KR20160093793A - 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것으로, 일전극과 상대전극을 구비한 복수개의 태양전지 유닛셀들, 태양전지 유닛셀들의 개수만큼 절연몸체부를 구비하고 각 절연몸체부의 일측면에 각 태양전지 유닛셀의 일전극에 접촉되어 통전되는 제1통전부를 구비하며 각 절연몸체부의 타측면에 각 태양전지 유닛셀의 상대전극에 접촉되어 통전되는 제2통전부를 구비한 복수개의 인쇄회로기판들, 및 어느 하나의 인쇄회로기판의 제1통전부 및 이웃하는 다른 인쇄회로기판의 제2통전부를 전기적으로 연결하는 적어도 1개 이상의 연결단자부를 포함하여, 유닛셀들을 정렬시키는 공정을 제거하여 모듈화공정의 생산성을 높일 수 있고 내구성을 높일 수 있게 된다.

Description

직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법{ A serial type Dye-Sensitized Solar Cell module and Method for manufacturing thereof }
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 염료감응 태양전지 유닛셀이 직렬로 연결된 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물 반도체와 같은 무기소재로 이루어진 태양전지, 유기물질을 포함하고 있는 유기 태양전지(유기 태양전지는 염료감응 태양전지(DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell)와 유기분자 접합(organic D-A) 태양전지 포함)로 나눌 수 있다.
염료감응 태양전지는 유기염료와 나노기술을 이용하여 고도의 에너지 효율을 갖도록 개발된 태양전지로, 태양광을 받으면 전기를 생산하는 염료를 이용해 전기를 생산하게 된다.
염료감응 태양전지는 값싼 유기 염료와 나노 기술을 이용하여 저렴하면서도 고도의 에너지 효율을 갖기 때문에 실리콘을 사용하는 기존 태양전지에 비해 제조단가가 3분의1에서 최대 5분의1 수준으로 낮출 수 있다. 특히 유리에 활용했을 때 투명하고 다양한 색 구현이 가능하고, 가시광선을 투과시킬 수 있어 건물의 유리창이나 자동차 유리에 그대로 붙여 사용할 수도 있다. 이처럼 염료감응 태양전지는 낮은 비용으로 제조가능하면서도 높은 효율을 갖는 특성 때문에 널리 사용된다.
도 1을 참조하면, 종래 염료감응 태양전지의 일예는 서로 소정간격을 두고 구비되는 전도성 기판(111) 위에 나노입자 산화물(113)이 염료와 함께 코팅된 일전극(110), 투명기판(121) 위에 촉매용 전도성 투명막(122)가 형성된 상대전극(120), 및 일전극(110)과 상대전극(120)의 사이에 전해질이 채워진 전해질층(130)을 포함한다.
상기 나노 반도체 산화물에 흡착된 염료분자가 태양광을 흡수하여 전자를 생성하게 된다.
염료감응 태양전지의 출력을 높이기 위해서는 여러 개의 태양전지 단위셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여야 하는데, 단위 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 것을 모듈이라고 한다. 태양전지 모듈은 한국공개특허 제2013-0102940호에 개시된 바와 같이, 내부에서 직렬 또는 병렬로 연결하기도 한다.
도 1에 도시된 종래의 태양전지 모듈은 상대전극(120)의 일단이 일전극(10)의 외측으로 연장되어 형성되고, 연장된 상대전극(120)의 선단이 이웃하는 다른 유닛셀의 일전극(10)으로 겹쳐짐으로써 유닛셀들이 직렬로 연결되는 구조이다. 이러한 모듈의 경우 각 유닛셀을 제조한 후 일부분을 하나씩 겹쳐 결합하는 공정을 해야 하므로 유닛셀들을 일정하게 정렬하기 어렵고, 그로 인해 유닛셀들을 정렬하는데 시간과 노력이 소요되어 모듈의 생산성이 저하될 뿐만 아니라 정렬의 정확도도 낮은 문제점이 있었다.
또한, 각 유닛셀을 접착제 등으로 접착시키게 되므로 접착력에 따라 각 유닛셀들이 분리될 수 있어 모듈의 내구성도 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 유닛셀들을 정렬시키는 공정을 제거하여 모듈화공정의 생산성을 높일 수 있고 내구성을 향상시킬 수 있는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 직렬형 염료감응 태양전지 모듈은, 광감응 염료에 의해 전자를 생성하는 일전극, 및 전해질을 통해 상기 염료로 전자를 공급하여 환원시키는 상대전극을 구비한 복수개의 태양전지 유닛셀들, 상기 태양전지 유닛셀들의 개수만큼 절연몸체부를 구비하고 상기 각 절연몸체부의 일측면에 상기 각 태양전지 유닛셀의 일전극에 접촉되어 통전되는 제1통전부를 구비하며 상기 각 절연몸체부의 타측면에 상기 각 태양전지 유닛셀의 상대전극에 접촉되어 통전되는 제2통전부를 구비한 복수개의 인쇄회로기판들, 및 상기 어느 하나의 인쇄회로기판의 제1통전부 및 이웃하는 다른 인쇄회로기판의 제2통전부를 전기적으로 연결하는 적어도 1개 이상의 연결단자부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 연결단자부는 역방향으로의 전류흐름을 차단하는 다이오드인 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 상대전극은 상기 복수개의 태양전지 유닛셀들 전체를 덮을 수 있는 크기의 하나의 양극기재, 상기 양극기재 위에 상기 태양전지 유닛셀들간의 간격만큼 서로 이격되어 구비되는 복수개의 양극전도막, 및 상기 각 양극전도막 위에 각각 형성되는 전해질 환원 촉매용 양전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 일전극은 상기 각 태양전지 유닛셀마다 하나씩 구비되는 전도성 음극기재, 및 상기 각 음극기재 위에 구비되고 광감응 염료가 흡착된 다공질의 금속산화물로 이루어진 음전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 연성의 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 상기 제1통전부가 상기 각 태양전지 유닛셀의 일전극의 음극기재에 접촉되어 통전되고, 상기 제2통전부가 상기 각 태양전지 유닛셀의 상대전극의 양극전도막에 접촉되어 통전되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 제1통전부는 상기 일전극의 음극기재와 전도성 접착제로 접착되고, 상기 제2통전부는 상기 상대전극의 양극전도막과 전도성 접착제로 접착되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 음극기재는 금속 박판으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈에 있어서, 상기 인쇄회로기판은, 상기 절연몸체부에서 상기 제1통전부와 동일한 면에 구비되되 상기 제1통전부와 이격되어 구비되고 상기 절연몸체부의 타측면에 구비되는 제2통전부와 비아에 의해 전기적으로 연결되며 이웃하는 다른 태양전지 유닛셀의 제1통전부와 전기적으로 연결되도록 상기 연결단자부가 결합되는 제3통전부를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법은, 전도성 음극기재 위에 나노입자 금속산화물을 코팅한 후 염료를 흡착시켜 태양전지 유닛셀의 개수만큼 일전극을 제조하는 단계, 태양전지 모듈 전체의 폭을 가진 양극기재 위에 서로 소정간격을 두고 태양전지 유닛셀의 개수만큼 양극전도막을 형성하고 상기 각 양극전도막 위에 환원 촉매제로 양전극을 각각 형성하여 상대전극을 제조하는 단계, 상기 일전극과 상대전극을 포개어 합착하는 단계, 상기 합착단계에서 합착된 상기 일전극과 상대전극의 사이에 전해질을 주입하는 단계, 태양전지 유닛셀의 개수만큼 절연몸체부를 구비한 후 상기 각 절연몸체부의 일측면에 제1통전부를 형성하고 상기 각 절연몸체부의 타측면에 제2통전부를 형성하여 인쇄회로기판을 제조하는 단계, 상기 인쇄회로기판 제조단계에서 제조된 서로 다른 절연몸체부에 형성된 제1통전부와 제2통전부를 연결단자부로 연결시켜 통전시키는 직렬연결단계, 상기 각 인쇄회로기판의 제1통전부가 상기 각 일전극의 음극기재에 접촉되어 통전됨과 동시에 상기 제2통전부가 상기 상대전극의 양극전도막에 접촉되어 통전되도록 상기 인쇄회로기판을 상기 각 일전극과 상대전극의 선단에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법에 있어서, 상기 일전극 제조단계에서는 음극기재에 각 태양전지 유닛셀의 폭만큼 간격을 두고 슬릿을 형성한 후 상기 슬릿에 의해 분리된 음극기재 위에 상기 나노입자 금속산화물을 코팅하고, 상기 합착단계에서 일전극과 상대전극을 합착한 후 상기 음극기재가 슬릿을 중심으로 복수개로 분리되도록 음극기재의 선단을 절단하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법에 있어서, 상기 상대전극 제조단계에서는 상기 양극전도막 위에 양전극과 별도로 은 재질의 집전극을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 의하면, 유닛셀들을 완전히 분리하지 않고 일부를 공유하여 제조함으로써 유닛셀들을 정렬시키는 공정을 제거할 수 있고, 그로 인해 모듈화공정의 생산성을 높일 수 있으며 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈을 나타낸 개략적 횡단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈을 나타낸 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 인쇄회로기판을 나타낸 횡단면도,
도 4는 도 3에 도시된 직렬형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법을 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈은, 광감응 염료에 의해 전자를 생성하는 일전극(10) 및 전해질(30)을 통해 염료로 전자를 공급하여 환원시키는 상대전극(20)을 구비한 복수개의 태양전지 유닛셀들(100), 상기 각 태양전지 유닛셀(100)의 일전극(10)에 접촉되는 제1통전부(42)와 상기 상대전극(20)에 접촉되는 제2통전부(43)를 구비한 복수개의 인쇄회로기판들(40), 및 어느 하나의 인쇄회로기판(40)의 제1통전부(42) 및 이웃하는 다른 인쇄회로기판(40)의 제2통전부를 전기적으로 연결하는 연결단자부(50)를 포함한다.
상기 각 태양전지 유닛셀(100)은 일전극(10)과 전해질(30) 및 상대전극(20)을 포함하여 이루어져 있다.
상기 일전극(10)은 전도성 음극기재(11), 및 광감응 염료가 흡착된 다공질의 금속산화물로 이루어진 음전극(13)을 포함하여 이루어진다. 전도성 음극기재(11)는 각 태양전지 유닛셀(100)마다 하나씩 구비된다. 본 실시예에서 상기 음극기재(11)는 전도성을 띠는 금속 박판으로 형성되어 있다.
여기서, 음극기재(11)는 투명 필름과 전도성 투명막으로 이루어질 수 있다. 즉, 상대전극(20)이 양극기재(21) 위에 양극전도막(22)이 형성된 것과 마찬가지로, 일전극(10)도 투명 필름 위에 전도성의 음극전도막이 형성되는 것도 가능하다. 이 경우 음극전도막이 인쇄회로기판(40)의 제1통전부(42)와 접촉하여 통전하게 된다.
상기 음전극(13)은 TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5 등의 나노입자로 된 다공질의 금속산화물에 광감은 염료가 흡착된 것이다. 상기 음전극(13)은 상기 음극기재(11) 위에 구비되어 염료로부터 생성되는 전자를 금속산화물을 통해 음극기재(11)로 전달한다.
상기 상대전극(20)은 상기 복수개의 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c) 전체를 덮을 수 있는 크기의 하나의 양극기재(21), 상기 양극기재(21) 위에 상기 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c)간의 간격만큼 서로 이격되어 구비되는 복수개의 양극전도막(22), 및 상기 각 양극전도막(22) 위에 각각 형성되는 전해질 환원 촉매용 양전극(23)을 포함하여 이루어진다.
상기 양극기재(21)는 상기 복수개의 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c) 전체를 덮을 수 있는 크기로 형성되어 있다. 상기 양극기재(21)는 각 태양전지 유닛셀(100)마다 하나씩 구비되는 것이 아니라 복수개의 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c) 전체를 덮을 수 있는 크기를 가지고 하나의 몸체로 이루어지져 있다. 상기 복수개의 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c)은 하나의 커다란 양극기재(21)를 공유한다.
이와 같이 복수개의 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c)이 하나의 양극기재(21)를 함께 사용하게 되면 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c)간의 위치가 일정하게 맞추어져 균일한 배열을 가진 태양전지 모듈을 용이하게 제조할 수 있게 된다. 즉, 종래 태양전지 유닛셀들을 각각 제조한 후 서로 접착시키는 방식의 경우 태양전지 유닛셀들을 일정하게 정렬하여 결합시키기가 어려웠으나, 본 실시예와 같이 하나의 양극기재(21)에 위치가 각 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c)의 위치가 세팅되어 있으므로 태양전지 유닛셀(100)들간의 배열을 일부러 맞출 필요가 없게 되고, 그로 인해 인쇄회로기판(40)도 정위치에 일정하게 결합시킬 수 있게 된다.
상기 양극전도막(22)은 ITO 등의 투명도전막으로 이루어지고, 상기 양전극(23)은 백금(Pt)이나 탄소나노튜브, 나노카본 등으로 이루어진다.
한편, 양극기재(21)는 높은 저항을 가지고 있으므로 통상적으로 양극전도막(22)과 별도로 은(Ag) 재질의 집전극이 양극전도막(22) 위에 코팅된다.
상기 각 인쇄회로기판(40)은 절연몸체부(41)와, 절연몸체부(41)의 일측면에 태양전지 유닛셀(100)의 일전극(10)에 접촉되어 통전되는 제1통전부(42), 절연몸체부(41)의 타측면에 태양전지 유닛셀(100)의 상대전극(20)에 접촉되어 통전되는 제2통전부(43), 및 상기 연결단자부(50)가 결합되는 제3통전부(44)를 포함하여 구성된다.
절연몸체부(41)는 절연체이고, 상기 제1통전부(42)와 제2통전부(43)는 전도성 고분자 필름이나 금속박판으로 이루어진 도전체이다.
상기 제1통전부(42)는 상기 각 태양전지 유닛셀(100)의 일전극(10)의 음극기재(11)에 접촉되어 통전된다. 그로 인해 상기 일전극(10)에서 생성되는 전자는 음극기재(11)에서 제1통전부(42)로 이동할 수 있게 된다.
상기 제2통전부(43)는 상기 각 태양전지 유닛셀(100)의 상대전극(20)의 양극전도막(22)에 접촉되어 통전된다. 그로 인해 제2통전부(43)로 전달되어 온 전자는 상대전극(20)의 양극전도막(22)으로 이동한 후 전해질로 환원될 수 있게 된다.
상기 제1통전부(42)는 상기 일전극(10)의 음극기재(11)와 전도성 접착제로 접착되어 결합되고, 상기 제2통전부(43)는 상기 상대전극(20)의 양극전도막(22)과 전도성 접착제로 접착되어 결합된다.
상기 제1통전부(42)는 절연몸체부(41)의 상부면에 형성되고 제2통전부(43)는 절연몸체부(41)의 저면에 각각 형성되어 있다. 따라서, 하나의 인쇄회로기판(40)에서는 절연몸체부(41)에 의해 제1통전부(42)와 제2통전부(43)가 서로 통전되지 않게 된다. 어느 하나의 인쇄회로기판(40)의 제1통전부(42)는 이웃하는 다른 인쇄회로기판(40)의 제2통전부(43)와 연결단자부(50)를 통해 전기적으로 연결된다.
상기 제3통전부(44)는 상기 절연몸체부(41)에서 상기 제1통전부(42)와 동일한 면, 즉 절연몸체부(41)의 상부면에 구비되되 상기 제1통전부(42)와 이격되어 구비된다. 상기 제3통전부(44)는 상기 절연몸체부(41)의 저면에 구비되는 제2통전부(43)와 비아(45)에 의해 전기적으로 연결된다. 비아(45)는 절연몸체부(41)를 관통하여 구비됨으로써 제2통전부(43)와 제3통전부(44)를 전기적으로 연결시킨다. 상기 제3통전부(44)에는 상기 연결단자부(50)의 일단이 결합되어 이웃하는 다른 태양전지 유닛셀(100)의 제1통전부(42)와 전기적으로 연결된다.
제3통전부(44)는 제2통전부(43)와 동일한 평면상에 구비되므로 상기 연결단자부(50)의 양단이 동일한 높이에서 설치될 수 있게 되고, 그로 인해 연결단자부(50)를 절곡시키거나 별도의 도선을 추가하지 않고도 양쪽 인쇄회로기판(40)에 용이하게 설치할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 제3통전부(44)와 비아(45)를 구비하지 않고 제1통전부(42)와 제2통전부(43)를 연결단자부(50)로 직접 연결하는 것도 가능하다. 제1통전부(42)와 제2통전부(43)는 절연몸체부(41)의 두께만큼 단차를 두고 구비되는데 연결단자부(50)를 절곡하거나 별도의 도선(도면미도시)을 추가하여 제1통전부(42)와 제2통전부(43)를 전기적으로 연결시킬 수 있게 된다.
본 실시예의 인쇄회로기판(40)은 연성의 재질로 형성된 F-PCB(Flexible Printed Circuit Board)이다.
상기 연결단자부(50)는 역방향으로의 전류흐름을 차단하는 다이오드로, 그 양단이 서로 다른 인쇄회로기판(40)의 제2통전부(43)와 제3통전부(44)에 결합되어 있다. 상기 연결단자부(50)는 어느 하나의 인쇄회로기판(40)에서 다른 인쇄회로기판(40)으로의 전자이동을 허용하지만, 그 역방향으로 전자가 이동하는 것은 허용하지 않게 된다. 따라서, 다수개의 태양전지 유닛셀들(100a)(100b)(100c)은 일방향의 전자흐름을 가진 직렬로 연결될 수 있게 된다.
도 2를 참조하여 직렬연결에 의한 전류의 흐름에 대해 설명하면,
먼저, 도면의 맨 앞쪽에 위치하는 태양전지 유닛셀(100a)의 일전극(10), 즉 음전극(13)의 염료에서 생성된 전자는 나노입자 금속산화물을 통해 음극기재(11)로 이동한다. 이 태양전지 유닛셀(100a)에서 음극기재(11)에 도달한 전자는 인쇄회로기판(40a)의 제1통전부(42)로 이동하고 비아(45)를 통해 제3통전부(44)로 이동한 후 연결단자부(50)를 통해 이웃하는 다른 인쇄회로기판(40b)의 제2통전부(43)로 건너가게 된다.
다른 인쇄회로기판(40b)의 제2통전부(43)로 넘어 온 전자는 중간에 위치하는 태양전지 유닛셀(100b)의 양극전도막(22)으로 이동한 후 양전극(23)과 전해질(30)을 통해 음전극(13)으로 전달된다.
이 중간위치의 태양전지 유닛셀(100b)의 음전극(13)에 도달한 전자는 그 태양전지 유닛셀(100b)의 염료에서 생성되는 전자와 함께 음극기재(11)를 통해 인쇄회로기판(40b)의 제1통전부(42)와 비아(45), 제3통전부(44) 및 연결단자부(50)를 순차적으로 통과하여 마지막에 위치하는 인쇄회로기판(40c)의 제2통전부(43)로 전달된다. 이후 전자는 마지막에 위치하는 태양전지 유닛셀(100c)의 양전극(23)과 전해질(30)을 통해 음전극(13)으로 이동한다.
마지막에 위치하는 태양전지 유닛셀(100c)의 염료에서 생성되는 전자는 다른 태양전지 유닛셀(100a)(100b)의 염료로부터 생성된 전자와 함께 인쇄회로기판(40c)의 제1통전부(42)와 비아(45)를 거쳐 제3통전부(44)로 이동하게 되고, 제3통전부(44)에 연결된 리드선(도면미도시)을 통해 전기기구(도면미도시)로 전달된다.
이와 같이 각 태양전지 유닛셀(100a)(100b)(100c)의 염료에서 생성된 전자는 다수개의 인쇄회로기판(40a)(40b)(40c)을 통해 모두 일방향으로 이동하게 됨으로써 복수개의 태양전지 유닛셀들((100a)(100b)(100c)이 직렬로 연결되는 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법에 대해 설명한다.
먼저, 고분자 필름이나 금속박판 등 연성의 재질로 일전극(10)과 상대전극(20) 및 인쇄회로기판(40)을 각각 제조한다.
일전극 제조단계(S10)에서는 먼저 태양전지 모듈 전체 크기를 가진 금속박판의 전도성 음극기재(11)를 준비한다(S11). 전도성 음극기재(11) 위에 각 태양전지 유닛셀의 폭만큼 간격을 두고 슬릿(12)을 형성한다(S12). 상기 슬릿(12)에 의해 분리된 음극기재(11) 위에 나노입자 금속산화물을 코팅한 후 그 나노입자 금속산화물에 염료를 흡착시켜 태양전지 유닛셀(100)의 개수만큼 음전극(13)을 제조한다(S13). 이때, 음극기재(11)는 슬릿(12)에 의해 복수개로 구획은 되었지만 아직 분리되지 않은 상태이다.
상대전극 제조단계(S20)에서도 먼저 태양전지 모듈 전체의 폭을 가진 양극기재(21)를 준비한다(S21). 양극기재(21) 위에 서로 소정간격을 두고 태양전지 유닛셀(100)의 개수만큼 양극전도막(22)을 형성한다(S22). 양극기재(21) 위에 ITO를 에칭함으로써 양극전도막(22)을 형성한다. 상기 각 양극전도막(22) 위에는 백금이나 탄소나노튜브(CNT), 나노카본 등의 환원 촉매제를 코팅하여 양전극(23)을 각각 형성한다(S23).
양전극(23)을 형성한 후에는 상기 양극전도막(22) 위에 양전극(23)과 별도로 은(Ag) 재질의 집전극(24)을 형성한다(S24).
일전극(10)과 상대전극(20)이 모두 제조되면 상기 일전극(10)과 상대전극(20)을 포개어 합착한다(S40). 상기 합착단계(S40)에서 합착한 이후에는 상기 일전극(10)과 상대전극(20)의 사이에 전해질(30)을 주입한다. 여기서, 상기 일전극(10)과 상대전극(20)을 제조하는 단계에서는 전해질이 주입되는 밀폐된 공간이 확보되도록 음전극(13)이나 양전극(23)의 주위를 감싸는 격벽(35)을 형성해야 하는데, 이는 통상의 염료감응 태양전지 제조공정과 동일하므로 생략한다.
상기 합착단계(S40)에서 일전극(10)과 상대전극(20)을 합착한 후에는 음극기재(11)의 선단을 절단하여 상기 음극기재(11)가 슬릿(12)을 중심으로 복수개로 분리되게 한다(S50). 이는 각 태양전지 유닛셀(100)을 이루는 음극기재(11)들간에는 통전이 이루어지지 않도록 하기 위함이다.
한편, 인쇄회로기판 제조단계(S60)에서는 먼저 태양전지 유닛셀(100)의 개수만큼 절연몸체부(41)를 구비한다. 상기 각 절연몸체부(41)의 상부면에 전도성 물질로 제1통전부(42)를 형성하고 상기 각 절연몸체부(41)의 저면에 전도성 물질로 제2통전부(43)를 형성한다.
다수개의 인쇄회로기판(40)이 제조되면 인쇄회로기판(40)들을 연결단자부(50)로 서로 연결한다(S70). 직렬연결단계(S70)에서는 서로 다른 인쇄회로기판(40)의 절연몸체부(41)에 형성된 제1통전부(42)와 제2통전부(43)를 연결단자부(50)로 연결시켜 통전시킨다. 이때, 절연몸체부(41)에 비아(45)와 제3통전부(44)를 설치하고 연결단자부(50)의 일단을 제3통전부(44)에 결합시키게 된다.
다수개의 인쇄회로기판(40)들이 연결단자부(50)를 통해 직렬로 연결되면 인쇄회로기판들(40)을 각 태양전지 유닛셀(100)에 결합시킨다(S80).
인쇄회로기판 결합단계(S80)에서는 태양전지 유닛셀(100)의 일전극(10)과 상대전극(20)의 선단을 벌려 인쇄회로기판들(40)을 삽입한다. 이때, 상기 각 인쇄회로기판(40)의 제1통전부(42)를 상기 각 일전극(10)의 음극기재(11)에 접촉시키고 상기 제2통전부(43)를 상기 상대전극(20)의 양극전도막(22)에 접촉시킨 후 접착제로 접착한다.
여기서, 상기 직렬연결단계(S50)와 인쇄회로기판 결합단계(S80)는 어느 것을 먼저 수행하더라도 무방하다. 즉, 인쇄회로기판(40)을 태양전지 유닛셀(100)에 결합하여 인쇄회로기판(40)들이 고정된 상태에서 연결단자부(50)들을 인쇄회로기판(40)에 결합시키는 것도 가능하고, 반대로 인쇄회로기판(40)들을 연결단자부(50)로 서로 연결한 다음 다수개의 인쇄회로기판(40)을 한꺼번에 태양전지 유닛셀(100)에 결합시킬 수도 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100,100a,100b,100c : 태양전지 유닛셀
10 : 일전극
11 : 음극기재
12 : 슬릿
13 : 음전극
20 : 상대전극
21 : 양극기재
22 : 양극전도막
23 : 양전극
24 : 집전극
30 : 전해질
35 : 격벽
40,40a,40b,40c : 인쇄회로기판
41 : 절연몸체부
42 : 제1통전부
43 : 제2통전부
44 : 제3통전부
45 : 비아
50 : 연결단자부

Claims (12)

  1. 광감응 염료에 의해 전자를 생성하는 일전극, 및 전해질을 통해 상기 염료로 전자를 공급하여 환원시키는 상대전극을 구비한 복수개의 태양전지 유닛셀들;
    상기 태양전지 유닛셀들의 개수만큼 절연몸체부를 구비하고, 상기 각 절연몸체부의 일측면에 상기 각 태양전지 유닛셀의 일전극에 접촉되어 통전되는 제1통전부를 구비하며, 상기 각 절연몸체부의 타측면에 상기 각 태양전지 유닛셀의 상대전극에 접촉되어 통전되는 제2통전부를 구비한 복수개의 인쇄회로기판들; 및
    상기 어느 하나의 인쇄회로기판의 제1통전부 및 이웃하는 다른 인쇄회로기판의 제2통전부를 전기적으로 연결하는 적어도 1개 이상의 연결단자부;
    를 포함하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결단자부는,
    역방향으로의 전류흐름을 차단하는 다이오드인 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상대전극은,
    상기 복수개의 태양전지 유닛셀들 전체를 덮을 수 있는 크기의 하나의 양극기재;
    상기 양극기재 위에 상기 태양전지 유닛셀들간의 간격만큼 서로 이격되어 구비되는 복수개의 양극전도막; 및
    상기 각 양극전도막 위에 각각 형성되는 전해질 환원 촉매용 양전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 일전극은,
    상기 각 태양전지 유닛셀마다 하나씩 구비되는 전도성 음극기재; 및
    상기 각 음극기재 위에 구비되고, 광감응 염료가 흡착된 다공질의 금속산화물로 이루어진 음전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은,
    상기 제1통전부가 상기 각 태양전지 유닛셀의 일전극의 음극기재에 접촉되어 통전되고,
    상기 제2통전부가 상기 각 태양전지 유닛셀의 상대전극의 양극전도막에 접촉되어 통전되는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1통전부는 상기 일전극의 음극기재와 전도성 접착제로 접착되고,
    상기 제2통전부는 상기 상대전극의 양극전도막과 전도성 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  7. 제4항에 있어서, 상기 음극기재는,
    금속 박판으로 형성된 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은,
    상기 절연몸체부에서 상기 제1통전부와 동일한 면에 구비되되 상기 제1통전부와 이격되어 구비되고, 상기 절연몸체부의 타측면에 구비되는 제2통전부와 비아에 의해 전기적으로 연결되며, 이웃하는 다른 태양전지 유닛셀의 제1통전부와 전기적으로 연결되도록 상기 연결단자부가 결합되는 제3통전부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은,
    연성의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈.
  10. 전도성 음극기재 위에 나노입자 금속산화물을 코팅한 후 염료를 흡착시켜 태양전지 유닛셀의 개수만큼 일전극을 제조하는 단계;
    태양전지 모듈 전체의 폭을 가진 양극기재 위에 서로 소정간격을 두고 태양전지 유닛셀의 개수만큼 양극전도막을 형성하고, 상기 각 양극전도막 위에 환원 촉매제로 양전극을 각각 형성하여 상대전극을 제조하는 단계;
    상기 일전극과 상대전극을 포개어 합착하고 전해질을 주입하는 단계;
    태양전지 유닛셀의 개수만큼 절연몸체부를 구비한 후, 상기 각 절연몸체부의 일측면에 제1통전부를 형성하고 상기 각 절연몸체부의 타측면에 제2통전부를 형성하여 인쇄회로기판을 제조하는 단계;
    상기 인쇄회로기판 제조단계에서 제조된 서로 다른 절연몸체부에 형성된 제1통전부와 제2통전부를 연결단자부로 연결시켜 통전시키는 직렬연결단계;
    상기 각 인쇄회로기판의 제1통전부가 상기 각 일전극의 음극기재에 접촉되어 통전됨과 동시에 상기 제2통전부가 상기 상대전극의 양극전도막에 접촉되어 통전되도록, 상기 인쇄회로기판을 상기 각 일전극과 상대전극의 선단에 접착시키는 단계;
    를 포함하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 일전극 제조단계에서는 음극기재에 각 태양전지 유닛셀의 폭만큼 간격을 두고 슬릿을 형성한 후 상기 슬릿에 의해 분리된 음극기재 위에 상기 나노입자 금속산화물을 코팅하고,
    상기 합착단계에서 일전극과 상대전극을 합착한 후, 상기 음극기재가 슬릿을 중심으로 복수개로 분리되도록 음극기재의 선단을 절단하는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 상대전극 제조단계에서는,
    상기 양극전도막 위에 양전극과 별도로 은 재질의 집전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 직렬형 염료감응 태양전지 모듈 제조방법.
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KR20180112625A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 엘지전자 주식회사 태양전지 모듈

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