KR20120007188A - 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지용 전해줄 주입구 밀봉 장치는 상부 기판 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격되어, 대향하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 전해질이 충전된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치에 있어서, 상기 전해질 주입구는 상기 상부 기판에 구비되어, 상기 하부 기판 방향으로 갈수록 너비가 줄어드는 형태로 테이퍼되며, 상기 전해질 주입구에는 밀봉 부재가 끼워진 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 전해질 주입구 밀봉 방법 및 장치는 전해질 주입구 주변부를 밀봉하는 대신, 상기 전해질 주입구의 구조를 테이퍼된 형태로 하고, 상기 테이퍼된 전해질 주입구에 별도의 밀봉부재를 끼우는 방식으로 전해질 주입구를 밀봉한다. 따라서, 본 발명은 전해질 주입구 주변부를 필름 형태로 부착시키는 종래 기술에 비하여, 경제성과 밀봉 효과가 우수하다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지용 전해줄 주입구 밀봉 장치는 상부 기판 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격되어, 대향하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 전해질이 충전된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치에 있어서, 상기 전해질 주입구는 상기 상부 기판에 구비되어, 상기 하부 기판 방향으로 갈수록 너비가 줄어드는 형태로 테이퍼되며, 상기 전해질 주입구에는 밀봉 부재가 끼워진 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 전해질 주입구 밀봉 방법 및 장치는 전해질 주입구 주변부를 밀봉하는 대신, 상기 전해질 주입구의 구조를 테이퍼된 형태로 하고, 상기 테이퍼된 전해질 주입구에 별도의 밀봉부재를 끼우는 방식으로 전해질 주입구를 밀봉한다. 따라서, 본 발명은 전해질 주입구 주변부를 필름 형태로 부착시키는 종래 기술에 비하여, 경제성과 밀봉 효과가 우수하다.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해질 주입구 주변부를 밀봉하는 대신, 상기 전해질 주입구의 구조를 테이퍼된 형태로 하고, 상기 테이퍼된 전해질 주입구에 별도의 밀봉부재를 끼우는 방식으로 전해질 주입구를 밀봉시키므로, 전해질 주입구 주변부를 필름 형태로 부착시키는 종래 기술에 비하여, 경제성과 밀봉 효과가 우수한 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치 및 방법에 관한 것이다.
염료감응 태양전지 중에서 대표적인 것으로는 1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 등이 개발한 나노입자 산화티타늄을 이용한 염료감응 태양전지가 있다. 이 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 저렴하고 전극이 투명하여 건물 외벽 유리창이나 유리온실 등에 응용이 가능하다는 이점이 있으나, 광전변환 효율이 낮아 실제 적용에는 제한이 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물필름이 코팅된 투명의 전도성 전극, 금속 백금 등이 코팅된 상대전극 및 산화-환원의 작용을 하는 전해질로 구성된다. 이와 같은 구성을 갖는 염료감응 태양전지는 하나의 기판에 하나의 염료감응 태양전지를 구비시켜 사용하거나, 하나의 기판 위에 다수개의 염료감응 태양전지를 서로 연결시켜 모듈형태로 사용하게 된다. 이와 같은 종래의
염료감응 태양전지를 다수개 연결설치한 염료감응 태양전지 모듈은 주로 건자재 일체형 광전변환(BIPV,building integrated photovoltaic) 분야에 적용되므로 모듈의 내부 구성이 안정적이어야 하지만, 전해질이 누액될 가능성이 높고, 전해질이 누액되었을 경우 이를 복구하기 곤란하여 염료감응 태양전지의 상용화에 문제점으로 작용하고 있다.
도 1은 전해질 주입구(12)를 포함하는 염료감응 태양전지의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 독립된 서브 모듈 각각에 다수의 전해질 주입구(12)가 구비되며, 서로 대향하는 두 기판을 접합시킨 후, 상기 전해질 주입구(12)를 통하여 액체 전해질이 주입된다. 문제는 상기 주입된 전해질이 외부 환경(예를 들면 온도 상승)에 따라 팽창하여, 일정한 압력이 발생한다는 점이다. 즉, 기판 전체의 외부로 전해질이 누액될 가능성과 함께, 상기 복수 개 구비되는 전해질 주입구(12)를 통해서도 전해질이 누액될 수 있다.
종래에는 상기 전해질 주입구 밀봉 방식은 기판 접합 방식과 유사하게 설린(surlyn)을 상기 전해질 주입구 주변부를 밀봉 한 후, 다시 커버 글라스로 상기 전해질 주입구의 입구 부분을 막는 방식이었다. 하지만, 필름형태(film type)의 설린은 수작업에 의존해야 하므로 대량생산에 한계가 있다. 또한 설린은 섭씨 130 ℃ 정도에서 액상으로 전환되기 때문에 고온 조건이 요구된다. 더 나아가, 필름 형태로 된 설린을 미세한 크기로 오려낸 후, 전해질 주입구 주변부를 밀봉시키는 것은 작업의 숙련도에 따라 작업에 걸리는 시간이 다르고 품질에도 영향을 미치는 요인이 된다. 또한, 설린을 사용하여 전해질 주입구 밀봉은 태양전지가 처해지는 격렬한 온도변화에 대해 완벽히 대응하지 못하므로 시간의 경과에 따라 누액이 발생하며, 이 결과는 효율하락에 영향을 미치는 문제를 발생시킨다. 또한 염료감응 태양전지는 요오드 및 아세토나이트릴(acetonitile)을 주요 구성물질로 한 전해질이 사용되므로 이러한 밀봉재료 또한 내화학성 및 유기용매에 대한 용해도가 없는 물질이라야 하지만, 현재까지 효과적인 전해질 주입구 밀봉 방식은 개시되지 못하는 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는 전해질이 누액되지 않는 새로운 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 전해질 누액을 효과적으로 방지할 수 염료감응 태양전지용 밀봉 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상부 기판 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격되어, 대향하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 전해질이 충전된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치에 있어서, 상기 전해질 주입구는 상기 상부 기판에 구비되어, 상기 하부 기판 방향으로 갈수록 너비가 줄어드는 형태로 테이퍼되며, 상기 전해질 주입구에는 밀봉 부재가 끼워진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 밀봉 부재의 재료는 플라스틱 또는 금속이며, 상기 밀봉부재는 소정 수준의 탄성을 가지며, 상기 전해질 주입구 하단의 최소 너비 이상의 너비를 갖는 실린더 구조이다 .
또한, 상기 밀봉 부재는 상기 전해질 주입구 하단으로 소정 높이만큼 더 돌출될 수 있으며, 상기 전해질 주입구에는 광경화성 접착제가 충전되며, 상기 전해질 주입구 상부에는 커버 유리기판이 접착된다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상부 기판 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격되어, 대향하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 전해질이 충전된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구의 밀봉방법으로, 상기 방법은 아래로 갈수록 너비가 줄어드는 테이퍼 구조의 전해질 주입구에 상기 전해질 주입구 하단 너비 이상의 직경을 갖는 실린더 형상의 밀봉부재가 끼워지는 단계; 및 상기 밀봉부재가 하부 기판 방향으로 가압되어, 상기 전해질 주입구 하단으로부터 소정 높이만큼 상기 밀봉부재가 돌출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법을 제공하며, 상기 밀봉부재의 재료는 소정 수준의 탄성을 갖는 금속 또는 플라스틱일 수 있다.
또한, 상기 밀봉 부재는 상기 전해질 주입구 하단으로부터 돌출됨에 따라 상기 전해질 주입구 하단 너비보다 큰 직경으로 회복되며, 상기 방법은 이후 상기 밀봉부재가 가압되는 단계 후, 상기 전해질 주입구에 접착성 충진제가 채워지는 단계; 및 충진제가 채워진 상기 전해질 주입구 상단은 커버 유리 기판에 의하여 밀봉되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전해질 주입구 밀봉 방법 및 장치는 전해질 주입구 주변부를 밀봉하는 대신, 상기 전해질 주입구의 구조를 테이퍼된 형태로 하고, 상기 테이퍼된 전해질 주입구에 별도의 밀봉부재를 끼우는 방식으로 전해질 주입구를 밀봉한다. 따라서, 본 발명은 전해질 주입구 주변부를 필름 형태로 부착시키는 종래 기술에 비하여, 경제성과 밀봉 효과가 우수하다.
도 1은 전해질 주입구(12)를 포함하는 염료감응 태양전지의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 밀봉장치의 전해질 주입구에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2의 전해질 주입구(210) 내로 밀봉 부재가 끼워진 후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 소정 높이만큼 밀봉 부재가 돌출된 형태의 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전해질 주입구를 밀봉부재가 밀봉하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법의 단계도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 밀봉장치의 전해질 주입구에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2의 전해질 주입구(210) 내로 밀봉 부재가 끼워진 후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 소정 높이만큼 밀봉 부재가 돌출된 형태의 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전해질 주입구를 밀봉부재가 밀봉하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법의 단계도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 상부 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격된 구조이며, 상기 상부 및 하부 기판에는 전해질이 채워진다. 즉, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 유리와 같은 투명 기판상에 서로 대향하는 두 개의 전극(반도체 및 상대 전극), 상기 전극 중 반도체 전극에 적층된 TiO2층, 상기 TiO2층에 흡착된 염료 및 상기 전극을 채우는 전해질층으로 이루어진 구조를 가지며, 이는 종래의 염료감응 태양전지 구조와 동일하다.
하지만, 본 발명은 두 전극 사이에 전해질을 주입하기 위하여, 상기 상부 또는 하부 기판 중 어느 하나의 기판을 소정 크기로 관통하는 전해질 주입구를 또 다른 대향 기판 방향으로 너비가 감소하도록 테이퍼시킨 형태의 염료감응 태양전지용 밀봉 장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 밀봉장치의 전해질 주입구에 대한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전해질 주입구(210)는 홀 형상으로 상부 기판(200)을 관통하며, 상기 전해질 주입구(210)는 상기 상부 기판에 대향하는 하부 기판(220) 방향(즉, 아래 방향)으로 갈수록 그 너비(직경, 지름)가 줄어든다. 본 발명은 전해질 주입구 형상을 테이퍼시킴으로써 전해질 누액을 방지하기 위한 밀봉 부재가 전해질 주입구로 보다 용이하게 끼워지게 한다.
도 3은 도 2의 전해질 주입구(210) 내로 밀봉 부재가 끼워진 후의 모습을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 전해질 주입구(210)의 평면 구조에 대응되는 구조를 갖는 밀봉 부재(230)가 상기 전해질 주입구(210) 내로 끼워진다. 여기에서 대응되는 구조라 함은 만약 전해질 주입구(210)가 원형의 평면 구조를 갖는 경우(홀), 밀봉 부재(230) 또한 동일하게 원형 구조를 갖는다는 것을 의미하며, 본 발명은 이와 같이 동일 평면 구조의 밀봉부재(230)를 전해질 주입구에 임플란트시켜, 물리적으로 고정된 기둥을 갖는 밀봉 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 전해질 주입구(210)는 원형의 홀이므로, 상기 밀봉 부재(230)는 소정의 높이를 갖는 원형 구조, 즉, 실린더 구조가 되며, 이러한 실린더 구조물이 전해질 주입구에 임플란트된다.
도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 부재는 상기 전해질 주입구 하단(A)의 너비(원형인 경우 지름)과 동일하거나 또는 더 큰 너비를 갖는다. 만약, 주입구 하단(A) 너비보다 상기 밀봉 부재의 직경이 더 작은 경우, 밀봉 부재에 의한 전해액의 누액을 방지하는 효과가 없어지게 된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 밀봉부재는 소정 수준의 탄성을 가지며, 상기 밀봉부재 직경보다 작은 너비의 주입구 하단에서, 상기 밀봉부재는 가해주는 힘에 의하여 상기 전해질 주입구를 관통하여, 소정 높이만큼 돌출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 소정 높이만큼 밀봉 부재가 돌출된 형태의 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 밀봉 장치의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 염료감응 태양전지용 전해질 주입구 하단(A)으로부터 소정 높이(h)만큼 밀봉부재가 돌출하며, 특히 돌출된 밀봉부재는 테이퍼된 주입구의 하단의 측면까지 확장되어, 상기 전해질 주입구를 완전히 밀봉한다. 이러한 측면 확장을 위하여, 상기 밀봉부재는 소정의 탄성을 갖는 것이 바람직한데, 상기 탄성 정도는 보다 좁은 주입구를 상기 밀봉부재가 관통할 수 있는 수준이면 충분하다. 이러한 탄성을 갖는 밀봉주재 재료로서, 금속이나 플라스틱 등이 가능하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전해질 주입구를 밀봉부재가 밀봉한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 전해질 주입구(210)는 테이퍼되며, 주입구 하단에는 밀봉부재가 끼워지게 된다. 하지만, 밀봉부재와 주입구 사이에는 상당한 공간(B)이 남아있으므로, 본 발명은 상기 주입구 공간(B)에 광경화성 접착제, 예를 들면 UV 경화성 접착제(240)를 충진하며, 이로써 혹 밀봉부재로부터 발생하는 전해액의 누액을 완전히 방지하고, 상기 밀봉부재의 기계적 강도를 증가시킨다.
상기 접착제가 충진된 전해질 주입구의 상단 입구(C) 상에는 다시 커버 유리 기판(250)이 적층, 접합되어, 상기 전해질 주입구 상단을 밀봉시킨다. 하지만, 상기 커버 유리 기판(250)을 사용하지 않거나, 또 다른 방식으로 테이퍼된 전해질 주입구 상단을 밀봉할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다.
도 6 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법의 단계도이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 아래로 갈수록 너비가 줄어드는 테이퍼 구조의 전해질 주입구(210)가 개시된다. 여기에서 아래는 상기 전해질 주입구(210)가 형성된 상부기판(200)의 상대기판인 하부기판(220) 방향이 되며, 전해질이 충진되는 공간에서의 전해질 주입구(210)너비는 그 반대에 비하여 보다 적으며, 이는 상술한 바와 같다.
도 7을 참조하면, 상기 전해질 주입구(210) 하단(A) 너비 이상의 직경(D)을 갖는 실린더 형상의 밀봉부재(230)가 끼워지는데, 상기 밀봉부재(230)는 하부기판(220) 방향으로 가압되어, 상기 전해질 주입구(210) 하단(A)으로부터 소정 높이만큼 밀봉부재(240)가 돌출된다.
즉, 소정의 탄성을 갖는 밀봉부재(230)를 사용함으로써 홀보다 넓은 직경에도 불구하고, 상기 밀봉부재는 상기 홀(전해질 주입구 하단 홀)을 관통하며, 관통 후 상기 밀봉부재(230)는 탄성에 의하여 다시 팽창하여, 원래의 직경 수준으로 회복된다. 이로써 상기 밀봉부재는 전해질 주입구 하단을 완전히 밀봉하는데, 본 발명은 이를 위하여, 상기 밀봉부재(230)의 재료로 소정 수준의 탄성을 갖는 금속 또는 플라스틱을 사용한다.
도 8을 참조하면, 상기 밀봉부재(230)가 가압되어, 상기 전해질 주입구에 끼워진 후, 상기 전해질 주입구에 UV 접착제와 같은 접착성 충진제(240)가 채워지며, 상기 접착성 충진제(240)가 채워진 상기 전해질 주입구 입구, 즉, 상단 입구는 커버 유리 기판에 의하여 밀봉된다.
Claims (9)
- 상부 기판 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격되어, 대향하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 전해질이 충전된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치에 있어서, 상기 전해질 주입구는 상기 상부 기판에 구비되어, 상기 하부 기판 방향으로 갈수록 너비가 줄어드는 형태로 테이퍼되며, 상기 전해질 주입구에는 밀봉 부재가 끼워진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 밀봉 부재의 재료는 플라스틱 또는 금속인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치. - 제 2항에 있어서,
상기 밀봉부재는 소정 수준의 탄성을 가지며, 상기 전해질 주입구 하단의 최소 너비 이상의 너비를 갖는 실린더 구조인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉장치. - 제 3항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 상기 전해질 주입구 하단으로 소정 높이만큼 더 돌출된 것을 특징으로 하는 전해질 주입구 밀봉 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 전해질 주입구에는 광경화성 접착제가 충전되며, 상기 전해질 주입구 상부에는 커버 유리기판이 접착되는 것을 특징으로 하는 전해질 주입구 밀봉 장치. - 상부 기판 및 하부 기판이 소정 간격으로 이격되어, 대향하며, 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 전해질이 충전된 염료감응 태양전지의 전해질 주입구의 밀봉방법으로, 상기 방법은,
아래로 갈수록 너비가 줄어드는 테이퍼 구조의 전해질 주입구에 상기 전해질 주입구 하단 너비 이상의 직경을 갖는 실린더 형상의 밀봉부재가 끼워지는 단계; 및
상기 밀봉부재가 하부 기판 방향으로 가압되어, 상기 전해질 주입구 하단으로부터 소정 높이만큼 상기 밀봉부재가 돌출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 6항에 있어서,
상기 밀봉부재의 재료는 소정 수준의 탄성을 갖는 금속 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 7항에 있어서,
상기 밀봉 부재는 상기 전해질 주입구 하단으로부터 돌출됨에 따라 상기 전해질 주입구 하단 너비보다 큰 직경으로 회복되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법. - 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은
상기 밀봉부재가 가압되는 단계 후, 상기 전해질 주입구에 접착성 충진제가 채워지는 단계; 및
충진제가 채워진 상기 전해질 주입구 상단은 커버 유리 기판에 의하여 밀봉되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉방법.
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