KR20110103734A - 광전변환모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 광전변환모듈이 개시된다. 상기 광전변환모듈은, 제1, 제2 전극이 각각 형성되고, 서로 마주하게 배치된 제1, 제2 기판과, 제1 기판에 형성된 전해질 주입구를 통하여 주입되고, 제1, 제2 기판 사이에 채워진 전해질과, 전해질 주입구를 밀봉하는 것으로, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 어느 한 전극과 전기 접속을 이루는 전도성 밀봉부재를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 구조가 단순화되고, 실장작업이 용이하게 이루어질 수 있는 광전변환모듈이 제공된다.
Description
본 발명은 광전변환모듈에 관한 것으로, 구조의 단순화가 가능하고 실장작업이 용이하게 이루어질 수 있는 광전변환모듈에 관한 것이다.
최근 화석연료를 대체하는 에너지의 원천으로서, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전변환모듈에 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 실시형태는 구조가 단순화되고, 실장작업이 용이하게 이루어질 수 있는 광전변환모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 광전변환모듈은,
제1, 제2 전극이 각각 형성되고, 서로 마주하게 배치된 제1, 제2 기판;
상기 제1 기판에 형성된 전해질 주입구를 통하여 주입되고, 상기 제1, 제2 기판 사이에 채워진 전해질; 및
상기 전해질 주입구를 밀봉하는 것으로, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 어느 한 전극과 전기 접속을 이루는 전도성 밀봉부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전극은 상기 제1, 제2 기판 사이에 형성되고, 상기 전도성 밀봉부재는 제1 기판의 외면을 가로질러 제1 기판의 일 모서리를 둘러싸듯이 제1, 제2 기판 사이로 연장된다.
예를 들어, 상기 전도성 밀봉부재는,
상기 전해질 주입구를 덮도록 상기 제1 기판을 가로질러 연장되는 실링부와, 실링부의 일단에 형성되고, 상기 수광면 기판의 일 모서리를 둘러싸도록 클립 형태로 절곡된 접속부를 포함한다.
예를 들어, 상기 광전변환모듈은, 상기 제1, 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되는 실링부재를 더 포함한다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 실링부재의 외측으로 연장되는 집전 단자부를 포함하고, 상기 집전 단자부를 통하여 상기 전도성 밀봉부재와 접속을 이룬다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 기판 사이에는 다수의 광전 셀들이 형성되고, 상기 제1 기판에는 각 광전 셀에 대응하여 다수의 전해질 주입구가 형성되어 있다.
이때, 상기 전도성 밀봉부재는,
제1 열의 전해질 주입구들을 밀봉하는 제1 전도성 밀봉부재와,
제2 열의 전해질 주입구들을 밀봉하는 제2 전도성 밀봉부재를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 전도성 밀봉부재는 상기 제1 전극과 전기 접속을 이루고, 상기 제2 전도성 밀봉부재는 상기 제2 전극과 전기 접속을 이룬다.
예를 들어, 상기 광전변환모듈은, 제1 기판 및 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되는 실링부재를 더 포함하고, 상기 제1, 제2 전극 각각은 상기 실링부재의 외측으로 연장되는 제1, 제2 집전 단자부를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 집전 단자부는 상기 실링부재의 서로 반대편에 배치된다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재 각각은 제1, 제2 집전 단자부를 통하여 제1, 제2 전극에 전기 접속된다.
예를 들어, 상기 전도성 밀봉부재는 서로에 대해 적층된 전도층과 접착층을 포함한다. 이때, 상기 전도층은 금속박판으로 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 광전변환모듈은,
서로 마주하게 배치된 제1, 제2 기판;
상기 제1, 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치된 실링부재;
상기 제1, 제2 기판에 각기 형성되는 것으로, 상기 실링부재의 외부로 연장되는 제1, 제2 집전 단자부를 포함하는 제1, 제2 전극;
상기 제1 기판에 형성된 전해질 주입부; 및
상기 전해질 주입부를 덮도록 상기 제1 기판을 가로질러 연장되고, 각각 일단이 상기 제1, 제2 집전 단자부에 전기 접속된 제1, 제2 전도성 밀봉부재;를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재는 상기 실링부재의 서로 반대 편에 형성된 제1, 제2 집전 단자부에 각각 접속된다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 집전 단자부는 상기 제1, 제2 기판 사이에 형성되고, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재는 상기 제1 기판의 외면을 가로질러 제1 기판의 일 모서리를 둘러싸면서 상기 제1, 제2 기판 사이의 제1, 제2 집전 단자부에 접속된다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재 각각은,
상기 전해질 주입구를 덮도록 상기 제1 기판을 가로질러 연장되는 실링부와, 상기 실링부의 일단에 형성되고, 상기 수광면 기판의 일 모서리를 둘러싸도록 클립형태로 절곡된 접속부를 포함한다.
예를 들어, 상기 실링부재에 의해 둘러싸인 내부에는 다수의 광전 셀들이 형성되고, 상기 전해질 주입구는 각 광전 셀에 대응되게 다수로 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 제1 전도성 밀봉부재는 제1 열의 전해질 주입구들에 걸쳐서 연장 형성되고, 상기 제2 전도성 밀봉부재는 제2 열의 전해질 주입구들에 걸쳐서 연장 형성된다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재 각각은, 서로에 대해 적층된 전도층과 접착층을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈에 의하면, 전해질 주입구의 실링 기능을 수행하는 밀봉부재가 광전변환작용의 결과로 생성된 출력 전력을 외부로 인출하기 위한 리드 선의 기능을 겸하도록 구성됨으로써 부품개수를 줄일 수 있고, 1회의 조립작업으로 전해질 주입구의 실링과 리드 선의 배설을 동시에 실현할 수 있다. 또한, 전도성 밀봉부재가 기판 상에서 외부로 노출되도록 형성됨으로써 외부 회로와의 접속이 용이해지고, 광전변환모듈의 실장이 편리하게 이루어질 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 1의 III-III` 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 제1 전도성 밀봉부재와 제1 집전 단자부 간의 연결구조를 보여주는 사시도이다.
도 7은 제2 전도성 밀봉부재와 제2 집전 단자부 간의 연결구조를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II` 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III` 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 제1 전도성 밀봉부재와 제1 집전 단자부 간의 연결구조를 보여주는 사시도이다.
도 7은 제2 전도성 밀봉부재와 제2 집전 단자부 간의 연결구조를 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 광전변환모듈(100)에 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 제1, 제2 단변부(110a,110b)들과, 상기 제1, 제2 단변부(110a,110b)와 수직방향으로 나란하게 연장되는 제1, 제2 장변부(110c,110d)들을 갖는 대략 사각 장방형으로 형성될 수 있다. 상기 수광면 기판(110)에는 전해질 주입을 위한 전해질 주입구(110`)가 형성될 수 있다. 상기 전해질 주입구(110`)는 수광면 기판(110)의 각 광전 셀(S)에 대응되는 위치마다 형성되며, 예를 들어, 각 광전 셀(S) 마다 쌍을 이루어 형성될 수 있다. 전해질(150) 주입이 완료된 이후, 전해질 주입구(110`)를 덮도록 전도성 밀봉부재(171,172)가 수광면 기판(110) 상에 부착되며, 제1, 제2 단변부(110a,110b)를 따라 형성되는 일 열의 전해질 주입구(110`)에 걸쳐서 연장되는 전도성 밀봉부재(171,172)에 의해 주입구(110`)가 밀폐될 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 전해질 주입구(110`)는 수광면 기판(110) 상에 조립되는 전도성 밀봉부재(171,172)와 함께, 전해질 주입구(110`) 내부에 채워지는 충진재(140)를 통하여 내부의 전해질(150)을 이중으로 밀봉하는 이중의 실링구조를 형성할 수 있다. 상기 전도성 밀봉부재(171,172)는 수광면 기판(110)의 서로 반대 편, 예를 들어, 제1, 제2 단변부(110a,110b)에 인접하게 배치되는 제1 전도성 밀봉부재(171)와, 제2 전도성 밀봉부재(172)를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 수광면 기판(110)의 제1, 제2 단변부(110a,110b)를 따라 연장된다. 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 제1, 제2 단변부(110a,110b)와 맞닿는 제1, 제2 장변부(110c,110d)까지 연장되며, 인접한 단자영역(CT1,CT2)에서 제1, 제2 집전 단자부(112,122)와 전기적인 접속을 이루게 된다.
서로 겹쳐지게 배치되는 수광면 기판(110)과 상대기판(120)은 다수의 광전 셀(S)들이 배열되어 있는 광전영역(PE)과, 상기 광전영역(PE)의 외곽에 형성되는 단자영역(CT1,CT2)을 포함한다. 상기 광전영역(PE)과 단자영역(CT1,CT2)은 기판(110)의 테두리를 따라 배치되는 실링부재(130)에 의해 구획될 수 있다. 상기 단자영역(CT1,CT2)에는 광전변환작용의 결과로 생성된 출력을 외부회로(미도시)로 인출하기 위한 접속부가 형성되며, 집전 단자부(112,122)와 전도성 밀봉부재(171,172) 간의 접속부가 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 집전 단자부(112,122)는 수광면 기판(110)의 서로 반대되는 제1, 제2 장변부(110c,110d) 측에 형성된 제1, 제2 집전 단자부(112,122)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172) 각각은 인접한 제1, 제2 집전 단자부(112,122)와 전기적인 접속을 이룰 수 있다.
도 2는 도 1의 II-II` 선을 따라 취한 단면도이다. 도 3은 도 1의 III-III` 선을 따라 취한 단면도이다. 도 2 및 도 3에서 전해질 주입구 내에 채워지는 충진재(140)의 도시는 생략되어 있다. 도 4는 도 1의 IV-IV` 선을 따라 취한 단면도이다.
도면들을 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. 서로 마주보게 합착된 수광면 기판(110)과 상대기판(120)의 가장자리에는 단자영역(CT1,CT2)이 형성되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 단자영역(CT1,CT2)은 실링부재(130)의 외부로 노출된 제1, 제2 집전 단자부(112,122)가 각각 형성되어 있는 제1, 제2 단자영역(CT1,CT2)을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 집전 단자부(112,122)는 각각 수광면 기판(110)과 상대기판(120)에 형성되어, 수광면 기판(110)의 광전극(111)이나 상대기판(120)의 상대전극(121)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 제1 집전 단자부(112)는 수광면 기판(110)에 형성된 광전극(111)의 일부가 실링부재(130)의 외부로 인출되어 형성되며(도 2), 상기 제2 집전 단자부(122)는 상대기판(120) 상에 형성된 상대전극(121)의 일부가 실링부재(130)의 외부로 인출되어 형성된다(도 3). 다른 실시형태로서, 상기 제1, 제2 집전 단자부(112,122)는 광전극(111) 및 상대전극(121)과 분리된 개별적인 부재로 이루어지고, 광전극(111) 및 상대전극(121)에 대해 전기적으로 접속될 수도 있다.
상기 제1, 제2 집전 단자부(112,122)는 전해질 주입구(110`)를 덮어 밀봉하는 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)와 전기적으로 접속된다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 수광면 기판(110) 상을 가로질러 연장되며 수광면 기판(110)의 일 모서리를 애워싸듯이 벤딩되어 제1, 제2 집전 단자부(112,122)에 접속된다.
상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 전력전송라인으로 기능하는 전도층(171a,172a)과 수광면 기판(110)과의 접착을 매개하는 접착층(171b,172b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도층(171a,172a)은 알루미늄이나 티타늄 등의 금속박판을 포함할 수 있고, 상기 접착층(171b,172b)은 폴리올레핀 유도체, 폴리올레핀-아크릴산 유도체를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 집전 단자부(112,122)와 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172) 간에는 접속부재(191,192)가 개재되어 이들 간의 전기접속을 매개할 수 있으며, 예를 들어, 상기 접속부재(191,192)로서의 이방성 전도 필름을 개재하고 압착시킴으로써 전기접속이 이루어질 수 있다. 도 2 및 도 3에서 볼 수 있듯이, 수광면 기판(110)에 형성된 제1 집전 단자부(112)와, 상대기판(120)에 형성된 제2 집전 단자부(122)의 접속을 매개하는 제1, 제2 접속부재(191,192)는 서로 다른 높이로 형성될 수 있다.
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 광전변환모듈로 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 5에는 광전변환모듈(100)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도시된 광전변환모듈(100)에서는 광전극(111)이 형성된 수광면 기판(110)과 상대전극(121)이 형성된 상대기판(120)을 마주하게 배치하고, 수광면 기판(110) 및 상대기판(120) 사이에 실링부재(130)를 개재하여 양 기판(110,120)을 봉착시킨 후, 예를 들어, 수광면 기판(110)에 형성된 전해질 주입구(110`)를 통하여 전해질(150)을 광전 셀(S)들 내부에 주입시킨다.
일 실시형태에서, 상기 전해질 주입구(110`)는 각 광전 셀(S)의 길이방향으로 서로 이격된 2위치에 형성되도록 다수로 마련될 수 있다. 상기 수광면 기판(110) 상에는 전해질 주입구(110`)들을 밀봉하기 위한 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)가 배치된다. 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 수광면 기판(110)을 가로질러 연장되며 일 열의 전해질 주입구(110`)들을 밀폐시킬 수 있다. 제1 전도성 밀봉부재(171)는 수광면 기판(110)의 일측 모서리로 연장되며, 기판 모서리를 둘러싸도록 벤딩되어 수광면 기판(110)의 저면으로 연장된다. 제2 전도성 밀봉부재(172)는 수광면 기판(110)의 반대측 모서리로 연장되며, 기판 모서리를 둘러싸도록 벤딩되어 수광면 기판(110)의 저면으로 연장된다.
상기 수광면 기판(110)에는 실링부재(130)의 외측으로 인출되는 제1 집전 단자부(112)가 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 제1 집전 단자부(112)는 수광면 기판(110)에 형성된 광전극(111)의 일부로 일체적으로 연장 형성될 수 있다. 상기 제1 집전 단자부(112)는 제1 전도성 밀봉부재(171)와 접속된다. 광전변환작용의 결과로 생성된 출력 전력은 제1 집전 단자부(112)와 제1 전도성 밀봉부재(171)를 통하여 외부로 인출될 수 있다. 수광면 기판(110) 상에서 외부로 노출되어 있는 제1 전도성 밀봉부재(171)는 출력 전력을 인출하기 위한 리드 선으로 기능을 한다. 전해질 주입구(110`)에 대한 실링 기능을 수행하는 제1 전도성 밀봉부재(171)가 출력 전력의 전송을 위한 리드 선을 기능을 겸함으로써 부품의 개수를 줄일 수 있으며, 1회의 조립작업으로 전해질 주입구(110`)의 실링과 리드 선의 배설을 동시에 실현할 수 있다. 또한, 제1 전도성 밀봉부재(171)는 수광면 기판(110) 상에서 외부로 노출되도록 형성되므로, 광전변환모듈의 실장작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 상대기판(120) 상에는 실링부재(130)의 외측으로 인출되는 제2 집전 단자부(122)가 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 제2 집전 단자부(122)는 상대기판(120) 상에 형성된 상대전극(121)의 일부로서 일체적으로 연장 형성될 수 있다. 상기 제2 집전 단자부(122)는 제2 전도성 밀봉부재(172)와 접속된다. 광전변환작용의 결과로 생성된 출력 전력은 제2 집전 단자부(122)와 제2 전도성 밀봉부재(172)를 통하여 외부로 인출될 수 있다. 전해질 주입구(110`)에 대한 실링 기능을 수행하는 제2 전도성 밀봉부재(172)가 출력 전력의 전송을 위한 리드 선을 기능을 겸함으로써 부품의 개수와 공정 수를 줄일 수 있으며, 수광면 기판(110) 상에서 외부로 노출된 제2 전도성 밀봉부재(172)를 통하여 광전변환모듈의 실장작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈(100)의 제조방법에 대해 공정 단계별로 설명하기로 한다. 먼저, 도 5에서 볼 수 있듯이, 광전극(111) 및 상대전극(121)이 형성된 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)을 준비한다. 상기 수광면 기판(110)이나 상대기판(120)의 어느 일 기판에 전해질 주입을 위한 전해질 주입구(110`)를 형성하는데, 예를 들어, 상기 수광면 기판(110)에 각 광전 셀(S)에 대응되게 다수의 전해질 주입구(110`)를 형성할 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 광전극(111) 및 상대전극(121) 상에는 빛을 수광하여 여기 전자들을 생성해내는 반도체층(130)이나 전해질(150)의 촉매작용을 수행하는 촉매층(123) 등을 더 형성할 수 있다.
다음에, 수광면 기판(110) 및 상대기판(120)을 서로 마주하게 배치하고, 양 기판(110,120)들 사이에 실링부재(130)를 개재한 후 소정의 열과 압력을 가하여 양 기판(110,120)을 서로에 대해 봉착시킨다. 상기 실링부재(130)의 외부로 노출된 수광면 기판(110)에는 제1 집전 단자부(112)가 형성되고, 상기 실링부재(130)의 외부로 노출된 상대기판(120) 상에는 제2 집전 단자부(122)가 형성되며, 상기 제1, 제2 집전 단자부(112,122)는 광전 셀(S)들을 포함하는 광전영역(PE)을 중심으로 서로 반대편에 위치한 제1, 제2 단자영역(CT1,CT2)에 각기 형성된다. 일 실시형태로서, 상기 제1 집전 단자부(112)는 실링부재(130)의 외측으로 노출된 광전극(111)의 일부로 형성될 수 있고, 상기 제2 집전 단자부(122)는 실링부재(130)의 외측으로 노출된 상대전극(121)의 일부로 형성될 수 있다.
다음에, 전해질 주입부(110`)를 통하여 전해질(150)을 주입한다. 예를 들어, 전해질 주입구(150)를 통하고 실린지(syringe) 등 적정의 가압수단(미도시)을 적용하여 수광면 기판(110)과 상대기판(120) 사이가 채워지도록 전해질(150)을 주입한다.
다음에, 전해질(150) 주입이 완료됨에 따라 전해질 주입구(110`)에 대한 봉입이 진행된다. 즉, 전해질 주입구(110`)를 덮도록 전도성 밀봉부재(171,172)가 수광면 기판(110) 상에 배치된다. 서로 다른 열의 전해질 주입구(110`)들을 덮어 밀봉하도록 수광면 기판(110) 상에는 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)가 조립될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 전해질 주입구(110`) 주변의 수광면 기판(110) 상에 접착될 수 있다. 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 일 방향을 따라 연장되는 스트라이프 패턴의 실링부(171c,172c)와, 상기 실링부(171c,172c)의 일단에 형성되고 수광면 기판(110)의 일 모서리를 둘러싸며 끼워지는 클립 형상의 접속부(171d,172d)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)는 상기 실링부(171c,172c)가 전해질 주입구(110`)들 상에 정렬되고, 상기 접속부(171d,172d)가 기판 모서리에 끼워지도록 조립되며, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)의 접속부(171d,172d)가 서로 반대편의 기판 모서리에 끼워지도록 조립될 수 있다.
다음에, 상기 전도성 밀봉부재(171,172)를 집전 단자부(112,122)에 접속시킨다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재(171,172)를 제1, 제2 집전 단자부(112,122)에 접속시키는데, 이방성 전도 필름과 같은 접속부재(191,192)를 개재하여 전도성 밀봉부재(171,172)와 집전 단자부(112,122)를 상호 전기 접속시킨다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 제1 전도성 밀봉부재(171)의 접속부(171d)와 제1 집전 단자부(112) 사이에 접속부재(191)를 개재하고 압착시킴으로써 이들을 상호 전기 접속시킨다. 도 7을 참조하면, 제2 전도성 밀봉부재(172)의 접속부(172d)와 제2 집전 단자부(122) 사이에 접속부재(192)를 개재하고 압착시킴으로써 이들을 상호 전기 접속시킬 수 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,110b : 수광면 기판의 단변부 110c,110d : 수광면 기판의 장변부
110`: 전해질 주입구 111 : 광전극
113 : 반도체층 120 : 상대기판
121 : 상대전극 123 : 촉매층
130 : 실링부재 150 : 전해질
171: 제1 전도성 밀봉부재 172 : 제2 전도성 밀봉부재
171a,172a : 전도층 171b,172b : 접착층
171c,172c : 실링부 171d,172d : 접속부
S : 광전 셀
110a,110b : 수광면 기판의 단변부 110c,110d : 수광면 기판의 장변부
110`: 전해질 주입구 111 : 광전극
113 : 반도체층 120 : 상대기판
121 : 상대전극 123 : 촉매층
130 : 실링부재 150 : 전해질
171: 제1 전도성 밀봉부재 172 : 제2 전도성 밀봉부재
171a,172a : 전도층 171b,172b : 접착층
171c,172c : 실링부 171d,172d : 접속부
S : 광전 셀
Claims (20)
- 제1, 제2 전극이 각각 형성되고, 서로 마주하게 배치된 제1, 제2 기판;
상기 제1 기판에 형성된 전해질 주입구를 통하여 주입되고, 상기 제1, 제2 기판 사이에 채워진 전해질; 및
상기 전해질 주입구를 밀봉하는 것으로, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 어느 한 전극과 전기 접속을 이루는 전도성 밀봉부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 전극은 상기 제1, 제2 기판 사이에 형성되고, 상기 전도성 밀봉부재는 제1 기판의 외면을 가로질러 제1 기판의 일 모서리를 둘러싸듯이 제1, 제2 기판 사이로 연장되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 밀봉부재는,
상기 전해질 주입구를 덮도록 상기 제1 기판을 가로질러 연장되는 실링부; 및
상기 실링부의 일단에 형성되고, 상기 수광면 기판의 일 모서리를 둘러싸도록 클립 형태로 절곡된 접속부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극은 상기 실링부재의 외측으로 연장되는 집전 단자부를 포함하고, 상기 집전 단자부를 통하여 상기 전도성 밀봉부재와 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 기판 사이에는 다수의 광전 셀들이 형성되고, 상기 제1 기판에는 각 광전 셀에 대응하여 다수의 전해질 주입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제6항에 있어서,
상기 전도성 밀봉부재는,
제1 열의 전해질 주입구들을 밀봉하는 제1 전도성 밀봉부재와,
제2 열의 전해질 주입구들을 밀봉하는 제2 전도성 밀봉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제7항에 있어서,
상기 제1 전도성 밀봉부재는 상기 제1 전극과 전기 접속을 이루고, 상기 제2 전도성 밀봉부재는 상기 제2 전극과 전기 접속을 이루는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제8항에 있어서,
제1 기판 및 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되는 실링부재를 더 포함하고, 상기 제1, 제2 전극 각각은 상기 실링부재의 외측으로 연장되는 제1, 제2 집전 단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제9항에 있어서,
상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재 각각은 제1, 제2 집전 단자부를 통하여 제1, 제2 전극에 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제9항에 있어서,
상기 제1, 제2 집전 단자부는 상기 실링부재의 서로 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 밀봉부재는 서로에 대해 적층된 전도층과 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제12항에 있어서,
상기 전도층은 금속박판인 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 서로 마주하게 배치된 제1, 제2 기판;
상기 제1, 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치된 실링부재;
상기 제1, 제2 기판에 각기 형성되는 것으로, 상기 실링부재의 외부로 연장되는 제1, 제2 집전 단자부를 포함하는 제1, 제2 전극;
상기 제1 기판에 형성된 전해질 주입부; 및
상기 전해질 주입부를 덮도록 상기 제1 기판을 가로질러 연장되고, 각각 일단이 상기 제1, 제2 집전 단자부에 전기 접속된 제1, 제2 전도성 밀봉부재;를 포함하는 광전변환모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재는 상기 실링부재의 서로 반대 편에 형성된 제1, 제2 집전 단자부에 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제1, 제2 집전 단자부는 상기 제1, 제2 기판 사이에 형성되고, 상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재는 상기 제1 기판의 외면을 가로질러 제1 기판의 일 모서리를 둘러싸면서 상기 제1, 제2 기판 사이의 제1, 제2 집전 단자부에 접속되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재 각각은,
상기 전해질 주입구를 덮도록 상기 제1 기판을 가로질러 연장되는 실링부; 및
상기 실링부의 일단에 형성되고, 상기 수광면 기판의 일 모서리를 둘러싸도록 클립형태로 절곡된 접속부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제14항에 있어서,
상기 실링부재에 의해 둘러싸인 내부에는 다수의 광전 셀들이 형성되고, 상기 전해질 주입구는 각 광전 셀에 대응되게 다수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제18항에 있어서,
상기 제1 전도성 밀봉부재는 제1 열의 전해질 주입구들에 걸쳐서 연장 형성되고, 상기 제2 전도성 밀봉부재는 제2 열의 전해질 주입구들에 걸쳐서 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제1, 제2 전도성 밀봉부재 각각은, 서로에 대해 적층된 전도층과 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
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