KR101119041B1 - 원통형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원통형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 내주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제1전극기판; 상기 전도성 투명막 상에 구비된 제1전극; 상기 제1전극기판의 내부에 위치하고, 외주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제2전극기판; 상기 제2전극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 제2전극; 상기 제1전극 및 제2전극이 잠기도록 상기 제1전극기판과 제2전극기판 사이에 채워진 전해질; 상기 제1기판 및 제2기판의 일단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 상기 제1전극과 통전하는 제1캡; 및 상기 제1기판 및 제2기판의 반대단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 상기 제2전극과 통전하는 제2캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명은, 내주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제1전극기판; 상기 전도성 투명막 상에 구비된 제1전극; 상기 제1전극기판의 내부에 위치하고, 외주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제2전극기판; 상기 제2전극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 제2전극; 상기 제1전극 및 제2전극이 잠기도록 상기 제1전극기판과 제2전극기판 사이에 채워진 전해질; 상기 제1기판 및 제2기판의 일단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 상기 제1전극과 통전하는 제1캡; 및 상기 제1기판 및 제2기판의 반대단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 상기 제2전극과 통전하는 제2캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원통 형상으로 형성된 염료감응 태양전지 모듈에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법에 관한 것이다.
태양광을 전기에너지로 변환하는 광전변환소자인 태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다.
종래에는 태양전지로 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양전지가 많이 사용되어 왔다. 그러나 실리콘 태양전지는 제조시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이어서 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.
실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기재료를 사용한 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 매우 저렴한 염료감응 태양전지가 많은 주목을 받고 있다. 이하, 염료감응 태양전지의 모듈의 일반적인 구조를 도 1을 참조하여 설명한다.
일반적으로 염료감응 태양전지 모듈(10)은 서로 대향하여 위치하는 음극기판(20)과 양극기판(40), 산화환원용 전해질(60), 그리고 외부 실런트(90a)를 포함한다.
음극기판(20)은 투명기판(22)과 전도성 투명막(24)을 포함하고, 양극기판(40)은 투명기판(42)과 전도성 투명막(44)을 포함한다. 음극기판(20)의 전도성 투명막(24) 상에는 적어도 하나의 음극전극(26)이 형성되고, 양극기판(40)의 전도성 투명막(44) 상에는 음극전극(26)과 마주하도록 양극전극(46)이 형성된다. 음극전극(26)은 금속산화물(티타니아 등)의 나노입자와 상기 나노입자의 표면에 흡착된 광감응 염료로 이루지고, 양극전극(46)은 백금(Pt) 등과 같은 전도성 금속 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 등으로 이루어진다.
산화환원용 전해질(60)은 음극전극(26)과 양극전극(46) 사이에 충전된다. 상기 전해질(60)은 산화/환원 반응을 통해 상기 양극전극(46)으로부터 전자를 받아 음극전극(26)의 광감응 염료로 전달한다. 외부 실런트(90a)는 음극기판(20)의 전도성 투명막(24)의 테두리와 양극전극(40)의 전도성 투명막(44) 테두리 사이에 위치하여 전해질(60)이 모듈(10)의 외부로 누액되는 현상을 방지한다.
염료감응 태양전지 모듈(10)은 음극 그리드(80a), 양극 그리드(80b) 및 내부 실런트(90a)를 더 포함하기도 한다.
음극 그리드(80a)는 음극전극(26)에서 발생한 전자를 포집하기 위해 음극기판(20)의 전도성 투명막(24) 상에 구비되고, 양극 그리드(80b)는 외부로부터 공급된 전자를 양극전극(46)으로 분배하기 위해 양극기판(40)의 전도성 투명막(44) 상에 구비된다. 내부 실런트(90a)는 음극 그리드(80a)와 양극 그리드(80a)를 덮도록 위치하여 상기 전해질(60)에 의해 음극 그리드(80a)와 양극 그리드(80b)가 침식되는 현상을 방지하고, 음극 그리드(80a)와 양극 그리드(80b) 간을 절연시킨다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 종래의 염료감응 태양전지 모듈은 평판 형태로 제조된다. 따라서 평판 형태의 염료감응 태양전지 모듈들이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되면 염료감응 태양전지 패널 또한 평판 형태로 설치될 수밖에 없다. 그러나 평판 형태 염료감응 태양전지 패널의 경우, 바람의 저항을 많이 받는 문제와 많은 설치 면적이 요구되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 평판 형태 염료감응 태양전지 모듈의 문제점을 해결할 수 있는 원통형 염료감응 태양전지 모듈과, 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제1전극기판; 상기 전도성 투명막 상에 구비된 제1전극; 상기 제1전극기판의 내부에 위치하고, 외주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제2전극기판; 상기 제2전극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 제2전극; 상기 제1전극 및 제2전극이 잠기도록 상기 제1전극기판과 제2전극기판 사이에 채워진 전해질; 상기 제1기판 및 제2기판의 일단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 상기 제1전극과 통전하는 제1캡; 및 상기 제1기판 및 제2기판의 반대단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 상기 제2전극과 통전하는 제2캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 제공한다.
상기 제1캡 및 제2캡은 도전성 재질로 이루어지고, 상기 제1캡은 절연상태로 상기 제2전극기판의 일단을 지지하며, 상기 제2캡은 통전 가능한 상태로 상기 제2전극기판의 반대단을 지지한다.
상기 제1캡과 상기 제1전극기판 사이에는 상기 제1전극기판의 전도성 투명막과 상기 제1캡 간을 통전시키는 도전층이 구비되고, 상기 제2캡과 상기 제1전극기판 사이에는 상기 제1전극기판의 전도성 투명막과 상기 제2캡 간, 그리고 상기 제1전극과 상기 제2캡 간을 절연시키는 절연층이 구비된다.
상기 제1전극기판의 전도성 투명막 상에는 상기 제1전극기판의 길이 방향을 따라 연장하는 제1그리드가 구비되고 상기 제2전극기판의 전도성 투명막 상에는 상기 제2전극기판의 길이 방향을 따라 연장하는 제2그리드가 구비된다. 상기 제1그리드는 상기 제1캡과 통전하고 상기 제2그리드는 상기 제2캡과 통전한다.
본 발명은, (A) 원통 형상 제1투명기판의 내주면 및 원통 형상 제2투명기판의 외주면에 전도성 투명막을 형성하는 단계; (B) 상기 제1투명기판의 전도성 투명막 상에 제1전극을 형성하고 상기 제2투명기판의 전도성 투명막 상에 제2전극을 형성하는 단계; (C) 상기 제1투명기판의 내부에 위치된 상기 제2투명기판을 절연상태로 지지하도록 그리고 상기 제1투명기판의 전도성 투명막과 통전하도록 제1캡을 상기 제1투명기판의 일단에 결합시키고, 상기 제2투명기판을 통전 가능한 상태로 지지하도록 그리고 상기 제1투명기판의 전도성 투명막 및 제1전극과는 절연되도록 제2캡을 상기 제1투명기판의 반대단에 결합시키는 단계; (D) 전해질 주입공을 통해 상기 제1투명기판과 제2투명기판 사이에 전해질을 주입하는 단계; 및 (E) 상기 전해질 주입공을 막는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법을 제공한다.
상기 (C)단계에서 상기 제2캡은 상기 제1투명기판의 단면 또는 상기 제1캡의 내면에 절연성 페이스트가 도포된 후 상기 제1투명기판의 반대단에 결합되고, 상기 제1캡은 상기 제1투명기판의 단면 또는 상기 제1캡의 내면에 도전성 페이스트가 도포된 후 상기 제1투명기판의 일단에 결합된다.
상기 (A)단계는, (A-1) 상기 전도성 투명막을 형성할 물질을 포함하는 겔 상태의 유체를 상기 제1투명기판의 내주면과 접촉시키면서 상기 제1투명기판의 내부로 흘리는 단계; 및 (A-2) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;를 포함한다.
상기 제1전극이 양극전극일 경우 상기 (B)단계는, (B-1) 양극전극을 형성할 물질을 포함하는 겔 상태의 유체를 상기 제1투명기판의 전도성 투명막과 접촉시키면서 상기 제1투명기판의 내부로 흘리는 단계; 및 (B-2) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;를 포함한다.
상기 제1전극이 음극전극일 경우 상기 (B)단계는, (B-1) 나노입자를 포함하는 겔 상태의 유체를 상기 제1투명기판의 전도성 투명막과 접촉시키면서 상기 제1투명기판의 내부로 흘리는 단계; (B-2) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계; (B-3) 광감응 염료를 포함하는 액체에 상기 (B-2)단계를 거친 제1투명기판을 담근 후 건지는 단계; 및 (B-4) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 태양전지 패널을 구성하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈들이 소정 간격 이격되어 서로 평행한 상태로 구비될 수 있고 이로써 바람이 원통형 염료감응 태양전지 모듈들의 사이를 통과할 수 있다. 따라서 본 발명은 태양전지 패널이 받는 바람의 저항을 종래에 비해 감소시킨다.
또한 본 발명에 따른 원통형 염료감응 태양전지 모듈은 자신의 표면적과 동일한 크기의 집광 면적을 갖는 평면형 태양전지 모듈과 동일하거나 향상된 발전 효율을 보유하면서도 상기 평면형 태양전지 모듈에 비해 적은 설치면적을 요구한다.
도 1은 염료감응 태양전지 모듈의 일반적인 구조를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 2의 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조 공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 6은 제1전극이 양극전극일 때 도 5의 제2단계가 수행되는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 7은 제1전극이 음극전극일 때 도 5의 제2단계가 수행되는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 8은 도 2의 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 태양전지 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 2의 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조 공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 6은 제1전극이 양극전극일 때 도 5의 제2단계가 수행되는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 7은 제1전극이 음극전극일 때 도 5의 제2단계가 수행되는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 8은 도 2의 원통형 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 태양전지 패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 원통형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 원통형 염료감응 태양전지 모듈(200)은, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1전극기판(210)과, 제1전극(216)과, 제2전극기판(230)과, 제2전극(236)과, 산화환원용 전해질(240)과, 제1캡(250)과, 제2캡(260)을 포함한다.
제1전극기판(210)은 원기둥 형상의 내주면 및 외주면을 구비하는 원통 형태의 제1투명기판(212)과, 상기 제1투명기판(212)의 내주면에 구비된 전도성 투명막(214)을 포함한다. 제2전극기판(230)은 원기둥 형상의 내주면 및 외주면을 구비하는 원통 형태의 제2투명기판(232)과, 상기 제2투명기판(232)의 외주면에 구비된 전도성 투명막(234)을 포함한다. 제2전극기판(230)은 제1전극기판(210)의 내부에 위치한다.
제1투명기판(212) 및 제2투명기판(323)은 소다라임 글래스, 보로 실리케이트 글래스 등의 투명유리기판 또는 PET,PEN, PC, PP, PI, TAC 등의 투명플라스틱기판으로 이루어지고, 상기 전도성 투명막(214, 234)은 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 등으로 이루어진다.
제1전극(216)은 제1전극기판(210)의 전도성 투명막(214) 상에 구비되고, 양극전극 또는 음극전극으로 작용한다. 음극전극으로 작용할 경우 제1전극(216)은 금속산화물(티타니아 등)의 나노입자와 그 표면에 흡착된 광감응 염료로 이루어진다. 광감응 염료로는 Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir 등의 금속 복합체 형태의 화합물 또는 Ru 복합체 등의 물질이 사용된다. 반면 양극전극으로 작용할 경우 제1전극(216)은 백금(Pt) 등과 같은 전도성 금속 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 등으로 이루어진다.
제2전극(236)은 제2전극기판(230)의 전도성 투명막(234) 상에 구비된다. 제2전극(236)은 제1전극(216)이 양극전극으로 작용하면 음극전극으로 작용하고, 제1전극(216)이 음극전극으로 작용하면 양극전극으로 작용한다.
산화환원용 전해질(240)은 제1전극(216) 및 제2전극(236)이 잠기도록 제1전극기판(210)과 제2전극기판(230) 사이에 채워진다. 산화환원용 전해질(240)은 산화/환원 반응을 통해 양극전극으로부터 전자를 받아 음극전극의 광감응 염료로 전달한다. 산화환원용 전해질(240)로는 주로 요오드계 전해질이 사용된다.
제1캡(250)은 제1전극기판(210)의 일단에 결합되어 산화환원용 전해질(240)의 누액을 방지한다. 또한 제1캡(250)은 제2전극기판(230)의 일단을 지지한다. 이를 위해 제1캡(250)의 내면에는 홈이 형성되고 상기 홈에는 제2전극기판(230)의 일단이 삽입된다. 또한 제1캡(250)은 도전성 금속 재질로 이루어지고, 제1전극기판(210)의 전도성 투명막(214)과 통전할 수 있도록 구비되며, 제2전극기판(230)과는 절연된다. 따라서 제1캡(250)은 제1전극(216)이 음극전극으로 구비되면 외부회로에 대하여 음극으로 작용하고, 제1전극(216)이 양극전극으로 구비되면 외부회로에 대하여 양극으로 작용한다.
제1캡(250)이 제1전극기판(210)의 일단에 결합되었을 때 제1캡(250)의 내면과 제1전극기판(210)의 전도성 투명막(214)이 접촉하면 제1캡(250)과 상기 전도성 투명막(214) 간에 통전이 이루어질 수 있다. 그러나 보다 확실하고 효율적인 통전을 위해 제1캡(250)의 내면과 제1전극기판(210)의 단면 사이에 도전층(280)이 형성된다. 제2전극기판(230)과 제1캡(250) 간 절연은 제1캡(250) 내면의 홈과 제2전극기판(230)의 일단 사이에 구비된 절연층(252)을 통해 이루어진다. 상기 절연층(252)은 제2전극기판(230)의 일단에 표면처리되어 있을 수도 있고, 제1캡(250) 내면의 홈에 구비되어 있을 수도 있다.
제2캡(260)은 제1전극기판(210)의 반대단에 결합되어 산화환원용 전해질(240)의 누액을 방지한다. 또한 제2캡(260)은 제2전극기판(230)의 반대단을 지지한다. 이를 위해 제2캡(260)의 내면에는 홈이 형성되고 상기 홈에는 제2전극기판(230)의 반대단이 삽입된다. 또한 제2캡(260)은 도전성 금속 재질로 이루어지고, 제1전극기판(210)과 절연되며, 제2전극기판(230)의 전도성 투명막(234)과 통전할 수 있도록 구비된다. 따라서 제2캡(260)은 제2전극(236)이 양극전극으로 구비되면 외부회로에 대하여 양극으로 작용하고, 제2전극(236)이 음극전극으로 구비되면 외부회로에 대하여 음극으로 작용한다.
제1전극기판(210)과 제2캡(260) 간 절연을 위해 제1전극기판(210)의 단면과 제2캡(260)의 내면 사이에는 절연층(282)이 구비된다. 상기 절연층(282)은 제2캡(260)과 전도성 투명막(214) 간, 그리고 제2캡(260)과 제1전극(216) 간 통전을 불허한다. 제2전극기판(230)의 전도성 투명막(234)과 제2캡(260) 간 통전은 제2전극기판(230)의 반대단이 제2캡(260)의 내면에 형성된 홈에 삽입됨으로써 이루어진다. 이때 확실하고 효율적인 통전을 위해 제2캡(260)의 내면과 제2전극기판(230)의 단면 사이에 상술한 바와 같은 도전층(280)이 형성될 수도 있다.
한편, 제2캡(260)에는 제1전극기판(210)과 제2전극기판(230) 사이로 산화환원용 전해질(240)을 주입할 때 사용되는 전해질 주입공(262)이 형성된다. 상기 전해질 주입공(262)은 산화환원용 전해질(240)이 주입된 이후에는 밀폐된다. 상기 전해질 주입공(262)은 제1캡(250)에 형성되어도 무방하다.
상기 제1전극(216)은 제1전극기판(210)의 원주 방향을 따라 연속적으로 형성될 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우 이동하는 전자의 양 및 속도가 제한적이므로 염료감응 태양전지 모듈(200)이 고전류를 발생시킴에 있어 한계가 존재한다. 따라서 제1전극기판(210)의 전도성 투명막(214) 상에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 제1그리드(218)가 구비될 수 있다. 이와 같은 경우 제2전극기판(230)의 전도성 투명막(234) 상에도 제1그리드(218)와 마주하도록 제2그리드(238)가 형성된다.
제1그리드(218)가 구비될 경우 제1전극(216)은 복수로 구비되고 제1전극기판(210)의 원주 방향을 따라 나열된다. 그리고 제1그리드(218)는 제1전극(216) 사이에 위치하도록 전도성 투명막(214) 상에 구비되고, 제1전극기판(210)의 길이 방향을 따라 연장하며, 제1캡(250)과 제1전극기판(210) 사이에 형성된 도전층(280)과 접촉한다.
제2그리드(238)가 구비될 경우 제2전극(236)은 복수로 구비되고 제2전극기판(230)의 원주 방향을 따라 나열된다. 그리고 제2그리드(238)는 제2전극(236) 사이에 위치하도록 전도성 투명막(234) 상에 구비되고, 제2전극기판(230)의 길이 방향을 따라 연장하며, 제2캡(260)의 내면과 접촉한다.
이상 설명한 원통형 염료감응 태양전지 모듈(200)이 태양전지 패널을 형성할 경우, 상기 염료감응 태양전지 모듈(200)은 도 8에 도시된 바와 같이 소정 간격으로 이격되어 서로 평행한 상태로 구비될 수 있다. 그리고 이러한 경우 바람이 원통형 염료감응 태양전지 모듈(200)들의 사이를 통과할 수 있기 때문에 태양전지 패널이 받는 바람의 저항은 종래에 비해 줄어들게 된다.
상기 원통형 염료감응 태양전지 모듈(200)은 그 표면적 중 일부만이 태양광에 노출되는 것으로 이해될 수 있다. 그러나 상기 모듈(200)의 아래에 반사판을 구비하면 상기 모듈(200)의 모든 표면적이 태양광에 노출될 수 있다. 따라서 상기 원통형 태양전지 모듈(200)은 자신의 표면적과 동일한 크기의 집광 면적을 갖는 평면형 태양전지 모듈에 비해 적은 설치면적을 요구하면서도 발전 효율 면에 있어서 평면형 태양전지 모듈에 뒤처지지 않는다.
이하 상기 원통형 염료감응 태양전지 모듈(200)의 제조방법을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
원통형 염료감응 태양전지 모듈(100)의 제조는 제1단계(S210) 내지 제5단계(S250)를 통해 이루어진다.
제1단계(S210)는 원통 형상 제1투명기판(212)의 내주면 및 원통 형상 제2투명기판(232)의 외주면에 전도성 투명막(214, 234)을 형성하는 단계이다.
상기 전도성 투명막(214)은 두 단계를 통해 제1투명기판(212)의 내주면에 형성된다. 첫 번째 단계에서는 전도성 투명막(214)을 형성할 물질(주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 등)을 포함하는 겔 상태의 유체가 제1투명기판(212)의 내주면과 접촉하면서 제1투명기판(212)의 내부를 통과한다. 두 번째 단계에서는 상기 첫 번째 단계를 거친 제1투명기판(212)이 건조된다. 한편 상기 전도성 투명막(234)은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 스프레이 열분해 증착(SPD) 등의 방법으로 제2투명기판(232)의 외주면에 형성된다.
제2단계(S220)는 제1투명기판(212)의 전도성 투명막(214) 상에 제1전극(216)을 형성하고, 제2투명기판(232)의 전도성 투명막(234) 상에 제2전극(236)을 형성하는 단계이다.
제1전극(216)이 양극전극인 경우, 제1전극(216)은 두 단계를 통해 제1투명기판(212)의 전도성 투명막(214) 상에 형성된다. 첫 번째 단계에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 양극전극을 형성할 물질(백금(Pt) 등과 같은 전도성 금속 또는 탄소나노튜브(CNT) 또는 전도성 고분자 등)을 포함하는 겔 상태의 유체가 전도성 투명막(214)과 접촉하면서 제1투명기판(212)의 내부를 통과한다. 그리고 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계를 거친 제1투명기판(212)이 건조된다.
제1전극(216)이 양극전극인 경우 제2전극(236)은 음극전극이 된다. 그리고 이때 제2전극(236)은 금속산화물 나노입자(티타니아 등)가 분산된 페이스트를 제2투명기판(232)의 전도성 투명막(234) 상에 닥터 블레이드법, 스크린 프린트 등의 방법으로 도포하여 열처리한 후, 광감응 염료를 상기 금속산화물 나노입자의 표면에 흡착시킴으로써 형성된다.
제1전극(216)이 음극전극인 경우, 제1전극(216)은 네 단계를 통해 제1투명기판(212)의 전도성 투명막(214) 상에 형성된다. 첫 번째 단계에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속산화물 나노입자(티타니아 등)를 포함하는 겔 상태의 유체가 전도성 투명막(214)과 접촉하면서 제1투명기판(212)의 내부를 통과한다. 두 번째 단계에서는 첫 번째 단계를 거친 제1투명기판(212)이 건조된다. 세 번째 단계에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 건조된 제1투명기판(212)이 광감응 염료(Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir 등의 금속 복합체 형태의 화합물 또는 Ru 복합체 등)를 포함하는 액체에 담긴 후 건져진다. 이 과정에서 광감응 염료는 금속산화물 나노입자 사이를 고르게 침투하게 된다. 마지막으로 네 번째 단계에서는 건져진 제1투명기판(212)이 건조된다.
제1전극(216)이 음극전극인 경우 제2전극(236)은 양극전극이 된다. 그리고 이때 제2전극(236)은 전도성 금속 또는 탄소나노튜브 또는 전도성 고분자를 전해도금, 스퍼터링, 닥터블레이드법 등과 같은 방법으로 제2전극기판(230)의 전도성 투명막(234) 상에 도포한 후 열처리함으로써 형성된다.
제3단계(S230)는 제1투명기판(212)의 일단에 도전층(280)을 형성하고 그 반대단에 절연층(282)을 형성하는 단계이다. 제3단계(S230)에서는 전도성 투명막(214)의 일단 및 제1전극(216)의 일단을 덮도록 도전성 페이스트가 제1투명기판(212)의 일단에 도포되고, 전도성 투명막(214)의 반대단 및 제1전극(216)의 반대단을 덮도록 절연성 페이스트가 제1투명기판(212)의 반대단에 도포된다. 한편 제3단계(S230)에서 상기 도전성 페이스트는 제1캡(250)의 내면에 도포될 수 있고, 상기 절연성 페이스트는 제2캡(260)의 내면에 도포될 수 있다.
제4단계(S240)는 제1투명기판(212)에 제1캡(250) 및 제2캡(260)을 결합시키는 단계이다. 제4단계(S240)에서는 제2전극기판(230)과 결합한 제2캡(260)이 에폭시 등과 같은 접착제를 통해 제1투명기판(212)에 부착되고, 제1캡(250)이 자신의 내면에 형성된 홈에 상기 제2전극기판(230)을 삽입시키면서 상기 접착제를 통해 제1투명기판(212)에 부착된다. 이때 제2전극기판(230)과 제1캡(250) 간을 절연시키는 절연층(252)은 제2전극기판(230)의 표면 또는 제1캡(250) 내면에 형성된 홈에 미리 형성되어 있다. 한편 위와 달리 제2전극기판(230)은 제1캡(250)과 미리 결합되어 있을 수도 있고, 제2전극기판(230)과 결합한 제2캡(260)보다 제1캡(250)이 먼저 제1투명기판(212)에 부착될 수도 있다.
제5단계(S250)는 제1전극기판(210)과 제2전극기판(230) 사이에 산화환원용 전해질(240)을 주입하는 단계이다. 상기 산화환원용 전해질(240)은 제2캡(260)에 구비된 전해질 주입공(262)을 통해 주입되고, 산화환원용 전해질(240)의 주입이 완료되면 전해질 주입공(262)은 폐쇄된다. 상기 전해질 주입공(262)은 제1캡(250)에 구비되어도 무방하다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
200 : 원통형 염료감응 태양전지 모듈
210 : 제1전극기판 212 : 제1투명기판
214 : 전도성 투명막 216 : 제1전극
218 : 제1그리드 230 : 제2전극기판
232 : 제2투명기판 234 : 전도성 투명막
236 : 제2전극 238 : 제2그리드
240 : 전해질 250 : 음극캡
252 : 절연층 260 : 양극캡
262 : 전해질 주입공 280 : 도전층
282 : 절연층
210 : 제1전극기판 212 : 제1투명기판
214 : 전도성 투명막 216 : 제1전극
218 : 제1그리드 230 : 제2전극기판
232 : 제2투명기판 234 : 전도성 투명막
236 : 제2전극 238 : 제2그리드
240 : 전해질 250 : 음극캡
252 : 절연층 260 : 양극캡
262 : 전해질 주입공 280 : 도전층
282 : 절연층
Claims (11)
- 내주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제1전극기판;
상기 전도성 투명막 상에 구비된 제1전극;
상기 제1전극기판의 내부에 위치하고, 외주면에 전도성 투명막을 구비한 원통 형상의 제2전극기판;
상기 제2전극기판의 전도성 투명막 상에 구비된 제2전극;
상기 제1전극 및 제2전극이 잠기도록 상기 제1전극기판과 제2전극기판 사이에 채워진 전해질;
상기 제1전극기판 및 제2전극기판의 일단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 도전성 재질로 이루어져 상기 제1전극기판의 전도성 투명막의 단면과 통전하며, 절연상태로 상기 제2전극기판의 일단을 지지하는 제1캡; 및
상기 제1전극기판 및 제2전극기판의 반대단에 결합되어 상기 전해질의 누액을 방지하고, 도전성 재질로 이루어져 상기 제2전극기판의 전도성 투명막의 단면과 통전할 수 있는 상태로 상기 제2전극기판의 반대단을 지지하며, 상기 제1전극기판의 전도성 투명막 및 상기 제1전극에 대하여는 절연상태를 유지하는 제2캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1캡과 상기 제1전극기판 사이에는 상기 제1전극기판의 전도성 투명막의 단면과 상기 제1캡 간을 통전시키는 도전층이 구비된 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2캡과 상기 제1전극기판 사이에는 상기 제1전극기판 상 전도성 투명막과 상기 제2캡 간, 그리고 상기 제1전극과 상기 제2캡 간을 절연시키는 절연층이 구비된 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈. - 제1항 또는 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1전극기판의 전도성 투명막 상에는 상기 제1전극기판의 길이 방향을 따라 연장하는 제1그리드가 구비되고 상기 제2전극기판의 전도성 투명막 상에는 상기 제2전극기판의 길이 방향을 따라 연장하는 제2그리드가 구비되되, 상기 제1그리드는 상기 제1캡과 통전하고 상기 제2그리드는 상기 제2캡과 통전하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈. - (A) 원통 형상 제1투명기판의 내주면 및 원통 형상 제2투명기판의 외주면에 전도성 투명막을 형성하는 단계;
(B) 상기 제1투명기판의 전도성 투명막 상에 제1전극을 형성하고 상기 제2투명기판의 전도성 투명막 상에 제2전극을 형성하는 단계;
(C) 상기 제1투명기판의 내부에 위치된 상기 제2투명기판의 일단을 절연상태로 지지하도록 그리고 상기 제1투명기판의 전도성 투명막의 단면과 통전하도록 도전성 재질의 제1캡을 상기 제1투명기판의 일단에 결합시키고, 상기 제2투명기판의 반대단을 상기 제2투명기판의 전도성 투명막의 단면과 통전할 수 있는 상태로 지지하도록 그리고 상기 제1투명기판의 전도성 투명막 및 제1전극과는 절연되도록 도전성 재질의 제2캡을 상기 제1투명기판의 반대단에 결합시키는 단계;
(D) 전해질 주입공을 통해 상기 제1투명기판과 제2투명기판 사이에 전해질을 주입하는 단계; 및
(E) 상기 전해질 주입공을 막는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 (C)단계에서 상기 제2캡은 상기 제1투명기판의 단면 또는 상기 제2캡의 내면에 절연성 페이스트가 도포된 후 상기 제1투명기판의 반대단에 결합되는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 (C)단계에서 상기 제1캡은 상기 제1투명기판의 단면 또는 상기 제1캡의 내면에 도전성 페이스트가 도포된 후 상기 제1투명기판의 일단에 결합되는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 (A)단계는,
(A-1) 상기 전도성 투명막을 형성할 물질을 포함하는 겔 상태의 유체를 상기 제1투명기판의 내주면과 접촉시키면서 상기 제1투명기판의 내부로 흘리는 단계; 및
(A-2) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1전극이 양극전극일 경우 상기 (B)단계는,
(B-1) 양극전극을 형성할 물질을 포함하는 겔 상태의 유체를 상기 제1투명기판의 전도성 투명막과 접촉시키면서 상기 제1투명기판의 내부로 흘리는 단계; 및
(B-2) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1전극이 음극전극일 경우 상기 (B)단계는,
(B-1) 나노입자를 포함하는 겔 상태의 유체를 상기 제1투명기판의 전도성 투명막과 접촉시키면서 상기 제1투명기판의 내부로 흘리는 단계;
(B-2) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;
(B-3) 광감응 염료를 포함하는 액체에 상기 (B-2)단계를 거친 제1투명기판을 담근 후 건지는 단계; 및
(B-4) 상기 제1투명기판을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 염료감응 태양전지 모듈의 제조방법.
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| KR1020110058617A KR101119041B1 (ko) | 2011-06-16 | 2011-06-16 | 원통형 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060090455A (ko) * | 2005-02-05 | 2006-08-11 | 삼성전자주식회사 | 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법 |
| JP2007012545A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Sony Corp | 色素増感光電変換素子、色素増感光電変換素子の製造方法、光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システム |
| JP2010040391A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Fujikura Ltd | 光電変換素子 |
| JP2010232108A (ja) | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Brother Ind Ltd | 色素増感型太陽電池 |
-
2011
- 2011-06-16 KR KR1020110058617A patent/KR101119041B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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