WO2012053762A2 - 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 봉지 방법 - Google Patents

도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 봉지 방법 Download PDF

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WO2012053762A2
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배호기
백종협
박찬석
박태진
양회택
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주식회사 동진쎄미켐
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Definitions

  • the present invention relates to a dye-sensitized solar cell module, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell (DSSC) module having a conductive clip and a sealing method thereof.
  • DSSC dye-sensitized solar cell
  • Dye-sensitized solar cells have the potential to replace conventional amorphous silicon solar cells because their manufacturing cost is significantly lower than conventional silicon-based solar cells.
  • dye-sensitized solar cells are photoelectrochemical solar cells whose main components are dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs, and transition metal oxides for transferring the generated electrons. .
  • 1 is a view for explaining the structure and development principle of a general dye-sensitized solar cell.
  • the dye-sensitized solar cell 10 includes transparent glass substrates 11 and 12 to which the transparent films 13 and 14 are attached, a catalyst counter electrode 15, nanoparticles TiO 2 , and the like.
  • a working electrode (16) or photoelectrode, a dye (17), an electrolyte (Electrolyte) 18, and an encapsulant 19 having a titanium dioxide structure may be included.
  • the dye-sensitized solar cell 10 has a nanoparticle-structured working electrode 16 and an electrolyte in which a specific dye 17 is adsorbed between two glass substrates 11 and 12 to which the transparent electrode films 13 and 14 are respectively attached. It is formed of a simple structure filled with (18).
  • the transparent electrode films 13 and 14 may be ATO, ITO or FTO, and are typically provided in a state formed on the glass substrates 11 and 12.
  • the dye-sensitized solar cell 10 is a cell having a concept similar to the principle of photosynthesis of plants, and includes a photosensitive dye 17 which absorbs light and a working electrode which is a titania electrode having a nano structure supporting the dye 17. (16), an electrolyte 18 and a catalyst counter electrode 15 are solar cells.
  • Dye-sensitized solar cell 10 does not use the p-type and n-type semiconductor junctions like conventional silicon solar cells or thin-film solar cells, and produces electricity by electrochemical principles. It is expected to be the most suitable solar cell for green energy.
  • the dye-sensitized solar cell 10 is largely composed of a working electrode 16, an electrolyte 18, and a counter electrode 15.
  • the working electrode 16 is attached to the surface of the oxide semiconductor, which is easily absorbed by the dyes 17 which receive sunlight or room light, such as chlorophyll of plants, to bring electrons into a high energy state.
  • the electromagnetic energy is obtained from the dye 17 to become electrons of high energy, which is received by the working electrode 16, which is a nanostructured oxide semiconductor (mostly TiO 2 is used). To pass. Thereafter, the high energy electrons consume their energy while flowing in an external circuit, and reach the counter electrode 15 again. At this time, since electrons escaped from the dye 17 of the working electrode 16 to the outside, one electron is again supplied to the dye 16 from the ions inside the electrolyte 18, and the electrons returned from the outside to the counter electrode are returned again. The energy transfer process is continuously performed by being transferred to the ions in the electrolyte 18.
  • the dye-sensitized solar cell module is provided in the form of a module in which a plurality of dye-sensitized solar cells 10 shown in FIG. 1 are arranged in series or in parallel.
  • Figures 2a and 2b is a view for explaining the clipping of the dye-sensitized solar cell module according to the prior art, respectively.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2007-299545 discloses a configuration in which a substrate is bonded with an encapsulant and then wrapped with a clip. For example, as shown in FIG. 2A, the laminated substrates 11 and 12 are bonded to the encapsulant 19, and then both sides of the substrate are clipped to the clips 20a and 20b.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-073401 discloses a configuration in which a secondary encapsulation portion, such as a silicone rubber material, is formed on the outside after primary encapsulation with an encapsulant.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-202681 discloses a structure in which secondary sealing is performed with a bolt and nut after first sealing with an encapsulant. For example, as shown in FIG. 2B, after the laminated substrates 11 and 12 are bonded with the encapsulant 19, two sides of the substrates 11 and 12 are connected with bolts and nuts 30a and 30b. Encapsulate it with tea.
  • a method of increasing the thickness of the transparent electrode has been proposed. Increasing the thickness of the transparent electrode may decrease the transmittance, thereby degrading the performance of the solar cell.
  • a module having no reduction in efficiency even in a large area should be realized, and a modularization method of a dye-sensitized solar cell can be classified into four types, among which, a crystalline Si-solar cell
  • a current collecting grid method which is excellent in current integration efficiency. That is, in the case of the large-area submodule, the increase in the cell area increases the electron moving distance in the substrate having a large resistance value, resulting in a decrease in efficiency due to the long-distance movement of electrons.
  • a separate current collecting electrode 41 may be disposed inside the cell to reduce resistance and reduce efficiency by reducing the moving distance in the electron substrate.
  • FIG 3 is a view for explaining a dye-sensitized solar cell module having a collecting electrode according to the prior art, through the introduction of the collecting electrode 41, the working electrode 11 substrate and the catalyst counter electrode 12 substrate Each can be optimized to maximize power generation efficiency, and the introduction of the current collector electrode is easy for large area application because of its simple process.
  • the dye-sensitized solar cell module including the collecting electrode according to the related art is formed to face the working electrode substrate 11 and the catalytic counter electrode substrate 12, respectively.
  • the grid-type current collecting electrode 41 is formed in a structure surrounded by a protective layer 42 that protects a metal electrode used as the current collecting electrode from an electrolyte, and has a structure of lowering a resistance value.
  • the extraction electrodes 51 and 52 may be formed in the working electrode substrate 11 and the catalyst counter electrode substrate 12, respectively.
  • the contact resistance increases due to the phenomenon that the current collector electrode 41 does not stick well or the current collector electrode 41 is peeled off by using a method such as soldering or welding. There is a problem that the efficiency of the sensitive solar cell module may be lowered.
  • a dye-sensitized solar cell module having a conductive clip that can improve the current collector efficiency while encapsulating the dye-sensitized solar cell module secondary using a conductive clip and its It is for providing a sealing method.
  • Another technical problem to be achieved by the present invention is a dye-sensitized solar cell module and its encapsulation having a conductive clip that does not need to perform a separate connection of the lead wires by performing clipping with the lead wires formed on the conductive clips. It is to provide a method.
  • a working electrode made of a porous oxide semiconductor layer on which a dye is supported on a surface is formed on a first transparent glass substrate
  • a working electrode substrate on which the first lead electrode connected to the working electrode is exposed to the outside of the one side encapsulant;
  • An electrolyte injected into the counter electrode substrate and the working electrode substrate;
  • a clip formed of a conductive material the clip being encapsulated by clipping both sides of the laminated counter electrode substrate and the working electrode substrate, and electrically connected to the first and second lead electrodes, respectively, to serve as current collectors.
  • the conductive clip may include a first conductive clip connected to a first lead electrode connected to a working electrode of the working electrode substrate; And a second conductive clip connected to a second lead electrode connected to the catalyst counter electrode of the catalyst counter electrode substrate.
  • the first and second conductive clips are characterized in that the projection is formed in each of the contact portion with the first and second lead-out electrode.
  • first and second conductive clips may be provided with a lead wire connected in advance.
  • the conductive clip is formed of a metal having a lower electrical resistance and a higher electrical conductivity than the working electrode and the catalytic counter electrode made of a transparent material
  • the conductive clip is silver nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, It may include a material selected from the group consisting of tungsten, zinc, iron, tin and alloys containing them.
  • the method for encapsulating a dye-sensitized solar cell module with a conductive clip a) a working electrode made of a porous oxide semiconductor layer on which the dye is supported on the surface Forming a working electrode substrate formed on a first transparent glass substrate, such that the first drawing electrode connected to the working electrode is exposed to the outside of one side encapsulant; b) forming a counter electrode substrate such that a catalyst counter electrode is formed on a second transparent glass substrate and the second lead electrode connected to the catalyst counter electrode is exposed to the outside of the other encapsulant; c) laminating the counter electrode substrate and the working electrode substrate; d) injecting electrolyte into the laminated counter electrode substrate and working electrode substrate; And e) clipping a conductive clip connected to the first and second lead electrodes to serve as a current collector, respectively, so as to encapsulate secondary sides of the laminated counter electrode substrate and the working electrode substrate.
  • the current collection efficiency can be improved while encapsulating the dye-sensitized solar cell module as a secondary by using a conductive clip. That is, by encapsulating the upper and lower substrates of the dye-sensitized solar cell with a conductive clip to reinforce the encapsulation, it is possible to prevent the reduction of power generation efficiency during module fabrication of the dye-sensitized solar cell by connecting the lead electrode to the conductive clip.
  • the wire connection work that is the final operation of the solar cell module is simplified.
  • 1 is a view for explaining the structure and development principle of a general dye-sensitized solar cell.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining clipping of a dye-sensitized solar cell module according to the related art, respectively.
  • FIG. 3 is a view for explaining a dye-sensitized solar cell module having a current collecting electrode according to the prior art.
  • Figure 4 is an exploded perspective view schematically showing a dye-sensitized solar cell module with a conductive clip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the A-A line as a cut line in a state in which the dye-sensitized solar cell module including the conductive clip of FIG. 4 is coupled.
  • FIG. 6 is a detailed view of portion B of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view showing another shape of the conductive clip in the dye-sensitized solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing another example of the conductive clip in the dye-sensitized solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view schematically illustrating a dye-sensitized solar cell module having a conductive clip according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a state in which the dye-sensitized solar cell module having the conductive clip of FIG. It is a vertical cross-sectional view which makes a line an incision line
  • FIG. 6 is the detail of the B part of FIG.
  • the dye-sensitized solar cell module having a conductive clip is formed by laminating the working electrode substrate 100 and the counter electrode substrate 200, the conductive clip ( Both sides of the working electrode substrate 100 and the counter electrode substrate 200 to which the 300 is laminated are secondaryly sealed.
  • Dye-sensitized solar cell module having a conductive clip having a conductive clip according to an embodiment of the present invention
  • the working electrode (photoelectrode) substrate 100 made of a porous oxide semiconductor layer carrying a dye on the surface, disposed opposite to the semiconductor layer
  • a counter electrode substrate 200 and a photoelectric conversion element in which an electrolyte is positioned between the working electrode substrate 100 and the counter electrode substrate 200, and the final encapsulation step is directly related to the life of the dye-sensitized solar cell. Therefore, it is continuously improved in connection with improving durability.
  • the working electrode substrate 100 has a working electrode made of a porous oxide semiconductor layer on which a dye is supported on a surface thereof on the first glass substrate 110.
  • the first lead electrode 170 connected to the working electrode is exposed to the outside of the one side encapsulant 180.
  • the counter electrode substrate 200 is laminated with the working electrode substrate 100, the catalyst counter electrode is formed on the second glass substrate 210, and the second lead electrode 270 connected to the catalyst counter electrode is encapsulated on the other side. Reexposed to the outside.
  • An electrolyte (not shown) is injected into the laminated counter electrode substrate 100 and the working electrode substrate 200.
  • the conductive clip 300 is a clip formed of a conductive material, and is encapsulated in a second manner by clipping both sides of the laminated counter electrode substrate 200 and the working electrode substrate 100.
  • the first and second lead electrodes 170 and 270 are respectively connected to serve as current collectors.
  • the conductive clip 300 as shown in Figure 5, the first conductive clip 300a is connected to the first lead electrode 170 connected to the working electrode of the working electrode substrate; And a second conductive clip 300b connected to the second lead electrode 270 connected to the catalyst counter electrode of the catalyst counter electrode substrate.
  • the first and second conductive clips 300a and 300b may have protrusions 310b formed in contact with the first and second lead electrodes 170 and 270, respectively.
  • the first and second conductive clips 300a and 300b may be provided with lead wires 400a and 400b connected in advance.
  • the conductive clips 300a and 300b are formed of a metal having a lower electrical resistance and higher electrical conductivity than a working electrode and a catalyst counter electrode made of a transparent material, and the conductive clips 300a and 300b are nickel, gold, and silver. , Copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and alloys containing them.
  • the first glass substrate 110, the first transparent electrode 120, the porous membrane 151 on which the dye 152 is adsorbed is located.
  • the second glass substrate 210 on which the second transparent electrodes 220 and 230 are positioned are disposed to face each other, and an electrolyte is positioned between the first transparent electrode 120 and the second transparent electrodes 220 and 230. It is composed.
  • the first glass substrate 110 and the second glass substrate 210 are bonded to each other by an encapsulant 180 which is an adhesive.
  • the porous film 151 to which the dye 152 is adsorbed generates electrons by incident light and moves the electrons to the first transparent electrode 120.
  • the dye 152 and the porous membrane 151 may be referred to as a light absorption layer 150 together.
  • the working electrode substrate 100 and the counter electrode substrate 200 substrate outside the dye-sensitized solar cell are fixed by the conductive clip 300 and encapsulated. It is possible to reinforce, by connecting the respective extraction electrode to the conductive clip 300 can prevent the phenomenon that the power generation efficiency is reduced during the module manufacturing of the dye-sensitized solar cell.
  • the conductive clips 300a and 300b are formed in a form in which the lead wires 400a and 400b are attached, there is no need to perform a separate wire connection work, so that the wire connection work is the final work of the dye-sensitized solar cell module. This can be very simple.
  • the first glass substrate 110 serving as a support for supporting the first transparent electrode 120 is formed to be transparent to allow the incidence of external light.
  • the first glass substrate 110 may be made of transparent glass or plastic.
  • plastic include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyimide (PET). Poly-imide (PI), Tri Acetyl Cellulose (TAC), and the like.
  • the first transparent electrode 120 formed on the first glass substrate 110 may be formed of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), and antimony tin oxide (ATO). , Zinc oxide, tin oxide, ZnOGa 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3, or a transparent material.
  • the first transparent electrode 120 may be formed of a single film or a laminated film of the transparent material.
  • the first transparent electrode 120 may be formed by sputtering, chemical vapor deposition, spray pyrolysis deposition, or the like.
  • First collecting electrodes 140 are formed on the first transparent electrode 120 to be electrically connected to the first transparent electrode 120.
  • one of the first collecting electrodes 140 is formed along the edge of the first transparent electrode 120 on the first transparent electrode 120, and the other of the first collecting electrodes 140 is formed of the first collecting electrode 140.
  • the first transparent electrode 120 is formed while crossing the central portion of the first transparent electrode 120, but is not limited thereto.
  • the first current collecting electrode 140 has a stripe shape formed along one side direction (y-axis direction of the drawing).
  • the present invention is not limited thereto, and the shape, number, arrangement, and the like of the first current collecting electrode 140 may be variously modified, and this is also within the scope of the present invention.
  • the first current collecting electrodes 140 may be made of a metal having excellent electrical conductivity with a lower resistance than the first transparent electrode 120 made of a transparent material.
  • the first current collecting electrode 140 may be made of a material selected from the group consisting of nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and alloys thereof.
  • the first current collecting electrode 140 may not be formed in some cases, which will be described later with reference to FIG. 9.
  • the first transparent electrode 120 and the first current collecting electrodes 140 are electrically connected to each other. While connected, the first current collecting electrodes 140 may be physically fixed on the first transparent electrode 120.
  • the first conductive adhesive layer 130 includes an adhesive material and conductive particles dispersed in the adhesive material, and physically fixes the first current collecting electrode 140 on the first transparent electrode 120 with the adhesive material.
  • the conductive particles electrically connect the first transparent electrode 120 and the first current collecting electrode 140 with the conductive particles.
  • the adhesive material may be made of polyethylene, polypropylene, polyurethane, epoxy, acrylic, silicone, combinations thereof, and the like.
  • the polymer particles When the metal particles are coated on the surface of the polymer particles as the conductive particles, the polymer particles can flexibly withstand external shocks.
  • the polymer particles may be made of polystyrene-based, epoxy-based, silicon-based, a combination thereof, or the like, and the metal film may be nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and any of these. It may be made of a material selected from the group consisting of an alloy containing one.
  • the present invention is not limited thereto, and the conductive particles may be made of only metal, wherein the conductive particles include nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and any one thereof. It may be made of a material selected from the group consisting of alloys.
  • the first conductive adhesive layer 130 may be made of an anisotropic conductive film.
  • An insulating protective layer 160 is formed while covering the first current collecting electrode 140 and the first conductive adhesive layer 130.
  • the insulating protective layer 160 prevents the first current collecting electrode 140 from directly contacting the electrolyte, thereby protecting the first current collecting electrode 140 from the electrolyte to prevent corrosion.
  • the insulating protective layer 160 may be made of a polymer material.
  • the light absorbing layer 150 is positioned on the first transparent electrode 120 while being spaced apart by the first current collecting electrode 140. As described above, the light absorption layer 150 includes a porous membrane 151 and a dye 152.
  • the porous membrane 151 includes metal oxide particles, which are titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, strontium oxide, indium oxide, and iridium oxide.
  • metal oxide particles which are titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, strontium oxide, indium oxide, and iridium oxide.
  • Iridium Oxide Lanthanum Oxide, Vanadium Oxide, Molybdenum Oxide, Tungsten Oxide, Niobium Oxide, Magnesium Oxide, Aluminum Oxide Oxide), yttrium oxide, scandium oxide, samarium oxide, gallium oxide, strontium titanium oxide, and the like.
  • the metal oxide particles are preferably made of such as titanium oxide, TiO 2, tin oxide, SnO 2, tungsten oxide, WO 3, zinc oxide of ZnO, or a complex thereof.
  • conductive particles (not shown) and light scatterers (not shown) may be further added to the porous membrane 151 to improve properties.
  • the conductive fine particles added to the porous membrane 151 serve to improve the mobility of electrons, and examples thereof include indium tin oxide and the like.
  • the light scatterer added to the porous membrane 151 serves to improve the photoelectric conversion efficiency by extending the path of light moving in the solar cell.
  • the light scatterer may be formed of a material forming the porous membrane 151, and preferably has an average particle diameter of 100 nm or more in consideration of the light scattering effect.
  • the dye 152 which absorbs external light and generates electrons, is adsorbed on the porous membrane 151, more precisely, on the surface of the metal oxide particles of the porous membrane 151.
  • the dye 152 may be formed of a metal composite including aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and the like.
  • ruthenium can form many organometallic composites as elements belonging to the platinum group.
  • organic dyes may be used. Examples of such organic dyes include coumarin, porphyrin, chianthine, xanthene, riboflavin, and tri phenylmethane.
  • the first glass substrate 110 on which the porous membrane 151 and the first transparent electrode 120 are formed is immersed in the alcohol solution in which the dye is dissolved for a predetermined time, so that the dye 152 is adsorbed onto the porous membrane 151.
  • the present invention is not limited thereto and may adsorb the dye 152 in various ways.
  • the first lead electrode 170 connected to an external circuit is formed on the first transparent electrode 120 to the outside of the encapsulant 180.
  • the first extraction electrode 170 not only serves to connect to an external circuit but also to collect electrons.
  • the first lead electrode 170 is formed along two edges of the first transparent electrode 120, the present invention is not limited thereto.
  • the second glass substrate 210 disposed to face the first glass substrate 110 serves as a support for supporting the second transparent electrodes 220 and 230 and may be formed to be transparent. Accordingly, the second glass substrate 210 may be made of transparent glass or plastic like the first glass substrate 110. Specific examples of the plastic include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polypropylene, polyimide, triacetyl cellulose and the like.
  • the second transparent electrodes 220 and 230 formed on the second glass substrate 210 may be formed to face the first transparent electrode 120 and may include the transparent electrode 220 and the catalyst electrode 230.
  • the transparent electrode 220 may be made of a transparent material such as indium tin oxide, fluorine oxide, antimony tin oxide, zinc oxide, tin oxide, ZnOGa 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3, or the like. In this case, the transparent electrode 220 may be formed of a single film or a laminated film of the transparent material.
  • the catalyst electrode 230 serves to activate the redox couple, platinum, ruthenium, palladium. Iridium, rhodium (Rh), osmium (Os), carbon (C), WO 3 , TiO 2 and the like.
  • the transparent electrode 220 may be formed by sputtering, chemical vapor deposition, spray pyrolysis deposition, or the like.
  • the catalyst electrode 230 may be formed by a physical vapor deposition method (electroplating method, sputtering method, electron beam deposition method, etc.) or wet coating method (spin coating method, dip coating method, flow coating method, etc.).
  • a physical vapor deposition method electrosputtering method, electron beam deposition method, etc.
  • wet coating method spin coating method, dip coating method, flow coating method, etc.
  • H 2 PtCl 6 is formed in an organic solvent such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol (IPA) on the transparent electrode 220.
  • IPA isopropyl alcohol
  • Second collecting electrodes 250 electrically connected to the second transparent electrodes 220 and 230 are formed on the second transparent electrodes 220 and 230.
  • one of the second collecting electrodes 250 is formed along the edges of the second transparent electrodes 220 and 230 on the second transparent electrodes 220 and 230, and the second collecting electrodes ( The other one of 250 is illustrated as being formed on the second transparent electrodes 220 and 230 while crossing the central portion of the second transparent electrodes 220 and 230.
  • the second current collecting electrode 250 has a stripe shape formed along one side direction (y-axis direction of the drawing).
  • the present invention is not limited thereto, and the shape, number, arrangement, etc. of the second current collecting electrodes 250 may be variously modified, and this is also within the scope of the present invention.
  • the second transparent electrodes 220 and 230 and the second current collecting electrodes 250 are provided.
  • the second insulating protection layer 260 may be formed while covering the second current collecting electrode 250 and the second conductive adhesive layer 240.
  • the second current collecting electrode 250, the second conductive adhesive layer 240, and the second insulating protective layer 260 may include the first current collecting electrode 140, the first conductive adhesive layer 130, and the first insulating protective layer ( 160 and the same or similar, detailed description thereof will be omitted.
  • a second lead electrode 270 connected to an external circuit is formed on the second transparent electrodes 220 and 230 to the outside of the encapsulant 180.
  • the second lead-out electrode 270 is illustrated as being formed along two edges corresponding to the edge where the first lead-out electrode 170 is not formed, the present invention is not limited thereto.
  • the first glass substrate 110 and the second glass substrate 210 are bonded by the encapsulant 180.
  • a thermoplastic polymer film As the encapsulant 180, a thermoplastic polymer film, an epoxy-based or silicone-based thermosetting sealant, an ultraviolet curing sealant, or the like may be used.
  • the thermoplastic polymer film As the encapsulant 180, the thermoplastic polymer film is positioned between the first glass substrate 110 and the second glass substrate 210, and then thermally compressed to form the first glass substrate 110.
  • the second glass substrate 210 may be bonded to each other.
  • the electrolyte flows into the internal space between the first glass substrate 110 and the second glass substrate 210 through the electrolyte injection hole 280 penetrating through the second glass substrate 210 and the second transparent electrodes 220 and 230. It is injected and impregnated between the first transparent electrode 120 and the second transparent electrode (220, 230). This electrolyte is uniformly dispersed into the porous membrane 151. The electrolyte receives electrons from the second transparent electrodes 220 and 230 by redox and transfers the electrons to the dye 152.
  • the electrolyte injection hole 280 is sealed by the adhesive and the cover glass 290.
  • the electrolyte is made of a liquid phase
  • the solid electrolyte may be applied to the embodiment of the present invention, which also belongs to the scope of the present invention.
  • the first current collecting electrodes 140 may be formed to reduce the movement path of the electrons. That is, when the first collecting electrodes 140 are not formed, electrons must move to the first drawing electrode 170 positioned near the edge of the first transparent electrode 120 through the first transparent electrode 120. On the other hand, when the first current collecting electrodes 140 are formed, the electrons need only move to the first current collecting electrodes 140 through the first transparent electrode 120.
  • the second current collecting electrodes 250 may be formed to reduce the movement path of electrons.
  • one of the first and second current collecting electrodes 140 and 250 is formed on the center portion of the first transparent electrode 120 and the second transparent electrode 220 and 230, thereby moving the electrons.
  • the path can be as short as possible, thereby improving the photoelectric conversion efficiency.
  • the first current collecting electrode 140 and the second current collecting electrode 250 may be formed using the first and second conductive adhesive layers 130 and 240. It is formed on the first transparent electrode 120 and the second transparent electrode (220, 230). At this time, the conductive adhesive layer is attached to a metal plate and the like, and then fixed to the first transparent electrode 120 or the second transparent electrodes 220 and 230, thereby forming the first current collecting electrode 140 or the second current collecting electrode 250. Can be.
  • the first current collecting electrode 140 and the second current collecting electrode 250 can be formed in a very simple process.
  • the first current collecting electrode 140 and the second current collecting electrode 250 may be manufactured by a process having a temperature of 180 ° C. or lower, and thus may be applied to a flexible solar cell.
  • the first and second current collecting electrodes 140 and 250 may be electrically and physically uniformly and stably formed in the first transparent electrode 120 and the second transparent electrodes 220 and 230, respectively.
  • the working electrode substrate 100 is fabricated so that the first drawing electrode 170 connected to the working electrode is exposed to the outside of the one side encapsulant 180.
  • a catalyst counter electrode is formed on the second glass substrate 210, and the counter electrode substrate 200 is manufactured such that the second lead electrode 270 connected to the catalyst counter electrode is exposed to the outside of the other encapsulant 180. do.
  • the fabrication of the working electrode substrate 100 and the counter electrode substrate 200 may be performed separately.
  • the counter electrode substrate 200 and the working electrode substrate 100 are laminated, and then electrolyte is injected into the laminated counter electrode substrate 200 and the working electrode substrate 100.
  • the conductive clips 300a and 300b which are connected to the first and second lead electrodes 170 and 270, respectively, serve as current collectors, respectively, of the laminated counter electrode substrate 200 and the working electrode substrate 100. Clipping is performed to encapsulate both sides in a secondary manner.
  • Conventional dye-sensitized solar cell module may damage the encapsulant 180 by increasing the internal pressure, the conductive clips (300a, 300b) of the dye-sensitized solar cell module with a conductive clip according to the present invention to prevent this
  • the first and second glass substrates 110 and 210 have a secondary encapsulation function, and the cut surfaces of the first and second glass substrates 110 are weak to impact, thereby protecting the dye-sensitized solar cell module against external impact.
  • the conductive clips 300a and 300b of the dye-sensitized solar cell module having the conductive clips according to the present invention serve as current collecting electrodes, thereby simultaneously performing clipping and current collecting electrode connection functions.
  • the contact resistance may increase due to the phenomenon that the electrode does not stick well or the electrode falls, and thus the method of simply inserting the current collecting conductive clips 300a and 300b may be easily inserted. This ensures reliable contact while minimizing contact resistance.
  • Figure 7 is a view showing another shape of the conductive clip in the dye-sensitized solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive clips 500a and 500b in the dye-sensitized solar cell module according to the embodiment of the present invention are conductive clips 300a and 300b in the dye-sensitized solar cell module shown in FIG. 5. It may have a shape different from that of.
  • the conductive clips 500a and 500b may generate short circuits with respective transparent electrode portions at portions where the first and second lead-out electrodes 170 and 270 do not exist, as shown by reference numerals C and D.
  • the insulating layers 510 and 520 may be formed on the working electrode substrate and the counter electrode substrate in advance.
  • the conductive clips 500a and 500b are formed of a conductive material and can serve as a current collecting electrode while encapsulating secondaryly by clipping both sides of the working electrode substrate and the counter electrode substrate of the dye-sensitized solar cell module, It will be apparent to those skilled in the art that the size and the like can vary.
  • Figure 8 is a view showing another example of the conductive clip in the dye-sensitized solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive clips 300a and 300b may be formed by being separated into the conductive part 320 and the non-conductive part, as shown in FIG. 8.
  • the conductive clip ( 300a, 300b) need not all be conductors.
  • the conductive clips 300a and 300b preferably serve as current collector electrodes, but the clip portion is preferably a non-conductor.
  • the conductive clips 300a and 300b may have inner portions contacting the first and second lead-out electrodes 170 and 270 and the first and second lead-out wires 400a.
  • 400b) may be formed of a conductor, and the outer portion may be formed of an insulating coating non-conductor.
  • the dye-sensitized solar cell module is configured to connect the current collector while reinforcing the bag by fixing the working electrode substrate and the counter electrode substrate outside the dye-sensitized solar cell with a clip.
  • the current collection efficiency can be improved while encapsulating the dye-sensitized solar cell module as a secondary by using a conductive clip. That is, by encapsulating the upper and lower substrates of the dye-sensitized solar cell with a conductive clip to reinforce the encapsulation, it is possible to prevent the reduction of power generation efficiency during module fabrication of the dye-sensitized solar cell by connecting the lead electrode to the conductive clip.
  • the wire connection work that is the final operation of the solar cell module is simplified.

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Abstract

도전성 클립을 사용하여 염료감응 태양전지 모듈을 2차로 봉지하면서 집전 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 인출 전선이 도전성 클립에 형성된 상태로 클리핑을 수행함으로써 별도의 인출 전선의 연결 작업을 수행할 필요가 없는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 봉지 방법이 제공된다. 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈은, 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 작동전극과 연결된 제1 인출 전극이 일측 봉지재 외부로 노출된 작동전극 기판; 작동전극 기판과 합지되며, 촉매 상대전극이 제2 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극이 타측 봉지재 외부로 노출된 상대전극 기판; 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판 내에 주입되는 전해질; 및 도전성 물질로 형성된 클립(Clip)으로서, 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판의 양측을 클리핑하여 2차로 봉지하고, 제1 및 제2 인출 전극에 각각 연결되어 집전부 역할을 하는 도전성 클립을 포함한다.

Description

도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 봉지 방법
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 도전성 클립(Conductive clip)을 구비한 염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell: DSSC) 모듈 및 그 봉지(Sealing) 방법에 관한 것이다.
1991년도 스위스 로잔공대(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후, 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저하게 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 또한, 염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지와 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자, 및 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주요 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 구조와 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 염료감응 태양전지(10)는 투명 필름(13, 14)이 각각 부착된 투명한 글래스 기판(11, 12), 촉매 상대전극(Counter Electrode: 15), 나노 입자(TiO2, 이산화티타늄) 구조의 작동전극(Working Electrode: 16) 또는 광전극, 염료(17), 전해질(Electrolyte: 18) 및 봉지재(19)를 포함할 수 있다.
우선 염료감응 태양전지(10)는 투명전극 필름(13, 14)을 각각 부착한 두 글래스 기판(11, 12) 사이에 특정 염료(17)를 흡착한 나노입자 구조의 작동전극(16)과 전해질(18)을 채운 간단한 구조로 형성된다. 여기서, 투명전극 필름(13, 14)은 ATO, ITO 또는 FTO일 수 있으며, 통상적으로 글래스 기판(11, 12) 상에 형성된 상태로 제공된다.
구체적으로, 염료감응 태양전지(10)는 식물의 광합성 작용원리와 유사한 개념의 전지로서, 빛을 흡수하는 광감응성 염료(17), 이러한 염료(17)를 지지하는 나노 구조의 티타니아 전극인 작동전극(16), 전해질(18), 촉매 상대전극(15)으로 구성된 태양전지이다. 염료감응 태양전지(10)는 기존의 실리콘 태양전지나 박막 태양전지와 같이 p형과 n형 반도체의 접합을 사용하지 않고, 전기화학적 원리에 의해 전기를 생산하므로, 이론 효율이 높고, 친환경적이어서 미래의 그린에너지로 가장 적합한 태양전지로 기대되고 있다.
다시 말하면, 염료감응 태양전지(10)는 크게 작동전극(16), 전해질(18) 및 상대전극(15)으로 구성된다. 작동전극(16)은 식물의 염록소와 같이 태양광 또는 실내광을 받아 전자를 높은 에너지 상태로 만들어 주는 염료들(17)이 높은 에너지를 쉽게 받아들이는 산화물 반도체 표면에 부착되어 있다.
따라서 외부의 빛이 염료(17)에 닿으면 염료(17)에서 전자기 에너지를 얻어 높은 에너지의 전자가 되고, 이를 나노 구조의 산화물 반도체(주로 TiO2가 이용됨)인 작동전극(16)이 받아 외부로 전달한다. 이후, 높은 에너지의 전자는 외부회로를 타고 흐르면서 자신의 에너지를 소모하게 되고, 다시 상대전극(15)에 도달하게 된다. 이때, 작동전극(16)의 염료(17)에서 전자가 외부로 빠져 나갔기 때문에 전해질(18) 내부의 이온에서 한 개의 전자가 다시 염료(16)로 공급되고, 외부에서 상대전극으로 돌아온 전자는 다시 전해질(18) 내부의 이온으로 전달됨으로써 에너지 전달 과정이 연속적으로 이루어지게 된다.
이러한 과정들은 주로 작동전극(16)과 전해질(18) 사이와 상대전극(15)과 전해질(18) 사이에서 이루어지는 전기화학 반응에 따르므로, 전극과 전해질이 닿는 면적이 넓을수록 많은 반응이 빠르게 진행될 수 있다. 아울러 작동전극(16)의 표면 면적이 넓을수록 많은 양의 염료가 붙어 있을 수 있기 때문에 생산할 수 있는 전력의 양이 증가하게 된다. 따라서 각각의 전극(15, 16) 소재로 나노 입자를 사용하며, 동일 부피에서 물질의 표면적이 극단적으로 증가하기 때문에 많은 양의 염료를 표면에 부착할 수 있고, 전극(15, 16)과 전해질(18) 사이의 전기화학 반응의 속도를 증가시킬 수 있다. 이때, 염료감응 태양전지 모듈은 도 1에 도시된 염료감응 태양전지(10)가 다수 개 직렬 또는 병렬로 배치된 모듈 형태로 제공된다.
한편, 도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 클리핑을 설명하기 위한 도면이다.
선행기술로서, 일본 공개특허번호 제2007-299545호에는 기판을 봉지재로 접합한 후 클립으로 감싸는 구성이 개시되어 있다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 합지된 기판(11, 12)을 봉지재(19)로 접합한 후, 기판의 양측을 클립(20a, 20b)으로 클리핑(Clipping) 한다.
또한, 일본공개특허 제2007-073401호에는 봉지재로 1차로 봉지한 후, 그 외부에 실리콘 고무 재질 등의 2차 봉지부를 형성하는 구성이 개시되어 있다.
또한, 일본 공개특허번호 제2006-202681호에는 봉지재로 1차로 봉지한 후에 볼트와 너트로 2차 봉지하는 구조가 개시되어 있다. 예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 합지된 기판(11, 12)을 봉지재(19)로 접합한 후, 기판(11, 12)의 양측을 볼트와 너트(30a, 30b)로 2차로 봉지한다.
한편, 염료감응 태양전지의 실용화를 위해서는 광전변환 효율의 향상과 함께 태양전지의 대면적화가 요구된다. 이러한 염료감응 태양전지의 지속적인 연구에 의해서 활성화 면적이 1㎠ 이하인 소형 태양전지에서 높은 광전변환 효율을 구현한 예가 보고되고 있지만, 대면적화된 태양전지에서는 소형 태양전지에서와 같은 높은 광전변환 효율을 기대할 수 없는 실정이다. 이러한 이유는 대면적화될수록 전자의 이동거리가 길어지기 때문이다. 또한, 염료감응 태양전지의 경우, 외부 광의 투과를 위해 투명전극을 사용하는데, 이러한 투명전극은 높은 저항을 가지므로 이러한 문제는 보다 심각하게 나타날 수 있다.
이러한 투명전극의 저항을 저감시키기 위해서 투명전극의 두께를 증가시키는 방법 등이 제시되었는데, 이러한 투명전극의 두께를 증가시키면 투과율이 저하되어 태양전지의 성능을 저하시킬 수 있다.
구체적으로, 염료감응 태양전지의 실용화를 위해서는 대면적에서도 효율의 감소가 없는 모듈을 실현하여야 하며, 염료감응 태양전지의 모듈화 방법은 크게 4가지로 구분할 수 있고, 이 가운데, 결정질 Si-태양전지 셀과 유사한 방식으로서, 전류 집적 효율이 우수한 집전 그리드 방식이 있다. 즉, 대면적 서브 모듈의 경우, 셀 면적의 증대로 인하여 상대적으로 저항값이 큰 기판 내에서의 전자 이동거리가 늘어나 전자의 장거리 이동에 따른 효율 감소가 발생하는데, 집전 그리드 방식은 이러한 효율 저하를 줄이기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 내부에 별도의 집전 전극(41)을 배치하여 전자의 기판 내에서의 이동거리를 줄임으로써 저항을 줄이고, 효율 감소를 막을 수 있다.
도 3은 종래의 기술에 따른 집전 전극을 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 설명하기 위한 도면으로서, 이러한 집전 전극(41)의 도입을 통하여 작동전극(11) 기판과 촉매 상대전극(12) 기판을 각각 최적화하여 발전효율을 극대화시킬 수 있으며, 이러한 집전 전극 도입은 그 공정이 단순하기 때문에 대면적화 적용에 용이해진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 집전 전극을 구비한 염료감응 태양전지 모듈은 작동전극 기판(11)과 촉매 상대전극 기판(12)에 각각 마주보는 형태로 형성되며, 이때, 집전 그리드 방식의 집전 전극(41)은 집전 전극으로 사용하는 금속전극을 전해질로 부터 보호하는 보호층(42)으로 감싸여진 구조로 형성되고, 저항값을 낮추는 구조로 형성된다. 이때, 작동전극 기판(11)과 촉매 상대전극 기판(12)은 각각 인출 전극(51, 52)이 형성될 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 염료감응 태양전지 모듈은 집전 전극(41) 연결시, 납땜이나 용접 등의 방법을 사용하면 잘 붙지 않거나 집전 전극(41)이 박리되는 현상으로 인해서 접촉저항이 증가함으로써, 염료감응 태양전지 모듈의 효율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 도전성 클립을 사용하여 염료감응 태양전지 모듈을 2차로 봉지하면서 집전 효율을 향상시킬 수 있는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 봉지 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 인출 전선이 도전성 클립에 형성된 상태로 클리핑을 수행함으로써, 별도의 인출 전선의 연결 작업을 수행할 필요가 없는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 봉지 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈은, 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 작동전극과 연결된 제1 인출 전극이 일측 봉지재 외부로 노출된 작동전극 기판; 상기 작동전극 기판과 합지되며, 촉매 상대전극이 제2 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극이 타측 봉지재 외부로 노출된 상대전극 기판; 합지된 상기 상대전극 기판 및 작동전극 기판 내에 주입되는 전해질; 및 도전성 물질로 형성된 클립(Clip)으로서, 상기 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판의 양측을 클리핑하여 2차로 봉지하고, 상기 제1 및 제2 인출 전극에 각각 연결되어 집전부 역할을 하는 도전성 클립(Conductive Clip)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 도전성 클립은, 상기 작동전극 기판의 작동전극에 연결된 제1 인출 전극과 연결되는 제1 도전성 클립; 및 상기 촉매 상대전극 기판의 촉매 상대전극에 연결된 제2 인출 전극과 연결되는 제2 도전성 클립을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 도전성 클립들은 상기 제1 및 제2 인출 전극과 접촉하는 부분에 각각 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 도전성 클립들은 인출 전선이 미리 연결된 상태로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 도전성 클립은 투명 물질로 이루어진 작동 전극 및 촉매 상대전극보다 낮은 저항을 갖고 높은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성되며, 상기 도전성 클립은 은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈의 봉지 방법은, a) 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 작동전극과 연결된 제1 인출 전극이 일측 봉지재 외부로 노출되도록 작동전극 기판을 제작하는 단계; b) 촉매 상대전극이 제2 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극이 타측 봉지재 외부로 노출되도록 상대전극 기판을 제작하는 단계; c) 상기 상대전극 기판 및 작동전극 기판을 합지하는 단계; d) 상기 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판 내에 전해질을 주입하는 단계; 및 e) 상기 제1 및 제2 인출 전극에 각각 연결되어 집전부 역할을 하는 도전성 클립(Conductive Clip)을 상기 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판의 양측을 2차로 봉지하도록 클리핑(Clipping)하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 도전성 클립을 사용하여 염료감응 태양전지 모듈을 2차로 봉지하면서 집전 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 염료감응 태양전지의 상하 기판을 도전성 클립으로 고정하여 봉지를 강화할 수 있고, 도전성 클립에 인출 전극을 연결함으로써 염료감응 태양전지의 모듈 제작시 발전 효율의 감소를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인출 전선이 도전성 클립에 형성된 상태로 클리핑을 수행함으로써, 별도의 인출 전선의 연결 작업을 수행할 필요가 없기 때문에 태양전지 모듈의 최종 작업인 전선 연결 작업이 간단해진다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 구조와 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 클리핑을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 집전 전극을 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 결합한 상태에서 A-A 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이다.
도 6은 도 5의 B 부분의 상세도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립의 다른 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립의 다른 예를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 작동전극 기판
200: 상대전극 기판
300: 클립(Clipping Member)
400: 인출 전선
110: 제1 글래스 기판
120: 제1 투명전극
130: 제1 도전성 접착층
140: 제1 집전 전극
150: 광흡수층(염료 + 다공성막)
160: 제1 절연 보호층
170: 제1 인출 전극
210: 제2 글래스 기판
220: 제2 투명전극
230: 촉매 상대전극
240: 제2 도전성 접착층
250: 제2 집전 전극
260: 제2 절연 보호층
270: 제2 인출 전극
280: 전해질 주입홀
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈을 결합한 상태에서 A-A 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이며, 도 6은 도 5의 B 부분의 상세도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈은, 작동전극 기판(100) 및 상대전극 기판(200)을 합지하여 형성되며, 도전성 클립(300)이 합지된 작동전극 기판(100) 및 상대전극 기판(200)의 양측을 2차로 봉지하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈은, 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극(광전극) 기판(100), 상기 반도체층에 대향하여 배치된 상대전극 기판(200) 및 상기 작동전극 기판(100)과 상대전극 기판(200)의 사이에 전해질이 위치하고 있는 광전변환 소자로서, 가장 마지막에 이루어지는 봉지 단계는 염료감응 태양전지의 수명에 직접적으로 관련되므로, 내구성 향상에 관련되어 지속적으로 개선되고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈에서, 작동전극 기판(100)은 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 글래스 기판(110) 상에 형성되고, 상기 작동전극과 연결된 제1 인출 전극(170)이 일측 봉지재(180) 외부로 노출된다.
상대전극 기판(200)은 상기 작동전극 기판(100)과 합지되며, 촉매 상대전극이 제2 글래스 기판(210) 상에 형성되고, 상기 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극(270)이 타측 봉지재 외부로 노출된다.
전해질(도시되지 않음)은 합지된 상기 상대전극 기판(100) 및 작동전극 기판(200) 내에 주입된다.
본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립(300)은 도전성 물질로 형성된 클립(Clip)으로서, 상기 합지된 상대전극 기판(200) 및 작동전극 기판(100)의 양측을 클리핑하여 2차로 봉지하고, 상기 제1 및 제2 인출 전극(170, 270)에 각각 연결되어 집전부 역할을 한다. 여기서, 상기 도전성 클립(300)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 작동전극 기판의 작동전극에 연결된 제1 인출 전극(170)과 연결되는 제1 도전성 클립(300a); 및 상기 촉매 상대전극 기판의 촉매 상대전극에 연결된 제2 인출 전극(270)과 연결되는 제2 도전성 클립(300b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전성 클립들(300a, 300b)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 인출 전극(170, 270)과 접촉하는 부분에 각각 돌기(310b)가 형성될 수 있다. 즉, 도전성 클립들(300a, 300b)을 상대전극 기판(200) 및 작동전극 기판(100)의 양측에 끼워 넣을 때, 도전성 클립들(300a, 300b)이 잘 빠지지 않고 접촉이 잘되도록 돌기(310b)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 도전성 클립들(300a, 300b)은 인출 전선(400a, 400b)이 미리 연결된 상태로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 도전성 클립(300a, 300b)은 투명 물질로 이루어진 작동 전극 및 촉매 상대전극보다 낮은 저항을 갖고 높은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성되며, 상기 도전성 클립(300a, 300b)은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈은, 제1 투명전극(120), 염료(152)가 흡착된 다공성막(151) 등이 위치하는 제1 글래스 기판(110)과 제2 투명전극(220, 230) 등이 위치하는 제2 글래스 기판(210)이 서로 대향 배치되고, 제1 투명전극(120)과 제2 투명전극(220, 230) 사이에 전해질이 위치하여 구성된다. 이때, 제1 글래스 기판(110)과 제2 글래스 기판(210)은 접착제인 봉지재(180)에 의해 서로 접합된다.
상기 염료(152)가 흡착된 다공성막(151)은 입사된 광에 의해 전자를 생성하고, 이러한 전자를 제1 투명전극(120)으로 이동시키는 역할을 한다. 이러한 염료(152) 및 다공성막(151)을 함께 광흡수층(150)이라 칭할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈에 따르면, 염료감응 태양전지 외부의 작동전극 기판(100) 및 상대전극 기판(200) 기판을 도전성 클립(300)으로 고정하여 봉지를 강화할 수 있고, 상기 도전성 클립(300)에 각각 인출 전극을 연결함으로써 염료감응 태양전지의 모듈 제작시 발전 효율이 감소되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 도전성 클립(300a, 300b)을 인출 전선(400a, 400b)이 붙어 있는 형태로 형성할 경우, 별도의 전선 연결 작업을 수행할 필요가 없기 때문에 염료감응 태양전지 모듈의 최종 작업인 전선 연결 작업이 매우 간단해질 수 있다.
이러한 염료감응 태양전지를, 도 4 및 도 5를 참조하여, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서 제1 투명전극(120)을 지지하는 지지체 역할을 하는 제1 글래스 기판(110)은 외부광의 입사가 가능하도록 투명하게 형성된다. 이에 제1 글래스 기판(110)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Poly Ethylene Naphthalate: PEN), 폴리카보네이트(Poly-Carbonate: PC), 폴리프로필렌(Poly-Propylene: PP), 폴리이미드(Poly- Imide: PI), 트리 아세틸 셀룰로오스(Tri Acetyl Cellulose: TAC) 등을 들 수 있다.
제1 글래스 기판(110)에 형성되는 제1 투명전극(120)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), 틴 산화물(Tin Oxide), ZnOGa2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 제1 투명전극(120)은 상기 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다.
이러한 제1 투명전극(120)은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법, 스프레이 열분해 증착법 등에 의해 형성될 수 있다.
제1 투명전극(120) 위에는 상기 제1 투명전극(120)에 전기적으로 연결되는 제1 집전 전극들(140)이 형성된다. 예를 들면, 제1 집전 전극들(140) 중 하나는 제1 투명전극(120) 상에서 이 제1 투명전극(120)의 가장자리를 따라 형성되고 제1 집전 전극들(140) 중 다른 하나는 제1 투명전극(120) 상에서 이 제1 투명전극(120)의 중앙부를 가로지르면서 형성되는데, 이에 국한되는 것은 아니다. 제1 집전 전극(140)은 일측 방향(도면의 y축 방향)을 따라 형성되는 스트라이프 형태를 가진다. 그러나 이에 한정되는 것이 아니며 제1 집전 전극(140)의 형태, 개수, 배치 등이 다양하게 변형될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이러한 제1 집전 전극들(140)은 투명 물질로 이루어진 제1 투명전극(120)보다 낮은 저항을 가지는 우수한 전기 전도성을 가지는 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 집전 전극(140)은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 제1 집전 전극(140)은 경우에 따라 형성되지 않을 수 있는데, 이에 대해서는 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.
제1 투명전극(120)과 제1 집전 전극들(140) 사이에 위치하는 제1 전도성 접착층들(130)에 의해, 제1 투명전극(120)과 제1 집전 전극들(140)이 전기적으로 연결되면서 제1 투명전극(120) 상에 제1 집전 전극들(140)이 물리적으로 고정될 수 있다.
즉, 제1 전도성 접착층(130)은 접착 물질과 이러한 접착 물질 내에 분산된 전도성 입자들을 포함하는데, 상기 접착 물질로 제1 집전 전극(140)을 제1 투명전극(120) 상에 물리적으로 고정하고 상기 전도성 입자들로 제1 투명전극(120)과 제1 집전 전극(140)을 전기적으로 연결한다. 여기서, 상기 접착 물질은 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리우레탄 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열, 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 입자로 고분자 입자의 표면에 금속막이 코팅된 것을 사용하면, 고분자 입자에 의해 외부 충격에 유연히 견딜 수 있게 된다. 여기서, 고분자 입자는 폴리스틸렌 계열, 에폭시 계열, 실리콘 계열, 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있고, 금속막은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 전도성 입자가 금속만으로 이루어지는 것도 가능하며, 이때, 전도성 입자는 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 제1 전도성 접착층(130)은 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film)으로 이루어질 수 있다.
제1 집전 전극(140) 및 제1 전도성 접착층(130)을 덮으면서 절연 보호층(160)이 형성된다. 절연 보호층(160)은 제1 집전 전극(140)이 전해질이 직접 접촉하는 것을 방지하여, 전해질로부터 제1 집전 전극(140)을 보호하여 부식을 방지하는 역할을 한다. 이러한 절연 보호층(160)은 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
그리고 제1 투명전극(120) 상에 제1 집전 전극(140)에 의해 이격되면서 복수의 광흡수층(150)이 위치하게 된다. 상기에서 설명한 바와 같이 광흡수층(150)은 다공성막(151)과 염료(152)를 포함한다.
여기서, 다공성막(151)은 금속 산화물 입자를 포함하는데, 이러한 금속 산화물 입자는 티타늄 산화물(Titanium Oxide), 징크 산화물, 틴 산화물, 스트론튬 산화물(Strontium Oxide), 인듐 산화물(Indium Oxide), 이리듐 산화물(Iridium Oxide), 란탄 산화물(Lanthan Oxide), 바나듐 산화물(Vanadium Oxide), 몰리브덴 산화물(Molybdenum Oxide), 텅스텐 산화물(Tungsten Oxide), 니오브 산화물(Niobium Oxide), 마그네슘 산화물(Magnesium Oxide), 알루미늄 산화물(Aluminium Oxide), 이트륨 산화물(Yttrium oxide), 스칸듐 산화물(Scandium oxide), 사마륨 산화물(Samarium Oxide), 갈륨 산화물(Gallium Oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(Strontium Titanium Oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 금속 산화물 입자는 티타늄 산화물인 TiO2, 틴 산화물인 SnO2, 텅스텐 산화물인 WO3, 징크 산화물인 ZnO, 또는 이들의 복합체 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 다공성막(151)에는 특성 향상을 위해 도전성 미립자(도시되지 않음) 및 광산란자(도시되지 않음) 등이 더 첨가될 수 있다.
다공성막(151)에 첨가되는 도전성 미립자는 전자의 이동성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 예를 들면, 인듐 틴 산화물 등을 들 수 있다. 다공성막(151)에 첨가되는 광산란자는 태양전지 내에서 이동하는 광의 경로를 연장시켜 광전변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 광산란자는 다공성막(151)을 이루는 물질로 이루어질 수 있으며, 광산란 효과를 고려하여 100㎚ 이상의 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 다공성막(151), 보다 정확하게는 다공성막(151)의 금속 산화물 입자 표면에 외부 광을 흡수하여 전자를 생성하는 염료(152)가 흡착된다. 염료(152)는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다. 여기서, 루테늄은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있다. 또한, 유기 염료가 사용될 수 있는데, 이러한 유기 염료로는 쿠마린(Coumarin), 포피린(Porphyrin), 키산틴(Xanthene), 리보플라빈(Riboflavin), 트리 페닐 메탄(Tri Phenyl Methan) 등이 있다.
염료를 용해시킨 알콜 용액에 다공성막(151) 및 제1 투명전극(120)이 형성된 제1 글래스 기판(110)을 소정 시간 동안 침지시켜, 염료(152)를 다공성막(151)에 흡착시킨다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 방법으로 염료(152)를 흡착시킬 수 있다.
그리고 제1 투명전극(120) 상에 외부 회로(도시하지 않음)에 연결되는 제1 인출 전극(170)이 봉지재(180) 외측으로 형성된다. 여기서, 제1 인출 전극(170)은 외부 회로에 연결되는 역할뿐만 아니라 전자를 집전하는 역할도 함께 수행하게 된다. 도면에서는 제1 인출 전극(170)이 제1 투명전극(120)의 두 가장자리를 따라 형성되는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
한편, 제1 글래스 기판(110)에 대향 배치되는 제2 글래스 기판(210)은 제2 투명전극(220, 230)을 지지하는 지지체 역할을 하는 것으로, 투명하게 형성될 수 있다. 이에 제2 글래스 기판(210)은 제1 글래스 기판(110)과 같이 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱의 구체적인 예로 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트리아세틸 셀룰로오스 등을 들 수 있다.
제2 글래스 기판(210)에 형성되는 제2 투명전극(220, 230)은 제1 투명전극(120)과 대향 배치되도록 형성되며, 투명전극(220)과 촉매 전극(230)을 포함할 수 있다. 투명전극(220)은 인듐 틴 산화물, 플루오르 틴 산화물, 안티몬 틴 산화물, 징크 산화물, 틴 산화물, ZnOGa2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 투명전극(220)은 상기 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다. 촉매 전극(230)은 산화-환원 쌍(Redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 백금, 루테늄, 팔라듐. 이리듐, 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 탄소(C), WO3, TiO2 등으로 이루질 수 있다.
투명전극(220)은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법, 스프레이 열분해 증착법 등에 의해 형성될 수 있다.
촉매 전극(230)은 물리 기상 증착법(전해도금법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법 등) 또는 습식 코팅법(스핀 코팅법, 침지 코팅법, 플로우 코팅법 등)등에 의해 형성될 수 있다. 촉매 전극(230)이 백금(Pt)으로 이루어지는 경우를 예로서 설명하면, 투명전극(220) 위에 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(Iso-Propyl Alcohol: IPA) 등의 유기 용제에 H2PtCl6이 용해된 용액을 습식 코팅법으로 도포한 후 공기 또는 산소 분위기에서 400℃에서 열처리하는 방법이 적용될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
제2 투명전극(220, 230) 위에는 상기 제2 투명전극(220, 230)에 전기적으로 연결되는 제2 집전 전극들(250)이 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 제2 집전 전극들(250) 중 하나는 제2 투명전극(220, 230) 상에서 이 제2 투명전극(220, 230)의 가장자리를 따라 형성되고, 제2 집전 전극들(250) 중 다른 하나는 제2 투명전극(220, 230) 상에서 상기 제2 투명전극(220, 230)의 중앙부를 가로지르면서 형성되는 것으로 도시된다. 제2 집전 전극(250)은 일측 방향(도면의 y축 방향)을 따라 형성되는 스트라이프 형태를 가진다. 그러나 이에 한정되는 것이 아니며 제2 집전 전극(250)의 형태, 개수, 배치 등이 다양하게 변형될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
제2 투명전극(220, 230)과 제2 집전 전극들(250) 사이에 위치하는 제2 전도성 접착층들(240)에 의해, 제2 투명전극(220, 230)과 제2 집전 전극들(250)이 전기적으로 연결되면서 제2 투명전극(220, 230) 상에 제2 집전 전극들(250)이 물리적으로 고정된다. 그리고 제2 집전 전극(250) 및 제2 전도성 접착층(240)을 덮으면서 제2 절연 보호층(260)이 형성될 수 있다. 제2 집전 전극(250), 제2 전도성 접착층(240) 및 제2 절연 보호층(260)은 상기에서 설명한 제1 집전 전극(140), 제1 전도성 접착층(130) 및 제1 절연 보호층(160)과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.
그리고 제2 투명전극(220, 230) 상에 외부 회로(도시하지 않음)에 연결되는 제2 인출 전극(270)이 봉지재(180) 외측으로 형성된다. 도면에서는 제2 인출 전극(270)은 제1 인출 전극(170)이 형성되지 않은 가장자리에 대응하는 두 가장자리를 따라 형성되는 것으로 도시하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 글래스 기판(110)과 제2 글래스 기판(210)은 봉지재(180)에 의해 접합된다. 봉지재(180)로는 열가소성 고분자 필름, 에폭시 계열이나 실리콘 계열의 열경화성 실란트, 자외선 경화 실란트 등을 사용할 수 있다. 봉지재(180)로 열가소성 고분자 필름을 사용하는 경우에는, 제1 글래스 기판(110)과 제2 글래스 기판(210) 사이에 열가소성 고분자 필름을 위치시킨 후 가열 압착하여 제1 글래스 기판(110)과 제2 글래스 기판(210)을 접합할 수 있다.
전해질은 제2 글래스 기판(210)과 제2 투명전극(220, 230)을 관통하는 전해질 주입홀(280)을 통해 제1 글래스 기판(110)과 제2 글래스 기판(210) 사이의 내부 공간으로 주입되어 제1 투명전극(120)과 제2 투명전극(220, 230) 사이에 함침된다. 이러한 전해질은 다공성막(151)의 내부로 균일하게 분산된다. 전해질은 산화 환원에 의해 제2 투명전극(220, 230)으로부터 전자를 받아 염료(152)에 전달하는 역할을 수행한다. 그리고 전해질 주입홀(280)은 접착제 및 커버 글래스(290)에 의해 봉지된다. 본 발명의 실시예에서는 전해질이 액상으로 이루어진 것을 설명하였으나, 본 발명의 실시예에는 고상의 전해질이 적용될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이러한 태양전지는 태양전지의 내부로 태양광 등의 외부 광이 입사되면, 광양자가 염료(152)에 흡수되어 염료가 기저 상태에서 여기 상태로 전이되어 전자를 생성한다. 생성된 전자는 다공성막(151)의 금속 산화물 입자의 전도대로 주입된 후, 제1 투명전극(120)을 거쳐 외부 회로(도시하지 않음)로 흐른 다음에 제2 투명전극(220, 230)으로 이동한다. 한편, 전해질 내의 요오드화물이 삼요오드화물로 산화함에 따라 산화된 염료(152)가 환원되고, 삼요오드화물은 제2 투명전극(220, 230)에 도달된 전자와 환원 반응을 하여 요오드화물로 환원된다. 이러한 전자의 이동에 의해 염료감응 태양전지가 작동하게 된다.
본 발명의 실시예에서는 제1 집전 전극들(140)을 형성하여 전자의 이동 경로를 줄일 수 있다. 즉, 제1 집전 전극들(140)이 형성되지 않은 경우에는 전자들이 제1 투명전극(120)을 통해 제1 투명전극(120)의 가장자리 부근에 위치한 제1 인출 전극(170)까지 이동해야 하는 반면, 제1 집전 전극들(140)이 형성된 경우에는 전자들이 제1 투명전극(120)을 통해 제1 집전 전극들(140)까지만 이동하면 된다. 마찬가지로, 본 발명의 실시예에서는 제2 집전 전극들(250)을 형성하여 전자의 이동 경로를 줄일 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 집전 전극들(140, 250) 중 하나가 제1 투명전극(120) 및 제2 투명전극(220, 230)의 중앙부 상부에도 형성됨으로써 전자의 이동 경로를 최대한 짧게 할 수 있고, 이에 따라 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조 방법은, 제1 및 제2 전도성 접착층(130, 240)을 이용하여 제1 집전 전극(140) 및 제2 집전 전극(250)을 제1 투명전극(120) 및 제2 투명전극(220, 230) 상에 형성한다. 이때, 금속판 등에 전도성 접착층을 부착한 다음 이를 제1 투명전극(120) 또는 제2 투명전극(220, 230)에 고정함으로써, 제1 집전 전극(140) 또는 제2 집전 전극(250)을 형성할 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 제1 집전 전극(140) 및 제2 집전 전극(250)을 매우 단순한 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 180℃ 이하 온도의 공정으로 제1 집전 전극(140) 및 제2 집전 전극(250)을 제조할 수 있어, 플렉시블한 태양전지에 적용될 수 있다. 또한, 제1 투명전극(120) 및 제2 투명전극(220, 230)에 각각 제1 및 제2 집전 전극(140, 250)을 전기적, 물리적으로 균일하고 안정적으로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈의 봉지 방법은, 도 5를 참조하면, 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 글래스 기판(110) 상에 형성되고, 상기 작동전극과 연결된 제1 인출 전극(170)이 일측 봉지재(180) 외부로 노출되도록 작동전극 기판(100)을 제작한다. 또한, 촉매 상대전극이 제2 글래스 기판(210) 상에 형성되고, 상기 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극(270)이 타측 봉지재(180) 외부로 노출되도록 상대전극 기판(200)을 제작한다. 이때, 작동전극 기판(100) 및 상대전극 기판(200)의 제작은 별도로 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 상대전극 기판(200) 및 작동전극 기판(100)을 합지하고, 이후, 상기 합지된 상대전극 기판(200) 및 작동전극 기판(100) 내에 전해질을 주입한다.
다음으로, 상기 제1 및 제2 인출 전극(170, 270)에 각각 연결되어 집전부 역할을 하는 도전성 클립(300a, 300b)을 상기 합지된 상대전극 기판(200) 및 작동전극 기판(100)의 양측을 2차로 봉지하도록 클리핑(Clipping)하게 된다.
통상적인 염료감응 태양전지 모듈이 내부 압력 증가에 의해 봉지재(180)가 손상될 수 있는데, 본 발명에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈의 도전성 클립(300a, 300b)은 이를 방지하도록 2차 봉지 기능을 가지며, 또한, 제1 및 제2 글래스 기판(110, 210)은 그 절단면이 충격에 약한데, 외부 충격에 대해 염료감응 태양전지 모듈을 보호한다.
본 발명에 따른 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈의 도전성 클립(300a, 300b)은 집전 전극 역할을 함으로써, 클리핑과 집전 전극 연결 기능을 동시에 수행할 수 있다. 즉, 집전 전극 연결시 납땜/용접 등의 방법을 사용하면 잘 붙지 않거나 전극이 떨어지는 현상으로 접촉 저항이 증가하여 효율이 저하될 수 있는데, 집전 가능한 도전성 클립(300a, 300b)을 간단하게 끼워 넣는 방법에 의해 접촉 저항을 최소화하면서 확실한 접촉을 유지할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립의 다른 형상을 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립(500a, 500b)은, 전술한 도 5에 도시된 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립(300a, 300b)의 형상과 다른 형태를 가질 수 있다. 여기서, 도전성 클립(500a, 500b)은, 도면부호 C 및 D로 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 인출 전극(170, 270)이 없는 부분에서 각각의 투명전극 부분과 단락(Short)이 발생할 수 있으므로, 미리 작동전극 기판과 상대전극 기판에 절연층(510, 520)을 형성할 수 있다.
이러한 도전성 클립(500a, 500b)은 도전성 물질에 의해 형성되고, 염료감응 태양전지 모듈의 작동전극 기판 및 상대전극 기판의 양측을 클리핑함으로써 2차로 봉지하면서 집전 전극 역할을 수행할 수 있다면, 그 형상이나 크기 등은 달라질 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립의 다른 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립(300a, 300b)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 도전체 부분(320)과 비도전체 부분으로 분리되어 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 인출 전극(170, 270)과 접촉하는 부분 및 제1 및 제2 인출 전선(400a, 400b)과 연결되는 부분이 도전체(320)로 형성될 수 있다면, 도전성 클립(300a, 300b) 전체가 도전체일 필요는 없다. 그 이유는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립(300a, 300b)이 집전 전극 역할을 수행하도록 도전체인 것이 바람직하지만, 클립 부분은 비도전체인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 도전성 클립(300a, 300b)은 제1 및 제2 인출 전극(170, 270)과 접촉하는 내측 부분과 제1 및 제2 인출 전선(400a, 400b)과 연결되는 부분은 도전체로 형성되고, 외측 부분은 절연 코팅한 비도전체로 형성될 수도 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈은, 염료감응 태양전지 외부의 작동전극 기판 및 상대전극 기판을 클립으로 고정하여 봉지를 강화하면서 집전 연결하도록 구성된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 도전성 클립을 사용하여 염료감응 태양전지 모듈을 2차로 봉지하면서 집전 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 염료감응 태양전지의 상하 기판을 도전성 클립으로 고정하여 봉지를 강화할 수 있고, 도전성 클립에 인출 전극을 연결함으로써 염료감응 태양전지의 모듈 제작시 발전 효율의 감소를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인출 전선이 도전성 클립에 형성된 상태로 클리핑을 수행함으로써, 별도의 인출 전선의 연결 작업을 수행할 필요가 없기 때문에 태양전지 모듈의 최종 작업인 전선 연결 작업이 간단해진다.

Claims (10)

  1. 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 작동전극과 연결된 제1 인출 전극이 일측 봉지재 외부로 노출된 작동전극 기판;
    상기 작동전극 기판과 합지되며, 촉매 상대전극이 제2 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극이 타측 봉지재 외부로 노출된 상대전극 기판;
    합지된 상기 상대전극 기판 및 작동전극 기판 내에 주입되는 전해질; 및
    도전성 물질로 형성된 클립(Clip)으로서, 상기 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판의 양측을 클리핑하여 2차로 봉지하고, 상기 제1 및 제2 인출 전극에 각각 연결되어 집전부 역할을 하는 도전성 클립(Conductive Clip)
    을 포함하는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 클립은,
    상기 작동전극 기판의 작동전극에 연결된 제1 인출 전극과 연결되는 제1 도전성 클립; 및
    상기 촉매 상대전극 기판의 촉매 상대전극에 연결된 제2 인출 전극과 연결되는 제2 도전성 클립
    을 포함하는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전성 클립들은 상기 제1 및 제2 인출 전극과 접촉하는 부분에 각각 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전성 클립들은 인출 전선이 미리 연결된 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 도전성 클립은 투명 물질로 이루어진 작동 전극 및 촉매 상대전극보다 낮은 저항을 갖고 높은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전성 클립은 은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 도전성 클립을 구비한 염료감응 태양전지 모듈.
  7. a) 염료를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진 작동전극이 제1 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 작동전극과 연결된 제1 인출 전극이 일측 봉지재 외부로 노출되도록 작동전극 기판을 제작하는 단계;
    b) 촉매 상대전극이 제2 투명 글래스 기판 상에 형성되고, 상기 촉매 상대전극과 연결된 제2 인출 전극이 타측 봉지재 외부로 노출되도록 상대전극 기판을 제작하는 단계;
    c) 상기 상대전극 기판 및 작동전극 기판을 합지하는 단계;
    d) 상기 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판 내에 전해질을 주입하는 단계; 및
    e) 상기 제1 및 제2 인출 전극에 각각 연결되어 집전부 역할을 하는 도전성 클립(Conductive Clip)을 상기 합지된 상대전극 기판 및 작동전극 기판의 양측을 2차로 봉지하도록 클리핑(Clipping)하는 단계
    를 포함하는 염료감응 태양전지 모듈의 봉지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 e) 단계의 도전성 클립은, 상기 작동전극 기판의 작동전극에 연결된 제1 인출 전극과 연결되는 제1 도전성 클립; 및 상기 촉매 상대전극 기판의 촉매 상대전극에 연결된 제2 인출 전극과 연결되는 제2 도전성 클립을 포함하는 염료감응 태양전지 모듈의 봉지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전성 클립들은 상기 제1 및 제2 인출 전극과 접촉하는 부분에 각각 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 모듈의 봉지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 도전성 클립들은 인출 전선이 미리 연결된 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 모듈의 봉지 방법.
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