KR20150061391A - 염료감응형 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해질 주입구의 수를 최소화하여 전해질 누액 가능성을 감소시킬 수 있는 염료감응형 태양전지에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 봉지재를 매개로 합착되는 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하여 이루어지며, 상기 봉지재는 메인 봉지재와 보조 봉지재로 구성되며, 상기 메인 봉지재는 각각의 단위 셀 영역을 구분하며, 각 단위 셀 영역의 둘레에 구비된 메인 봉지재에는 전해질 주입구가 구비되며, 상기 보조 봉지재는 상기 메인 봉지재의 일측에 이격되어 복수의 전해질 주입구를 감싸는 형태로 구비되며, 상기 보조 봉지재의 일측에는 메인 주입구가 구비되며, 상기 메인 봉지재와 보조 봉지재 사이에는 전해질 주입경로의 공간이 형성되며, 상기 메인 주입구를 통해 전해질이 주입되면 상기 전해질 주입경로를 거쳐 상기 복수의 전해질 주입구로 전해질이 주입되어 각각의 단위 셀 영역으로 전해질이 충전되는 것을 특징으로 한다.

Description

염료감응형 태양전지{Dye-sensitized solar cell}
본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해질 주입구의 수를 최소화하여 전해질 누액 가능성을 감소시킬 수 있는 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
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.
이와 같은 염료감응형 태양전지를 제조함에 있어서, 상부의 투명기판과 하부의 투명기판을 합착한 후 두 기판 사이의 공간에 전해질 용액을 주입하는 방식으로 진행되며, 전해질은 기판 측부를 통해 주입되거나 상부의 투명기판을 천공하여 주입한다. 기판 측부 또는 투명기판에 구비되는 전해질 주입구(151)는 도 2에 도시한 바와 같이 각 셀(cell)마다 구비되며, 전해질 주입이 완료되면 전해질 주입구(151)는 에폭시 등의 유기 고분자 재료로 최종 실링(sealing)된다. 그러나, 전해질 주입구(151)가 각 셀마다 구비됨에 따라 실링에 소요되는 작업시간이 증가됨과 함께 전해질의 누액 가능성이 상존한다.
한국공개특허공보 제2012-136578호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전해질 주입구의 수를 최소화하여 전해질 누액 가능성을 감소시킬 수 있는 염료감응형 태양전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 봉지재를 매개로 합착되는 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하여 이루어지며, 상기 봉지재는 메인 봉지재와 보조 봉지재로 구성되며, 상기 메인 봉지재는 각각의 단위 셀 영역을 구분하며, 각 단위 셀 영역의 둘레에 구비된 메인 봉지재에는 전해질 주입구가 구비되며, 상기 보조 봉지재는 상기 메인 봉지재의 일측에 이격되어 복수의 전해질 주입구를 감싸는 형태로 구비되며, 상기 보조 봉지재의 일측에는 메인 주입구가 구비되며, 상기 메인 봉지재와 보조 봉지재 사이에는 전해질 주입경로의 공간이 형성되며, 상기 메인 주입구를 통해 전해질이 주입되면 상기 전해질 주입경로를 거쳐 상기 복수의 전해질 주입구로 전해질이 주입되어 각각의 단위 셀 영역으로 전해질이 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 봉지재를 매개로 합착되는 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하여 이루어지며, 상기 봉지재는 메인 봉지재와 보조 봉지재로 구성되며, 상기 메인 봉지재는 각각의 단위 셀 영역을 구분하며, 각 단위 셀 영역의 둘레에 구비된 메인 봉지재에는 전해질 주입구가 구비되며, 상기 보조 봉지재는 상기 각각의 전해질 주입구에 연결되는 전해질 주입경로의 공간을 형성함과 함께 상기 복수의 전해질 주입경로와 서로 공간적으로 연결되는 메인 주입경로의 공간을 형성하는 형태로 구비되는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 상부 투명기판의 각 단위 셀 영역에는 광흡수층이 구비되고, 상기 하부 투명기판의 각 단위 셀 영역에는 상대전극이 구비되며, 상기 상부 투명기판 상에 상기 광흡수층과 이격되어 형성된 그리드 전극이 구비되며, 상기 하부 투명기판 상에 상기 상대전극과 이격되어 형성된 그리드 전극이 구비된다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 다음과 같은 효과가 있다.
하나의 메인 주입구를 통해 전해질을 주입하는 방식임에 따라, 전해질 주입 완료 후 하나의 메인 주입구만 최종 실링처리하게 되어 제조공정을 간소화할 수 있으며 전해질 누액 가능성을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응형 태양전지의 단면 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 염료감응형 태양전지의 평면 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 평면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 평면도.
도 6은 도 3의 변형 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 사시도.
도 7은 도 4의 변형 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 평면도.
도 8은 도 5의 변형 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 평면도.
본 발명은 복수의 셀을 구비하는 염료감응형 태양전지의 전해질 주입구를 설계함에 있어서 전해질 주입 완료 후 최종 실링처리되는 부위를 최소화할 수 있는 봉지재 구조를 제시한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지를 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4를 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 봉지재는 메인 봉지재(230)와 보조 봉지재(240)로 구분되며, 이에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.
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. 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 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 사이에는 봉지재(230)가 구비되는데, 전술한 바와 같이 상기 봉지재는 메인 봉지재(230)와 보조 봉지재(240)로 구분된다.
상기 메인 봉지재(230)는 상기 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)을 봉착시켜 전해질이 외부로 유출되는 것을 방지함과 함께 기판 내부를 외부 공간과 격리시키는 역할을 한다. 상기 메인 봉지재(230)는 상기 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220) 각각에 패터닝되어 구비되며, 상부 투명기판(210)과 하부 투명기판(220)의 각 단위 셀 영역은 상기 메인 봉지재(230)에 의해 그 영역이 구분된다. 즉, 각 단위 셀 영역은 메인 봉지재(230)에 의해 둘러쌓여 독립적인 공간을 이루며, 상기 그리드 전극(212)(222) 역시 메인 봉지재(230)에 의해 둘러쌓인 형태를 갖는다.
단위 셀 영역의 둘레에 구비되는 메인 봉지재(230)에는 해당 단위 셀 영역에 전해질을 주입하기 위한 전해질 주입구(231)가 구비되며, 이와 같은 형태로 각각의 단위 셀 영역마다 전해질 주입구(231)가 구비된다.
한편, 상기 보조 봉지재(240)는 상기 메인 봉지재(230)에 형성된 복수의 전해질 주입구(231)를 감싸는 형태로 구비되어, 전해질이 주입되는 경로를 일원화시키는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 보조 봉지재(240)는 상기 메인 봉지재(230)의 일측에 이격되어 복수의 전해질 주입구(231)를 감싸는 형태로 구비되며, 이에 따라 상기 보조 봉지재(240)와 메인 봉지재(230) 사이에는 일정 공간의 전해질 주입경로(250)가 형성되며, 상기 전해질 주입경로(250)는 상기 메인 봉지재(230)에 형성된 복수의 전해질 주입구(231)와 공간적으로 연결된다. 또한, 상기 보조 봉지재(240)의 일측에는 상기 전해질 주입경로(250)에 전해질을 주입하는 메인 주입구(241)가 구비되며, 상기 메인 주입구(241)로 주입된 전해질은 상기 전해질 주입 경로를 거쳐 각각의 전해질 주입구(231)를 통해 각각의 단위 셀 영역으로 주입될 수 있다. 즉, 본 발명의 경우 하나의 메인 주입구(241)를 통해 외부로부터 태양전지 내부에 전해질을 주입할 수 있게 되며, 전해질 주입 완료 후 메인 주입구(241)만 실링처리하면 된다.
상술한 바에 있어서, 하나의 메인 주입구(241)와 하나의 전해질 주입경로(250)로 이루어지는 구성을 제시하였으나, 다른 형태의 구성도 가능하다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 메인 봉지재(230)에 형성된 각각의 전해질 주입구(231)에 연결되는 전해질 주입경로(320)를 구비시키고 복수의 전해질 주입경로(320)가 하나의 메인 주입경로(330)와 연결되는 형태로 상기 보조 봉지재(310)를 형성할 수도 있다. 이 경우, 보조 봉지재(310)는 각각의 전해질 주입구(231)에 연결되는 전해질 주입경로(320)의 공간을 형성하는 형태로 구비되고, 이와 함께 복수의 전해질 주입경로(320)와 공간적으로 서로 연결되는 메인 주입경로(330)의 공간을 형성하는 형태로 구비된다.
한편, 도 3 내지 도 5에 있어서, 보조봉지재가 태양전지의 상단과 하단 모두에 구비되는 것을 도시하였으나, 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이 태양전지의 상단과 하단 중 어느 한 곳에만 보조봉지재가 구비되는 것도 가능하다. 도 3 내지 도 5의 경우, 태양전지의 상단과 하단 중 어느 한 곳의 전해질 주입구에 음압을 인가하고 나머지 한 곳의 전해질 주입구를 통해 전해질 주입이 가능하다.
210 : 상부 투명기판 211 : 광흡수층
212 : 그리드 전극 220 : 하부 투명기판
221 : 상대전극 222 : 그리드 전극
230 : 메인 봉지재 231 : 전해질 주입구
240 : 보조 봉지재 241 : 메인 주입구
250 : 전해질 주입경로

Claims (3)

  1. 봉지재를 매개로 합착되는 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하여 이루어지며,
    상기 봉지재는 메인 봉지재와 보조 봉지재로 구성되며,
    상기 메인 봉지재는 각각의 단위 셀 영역을 구분하며, 각 단위 셀 영역의 둘레에 구비된 메인 봉지재에는 전해질 주입구가 구비되며,
    상기 보조 봉지재는 상기 메인 봉지재의 일측에 이격되어 복수의 전해질 주입구를 감싸는 형태로 구비되며, 상기 보조 봉지재의 일측에는 메인 주입구가 구비되며,
    상기 메인 봉지재와 보조 봉지재 사이에는 전해질 주입경로의 공간이 형성되며,
    상기 메인 주입구를 통해 전해질이 주입되면 상기 전해질 주입경로를 거쳐 상기 복수의 전해질 주입구로 전해질이 주입되어 각각의 단위 셀 영역으로 전해질이 충전되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  2. 봉지재를 매개로 합착되는 상부 투명기판과 하부 투명기판을 포함하여 이루어지며,
    상기 봉지재는 메인 봉지재와 보조 봉지재로 구성되며,
    상기 메인 봉지재는 각각의 단위 셀 영역을 구분하며, 각 단위 셀 영역의 둘레에 구비된 메인 봉지재에는 전해질 주입구가 구비되며,
    상기 보조 봉지재는 상기 각각의 전해질 주입구에 연결되는 전해질 주입경로의 공간을 형성함과 함께 상기 복수의 전해질 주입경로와 서로 공간적으로 연결되는 메인 주입경로의 공간을 형성하는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  3. 제 1 항에 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상부 투명기판의 각 단위 셀 영역에는 광흡수층이 구비되고, 상기 하부 투명기판의 각 단위 셀 영역에는 상대전극이 구비되며,
    상기 상부 투명기판 상에 상기 광흡수층과 이격되어 형성된 그리드 전극이 구비되며, 상기 하부 투명기판 상에 상기 상대전극과 이격되어 형성된 그리드 전극이 구비되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
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