KR20200048279A - 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트, 이를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법 및 페로브스카이트 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 및 전극 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 표면층을 포함하는 반전지 구조체가 서로 이격 배열된 시트를 구조체 시트로 하여, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 포함하고, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 두 구조체 시트에 형성된 반전지 구조체는 서로 일 대 일 대응하며, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체에 속하는 두 전극은 구조체 시트의 폭 방향으로 돌출된 무지부를 갖되, 두 전극의 무지부는 상기 한 쌍의 반전지 구조체의 표면층을 기준으로 서로 상이한 방향으로 돌출된 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트에 관한 것이다.
Description
본 발명은 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트, 이를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법 및 페로브스카이트 태양전지 모듈에 관한 것이다.
석유 또는 석탄 등 통상적으로 사용되는 연료는 매장량이 한정적이며, 이산화탄소 등의 배출로 환경오염을 유발하는 문제점이 있다. 태양전지는 이러한 석유 또는 석탄 등과 같은 연료들의 단점을 보완하기 위해 개발되었으며, 태양에너지를 전기에너지로 변환함으로써 무한한 에너지원인 태양에너지를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다.
오가노메탈 할라이드 페로브스카이트 화합물(Organometal halide perovskite compound)로도 지칭되는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물은 유기 양이온(A), 금속 양이온(M) 및 할로겐 음이온(X)으로 이루어지며, 페로브스카이트 구조를 갖는 AMX3의 화학식으로 대표되는 물질이다. 상세하게, AMX3의 화학식으로 대표되는 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물은 MX6 옥타헤드론(octahedron)이 코너-쉐어링(corner-shearing)된 3차원 네트워크에 A 유기 양이온이 중간에 위치한 형태이다.
이러한 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물은 소재 가격이 매우 낮고, 저온 공정이나 저가의 용액 공정이 가능하여 상업성이 우수하며, 높은 광흡수 계수와 낮은 엑시톤 결합 에너지 및 전하확산거리를 가져 태양전지의 광흡수체로 활발히 연구되고 있다.
무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물이 광흡수체인 페로브스카이트 태양전지는 염료감응 및 유기 태양전지를 비롯한 차세대 태양전지 중에서 가장 상용화에 근접해 있으며, 22% 이상에 이르는 효율이 보고(대한민국 등록특허 제1547870호)됨에 따라, 더욱더 관심이 높아지고 있다.
실제 사용가능한 전력의 생산을 위해서는, 작은 크기의 태양전지 셀을 수백 내지 수천개 연결한 모듈화가 필히 이루어져야 한다. 또한, 상업성을 확보하기 위해서는 단순한 연속 공정에 의해 모듈을 대량생산할 수 있어야 하며, 모듈 내 태양전지 셀 각각에 고품질의 페로브스카이트 화합물 막이 구비되어야 한다.
본 발명의 목적은 단순 공정에 의해 고품질의 페로브스카이트 태양전지 모듈을 대량 생산할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단순 공정에 의한 고품질의 페로브스카이트 태양전지 모듈의 생산 방법을 제공하는 것이며, 연속 공정에 의해 고품질의 페로브스카이트 태양전지 모듈의 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고품질의 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트는 전극 및 전극 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 표면층을 포함하는 반전지 구조체가 서로 이격 배열된 시트를 구조체 시트로 하여, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 포함하고, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 두 구조체 시트에 형성된 반전지 구조체는 서로 일 대 일 대응하며, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체에 속하는 두 전극은 구조체 시트의 폭 방향으로 돌출된 무지부를 갖되, 두 전극의 무지부는 한 쌍의 반전지 구조체의 표면층을 기준으로 서로 상이한 방향으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트에서 각 반전지 구조체의 전극 무지부 돌출 방향은 서로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 구조체 시트에서 반전지 구조체는 시트의 폭 방향으로 M개(M ≥ 2인 자연수) 및 길이 방향으로 N개(N ≥ 2인 자연수)의 MxN 매트릭스 배열 된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 하나의 구조체 시트는 시트 가장자리에 형성된 절연성 결착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 절연성 결착층의 적어도 일부는 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 이격 배열된 반전지 구조체의 최외각 종렬에 속하는 최외각 반전지 구조체의 무지부 상 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 절연성 결착층은 시트의 길이 방향으로 연장된 스트립 형상이며, 절연성 결착층은 최외각 종렬에 속하는 적어도 둘 이상의 최외각 반전지 구조체의 무지부 상에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 가장자리 영역에 위치하는 절연성 결착층의 총 두께는 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체의 두께를 합한 두께를 기준으로 1.0 내지 1.2배일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 반전지 구조체의 무지부의 일 단은 절연성 결착층 하부에서 시트의 가장자리 측으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 제1구조체 시트의 시트를 기준으로 제2구조체 시트의 시트가 시트의 폭 방향으로 일정거리 이동한 상태에서, 두 구조체 시트에 형성된 반전지 구조체의 표면층이 서로 일 대 일 대향할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 이격 배열된 반전지 구조체의 최외각 종렬에 속하는 최외각 반전지 구조체의 무지부 일 단은 외부와 전기적으로 연결되는 연결단자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트; 제2구조체 시트; 또는 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 각각;은 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체 무지부의 단부 영역에 형성된 전도성 결착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 전도성 결착층은 제1구조체 시트에 속하는 일 반전지 구조체인 하부 반전지 구조체의 무지부의 단부영역; 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때 제2구조체 시트에서 하부 반전지 구조체에 대응하는 반전지 구조체와 시트의 폭 방향으로 인접한 일 반전지 구조체인 하부 반전지 구조체의 무지부의 단부영역; 또는 이들 두 단부 영역 각각;에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트의 반전지 구조체는 전극과 표면층 사이에 위치하는 무기 또는 유기 전자전달체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제2구조체 시트의 반전지 구조체는 전극과 표면층 사이에 위치하는 무기 또는 유기 정공전달체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트의 전극은 투명 전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 절연성 결착층은 열 경화성 수지를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에 있어, 전도성 결착층은 전도성 금속 입자, 전도성 탄소 입자, 전도성 1차원 나노구조체, 전도성 2차원 나노구조체 또는 이들의 조합을 포함하는 전도성 성분과 열 경화성 수지를 포함하는 결착 성분을 함유할 수 있다.
본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법을 포함한다.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법은 상술한 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트에서 a) 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트의 시트 양 가장자리에 절연성 결착층을 형성하고, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성하는 단계; 및 b) 제1구조체 시트의 표면층과 제2구조체 시트의 표면층이 서로 대면하도록 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 위치시키고 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 일체화하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에 있어, 절연성 결착층 의해 페로브스카이트 태양전지 모듈에서 제1구조체 시트 유래 시트와 제2구조체 시트 유래 시트간의 측면 공간이 실링될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에 있어, a) 단계 및 b) 단계는 연속 공정일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에 있어, a) 단계는, a1) 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트가 시트의 길이 방향으로 이동하며, 구조체 시트의 가장자리로 돌출된 다수개의 무지부를 가로지르며 시트의 길이 방향으로 인장된 스트립 형태로 절연성 접착층이 형성되는 단계; 및 a2) 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트가 시트의 길이 방향으로 이동하며, 구조체 시트의 가장자리로 돌출된 무지부를 제외한 각 무지부에 전도성 접착층이 형성되는 단계;를 포함하며, a2) 단계는 a1) 단계 후 또는 a1) 단계 전에 수행되거나, 또는 a1) 단계와 동시 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에 있어, a) 단계 및 b) 단계는 롤투롤 공정으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에 있어, a) 단계에서 권취상태에서 풀어진 제1구조체 시트의 가장자리로 돌출된 무지부를 가로지르도록 시트의 길이 방향으로 인장된 절연성 결착층을 형성하고, 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 각 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성하고, 권취상태에서 풀어진 제2구조체 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 각 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성한 후, b) 단계에서 제1구조체 시트의 반전지 구조체의 표면층과 제2구조체 시트의 반전지 구조체의 표면층이 서로 대면하도록, 제2구조체 시트와 제2구조체 시트를 인입하고 열과 압력을 가하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법은, a) 단계 전, 시트 상 이격 배열된 전극 상부에 전하전달층을 형성하는 전하전달층 형성 단계 및 전하전달층 상부에 표면층을 형성하는 표면층 형성단계를 통해, a) 단계의 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트를 제조 단계;를 더 포함할 수 있으며, 전하전달층 형성 단계, 표면층 형성 단계, a) 단계 및 b) 단계는 연속 공정으로 수행될 수 있다.
본 발명은 페로브스카이트 태양전지 모듈을 포함한다.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈은 제1 전극, 제1 전극 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 광흡수층 및 광흡수층 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 전지 셀로 하여, 제1 전극과 제2전극에 각각 결착된 한 쌍의 시트; 및 전지 셀이 시트의 폭 방향과 길이 방향으로 각각 이격 배열된 전지 셀 매트릭스;를 포함하되, 전지 셀 매트릭스의 각 전지 셀의 제1 전극과 제2 전극은 광흡수층을 기준으로 시트의 폭을 따라 서로 반대 방향으로 돌출된 무지부를 포함하고, 한 쌍의 시트의 가장자리 영역 사이에 개재된 절연성 결착층에 의해 두 시트간의 측면 공간이 실링되며, 시트의 폭 방향으로 서로 인접하는 두 전지 셀 중 일 전지 셀의 제1전극 무지부와 다른 일 전지 셀의 제2전극 무지부가 전도성 결착층에 의해 통전되어, 전지 셀 매트릭스에서 동일한 횡에 속하는 전지 셀간 직렬 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈에 있어, 한 쌍의 시트 중, 제1전극과의 결착에 의해 전지 셀 매트릭스를 덮는 시트를 제1시트로, 제2전극과의 결착에 의해 전지 셀 매트릭스를 덮는 시트를 제2시트로 하여, 제2시트는 제1시트를 기준으로 시트의 폭 방향으로 이동된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈에 있어, 제1시트를 기준한 제2시트가 폭 방향으로 이동된 구조에 의해 제1시트에 덮이지 않은 제2시트의 영역 및 제2시트에 의해 덮이지 않은 제1시트의 영역 각각에는 전지 셀 매트릭스에서 최외각 종렬(길이 방향 열 중 최 외각에 위치하는 열)에 속하는 최외각 전지 셀의 전극 무지부의 일 단부가 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트 및 이를 이용한 태양전지 모듈의 제조방법은 연속적으로 그리고 단시간 안에 페로브스카이트 태양전지 모듈을 간단한 방법으로 대량생산할 수 있는 장점이 있으며, 단순 공정으로 고품질의 페로브스카이트 전지 셀들이 모듈화된 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 시트의 양 가장자리 영역에 절연성 결착층이 형성된 일 구조체 시트를 상부에서 조감한 조감도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 시트의 양 가장자리 영역에 절연성 결착층이 형성된 일 구조체 시트와 다른 일 구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 폭 방향의 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 폭 방향 단면을 도시한 일 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 시트의 양 가장자리 영역에 절연성 결착층이 형성된 일 구조체 시트를 상부에서 조감한 조감도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 시트의 양 가장자리 영역에 절연성 결착층이 형성된 일 구조체 시트와 다른 일 구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 폭 방향의 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 폭 방향 단면을 도시한 일 단면도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트, 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법 및 페로브스카이트 태양전지 모듈을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 시트 세트는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조에 사용되는 한 쌍의 시트이다. 본 발명에 따른 시트 세트는 전극 및 전극 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 표면층을 포함하는 반전지 구조체가 서로 이격 배열된 시트를 구조체 시트로 하여, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 포함할 수 있다.
제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 두 구조체 시트에 형성된 반전지 구조체는 서로 일 대 일 대응하며, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체에 속하는 두 전극은 구조체 시트의 폭 방향으로 돌출된 무지부를 갖되, 두 전극의 무지부는 상기 한 쌍의 반전지 구조체의 표면층을 기준으로 서로 상이한(반대의) 방향으로 돌출될 수 있다.
이하, 특별한 한정이 없는 한, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태를 기준하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 일 예와 같이, 제1구조체 시트(100)과 제2구조체 시트(200)은 각각, 시트(120, 220) 및 시트(120, 220)에 서로 이격 배열된 반전지 구조체(110, 210)를 포함할 수 있다. 상세하게, 제1구조체 시트(100)는 제1시트(120) 및 제1 반전지 구조체(110)를 포함할 수 있으며, 제1 반전지 구조체(110)는 제1시트(120) 상부에 위치하는 제1전극(111), 제1전극(111) 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 제1표면층(112)을 포함할 수 있다. 또한, 제2구조체 시트(200)는 제2시트(220) 및 제2 반전지 구조체(210)를 포함할 수 있으며, 제2 반전지 구조체(210)는 제2시트(220) 상부에 위치하는 제2전극(211), 제2전극(211) 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 제2표면층(212)을 포함할 수 있다.
이때, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태는 도 1에 도시한 일 예와 같이, 제1구조체 시트(100)의 제1표면층(112)과 제2구조체 시트(200)의 제2표면층(212)이 서로 마주보도록 대향하는 상태를 의미할 수 있으며, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 각각에서, 종방향과 횡방향 모두에서 제1구조체 시트에 포함된 모든 반전지 구조체와 제2구조체 시트에 포함된 모든 반전지 구조체가 1 : 1 대응하며, 1 :1 대응하는 반전지 구조체의 두 표면층이 서로 마주보도록 대향하는 상태를 의미할 수 있다.
제1구조체 시트(100)와 제2구조체 시트(200)는, 두 구조체 시트가 서로 마주볼 때, 제1구조체 시트(100)의 제1 반전지 구조체(110)들의 제2구조체 시트(200)에 위치하는 제2 반전지 구조체(210)는 서로 일 대 일 대응할 수 있다.
두 구조체 시트가 서로 마주보는 상태 기준, 제1구조체 시트(100)의 제1시트(120) 상 제1 반전지 구조체(110)들의 위치, 배열 및 크기(표면층의 크기와 형상)가 상기 제2구조체 시트(200)의 제2시트(220) 상 제2 반전지 구조체(210)들의 위치, 배열 및 크기(표면층의 크기와 형상)가 서로 동일할 수 있다.
상세하게, 제1구조체 시트는 제1반전지 구조체가 제1시트의 횡방향과 종방향 각각으로 이격 배열될 수 있고, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때를 기준하여, 제2 반전지 구조체는 제2시트 상, 제1구조체 시트의 각 제1반전지 구조체에 일 대 일 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
일 예로, 구조체 시트(제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트)에서, 시트(제1시트 또는 제2시트)상 이격 배열된 반전지 구조체(제1반전지 구조체 또는 제2반전지 구조체)는 시트의 폭 방향으로 M개(M ≥ 2인 자연수) 및 길이 방향으로 N개(N ≥ 2인 자연수)의 MxN 매트릭스 배열될 수 있다.
이때, 태양전지 셀에서 발생하는 전압과 태양전지 모듈이 사용되는 용도에서 요구되는 전압을 고려하여 M의 수가 결정될 수 있으며, 일 예로, M은 2 내지 20개, 구체적으로 3 내지 8개, 보다 구체적으로 4 내지 7개일 수 있다. 또한, 시트의 길이와 모듈의 크기를 고려하여 N의 수가 결정될 수 있으며, 실질적인 일 예로, N은 2 내지 10000개, 보다 실질적으로 10 내지 10000개, 보다 실질적으로 20 내지 10000개일 수 있으나, 시트의 길이를 증가시켜 N을 증가시킬 수 있음에 따라, N은 실질적으로 한정되지 않는다. 이때, 표면층의 크기와 전극의 무지부 크기(돌출된 길이)등을 고려하여 반전지 구조체 간 이격 거리가 적절히 설계변경될 수 있음은 물론이다. 구체예로, 폭 방향의 이격 거리(표면층을 기준한 이격 거리)는 무지부의 크기(돌출된 길이)를 1로 하여, 0.5 내지 2, 보다 구체적으로 0.7 내지 1.5일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 길이 방향의 이격 거리(표면층을 기준한 이격 거리)는 무지부의 크기(돌출된 길이)를 1로 하여, 0.3 내지 3, 보다 구체적으로 0.5 내지 2일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
구조체 시트에서 시트상 위치하는 반전지 구조체의 전극(111, 211)은, 그 상부에 표면층이 위치하는 비 무지부와 함께 그 상부에 표면층이 위치하지 않는 무지부(111_1, 211_1), 즉, 전극이 표면으로 노출되는 영역인 무지부(111_1, 211_1)를 포함할 수 있다.
이때, 구조체 시트(제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트)에 포함된 반전지 구조체(제1반전지 구조체 또는 제2반전지 구조체)의 각각의 전극(제1전극 또는 제2전극)은 모두 무지부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 구조체 시트에 포함된 반전지 구조체 각각의 전극은 무지부를 포함하되, 전극의 무지부는 반전지 구조체의 표면층 기준 시트의 폭 방향(w)으로 돌출된 형태일 수 있다.
이를 달리 표현하면, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 반전지 구조체(즉, 서로 표면층을 마주하는 제1반전지 구조체와 제2반전지 구조체)에 속하는 두 전극(제1전극과 제2전극) 각각은 시트의 폭 방향(w)으로 돌출된 무지부를 포함할 수 있다.
이때, 도 1에 도시한 예와 같이, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체에 속하는 두 전극의 무지부(111_1, 211_1)는, 전극이 속하는 반전지 구조체의 표면층을 기준으로 서로 상이한 방향(서로 반대 방향)으로 돌출된 형태일 수 있다.
즉, 도 1이 도시된 일 예와 같이, 제1전극의 무지부가 시트의 폭 방향으로 돌출되되 표면층을 기준으로 왼쪽 방향으로 돌출된 경우, 제2전극의 무지부는 시트의 폭 방향으로 돌출되되 표면층을 기준으로 오른쪽 방향으로 돌출된 형태일 수 있다.
이러한 전극 무지부는 태양전지 모듈을 이루는 각 태양전지(전지 셀)들이 또는 태양전지(전지 셀)과 외부가 전기적으로 연결되는 연결단자로 작용할 수 있다. 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체 기준, 서로 상이한 방향으로 돌출된 전극의 무지부에 의해, 전도성 물질을 단순 도포하는 것으로 태양전지(전지 셀)간 직렬 연결이 이루어질 수 있으며, 별도의 부가 공정 없이 직렬 연결된 태양전지들와 외부와의 전기적 연결을 위한 연결 단자 또한 구현 될 수 있다.
보다 단순한 전도성 물질의 도포에 의한 전지 셀 간의 직렬 연결이 수행될 수 있도록, 제1구조체 시트(100) 또는 제2구조체 시트(200)에서 각 반전지 구조체의 전극 무지부 돌출 방향은 서로 동일할 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 일 예와 같이, 두 구조체 시트가 서로 마주보는 상태 기준, 제1구조체 시트(100)에 위치하는 각 제1 반전지 구조체(110)의 제1전극(111)은, 해당 제1전극(111)이 속하는 제1반전지 구조체(110)의 표면층(112)을 기준으로 모두 왼쪽 방향으로 돌출된 형태일 수 있으며, 제2구조체 시트(200)에 위치하는 각 제2 반전지 구조체(210)의 제2전극(211)은, 해당 제2전극(211)이 속하는 제2 반전지 구조체(210)의 표면층(212)을 기준으로 모두 오른쪽 방향으로 돌출된 형태일 수 있다. 이때, 폭 방향이 좌-우(우-좌) 방향에 상응함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 일 예와 같이, 제1구조체 시트(100)의 제1 반전지 구조체(110)는 제1전극(111)과 제1표면층(112) 사이에 위치하는 제1전하전달체(113)를 더 포함할 수 있다. 이와 함께, 또는 이와 독립적으로, 제2구조체 시트(200)의 제2 반전지 구조체(210)는 제2전극(211)과 제2표면층(212) 사이에 위치하는 제2전하전달체(213)를 더 포함할 수 있다.
제1전하전달체(113)와 제2전하전달체(213)는 서로 상보적인 전하를 전달할 수 있다. 일 예로, 제1전하전달체(113)가 전자전달체인 경우, 제2전하전달체(213)는 정공전달체일 수 있다. 제1전하전달체(113)와 제2전하전달체(213)는 서로 독립적으로 유기 전하전달체 또는 무기 전하전달체일 수 있다.
시트 세트를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조시, 서로 1:1 대응하는 반전지 구조체는 일 페로브스카이트 태양전지(전지 셀)로 전환될 수 있으며, 서로 대응하는 두 반전지 구조체의 표면층은 단일한 페로브스카이트 화합물 광흡수층으로 전환될 수 있다.
단일한 페로브스카이트 화합물 광흡수층은 물리적으로 일체인 하나의 층을 의미한다. 일체인 하나의 층은 서로 대응하는 제1표면층과 제2표면층 간의 계면이 실질적으로 사라진, 치밀하며 일체인 단일층을 의미할 수 있으며, 시트 세트를 이용한 모듈 제조에 의해 페로브스카이트 화합물 그레인의 성장이나, 재결정화가 이루어져 제1표면층의 조직 구조(그레인 형상이나 크기) 및 제2표면층의 조직 구조(그레인 형상이나 크기)와 상이한 조대한 페로브스카이트 화합물의 그레인(grain)으로 이루어진 치밀층을 의미할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1구조체 시트에 위치하는 반전지 구조체(들)의 표면층(들)과 제2구조체 시트에 위치하는 반전지 구조체(들)의 표면층(들)이 모듈화시 고품질이며 일체인 광흡수층으로 전환됨에 따라, 다른 어떠한 모듈화 방법보다도 우수한 결정성을 가지며, 조대한 그레인들로 이루어진 치밀한 광흡수층의 제조가 가능하여, 모듈화에 의한 전지 셀의 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제1구조체 시트에 위치하는 반전지 구조체(들)의 표면층(들)과 제2구조체 시트에 위치하는 반전지 구조체(들)의 표면층(들)이 모듈화시 단일한 광흡수층으로 전환되며 제1구조체 시트와 제2구조체 시트간을 결착시킬 수 있어, 시트간 결착을 위한 별도의 구성이 없더라도, 다른 어떠한 구조나 방법보다도 두 시트간 결착력이 강한 모듈이 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 일 예와 같이, 제1구조체 시트(100)와 제2구조체 시트(200) 중 적어도 하나의 구조체 시트는 시트 가장자리 영역(SA)에 형성된 절연성 결착층(300)을 더 포함할 수 있다. 이때, 시트(의) 가장자리 영역(SA)은 도 3에 도시한 예와 같이, 구조체 시트의 표면에서 시트의 폭 방향으로의 일 단부와 폭 방향으로의 일 단부에 최 인접한 표면층의 일 측면까지의 표면 영역을 의미한다.
상세하게, 도 3(a)는 제1구조체 시트(100)의 가장자리 영역(SA)에 절연성 결착층(300)이 형성된 예이며, 도 3(b)는 제2구조체 시트(200)의 가장자리 영역(SA)에 절연성 결착층(300)이 형성된 예이며, 도 3(c)는 제1구조체 시트(100)와 제2구조체 시트(200) 각각의 가장자리영역(SA)에 절연성 결착층(300)이 형성된 일 예이다.
또한, 도 3(a) 내지 도 3(c)에 도시한 일 예와 같이, 구조체 시트(제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트)는 양(두) 가장자리 영역을 갖는데, 절연성 결착층(300)은 하나의 구조체 시트(제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트)의 양 가장자리 각각에 절연성 결착층(300)이 형성될 수 있으며, 도 3(d)에 도시한 일 예와 같이, 제1구조체 시트(100)의 한 가장자리 영역에 절연성 결착층(300)이 형성되고, 제2구조체 시트(200)에서, 제1구조체 시트(100)의 절연성 결착층(300)과 마주하지 않는 다른 한 가장자리 영역(제2구조체 시트의 가장자리 영역)에 절연성 결착층(300)이 형성될 수 있다.
도 3에 도시한 일 예와 같이, 절연성 결착층(300)은 시트의 폭 방향으로의 일 단부와 시트의 폭 방향으로의 일 단부에 최 인접한 표면층의 일 측면까지의 영역인 가장자리 영역(SA)에 형성됨에 따라, 절연성 결착층(300)의 하부에, 시트의 폭 방향으로의 일 단부에 최 인접한 무지부(일 예로, 도 3(b)의 211_1(E))가 위치할 수 있다.
달리 상술하면, 절연성 결착층(300)은 제1구조체 시트(100)와 제2구조체 시트(200) 중 적어도 한 구조체 시트에서, 서로 이격 배열된 반전지 구조체 중, 최외각 종렬에 속하는 최외각 반전지 구조체의 전극 무지부 상 위치할 수 있다. 이때, 반전지 구조체가 시트의 폭 방향으로 M개(M ≥ 2인 자연수) 및 길이 방향으로 N개(N ≥ 2인 자연수)의 MxN 매트릭스 배열되는 경우, 반전지 구조체 매트릭스의 최외각 종렬은 반전지 구조체 매트릭스에서 (1, j) : j=1에서 N까지의 정수를 의미할 수 있으며, 또는 반전지 구조체 매트릭스에서 (M, j) : j=1에서 N까지의 정수를 의미할 수 있다. 이에 최외각 반전지 구조체는 전지 구조체 매트릭스에서 (1, j) : j=1에서 N까지의 정수에 해당하는 반전지 구조체(들) 및/또는 최외각 반전지 구조체는 전지 구조체 매트릭스에서 (M, j) : j=1에서 N까지의 정수에 해당하는 반전지 구조체(들)을 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 시트의 양 가장자리 영역(SA)에 절연성 결착층(300)이 형성된 일 구조체 시트를 상부에서 조감한 조감도이며, 도 5는 시트의 양 가장자리 영역(SA)에 절연성 결착층(300)이 형성된 일 구조체 시트와 다른 일 구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 폭 방향의 단면을 도시한 단면도이다. 이때, 보다 명확한 이해를 위해 도 4의 일 예에서 반전지 구조체가 4x6 매트릭스인 경우를 도시하였으나, 앞서 상술한 바와 같이, 시트의 길이 방향으로 이격 배열되는 반전지 구조체의 수는 실질적으로 제약되지 않는다.
도 4에 도시한 일 예와 같이, 절연성 결착층(300)은 시트(절연성 결착층이 형성되는 구조체 시트의 시트)의 길이 방향(L)으로 연장된 스트립 형상일 수 있으며, 이러한 연장된 스트립 형상에 의해, 절연성 결착층(300)은 최외각 종렬(OL)에 속하는 적어도 둘 이상의 최외각 반전지 구조체의 무지부 상에 위치할 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이, 반전지 구조체(들)의 전극(들)은 서로 동일하게 시트의 폭 방향으로 돌출된 무지부를 가질 수 있으며, 일 구조체 시트(제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트)에는 양(두) 가장자리 영역이 존재할 수 있다. 이에, 양 가장자리 영역 중 일 가장자리 영역은 반전지 구조체가 형성되지 않아 표면 노출된 시트일 수 있으며, 다른 일 가장자리 영역은 시트의 길이 방향을 따라 반전지 구조체가 형성되지 않아 표면 노출된 시트와 전극(최외각 반전지 구조체의 전극)의 무지부가 교번되어 위치할 수 있다.
이에, 도 4에 도시한 일 예와 같이, 일 구조체 시트의 양 가장자리 영역(SA1, SA2) 각각에 시트의 길이 방향으로 연장된 스트립 형태의 절연성 결착층(300)이 위치하는 경우, 일 가장자리 영역(SA1)에 형성된 절연성 결착층(300)은 시트와 접할 수 있으며, 다른 일 가장자리 영역(SA2)에 형성된 절연성 결착층은 시트의 길이 방향에 따라 시트와 전극 무지부(들)와 교번하여 접할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 일 예와 같이, 유리하게, 반전지 구조체의 무지부, 즉, 최외각 반전지 구조체(최외각 종렬(OL)에 속하는 반전지 구조체)의 전극의 무지부의 일 단은 절연성 결착층(300) 하부에서 시트의 가장자리로 돌출된 상태일 수 있다.
이를 달리 표현하면, 시트 가장자리 영역에 위치하는 최외각 반전지 구조체(OL에 속하는 반전지 구조체) 전극의 무지부 전 영역이 절연성 결착층에 덮이지 않고 무지부의 일 단부 영역이 표면으로 노출된 상태일 수 있다.
이러한 경우, 별도의 단자를 연결하거나 구조체 시트에 별도의 전극을 형성하지 않고도, 전지 셀과 외부와의 전기적 연결이 이루어질 수 있어 유리하다.
달리 상술하면, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 이격 배열된 반전지 구조체의 최외각 종렬에 속하는 최외각 반전지 구조체의 무지부 일 단은 외부와 전기적으로 연결되는 연결단자일 수 있다. 또한, 연결 단자로 작용하는 최외각 반전지 구조체의 무지부 일 단은 절연성 결착층 하부에서 시트의 가장자리 측으로 돌출된 상태일 수 있다.
최외각 반전지 구조체의 전극에서 시트의 가장자리에 위치하는 무지부의 일 단부 영역이 외부와 전기적으로 연결되는 연결 단자의 역할을 원활히 수행하기 위해서는, 두 구조체 시트가 일체화되어 모듈로 전환된 뒤에도, 연결 단자의 역할을 하는 무지부의 일 단부 영역을 다른 시트가 덮지 않는 것이 좋다.
이에, 도 5에 도시한 일 예와 같이, 두 구조체 시트(110, 120)가 서로 마주볼 때, 즉, 구조체 시트(110)에 위치하는 일 표면층(112)이 다른 구조체 시트(210)에 위치하는 일 표면층(212)과 1:1 대응하도록 두 시트(120, 220)가 마주볼 때, 시트의 가장자리에 무지부가 위치하는 최외각 반전지 구조체가 속한 시트의 가장자리 영역의 폭(WSA1)이 시트의 가장자리 영역에 무지부가 위치하지 않는 최외각 반전지 구조체가 속한 시트의 가장자리 영역의 폭(WSA2)보다 큰 것이 좋다.
이러한 경우, 시트 세트가 일체화되어 페로브스카이트 태양전지 모듈로 전환된 후에도, 연결 단자의 역할을 하는 무지부의 일 단부 영역이 다른 시트로 덮이지 않고 폭 방향으로 튀어 나와 있는(돌출되어 있는) 구조를 가져, 외부와의 전기적 접속이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
이를 위해, 일 시트(제1시트)를 기준으로 다른 시트(제2시트)가 시트의 폭 방향으로 일정거리 이동(shift)한 상태에서, 일 시트에 형성된 반전지 구조체의 표면층과 다른 시트에 형성된 반전지구조체의 표면층이 서로 1 : 1 대응하도록, 각 시트에 반전지 구조체가 이격 배열될 수 있다. 이러한 경우, 두 시트의 폭이 동일한 경우에도, 표면층이 1 : 1 대응하도록 두 구조체 시트를 마주보게 하는 것만으로, 최외각 반전지 구조체의 무지부 일 단부 영역을 폭 방향으로 돌출시킬 수 있다.
절연성 결착층의 폭(시트 폭 방향으로의 크기)은 상술한 가장자리 영역을 모두 채우지 않으며 후술하는 두께(높이)의 층이 용이하게 형성되는 정도이면 무방하다. 다만, 상술한 바와 같이, 최외각 반전지 구조체 전극의 무지부(ㅆ)가 모두 절연성 결착층에 덮이지 않는 것이 좋다.
이에, 절연성 결착층의 폭은 최외각 반전지 구조체 전극의 무지부의 길이(폭 방향으로의 길이)를 1로 하여, 0.1 내지 0.8, 구체적으로는 0.3 내지 0.5에 해당할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
절연성 결착층은 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 서로 결착시키는 역할을 수행할 수 있으며, 이와 함께, 상술한 시트 세트를 이용하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조할 때, 페로브스카이트 태양전지 모듈에서 제1구조체 시트 유래 시트와 제2구조체 시트 유래 시트간의 측면 공간을 실링하는 역할 또한 수행할 수 있다.
두 구조체 시트간의 안정적인 결착 및 측면 공간의 안정적인 실링이 이루어지는 측면에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 가장자리 영역에 위치하는 절연성 결착층의 총 두께는 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체의 두께를 합한 두께를 기준으로 1.0 내지 1.2배일 수 있다.
상세하게, 절연성 결착층의 두께(높이)는 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 가장자리 영역 각각에 절연성 결착층이 형성된 경우, 두 절연성 결착층의 두께를 합한 총 두께는 제1반전지 구조체의 두께(높이)와 제2반전지 구조체의 두께(높이)를 합한 두께(구조체 총 두께)를 기준으로 1.0 내지 1.2배, 구체적으로 1.0 내지 1.1배의 두께일 수 있다. 또한, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 가장자리 영역중 일 가장자리 영역에만 절연성 결착층이 형성된 경우, 절연성 결착층의 두께는 제1반전지 구조체의 두께(높이)와 제2반전지 구조체의 두께(높이)를 합한 두께(구조체 총 두께)를 기준으로 1.0 내지 1.2배, 구체적으로 1.0 내지 1.1배의 두께일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시트 세트에서, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주보는 상태에서 시트의 폭 방향 단면도를 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 일 예와 같이, 제1구조체 시트(100), 제2구조체 시트(200) 또는 제1구조체 시트(100)과 제2구조체 시트(200) 각각은 시트(120, 220)의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체 무지부의 단부 영역에 형성된 전도성 결착층(400)을 더 포함할 수 있다.
시트 세트를 이용하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조할 때, 서로 1 : 1 대응하는 반전지 구조체는 일 페로브스카이트 태양전지(전지 셀)로 전환될 수 있으며, 반전지 구조체의 무지부의 단부 영역에 형성된 전도성 결착층(400)은 서로 인접하는 두 전지 셀을 전기적으로 연결하는 내부 인터코넥션(interconnection)으로 전환될 수 있다. 또한, 전도성 결착층(400)은 상술한 절연성 결착층과 함께 두 구조체 시트를 서로 결착시키는 역할 또한 수행할 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 반전지 구조체의 무지부 단부 영역에 형성된 전도성 결착층은 시트 세트를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조시, 시트의 폭 방향으로 서로 인접하는 두 전지 셀을 직렬 연결하는 내부 배선으로 전환될 수 있다.
상세하게, 도 6에 도시한 일 예와 같이, 전도성 결착층(400)은 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체를 기준으로 제1구조체 시트에 속하는 반전지 구조체를 하부 반전지 구조체(S1)로 제2구조체 시트에 속하는 반전지 구조체를 상부 반전지 구조체(S2)로 하여, 제2구조체 시트에서 상부 반전지 구조체(S2)와 시트의 폭 방향으로 인접한 일 반전지 구조체(S3)의 무지부의 단부영역;과 하부 반전지 구조체(S1)의 무지부 단부영역; 각각에 형성될 수 있다. 이때, 상부 반전지 구조체(S2)와 시트의 폭 방향으로 인접한 일 반전지 구조체(S3)는 반전지 구조체(S1)의 무지부 돌출 방향으로 인접한 반전지 구조체일 수 있다. 상부 반전지 구조체(S1) 무지부 단부영역에 형성된 전도성 결착층(400)과 반전지 구조체(S2)의 무지부의 단부영역에 형성된 전도성 결착층(400)은 서로 대응하는 위치 및 형상을 가질 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체는 폭 방향과 평행하되, 표면층을 기준으로 서로 반대 방향으로 무지부가 돌출되어 있음에 따라, 하부 반전지 구조체(S1)의 무지부 단부 영역에 형성된 전도성 결착층(400)과 하부 반전지 구조체(S2)와 인접한 일 반전지 구조체(S3)의 무지부 단부 영역에 형성된 전도성 결착층(400)은 서로 대향(대응)할 수 있다.
전도성 결착층은 제1구조체 시트, 제2구조체 시트 또는 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 모두에 형성될 수 있으나, 안정인 전기전도가 이루어지며 전지 셀과의 원치 않는 접촉이 보다 확실하게 방지될 수 있도록, 전도성 결착층은 도 6과 같이, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 각각에 형성된 것이 좋다.
또한, 모듈화시 안정적인 전기전도 및 안정적인 내부 배선 형성 측면에서 전도성 결착층(400)은 무지부의 일 단을 포함하는 단부 영역과 함께, 단부 영역에 인접한 시트 영역을 덮도록 형성될 수 있다.
전도성 결착층의 폭(시트 폭 방향으로의 크기)은 전도성 결착층에 시트 폭 방향으로 인접한 반전지 구조체의 표면층(또는 표면층 및 전하전달체)과 안정적인 이격이 이루어질 수 있는 크기이면 족하다.
일 예로, 시트 폭 방향으로 서로 인접한 두 반전지 구조체 표면층 측면간의 최단 거리를 1로 하여, 전도성 결착층의 폭은 0.3 내지 0.8, 구체적으로는 0.5 내지 0.7에 해당할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
시트 세트를 이용한 모듈화시, 전도성 결착층에 의해, 폭 방향으로 서로 인접하는 두 전지 셀을 직렬 연결하는 내부 배선이 안정적으로 형성될 수 있도록, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 무지부 단부 영역에 위치하는 전도성 결착층의 총 두께는 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체의 두께를 합한 두께를 기준으로 1.0 내지 1.2배, 구체적으로 1.0 내지 1.1배의 두께일 수 있다.
상세하게, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 각각에 전도성 결착층이 형성될 때, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 전도성 결착층의 총 두께는 제1반전지 구조체의 두께(높이)와 제2반전지 구조체의 두께(높이)를 합한 두께(구조체 총 두께)를 기준으로 1.0 내지 1.2배, 구체적으로 1.0 내지 1.1배의 두께일 수 있다.
제1구조체 시트와 제2구조체 시트에서 반전지 구조체가 위치하는 적어도 하나의 시트(제1시트 또는 제2시트)는 광학적으로 가시광이 투과하는 투명 시트일 수 있으며, 기계적으로 플렉시블(flexible) 시트 또는 리지드(rigid) 시트일 수 있다.
다만, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트에서 두 시트가 모두 투명 시트인 경우 모듈(전지 셀) 양면에서 광의 수광이 가능한 모듈이 제조될 수 있어 유리하다. 또한, 구조체 시트에서 반전지 구조체가 위치하는 시트가 플렉시블 시트인 경우 롤투롤 공정과 같은 저렴하고 간단하며 대량생산에 유리한 공정으로 시트 세트의 제조와 모듈화가 이루어질 수 있어 유리하다. 이에, 광 효율 향상, 상업적 생산성 확보 측면에서 구조체 시트에서 반전지 구조체가 위치하는 시트는 투명 플렉시블 시트인 것이 좋다.
투명 플렉시블 시트의 구체 예로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리디메틸실록산(PDMS)등의 시트 또는 이들의 적층 시트등을 들 수 있으나, 본 발명이 시트의 구체 물질에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
구조체 시트의 전극(제1전극 또는 제2전극)은 전도성 전극이면 무방하다. 구체적으로, 제1전극과 제2전극중 적어도 한 전극은 투명전극일 수 있다. 투명 전극 물질은 태양전지에서 전면전극의 전극물질로 통상적으로 사용되는 물질이면 족하다.다른 한 전극은 전면전극(투명 전극) 또는 후면전극(불투명 전극)의 전극물질로 통상적으로 사용되는 물질이면 족하다. 다만, 제1전극과 제2전극 모두 투명 전극인 경우, 양면으로 수광이 가능하여 유리하다.
후면전극(불투명 전극)의 전극물질은 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 탄소, 황화코발트, 황화구리, 산화니켈 및 이들의 복합물에서 하나 이상 선택된 물질일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 전면전극(투명전극)의 전극물질은 불소 함유 산화주석(FTO; Fouorine doped Tin Oxide), 인듐 함유 산화주석(ITO; Indium doped Tin Oxide), ZnO, CNT(카본 나노튜브), 그래핀(Graphene)등과 같은 무기계 전도성 전극이거나, 탄소나노튜브. 그래핀, 은 나노와이어등의 금속 나노와이어등의 전도성 나노구조체에 기반한 전도성 나노구조체 네트워크 기반 전극, 또는 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))등과 같은 유기계 전도성 전극일 수 있다.
페로브스카이트 화합물을 포함하는 표면층에서 페로브스카이트 화합물은 화학식 1을 만족할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광을 흡수하여 광전자와 광정공을 생성하는 광흡수체로 사용되는 것으로 알려진 페로브스카이트 구조의 오가노메탈 할라이드이면 어떠한 물질이든 무방하다.
(화학식 1)
AMX3
화학식 1에서, A는 1가의 유기 양이온이며, M는 2가의 금속 이온이며, X는 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 2가의 금속 이온인 M의 예로, Cu2+, Ni2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Cr2+, Pd2+, Cd2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 및 Yb2+에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
A는 아미디니움계(amidinium group) 이온, 유기 암모늄 이온 또는 아미디니움계 이온과 유기 암모늄 이온일 수 있다. 유기 암모늄 이온은 (R1-NH3 +)(R1은 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴)의 화학식 또는 (R2-C3H3N2 +-R3)(R2는 C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이며, R3은 수소 또는 C1-C24의 알킬)의 화학식을 만족할 수 있다. 비 한정적이며 구체적인 일 예로, R1은 C1-C24의 알킬, 좋게는 C1-C5 알킬, 보다 좋게는 메틸일 수 있다. R2는 C1-C24의 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C24의 알킬일 수 있으며, 좋게는 R2는 C1-C5 알킬일 수 있고 R3는 수소 또는 C1-C5 알킬일 수 있으며, 보다 좋게는 R2는 메틸일 수 있고 R3는 수소일 수 있다.
아미디니움계 이온은 하기 화학식 2를 만족할 수 있다.
(화학식 2)
이때, 화학식 2에서 R4 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, C1-C24의 알킬, C3-C20의 시클로알킬 또는 C6-C20의 아릴이다. 태양광의 흡수를 고려한, 비 한정적이며 구체적인 일 예로, R4 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C24의 알킬, 구체적으로, 수소, 아미노 또는 C1-C5 알킬, 보다 구체적으로 수소, 아미노 또는 메틸일 수 있다. 보다 더 구체적으로 R4가 수소, 아미노 또는 메틸이고 R5 내지 R8가 수소일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 아미디니움계 이온은 포름아미디니움(formamidinium, NH2CH=NH2 +) 이온, 아세트아미디니움(acetamidinium, NH2C(CH3)=NH2 +) 또는 구아미디니움(Guamidinium, NH2C(NH2)=NH2 +)을 들 수 있다.
상술한 바와 같이, 페로브스카이트 화합물의 1가의 유기이온(A)은 상술한 R1-NH3 + 또는 R2-C3H3N2 +-R3인 1가의 유기 암모늄 이온, 화학식을 기반으로 상술한 아미디니움계 이온, 또는 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온일 수 있다.
1가의 유기이온이 유기 암모늄 이온과 아미디니움계 이온을 모두 포함하는 경우, 유기할로겐화물은 A' 1-xAx(A는 상술한 1가의 유기 암모늄 이온이며, A'는 상술한 아미디니움계 이온이고, X는 I-, Br-, F- 및 Cl-에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 할로겐 이온이며, x는 0<x<1인 실수, 좋게는 0.05≤x≤의0.3인 실수)화학식을 만족할 수 있다. 1가 유기 양이온의 총 몰수를 1로 하여, 0.7 내지 0.95의 아미디니움계 이온 및 0.3 내지 0.05의 유기암모늄 이온을 함유하는 경우, 매우 넓은 파장 대역의 광을 흡수할 수 있으면서도 보다 빠른 엑시톤(exciton)의 이동 및 분리, 보다 빠른 광전자 및 광정공의 이동이 가능하여 유리하다.
상술한 바와 같이, 시트 세트를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조시, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트에서 서로 1:1 대응하는 반전지 구조체의 표면층은 단일한 페로브스카이트 화합물 광흡수층으로 전환될 수 있다. 이에, 반전지 구조체의 표면층의 두께는 목적하는 태양전지 모듈에 구비되는 전지 셀의 광흡수층의 두께를 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 구체적일 예로, 표면층의 두께는 100nm 내지 2μm, 보다 구체적으로 200 내지 1μm, 보다 더 구체적으로 300nm 내지 800nm의 두께일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 2를 기반으로 상술한 바와 같이, 각각의 구조체 시트는 전극과 표면층 사이에 위치하는 전하전달체를 더 포함할 수 있으며, 전하전달체는 유기 전하전달체 또는 무기 전하전달체일 수 있다. 상세하게, 제1 반전지 구조체는 제1전극과 제1표면층 사이에 위치하는 유기 제1전하전달체 또는 무기 제1전하전달체를 더 포함할 수 있다. 이와 함께, 또는 이와 독립적으로, 제2구조체 시트의 제2반전지 구조체는 제2전극과 제2표면층 사이에 위치하는 유기 제2전하전달체 또는 무기 제2전하전달체를 더 포함할 수 있다. 제1전하전달체와 제2전하전달체는 서로 상보적인 전하를 전달할 수 있으며, 일 예로, 제1전하전달체가 유기 또는 무기 전자전달체인 경우, 제2전하전달체는 유기 또는 무기 정공전달체일 수 있다. 또는 일 예로, 제1전하전달체가 유기 또는 무기 정공전달체인 경우, 제2전하전달체는 유기 또는 무기 전자전달체일 수 있다.
제1전하전달체와 제2전하전달체가 모두 무기 전하전달체인 경우 태양전지 모듈의 장기 안정성 측면에서 유리할 수 있다. 이와 달리 제1전하전달체와 제2전하전달체가 모두 유기 전하전달체인 경우 태양전지 모듈의 생산성 향상 측면에서 유리할 수 있다. 제1전하전달체와 제2전하전달체를 유기물 또는 무기물로 형성할 수 있는 것은, 서로 독립된 두 구조체 시트를 이용하여 모듈을 제조하되, 두 구조체 시트 각각의 표면층으로 페로브스카이트 화합물층이 구비됨에 기인한 것이다. 상세하게, 각 시트에서 표면층 형성 전 전하전달체 형성 단계가 수행됨에 따라 전하전달체 형성시 고온 열처리가 가능함에 따라 제1전하전달체와 제2전하전달체 모두 무기 전하전달체로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 전자전달체는 금속산화물등과 같은 무기 전자전달체 또는 PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)등과 같은 유기 전자전달체일 수 있다.
무기 전자전달체는 다공성 층(다공막)이거나 치밀층(치밀막) 또는 치밀층과 다공성 층이 적층된 적층체일 수 있다. 다공성 층(다공막)은 금속산화물 입자들을 포함하는 다공막을 들 수 있다. 전자전달체가 금속산화물 다공막을 포함하는 경우, 다공막의 기공을 채우는 광흡수체가 직접적으로 전극에 접촉하는 것을 방지할 수 있도록 다공막의 하부에 금속산화물의 치밀막이 위치하는 것이 유리하다. 이때, 다공막의 금속산화물과 치밀막의 금속산화물은 동종 또는 이종의 물질일 수 있다. 전자전달체의 금속산화물은 통상의 양자점 기반 태양전지, 염료 감응형 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서, 전자 전달을 위해 사용되는 금속산화물이면 무방하다. 구체적인 일 예로, 금속산화물은, 타이타늄 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 텅스텐 산화물, 니오븀 산화물, 몰리브데넘 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 란타늄 산화물, 바나듐 산화물, 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물 및 스트론튬-타이타늄 산화물에서 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있으며, 이들의 혼합물 또는 이들의 복합체(고용체를 포함함)를 들 수 있다. 금속산화물 다공막의 두께는 50nm 내지 10μm, 구체적으로는 50nm 내지 1000nm일 수 있다. 다공막인 경우 그 비표면적은 10 내지 100 m2/g일 수 있으며, 다공막의 금속산화물 입자의 평균 입경은 5 내지 500 nm일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이, 전자전달체가 금속산화물 다공막을 포함하는 경우, 다공막 하부에는 금속산화물의 치밀막이 더 구비될 수 있다. 금속산화물의 치밀막은 광흡수체(페로브스카이트 화합물)와 전극간 접촉을 방지하는 역할을 함과 동시에 전자를 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 금속산화물의 치밀막의 두께는 실질적으로 10nm 이상, 보다 실질적으로 10nm 내지 100nm, 보다 더 실질적으로 50nm 내지 100nm일 수 있다.
정공전달체는 유기 정공전달체, 무기 정공전달체 또는 이들의 적층체일 수 있다.
정공전달체가 무기 정공전달체인 경우, 정공전달체는 치밀막, 다공막 또는 다공막과 치밀막의 적층막일 수 있다. 정공전달체가 다공막의 무기 정공전달체를 포함하는 경우, 표면층의 페로브스카이트 화합물은 다공성 정공전달체의 기공을 채울 수 있다.
정공전달체가 무기 정공전달체인 경우, 무기 정공전달체는 정공 전도도를 갖는, 즉, p형 반도체인, 산화물 반도체, 황화물 반도체, 할로겐화물 반도체 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
산화물 반도체의 예로는 NiO, CuO, CuAlO2, CuGaO2 등을 들 수 있으며, 황화물 반도체의 예로는 PbS, 할로겐화물 반도체의 예로는 PbI2 등을 들 수 있으나, 본 발명이 무기 정공전달체 물질에 의해 한정되는 것은 아니다.
무기 정공전달체의 두께는 50nm 내지 10μm, 구체적으로는 10nm 내지 1000nm, 보다 구체적으로 50nm 내지 1000nm일 수 있다. 전공전달체가 다공성인 경우 그 비표면적은 10 내지 100 m2/g일 수 있으며, 정공전달체를 이루는 p형 반도체 입자의 평균 입경(diameter)은 5 내지 500 nm일 수 있다. 다공성 정공전달체의 기공률(겉보기 기공률)은 30% 내지 65%, 구체적으로 40% 내지 60%일 수 있다.
유기 정공 전달체는 유기 정공전달물질, 구체적으로 단분자 내지 고분자 유기 정공전달물질(정공전도성 유기물)을 포함할 수 있다. 유기 정공전달물질은 무기 반도체 양자점을 염료로 사용하는 통상의 무기 반도체 기반 태양전지 또는 페로브스카이트계 태양전지에서 사용되는 유기 정공전달물질이면 사용 가능하다.
유기 정공전달물질의 비 한정적인 일 예로, 펜타센(pentacene), 쿠마린 6(coumarin 6, 3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin), ZnPC(zinc phthalocyanine), CuPC(copper phthalocyanine), TiOPC(titanium oxide phthalocyanine), Spiro-MeOTAD(2,2,2',7,7,7'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9'-spirobi fluorene), F16CuPC(copper(II) 1,2,3,4,8,9,10,11,15,16,17,18,22,23,24,25-hexadecafluoro-29H,31H-phthalocyanine), SubPc(boron subphthalocyanine chloride), N3(cis-di(thiocyanato)-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)-ruthenium(II)),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-phenylene vinylene]), 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 ([2,22′,7,77′-tetrkis (N,N-di-p-methoxyphenyl amine)-9,9,9′-spirobi fluorine]), 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 하나 또는 둘 이상 선택된 물질을 들 수 있다. 비 한정적이며 구체적인 일 예로, 정공전달체는 유기 정공전달물질의 박막일 수 있으며, 박막의 두께는 10 nm 내지 500 nm일 수 있다. 통상적으로, 유기물 기반 정공전달체는 전도도 향상과 같은 특성 향상을 위해 TBP(tertiary butyl pyridine), LiTFSI(Lithium Bis(Trifluoro methanesulfonyl)Imide) 및 Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine)cobalt(III)등과 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
절연성 결착층은 열 경화성 수지를 함유할 수 있다. 열 경화성 수지는 50 내지 200℃의 온도, 유리하게는 60 내지 150℃의 온도에서 경화능을 갖는 수지이면 사용 가능하다. 구체적인 일 예로, 열 경화성 수지는, 강한 결착력과 함께 우수한 유연성 및 내구성을 나타내는 우레탄계 수지, 에폭시계 수지 및 페놀계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 열 경화성 수지의 중량평균분자량은 100 내지 500,000 g/mol, 구체적으로 5,000 내지 100,000 g/mol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전도성 결착층은 전도성 성분과 결착 성분을 포함할 수 있으며, 전도성 성분은 전도성 금속 입자, 전도성 탄소 입자, 전도성 1차원 나노구조체, 전도성 2차원 나노구조체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 결착 성분은 열 경화성 수지를 포함할 수 있다.
전도성 결착층에 함유된 전도성 성분과 결착 성분간의 상대적 함량은 결착 성분에 의한 결착력 향상과 전기전도도 저하를 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 구체적 일 예로, 전도성 결착층은 전도성 성분 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부, 구체적으로 3 내지 10중량부의 결착 성분을 함유할 수 있다.
전도성 금속 입자, 전도성 탄소 입자 또는 이들의 혼합 입자를 포함하는 전도성 입자는 특별히 그 형상이 한정되지 않으며, 구체 예로, 등방성 입자, 비등방성 입자 또는 등방성 입자와 비등방성 입자의 혼합 입자를 포함할 수 있다. 비등방성 입자는 막대형, 섬유형, 판형, 플레이크형 또는 이들의 혼합 입자등일 수 있다.
전도성 1차원 나노구조체는 나노와이어나 나노튜브등의 형상일 수 있으며, 구체 예로, 전도성 1차원 나노구조체는 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 금속 나노와이어, 또는 이들의 혼합물등을 포함할 수 있다. 전도성 2차원 나노구조체는 전도성 나노 판등을 들 수 있으며, 구체예로, 그래핀, 금속 나노 판, 또는 이들의 혼합물등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전도성 입자의 평균 입경은 10 ㎚ 내지 100 ㎛일, 구체적으로 100 ㎚ 내지 50 ㎛, 보다 구체적으로 1 내지 20 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 1차원 나노구조체나 2차원 나노구조체의 종횡비(단축 대비 장축 길이의 비 또는 두께 대비 너비의 비)는 2 내지 1000, 보다 구체적으로 10 내지 500일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
입자상, 1차원 또는 2차원 나노구조체 형상의 전도성 금속은 우수한 전기전도도를 가진 물질이라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다. 일 예로, 전도성 금속은 3 내지 12족의 전이금속일 수 있으며, 일 구체예로, 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 텅스텐(W), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 이리듐(Ir) 및 은(Ag)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 알로이일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전도성 결착층에 함유되는 결착 성분은 열 경화성 수지를 포함할 수 있으며, 필요시 경화제를 더 포함할 수 있다. 전도성 결착층의 열 경화성 수지는 50 내지 200℃의 온도, 유리하게는 60 내지 150℃의 온도에서 경화능을 갖는 수지이면 사용 가능하다. 구체적인 일 예로, 전도성 결착층의 열 경화성 수지는, 절연성 결착층과 독립적으로, 강한 결착력과 함께 우수한 유연성 및 내구성을 나타내는 우레탄계 수지, 에폭시계 수지 및 페놀계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 열 경화성 수지의 중량평균분자량은 100 내지 500,000 g/mol, 구체적으로 5,000 내지 100,000 g/mol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상술한 시트 세트를 이용한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법을 포함한다. 후술하는 모듈의 제조방법에서, 구조체 시트(제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트), 시트(제1시트 또는 제2시트), 반전지 구조체(제1반전지 구조체 또는 제2반전지 구조체), 반전지 구조체 매트릭스, 전극(제1전극 또는 제2전극), 표면층(제1표면층 또는 제2표면층), 절연성 결착층 및 전도성 결착층등 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트에서 상술한 바와 동일 내지 유사하며, 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법은 앞서 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트에서 상술한 모든 내용을 포함한다.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법은 상술한 제1구조체 시트의 표면층과 제2구조체 시트의 표면층이 서로 대면하도록 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 위치시키고 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 일체화하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
이하의 설명에서, 구조체 시트'(제1구조체 시트', 제2구조체 시트')는 상술한 구조체 시트에서 절연성 접착층과 전도성 접착층이 형성되지 않은 상태의 구조체 시트를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법은 a) 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트' 중 적어도 한 구조체 시트'의 시트 양 가장자리에 절연성 결착층을 형성하고, 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트' 중 적어도 한 구조체 시트'에서 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성하는 단계; 및 b) 제1구조체 시트'의 표면층과 제2구조체 시트'의 표면층이 서로 대면하도록 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'를 위치시키고 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'를 일체화하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하는 단계;를 포함한다.
이때, 앞서 상술한 바와 같이, 시트의 가장자리로 돌출된 무지부는 시트의 가장자리에 위치하는 무지부를 의미할 수 있으며, 구체적으로, 시트의 폭 방향으로의 일 단부와 폭 방향으로의 일 단부에 최 인접한 반전지 구조체 표면층의 일 측면까지의 영역을 의미한다.
제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'가 서로 대면하도록 위치할 때, 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'에 위치하는 각 반전지 구조체는 1 : 1 대응할 수 있으며, b) 단계의 일체화 시 서로 대응하는 한 쌍의 표면층(제1표면층과 제2표면층)이 단일한 광흡수층으로 전환되며 두 시트 사이의 공간에 서로 이격 배열된 페로브스카이트 태양전지들(전지 셀들)이 제조될 수 있다.
이때, 제조되는 페로브스카이트 태양전지는 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'의 구체적인 표면층 하부 구조에 따라, 시트-전극-광활성층-전극-시트, 시트-전극-제1전하전달체(전자전달체 또는 정공전달체)-광활성층-전극-시트 또는 시트-전극-제1전하전달체(전자전달체)-광활성층-제2전하전달체(정공전달체)-전극-시트의 구조를 가질 수 있다.
b) 단계의 일체화에 의해, 서로 대응하는 두 표면층이 물리적으로 일체인 단일한 페로브스카이트 화합물 막(단일한 광흡수층)으로 전환될 수 있다.
a) 단계에서 형성된 절연성 결착층 의해, b) 단계에서 제조되는 페로브스카이트 태양전지 모듈에서 제1구조체 시트' 유래 시트와 제2구조체 시트' 유래 시트간의(사이의) 측면 공간이 실링될 수 있다.
또한, a) 단계에서 형성된 전도성 결착층에 의해, b) 단계에서 제조되는 페로브스카이트 태양전지 모듈에 위치하는 페로브스카이트 태양전지(전지 셀)간 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
절연정 접착층과 전도성 접착층은 서로 독립적으로, 잉크젯 프린팅, 슬롯다이 코팅, 그라비아 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 닥터 블레이드 코팅, 스크린 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 리버스옵셋 프린팅, 바-코팅, 그라비옵셋 프린팅, 롤 코팅등 기재에 설계된 형상과 크기로 물질을 도포(인쇄)하는데 통상적으로 사용되는 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 후술하는 연속 공정을 통해 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하는 경우, 연속 공정에 적합한 잉크젯 프린팅, 슬롯다이 코팅, 그라비아 인쇄, 닥터 블레이드 코팅, 바-코팅, 롤-코팅등을 이용할 수 있음은 물론이다.
절연성 접착층을 형성하기 위해 사용되는 절연성 접착제는 열 경화성 수지 및 용매를 함유할 수 있으며, 열 경화성 수지를 용해하는 용매의 구체 물질이나 용매의 함량등은 구체 도포(인쇄) 방법에 따른 인쇄 적성에 부합하도록 적절히 조절될 수 있음은 물론이다. 이와 마찬가지로, 전도성 접착층을 형성하기 위해 사용되는 전도성 접착제는 전도성 성분, 결착 성분 및 결착 성분을 용해하는 용매를 함유할 수 있으며, 용매의 구체 물질이나 용매의 함량등은 구체 도포(인쇄) 방법에 따른 인쇄 적성에 부합하도록 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
a) 단계는, a1) 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트' 중 적어도 한 구조체 시트'가 시트의 길이 방향으로 이동하며, 구조체 시트'의 가장자리로 돌출된 다수개의 무지부를 가로지르며 시트의 길이 방향으로 인장된 스트립 형태로 절연성 접착층이 형성되는 단계; 및 a2) 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트' 중 적어도 한 구조체 시트'가 시트의 길이 방향으로 이동하며, 구조체 시트'의 가장자리로 돌출된 무지부를 제외한 각 무지부에 전도성 접착층이 형성되는 단계;를 포함할 수 있으며, a2) 단계는 a1) 단계 후, a1) 단계 전, 또는 a1) 단계와 동시 수행될 수 있다.
상세하게, a1) 단계에서 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'가 서로 마주볼 때를 기준으로, 마주보는 두 시트의 양 가장자리에 절연성 접착층이 위치하도록, 절연성 접착층이 형성될 수 있다.
이에, a1) 단계에서, 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'가 각각 시트의 길이 방향으로 이동하며 제1구조체 시트'의 일 가장자리와 제2구조체 시트'의 다른 일 가장자리에 절연성 접착층이 형성될 수 있다. 이와 달리, a1) 단계에서 제1구조체 시트'(또는 제2구조체 시트')가 시트의 길이 방향으로 이동하며 제1구조체 시트'(또는 제2구조체 시트')의 양 가장자리에 절연성 접착층이 형성될 수 있다. 이와 달리, 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'가 각각 시트의 길이 방향으로 이동하며 제1구조체 시트'의 양 가장자리와 제2구조체 시트'의 양 가장자리에 각각 절연성 접착층이 형성될 수 있다.
a2) 단계에서, 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'가 서로 마주볼 때를 기준으로, 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트' 각각에서 시트 가장자리에 위치하는 무지부를 제외한 반전지 구조체(들)의 무지부(들) 각각에 전도성 접착층이 위치하도록 전도성 접착층이 형성될 수 있다.
이에, 제1구조체 시트'가 시트의 길이 방향으로 이동하며 제1구조체 시트'에서 시트 가장자리에 위치하는 무지부를 제외한 제1반전지 구조체(들)의 무지부(들) 각각에 무지부(들)의 일 단을 덮도록 전도성 접착층이 형성될 수 있다. 이와 함께, 제2구조체 시트'가 시트의 길이 방향으로 이동하며 제2구조체 시트'에서 시트 가장자리에 위치하는 무지부를 제외한 제2반전지 구조체(들)의 무지부(들) 각각에 무지부(들)의 일 단을 덮도록 전도성 접착층이 형성될 수 있다.
제1구조체 시트'(또는 제2구조체 시트')에 절연성 접착층, 전도성 접착층 또는 절연성 접착층과 전도성 접착층이 모두 형성되는 경우, 절연성 접착층 형성 전/ 후 또는 절연성 접착층 형성과 동시에 전도성 접착층이 형성될 수 있다.
b) 단계의 일체화는 열간 압착에 의해 수행될 수 있으며, 구체적으로, 절연성 접착층과 전도성 접착층 형성이 이루어지고 서로 대면하는 제1구조체 시트'와 제2구조체 시트'를 50 내지 250℃의 온도 및 1 내지 100MPa의 압력으로 열간 압착함으로써 수행될 수 있다.
이러한 열간 압착에 의한 일체화에 의해, 제1표면층과 제2표면층은 치밀하고, 우수한 결정성을 가지며, 조대 결정립 사이즈를 갖는, 단일한, 고품질의 무/유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 막(광흡수층)으로 전환되며, 두 시트가 결착될 수 있다.
열간 압착에 의해 두 표면층이 고품질의 단일한 광흡수층으로 전환됨에 따라, 모듈화에 따른 페로브스카이트 태양전지(전지 셀)의 효율 저하가 효과적으로 방지될 수 있으며, 또한 표면층 자체가 저품질(작은 그레인 크기, 다량의 잔류 기공, 다공막, 큰 표면 거칠기등)이라 할지라도 열간 압착에 의해 고품질의 단일한 광흡수층으로 전환될 수 있어, 형성 시 보다 완화되고 신속하며 간단한 공정을 이용하여 표면층을 형성할 수 있어 유리하다.
또한, 열간 압착에 의해, a) 단계에서 형성된 절연성 접착층이 경화되며, 서로 대면하는 두 시트의 측면 공간이 실링되고 두 시트를 결착시킬 수 있다.
상세하게, 서로 대면하는 두 구조체 시트'의 일 가장자리 영역에 하나의 절연성 접착층이 형성된 경우, 절연성 접착층의 일 단이 대응하는 시트의 가장자리 영역에 닿을 수(접할 수) 있으며, 열간 압착에 의해 절연성 접착층이 경화되며 시트간의 결착과 측면 공간의 실링이 동시에 이루어질 수 있다. 또한, 서로 대면하는 두 구조체 시트'의 일 가장자리 영역 각각에 절연성 접착층이 형성된 경우, 서로 대응하는 두 절연성 접착층의 일 단들이 서로 접촉할 수 있으며, 열간 압착에 의해 두 절연성 접착층이 경화되며 일체의 절연성 접착층으로 전환되고 시트간의 결착과 측면 공간의 실링이 동시에 이루어질 수 있다.
또한, 열간 압착에 의해, a) 단계에서 형성된 전도성 접착층 내 결착 성분이 경화되며, 두 시트간의 결착 및 모듈을 이루는 전지 셀간 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
상세하게, 서로 대면하는 두 구조체 시트' 중 하나의 구조체 시트'의 무지부에 전도성 접착층이 형성된 경우, b) 단계에서, 반전지 구조체의 무지부에 형성된 전도성 접착층의 일 단은 대응하는 일 무지부(대응하는 구조체 시트'의 무지부)에 접할 수 있으며, 열간 압착에 의해 결착 성분이 경화되며 대응하는 무지부와 결착됨과 동시에 전도성 성분에 의해 형성된 전류 이동 경로에 의해 두 전지 셀을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
서로 대면하는 두 구조체 시트' 각각의 무지부에 전도성 접착층이 형성된 경우, b) 단계에서, 서로 대응하는 두 무지부의 일 단은 서로 접촉할 수 있으며, 열간 압착에 의해 결착 성분이 경화되며 대응하는 두 전도성 접착층이 단일한 전도성 접착층으로 전환되고 전도성 성분에 의해 형성된 대응하는 두 무지부를 연결하는 전도성 경로에 의해 두 전지 셀을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에 있어, a) 단계와 b) 단계는 연속 공정일 수 있다.
즉, 절연성 결착층과 전도성 결착층 형성 단계는 연속적으로 수행될 수 있으며, 절연성 결착층과 전도성 결착층이 형성된 구조체 시트'(들)이 연속적으로 일체화되어 페로브스카이트 태양전지 모듈이 연속적으로 제조될 수 있다.
상세하게, a) 단계에서 구조체 시트'(들)이 시트의 길이 방향으로 연속적으로 이동하며, 구조체 시트' 상 인쇄(도포)수단에 의해 설계된 영역에 절연성 접착층과 전도성 접착층이 형성될 수 있으며, 절연성 접착층과 전도성 접착층 형성이 수행된 구조체 시트'(들)이 시트의 길이 방향으로 연속적으로 이동하되, 설계된 영역에 절연성 접착층과 전도성 접착층이 형성된 두 구조체 시트'가 서로 마주보도록 연속적으로 인입 및 일체화되어, 페로브스카이트 태양전지 모듈이 연속적으로 제조될 수 있다.
구체적이며 유리한 일 예로, 연속 공정은 롤투롤 연속 공정일 수 있다.
상세하게, a) 단계에서, 권취상태에서 풀어진 제1구조체 시트'의 가장자리로 돌출된 무지부를 가로지르도록 시트의 길이 방향으로 인장된 절연성 결착층을 형성하고, 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 각 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성하고, 이와 함께(동시에) 또는 이와 독립적으로, 권취상태에서 풀어진 제2구조체 시트'의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 각 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성한 후, b) 단계에서 제1구조체 시트의 반전지 구조체의 표면층과 제2구조체 시트의 반전지 구조체의 표면층이 서로 대면하도록, 제2구조체 시트와 제2구조체 시트를 인입하고 열과 압력을 가하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조할 수 있다.
b) 단계에서 두 구조체 시트의 인입은 가압 롤러에 의해 수행될 수 있으며, 가압 롤러에 의해 인입이 수행됨과 동시에 서로 마주보도록 인입된 두 구조체 시트에열 및 압력이 인가될 수 있다.
롤투롤 연속 공정에서, 제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈을 롤로 권취하는 단계가 더 수행되거나, 설계된 모듈의 크기에 따라 제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈을 절삭하는 단계가 더 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈의 제조방법에서, a) 단계 전 목적하는 모듈 내 전지 셀의 배열에 대응하는 배열로 서로 이격 배열된 전극(제1전극 또는 제2전극)이 형성된 시트(제1시트 또는 제2시트)의 각 전극 상부에 표면층을 형성하는 표면층 제조 단계;를 더 포함할 수 있다.
표면층 제조단계는 페로브스카이트 화합물(구체예로 화학식 1) 또는 페로브스카이트 화합물의 화학양론비에 따른 유기 양이온(화학식 1의 A), 금속 양이온(화학식 1의 M) 및 할로겐 이온(화학실 1의 X)을 용매에 용해하여 페로브스카이트 용액을 제조한 후, 전극 상 페로브스카이트 용액을 도포한 후, 각 전극 상부에 페로브스카이트 용액을 도포 및 건조하여 형성할 수 있다.
페로브스카이트 용액의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide, DMF), 감마-부티로락톤(Gamma-butyrolactone, GBL), 1-메틸-2-피롤리돈(1-Methyl-2-pyrolidinone), N,N-디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 디메틸술폭시드(Dimethylsulfoxide, DMSO), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide DMF) 또는 이들의 혼합 용매등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 일체화 공정, 좋게는 열간 압착 공정에 의해 두 표면층에서 페로브스카이트 화합물의 재결정화 및/또는 재성장이 발생하며, 조대한 페로브스카이트 그레인들로 이루어진 치밀한 단일막이 제조될 수 있다. 이에, 저품질의 표면층을 형성하더라도, 저품질의 표면층이 고품질의 광흡수층으로 전환됨에 따라, 표면층의 형성은 용액의 제조 및 단순 도포와 건조의 간단한 방법을 이용하여 수행되어도 무방하며, 매끈하고 치밀한 페로브스카이트 화합물층을 만들기 위한 비용매 도포등이 수행되지 않아도 좋다.
또한, 표면층 제조단계 전, 각 전극 상부로 전하전달체 형성단계가 더 수행될 수 있다.
전하전달체가 전자전달체인 경우, 전자전달체는 도포 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 유기 전자전달물질이 용해된 용액 또는 전자전달체 물질이 분산된 분산액(또는 슬러리)을 도포 및 건조하거나, 선택적으로 건조된 수득물을 열처리하여 제조할 수 있다. 이와 달리 전자전달체는 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)등의 증착을 이용하여 형성될 수 있다. 다공성 전자전달체를 일 예로, 전자전달체는 전극 상부에 금속산화물 입자를 함유하는 슬러리를 도포 및 건조하고 열처리하여 제조될 수 있다.
전하전달체가 전공전달체인 경우, 전공전달체는 도포 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 유기 정공전달물질이 용해된 용액 또는 무기 정공전달체 물질이 분산된 분산액(또는 슬러리)을 도포 및 건조하거나, 선택적으로 건조된 수득물을 열처리하여 제조할 수 있다. 이와 달리 정공전달체는 정공전도성 무기물의 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)등의 증착을 이용하여 형성될 수 있다.
용액이나 슬러리의 도포(인쇄)는, 스프레이, 잉크젯 프린팅, 슬롯다이 코팅, 그라비아 인쇄, 플렉소그래피 인쇄, 닥터 블레이드 코팅, 스크린 프린팅, 정전수력학 프린팅, 마이크로 컨택 프린팅, 임프린팅, 리버스옵셋 프린팅, 바-코팅, 그라비옵셋 프린팅, 롤 코팅등을 통해 수행될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명이 일 실시예에 따른 모듈 제조방법은 전하전달체 형성단계 전, 시트 상 전극을 형성하는 전극 형성 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 전극 형성 단계는 시트 상 종과 횡 방향으로 서로 이격 배열된 전극을 형성하는 단계일 수 있으며, 이는, 시트상 전극 물질층 증착하거나 전도성 나노구조체를 도포한 후 패터닝하여 수행될 수 있다.
모듈의 제조방법이 연속 공정으로 수행되는 경우, a) 단계가 수행되기 전, 전극 상부에 시트 상 이격 배열된 전극 상부 또는 시트상 이격 배열된 전하전달체 상부로 표면층을 형성하는 단계가 연속적으로 수행된 후, a) 단계 및 b) 단계가 연속적으로 수행될 수 있다.
이때, 전하전달체는 전자전달체 또는 정공전달체일 수 있으며, 전하전달체가 유기 전자전도성 물질이나 유기 정공전도성 물질에 기반한 경우, a) 단계가 수행되기 전, 서로 이격 배열된 각각의 전극 상부에 전하전달체를 형성하는 단계; 전하전달체 상부에 표면층을 형성하는 단계가 연속적으로 수행된 후, a) 단계 및 b) 단계가 연속적으로 수행될 수 있다.
전하전달체 형성 단계-표면층의 형성단계-a) 단계-b) 단계가 연속 공정으로 수행될 때, 연속 공정은 롤투롤 연속 공정을 포함할 수 있으며, 전극이 형성된 시트가 권취된 롤이 풀리며, 전하전달체 형성 단계-표면층의 형성단계-a) 단계-b) 단계가 연속적 및 순착적으로 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상술한 시트 세트를 이용하여 제조된 페로브스카이트 태양전지 모듈을 포함한다.
본 발명은 상술한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법으로 제조된 태양전지 모듈을 포함한다.
본 발명은 페로브스카이트 태양전지 모듈을 포함한다.
본 발명에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈에서의 모듈에 위치하는 페로브스카이트 태양전지(전지 셀)의 배열은 앞서 시트 세트 또는 모듈의 제조방법에서 상술한 반전지 구조체의 배열에 상응할 수 있고, 시트, 광흡수층, 전지 셀, 무지부, 절연성 결착층 및 전도성 결착층등은 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트 또는 모듈의 제조방법에서 상술한 바와 동일 내지 유사하다. 이에, 페로브스카이트 태양전지 모듈은 앞서 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트 및 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법에서 상술한 모든 내용을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 폭 방향 단면을 도시한 일 단면도이다. 도 7에 도시한 일 예와 같이, 태양전지 모듈은 제1 전극(111), 제1 전극(111) 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 광흡수층(500) 및 광흡수층(500) 상부에 형성된 제2 전극(211)을 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 전지 셀(600)로 하여, 제1 전극(111)과 제2전극(211)에 각각 결착된 한 쌍의 시트(120, 220); 및 전지 셀(600)이 시트(120, 220)의 폭 방향과 길이 방향으로 각각 이격 배열된 전지 셀 매트릭스;를 포함한다. 전지 셀 매트릭스의 각 전지 셀(600)의 제1 전극(111)과 제2 전극(211)은 광흡수층(500)을 기준으로 시트의 폭을 따라 서로 반대 방향으로 돌출된 무지부(111_1, 211_1)를 포함한다. 한 쌍의 시트(120, 220)의 가장자리 영역 사이에 개재된 절연성 결착층(300)에 의해 두 시트(120, 220)간의 측면 공간이 실링되며, 시트(120, 220)의 폭 방향(W)으로 서로 인접하는 두 전지 셀 중 일 전지 셀의 제1전극 무지부와 다른 일 전지 셀의 제2전극 무지부가 전도성 결착층(400)에 의해 통전되어, 전지 셀 매트릭스에서 동일한 횡(폭 방향 열)에 속하는 전지 셀간 직렬 연결될 수 있다. 이때, 한 쌍의 시트(120, 220)는 제1전극과 결착 또는 제2전극과 결착하며 전지 셀 매트릭스를 상부와 하부에서 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈은 전지 셀 매트릭스가 시트의 폭 방향으로 M개(M ≥ 2인 자연수) 및 시트의 길이 방향으로 N개(N ≥ 2인 자연수)의 MxN 매트릭스 형태일 때, 태양전지 모듈은 서로 직렬 연결된 M개의 전지 셀들 길이 방향으로 이격 배열된 구조를 가질 수 있다.
앞서 시트 세트에서 상술한 바와 같이, 전지 셀에서 발생하는 전압과 태양전지 모듈이 사용되는 용도에서 요구되는 전압을 고려하여 M의 수가 결정될 수 있으며, 일 예로, M은 2 내지 20개, 구체적으로 3 내지 8개, 보다 구체적으로 4 내지 7개일 수 있다. 또한, 시트의 길이를 증가시켜 N을 증가시킬 수 있음에 따라, N은 실질적으로 한정되지 않는다.
전지 셀 매트릭스에서 최외각 종렬(전지 셀 매트릭스에서 시트 길이 방향에 따른 열 중 최 외각에 위치하는 열)에 속하는 최외각 전지 셀에서 시트의 가장자리영역에 위치하는 무지부의 일 단은 외부와 전기적으로 연결되는 연결단자일 수 있다. 연결단자로 작동하는 무지무의 일 단은 절연성 결착층과 시트 사이를 통해 시트의 가장자리 영역에 위치할 수 있다.
연결 단자로 작용하는 무지부의 일 단이 다른 시트로 덮이는 것을 방지하기 위해, 한 쌍의 시트 중, 제1전극과의 결착에 의해 전지 셀 매트릭스를 덮는 시트를 제1시트로, 제2전극과의 결착에 의해 전지 셀 매트릭스를 덮는 시트를 제2시트로 하여, 제2시트는 제1시트를 기준으로 시트의 폭 방향으로 이동된 구조를 가질 수 있다.
도 7에 도시한 일 예와 같이, 제1시트를 기준한 제2시트가 폭 방향으로 이동된 구조에 의해 제1시트에 덮이지 않은 제2시트의 영역 및 제2시트에 의해 덮이지 않은 제1시트의 영역 각각에는 전지 셀 매트릭스에서 최외각 종렬(길이 방향 열 중 최 외각에 위치하는 열)에 속하는 최외각 전지 셀의 전극 무지부의 일 단부가 위치할 수 있다.
상술한 바에 따라, 제2시트가 폭 방향으로 이동되는 길이가 연결 단자의 역할을 수행하는 무지부가 다른 시트에 의해 덮이지 않고 모듈의 측면에서 돌출된 길이에 상응할 수 있다. 이에, 폭 방향으로 이동된 길이는 외부와의 안정적인 전기적 연결을 고려하여 적절히 설계될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (26)
- 전극 및 전극 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 표면층을 포함하는 반전지 구조체가 서로 이격 배열된 시트를 구조체 시트로 하여, 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 포함하고,
제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 두 구조체 시트에 형성된 반전지 구조체는 서로 일 대 일 대응하며, 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체에 속하는 두 전극은 구조체 시트의 폭 방향으로 돌출된 무지부를 갖되, 두 전극의 무지부는 상기 한 쌍의 반전지 구조체의 표면층을 기준으로 서로 상이한 방향으로 돌출된 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
제1구조체 시트 또는 제2구조체 시트에서 각 반전지 구조체의 전극 무지부 돌출 방향은 서로 동일한 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
상기 구조체 시트에서 상기 반전지 구조체는 상기 시트의 폭 방향으로 M개(M ≥ 2인 자연수) 및 길이 방향으로 N개(N ≥ 2인 자연수)의 MxN 매트릭스 배열된 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
상기 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 하나의 구조체 시트는 시트 가장자리 영역에 형성된 절연성 결착층을 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 4항에 있어서,
상기 절연성 결착층은 상기 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 이격 배열된 반전지 구조체의 최외각 종렬에 속하는 최외각 반전지 구조체의 무지부 상 위치하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 5항에 있어서,
상기 절연성 결착층은 상기 시트의 길이 방향으로 연장된 스트립 형상이며, 상기 절연성 결착층은 상기 최외각 종렬에 속하는 적어도 둘 이상의 최외각 반전지 구조체의 무지부 상에 위치하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 4항에 있어서,
상기 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 서로 대응하는 두 가장자리 영역에 위치하는 절연성 결착층의 총 두께는 서로 대응하는 한 쌍의 반전지 구조체의 두께를 합한 두께를 기준으로 1.0 내지 1.2배인 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 4항에 있어서,
제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때, 제1구조체 시트의 시트를 기준으로 제2구조체 시트의 시트가 시트의 폭 방향으로 일정거리 이동한 상태에서, 두 구조체 시트에 형성된 반전지 구조체의 표면층이 서로 일 대 일 대향하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
상기 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 이격 배열된 반전지 구조체의 최외각 종렬에 속하는 최외각 반전지 구조체의 무지부 일 단은 외부와 전기적으로 연결되는 연결단자인 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
상기 제1구조체 시트; 제2구조체 시트; 또는 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 각각;은 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체 무지부의 단부 영역에 형성된 전도성 결착층을 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 10항에 있어서,
상기 전도성 결착층은 제1구조체 시트에 속하는 일 반전지 구조체인 하부 반전지 구조체의 무지부의 단부영역; 상기 제1구조체 시트와 제2구조체 시트가 서로 마주볼 때 제1구조체 시트에서 상기 하부 반전지 구조체에 대응하는 반전지 구조체와 시트의 폭 방향으로 인접한 일 반전지 구조체의 무지부의 단부영역; 또는 이들 두 단부 영역 각각;에 형성된 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
상기 제1구조체 시트의 반전지 구조체는 상기 전극과 상기 표면층 사이에 위치하는 무기 또는 유기 전자전달체를 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 12항에 있어서,
상기 제2구조체 시트의 반전지 구조체는 상기 전극과 상기 표면층 사이에 위치하는 무기 또는 유기 정공전달체를 더 포함하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항에 있어서,
상기 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트의 전극은 투명 전극인 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 4항에 있어서,
상기 절연성 결착층은 열 경화성 수지를 함유하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 10항에 있어서,
상기 전도성 결착층은 전도성 금속 입자, 전도성 탄소 입자, 전도성 1차원 나노구조체, 전도성 2차원 나노구조체 또는 이들의 조합을 포함하는 전도성 성분과 열 경화성 수지를 포함하는 결착 성분을 함유하는 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트. - 제 1항 내지 제 3항 및 제 12항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트에서
a) 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트의 시트 양 가장자리에 절연성 결착층을 형성하고,
제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트에서 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성하는 단계; 및
b) 제1구조체 시트의 표면층과 제2구조체 시트의 표면층이 서로 대면하도록 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 위치시키고 제1구조체 시트와 제2구조체 시트를 일체화하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하는 단계;
를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 17항에 있어서,
상기 절연성 결착층 의해 상기 페로브스카이트 태양전지 모듈에서 제1구조체 시트 유래 시트와 제2구조체 시트 유래 시트간의 측면 공간이 실링되는 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 17항에 있어서,
상기 a) 단계 및 상기 b) 단계는 연속 공정인 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 17항에 있어서,
상기 a) 단계는,
a1) 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트가 시트의 길이 방향으로 이동하며, 상기 구조체 시트의 가장자리로 돌출된 다수개의 무지부를 가로지르며 시트의 길이 방향으로 인장된 스트립 형태로 절연성 접착층이 형성되는 단계; 및
a2) 제1구조체 시트와 제2구조체 시트 중 적어도 한 구조체 시트가 시트의 길이 방향으로 이동하며, 상기 구조체 시트의 가장자리로 돌출된 무지부를 제외한 각 무지부에 전도성 접착층이 형성되는 단계;
를 포함하며,
상기 a2) 단계는 a1) 단계 후, a1) 단계 전, 또는 a1) 단계와 동시 수행되는 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 17항에 있어서,
상기 a) 단계 및 상기 b) 단계는 롤투롤 공정으로 수행되는 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 21항에 있어서,
상기 a) 단계에서
권취상태에서 풀어진 제1구조체 시트의 가장자리로 돌출된 무지부를 가로지르도록 시트의 길이 방향으로 인장된 절연성 결착층을 형성하고, 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 각 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성하고,
권취상태에서 풀어진 제2구조체 시트의 가장자리로 돌출된 무지부 이외의 반전지 구조체의 각 무지부의 단부 영역에 전도성 결착층을 형성한 후,
상기 b) 단계에서
제1구조체 시트의 반전지 구조체의 표면층과 제2구조체 시트의 반전지 구조체의 표면층이 서로 대면하도록, 제2구조체 시트와 제2구조체 시트를 인입하고 열과 압력을 가하여 페로브스카이트 태양전지 모듈을 제조하는 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제 17항에 있어서,
a) 단계 전, 시트 상 이격 배열된 전극 상부에 전하전달층을 형성하는 전하전달층 형성 단계 및 전하전달층 상부에 표면층을 형성하는 표면층 형성 단계를 통해, a) 단계의 상기 페로브스카이트 태양전지 모듈 제조용 시트 세트를 제조 단계;를 더 포함하며,
상기 전하전달층 형성 단계, 표면층 형성 단계, a) 단계 및 b) 단계는 연속 공정으로 수행되는 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조방법. - 제1 전극, 상기 제1 전극 상부에 위치하며 페로브스카이트 화합물을 함유하는 광흡수층 및 상기 광흡수층 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 페로브스카이트 태양전지를 전지 셀로 하여,
상기 제1 전극과 제2전극에 각각 결착된 한 쌍의 시트; 및 상기 전지 셀이 시트의 폭 방향과 길이 방향으로 각각 이격 배열된 전지 셀 매트릭스;를 포함하되,
상기 전지 셀 매트릭스의 각 전지 셀의 제1 전극과 제2 전극은 광흡수층을 기준으로 시트의 폭을 따라 서로 반대 방향으로 돌출된 무지부를 포함하고,
상기 한 쌍의 시트의 가장자리 영역 사이에 개재된 절연성 결착층에 의해 두 시트간의 측면 공간이 실링되며,
시트의 폭 방향으로 서로 인접하는 두 전지 셀 중 일 전지 셀의 제1전극 무지부와 다른 일 전지 셀의 제2전극 무지부가 전도성 결착층에 의해 통전되어, 상기 전지 셀 매트릭스에서 동일한 횡에 속하는 전지 셀간 직렬 연결된 페로브스카이트 태양전지 모듈. - 제 24항에 있어서,
상기 한 쌍의 시트 중, 제1전극과의 결착에 의해 전지 셀 매트릭스를 덮는 시트를 제1시트로, 제2전극과의 결착에 의해 전지 셀 매트릭스를 덮는 시트를 제2시트로 하여, 제2시트는 제1시트를 기준으로 시트의 폭 방향으로 이동된 구조를 갖는 직렬 연결된 페로브스카이트 태양전지 모듈. - 제 25항에 있어서,
상기 제1시트를 기준한 제2시트가 폭 방향으로 이동된 구조에 의해 제1시트에 덮이지 않은 제2시트의 영역 및 제2시트에 의해 덮이지 않은 제1시트의 영역 각각에는 상기 전지 셀 매트릭스에서 최외각 종렬에 속하는 최외각 전지 셀의 전극 무지부의 일 단부가 위치하는 페로브스카이트 태양전지 모듈.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220089363A (ko) * | 2020-12-21 | 2022-06-28 | 주식회사 포스코 | 롤투롤 공정을 이용한 경량화된 태양전지 모듈의 제조방법 |
| KR20230127467A (ko) * | 2022-02-25 | 2023-09-01 | 전북대학교산학협력단 | 전류 출력 제어가 가능한 페로브스카이트 태양 전지 모듈 및 이의 제조 방법 |
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