KR20170001136A - 유기태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열층과 반사층의 배열구조에 따라 발전효율을 높이고 열화를 감소시켜 수명을 연장하는 유기태양전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의한 유기태양전지 모듈은 기판의 상면에 형성된 복수 줄의 제1전극층과, 제1전극층에서 광활성층을 사이에 두고 복수 줄로 형성된 제2전극층과, 기판의 이면에 열을 방출하기 위한 방열층과 태양광을 반사시키기 위한 반사층이 형성된 유기태양전지 모듈에 있어서, 방열층은 광활성층에 정렬되어 복수 줄로 형성된다.
본 발명에 의하면, 방열층을 광활성층에 정렬시켜 배열하는 배열구조에 따라 최소한의 방열소재로 방열효율을 높이고 모듈의 열화를 감소시켜 수명을 연장하고, 반사층을 방열층의 일측에 적층하여 발전효율을 높여 성능을 높이는 효과가 있다.
본 발명에 의한 유기태양전지 모듈은 기판의 상면에 형성된 복수 줄의 제1전극층과, 제1전극층에서 광활성층을 사이에 두고 복수 줄로 형성된 제2전극층과, 기판의 이면에 열을 방출하기 위한 방열층과 태양광을 반사시키기 위한 반사층이 형성된 유기태양전지 모듈에 있어서, 방열층은 광활성층에 정렬되어 복수 줄로 형성된다.
본 발명에 의하면, 방열층을 광활성층에 정렬시켜 배열하는 배열구조에 따라 최소한의 방열소재로 방열효율을 높이고 모듈의 열화를 감소시켜 수명을 연장하고, 반사층을 방열층의 일측에 적층하여 발전효율을 높여 성능을 높이는 효과가 있다.
Description
본 발명은 방열층과 반사층의 배열구조에 따라 발전효율을 높이고 열화를 감소시켜 수명을 연장하는 유기태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 화석연료의 소비가 급격히 늘어나면서 유가가 급격히 상승하고 있으며 지구 온난화 등의 환경문제로 청정 대체 에너지의 필요성이 높아지고 있다. 이에 세계 각국은 신재생 에너지원에 총력을 기울이고 있으며, 특히 최근에는 교토의정서 발효와 맞물려 친환경적인 무공해 에너지원 개발이 국가의 당면과제로 제기되고 있다.
무한한 에너지원인 태양광으로부터 전기를 생산하는 태양전지 기술은 다양한 신재생에너지 기술 중에서도 가장 관심을 받는 분야이다. 태양전지는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 최근 들어 정보 전자산업의 급속한 발전과 함께 차세대 전기전자 소자로서 다양한 유연성(flexible) 소자가 주목받고 있으며, 유기박막 태양전지(이하, "유기태양전지"라고 한다)는 이와 같은 소자의 유연성을 충족시키며, 무기계 태양전지에 비해 소재 비용의 대폭적인 절감이 가능한 장점 또는 갖는다. 또한 유기태양전지는 그 재료가 되는 유기물의 손쉬운 가공성으로 인하여 스핀 코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯, 미세접촉 프린팅법 등을 통하여 저가의 대면적 소자 제작이 가능한 장점을 갖는다.
한편, 태양전지는 빛을 흡수하여 전기에너지를 발생시키는 각각의 셀(cell)이 줄무늬(stripe) 패턴으로 여러 개 배열되어 하나의 단위를 이루게 되며, 이와 같이 여러 개의 셀이 모여서 이루어진 하나의 단위를 모듈(module)이라고 부른다. 즉, 일반적인 태양전지에서 하나의 모듈은 그 자체로 분리될 수 있으며, 이러한 모듈은 각각 하나의 태양전지를 구성할 수 있는 것이다. 그러나 하나의 모듈에서 발생되는 전력은 매우 미약하므로 대부분 다수의 모듈을 연결하여 태양전지를 구성하게 되며, 이와 같이 다수의 모듈이 배열된 구조를 어레이(array)라고 한다.
도 1은 종래 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도(상단) 및 그에 대응하는 배면도(하단)를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 유기태양전지 모듈(M)은 투명 기판(1) 상에 여러 줄의 제1전극층(2)이 형성되고, 제1전극층(2) 상에 광활성층(4)이 도포된다. 이와 같이 준비된 광활성층(4) 상에 제1전극층(2)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(3)이 형성된다. 이때 하나의 모듈에는 일 말단에 제1전극층(2)이 형성되고 타 말단에는 제2전극층(3)이 형성된다. 한편, 하나의 제2전극층(3)은 광활성층(4)을 사이에 두고 이웃하는 제1전극층(2)과 전기적으로 연결된 구조를 이루게 되며, 이에 따라 하나의 모듈에 형성된 다수의 셀은 서로 전기적으로 직렬연결되는 구조를 가진다.
한국등록특허 제10-1364461호의 종래기술에 개시된 바와 같이, 제1전극층(2)과 광활성층(4) 사이, 및 광활성층(4)과 제2전극층(3) 사이에는 기능층(Hole transport layer)이 형성되며, 각 셀의 반대전극을 연속적으로 연결하기 위해 약간씩 층을 이동시켜 박막이 형성될 수도 있다.
상기 유기태양전지 모듈(M)을 포함한 태양전지 모듈을 옥외에 설치한 경우, 그 발전시에는 외기온이 20℃라고 해도, 태양전지 모듈의 온도는 태양전지 셀의 동작에 따라 생기는 열 등에 의해 50℃를 넘는 온도 상승이 생긴다. 이렇게 태양전지 모듈의 온도가 상승한 경우, 태양전지 셀의 온도 특성에 기인하여 발전 효율이 저하된다는 문제가 생긴다.
또한, 발전중의 태양전지 모듈에 있어서, 복수의 태양전지 셀 중, 하나의 태양전지 셀이 어떠한 구조에 기인하여, 그것에 그림자가 생긴 경우, 이 태양전지 셀의 발전이 불충분하게 되어, 이것으로 이 태양전지 셀 자체가 저항이 되어, 이 태양전지 셀의 양 전극에 그 저항값과 흐르는 전류와의 곱인 전위차가 생긴다. 즉, 태양전지 셀에 역방향의 바이어스 전압이 인가됨으로써 이 셀이 발열하여 소위 핫스팟이라고 불리는 상태가 생긴다. 이러한 핫스팟 현상이 발생함으로써, 태양전지 셀의 온도가 계속해서 상승하면, 이 태양전지 셀이 파괴되어, 이 태양전지 모듈로부터 소정의 전력 출력을 얻을 수 없게 된다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, 태양전지 모듈의 온도 상승이나 핫스팟이 발생하지 않도록 방열층 또는 방열시트가 이면에 구비된 태양전지 모듈이 제안되어 있다. 이러한 태양전지 모듈로서, 한국공개특허 제2011-0048475호, 한국등록특허 제10-1112712호, 한국공개특허 제2013-0097427호 등이 개시되어 있다.
그런데, 유기태양전지 모듈의 경우 이 유기태양전지를 구성하는 유기박막이 유기물이라는 특성 때문에 열에 매우 취약하며 이로 인한 성능 및 수명저하가 일반 태양전지 모듈에 비해 현저하게 나타나므로, 유기태양전지에 대해서는 발전효율을 높이고 열화를 감소시켜 수명을 연장하기 위한 방열층 또는 방열시트의 부착에 대한 특별한 구조적 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 유기태양전지의 방열에 대한 요구에 따라 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 방열층과 반사층의 배열구조에 따라 발전효율을 높이고 열화를 감소시켜 수명을 연장하는 유기태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 유기태양전지 모듈은 기판의 상면에 형성된 복수 줄의 제1전극층과, 제1전극층에서 광활성층을 사이에 두고 복수 줄로 형성된 제2전극층과, 기판의 이면에 열을 방출하기 위한 방열층과 태양광을 반사시키기 위한 반사층이 형성된 유기태양전지 모듈에 있어서, 방열층은 광활성층에 정렬되어 복수 줄로 형성된다.
방열층은 기판에 적층되고, 반사층은 방열층의 외면에 적층된다. 방열층은 기판에 직접 코팅되거나 접착층을 매개로 기판에 부착된다.
방열층은 기판에 적층되고, 반사층은 방열층과 방열층 사이 공간의 기판 면에 적층될 수 있다. 방열층과 반사층은 기판에 직접 코팅되거나 접착층을 매개로 기판에 부착된다.
반사층은 기판에 적층되고, 방열층은 반사층의 외면에 적층된다. 반사층은 기판에 직접 코팅되거나 접착층을 매개로 기판에 부착된다.
방열층은 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브 및 금속-고분자 복합체의 재질 중의 하나로 형성된다. 금속-고분자 복합체는 열전도 금속층과, 열전도 금속층의 외면에 형성된 열전도 수지층을 포함한다.
열전도 금속층은 알루미늄, 동, 황동, 강판 및 스테인리스 스틸 중 적어도 어느 하나의 금속 소재로 이루어진다.
열전도 수지층은 PET(PolyEthylene Terephthalate), PI(PolyImide), BOPP(Bi-axially Oriented PolyPropylene), OPP, PVF(PolyVinyl Fluoride), PVDF(PolyVinylidene Fluoride), TPE(Thermo Plastic Elastomer), ETFE(Ethylene Tetrafluoro Ethylene) 및 아라미드 필름 소재 중 어느 하나의 소재로 이루어진다. 열전도 수지층은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트(Graphite), CNT(카본 나노 튜브) 및 그래핀(Graphene) 중의 적어도 하나의 재질을 추가로 함유할 수 있다.
반사층은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 동, 황동, 합성수지 중의 어느 하나의 소재로 이루어진 시트로 되어 있다.
접착층은 내열성능 및 방열성능을 갖는 아크릴, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer), 우레탄 계열의 유기 접착제나 실리케이트 계의 무기 접착제로 형성된다. 접착층은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트, CNT 및 그래핀 중의 적어도 하나의 재질을 추가로 함유할 수 있다.
본 발명에 의한 유기태양전지 모듈에 의하면, 방열층을 광활성층에 정렬시켜 배열하는 배열구조에 따라 최소한의 방열소재로 방열효율을 높이고 모듈의 열화를 감소시켜 수명을 연장하고, 반사층을 방열층의 일측에 적층하여 발전효율을 높여 성능을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도(상단) 및 그에 대응하는 배면도(하단)이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 의한 방열층을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 의한 방열층을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 유기태양전지 모듈(100)은 기판(111) 상에 여러 줄의 제1전극층(112)이 형성되고, 제1전극층(112) 상에 광활성층(114)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(114) 상에 제1전극층(112)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(113)이 형성되고, 기판(111)의 이면에는 열을 방출하기 위한 방열층(115)이 광활성층(114)에 정렬되어 복수 줄로 형성되며, 방열층(115)의 외면에는 태양광을 반사시키기 위한 반사층(116)이 형성된다.
하나의 제2전극층(113)은 이웃하는 제1전극층(112)과 전기적으로 연결된 구조를 이루게 되며, 이에 따라 하나의 단위모듈에 형성된 다수의 셀은 서로 전기적으로 직렬연결되는 구조를 취한다. 태양전지에서 광에너지가 전기적 에너지로 전화되기 위해서는 p-n접합이 요구된다. 유기태양전지의 경우 도너(donor)와 억셉터(acceptor)가 섞여서 p-n접합을 이루게 되며, p층과 n층은 명확히 구분되지 않는다.
기판(111)은 석영 또는 유리와 같은 무기 기재 필름을 사용할 수 있고, 또한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌설포네이트(PES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에테르이미드(PEI) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 플라스틱 기재 필름을 사용할 수도 있다. 특히, 상기 플라스틱 기재 필름은 플렉서블(flexible)하면서도 높은 화학적 안정성, 기계적 강도 및 투명도를 가지는 것을 사용할 수 있다.
제1전극층(112)은 양극(anode)층을 이루고, ITO(INdium Tin Oxide), SnO2, IZO(In2O3-ZnO), AZO(aluminum doped ZnO), GZO(gallium doped ZnO), Graphene, CNT, Nanowire, Ag grid, Conducting polymer (PEDOT:PSS) 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 ITO(INdium Tin Oxide)로 코팅하면 좋다.
제2전극층(113)은 음극(cathode)층을 이루고, Au, Al, Ag, Ca, Mg, Ba, Mo, Al-Mg 또는 LiF-Al 층일 수 있고, 바람직하게는 Ag로 코팅하면 좋다.
광활성층(114)은 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있다. 일예로, 광활성층(114)은 전자수용체와 전자공여체가 혼합되어 존재하는 BHJ(bulk hetero-junction)구조이다. 또한 bilayer 타입을 사용할 수 있다. 전자공여체는 반도체 고분자, 공액고분자, 저분자반도체 등의 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, PPV(poly(para-phenylene vinylene)계열의 물질, 폴리티오핀(polythiophene)유도체, 프탈로시아닌(pthalocyanine)계 물질 등을 사용할 수 있다. 전자수용체로는 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 일예로, 전자 친화도가 큰 플러렌(C60, C70, C76, C78, C82, C90, C94, C96, C720, C860 등); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM), C71-PCBM, C84-PCBM, bis-PCBM, ThCBM 등과 같은 플러렌 유도체들을 사용할 수 있다.
제1전극층(112)과 광활성층(114) 사이, 및 광활성층(114)과 제2전극층(113) 사이에는 기능층(Hole transport layer)이 형성될 수 있으며, 기능층은 정공 수송층 또는 전자수송층이 될 수 있다. 정공수송층으로 이미 공지된 물질을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, MTDATA, TDATA, NPB, PEDOT:PSS, TPD 또는 p-형 금속 산화물 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. p-형 금속 산화물은 일 예로, MoO3 또는 V2O5일 수 있다. 또한, 정공수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다. Ni 같은 물질을 증착하여 열처리 하여 형성된 자기조립박막을 기능층으로 사용할 수 있다. 전자수송층(electron transfer layer, ETL)은 광활성층에서 생성된 전자가 인접한 전극으로 용이하게 전달되도록 한다. 전자수송층은 공지된 재료를 제한없이 사용할 수 있으며, 일예로서, 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(aluminium tris( 8-hydroxyquinoline), Alq3), 리튬플로라이드(LiF), 리튬착체(8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), 비공액고분자, 비공액 고분자 전해질, 공액 고분자 전해질, 또는 n-형 금속 산화물 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 n-형 금속 산화물은 일예로, TiOx, ZnO 또는 Cs2CO3 일 수 있다. 또한, 상기 전자수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다.
방열층(115)은 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브 및 금속-고분자 복합체 등의 재질로 형성되며, 기판(111)에 코팅된다. 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브 등으로 이루어지는 방열층(115)에는 기판(111)에 코팅하기 위한 수지 코팅제가 포함된다. 수지 코팅제로는 금속-고분자 복합체의 후술하는 열전도 수지층의 재질이 사용된다.
금속-고분자 복합체는 도 4의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 열전도 금속층(115a)과, 열전도 금속층(115a)의 외면(양측 또는 일측)에 형성된 열전도 수지층(115b)으로 이루어진다.
열전도 금속층(115a)은 알루미늄, 동, 황동, 강판 및 스테인리스 스틸 등의 금속 소재로 이루어진다. 열전도 수지층(115b)은 PET(PolyEthylene Terephthalate), PI(PolyImide), BOPP(Bi-axially Oriented PolyPropylene), OPP, PVF(PolyVinyl Fluoride), PVDF(PolyVinylidene Fluoride), TPE(Thermo Plastic Elastomer), ETFE(Ethylene Tetrafluoro Ethylene) 및 아라미드 필름 소재 등으로 이루어진다. 열전도 수지층(115b)에는 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트(Graphite), CNT(카본 나노 튜브) 및 그래핀(Graphene) 등이 혼합되어 방열성능을 높일 수 있다.
반사층(116)은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 동, 황동, 합성수지 등의 소재로 이루어진 시트로 되어 있다. 반사층(116)의 시트는 기판(111)의 외면에 방열층(115)이 코팅된 후, 방열층(115)에 점착된다. 반사층(116)의 점착에 사용되는 점착제로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 아크릴계 점착제, 아크릴-고무계 점착제, 천연 고무계 점착제, 부틸 고무계 등의 합성 고무계 점착제, 실리콘계 점착제, 폴리우레탄계 점착제, 에폭시계 점착제, 폴리에틸렌계 점착제, 폴리에스테르계 점착제 등을 들 수 있고, 이들 중 점착력, 유지력, 접착력(tack), 내구성 내후성이 좋고, 염가로 입수 가능하다는 이유로부터 아크릴계 점착제, 또는 내후성, 내후성 및 요철에 대한 추종성이 양호한 부틸 고무계 점착제인 것이 특히 바람직하다. 점착제는 방열층(115)의 열전도 수지층(115b)에 포함되어 반사층(116)이 점착되게 할 수도 있다.
도 3는 본 발명의 제2실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 의한 유기태양전지 모듈(200)은 기판(211) 상에 여러 줄의 제1전극층(212)이 형성되고, 제1전극층(212) 상에 광활성층(214)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(214) 상에 제1전극층(212)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(213)이 형성되고, 기판(211)의 이면에는 접착층(217)을 매개로 열을 방출하기 위한 방열층(215)이 광활성층(214)에 정렬되어 복수 줄로 부착 형성되며, 방열층(215)의 외면에는 태양광을 반사시키기 위한 반사층(216)이 형성된다.
접착층(217)은 내열성능 및 방열성능을 갖는 아크릴, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer), 우레탄 계열의 유기 접착제나 실리케이트 계의 무기 접착제로 형성된다. 접착층(217)은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트, CNT 및 그래핀 중의 적어도 하나의 재질을 함유할 수 있다.
제2실시예에서는 반사층(216)에 방열층(215)이 코팅된 후, 반사층(216)에 코팅된 방열층(215)이 접착층(217)을 매개로 기판(111)의 이면에 부착된다. 제2실시예의 나머지 구성은 제1실시예의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 의한 유기태양전지 모듈(300)은 기판(311) 상에 여러 줄의 제1전극층(312)이 형성되고, 제1전극층(312) 상에 광활성층(314)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(314) 상에 제1전극층(312)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(313)이 형성되고, 기판(311)의 이면에는 열을 방출하기 위한 방열층(315)이 광활성층(314)에 정렬되어 복수 줄로 코팅 형성되며, 방열층(315)과 방열층(315)의 사이 공간의 기판(311) 면에는 태양광을 반사시키기 위한 반사층(316)이 코팅 형성된다. 반사층(316)에는 기판(311)에 코팅하기 위한 수지 코팅제가 포함된다. 수지 코팅제로는 제1실시예의 방열층에서 설명한 금속-고분자 복합체의 열전도 수지층의 재질이 사용된다.
제3실시예의 나머지 구성은 제1실시예의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 6는 본 발명의 제4실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 의한 유기태양전지 모듈(400)은 기판(411) 상에 여러 줄의 제1전극층(412)이 형성되고, 제1전극층(412) 상에 광활성층(414)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(414) 상에 제1전극층(412)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(413)이 형성되고, 기판(411)의 이면에는 접착층(417)을 매개로 열을 방출하기 위한 방열층(415)이 광활성층(414)에 정렬되어 복수 줄로 부착 형성되며, 방열층(415)과 방열층(415)의 사이 공간의 기판(411) 면에는 접착층(417)을 매개로 태양광을 반사시키기 위한 반사층(416)이 부착 형성된다.
접착층(417)은 내열성능 및 방열성능을 갖는 아크릴, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer), 우레탄 계열의 유기 접착제나 실리케이트 계의 무기 접착제로 형성된다. 접착층(417)은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트, CNT 및 그래핀 중의 적어도 하나의 재질을 함유할 수 있다.
제4실시예에서는 방열층(415)과 반사층(416)이 하나의 시트로 형성되어, 시트로 된 방열층(415)와 반사층(416)이 접착층(417)을 매개로 기판(111)의 이면에 부착된다. 제4실시예의 나머지 구성은 제1실시예의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 7는 본 발명의 제5실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제5실시예에 의한 유기태양전지 모듈(500)은 기판(511) 상에 여러 줄의 제1전극층(512)이 형성되고, 제1전극층(512) 상에 광활성층(514)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(514) 상에 제1전극층(512)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(513)이 형성되고, 기판(511)의 이면에는 태양광을 반사시키기 위한 반사층(516)이 코팅 형성되고, 반사층(516)의 이면에는 열을 방출하기 위한 방열층(515)이 광활성층(514)에 정렬되어 복수 줄로 코팅 형성된다. 반사층(516)에는 기판(511)에 코팅하기 위한 수지 코팅제가 포함된다. 수지 코팅제로는 제1실시예의 방열층에서 설명한 금속-고분자 복합체의 열전도 수지층의 재질이 사용된다.
제5실시예의 나머지 구성은 제1실시예의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 8는 본 발명의 제6실시예에 의한 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제6실시예에 의한 유기태양전지 모듈(600)은 기판(611) 상에 여러 줄의 제1전극층(612)이 형성되고, 제1전극층(612) 상에 광활성층(614)이 도포되며, 이와 같이 준비된 광활성층(614) 상에 제1전극층(612)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(613)이 형성되고, 기판(611)의 이면에는 태양광을 반사시키기 위한 반사층(616)이 접착층(617)을 매개로 부착 형성되고, 반사층(616)의 이면에는 열을 방출하기 위한 방열층(615)이 광활성층(614)에 정렬되어 복수 줄로 코팅 형성된다.
접착층(617)은 내열성능 및 방열성능을 갖는 아크릴, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer), 우레탄 계열의 유기 접착제나 실리케이트 계의 무기 접착제로 형성된다. 접착층(617)은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트, CNT 및 그래핀 중의 적어도 하나의 재질을 함유할 수 있다.
제6실시예에서는 반사층(616)에 방열층(615)이 코팅된 후, 방열층(615)이 코팅된 반사층(616)이 접착층(617)을 매개로 기판(611)의 이면에 부착된다. 제6실시예의 나머지 구성은 제1실시예의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 접착제나 점착제는 자외선 경화형 접착제(점착제)인 것이 바람직하다. 자외선 경화형 접착제 또는 점착제가 사용됨으로써, 방열층 또는 반사층을 기판에 붙인 후에, 태양광에 노출시킴으로써, 서서히 자외선경화해 감으로써, 시트 또는 층의 강도를 높일 수 있다.
자외선 경화형 접착제 또는 점착제로서는 접착성(점착성) 폴리머 성분에 더해서, 자외선 경화 성분을 함유한 것이 사용되는데, 점착성 폴리머의 측쇄에 불포화 이중 결합이 부가된 형태의 자외선 경화형 폴리머를 함유하는 것을 사용할 수도 있다.
자외선 경화 성분으로서는 자외선 조사에 의해 자외선 경화 성분에 의한 반응[예를 들어, 자외선 경화 성분끼리의 반응이나, 자외선 경화 성분과 접착제층(점착제층)중의 다른 성분(예를 들어, 아크릴계 폴리머 등)과의 반응 등]이 생기는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 자외선 경화 성분으로서는 분자내에 불포화 이중 결합을 함유하는 기(불포화 이중 결합 함유기)를 적어도 1개 갖고 있는 화합물(모노머, 올리고머 또는 폴리머 등)을 사용할 수 있고, 특히 불휘발성 화합물이 적합하다. 자외선 경화 성분은 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜 사용할 수 있다.
자외선 경화 성분에 있어서의 불포화 이중 결합 함유기로서는, 특히 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 기(탄소-탄소 이중 결합 함유기)가 바람직하고, 이 탄소-탄소 이중 결합 함유기로서는, 예를 들어 비닐기, 알릴기, (메타)아크릴로일기 등의 에틸렌성 불포화 결합 함유기 등을 들 수 있다. 불포화 이중 결합 함유기는 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜 사용할 수 있다. 또한, 자외선 경화 성분 1분자에 있어서, 불포화 이중 결합 함유기의 수로서는 2개 이상인 것이 바람직하다. 자외선 경화 성분이 1분자중에 2개 이상의 불포화 이중 결합 함유기를 갖고 있는 경우, 동일한 불포화 이중 결합 함유기가 복수 사용되고 있어도 되고, 2종 이상의 불포화 이중 결합 함유기가 사용되고 있어도 된다.
자외선 경화 성분으로서는 예를 들어 (메타)아크릴레이트와 다가 알코올과의 에스테르화물, 에스테르아크릴계 화합물, 우레탄아크릴계 화합물, 불포화 이중 결합 함유기를 갖는 시아누레이트계 화합물이나, 불포화 이중 결합 함유기를 갖는 이소시아누레이트계 화합물 등을 들 수 있다.
자외선 경화 성분의 함유 비율로서는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 접착성(점착성) 폴리머 성분(아크릴계 수지 등) 100질량부에 대해서 5~500질량부(바람직하게는 10~200질량부) 정도이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 유기태양전지 모듈에 의하면, 도 2, 도 3, 도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이 열발생이 가장 많은 광활성층(114, 214, 314 등)에 정렬되어 방열층(115, 215, 315 등)이 형성되어 줄무늬 패턴을 이루고 있으므로, 최소한의 방열소재로 방열효율을 높이고 모듈의 열화를 감소시켜 수명을 연장하게 된다. 그리고, 방열층(115, 215, 315 등)의 일측 또는 타측이나 사이 공간에 반사층(116, 216, 316 등)이 형성되어, 화살표로 표시한 바와 같이 인접하는 광활성층 사이에서 기판(111, 211, 311 등)을 투과하는 광을 재귀 반사시켜 발전효율을 높이게 된다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600 : 유기태양전지 모듈
111, 211 : 기판 112, 212 : 제1전극층
113, 213 : 제2전극층 114, 214 : 광활성층
115, 215 : 방열층 115a : 열전도 금속층
115b : 열전도 수지층 116, 216 : 반사층
217 : 접착층
111, 211 : 기판 112, 212 : 제1전극층
113, 213 : 제2전극층 114, 214 : 광활성층
115, 215 : 방열층 115a : 열전도 금속층
115b : 열전도 수지층 116, 216 : 반사층
217 : 접착층
Claims (15)
- 기판의 상면에 형성된 복수 줄의 제1전극층과, 상기 제1전극층에서 광활성층을 사이에 두고 복수 줄로 형성된 제2전극층과, 상기 기판의 이면에 열을 방출하기 위한 방열층과 태양광을 반사시키기 위한 반사층이 형성된 유기태양전지 모듈에 있어서,
상기 방열층은 상기 광활성층에 정렬되어 복수 줄로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 방열층은 상기 기판에 적층되고,
상기 반사층은 상기 방열층의 외면에 적층되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 방열층은 상기 기판에 직접 코팅되거나 접착층을 매개로 상기 기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 방열층은 상기 기판에 적층되고,
상기 반사층은 상기 방열층과 상기 방열층 사이 공간의 기판 면에 적층되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 방열층과 상기 반사층은 상기 기판에 직접 코팅되거나 접착층을 매개로 상기 기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 반사층은 상기 기판에 적층되고,
상기 방열층은 상기 반사층의 외면에 적층되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 6에 있어서,
상기 반사층은 상기 기판에 직접 코팅되거나 접착층을 매개로 상기 기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 방열층은 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브 및 금속-고분자 복합체의 재질 중의 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속-고분자 복합체는
열전도 금속층과,
상기 열전도 금속층의 외면에 형성된 열전도 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 9에 있어서,
상기 열전도 금속층은 알루미늄, 동, 황동, 강판 및 스테인리스 스틸 중 적어도 어느 하나의 금속 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 9에 있어서,
상기 열전도 수지층은 PET(PolyEthylene Terephthalate), PI(PolyImide), BOPP(Bi-axially Oriented PolyPropylene), OPP, PVF(PolyVinyl Fluoride), PVDF(PolyVinylidene Fluoride), TPE(Thermo Plastic Elastomer), ETFE(Ethylene Tetrafluoro Ethylene) 및 아라미드 필름 소재 중 어느 하나의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 11에 있어서,
상기 열전도 수지층은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트(Graphite), CNT(카본 나노 튜브) 및 그래핀(Graphene) 중의 적어도 하나의 재질을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 반사층은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 동, 황동, 합성수지 중의 어느 하나의 소재로 이루어진 시트로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유기태양전지 모듈. - 청구항 3, 5 및 7 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 접착층은 내열성능 및 방열성능을 갖는 아크릴, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer), 우레탄 계열의 유기 접착제나 실리케이트 계의 무기 접착제로 형성되는 것을 특징으로 하는 유지태양전지 모듈. - 청구항 14에 있어서,
상기 접착층은 알루미늄, 카본 파이버, 카본 블랙, 그래파이트, CNT 및 그래핀 중의 적어도 하나의 재질을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 유지태양전지 모듈.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150090698A KR20170001136A (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 유기태양전지 모듈 |
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| KR1020150090698A KR20170001136A (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 유기태양전지 모듈 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170001136A true KR20170001136A (ko) | 2017-01-04 |
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ID=57831497
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| KR1020150090698A KR20170001136A (ko) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | 유기태양전지 모듈 |
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| KR (1) | KR20170001136A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180076890A (ko) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유기태양전지 모듈 및 이를 구비한 건물일체형 태양광발전 모듈 |
| KR20210131486A (ko) * | 2020-04-23 | 2021-11-03 | 한국전력공사 | 하이브리드 발전장치 |
-
2015
- 2015-06-25 KR KR1020150090698A patent/KR20170001136A/ko unknown
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