KR20120051335A - 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 대향하는 제1 기판 및 제2 기판을 접합하고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하는 광전 변환 소자용 실링 부재에 있어서, 상기 실링 부재의 모서리는 라운드 영역을 포함하며, 상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상인 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 실링 부재의 접착력 저하나 들뜸에 의해 전해질 용액의 누출 형상을 저감함으로써 광전 변환 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법{Seal member for photoelectric conversion device, photoelectric conversion device comprising the same and method of preparing the same}
본 발명은 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형상을 변경함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 다른 에너지원과 달리 자원이 무한하고 환경 친화적인 에너지원으로서, 실리콘 태양전지, 염료 감응 태양전지 등이 알려져 있다.
실리콘 태양전지는 제작비용이 상당히 고가라서 실용화가 곤란하고, 전지 효율을 개선하는데 많은 어려움이 따른다.
이에 비하여, 염료 감응 태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저하게 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있고, 실리콘 태양전지와 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자 및 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광?전기화학적 태양전지이다.
이러한 염료 감응 태양전지 모듈의 제작을 위하여, 상하 기판 사이에 실링 필름을 배치한 후, 핫-프레스(hot-press)로 일정 시간 동안 열과 압력을 가해 실링 필름을 녹여서 상하 기판을 접합하는 방법을 주로 사용한다.
그러나, 녹는점이 낮은 실링 필름을 사용하는 경우, 핫-프레스로 열을 가하더라도 상하 기판을 통하여 전도되는 열로 인한 염료의 손상이 적었으나, 시간의 경과에 따른 누액 발생으로 장기 신뢰성이 낮으며, 나아가 발전 성능의 저하를 초래하는 단점을 가지고 있다.
한편, 녹는점이 비교적 높은 바이넬 필름은 상하 기판을 통하여 전도되는 열로 인하여 염료가 손상되어 염료 감응 태양전지로서 전기 에너지 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 형상을 변경함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 대향하는 제1 기판 및 제2 기판을 접합하고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하는 광전 변환 소자용 실링 부재에 있어서, 상기 실링 부재의 모서리는 라운드 영역을 포함하며, 상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상인 광전 변환 소자용 실링 부재가 제공된다.
또한, 상기 실링 부재의 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위일 수 있다.
이때, 상기 접합은 상기 실링 부재에 대한 선택적인 레이저 조사에 의하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사는 일정한 속도를 유지할 수 있다.
한편, 상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사에 의해 단위 면적당 일정한 에너지가 가해질 수 있다.
또한, 상기 실링 부재는 바이넬 필름 및 서린 필름 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 대향하는 제1 기판 및 제2 기판 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하는 실링 부재를 포함하고, 상기 실링 부재의 모서리는 라운드 영역을 포함하며, 상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상인 광전 변환 소자가 제공된다.
또한, 상기 실링 부재의 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위일 수 있다.
또한, 상기 접합은 상기 실링 부재에 대한 선택적인 레이저 조사에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사는 일정한 속도를 유지될 수 있다.
또한, 상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사에 의해 단위 면적당 일정한 에너지가 가해질 수 있다.
여기서, 상기 실링 부재는 바이넬 필름 및 서린 필름 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 대향하는 제1 기판 및 제2 기판을 마련하는 단계 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하도록 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 모서리에 라운드 영역이 형성된 실링 부재로 접합하는 단계를 포함하며, 상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상이 되도록 형성되는 광전 변환 소자의 제조 방법이 제공된다.
한편, 상기 실링 부재의 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위가 되도록 형성될 수 있다.
상기 실링 부재로 접합하는 단계는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 상기 실링 부재를 배치하는 단계 및 상기 실링 부재에 선택적으로 레이저를 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적으로 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저 조사는 일정한 속도를 유지할 수 있다.
상기 선택적으로 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사에 의해 단위 면적당 일정한 에너지가 가해질 수 있다.
본 발명에 따르면, 실링 부재의 접착력 저하나 들뜸에 의해 전해질 용액의 누출 형상을 저감함으로써 광전 변환 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 간단한 레이저 조사 시스템 구성만으로 전 실링 부재 영역에서 일정한 품질을 확보할 수 있으므로, 시스템에 요구되는 성능이 완화되어 제품 단가를 낮출 수 있다.
또한, 공정 조건의 단순화로 실링 부재에 요구되는 조건이 완화되어 재료 선택의 폭이 넓어진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자의 단위 셀의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 무기 금속산화물 반도체에 색소가 연결된 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 XY2 영역을 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재 형성시 모서리에서의 속도 변화를 비교하여 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재 형성시 모서리에 집중되는 에너지 변화를 비교하여 도시한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재의 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자의 제조 공정 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자(1)는 대향하는 제1 기판(10) 및 제2 기판(10'), 그리고 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(10')을 접합하며, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(10') 사이의 공간에 전해질 용액(5)을 매립하는 실링 부재(9)를 포함하고, 상기 실링 부재(9)의 모서리는 라운드 영역(XY1, XY2, YX1, YX2)을 포함한다.
2개의 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')은 소정의 간격을 두고 서로 대향하도록 배치된다. 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')의 재질로는, 광전 변환 소자(1)의 외부의 광(태양광 등)의 가시광선 영역으로부터 근적외선 영역에 대하여 광 흡수가 적은 투명한 재료이면 특별히 한정되지 않는다.
예를 들면, 석영, 보통 유리, BK7, 납 유리 등의 유리 기재나, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리비닐부티레이트, 폴리프로필렌, 테트라아세틸셀룰로오스, 신디오택틱 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리설폰, 폴리에스테르설폰, 폴리에테르이미드, 환형 폴리올레핀, 브롬화 페녹시, 염화비닐 등의 수지 기재 등을 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')의 재질로 이용할 수 있다.
제1 기판(10) 및 제2 기판(10') 중, 최소한 외부에서의 광이 입사 하는 제1 기판(10)의 표면에는 예를 들면, 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)을 이용하여 막으로 형성된 투명 도전층(13)이 형성된다. 투명 도전성 산화물로는 예를 들면, 광전 변환 소자(1)의 외부에서의 광의 가시광선 영역으로부터 근적외선 영역에 대하여 광흡수가 적은 도전 재료라면 특별히 한정되지 않지만, 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 주석(SnO2), 플루오르 등이 도프된 산화 주석(FTO), 안티몬 함유 산화 주석(ITO/ATO), 산화 아연(ZnO2) 등의 양호한 도전성을 가지는 금속산화물이 바람직하다.
광전 변환 효율을 향상시키기 위해서는, 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')의 시트 저항(표면 저항)이 될 수 있는 한 낮은 것이 바람직하다.
제1 기판(10) 및 제2 기판(10')의 표면에는 각각 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')이 형성될 수 있다. 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')은 금속 산화물 미립자(31)를 통해 전달되어 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')에 도달한 여기 전자를 인출 도선(W)까지 전달하는 역할을 한다.
상기 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')은 일반적으로 시트 저항이 높아서(약 10Ω/sq 이상) 발생한 전류가 투명 도전층(13) 등의 비교적 도전성이 낮은 기재 중에서 줄(joule) 열로 변환되고, 광전 변환 효율이 낮아지는 현상을 방지하기 위해서 형성된다.
따라서, 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')을 형성하는 재료로서는 Ag, Ag/Pd, Cu, Au, Ni, Ti, Co, Cr, Al 등의 고도전성의 금속 또는 그의 합금이 바람직하다.
또한, 제1 전극(15) 및 제2 전극(15') 상에는 보호층(17, 17')이 형성된다. 보호층(17, 17')은 상기 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')의 전해질 용액(5)에 의한 부식을 방지하거나 억제하는 역할을 하는 것으로서, 투명 도전층(13) 및 제1 전극(15) 및 제2 전극(15') 상에 배치되어 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')의 노출면을 피복하여 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')을 전해질 용액(5)에 의한 부식으로부터 보호한다. 여기서, 보호층(17, 17')은 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')의 노출면에 저융점의 유리 페이스트 조성물을 도포하고 소성함으로써 얻어진다.
광전 변환 소자(1)에서, 광 전극층(3)은 광전 변환 기능을 가지는 무기 금속산화물 반도체막으로 사용되는 것이며, 다공질의 막으로 형성되어 있다.
보다 상세하게 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 광 전극층(3)은 제1 전극(15)의 표면에, 복수 개의 TiO2 등의 금속산화물 미립자(31)를 적층하여 형성되는데, 이렇게 적층된 금속산화물 미립자(31)은 층 내에 나노미터 단위의 기공을 포함하는 다공질체, 즉 나노 포러스막이다.
상기 광 전극층(3)은 상기와 같이 다수의 작은 기공을 포함하는 다공질체로 형성됨으로써, 광 전극층(3)의 표면적을 증가시킬 수 있고, 다량의 증감 색소(33)를 금속산화물 미립자(31)의 표면에 연결시킬 수 있으며, 이에 따라 광전 변환 소자(1)는 높은 광전 변환 효율을 가질 수 있다.
여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 광 전극층(3)에서 금속산화물 미립자(31)의 표면에 연결기(35)를 개재하여 증감 색소(33)를 연결함으로써, 무기 금속산화물 반도체가 증감된 광 전극층(3)이 얻어진다.
한편, 여기에서 말하는 "연결"이란, 무기금속산화물 반도체와 증감색소가 화학적으로 결합 또는 물리적으로 결합(예를 들면, 흡착 등에 의해 결합)하고 있는 것을 의미한다. 따라서, 여기에서 말하는 "연결기"에는, 화학적인 작용기뿐만 아니라, 앵커기나 흡착기도 포함된다.
도 2에는 금속산화물 미립자(31)의 표면에 증감 색소(33)가 1개만 연결된 상태를 나타내고 있지만, 이는 단순한 모식도일 뿐이며, 광전 변환 소자(1)의 전기적 출력을 향상시키기 위해서는 금속산화물 미립자(31)의 표면에 연결되는 증감 색소(33)의 수가 가능한 한 많고, 다수의 증감 색소(33)가 금속산화물 미립자(31)의 표면의 가능한 한 넓은 범위를 피복하고 있는 상태가 바람직하다.
다만, 피복되는 증감 색소(33)의 수가 많아질 경우, 근접하는 증감 색소(33) 간의 상호작용에 의해 여기 전자(excited electron)가 재결합하고, 전기 에너지로 인출될 수 없는 경우가 생길 수도 있기 때문에, 적당한 거리를 유지하면서 증감 색소(33)가 피복될 수 있도록 디옥시콜산(deoxycholic acid) 등의 공흡착 물질을 사용할 수도 있다.
상기 광 전극층(3)은 일차 입자의 수평균 입경으로 약 20 nm 내지 약 100nm의 크기를 가지는 금속산화물 미립자(31)가 복수개 층으로 적층되어 형성될 수 있으며, 상기 광 전극층(3)의 막 두께는 수 ㎛ 단위(바람직하게는, 10 ㎛ 이하)인 것이 바람직하다.
광 전극층(3)의 막 두께가 수 ㎛보다 얇으면, 광 전극층(3)을 투과하는 광이 많아지고, 증감 색소(33)의 광여기가 불충분할 수 있어 유효한 광전 변환 효율이 얻어지지 않을 수 있다.
한편, 광 전극층(3)의 막 두께가 수 ㎛보다 두꺼우면, 광 전극층(3)의 표면(전해질 용액(5)에 접하고 있는 측의 표면)과 전기 전도면(광 전극층(3)과 제1 전극(15)과의 계면)과의 거리가 길어지기 때문에, 발생한 여기 전자가 전기 전도면에 유효하게 전달되기 어려워지기 때문에, 양호한 변환 효율이 얻어지지 않을 수 있다.
이어서, 광 전극층(3)에 사용할 수 있는 금속산화물 미립자(31) 및 증감 색소(33)에 대해서 상세하게 설명한다.
일반적으로, 무기 금속산화물 반도체는 일부의 파장 영역의 광에 대해서 광전 변환 기능을 소유하고 있지만, 금속산화물 미립자(31)의 표면에 증감 색소(33)를 연결함으로써, 가시광선으로부터 근적외선까지의 영역의 광에 대하여 광전 변환이 가능하게 된다.
이러한 금속산화물 미립자(31)로 사용할 수 있는 화합물로서는, 증감 색소(33)를 연결하는 것으로 광전 변환 기능이 증감되는 것이면 특별히 제한은 되지 않지만, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 주석, 산화 텅스텐, 산화 아연, 산화 인듐, 산화 니오븀, 산화 철, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 스트론튬, 산화 탄탈, 산화 안티몬, 산화 란탄족 원소, 산화 이트륨, 산화 바나듐 등을 들 수 있다.
여기에서, 금속산화물 미립자(31)의 표면이 증감 색소(33)에 의해 증감되기 때문에, 무기금속산화물의 전도대가 증감 색소(33)의 광여기 트랩으로부터 전자를 받기 쉬운 위치에 존재하고 있는 것이 바람직하다.
이러한 관점에서, 금속산화물 미립자(31)로 사용하는 화합물로서는, 예를 들면, 산화 티탄, 산화 주석, 산화 아연, 산화 니오븀 등이 바람직하며, 가격이나 환경 문제 등의 관점에서, 산화 티탄이 더욱 바람직하다.
증감 색소(33)로서는, 금속산화물 미립자(31)가 광전 변환 기능을 가지지 않고 있는 영역(예를 들면, 가시광선으로부터 근적외선의 영역)의 광에 대하여 광전 변환 기능을 가지고 있는 것이면 특별히 한정은 되지 않지만, 예를 들면, 아조계 색소, 퀴나크리돈계 색소, 디케토피로로피롤계 색소, 스쿠아릴리움계 색소, 시아닌계 색소, 메로시아닌계 색소, 트리페닐메탄계 색소, 크산텐계 색소, 포르피린계 색소, 클로로필계 색소, 루테늄 착체계 색소, 인디고계 색소, 페릴렌계 색소, 디옥사딘계 색소, 안트라퀴논계 색소, 프탈로시아닌계 색소, 나프탈로시아닌계 색소 및 이들의 유도체 등을 이용할 수 있다.
증감 색소(33)는 광여기된 색소의 여기 전자를 무기금속산화물의 전도대에 신속하게 전달할 수 있도록, 그 구조 중에 연결기(35)로서 금속산화물 미립자(31)의 표면에 연결 가능한 작용기를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
이러한 작용기로서 금속산화물 미립자(31)의 표면에 증감 색소(33)를 연결하고, 색소의 여기 전자를 무기금속산화물의 전도대에 신속하게 전달하는 기능을 가지는 치환기이면 특별히 제한은 되지 않지만, 예를 들면, 카르복시기, 히드록시기, 히드록삼산(hydroxamic acid)기, 술폰산기, 포스폰산기, 포스파인산기 등을 들 수 있다.
상대 전극층(7)은 광전 변환 소자(1)의 양극으로서 기능하는 것이며, 2개의 기판(10, 10') 중, 제1 전극(15)이 설치된 제1 기판(10)과 대향하는 제2 전극(15')이 설치된 제2 기판(10')의 표면에 형성되어 있으며, 막으로 형성된다.
다시 말해, 2개의 제1 전극(15) 및 제2 전극(15')과 실링 부재(9)에 의해 둘러 싸여진 영역 내에는, 상대 전극층(7)이 광 전극층(3)과 대향하게 제2 전극(15')의 표면에 배치된다.
이러한 상대 전극층(7)의 표면(광 전극층(3)과 대향하는 측)에는 도전성을 소유하는 금속 촉매층이 배치된다.
상대 전극층(7)의 금속 촉매층에 이용할 수 있는 도전성의 재료로서는, 예를 들면, 금속(백금, 금, 은, 구리, 알루미늄, 로듐, 인듐 등), 금속산화물(인듐 주석 산화물(ITO), 산화 주석(플루오르 등이 도프된 것을 포함함), 산화 아연, 도전성 탄소재료 또는 도전성 유기재료 등을 들 수 있다.
한편, 상대 전극층(7)의 막 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 약 5 nm 내지 약 10 ㎛인 것이 바람직하다.
한편, 광 전극층(3)이 설치되어 있는 측의 제1 전극(15) 및 상대 전극층(7)에는, 인출 도선(W)이 접속되고 있다. 제1 전극(15)으로부터의 인출 도선(W)과 상대 전극층(7)으로부터의 인출 도선(W)이 광전 변환 소자(1)의 외부에서 접속됨으로써 전류 회로를 형성할 수 있다.
또, 제1 전극(15)과 상대 전극층(7)은 실링 부재(9)에 의해 소정의 간격으로 이격되어 밀봉되도록 격리될 수 있다.
이러한 실링 부재(9)는 제1 전극(15)의 외연부, 제1 전극(15) 및 제2 전극(15') 사이에 형성될 수 있으며, 제1 전극(15), 제2 전극(15') 및 상대 전극층(7) 사이의 공간을 밀봉하는 역할을 할 수 있다.
상기 실링 부재(9)로서는 밀봉성 및 내식성이 높은 수지를 사용하는 것이 바람직한데, 예를 들면, 필름형으로 형성한 열가소성 수지, 광경화성 수지, 아이오노머 수지, 유리 프릿 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실링 부재(9)는 이후 상술한다.
한편, 제1 전극(15)과 상대 전극층(7) 사이의 공간에는, 전해질 용액(5)이 넣어져 실링 부재(9)에 의해 밀봉되고 있다.
전해질 용액(5)은 예를 들면, 전해질, 매체 및 첨가물을 포함하고 있다.
여기에서, 전해질로는 I3 -/I-계, Br3 -/Br-계 등의 레독스 전해질 등을 사용할 수 있다. 예를 들면, I2와 요오드화물(LiI, NaI, KI, CsI, MgI2, CaI2, CuI, 테트라알킬암모늄 아이오다이드, 피리디늄 아이오다이드, 이미다졸륨 아이오다이드 등)과의 혼합물, Br2와 브롬화물(LiBr등)과의 혼합물, 유기용융 염화합물 등을 이용할 수 있지만, 전해질로 이용될 수 있는 물질이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 예시한 요오드화물, 브롬화물 등은 단독으로 또는 복수개 종을 조합해서 이용할 수 있다.
이 중 특히, I2와 요오드화물의 조합(예를 들면, I2와 LiI), 피리디늄 아이오다이드 또는 이미다졸륨 아이오다이드 등을 혼합한 전해질이 바람직하게 이용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전해질 용액(5)의 농도는 매체 중에 I2가 약 0.01 M 내지 약0.5 M이며, 요오드화물과 브롬화물 중 어느 한 쪽 또는 쌍방 등(복수 종류의 경우는 그것들의 혼합물)이 약 0.1 M 내지 약 15 M인 것이 바람직하다.
전해질 용액(5)에 이용할 수 있는 매체로서는 양호한 이온 전도성을 발현할 수 있는 화합물인 것이 바람직하다.
금속산화물 미립자(31), 및 상기 금속산화물 미립자(31)의 표면에 연결기(35)를 개재해서 연결된 증감 색소(33)를 포함하는 광 전극층(3)에서는, 도 2 에 도시한 바와 같이, 금속산화물 미립자(31)의 표면에 연결된 증감 색소(33)에 광이 접촉하면, 증감 색소(33)가 여기 상태로 되고, 증감 색소(33)는 광여기된 여기 전자를 방출한다. 방출된 여기 전자는 연결기(35)를 통하여 금속산화물 미립자(31)의 전도대에 전달된다.
금속산화물 미립자(31)에 도달한 여기 전자는 다른 금속산화물 미립자(31)에 전달되어 제1 기판(10) 및 제 2 기판(10')에 도달하고, 인출 도선(W)을 통해서 광전 변환 소자(1)의 외부로 유출된다.
한편, 여기 전자를 방출하여 전자가 부족한 상태가 된 증감 색소(33)는 상대 전극층(7)으로부터 공급되는 전자를, 전해질 용액(5) 내의 I-/I3 - 등의 전해질을 통해 수취함으로써, 전기적으로 중성의 상태로 되돌아간다.
이하에서는, 도 1, 도 3a 내지 도 7b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재, 이를 포함하는 광전 변환 소자 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자(1)용 실링 부재(9)는 대향하는 제1 기판(10) 및 제2 기판(10') 및 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(10')을 접합하며, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(10') 사이의 공간에 전해질 용액(5)을 매립한다. 여기서, 상기 실링 부재(9)의 모서리는 라운드 영역(XY1, XY2, YX1, YX2)을 포함하도록 형성된다.
상기 실링 부재(9)는 바이넬 필름 및 서린 필름 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 라운드 영역(XY2)을 호(a)의 일부로 채용하는 원(c)을 하나 가정했을 때, 상기 원(c)의 반지름(r)은 실링 부재(9) 폭의 50% 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 실링 부재(9) 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위일 수 있다.
상기 원(c)의 반지름(r)이 실링 부재(9) 폭의 50% 미만일 경우, 라운드 영역(XY2)에서 내측 호(a)의 길이는 0이 되고, 외측 호(a)만 반지름에 따라 존재한다. 이 경우, 내측으로 더 많은 레이저 에너지가 누적되며, 이로 인하여 실링 부재(9)가 허용하는 공정 조건을 벗어나 라운드 영역(XY2)에서 내측과 외측의 실링 부재(9)의 품질 불균형이 발생하는 원인이 될 수 있다.
모서리의 라운드 영역(XY2)의 반지름이 커질수록 내측 호(a)와 외측 호(a)의 길이 차가 줄어들어 내측과 외측의 실링 부재(9)의 품질의 차이가 없어진다.
기존의 모서리가 각진 비교예에 따른 실링 부재의 경우에는, 도 4a에 도시된 것과 같이, x축에서 y축으로 레이저 진행 방향이 변경되는 경우(XY1, XY2)와 반대로, y축에서 x축으로 레이저 진행 방향이 변경되는 경우(YX1, YX2)에 각각 레이저 진행 속도가 0에 이를 때까지 감속된다. 또한, 도 5a에 도시된 것과 같이, 표시된 모서리 영역에 레이저 에너지가 집중된 것을 볼 수 있다.
반면에, 모서리가 라운드 영역(XY1, XY2, YX1, YX2)을 포함하는 실시예 1 및 실시예 2에 따른 실링 부재(9)의 경우에는, 도 4b에 도시된 것과 같이, 상기 두 가지 경우 모두에서 각각 레이저 진행 속도가 감속되는 구간도 줄었을 뿐만 아니라 레이저 진행 속도가 비교예에 비하여 적은 양으로 감속된다. 또한, 도 5b에 도시된 것과 같이, 표시된 라운드 영역(XY1, XY2, YX1, YX2)에서도 레이저 에너지가 집중되지 않고 일정한 것을 볼 수 있다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재의 사진에서, 실링 부재의 내부에 기포가 형성되어 기밀성이 떨어지게 된다. 모서리가 직각인 경우에는, 레이저 조사의 방향 변환 시에　한 방향의 이동이 완전히 정지한 후에 직교한 방향으로 진행하게 된다. 이에 따라서, 모서리 부분의 레이저 조사의 감가속이 일어나는 모서리에는 누적되는 레이저 에너지량이 커지게 되고, 그 결과　실링 부재가 불균일하게 녹아서 기밀성이 떨어지게 된다. 예를 들면, 레이저 파워를 낮추거나 이동 속도를 높일 경우, 일부 안 녹는 구간 발생하였고, 레이저 파워를 올리거나 이동 속도를 줄일 경우, 일부 과하게 녹는 구간 발생하였다. 또한, 레이저 파워를 올리면서 이동 속도를 높이거나 혹은 반대로 레이저 파워를 내리면서 이동 속도를 내리는 방법으로 단순하게 단위 시간에 조사되는 에너지를 일정하게 유지하는 방법 만으로는 최적의 실링 품질을 확보할 수 없었다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 광전 변환 소자용 실링 부재의 사진에서, 모서리를 라운드 처리한 경우에는 레이저 파워가 항상 일정하며, 레이저 조사의 감가속이 동시에 이루어져서 직선 부위와 모서리 부위의 속도 성분, 즉 이동 속도가 일정하게 된다. 따라서 모서리에 누적되는 레이저 에너지량이 일정하게 유지됨에 따라서, 전체 실링 부재에서 동일한 품질의 기밀성을 확보할 수 있다.
도 1, 도 3 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광전 변환 소자(1)의 제조 방법은 대향하는 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')을 마련하는 단계(S1), 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(10') 사이에 상기 실링 부재(9)를 배치하는 단계(S2) 및 상기 실링 부재(9)에 선택적으로 레이저를 조사하는 단계(S3)를 포함한다.
라운드 영역(XY2)을 호(a)의 일부로 채용하는 원(c)을 하나 가정했을 때, 상기 원(c)의 반지름(r)은 실링 부재(9) 폭의 50% 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 실링 부재(9) 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위일 수 있다.
상기 실링 부재(9)에 선택적으로 레이저를 조사하는 단계(S3)에서, 레이저 조사는 일정한 속도를 유지하여야 하며, 이에 따라서 단위 면적당 일정한 에너지가 가해지게 된다.
실시예
대향하는 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')을 워크 테이블(도시하지 않음) 상에 마련하였다. 사이의 공간에 전해질 용액(5)을 매립하는 실링 부재(9)를 개재하였다. 다음, 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')을 압착 지그(도시하지 않음)로 고정하였다. 여기서, 압착 지그는 이동시 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')이 움직이지 않도록 고정하여, 레이저 가공시 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')과 실링 부재(9)가 잘 접합되도록 약간의 압력을 가해주는 역할을 한다. 이어서, 1064nm 파장의 Nd-Yag 레이저(도시하지 않음)의 헤드를 이동하여 레이저를 조사하였다. 본 실시예에서는, X축 방향으로는 제1 기판(10) 및 제2 기판(10')을 포함한 워크 테이블을 기동하고 Y축 방향으로는 레이저 헤드를 기동하여, 실링 부재(9)를 도 3a의 S 방향으로 차례로 접합하였다. 재단된 실링 부재(9)의 중심선을 따라 일정한 속도로 워크 테이블과 레이저의 헤드를 이동하며 레이저 빔을 조사하였다. 실링 부재(9)의 재단 조건 및 레이저 접합 실험 조건은 하기 표 1에 기재하였다.
Figure pat00001
본 발명에 따르면, 실링 부재의 접착력 저하나 들뜸에 의해 전해질 용액의 누출 형상을 저감함으로써 광전 변환 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 간단한 레이저 조사 시스템 구성만으로 전 실링 부재 영역에서 일정한 품질을 확보할 수 있으므로, 시스템에 요구되는 성능이 완화되어 제품 단가를 낮출 수 있다.
또한, 공정 조건의 단순화로 실링 부재에 요구되는 조건이 완화되어 재료 선택의 폭이 넓어진다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 광전 변환 소자 3: 광 전극층
5: 전해질 용액 7: 상대 전극층
9: 실링 부재 10: 제1 기판
10': 제2 기판 13: 투명 도전층
15: 제1 전극 15': 제2 전극
17, 17': 보호층

Claims (17)

  1. 대향하는 제1 기판 및 제2 기판을 접합하고 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하는 광전 변환 소자용 실링 부재에 있어서,
    상기 실링 부재의 모서리는 라운드 영역을 포함하며, 상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상인 광전 변환 소자용 실링 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링 부재의 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자용 실링 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접합은 상기 실링 부재에 대한 선택적인 레이저 조사에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자용 실링 부재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사는 일정한 속도를 유지하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자용 실링 부재.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사에 의해 단위 면적당 일정한 에너지가 가해지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자용 실링 부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실링 부재는 바이넬 필름 및 서린 필름 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자용 실링 부재.
  7. 대향하는 제1 기판 및 제2 기판; 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 접합하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하는 실링 부재를 포함하고,
    상기 실링 부재의 모서리는 라운드 영역을 포함하며, 상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상인 광전 변환 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실링 부재의 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 접합은 상기 실링 부재에 대한 선택적인 레이저 조사에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 하는 광전 변환 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사는 일정한 속도를 유지하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사에 의해 단위 면적당 일정한 에너지가 가해지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 실링 부재는 바이넬 필름 및 서린 필름 중 선택되는 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  13. 대향하는 제1 기판 및 제2 기판을 마련하는 단계; 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 매립하도록 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 모서리에 라운드 영역이 형성된 실링 부재로 접합하는 단계를 포함하며,
    상기 라운드 영역을 원의 일부로 채용하는 상기 원의 반지름은 상기 실링 부재의 폭의 50% 이상이 되도록 형성되는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실링 부재의 두께는 50㎛ 내지 300㎛의 범위가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 실링 부재로 접합하는 단계는,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 상기 실링 부재를 배치하는 단계; 및
    상기 실링 부재에 선택적으로 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 선택적으로 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 레이저 조사는 일정한 속도를 유지하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 선택적으로 레이저를 조사하는 단계에서,
    상기 라운드 영역에서의 상기 레이저 조사에 의해 단위 면적당 일정한 에너지가 가해지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
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