KR20230166711A - 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 유리 창호 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 하부 전극, 하부 전극 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층, 및 광활성층 상에 적층되는 상부 전극으로 구비되는 태양전지 셀이 기판 상에 다수개 배치되어 각 셀이 직렬 연결되되, 기판 상에 각 태양전지 셀의 간격이 형성되도록 하부 전극을 식각하여 제1 간격을 형성하고, 제1 간격에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층이 형성되는 구성으로 김 서림 및 결로를 방지할 수 있고, 최적화된 발열 면적으로 소비 전력을 저감할 수 있으며, 실내의 난방 비용을 절약하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 발열 기능을 구비하여 온도차로 인한 김 서림 및 결로를 방지할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
건물의 창유리 표면, 냉동 진열장의 유리 표면, 자동차 유리의 표면, 및 욕실의 거울은 빛의 투과가 필요한 투명성 재질로 형성되어 심미성 요소로서 사용되나 주변 온도 차이에 따른 김 서림이나 결로로 인하여 빛의 투과 및 시야 확보 및 결로 현상으로 발생되는 곰팡이로 인한 질병 발생에 대한 우려가 있다.
김 서림 및 결로를 방지 또는 제거하기 위해서는 온풍을 불어주거나, 유리 표면에 부착된 열선을 이용하여 직접적 가열하거나, 계면 활성제 등의 화학약품을 이용하여 일시적으로 제거하여야 하나 사람이 직접 수행해야하는 번거로움이 있다.
페로브스카이트 박막 태양전지는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 친환경 발전 장치로 건물의 옥상 또는 외벽, 유리 창호, 및 자동차 등의 발전 장치로 사용할 수 있어 활용도가 높다.
김 서림 및 결로를 방지하기 위해서는 실외 온도와 실내 온도의 차이를 최소화하는 것이 중요하다. 이를 위해, 발열 기능이 추가된 페로브스카이트 태양전지를 유리 창호에 설치하여 김 서림 및 결로를 방지할 수 있으나, 태양전지의 전체 면적에 전압을 인가하여 발열하는 경우, 전체 면적에 인가된 전압으로 열을 발생하기까지 많은 시간이 소요되어 소비 전력이 증가하며, 대형으로 제조될수록 전체 면적의 저항이 높아져 발열이 고르지 못하는 문제가 있다.
또한, 다수개의 태양전지 셀을 직렬 연결하기 위해 스트라이프 형식으로 배치할 경우, 각 태양전지 셀들의 하부 전극과 가장 인접한 셀의 상부 전극이 전기적으로 직렬로 연결되는 부분은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하지 못하는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 김 서림 및 결로의 발생을 방지하는 태양전지의 기술 개발이 필요하다.
본 발명은, 낮에는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장하고 밤에는 실외 온도와 실내 온도의 차로 인해 발생하는 김 서림 및 결로를 방지하고, 높은 소비전력을 낮추고, 불균일한 발열 면적을 균일하게 할 수 있는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈은 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층; 및 상기 광활성층 상에 적층되는 상부 전극;으로 구비되는 태양전지 셀이 기판 상에 다수개 배치되어 각 셀이 직렬 연결되고, 기판 상에 각 태양전지 셀의 간격이 형성되도록 하부 전극을 식각하여 제1 간격을 형성하고, 상기 제1 간격에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 발열층은 상기 하부 전극과 소정간격 이격되도록 식각패턴될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상부 전극을 형성한 다음, 각 셀이 분리되도록 상부 전극을 식각하여 제2 간격을 형성하고, 상기 제2 간격에 발열층이 적층될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈은 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층; 및 상기 광활성층 상에 적층되는 상부 전극;으로 구비되는 태양전지 셀이 기판 상에 제1 간격마다 배치되어 각 셀이 직렬 연결되고, 상기 상부 전극을 적층한 다음, 각 셀이 분리되도록 상기 상부 전극을 식각하여 제2 간격을 형성하고, 상기 제2 간격에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 발열층은 상기 상부 전극과 소정간격 이격되도록 식각패턴될 수 있다.
바람직하게는, 상기 발열층, 하부 전극, 및 상부 전극 중 적어도 하나는 반투명일 수 있다.
바람직하게는, 상기 발열층은 두께가 0.01 μm 내지 100 μm 일 수 있다.
바람직하게는, 상기 발열층은 전도체일 수 있다.
바람직하게는, 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈을 포함하는 유리 창호일 수 있다.
본 발명에 따르면, 김 서림 및 결로를 방지할 수 있으며, 최적화된 발열 면적으로 소비 전력을 저감할 수 있고, 실내의 난방 비용을 절약하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 공정 순서를 나타낸 순서도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제1 예시도다.
도 3는 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제2 예시도다.
도 4은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제3 예시도다.
도 5는 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제1 예시도다.
도 3는 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제2 예시도다.
도 4은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제3 예시도다.
도 5는 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈(100) 및 이의 제조 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 공정 순서를 나타낸 순서도이다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈은 기판(110) 상에 하부 전극(120)을 적층한 다음, 하부 전극(120)을 제1 간격(a1)으로 배치되도록 하부 전극(120)을 식각할 수 있다.
하부 전극(120)을 제1 간격(a1)으로 배치되도록 식각한 다음, 각 셀의 하부 전극(120) 사이인 제1 간격(a1)에 발열층(130a)이 형성될 수 있고, 발열층(130a)은 하부 전극(120)과 비접촉될 수 있다.
하부 전극(120) 상에 광활성층(140)을 적층할 수 있고, 광활성층(140) 상에 상부 전극(150)을 적층할 수 있다. 이때, 각 셀 간에 제1 간격(a1)을 두고 형성된 하부 전극(120)과 가장 인접한 셀의 상부 전극(150)을 전기적으로 직렬 연결하기 위해 각 셀의 하부 전극(120) 상에 적층된 광활성층(140)을 식각하여 홀(h1)을 형성할 수 있다.
형성된 홀(h1)을 포함하는 광활성층(140) 상에 상부 전극(150)을 적층될 수 있다. 상부 전극(150)을 형성한 다음, 각 셀이 분리되도록 상부 전극(150)을 식각하여 제2 간격(a2)을 형성할 수 있으며, 각 셀의 상부 전극(150)들 사이인 제2 간격(a2)에 발열층(130)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 간격(a1)과 홀(h1)은 제1 거리만큼 이격되어 형성될 수 있고, 홀(h1)과 제2 간격(a2)은 제2 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 여기서, 발열층(130)은 상부 전극(150)과 비접촉될 수 있다.
하부 전극(120) 및 상부 전극(150)은 광활성층(140)에서 분리된 전자 또는 정공을 각각의 전극을 통해 분리할 수 있으며, 인가된 전압으로 열을 발생할 수 있다.
도 2 내지 도 4은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)을 나타낸 단면도이고, 발열층(130)의 위치 및 형태에 따라 변형된 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)을 나타낸다.
도 2은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제1 예시도다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)은 하부 전극(120), 상기 하부 전극(120) 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층(140), 상기 광활성층(140) 상에 적층되는 상부 전극(150)으로 구비되는 태양전지 셀이 기판(110) 상에 다수개 배치되어 각 셀이 직렬 연결되고, 상기 각 태양전지 셀 간에 제1 간격(a1)을 두고 형성된 하부 전극(120)들 사이에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층(130)이 구비된다.
도 3는 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제2 예시도다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)은 하부 전극(120), 상기 하부 전극(120) 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층(140), 상기 광활성층(140) 상에 적층되는 상부전극으로 구비되는 태양전지 셀이 기판(110) 상에 다수개 배치되어 각 셀이 직렬 연결되는 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)에서 상부 전극(150)을 형성한 다음, 각 셀을 분리하도록 상부 전극(150)을 식각하여 제2 간격(a2)을 형성하고, 상기 제2 간격(a2)에 발열층(130)이 적층될 수 있다.
도 4은 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제3 예시도다.
도 4에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)은 하부 전극(120), 상기 하부 전극(120) 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층(140), 및 상기 광활성층(140) 상에 적층되는 상부 전극(150)으로 구비되는 태양전지 셀이 기판(110) 상에 제1 간격(a1)마다 배치되어 각 셀이 직렬 연결되고, 상기 상부 전극(150)은 각 셀을 분리하도록 식각하여 제2 간격(a2)을 형성하고, 상기 제2 간격(a2)에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층(130)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 발열층(130)은 상기 하부 전극(120)과 소정간격 이격되도록 식각패턴될 수 있다. 상기 발열층(130), 하부 전극(120), 및 상부 전극(150) 중 적어도 하나는 반투명일 수 있다.
상기 발열층(130)은 두께가 100 nm 내지 1000 nm 일 수 있고, 전도체 일 수 있다.
여기서, 기판(110)은 유리(Glass), PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PES(Polyethersulfone), 및 PI(Polyimide), CPI(colorless Polyimide)으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
하부 전극(120), 상부 전극(150), 발열층(130)은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped tin oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), MoO3(Molybdenum trioxide), WoO3(tungsten trioxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZTO(indium zinc-tin oxide), Metal NWs(Silver nanowires, Cupper nanowires 등), Carbon, graphene, r-GO(reduced graphene oxide), PEDOT:PSS, Al(Aluminum), Ag(Silver), Cu(Cupper) 및 Au(Gold) 중에서 선택될 수 있으나, 하부 전극(120), 상부 전극(150), 및 발열층(130)의 소재가 반드시 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.
광활성층(140)은 AMX3의 화학조성을 지니는 물질로, A는 금속 원소 또는 유기 화합물 중 적어도 하나 이상, M은 금속 원자 중 어느 하나, 및 X는 산화물 또는 Cl(Chlorine), Br(Bromine), 및 I(Iodine)의 할로겐 원자 중 어느 하나 이상을 조합하여 형성될 수 있다.
이때, 하부 전극(120)과 광활성층(140) 사이 또는 광활성층(140)과 상부 전극(150) 사이에 전하를 수송하는 전하 수송층이 구비될 수 있다. 전하 수송층은 전자 수송층 및 정공 수송층일 수 있으며, 전자 수송층 및 정공 수송층은 물질의 에너지 밴드갭(Energy bandgap)에 따라 구분될 수 있다. 또한, 전하 수송층은 전자 차단층 또는 정공 차단층을 더 포함할 수 있다. 전자 차단층은 정공을 수송하는 방향에 구비될 수 있고, 정공 차단층은 전자를 수송하는 방향에 구비될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈(100)의 제조 방법은 하부 전극 형성 단계(S100), 발열층 형성 단계(S200), 홀 형성 단계(S300), 모듈 형성 단계(S400)를 포함할 수 있다.
하부 전극 형성 단계(S100)는 기판(110) 상에 하부 전극(120)을 적층하고 적층된 하부 전극(120)이 제1 간격(a1)으로 배치되도록 상기 하부 전극(120)을 식각할 수 있다.
발열층 형성 단계(S200)는 상기 하부 전극(120) 상에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층(130)이 적층되고 적층된 발열층(130)이 상기 제1 간격(a1)에 형성되도록 상기 발열층(130)을 식각할 수 있다.
홀 형성 단계(S300)는 상기 하부 전극(120) 및 발열층(130) 상에 광활성층(140)을 적층하고 상기 하부 전극(120)이 일부 노출되도록 상기 광활성층(140)을 식각하여 홀(h1)이 형성될 수 있다.
모듈 형성 단계(S400)는 상기 홀(h1)을 포함하는 광활성층(140) 상에 상부 전극(150)이 적층되고 각 태양전지 셀이 분리되도록 상기 상부 전극(150)을 식각하여 제2 간격(a2)이 형성될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100: 태양전지 모듈
110: 기판 120: 하부 전극
130a, 130b: 발열층 140: 광활성층
150: 상부 전극
a1: 제1 간격 a2: 제2 간격
h1: 홀
110: 기판 120: 하부 전극
130a, 130b: 발열층 140: 광활성층
150: 상부 전극
a1: 제1 간격 a2: 제2 간격
h1: 홀
Claims (9)
- 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층; 및 상기 광활성층 상에 적층되는 상부 전극;으로 구비되는 태양전지 셀이 기판 상에 다수개 배치되어 각 셀이 직렬 연결되는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈로서,
기판 상에 각 태양전지 셀의 간격이 형성되도록 하부 전극을 식각하여 제1 간격을 형성하고,
상기 제1 간격에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 발열층은 상기 하부 전극과 소정간격 이격되도록 식각패턴된 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 전극을 형성한 다음, 각 셀이 분리되도록 상부 전극을 식각하여 제2 간격을 형성하고,
상기 제2 간격에 발열층이 적층되는 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 적층되는 페로브스카이트 물질의 광활성층; 및 상기 광활성층 상에 적층되는 상부 전극;으로 구비되는 태양전지 셀이 기판 상에 제1 간격마다 배치되어 각 셀이 직렬 연결되는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈에 있어서,
상기 상부 전극을 적층한 다음, 각 셀이 분리되도록 상기 상부 전극을 식각하여 제2 간격을 형성하고,
상기 제2 간격에 인가된 전압으로 열을 발생하는 발열층이 구비되는 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제4항에 있어서,
상기 발열층은 상기 상부 전극과 소정간격 이격되도록 식각패턴된 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 발열층, 하부 전극, 및 상부 전극 중 적어도 하나는 반투명인 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 발열층은 두께가 0.01 μm 내지 100 μm 인 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 발열층은 전도체인 것을 특징으로 하는 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈.
- 제1항 또는 제4항에 따른 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈을 포함하는 유리 창호.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220067028A KR20230166711A (ko) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 유리 창호 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220067028A KR20230166711A (ko) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 유리 창호 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230166711A true KR20230166711A (ko) | 2023-12-07 |
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ID=89163650
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220067028A KR20230166711A (ko) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 발열 기능을 구비한 페로브스카이트 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 유리 창호 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20230166711A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102161108B1 (ko) | 2020-04-28 | 2020-10-05 | (재)한국건설생활환경시험연구원 | 태양광 연계형 발열유리 창호 시스템 |
-
2022
- 2022-05-31 KR KR1020220067028A patent/KR20230166711A/ko unknown
Patent Citations (1)
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