KR20200006456A - 페로브스카이트 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 복수의 태양 전지 셀이 연결된 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 상기 각 태양 전지 셀은 기판 상에 형성되고, 상기 기판상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 배치되고 적어도 페로브스카이트 계열 물질을 함유하는 광흡수층을 포함하는 중간층을 포함하고, 상기 제1 전극은 복수 개로 형성되어 각각의 제1 전극 사이에는 이격 영역이 형성되고, 상기 제 2 전극은 일 영역에서 상기 제1 전극과 연결되는 연결 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 복수 개로 형성되어 각각의 제2 전극의 사이에는 분리 영역이 형성되고, 상기 복수의 태양 전지 셀의 배열 방향을 기준으로 상기 이격 영역, 연결 영역 및 분리 영역을 폭을 갖고, 상기 연결 영역의 폭은 상기 이격 영역 또는 상기 분리 영역의 폭보다 크도록 형성된 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 개시한다.

Description

페로브스카이트 태양 전지 모듈{Perovskite solar cell module}
본 발명은 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
기술의 발전 및 환경 보호에 대한 관심과 필요성이 증가함에 따라 태양 전지에 대한 연구 및 적용을 위한 시도가 활발해지고 있다.
태양 전지는 다양한 형태를 가질 수 있는데, 기본적으로 p-n 접합 다이오드의 구조에 빛이 입사되면 전자가 생성되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 과정을 이용할 수 있다.
태양 전지는 작은 단위의 셀을 포함할 수 있고, 이러한 셀을 전기적으로 연결하여 수 볼트(V)이상 또는 수백 볼트(V) 이상의 전압을 얻도록 패널 형태로 제작한 모듈 구조를 포함할 수 있다.
한편, 최근의 기술 발달 속도와 사용자들의 생활 수준의 급격한 향상에 따라 태양 전지 모듈을 이용하고자 하는 분야는 더 늘어나고 있고, 태양 전지 모듈의 사용 조건도 더 다양하게 요구되고 있다.
또한, 이러한 태양 전지 모듈 제조 시 페로브스카이트 물질을 포함하는 태양 전지가 연구되고 있다. 페로브스카이트 물질을 이용하여 비교적 저렴한 비용으로 용이하게 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
다만, 페로브스카이트를 이용한 셀 하나가 얻을 수 있는 전압과 전류 값은 한계가 있고, 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 전기적 특성과 효율의 향상에 한계가 있다.
본 발명은 전기적 특성 및 효율이 향상된 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 태양 전지 셀이 연결된 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 상기 각 태양 전지 셀은 기판 상에 형성되고, 상기 기판상에 형성되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 형성되는 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 배치되고 적어도 페로브스카이트 계열 물질을 함유하는 광흡수층을 포함하는 중간층을 포함하고, 상기 제1 전극은 복수 개로 형성되어 각각의 제1 전극 사이에는 이격 영역이 형성되고, 상기 제 2 전극은 일 영역에서 상기 제1 전극과 연결되는 연결 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 복수 개로 형성되어 각각의 제2 전극의 사이에는 분리 영역이 형성되고, 상기 복수의 태양 전지 셀의 배열 방향을 기준으로 상기 이격 영역, 연결 영역 및 분리 영역을 폭을 갖고, 상기 연결 영역의 폭은 상기 이격 영역 또는 상기 분리 영역의 폭보다 크도록 형성된 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 개시한다.
본 실시예에 있어서 상기 연결 영역의 폭은 상기 이격 영역의 폭보다 크고, 상기 연결 영역의 폭은 상기 분리 영역의 폭보다 크도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 중간층은, 상기 광흡수층과 상기 제1 전극 또는 상기 광흡수층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 전하 전달층을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 전하 전달층은 정공 전달층 또는 전자 전달층을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 각 태양 전지 셀은 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 그 사이의 중간층이 중첩된 활성 영역을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 이격 영역, 상기 연결 영역 및 상기 분리 영역은 상기 활성 영역과 중첩되지 않고 상기 활성 영역에 인접하도록 배치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 전기적 특성 및 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 K의 확대도이다.
도 3은 도 2의 개략적인 투시 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 도 3의 이격 영역을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 3의 연결 영역을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 3의 분리 영역을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 7의 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 도시한 개략적인 평면도이다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈을 도시한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 K의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)은 하나 이상의 태양 전지 셀을 포함할 수 있고, 예를들면 복수의 태양 전지 셀(C1, C2, C3, …, Cn)을 포함할 수 있다.
도시하지 않았으나, 본 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)은 복수의 태양 전지 셀(C1, C2, C3,…,Cn)의 적어도 일 측에 또는 복수의 태양 전지 셀(C1, C2, C3,…,Cn)의 둘레에 태양 전지 셀이 형성되지 않는 비형성 영역을 포함할 수도 있다.
복수의 태양 전지 셀(C1, C2, C3,…,Cn)들은 적어도 일 영역이 분리되도록 형성될 수 있고, 예를들면 인접한 셀들간에 분리 영역(CS)이 형성될 수 있다. 구체적예로서 제2 태양 전지 셀(C2)과 제3 태양 전지 셀(C3)의 사이에 분리 영역(CS)이 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 개략적인 투시 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절취한 단면도이다. 도 5는 도 3의 이격 영역을 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 도 3의 연결 영역을 설명하기 위한 단면도이고, 도 7은 도 3의 분리 영역을 설명하기 위한 단면도이다.
우선 도 4를 참조하면 본 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)의 일 태양 전지 셀(C2)은 기판(101), 제1 전극(110), 제2 전극(140) 및 중간층(130)을 포함할 수 있다.
기판(101)은 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를들면 기판(101)은 플레이트 형상을 가질 수 있다.
기판(101)은 투명한 재질로 형성할 수 있고, 예를들면 유리 재질 또는 플라스틱 재질을 함유할 수 있다. 기판(101)은 필요에 따라 리지드하거나 플렉서블하도록 형성할 수 있다.
선택적 실시예로서 기판(101)은 알루미나와 같은 세라믹 기판, 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질 또는 유연성이 있는 고분자 등을 포함할 수도 있다.
구체적인 실시예로서 기판(101)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Poly Ethylene Naphthalate: PEN), 폴리카보네이트(Poly-Carbonate: PC), 폴리프로필렌(Poly-Propylene: PP), 폴리이미드(Poly- Imide: PI) 또는 트리 아세틸 셀룰로오스(Tri Acetyl Cellulose: TAC)를 함유할 수 있다.
제1 전극(110)은 다양한 도전체를 이용하여 형성할 수 있고, 선택적 실시예로서 광투과성이 높은 재질로 형성할 수 있다.
예를들면 제1 전극(110)은 인듐 틴 산화물(Indium Tin Oxide: ITO), 플루오르 틴 산화물(Fluorine Tin Oxide: FTO), 안티몬 틴 산화물(Antimony Tin Oxide: ATO), 징크 산화물(Zinc Oxide) 또는 틴 산화물(Tin Oxide), ZnOGa2O3, ZnO-Al2O3 등을 포함할 수 있다.
선택적 실시예로서 제1 전극(110)은 단일층 또는 적층체를 포함할 수 있고, 적층체의 각각의 층은 동일한 재료 또는 상이한 재료를 포함할 수 있다.
예를들면 상기 언급한 재료 중 하나 이상을 포함하여 제1 전극(110)의 단일층을 형성할 수 있고, 제1 전극(110)을 적층체로 형성할 경우에는 상기 재료들 중 일 재료를 포함하는 일 층 및 이와 다른 일 재료를 포함하는 일 층을 포함할 수 있다.
중간층(130)은 제1 전극(110)상에 형성되고, 적어도 광흡수층(132)을 포함할 수 있다.
광흡수층(132)은 적어도 페로브스카이트(perovskite)구조를 가진 광흡수 물질을 포함할 수 있다.
예를들면 광흡수층(132)은 ABX3 구조로 이루어질 수 있다.
이때, A는 CnH2n+1의 알킬기, 및 페로브스카이트 태양전지 구조형성이 가능한 Cs, Ru 등의 무기물로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
B는 Pb, Sn, Ti, Nb, Zr, 및 Ce으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
X는 할로겐 물질을 포함할 수 있다.
구체적인 예로서 광흡수층(132)은 CH3NH3PbI3, CH3NH3PbIxCl3-x, MAPbI3, CH3NH3PbIxBr3-x, CH3NH3PbClxBr3-x, HC(NH2)2PbI3, HC(NH2)2PbIxCl3-x, HC(NH2)2PbIxBr3-x, HC(NH2)2PbClxBr3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbI3, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxCl3-x, (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbIxBr3-x, 또는 (CH3NH3)(HC(NH2)2)1-yPbClxBr3-x (0≤x, y≤1)를 포함할 수 있다.
또한, 선택적 실시예로서 광흡수층(132)은 상기 ABX3의 A에 Cs가 일부 도핑된 화합물도 포함할 수 있다.
제2 전극(140)은 중간층(130)상에 형성되고, 적어도 일 영역에서 제1 전극(110) 및 중간층(130)과 중첩될 수 있다.,
제2 전극(140)은 다양한 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
선택적 실시예로서 제2 전극(140)은 몰리브덴(Mo), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 탄소(C), 인듐(In), WO3, TiO2 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
광흡수층(132)에 흡수된 광을 통하여 광흡수층(132) 내의 전자를 여기(excitation)시키고, 이로 인해 발생한 전자 및 정공은 각각 제1 전극(110) 또는 제2 전극(140)으로 이동할 수 있다.
이 때, 선택적 실시예로서 이러한 전자 및 정공의 이동을 용이하게 하도록 하나 이상의 전하 전달층(131, 133)을 포함할 수 있다.
예를들면 전하 전달층(131, 133)은 제1 전하 전달층(131) 또는 제2 전하 전달층(133)을 포함할 수 있다.
전하 전달층(131, 133)은 전자 전달층 또는 정공 전달층을 포함할 수 있다.
제1 전하 전달층(131)은 제1 전극(110)과 광흡수층(132)의 사이에 배치될 수 있다.
선택적 실시예로서 제1 전하 전달층(131)은 전자 전달층을 포함할 수 있다. 예를들면 제1 전하 전달층(131)은 무기물을 포함할 수 있으며, 금속산화물을 포함할 수 있다. 선택적 실시예로서 제1 전하 전달층(131)은 평평한 금속산화물층, 표면 요철을 갖는 금속산화물층, 박막 형상의 금속산화물 나노 구조체가 형성된 층을 포함할 수 있고, 다공성 금속산화물층 또는 치밀성 금속산화물층을 포함할 수 있다.
구체적 예로서 제1 전하 전달층(131)은 구체적으로 예를 들면 Ti산화물, Zn산화물, In산화물, Sn산화물, W산화물, Nb산화물, Mo산화물, Mg산화물, Zr산화물, Sr산화물, Yr산화물, La산화물, V산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 및 이들의 복합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 일 예로서 제1 전하 전달층(131)은 Ti산화물(예, TiO2)를 포함할 수 있다.
선택적 실시예로서 제2 전하 전달층(133)은 제2 전극(140)과 광흡수층(132)의 사이에 배치될 수 있다.
선택적 실시예로서 제2 전하 전달층(133)은 정공 전달층을 포함할 수 있다. 제2 전하 전달층(133)은 정공 전달층을 포함하고, 구체적으로 정공 전달 물질을 포함하는데, 예를들면 티오펜계, 파라페닐렌비닐렌계, 카바졸계 및 트리페닐아민계에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 포함할 수 있다.
구체적 예로서 제2 전하 전달층(133)은 정공 전달층을 포함할 경우, P3HT(poly[3-hexylthiophene]), MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxyl)]-1,4-phenylene vinylene), MEH-PPV(poly[2-methoxy -5-(2''-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene]), P3OT(poly(3-octyl thiophene)), POT( poly(octyl thiophene)), P3DT(poly(3-decyl thiophene)), P3DDT(poly(3-dodecyl thiophene), PPV(poly(p-phenylene vinylene)), TFB(poly(9,9'-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenyl amine), Polyaniline, Spiro-MeOTAD ([2,2,2′,7,7,7′-tetrkis (N,N-di-pmethoxyphenylamine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), CuSCN, CuI, PCPDTBT(Poly[2,1,3-benzothiadiazole- 4,7-diyl[4,4-bis(2-ethylhexyl-4H- cyclopenta [2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]], Si-PCPDTBT(poly[(4,4′-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]), PBDTTPD(poly((4,8-diethylhexyloxyl) benzo([1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl)-alt-((5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl)), PFDTBT(poly[2,7-(9-(2-ethylhexyl)-9-hexyl-fluorene)-alt-5,5-(4', 7, -di-2-thienyl-2',1', 3'-benzothiadiazole)]), PFO-DBT(poly[2,7-.9,9-(dioctyl-fluorene)-
alt-5,5-(4',7'-di-2-.thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]), PSiFDTBT(poly[(2,7-dioctylsilafluorene)-2,7-diyl-alt-(4,7-bis(2-thienyl)-2,1,3-benzothiadiazole)-5,5′-diyl]), PSBTBT(poly[(4,4′-bis(2-
ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2′,3′-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl]),
PCDTBT(Poly [[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl] -2,5-thiophenediyl -2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl]), PFB(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-bis(N,N′-(4,butylphenyl))bis(N,N′-phenyl-1,4-phenylene)diamine), F8BT(poly(9,9′-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole), PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT:PSS poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate), PTAA(poly(triarylamine)), Poly(4-butylphenyl-diphenyl-amine) 및 이들의 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면 본 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)은 이격 영역(BS), 연결 영역(CA) 및 분리 영역(CS)을 포함할 수 있다.
이격 영역(BS)은 기판(101)상에 형성된 제1 전극(110)에 형성된 것으로서, 구체적으로 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)은 서로 인접한 적어도 두 개의 제1 전극(110)을 포함할 수 있고, 이러한 인접한 제1 전극(110)의 사이에 이격 영역(BS)이 형성될 수 다.
도 3을 참조하면 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)에 포함된 복수의 태양 전지 셀(C2, C3), 즉 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)을 도시하고 있다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 선택한 셀들이다.
선택적 실시예로서 하나의 제1 전극(110)은 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)에 걸쳐 형성될 수 있다.
그리고 이격 영역(BS)은 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)의 각각에 형성될 수 있다.
이격 영역(BS)은 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)의 배열 방향을 기준으로 폭을 가질 수 있고, 이와 교차하는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
선택적 실시예로서 도 5를 참조하면 이격 영역(BS)은 기판(101)상에 형성된 제1 전극(110)의 일부 영역을 제거한 형태로 형성될 수 있고, 이러한 이격 영역(BS)의 폭은 제1 전극(110)와 이와 인접한 제1 전극(110)간의 이격된 거리일 수 있다.
선택적 실시예로서 이격 영역(BS)에는 중간층(130)이 형성될 수 있고, 예를들면 제1 전하 전달층(131)이 배치될 수 있다.
연결 영역(CA)은 제2 전극(140)의 영역 중 제1 전극(110)과 연결된 영역일 수 있다.
제2 전극(140)은 제1 전극(110)과 일 영역에서 이격된 채, 그 사이에 중간층(130)을 포함할 수 있고, 이는 도 3의 활성 영역(AA)에 대응될 수 있다.
이러한 활성 영역(AA)은 실질적으로 광흡수 및 정공과 전자의 흐름이 효율적으로 발생하는 영역을 포함할 수 있다.
연결 영역(CA)은 활성 영역(AA)의 외곽에 배치되고 예를들면 기판(101)의 두께 방향으로 제1 전극(110)과 직접 연결되는 영역을 포함할 수 있다.
연결 영역(CA)은 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)의 각각에 형성될 수 있다.
예를들면 제2 전극(140)은 일 영역에서 하나의 태양 전지 셀의 활성 영역의 제1 전극과 중첩되고, 다른 일 영역에서는 연결 영역(CA)을 통하여 이와 인접한 다른 태양 전지 셀의 제1 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적인 예로서, 하나의 제2 전극(140)의 일 영역은 제2 태양 전지 셀(C2)의 활성 영역(AA)에 대응되어 제1 전극(110)과 이격된 채 중첩되고, 상기 하나의 제2 전극(140)의 다른 일 영역은 제3 태양 전지 셀(C3)의 활성 영역(AA)에 대응되는 제1 전극(110)과 전기적으로 연결될 수 있도록, 제3 태양 전지 셀(C3)의 활성 영역(AA)에 대응되는 제1 전극(110)의 길게 연장된 부분과 연결, 구체적으로 연결 영역(CA)을 통하여 연결될 수 있다.
연결 영역(CA)은 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)의 배열 방향을 기준으로 폭을 가질 수 있고, 이와 교차하는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
연결 영역(CA)의 폭은 적어도 이격 영역(BS)의 폭보다 크도록 형성될 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 이격 영역(BS)의 폭의 1.1배 내지 3배의 값을 가질 수 있다.
연결 영역(CA)의 폭을 이격 영역(BS)의 폭의 1.1배 이상이 되도록 하여 연결 영역(CA)을 통한 제1 전극(110)과 제2 전극(140)간 전기적 연결 특성을 향상할 수 있다.
활성 영역(AA)의 확보 및 이격 영역(BS)을 통한 인접한 제1 전극(110)의 전기적 분리를 위하여 연결 영역(CA)의 폭이 이격 영역(BS)의 폭의 3배를 초과하지 않도록 할 수 있다.
선택적 실시예로서 도 6을 참조하면 연결 영역(CA)은 중간층(130)에 형성된 콘택홀(131C)에 대응되도록 배치될 수 있다. 예를들면 연결 영역(CA)의 폭은 중간층(130)이 콘택홀(131C)의 폭에 대응될 수도 있다.
분리 영역(CS)은 서로 인접한 적어도 두 개의 제2 전극(140)의 사이에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)에 포함된 복수의 태양 전지 셀(C2, C3), 즉 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)을 도시하고 있다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 선택한 셀들이다.
선택적 실시예로서 하나의 제2 전극(140)은 제2 태양 전지 셀(C2)에 대응되고, 이와 인접한 다른 하나의 제2 전극(140)은 제3 태양 전지 셀(C3)에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리고, 분리 영역(CS)은 제2 태양 전지 셀(C2)과 제3 태양 전지 셀(C3)의 사이에 형성될 수 있다.
분리 영역(CS)은 제2 태양 전지 셀(C2) 및 제3 태양 전지 셀(C3)의 배열 방향을 기준으로 폭을 가질 수 있고, 이와 교차하는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
선택적 실시예로서 도 7을 참조하면 분리 영역(CS)은 기판(101)상에 형성된 제2 전극(140)의 일부 영역을 제거한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 분리 영역(CS)에 대응되도록 중간층(130)에 비아홀(130H)이 형성될 수도 있다.
분리 영역(CS)의 폭은 적어도 연결 영역(CA)의 폭보다 작도록 형성될 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 분리 영역(CS)의 폭의 1.1 내지 3배의 값을 가질 수 있다.
연결 영역(CA)의 폭을 분리 영역(CS)의 폭의 1.1배 이상이 되도록 하여 연결 영역(CA)을 통한 제1 전극(110)과 제2 전극(140)간 전기적 연결 특성을 향상할 수 있다.
활성 영역(AA)의 확보 및 분리 영역(CS)을 통한 인접한 제2 전극(140)의 전기적 분리를 위하여 연결 영역(CA)의 폭이 분리 영역(CS)의 폭의 3배를 초과하지 않도록 할 수 있다.
이러한 분리 영역(CS)의 폭은 제2 전극(140)과 이와 인접한 제2 전극(140)간의 이격된 거리일 수 있다. 구체적인 예로서 제2 태양 전지 셀(C2)의 제2 전극(140)과 제3 태양 전지 셀(C3)의 제2 전극(140)간의 거리일 수 있다.
도 8은 도 7의 변형예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면 연결 영역(CA)이 형성되고, 그에 대응되도록 중간층(130)은 비아홀을 포함하지 않을 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역(CA)은 기판(101)의 평면 방향을 기준으로 이격 영역(BS)과 분리 영역(CS)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면 이격 영역(BS)과 연결 영역(CA)은 서로 이격될 수 있다. 예를들면 기판(101)의 평면 방향 또는 제2 태양 전지 셀(C2)로부터 제3 태양 전지 셀(C3)을 향하는 방향을 기준으로, 이격 영역(BS)과 연결 영역(CA)의 사이에는 제1 간격(L1)이 있을 수 있다.
또한, 이를 통하여 연결 영역(CA)에 대응하는 제2 전극(140)의 영역은 이격 영역(BS)과 제1 간격(L1)을 갖고 이격될 수 있고, 선택적 실시예로서 제1 간격(L1)에 대응되는 영역에 중간층(130)의 적어도 일 영역이 배치될 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 제1 간격(L1)의 폭보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한 구체적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 제1 간격(L1)의 폭의 1.2 배 이상의 값을 가질 수 있다.
이를 통하여 연결 영역(CA)의 폭을 용이하게 확보하여 제1 전극(110)과 제2 전극(140)간의 전기적 특성의 안정성을 향상할 수 있다.
선택적 실시예로서 이격 영역(BS) 및 분리 영역(CS)의 폭은 각각 제1 간격(L1)의 폭보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면 분리 영역(CS)와 연결 영역(CA)은 서로 이격될 수 있다. 예를들면 기판(101)의 평면 방향 또는 제2 태양 전지 셀(C2)로부터 제3 태양 전지 셀(C3)을 향하는 방향을 기준으로, 분리 영역(CS)과 연결 영역(CA)의 사이에는 제2 간격(L2)이 있을 수 있다.
또한, 이를 통하여 연결 영역(CA)에 대응하는 제2 전극(140)의 영역은 분리 영역(CS)과 제2 간격(L2)을 갖고 이격될 수 있고, 선택적 실시예로서 제2 간격(L2)에 대응되는 영역에 중간층(130)의 적어도 일 영역이 배치될 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 제2 간격(L2)의 폭보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한 구체적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 제2 간격(L2)의 폭의 1.2 배 이상의 값을 가질 수 있다.
이를 통하여 연결 영역(CA)의 폭을 용이하게 확보하여 제1 전극(110)과 제2 전극(140)간의 전기적 특성의 안정성을 향상할 수 있다.
선택적 실시예로서 이격 영역(BS) 및 분리 영역(CS)의 폭은 각각 제2 간격(L2)의 폭보다 큰 값을 가질 수 있다.
본 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지 셀을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 셀은 기판상에 형성되고, 제1 전극, 제2 전극 및 그 사이의 중간층을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극의 서로 인접한 두 개의 제1 전극 사이의 이격 영역의 폭은 제1 전극과 제2 전극이 직접 연결되는 연결 영역의 폭보다 작도록 형성될 수 있다. 즉, 연결 영역의 폭을 이격 영역의 폭보다 크게 할 수 있다. 이를 통하여 각각의 제1 전극을 효과적으로 이격시키면서 제1 전극과 제2 전극의 연결되는 면적을 증가하여 제1 전극과 제2 전극간 접촉 특성 및 전기적 특성을 향상할 수 있다.
또한 복수의 제2 전극의 서로 인접한 두 개의 제2 전극 사이의 분리 영역의 폭은 제1 전극과 제2 전극이 직접 연결되는 연결 영역의 폭보다 작도록 형성될 수 있다. 즉, 연결 영역의 폭을 분리 영역의 폭보다 크게 할 수 있다. 이를 통하여 각각의 제2 전극을 효과적으로 이격시키면서 제1 전극과 제2 전극의 연결되는 면적을 증가하여 제1 전극과 제2 전극간 접촉 특성 및 전기적 특성을 향상할 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역의 폭을 이격 영역 및 분리 영역의 폭보다 크도록 하여 활성 영역의 폭에 영향을 주지 않으면서 제1 전극과 제2 전극간의 연결의 전기적 특성을 향상할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈(200)을 도시한 개략적인 평면도이다. 설명의 편의를 위하여 전술한 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)과 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 9의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(200)을 참조하면, 이격 영역(BS)의 폭에 대응하는 양측의 가장자리면이 곡면을 포함하는 것을 도시하고 있다.
예를들면 이격 영역(BS)은 기판의 두께 방향, 즉 기판의 위에서 볼 때 폭에 대응하는 양측 가장자리 선이 곡선을 포함할 수 있다.
또한, 이격 영역(BS)은 영역 별로 폭이 상이할 수 있고, 오목한 곳의 제1 폭(BS1) 및 볼록한 곳의 제2 폭(BS2)을 포함할 수 있다.
이 때, 이격 영역(BS)의 폭은 다양하게 결정될 수 있고, 제1 폭(BS1)을 이격 영역(BS)의 폭으로 하거나 제2 폭(BS2)을 이격 영역(BS)의 폭으로 정할 수 있다.
또한, 다른 예로서 제1 폭(BS1) 및 제2 폭(BS2)의 평균값을 이격 영역(BS)의 폭으로 정할 수도 있다.
도 9의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(200)을 참조하면, 연결 영역(CA)의 폭에 대응하는 양측의 가장자리면이 곡면을 포함하는 것을 도시하고 있다.
예를들면 연결 영역(CA)은 기판의 두께 방향, 즉 기판의 위에서 볼 때 폭에 대응하는 양측 가장자리 선이 곡선을 포함할 수 있다.
또한, 연결 영역(CA)은 영역 별로 폭이 상이할 수 있고, 오목한 곳의 제1 폭(CA1) 및 볼록한 곳의 제2 폭(CA2)을 포함할 수 있다.
이 때, 연결 영역(CA)의 폭은 다양하게 결정될 수 있고, 제1 폭(CA1)을 연결 영역(CA)의 폭으로 하거나 제2 폭(CA2)을 연결 영역(CA)의 폭으로 정할 수 있다.
또한, 다른 예로서 제1 폭(CA1) 및 제2 폭(CA2)의 평균값을 연결 영역(CA)의 폭으로 정할 수도 있다.
도 9의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(200)을 참조하면, 분리 영역(CS)의 폭에 대응하는 양측의 가장자리면이 곡면을 포함하는 것을 도시하고 있다.
예를들면 분리 영역(CS)은 기판의 두께 방향, 즉 기판의 위에서 볼 때 폭에 대응하는 양측 가장자리 선이 곡선을 포함할 수 있다.
또한, 분리 영역(CS)은 영역 별로 폭이 상이할 수 있고, 오목한 곳의 제1 폭(CS1) 및 볼록한 곳의 제2 폭(CS2)을 포함할 수 있다.
이 때, 분리 영역(CS)의 폭은 다양하게 결정될 수 있고, 제1 폭(CS1)을 분리 영역(CS)의 폭으로 하거나 제2 폭(CS2)을 분리 영역(CS)의 폭으로 정할 수 있다.
또한, 다른 예로서 제1 폭(CS1) 및 제2 폭(CS2)의 평균값을 분리 영역(CS)의 폭으로 정할 수도 있다.
연결 영역(CA)의 폭은 적어도 이격 영역(BS)의 폭보다 크도록 형성될 수 있고, 선택적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 이격 영역(BS)의 폭의 1.2 내지 1.5배의 값을 가질 수 있다.
분리 영역(CS)의 폭은 적어도 연결 영역(CA)의 폭보다 작도록 형성될 수 있다.
선택적 실시예로서 연결 영역(CA)의 폭은 분리 영역(CS)의 폭의 1.1 내지 1.4배의 값을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 페로브스카이트 태양 전지 모듈(300)을 도시한 개략적인 평면도이다. 설명의 편의를 위하여 전술한 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈(100)과 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면 각 태양 전지 셀의 활성 영역(AA)이 도시되어 있고, 이와 인접하도록 이격 영역(BS), 연결 영역(CA) 및 분리 영역(CS)이 형성된다.
이격 영역(BS)은 길이 방향을 기준으로 일 영역에서 연결 영역(CA)과 연결될 수 있다.
즉, 하나의 태양 전지 셀로부터 다른 태양 전지 셀을 향하는 방향을 폭이라고 하고, 상기 폭의 방향과 교차하는 방향 또는 폭과 직교하는 방향을 길이 방향이라고 할 때, 길이 방향을 기준으로 적어도 일 영역에서 이격 영역(BS)은 길이 방향을 기준으로 일 영역에서 연결 영역(CA)과 연결될 수 있다.
또한, 선택적 실시예로서 이격 영역(BS)은 길이 방향을 기준으로 전체 영역에서 연결 영역(CA)과 연결될 수 있다.
분리 영역(CS)은 길이 방향을 기준으로 일 영역에서 연결 영역(CA)과 연결될 수 있다.
즉, 하나의 태양 전지 셀로부터 다른 태양 전지 셀을 향하는 방향을 폭이라고 하고, 상기 폭의 방향과 교차하는 방향 또는 폭과 직교하는 방향을 길이 방향이라고 할 때, 길이 방향을 기준으로 적어도 일 영역에서 분리 영역(CS)은 길이 방향을 기준으로 일 영역에서 연결 영역(CA)과 연결될 수 있다.
또한, 선택적 실시예로서 분리 영역(CS)은 길이 방향을 기준으로 전체 영역에서 연결 영역(CA)과 연결될 수 있다.
본 실시예의 페로브스카이트 태양 전지 모듈은 각 셀의 활성 영역과 인접한 이격 영역, 연결 영역 및 분리 영역에 대한 구성을 통하여 활성 영역에 대한 효과적인 이용이 가능할 수 있다. 이를 통하여 활성 영역의 확대를 용이하게 할 수 있고 페로브스카이트 태양 전지 모듈의 성능과 용량을 증대할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
실시예에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 실시 예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
실시예의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 실시 예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시 예들이 한정되는 것은 아니다. 실시 예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시 예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시 예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
100, 200, 300: 페로브스카이트 태양 전지 모듈
C1, C2, C3, …, Cn: 태양 전지 셀
101: 기판
110: 제1 전극
130: 중간층
140: 제2 전극

Claims (6)

  1. 복수의 태양 전지 셀이 연결된 페로브스카이트 태양 전지 모듈에 관한 것으로서,
    상기 각 태양 전지 셀은 기판 상에 형성되고,
    상기 기판상에 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 배치되고 적어도 페로브스카이트 계열 물질을 함유하는 광흡수층을 포함하는 중간층을 포함하고,
    상기 제1 전극은 복수 개로 형성되어 각각의 제1 전극 사이에는 이격 영역이 형성되고, 상기 제 2 전극은 일 영역에서 상기 제1 전극과 연결되는 연결 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 복수 개로 형성되어 각각의 제2 전극의 사이에는 분리 영역이 형성되고,
    상기 복수의 태양 전지 셀의 배열 방향을 기준으로 상기 이격 영역, 연결 영역 및 분리 영역을 폭을 갖고, 상기 연결 영역의 폭은 상기 이격 영역 또는 상기 분리 영역의 폭보다 크도록 형성된 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연결 영역의 폭은 상기 이격 영역의 폭보다 크고,
    상기 연결 영역의 폭은 상기 분리 영역의 폭보다 크도록 형성된 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 중간층은,
    상기 광흡수층과 상기 제1 전극 또는 상기 광흡수층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 전하 전달층을 더 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전하 전달층은 정공 전달층 또는 전자 전달층을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 각 태양 전지 셀은 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 그 사이의 중간층이 중첩된 활성 영역을 포함하는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 이격 영역, 상기 연결 영역 및 상기 분리 영역은 상기 활성 영역과 중첩되지 않고 상기 활성 영역에 인접하도록 배치되는 페로브스카이트 태양 전지 모듈.
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