WO2013015496A1 - 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2013015496A1
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solar cell
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charge transport
layer
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이광희
이종진
백형철
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광주과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to arrange the charge transport layer of the individual cells constituting the solar cell module alternately with the neighboring cells, and to use the electrode as a connection between the cells structure and performance
  • the improved solar cell module and a method of manufacturing the same are particularly, to arrange the charge transport layer of the individual cells constituting the solar cell module alternately with the neighboring cells, and to use the electrode as a connection between the cells structure and performance.
  • a solar cell used for photovoltaic power generation is manufactured in the form of a module in which a plurality of solar cells are arranged in a package according to required characteristics such as battery capacity.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional solar cell module.
  • a plurality of solar cell modules are connected in series or in parallel by a metal ribbon 23 between an upper substrate 10 and a lower substrate 30, and between the upper substrate 10 and the lower substrate 30.
  • the solar cells 20a, 20b, and 20c have a structure including a filler 27 filling a space between the upper substrate 10 and the lower substrate 30.
  • Such modules may be manufactured by individually manufacturing solar cells, and then connecting each of them in series or in parallel, and forming each cell by patterning the large-area cells, and connecting them in series or in parallel. Is formed through.
  • the series connection between the solar cells has been utilized as a connection method for minimizing the voltage drop generated in the thin-film conductor having a low conductivity.
  • the solar cell module requires a separate wiring area for series connection between individual cells, which causes a problem of lowering the photoelectric conversion efficiency of the entire module.
  • power loss is caused by the resistance loss (I 2 R) as the voltage decreases while the current of the entire module increases.
  • the plurality of solar cells constituting the solar cell module according to the material of the photoactive layer constituting each solar cell (inorganic solar cell, dye-sensitized solar cell and organic solar cell) It is divided into (organic solar cell).
  • the photoactive layer of the organic solar cell is composed of a bulk hetero junction structure of an electron donor (D) and an electron acceptor (A).
  • D electron donor
  • A electron acceptor
  • a charge transport layer that is, an electron transport layer (ETL) and a hole transport layer (HTL)
  • ETL electron transport layer
  • HTL hole transport layer
  • the electron transport layer captures the separated electrons to form a cathode. It serves to deliver (cathode), the hole transport layer captures the separated holes and performs the function of delivering to the anode (anode).
  • the charges collected at the anode and the cathode form a photocurrent.
  • the electrons and holes generated in the photoactive layer are determined in the transport direction according to the arrangement of the charge transport layer located above and below the photoactive layer, thereby changing the direction of the photocurrent or the pole of the open voltage. Has characteristics.
  • the first object of the present invention is to arrange the charge transport layer of each cell constituting the solar cell module to alternate with the neighboring cells, the photoactive layer is integrally formed to penetrate each cell, using the electrode as a connection between cells It is to provide a solar cell module with improved structure and performance.
  • a second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell module that can manufacture the individual cells constituting the solar cell module at a time.
  • the present invention for achieving the first object is a plurality of first solar cell including a first electrode, a photoactive layer and a second electrode and a plurality of second including a first electrode, a photoactive layer and a second electrode
  • a solar cell wherein the first solar cell and the second solar cell each include at least one charge transport layer selected from a hole transport layer and an electron transport layer, and are alternately formed to be adjacent to each other;
  • the charge transport layers between the first solar cell and the second solar cell are alternately disposed, and the first solar cell and the second solar cell are connected to neighboring cells through the first electrode or the second electrode.
  • the photoactive layers of the first solar cell and the second solar cell are integrally formed to penetrate each cell.
  • the present invention for achieving the above second object is to form a first electrode portion including a plurality of first electrodes spaced apart on the substrate, the first hole transport layer and the first hole on the first electrode portion Alternately arranging electron transport layers to form a first charge transport portion, integrally forming a photoactive layer on the first charge transport portion, and alternately disposing a second electron transport layer and a second hole transport layer on the photoactive layer Thereby forming a second charge transport part and forming a second electrode part including a plurality of second electrodes spaced apart from each other on the second charge transport part.
  • the individual cells constituting the module are connected in series, thereby lowering the current and increasing the voltage, and do not require additional space for connecting the individual cells in series. There is an effect that can simultaneously obtain a low power loss.
  • the manufacturing method of the solar cell module according to the present invention can be produced at a time by the coating or deposition method of the photoactive layer of the individual cells constituting the module integrally without a separate patterning process, the charge transport layer constituting the individual cells And controlling the direction and size of the total voltage or current of the module only by changing the arrangement of the electrodes, thereby reducing the cost and manufacturing the module having various performances.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional solar cell module.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is a cross-sectional view illustrating a first cell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a cross-sectional view illustrating a second cell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a first subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is a cross-sectional view illustrating a second subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a process chart showing a manufacturing method of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 6A is a J-V curve of a first subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 6B is a J-V curve of a second subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • a solar cell module includes a first electrode 20, a first charge transport layer 30, a photoactive layer 40, and a second charge transport layer on a substrate 10. 50) and the second electrode 60 includes individual cells stacked sequentially.
  • the first charge transport layer 30 or the second charge transport layer 50 may be omitted depending on the type of material constituting the first electrode 20 or the second electrode 60.
  • the individual cells have a form of a first cell or a second cell according to the arrangement of the charge transport layers 30 and 50, and are connected to the neighboring cells through the first electrode 20 or the second electrode 60.
  • the subcells constituting the solar cell module may have the above two types according to the type of electrode serving as a connection part.
  • Each of the first subcell and the second subcell includes a first cell and a second cell connected through the electrodes 20 and 60, respectively, and the neighboring first subcell and the second subcell are the first cell or the second cell. By sharing the cells, they are connected to each other to form a solar cell module. At this time, the width of the first cell or the second cell constituting each subcell may be adjusted as necessary to match the current.
  • the substrate 10 may be a transparent inorganic substrate selected from glass, quartz, Al 2 O 3 and SiC or polyethylene terephthlate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), and polyimide (PI). It may be a transparent organic substrate selected from polyethylene naphthalate (PEN) and polyarylate (PAR).
  • PET polyethylene terephthlate
  • PES polyethersulfone
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PI polyimide
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PAR polyarylate
  • the first electrode 20 formed on the substrate 10 may serve as a cathode or an anode according to the type of the charge transport layer 30 disposed on the first electrode 20. Can be.
  • the first electrode 20 serves as an anode for collecting holes generated in the photoactive layer 40.
  • the electron transport layer is disposed as the charge transport layer 30 on the first electrode 20
  • the first electrode 20 serves as a cathode for collecting electrons generated in the photoactive layer 40. Can be performed.
  • the first cell and the second cell may include a single first electrode 20.
  • the first electrode 20 is preferably a material having transparency to transmit light.
  • the first electrode 20 may be formed of a carbon allotrope such as carbon nanotube (CNT), graphene, transparent conductive oxide (TCO) such as ITO, doped ZnO, MgO, or the like.
  • CNT carbon nanotube
  • TCO transparent conductive oxide
  • conductive polymer materials such as polyacetylene, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, and the like may be used, and metal grid wiring printed by deposition or ink to improve the conductivity of these materials may be used. Can be added.
  • the first charge transport layer 30 formed on the first electrode 20 performs a function of capturing electrons or holes separated from the photoactive layer 40 and transporting them to the first electrode 20.
  • the first charge transport layer 30 may be a first hole transport layer 30a or a first electron transport layer 30b. That is, individual cells constituting the solar cell module may alternately include the first charge transport layer 30 between neighboring cells. For example, when the first cell includes the first hole transport layer 30a as the first charge transport layer 30, the neighboring second cell may include the first electron transport layer 30b as the first charge transport layer 30. Can be.
  • the first hole transport layer 30a may include PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate)), polythiophenylenevinylene, polyvinylcarbazole, and the like. , Poly-p-phenylenevinylene and derivatives thereof, but is not limited thereto, and may increase the work function of the first electrode 20 in contact with the first hole transport layer 30a. Various forms of organics can be used. In addition, molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, or the like, which is a metal oxide semiconductor doped with p-type, may be used.
  • the first electron transport layer 30b is a fullerene (C60, C70, C80) or a fullerene derivative PCBM ([6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) (PCBM (C60), PCBM (C70), PCBM ( C80)), but is not limited thereto, and various types of organic materials that may reduce the work function of the first electrode 20 in contact with the first hole transport layer 30a may be used.
  • titanium oxide (TiO x ) or zinc oxide (ZnO), which is a metal oxide semiconductor doped with n-type may be used.
  • the photoactive layer 40 formed on the first charge transport layer 30 absorbs light irradiated to the solar cell to form an electron-hole pair, that is, an exciton, in an excited state.
  • the photoactive layer 40 is integrally formed to penetrate the individual cells. That is, individual cells have a form including one photoactive layer connected integrally. Therefore, there is an advantage in that the photoactive layer penetrating material and the electrode connecting the individual cells are not required separately.
  • the photoactive layer 40 may have a bulk hetero junctuin structure or a bilayer structure of an electron donor material and an electron acceptor material.
  • the electron donor material may include an organic material that absorbs light.
  • the battery donor material is poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-poly-3-octylthiophene (poly-3-octylthiophene, P3OT) polyparaphenylene vinylene [poly-p-phenylenevinylene, PPV], poly (dioctylfluorene) [poly (9,9'-dioctylfluorene)], poly (2-methoxy, 5- (2-ethyl-hexyloxy) -1, 4-phenylenevinylene) [poly (2-methoxy, 5- (2-ethyle-hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] or poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'- Dimethyloctyloxy))-1,4-phenylenevinylene [poly (2-methyl, 5- (3 ', 7'-
  • the electron acceptor is a fullerene (C60, C70, C80) or a fullerene derivative PCBM ([6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) (PCBM (C60), PCBM (C70), PCBM (C80) ), May be an organic material including carbon nanotubes or graphene, and may be an inorganic material including metal oxides such as ZnO, TiO 2 , SnO 2, and the like.
  • the present invention is not limited thereto, and various materials capable of receiving electrons from the photoactivated electron donor material may be used.
  • the second charge transport layer 50 formed on the photoactive layer 40 functions to capture electrons or holes separated from the photoactive layer 40 and transport them to the second electrode 60.
  • the second charge transport layer 50 may be a second hole transport layer 50a or a second electron transport layer 50b. That is, the individual cells constituting the solar cell module may alternately include the second charge transport layer 50 between neighboring cells. For example, when the first cell includes the second hole transport layer 50a as the second charge transport layer 50, the neighboring second cell may include the second electron transport layer 50b as the second charge transport layer 50. Can be.
  • the individual cells also have arrangements that are opposite to each other in relation to the first charge transport layer 30 described above. That is, the first hole transport layer 30a and the second electron transport layer 50b face each other with the photoactive layer 40 therebetween, and the first electron transport layer 30b and the second hole transport layer 50a face each other.
  • the second hole transport layer 50a may use the same material as the first hole transport layer 30a
  • the second electron transport layer 50b may use the same material as the first electron transport layer 30b.
  • the second electrode 60 formed on the second charge transport layer 50 may serve as a cathode or an anode according to the type of the second charge transport layer 50.
  • the first electrode 60 serves as an anode for collecting holes generated in the photoactive layer 40 and the second charge transport layer.
  • the second electrode 60 may serve as a cathode for collecting electrons generated in the photoactive layer 40.
  • the first cell and the second cell may include a single second electrode 20.
  • the second electrode 60 may be any one metal electrode selected from Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn, Ti, and an alloy thereof.
  • conductive polymer materials such as polyacetylene, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, or the like may be used.
  • the first electrode 20 and the second electrode 60 may be used in reverse.
  • a metal electrode may be disposed as the first electrode 20, and in this case, when a conductive film having transparency is disposed as the second electrode 60, the metal electrode may operate as a solar cell that receives light from the top.
  • a conductive polymer may be used in both the first electrode and the second electrode, and the electrons may be formed along the first electrode or the second electrode in which holes transported through the hole transport layer connect neighbor cells. After easily moving to the interface of the transport layer, it is due to satisfying the series connection conditions of the solar cell to combine with the electrons.
  • 3A is a cross-sectional view illustrating a first cell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a cross-sectional view illustrating a second cell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • a first cell constituting a solar cell module includes a substrate 10, a first electrode, a first hole transport layer 30a, a photoactive layer 40, The second electron transport layer 50b and the second electrode 60 are included. Therefore, in the case of the first cell, since the first hole transport layer 30a is provided on the first electrode, the first electrode 20 serves as an anode for collecting holes generated in the photoactive layer 40. In addition, since the second electron transport layer 50b is provided below the second electrode 60, the second electrode 60 may serve as a cathode for collecting electrons generated in the photoactive layer 40. Can be.
  • the second cell includes a substrate 10, a first electrode, a first electron transport layer 30b, a photoactive layer 40, a second hole transport layer 50a, and a second electrode 60. Therefore, in the case of the second cell, since the first electron transport layer 30b is provided on the first electrode, the first electrode 20 serves as a cathode for collecting electrons generated in the photoactive layer 40. In addition, since the second hole transport layer 50a is provided below the second electrode 60, the second electrode 60 may serve as an anode for collecting holes generated in the photoactive layer 40. Can be.
  • the solar cell module according to the present invention has a configuration in which the first cell and the second cell are neighbored and repeated.
  • the polarity of the open current and the direction of the photocurrent of the module may be changed according to the arrangement positions of the first and second cells.
  • the width of the first cell or the second cell may be adjusted as necessary to match the current.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a first subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is a cross-sectional view illustrating a second subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the individual cells constituting the solar cell module have a form of a first cell or a second cell according to the arrangement of the charge transport layers 30 and 50, and the first electrode 20 or the second cell.
  • the electrode 60 is connected to the neighboring cell. Defining one set of cells connected through the first electrode 20 as a first subcell, and defining one set of cells connected through the second electrode 60 as a second subcell. Shall be. That is, the subcells constituting the solar cell module are of two types, namely, a first subcell including a single first electrode 20 and a second subcell including a single second electrode 60. )
  • the first subcell may include a first charge transport layer 30 and a photoactive layer in which a first electrode 20, a first hole transport layer 30a, and a first electron transport layer 30b are disposed adjacent to each other on a substrate 10.
  • the second electron transport layer 50b and the second hole transport layer 50a include a second charge transport layer 50 and a second electrode 60 disposed adjacent to each other. That is, the first subcell has a structure in which a first cell and a second cell are combined in order, the first cell and the second cell share a first electrode, and the second electrode shares with another neighboring cell. It may have a form.
  • the second subcell may include a first charge transport layer 30 and a photoactive layer in which the first electrode 20, the first electron transport layer 30b, and the first hole transport layer 30a are disposed adjacent to each other on the substrate 10.
  • the second hole transport layer 50a and the second electron transport layer 50b include a second charge transport layer 50 and a second electrode 60 disposed adjacent to each other. That is, the second subcell has a structure in which a second cell-first cell is combined in order, the first cell and the second cell share a second electrode, and the first electrode shares with another neighboring cell. It may have a form.
  • the first subcell and the second subcell each include a first cell and a second cell connected through the first electrode 20 or the second electrode 60, and the electrodes 20 and 60 are each It serves as a connector for connecting individual cells.
  • This satisfies the series connection condition in which holes transported through the hole transporting layer easily move along the electrodes 20 and 60 to the interface of the electron transporting layer and then couple with the electrons, and thus, both at the anode and the cathode. It offers the advantage of using conductive polymers.
  • the first subcell and the second subcell are repeatedly arranged, and the neighboring first subcell and the second subcell are connected to each other by sharing the first cell or the second cell to form a solar cell module. Accordingly, the polarity of the open current and the direction of the photocurrent of the module may be changed according to the arrangement positions of the first subcell and the second subcell. In addition, the width of the first cell or the second cell constituting each subcell may be adjusted as necessary to match the current.
  • FIG. 5 is a process chart showing a manufacturing method of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode part 200 is formed on the substrate 100.
  • the substrate may be a transparent inorganic substrate or a transparent organic substrate.
  • the first electrode unit 200 is composed of a plurality of first electrodes 200a, 200b, 200c, and 200d constituting each cell, and the plurality of first electrodes 200a, 200b, 200c, and 200d are one. After the electrode is prepared, it can be formed by scribing. Although four electrodes are illustrated in the present invention, the present invention is not limited thereto, and the number and length thereof may be changed to suit each need. As a result, a first electrode part 200 including a plurality of first electrodes 200a, 200b, 200c, and 200d arranged side by side to be spaced apart by a predetermined distance is formed.
  • the first electrode part 200 formed on the substrate 100 is preferably a material having transparency in order to transmit light. Therefore, the first electrode part 200 may be formed of a carbon allotrope and a transparent conductive oxide (TCO). In addition, the first electrode unit 200 may use a conductive polymer material.
  • TCO transparent conductive oxide
  • the first charge transport unit 300 includes a first hole transport layer 300a and a first electron transport layer 300b, and alternately forms the two types of charge transport layers. Therefore, the first hole transport layer 300a and the first electron transport layer 300b are disposed to be adjacent to each other. That is, the first charge transport unit 300 has the order of the first hole transport layer 300a-the first electron transport layer 300b-the first hole transport layer 300a-the first electron transport layer 300b -... Or the first electron transport layer 300b-the first hole transport layer 300a-the first electron transport layer 300b-the first hole transport layer 300a-.
  • one set of the first hole transport layer 300a / the first electron transport layer 300b is formed to be in contact with one first electrode, which constitutes a first subcell.
  • one set of the first hole transporting layer 300a and the first electron transporting layer 300b formed on one electrode is positioned at the same potential, so that the side contact between these two charge transporting layers is possible, thereby reducing the area where power is lost. There is an advantage that can be minimized.
  • the first charge transport unit 300 may be performed by appropriately selecting a solution process, such as slot die printing, screen printing, inkjet printing, gravure printing, or offset printing, as necessary. The same process can be carried out.
  • a solution process such as slot die printing, screen printing, inkjet printing, gravure printing, or offset printing, as necessary. The same process can be carried out.
  • the photoactive layer 400 is formed on the first charge transport unit 300.
  • the photoactive layer 400 is integrally formed to penetrate the individual cells.
  • the photoactive layer 400 included in the individual cell may be formed at one time. Therefore, there is no advantage in that a separate patterning process is not required and the process can be simplified.
  • the photoactive layer 400 may have a bulk hetero junctuin structure or a bilayer structure of an electron donor material and an electron acceptor material.
  • slot die printing, screen printing, inkjet printing, gravure printing, offset printing, doctor blade coating, knife edge coating, dip coating, spray coating, or the like may be appropriately selected as necessary.
  • Process such as deposition can be carried out.
  • the second charge transport unit 500 is formed on the photoactive layer 400.
  • the second charge transport unit 500 includes a second electron transport layer 500b and a second hole transport layer 500a, and alternately forms the two types of charge transport layers. Therefore, the second electron transport layer 500b and the second hole transport layer 500a are disposed to be adjacent to each other.
  • the arrangement structure is formed to be opposite to the arrangement structure of the first charge transfer unit 300 described above. That is, the first electron transport layer 300b and the second hole transport layer 500a face each other such that the first hole transport layer 300a and the second electron transport layer 500b face each other with the photoactive layer 400 therebetween.
  • the second charge transport unit 500 may be performed by appropriately selecting a solution process such as slot die printing, screen printing, inkjet printing, gravure printing, or offset printing, as necessary. The same process can be carried out.
  • the second electrode part 600 is formed on the second charge transport part 500.
  • the second electrode part 500 is composed of a plurality of second electrodes 600a, 600b, 600c, and 600d, and the plurality of second electrodes 600a, 600b, 600c and 600d manufacture one electrode. It can then be formed by scribing. As a result, a second electrode part 600 including a plurality of second electrodes 600a, 600b, 600c, and 600d arranged side by side to be spaced apart by a predetermined distance is formed.
  • one second electrode is formed to be in contact with one set of the second hole transport layer 500a / the second electron transport layer 500b, which constitutes a second subcell.
  • one set of the second hole transporting layer 500a / the second electron transporting layer 500b formed on one electrode is located at the same potential, so that the side contact between these two charge transporting layers is possible, thereby reducing the area where power is lost. There is an advantage that can be minimized.
  • the second electrode part 600 is formed to face each other at a predetermined interval with respect to the first electrode part 200, and the gap constitutes the first charge transport part 300 or the second charge transport part 500. It corresponds to the width of the layer. That is, the first electrode 200a and the second electrode 600a share one cell constituting the subcell. As a result, the first electrode part 200 and the second electrode part 600 play a role of serially connecting each cell constituting the module, so that a separate wiring area for connecting each cell is not required. .
  • the second electrode part 600 may include a metal, an alloy, or a conductive polymer material, and may be formed through thermal evaporation.
  • the metal when the second electrode part 600 is formed of a metal electrode, the metal may be manufactured in an ink form and may be formed through a solution process such as screen printing, inkjet printing, gravure printing, and offset printing.
  • the solution process can be produced in a large area, there is an advantage that can lower the manufacturing process cost.
  • the method for manufacturing a solar cell module according to the present invention may manufacture individual cells constituting the module at once.
  • 6A is a J-V curve of a first subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • 6B is a J-V curve of a second subcell constituting a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • a solar cell module sample was prepared.
  • the sample was thermally deposited on a glass substrate to form an ITO transparent electrode, and a PEDOT: PSS thin film layer as a hole transport layer on the ITO transparent electrode as an electron transport layer.
  • the TiO x thin film layers were alternately formed to form a first charge transport portion.
  • the first charge transport portion was formed through tape casting using a doctor blade.
  • P3HT: PCBM was formed by spin coating a photoactive layer on the first charge transport unit, and a PEDOT: PSS thin film layer was disposed on the photoactive layer as a hole transport layer.
  • the PEDOT: PSS thin film layer was formed by tape casting using a doctor blade.
  • an Al electrode was formed through thermal deposition.
  • the work function is low and can be used as a cathode by itself.
  • the TiO x thin film layer which is an electron transport layer, is not separately disposed.
  • the module manufactured through the above process includes a first cell composed of a glass substrate-ITO transparent electrode-PEDOT: PSS layer-P3HT: PCBM layer-Al electrode, and a glass substrate-ITO transparent electrode-TiO x layer-P3HT: PCBM Layer-PEDOT: A first cell comprising a first cell / second cell or a second cell / first cell according to an arrangement order of the first cell and the second cell, the second cell comprising a PSS layer-Al electrode. It may include a subcell and a second subcell.
  • the open circuit voltage (Voc) in the Al electrode-ITO electrode section, the ITO electrode-Al electrode section, the ITO electrode-Al electrode section, and the Al electrode-ITO electrode section has a value of about 0.6 V
  • the Al electrode- It can be seen that the open circuit voltage in the Al electrode section and the ITO electrode-ITO electrode section has a value of about 1.2V and about 2 times.
  • the individual cells constituting the module are connected in series through electrodes, thereby lowering current and increasing voltage, and do not require additional space for connecting the individual cells in series. Therefore, high photoelectric conversion efficiency and low power loss can be simultaneously obtained.

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Abstract

태양전지 모듈 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 태양전지 모듈은 태양전지를 구성하는 개별 셀의 전하 수송층의 배치구조를 다르게 하되, 그 이웃 셀과 교번하도록 배치하고, 전극을 셀 간 연결부로 사용하여 개별 셀들을 직렬 연결함으로써 전류는 낮추고, 전압은 높일 수 있을 뿐 아니라, 상기 개별 셀들을 직렬로 연결하기 위한 추가적인 공간이 불필요하여 높은 광전 변환효율과 낮은 전력 손실을 동시에 획득할 수 있다.

Description

태양전지 모듈 및 이의 제조방법
본 발명은 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 모듈을 구성하는 개별 셀의 전하 수송층을 그 이웃 셀과 교번하도록 배치하고, 전극을 셀 간 연결부로 사용하여 구조 및 성능이 개선된 태양전지 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 전지용량 등의 요구 특성에 따라 다수의 태양전지 셀(Solar cell)이 패키지 내에 배열된 모듈 형태로 제작된다.
도 1 은 종래의 태양전지 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지 모듈은 상부 기판(10) 및 하부 기판(30), 상기 상부 기판(10)과 하부 기판(30) 사이에서 금속 리본(23)에 의해 직렬 또는 병렬 연결되는 다수의 태양전지 셀들(20a, 20b, 20c), 상부 기판(10)과 하부 기판(30) 사이의 공간을 채우는 충진물(27)을 포함하는 구조를 가진다.
상기와 같은 모듈은 개별적으로 태양전지 셀을 제조한 후, 이들 각각을 직렬 또는 병렬 연결하는 방식과, 대면적으로 제조된 셀을 패터닝하여 각 셀을 구성하고, 이를 직렬 또는 병렬 연결하는 방식 등을 통해 형성된다.
이 때, 태양전지 셀 간의 직렬 연결은 낮은 전도도를 가지는 박막형태의 도선에서 발생하는 전압강하를 최소화하기 위한 연결방식으로서 활용되고 있다.
그러나, 현재까지의 태양전지 모듈은 개별 셀들 간의 직렬 연결을 위해 배선용 면적이 별도로 필요하며, 이로 인해 전체 모듈의 광전 변환 효율을 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 상기와 같이 필요한 배선용 면적을 최소화하기 위해 개별 셀들의 면적을 증가시키고, 연결 수를 감소시키는 경우, 전체 모듈의 전류가 증가하면서 전압이 감소함에 따른 저항손실(I2R)에 의해 전력 손실이 증가하는 문제점이 있었다.
한편, 태양전지 모듈을 구성하는 다수의 태양전지 셀은 각 태양전지를 구성하는 광활성층의 물질에 따라 무기 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기 태양전지(organic solar cell)로 크게 구분된다.
이중에서도, 유기 태양전지의 광활성층은 전자 주개(electron donor: D) 및 전자 받개(electron acceptor: A)의 벌크 헤테로 접합 (bulk hetero junction) 구조로 이루어져 있다. 유기 태양전지에 광을 조사하면 광은 흡수되어 광활성층에서 여기 상태의 전자-정공 쌍, 즉 엑시톤(exciton)이 형성되며, 상기 엑시톤은 임의 방향으로 확산하다가 D-A 계면(interface)을 만나면 전자와 정공으로 분리된다. 또한, 상기 광활성층의 상, 하부에는 전하 수송층, 즉, 전자 수송층(Electron Transport Layer, ETL) 및 정공 수송층(Hole transport layer, HTL)이 위치하는 바, 상기 전자 수송층은 분리된 전자를 포착하여 음극(cathode)으로 전달하는 기능을 수행하며, 정공 수송층은 분리된 정공을 포착하여 양극(anode)으로 전달하는 기능을 수행한다. 상기와 같이 양극 및 음극에 모인 전하들이 광전류를 형성하게 된다.
따라서, 상기 광활성층에서 생성되는 전자와 정공은 상기 광활성층의 상, 하부에 위치하는 전하 수송층의 배치구조에 따라 수송 방향이 결정되어, 이를 통해 광전류의 방향 또는 개방전압의 극을 변화시킬 수 있는 특성을 가진다.
이에 본 발명의 제1 목적은 태양전지 모듈을 구성하는 각 셀의 전하 수송층을 그 이웃 셀과 교번하도록 배치하고, 광활성층은 각 셀을 관통하도록 일체로 형성하며, 전극을 셀 간 연결부로 사용하여 구조 및 성능이 개선된 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 태양전지 모듈을 구성하는 개별 셀들을 한꺼번에 제조할 수 있는 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함하는 다수개의 제1 태양전지 셀 및 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함하는 다수개의 제2 태양전지 셀을 포함하고, 상기 제1 태양전지 셀 및 제2 태양전지 셀은 각각 정공 수송층 및 전자 수송층 중에서 선택되는 적어도 하나의 전하 수송층을 포함하며, 서로 이웃하도록 교대로 형성되되, 상기 인접하는 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀 간의 상기 전하 수송층은 서로 교번하도록 배치되며, 상기 제1 태양전지 셀 및 제2 태양전지 셀은 상기 제1 전극 또는 제2 전극을 통하여 이웃하는 셀과 연결되고, 상기 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀의 광활성층은 각 셀을 관통하도록 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 이격 배치된 다수개의 제1 전극을 포함하는 제1 전극부를 형성하는 단계, 상기 제1 전극부 상에 제1 정공 수송층과 제1 전자 수송층을 교번하여 배치함으로써 제1 전하 수송부를 형성하는 단계, 상기 제1 전하 수송부 상에 광활성층을 일체로 형성하는 단계, 상기 광활성층 상에 제2 전자 수송층과 제2 정공 수송층을 교번하여 배치함으로써 제2 전하 수송부를 형성하는 단계 및 상기 제2 전하 수송부 상에 이격 배치된 다수개의 제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 태양전지 모듈은 상기 모듈을 구성하는 개별 셀들이 직렬 연결되어 전류는 낮추고, 전압은 높일 수 있을 뿐 아니라, 상기 개별 셀들을 직렬로 연결하기 위한 추가적인 공간이 불필요하여 높은 광전 변환효율과 낮은 전력 손실을 동시에 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 태양전지 모듈의 제조방법은 모듈을 구성하는 개별 셀의 광활성층을 별도의 패터닝 공정 없이 일체로 코팅 또는 증착의 방법을 통해 한번에 제조할 수 있으며, 개별 셀을 구성하는 전하 수송층 및 전극의 배치구조 변화만을 통해 모듈의 총 전압 또는 전류의 방향 및 크기를 제어하여 비용 절감 및 다양한 성능을 가지는 모듈의 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양전지 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제1 셀을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제2 셀을 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제1 서브셀을 나타내는 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제2 서브셀을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제1 서브셀의 J-V 커브이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제2 서브셀의 J-V 커브이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층들 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 구성요소에 대해 유사한 참조부호를 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈은 기판(10) 상에 제1 전극(20), 제1 전하 수송층(30), 광활성층(40), 제2 전하 수송층(50) 및 제2 전극(60)이 순차적으로 적층된 개별 셀을 포함한다. 이 때, 상기 제1 전하 수송층(30) 또는 제2 전하 수송층(50)은 제1 전극(20) 또는 제2 전극(60)을 구성하는 물질의 종류에 따라 생략될 수도 있다.
상기 개별 셀은 전하 수송층(30, 50)의 배치에 따라 제1 셀 또는 제2 셀의 형태를 가지며, 제1 전극(20) 또는 제2 전극(60)을 통해 그 이웃 셀과 연결되어 있다.
상기 제1 전극(20)을 통해 연결된 셀의 한 셋트(set)를 제1 서브셀이라 정의하며, 제2 전극(60)을 통해 연결된 셀의 한 셋트(set)를 제2 서브셀이라 정의하기로 한다. 즉, 상기 태양전지 모듈을 구성하는 서브셀은 연결부 역할을 하는 전극의 종류에 따라 상기의 두 가지 타입(type)을 가질 수 있다.
제1 서브셀과 제2 서브셀은 각각 전극(20, 60)을 통해 연결된 제1 셀과 제2 셀을 포함하고 있으며, 이웃하는 제1 서브셀과 제2 서브셀은 제1 셀 또는 제2 셀을 공유함으로써 서로 연결되어 태양전지 모듈을 구성한다. 이 때, 필요에 따라 전류를 매칭(matching)하기 위하여 각 서브셀을 구성하는 제1 셀 또는 제2 셀의 폭을 조절할 수 있다.
상기 기판(10)은 유리, 석영(quartz), Al2O3 및 SiC 중에서 선택된 투명 무기물 기판 또는 PET(polyethylene terephthlate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate) 및 PAR(polyarylate) 중에서 선택된 투명 유기물 기판일 수 있다.
상기 기판(10) 상에 형성되는 제1 전극(20)은 상기 제1 전극(20) 상에 배치되는 전하 수송층(30)의 종류에 따라 음극(cathode) 또는 양극(anode)의 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 전극(20) 상에 전하 수송층(30)으로서 정공 수송층이 배치되는 경우, 상기 제1 전극(20)은 광활성층(40)에서 발생한 정공을 수집하는 양극(anode)의 역할을 수행하며, 상기 제1 전극(20) 상에 전하 수송층(30)으로서 전자 수송층이 배치되는 경우, 상기 제1 전극(20)은 광활성층(40)에서 발생한 전자를 수집하는 음극(cathode)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 제1 전극(20)은 이웃 셀을 연결하는 역할을 수행하므로, 제1 셀과 제2 셀은 단일의 제1 전극(20)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(20)은 광을 투과시키기 위해 투명성을 가지는 물질인 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 제1 전극(20)은 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 등의 탄소동소체, ITO, 도핑된 ZnO, MgO 등과 같은 투명성 전도성 산화물(TCO)로 구성될 수 있다. 또한, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 등과 같은 전도성 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 이들 물질의 전도도 개선을 위하여 증착 또는 잉크로 인쇄된 금속 그리드 배선이 추가될 수 있다.
상기 제1 전극(20) 상에 형성되는 제1 전하 수송층(30)은 광활성층(40)에서 분리된 전자 또는 정공을 포착하여 제1 전극(20)으로 수송하는 기능을 수행한다.
상기 제1 전하 수송층(30)은 제1 정공 수송층(30a) 또는 제1 전자 수송층(30b)일 수 있다. 즉, 태양전지 모듈을 구성하는 개별 셀은 이웃하는 셀 간 상기 제1 전하 수송층(30)을 교번하여 구비할 수 있다. 예컨대, 제1 셀이 제1 전하 수송층(30)으로 제1 정공 수송층(30a)을 구비하는 경우, 이웃하는 제2 셀은 제1 전하 수송층(30)으로 제1 전자 수송층(30b)을 구비할 수 있다.
상기 제1 정공 수송층(30a)은 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)), 폴리티오페닐렌비닐렌(polyhiophenylenevinylene), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리파라페닐렌비닐렌(poly-p-phenylenevinylene) 및 이들의 유도체일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 정공 수송층(30a)과 접하는 제1 전극(20)의 일함수를 증가시킬 수 있는 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, p-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 몰리브덴 옥사이드, 바나듐 옥사이드 또는 텅스텐 옥사이드 등이 사용될 수 있다.
상기 제1 전자 수송층(30b)은 풀러렌(C60, C70, C80) 또는 풀러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)(PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C80))일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 정공 수송층(30a)과 접하는 제1 전극(20)의 일함수를 감소시킬 수 있는 다양한 형태의 유기물이 사용될 수 있다. 또한, n-타입으로 도핑된 금속산화물 반도체인 타이타늄 옥사이드(TiOx) 또는 아연 옥사이드(ZnO) 등이 사용될 수 있다.
상기 제1 전하 수송층(30) 상에 형성되는 광활성층(40)은 태양전지에 조사된 광을 흡수하여 여기 상태의 전자-정공 쌍 즉, 엑시톤(exiton)을 형성하는 역할을 수행한다.
상기 광활성층(40)은 개별 셀들을 관통하도록 일체로 형성된다. 즉, 개별 셀들은 일체로 연결된 하나의 광활성층을 포함하는 형태를 가진다. 따라서 개별 셀 간을 연결하는 광활성층 관통 물질 및 전극이 별도로 요구되지 않는 이점이 있다.
상기 광활성층(40)은 전자주개 물질과 전자받개 물질의 벌크 헤테로 접합(bulk hetero junctuin) 구조 또는 이중층(bilayer)구조일 수 있다.
상기 전자주개 물질은 광을 흡수하는 유기물을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전지주개 물질은 폴리-3-헥실티오펜[poly-3-hexylthiophene, P3HT], 폴리-3-폴리-3-옥틸티오펜[poly-3-octylthiophene, P3OT]폴리파라페닐렌비닐렌[poly-p-phenylenevinylene, PPV], 폴리(디옥틸플루오렌)[poly(9,9'-dioctylfluorene)], 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)[poly(2-methoxy,5-(2-ethyle-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene, MEH-PPV] 또는 폴리(2-메틸,5-(3',7'-디메틸옥틸옥시))-1,4-페닐렌비닐렌[poly(2-methyl,5-(3',7'-dimethyloctyloxy))-1,4-phenylene vinylene, MDMO-PPV] 등과 이들의 변형물을 포함하는 공액고분자 또는 CuPc, ZnPc 등을 포함하는 유기 단분자를 사용할 수 있다.
또한, 상기 전자받개 물질은 풀러렌(C60, C70, C80) 또는 풀러렌 유도체인 PCBM([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester)(PCBM(C60), PCBM(C70), PCBM(C80)), 탄소나노튜브 또는 그래핀을 포함하는 유기물일 수 있으며, ZnO, TiO2, SnO2 등의 금속산화물을 포함하는 무기물일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광활성화된 전자주개 물질로부터 전자를 전달받을 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다.
상기 광활성층(40) 상에 형성되는 제2 전하 수송층(50)은 상기 광활성층(40)에서 분리된 전자 또는 정공을 포착하여 제2 전극(60)으로 수송하는 기능을 수행한다.
상기 제2 전하 수송층(50)은 제2 정공 수송층(50a) 또는 제2 전자 수송층(50b)일 수 있다. 즉, 태양전지 모듈을 구성하는 개별 셀은 이웃하는 셀 간 상기 제2 전하 수송층(50)을 교번하여 구비할 수 있다. 예컨대, 제1 셀이 제2 전하 수송층(50)으로 제2 정공 수송층(50a)을 구비하는 경우, 이웃하는 제2 셀은 제2 전하 수송층(50)으로 제2 전자 수송층(50b)을 구비할 수 있다.
또한 개별 셀은 상술한 제1 전하 수송층(30)과의 관계에서 상호 반대되는 배치구조를 가진다. 즉, 광활성층(40)을 사이에 두고 제1 정공 수송층(30a)과 제2 전자 수송층(50b)이 상호 대향되며, 제1 전자 수송층(30b)과 제2 정공 수송층(50a)이 상호 대향된다. 이 때, 상기 제2 정공 수송층(50a)은 제 1 정공수송층(30a)과 동일한 물질을 사용할 수 있으며, 상기 제2 전자 수송층(50b)은 제 1 전자수송층(30b)과 동일한 물질을 사용할 수 있다.
상기 제2 전하 수송층(50) 상에 형성되는 제2 전극(60)은 상기 제2 전하 수송층(50)의 종류에 따라 음극(cathode) 또는 양극(anode)의 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 전하 수송층(50)이 정공 수송층인 경우, 상기 제1 전극(60)은 광활성층(40)에서 발생한 정공을 수집하는 양극(anode)의 역할을 수행하며, 상기 제2 전하 수송층(50)이 전자 수송층인 경우, 상기 제2 전극(60)은 광활성층(40)에서 발생한 전자를 수집하는 음극(cathode)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 제2 전극(60)은 이웃 셀을 연결하는 역할을 수행하므로, 제1 셀과 제2 셀은 단일의 제2 전극(20)을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(60)은 Al, Au, Cu, Pt, Ag, W, Ni, Zn 또는 Ti 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 전극일 수 있다. 또한, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 등과 같은 전도성 고분자 물질을 사용할 수 있다.
상기 제1 전극(20) 과 제2 전극(60)은 반대로도 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 전극(20)으로 금속 전극이 배치될 수 있으며, 이 때 제2 전극(60)으로 투명성을 가지는 전도막이 배치되는 경우 상부에서 수광하는 태양전지로 동작할 수 있다.
본 발명에 의한 태양전지 모듈은 제1 전극 및 제2 전극 모두에서 전도성 고분자를 사용할 수 있는 바, 이는 정공 수송층을 통해 수송된 정공이 이웃셀을 연결하는 상기 제1 전극 또는 제2 전극을 따라 전자 수송층의 경계면까지 용이하게 이동한 후, 전자와 결합하는 태양전지의 직렬연결 조건을 만족함에 기인한다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제1 셀을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제2 셀을 나타내는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 모듈을 구성하는 제1 셀은 기판(10), 제1 전극, 제1 정공 수송층(30a), 광활성층(40), 제2 전자 수송층(50b) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 따라서, 제1 셀의 경우 제1 전극 상에 제1 정공 수송층(30a)을 구비하므로, 상기 제1 전극(20)은 광활성층(40)에서 발생한 정공을 수집하는 양극(anode)의 역할을 수행하며, 상기 제2 전극(60) 하부에 제2 전자 수송층(50b)을 구비하므로, 상기 제2 전극(60)은 광활성층(40)에서 발생한 전자를 수집하는 음극(cathode)의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 제2 셀은 기판(10), 제1 전극, 제1 전자 수송층(30b), 광활성층(40), 제2 정공 수송층(50a) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 따라서, 제2 셀의 경우 제1 전극 상에 제1 전자 수송층(30b)을 구비하므로, 상기 제1 전극(20)은 광활성층(40)에서 발생한 전자를 수집하는 음극(cathode)의 역할을 수행하며, 상기 제2 전극(60) 하부에 제2 정공 수송층(50a)을 구비하므로, 상기 제2 전극(60)은 광활성층(40)에서 발생한 정공을 수집하는 양극(anode)의 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에 의한 태양전지 모듈은 상기 제1 셀과 제2 셀이 이웃하여 반복되는 형태로 구성된다. 상기 제1 셀과 제2 셀의 배치 위치에 따라 모듈의 광전류의 방향 및 개방전압의 극을 변화시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라 전류를 매칭(matching)하기 위하여 제1 셀 또는 제2 셀의 폭을 조절할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제1 서브셀을 나타내는 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제2 서브셀을 나타내는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 태양전지 모듈을 구성하는 개별 셀은 전하 수송층(30, 50)의 배치에 따라 제1 셀 또는 제2 셀의 형태를 가지며, 제1 전극(20) 또는 제2 전극(60)을 통해 그 이웃 셀과 연결된다. 상기 제1 전극(20)을 통해 연결된 셀의 한 셋트(set)를 제1 서브셀이라 정의하며, 제2 전극(60)을 통해 연결된 셀의 한 셋트(set)를 제2 서브셀이라 정의하기로 한다. 즉, 상기 태양전지 모듈을 구성하는 서브셀은 단일의 제1 전극(20)을 포함하는 제1 서브셀과, 단일의 제2 전극(60)을 포함하는 제2 서브셀의 두 가지 타입(type)을 가질 수 있다.
상기 제1 서브셀은 기판(10) 상에 제1 전극(20), 제1 정공 수송층(30a)과 제1 전자 수송층(30b)이 이웃하여 배치된 제1 전하 수송층(30), 광활성층(40), 제2 전자 수송층(50b)과 제2 정공 수송층(50a)이 이웃하여 배치된 제2 전하 수송층(50) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 즉, 제1 서브셀은 제1 셀-제2 셀이 순서로 결합된 구조를 가지고, 상기 제1 셀과 제2 셀은 제1 전극을 공유하며, 제2 전극은 이웃하는 다른 셀과 공유하는 형태를 가질 수 있다.
상기 제2 서브셀은 기판(10) 상에 제1 전극(20), 제1 전자 수송층(30b)과 제1 정공 수송층(30a)이 이웃하여 배치된 제1 전하 수송층(30), 광활성층(40), 제2 정공 수송층(50a)과 제2 전자 수송층(50b)이 이웃하여 배치된 제2 전하 수송층(50) 및 제2 전극(60)을 포함한다. 즉, 제2 서브셀은 제2 셀-제1 셀이 순서로 결합된 구조를 가지고, 상기 제1 셀과 제2 셀은 제2 전극을 공유하며, 제1 전극은 이웃하는 다른 셀과 공유하는 형태를 가질 수 있다.
상기와 같이, 제1 서브셀과 제2 서브셀은 각각 제1 전극(20) 또는 제2 전극(60)을 통해 연결된 제1 셀과 제2 셀을 포함하며, 상기 전극(20, 60)은 개별 셀을 연결하는 연결부의 역할을 수행한다. 이는 정공 수송층을 통해 수송된 정공이 상기 전극(20, 60)을 따라 전자 수송층의 경계면까지 용이하게 이동한 후 전자와 결합하는 직렬연결 조건을 만족시키므로, 양극(anode)과 음극(cathode) 모두에서 전도성 고분자를 사용할 수 있는 이점을 제공한다.
상기 제1 서브셀과 제2 서브셀은 반복적으로 배치되며, 이웃하는 제1 서브셀과 제2 서브셀은 제1 셀 또는 제2 셀을 공유함으로써 서로 연결되어 태양전지 모듈을 구성한다. 따라서 상기 제1 서브셀과 제2 서브셀의 배치 위치에 따라 모듈의 광전류의 방향 및 개방전압의 극을 변화시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라 전류를 매칭(matching)하기 위하여 각 서브셀을 구성하는 제1 셀 또는 제2 셀의 폭을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 5를 참조하면, 기판(100) 상에 제1 전극부(200)를 형성한다. 상기 기판은 투명 무기물 기판 또는 투명 유기물 기판일 수 있다. 상기 제1 전극부(200)는 각 셀을 구성하는 다수개의 제1 전극(200a, 200b, 200c, 200d)으로 구성되며, 상기 다수개의 제1 전극(200a, 200b, 200c, 200d)은 하나의 전극을 제조한 후, 스크라이빙(scribing)하여 형성할 수 있다. 본 발명에서는 4개의 전극을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 필요에 적합하도록 그 갯수와 길이를 변화시킬 수 있다. 이를 통해 일정 거리 이격되도록 나란히 배열되는 다수개의 제1 전극(200a, 200b, 200c, 200d)을 포함하는 제1 전극부(200)가 형성된다.
상기 기판(100)상에 형성되는 상기 제1 전극부(200)는 광을 투과시키기 위해 투명성을 가지는 물질인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제1 전극부(200)는 탄소동소체, 투명 전도성 산화물(TCO)로 구성될 수 있다. 또한, 제1 전극부(200)는 전도성 고분자 물질을 사용할 수 있다.
이어서, 상기 제1 전극부(200) 상에 제1 전하 수송부(300)를 형성한다. 상기 제1 전하 수송부(300)는 제1 정공 수송층(300a) 및 제1 전자 수송층(300b)을 포함하며, 상기 두 종류의 전하 수송층을 교번하여 형성한다. 따라서, 제1 정공 수송층(300a) 및 제1 전자 수송층(300b)은 서로 이웃하도록 배치된다. 즉, 상기 제1 전하 수송부(300)는 제1 정공 수송층(300a)- 제1 전자 수송층(300b)- 제1 정공 수송층(300a)- 제1 전자 수송층(300b)-...의 순서를 가지도록 반복 형성되거나 제1 전자 수송층(300b)- 제1 정공 수송층(300a)- 제1 전자 수송층(300b)- 제1 정공 수송층(300a)-...의 순서를 가지도록 반복 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제1 정공 수송층(300a)/제1 전자 수송층(300b)의 한 셋트는 하나의 제1 전극과 접하도록 형성되며, 이는 제1 서브셀을 구성한다. 상기와 같이 하나의 전극 상에 형성된 제1 정공 수송층(300a) 및 제1 전자 수송층(300b)의 한 셋트는 동일 전위에 위치하므로, 이들 두 전하 수송층의 측면 접촉이 가능하여 전력이 손실되는 면적을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
상기 제1 전하 수송부(300)는 슬롯다이 프린팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅 또는 오프셋 프린팅 등과 같은 용액 공정(solution process)을 필요에 따라 적절히 선택하여 수행할 수 있으며, 마스크를 활용한 증착과 같은 공정을 수행할 수 있다.
상기 제1 전하 수송부(300)상에 광활성층(400)을 형성한다. 이 때, 상기 광활성층(400)은 개별 셀들을 관통하도록 일체로 형성된다. 이를 통해 개별 셀에 포함된 광활성층(400)은 한번에 형성될 수 있다. 따라서, 별도의 패터닝 공정이 요구되지 않아 공정의 단순화를 꾀할 수 있는 이점이 있다.
상기 광활성층(400)은 전자주개 물질과 전자받개 물질의 벌크 헤테로 접합(bulk hetero junctuin) 구조 또는 이중층(bilayer)구조일 수 있다.
상기 광활성층(400) 형성시 슬롯다이 프린팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 오프셋 프린팅, 닥터블레이드 코팅, 나이프 에지 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅 등의 코팅 또는 프린팅 공정을 필요에 따라 적절히 선택하여 수행할 수 있으며, 증착과 같은 공정을 수행할 수 있다.
상기 광활성층(400) 상에 제2 전하 수송부(500)를 형성한다. 상기 제2 전하 수송부(500)는 제2 전자 수송층(500b) 및 제2 정공 수송층(500a)을 포함하며, 상기 두 종류의 전하 수송층을 교번하여 형성한다. 따라서, 제2 전자 수송층(500b) 및 제2 정공 수송층(500a)은 서로 이웃하도록 배치된다. 이 때, 상기 배치구조는 상술한 제1 전하 이동부(300)의 배치구조와 반대가 되도록 형성한다. 즉, 광활성층(400)을 사이에 두고 제1 정공 수송층(300a)과 제2 전자 수송층(500b)이 상호 대향하도록, 제1 전자 수송층(300b)과 제2 정공 수송층(500a)이 상호 대향하도록 형성한다.
상기 제2 전하 수송부(500)는 슬롯다이 프린팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅 또는 오프셋 프린팅 등과 같은 용액 공정(solution process)을 필요에 따라 적절히 선택하여 수행할 수 있으며, 마스크를 활용한 증착과 같은 공정을 수행할 수 있다.
상기 제2 전하 수송부(500) 상에 제2 전극부(600)를 형성한다. 상기 제2 전극부(500)는 다수개의 제2 전극(600a, 600b, 600c, 600d)으로 구성되며, 상기 다수개의 다수개의 제2 전극(600a, 600b, 600c, 600d)은 하나의 전극을 제조한 후, 스크라이빙(scribing)하여 형성할 수 있다. 이를 통해 일정 거리 이격되도록 나란히 배열되는 다수개의 제2 전극(600a, 600b, 600c, 600d)을 포함하는 제2 전극부(600)가 형성된다.
이 때, 하나의 제2 전극은 상기 제2 정공 수송층(500a)/제2 전자 수송층(500b)의 한 셋트와 접하도록 형성되며, 이는 제2 서브셀을 구성한다. 상기와 같이 하나의 전극 상에 형성된 제2 정공 수송층(500a)/제2 전자 수송층(500b)의 한 셋트는 동일 전위에 위치하므로, 이들 두 전하 수송층의 측면 접촉이 가능하여 전력이 손실되는 면적을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 제2 전극부(600)는 상기 제1 전극부(200)와 소정 간격을 두고 상호 대향되도록 형성되며, 상기 간격은 제1 전하 수송부(300) 또는 제2 전하 수송부(500)를 구성하는 층의 폭(width)에 해당한다. 즉, 서브셀을 구성하는 하나의 셀을 제1 전극(200a)과 제2 전극(600a)이 공유하는 형태가 된다. 이를 통해 제1 전극부(200) 및 제2 전극부(600)가 모듈을 구성하는 각 셀을 직렬연결하는 역할을 수행하게 되어 각 셀의 연결을 위한 별도의 배선 면적이 필요하지 않은 이점이 있다.
상기 제2 전극부(600)는 금속, 합금 또는 전도성 고분자 물질을 포함하며, 열증착(thermal evaporation)을 통해 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극부(600)를 금속 전극으로 형성하는 경우, 금속을 잉크 형태로 제조하여 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 오프셋 프린팅 등의 용액 공정을 통해 형성할 수 있다. 상기 용액 공정은 대면적의 제조가 가능하며, 제조 공정 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 본 발명에 의한 태양전지 모듈의 제조방법은 모듈을 구성하는 개별 셀들을 한꺼번에 제조할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제1 서브셀의 J-V 커브이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 구성하는 제2 서브셀의 J-V 커브이다.
J-V 커브를 측정하기 위해 태양전지 모듈 샘플을 제조하였는 바, 상기 샘플은 유리 기판 상에 열증착하여 ITO 투명전극을 형성하고, 상기 ITO 투명전극 상에 정공 수송층으로 PEDOT:PSS 박막층을, 전자 수송층으로 TiOx 박막층을 교번 배치하여 제1 전하 수송부를 형성하였다. 상기 제1 전하 수송부는 닥터 블레이드를 이용한 테이프 캐스팅을 통해 형성하였다. 상기 제1 전하 수송부 상에 광활성층으로 P3HT: PCBM을 스핀코팅하여 형성하고, 상기 광활성층 상에 정공 수송층으로 PEDOT: PSS 박막층을 배치하였다. 이 때, 상기 PEDOT:PSS 박막층은 닥터 블레이드를 이용한 테이프 캐스팅을 통해 형성하였다. 이후 열증착을 통해 Al 전극을 형성하였다. Al 전극의 경우 일함수가 낮아 그 자체로 음극(cathode)으로 사용될 수 있어, 제2 전하 수송부의 경우 별도로 전자 수송층인 TiOx 박막층을 배치하지 아니하였다.
따라서, 상기 과정을 통하여 제조된 모듈은 유리 기판-ITO 투명전극-PEDOT: PSS층-P3HT:PCBM층-Al 전극으로 구성된 제1 셀과, 유리 기판-ITO 투명전극-TiOx층-P3HT:PCBM층-PEDOT:PSS층-Al 전극으로 구성된 제2 셀을 포함하며, 상기 제1 셀과 제2 셀의 배치순서에 따라 제1 셀/제2 셀 또는 제2 셀/제1 셀로 구성되는 제1 서브셀과 제2 서브셀을 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 서브셀에서 Al 전극- ITO 전극 구간, ITO 전극- Al 전극 구간, Al 전극- Al 전극 구간에서의 전압 및 전류밀도를 측정하였으며, 제2 서브셀에서 ITO 전극- Al 전극 구간, Al 전극- ITO 전극 구간, ITO 전극- ITO 전극 구간에서의 전압 및 전류밀도를 측정하였다. 이 때, 비교를 위하여 각 서브셀이 동작하지 않는 상태를 dark로 도시하였다. 측정 결과, Al 전극- ITO 전극 구간, ITO 전극- Al 전극 구간, ITO 전극- Al 전극 구간, Al 전극- ITO 전극 구간에서의 개방회로전압(Voc)은 약 0.6V의 값을 가지며, Al 전극- Al 전극 구간, ITO 전극- ITO 전극 구간에서의 개방회로전압은 약 1.2V의 값을 가져 약 2배임을 확인할 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈에서, 모듈을 구성하는 각 셀은 이웃 셀과 전극을 통하여 직렬연결되었음을 알 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 상기 모듈을 구성하는 개별 셀들이 전극을 통해 직렬 연결되어 전류는 낮추고, 전압은 높일 수 있을 뿐 아니라, 상기 개별 셀들을 직렬로 연결하기 위한 추가적인 공간이 불필요하여 높은 광전 변환효율과 낮은 전력 손실을 동시에 획득할 수 있다.

Claims (18)

  1. 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함하는 다수개의 제1 태양전지 셀; 및
    제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함하는 다수개의 제2 태양전지 셀을 포함하고,
    상기 제1 태양전지 셀 및 제2 태양전지 셀은 각각 정공 수송층 및 전자 수송층 중에서 선택되는 적어도 하나의 전하 수송층을 포함하며, 서로 이웃하도록 교대로 형성되되, 상기 인접하는 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀 간의 상기 전하 수송층은 서로 교번하도록 배치되고,
    상기 제1 태양전지 셀 및 제2 태양전지 셀은 상기 제1 전극 또는 제2 전극을 통하여 이웃하는 셀과 연결되며, 상기 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀의 광활성층은 각 셀을 관통하도록 일체로 형성된 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지 셀 및 제2 태양전지 셀은 각각,
    기판;
    상기 기판 상에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 형성된 제1 전하 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 형성된 광활성층;
    상기 광활성층 상에 형성된 제2 전하 수송층;
    상기 제2 전하 수송층 상에 형성된 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이웃하는 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀의 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나는 일체로 형성되어 상기 셀 간을 연결하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이웃하는 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀의 제1 전하 수송층 중 어느 하나는 정공 수송층이고, 나머지 하나는 전자 수송층인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 이웃하는 제1 태양전지 셀과 제2 태양전지 셀의 제2 전하 수송층 중 어느 하나는 정공 수송층이고, 나머지 하나는 전자 수송층인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 전하 수송층의 종류에 따라 양극(anode) 또는 음극(cathode)으로 동작하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광활성층은 전자주개 물질과 전자받개 물질의 벌크 헤테로 접합(bulk hetero junctuin) 구조인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전자주개 물질은 공액 고분자 또는 유기 단분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전자받개 물질은 탄소동소체 또는 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제2 전하 수송층의 종류에 따라 양극(anode) 또는 음극(cathode)으로 동작하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  12. 기판 상에 이격 배치된 다수개의 제1 전극을 포함하는 제1 전극부를 형성하는 단계;
    상기 제1 전극부 상에 제1 정공 수송층과 제1 전자 수송층을 교번하여 배치함으로써 제1 전하 수송부를 형성하는 단계;
    상기 제1 전하 수송부 상에 광활성층을 일체로 형성하는 단계;
    상기 광활성층 상에 제2 전자 수송층과 제2 정공 수송층을 교번하여 배치함으로써 제2 전하 수송부를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 전하 수송부 상에 이격 배치된 다수개의 제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 형성하는 단계를 포함하는 태양전지 모듈 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광활성층은 슬롯다이 프린팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 오프셋 프린팅, 닥터블레이드 코팅, 나이프 에지 코팅, 딥 코팅 및 스프레이 코팅 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성되거나, 또는 증착을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 각각의 제1 전극 상에 제1 정공 수송층과 제1 전자 수송층이 서로 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 각각의 제2 전극 하부에 제2 정공 수송층과 제2 전자 수송층이 서로 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전하 수송부와 상기 제2 전하 수송부는 상기 광활성층을 사이에 두고 서로 다른 전하를 가지는 수송층이 대향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극부 또는 제2 전극부는 슬롯다이 프린팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 오프셋 프린팅, 열증착 및 스퍼터링 중에서 선택되는 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전하 수송부와 상기 제2 전하 수송부는 슬롯다이 프린팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅 및 오프셋 프린팅 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 형성되거나 마스크를 이용한 증착으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 제조 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101440607B1 (ko) * 2013-04-15 2014-09-19 광주과학기술원 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
TWI550928B (zh) * 2014-06-25 2016-09-21 Atomic Energy Council Series module of organic thin film solar cell and its making method
WO2017164690A1 (ko) * 2016-03-25 2017-09-28 코오롱인더스트리 주식회사 유기태양전지 및 이의 제조방법
KR102039215B1 (ko) 2016-03-28 2019-10-31 주식회사 엘지화학 유기 태양전지 모듈 및 이의 제조 방법
KR20180047986A (ko) * 2016-11-02 2018-05-10 주식회사 네오핀 유기 태양 전지 및 그 제조 방법
EP3364474A1 (en) * 2017-02-20 2018-08-22 Epishine AB Laminated solar cell module
JP2019165073A (ja) * 2018-03-19 2019-09-26 株式会社リコー 太陽電池モジュール
JP2022500855A (ja) 2018-09-14 2022-01-04 エピシャイン アクティエボラーグ 太陽電池積層物
CN109904331A (zh) * 2019-02-28 2019-06-18 深圳市先进清洁电力技术研究有限公司 一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112390947B (zh) * 2019-08-16 2023-04-28 位速科技股份有限公司 电极界面层材料、两性离子聚合物和有机光伏元件
KR102378184B1 (ko) 2019-11-13 2022-03-23 고려대학교 산학협력단 태양전지 및 이를 포함하는 태양전지 모듈

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080064438A (ko) * 2007-01-05 2008-07-09 삼성전자주식회사 고분자 태양전지 및 그의 제조방법
KR20100032928A (ko) * 2007-07-11 2010-03-26 버클 레이저 테크놀로지 게엠베하 박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법
KR20100107600A (ko) * 2009-03-26 2010-10-06 삼성전자주식회사 태양전지 및 그 제조 방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH077843B2 (ja) * 1982-11-01 1995-01-30 鐘淵化学工業株式会社 アモルフアス多元系半導体素子
US6706963B2 (en) 2002-01-25 2004-03-16 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell interconnection
JP4039418B2 (ja) * 2003-10-31 2008-01-30 松下電工株式会社 光電変換素子および光電変換モジュール
JP2005228614A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Bridgestone Corp 色素増感型太陽電池用対向電極及び色素増感型太陽電池
US7307278B2 (en) * 2004-12-22 2007-12-11 General Electric Company Organic electronic devices having two dimensional series interconnections
JP4759286B2 (ja) * 2005-02-23 2011-08-31 シャープ株式会社 有機太陽電池モジュール及びその製造方法
JP4925654B2 (ja) 2005-12-01 2012-05-09 新光電気工業株式会社 色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造方法
US8314329B2 (en) * 2006-07-06 2012-11-20 Sharp Kabushiki Kaisha Dye-sensitized solar cell module and method for manufacturing the same
US20100078064A1 (en) 2008-09-29 2010-04-01 Thinsilicion Corporation Monolithically-integrated solar module
WO2010083161A1 (en) * 2009-01-13 2010-07-22 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic module
KR101034122B1 (ko) * 2009-03-13 2011-05-13 한양대학교 산학협력단 동일 평면 상에 형성된 전극들을 가지는 태양전지
US20120006377A1 (en) * 2010-07-12 2012-01-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Photoelectric conversion module

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080064438A (ko) * 2007-01-05 2008-07-09 삼성전자주식회사 고분자 태양전지 및 그의 제조방법
KR20100032928A (ko) * 2007-07-11 2010-03-26 버클 레이저 테크놀로지 게엠베하 박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법
KR20100107600A (ko) * 2009-03-26 2010-10-06 삼성전자주식회사 태양전지 및 그 제조 방법

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