KR20190116494A - 적층된 태양 전지 모듈 및 상기 모듈의 제조 방법 - Google Patents

적층된 태양 전지 모듈 및 상기 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈의 적층 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부를 제공하는 단계; 상기 제1 기판부 상에 복수의 제1 전극을, 및 상기 제2 기판부 상에 복수의 제2 전극을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 제1 및 제2 전극은 공간이 분리된 스트라이프로서 제공되어 복수의 갭이 형성되는 단계; 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극 상에 연속 또는 불연속 활성 레이어를 증착하는 단계로서, 상기 연속 또는 불연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어; 롤-투-롤 공정에서 열 및 압력에 의해 상기 제1 및 상기 제2 기판부를 함께 적층되어, 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극 중 다른 하나와 물리적으로 접촉하게 되고, 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 단계. 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 적어도 한 방향으로 완전히 커버된다. 본 발명은 또한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

적층된 태양 전지 모듈 및 상기 모듈의 제조 방법
본 발명은 적층된 태양 전지 모듈 및 적층된 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
지구 온난화를 경감시키기 위해, 에너지 생성은 화석 연료에 의해 지배되는 것으로부터 기후 영향이 적은 공급원으로 바뀌어야 한다. 빛 에너지를 전기 에너지로 직접 전환하는 태양 전지는 미래의 에너지 시스템에서 주된 전기 공급원이 될 것으로 기대된다. 태양 전지는 주로 실리콘 옥사이드로부터 제조되며, 이는 용융, 정제되어 실리콘 결정으로 성장한다. 이것은 매우 에너지 소모적인 공정이기 때문에, 적은 에너지를 요구하는 제조 공정을 가지는 다수의 박막 기술이 개발되었다. 일반적으로, 박막 태양 전지는 두 개의 전극 사이에 샌드위치된(sandwiched) 광활성 반도체를 포함한다. 유기 태양 전지는 둘 이상의 유기 반도체의 미세 혼합물로 구성된 광활성 레이어를 가지는 박막 태양 전지의 한 예시이다. 이러한 종류의 태양 전지가 가지는 큰 이점은, 롤 투 롤(roll to roll) 공정으로 프린팅될 수 있어, 대면적의 태양 전지 또는 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다는 점이다. 게다가, 재료 사용 및 공정 에너지가 매우 낮아, 기후 영향을 실제로 낮출 수 있다. 이러한 재료는 또한 산란광을 전기로 전환시키는데 효과적이다. 이를 통해, 벽과 같은 수직 표면에도 유기 태양 전지를 배치할 수 있다.
프린팅 중 활성 레이어 내 핀홀(pinhole)의 형성은 두 개의 전극 사이에 직접적인 접촉을 야기하여 태양 전지를 단락시키고 성능을 저하시킬 수 있는 공지된 문제이다. 반도체 유기 분자에 기초한 현재의 프린팅 태양 전지 및 태양 전지 모듈이 가지는 문제는 핀홀을 생성하여 활성 레이어를 통해 연장될 위험이 상대적으로 크다는 점이다. 이러한 핀홀은 단락을 야기하여 프린팅 태양 전지 또는 태양 전지 모듈의 일부가 제대로 작동하지 않기 때문에, 대체로 태양 전지의 효율을 감소시킨다. 이러한 문제를 극복하기 위해 최신 기술을 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 최신 기술을 개선하고 상기 언급된 문제의 적어도 일부를 완화시키는 것이다. 상기 및 다른 목적은 적층된 태양 전지 모듈 및 이러한 태양 전지 모듈의 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈을 적층하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부(flexible substrate portion)를 제공하는 단계;
- 복수의 제1 전극을 상기 제1 기판부 상에, 및 복수의 제2 전극을 상기 제2 기판부 상에 제공하는 단계로서, 상기 복수의 제1 및 제2 전극은 공간이 분리된(spatially separated) 스트라이프(stripe)로서 제공되어 복수의 갭(gap)이 형성되는 단계;
- 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극 상에 연속 또는 불연속 활성 레이어를 증착하는 단계로서, 상기 연속 또는 불연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어인 단계;
- 롤-투-롤 공정에서 열 및 압력에 의해 상기 제1 및 상기 제2 기판부를 함께 적층하는 단계로서, 이로 인해 활성 레이어가 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극 중 다른 하나와 물리적으로 접촉하게 되고, 활성 레이어가 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 단계;
여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋(off-set)으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 적어도 한 방향으로 완전히 커버된다.
복수의 갭은 일반적으로 상기 복수의 제1 기판부 상의 복수의 제1 전극 내 전극들 사이, 및 상기 복수의 제2 기판부 상의 복수의 제2 전극 내 전극들 사이에 존재한다. 따라서, 상기 복수의 제1 전극이 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열되어 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각이 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 적어도 한 방향으로 완전히 커버된다고 언급되는 경우, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 적어도 제1 및 제2 기판부에 대해 직교(orthogonal)인 방향으로 완전히 커버되는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈을 적층하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부를 제공하는 단계;
- 상기 제1 기판부 상에 복수의 제1 전극을, 및 상기 제2 기판부 상에 복수의 제2 전극을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 제1 및 제2 전극은 공간이 분리된 스트라이프로서 제공되어 복수의 갭이 형성되는 단계;
- 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어를 상기 복수의 제1 전극 상에, 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어를 상기 복수의 제2 전극 상에 증착하는 단계로서, 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어 중 적어도 하나는 유기 활성 레이어인 단계;
- 롤-투-롤 공정에서 열 및 압력에 의해 상기 제1 및 상기 제2 기판부를 함께 적층하는 단계로서, 이로 인해 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어는 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어와 물리적으로 접촉하게 되고, 상기 제1 및 상기 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 단계;
여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 적어도 한 방향으로 완전히 커버된다.
본 발명의 제1 양태에 대응하여, 복수의 갭은 일반적으로 상기 복수의 제1 기판부 상의 복수의 제1 전극 내 전극들 사이, 및 상기 복수의 제2 기판부 상의 복수의 제2 전극 내 전극들 사이에 존재한다. 따라서, 상기 복수의 제1 전극이 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열되어 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각이 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 적어도 한 방향으로 완전히 커버된다고 언급되는 경우, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 적어도 제1 및 제2 기판부에 대해 직교인 방향으로 완전히 커버되는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈을 적층하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
- 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부를 제공하는 단계;
- 상기 제1 기판부 상에 복수의 제1 전극을, 및 상기 제2 기판부 상에 복수의 제2 전극을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 제1 및 제2 전극은 공간이 분리된 스트라이프로서 제공되어 복수의 갭이 형성되는 단계;
- 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어를 상기 복수의 제1 전극 상에, 및 선택적으로 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어를 상기 복수의 제2 전극 상에 증착하는 단계로서, 상기 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어인 단계;
- 열 및 압력에 의해 상기 제1 및 상기 제2 기판부를 함께 적층하는 단계로서, 이로 인해 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 단계;
여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 완전히 커버된다.
본 발명의 제1 및 제2 양태에 대응하여, 복수의 갭은 일반적으로 상기 복수의 제1 기판부 상의 복수의 제1 전극 내 전극들 사이, 및 상기 복수의 제2 기판부 상의 복수의 제2 전극 내 전극들 사이에 존재한다.
본 발명의 이러한 제1, 제2 및 제3 양태의 효과 및 특징은 대체로 유사하다. 하기 언급되는 대부분의 구현예는 본 발명의 3 가지 양태 모두와 양립할 수 있다.
증착 이후 복수의 제1 또는 제2 전극과 물리적으로 접촉하게 되는 활성 레이어를 제공하면 활성 레이어 내 핀홀로 인한 단락 발생의 위험이 감소한다. 일반적으로, 복수의 제2 전극은 활성 레이어의 상부에 습식 증착되어, 활성 레이어의 핀홀을 전극 재료로 충전할 수 있다. 이것은 복수의 제1 전극 중 하나와 복수의 제2 전극 중 하나 사이에 직접적으로 접촉하는 위험성을 증가시켜 단락을 야기할 수 있다. 활성 레이어 상부 상의 전극을 습식 증착하는 대신 건조 후 활성 레이어 및 복수의 전극을 함께 도입하면, 전극 재료가 핀홀을 충전하는 것을 방해하여 단락의 위험이 감소된다. 게다가, 제1 및 제2 활성 레이어가 증착 후 서로 물리적으로 접촉하게 되면 증착 중에 형성된 핀홀이 각각 제1 또는 제2 활성 레이어를 통해 연장될 수 있으며, 따라서 두 개의 활성 레이어의 완전한, 결합된 두께로 연장하지 않을 것이다. 이것이 또한 태양 전지 모듈의 단락 위험성을 감소시킨다. 이에 따라, 보다 효과적인 태양 전지 모듈이 달성될 것이다. 또한, 션트(shunt)를 제거하기 위한 가공-후 단계는 선행 기술의 해결법과 비교하여 생략되거나 적어도 감소될 수 있다.
게다가, 단락의 위험을 감소시킴으로써, 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 저조도 조건에 특히 적합하며, 이는 션트 커런트의 방지가 이러한 응용에 더욱 중요하기 때문이다. 예를 들어, 태양 전지 모듈은 실내(indoor) 에너지 수확 응용에 사용될 수 있다. 이에 따라, 적어도 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 제1 내지 제3 양태 중 임의의 하나의 양태에 따라 적층된 태양 전지 모듈은, 실내 에너지 수확을 위한 실내와 같은 저조도 조건에서 사용될 수 있다.
복수의 제1 전극을 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열하면 두 인접한 전극 사이의 거리가 더 짧아지기 때문에, 복수의 제1 전극이 복수의 제2 전극과 정렬되는 태양 전지 모듈과 비교하여 기판 영역이 태양 전지 모듈 내 태양 전지의 활성 영역에 의해 더 큰 범위로 커버되는 태양 전지 모듈이 가능해진다. 활성 영역은 태양 전지 모듈에서 직렬로 연결된 태양 전지 각각의 결합된 활성 영역이다. 이러한 배열은 또한 상기 태양 전지 모듈의 제조를 용이하게 할 수 있다.
태양 전지 모듈의 방향 및 확장은 하기에서 좌표 시스템을 사용하여 논의될 것이다. y-방향은 제1 및 제2 기판부에 대해 직교 또는 수직이다. z-방향은 전극의 가장 긴 연장부와 평행하다. x-방향은 전극의 연장부에 대해 직교 또는 수직이며, 기판부의 가장 긴 연장부와 평행할 수 있지만, 또한 기판부의 가장 긴 연장부에 대해 횡방향일 수 있다. 기판부의 가장 긴 방향은 롤-투-롤 증착의 코팅 방향과 평행할 수 있다. 기판부의 가장 긴 방향은 롤-투-롤 증착 중에 상기 기판의 이동 방향과 평행할 수 있다.
"A가 적어도 하나의 방향으로 B를 커버한다"라는 표현은 한 방향에 평행하고 이에 향하는 임의의 가상의 선이 B를 통과하기 전에 A를 통과함을 의미하는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 기판에 수직인 선, 즉, x-방향을 향하는 선은, 복수의 제2 전극 중 두 개의 전극 사이의 갭을 통과하기 전 복수의 제1 전극 중 하나를 먼저 통과할 것이다. 완전히 커버된다는 것은, 하나의 기판에 갭이 존재하는 경우 모든 x-값, 예컨대, 반대쪽 기판에 전극이 존재하는 x의 모든 값에 대해 유효함을 의미한다. 달리 말하면, 태양 전지 모듈의 x-y-평면을 도시하는 단면에서, 전극의 x-방향의 2 개의 종점 사이 거리가 갭의 x-방향의 2 개의 종점 사이의 거리보다 더 넓다. 본 명세서에 언급되는 것은 태양 전지 중 하나에 사용되는 전극 영역에 대해 사실이며, 전극의 가장자리 (z-방향)에서 이것은 충족되지 않을 수 있다.
게다가, 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극이 인터리빙(interleaving) 방식으로 배열되어, 복수의 제1 전극 모두, 또는 하나를 제외한 모두, 또는 두 개를 제외한 모두는 복수의 제2 전극 사이의 복수의 갭 중 하나에 대해 완전히 커버하며, 복수의 제2 전극 모두, 또는 하나를 제외한 모두, 또는 두 개를 제외한 모두는 상기 복수의 제1 전극 사이의 상기 복수의 갭 중 하나에 대해 완전히 커버함을 이해해야 한다.
복수의 제1 전극은 공간이 분리된 스트라이프로서 상기 제1 기판부 상에 제공되어, 복수의 갭의 제1 세트가 상기 복수의 제1 기판부 상의 복수의 제1 전극 내 전극들 사이에 형성되는 것을 이해해야 한다. 이에 대응하여, 복수의 제2 전극은 공간이 분리된 스트라이프로서 상기 제2 기판부 상에 제공되어, 복수의 갭의 제2 세트가 상기 복수의 제2 기판부 상의 복수의 제2 전극 내 전극들 사이에 형성된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, x-방향 갭의 중심이 x-방향의 커버링 전극의 중심 부분과 정렬되거나, 또는 x- 방향의 전극 중심이 반대쪽 기판부 전극들 사이 x-방향 갭의 중심과 정렬된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극은 전극 사이의 전기적 연결이 연속 또는 불연속 활성 레이어를 통해 또는 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어를 통해 달성되도록 배열된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극은 3-50개의 전극, 또는 5-40개의 전극, 또는 5-30개의 전극, 또는 10-30개의 전극을 포함한다. 적어도 복수의 제2 전극에 따르면 2-50개의 전극, 또는 5-40개의 전극, 또는 10-30개의 전극을 포함한다. 복수의 제1 및 제2 전극은 동일한 또는 상이한 개수의 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극 각각의 x-방향 폭은 1-20 mm, 또는 적어도 2-15 mm, 또는 2-10 mm일 수 있다. 모든 전극에 대한 폭이 동일할 수 있거나, 모든 전극에 대한 폭이 동일하지 않을 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극 각각의 z-방향 길이는 적어도 10 mm, 또는 적어도 20 mm, 또는 적어도 50 mm, 또는 적어도 100 mm, 또는 적어도 300 mm, 또는 적어도 500 mm, 또는 적어도 1000 mm일 수 있다. 전극 길이는 제1 또는 제2 기판부의 길이에 의해 정해진다. 제1 및 제2 기판부는 예를 들어 0,5 m, 또는 1 m, 또는 5 m, 또는 10 m 길이일 수 있지만, 본 발명의 일부 구현예에 따르면 제1 및/또는 제2 기판부는 또한 최대 수백 미터 길이일 수 있다. 기판부는 예를 들어 롤 상에 제공될 수 있으며, 이러한 롤은 하나 또는 여러 개의 기판부를 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 복수의 제1 및 제2 전극 각각의 z-방향 길이는 동일한 방향으로 기판부의 길이의 적어도 70 %, 또는 적어도 80 %, 또는 적어도 90%일 수 있다. 전극 길이는 기판부의 길이와 동일할 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 전극 길이 적어도 복수의 제1 및 제2 전극 각각의 폭보다 적어도 2배, 또는 3배, 또는 5배 더 길 수 있다. 예를 들어, 전극 중 하나의 x- 방향 폭이 20 mm인 경우, 상기 전극의 z-방향 길이는 적어도 40 mm, 또는 적어도 60 mm, 또는 적어도 100 mm일 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 또는 제2 전극 각각의 x-방향 폭이 mm인 경우, 복수의 제1 또는 제2 전극 각각의 z-방향 길이는 적어도 300 mm일 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극은 전극 재료를 포함하며, 이러한 전극 재료는 전도성 유기 화합물, 금속, 금속 산화물 또는 이의 조합일 수 있다. 전도성 유기 화합물은 예를 들어 전도성 유기 소분자 또는 전도성 중합체일 수 있다. 전도성 중합체는 예를 들어 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 폴리스타이렌 설포네이트 (PEDOT:PSS) 또는 이의 변형체, 예컨대, PEDOT:PSS PH1000일 수 있다. 금속은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 리스트로부터 선택될 수 있다: 알루미늄 (Al), 크로뮴 (Cr), 티타늄 (Ti), 구리 (Cu), 금 (Au) 및 은 (Ag). 금속 산화물은 예를 들어 인듐 틴 옥사이드 (ITO) 및 알루미늄 아연 옥사이드 (AZO)일 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 전극은 하나 이상의 레이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 제1 레이어의 ITO, 제2 레이어의 금속 및 제3 레이어의 ITO를 포함하는 ITO/금속/ITO (IMI) 전극일 수 있다. 전극은 예를 들어 ITO/Ag/ITO를 포함할 수 있다.
복수의 제1 및 제2 전극은 기판부에 걸쳐 임의의 방향으로 연장될 수 있으며, 이는 임의의 선형 또는 비선형 예컨대, 곡선형 연장부를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 전극들은 또한 평행하거나 또는 평행하지 않을 수 있다. 게다가, 이러한 전극들은 실질적으로 동일한 폭의 전체 길이를 가질 수 있거나, 또는 다양한 폭의 전체 길이를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 복수의 제1 및 제2 전극 모두는 동일한 폭을 가질 수 있거나 또는 상이한 전극은 상이한 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극은 다양한 증착 기법에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어 상기 전극은 열 증착, 스퍼터링, 분무-코팅, 프린팅 또는 코팅 예컨대, 슬롯-다이(slot-die) 코팅에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극은 동일한 증착 기법에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 적어도 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극은 상이한 기법에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극은 부가식(additive) 또는 제거식(subtractive) 방법에 의해, 예컨대, 증발, 분무-코팅, 또는 프린팅으로 제공될 수 있다. 부가식 방법을 사용하는 경우, 전극은 제1 및 제2 기판부 각각에 스프라이프로서 직접적으로 제공된다. 제거식 방법은, 전극 재료가 제1 및/또는 제2 기판부의 실질적인 전체 표면적에 걸쳐 제공되는 제1 단계, 및 전극 재료를 제거하여 복수의 제1 및 제2 전극이 예컨대, 레이저 절제에 의해 각각 형성되는 단계를 포함하는 제2 단계를 포함한다. 이러한 제거식 방법을 사용함으로써, 복수의 제1 및/또는 제2 전극 각각 사이에 형성된 갭 영역이 감소할 수 있고, 즉, 복수의 제1 및/또는 제2 전극 각각 사이의 거리가 감소할 수 있다. 갭 영역이 감소하면 태양 전지 광활성 영역이 더 커질 수 있어, 태양 전지 모듈의 용량이 증가할 것이다. 택일적으로, 제거식 방법의 제2 단계, 예컨대, 레이저 절제는, 적층 단계 이후 수행될 수 있다. 그러므로, 제2 단계, 예컨대, 레이저 절제는 PET 기판을 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 갭의 x-방향 폭은 0.01-10 mm의 범위, 또는 바람직하게 0.02-5 mm의 범위, 또는 더욱 더 바람직하게 0.05-3 mm의 범위일 수 있다. 갭의 x-방향 폭은 복수의 제1 및 제2 전극이 제공되는 방법에 따라 달라질 수 있다. 전극이 첨가식 방법으로 제공되는 경우, 갭의 x-방향 폭은 0.5-3 mm의 범위, 예컨대, 1 mm 일 수 있다. 전극이 제거식 방법으로, 예컨대, 레이저 절제를 사용하여 제공되는 경우, 전극은 0.01-0.2 mm의 범위, 예컨대, 0.05 mm 일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 방법은 제1 및 제2 접촉 전극을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 제1 및 제2 접촉 전극은 제1 및/또는 제2 기판부 상에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 접촉 전극은 동일한 기판부 상에 제공될 수 있거나, 또는 상이한 기판부 상에 제공될 수 있다. 접촉 전극은 하나 또는 여러 레이어를 포함할 수 있으며, 이러한 레이어는 동일한 또는 상이한 z-방향 연장부를 가질 수 있고, 또한 동일한 또는 상이한 폭 x-방향 폭을 가질 수 있다. 또한, 레이어는 동일한 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 접촉 전극은 예컨대, 증발, 분무-코팅, 또는 프린팅, 및 이에 연결된 버스바(busbar)에 의해 제공되는 제1 레이어의 전극 재료를 포함할 수 있다. 버스바는 예를 들어 그래파이트(graphite) 또는 은으로 제조될 수 있고, 스크린 프린팅될 수 있다. 선택적으로 버스바를 대신하여, 또는 버스바 이외에도, 연결 전극은 프린팅 또는 적층된 레이어를 추가로 포함할 수 있다. 접촉 전극은 두 부분으로 분할될 수 있으며, 제1 부분은 태양 전지 모듈 내 포함되는 하나의 태양 전지의 전극 중 하나로서 사용될 수 있고, 다른 부분은 태양 전지 모듈이 사용될 때 전기를 수집하는 유닛에 태양 전지 모듈을 연결하기 위해 사용된다. 태양 전지 모듈을 연결하도록 사용되는 접촉 전극 부분은 일반적으로 활성 레이어에 의해 커버되지 않는다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 접촉 전극은 전극 재료를 포함하며, 이러한 전극 재료는 전도성 유기 화합물, 전도성 탄소 화합물, 금속, 금속 산화물 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 전도성 유기 화합물은 예를 들어 전도성 유기 소분자 또는 전도성 중합체일 수 있다. 전도성 중합체는 예를 들어 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜) 폴리스타이렌 설포네이트 (PEDOT:PSS) 또는 이의 변형체, 예컨대, PEDOT:PSS PH1000일 수 있다. 전도성 탄소 화합물은 탄소 페이스트로서, 또는 그래파이트 또는 그래핀으로서 제공될 수 있다. 금속은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 리스트로부터 선택될 수 있다: 알루미늄 (Al), 크로뮴 (Cr), 티타늄 (Ti), 구리 (Cu), 금 (Au) 및 은 (Ag). 금속 산화물은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 리스트로부터 선택될 수 있다: 인듐 틴 옥사이드 (ITO) 및 알루미늄 아연 옥사이드 (AZO). 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 금속은 잉크로서 제공되며, 이러한 금속은 나노입자, 예컨대, 나노 구체 또는 나노 막대로서 제공된다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 전극은 하나 이상의 레이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 제1 레이어의 ITO, 제2 레이어의 금속 및 제3 레이어의 ITO를 포함하는 ITO/금속/ITO (IMI) 전극일 수 있다. 전극은 예를 들어 ITO/Ag/ITO를 포함할 수 있다. 전극 재료는 복수의 제1 또는 제2 전극과 동일한 전극 재료일 수 있거나, 또는 상이한 전극 재료일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어 또는 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 250 내지 1050 범위 내의 파장, 예컨대, 350-950 nm 범위의 파장을 흡수하는 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어 이러한 화합물은 가시광선 내의 빛, 즉, 400 nm 내지 700 nm 범위 내의 파장을 흡수할 수 있다. 게다가, 상기 화합물은 이러한 광 흡수로 인한 변화를 제공하거나, 또는 택일적으로 광 흡수로 인한 광전압을 제공할 수 있어야 한다. 이에 따라, 연속 또는 불연속 활성 레이어는 광전지 레이어로서 지칭될 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어는 흡수된 광자 당 적어도 0.001 전자-정공 쌍, 또는 흡수된 광자 당 적어도 0.1 전자-정공 쌍, 더욱 바람직하게 흡수된 광자 당 적어도 0.7 전자-정공 쌍의 효율을 가진다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 활성 레이어는 전극 사이의 복수의 갭 및 복수의 제1 또는 제2 전극 모두를 x-방향 및 z-방향으로 커버하는 활성 레이어일 수 있어, 태양 전지 모듈의 광활성 영역, 즉, 빛이 흡수되는 영역이 증가된다. 게다가, 제1 연속 활성 레이어는 복수의 제1 전극 및 이러한 전극 사이 복수의 갭 모두를 커버할 수 있다. 동일한 방식으로, 제2 연속 활성 레이어는 복수의 제2 전극 및 이러한 전극 사이 복수의 갭 모두를 커버할 수 있다. 달리 말하면, 연속 활성 레이어 또는 제1 및 제2 연속 활성 레이어는 복수의 제1 및 제2 전극과 복수의 제1 및 제2 전극 각각 사이의 갭에 걸쳐 전체적으로 제공될 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 활성 레이어 또는 제1 및/또는 제2 연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어일 수 있으며, 공여 물질 및/또는 수용 물질을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 불연속 활성 레이어는 복수의 레이어 세그먼트를 포함할 수 있으며, 각각의 레이어 세그먼트는 오직 전극, 또는 오직 전극의 일부를, 적어도 x-방향으로 커버하는 활성 레이어다. z-방향으로, 각 레이어 세그먼트는 바람직하게 전체 전극, 또는 전극의 상기 부분을 커버한다. 달리 말하면, 레이어 세그먼트는 레이어 세그먼트 갭에 의해 x-방향으로 분리된다. 이에 따라, 제1 활성 레이어는, 상기 복수의 제1 전극 내 전극, 또는 적어도 복수의 제1 전극의 각 전극의 부분을 커버하는 제1 불연속 활성 레이어일 수 있으며, 제1 불연속 활성 레이어는 제1 레이어 세그먼트 갭에 의해 분리되는 제1 레이어 세그먼트를 포함한다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극 내 전극 사이의 복수의 갭은 제1 불연속 활성 레이어에 의해 커버되지 않는다. 동일한 방식으로, 제2 활성 레이어는, 상기 복수의 제2 전극 내 전극, 또는 적어도 복수의 제2 전극의 각 전극의 부분을 커버하는 제2 불연속 활성 레이어일 수 있으며, 제2 불연속 활성 레이어는 제2 레이어 세그먼트 갭에 의해 분리되는 제2 레이어 세그먼트를 포함한다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제2 전극 내 전극 사이의 복수의 갭은 제2 불연속 활성 레이어에 의해 커버되지 않는다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 레이어 세그먼트 갭은 0.01 mm 내지 1 mm, 예컨대, 0.05 mm 내지 0.4 mm, 예컨대, 0.1 mm 내지 0.3 mm이다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 불연속 활성 레이어 및 제2 불연속 활성 레이어는 적층 단계 동안 물리적으로 접촉하게 된다. 이러한 구현예에 있어서, 제1 불연속 활성 레이어 및 제2 불연속 활성 레이어는 함께 연속 활성 레이어를 형성한다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 불연속 활성 레이어 또는 제1 및/또는 제2 불연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어일 수 있으며, 공여 물질 및/또는 수용 물질을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어(들)에 있어서, 공여 물질은 반도체 중합체 또는 반도체 유기 소분자일 수 있다. 반도체 중합체는 예를 들어 임의의 반도체 중합체 및 이의 유도체일 수 있으며, 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다: 폴리싸이오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리카바졸, 폴리바이닐카바졸, 폴리페닐렌, 폴리페닐바이닐렌, 폴리실레인, 폴리싸이엔일렌바이닐렌, 폴리아이소싸이아나프타넨, 폴리사이클로펜타다이싸이오펜, 폴리실라사이클로펜타다이싸이오펜, 폴리사이클로펜타다이싸이아졸, 폴리싸이아졸로싸이아졸, 폴리싸이아졸, 폴리벤조싸이아다이아졸, 폴리(싸이오펜 옥사이드), 폴리(사이클로펜타다이싸이오펜 옥사이드), 폴리싸이아다이아졸로퀴녹살린, 폴리벤조아이소싸이아졸, 폴리벤조싸이아졸, 폴리싸이에노싸이오펜, 폴리(싸이에노싸이오펜 옥사이드), 폴리다이싸이에노싸이오펜, 폴리(다이싸이에노싸이오펜 옥사이드), 폴리테트라하이드로아이소인돌, 및 이의 공중합체. 반도체 중합체는 또한 아이소-인디고계 중합체일 수 있다. 더욱 상세하게, 반도체 중합체는, 예를 들어 다음 중 하나일 수 있다: P3HT, PTB7, TQ1, P3TI, PCDTBT, 또는 PffBT4T-2OD. 반도체 소분자는 예를 들어 적어도 하나의 벤조다이싸이오펜 그룹을 포함하는 분자, 예컨대, DRTB-T 또는 BDT3TR일 수 있다. 수용 물질은 예를 들어 반도체 중합체 또는 반도체 소분자일 수 있다. 반도체 중합체는 예를 들어 N2200 또는 PNDI-T10일 수 있다. 반도체 유기 소분자는 예를 들어 풀러렌, 풀러렌 유도체 또는 임의의 다른 반도체 소분자, 예컨대 (5Z,5'Z)-5,5'-{(9,9-다이옥틸-9H-플루오렌-2,7-다이일)비스[2,1,3-벤조싸이아다이아졸-7,4-다이일(Z)메틸릴리덴]}비스(3-에틸-2-싸이오옥소-1,3-싸이아졸리딘-4-온) (FBR), 또는 3,9-비스(2-메틸렌-(3-(1,1-다이사이아노메틸렌)-인단온))-5,5,11,11-테트라키스(4-헥실페닐)-다이싸이에노[2,3-d:2',3'-d']-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']다이싸이오펜) (ITIC)일 수 있다. 풀러렌 유도체는 페닐-C61-뷰티르산 메틸 에스터 (PC61BM), 페닐-C71-뷰티르산 메틸 에스터 (PC71BM), 인덴-C60-비스어덕트 (ICBA), O-IDTBR 또는 IC-C6IDT-IC일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어(들)은 0.1 중량% 내지 90 중량%의, 높은 밴드갭을 가지는 중합체, 예컨대, 30 중량% 내지 50 중량%의 상기 중합체를 포함할 수 있다. 높은 밴드갭을 가지는 중합체는 <250 nm 또는 <350 nm 또는 <450 nm의 흡수 개시에 상응하거나, 또는 택일적으로 >5 eV 또는 >4eV 또는 >3eV의 광흡수 개시로서 표현된다. 이에 의해, 연속 또는 불연속 활성 레이어(들)의 안정성, 및/또는 자가-접착 성질이 개선된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 공여 및 수용 물질의 혼합물이 벌크-이종접합(bulk-heterojunction)으로서 제공될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 유기 활성 레이어는 하나 또는 여러 유기 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성 레이어는 하나, 둘, 셋 이상의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 그러므로, 유기 활성 레이어는 하나의 공여 물질 및 하나의 수용 물질을 포함할 수 있거나, 또는 유기 활성 레이어는 두 개의 공여 물질 및 하나의 수용 물질을 포함할 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 활성 레이어는 오염물 또는 미량의 물질을 무시하고 하나의 수용 물질 또는 하나의 공여 물질로 구성될 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로 유기 활성 레이어는 오염물 및 잔부를 포함하여 오직 98 중량%의 하나 또는 여러 유기 화합물로 구성된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어(들)은 레이어 전반에 걸쳐 동일한 조성물을 및/또는 레이어 전반에 걸쳐 동일한 두께를 포함할 수 있다. 동일한 조성물 및/또는 동일한 두께를 가진다는 것은, 조성물 및/또는 두께가 프린팅 공정의 자연적인 변화로 인해 레이어 전반에 걸쳐 달라질 수 있음을 의미하는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 적어도 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어(들)의 조성물 및/또는 두께는 태양 전지 모듈의 x-z-평면에 걸쳐 달라질 수 있다. 그러므로, 양극부(anode part)를 커버하는 활성 레이어의 조성은 음극부(cathode part)를 커버하는 활성 레이어의 조성물과 상이할 수 있다. 예를 들어, 양극부는 혼합물, 예컨대, 공여 물질 및 수용 물질을 포함하는 벌크-이종접합에 의해 커버될 수 있는 반면, 음극부는 오직 수용 물질에 의해 또는 오직 공여 물질에 의해 커버될 수 있다. 택일적으로, 양극부는 제1 혼합물, 예컨대, 제1 공여 물질 및 제1 수용 물질의 벌크-이종접합에 의해 커버될 수 있는 반면, 음극부는 제2 혼합물, 예컨대, 제2 공여 물질 및 제2 수용 물질의 벌크-이종접합에 의해 커버될 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 음극부는 혼합물, 예컨대, 공여 물질 및 수용 물질을 포함하는 벌크-이종접합에 의해 커버될 수 있는 반면, 양극부는 오직 수용 물질에 의해 또는 오직 공여 물질에 의해 커버될 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 개질 레이어는 각 전극에 포함되는 전자 수송 레이어(electron transport layer) 또는 정공 수송(hole transport) 또는 정공 차단(hole blocking) 레이어 (이하 후술함)일 수 있으며, 각 전극의 음극부를 형성할 수 있다. 이러한 구현예에 있어서, 개질 레이어는 음극부를 커버하는 공여 물질 및 수용 물질의 혼합물과, 전극의 나머지 부분 사이에 배열될 수 있다. 게다가, 양극부를 커버하는 수용 물질 또는 공여 물질은 개질 레이어에 평행하거나 또는 인접한 x-z 평면에 배열될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 활성 레이어의 상이한 조성물은 스트라이프로서 증착되고, 증착 이후 연속 활성 레이어를 형성하여 복수의 제1 및/또는 제2 전극을 커버할 수 있다. 게다가, 활성 레이어의 상이한 조성물은 스트라이프로서 증착되고, 증착 이후 불연속 활성 레이어를 형성하여 복수의 제1 및/또는 제2 전극 내 전극을 커버할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 스트라이프는 증착 이후 함께 연속 또는 불연속 활성 레이어를 형성할 수 있다. 달리 말하면, 연속 또는 불연속 활성 레이어(들)은 활성 레이어(들)의 증착 단계 동안, 및 이전 활성 레이어(들)로서 지칭될 수 있다. 게다가, 연속 활성 레이어를 형성하는 경우, 연속성은 활성 레이어(들)의 증착 도중에, 또는 이후에 달성될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 활성 레이어의 상이한 조성물은 스트라이프로서 증착되고, 적층 단계 이후 연속 또는 불연속 활성 레이어를 함께 형성하여 복수의 제1 및/또는 제2 전극을 커버할 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 예컨대, 공여 물질 및 수용 물질의 혼합물을 가지는 제1 유형의 스트라이프는 상기 복수의 제1 전극 및/또는 상기 복수의 제2 전극의 음극부 상에 증착된다. 음극부가 전자 수송 레이어 또는 정공 차단 레이어일 수 있는 개질 레이어로 커버되는 구현예에 있어서, 제1 유형의 스트라이프는 개질 레이어 상에 증착된다. 또한, 예컨대, 수용 물질 또는 공여 물질을 가지는 제2 유형의 스트라이프는 상기 복수의 제1 전극 및/또는 상기 복수의 제2 전극의 양극부 상에 증착된다. 이에 따라, 제1 및 제2 유형의 활성 레이어의 스트라이프 증착은 상기 복수의 제1 전극 및/또는 상기 복수의 제2 전극 내 전극의 음극부 및 양극부에서 수행될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 유형의 활성 레이어의 스트라이프는 연속 또는 불연속 활성 레이어를 형성하여 복수의 제1 및/또는 제2 전극를 커버할 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 제1 또는 상기 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 하나의 반도체 유기 화합물 및 무기 화합물을 포함하는 하이브리드 활성 레이어일 수 있다. 무기 화합물은 예컨대, 페로브스카이트(perovskite) 물질일 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 무기 화합물은 예컨대, PbS, CdSe 또는 금속 산화물, 예컨대, 아연 옥사이드 또는 티타늄 옥사이드의 나노입자, 나노막대 또는 퀀텀 닷(quantum dot)일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어 모두는 유기 활성 레이어일 수 있다. 이러한 구현예에서, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 동일할 수 있거나, 또는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어는 공여 물질 및 수용 물질 모두를 포함할 수 있는 반면, 제2 활성 레이어 오직 수용 물질만을 포함할 수 있다. 게다가, 제1 활성 레이어는 제2 활성 레이어와 비교하여, 동일한 또는 상이한 공여 물질 및/또는 수용 물질을 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 공여 물질 및 수용 물질 사이의 비율은 동일할 수 있거나, 또는 제1 및 제2 활성 레이어에서 상이할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 연속 또는 불연속 활성 레이어, 또는 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 다양한 증착 기법에 의해 증착될 수 있으며, 예를 들어, 증발, 분무-코팅, 프린팅 또는 코팅을 통해 증착될 수 있다. 프린팅은 예를 들어 스크린 프린팅(screen printing), 그라비어 프린팅(gravure printing) 또는 플렉소 프린팅(flexographic printing)일 수 있다. 코팅은 예를 들어 슬롯-다이 코팅(slot-die coating) 또는 닥터-블레이드 코팅(doctor-blade coating)일 수 있다. 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 동일한 기법에 의해 증착될 수 있거나, 또는 상이한 기법을 사용하여 증착될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 활성 레이어(들)은 용매 또는 용매의 혼합물로부터 증착될 수 있다. 용매(들)은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 리스트로부터 선택될 수 있다: 자일렌, 오쏘-자일렌, 톨루엔, 테트랄린, 클로로폼, 클로로벤젠, 다이클로로벤젠, 오쏘-다이클로로벤젠, 파라-아니스알데하이드.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 기판부는 복수의 제1 및 제2 전극을 제공하는 단계 및 연속 또는 불연속 활성 레이어 또는 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어를 증착하는 단계를 통해, 한 조각의 기판으로서 제공될 수 있다. 상기 방법은 제1 및 반대쪽 제2 기판부가 형성되도록 상기 한 조각의 기판을 접는 단계, 또는 적층 단계 이전에 상기 한 조각의 기판을 제1 및 제2 기판부로 절단하는 단계를 추가로 포함할 것이다. 본 발명의 적어도 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 기판부는 상기 방법의 모든 단계를 통해 분리될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 적층 단계는 하나 또는 여러 적층 롤러를 사용하여 롤-투-롤 공정으로 이루어진다. 적층 롤러는 열 및 압력 모두를 가할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 기판부가 닙(nip)을 통과할 때 열 및 압력이 가해지도록 두 개의 가열된 적층 롤러 사이의 닙을 통해 적층이 이루어진다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 여러 개의 닙을 통해 적층되며, 각각의 닙은 가열된 적층 롤러 사이에 존재한다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 방법은 다음의 단계를 추가로 포함한다:
- 복수의 제1 전극 각각 및/또는 복수의 제2 전극 상에, 부분적으로 상기 복수의 제1 전극 각각 및/또는 상기 복수의 제2 전극를 커버하는 개질 레이어를 제공함으로써, 상기 복수의 제1 전극 각각 및 상기 복수의 제2 전극 각각에, 양극부 및 음극부를 제공하는 단계. 활성 레이어의 증착 단계 이후, 개질 레이어가 증착된다. 이것은 모든 개별 태양 전지가 W형 직렬 연결의 직렬로 연결된 태양 전지 모듈을 제공한다. 적층 전 제1 및 제2 기판부를 정렬할 때 두 개의 반대쪽 양극부는 서로 커버하지 않는 것이 바람직하며, 즉, 두 개의 양극부가 서로 마주보지 않는 것이 바람직하다. 달리 말하면, 복수의 제1 전극 중 하나의 양극부는 복수의 제2 전극 중 하나의 음극부에 의해 x-방향으로 커버되거나, 또는 역으로도 마찬가지 인 것이 바람직하다. 달리 말하면, 복수의 제1 전극 중 하나의 양극부는 복수의 제2 전극 중 하나의 음극부를 마주한다. 달리 말하면, 복수의 제1 전극 중 하나의 양극부는 복수의 제2 전극 중 하나의 음극부에 의해 x-z 방향으로 연장된 평면으로 커버되거나, 또는 역으로도 마찬가지이다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 개질 레이어는 전자 수송 레이어 또는 정공 수송 레이어일 수 있다. 예를 들어, 전극 재료가 전도성 중합체 예컨대, PEDOT:PSS인 경우, 복수의 제1 및 제2 전극 각각은 복수의 제1 및 제2 전극 각각을 부분적으로 커버하는 전자 수송 레이어를 증착함으로써 양극부 및 음극부에 의해 제공될 수 있다. 전자 수송 레이어는 음극부인 복수의 제1 및/또는 제2 전극 각각의 일부를 커버하고, 전극에 정공 차단 성질을 제공한다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 전자 수송 레이어는 금속 산화물, 질소 함유 화합물, 인 함유 화합물, 황 함유 화합물, 및 이의 조합을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 예를 들어 아연 옥사이드 (ZnO), 티타늄 옥사이드 (TiO) 또는 크로뮴 옥사이드 (CrO)일 수 있다. 질소 함유 화합물은 예를 들어 아민 또는 이민 함유 화합물일 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌 이민 (PEI), 에폭시화 폴리에틸렌 이민 (PEIE) 또는 히스티딘일 수 있다. 전자 수송 레이어는 예를 들어 PEI 및 금속 산화물의 혼합물을 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 전자 수송 레이어는 둘 이상의 서브레이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송 레이어는 아민 또는 이민 함유 화합물을 포함하는 제1 서브레이어 및 금속 산화물을 포함하는 제2 서브레이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 정공 수송 레이어는 전도성 중합체, 금속 산화물 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 전도성 중합체는 예를 들어 PEDOT:PSS일 수 있다. 금속 산화물은 예를 들어 텅스텐 옥사이드 (WO3), 몰리브데넘 옥사이드 (MOx) 또는 바나듐 옥사이드 (V2O5)일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극 각각은 복수의 제1 및 제2 전극 각각을 부분적으로 커버하는 정공 수송 레이어를 즉착함으로써 양극에 의해 제공되고, 복수의 제1 및 제2 전극 각각을 부분적으로 커버하는 전자 수송 레이어를 증착함으로써 음극부에 의해 제공된다. 예를 들어, 전극 재료가 금속, 또는 금속 산화물 또는 이의 조합인 경우, 복수의 제1 및 제2 전극 각각은 복수의 제1 및 제2 전극 각각의 일부분 상에 정공 수송 레이어를 증착하고 복수의 제1 및 제2 전극 각각의 다른 부분에 전자 수송 레이어를 증착함으로써 양극부 및 음극부에 의해 제공될 수 있다. 전자 및 정공 수송 레이어는 동시에 또는 순차적으로 증착될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 열 및 압력에 의한 적층 단계는 50-300 ℃ 범위 내의 온도, 또는 바람직하게 50-200 범위 내, 더욱 바람직하게 100-140 ℃ 범위 내의 온도에서 수행된다.
추가적으로, 또는 택일적으로, 열 및 압력에 의한 적층 단계는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 100 ℃, 또는 적어도 130 ℃, 또는 적어도 150 ℃, 또는 적어도 200 ℃의 온도에서 수행된다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 열 및 압력에 의한 적층 단계는 300 ℃ 미만, 또는 250 ℃ 미만, 또는 200 ℃ 미만, 또는 150 ℃ 미만의 온도에서 수행된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 열 및 압력에 의한 적층 단계는 1-50 bar 범위 내, 더욱 바람직하게 3-10 bar 범위 내의 압력에서 수행된다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 압력은 1 bar 이상, 또는 2 bar 이상, 또는 3 bar 이상, 또는 5 bar 이상이다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 압력은 50 bar 미만, 또는 30 bar 미만, 또는 20 bar 미만, 또는 15 bar 미만, 또는 10 bar 미만이다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 활성 레이어 또는 제1 및 제2 활성 레이어의 증착 단계는 롤-투-롤 코팅에 의해 수행된다. 롤-투-롤 코팅은 다양한 기법, 예를 들어 비제한적으로, 슬롯-다이 코팅, 닥터 블레이딩 코팅, 그라비어 코팅, 역 그라비어 코팅 또는 회전식 스크린 프린팅에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 전기적으로 직렬로 연결된(electrically connected in series) 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈이 제공된다. 상기 태양 전지 모듈은 다음을 포함한다:
- 서로 공간이 분리된 복수의 제1 전극을 포함하고, 이러한 분리가 상기 제1 전극 사이 복수의 갭을 형성하는 제1 가요성 기판부로서, 여기서 상기 제1 가요성 기판부는 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 가요성 기판부;
- 서로 공간이 분리된 복수의 제2 전극을 포함하고, 이러한 분리가 상기 제2 전극 사이 복수의 갭을 형성하는 제2 가요성 기판부로서, 여기서 상기 제2 가요성 기판부는 롤-투-롤 증착에 적합한 제2 가요성 기판부;
- 상기 복수의 제1 전극을 커버하는 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어로서, 상기 제1 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 활성 레이어;
- 상기 복수의 제2 전극을 커버하는 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어로서, 상기 제2 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 활성 레이어;
여기서 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어 중 적어도 하나는 유기 활성 레이어이며;
여기서 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 물리적 접촉으로 열 적층되고;
여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극의 오프-셋으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 완전히 커버된다.
본 발명의 상기 제4 양태의 효과 및 특징은 본 발명의 제1, 제2 및 제3 양태와 관련하여 상기 기재된 효과 및 특징과 대체로 유사하다. 본 발명의 제1, 제2 및 제3 양태와 관련하여 언급된 구현예는 본 발명의 제4 양태와 가장 양립할 수 있다. 또한, 제4 양태와 관련하여 하기 언급되는 구현예는 제1, 제2 또는 제3 양태와 대체로 호환 가능하다.
"열 적층된(heat laminated)"이라는 표현은 태양 전지 모듈의 제조 동안 제1 및 제2 활성 레이어가 물리적으로 접촉하게 되고 열 및 압력을 사용하는 적층에 의해 서로 부착되는 것을 의미함을 이해해야 한다. 그러므로, 적층은 고온에서 수행된다. 열 적층이 아닌 다른 공정, 예컨대, 순차적 코팅 또는 프린팅과 비교하여, 예컨대, 상단 기판을 태양 전지 스택(stack)에 부착하기 위해 접착 레이어가 필요하다. 본 발명의 제4 양태에 따른 태양 전지 모듈은 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 열 적층에 의해 제조됨에 따라, 이러한 접착 레이어가 필요하지 않다. 더욱 상세하게, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어를 가지는 제1 기판이, 상기 복수의 제2 전극 및 상기 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어를 가지는 제2 기판을 향하게 되고, 이에 따라 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어에 의해 서로 부착됨으로써 태양 전지 모듈이 제조되었다. 그러므로, 본 발명의 제4 양태에 따른 태양 전지 모듈에 있어서, 임의의 레이어 사이에 별도의 접착 레이어가 존재하지 않는다. 게다가, 순차적 코팅 또는 프린팅에 의해 제조된 태양 전지 모듈과 비교하여, 레이어의 박리는 일반적으로 활성 레이어와 전극 사이에서 일어나는 전지의 파손을 야기할 수 있지만, 본 발명의 제4 양태의 태양 전지 모듈에 있어서, 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 물리적 접촉으로 열 적층되고, 전지의 파괴(break)는 일반적으로 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어 사이에서 일어난다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 50-300 ℃ 범위 내, 또는 바람직하게 50-200 ℃ 범위 내, 더욱 바람직하게 100-140 ℃ 범위 내의 온도에서 물리적 접촉으로 열 적층된다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 열 및 압력에 의한 적층 단계는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 100 ℃, 또는 적어도 130 ℃, 또는 적어도 150 ℃, 또는 적어도 200 ℃의 온도에서 수행된다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 열 및 압력에 의한 적층 단계는 300 ℃ 미만, 또는 250 ℃ 미만, 또는 200 ℃ 미만, 또는 150 ℃ 미만의 온도에서 수행된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 동일한 연속 기판 상에서 그들 이후 프린팅된 하나 또는 여러 태양 전지 모듈이 있을 수 있다. 연속 기판은 하나 또는 여러 기판부를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 상기 제2 활성 레이어는 유기 활성 레이어 둘 모두는 적어도 전도성 유기 화합물을 포함하며;
여기서 반도체 유기 화합물은 상기 제1 및 상기 제2 활성 레이어에서 동일하거나; 또는
여기서 반도체 유기 화합물은 상기 제1 및 상기 제2 활성 레이어에서 상이하다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 유기 활성 레이어는 하나 또는 여러 유기 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성 레이어는 하나, 둘, 셋 이상의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 그러므로, 유기 활성 레이어는 하나의 공여 물질 및 하나의 수용 물질을 포함할 수 있거나, 또는 유기 활성 레이어는 두 개의 공여 물질 및 하나의 수용 물질을 포함할 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 활성 레이어는 오염물 또는 미량의 물질을 무시하고 하나의 수용 물질 또는 하나의 공여 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 반투명 전극이다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극 모두 반투명 전극이다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 반투명 전극은 금속 산화물, 전도성 유기 화합물 또는 이의 조합을 포함한다. 전도성 유기 화합물은 예를 들어 전도성 유기 소분자 또는 전도성 중합체일 수 있다. 예를 들어, 전도성 중합체는 예를 들어 PEDOT:PSS 또는 이의 변형체, 예컨대, PEDOT:PSS PH1000일 수 있다. 금속 산화물은 예를 들어 인듐 틴 옥사이드 (ITO) 또는 알루미늄 아연 옥사이드 (AZO)일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극은 금속 전극이다. 그러므로, 복수의 제1 전극 또는 복수의 제2 전극 중 하나는 불투명할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 금속은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 리스트로부터 선택될 수 있다: 알루미늄 (Al), 크로뮴 (Cr), 티타늄 (Ti), 구리 (Cu), 금 (Au) 및 은 (Ag).
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및/또는 제2 기판부는 1-1000 μm, 더욱 바람직하게 30-150 μm 범위 내 두께의 부분적 또는 전체적 투명 중합체 필름을 포함할 수 있다. 1-1000 μm 범위 내 두께의 중합체 필름은 태양 전지 모듈에 바람직한 강성도를 제공한다. 더 두꺼운 기판은 더 단단한 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및/또는 제2 기판부는 UV-차단 레이어를 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 택일적으로 제1 및/또는 제2 기판부는 산소 및/또는 수증기 장벽을 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 제1 전극 및/또는 상기 복수의 제2 전극은 개질 레이어에 의해 부분적으로 커버된다. 개질 레이어는 예를 들어 전자 수송 레이어 또는 정공 수송 레이어일 수 있다. 개질 레이어는 복수의 제1 전극 각각 및/또는 복수의 제2 전극 각각을 양극부 및 음극부로 분할한다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 복수의 상기 제1 전극 및/또는 복수의 제2 전극은 전자 수송 레이어 및 정공 수송 레이어 모두에 의해 커버될 수 있다. 2적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 개질 레이어는 1-200 nm 범위 내, 또는 3- 100 nm 범위 내, 또는 5-50 nm 범위 내 두께를 포함한다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 개질 레이어는 하나 또는 여러 서브레이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 태양 전지 모듈은 활성 영역을 포함하며, 이러한 상기 활성 영역은 상기 제1 및/또는 제2 기판부의 표면적 중 적어도 20 %, 또는 적어도 40 %, 또는 적어도 60 %, 또는 적어도 80 %, 또는 적어도 90 %, 또는 적어도 95 %를 커버한다. 활성 영역은 태양 전지 모듈에서 직렬로 연결된 태양 전지 각각의 결합된 활성 영역이다.
제1 전극의 양극부와 제2 전극의 반대쪽 음극부, 즉, y-방향으로 상기 양극부를 커버하는 음극부의 각 쌍은, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어와 함께 양극부 및 음극부 사이에 배열되어 하나의 태양 전지를 형성함을 이해해야 한다. 마찬가지로, 제1 전극의 음극부와 제2 전극의 반대쪽 양극부, 즉, 상기 음극부를 y-방향으로 커버하는 양극부의 각 쌍은, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 레이어와 함께 음극부와 양극부 사이에 배열되어 하나의 태양 전지를 형성한다. 이러한 태양 전지의 활성 영역이 태양 전지의 폭이며, 즉, 음극부에 의해 커버되는 양극부의 폭과 상기 음극부이 의해 커버되는 상기 양극부의 길이를 곱한 것이다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 복수의 제1 및 상기 복수의 제2 전극의 두께는 20-2000 nm의 범위, 더욱 바람직하게 50-300 nm 사이이다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 복수의 제1 및 제2 전극의 두께는 적어도 20 nm, 또는 적어도 30 nm, 또는 적어도 50 nm, 또는 적어도 75 nm, 또는 적어도 100 nm, 또는 적어도 300 nm이다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 복수의 제1 및 제2 전극의 두께는 2000 nm 미만, 또는 100 nm 미만, 또는 750 nm 미만, 또는 500 nm 미만, 또는 300 nm 미만, 또는 200 nm 미만이다. 제1 및 제2 전극의 복수의 두께는 저항이 사용 영역에 의존하는 태양 전지 모듈의 성능 및 심미학의 최적의 조합에 대한 투명성과 균형을 이루도록 선택된다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 제1 및 상기 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 결합된 두께는 30-1000 nm의 범위, 더욱 바람직하게 80-350 nm 사이이다. 달리 말하면, 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어의 두께에 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 두께를 더하면 30-1000 nm의 범위, 더욱 바람직하게 80-350 nm 사이이다.
추가적으로, 또는 택일적으로, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 결합된 두께는 적어도 30 nm, 또는 적어도 50 nm, 또는 적어도 80 nm, 또는 적어도 90 nm, 또는 적어도 100 nm, 또는 적어도 150 nm이다. 추가적으로, 또는 택일적으로, 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 결합된 두께는 1000 nm 미만, 또는 800 nm 미만, 또는 500 nm 미만, 또는 350 nm 미만, 또는 250 nm 미만, 또는 200 nm 미만이다. 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 두께는 광흡수를 최대화하면서도 전극에 전하를 수송하도록 선택된다. 언급된 두께는 건조 이후 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어의 두께를 함께 결합된 두께임을 이해해야 한다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 활성 레이어는 동일한 두께일 수 있다. 달리 말하면, 제1 활성 레이어의 두께는 결합된 두께의 절반이며 제2 활성 레이어의 두께는 결합된 두께의 다른 절반을 구성한다. 본 발명의 적어도 또 다른 구현예에 따르면, 제1 및 제2 활성 레이어의 두께는 서로 상이하다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 태양 전지 모듈은 PV-전지 모듈(PV-cell module) 또는 광전지 장치로서 지칭될 수 있다. 태양 전지 모듈은 또한 광 수확 모듈로서 지칭될 수 있으며, 태양 에너지, 뿐만 아니라 다른 광원, 예컨대 저조도 광원 또는 실내 조명이 전기를 생성하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 뿐만 아니라 추가의 목적, 특징 및 이점은, 본 발명의 구현예에 대하여 다음의 예시적이며 비제한적인 상세한 설명을 참조하여 첨부하는 도면과 함께 고려될 때 보다 충분히 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 2는 도 1 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 도 1의 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 3a 및 3b는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 4는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 5는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 태양 전지 모듈 적층 방법의 개략도를 도시하며;
도 6은 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 구현예에 따른 롤-투-롤 적층의 개략도를 도시하며;
도 7a는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 태양 전지 모듈의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 7b는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 태양 전지 모듈의 일부의 개략적인 단면도를 도시한다.
도면의 상세한 설명
본 상세한 설명에서, 본 발명의 구현예는 첨부하는 도면과 함께 논의될 것이다. 이는 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않으며, 또한 다른 환경에서, 예를 들어 태양 전지 모듈 적층 방법에 대한 다른 유형 또는 다른 변형, 또는 첨부한 도면에 도시된 구현예와는 다른 태양 전지 모듈의 유형의 또는 변형과 함께 적용 가능함을 유의해야 한다. 또한, 구체적인 특징이 본 발명의 구현예와 관련하여 언급되었지만, 이러한 성분이 본 발명의 다른 구현예와 함께 이점으로 사용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다.
도 1 및 도 2는 태양 전지 모듈(1)의 개략도를 도시한다. 도 1은 태양 전지 모듈(1)의 단면, 상면도를 도시한다. 도 2는 도 1의 파선 a-a을 취한 동일한 태양 전지 모듈(1)의 단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 단면은 도 2에서 파선 b-b로 취해진다. 그러므로, 도 1에 도시된 단면은 도 2에 도시된 단면의 하단 절반에 해당한다. 도 1 및 도 2는 x-, y- 및 z-방향을 도시하는 좌표계를 포함한다. 이러한 좌표계는 태양 전지 모듈(1) 및 태양 전지 모듈의 상이한 성분의 방향 또는 연장부를 설명 및 시각화하도록 사용된다. 다음의 설명은 "상단", "하단", "외부" 등과 같은 용어를 사용할 것이다. 이러한 용어는 일반적으로 도면에 도시된 바와 같은 조망 및 방향을 지칭한다. 이러한 용어는 오직 독자의 편의를 위해서만 사용되며 제한되지 않는다. 도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈은 w형 직렬 연결된 태양 전지 모듈이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈(1)은 복수의 제1 전극(12)이 배열된 제1 가요성 기판부(10), 뿐만 아니라 제1 연속 활성 레이어(14) (도 1에 도시되지 않음)를 포함한다. 제1 기판부(10)은 투명 또는 반투명일 수 있다. 제1 기판부(10), 뿐만 아니라 복수의 제1 전극(12)은 롤-투-롤 가공 방법, 예컨대, 롤-투-롤 프린팅, 롤-투-롤 코팅 및 롤-투-롤 적층에 적합하다. 복수의 제1 전극(12)은 제1 개질 레이어(13)를 포함한다. 제1 개질 레이어(13)는 복수의 제1 전극 각각을 양극부(12a) 및 음극부(12b)으로 분할하도록 배열된다. 여기서, 개질 레이어(13)는 (12)의 일부를 커버하고, 복수의 제1 전극(12) 각각의 일부에 대해 전자 추출 성질을 가능하게 하고, 이후 복수의 전극 각각의 음극부(12b)를 구성한다. 여기서, 제1 개질 레이어(13)는 전극(12b) 중 이러한 일부에 대해 정공 차단 성질, 뿐만 아니라 전자 추출 성질을 가능하도록 하는 전자 수송 레이어이다. 도 1에 도시된 태양 전지 모듈(1)의 단면은 추가로 제1 및 제2 접촉 전극(16a,16b)을 포함하며, 이는 선택적으로 각각의 제1 및 제2 버스바(17a,17b) 또는 접촉점을 포함한다.
복수의 제1 전극(12)은 제1 기판부(10) 상에 실질적으로 평행한 스트라이프로서 제공된다. 복수의 제1 전극(12)은 기판을 따라 z-방향으로 연장된다. 달리 말하면, 스트라이프의 가장 긴 연장부는 여기서 z-방향일 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 기판부(10)와 복수의 제1 전극(12)의 가장 긴 연장부는 여기서 동일한 방향이다. 복수의 제1 전극(12)은 x-방향으로 서로 공간이 분리되도록 배열되며, 이러한 분리는 상기 제1 전극(12) 사이 복수의 갭(15)을 형성한다. 대안의 구체예에서, 스트라이프의 가장 긴 연장부는 기판의 가장 긴 연장부에 대해 횡방향이거나, 또는 직교할 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판의 가장 긴 연장부가 z-방향인 경우, 복수의 제1 전극(12)의 가장 긴 방향은 x-방향 또는 in x 및 z 사이의 임의의 방향일 수 있다.
제1 및 제2 접촉 전극(16a,16b)은 여기서 제1 기판부(10) 상에 배열된다. 제1 접촉 전극(16a)은 여기서 제1 기판부(10)의 제1 측면(10')에 배열되고 제2 접촉 전극(16b)은 제1 기판부(10)의 제2 측면(10")에 배열된다. 복수의 제1 전극(12)은 x-방향에서 볼 때 제1 및 제2 접촉 전극(16a,16b) 사이에 공간적으로 배열된다. 그러므로, 제1 접촉 전극 (16a) 및 제2 접촉 전극(16b)은 외부 전극이다. 여기서, 제1 및 제2 접촉 전극(16a,16b)은 복수의 제1 전극(12)의 일부가 아님에 유의해야 한다. 달리 말하면, 복수의 제1 전극(12)은 제1 접촉 전극(16a) 및 제2 접촉 전극(16b) 사이의 전극이다. 복수의 제1 전극(12)과 동일한 목적을 수행하는 것 이외에도, 제1 접촉 전극(16a) 및 제2 접촉 전극(16b)은 태양 전지 모듈(1)이 사용중일 때, 태양 전지 모듈을 전기를 수집하기 위한 유닛 (도시되지 않음)에 연결하기 위해 사용된다. 이러한 연결은 제1 버스바(17a) 및 제2 버스바(17b)를 통해 이루어진다. 제1 접촉 전극(16a)은 개질 레이어(13)를 추가로 포함한다. 도 2에서 제1 접촉 전극(16a)의 좌측 부분 및 제2 접촉 전극(16b)의 우측 부분, 즉, 제1 활성 레이어(14)에 의해 커버되지 않은 접촉 전극의 일부는, 전기를 수집하기 위한 태양 전지 모듈에 연결하기 위해 사용된다. 제1 접촉 전극(16a)의 우측 부분은 복수의 제1 전극(12) 중 하나의 음극부와 동일한 목적을 수행한다. 제2 접촉 전극(16b)의 우측 부분은 복수의 제1 전극(12) 중 하나의 양극부와 동일한 목적을 수행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈(1)은 달리 언급되지 않는 한 제1 기판에 관해 기재된 것과 동일한 구성을 가지는 제2 가요성 기판부(20)를 추가로 포함한다. 달리 말하면, 복수의 제2 전극(22) 및 제2 연속 활성 레이어(24)가 존재한다. 게다가, 복수의 제2 전극(22)은 제2 개질 레이어(23)를 포함한다. 제2 개질 레이어(23)는 복수의 제2 전극 각각을 양극부(22a) 및 음극부(22b)으로 분할하도록 배열된다. 여기서, 제2 개질 레이어(23)는 전극(22b) 중 이러한 일부에 대해 정공 차단 성질, 뿐만 아니라 전자 추출 성질을 가능하도록 하는 전자 수송 레이어이다. 도 2에서, 제2 기판(20) 상에 접촉 전극은 존재하지 않는다.
복수의 제2 전극(22)은 제2 기판부(20) 상에 스트라이프로서 제공되며, x-방향으로 서로 공간이 분리되도록 배열되고, 이러한 분리는 상기 제2 전극(22) 사이 복수의 갭(25)을 형성한다.
복수의 제2 전극(22)은 복수의 제1 전극(12)과 평행하게 배열되어, 마주한다. 게다가, 복수의 제2 전극(22)은 y-방향의 복수의 제1 전극(12)에 대해 x-방향으로 오프-셋으로 배열되어, 복수의 제1 전극(12) 사이 상기 복수의 갭(15) 각각은 각 복수의 제2 전극(22) 중 하나에 의해 완전히 커버된다. 하나의 전극 세트 내 전극은 다른 세트의 전극 내 두 개 초과의 전극을 커버하지 않는다. 그러므로, 음의 y-방향으로 볼 때, 복수의 제1 전극(12)은 복수의 제2 전극(22) 사이의 갭(25)을 통해 부분적으로 보일 것이다. 또한, 복수의 제1 전극(12) 각각 중 제1 개질 레이어(13)에 의해 커버된 일부는 제2 개질 레이어(23)에 의해 커버되지 않는 복수의 제2 전극(22) 각각 중 일부에 의해 커버된다. 그러므로, 복수의 제2 전극(22) 각각 중 음극부(22b)는 반대쪽으로 배열되어, 복수의 제1 전극(12) 각각 중 양극부(12a)를 마주한다.
마찬가지로, 복수의 제2 전극(22) 각각 중 양극부(22a)는 반대쪽으로 배열되어, 복수의 제1 전극(12) 각각 중 음극부(12b)를 마주한다.
제1 연속 활성 레이어(14)는 복수의 제1 전극(12)을 커버하도록 배열되고, 제2 연속 활성 레이어(24)는 복수의 제2 전극(22)을 커버하도록 배열된다. 게다가, 제1 및 제2 연속 활성 레이어(14,24)는 제1 기판부(10) 및 제2 기판부(24) 사이에 샌드위치된다. 제1 활성 레이어(14) 및 제2 활성 레이어(24) 둘 모두는, 복수의 제1 전극(12) 및 복수의 제2 전극(22) 모두와 전기적으로 접촉되도록 배열된다. 게다가, 제1 및 제2 활성 레이어(14,24)는 서로 물리적으로 접촉한다. 활성 레이어는 열 및/또는 압력을 사용하는 롤-투-롤 적층에 의해 물리적으로 접촉하게 될 수 있다. 제1 연속 활성 레이어(14) 및/또는 제2 연속 활성 레이어(24)는 유기 활성 레이어이다. 제1 연속 활성 레이어(14) 또는 제2 연속 활성 레이어(24) 중 하나가 유기 활성 레이어인 경우, 이는 예를 들어 유기 및/또는 무기 재료 모두를 포함하는 하이브리드 활성 레이어일 수 있다. 대안의 구체예에서, 하나의 세트의 전극 상에 배열된 오직 하나의 활성 레이어가 존재한다. 이러한 구현예에서, 활성 레이어는 열 및/또는 압력을 사용하는 롤-투-롤 적층에 의해 다른 세트의 전극과 물리적으로 접촉하게 될 수 있다. 제1 전극(12)의 하나의 양극부(12a) 및 제2 전극(22)의 반대쪽 음극부(22b) 각각의 쌍, 또는 제1 전극(12)의 음극부(12b) 및 제2 전극(22)의 반대쪽 양극부(22a) 각각의 쌍은 제1 연속 활성 레이어(14) 및 제2 연속 활성 레이어(24)와 함께 그 사이에서 하나의 태양 전지를 형성하는 것을 이해해야 한다. 도 2에서 w1 및 w2가 두 개의 이러한 태양 전지(30) 및 (31)을 시각화하기 위해 첨가되었으며, 이러한 태양전지들은 복수의 제1 전극(12) 중 하나를 통해 직렬로 연결되어 이를 공유하고 있다. 따라서, 태양 전지(30)의 활성 영역은 대략 폭 w1에 z-방향의 전극 길이를 곱한 것이다. 마찬가지로, 태양 전지(31)의 활성 영역은 대략 파선 사이 폭 w2에 z-방향의 전극 길이를 곱한 것이다.
도 2에서, 태양 전지(30)의 양극부를 커버하는 활성 레이어(14a)는 공여 물질 및 제1 수용 물질를 포함하는 벌크-이종접합이며, 태양 전지(31)의 음극부를 커버하는 활성 레이어(14b)는 오직 제2 수용 물질만 포함한다. 그러므로, 연속 활성 레이어(14)는 공여 물질, 제1 및 제2 수용 물질을 포함한다. 추가적으로, 또는 택일적으로, y-방향으로 (14a) 및 (14b)를 커버하는 제2 활성 레이어(24)의 일부는, (14a) 또는 (14b)와 동일한 조성물을 가지거나, 가지지 않을 수 있다.
상이한 레이어의 두께, 예컨대, 제1 활성 레이어(14) 및 제2 활성 레이어(24), 또는 복수의 제1 전극(12) 또는 제2 전극(22)의 두께가 일정하게 비례하도록 그려진 것은 아님에 유의해야 한다.
도 3a 및 도 3b는 태양 전지 모듈(301)의 단면도를 도시한다. 도 3a에서, 태양 전지 모듈은 x-z 평면에서 도시되며, 도 3b는 모듈 301 x-y-평면 일부를 도시한다. 달리 말하면, 도 3a 는 도 3b의 b-b 선을 따라 취한 단면을 도시하고 도 3b는 도 3a의 a-a 선을 따라 취한 단면을 도시한다 태양 전지 모듈(301)의 구성은 도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈(1)에 관하여 기재된 것과 동일하지만 (특징부는 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조 번호로 표시되지만, 도 3에서는 "300"이라는 값이 추가됨) 하기 언급되는 부분은 상이하다.
도 3에서, 복수의 제1 전극(312)의 가장 긴 연장부는 제1 기판부(310)의 가장 긴 연장부와 평행하지 않다.복수의 제1 전극의 가장 긴 연장부는 z- 방향과 평행하다. 그러므로, 복수의 제1 전극(312) 가장 긴 방향은 기판부(310)의 가장 긴 방향과 수직 또는 직교한다. 또한, 제1 및 제2 접촉 전극 (316a, 316b)의 가장 긴 방향, 뿐만 아니라 제1 및 제2 버스바 (317a, 317b)의 가장 긴 방향은 복수의 제1 전극(312)의 가장 긴 연장부와 평행하다. 도 3는 복수의 제1 전극(312) 각각의 x-방향 폭, 뿐만 아니라 복수의 제1 전극(312) 각각에 포함되는 개질 레이어(313)의 x-방향 폭이 서로 상이함을 추가로 도시한다. 또한, 전극(312) 사이 갭(315) 각각의 z-방향 폭도 상이하다.
도 4는 태양 전지 모듈(401)의 단면을 도시하며, 태양 전지 모듈은 x-z 평면으로 도시된다. 태양 전지 모듈(401)의 구성은 도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈(1)에 관하여 기재된 것과 동일하지만 (특징부는 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조 번호로 표시되지만, 도 4에서는 "400"이라는 값이 추가됨) 하기 언급되는 부분은 상이하다. 도 4는 오직 제1 기판부(410) 및 복수의 제1 전극(412)만을 도시한다. 복수의 제1 전극(412)은 약간 만곡되어 있고, 복수의 제1 전극(412) 각각의 폭은 전극 각각의 z-방향을 따라 상이하다. 전극의 곡률은 x-방향이 전극의 연장부를 따라 달라지도록 하여, x- 방향이 전극의 모든 지점에서 전극의 연장부에 직교 또는 수직하도록 한다. 그러므로, 기판부의 가장 긴 연장부가 z-방향에 항상 평행할 수는 없다. 복수의 제1 전극(412)의 스트라이프는 약간 만곡되었지만 여전히 평행하다. 태양 전지 모듈의 효율은 (x-방향으로) 가장 얇은 전극인 전극의 폭에 의존할 것임을 유의해야 한다.
도 5는 제조 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 적층된 태양 전지 모듈의 제조 방법(501)의 개략도를 도시한다. 상기 방법의 제1 단계(502)에서 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부가 제공된다. 다음 단계(504)에서 제1 기판부 상단의 복수의 제1 전극 및 제2 기판부 상단의 복수의 제2 전극이 제공된다. 복수의 제1 및 제2 전극은 복수의 갭이 형성되도록 공간이 분리된 평행한 스트라이프로서 제공된다. 복수의 제1 및 제2 전극은 개질 레이어를 제공함으로써 양극부 및 음극부로 분할될 수 있다. 개질 레이어는 정공 수송 레이어 또는 전자 수송 레이어일 수 있다. 다음의 단계(506)에서 제1 연속 활성 레이어는 제1 전극 상단에 증착되고 제2 연속 활성 레이어는 제2 전극 상단에 증착된다. 제1 및/또는 제2 연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어다. 제1 및 제2 기판부는 후속 단계(508)에서 롤-투-롤 공정으로 열 및 압력에 의해 함께 적층된다. 이러한 적층에 의해, 제1 및 제2 활성 레이어는 서로 물리적으로 접촉하게 되고, 제1 및 상기 제2 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 된다. 적층하기 전, 복수의 제1 전극(12)은 제2 전극(22)에 정렬되어야 한다. 이러한 정렬은 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 이루어질 수 있다.
실시예
다음의 실시예는 도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈(1)의 적층 방법을 기재한다.
300 mm 폭 및 125 μm 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 포일 (Dupunt Melinex)이 제1 및 제2 기판부(10, 20)로서 제공된다. 그러므로, 제1 및 제2 기판부(10, 20)는 동일한 기판 조각에 속한다.
6 vol% 에틸렌 글리콜 및 0.5 vol% Capstone FS-30를 가지는 PEDOT:PSS PH1000 (Heraeus)를 240 mm 폭의 기판 조각 일부 상에 1 mm 폭의 갭(15)을 가지는 9 mm 폭의 스트라이프에 슬롯-다이 코팅하여, 복수의 제1 및 제2 전극(12, 22) 뿐만 아니라 제1 및 제2 접촉 전극(16a, 16b)을 제공하였다. 복수의 제1 및 제2 전극(12, 22) 각각의 두께는 대략 200 nm이다. 복수의 전극의 길이는 1000 mm이다. 순차적으로, 아이소프로판올으로부터 대략 5-10 nm 두께의 폴리에틸렌이민 (PEI) 레이어를 복수의 제1 및 제2 전극(12, 22) 각각의 폭의 절반을 커버하는 5 mm 간격의 5 mm 폭의 스트라이프로 코팅하여 복수의 제1 및 제2 전극(12, 22) 각각의 양극부(12a, 22a) 및 음극부(12b, 22b)를 형성하였다. 마지막으로, 제1 및 제2 연속 활성 레이어(14, 24)를 각각의 복수의 제1 및 제2 전극(12, 22)의 상단에 제공하였다. 제1 및 제2 활성 레이어는 대략 100 nm 두께일 수 있으며, 이들이 함께 기판 조각의 전체 폭을 커버하도록 코팅되어, 복수의 제1 및 제2 전극(12, 22), 뿐만 아니라 갭(15, 25)을 모두 커버한다. 연속 활성 레이어는 퀴녹살린계 중합체 및 풀러렌 유도체를 1:2의 비율로 (중량비) 포함한다.
적층 단계 이전에, 기판 조각을 두 조각으로 절단하여, 제1 및 제2 기판부(10, 20)를 서로 분리한다. 접촉 전극 상에, 전도성 은 잉크 또는 탄소 잉크를 붙여 집전 제1 및 제2 버스바(17a, 17b)를 형성한다. 탄소 페이스트의 상단에 주석-플레이팅된 구리 테이프를 적용하여 전도성을 증가시킬 수 있다. 제1 및 제2 기판부(10, 20)는, 복수의 제1 전극(12)이 복수의 제2 전극(22)에 오프-셋으로 배열되도록 정렬되어, 이러한 복수의 제2 전극(22) 각각 중 음극부(22b)가 반대쪽에 배열되며, 복수의 제1 전극(12) 각각의 양극부(12a)를 마주하고, 복수의 제2 전극(22) 각각의 양극부(22a)는 복수의 제1 전극 각각의 음극부(12b)를 마주하게 된다. 제1 및 제2 기판 부분(10, 20)은 롤 적층기 (GSS DH-650S Graphical Solutions Scandinavia AB)를 사용하여 120 ℃의 롤러 온도 및 대략 6 MPa의 압력으로 서로 마주하는 코팅된 표면과 함께 적층된다. 적층된 태양 전지 모듈은 선택적으로 양면에 UV-접착제로 코팅될 수 있고, 선택적으로 산소/수증기 장벽 포일이 태양 전지 모듈의 한 면 또는 양면에 적층되며, 태양 전지 모듈은 이후 순차적으로 UV-램프를 사용하여 경화될 수 있다.
도 6은 롤-투-롤 적층 공정의 개략도를 도시한다. 제1 및 제2 기판부(610, 620)는 각각의 복수의 제1 및 제2 전극, 뿐만 아니라 각각의 제1 및 제2 연속 활성 레이어를 포함하며, 제1 및 제2 롤(602a, 602b) 상에 권취된다. 제1 및 제2 기판부는 복수의 제1 전극이 복수의 제2 전극에 오프-셋으로 배열되도록 정렬되어, 이러한 복수의 제2 전극 각각의 음극부가 복수의 제1 전극 각각의 반대쪽 양극부의 반대쪽에 배열되고 복수의 제2 전극 각각의 양극부는 복수의 제1 전극 각각의 음극부를 마주하게 된다. 순차적으로, 제1 및 제2 기판부는 제1 및 제2 적층기 롤(604a, 604b)을 포함하는 롤 적층기에서 태양 전지 모듈(601)로 함께 적층될 것이다. 적층은 열 및 압력에 의해 제공된다. 적층은 제1 및 제2 연속 활성 레이어를 서로 물리적으로 접촉하게 한다. 태양 전지 모듈(601)은 태양 전지 모듈(601)의 사용 이전의 저장 및/또는 수송을 위해 롤(606)에 권취될 것이다.
도 7a는 태양 전지 모듈(701)의 x-y-평면 일부의 단면도를 도시한다. 태양 전지 모듈(701)의 구성은 도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈(1)에 관하여 기재된 것과 동일하지만 (특징부는 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조 번호로 표시되지만, 도 7a에서는 "700"이라는 값이 추가됨) 하기 언급되는 부분은 상이하다.
도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈(1)에 대응하여, 태양 전지 모듈(701)은 제1 가요성 기판부(710)를 포함하며, 상기 기판부 상에 복수의 제1 전극(712)이 각각, 제1 및 제2 접촉 전극(716a, 716b) 및 제1 및 제2 버스바(717a, 717b)와 함께 배열된다. 태양 전지 모듈(701)은 복수의 제2 전극(722)이 배열된 제2 가요성 기판부(720)를 추가로 포함한다. 명확성을 위해, 복수의 제1 전극(712)을 가지는 제1 기판부(710)는 복수의 제2 전극(722)을 가지는 제2 기판부(720)에 대해 y-방향으로 공간적으로 이격된 것으로 시각화한다. 그러나, 열 및 압력에 의한 적층 단계 동안, 제1 및 상기 제2 기판부(710, 720)는 각각의 성분과 함께 합쳐질 것이다.
복수의 제1 전극(712) 및 복수의 제2 전극(722)은 각각의 개질 레이어, 즉, 복수의 제1 전극(712)에 대한 제1 개질 레이어(713) 및 복수의 제2 전극(722)에 대한 제2 개질 레이어를 포함한다. 제1 및 제2 개질 레이어(713, 723)는 복수의 제1 및 제2 전극(712, 722)의 각 전극을 각각의 양극부(712a, 722a), 및 각각의 음극부 (712b, 722b)로 분할하도록 배열된다 (이의 일부만이 도 7a에 나타난다). 달리 말하면, 개질 레이어(713, 723)는 각 전극의 각각의 부분 (즉, 각각의 음극부 (712b, 722b))을 커버하고, 전자 추출 성질을 가능하게 하며, 전자 수송 레이어로서 기능하여, 전극의 이러한 부분에 대해 정공 차단 성질, 뿐만 아니라 전자 추출 성질을 가능하게 한다.
도 7a에서, 활성 레이어(714, 724)의 조성물 및 두께는 태양 전지 모듈(701)의 x-z-평면에 따라 달라진다. 더욱 구체적으로, 양극부(712a)를 커버하는 제1 활성 레이어(714) (즉, 복수의 제1 전극(712)을 커버하는 활성 레이어)의 조성물은 음극부 (712b)를 커버하는 (또는 복수의 제1 전극(712)의 전극에 포함된 제1 개질 레이어(713)를 커버하는) 활성 레이어(714)의 조성물과 상이하다. 이에 대응하여, 양극부(722a)를 커버하는 제2 활성 레이어(724) (즉, 복수의 제2 전극(722)을 커버하는 활성 레이어)의 조성물은 음극부(722b)를 커버하는 (또는 복수의 제2 전극(722)의 전극에 포함된 제2 개질 레이어(723)를 커버하는) 활성 레이어(724)의 조성물과 상이하다. 도 7a의 구현예에서, 음극부(712b, 722b)는 혼합물, 예컨대, 공여 물질 및 수용 물질을 포함하는 벌크-이종접합에 의해 커버되는 반면, 양극부(712a, 722a)는 공여 물질에 의해서만 커버된다.
도 7a에서 나타난 바와 같이, 복수의 제1 전극(712)은 x-방향으로 서로 공간이 분리되도록 배열되고, 이러한 분리는 제1 전극(712) 사이에 복수의 갭(715), 또는 제1 갭(715)을 형성한다. 이에 대응하여, 복수의 제2 전극(722)은 x-방향으로 서로 공간이 분리되도록 배열되고, 이러한 분리는 제2 전극(722) 사이에 복수의 갭(725), 또는 제1 갭(725)을 형성한다. 게다가, 복수의 제2 전극(722)은 복수의 제1 전극(712)과 (y-방향으로) 평행하게 배열되어 이와 마주하며, 복수의 제2 전극(722)은 복수의 제1 전극(712)에 대해 x-방향으로 오프-셋으로 배열되어, 복수의 제1 전극(712) 사이의 상기 복수의 갭(715) 각각이, y-방향을 따라 보여지는 바와 같이, 각각의 복수의 제2 전극(722) 중 하나에 의해 완전히 커버된다. 또한 도 7a에서 나타나는 바와 같이, 상기 갭(715, 725) 각각은, 개질 레이어(713, 723) 중 하나의 일부로 적어도 부분적으로 채워진다. 다르게 설명하면, 각각의 제1 및 제2 개질 레이어(713, 723)의 일부가 갭(715, 725)의 내부에 배열된다. 개질 레이어(713, 723)의 상이한 부분은 예컨대, L자형으로 y-x 평면에 단면을 가진다. 게다가, 양극부(712a, 722a)를 커버하는 제1 및 제2 활성 레이어(714, 724)의 조성물 (즉, 도 7a에서 오직 공여 물질의 조성물)은 갭(715, 725)의 내부에 배열될 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 구현예에 따르면, 제1 및 제2 개질 레이어(712, 723) 중 적어도 하나는 복수의 제1 전극(712) 사이의 갭(715) 내부에 배열된 부분 및/또는 복수의 제2 전극(722) 사이의 갭(725) 내부에 배열된 부분을 포함한다.
도 2의 태양 전지 모듈(1)에 대응하여, 제1 전극(712)의 하나의 양극부(712a) 및 제2 전극(722)의 반대쪽 음극부(722b), 또는 제1 전극(712)의 음극부 (712b) 및 제2 전극(722)의 반대쪽 양극부(722a)의 각 쌍은 제1 활성 레이어(714) 및 제2 활성 레이어(724)와 함께 그 사이에서 하나의 태양 전지를 형성함을 이해해야 한다.
도 1의 태양 전지 모듈(701)의 적층 동안, 제1 및 제2 활성 레이어(714, 724)의 상이한 조성물 각각은, 스트라이프로서 증착될 수 있고, 이는 증착 및/또는 적층 이후 각각의 제1 및 제2 연속 활성 레이어(714, 724)을 형성하여, 각각, 복수의 제1 및 제2 전극(712, 722)을 커버한다. 즉, 제1 및 제2 활성 레이어(714, 724)는 스트라이프로서 증착될 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 스트라이프(714A, 724A)는 공여 물질을 포함하고, 수용 물질의 혼합물은 상기 복수의 제1 전극(712) 및/또는 상기 복수의 제2 전극(722)의 각각의 음극부 (712b, 722b) 상에 증착될 수 있다. 또한, 오직 공여 물질만을 가지는 제2 유형의 스트라이프(714B, 724B)는 복수의 제1 전극(712) 및/또는 복수의 제2 전극(722)의 양극부(712a, 722a) 상에 증착될 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 유형의 스트라이프(714A, 724A, 714B, 724B)의 증착은 상기 복수의 제1 전극(712) 및/또는 상기 복수의 제2 전극(722)의 전극 중 음극부(712b, 722b) 및 양극부(712a, 722a)에 대해 수행될 수 있다. 여기서, 제1 활성 레이어(714)의 제1 및 제2 유형의 스트라이프(714A, 714B)는 서로 접촉하여, 복수의 제1 전극(712)을 커버하는 제1 연속 활성 레이어(714)를 형성하고, 제2 활성 레이어(724)의 제1 및 제2 유형의 스트라이프(724A, 724B)는 서로 접촉하여 복수의 제2 전극(722)을 커버하는 제2 연속 활성 레이어(724)를 형성할 것이다.
도 7b는 태양 전지 모듈(801)의 x-y-평면 일부, 보다 구체적으로, 제1 기판부(810) 및 복수의 제1 전극(812) (전술한 바와 같이, 개질 레이어(813)에 의해 적어도 부분적으로 정의되는 양극부(812a) 및 음극부 (812b)를 가지는 각 전극)의 단면도를 도시한다. 태양 전지 모듈(801)의 구성은 도 1 및 도 2의 태양 전지 모듈(1) 및 도 7a의 태양 전지 모듈(701)에 관하여 기재된 것과 동일하지만 (특징부는 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조 번호로 표시되지만, 도 7b에서는 "800"이라는 값이 추가됨) 하기 언급되는 부분은 상이하다. 이에 따라, 오직 제1 기판부(810) 및 복수의 제1 전극(812)이 제1 활성 레이어(814)와 함께 도 7b에 도시되지만, 복수의 제2 전극, 및 가능한 경우 제2 활성 레이어를 가지는 제2 기판부가 도 7a에 관련하여 기재된 것과 유사하게 적층 단계에서 사용됨을 유의해야 한다.
도 7b에서, 활성 레이어(814), 즉, 제1 불연속 활성 레이어(814)는, 레이어 세그먼트 갭에 의해 분리된 레이어 세그먼트(814A, 814B, 814'A, 814'B)를 포함한다. 이에 따라, 제1 불연속 활성 레이어(814)의 각 레이어 세그먼트(814A, 814B, 814'A, 814'B)는 오직 전극(812)을, 또는 오직 전극(812)의 일부(812a, 812b)를, 적어도 x-방향으로 커버하지만, 갭(815)은 커버하지 않는 활성 레이어이다. z-방향으로, 각 레이어 세그먼트(814A, 814B, 814'A, 814'B)는 바람직하게 모든 전극(812), 또는 전극(812)의 상기 부분(812a, 812b)을 커버한다. 달리 말하면, 레이어 세그먼트(814A, 814B, 814'A, 814'B)는 x-방향으로, 레이어 세그먼트 갭에 의해, 예컨대, 0.01 mm 내지 1 mm, 예컨대, 0.05 mm 내지 0.4 mm 분리되어 있다. 그러므로, 도 7b에서 나타난 바와 같이, 복수의 제1 전극(812) 내 전극(812) 사이 복수의 갭(815)은 제1 불연속 활성 레이어(814)에 의해 커버되지 않는다.
이에 대응하여, 도시되지는 않지만, 제2 활성 레이어는, 상기 복수의 제2 전극 내 전극, 또는 적어도 복수의 제2 전극의 각 전극의 부분을 커버하는 제2 불연속 활성 레이어일 수 있으며, 제2 불연속 활성 레이어는 제2 레이어 세그먼트 갭에 의해 분리되는 제2 레이어 세그먼트를 포함한다.
적어도 하나의 대안의 예시적인 구현예에 따르면, 상기 복수의 제1 전극(812) 내 전극(812)의 각각의 양극부(812a) 또는 음극부 (812b)를 커버하는 레이어 세그먼트(814B, 814'B)는, 활성 레이어가 아닐 수 있지만, 또 다른, 비-광활성 레이어일 수 있다 (예컨대, 전자-정공 쌍 흡수된 광자 당 0.001 미만의 효율을 가짐).
당업자는 첨부된 특허 청구 범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 구현예의 다양한 변형이 가능하다는 것을 인식한다. 예를 들어, 복수의 제1 및 제2 전극의 스트라이프는 예를 들어 도면에 도시된 곡률이 아닌 임의의 다른 곡률일 수 있다. 또한, 이는 가장 긴 연장부가 x-와 z-방향 사이의 임의의 방향이 되도록 증착될 수 있다. 그러므로, 이는 기판의 가장 긴 연장부에 대해 평행하거나, 수직할 필요가 없다.
당업자는 또한 다른 전도성 또는 반전도성 재료가 태양 전지 모듈의 전극으로서 또는 활성 레이어 내에 사용될 수 있음을 인식한다.

Claims (14)

  1. 다음의 단계를 포함하는, 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈의 적층 방법:
    - 롤-투-롤 증착(roll-to-roll deposition)에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부(flexible substrate portion)를 제공하는 단계;
    - 상기 제1 기판부 상에 복수의 제1 전극을, 및 상기 제2 기판부 상에 복수의 제2 전극을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 제1 및 제2 전극은 공간이 분리된 스트라이프(stripe)로서 제공되어, 상기 복수의 제1 기판부 상의 복수의 제1 전극 내 전극들 사이에, 및 상기 복수의 제2 기판부 상의 복수의 제2 전극 내 전극들 사이에 복수의 갭(gap)이 형성되는 단계;
    - 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극 상에 연속 또는 불연속 활성 레이어를 증착하는 단계로서, 상기 연속 또는 불연속 활성 레이어는 유기 활성 레이어인 단계;
    - 롤-투-롤 공정에서 열 및 압력에 의해 상기 제1 및 상기 제2 기판부를 함께 적층하는 단계로서, 이로 인해 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극 중 다른 하나와 물리적으로 접촉하게 되고, 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 단계;
    여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋(off-set)으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 제1 및 제2 기판부에 대해 직교인 방향으로 적어도 완전히 커버되는 것인 방법.
  2. 다음의 단계를 포함하는, 전기적으로 직렬로 연결된 복수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈의 적층 방법:
    - 롤-투-롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판부를 제공하는 단계;
    - 상기 제1 기판부 상에 복수의 제1 전극을, 및 상기 제2 기판부 상에 복수의 제2 전극을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 제1 및 제2 전극은 공간이 분리된 스트라이프로서 제공되어, 상기 복수의 제1 기판부 상의 복수의 제1 전극 내 전극들 사이에, 및 상기 복수의 제2 기판부 상의 복수의 제2 전극 내 전극들 사이에 복수의 갭이 형성되는 단계;
    - 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어를 상기 복수의 제1 전극 상에, 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어를 상기 복수의 제2 전극 상에 증착하는 단계로서, 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어 중 적어도 하나는 유기 활성 레이어인 단계;
    - 롤-투-롤 공정에서 열 및 압력에 의해 상기 제1 및 상기 제2 기판부를 함께 적층하는 단계로서, 이로 인해 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어는 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어와 물리적으로 접촉하게 되고, 상기 제1 및 상기 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 단계;
    여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극에 대해 오프-셋으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 제1 및 제2 기판부에 대해 직교인 방향으로 적어도 완전히 커버되는 것인 방법.
  3. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 다음의 단계를 추가로 포함하는 방법:
    - 복수의 제1 전극 각각 및/또는 복수의 제2 전극 상에, 부분적으로 상기 복수의 제1 전극 각각 및/또는 상기 복수의 제2 전극를 커버하는 개질 레이어를 제공함으로써, 상기 복수의 제1 전극 각각 및 상기 복수의 제2 전극 각각에, 양극부(anode part) 및 음극부(cathode part)를 제공하는 단계.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 및 압력에 의한 적층 단계는 50-300 ℃ 범위 내, 또는 바람직하게 50-200 범위 내, 또는 더욱 바람직하게 100-140 ℃ 범위 내의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  5. 술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 활성 레이어 또는 제1 및 제2 활성 레이어의 증착 단계는 롤-투-롤 코팅에 의해 수행되는 것인 방법.
  6. 전기적으로 직렬로 연결된 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈로서, 상기 태양 전지 모듈은 다음을 포함하는 모듈:
    - 서로 공간이 분리된 복수의 제1 전극을 포함하며, 이러한 분리가 상기 제1 전극들 사이에 복수의 갭을 형성하는 제1 가요성 기판부로서, 여기서 상기 제1 가요성 기판부는 롤-투-롤 증착에 적합한 기판부;
    - 서로 공간이 분리된 복수의 제2 전극을 포함하며, 이러한 분리가 상기 제2 전극들 사이에 복수의 갭을 형성하는 제2 가요성 기판부로서, 여기서 상기 제2 가요성 기판부는 롤-투-롤 증착에 적합한 기판부;
    - 상기 복수의 제1 전극을 커버하는 제1 연속 또는 불연속 활성 레이어로서, 상기 제1 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 활성 레이어;
    - 상기 복수의 제2 전극을 커버하는 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어로서, 상기 제2 활성 레이어는 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 활성 레이어;
    여기서 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어 중 적어도 하나는 유기 활성 레이어이고;
    여기서 상기 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 레이어는 열 및 압력을 사용하는 적층에 의해 서로 물리적으로 접촉하게 되고;
    여기서 상기 복수의 제1 전극은 상기 복수의 제2 전극의 오프-셋으로 배열되어, 상기 복수의 제2 전극 사이의 상기 복수의 갭 각각은 상기 복수의 제1 전극 각각에 의해 완전히 커버되는 것인 태양 전지 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서, 제1 및 상기 제2 활성 레이어 모두는 적어도 반도체 유기 화합물을 포함하는 유기 활성 레이어이며;
    상기 반도체 유기 화합물은 상기 제1 및 상기 제2 활성 레이어에서 동일하거나; 또는
    반도체 유기 화합물은 상기 제1 및 상기 제2 활성 레이어에서 상이한 것인 장치.
  8. 청구항 6 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 반투명 전극인 것인 장치.
  9. 청구항 6 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 제1 전극 또는 상기 복수의 제2 전극은 금속 전극인 것인 장치.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 기판부는 1-1000 μm 범위 내, 또는 더욱 바람직하게 50-150 μm 범위 내의 두께를 가지는 투명 중합체 필름을 포함하는 것인 장치.
  11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 제1 전극 및/또는 상기 복수의 제2 전극은 전극 개질 레이어에 의해 부분적으로 커버되는 것인 장치.
  12. 청구항 6 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양 전지 모듈은 활성 영역을 포함하며, 상기 활성 영역은 상기 제1 및/또는 제2 기판부 표면적의 적어도 20 %, 또는 적어도 40 %, 또는 적어도 60 %, 또는 적어도 80 %, 또는 적어도 90 %, 또는 적어도 95 %를 커버하는 것인 장치.
  13. 청구항 6 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 두께는 20-2000 nm의 범위, 더욱 바람직하게 50-300 nm의 범위 내인 것인 장치.
  14. 청구항 6 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성 레이어의 결합된 두께는 30-1000 nm의 범위, 더욱 바람직하게 80-350 nm의 범위 내인 것인 장치.
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