KR20120127333A

KR20120127333A - 광전변환모듈

Info

Publication number: KR20120127333A
Application number: KR1020120051062A
Authority: KR
Inventors: 양남철; 박도영; 안상혁
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-11-21

Abstract

본 발명에서는 광전변환모듈이 개시된다. 본 발명에 의하면 기판들 사이에서 광전 셀의 셀 갭을 형성하는 밀봉 프릿의 높이 균일도가 개선됨으로써 밀봉 프릿과 기판 간의 들뜸 현상이 제거되고, 밀봉 특성이 향상된다.

Description

광전변환모듈{Photoelectric conversion module}

본 발명은 광전변환모듈에 관한 것이다.

최근 화석연료를 대체하는 에너지의 원천으로서, 빛 에너지를 전기 에너지로 변화하는 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 밀봉 특성이 향상된 광전변환모듈을 제공한다.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 광전변환모듈은,

서로에 대해 이격된 다수의 광전 셀들

상기 광전 셀들에 채워진 전해질; 및

상기 각 광전 셀들을 각각 둘러싸는 것으로, 각각 연속적으로 형성된 밀봉 프릿들;을 포함한다.

예를 들어, 상기 밀봉 프릿들 각각은 분산된 입자(discrete particle)들을 포함하지 않을 수 있다.

예를 들어, 상기 광전변환모듈은, 밀봉 프릿을 커버하는 실런트를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 다수의 밀봉 프릿들의 외곽을 둘러싸는 지지부재를 더 포함하고,

상기 실런트는 상기 지지부재를 실질적으로 완전히 커버할 수 있다.

예를 들어, 상기 지지부재는 상기 밀봉 프릿과 실질적으로 평행할 수 있다.

예를 들어, 상기 광전변환모듈은, 상기 다수의 밀봉 프릿들의 외곽을 둘러싸는 제1 지지부재; 및

상기 제1 지지부재의 외곽을 둘러싸는 제2 지지부재를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 실런트는 상기 제1, 제2 지지부재를 실질적으로 완전히 커버할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 지지부재는 실질적으로 서로에 대해 평행할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 지지부재의 코너 부분은 라운드질 수 있다.

예를 들어, 상기 실런트의 최 외측과 제2 지지부재의 최 외측 간의 거리는, 0.5mm~5mm 사이일 수 있다.

예를 들어, 상기 실런트의 최 내측과 광전 셀을 둘러싸는 밀봉 프릿 간의 거리는, 0.5mm~0.5mm 사이일 수 있다.

예를 들어, 상기 실런트의 폭은, 1mm~10mm 사이일 수 있다.

예를 들어, 상기 실런트는 실질적으로 완전히 밀봉 프릿을 커버할 수 있다.

예를 들어, 상기 광전변환모듈은, 서로 이웃하는 광전 셀 사이에 형성된 접속부재를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 접속부재는 제1 광전 셀로부터 연장되는 제1 전극과, 제2 광전 셀로부터 연장되는 제2 전극을 연결할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 광전변환모듈은,

제1 기판;

상기 제1 기판과 마주하고 서로 이격된 제2 기판;

복수의 밀봉 프릿들;

상기 제1, 제2 기판과 밀봉 프릿에 의해 정의되고, 상기 각각의 밀봉 프릿에 의해 각각 둘러싸이며, 서로에 대해 이격된 복수의 광전 셀들;

상기 광전 셀들에 채워진 전해질; 및

상기 밀봉 프릿을 커버하는 실런트;를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 밀봉 프릿은,

장변 방향으로 연장되며 서로 이격된 다수의 제1 밀봉 프릿들; 및

단변 방향으로 연장되며 서로 이격된 다수의 제2 밀봉 프릿들;을 포함하고,

상기 실런트는 상기 제1 밀봉 프릿들 및 제2 밀봉 프릿들 사이에 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 각각의 밀봉 프릿은 연속적으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 각 광전 셀은,

서로 마주하는 제1, 제2 면에 각각 형성된 제1, 제2 전극;

상기 제1 전극 상에 형성된 촉매층; 및

상기 제2 전극 상에 형성된 반도체층;을 포함할 수 있다.

상기 실런트는 지지부재를 실질적으로 완전히 커버할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 광전변환모듈은,

제1 기판;

상기 제1 기판과 마주하며 서로 이격된 제2 기판;

다수의 밀봉 프릿들;

상기 제1, 제2 기판 및 밀봉 프릿에 의해 정의되고, 상기 각각의 밀봉 프릿에 의해 각각 둘러싸이며, 서로에 대해 이격된 복수의 광전 셀들; 및

상기 광전 셀들에 채워진 전해질;을 포함하고,

상기 각 밀봉 프릿들은, 서로에 대해 이격된 다수의 제1, 제2 밀봉 프릿들을 포함한다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 서브 프릿들은 서로 평행할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 밀봉 프릿들은, 광전 셀의 장변을 따라 배치되고,

상기 제2 밀봉 프릿들은, 광전 셀의 단변을 따라 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 밀봉 프릿들은, 서로 평행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판들 사이에서 광전 셀의 셀 갭을 형성하는 밀봉 프릿의 높이 균일도가 개선됨으로써 밀봉 프릿과 기판 간의 들뜸 현상이 제거되고, 밀봉 특성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 일부에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 일부에 대한 사시도이다.
도 4는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 밀봉 프릿의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 밀봉 프릿의 높이 편차를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명과 비교예에서 밀봉 프릿의 실링 특성을 비교한 프로파일이다.
도 7은 도 1의 A-A 선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 본 발명과 비교되는 비교예에 따른 광전변환모듈의 일부를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 1의 A-A 선을 따라 취한 단면도로서, 광전변환모듈의 내부 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광전변환모듈의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 10의 광전변환모듈의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 12는 밀봉 프릿의 패턴방향과 인쇄방향 간의 배향에 따른 밀봉 프릿의 높이 균일도 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 10의 B-B 선을 따라 취한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 광전변환모듈에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광전변환모듈의 평면 구조가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 광전변환모듈의 일부에 대한 사시도가 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 상기 광전변환모듈(100)은 다수의 광전 셀(S)들을 포함하여 형성된다. 다수의 광전 셀(S)들은 실링 부재(130)에 의해 서로에 대해 구획된다. 상기 광전 셀(S) 내부에는 전해질(150)이 충진되며, 광전 셀(S)의 테두리를 따라 배치된 실링 부재(130)에 의해 내부에 충진된 전해질(150)이 밀봉된다. 상기 실링 부재(130)는 전해질(150)을 포위하도록 전해질 주위에 형성되고, 전해질(150)이 외부로 누설되지 않도록 밀봉하고 있다.

상기 실링 부재(130)는 각 광전 셀(S)의 둘레를 따라 연장되는 밀봉 프릿(131)들과, 상기 밀봉 프릿(131)의 외곽에 배치되는 지지부재(132,133)들과, 상기 밀봉 프릿(131)과 지지 부재(132,133)들을 매립하도록 형성되는 실런트(135)를 포함할 수 있다.

상기 밀봉 프릿(131)은 각각의 광전 셀(S)들을 포위하듯이 둘러싸며, 각 광전 셀(S)들은 밀봉 프릿(131)에 의해 구획될 수 있다. 상기 밀봉 프릿(131)은 각 광전 셀(S)들을 개별적으로 둘러싸도록 독립적인 폐루프 형태로 형성될 수 있다. 이웃한 광전 셀(S)들은 서로 독립적인 밀봉 프릿(131)에 의해 구획될 수 있으며, 다수의 광전 셀(S)들을 각각 포위하도록 형성되는 다수의 밀봉 프릿(131)들이 마련될 수 있다. 상기 밀봉 프릿(131)은 제1, 제2 기판(110,120) 사이에서 평면적으로 배열된 광전 셀(S)의 셀 갭을 유지해주는 스페이서의 기능을 하며, 광전 셀(S) 내의 전해질(미도시)이 외부로 누출되는 것을 방지하고, 수분과 같은 외부 유해물질이 광전 셀(S) 내로 유입되는 것을 차단하는 확산 베리어 기능을 한다.

상기 밀봉 프릿(131)은, 연속적으로 형성될 수 있으며, 분산된 입자 형태가 아닌 연속적으로 형성된 글래스 프릿으로 형성될 수 있다.

후술하는 바와 같이, 서로 이웃한 밀봉 프릿(131)들 사이에는 접속 부재(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 접속 부재(미도시)는 이웃한 광전 셀(S)들을 서로 전기적으로 연결시킴으로써 다수의 광전 셀(S)들을 전기적으로 모듈화시킨다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 개재된 일군의 광전 셀(S)들은 접속 부재(미도시)를 통하여 이웃하는 광전 셀(S)과 직렬 접속 또는 병렬 접속을 형성함으로써 모듈화될 수 있다.

상기 광전 셀(S)은 대략 직사각형 형태로 형성될 수 있으며, 상기 밀봉 프릿(131)는 상기 광전 셀(S)의 둘레를 따라 폐루프 형태로 연장될 수 있다. 다만, 상기 광전 셀(S) 및 그 둘레를 따라 연장되는 밀봉 프릿(131)은, 예시된 바에 한정되지 않고 이외에 다양한 형태로 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 프릿(131)은 제1 방향(Z1)으로 연장되는 제1 라인부(131a)와, 제2 방향(Z2)으로 연장되는 제2 라인부(131b), 그리고 제1, 제2 라인부(131a,131b)를 라운드 형상으로 이어주는 곡선부(131c)를 포함한다. 각 광전 셀(S)을 둘러싸는 밀봉 프릿(131)에 있어서, 상기 제1 라인부(131a)는 서로에 대해 나란한 제1 방향(Z1)으로 연장되는 쌍을 포함할 수 있으며, 유사하게 제2 라인부(131b)는 서로에 대해 나란한 제2 방향(Z2)으로 연장되는 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 라인부(131a,131b)는 서로 교차하는 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 각각 연장되며, 제1, 제2 라인부(131a,131b) 사이에는 이들을 부드러운 곡선 형태로 이어주는 곡선부(131c)가 형성된다. 상기 곡선부(131c)는 밀봉 프릿(131)의 높이 편차를 제거하기 위한 목적에 기여할 수 있으며, 소정의 곡률 반경을 따르는 부드러운 곡선 라인을 추종하도록 형성되고, 예리한 모서리를 형성하지 않는다. 예를 들어, 상기 곡선부(131c)는 곡선부(131c)의 두께보다 큰 곡률 반경을 따르는 원호의 일부로 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 라인부(131a,131b)가 예리한 모서리를 통하여 서로 접촉하면, 예를 들어, 제1, 제2 라인부(131a,131b)가 직각으로 맞닿게 되면, 제1, 제2 라인부(131a,131b) 간의 접촉 부분이 밀봉 프릿(131)의 다른 부분에 비해 상대적으로 돌출된 형상을 갖게 됨으로써, 밀봉 프릿(131)과 제1 기판(110) 또는 제2 기판(120) 사이가 들뜨게 된다. 이는 밀봉 프릿(131)의 밀봉성 악화와 전해질(미도시)의 누설 문제를 야기할 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2의 실시형태에서, 상기 밀봉 프릿(131)은 각 광전 셀(S)을 독립적으로 둘러싸도록 형성된다. 일 광전 셀(S)을 밀봉하는 밀봉 프릿(131)은 다른 광전 셀(S)을 밀봉하는 밀봉 프릿(131)으로부터 고립된 형태를 취하며 독립적인 폐루프를 형성한다. 예를 들어, 일 광전 셀(S)을 포위하는 밀봉 프릿(131)은 각각 독립적으로, 그러니까 구조적으로 서로 연결되지 않는 폐루프를 형성한다.

도 2의 실시형태와 달리, 구조적으로 연결된 하나의 밀봉 프릿(131)이 이웃하는 광전 셀(S)들을 함께 구획할 경우, 밀봉 프릿(131)이 이웃하는 광전 셀(S)들의 둘레를 따라 연장되도록 분기됨으로써 분기부를 형성하게 되고, 이러한 분기부는 밀봉 프릿(131)의 다른 부분에 비해 상대적으로 돌출된 형상을 형성하는 결과, 밀봉 프릿(131)이 제1, 제2 기판(110,120) 사이에서 견고하게 밀착되지 못하고 들뜨게 될 수 있다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 밀봉 프릿(131)의 외곽으로는 다수의 밀봉 프릿(131)들을 함께 둘러싸도록 기판(110,120) 테두리를 따라 연장되며, 대체로 밀봉 프릿(131)과 나란하게 연장되는 지지부재(132,133)가 배치될 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 지지부재(132,133)가 필수적인 것은 아니며, 선택적으로 삭제될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부재(132,133)는 실런트(135)에 의해 완전히 커버될 수 있으며, 서로 평행하게 나란히 연장 형성될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 지지부재(132,133)를 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 상기 지지부재(132,133)는 2겹 이상 복수로 형성될 수도 있으며, 서로 나란하게 연장되는 제1, 제2 지지부재(132,133)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 한 겹으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

상기 지지부재(132,133)는 제1, 제2 기판(110,120)의 테두리를 따라 연장됨으로써 제1, 제2 기판(110,120) 간의 셀 갭을 안정적으로 지지해주는 기능을 할 수 있고, 또한, 광전변환모듈(100)을 형성하는 다수의 광전 셀(S)들을 함께 둘러싸도록 연장됨으로써 외부 유해물질의 침입을 차단할 수 있다.

상기 지지부재(132,133)는 광전 셀(S)을 포위하도록 형성되는 밀봉 프릿(131)과 함께 동일한 패터닝 공정을 통하여 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부재(132,133)는 밀봉 프릿(131)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 실시형태에서, 상기 지지부재(132,133)는 제1 기판(110)의 테두리를 둘러싸도록 형성되며, 제1 축(Z1) 방향으로 연장되는 제1 라인부(132a,133a)와, 제2 축(Z2) 방향으로 연장되는 제2 라인부(132b,133b)를 포함할 수 있고, 상기 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b)를 부드럽게 이어주는 곡선부(132c,133c)를 포함할 수 있다. 상기 제1 라인부(132a,133a)는 서로에 대해 나란한 제1 방향(Z1)으로 연장되는 쌍을 포함할 수 있으며, 유사하게 제2 라인부(132b,133b)는 서로에 대해 나란한 제2 방향(Z2)으로 연장되는 쌍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b)는 서로 교차하는 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 각각 연장되며, 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b) 사이에는 이들을 부드러운 곡선 형태로 이어주는 곡선부(132c,133c)가 형성된다.

상기 곡선부(132c,133c)는 밀봉 프릿(131)의 높이 편차를 제거하기 위한 목적에 기여할 수 있으며, 소정의 곡률 반경을 따르는 부드러운 곡선 라인을 추종하도록 형성되며, 예리하게 각진 모서리를 형성하지 않는다. 예를 들어, 상기 지지부재(132,133)의 곡선부(132c,133c)는 소정의 곡률 반경을 갖는 원호의 일부로 형성될 수 있으며, 밀봉 프릿(131)과 나란하게 연장되도록 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 프릿(131)의 곡선부(131c)와, 지지부재(132,133)의 곡선부(132c,133c)는 실질적으로 동일한 곡률 반경을 따르는 원호의 일부로 형성될 수 있으며 내측의 밀봉 프릿(131)과 외측의 지지부재(132,133)는 원호 상의 궤적을 따라 서로 나란하게 연장될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 달리, 만일 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b)가 예리한 각진 모서리를 통하여 서로 접촉하면, 예를 들어, 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b)가 직각으로 맞닿게 되면, 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b) 간의 접촉 부분이 지지부재(132,133)의 여타 다른 부분에 비해 상대적으로 돌출된 형상을 갖게 됨으로써, 지지부재(132,133)와 제1 기판(110) 또는 제2 기판(120) 사이가 들뜨게 된다. 이는 지지부재(132,133)의 밀봉성 악화와 전해질(미도시)의 누설 문제를 야기할 수 있다. 이에 대해서는 후에 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 비교예에 따른 밀봉 프릿(31)의 구조를 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 이웃한 광전 셀(S)들 사이에는 밀봉 프릿(31)이 배치되어 각 광전 셀(S)들을 서로에 대해 구획한다.

상기 밀봉 프릿(31)은 전체적으로 이어진 형태로 연장되면서 다수의 광전 셀(S)들을 함께 구획한다. 즉, 일 광전 셀(S)을 구획하는 밀봉 프릿(31)은 이웃한 광전 셀(S)을 구획하는 밀봉 프릿(31)과 구조적으로 연결되며 전체적으로 연속된 구조를 형성한다. 이에 따라, 이웃하는 광전 셀(S)들을 서로에 대해 구획하는 밀봉 프릿(31)의 제1 부분(31a)은 그 양단에서 서로 다른 광전 셀(S)들의 둘레를 따라 분기되는 분기부(31d)를 갖게 된다.

상기 밀봉 프릿(31)의 분기부(31d)는 밀봉 프릿(31)의 여타 다른 부분에 비해 상대적으로 돌출된 형상을 갖게 됨으로써 높이 편차를 유발할 수 있다. 밀봉 프릿(31)의 높이란 제1, 제2 기판 사이의 셀 갭을 따라 측정된 밀봉 프릿(31)의 높이를 의미한다.

상기 밀봉 프릿(31)의 분기부(31d)에서는 제1 축(Z1) 방향을 따르는 제1 부분(31a)이 서로 이웃한 광전 셀(S)의 둘레를 따라 제2 축(Z2)의 서로 반대 방향으로 나누어지면서 분기된다. 상기 밀봉 프릿(31)의 분기부(31d)에서는 높이 편차가 야기된다.

상기 밀봉 프릿(31)의 높이 편차란, 제1, 제2 기판 간의 셀 갭을 지지해주는 밀봉 프릿(31)의 높이가 밀봉 프릿(31)의 연장 방향을 따라 여러 개소에서 높이 편차를 갖게 됨으로써, 예를 들어, 상기 밀봉 프릿(31)이 그 연장 방향을 따라 국부적으로 어느 개소에서는 상대적으로 높게 형성되고 다른 개소에서는 낮게 형성되는 등 높이 편차를 갖게 됨으로써, 밀봉 프릿(31)과 제1 기판 또는 제2 기판 사이가 들뜨게 되면서 광전 셀(S)의 밀봉 상태가 불량해지게 되는 것을 의미한다. 환언하면, 상기 밀봉 프릿(31)은 제1, 제2 기판과 함께 광전 셀(S)을 구획하는데, 밀봉 프릿(31)이 균일한 높이로 형성되지 못하고 높이 편차가 형성되면, 제1 기판 또는 제2 기판과 밀봉 프릿(31) 사이가 들뜨게 되어 광전 셀(S)의 밀봉 특성이 저하되며, 광전 셀(S)에 내포된 전해질(미도시)이 누설될 위험이 있다.

상기 밀봉 프릿(31)의 분기부(31d)는 국부적으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 이웃한 광전 셀(S)들을 구획하는 제1 부분(31a)은, 제2 부분(31b)과 접촉하는 분기부(31d)를 양단으로 할 수 있는데, 양단의 분기부(31d)가 국부적으로 높게 돌출 형성됨으로써 제1 부분(31a)의 중앙 부분이 제1, 제2 기판 사이에서 밀착되지 못하고 들뜨게 되어 광전 셀(S)의 밀봉 상태가 불량해지고, 예를 들어, 전해질(미도시)의 누설이 발생될 수 있다.

도 4의 비교예에서는, 제1 축(Z1) 방향으로 연장되는 밀봉 프릿(31)의 제1 부분(31a)과, 제2 축(Z2) 방향으로 연장되는 밀봉 프릿(31)의 제2 부분(31b)이 예리한 각진 모서리를 통하여 연결됨으로써, 서로 다른 방향으로 연장되는 제1, 제2 부분(31a,31b)을 이어주는 연결부(31c)가 밀봉 부재(31)의 다른 부분에 비하여 국부적으로 돌출된 형상을 가질 수 있다.

참고적으로, 밀봉 프릿(31)의 제1, 제2 부분(31a,31b)이 연결되는 연결부(31c)는, 이웃하는 광전 셀(S)들을 구획하는 제1 부분(31a)이 서로 다른 광전 셀(S)의 둘레를 추종하기 위해 제2 축(Z2)의 서로 반대 방향으로 분기되는 분기점(31d)에 대응될 수 있다. 그러나, 최외곽에 배치된 밀봉 프릿(31)의 연결부(31c)는 분기점(31d)과는 구별된다. 최외곽에 배치된 밀봉 프릿(31)의 연결부(31c)가 각진 모서리를 형성할 경우, 분기부(31d)에서와 유사하게 연결부(31c)에서 상대적으로 돌출된 높이 편차를 형성하게 된다.

상기한 바와 같이, 밀봉 프릿(31)의 패턴이 분기되거나 또는 수직으로 교차하는 부분에서 형성되는 높이 편차는 도 5 및 표 1에 개시된 측정 결과에서 명확하게 확인될 수 있다. 도 5에는 다양한 방향으로 연장되는 밀봉 프릿의 패턴이 도시되어 있으며, 표 1에는 도 5의 각 개소에서 측정된 밀봉 프릿의 높이가 정리되어 있다.

측정 개소	밀봉 프릿의 높이(㎛)
1	40
2	49
3	39
4	52
5	40
6	50
7	43
8	32
9	48
10	39
11	48
12	40
13	39

표 1에서 명확하게 알 수 있듯이, 일 방향으로 연장되는 패턴이 서로 다른 두 방향으로 분기되는 분기부와 일 방향으로 연장되는 패턴과 다른 방향으로 연장되는 패턴이 수직으로 맞닿는 연결부 등의 부분(2,4,6,9,11)들은 다른 개소에 비하여 상대적으로 증가된 높이를 갖는다는 점을 알 수 있다. 즉, 분기부 또는 연결부가 밀봉 프릿의 높이 편차를 유발하는 원인이 된다는 것이다.

이러한 결과로부터 도 2의 실시형태에서는 밀봉 프릿(131)의 패턴 설계를 통하여 각 광전 셀(S)들을 독립적으로 포위하도록 밀봉 프릿(131)를 형성함으로써 하나의 밀봉 프릿(131)이 이웃한 광전 셀(S)들을 추종하기 위해 분기되는 분기부가 구조적으로 형성되지 않도록 한다.

또한, 서로 다른 방향으로 연장되는 지지부재(132,133)의 제1 라인부(132a,133a)와 제2 라인부(132b,133b) 사이에는 이들 제1, 제2 라인부(132a,133a,132b,133b)를 부드럽게 이어주는 곡선 형태의 곡선부(132c,133c)를 형성함으로써 각진 모서리 형태의 연결부가 구조적으로 형성되지 않도록 한다.

도 6은 도 2의 실시형태와 도 4의 비교예에 있어서, 이웃하는 광전 셀(S) 간의 요오드 확산 베리어 테스트를 수행한 결과를 보여준다. 여기서, 비교예의 밀봉 프릿은 최대 6μm의 높이 편차를 갖는다. 가로 축은 시간(hr)의 경과를 나타내고, 세로 축은 요오드의 최대 흡광 파장에서의 흡광도(absorbance)를 나타낸다.

요오드 확산 베리어 테스트에서는, 이웃한 광전 셀들 간에 하나의 셀은 요오드가 있는 셀로 구성하고, 이웃한 셀은 요오드가 없는 셀로 구성한 다음, 85℃의 고온 테스트를 실시하고 일정한 시점에서 요오드가 있는 셀로부터 요오드가 없는 셀로의 요오드 확산 정도를 실험한다. 즉, 일정한 시점이 경과한 이후에 각 셀에서 요오드 최대 흡광 파장(390~410nm)에서의 흡광도(absorbance)를 측정하게 된다. 여기서, 흡광도(absorbance)는 이하와 같이 구해진다.

흡광도(absorbance)= -log T, 여기서, T는 투과도(transmittance)

도면에서 프로파일 A와 A`는 도 2의 본 발명 실시형태에서의 측정값을 보여준다. 보다 구체적으로, 프로파일 A는 요오드가 있는 셀에서의 흡광도(absorbance)를 나타내고, 프로파일 A`는 요오드가 없는 셀에서의 흡광도(absorbance)를 나타낸다. 또한, 프로파일 B와 B`는 도 4의 비교예에서의 측정값을 보여준다. 보다 구체적으로, 프로파일 B는 요오드가 있는 셀에서의 흡광도(absorbance)를 나타내고, 프로파일 B`는 요오드가 없는 셀에서의 흡광도(absorbance)를 나타낸다.

프로파일 A 및 A`에서 볼 수 있듯이, 본 발명에서는 요오드의 흡광도(absorbance)가 경시적으로 큰 차이를 보이지 않는데, 이것은 경시적으로 우수한 밀봉 특성이 유지됨을 의미한다.

반면에, 프로파일 B 및 B`에서 볼 수 있듯이, 비교예에서는 요오드의 확산으로 인하여 요오드의 흡광도(absorbance)가 변화하게 되며, 특히 200 시간 이내에서 큰 변화를 보이게 된다. 이것으로부터 비교예의 실시형태에서는 경시적으로 밀봉성이 크게 열화된다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 경시적으로 대체로 균일한 밀봉성을 보여주는데 반하여, 비교예에서는 200 시간 이내에서 밀봉성이 급격히 하락하는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 도 1의 A-A 선을 따라 취한 단면도이다. 도면을 참조하면, 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에는 밀봉 프릿(131)과 더불어 제1, 제2 지지부재(132,133)가 나란하게 형성된다. 그리고, 밀봉 프릿(131)과 지지부재(132,133)는 연속적으로 형성된 실런트(135)에 의해 매립되어 있다.

상기 밀봉 프릿(131) 및 지지부재(132,133)는 실질적으로 동일한 소재 및 같은 패터닝 공정을 통하여 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 프릿(131) 및 지지부재(132,133)는 제1 기판(110)상에 패턴 형성될 수 있으며, 밀봉 프릿(131)과 지지 부재(132,133)를 매립하는 실런트(135)를 개재하여 제2 기판(120)에 대해 기밀성 결합될 수 있다. 상기 밀봉 프릿(131)과 지지부재(132,133)는 글래스 프릿(glass frit)으로 형성될 수 있으며, 프릿 페이스트의 패턴 인쇄 및 경화를 통하여 일괄적으로 함께 형성될 수 있다.

상기 실런트(135)는 수지계열로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 유기계 수지 성분이나 핫 멜트(hot-melt) 수지 성분을 포함할 수 있다. 상기 실런트(135)는 밀봉 프릿(131)과 지지부재(132,133)들을 다 함께 매립하도록 연속적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 실런트(135)는 밀봉 프릿(131)과 지지부재(132,133)를 벗어난 위치까지 확장 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 실런트(135)는 제2 지지부재(133)의 측단으로부터 외측 방향을 따라 제1 폭(W1)으로 확장 형성될 수 있다. 또한, 상기 실런트(135)는 밀봉 프릿(131)의 측단으로부터 내측 방향을 따라 제2 폭(W2)으로 확장 형성될 수 있다. 이때, 상기 실런트(135)가 제2 지지부재(133) 및 밀봉 프릿(131)을 벗어나 확장되는 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2)은 각각 0.5~5mm, 0.05~0.5mm 범위로 설계될 수 있다. 즉, 제2 폭(W2)은 광전 셀(S1)과 인접하여 실런트(135)의 퍼짐을 제어할 필요가 있으므로, 0.05~0.5mm 범위로 설정될 수 있으며, 제1 폭(W1)은 실런트(135)의 퍼짐을 제어할 필요성이 상대적으로 낮기에, 0.5~5mm로 설정될 수 있다.

그리고, 제1, 제2 지지부재(132,133)와 밀봉 프릿(131)을 매립하는 실런트(135)의 폭(Wt)은 제품화된 광전변환모듈의 접착강도와 관련되는 부분이며, 제품의 형태, 예를 들어, 기판 두께나 제품 크기 등에 따라 달라지게 되는데, 소형과 대형 모듈을 모두 고려할 때, 1~10mm 범위로 설정될 수 있다. 상기 밀봉 프릿(131) 및 제2 지지 부재(133)를 벗어난 위치에 형성된 실런트(135)는 제1, 제2 기판(110,120) 사이를 채우도록 형성될 수 있다.

상기 밀봉 프릿(131) 및 지지부재(132,133)들을 매립하면서 이들을 벗어난 위치까지 확장 형성되는 실런트(135)는 광전 셀(S)의 실링 특성을 한층 강화시킬 수 있다. 예를 들어, 밀봉 프릿(131) 및 지지부재(132,133)를 전체적으로 매립하도록 형성된 실런트(135)는 밀봉 프릿(131) 등과의 접착력을 강화시킬 수 있으며, 무기계 소재의 밀봉 프릿(131) 및 지지부재(132,133)와, 유기계 실런트(135) 간의 기밀한 접착을 통하여 광전 셀(S)의 밀봉 특성을 향상시킬 수 있다.

한편, 광전변환모듈(100)의 내측에 형성된 밀봉 프릿(131) 상에도 밀봉 프릿(131)을 매립하도록 실런트(135)가 형성된다. 광전 셀(S)을 포위하는 밀봉 프릿(131)은 실런트(135)에 의해 매립될 수 있다. 상기 실런트(135)가 밀봉 프릿(131)을 매립한다는 것은, 실런트(135)가 밀봉 프릿(131)을 전체적으로 덮는다는 것을 의미한다. 즉, 상기 실런트(135)가 밀봉 프릿(131)의 제1 기판(110) 측으로부터 제2 기판(120) 측에 걸쳐서 전체적으로 밀봉 프릿(131)을 덮어줌으로써 밀봉 프릿(131)이 노출되지 않는다.

상기 실런트(135)는 밀봉 프릿(131)을 벗어난 위치까지 확장 형성되어 있다. 밀봉 프릿(131)의 양 측단으로부터 실런트(135)의 측단까지의 제3 폭(W3) 및 제4 폭(W4)은 0.05~0.5mm의 범위로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 폭(W3)은 광전 셀과 인접하므로, 실런트의 퍼짐을 제어할 필요가 있으므로, 0.05~0.5mm 범위로 설정될 수 있다.

밀봉 프릿(131)을 벗어난 위치까지 실런트(135)를 확장 형성함으로써 밀봉 프릿(131)과 실런트(135) 간의 접착력을 강화시킬 수 있으며, 광전 셀(S)의 밀봉 특성을 강화시킬 수 있다. 밀봉 프릿(131)을 벗어난 위치로 확장된 실런트(135)는 제1, 제2 기판(110,120) 사이를 채우도록 형성될 수 있다.

도 8에는 본 발명의 실시형태와 대비되는 비교예에 따른 광전변환모듈의 일부 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 제1, 제2 기판(10`,20`) 사이에는 밀봉 프릿(31`) 및 지지부재(32`,33`)가 배치되며, 이들 밀봉 프릿(31`)과 지지부재(32`,33`) 상에는 실런트(35`)가 도포되는데, 밀봉 프릿(31`) 및 지지부재(32`,33`)를 부분적으로 덮도록 실런트(35`)가 도포된다. 상기 실런트(35`)는 밀봉 프릿(31`) 및 지지부재(32`,33`)의 상단부를 부분적으로 덮도록 형성됨으로써 밀봉 부재(31`) 및 지지부재(32`,33`)와 제2 기판(20`)의 결합을 매개한다.

이렇게 밀봉 프릿(31`) 및 지지부재(32`,33`) 상에 부분적으로 형성되는 실런트(35`)는 밀봉 부재(31`) 등과의 접착 계면이 협소하게 되고, 접착력이 충분하지 못하여 광전 셀(S)의 밀봉 성능이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 밀봉 프릿(31`) 등과 실런트(35) 간의 계면을 따라 전해질(미도시)의 누설이나 수분 등의 침투가 발생될 수 있다.

도 7의 실시형태에서는 밀봉 프릿(131) 및 지지부재(132,133)를 전체적으로 매립하고, 이들을 벗어난 위치까지 실런트(135)를 확장 형성함으로써 광전 셀(S)의 밀봉 특성을 한층 강화할 수 있다.

도 9는 도 1의 A-A 선을 따라 취한 단면도로서, 내부구조를 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 서로 마주하게 배치되는 제1, 제2 기판(110,120) 사이에는 밀봉 프릿(131)에 의해 구획된 다수의 광전 셀(S)들이 형성된다. 이웃한 광전 셀(S)들 사이에는 접속 부재(180)가 마련되어 이웃한 광전 셀(S)들을 서로 접속시키며, 예를 들어, 상기 접속 부재(180)는 광전 셀(S)들을 직렬 접속시킬 수 있다. 상기 접속 부재(180)는 전기 전도성이 우수한 금속 계열의 소재로 형성될 수 있다.

상기 접속 부재(180)는 접속 부재(180)의 상하로 배치된 제1 전극(111)과 제2 전극(121)에 맞닿도록 수직으로 연장되어 있고, 이웃한 광전 셀(S)들 간의 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)을 접속하여 이들을 직렬 접속시킬 수 있다.

상기 제1 기판(110)과 제2 기판(120)상에는 각각 제1 전극(111)과 제2 전극(121)이 형성되며, 제1 기판(110)과 제2 기판(120)은 밀봉 프릿(131)를 개재하여 소정의 간극을 사이에 두고 합착된다. 예를 들어, 상기 제2 기판(120) 측이 빛(L)을 수용하는 수광면 기판이 되어 제2 전극(121)이 광 전극으로 기능할 수 있으며, 제1 기판(110) 측이 상대기판이 되어 제1 전극(111)이 상대전극으로 기능할 수 있다.

상기 제2 전극(121) 상에는 빛(L)에 의해 여기되는 감광성 염료를 흡착한 반도체층(123)이 형성되며, 상기 반도체층(123)과 제1 전극(111) 사이에는 전해질(150)이 개재될 수 있다.

상기 제2 기판(120)은 투명소재로 형성될 수 있고, 높은 광투과율을 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제2 기판(120)은 유리소재의 글라스 기판이나 수지필름으로 구성될 수 있다. 수지필름은 통상 가요성을 갖기 때문에 유연성이 요구되는 용도에 적합하다.

상기 제2 전극(121)은 광전변환모듈(100)의 음극(negative electrode)으로 기능한다. 보다 구체적으로, 상기 제2 전극(121)은 광전변환작용에 따라 생성된 전자들을 수취하여 전류패스를 제공한다. 제2 전극(121)을 통하여 입사된 빛(L)은 반도체층(123)에 흡착된 감광성 염료의 여기원으로 작용한다. 상기 제2 전극(121)은 전기 전도성과 함께 광 투명성을 갖춘 ITO, FTO, ATO 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide)로 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(121)은 전기 전도성이 우수한 금(Ag), 은(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속전극(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 금속전극은 제2 전극(121)의 전기 저항을 낮추기 위해 도입된 것이며, 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 매쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.

상기 반도체층(123) 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(123)은 감광성 염료를 흡착함으로써 광전변환효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체층(123)은 5nm ~ 1000nm 입경의 반도체 입자를 분산시킨 페이스트를 전극(121)이 형성된 기판(120) 위에 도포한 후, 소정의 열 또는 압력을 적용하는 가열 처리 또는 가압 처리를 거쳐 형성될 수 있다.

상기 반도체층(123)에 흡착된 감광성 염료는 제2 기판(120)을 투과하여 입사된 빛(L)을 흡수하고, 감광성 염료의 전자는 기저 상태로부터 여기 상태로 여기된다. 여기된 전자는 감광성 염료와 반도체층(123) 간의 전기적인 결합을 이용하여 반도체층(123)의 전도대로 전이된 후, 반도체층(123)을 통과하여 제2 전극(121)에 도달하고, 제2 전극(121)을 통하여 외부로 인출됨으로써 외부회로를 구동하는 구동전류를 형성하게 된다.

예를 들어, 상기 반도체층(123)에 흡착되는 감광성 염료는 가시광 대역에서 흡수를 보이고, 광 여기 상태로부터 신속하게 반도체층(123)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(123)에 흡착되는 감광성 염료로는 루테늄(ruthenium) 계의 감광성 염료가 사용될 수 있다. 소정의 감광성 염료를 포함하는 용액 속에 반도체층(123)이 형성된 기판(120)을 침지시키는 방식으로, 감광성 염료를 흡착한 반도체층(123)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.

제2 기판(120)과 마주하게 배치되는 제1 기판(110)은 투명성을 특히 요구하지는 않지만, 광전변환효율을 높이기 위한 목적으로, 양편에서 빛(L)을 받을 수 있도록 투명소재로 형성될 수 있고, 제1 기판(110)과 동일한 소재로 형성될 수 있다.

상기 제1 전극(111)은 광전변환모듈(100)의 양극(positive electrode)으로 기능한다. 반도체층(123)에 흡착된 감광성 염료는 빛(L)을 흡수하여 여기되고, 여기된 전자는 제2 전극(121)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 제1 전극(111)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 광전변환의 작동과정이 완성된다.

예를 들어, 상기 제1 전극(111)은 전기 전도성과 함께 광 투명성을 갖춘 ITO, FTO, ATO 등의 TCO(Transparent Conducting Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(111)은 전기 전도성이 우수한 금(Ag), 은(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속전극은 제1 전극(111)의 전기 저항을 낮추기 위해 도입된 것으로, 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 매쉬 패턴(mesh pattern)으로 형성될 수 있다.

상기 제1 전극(111) 상에는 촉매층(113)이 형성될 수 있다. 상기 촉매층(113)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.

도 10에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광전변환모듈의 평면 구조가 도시되어 있다. 도 11에는 도 10에 도시된 광전변환모듈의 일부에 대한 사시도가 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 상기 광전변환모듈(200)은 다수의 광전 셀(S)들을 포함하여 형성된다. 다수의 광전 셀(S)들은 실링 부재(230)에 의해 서로에 대해 구획된다. 상기 광전 셀(S) 내부에는 전해질(250)이 충진되며, 각 광전 셀(S)의 테두리를 따라 배치된 실링 부재(230)에 의해 내부에 충진된 전해질(250)이 밀봉된다. 상기 실링 부재(230)는 전해질(250)을 포위하도록 전해질(250) 주위에 형성되고, 전해질(250)이 외부로 누설되지 않도록 밀봉하고 있다.

상기 실링 부재(230)는 기판(210,220)의 테두리 영역을 따라 형성되며, 기판(210,220)의 내부 영역으로 연장되어 서로 이웃한 광전 셀(S)들을 구획한다. 상기 실링 부재(230)는 제1 방향(Z1)을 따라 나란하게 연장되는 다수의 밀봉 프릿(231)과, 상기 밀봉 프릿(231) 상에 형성된 실런트(235)를 포함할 수 있다.

서로에 대해 이격되며 제1 방향(Z1)을 따라 나란하게 연장되는 다수의 밀봉 프릿(231)들은 전체적으로 실링 부재(230)의 트레이스(trace)를 형성하며, 제1, 제2 기판(210,220)의 테두리를 따라 배치되며, 기판(210,220) 내부 영역으로 연장되어 서로 이웃한 광전 셀(S)들 사이로 연장된다. 즉, 제1 방향(Z1)으로 연장되는 일군의 밀봉 프릿(231)의 배열을 통하여, 대략 직사각형 형상의 광전 셀(S)의 테두리를 따라 제1, 제2 방향(Z1,Z2)으로 연장되는 실링 부재(230)의 트레이스가 형성될 수 있다.

상기 밀봉 프릿(231)은 제1, 제2 기판(210,220) 간의 셀 갭을 지지해주는 기능을 하고, 예를 들어, 제1 기판(210)으로부터 제2 기판(220)을 소정의 높이로 지지해줌으로써 제1, 제2 기판(210,220) 사이의 간격을 유지시켜주는 스페이서의 기능을 한다.

상기 밀봉 프릿(231)은 서로에 이격된 다수의 개체로 형성될 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 나란하게 연장될 수 있다. 상기 실런트(235)는 서로에 대해 이격된 다수의 밀봉 프릿(231)들 사이를 충진함으로써 밀봉 특성을 구현한다.

상기 밀봉 프릿(231)은 제1 방향(Z1)으로 연장되는 세장 형상(elongated)을 갖는데, 상대적으로 긴 종장을 갖는 제1 밀봉 프릿(231a)과 상대적으로 짧은 종장을 갖는 제2 밀봉 프릿(231b)을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 밀봉 프릿(231a,231b)은 서로 평행하게 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 프릿(231)은, 다수의 제1, 제2 밀봉 프릿(231a,231b)들을 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 밀봉 프릿(231a,231b)들 사이에는 실런트(235)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 밀봉 프릿(231a)은 기판(210,220)의 가장자리에서 기판(210,220)을 가로질러 연장되며, 기판(210,220)의 내부 영역에서는 이웃한 광전 셀(S)들 사이로 연장되며 인접한 광전 셀(S)들을 구획한다. 상기 제2 밀봉 프릿(231b)은 상기 제1 밀봉 프릿(231a)들 사이에서 제2 방향(Z2)을 따라 배열되며, 상기 제1 밀봉 프릿(231a)과 함께 각 광전 셀(S)의 둘레를 둘러싸도록 형성된다.

다수의 밀봉 프릿(231)들은 제1 방향(Z1)을 추종하는 방향성을 갖는다. 상기 밀봉 프릿(231)은 적정의 패터닝 공정을 통하여 패턴 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉 프릿(231)은 스크린 인쇄 방식을 이용하여 제1 기판(210)상에 패턴 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 스크린 인쇄 방식에서는 제1 기판(210) 위에 배치된 패턴 마스크(미도시) 상에 프릿 페이스트(미도시)를 안착시킨 후, 제1 기판(210)의 일단으로부터 타단을 향하는 인쇄방향으로 스퀴지(squeeze, 미도시)를 가압하면서 패턴 마스크(미도시)의 개구부를 통하여 프릿 페이스트(미도시)를 제1 기판(210)상에 도포함으로써 밀봉 프릿(231)의 패턴을 형성한다.

밀봉 프릿(231)의 패턴방향과, 밀봉 프릿(231)의 인쇄방향 간의 상대적인 배향에 따라 최종적으로 형성된 밀봉 프릿(231)의 높이에 차등을 보이게 된다. 도 12에는 밀봉 프릿의 패턴방향과 인쇄방향 간의 배향에 따른 밀봉 프릿의 균일도를 보이기 위한 도면이 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 상기 밀봉 프릿은 인쇄방향과 나란한 한 쌍의 수평 패턴(P3,P4)과, 인쇄방향과 수직한 한 쌍의 수직 패턴(P1,P2)을 포함한다.

인쇄방향과 나란한 수평 패턴(P3,P4)에서 측정된 높이의 피크 값은, 34.4μm와 34.0μm로서, 상기 수평 패턴(P3,P4)에서는 비교적 균일한 높이를 얻을 수 있다. 이에 반하여, 인쇄방향과 수직한 수직 패턴(P1,P2)에서 측정된 높이의 피크 값은, 33.9μm와 36.4μm로서, 높이 균일도가 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 특히 이러한 높이 균일도의 차이는 미세 패턴에서 확연하게 나타나게 된다.

도 10의 실시형태에서는, 밀봉 프릿(231)의 패턴방향과 인쇄방향을 동일한 제1 방향(Z1)으로 일치시킴으로써 밀봉 프릿(231)의 높이 편차를 제거 내지 완화할 수 있다. 즉, 제1 방향(Z1)을 따르도록 밀봉 프릿(231)을 설계하고, 밀봉 프릿(231)의 구현을 위한 인쇄방향을 상기 제1 방향(Z1)으로 일치함으로써, 밀봉 프릿(231)의 높이 편차를 제거할 수 있다는 것이다.

예를 들어, 상기 밀봉 프릿(231)은 제1, 제2 기판(210,220) 간에 개재되며, 제1 기판(210)으로부터 제2 기판(220)을 소정 높이로 지지해줌으로써 적정의 셀 갭을 형성한다. 그리고, 일군의 밀봉 프릿(231)들이 기판(210,220)의 전체 영역에 걸쳐서 균일한 높이로 형성될 때, 이들 밀봉 프릿(231)들이 제1, 제2 기판(210,220)에 대해 고르게 밀착됨으로써 밀봉 프릿(231)과 기판(210,220) 간의 들뜸이 생기지 않는다.

이와 달리, 일군의 밀봉 프릿(231)들 간에 높이 편차가 형성된다는 것은, 예를 들어, 어느 일 밀봉 프릿(231)이 이웃한 밀봉 프릿(231) 보다 상대적으로 높게 형성되거나 또는 어느 일 밀봉 프릿(231)이 이웃한 밀봉 프릿(231) 보다 상대적으로 낮게 형성된다는 것이다. 이 경우, 일군의 밀봉 프릿(231)들 중에서 일부 밀봉 프릿(231)들이 제1 기판(210) 또는 제2 기판(220)에 대해 밀착되지 못하게 되므로, 해당 밀봉 프릿(231)과 제1 기판(210) 또는 제2 기판(220) 사이에 공백이 형성되고, 그 결과 밀봉 프릿(231)에 의한 실링 특성이 저하되고, 예를 들어, 광전 셀(S) 내부에 봉입된 전해질(250)이 누설될 수 있다.

도 10에 도시된 실시형태에서는 제1 방향(Z1)을 추종하는 일군의 밀봉 프릿(231)의 배열을 이용하여, 광전 셀(S)들을 포위하도록 연장되는 실링 부재(230)의 트레이스(trace)를 형성함으로써 밀봉 프릿(231)의 높이 편차를 제거할 수 있고, 밀봉 프릿(231)의 방향성에 따라 제1 방향(Z1)으로 패턴 인쇄를 수행함으로써 균일한 높이의 밀봉 프릿(231)을 형성할 수 있다.

상기 밀봉 프릿(231) 상으로는 일군의 밀봉 프릿(231)들을 매립하도록 실런트(235)가 형성될 수 있다. 상기 실런트(235)는 서로에 대해 이격된 밀봉 프릿(231)들 사이의 갭을 채움으로써 실링 부재(230)의 밀봉 성능이 구현되도록 한다. 또한, 상기 실런트(235)는 밀봉 프릿(231)이 제1 기판(210) 또는 제2 기판(220)에 대해 기밀성 결합되도록 결합을 매개한다. 예를 들어, 상기 밀봉 프릿(231)은 제1 기판(210)에 기반하여 형성될 수 있고, 제1 기판(210) 상에 패턴 형성된 다음, 제1 기판(210)상에 합착되는 제2 기판(220)에 대해 결합될 수 있다. 이때, 상기 실런트(235)는 상기 밀봉 프릿(231)과 제2 기판(220) 간의 결합을 매개할 수 있다.

도 4의 비교예를 고려하면, 광전 셀(S)을 구획하는 밀봉 프릿(31)은 대략 직사각형 광전 셀(S)의 둘레를 따라 제1, 제2 방향(Z1,Z2)을 따라 연장되는 제1 부분(31a)과, 제2 부분(31b)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 밀봉 프릿(31)의 패턴 인쇄방향이 제1 방향(Z1)으로 설정된다면, 제1 방향(Z1)과 일치하는 제1 부분(31a)에서는 상대적으로 균일한 밀봉 프릿(31)의 높이를 얻을 수 있다. 그러나, 인쇄방향에 대해 수직으로 연장되는 제2 부분(31b)에서는 밀봉 프릿(31)의 높이 편차가 형성될 것이며, 밀봉 프릿(31)의 높이 편차에 따라 밀봉 프릿(31)과 제1 기판 또는 제2 기판 간의 들뜸이 생기게 된다. 예를 들어, 일 편에 형성된 제2 부분(31b)과, 타 편에 형성된 제2 부분 (31b)간에 높이 편차가 형성된다면, 전체적으로 제1 기판과 제2 기판 간에 기울기 형성될 수 있으며, 밀봉 프릿(31)이 제1 기판 또는 제2 기판에 밀착되지 못하여 전해질(미도시)이 누출될 수 있다.

도 10의 실시형태에서는 일군의 밀봉 프릿(231)들이 제1 방향(Z1)의 방향성을 갖도록 형성하고, 상기 밀봉 프릿(231)의 인쇄방향을 제1 방향(Z1)으로 설정함으로써 밀봉 프릿(231)들 간의 높이 편차를 제거할 수 있다.

도 13에는 도 10의 B-B 선을 따라 취한 수직 단면도가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 제1, 제2 기판(210,220) 사이에는 다수의 광전 셀(S)들이 배열되며, 각 광전 셀(S)들은 밀봉 프릿(231)에 의해 구획된다. 예를 들어, 상기 밀봉 프릿(231)은 제1 기판(210)에 기반하여 형성될 수 있으며, 제1 기판(210)으로부터 제2 기판(220)을 향하여 돌출 형성될 수 있다.

상기 밀봉 프릿(231) 상에는 밀봉 프릿(231)을 매립하도록 실런트(235)가 형성된다. 상기 실런트(235)는 상기 밀봉 프릿(231)과 제2 기판(220) 간의 기밀성 결합을 매개할 수 있다. 상기 실런트(235)는 밀봉 프릿(231)을 전체적으로 매립하도록 형성될 수 있다. 이때, 실런트(235)는 밀봉 프릿(231)을 벗어난 위치까지 확장 형성될 수 있는데, 예를 들어, 기판(210,220) 가장자리에 배치된 밀봉 프릿(231)의 측단으로부터 실런트(235)의 측단까지의 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2)은, 각각 0.5~5mm와 0.05~0.5mm 범위로 설정될 수 있다. 또한, 기판(210,220) 내부 영역에 배치된 밀봉 프릿(231)의 측단으로부터 실런트(235)의 측단까지의 제3 폭(W3) 및 제4 폭(W4)은 각각 0.05~0.5mm의 범위에서 설계될 수 있다. 상기 제2 폭(W2) 및 제3 폭(W3)은 광전 셀(S1)과 인접하여 실런트(235)의 퍼짐을 제어할 필요성이 있으므로, 0.05~0.5mm의 범위로 설정될 수 있다.

이렇게 실런트(235)가 밀봉 프릿(231)을 전체적으로 매립하면서 밀봉 프릿(231)을 벗어난 위치까지 확장 형성됨으로써 실런트(235)와 밀봉 프릿(231) 간의 접착력이 강화될 수 있으며, 실런트(235) 및 밀봉 프릿(231)에 의해 봉입되는 광전 셀(S)의 밀봉 특성이 강화될 수 있다.

도면을 참조하면, 이웃한 광전 셀(S)들 사이에는 접속 부재(280)가 마련되어 이웃한 광전 셀(S)들을 서로 접속시키며, 예를 들어, 상기 접속 부재(280)는 광전 셀(S)들을 직렬 접속시킬 수 있다. 상기 접속 부재(280)는 전기 전도성이 우수한 금속 계열의 소재로 형성될 수 있다.

상기 접속 부재(280)는 접속 부재(280)의 상하로 배치된 제1 전극(211)과 제2 전극(221)에 맞닿도록 수직으로 연장되어 있고, 이웃한 광전 셀(S)들 간의 제1 전극(211) 및 제2 전극(221)을 접속하여 이들을 직렬 접속시킬 수 있다.

상기 제1 기판(210)과 제2 기판(220)상에는 각각 제1 전극(211)과 제2 전극(221)이 형성되며, 제1 기판(210)과 제2 기판(220)은 밀봉 프릿(231)를 개재하여 소정의 간극을 사이에 두고 합착된다. 예를 들어, 상기 제2 기판(220) 측이 빛(L)을 수용하는 수광면 기판이 되어 제2 전극(221)이 광 전극으로 기능할 수 있으며, 제1 기판(210) 측이 상대기판이 되어 제1 전극(211)이 상대전극으로 기능할 수 있다.

상기 제2 전극(221) 상에는 빛(L)에 의해 여기되는 감광성 염료를 흡착한 반도체층(223)이 형성되며, 상기 반도체층(223)과 제1 전극(211) 사이에는 전해질(250)이 개재될 수 있다.

상기 반도체층(223)에 흡착된 감광성 염료는 제2 기판(220)을 투과하여 입사된 빛(L)을 흡수하고, 감광성 염료의 전자는 기저 상태로부터 여기 상태로 여기된다. 여기된 전자는 감광성 염료와 반도체층(223) 간의 전기적인 결합을 이용하여 반도체층(223)의 전도대로 전이된 후, 반도체층(223)을 통과하여 제2 전극(221)에 도달하고, 제2 전극(221)을 통하여 외부로 인출됨으로써 외부회로를 구동하는 구동전류를 형성하게 된다. 한편, 상기 제1 전극(211) 상에는 촉매층(213)이 형성될 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.

100,200: 광전변환모듈 110,210: 제1 기판
111,211: 제1 전극 113,213: 촉매층
120,220: 제2 기판 121,221: 제2 전극
123,223: 반도체층 130,230: 실링 부재
131,231: 밀봉 프릿 131a: 밀봉 프릿의 제1 라인부
131b: 밀봉 프릿의 제2 라인부 131c: 밀봉 프릿의 곡선부
132: 제1 지지부재 132a: 제1 지지부재의 제1 라인부
132b: 제1 지지부재의 제2 라인부 132c: 제1 지지부재의 곡선부
133: 제2 지지부재 133a: 제2 지지부재의 제1 라인부
133b: 제2 지지부재의 제2 라인부 133c: 제2 지지부재의 곡선부
135,235: 실런트 150,250: 전해질
180,280: 접속 부재 231a: 제1 밀봉 프릿
231b: 제2 밀봉 프릿 S: 광전 셀
W1,W2,W3,W4: 실런트의 폭

Claims

서로에 대해 이격된 다수의 광전 셀들
상기 광전 셀들에 채워진 전해질; 및
상기 각 광전 셀들을 각각 둘러싸는 것으로, 각각 연속적으로 형성된 밀봉 프릿들;을 포함하는 광전변환모듈.
제1항에 있어서,
밀봉 프릿들 각각은 분산된 입자(discrete particle)들을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제1항에 있어서,
상기 밀봉 프릿을 커버하는 실런트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제3항에 있어서,
상기 다수의 밀봉 프릿들의 외곽을 둘러싸는 지지부재를 더 포함하고,
상기 실런트는 상기 지지부재를 실질적으로 완전히 커버하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제4항에 있어서,
상기 지지부재는 상기 밀봉 프릿과 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제3항에 있어서,
상기 다수의 밀봉 프릿들의 외곽을 둘러싸는 제1 지지부재; 및
상기 제1 지지부재의 외곽을 둘러싸는 제2 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제6항에 있어서,
상기 실런트는 상기 제1, 제2 지지부재를 실질적으로 완전히 커버하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제6항에 있어서,
상기 제1, 제2 지지부재는 실질적으로 서로에 대해 평행한 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제6항에 있어서,
상기 제1, 제2 지지부재의 코너 부분은 라운드진 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제6항에 있어서,
상기 실런트의 최 외측과 제2 지지부재의 최 외측 간의 거리는, 0.5mm~5mm 사이인 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제3항에 있어서,
상기 실런트의 최 내측과 광전 셀을 둘러싸는 밀봉 프릿 간의 거리는, 0.5mm~0.5mm 사이인 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제3항에 있어서,
상기 실런트의 폭은, 1mm~10mm 사이인 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제3항에 있어서,
상기 실런트는 실질적으로 완전히 밀봉 프릿을 커버하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제1항에 있어서,
서로 이웃하는 광전 셀 사이에 형성된 접속부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제14항에 있어서,
상기 접속부재는 제1 광전 셀로부터 연장되는 제1 전극과, 제2 광전 셀로부터 연장되는 제2 전극을 연결하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제1 기판;
상기 제1 기판과 마주하고 서로 이격된 제2 기판;
복수의 밀봉 프릿들;
상기 제1, 제2 기판과 밀봉 프릿에 의해 정의되고, 상기 각각의 밀봉 프릿에 의해 각각 둘러싸이며, 서로에 대해 이격된 복수의 광전 셀들;
상기 광전 셀들에 채워진 전해질; 및
상기 밀봉 프릿을 커버하는 실런트;를 포함하는 광전변환모듈.
제16항에 있어서,
상기 밀봉 프릿은,
장변 방향으로 연장되며 서로 이격된 다수의 제1 밀봉 프릿들; 및
단변 방향으로 연장되며 서로 이격된 다수의 제2 밀봉 프릿들;을 포함하고,
상기 실런트는 상기 제1 밀봉 프릿들 및 제2 밀봉 프릿들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제16항에 있어서,
상기 각각의 밀봉 프릿은 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제16항에 있어서,
각 광전 셀은,
서로 마주하는 제1, 제2 면에 각각 형성된 제1, 제2 전극;
상기 제1 전극 상에 형성된 촉매층; 및
상기 제2 전극 상에 형성된 반도체층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제16항에 있어서,
상기 다수의 밀봉 프릿들의 외곽을 둘러싸는 지지부재를 더 포함하고,
상기 실런트는 지지부재를 실질적으로 완전히 커버하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제1 기판;
상기 제1 기판과 마주하며 서로 이격된 제2 기판;
다수의 밀봉 프릿들;
상기 제1, 제2 기판 및 밀봉 프릿에 의해 정의되고, 상기 각각의 밀봉 프릿에 의해 각각 둘러싸이며, 서로에 대해 이격된 복수의 광전 셀들; 및
상기 광전 셀들에 채워진 전해질;을 포함하고,
상기 각 밀봉 프릿들은, 서로에 대해 이격된 다수의 제1, 제2 밀봉 프릿들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제21항에 있어서,
상기 제1, 제2 서브 프릿들은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제21항에 있어서,
상기 제1 밀봉 프릿들은, 광전 셀의 장변을 따라 배치되고,
상기 제2 밀봉 프릿들은, 광전 셀의 단변을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.
제23항에 있어서,
상기 제1, 제2 밀봉 프릿들은, 서로 평행한 것을 특징으로 하는 광전변환모듈.