KR20150011121A - 염료감응형 태양전지의 봉지재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 봉지재를 이중층으로 구성하거나 요철 형태의 봉지재 구조를 통해 봉지재의 누출 현상을 최소화함과 함께 전해질이 주변 전극 등으로 확산되는 것을 방지하여 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지의 봉지재에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재는 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서, 상기 봉지재는, 기판 상에 구비되는 제 1 봉지재와, 상기 제 1 봉지재 상에 적층되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지의 봉지재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 봉지재를 이중층으로 구성하거나 요철 형태의 봉지재 구조를 통해 봉지재의 누출 현상을 최소화함과 함께 전해질이 주변 전극 등으로 확산되는 것을 방지하여 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지의 봉지재에 관한 것이다.
1991년 스위스 로잔공대(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후, 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 원리를 응용한 소자로 엽록체에서 빛에너지를 흡수하는 기능의 색소를 고분자와 결합시켜 태양전지에 적용한 경우이다. 염료감응형 태양전지는 태양광 흡수용 염료고분자, n형 반도체 역할을 하는 반도체 산화물, p형 반도체 역할을 하는 전해질, 촉매용 상대전극, 태양광 투과용 투명전극을 기본으로 한다.
염료감응형 태양전지의 기본 구조는 도 1에 도시한 바와 같이 투명기판(110)(120)의 샌드위치 구조를 갖는다(한국공개특허공보 제2012-136578호). 전지 내부는 투명기판 위에 코팅된 투명전극(111)(121), 그 위에 접착되어 있는 나노입자로 구성된 다공질 TiO2(131), TiO2 입자의 표면에 단분자층으로 코팅된 염료고분자(132), 두 전극 사이의 공간을 채우고 있는 산화/환원용 전해질 용액(150), 그리고 전해질 환원용 상대전극(140)으로 구성되어 있다. 또한, 상부와 하부의 투명기판(110)(120)은 봉지재(150)에 의해 봉착되며, 봉지재(150)에 의해 내부 구조물들이 외부 환경으로부터 보호된다.
이와 같은 염료감응형 태양전지를 제조함에 있어서, 종래의 경우 봉지재로 유리기반의 비스무스계 물질, 바나듐계나 유기본드 소재의 에폭시, UV 본드 등의 물질이 사용되고 있으며, 봉지재는 이러한 물질의 단일층으로 구성된다. 그러나, 소성 또는 건조 과정을 거쳐 단일층의 봉지재를 형성하는 경우, 봉지재가 누출되는 문제점이 있으며, 에폭시계 물질을 사용한 경우 이러한 누출 현상이 심화된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 봉지재를 이중층으로 구성하거나 요철 형태의 봉지재 구조를 통해 봉지재의 누출 현상을 최소화함과 함께 전해질이 주변 전극 등으로 확산되는 것을 방지하여 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지의 봉지재를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재는 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서, 상기 봉지재는, 기판 상에 구비되는 제 1 봉지재와, 상기 제 1 봉지재 상에 적층되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재는 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서, 상기 봉지재는, 기판 상에 구비되는 제 1 봉지재와, 상기 제 1 봉지재의 전면부 및 측면부를 감싸는 형태로 구비되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재는 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서, 상기 봉지재는, 기판 상에 이격되어 요부가 구비되도록 형성되는 제 1 봉지재와, 상기 요부가 채워지도록 상기 제 1 봉지재 상에 구비되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서, 상기 상부 투명기판과 하부 투명기판 중 어느 한 기판 상에, 요부가 형성되도록 제 1 봉지재가 이격되어 구비되고, 요부 내에 제 2 봉지재가 충전되며, 다른 기판 상에 제 1 봉지재가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 봉지재는 무기물계 봉지재이고, 제 2 봉지재는 유기물계 봉지재이다. 상기 무기물계 봉지재는 프릿이 포함된 봉지재이고, 상기 유기물계 봉지재로는 에폭시계 또는 UV계 봉지재일 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재는 다음과 같은 효과가 있다.
봉지재의 구조가 이중층 또는 요철 형태를 구성함에 따라, 봉지재의 소성 또는 건조과정에서 봉지재가 외부로 누출되는 현상을 최소화할 수 있으며, 이와 함께 태양전지 내부의 전해질이 주변의 전극 등으로 누출, 확산되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응형 태양전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지재가 적용되는 염료감응형 태양전지의 일 예를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 또 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지재가 적용되는 염료감응형 태양전지의 일 예를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 또 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재 구조를 나타낸 단면도.
본 발명은 봉지재의 누출 현상을 최소화할 수 있는 봉지재 구조를 제시한다. 염료감응형 태양전지의 봉지재는 상부 투명기판과 하부 투명기판을 봉착시켜 기판 내부의 전해질이 외부의 환경에 노출되는 것을 방지하는 역할을 하는데, 봉지재를 이중층으로 구성하거나 요철 형태의 봉지재 구조를 통해 봉지재의 소성 또는 건조 과정시 봉지재가 외부로 누출되는 것을 방지함과 함께 전해질의 주변 영역으로 확산되는 억제함에 본 발명의 특징이 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 봉지재를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 봉지재 구조가 적용되는 염료감응형 태양전지는 그 구조가 제한되지 않는다. 즉, 봉지재가 적용되는 제반 염료감응형 태양전지에 본 발명에 따른 봉지재 구조가 적용될 수 있다. 설명의 편의상, 본 발명에 따른 봉지재 구조가 적용되는 염료감응형 태양전지의 일 예를 도시하면 도 2와 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉지재 구조가 적용되는 염료감응형 태양전지는 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)을 구비하며, 상기 상부 투명기판과 하부 투명기판은 봉지재를 매개로 합착된다.
상기 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)은 복수의 단위 셀 영역(A)으로 구분되며, 각각의 단위 셀 영역에는 상대전극(221)과 광흡수층(211)이 독립적으로 구비된다. 구체적으로, 상기 하부 투명기판(220)의 각 단위 셀 영역에는 전해질을 환원시키는 역할을 하는 상대전극(221)이 구비되며, 상기 상부 투명기판(210)의 각 단위 셀 영역에는 광전변환의 역할을 하는 광흡수층(211)이 구비된다.
또한, 상기 상부 투명기판(210) 및 하부 투명기판(220) 상에는 그리드 전극(212)(222)이 구비된다. 상기 그리드 전극(212)(222)은 단위 셀을 전기적으로 연결시키는 역할을 하며, 상기 상부 투명기판(210) 및 하부 투명기판(220)의 각 단위 셀 영역 사이의 공간에 광흡수층(211) 또는 상대전극(221)과 이격되어 구비된다. 상기 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 사이의 공간에는 태양광 흡수에 의해 산화된 염료를 환원시키는 역할을 하는 전해질이 충전된다.
상기 봉지재(230)에 의해 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)이 봉착됨과 함께 기판 내부의 전해질 등이 외부 환경으로 보호되며, 상기 그리드 전극(212)(222) 또한 봉지재(230)에 의해 전해질과 격리된다. 이와 같은 봉지재(230)는 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)에 각각 대응되는 위치에 구비되며, 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)의 합착시 상부와 하부의 봉지재 역시 합착되어 일체형의 봉지재를 이루게 된다.
상기 봉지재(230)의 구조는 다양하게 변형, 실시할 수 있는데, 먼저 도 3에 도시한 바와 같은 이중층 구조로 설계할 수 있다. 즉, 상부 투명기판(210) 또는 하부 투명기판(220) 상에 구비된 제 1 봉지재(231), 상기 제 1 봉지재(231) 상에 적층된 제 2 봉지재(232)로 구성될 수 있다. 이 때, 기판 상에 구비되는 제 1 봉지재(231)는 무기물계 봉지재이고, 제 2 봉지재(232)는 유기물계 봉지재로 구성된다. 제 1 봉지재(231)를 무기물계 봉지재로 구성하고, 제 2 봉지재(232)를 유기물계 봉지재로 구성하는 이유는, 봉지재의 소성 또는 건조시 유기물계 봉지재의 누출(leak) 현상을 최소화하고 전해질이 봉지재를 관통하여 누출, 확산되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 무기물계 봉지재로는 프릿을 포함된 봉지재를 사용할 수 있고, 상기 유기물계 봉지재로는 에폭시계 또는 UV계 봉지재를 사용할 수 있다.
다른 실시예로, 도 4에 도시한 바와 같이 제 2 봉지재(232)가 제 1 봉지재(231)를 감싸는 형태로 구성할 수 있다. 즉, 기판 상에 제 1 봉지재(231)가 적층된 상태에서, 상기 제 1 봉지재(231)를 감싸도록 제 2 봉지재(232)를 적층하여 봉지재를 완성할 수 있다. 이 때, 제 1 봉지재(231)는 무기물계 봉지재, 제 2 봉지재(232)는 유기물계 봉지재이다.
또 다른 실시예로, 기판 상에 제 1 봉지재(231)를 이격하여 구비시켜 요부가 형성되도록 하고, 상기 요부를 포함한 제 1 봉지재(231) 상에 제 2 봉지재(232)를 적층시켜 요철 형태의 봉지재 구조를 설계할 수도 있다. 이 때, 제 2 봉지재(232)는 상기 요부를 충분히 채워지도록 구비되며, 상기 제 1 봉지재(231) 상에도 일정 두께로 형성된다. 이와 같은 요철 형태의 봉지재 구조를 통해 봉지재의 누출 및 전해질의 주변 영역으로의 확산을 억제할 수 있게 된다.
또 다른 실시예로, 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 중 어느 한 기판에만 요철 형태의 봉지재로 구성하고 다른 기판에는 단일층의 봉지재를 구성할 수 있다. 구체적으로, 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 중 어느 한 기판은 요부가 형성되도록 제 1 봉지재(231)를 이격하여 형성하고, 요부 내에 제 2 봉지재(232)를 충전되도록 하고, 다른 기판 상에는 제 1 봉지재(231)만을 형성한 상태에서 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)을 봉착하여 봉지재 구조를 완성할 수 있다.
210 : 상부 투명기판 211 : 광흡수층
212 : 그리드 전극 220 : 하부 투명기판
221 : 상대전극 222 : 그리드 전극
230 : 봉지재 231 : 제 1 봉지재
232 : 제 2 봉지재
212 : 그리드 전극 220 : 하부 투명기판
221 : 상대전극 222 : 그리드 전극
230 : 봉지재 231 : 제 1 봉지재
232 : 제 2 봉지재
Claims (6)
- 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서,
상기 봉지재는,
기판 상에 구비되는 제 1 봉지재와,
상기 제 1 봉지재 상에 적층되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재.
- 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서,
상기 봉지재는,
기판 상에 구비되는 제 1 봉지재와,
상기 제 1 봉지재의 전면부 및 측면부를 감싸는 형태로 구비되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재.
- 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서,
상기 봉지재는,
기판 상에 이격되어 요부가 구비되도록 형성되는 제 1 봉지재와,
상기 요부가 채워지도록 상기 제 1 봉지재 상에 구비되는 제 2 봉지재로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재.
- 상부 투명기판과 하부 투명기판 상에 각각 구비되는 봉지재에 있어서,
상기 상부 투명기판과 하부 투명기판 중 어느 한 기판 상에, 요부가 형성되도록 제 1 봉지재가 이격되어 구비되고, 요부 내에 제 2 봉지재가 충전되며,
다른 기판 상에 제 1 봉지재가 구비된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 봉지재는 무기물계 봉지재이고, 제 2 봉지재는 유기물계 봉지재인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재.
- 제 5 항에 있어서, 상기 무기물계 봉지재는 프릿이 포함된 봉지재이고, 상기 유기물계 봉지재로는 에폭시계 또는 UV계 봉지재인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 봉지재.
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130085967A KR20150011121A (ko) | 2013-07-22 | 2013-07-22 | 염료감응형 태양전지의 봉지재 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150011121A (ko) |
-
2013
- 2013-07-22 KR KR1020130085967A patent/KR20150011121A/ko not_active Application Discontinuation
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