KR20210118052A - 태양광 전지 적층 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 및 제2 기판을 포함하는 태양광 전지 시트에 관한 것으로, 제1 및 제 2 기판은 가요성이고 롤 투 롤 인쇄에 적합하며, 상기 태양광 전지 시트는 하나 이상의 자급형 태양광 전지 유닛을 또한 포함하고, 각각의 자급형 태양광 전지 유닛은 하나 이상의 태양광 전지 모듈을 포함하며, 각각의 태양광 전지 모듈은 복수의 직렬 연결된 태양광 전지를 포함하고, 상기 각각의 태양광 전지 모듈은, 상기 제1 가요성 기판의 제1 기판 부분 및 상기 제2 기판의 제2 기판 부분, 상기 제1 및 제2 기판 부분 사이에 배치된 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극; 및 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 유기 활성 층을 포함하고, 제1 접착제 재료의 연속 또는 불연속 부분은 상기 태양광 전지 유닛 각각을 둘러싼다. 본 발명은 또한 하나 이상의 자급형 태양광 전지 유닛을 포함하는 태양광 전지 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 적층형 태양광 전지 시트 및 적층형 태양광 전지 시트의 제조 방법에 관한 것이다.
지구 온난화를 완화하기 위해, 에너지 생성이 화석 연료에 의해 지배되는 것에서 기후 영향이 적은 소스로 바뀌어야 한다. 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 태양광 전지는 미래 에너지 시스템의 주요 전기 공급원이 될 것으로 예상된다. 태양광 전지는 일반적으로 용융, 정제 및 실리콘 결정으로 성장하는 실리콘 산화물에서 생산된다. 이것은 에너지를 많이 소비하는 공정이며, 에너지 소비가 적은 제조 공정을 가진 많은 박막 기술이 개발된 이유이다. 일반적으로, 박막(thin film) 태양광 전지는 두 전극 사이에 샌드위치된 광활성 반도체를 포함한다. 유기 태양광 전지는 두 개 이상의 유기 반도체의 미세 혼합물로 구성된 광활성 층을 가진 박막 태양광 전지의 예이다. 이러한 종류의 태양광 전지의 큰 이점은 롤 투 롤 공정으로 인쇄될 수 있으므로, 대 면적 태양광 전지 또는 태양광 전지 모듈을 생산할 수 있다는 것이다. 또한, 재료 사용 및 공정 에너지가 매우 낮아 기후에 미치는 영향이 매우 적다. 이러한 재료는 또한 확산 광을 전기로 변환하는데 효율적이다. 이를 통해 유기 태양광 전지를 벽과 같은 수직 표면에도 배치할 수 있다.
그러나, 태양광 전지 모듈에서 재료의 노화 및 열화 문제는 공지된 이슈이며 시간이 지남에 따라 태양광 전지의 기능에 영향을 미쳐서, 효율성 감소, 단락 및 최악의 경우 태양광 전지 모듈의 오작동으로 이어진다. 따라서, 특히, 시간이 지남에 따라 태양광 전지 유닛의 기능을 개선할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 현재의 기술 상태를 개선하고 상기 언급된 단점 중 적어도 일부를 완화하는 것이다. 이들 및 다른 목적은 첨부된 청구 범위에 정의된 바와 같은 강화된 태양광 전지 시트 및 이러한 강화된 태양광 전지 시트를 제조하는 방법을 제공함으로써 달성된다.
본원 명세서에서 예시적인 용어는 예, 사례 또는 예시로서 이해되어야 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 제1 및 제2 기판을 포함하는 태양광 전지 시트를 제공하며, 제1 및 제 2 기판은 가요성이고 롤 투 롤 인쇄에 적합하며, 태양광 전지 시트는 하나 이상의 자급형(self-contained) 태양광 전지 유닛을 또한 포함하고, 각각의 자급형 태양광 전지 유닛은 복수의 직렬 연결된 태양광 전지를 포함하며, 각각의 태양광 전지 모듈은,
제1 가요성 기판의 제1 기판 부분 및 제2 기판의 제2 기판 부분,
제1 및 제2 기판 부분 사이에 배치된 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극;
복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 유기 활성 층을 포함하고,
접착제 재료의 연속적인 또는 불연속적인 부분은 각각의 태양광 전지 유닛을 둘러싸고 및/또는 한정한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 태양광 전지 시트를 제조하는 방법이 제공되며, 태양광 전지 시트는 하나 이상의 자급형 태양광 전지 유닛을 포함하고, 각각의 자급형 태양광 전지 유닛은 하나 이상의 태양광 전지 모듈을 포함하며, 상기 방법은,
- 롤 투 롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판 부분을 제공하는 단계;
- 각각의 태양광 전지 모듈에 대해, 제1 기판의 사전에 정해진 부분 상에 제1 전극 세트를 제공하는 단계, 제2 기판의 사전에 정해진 부분 상에 제2 전극 세트를 제공하는 단계, 제1 및 제2 전극 세트 중 하나에 제1 유기 활성 층을 제공하고, 선택적으로는 제1 및 제2 전극 세트 중 다른 하나에 제2 유기 활성 층을 제공하는 단계;
- 제1 및/또는 제2 기판 상에 접착제 재료의 제1 층을 제공하는 단계로, 접착제 재료의 층은 연속적이거나 불연속적이며 하나 이상의 태양광 전지 유닛 각각을 둘러싸고 및/또는 한정하는, 제1 및/또는 제2 기판 상에 접착제 재료의 제1 층을 제공하는 단계;
- 각각의 태양광 전지 모듈에 대해, 활성 층이 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극 사이에 공간적으로 배치되고 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하며, 접착제 재료의 제1 층이 제1 및 제2 기판을 서로 접착하도록 열과 압력을 이용하여 롤-투-롤 공정에서 제1 및 상기 제2 기판 부분을 함께 적층하는 단계를 포함한다.
제2 양태에 나열된 동작은 예컨대, 제1 또는 제2 기판의 사전에 정해진 부분 상에 제1 또는 대안적으로 제2 전극 세트를 제공하기 전에 제1 및/또는 제2 기판 상에 접착제 재료의 제1 층을 제공하는 단계와 같이 임의의 논리적 순서로 수행될 수 있음을 강조한다.
본 발명의 이러한 제1 및 제2 양태의 효과 및 특징은 대체로 유사하다. 아래에 언급된 대부분의 실시예들은 본 발명의 이들 두 양태 모두와 호환된다.
태양광 전지 모듈의 방향 및 연장부는 아래에 설명되어 있고, 좌표 시스템을 사용하는 동일한 출원인의 다른 특허 출원 EP 3 364 474 A1에서도 상세하게 설명되어 있다. 본질적으로, y-방향은 제1 및 제2 기판에 직교하거나 수직이다. z-방향은 전극의 가장 긴 연장부와 평행하다. x-방향은 y-방향과 z-방향 모두에 직교한다. x-방향은 기판 부분의 가장 긴 연장부에 평행할 수 있지만, 또한, 기판 부분의 가장 긴 연장부를 가로지르는 방향일 수 있다. 기판 부분의 가장 긴 방향은 롤-투-롤 증착의 코팅 방향과 평행할 수 있다. 기판 부분의 가장 긴 방향은 롤-투-롤 증착 동안 상기 기판의 이동 방향에 평행할 수 있다.
제1 복수의 갭은 전형적으로 상기 제1 복수의 전극 내의 개별 전극을 서로 분리하고; 제2 복수의 갭은 전형적으로 상기 제2 복수의 전극 내의 개별 전극을 서로 분리시킨다. 구체적으로, 복수의 제1 갭은 x-방향으로 전극을 분리할 수 있다.
상기 제1 및 제2 복수의 전극의 각각의 전극은 상기 전극의 가장 긴 연장부를 따라 배치된 제1 및 제2 단부 부분을 갖는 것으로 이해되어야 한다.
하나의 예에 따르면, 태양광 전지 모듈은 동일한 출원인의 EP 3 364 474에 설명되고 본원 명세서에 참조로 포함된 것과 동일한 구성을 갖지만, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 많은 다른 구성이 가능하다. 하나의 일반적인 예에 따르면, 태양광 전지 모듈은 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 스트라이프 세트 및 제2 기판 상에 배치된 제2 전극 스트라이프 세트를 포함하며, 각각의 스트라이프 세트는 서로 간격을 두고 있다. 최종 모듈에서, 전극은 기판 사이에 샌드위치되고, 활성 층은 전극의 제1 및 제2 전극 세트 사이에 샌드위치되며, 사용 중인 태양광 전지 모듈은 양극 및 음극 전극을 모두 포함한다.
본 발명의 제1 및 제2 양태에서 태양광 전지 및 태양광 전지 모듈의 기하학적 구조, 구성 요소의 연장부, 적합한 재료, 가공, 제조, 적층 및 배치에 대한 상세한 예 및 설명은 EP 3 364 474 A1에 제공된다. 따라서, 태양광 전지 및 태양광 전지 모듈 가공에 대한 이러한 세부 사항은 간결성을 위해 이 설명의 나머지 부분에서 생략되었다.
하나의 예에 따르면, 태양광 전지 시트는 대 면적 박막 태양광 전지 모듈의 수명을 향상시키고, 롤 투 롤 공정에 의해 생산된 박막 인쇄 대 면적 태양광 전지 시트의 기계적 안정성 및 내구성을 더욱 증가시키도록 배치된다.
기판 사이의 분리를 추가하여 층 사이의 접촉 부족 가능성을 증가시키지만, 본 발명자들은 태양광 전지 시트의 하부 및/또는 상부 기판에 접착제 재료를 제공하면 일반적으로 특히, 시간이 지남에 따라 태양광 전지 유닛의 기능성이 향상된다는 것을 깨달았다.
태양광 전지 유닛은 자급형 시스템으로 작동하도록 배치된 태양광 전지 시트 상의 영역을 의미 함을 이해해야 하고; 더욱이 그것은 접착제 재료에 의해 한정 및/또는 둘러싸이고 적어도 하나의 태양광 전지 모듈을 포함한다. 태양광 전지 유닛은 태양광 전지 시트의 하부 기판에 배치된 하부 분분과 상부 기판에 배치된 상부 부분을 가질 수 있다. 복수의 태양광 전지 모듈은 태양광 전지 유닛의 하부 및/또는 상부 부분에 배치될 수 있다. 태양광 전지 유닛은 하부 및 상부 기판의 적층 또는 접착에 의해 형성된다. 또한, 태양광 전지 유닛은 절단 등을 통해 다른 태양광 전지 유닛 또는 시트의 나머지로부터 분리될 수 있음을 이해해야 한다.
예를 들어, 태양광 전지 유닛을 둘러싸거나 한정하는 접착제 재료는 바람직하게는 작용하는 접착제 재료의 접착 특성을 파괴하지 않고 태양광 전지 유닛을 분리 또는 절단하는 동작이 수행될 수 있도록 충분히 넓다.
접착제의 두께가 얇을수록, 태양광 전지 유닛으로의 통로가 더 작아진다. 접착제가 넓을수록, 접착 특성이 더 좋다. 더욱이, 접착제 라인 사이의 절단을 더욱 용이하게 하는 접착제 재료의 2개의 인접한 라인 사이에 분리가 제공될 수 있다. 접착제에 가깝게 절단할 때의 이점은 유닛의 면적을 줄여 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있다는 것이다. 접착제에서 더 멀리 떨어진 절단의 이점은 적층의의 기계적 안정성이 증가한다는 것이다.
또한, 태양광 전지 유닛의 크기, 두께, 면적 또는 형상이 적절하게 변할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 태양광 전지 유닛은 직사각형, 삼각형, 원형 등과 같은 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있거나 또는 다른 임의의 또는 왜곡된 레이아웃으로 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 상부 및 하부 전극 또는 접점 사이에 적절한 접촉을 달성하면서 기판 사이의 결합을 생성하기 위해 태양광 전지 시트의 하부 및/또는 상부 기판 상에 접착제의 적절하게 얇은 층을 제공하는 것이 유리하다는 것을 알게 되었다.
비-제한적인 예로서, 제1 및/또는 제2 접착제 층은 접착제 용매로서 또는 전사 인쇄에 의해 증착될 수 있다.
하나의 예에 따르면, 제1 및/또는 제2 접착제 층의 두께는 기판의 표면 거칠기를 초과하거나, 또는 적어도 10nm, 또는 적어도 100nm, 또는 적어도 1μm, 또는 적어도 10μm, 또는 적어도 100μm이고, 또는 기판에 적용된 층의 스택과 적어도 동일한 두께를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 및/또는 제2 접착제 층의 두께는 기판에 적용된 층의 스택의 두께의 최대 5배 또는 최대 3배 또는 최대 2배이거나, 또는 최대 1mm 또는 최대 100μm 또는 최대 10μm이다. 위의 측정 값은 적용된 후이지만 두 기판을 적층하기 전의 접착제 층의 두께를 나타낸다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 기판 부분 및/또는 제2 기판 부분의 두께는 적어도 10μm 또는 적어도 50μm 또는 적어도 100μm이고; 추가적으로 또는 대안적으로 기판 부분 및/또는 제2 기판 부분의 두께는 최대 50μm 또는 최대 100μm 또는 최대 200μm이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 적층 또는 접착 단계 후 접착제 재료의 폭은 적어도 10μm 또는 적어도 100μm 또는 적어도 1mm이거나 및/또는 최대 5mm 또는 최대 1mm 또는 최대 0.1μm일 수 있다.
더 두꺼운 층은 하부 및 상부 전극 또는 접점 사이에 분리를 생성할 수 있어서, 부분적으로 또는 태양광 전지 시트 전체에 걸쳐 전기 회로의 파손을 초래할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 적층 또는 접착 단계 후 접착제 재료의 두께는 적어도 10nm 또는 50nm 또는 100nm 또는 0.5μm 또는 1μm 또는 10μm 또는 100μm 또는 1mm일 수 있다. 선택적으로 또는 대안적으로, 적층 또는 접착 단계 후 접착제 재료의 두께는 최대 50nm 또는 최대 100nm 또는 최대 0.5μm 또는 최대 1μm 또는 10μm 또는 최대 100μm 또는 최대 1mm일 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 이러한 측정 값은 적층 후 그리고 접착제의 건조 후 접착제 층의 두께를 나타낸다. 하나의 예에 따르면, 상기 제1 접착제 재료의 두께는 상기 적층 후 그리고 상기 접착제로부터 용매의 증발 후에 결정된다.
접착제의 건조는 용매가 증발하는 접착제 조성물로 이해되어야 한다. 따라서, 건조는 접착제의 건조 물질의 양을 증가시킨다.
"상기 접착제로부터 용매의 증발 후"는 건조 공정이 완료된 시점, 즉, 가열 건조 단계 후 태양광 전지 시트의 온도가 15-40℃ 사이일 때 또는 적어도 태양광 전지 시트의 제조가 완료되었을 때로 이해되어야 한다. 일반적으로, 용매의 초기의 더 빠른 감소가 있고, 더 안정된 상태로 이어진다. 용매의 증발 후 접착제 층의 두께는 바람직하게는 상기 더 안정된 상태에서 결정된다.
건조는 태양광 전지 시트의 가열을 포함하는 별도의 단계에서 달성될 수 있다. 실온에서 적층 후에도 건조될 수 있다.
예를 들어, 두께 및 적용 절차에 관하여 제1 접착제 재료와 관련하여 본원 명세서에서 언급된 것은 제2 접착제 재료에도 적용된다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 적층 또는 접착 단계 후 접착제 재료는 접착제의 압축성에 따라 두께 변화를 겪을 수 있다. 적층된 제품에서 접착제의 치수에 영향을 미칠 수 있는 다른 요인은 예를 들어, 증기압 및 기판에 대한 접착제의 습윤 및 이와 관련된 효과이다.
복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극의 두께는 적어도 20nm 또는 50nm, 및/또는 최대 300nm 또는 2000nm일 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 활성 층의 결합된 두께는 적어도 30nm 또는 80nm 및/또는 최대 350nm 또는 1000nm일 수 있다.
더 두꺼운 접착제 층은 더 나은 접착을 제공하고 더 얇은 접착제 층은 태양광 전지 시트 기판의 적층 또는 접착을 수행할 때 접착제 재료의 넘침을 방지한다. 또한, 작업 영역이 더 넓고 전기적 접촉에 방해가되지 않을수록 충분히 얇은 접착제 층이 제공된다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 적층 또는 접착 단계 전의 접착제 재료는 적어도 0.5mm 및/또는 최대 1mm 또는 최대 5mm의 폭을 가질 수 있다. 접착제 층은 접착 또는 적층 단계에서 폭과 두께의 변화를 겪을 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 접착제 재료는 부분적으로 또는 완전히 소수성 접착제 재료로 구성된다. 이는 외부 수분으로부터 태양광 전지 유닛의 내부 부분을 보호하거나 또는 태양광 전지 유닛의 내부 부분을 주위 습도에 비해 약간 높거나 낮은 습도로 유지하는 이점이 있다. 태양광 전지 유닛의 내부 부분의 이러한 조정된 작동 습도는 다른 기후 조건 및 열 사이클에서 사용하기 위한 태양광 전지 시트를 제조하는데 유리할 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 접착제 재료는 부분적으로 또는 완전히 낮은 산소 투과성을 갖는 접착제 재료로 구성된다.
또한, 접착제 재료는 태양광 전지 유닛의 내부 부분과 외부 환경에 즉시 노출될 수 있는 태양광 전지 유닛의 외부 부분 사이의 분리 층으로 기능할 수 있다. 따라서, 접착제 재료는 태양광 전지 유닛의 기능을 방해할 수 있는 원하지 않는 수분, 산소, 먼지 입자 또는 임의의 유형의 에어로졸 입자의 침투로부터 태양광 전지 유닛을 보호할 수 있다.
하나의 예에 따르면, 제1 및/또는 제2 접착제는 태양광 전지 유닛을 둘러싸고 및/또는 한정하는 제1 라인 또는 스트라이프를 포함한다. 이러한 제1 라인/스트라이프에 추가하여, 접착제는 또한 태양광 전지 유닛을 둘러싸고 및/또는 한정하는 제2 라인 또는 스트라이프를 포함하고, 제2 라인/스트라이프는 바람직하게는 상기 제1 라인/스트라이프에 가깝게 배치된다. 하나의 실시예에 따르면, 라인/스트라이프 각각은 태양광 전지 유닛을 부분적으로만 둘러싸고, 이들이 함께 태양광 전지 유닛을 완전히 둘러싼다. 다른 실시예에 따르면, 라인들 중 하나 또는 둘 모두가 태양광 전지 유닛을 완전히 둘러싼다. 제1 및 제2 라인/스트라이프는 동일하거나 상이한 접착제 재료일 수 있다. 라인/스트라이프 중 하나는 예를 들어, 수분의 통과를 줄이기 위해 설계된 소수성 접착제 재료로 구성될 수 있고; 다른 라인은 예를 들어, 산소의 통과를 줄이기 위해 설계된 낮은 산소 투과성을 가진 접착제 재료로 구성될 수 있다. 라인은 또한 소수성 접착제 재료 및 라인의 연장부를 따라 낮은 산소 투과성을 갖는 접착제 재료의 인터리브 또는 교대 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 접착제 재료는 전도성 또는 비-전도성일 수 있다. 이는 단락이 발생하는 것을 방지하기 위해 특정 방향에서 절연체 기능을 하는 접착제 재료의 이점이 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 태양광 전지 시트에는 각각의 태양광 전지 모듈 내에 공간적으로 배치된 비-전도성 접착제 재료의 복수의 불연속 부분이 더 제공될 수 있다.
태양광 전지는 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 세트 및 제2 기판 상에 배치된 제2 전극 세트를 포함한다. 최외부 전극의 최외부 에지부는 실질적으로 전극의 연장부를 따르는 방향으로 태양광 전지 모듈의 내부 영역의 외부 에지부를 획정하고; y-방향으로의 전극의 연장부는 전극의 연장부에 실질적으로 가로지르는 방향으로 내부 영역의 외부 에지부를 획정한다.
즉, 태양광 전지 모듈 내의 용어로, 예컨대, 상기 제1 및/또는 제2 기판 상에서 또는 내부 영역 내부 및 상기 제1 및 제2 기판 사이에서 태양광 전지 모듈의 내부 영역 내부의 공간으로 이해해야 한다.
각각의 태양광 전지 모듈 내에 공간적으로 배치된 비-전도성인 제2 접착제 재료의 추가 불연속 부분을 각각의 및/또는 다수의 태양광 전지 모듈에 추가로 제공함으로써, 태양광 전지 시트의 수명 및 기계적 내구성이 더욱 증가한다. 이는 기계적 변형 또는 주변 온도 및 습도 조건으로 인해 태양광 전지 시트의 상부 및 하부 기판이 더 자주 파손될 수 있는 가요성 태양광 전지 시트의 대 면적을 생성하는데 특히 관심이 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에서, 접착제 재료는 예를 들어, 검정, 빨강, 흰색 또는 녹색과 같은 임의의 색상으로 착색될 수 있어서, 미적 외관을 가진 제1 또는 제2 기판에 장식 또는 쉽게 관찰할 수 있는 경계를 만들 수 있다.
재료
복수의 제1 및 제2 전극은 전극 재료을 포함하며, 전극 재료는 전도성 유기 화합물, 금속, 금속 산화물 또는 이들의 조합일 수 있다. 전도성 유기 화합물은 예를 들어, 전도성 유기 소분자 또는 전도성 중합체일 수 있다. 전도성 중합체는 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 또는 이의 변이체, 예를 들어, PEDOT:PSS PH1000일 수 있다. 금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 은(Ag)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 목록에서 선택될 수 있다. 금속 산화물은 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO) 및 알루미늄 아연 산화물(AZO)일 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 전극은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 ITO의 제1 층, 금속의 제2 층 및 ITO의 제3 층을 포함하는 ITO/금속/ITO(IMI) 전극일 수 있다. 전극은 예를 들어, ITO/Ag/ITO를 포함할 수 있다.
복수의 제1 및 제2 전극은 기판 부분 위로 임의의 방향으로 연장될 수 있고, 예를 들어, 직선 또는 곡선의 임의의 연장부를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 복수의 제1 및 제2 전극은 또한 병렬 또는 비-병렬일 수 있다. 더욱이, 복수의 제1 및 제2 전극은 전체 길이의 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있거나 또는 전체 길이의 다양한 폭을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 복수의 제1 및 제2 전극은 모두 동일한 폭을 가질 수 있거나 또는 상이한 전극이 상이한 폭을 가질 수 있다.
복수의 제1 및 제2 전극은 다양한 증착 기술에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, 열 증발, 스퍼터링, 스프레이-코팅, 인쇄 또는 예컨대, 슬롯-다이 코팅과 같은 코팅에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극은 동일한 증착 기술에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 적어도 다른 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 제1 및 제2 전극은 상이한 기술에 의해 제공될 수 있다.
제1 및 제2 접촉 전극은 예를 들어, 증발, 스프레이-코팅 또는 인쇄에 의해 제공된 전극 재료의 제1 층 및 여기에 연결된 버스 바(busbar)를 포함할 수 있다. 버스 바는 예를 들어, 흑연 또는 은으로 제조될 수 있으며, 스크린 인쇄될 수 있다. 선택적으로, 버스 바 대신에 또는 추가적으로, 연결 전극은 추가 인쇄 또는 적층된 층을 포함할 수 있다. 접촉 전극은 두 부분으로 나눌 수 있고, 제1 부분은 태양광 전지 모듈에 포함된 하나의 태양광 전지에서 전극 중 하나로 사용될 수 있으며, 다른 부분은 태양광 전지 모듈이 사용 중 일 때 태양광 전지 모듈을 전기를 수집하기 위한 유닛에 연결하는데 사용된다. 태양광 전지 모듈을 연결하는데 사용되는 접촉 전극의 일부는 일반적으로 활성 층으로 덮여 있지 않다.
접착제 재료
제1 및/또는 제2 접착제 재료는 열가소성 중합체, 예를 들어, 열가소성 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리비닐 부티랄, 에틸 비닐 아세테이트, 폴리스티렌 부타디엔 공중합체 또는 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 및/또는 제2 접착제 재료는 아크릴 및/또는 에폭시 기반 UV 경화 중합체와 같은 UV 경화 중합체를 포함할 수 있다.
접촉 전극 재료
접촉 전극은 전도성 유기 화합물, 전도성 탄소 화합물, 금속, 금속 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 전극 재료를 포함한다. 전도성 유기 화합물은 예를 들어, 전도성 유기 소분자 또는 전도성 중합체일 수 있다. 전도성 중합체는 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 또는 이의 변이체, 예를 들어, PEDOT:PSS PH1000일 수 있다. 전도성 탄소 화합물은 탄소 페이스트 또는 흑연 또는 그래핀으로 제공될 수 있다. 금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 은(Ag)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 목록에서 선택될 수 있다. 금속 산화물은 인듐 주석 산화물(ITO) 및 알루미늄 아연 산화물(AZO)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 목록에서 선택될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 금속은 예를 들어, 나노-구 또는 나노-로드와 같은 나노 입자로서 금속이 제공되는 잉크로서 제공된다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 전극은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 ITO의 제1 층, 금속의 제2 층 및 ITO의 제3 층을 포함하는 ITO/금속/ITO(IMI) 전극일 수 있다. 전극은 예를 들어, ITO/Ag/ITO를 포함할 수 있다. 전극 재료는 복수의 제1 또는 제2 전극에 대해 동일한 전극 재료일 수 있거나 상이한 전극 재료일 수 있다.
활성 층 재료
연속 또는 불연속 활성 층 또는 제1 및 제2 연속 또는 불연속 활성 층은 350-950nm 범위 내의 파장을 흡수하는 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 시각 스펙트럼 내의 빛, 즉, 400nm 내지 700nm 범위 내의 파장을 흡수할 수 있다. 더욱이, 상기 화합물은 빛의 흡수로 인해 전하를 제공할 수 있어야 한다.
연속 활성층은 전극 사이의 복수의 갭과 x-방향 및 z-방향 모두에서 복수의 제1 또는 제2 전극을 모두 덮는 활성 층이어서, 광 활성 영역, 즉, 태양광 전지 모듈의 빛이 흡수되는 영역이 증가됨을 이해해야 한다. 더욱이, 제1 연속 활성 층은 복수의 제1 전극 및 이들 전극 사이의 복수의 갭을 모두 덮는다는 것을 이해해야 한다. 동일한 방식으로, 제2 연속 활성 층은 복수의 제2 전극 및 이들 사이의 복수의 갭을 모두 덮는다. 즉, 연속 활성 층 또는 제1 및 제2 연속 활성 층은 복수의 제1 및 제2 전극과 복수의 제1 및 제2 전극 각각 사이의 갭 위에 전체적으로 제공된다는 것을 이해해야 한다. 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 연속 활성 층 또는 제1 및/또는 제2 연속 활성 층은 유기 활성 층일 수 있고, 도너 재료 및/또는 억셉터 재료를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 태양광 전지 시트의 모든 활성층은 유기 활성 층이다. 도너 재료는 반-도체 중합체 또는 반-도체 소형 유기 분자일 수 있다. 반-도체 중합체는 예를 들어, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리카르바졸, 폴리비닐카르바졸, 폴리페닐렌, 폴리페닐비닐렌, 폴리실란, 폴리티에닐렌비닐렌, 폴리이소티아나프타넨, 폴리시클로펜타디티오펜, 폴리실라시클로펜타디티오펜, 폴리시클로펜타디티아졸, 폴리티아졸로티아졸, 폴리티아졸, 폴리벤조티아디아졸, 폴리(티오펜 옥사이드), 폴리(사이클로펜타디티오펜옥사이드), 폴리티아디아졸로퀴녹살린, 폴리벤조이소티아졸, 폴리벤조티아졸, 폴리티에노티오펜, 폴리(티에노티오펜 옥사이드), 폴리디티에노티오펜, 폴리(디티에노티오펜 옥사이드), 폴리테트라하이드로이소인돌 및 이들의 공중합체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 반-도체 중합체 및 이들의 유도체일 수 있다. 반-도체 중합체는 또한 이소-인디고-계 중합체일 수 있다. 구체적으로, 반-도체 중합체는 예를 들어, P3HT, PTB7, TQ1, P3TI, PCDTBT 또는 PffBT4T-20D일 수 있다. 반-도체 소분자는 예를 들어, 적어도 하나의 벤조디티오펜 그룹, 예컨대, DRTB-T 또는 BDT3TR을 포함하는 분자일 수 있다. 억셉터 재료는 예를 들어, 반-도체 중합체 또는 반-도체 소분자일 수 있다. 반-도체 중합체는 예를 들어, N2200 또는 PNDI-T10일 수 있다. 반-도체 소형 유기 분자는 예를 들어, 풀러렌, 풀러렌 유도체 또는 (5Z,5'Z)-5,5'-{(9,9-디옥틸-9H-플루오렌-2,7-디일)비스[2,1,3-벤조티아디아졸-7,4-디일(Z)메틸일리덴]}비스(3-에틸-2-티옥소-1,3-티아졸리딘-4-원)(FBR) 또는 3,9-비스(2-메틸렌-(3-(1,1-디시아노메틸렌)-인다논))-5,5,11,11-테트라키스(4-헥실페닐)-디티에노[2,3-d:2',3'-d']-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜)(ITIC)과 같은 임의의 다른 반-도체 소분자일 수 있다. 풀러렌 유도체는 페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(PC61BM), 페닐-C71-부티르산 메틸 에스테르(PC71BM), 인덴-C60-이중 첨가물(ICBA), O-IDTBR 또는 IC-C6IDT-IC일 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 도너와 억셉터 재료의 혼합물은 벌크-이종 접합으로 제공될 수 있다.
추가로, 전극, 접촉 전극, 활성 층에는 상기 언급된 것보다 더 많은 재료 및 추가 증착 기술이 제공될 수 있으며, 그 세부 사항은 본원 명세서에 참조로 포함된 문서 EP 3 364 474 A1에서 찾을 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 태양광 전지 모듈 각각은 상기 제1 접착제 재료의 연속 또는 불연속 부분에 의해 둘러싸이고/한정된다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제1 접착제 층은 불연속적일 수 있고, 제2 접착제 층의 연장부의 일 방향을 따라 그리고 태양광 전지 모듈 내에서 덮힌 면적과 덮이지 않은 면적 사이의 비율은 적어도 1% 또는 적어도 10% 또는 적어도 20% 및/또는 최대 40% 또는 최대 30% 또는 최대 25%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제2 접착제 재료는 적어도 하나의 유기 활성 층의 파장 범위 내에서 광학적으로 투명할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 태양광 전지 시트의 제조 방법은 적어도 하나의 태양광 전지 모듈 각각에 태양광 전지 모듈 내에 공간적으로 배치된 제2 비-전도성 접착제 재료의 복수의 불연속 부분을 제공하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 태양광 전지 시트의 제조 방법은 각각의 태양광 전지 모듈에 대해 제2 비-전도성 접착제 재료의 복수의 불연속 부분이 태양광 전지 모듈의 두 대향 부분을 서로 접착시키도록, 열 및 압력을 이용하여 롤-투-롤 공정으로 제1 및 제2 기판 부분을 함께 적층하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제1 및 제2 접착제 재료는 UV-접착/UV-경화성 접착제 재료일 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 이후에 설명되는 실시예들을 참조하여 다음에서 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 추가 목적, 특징 및 이점뿐만 아니라 상기 목적은 첨부된 도면과 함께 취해질 때 본 발명의 실시예들에 대한 다음의 예시적이고 비-제한적인 상세한 설명을 참조함으로써 보다 충분히 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 태양광 전지 유닛을 갖는 태양광 전지 시트의 개략적인 단면 평면도이다.
도 1b 내지 도 1d는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 도 1a의 태양광 전지 유닛 중 하나의 개략적인 상부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 도 1a의 태양광 전지 유닛의 상부 및 하부 부분의 개략적인 상부 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 복수의 태양광 전지 유닛의 개략적인 상부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 다양한 접착제 재료 레이아웃의 개략적인 상부 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 복수의 태양광 전지의 개략적인 상부 및 측 단면이다.
도 1b 내지 도 1d는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 도 1a의 태양광 전지 유닛 중 하나의 개략적인 상부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 도 1a의 태양광 전지 유닛의 상부 및 하부 부분의 개략적인 상부 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 복수의 태양광 전지 유닛의 개략적인 상부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 다양한 접착제 재료 레이아웃의 개략적인 상부 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 복수의 태양광 전지의 개략적인 상부 및 측 단면이다.
본 상세한 설명에서, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면과 함께 논의될 것이다. 이는 결코 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 예를 들어, 태양광 전지 모듈을 적층하는 방법의 다른 유형 또는 변형 또는 첨부된 도면에 도시된 실시예들 외의 태양관 전지 모듈의 변형과 함께 다른 환경에서도 적용 가능하다는 점에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예와 관련하여 특정 특징이 언급된다는 것은 이러한 구성 요소가 본 발명의 다른 실시예들과 함께 유리하게 사용될 수 없음을 의미하지 않는다.
다음 설명에서는 "상부", "하부", "외부" 등과 같은 용어를 사용한다. 이러한 용어는 일반적으로 도면에 표시된 뷰 및 방향을 지칭한다. 이 용어는 독자의 편의를 위해서만 사용되며 제한되지 않는다.
도 1a는 제1 기판 상에 배치된 제1 전극 스트라이프 세트(52) 및 제2 기판 상에 배치된 제2 전극 스트라이프 세트를 포함하는 태양광 전지 모듈(6)을 개략적으로 도시하며, 각 세트의 스트라이프는 갭(54)에 의해 서로 분리된다. 더욱이, 전극은 제1 및 제2 기판 사이에 샌드위치되고, 활성 층은 제1 및 제2 전극 세트 사이에 샌드위치된다. 추가로, 태양광 전지 모듈은 생성된 에너지를 추출하기 위한 제1 및 제2 전극 또는 버스 바(57a, 57b)를 포함한다.
도 1b는 태양광 전지 유닛(4)의 영역을 둘러싸고/한정하는 전도성 접착제 또는 비-전도성 접착제 재료일 수 있는 접착제 재료(5)에 의해 둘러싸이고 한정된 태양광 전지 모듈의 하나의 예를 도시한다. 접착제 재료(5)는 기판을 내부 부분(4a)과 외부 부분(4b)으로 분할한다. 내부 부분(4a)은 도 1b에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 태양광 전지 모듈(6)을 포함한다.
도 5b 내지 도 5d에서, 태양광 전지 모듈(6)은 위에 복수의 제1 전극(52) 및 제1 연속 또는 불연속 활성 층(53)이 배치된 제1 가요성 기판 부분(10)을 포함한다. 제1 기판 부분(10)은 투명하거나 반-투명일 수 있다. 제1 기판 부분(10) 및 제1 복수의 전극(52)은 예를 들어, 롤-투-롤 인쇄, 롤-투-롤 코팅 및 롤-투-롤 적층과 같은 롤-투-롤 처리 방법에 적합하다.
복수의 제1 전극(52)은 제1 기판 부분(10) 상에 실질적으로 평행한 스트라이프로서 제공된다. 복수의 제1 전극(52)은 z-방향으로 기판을 따라 연장된다. 즉, 스트라이프 가장 긴 연장부는 여기서 z-방향이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 기판 부분(10) 및 복수의 제1 전극(52)의 가장 긴 연장부는 여기서 동일한 방향이다. 복수의 제1 전극(52)은 x-방향으로 서로 공간적으로 분리되도록 배치되며, 이 분리는 상기 제1 전극(52) 사이에 복수의 갭(54)을 형성한다. 대안적인 실시예에서, 스트라이프의 가장 긴 연장부는 기판의 가장 긴 연장부에 대해 횡방향 또는 직교하는 방향일 수 있다. 구체적으로, 기판의 가장 긴 연장부가 z 방향일 때, 복수의 제1 전극(52)의 가장 긴 방향은 x 방향 또는 x와 z 사이의 임의의 방향일 수 있다.
태양광 전지 모듈(6)은 달리 언급되지 않는 한, 제1 기판과 관련하여 설명된 것과 동일한 구성을 갖는 제2 가요성 기판 부분(20)을 또한 포함할 수 있다. 즉, 복수의 제2 전극(522) 및 제2 연속 또는 불연속 활성 층(53)이 있을 수 있다.
태양광 전지 모듈(6)은 각각의 제1 및 제2 버스 바(57a, 57b) 또는 접점을 선택적으로 포함하는 제1 및 제2 접촉 전극(56a, 56b)을 또한 포함할 수 있다.
다른 층의 두께, 예를 들어, 제1 및 제2 활성 층(53), 또는 복수의 제1 전극(52) 또는 제2 전극(52)은 축척으로 그려지지 않았다.
대안적으로, 태양광 전지 모듈(6)은 EP 3 364 474 A1에 설명된 바와 같이 배치될 수 있다.
도 1c에 도시된 다른 예에서, 태양광 전지 유닛(4)은 하나 이상의 태양광 전지 모듈(6)을 포함할 수 있다.
도 1d 및 도 1e에 도시된 다른 예에 따르면, 태양광 전지 유닛은 논리 회로 또는 평면 PCB와 같은 다른 유형의 구성 요소(102)를 또한 포함한다. 구성 요소는 선택적으로 접점(101)에 부착되고, 전자 전도체(100a)에 의해 태양광 전지에 연결되며, 다른 장치에 연결하기 위한 추가 전극(100b)을 포함할 수도 있다. 도 1d에서는 태양광 전지 유닛이 상부에 접착제가 적용되지 않은 상태이고, 도 1e에서는 태양광 전지 유닛은 접착제가 적용되었을 때 제2 기판에 적층되기 전을 도시한다(바람직하게는 적어도 전자 전도체를 덮는 부분이 비-전도성임).
도 2는 태양광 전지 시트(1) 상에 태양광 전지 유닛(4)을 형성하는 하나의 예를 도시하며, 태양광 전지 모듈(6)은 하부 기판(2) 상에 배치되고, 상부 기판(3)에는 접착제 재료(5)가 제공된다.
상기 예의 배치에서, 접착제 재료(5)는 z 방향으로 연속적으로 연장되고 추가로 x 방향으로 연장되는 교차하는 연속 부분(8)을 갖는 스트라이프(7)로 하부 기판(2) 상에 적용된다. 더욱 구체적으로, x 및 z 방향으로 연장되는 접착제 재료의 연장부가 만나는 교차점은 사다리와 같은 외관으로 태양광 전지 유닛의 한정된 내부 영역(4a)을 생성한다. 각각의 기판에 접착제 부분(5)을 정렬하면서 상부 및 하부 기판(2, 3)을 함께 적층함으로써, 완성된 태양광 전지 시트가 생성된다.
하나의 실시예에 따르면, 내부 표면에서 갭의 최소화는 완성된 제품에서 공기 포켓의 감소를 가능하게 하므로, 접착제 재료는 태양광 전지 모듈의 상부에 가깝게(태양광 전지로부터 10nm 내지 1mm 이내) 또는 심지어 태양광 전지 모듈의 상부에 인쇄된다.
다른 실시예에 따르면, 각각의 태양광 전지 유닛(4)은 도 3a에 도시된 바와 같이 접착제 재료에 의해 개별적으로 한정될 수 있다. 상기 실시예에서, 각각의 태양광 전지 유닛(4)은 각각의 태양광 전지 유닛을 둘러싸는 접착제 경계 라인에 의해 정의되며, 경계 라인은 인접한 두 태양광 전지 유닛(4) 사이에 갭(31)을 생성하고, 접착제의 접착 특성을 유지하면서 태양광 전지 유닛(4)을 분리하는 것을 용이하게 할 수 있다. 추가적으로, 태양광 전지 기판(1)의 접착에 필요한 접착제 재료의 양을 줄일 수 있다. 또한, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 태양광 전지 시트(1)는 예컨대, 태양광 전지 시트(1)의 전체 영역에 걸쳐 완전히 또는 실질적으로 연장되는 단일 태양광 전지 유닛(33)을 포함할 수 있다. 단일 태양광 전지 유닛(33)은 도 3b에 도시된 바와 같이 복수의 태양광 전지 모듈(6)을 포함할 수 있거나 또는 도 3c에 도시된 바와 같이 전체 유닛에 걸쳐 연장되는 단일 태양광 전지 모듈(6)을 포함할 수 있다. 각각의 태양광 전지 유닛(4, 33) 내의 태양광 전지 모듈(6)은 접촉 전극 또는 버스 바 접점에 개별적으로 연결되거나, 태양광 전지 모듈의 확장된 네트워크를 형성하기 위해 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다.
태양광 전지 시트(1)를 제조하기 위해, 접착제 층은 하부 기판(2)과 상부 기판(3) 모두 또는 기판 중 하나에만 적용될 수 있다. 접착제 재료(5)는 임의의 기하학적 형상 또는 윤곽으로 제공될 수 있으며, 원형, 삼각형 또는 직사각형 형상이 기본 예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 접착제 재료(5)는 연속 방식으로 예컨대, 연속적인 라인(41), 파선(42) 또는 제조 공정을 위해 요구되는 임의의 다른 레이아웃(43)으로 적용될 수 있다. 접착제 층은 도 4에 도시된 바와 같이 서로에 대해 결정된 분리 갭으로 배치된 개별 부분(43)으로서 기판 상에 적용될 수 있다. 그러나, 하부 기판(2) 및 상부 기판(3)의 접착 또는 적층 단계 후에, 임의의 상기 언급된 방식으로 적용된 접착제 재료(5)가 태양광 전지 유닛(4)을 한정하는 연속적인 경계부(44)를 형성하는 것이 유리하다. 한정된 경계부(44)는 태양광 전지 모듈(4)의 내부 부분(4a)과 외부 부분(4b) 사이의 베리어로 기능하며, 태양광 전지 유닛과 외부 환경 사이의 격리를 유지하는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 유닛 내부의 습도 조건은 주변 습도에 대해 일정 수준을 유지하도록 구성될 수 있다. 또한, 먼지 입자와 같은 외부 오염 물질이나 태양 전지 모듈(6)에 유입되어 이를 파괴하는 스모그, 그을음 등과 같은 대기 미립자 물질로부터 유닛을 보호한다. 즉, 접착제 층은 태양광 전지 시트(1)의 기계적 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 태양광 전지 유닛(4)을 외부 환경으로부터 보호하는 보호 베리어로 기능한다.
하나의 예에 따르면, 경계부(44)는 태양광 전지 유닛을 둘러싸고 및/또는 한정하는 제1 라인을 포함한다. 이러한 제1 라인에 추가하여, 경계부는 또한 태양광 전지 유닛을 둘러싸고 및/또는 한정하는 제2 라인을 포함하고, 제2 라인은 바람직하게는 상기 제1 라인에 가깝게 배치된다. 하나의 실시예에 따르면, 라인 각각은 태양광 전지 유닛을 부분적으로만 둘러싸고, 이들이 함께 태양광 전지 유닛을 완전히 둘러싼다. 다른 실시예에 따르면, 라인들 중 하나 또는 둘 모두가 태양광 전지 유닛을 완전히 둘러싼다. 제1 및 제2 라인은 동일하거나 상이한 접착제 재료일 수 있다. 라인 중 하나는 예를 들어, 수분의 통과를 줄이기 위해 설계된 소수성 접착제 재료로 구성될 수 있고; 다른 라인은 예를 들어, 산소의 통과를 줄이기 위해 설계된 낮은 산소 투과성을 가진 접착제 재료로 구성될 수 있다. 라인은 또한 소수성 접착제 재료 및 라인의 연장부를 따라 낮은 산소 투과성을 갖는 접착제 재료의 인터리브 또는 교대 부분을 포함할 수 있다.
투과성 설계; 즉, 소수성 접착제 재료를 통한 수분 투과성은 라인이다. 이 제2 라인은 태양광 전지 유닛을 부분적으로 또는 완전히 둘러싸는 반면, 제1 라인은 태양광 전지 유닛을 완전히 둘러싼다.
도 5a의 태양광 전지 모듈의 상부 단면도에 도시된 바와 같은 다른 예시적인 실시예에서, 태양광 전지 모듈(6)은 각각의 태양광 전지 모듈 내에 배치된 접착제 재료의 개별 부분(51)을 포함할 수 있다. 이러한 부분은 기판 부분(10, 20) 상에 다양한 공간 분포로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5b에는 하부 기판 부분에 5개의 태양광 전지를 갖는 도 5a의 동일한 태양광 전지 모듈(6)의 측 단면도가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 접착 재료의 부분(51)은 인접한 전극(52, 522) 사이에 생성된 갭(54) 내에 배치된다. 이 예에서, 불연속 접착제 재료는 비-전도성 재료이다. 앞서 언급한 바와 같이, 태양광 전지 모듈(6)은 선택적으로 제2 기판 부분 상에 연속 또는 불연속 활성 층(53)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이 예에서, 활성 층(53)은 제1 기판 부분(10) 상에만 제공된다.
도 5c 및 도 5d에 도시된 다른 예시적인 실시예에서, 활성 층(53)은 불연속적일 수 있고, 제1 및 제2 전극은 제1 및 제2 기판 부분(10, 20) 상의 인접한 전극의 갭(54) 내에 배치된 전기 전도체(55)를 통해 연결될 수 있다. 이 경우, 접착제 재료는 제1 기판 부분(10) 및 제2 기판 부분(20)의 제1 활성 층(531) 및/또는 제2 활성층(도시되지 않음) 상에 배치될 수 있다. 선택적으로, 접착제 재료는 모듈의 기능성에 영향을 주지 않도록 태양광 전지의 작동 파장 내에서 투명하다.
도 5d에 도시된 또 다른 예에서, 도 5c의 동일한 태양광 전지 모듈(6)에서, 접착제 재료의 불연속 부분(51)은 접촉 전극(56a, 66b) 사이의 갭(54), 제1 활성층 및 버스 바 접점(57a, 57b) 사이의 갭(54) 또는 접촉 전극(56a, 66b) 및 버스 바 접점(57a, 57b) 사이의 갭(54) 내에 배치될 수 있다.
당업자는 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본원 명세서에 설명된 실시예들의 다수의 수정이 가능하다는 것을 인식한다. 예를 들어, 사용된 복수의 접착제 재료의 스트라이프는 위의 예에서 설명된 것보다 기하학적 형상 및 배치뿐만 아니라 임의의 다른 위치에서 기판 상에 적용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극과 같은 태양광 전지 유닛의 다른 구성 요소는 예를 들어, 도면들에 도시된 것과 다른 임의의 곡률을 가질 수 있다. 이들은 또한 이들의 가장 긴 연장부가 x- 방향과 z-방향 사이의 임의의 방향에 있도록 증착될 수 있다. 이들은 기판의 가장 긴 연장부에 평행하거나 수직일 필요가 없다. 당업자는 또한 다른 전도성 또는 반도체 재료가 전극 또는 태양광 전지 모듈의 활성 층으로 사용될 수 있음을 인식한다.
Claims (15)
- 제1 및 제2 기판을 포함하는 태양광 전지 시트로,
제1 및 제2 기판은 가요성이고 롤 투 롤 인쇄에 적합하며, 상기 태양광 전지 시트는 하나 이상의 자급형 태양광 전지 유닛을 또한 포함하고, 각각의 자급형 태양광 전지 유닛은 하나 이상의 태양광 전지 모듈을 포함하며, 각각의 태양광 전지 모듈은 복수의 직렬 연결된 태양광 전지를 포함하고,
상기 각각의 태양광 전지 모듈은,
상기 제1 가요성 기판의 제1 기판 부분 및 상기 제2 기판의 제2 기판 부분,
상기 제1 및 제2 기판 부분 사이에 배치된 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 유기 활성 층을 포함하고,
제1 접착제 재료의 연속 또는 불연속 부분은 상기 태양광 전지 유닛 각각을 둘러싸고, 상기 제1 접착제 재료의 두께는 최대 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 제1항에 있어서,
제2 비-전도성 접착제 재료의 복수의 불연속 부분이 상기 각각의 태양광 전지 모듈 내에 공간적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 접착제 재료는 전도성 또는 비-전도성이고, 및/또는 상기 제1 접착 재료는 적어도 부분적으로 외부 및 내부 라인을 포함하며, 선택적으로 상기 외부 및 내부 라인 중 하나는 다른 라인에 비해 소수성이고, 선택적으로 상기 외부 및 내부 라인 중 다른 라인은 다른 라인에 비해 높은 산소 투과성을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 및/또는 상기 제2 접착제 재료는 소수성 접착제 재료인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 접착제 재료의 두께는 적어도 10nm인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 접착제 재료의 폭은 적어도 10μm 및/또는 최대 0.1mm인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 태양광 전지 모듈 각각은 상기 제1 접착제 재료의 연속 또는 불연속 부분에 의해 둘러싸이고/한정되는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 접착제 층은 불연속적이고, 태양광 전지 모듈 내에서 덮힌 면적과 덮이지 않은 면적 사이의 비율은 적어도 1% 또는 적어도 10% 또는 적어도 20% 및/또는 최대 40% 또는 최대 30% 또는 최대 25%인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 접착제 재료는 상기 적어도 하나의 유기 활성 층의 파장 범위 내에서 광학적으로 투명하거나 또는 반-투명한 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트. - 태양광 전지 시트를 제조하는 방법으로,
상기 태양광 전지 시트는 하나 이상의 자급형 태양광 전지 유닛을 포함하고, 각각의 자급형 태양광 전지 유닛은 하나 이상의 태양광 전지 모듈을 포함하며, 상기 방법은,
- 롤 투 롤 증착에 적합한 제1 및 제2 가요성 기판 부분을 제공하는 단계;
- 각각의 태양광 전지 모듈에 대해, 상기 제1 기판의 사전에 정해진 부분 상에 제1 전극 세트를 제공하는 단계, 상기 제2 기판의 사전에 정해진 부분 상에 제2 전극 세트를 제공하는 단계, 상기 제1 및 제2 전극 세트 중 하나에 제1 유기 활성 층을 제공하고, 선택적으로 상기 제1 및 제2 전극 세트 중 다른 하나에 제2 유기 활성 층을 제공하는 단계;
- 상기 제1 및/또는 제2 기판 상에 접착제 재료의 제1 층을 제공하는 단계로, 접착제 재료의 층은 연속적이거나 불연속적이며 상기 하나 이상의 태양광 전지 유닛 각각을 둘러싸는, 상기 제1 및/또는 제2 기판 상에 접착제 재료의 제1 층을 제공하는 단계;
- 접착제 재료의 제1 층이 제1 및 제2 기판을 서로 접착하고, 각각의 태양광 전지 모듈에 대해, 활성 층이 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 사이에 공간적으로 배치되고 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극과 전기적으로 접촉하도록 열과 압력을 이용하여 롤-투-롤 공정에서 상기 제1 및 상기 제2 기판 부분을 함께 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 접착제 재료의 두께는 상기 적층 후 최대 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트 제조 방법. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 방법은 상기 적어도 하나의 태양광 전지 모듈 각각에 상기 태양광 전지 모듈 내에 공간적으로 배치된 제2 비-전도성 접착제 재료의 복수의 불연속 부분을 제공하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 방법은 각각의 태양광 전지 모듈에 대해 제2 비-전도성 접착제 재료의 상기 복수의 불연속 부분이 상기 태양광 전지 모듈의 두 대향 부분을 서로 접착시키도록, 열 및 압력을 이용하여 롤-투-롤 공정에서 상기 제1 및 제2 기판 부분을 함께 적층하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트 제조 방법. - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
건조 후 상기 제1 및/또는 제2 접착제 재료의 폭은 적어도 10nm 및/또는 최대 1mm인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트 제조 방법. - 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 접착제 층은 불연속적으로 적용되고, 제1 접착제 층의 최장 연장부를 따라 덮힌 면적과 덮이지 않은 면적 사이의 비율은 1% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 태양광 전지 시트 제조 방법.
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