KR20180077877A - 태양전지 모듈용 커넥터 및 이를 구비한 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 모듈용 커넥터 및 이를 구비한 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 관통홀까지 실링재로 실링됨으로써 외부로부터 오는 수분 및 산소를 효과적으로 차단하여, 이들로 인한 태양전지의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 태양전지용 커넥터 및 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것이다.

Description

태양전지 모듈용 커넥터 및 이를 구비한 태양전지 모듈{Connector for solar cell modules and solar cell modules comprising the same}
본 발명은 태양전지용 커넥터 및 이를 구비한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지(solar cell)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이며, 태양광 발전에 핵심이 되는 태양전지의 주된 재료는 실리콘이다. 반도체인 실리콘이 빛을 받으면 p-n 접합층(p-n junction)이 반응하고, 여기에서 전기가 발생한다. 이때 발생되는 전기는 대부분 출력이 작기 때문에 대부분 태양전지를 여러 장 연결하는 방법을 사용하며, 태양광 발전을 통해 발생되는 전기는 DC(직류전원)이기 때문에 변환장치를 이용하여 가정에서 사용하는 AC(교류전원)로 변환시켜 사용하게 된다.
태양전지는 구성되는 물질에 따라 실리콘 또는 화합물 반도체와 같은 무기소재로 이루어진 무기 태양전지(inorganic solar cell)와 유기물질을 포함하고 있는 유기 태양전지(organic solar cell)로 구분할 수 있으며, 유기 태양전지는 다시 염료감응형(dye-sensitized) 태양전지와 유기폴리머(organic polymer) 태양전지로 구분된다. 유기 태양전지는 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 대량생산이 가능하여 저렴한 가격으로 유연성(flexibility)이 우수하고 가벼운 전자소자의 제작이 가능한 장점을 갖는다.
한편, 태양전지는 빛을 흡수하여 전기 에너지를 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 발생하는 전력은 매우 미약하므로 대부분 다수의 모듈을 연결하여 태양전지를 구성하게 되며, 이와 같이 다수의 모듈이 배열된 구조를 어레이(array)라고 부른다.
이러한 어레이 구성의 태양전지는 전극간 전기적 연결을 위해 전극 연결부를 구비한다. 상기 전극 연결부는 베리어 필름 위로 관통공을 뚫어 금속 단추 등의 커넥터를 통해 결합한 후 실링재로 이를 실링하고 있다. 현재 실링재로서 광학 투명 접착제 (Optical Clear Adhesive, OCA) 등의 재질을 도포한 후 경화하는 방식이 이루어지고 있으나, 상기 접착제를 이용한 실링은 커넥터의 외주면에 국한되어 전극 연결을 위한 관통공은 홀이 형성된 상태로 그대로 노출된다. 이에 상기 전극 연결의 과정에서 생긴 관통공으로 인하여 모듈에 수분이 침투하기 쉬우며, 이로 인하여 변색 및 성능 저하의 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1612955호(2016.04.08.), 인터커넥터 및 이를 구비한 태양 전지 모듈 대한민국 등록특허 제10-1077504호(2011.10.21), 태양전지 모듈
따라서 본 발명은 전극의 전기 연결을 위한 관통홀까지 충분히 실링이 될 수 있도록 실링재를 구비한 커넥터를 구비하여, 체결을 위한 작업 이후 상기 관통홀까지 실링재가 충분이 이송되어 외부에서 들어오는 수분 및 산소를 충분히 차단할 수 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 단순화된 공정을 통해 태양전지 모듈의 전극 연결을 용이하게 할 수 있는 커넥터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 커넥터를 구비하여 외부에서 들어오는 수분 및 산소를 효과적으로 차단할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 태양전지의 전극 간 연결을 위해 상기 태양전지의 단위 모듈 내 관통홀을 통해 체결되는 태양전지용 커넥터를 제공한다.
이때 상기 태양전지용 커넥터는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판에 마주하여 이격 배치되는 커버 기판을 포함하고, 상기 베이스 기판 및 커버 기판 중 어느 하나에 체결을 위한 돌출부를 구비하고, 다른 하나는 상기 돌출부와 체결 가능한 수용부를 각각 구비한다.
이때 상기 베이스 기판 및 커버 기판에 태양전지의 단위 모듈과 접하는 일측 면에 실링재가 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 복수 개의 태양전지 단위 모듈; 및 상기 단위 모듈 내 관통홀을 통해 체결하여 서로 연결시키는 커넥터를 이용하여 전기적인 접속이 이루어진 태양전지 모듈을 제공한다.
이때 상기 태양전지용 커넥터는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판에 마주하여 이격 배치되는 커버 기판을 포함하고, 상기 베이스 기판 및 커버 기판 중 어느 하나에 체결을 위한 돌출부를 구비하고, 다른 하나는 상기 돌출부와 체결 가능한 수용부를 각각 구비한다.
이때 상기 태양전지의 단위 모듈과 접하는 일측 면 및 관통홀 내에 실링재가 배치되어 실링된 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터인 것을 특징으로 한다.
추가로, 이때 상기 커넥터의 베이스 기판 및 커버 기판과 유기 태양전지 단위 모듈 사이에 O-링이 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지 모듈의 일측을 천공하여 관통홀을 형성하는 단계;
상기 관통홀을 통해 연결될 수 있도록 상기 커넥터의 베이스 기판 및 상부 기판을 배치하고,
소정 압력을 인가하여 상기 베이스 기판과 상부 기판을 체결하고,
경화를 수행하여 상기 베이스 기판 및 상부 기판과 관통홀 내 존재하는 실링재의 경화를 수행하는 것을 포함하는 태양전지 모듈의 실링 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유기태양전지용 커넥터는 종래 커넥터 작업 이후 실란트 작업을 2단계로 수행하던 것을 한 번의 작업으로 가능케 하여 전체 공정을 단축시킬 수 있다.
상기 커넥터를 구비한 태양전지 모듈은 관통홀까지 실링재로 실링됨으로써 외부로부터 오는 수분 및 산소를 효과적으로 차단하여, 이들로 인한 태양전지의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1 및 2는 유기태양전지 모듈의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도
도 3은 유기태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도 (상단) 및 그에 대응하는 평면도
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 커넥터의 구조를 보여주는 단면도
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 커넥터의 구조를 보여주는 사시도
도 6은 본 발명의 커넥터의 사용 예시도
도 7은 관통홀 내 실링재의 충진을 보여주는 도면
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “구비” 또는 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 언급하는 태양전지는 태양광으로부터 전력을 생산할 수 있는 전지면 어느 것이든 가능하며, 일례로 유기태양전지(organic solar cell), 염료감응형 태양전지 (Dye sensitized solar cell), 박막실리콘 태양전지 (Silicon solar cell), CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지 및 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고, 바람직하기로 유기태양전지일 수 있다.
태양전지 모듈 간의 연결에서 중요한 것이 태양전지 모듈 간의 전기적 연결인데, 이는 각 태양전지 모듈의 전극 간의 전기적 연결을 통해서 수행된다. 따라서 본 발명의 태양전지 모듈용 커넥터는 태양전지 모듈 간의 물리적 연결과 더불어 태양전지 모듈 간의 전기적인 연결을 수행할 수 있다. 즉 태양전지 모듈용 커넥터는 각 태양전지 모듈 간의 전극을 연결하는 매개체 역할을 한다.
태양전지의 전극 연결을 위한 커넥터는 태양전지 모듈을 천공하여 여기에 커넥터의 연결핀을 체결하고, 실링을 위해 상기 커넥터에 실링재를 도포 후 경화한다. 이때 상기 천공으로 형성된 관통홀은 커넥터 내부에 형성됨에 따라 실링재가 충분히 도포되지 않아 이로 인한 수분 및 산소의 침투를 막을 수 없다. 이에 본 발명에서는 상기 관통홀까지 충분히 실링될 수 있도록 실링재를 구비한 커넥터를 제시하고, 이를 적용한 태양전지의 모듈을 제시한다.
이하 도면을 이용하여 상세히 설명한다.
도 1 및 2는 태양전지 모듈의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 이 도 1 및 도 2에서 제시하는 태양전지 모듈은 유기태양전지 모듈의 일 구현예로써, 이는 설명을 위한 일 실시예일뿐 태양전지 모듈의 구조가 이 구조에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참고하면, 태양전지 모듈(100)은 태양광이 수용되는 기판(10) 및 상기 기판(10)을 통하여 수용된 태양광이 전기적 에너지로 변환되는 전지층(20)으로 구성되어 있다.
도 2는 일반적인 태양전지 모듈에서 관찰되는 줄무늬 (stripe) 패턴을 나타내고 있다. 도 2를 참고하면, 하나의 태양전지 모듈에는 다수의 줄무늬가 형성되며, 각각의 줄무늬 부분은 태양 에너지를 전기에너지로 변환시키는 독립된 전지(cell)의 기능을 갖는다.
한편, 도 2를 참고하면, 하나의 모듈에는 양측 말단에는 서로 전기적 극성을 달리하는 2개의 전극층(30, 40) 말단이 구비되며, 이러한 전극층(30, 40)은 별도의 단자 (미도시)를 통하여 외부로 전기적 흐름을 전달하는 역할을 수행한다.
도 3은 태양전지 모듈의 구조를 나타내는 단면도 (상단) 및 그에 대응하는 평면도(하단)를 나타내고 있다. 도 3을 참고하면, 하나의 태양전지 모듈은 기판(10) 상에 여러 줄의 제1전극층(30)이 구비되고, 상기 제1전극층(30) 상에 광활성층(60)이 도포된다. 한편, 이와 같이 준비된 광활성층(60) 상에 상기 제1전극층(30)과 상반된 전극의 기능을 수행하는 별도의 전극인 제2전극층(40)이 형성된다.
기판(10)은 석영 또는 유리와 같은 무기 기재를 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(30)은 음극으로 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(40)은 양극으로 Au, Al, Ag, Ca, Mg, Ba, Mo, Al-Mg 또는 LiF-Al 층일 수 있고, 바람직하게는 Ag로 코팅하면 좋다.
광활성층(60)은 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있다. 일례로, 광활성층(60)은 전자수용체와 전자공여체가 혼합되어 존재하는 BHJ(bulk hetero-junction)구조이다. 또한, 이중층(bilayer) 타입을 사용할 수 있다. 전자공여체는 반도체 고분자, 공액 고분자, 저분자 반도체 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, 일례로, 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.
상기 제1전극층(30)과 광활성층(60) 사이, 및 광활성층(60)과 제2전극층(40) 사이에는 기능층이 형성될 수 있다. 이러한 기능층은 정공 수송층 또는 전자 수송층이 될 수 있다.
정공 수송층(Hole transport layer)으로 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, 정공 수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다. Ni 같은 물질을 증착한 후 열처리하여 형성된 자기조립 박막을 기능층으로 사용할 수 있다. 전자 수송층(electron transfer layer, ETL)은 광활성층에서 생성된 전자가 인접한 전극으로 용이하게 전달되도록 한다. 전자 수송층은 공지된 재료를 제한없이 사용할 수 있으며, 일례로서, 알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀린)(aluminium tris(8-hydroxyquinoline), Alq3), 리튬플로라이드(LiF), 리튬착체(8-hydroxy-quinolinato lithium, Liq), 비공액 고분자, 비공액 고분자 전해질, 공액 고분자 전해질, 또는 n-형 금속 산화물 등과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 n-형 금속 산화물은 일례로, TiOx, ZnO 또는 Cs2CO3 일 수 있다. 또한, 상기 전자 수송층으로 금속층의 자기조립 박막을 사용할 수 있다.
하나의 제2전극층(40)은 이웃하는 제1전극층(30)과 전기적으로 연결된 구조를 이루게 되며, 이에 따라 하나의 단위모듈에 형성된 다수의 셀은 서로 전기적으로 직렬 연결되는 구조를 취한다. 태양전지에서 빛 에너지가 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.
태양전지 모듈의 정렬 구조는 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결 구조가 가능하며, 모듈을 직렬 연결하는 경우는 전압을 증가시킬 수 있으며, 병렬 연결하는 경우는 전류를 증가시킬 수 있다.
이러한 정렬 구조에서의 전기적 연결은 커넥터의 체결을 통해 이루어지고, 이는 일반적으로 각 모듈의 모서리에 위치한다. 상기 커넥터는 서로 짝을 지어 체결되어 암수 체결부를 통하여 연결된 것을 나타내며 이와 같은 체결은 암수형상을 갖는 다양한 체결수단에 의하여 이루어질 수 있다.
일례로, 본 발명에서 제시하는 커넥터는 포함하는 태양전지의 단위 모듈의 일부를 천공하고, 형성된 관통홀을 통해 체결할 수 있는 구성을 갖는다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 커넥터의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 커넥터의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 커넥터(150)는 베이스 기판(151)과 커버 기판(153)을 구비하고 상기 베이스 기판(151)과 커버 기판(153)은 서로 마주하여 이격 배치되는 구조를 취한다.
상기 베이스 기판(151) 및 커버 기판(153)은 유리 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판이 사용될 수 있으며, 필요한 경우 유연 기판이 사용될 수 있다. 일례로, 유연 기판은 고분자 유연 기판 또는 금속 유연 기판인 것이 바람직하며, 상기 고분자 유연 기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌설폰(PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스 폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디사이클로펜타디엔폴리머(DCPD), 사이클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘 수지, 불소 수지 및 변성 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상 고분자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속 유연 기판은 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 크롬, 스테인레스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 재질인 것이 바람직하나, 상기 금속 유연 기판의 재질이 상기 금속들로 제한되는 것은 아니다.
이들 기판(151, 153)의 형태는 원형 또는 삼각형, 사각형 등의 다각형이 사용될 수 있다.
상기 베이스 기판(151) 및 커버 기판(153) 중 어느 하나에 체결을 위한 돌출부(155)가 형성되고, 이들 중 다른 하나는 상기 돌출부(155)를 수용하는 수용부(157)가 형성된다. 상기 돌출부(155) 및 수용부(157)는 기판(151, 153)에 접촉하는 부위가 각각 단절된 구조를 갖거나 길게 연장되어 연속적인 연결 구조를 가질 수 있다.
일례로, 상기 돌출부(155) 및 수용부(157)가 각 기판(151, 153)을 따라 단절된 구조의 형태의 커넥터(150)는 도 4에 도시한 바와 같이 연결핀 및 이를 지탱하는 홀더를 각각 구비한 형태일 수 있다. 이러한 구조에서 돌출부(155)인 연결핀은 1개 이상 일 수 있으며, 안정적인 실링을 위해 복수 개로 구비할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 돌출부(155) 및 수용부(157)는 길게 연장되어 연속적인 연결 구조의 형태의 커넥터(150)는 일면 똑딱단추라고 불리우는 스냅단추(snap button)가 될 수 있다. 즉, 상기 스냅수단추의 돌출부를 상기 스냅암단추의 홈부에 억지끼움으로써 상기 스냅수단추와 스냅암단추를 서로 체결하는 것이 가능하다.
상기 돌출부(155) 및 수용부(157)의 각각의 높이는 태양전지 모듈의 두께를 고려하여 형성하되, 이들이 체결된 형태에서의 두께가 상기 태양전지 모듈의 두께가 될 수 있도록 한다.
통상 모듈의 체결은 커넥터를 이용하여 체결을 수행한 다음, 이후 주위 영역을 실링재로 도포 후 경화를 수행하여 이루어진다. 상기 실링재(159)는 커넥터의 외주면의 일부 영역에만 도포되어, 이 경우 상기 실링재가 관통홀(H) 내부에까지 실링이 충분히 이루어지지 않아 외부로부터의 가스 및 수분 유입을 차단할 수 없다.
이에, 본 발명에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 베이스 기판(151) 및 커버 기판(153)의 내부, 즉 모듈과 직접 접촉하는 영역에 실링재(159)가 존재하는 구조를 갖는다. 상기 실링재(159)의 두께는 도 4에 나타낸 바와 같이 돌출부(155) 및 수용부(157) 각각의 높이를 넘지 않는 것이 바람직하다.
상기 실링재(159)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 체결 과정에서 인가되는 압력에 의해 변형 가능하여(deformable) 상기 실링재(159)가 관통홀(H)까지 이송되어, 상기 관통홀(H) 내부로 실링재(159)가 유입되어 실링이 가능한 구조를 갖는다.
본 발명에서 제시하는 실링재(159)는 경화를 통해 접착력을 가지며 실링 효과를 갖는 것이면 어떤 재료든 가능하며, 그 재질을 특별히 한정하지는 않는다.
특히, 상기 실링재(159)는 커넥팅 작업 도중에 경화가 발생하지 않도록, 필름(또는 도막), 또는 겔 형태의 재질을 이루거나 외부와 차단될 수 있도록 볼 또는 캡슐 형태를 갖는다. 이러한 실링재(159)는 외력에 의해 형태가 변함에 따라 실링재(159)가 유동성을 가져, 커넥팅을 위해 형성한 관통홀(H)까지 실링재(159)가 충분히 이동될 수 있을 정도의 유동성을 갖는다. 일례로, 상기 실링재(159)를 볼 형태로 제작할 경우 10㎛ 내지 1mm 직경을 갖는 것이 가능하며, 커넥터(150) 의 체결 압력을 고려할 때 상기 볼 형태의 실링재(159)가 충분히 터질 수 있도록 100mN 이하의 힘에서 50% 이상의 변형률을 갖는 볼 또는 20 내지 100mN의 힘에서 25 내지 95%의 변형률 갖는 볼을 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 커넥터의 사용 예시도이고, 도 7은 관통홀 내 실링재(159)의 충진을 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실링재(159)는 내부에 실링이 일어날 수 있는 재질을 담지한 볼(159a) 형태로 제작되어, 커넥터(150)를 체결하기 위해 인가하는 압력에 의해 상기 볼(159a)이 파괴되어 베이스 기판 및 커버 기판(151, 153)의 소정 영역으로 도포되어 도막(159b)을 형성하고, 자체의 유동성으로 인해 돌출부(155)와 관통홀(H)의 틈 사이로 충진된다. 이어서, 경화를 통해 커넥터(150)뿐만 아니라 관통홀(H) 내부에까지 충분한 실링을 이뤄 외부로부터 침입하는 수분 및 산소를 효과적으로 차단할 수 있다.
이러한 실링재(159)의 입자 크기는 태양전지 모듈의 크기에 따라 충분히 변경 가능하며, 마이크론에서 밀리미터의 크기로 다양하게 제작이 가능하고, 바람직하기로 적은 함량으로 높은 접착력을 확보하기 위해선 마이크론의 크기를 갖는 것이 좋다.
본 발명에서 제시하는 실링재(159)로는 경화 가능한 재질로서, 이때 경화 기전은 열 경화, 상온 경화, 광 경화 등 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
사용 가능한 실링재(159)로는 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지, 이미드계 수지, 스티렌계 수지, 올레핀계 수지 및 실리콘계 수지 등이 가능하고, 필요한 경우 탄성 재질의 고무 또는 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 등의 엘라스토머를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에서 제시하는 태양전지는 태양이 내리쬐는 장소이고, 또 옥외에서 자연적인 상태에 노출되어 있기 때문에 상기 실링재(159)에 필요한 경우 여러 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 상기 첨가제로는 가교제, 가교 촉진제, 커플링제, 자외선 흡수제, 보강제, 산화 방지제, 노화 방지제, 점도 조절제, 전도성 입자 등이 가능하다.
상기 실링재(159)의 설치는 실링재(159)를 포함하는 액상의 코팅 조성물 또는 겔 형태의 조성을 제조한 다음, 유연법, 마이어 바 코팅법, 그라비아 코팅법, 다이 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법 등의 습식 코팅법을 통해 상기 베이스 기판 및 커버 기판(151, 153)의 소정 영역에 도포함으로써 수행한다.
이때 실링재(159)의 함량 또는 농도는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 상기 실링재(159)가 베이스 기판 및 커버 기판(151, 153) 상에 안정적으로 부착될 수 있도록 작업성 및 안정성을 갖는 수준으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(151, 153)의 면적에 따라 달라질 수 있다.
전술한 바의 실링재(159)의 구조를 갖는 본 발명에 따른 커넥터(150)의 설치 방법은 하기와 같다.
먼저, 태양전지 모듈을 준비한 다음, 천공 장치를 이용하여 상기 모듈의 기판에 관통홀(H)을 형성한다.
천공기는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 일례로, 유연 기판의 경우 펀치(punch)가 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 실링재(159)를 구비한 커넥터(150)의 베이스 기판 및 커버 기판(151, 153) 사이에 태양전지 모듈을 배치한다.
이때 상기 베이스 기판 및 커버 기판(151, 153)과 태양전지 모듈 사이에 실링 효과를 더욱 높이기 위해 패킹제인 O-링을 설치한다.
O-링은 원환체 형태의 부품으로, 각 부품 사이에 장착되어 가스나 수분이 새지 않도록 막아주는 밀폐 기능을 한다. 이러한 O-링을 상기 기판(151, 153) 들과 모듈 사이에 배치함으로써, 실링재(159)에 의한 실링 효과를 더욱 높일 수 있다. 또한, 상기 O-링의 설치를 통해 커넥터(150)의 체결시 인가되는 압력에 의해 내부에 존재하는 실링재(159)의 외부 유출(또는 누출)을 효과적으로 차단할 수 있다.
O-링의 두께 및 크기는 사용하는 커넥터(150)의 스펙에 따라 달라지며, 상기 커넥터(150)의 돌출부(155) 및 수용부(157)에 각각 밀착 설치될 수 있도록 탄성 재질인 니트릴 고무, 실리콘 고무, 불소 고무, 에틸렌프로필렌 고무 등의 재질의 것을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 커넥터(150)에 압력을 인가하여 돌출부(155)와 수용부(157)의 체결을 이룬다. 이때 인가되는 압력에 의해 실링재(159)의 일부가 관통홀(H)로 이송되어 충진된다.
다음으로, 상기 체결 이후 커넥터(150) 내부에 존재하는 실링재(159)의 경화를 수행한다.
경화는 실링재(159)의 재질에 따라 다양한 방법이 사용될 수 있다. 일례로, 상온에서 소정 시간 방치하거나 소정 온도로 열을 인가하거나 자외선 등의 빛을 조사하거나 등의 방법이 사용될 수 있다.
상기 경화를 통해 외부로부터 침입하는 수분 및 산소를 효과적으로 차단할 수 있다. 특히, 관통홀(H) 내 존재하는 실링재(159)에서도 상기 경화가 동일하게 일어나, 종래 관통홀(H)을 통한 가스와 수분의 유입 또한 효과적으로 차단할 수 있다.
이상 유기태양전지의 구성을 예시하여 태양전지의 커넥터의 이용을 설명하였으나, 상기한 커넥터는 유기태양전지의 구성 이외에 공지의 태양전지에도 다양하게 적용될 수 있다.
일례로, 본 발명의 태양전지는 유기태양전지 (Organic solar cell)이외에, 염료감응형 태양전지 (Dye sensitized solar cell), 박막실리콘 태양전지 (Silicon solar cell), CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지, 하이브리드 태양전지 (Hybrid solar cell) 등이 있다.
구체적으로, CIGS(Cu(In,Ga)Se2), 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 등의 박막형 태양전지의 경우, 후면전극, 광흡수층, 버퍼층 투명전극 등을 단계 1의 유연 기판 상에 형성시킴으로써 제조되며, 상기 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지로 구분할 수 있다. 이때, 상기 박막형 태양전지의 제조는 열증착, 스퍼터링 증착, 전기화학증착, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 롤투롤 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅 등의 장치를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 염료감응형 태양전지의 경우 투명전극, TiO2 광전극, 상대전극 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 전해질로 일반적으로 사용되는 액체전해질의 경우, 누액 등의 문제가 있어 고체 전해질을 사용하는 것이 바람직하며, 고분자 전해질을 사용하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 염료감응형 태양전지는 전기화학증착, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅 등의 장치를 통해 제조될 수 있으며, 염료감응 태양전지를 제조하는 공지된 기술을 이용하여 제조될 수 있다.
상기한 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지 외에도 양자점(Quantum dot) 태양전지, 하이브리드 태양전지(Hybrid solar cell) 등을 상기 유연 기판 상에 형성시킬 수 있다. 이때, 이러한 태양전지들의 제조공정은 유연 기판 상에 태양전지를 형성시킬 수 있는 공지된 방법들을 이용하여 수행될 수 있다.
100: 태양전지 모듈 10: 투명층
20: 전지층 30: 제1전극층
40: 제2전극층 50, 60: 광활성층
150: 커넥터
151: 베이스 기판 153: 커버 기판
155: 돌출부 157: 수용부
159: 실링재

Claims (15)

  1. 태양전지의 전극 간 연결을 위해 상기 태양전지의 단위 모듈 내 관통홀을 통해 체결되는 태양전지용 커넥터에 있어서,
    상기 태양전지용 커넥터는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판에 마주하여 이격 배치되는 커버 기판을 포함하고, 상기 베이스 기판 및 커버 기판 중 어느 하나에 체결을 위한 돌출부를 구비하고, 다른 하나는 상기 돌출부와 체결 가능한 수용부를 각각 구비하고,
    상기 태양전지의 단위 모듈과 접하는 일측 면에 실링재가 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판 및 커버 기판은 유리 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실링재는 필름, 겔, 볼 또는 캡슐 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실링재는 열 경화, 상온 경화 또는 광 경화가 가능한 재질인 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실링재는 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지, 이미드계 수지, 스티렌계 수지, 올레핀계 수지 및 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질인 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지는 유기태양전지, 염료감응형 태양전지, 박막실리콘 태양전지, CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지 및 하이브리드 태양전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터.
  7. 복수 개의 태양전지 단위 모듈; 및 상기 단위 모듈 내 관통홀을 통해 체결하여 서로 연결시키는 커넥터를 이용하여 전기적인 접속이 이루어진 태양전지 모듈에 있어서,
    상기 태양전지용 커넥터는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판에 마주하여 이격 배치되는 커버 기판을 포함하고, 상기 베이스 기판 및 커버 기판 중 어느 하나에 체결을 위한 돌출부를 구비하고, 다른 하나는 상기 돌출부와 체결 가능한 수용부를 각각 구비하고,
    상기 태양전지의 단위 모듈과 접하는 일측 면 및 관통홀 내에 실링재가 배치되어 실링된 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 기판 및 커버 기판은 유리 기판, 금속 기판 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 실링재는 필름, 겔, 볼 또는 캡슐 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 실링재는 열 경화, 상온 경화 또는 광 경화가 가능한 재질인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 실링재는 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지, 이미드계 수지, 스티렌계 수지, 올레핀계 수지 및 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 기판 및 커버 기판과 태양전지 단위 모듈 사이에 추가로 O-링이 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 태양전지는 유기태양전지, 염료감응형 태양전지, 박막실리콘 태양전지, CIGS(Cu(In,Ga)Se2) 박막형 태양전지, 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 박막태양전지, 양자점(Quantum dot) 태양전지 및 하이브리드 태양전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  14. 태양전지 모듈의 일측을 천공하여 관통홀을 형성하는 단계;
    상기 관통홀을 통해 연결될 수 있도록 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 커넥터의 베이스 기판 및 상부 기판을 배치하고,
    소정 압력을 인가하여 상기 베이스 기판과 상부 기판을 체결하고,
    경화를 수행하여 상기 베이스 기판 및 상부 기판과 관통홀 내 존재하는 실링재의 경화를 수행하는 것을 포함하는 태양전지 모듈의 실링 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 베이스 기판과 상부 기판의 체결 전 이들 기판 중 적어도 하나의 기판과 태양전지 모듈 사이에 O-링을 배치하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 실링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200022961A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 한국기계연구원 유기 태양전지 및 이를 포함하는 유기 태양전지 모듈

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KR20200022961A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 한국기계연구원 유기 태양전지 및 이를 포함하는 유기 태양전지 모듈

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