KR20120033474A - 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응형 태양전지 모듈을 간편하고 용이하게 제조함은 물론, 외부의 충격으로부터 보호하여 내구성을 향상시키고, 습기 또는 산소와의 접촉을 차단하여 산화를 방지함으로써 사용수명을 연장시킬 수 있도록 한 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로 그 구성은 하부에 하부강화유리(10)를 구비하는 단계; 상기 하부강화유리의 표면에 하부스페이서(20)를 배열하는 단계; 상기 하부스페이서가 배열된 하부강화유리의 가장자리에 실링부재(30)를 하부강화유리와 일체가 되게 고정시키는 단계; 상기 하부스페이서상에 준비된 태양전지(40)를 올려놓는 단계: 상기 태양전지의 표면에 상부스페이서(50)를 배열하는 단계; 상기 상부스페이서 상에 상부강화유리(60)를 올려놓고 그 상부강화유리의 가장자리를 상기 실링부재와 일체가 되게 고정시키는 단계; 상기 태양전지의 상/하면과 상/하부스페이서의 사이 공간에 액상의 투명보호부재(70)를 주입하여 고형화시키는 단계;로 이루어진다.
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지 모듈을 간편하고 용이하게 제조함은 물론, 외부의 충격으로부터 보호하여 내구성을 향상시키고, 습기 또는 산소와의 접촉을 차단하여 산화를 방지함으로써 사용수명을 연장시킬 수 있도록 한 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양에너지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원이 무한할 뿐만 아니라 수명이 긴 장점이 있다. 이러한 태양전지로는 실리콘 태양전지, 염료감응 태양전지 등으로 구분된다.
태양전지의 실용화를 위해서는 광전변환효율의 향상과 함께 태양전지의 대면적화가 가능해야 하는바, 지속적인 연구에 의해 활성화면적이 1cm2 이하인 소형태양전지에서 높은 광전변환 효율을 구현한 예가 계속 보고되고 있지만, 대면적화 된 태양전지에서는 소형태양전지에서와 같은 높은 광전변환 효율을 기대할 수 없는 실정이다.
이는 태양전지가 대면적화 될수록 전자의 이동거리가 길어지고, 태양전지에 사용되는 전극은 외부광의 투과를 위해 높은 저항을 가지는 투명전극으로 이루어지기 때문이다. 즉, 대면적화 된 태양전지에서는 외부 광에 의해 형성된 전자들이 높은 저항의 투명전극을 통해 멀리 이동하여야 하므로 광전변환 효율이 좋지 않다.
이에 대면적화 된 태양전지에서 광전변환효율을 향상하는 방법으로 하나의 태양전지로 작용하는 단위 셀을 복수로 연결하여 태양전지 모듈로 제작하는 방법이 제시되었다. 이때, 각 단위 셀들은 전극들 및 광흡수 층을 구비하게 되는데 단위 셀들의 전극들 사이에 도전물질을 위치시켜 단위 셀들을 연결하는 것이 일반적이다.
그런데, 지금까지 제시된 방법은 접촉 특성의 문제로 인해 전기적으로 불균일하여 원하는 광전변환효율을 나타낼 수 없으며, 물리적으로 불균일하여 태양전지 모듈의 불량률이 증가되는 문제가 있었다.
일례로, 두 가지 크기의 도전체 입자를 이용하는 방법은 입자의 크기가 불균일하여 단위 셀들을 전기적으로 불균일하게 연결할 수 있으며 국부적인 부분에 큰 압력이 가해져 연결되는 전극들이 손상될 수 있다. 그리고 원형 단면의 도선만을 이용하는 경우는 위치에 따라 접촉 저항이 크게 변화하여 단위 셀들을 전기적으로 불균일하게 연결하는 문제가 있었다.
또한 근래에는 태양전지를 외부의 습기 및 산소로부터 보호되도록 태양전지 상하면에 필름(EVA : Ethyl Vinyl Acetate)코팅 층과 그 필름 코팅된 태양전지 하면을 지지하도록 한 하판 시트부와 상기 필름 코팅된 태양전지 상면에 밀착되도록 한 상판글라스부로 구성되게 제조하고 있다.
이러한 상기 종래의 태양전지 모듈은 태양전지 상/하면의 필름 층을 열 융합하여 태양전지를 사이에 두고 압착시키도록 하고 필름 코팅된 태양전지를 하판시트부에 재치하여 상판글라스를 밀착시키도록 결합하고 있다.
그러나 상기한 태양전지 모듈은 사용과정에서 필름의 코팅 접착력이 현저히 떨어지기 때문에 접착부실로 인한 빈 공간이 발생하여 태양전지와 전극이 외부의 습기나 산소에 접촉됨으로 인해 산화가 일어나고 그에 따라 태양전지 모듈의 사용수명을 단축시키는 문제점이 있으며, 또 상기 태양전지의 필름 층을 열 융합시키기 위해서는 150℃이상의 열을 가해야 하기 때문에 그에 따른 타양전지가 열화 되거나 열 변화를 일으켜 불량 원인이 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 그 목적은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키도록 형성한 염료감응형 태양전지 모듈을 형성함에 있어서, 복수의 태양전지를 배열하여 그 배열된 태양전지를 액상의 투명 보호부재로 몰딩함으로써 태양전지로 수분이나 산소가 접촉되지 못하게 하여 산화를 방지함은 물론 외부의 충격으로부터 보호함으로써 내구성이 향상되어 사용수명을 연장할 수 있도록 한 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제의 해결 수단에서 염료감응형 태양전지 모듈 제조방법의 구성은 하부에 하부강화유리(10)를 구비하는 단계; 상기 하부강화유리의 표면에 하부스페이서(20)를 배열하는 단계; 상기 하부스페이서가 배열된 하부강화유리의 가장자리에 실링부재(30)를 하부강화유리와 일체가 되게 고정시키는 단계; 상기 하부스페이서상에 준비된 태양전지(40)를 올려놓는 단계: 상기 태양전지의 표면에 상부스페이서(50)를 배열하는 단계; 상기 상부스페이서 상에 상부강화유리(60)를 올려놓고 그 상부강화유리의 가장자리를 상기 실링부재와 일체가 되게 고정시키는 단계; 상기 태양전지의 상/하면과 상/하부스페이서의 사이 공간에 액상의 투명보호부재(70)를 주입하여 고형화시키는 단계;로 이루어진다.
또 상기 염료감응형 태양전지 모듈은 상/하부에 일정간격이 유지되어 공간이 확보되게 상/하부강화유리(10.60)가 마련되고, 상기 공간의 중앙부에는 준비된 태양전지(40)가 위치되며, 상기 태양전지의 상/하부 면에는 각각의 상/하부 스페이서(20.50)가 설치되고 상기 상/하부강화유리의 가장자리에는 실링부재(30)가 상기 상/하부강화유리와 일체가 되게 설치되며, 상기 태양전지가 위치된 공간에는 액상의 투명보호부재(70)가 충진되어 고형화 된 것으로 이루어진다.
상기 투명보호부재는 아크릴수지, 에폭시, 우레탄, 폴리우레탄, 우레아, 실리콘, 멜라민수지 중 어느 하나이고, 상기 실링부재는 서멀본드이며, 상기 상/하부스페이서(20.50)의 배열 위치는 태양전지(40)를 형성하는 각 솔라 셀이 상호 연이어지는 라인에 배열된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 상/하부에 일정간격이 유지되어 공간이 확보되게 상/하부강화유리가 마련되고, 상기 공간의 중앙부에는 준비된 태양전지가 위치되며, 상기 태양전지의 상/하부 면에는 각각의 상/하부 스페이서가 설치되고 상기 상/하부강화유리의 가장자리에는 실링부재가 상기 상/하부강화유리와 일체가 되게 설치되며, 상기 태양전지가 위치된 공간에는 액상의 투명 보호부재가 충진되어 고형화되는 것으로, 염료감응형 태양전지 모듈을 간편하고 용이하게 제조함은 물론, 외부의 충격으로부터 보호하여 내구성을 향상시키고, 습기 또는 산소와의 접촉을 차단하여 산화를 방지함으로써 사용수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제1실시예를 나타낸 평면 구성도,
도 3은 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제1실시예의 단면도,
도 4는 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제2실시예를 나타낸 평면 구성도,
도 5는 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제2실시예의 단면도.
도 2는 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제1실시예를 나타낸 평면 구성도,
도 3은 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제1실시예의 단면도,
도 4는 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제2실시예를 나타낸 평면 구성도,
도 5는 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈 제2실시예의 단면도.
본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈을 제조하는 공정은 최하부에 하부강화유리(10)를 구비시키고 그 하부강화유리(10)의 표면에 하부스페이서(20)를 일정간격으로 배열하는데, 그 이유는 하부강화유리(10)와 하기에서 설명되는 태양전지(40)와 사이에 공간을 확보하기 위함이고, 상기 최하부에 하부강화유리(10)를 구비시키는 이유는 태양전지 모듈에 충격이 가해저도 파손되지 않도록 하기 위함이다.
상기와 같이 하부강화유리(10)의 표면에 하부스페이서(20)가 일정간격으로 배열되면 상기 하부강화유리(10)의 가장자리에 실링부재(30)를 하부강화유리(10)와 일체가 되게 고정시키는데, 그 이유는 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 가장자리를 실링하기 위함이다. 그리고 상기 실링부재(30)는 상기 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 가장자리를 실링할 수 있는 재료면 모두 가능하나 바람직하게는 서멀본드(Thermal bond)를 사용함이 좋다.
상기와 같이 하부강화유리(10)의 표면에 하부스페이서(20)가 배열되고 가장자리에 실링부재(30)가 설치되면 상기 하부스페이서(20) 상에 태양전지(40)를 올려놓고 그 태양전지(40) 표면에 상부스페이서(50)를 일정간격으로 배열한다.
상기 태양전지(40) 표면에 상부스페이서(50)를 일정간격으로 배열하는 이유는 하기에서 설명되는 태양전지(40)와의 사이에 공간을 확보하기 위함이다. 또 본 발명의 태양전지(40)에는 (+)(-)전극이 설치된다.
한편 상기 상/하부스페이서(20.50)의 배열 위치는 태양전지(40)를 형성하는 각 솔라 셀의 상호 접촉위치에 함이 바람직하다, 그 이유는 상/하부스페이서(20.50)가 솔라 셀을 가리는 부분을 최소화하여 태양에너지를 최대한 받을 수 있도록 하기 위함이다.
상기 태양전지(40)의 표면에 상부스페이서(50)가 배열 완료되면 그 상부스페이서(50) 상에 상부강화유리(60)를 올려놓고 그 상부강화유리(60)의 가장자리를 상기 실링부재(30)와 일체가 되게 고정시킨다.
상기와 같이 상/하부강화유리(10.60)의 가장자리를 실링부재(30)로 실링하게 되면 공간으로 수분 및 산소가 침투하지 못함으로 산화부식을 방지하여 태양전지(40)의 사용수명을 연장하게 되는 것이다. 또한 상기 실링부재(30)는 서멀본드(Thermal bond)임으로 별도의 고정부재를 사용하지 않고도 상/하부강화유리(10.60)의 사이 공간을 안전하게 실링 할 수 있는 것이다.
그 후 상기 태양전지(40)의 상/하면과 상/하부스페이서(20.50)의 사이 공간에 액상의 투명보호부재(70)를 주입하여 고형화시키면 되는 것이며, 상기 투명보호부재(70)는 아크릴수지, 에폭시, 우레탄, 폴리우레탄, 우레아, 실리콘, 멜라민수지 중 어느 하나를 사용하는데, 가장 바람직하게는 우레탄이다.
상기 투명보호부재(70)를 아크릴수지, 에폭시, 우레탄, 폴리우레탄, 우레아, 실리콘, 멜라민수지 중 어느 하나를 선택하여 사용하는 이유는 노출시 색상의 변화가 거의 없기 때문이며, 특히 우레탄은 투명도가 좋고 백상변화가 없어 태양전지(40)가 태양에너지를 최대한 받아 전기에너지 생성 효율을 극대화시키는 장점이 있다.
또 상기 투명보호부재(70)는 본 발명에 따른 태양전지 모듈에 외부 충격이 발생했을 때 그 충격을 흡수 완충시켜 태양전지(40)를 보호하도록 하기 위함이다.
한편 상기 상/하부강화유리(10.60)의 사이 공간에 투명보호부재(70)를 충입하는 방법은 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 상/하부강화유리(10.60)의 가장자리 일부를 실링부재(30)로 실링하지 않고 개방된 상태로 오픈시킨 후 그 오픈된 곳으로 투명보호부재(70)를 충입하고 그 충입되는 오픈된 곳을 최후에 마감(실링)처리하면 된다.
또 상기 도 2 및 도 3과 같은 방법 외에 상/하부강화유리(10.60)의 사이 공간에 투명보호부재(70)를 충입하는 방법은 도 4 및 도 5와 같이 상/하부강화유리(10.60)의 가장자리 모두를 실링부재(30)로 실링한 후 투명보호부재(70) 주입구(71)와 에어배출구(72)를 형성시킨 후 상기 주입구(71)로 투명보호부재(70)를 하면 공간에 존재하는 에어는 에어배출구(72)로 배출되면서 투명보호부재(70)의 주입이 원활하게 이루어지는 것이다.
그리고 상기 투명보호부재(70)의 주입이 완료되고 그 주입된 투명보호부재(70)가 고형화 되면 상기 주입구(71)와 에어배출구(72)를 최종 마감(실링)처리한다.
상기와 같은 방법으로 제조된 염료감응형 태양전지 모듈의 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이 상/하부에 일정간격이 유지되어 공간이 확보되게 상/하부강화유리(10.60)가 마련되고, 상기 공간의 중앙부에는 준비된 태양전지(40)가 위치되며, 상기 태양전지의 상/하부 면에는 각각의 상/하부 스페이서(20.50)가 설치되고 상기 상/하부강화유리의 가장자리에는 실링부재(30)가 상기 상/하부강화유리와 일체가 되게 설치되며, 상기 태양전지가 위치된 공간에는 액상의 투명보호부재(70)가 충진되어 고형화 된 것으로 이루어진다. 그리고 본 발명의 태양전지(40)에는 (+)(-)전극이 설치된다.
본 발명에서 설명되는 염료감응 태양전지((Dye sensitized solar cell)(染料感應太陽電池))는 유기 염료와 나노 기술을 이용하여 저렴하면서도 고도의 에너지 효율을 갖도록 개발된 태양전지로써, 가시광선을 투과시킬 수 있어 건물의 유리창이나 자동차 유리에 그대로 붙여 사용할 수도 있다. 1971년 스위스 연방 기술원(EPFL) 화학과의 마이클 그랏젤 교수가 개발하였고, 국내에서는 한국전자통신연구원(ETRI)이 처음으로 10~20nm 크기의 산화물 표면에 유기 염료를 흡착해 수십um 필름을 만들고 전극화하는 데 성공했다.
이와 같은 염료감응 태양전지는 동 업계에서 이미 잘 알려진 것으로 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 염료감응형 태양전지 모듈은 투명보호부재(70)가 태양전지(40)를 수용하며 보호하기 때문에 외부충격에도 태양전지(40)의 훼손을 방지함은 물론, 상/하부강화유리(10.60)에 가해지는 충격을 흡수하여 완충함으로써, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 모듈의 사용수명을 연장 할 수 있는 것이다.
10 : 하부강화유리 20 : 하부스페이서
30 : 실링부재 40 : 태양전지
50 : 상부스페이서 60 : 상부강화유리
70 : 투명보호부재
30 : 실링부재 40 : 태양전지
50 : 상부스페이서 60 : 상부강화유리
70 : 투명보호부재
Claims (8)
- 하부에 하부강화유리(10)를 구비하는 단계;
상기 하부강화유리의 표면에 하부스페이서(20)를 배열하는 단계;
상기 하부스페이서가 배열된 하부강화유리의 가장자리에 실링부재(30)를 하부강화유리와 일체가 되게 고정시키는 단계;
상기 하부스페이서상에 준비된 태양전지(40)를 올려놓는 단계:
상기 태양전지의 표면에 상부스페이서(50)를 배열하는 단계;
상기 상부스페이서 상에 상부강화유리(60)를 올려놓고 그 상부강화유리의 가장자리를 상기 실링부재와 일체가 되게 고정시키는 단계;
상기 태양전지의 상/하면과 상/하부스페이서의 사이 공간에 액상의 투명보호부재(70)를 주입하여 고형화시키는 단계;를 포함하는 구성을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 투명보호부재는 아크릴수지, 에폭시, 우레탄, 폴리우레탄, 우레아, 실리콘, 멜라민수지 중 어느 하나임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 실링부재는 서멀본드임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 상/하부스페이서(20.50)의 배열 위치는 태양전지(40)를 형성하는 각 솔라 셀이 상호 연이어지는 라인에 배열됨을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈 제조방법.
- 상/하부에 일정간격이 유지되어 공간이 확보되게 상/하부강화유리(10.60)가 마련되고, 상기 공간의 중앙부에는 준비된 태양전지(40)가 위치되며, 상기 태양전지의 상/하부 면에는 각각의 상/하부 스페이서(20.50)가 설치되고 상기 상/하부강화유리의 가장자리에는 실링부재(30)가 상기 상/하부강화유리와 일체가 되게 설치되며, 상기 태양전지가 위치된 공간에는 액상의 투명보호부재(70)가 충진되어 고형화 된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈.
- 제5항에 있어서, 상기 투명보호부재는 아크릴수지, 에폭시, 우레탄, 폴리우레탄, 우레아, 실리콘, 멜라민수지 중 어느 하나임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈.
- 제5항에 있어서, 상기 실링부재는 서멀본드임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈.
- 제5항에 있어서, 상기 상/하부스페이서(20.50)의 배열 위치는 태양전지(40)를 형성하는 각 솔라 셀이 상호 연이어지는 라인에 배열됨을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100094998A KR20120033474A (ko) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100094998A KR20120033474A (ko) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120033474A true KR20120033474A (ko) | 2012-04-09 |
Family
ID=46136227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100094998A KR20120033474A (ko) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | 염료감응형 태양전지 모듈 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120033474A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101366642B1 (ko) * | 2007-02-23 | 2014-02-26 | 린텍 코포레이션 | 광 투과성 태양전지모듈과 그 제조방법 및 태양전지패널 |
-
2010
- 2010-09-30 KR KR1020100094998A patent/KR20120033474A/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101366642B1 (ko) * | 2007-02-23 | 2014-02-26 | 린텍 코포레이션 | 광 투과성 태양전지모듈과 그 제조방법 및 태양전지패널 |
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