KR102247086B1 - 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조 및 방법, 파이버형 실링제의 제조 장치 - Google Patents

파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조 및 방법, 파이버형 실링제의 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조 및 방법에 관한 것으로서, 서로 대향하는 상측 패널과 하측 패널 사이에 충진된 전해질층과, 상기 충진된 전해질이 외부로 유출되지 않도록 상기 상측 패널과 하측 패널의 기설정된 실링 위치에 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제가 배치되고, 상기 파이버형 실링제를 이용하여 상기 상측 패널과 하측 패널 간에 기설정된 간격을 유지하면서 밀봉시키는 실링층; 및 상기 실링층이 도포되지 않는 상측 패널과 하측 패널에 적어도 하나 이상의 단자 영역이 형성되고, 상기 단자 영역에 상대 전극이 도포되는 상대전극층을 포함하되, 상기 파이버형 실링제는, 양끝단부에 제1 수직거리(d1)를 갖는 원통 형상의 지지체와, 각 지지체를 연결하도록 제2 수직거리(d2, d2<d1)를 갖는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조 및 방법, 파이버형 실링제의 제조 장치{Structure and method for double junction sealing solar cells using fiber type sealing material, and Apparatus for manufacturing fiber type sealing material}
본 발명은 태양전지의 패널 접합을 위한 실링 기술에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
친환경 에너지를 활용하기 위한 기술 중 신재생 에너지를 활용하는 태양전지 분야에는 실리콘계 태양전지, CIGS(Cu(InGa)Se2, copper indium gallium selenide)와 같은 무기물을 이용하는 박막 태양전지, 염료감응 태양전지(DSSC, Dye-Sensitized Solar Cell), 유기 태양전지 그리고 유-무기 하이브리드 태양전지 등이 있다.
태양전지 분야 중 염료감응 태양전지는 다른 태양전지들과는 달리 가시광선의 빛을 흡수하여 광전 변환 메커니즘 (Photoelectric conversion mechanism)에 의해 전기를 생산할 수 있는 태양전지 시스템을 가지고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 액체 전해질(liquid electrolyte)을 사용하거나 겔 형태의 고분자 전해질(Gel electrolyte)을 사용한다. 이러한 액체 및 겔 형태의 전해질은 태양전지 기판의 파손에 의해 누수가 발생할 우려가 있다. 이러한 누수에 의해 상품성 저하뿐만 아니라 사용되는 전해액의 유해성으로 인해 소비자들의 건강을 해칠 가능성이 있다.
이러한 이유 때문에 최근 실링제에 대한 관심이 높아지고 있다. 실링제는 태양전지, OLED, 연료 전지(Fuel Cell), 반도체 등 다양한 분야에서 각종 부재(部材) 사이의 접합부나 이음매를 메우는 재료이다.
일반적으로 태양전지용 실링제는 듀폰사에서 생산하는 열경화형 고분자 필름을 많이 사용하거나 열 소결형 글라스 프릿을 사용한다. 고분자 필름은 태양전지의 모듈을 접합하기 매우 간단하지만 기판과의 사이에서 발생하는 균열에 의해 전해질 누수 현상이 나타나 장기 안정성 및 내구성을 만족시키지 못한다는 치명적인 단점이 있다. 또한, 글라스 프릿(Glass frit)은 소결 후 다공성 형성으로 인해 액체 전해질이 내부로 침투되어 글라스 프릿 내부에 있는 실버그리드가 부식되는 단점이 있다.
기존의 글리스 프릿은 유리 분말 형태로 실링 작업이 어려워 유기물 바인더와 용매를 이용하여 페이스트 형태로 가공해서 사용하고 있다. 그러나, 소결공정에서 만들어진 유기물 바인더 및 용매의 잔유물과 기공이 실링 특성을 저하할 가능성이 매우 높아 공정 불량이 발생하는 단점이 있다.
도 1은 종래 기술의 실링 페이스트를 이용한 열 또는 레이저 실링 공정을 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열 또는 레이저 실링 공정의 경우에는 글라스 프릿을 모재로 유기물 바인더와 용매를 이용하여 제조된 실링 페이스트를 패널 위에 스크린 프린팅을 한 후 적외선 레이저를 이용하여 실링 공정을 수행한다. 이때, 실링 페이스트에 레이저를 직접적으로 조사하지 않고 수지재의 실링제 조사를 하는 것이어서 내구성 문제를 완전히 해결할 수 없으며, 패널 내부나 표면에 불순물 및 가스가 발생하거나, 종류가 상이한 실링제 간의 상용성이 높지 않아 균열이 발생하는 등의 문제점이 있다.
이러한 열 또는 레이저 실링 공정은 유기 용매로 분산된 실링 페이스트를 사용하고, 스크린 프린팅을 이용한 도포 공정 이후에 레이저로 가열 후에 실링을 하게 된다. 따라서, 페이스트를 제조한 후에 실링 공정시 유해 물질 노출로 전처리 공정이 필요하고, 바인더 및 유기 용매 등의 추가 물질이 필요하며, 적외선 레이저 빔의 흡수율을 향상시키기 위해 도핑 등의 추가적인 공정들이 많이 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 실링 페이스트를 이용한 레이저 실링 공정은 실링 페이스트가 볼록 형태로 도포되는 경우에 패널과의 둔각(abtuse angle)을 이루면서 실링되거나, 실링 페이스트가 오목 형태로 도포될 수 있어 열 또는 레이저 가공시 접합면 내부에 미세 기공(pore)이 발생할 수 있고, 표면에 생성된 미세 기공의 배출로 인해 실링제의 표면이 비평탄화될 수 있는 문제점이 있다.
태양전지 산업에서 염료감응형 태양전지(DSSC)는 투과성과 다양한 색상구현이 가능하여 건물 일체형 태양전지(BIPV), 가로등, 발광 타일 등 다양한 응용분야 확대되고 있으므로, DSSC의 내구성을 확보할 수 있는 실링(sealing) 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 열 또는 레이저 소성용 글래스 프릿을 이용하여 제조된 파이버형 실링제를 상측 패널과 하측 패널 사이에 배치한 후 국부 레이저빔을 이용하여 패널 간 접합을 수행함으로써 전해질 누수를 차단하도록 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조는, 서로 대향하는 상측 패널과 하측 패널 사이에 충진된 전해질층과, 상기 충진된 전해질이 외부로 유출되지 않도록 상기 상측 패널과 하측 패널의 기설정된 실링 위치에 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제가 배치되고, 상기 파이버형 실링제를 이용하여 상기 상측 패널과 하측 패널 간에 기설정된 간격을 유지하면서 밀봉시키는 실링층; 및 상기 실링층이 도포되지 않는 상측 패널과 하측 패널에 적어도 하나 이상의 단자 영역이 형성되고, 상기 단자 영역에 상대 전극이 도포되는 상대전극층을 포함하되, 상기 파이버형 실링제는, 양끝단부에 제1 수직거리(d1)를 갖는 원통 형상의 지지체와, 각 지지체를 연결하도록 제2 수직거리(d2, d2<d1)를 갖는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파이버형 실링제는, 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 조성물로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상측 패널에는 양전극 단자가 형성되고, 상기 하측 패널에는 음전극 단자가 형성되고, 상기 실링층은, 상기 양전극 단자와 음전극 단자가 전해질에 노출되지 않도록 양전극 단자 및 음전극 단자의 일측부를 도포하도록 형성되고, 상기 실링층이 도포되지 않는 양전극 단자 및 음전극 단자에는 상기 단자 영역이 교대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법은, 서로 대향하는 상측 패널과 하측 패널을 밀봉시키는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법에 있어서, a) 상기 상측 패널과 하측 패널 기설정된 실링 위치에 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제를 배치하는 단계; b) 상기 파이버형 실링제의 상부로 국부 레이저를 조사하여 상기 상측 패널과 하측 패널을 봉착시켜 실링층을 형성하는 단계; c) 상기 실링층이 도포되지 않는 상측 패널과 하측 패널에 적어도 하나 이상의 단자 영역이 형성되고, 상기 단자 영역에 상대 전극을 도포하는 단계를 포함하되, 상기 파이버형 실링제는, 양끝단부에 제1 수직거리(d1)를 갖는 원통 형상의 지지체와, 각 지지체를 연결하도록 제2 수직거리(d2, d2<d1)를 갖는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치는, 기설정된 직경과 길이를 갖는 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유리 잉곳을 보관하는 보관용기의 외주면을 감싸며 지지하는 지지유닛; 상기 유리 잉곳을 파이버형 실링제의 적용 크기에 따라 절단하는 절단유닛; 및 상기 지지 유닛과 절단유닛 사이에서 유리 잉곳을 파이버형 실링제로 인선하여 상기 절단유닛의 절단 작업 위치로 공급하는 공급유닛을 포함하되, 상기 공급 유닛의 하단에는 실링 적용 조건에 따라 기 설정된 단면을 갖는 상기 파이버형 실링제의 인선용 디스크 홀을 포함하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스크 홀의 단면은, 양끝단부에 제1 수직거리(d1)를 갖는 원형 단면의 지지체와, 상기 지지체들을 연결하도록 제2 수직거리(d2, d2<d1)를 갖는 사각형 단면의 브릿지를 포함하는 디스크 홀이 형성된 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 레이저 소성용 글래스 프릿을 이용하여 제조된 파이버형 실링제를 상측 패널과 하측 패널 사이에 배치한 후 국부 레이저빔을 이용하여 패널간 접합을 수행함으로써 실링 공정 후에 내부 불순물 및 유해 가스 생성에 의한 기공 및 결함이 최소화되어 실링의 신뢰성 및 높은 내구성을 제공할 수 있고, 불량률 감소를 통해 원가 절감 및 수율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실링 공정 조건에 따라 실링제의 두께 및 형상 제어가 가능할 뿐만 아니라, 파이버형 실링제의 단면을 원형뿐만 아니라 패널의 이중 접합이 가능한 비원형 단면을 갖도록 제조할 수 있어 전해질 누수의 이중 차단이 가능해질 수 있다.
도 1은 종래 기술의 실링 페이스트를 이용한 레이저 실링 공정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 패널 실링 상태를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 레이저 실링 공정을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 레이저 실링 공정을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치의 유리 잉곳을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 공급 유닛의 파이버형 실링제 인선용 디스크 홀을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치에서 제조된 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 공정을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 패널의 실링전 상태를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 패널의 실링후 상태를 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조를 설명하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 패널 실링 상태를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 태양전지용 이중 접합 실링 구조는 서로 대향하는 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 충진된 전해질층과, 실링층 및 상대전극층을 포함한다.
상측 패널(12)에는 양전극 단자(12a)가 형성되고, 하측 패널(11)에는 음전극 단자(11a)가 형성된다.
실링층은 충진된 전해질이 외부로 유출되지 않도록 상측 패널(12)과 하측 패널(11)의 기설정된 실링 위치에 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제(20)가 배치되면, 국부 레이저 조사를 통한 파이버형 실링제의 용융 및 경화를 통해 상측 패널(12)과 하측 패널(11)을 밀봉시킨다. 이때, 실링층은 양전극 단자(12a)와 음전극 단자(11a)가 전해질에 노출되지 않도록 양전극 단자(12a) 및 음전극 단자(11a)의 일측부를 도포하도록 형성된다.
실링층이 도포되지 않는 양전극 단자(12a) 및 음전극 단자(11a)에는 단자 영역(15a)이 교대로 형성된다. 즉, 제1 실링 위치와 제2 실링 위치 사이에 형성된 단자 영역은 양전극 단자에 형성되고, 제2 실링 위치와 제3 실링 위치 사이에 형성된 단자 영역은 음전극 단자에 형성될 수 있다. 따라서, 상대전극층은 파이버형 실링제(20) 사이에 형성된 단자 영역에 상대 전극(15)이 도포된 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 양전극 단자(12a)와 음전극 단자(11a) 사이에는 양극과 음극 사이에는 I―/I3 ― 산화-환원 전해질이 존재하여 DSSC를 형성한다. 일례로, DSSC는 2장의 투명 전극(상측 패널 및 하측 패널) 사이에 염료가 흡착된 광 전극과, 광전극에 대향하는 백금(Pt) 상대 전극, 두 전극 사이에 산화/환원 전해질이 채워진 구조로 구성되어 있다. 이때, 광전극은 SnO2:F/TiO2 전극 구조로서, SnO2:F전도성 유리(Libbey-Owens-Ford, 8Ω/sq, 80% 가시선 투과)에 TiCl4 수용액으로 전도성 유리의 표면 처리하고, TiO2 인쇄용 페이스트를 표면 처리된 전도성 유리에 코팅하여, 기설정된 온도 이상의 오븐에서 일정 시간 가열하여 유기 고분자를 제거하여 TiO2가 입혀진 전극을 만든다.
실링층은 광전극과 상대전극 간에 형성되어 전해질이 외부로 유출되는 것을 방지하면서 두 전극 사이의 간격을 유지시켜주는 역할을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 설명하는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 레이저 실링 공정을 설명하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 레이저 실링 공정을 설명하는 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 파이버형 실링제(20)는 전해질 누수 방지를 위해 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 조성물을 이용하여 제조되는데, 양끝단부에 제1 수직거리(d1)를 갖는 원통 형상의 지지체(21, 22)와, 각 지지체(21, 22)를 연결하도록 제2 수직거리(d2, d2<d1)를 갖는 브릿지(23)를 포함한다. 이때, 제1 수직거리(d1)는 패널 간의 간격에 따라 달라질 수 있고, 제2 수직거리(d2)는 이중 밀봉 구조의 형성시 필요한 거리가 될 수 있다.
이러한 파이버형 실링제(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 측면 시점의 단면이 아령 형상으로 형성될 수 있는데, 양끝단부에 형성된 각 지지체(21, 22)의 직경(R)인 제1 수직거리가 100~100㎛, 브릿지(23)의 제2 수직 거리는 (0.3~0.5)R, 각 지지체(21, 22)의 중점간의 거리(L)가 (1.0~2.0)R이 될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 정면 시점의 단면이 아령 또는 안경 형상으로 형성된 파이버형 실링제(20)는 패널과 접촉되는 바닥면인 브릿지(23)가 대략 지면을 기준으로 수평 방향의 직선 형태이고, 브릿지(23)의 양끝단에 위치한 지지체(21, 22)가 브릿지(23)보다 수직 방향으로 일정 길이 이상 돌출되도록 하는 이중 접합 구조를 가질 수 있는 다양한 형태로 제조될 수 있다. 따라서, 지지체(21, 22)의 단면은 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
이러한 파이버형 실링제(20)는 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 위치된 후 적외선 레이저를 이용하여 레이저 실링을 함으로써 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 일정 간격을 유지하면서 이중 접합 형태로 실링된다. 따라서, 파이버형 실링제(20)를 이용한 실링층은 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 충진된 전해질의 누수가 이중으로 차단될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 단면이 원통 형상으로 형성된 파이버형 실링제(20)는 이중 접합 형태로 실링되지는 않지만, 기공 발생없이 표면이 평탄화될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치의 유리 잉곳을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치를 설명하는 도면이다. 또한, 도 9는 도 8의 공급 유닛의 파이버형 실링제 인선용 디스크 홀을 설명하는 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 파이버형 실링제의 제조 장치는, 지지 유닛(70), 절단 유닛(75) 및 공급 유닛(71)을 포함한다.
파이버형 실링제(20)의 인선용 V2O5계 유리 잉곳(Glass ingot)(50)은 직경(R)이 15~50mm, 수직 길이(L)가 30~60mm로 형성될 수 있고, 도가니 등의 보관 용기(60)의 보관 영역 내에 삽입된다.
지지 유닛(70)은 기설정된 직경과 길이를 갖는 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유리 잉곳(50)을 보관하고 있는 도가니(60)의 외주면 일부를 감싸며 지지한다. 이때, 지지 유닛(70)은 보관 용기(60)를 기설정된 온도 이상으로 가열시키는 가열 수단(미도시)과 연결될 수도 있다.
절단 유닛(75)은 유리 잉곳(50)을 파이버형 실링제의 적용 크기에 따라 절단하고, 공급 유닛(71)은 지지 유닛(70)과 절단 유닛(75) 사이에서 유리 잉곳(50)을 절단유닛(75)의 절단 작업 위치로 공급한다. 이러한 공급 유닛(71)은 기설정된 단면을 갖는 파이버형 실링제를 인선하기 위한 노즐(71a)을 포함하고, 노즐(71a)은 파이버형 실링제의 단면과 동일한 형상의 디스크 홀을 포함한다.
제어 유닛(미도시)은 실링 적용 조건에 따라 각 유닛을 제어하여 실링제의 두께 및 형상 제어가 가능하도록 한다.
이와 같이, 파이버형 실링제의 제조 장치는 기존에 글래스 프릿에 유기 용매, 바인더 등을 혼합하여 실링 페이스트를 제조하는 복잡한 전처리 공정이 필요없어 지고, 글래스 프릿만을 이용하여 파이버형 실링제의 제작이 가능하다.
파이버형 실링제의 제조 장치는 570℃에서 파이버형 실링제의 인선을 시작하면, 570℃에서 195±5㎛, 540℃에서 130±5㎛, 540℃에서 115±5㎛의 직경(R)을 갖는 파이버형 실링제가 제조될 수 있다. 예를 들어, 파이버형 실링제의 제조 장치는 파이버형 실링제의 직경을 조절하여 패널간의 간격을 매우 용이하게 조절할 수 있다.
파이버형 실링제의 제조 장치는 응용 분야나 실링 적용 조건에 따라서 100㎛~1000㎛의 다양한 파이버형 실링제를 제조할 수 있고, 디스크 홀의 단면 형상을 변화시키거나 인선 속도 조절을 통해 파이버형 실링제의 두께 및 형상을 다양하게 변형하여 제조할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제의 제조 장치에서 제조된 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 공정을 설명하는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법을 설명하는 순서도이다. 그리고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 패널의 실링전 상태를 설명하는 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 패널의 실링후 상태를 설명하는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 파이버형 실링제의 제조 장치는 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유리 잉곳을 직경과 두께를 조절하여 파이버형 실링제를 인선하는 인선 공정을 수행한다. 이후에, 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법은 실링 페이스트 제조와 같은 전처리 공정없이, 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제(20)를 상측 패널(12)과 하측 패널(11)의 기설정된 실링 위치마다 배치한다(S1).
IR 레이저(30)는 파이버형 실링제(20)의 상부로 국부 레이저빔을 조사하면, 파이버형 실링제(20)에서 에너지를 흡수하여 용융된 후 기설정된 시간이 경과되면 경화되어 상측 패널(12)과 하측 패널(11)을 밀봉시키는 실링층을 형성한다(S2).
실링층이 도포되지 않는 상측 패널의 양전극 단자와 하측 패널의 음전극 단자에 적어도 하나 이상의 단자 영역이 교대로 형성되고, 이렇게 형성된 단자 영역에 상대 전극을 도포한다(S3).
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 이중 접합 구조의 파이버형 실링제는 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 놓이게 되고(도 13의 (a) 참조), 열을 가하게 되면 파이버형 실링제(20)가 용융 및 경화 과정을 거쳐 상측 패널(12)과 하측 패널(11)을 밀봉시키게 된다. 이때, 파이버형 실링제(20)는 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 일정 간격을 유지하면서 이중 접합 형태로 실링된다. 따라서, 파이버형 실링제(20)를 이용한 실링층은 상측 패널(12)과 하측 패널(11) 사이에 충진된 전해질의 누수가 이중으로 차단될 수 있다.
기존에는 글래스 프릿을 모재로 실링 페이스트를 제조하고, 스크린 프린팅 및 열처리 공정을 통해 실링하는 실링 공정을 수행하였기 때문에 기판 전체 열처리에 따라 DSSC 모듈에 영향을 미쳤으나, 본 발명에서는 실링 페이스트 제조와 같은 전처리 공정이 필요 없어지고, 패널 사이에 파이버형 실링제를 바로 위치시킨 후 적외선 레이저를 조사하여 용융 및 실링 공정이 가능하므로 열에 의한 DSSC의 손상을 줄일 수 있다.
한편, 도 11의 단계 S1 내지 S3은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
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.
11 : 하측 패널
12 : 상측 패널
15 : 상대 전극
20 : 파이버형 실링제
30 : IR 레이저
50 : 유리 잉곳
60 : 보관 용기
70 : 지지 유닛
71: 공급 유닛
75 : 절단 유닛

Claims (10)

  1. 서로 대향하는 상측 패널과 하측 패널 사이에 충진된 전해질층과,
    상기 충진된 전해질이 외부로 유출되지 않도록 상기 상측 패널과 하측 패널의 기설정된 실링 위치에 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제가 배치되고, 상기 파이버형 실링제를 이용하여 상기 상측 패널과 하측 패널 간에 기설정된 간격을 유지하면서 이중 접합 형태로 밀봉시키는 실링층; 및
    상기 실링층이 도포되지 않는 상측 패널과 하측 패널에 적어도 하나 이상의 단자 영역이 형성되고, 상기 단자 영역에 상대 전극이 도포되는 상대전극층을 포함하되,
    상기 파이버형 실링제는, 상기 하측 패널과 접촉되는 바닥면에 해당되고, 지면을 기준으로 수평 방향으로 기 설정된 길이(L)의 직선 형태로 형성되는 브릿지와, 상기 브릿지의 양끝단부에서 상기 하측 패널에서 상측 패널 쪽으로 기 설정된 길이만큼 돌출되도록 각각 형성되고, 상기 브릿지에 대해 수직 방향으로 제1 수직거리(R)를 갖는 원통 형상의 지지체를 포함하고,
    상기 브릿지는 상기 제1 수직거리(R)와 동일한 방향으로 기 설정된 길이를 갖는 제2 수직거리(T)를 갖되, 상기 제1 수직거리(R)는 상기 지지체의 지름(R)에 해당하며, 상기 제2 수직거리(T)는 0.3R ~ 0.5R 범위 이내의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이버형 실링제는, 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 조성물로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상측 패널에는 양전극 단자가 형성되고, 상기 하측 패널에는 음전극 단자가 형성되는 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실링층은,
    상기 양전극 단자와 음전극 단자가 전해질에 노출되지 않도록 양전극 단자 및 음전극 단자의 일측부를 도포하도록 형성되고,
    상기 실링층이 도포되지 않는 양전극 단자 및 음전극 단자에는 상기 단자 영역이 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 이중 접합 실링 구조.
  5. 서로 대향하는 상측 패널과 하측 패널을 밀봉시키는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법에 있어서,
    a) 상기 상측 패널과 하측 패널 기설정된 실링 위치에 적어도 하나 이상의 파이버형 실링제를 배치하는 단계;
    b) 상기 파이버형 실링제의 상부로 국부 레이저를 조사하여 상기 상측 패널과 하측 패널을 이중 접합 형태로 봉착시켜 실링층을 형성하는 단계;
    c) 상기 실링층이 도포되지 않는 상측 패널과 하측 패널에 적어도 하나 이상의 단자 영역이 형성되고, 상기 단자 영역에 상대 전극을 도포하는 단계를 포함하되,
    상기 파이버형 실링제는, 상기 하측 패널과 접촉되는 바닥면에 해당되고, 지면을 기준으로 수평 방향으로 기 설정된 길이(L)의 직선 형태로 형성되는 브릿지와, 상기 브릿지의 양끝단부에 각각 형성되어 상기 브릿지에 대해 수직 방향으로 제1 수직거리(R)를 갖는 원통 형상의 지지체를 포함하고,
    상기 브릿지는 상기 제1 수직거리(R)와 동일한 방향으로 기 설정된 길이를 갖는 제2 수직거리(T)를 갖되, 상기 제1 수직거리(R)는 상기 지지체의 지름(R)에 해당하며, 상기 제2 수직거리(T)는 0.3R ~ 0.5R 범위 이내의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파이버형 실링제는, 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 조성물로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상측 패널에는 양전극 단자가 형성되고, 상기 하측 패널에는 음전극 단자가 형성되는 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실링층은,
    상기 양전극 단자와 음전극 단자가 전해질에 노출되지 않도록 양전극 단자 및 음전극 단자의 일측부를 도포하도록 형성되고,
    상기 실링층이 도포되지 않는 양전극 단자 및 음전극 단자에는 상기 단자 영역이 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제를 이용한 태양전지용 실링 방법.
  9. 기설정된 직경과 길이를 갖는 레이저 소성형 글래스 프릿(glass frit)을 포함하는 유리 잉곳을 보관하는 보관용기의 외주면을 감싸며 지지하는 지지유닛;
    상기 유리 잉곳을 파이버형 실링제의 적용 크기에 따라 절단하는 절단유닛; 및
    상기 지지 유닛과 절단유닛 사이에서 유리 잉곳을 파이버형 실링제로 인선하여 상기 절단유닛의 절단 작업 위치로 공급하는 공급유닛을 포함하되,
    상기 공급 유닛의 하단에는 실링 적용 조건에 따라 기 설정된 단면을 갖는 상기 파이버형 실링제의 인선용 디스크 홀을 포함하는 노즐을 포함하고,
    상기 디스크 홀의 단면은, 상기 파이버형 실링제가 상측 패널과 하측 패널에 접합시 하측 패널에 접촉되는 바닥면에 해당되고, 지면을 기준으로 수평 방향으로 기 설정된 길이(L)의 직선 형태로 형성되는 사각형 단면의 브릿지와, 상기 브릿지의 양끝단부에서 하측 패널에서 상측 패널 쪽으로 기 설정된 길이만큼 돌출되도록 각각 형성되어 상기 브릿지에 대해 수직 방향으로 제1 수직거리(R)를 갖는 원형 단면의 지지체를 포함하고,
    상기 브릿지는 상기 제1 수직거리(R)와 동일한 방향으로 기 설정된 길이를 갖는 제2 수직거리(T)를 갖되, 상기 제1 수직거리(R)는 상기 지지체의 지름(R)에 해당하며, 상기 제2 수직거리(T)는 0.3R ~ 0.5R 범위 이내의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 파이버형 실링제의 제조 장치.

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