 증가된다. 또한, 홀 형성에 따른 기판의 강도 저하가 원천적으로 방지되며, 제품의 내구성이 향상된다.
또한, 전해질 주입부를 따라 진행되는 주입부 밀봉재의 일괄적인 도포를 통하여 전해질을 밀봉할 수 있으므로, 밀봉작업이 단순화될 수 있고, 제품 수율이 증가될 수 있다.
또한, 전해질 주입부를 따라 주입부 밀봉재 및 캡 부재를 형성함으로써 2 중 밀봉구조를 도입한다. 따라서 외부 유해물질의 침입이 차단되고, 전해질의 변질이나 누설이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II` 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실링부재의 평면구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 주입부 밀봉재 및 캡 부재의 배치상태를 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시된 광전변환모듈의 제조공정을 단계별로 도시한 도면들이다.
도 6은 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 광전변환모듈의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 광전변환모듈에 대해 설명하기로 한다. 도 1에는 광전변환모듈(100)의 평면구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 광전변환모듈(100)은 다수의 광전 셀(S)들을 포함하여 구성되며, 이웃한 광전 셀(S)들 사이에는 실링부재(130)가 배치되어 각 광전 셀(S)들을 서로에 대해 구획한다. 예를 들어, 각 광전 셀(S)은 미도시된 접속부재를 통하여 이웃하는 광전 셀(S)과 직렬접속 또는 병렬접속을 이루고, 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)들 사이에서 물리적으로 지지됨으로써 모듈화될 수 있다.
광전 셀(S) 내부에는 전해질(150)이 충진되어 있으며, 광전변환모듈(100)의 테두리를 따라 배치되는 한편으로, 이웃한 광전 셀(S)들 사이를 따라 배치된 실링부재(130)에 의해 내부에 충진된 전해질(150)이 밀봉된다. 상기 실링부재(130)는 전해질(150)을 포위하도록 전해질(150) 주위에 형성되고, 전해질(150)이 외부로 누설되지 않도록 밀봉하고 있다.
상기 수광면 기판(110)은 서로 나란하게 연장되는 장변부(110a)들과, 상기 장변부(110a)와 수직방향으로 나란하게 연장되는 단변부(110b)들을 갖는 대략 사각 장방형으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 수광면 기판(110)의 어느 일변, 예를 들어, 단변부(110b)를 따라서는 실링부재(130)가 개방되어 전해질 주입부(130`)를 제공한다. 전해질 주입부(130`)를 통하여 광전변환모듈(100) 내부로 전해질(150)을 주입하고, 주입이 완료된 이후에 주입부(130`)를 밀봉용 페이스트로 채워 봉입함으로써 주입부 밀봉재(160)를 형성할 수 있다.
전해질 주입부(130`)를 이용하여 전해질(150)을 주입하고 전해질 주입이 완료된 이후에 전해질 주입부(130`)를 밀봉재(160)로 포장함으로써 종래 전해질 주입을 위한 특수한 가압설비, 예를 들어, 실린지(syringe) 등이 요구되지 않고 전해질 주입이 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 전해질 주입부(130`)의 밀봉시에는 개방된 단변부(110b)를 따라 밀봉용 페이스트를 도포하고 필요에 따라 적정의 경화처리를 거쳐서 주입부 밀봉재(160)가 형성될 수 있다. 이렇게 밀봉용 수지용액의 도포에 의해 주입부(130`)의 밀봉이 편리하게 이루어질 수 있다.
상기 주입부 밀봉재(160)는 전해질(150)을 밀봉할 수 있는 것이면 충분하고 예를 들어, 수지소재(resin)나 글래스 프릿(glass frit) 등으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 주입부 밀봉재(160)는 온도환경에 따라 선택적으로 유동성을 띠는 물질로 선택될 수 있다. 예를 들어, 고온환경에서는 단변부(110b)를 따라 도포되기에 충분한 유동성을 갖고, 통상적인 작동온도범위에서는 경화되어 전해질(150)을 밀봉할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 주입부 밀봉재(160)는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 올레핀계 수지, 올레핀-아크릴산계 수지, 올레핀-금속 이온을 포함하는 아크릴산계 수지, 올레핀-아크릴레이트계 수지 등의 수지소재나 글래스 프릿으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 주입부 밀봉재(160)는 온도환경에 따라 유동성에 차이를 보이는 온도 감응형 소재만이 아니라, 예를 들어, 광 조사에 따라 유동성에 차이를 보이는 광 감응형 소재가 적용될 수도 있다.
상기 주입부 밀봉재(160)의 외측에는 전해질 주입부(130`)를 밀폐하는 캡 부재(170)가 더 형성될 수 있다. 상기 캡 부재(170)는 산소나 수분과 같은 유해성분을 투과시키지 않는 재료로 형성될 수 있고, 예를 들어, 유리판, 금속박판 등으로 형성될 수 있다. 상기 캡 부재(170)는 실재(161)를 개재하여 주입부 밀봉재(160)의 외측에 접착될 수 있다.
도 2는 도 1의 II-II` 선을 따라 취한 단면도이다. 도면을 참조하면, 상기 광전변환모듈(100)은 서로 마주하게 배치된 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)을 포함하고, 양 기판(110,120) 사이에는 실링부재(130)에 의해 구획되는 다수의 광전 셀(S)들이 형성된다. 이웃한 광전 셀(S)들 사이에는 접속부재(180)가 마련되어 이웃한 광전 셀(180)들을 서로 접속시키며, 예를 들어, 상기 접속부재(180)는 광전 셀(S)들을 직렬접속시킬 수 있다.
상기 수광면 기판(110)과 상대기판(120)상에는 각각 광전극(111)과 상대전극(121)이 형성되며, 수광면 기판(110)과 상대기판(120)은 실링부재(130)를 개재하여 소정의 간극을 사이에 두고 합착된다. 상기 광전극(111) 상에는 빛(VL)에 의해 여기되는 감광성 염료를 흡착한 반도체층(113)이 형성되며, 상기 반도체층(113)과 상대전극(121) 사이에는 전해질(150)이 개재된다.
상기 수광면 기판(110)은 투명소재로 형성될 수 있고, 높은 광투과율을 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 수광면 기판(110)은 유리소재의 글라스 기판이나 수지필름으로 구성될 수 있다. 수지필름은 통상 가요성을 갖기 때문에 유연성이 요구되는 용도에 적합하다.
상기 광전극(111)은 광전변환모듈(100)의 음극(negative electrode)으로 기능하며, 광전변환작용에 따라 생성된 전자들을 수취하여 전류패스를 제공한다. 광전극(111)을 통하여 입사된 빛(VL)은 반도체층(113)에 흡착된 감광성 염료의 여기원으로 작용한다. 상기 광전극(111)은 전기 전도성과 함께 광 투명성을 갖춘 ITO, FTO, ATO 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide)로 형성될 수 있다. 상기 광전극(111)은 전기 전도성이 우수한 금(Ag), 은(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속전극을 더 포함할 수도 있다. 이러한 금속전극은 광전극(111)의 전기 저항을 낮추기 위해 도입된 것이며, 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 매쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.
상기 반도체층(113) 자체는 종래 광전변환소자로 사용되던 반도체 소재를 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, Cd,Zn,In,Pb,Mo,W,Sb,Ti,Ag,Mn,Sn,Zr,Sr,Ga,Si,Cr 등의 금속 산화물로 형성될 수 있다. 상기 반도체층(113)은 감광성 염료를 흡착함으로써 광전변환효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(113)은 5nm ~ 1000nm 입경의 반도체 입자를 분산시킨 페이스트를 전극(111)이 형성된 기판(110) 위에 도포한 후, 소정의 열 또는 압력을 적용하는 가열 처리 또는 가압 처리를 거쳐 형성될 수 있다.
상기 반도체층(113)에 흡착된 감광성 염료는 수광면 기판(110)을 투과하여 입사된 빛(VL)을 흡수하고, 감광성 염료의 전자는 기저 상태로부터 여기 상태로 여기된다. 여기된 전자는 감광성 염료와 반도체층(113) 간의 전기적인 결합을 이용하여 반도체층(113)의 전도대로 전이된 후, 반도체층(113)을 통과하여 광전극(111)에 도달하고, 광전극(111)을 통하여 외부로 인출됨으로써 외부회로를 구동하는 구동전류를 형성하게 된다.
예를 들어, 상기 반도체층(113)에 흡착되는 감광성 염료는 가시광 대역에서 흡수를 보이고, 광 여기 상태로부터 신속하게 반도체층(113)으로의 전자 이동을 야기하는 분자로 구성된다. 상기 감광성 염료는 액상, 반 고체의 겔 형상, 고체 형태 중의 어느 한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(113)에 흡착되는 감광성 염료로는 루테늄(ruthenium) 계의 감광성 염료가 사용될 수 있다. 소정의 감광성 염료를 포함하는 용액 속에 반도체층(113)이 형성된 기판(110)을 침지시키는 방식으로, 감광성 염료를 흡착한 반도체층(113)을 얻을 수 있다.
상기 전해질(150)로는 한 쌍의 산화체와 환원체를 포함하는 레독스(Redox) 전해질이 적용될 수 있고, 고체형 전해질, 겔상 전해질, 액체형 전해질 등이 모두 사용될 수 있다.
수광면 기판(110)과 마주하게 배치되는 상대기판(120)은 투명성을 특히 요구하지는 않지만, 광전변환효율을 높이기 위한 목적으로 양편에서 빛(VL)을 받을 수 있도록 투명소재로 형성될 수 있고, 수광면 기판(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. 특히, 상기 광전변환모듈(100)이 창틀 등의 구조물에 설치되는 BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 용도로 활용되는 경우에는 실내로 유입되는 빛(VL)을 차단하지 않도록 광전변환모듈(100)의 양편으로 투명성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 상대전극(121)은 광전변환모듈(100)의 양극(positive electrode)으로 기능한다. 반도체층(113)에 흡착된 감광성 염료는 빛(VL)을 흡수하여 여기되고, 여기된 전자는 광전극(111)을 통하여 외부로 인출된다. 한편, 전자를 잃은 감광성 염료는 전해질(150)의 산화에 의해 제공되는 전자를 수취하여 다시 환원되고, 산화된 전해질(150)은 외부회로를 거쳐서 상대전극(121)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 광전변환의 작동과정이 완성된다.
예를 들어, 상기 상대전극(121)은 전기 전도성과 함께 광 투명성을 갖춘 ITO, FTO, ATO 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 상기 상대전극(121)은 전기 전도성이 우수한 금(Ag), 은(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속전극을 더 포함할 수 있다. 상기 금속전극은 상대전극(121)의 전기 저항을 낮추기 위해 도입된 것으로, 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 매쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.
상기 상대전극(121) 상에는 촉매층(123)이 형성될 수 있다. 상기 촉매층(123)은 전자를 제공하는 환원 촉매기능을 갖는 소재로 형성되며, 예를 들어, 백금(Pt), 금(Ag), 은(Au), 동(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속이나, 산화주석 등의 금속 산화물, 또는 그라파이트(graphite) 등의 카본계 물질로 구성될 수 있다.
상기 수광면 기판(110)과 상대기판(120) 사이에 형성된 실링부재(130)는 수광면 기판(110)과 상대기판(120) 사이의 일정간격을 유지하는 것과 동시에, 양 기판(110,120) 사이에 평면적으로 배열된 다수의 광전 셀(S)들을 구획한다. 또한, 상기 실링부재(130)는 광전변환모듈(100) 내에 주입된 전해질(150)을 포위하여 전해질(150)을 밀봉하는 기능을 한다. 상기 실링부재(130)는 에폭시(epoxy) 등의 열 경화성 수지, 이오노머(ionomer) 등의 열 가소성 수지, UV 경화성 에폭시 등의 광 경화성 수지 등으로 형성될 수 있다.
실링부재(130)와 인접한 위치에는 광전 셀(S)들을 전기적으로 접속시키는 접속부재(180)가 배치된다. 예를 들어, 상기 접속부재(180)는 실링부재(130)에 의해 정의된 수용공간 내에 형성될 수 있으며, 실링부재(130)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 접속부재(180)는 접속부재(180)의 상하로 배치된 광전극(111)과 상대전극(121)과 맞닿도록 수직으로 연장되어 있고, 이웃한 광전 셀(S)들 간의 광전극(111)과 상대전극(121)을 접속하여 이들을 직렬 접속시킬 수 있다. 상기 접속부재(180)는 우수한 도전성을 갖는 금속소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, 실링부재(130)에 정의된 수용공간 내에 도전성 페이스트를 충진시킴으로써 접속부재(180)를 형성할 수 있다.
도 3에는 실링부재(130)의 평면구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 실링부재(130)는 수광면 기판(110)의 장변부(110a) 및 단변부(110b)를 따라 연장됨으로써 전해질(150)이 수용될 공간을 형성하며, 기판(110)의 내부영역으로 연장됨으로써 수광면 기판(110) 및 상대기판(120) 사이에서 평면적으로 배열된 다수의 광전 셀(S)들을 구획한다. 보다 구체적으로, 상기 실링부재(130)는 장변부(110a) 및 단변부(110b)를 둘러싸도록 연장되는 제1 부분(131)과, 기판(110)의 내부영역에 형성되어 서로 이웃한 광전 셀(S)들을 구획하는 제2 부분(132)을 갖는다. 상기 제2 부분(132)에는 이웃하는 광전 셀(S)들을 전기적으로 연결하는 접속부재(180)가 수용될 수용공간(181)이 형성될 수 있다.
상기 제1 부분(131)은 서로 나란하게 연장되는 한 쌍의 장변부(110a)들과 일 단변부(110b)를 따라 연장되며, 타 단변부(110b)는 개방되어 전해질 주입부(130`)를 제공한다. 이 개방된 전해질 주입부(130`)를 통하여 전해질(150)이 주입된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전해질(150) 주입이 완료된 후에는 주입부 밀봉재(160)가 형성된다. 이때, 상기 주입부 밀봉재(160)는 광전 셀(S)들을 폐쇄할 수 있는 넓은 폭(W)으로 형성된다. 즉, 주입부 밀봉재(160)는 적어도 제2 부분(132)들과 맞닿을 수 있는 충분한 폭(W)으로 형성됨으로써 제2 부분(132)들과 함께 광전셀(S)들을 구획한다.
한편, 주입부 밀봉재(160)의 외측에는 캡 부재(170)가 형성되어 2중의 밀봉 구조를 형성할 수 있다. 상기 캡 부재(170)는 실재(161)를 개재하여 주입부 밀봉재(160)의 외측면에 부착될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 광전변환모듈(100)의 제조과정을 단계별로 도시한 도면들이다. 먼저, 도 5a에서 볼 수 있듯이, 광전변환을 수행하기 위한 기능층(115,125)이 형성된 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)을 준비한다. 예를 들어, 상기 기능층(115,125)은 빛을 수광하여 여기 전자들을 생성해내는 반도체층(130)과, 생성된 전자들의 전류패스를 형성하기 위한 광전극(111) 및 상대전극(121)과, 전해질(150)의 촉매작용을 수행하는 촉매층(123)을 포함한다.
다음에, 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)을 서로 마주하게 배치하고, 양 기판(110,120)들 사이에 실링부재(130)를 배치한 후 소정의 열과 압력을 가하여 양 기판(110,120)을 서로에 대해 봉착시킨다. 이때, 상기 실링부재(130)는 개방되어 있는 일 변을 통하여 전해질 주입부(130`)를 제공하게 된다.
다음에, 전해질 주입부(130`)를 통하여 전해질을 주입한다. 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 합착된 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)을 포함하는 기판 조립체(100`)를 직립자세로 배치하고, 전해질 주입부(130`)가 하방을 향하도록 전해질 용액(150`)이 충진된 욕조(B) 속에 기판 조립체(110`)를 담가둔다. 이때, 전해질 주입작업은 밀폐 챔버(C) 내에서 이루어질 수 있고, 예를 들어, 소정의 가스압(P)으로 비활성 가스가 충진된 분위기에서 이루어질 수 있다. 가스압(P)에 의해 욕조(B) 내의 전해질 용액(150`)이 기판 조립체(100`) 내로 주입될 수 있으며, 일변이 광범위하게 개방된 전해질 주입부(130`)를 이용하여 주입작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
다음에, 전해질 주입이 완료됨에 따라 전해질 주입부(130`)에 대한 봉입이 진행된다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 전해질 주입부(130`)를 따라 밀봉용 페이스트를 도포하고 필요에 따라 적정의 경화처리를 거쳐서 주입부 밀봉재(160)를 형성한다. 예를 들어, 상기 주입부 밀봉재(160)는 수지소재(resin) 또는 글래스 프릿(glass frit) 등으로 형성될 수 있다. 다음에, 캡 부재(170)를 이용하여 전해질 주입부(130`)를 밀페시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 캡 부재(170)는 실재(161)를 개재하여 주입부 밀봉재(160) 상에 부착될 수 있다.
도 6에는 본 발명과 대조되는 비교예에 따른 광전변환모듈의 평면구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 광전변환모듈(200)은 서로 마주하게 합착되는 제1, 제2 기판(210,220)을 포함하며, 양 기판(210,220)들 사이에는 다수의 광전 셀들이 배열된다. 제1, 제2 기판(210,220) 사이에는 실링부재(230)가 배치되며, 상기 실링부재(230)는 기판 테두리를 따라 연장되어 전해질(250)이 주입될 공간을 형성하며, 기판 테두리 내부로 연장됨으로써 각 광전 셀들을 구획한다.
제1 기판(210)에는 전해질 주입을 위한 전해질 주입구(210`)가 형성된다. 상기 전해질 주입구(210`)는 제1 기판(210)의 각 광전 셀에 대응되는 위치마다 형성되며, 예를 들어, 각 광전 셀 마다 쌍을 이루어 형성될 수 있다. 전해질(250) 주입이 완료된 이후에는 전해질 주입구(210`)에 밀봉 마개(240)가 끼워지며, 일 열의 전해질 주입구(210`)에 걸쳐서 연장되는 밀봉 캡(270)에 의해 주입구(210`)가 밀폐될 수 있다.
비교예의 광전변환모듈(200)에서는 상대적으로 협소하게 마련되는 전해질 주입구(210`)를 통하여 전해질(250)이 주입되므로, 전해질 주입을 위해 실린지(syringe)와 같은 별도의 가압수단이 요구된다. 또한, 기판(210) 상에 다수의 전해질 주입구(210`)가 형성되므로, 기판 가공비가 상승하고 제품 수율이 떨어지는 문제가 있으며, 기판 강도가 저하되는 문제도 발생된다. 또한, 각 전해질 주입구(210`)에 대한 밀봉작업이 개별적으로 이루어지므로, 작업공수가 증가하게 된다는 문제도 있다.
도 1에 도시된 광전변환모듈에서는 일변이 개방된 형태의 전해질 주입부(130`)를 통하여 전해질(150)을 주입함으로써 별도의 가압수단이 요구되지 않고, 전해질(150)의 주입이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 전해질 주입부(130`)의 밀봉이 밀봉용 페이스트의 일괄적인 도포로 이루어질 수 있으므로, 밀봉공정 역시 용이하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 광전변환모듈 110 : 수광면 기판
110a : 수광면 기판의 장변부 110b : 수광면 기판의 단변부
111 : 광전극 113 : 반도체층
115,125 : 기능층 120 : 상대기판
121 : 상대전극 123 : 촉매층
130 : 실링부재 130`: 전해질 주입부
131 : 실링부재의 제1 부분 132 : 실링부재의 제2 부분
150 : 전해질 160 : 주입부 밀봉재
161 : 실재 170 : 캡 부재
180 : 접속부재 181 : 접속부재의 수용공간
S : 광전 셀 B : 전해질 욕조
C : 밀폐 챔버

Claims (20)

  1. 광전변환을 수행하는 다수의 광전 셀들을 포함하는 광전변환모듈로서,
    서로 마주하게 배치되어 그 사이에 전해질이 주입될 공간을 형성하는 한 쌍의 기판들;
    상기 기판들 사이의 가장자리를 따라 형성되어 전해질을 밀봉하는 것으로, 그 일부가 개방되어 전해질 주입부를 제공하는 실링부재; 및
    상기 전해질 주입부를 따라 형성된 주입부 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 사각형 판상이고, 상기 실링부재는 상기 기판의 일 변부를 따라 개방되어 상기 전해질 주입부를 제공하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주입부 밀봉재는 상기 기판의 일 변부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 서로 나란하게 연장되는 제1, 제2 장변부와, 상기 제1, 제2 장변부들 사이에서 나란하게 연장되는 제1, 제2 단변부를 갖는 장방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 기판의 4 변부 중에서 어느 일 변부를 따라 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 제1, 제2 장변부와 제1 단변부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 실링부재는,
    상기 기판의 제1, 제2 장변부 및 제1 단변부를 따라 연장되는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분 중 제1 단변부에 대응되는 위치에서 장변부 방향으로 연장되며 이웃한 광전 셀들을 구획하는 제2 부분들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주입부 밀봉재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 형성되고, 장변부 방향으로 적어도 상기 제2 부분들과 맞닿는 넓은 폭으로 형성되어 상기 제2 부분들과 함께 광전 셀들을 구획하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 부분에는 이웃한 광전 셀들을 접속시키기 위한 접속부재가 수용되는 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광전 셀은,
    상기 제1 기판 및 제2 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성된 반도체층; 및
    상기 반도체층 및 제2 전극 사이에 형성된 전해질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 주입부 밀봉재는 수지소재 또는 글라스 프릿으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 주입부 밀봉재의 외측에 형성되는 캡 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  14. 광전변환을 수행하는 다수의 광전 셀들을 포함하는 광전변환모듈로서,
    서로 마주하게 배치되어 그 사이에 전해질이 주입될 공간을 형성하는 한 쌍의 기판들;
    상기 기판들 사이의 가장자리를 따라 형성되어 전해질을 밀봉하되, 상기 기판의 어느 일 변부를 따라 개방되어 전해질 주입부를 제공하는 실링부재; 및
    상기 전해질 주입부를 따라 형성되어 전해질을 봉입하는 주입부 밀봉재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판은 서로 나란하게 연장되는 제1, 제2 장변부와, 상기 제1, 제2 장변부들 사이에서 서로 나란하게 연장되는 제1, 제2 단변부를 갖는 장방형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 제1, 제2 장변부와 제1 단변부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 실링부재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 실링부재는,
    상기 기판의 제1, 제2 장변부 및 제1 단변부를 따라 연장되는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분의 제1 단변부에 대응되는 위치에서 장변부 방향으로 연장되며 이웃한 광전 셀들을 구획하는 제2 부분들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 주입부 밀봉재는 상기 기판의 제2 단변부를 따라 형성되고, 장변부 방향으로 적어도 상기 제2 부분들과 맞닿는 넓은 폭으로 형성되어 상기 제2 부분들과 함께 광전 셀들을 구획하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 부분에는 이웃한 광전 셀들을 접속시키기 위한 접속부재가 수용되는 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
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