KR20130038786A - 태양전지 창호 - Google Patents

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KR20130038786A
KR20130038786A KR1020120027265A KR20120027265A KR20130038786A KR 20130038786 A KR20130038786 A KR 20130038786A KR 1020120027265 A KR1020120027265 A KR 1020120027265A KR 20120027265 A KR20120027265 A KR 20120027265A KR 20130038786 A KR20130038786 A KR 20130038786A
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임태진
이윤희
김도헌
정성훈
이풍현
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주식회사 이건창호
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Abstract

태양전지 창호가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 창호는 내부로 태양전지가 고정되는 고정영역이 구비된 창틀; 상기 창틀 내부로 안착되어, 고정된 태양전지; 및 상기 염료감응 태양전지가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양전지를 고정시키는 고정부재를 포함하며, 여기에서 상기 고정부재는 상기 창틀에 고정된 후, 회전 가능하며, 상기 회전 각도에 따라 상기 태양전지의 전극과 물리적으로 접촉할 수 있는 형태이다. 특히, 본 발명에 따른 태양전지 창호는 태양전지로부터 발생한 전류가 창호의 금속 플레임을 통하여 흐르게 된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 창호와 염료감응 태양전지에 동시에 접촉하는 접속부재(고정부재)를 통하여, 염료감응 태양전지를 물리적으로 고정시킬 뿐만 아니라, 태양전지로부터 발생하는 전류를 집전, 외부로 유도할 수 있다.

Description

태양전지 창호{Window frames with solar cells}
본 발명은 태양전지 창호에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 창호와 태양전지에 동시에 접촉하는 접속 부재를 통하여, 염료감응 태양전지를 물리적으로 고정시킬 뿐만 아니라, 태양전지로부터 발생하는 전류를 집전, 외부로 유도할 수 있는 염료감응 태양전지 창호에 관한 것이다.
태양전지는 태양광선의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 실리콘형, 염료감응 태양전지형, 박막형 태양전지가 있다. 이중 염료감응 태양전지는 1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저히 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 실리콘 태양전지와 달리 염료감응 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 상, 하부 투명한 기판(일반적으로 유리)과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 투명 전도성 산화물(TCO)로 이루어진 전도성 투명전극을 기본으로 하여, 제1전극(작용극)에 해당하는 일 측의 전도성 투명전극위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되고, 제2전극(촉매극)에 해당하는 타 측 전도성 투명전극 위에는 촉매박막전극(주로 Pt)이 형성되며, 상기 전이금속산화물, 예를 들면 TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진된 구조를 가진다. 즉, 염료감응 태양전지는 빛을 받아 전자를 발생시키는 염료가 부착된 작용극(TiO2) 재료가 코팅된 작용극 기판과 전자를 공급하는 촉매극 기판 사이에 산화된 염료에 전자를 공급하여 주는 전해질을 기본으로 구성된다.
이와 같은 염료감응 태양전지의 실용화를 위해서는 대면적에서도 효율의 감소가 없는 모듈을 실현하는 것이 필요한데, 이를 위하여 은과 같은 금속으로 이루어진 금속 그리드를 통하여 전자를 수송시키는 방식이 있다.
즉, 대면적 서브 모듈의 경우, 셀 면적의 증대로 인하여 상대적으로 저항값이 큰 기판 내에서의 전자 이동거리가 늘어나 전자의 장거리 이동에 따른 효율 감소가 발생하는데, 그리드 방식은 이러한 효율저하를 줄이기 위하여 셀 내부에 집전 그리드를 배치하여 전자의 기판 내에서의 이동거리를 줄여 저항을 줄이고, 효율 감소를 막는 것으로, 이들 집전 그리드 전극 도입을 통하여 작용극 기판과 촉매극 기판을 각각 최적화하여 발전효율 극대화 시킬 수 있으며, 이러한 집전 그리드 전극 도입은 그 공정이 단순하여 대면적화 적용에 용이하다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 단면도다.
도 1을 참조하면, 대면적 제트-시리즈(Z-series) 형태의 직렬 모듈로 제작되어, 사용된 염료감응 태양전지가 개시된다.
상기 염료감응 태양전지 모듈은 두 개의 판상 투명전극으로서 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(4)이 서로 접합된 샌드위치 구조를 갖고, 하나의 투명전극인 제 1 기판(2)의 이면에 이산화티타늄 등으로 구성된 전도성 제 1 전극(6)을 구비하고, 다른 하나의 투명전극인 제 2 기판(4)에 백금 등으로 구성된 제2 전극(222)인 제 2 전극(8)을 구비하고, 상기 제 1 전극(6) 및 제 2 전극(8)이 각각 구비된 제 1 기판(2) 및 제 2 기판(4) 사이의 공간에 전해질(18)이 충진된 형태를 하나의 단위 셀(cell)로 하여 다수의 셀을 금속 그리드(10)로 서로 연결 설치하여 구성한다.
이때, 상기 금속 그리드(10)는 통상적으로 전해질(18)에 취약하므로 상기 금속 그리드(10)의 외부를 밀봉부재(14)로 감싸 전해질(18)과 접촉되는 것을 방지하고, 전체 염료감응 태양전지 모듈을 구성하는 염료감응 태양전지 중 외측에 위치하는 염료감응 태양전지의 벽면을 밀봉부재(14)로 마감시켜 전해질(18)이 외부로 누액되는 것을 방지한다.
또한, 상기 각각의 염료감응 태양전지의 사이에 구비되는 금속 그리드(10)와 이웃하게 기판(2, 4) 표면에 코팅된 전도성 필름(22)에 에칭부(16)를 구비시켜 염료감응 태양전지 내부에서 발생하는 전자가 다른 염료감응 태양전지로 병렬로 흐르지 않도록 한다. 한편, 상기 금속 그리드(10)는 상기 셀의 일 측 벽면으로부터 이에 대향되는 타 측 벽면까지 연장되도록 연결 설치되어 셀, 즉 염료감응 태양전지에 충진된 전해질(18)이 다른 염료감응 태양전지로 이동되지 못하도록 구성된다. 그러나 이와 같은, 염료감응 태양전지는 하나의 디바이스로써 구현될 뿐, 다른 장치와 결합되는 형태로는 제공되지 못하는 단점이 있다.
이러한 염료감응 태양전지의 한계는 다른 형태의 태양전지도 동일하다. 즉, 염료감응 태양전지와 같이 N과 P전극 사이의 전위차를 통하여 전류를 흐르게 하는 다른 태양전지도 태양전지의 고정과, 태양전지로부터 발생한 전류를 외부로 유도하는 구성을 결합하는 것이 매우 어렵다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 건물일체형 광전소자(BIPV)의 사용이 널리 연구되는 창호에 태양전지를 결합시킨, 새로운 개념의 태양전지 창호를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 내부로 태양전지가 고정되는 고정영역이 구비된 창틀; 상기 창틀 내부로 안착되어, 고정된 태양전지; 및 상기 염료감응 태양전지가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양전지를 고정시키는 고정부재를 포함하며, 여기에서 상기 고정부재는 상기 창틀에 고정된 후, 회전 가능하며, 상기 회전 각도에 따라 상기 태양전지의 전극과 물리적으로 접촉할 수 있는 형태인 것을 특징으로 하는 태양전지 창호가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 태양전지는 염료감응 태양전지이다.
본 발명의 일 실시에에 따르면, 상기 염료감응 태양전지는 상부에 전도성 전극이 각각 적층된 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 구비되는 전해액; 상기 제 1 및 제 2 기판 상의 전도성 전극으로부터 일 방향으로 각각 연장되어, 상기 기판의 동일 측면에서 노출되는 제 1 및 제 2 전도성 부재를 포함하며, 여기에서 상기 고정부재는 회전에 따라 상기 염료감응 태양전지를 고정시킴과 동시에 상기 제 1 및 제 2 전도성 부재와 동시에 접촉한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고정부재는 회전 가능한 바 형태로서, 상기 창틀에 2개 이상 부착된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고정부재 각각은 필름 형태의 상기 제 1 및 제 2 전도성 부재와 접촉하며, 상기 염료감응 태양전지 높이와 상기 고정영역의 높이는 동일하며, 상기 고정영역 내로 삽입된 후 외부로 노출되는 상기 염료감응 태양전지의 기판 측면에, 상기 제 1 및 제 2 전도성 부재가 외부로 노출된다.
상기 외부로 노출된 제 1 및 제 2 전도성 부재는 상기 회전된 고정부재와 물리적으로 접촉한다.
본 발명에 따른 태양전지 창호는 태양전지로부터 발생한 전류가 창호의 금속 플레임을 통하여 흐르게 된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 창호와 태양전지에 동시에 접촉하는 접속 부재를 통하여, 태양전지를 물리적으로 고정시킬 뿐만 아니라, 태양전지로부터 발생하는 전류를 집전, 외부로 유도할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 창호의 평면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고정부재(240)의 동작원리를 설명하는 도면이다.
도 5 및 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 태양전지 창호의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 창호의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따라 창호에 결합되는 태양전지는 염료감응 태양전지이나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 즉, N형 전극과 P형 전극에 따라 전위차가 발생하여 전류가 흐르는 임의의 모든 태양전지가 본 발명에 따른 창호에 결합될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 창호의 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 창호는 유리 등이 내부에 부착, 고정되는 창틀(210)을 포함한다.
상기 창틀(210)에는 염료감응 태양전지(230)가 내부로 삽입된 후, 고정되는 고정영역(220)이 구비된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 고정영역(220)은 염료감응 태양전지 모듈 이상의 너비, 길이를 갖는 트랜치 형태인 것이 바람직하며, 상기 트렌치 형태의 고정영역(220) 내로 염료감응 태양전지 모듈(230)이 안착되어, 삽입된다. 이로써, 상기 고정영역(220)으로 삽입된 염료감응 태양전지(230)는 외부로부터 태양광 또는 실내광 등을 조사받아 전류를 생산하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에서 상기 태양전지(230)는 당업계에서 제조될 수 있는 임의의 모든 종류의 태양전지가 될 수 있으며, 도 1에 도시된 형태로 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은 염료감응 태양전지 창호는 상기 염료감응 태양전지가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 상기 염료감응 태양전지를 고정시키는 고정부재(240)를 포함하는데, 상기 고정부재(240)는 상기 창틀에 고정된 후, 회전 가능한 형태이다. 따라서, 상기 회전 각도에 따라 상기 염료감응 태양전지 영역까지 연장되어, 상기 안착된 염료감응 태양전지가 외부로 이탈되는 문제를 방지한다.
더 나아가, 본 발명은 창호의 창틀, 즉 프레임에 염료감응 태양전지을 고정시키는 경우, 외부로 전류를 유도하는 집전라인을 구성하는 것이 어렵다는 문제를 해결하기 위하여, 상기 염료감응 태양전지(230)와 창틀(210) 사이에 구비되며, 상기 염료감응 태양전지를 물리적으로 고정시키는 고정부재(240)를, 집전 부재로 이용한다. 즉, 본 발명에서 상기 고정부재(240)는 창틀(210)에 부착되어, 회전가능한 바 형태로서, 회전 각도에 따라 상기 고정부재(240)는 상기 고정영역(220) 내의 염료감응 태양전지(230) 영역까지 연장되어 상기 고정된 염료감응 태양전지(230)가 안착 후 상기 고정영역(220) 바깥으로 이탈되는 문제를 방지한다. 아울러, 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 염료감응 태양전지(230) 영역까지 회전된 고정부재(240)는 상기 염료감응 태양전지(230) 기판과 접촉하게 되는데, 본 발명은 상기 고정부재(240)에 염료감응 태양전지 기판의 전도성 전극으로부터 연장된 전도성 부재를 접촉, 연결시켜, 상기 고정부재(240)가 집전 라인으로도 기능하게 하였다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고정부재(240)의 동작원리를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(230)는 창호의 창틀(210) 의 고정영역(220) 내로 삽입되며, 이때 바 형태의 고정부재(240)는 상기 고정 영역(220) 내로 연장되지 않은 상태이다.
도 4를 참조하면, 상기 고정부재(240)는 회전되며, 상기 회전된 고정부재(240)는 상기 염료감응 태양전지(230) 영역까지 연장된다. 그 결과 상기 염료감응 태양전지(230)는 상기 고정부재(240)와 접촉하여, 물리적으로 고정된 상태가 된다. 특히 본 발명은 상기 고정부재(240)과 염료감응 태양전지(230) 기판의 접촉에 의하여, 단순히 염료감응 태양전지를 물리적으로 고정시킬 뿐만 아니라, 염료감응 태양전지(230)에서 생성되는 전류를 외부로 유도하게 된다.
도 5 및 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 창호의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(230)에는 양 기판의 투명전도성 전극으로부터 제 1 및 제 2 전도성 부재(231, 232)가 창호의 고정부재(241, 242)와 접촉하는 방향으로 연장된다. 본 발명의 일 실시예에서 Z-타입 모듈의 경우, 상기 두 개의 전도성 부재(231, 232)는 필름 형태이며, 상기 연장된 전도성 부재(231, 232)는 염료감응 태양전지 기판의 외측면까지 연장된다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 창호의 2 개의 고정부재(240a, 240b)는 회전가능하며, 상기 고정부재(240a, 240b)의 회전에 따라 염료감응 태양전지는 고정영역(220) 내에 고정될 뿐만 아니라, 염료감응 태양전지의 각 기판극으로부터 염료감응 태양전지의 일 방향으로 연장되어, 염료감응 태양전지 기판의 외측면으로 노출된 제 1 및 제 2 전도성 부재(231, 232)와 접촉하게 된다. 상기 접촉에 따라 제 1 고정부재(240a)와 제 2 고정부재(240b)는 염료감응 태양전지로부터 발생한 전류를 외부로 유도하는 전도성 라인으로 기능하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지 창호의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 염료감응 태양전지(730)는 상기 창호의 창틀(710)의 홈 또는 트렌치 형상인 고정영역(720)에 삽입되며, 이때 상기 삽입된 염료감응 태양전지의 높이는 상기 고정영역(720) 높이와 동일하다. 또한 상기 창틀에는 바 형태로서 상기 창호 창틀(710)에 고정되며, 회전가능한 고정부재(740)가 부착되며, 상기 고정부재(740) 회전에 따라 염료감응 태양전지(730)는 상기 창틀(710) 내의 고정영역(720)에 고정된다. 더 나아가, 상기 고정부재(740) 각각은 염료감응 태양전지 각 기판의 전도성 전극으로부터 연장되어, 염료감응 태양전지의 기판 측면으로 노출된 2 개 이상의 전도성 부재, 즉, 제 1 전도성 부재(751), 제2 전도성 부재(752)와 접촉한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 전도성 부재(751)와 제 2 전도성 부재(752)는 염료감응 태양전지의 대향 기판(731, 732) 각각에 구비된 전도성 전극으로부터 일 방향, 즉 염료감응 태양전지의 외부 노출 방향으로 연장된 필름형태이나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
이로써, 상기 접촉된 전도성 부재(751, 752)를 통하여, 상기 고정부재(740)는 상기 염료감응 태양전지(730)에서 발생한 전류를 받아, 다시 상기 창호 창틀 내에 구비된 전도성 라인(760)을 통하여 외부로 흐르게 한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
창틀(210)
고정영역(220)
태양전지(230)
고정부재(240)

Claims (7)

  1. 태양전지 창호로서,
    내부로 태양전지가 고정되는 고정영역이 구비된 창틀;
    상기 창틀 내부로 안착되어, 고정된 태양전지; 및
    상기 염료감응 태양전지가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 상기 태양전지를 고정시키는 고정부재를 포함하며, 여기에서 상기 고정부재는 상기 창틀에 고정된 후, 회전 가능하며, 상기 회전 각도에 따라 상기 태양전지의 전극과 물리적으로 접촉할 수 있는 형태인 것을 특징으로 하는 태양전지 창호.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지는 염료감응 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양전지 창호.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 염료감응 태양전지는 상부에 전도성 전극이 각각 적층된 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 구비되는 전해액;
    상기 제 1 및 제 2 기판 상의 전도성 전극으로부터 일 방향으로 각각 연장되어, 상기 기판의 동일 측면에서 노출되는 제 1 및 제 2 전도성 부재를 포함하며, 여기에서 상기 고정부재는 회전에 따라 상기 염료감응 태양전지를 고정시킴과 동시에 상기 제 1 및 제 2 전도성 부재와 동시에 접촉하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 창호.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고정부재는 회전 가능한 바 형태로서, 상기 창틀에 2개 이상 부착되는 것을 특징으로 하는 태양전지 창호.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고정부재 각각은 필름 형태의 상기 제 1 및 제 2 전도성 부재와 접촉하는 것을 특징으로 하는 태양전지 창호.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 염료감응 태양전지 높이와 상기 고정영역의 높이는 동일하며, 상기 고정영역 내로 삽입된 후 외부로 노출되는 상기 염료감응 태양전지의 기판 측면에, 상기 제 1 및 제 2 전도성 부재가 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 태양전지 창호.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 외부로 노출된 제 1 및 제 2 전도성 부재는 상기 회전된 고정부재와 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 태양전지 창호.
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