JP5499010B2 - 染料感応型太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、染料感応型太陽電池に関するものであり、更に詳しくは、ガラス基板に形成され、電解質を注入するか空気を排出するホールを密封して電解質の漏れを防止する染料感応型太陽電池に関するものである。

一般的に、染料感応型太陽電池は、正極透明電極、負極透明電極がコーティングされた上部ガラス基板と下部ガラス基板、正極透明電極の上に単原子層薄膜レベルに微細に塗布された触媒層、負極透明電極の上に付着されたＴｉＯ_２層、正極透明電極と負極透明電極が接触しないよう、間隔を維持しながら内部の電解質を密封させる密封材を具備する。そして、正極ガラス基板と負極ガラス基板の間に形成される内部空間は電解質で埋められる。

ここで、正極ガラス基板と負極ガラス基板の間に形成された内部空間に電解質を注入するためには、正極ガラス基板又は負極ガラス基板に電解質を注入するか、空気を排出するホール（Ｈｏｌｅ）がそれぞれ１つ以上ずつ形成される。これらのホールは、電解質の注入が完了された後、蓋で密封される。

上述した技術構成は本発明の理解を助けるための背景技術であり、本発明の属する技術分野で広く知られている従来技術を意味するものではない。

従来の染料感応型太陽電池は、ガラス基板に形成され、電解質を注入するか空気を排出するホールに接着剤で蓋を接着させて密封していた。しかし、蓋はガラス基板の表面に突出された形で付着されるので、製品の美観を損なう恐れがあった。

更に、接着剤を使用して蓋をガラス基板に堅固に付着するためには、接着面に付いている異物を完璧に除去しなければならない。しかし、電解質を注入するか空気を排出するホールが密封されていない状態で洗浄剤などを使用する場合、電解質に洗浄剤が混入されて電解質が汚染される恐れがある。また、太陽電池の内部に空気泡（Ａｉｒ Ｂｕｂｂｌｅ）が形成される可能性があり、接着面の徹底した洗浄が難しいという問題があった。

本発明は、上述した問題点を改善するために創案されたものであり、正極ガラス基板と負極ガラス基板に形成され、正極ガラス基板と負極ガラス基板の間に電解質を注入するか空気を排出するように形成されたホールにプラグを機械的に圧入して密封する染料感応型太陽電池を提供することにその目的がある。

本発明の一側面による染料感応型太陽電池は、電解質を注入するか空気を排出するホールを具備するガラス基板と、前記ホールに圧入されて前記ホールを密封するプラグと、を含むことを特徴とする。

本発明の前記ホールは、前記ガラス基板を貫通するように形成され、前記プラグは前記ホールの中心から上下対称するように挿入されることを特徴とする。

本発明の前記プラグは、弾性力を具備することを特徴とする。

本発明の前記プラグは、球状かテーパー状であるか、端部が丸い形又はテーパー状で形成されることを特徴とする。

本発明の前記プラグは、圧入方向に貫通形成される中空部を具備することを特徴とする。

本発明の前記プラグには、前記プラグの圧入方向に貫通形成された挿入ホールが具備され、前記挿入ホールに挿入部が挿入されることを特徴とする。

本発明の前記プラグを垂直方向に圧直を加えながらロッキングするロッキング部を更に含むことを特徴とする。

本発明の前記ロッキング部は、前記挿入ホールに挿入されるピンと、前記ピンの一側に形成されて前記プラグを圧縮させるヘッドと、前記ピンが貫通するピン貫通ホールを具備して前記ピンが貫通しながら前記プラグを圧縮するリテイナと、を含むことを特徴とする。

本発明は、染料感応型太陽電池の製造の際、電解質を迅速に注入することができ、電解質の注入及び密封の過程で内部に気泡が形成されることを防止することができ、長時間密封状態を維持することができる。

本発明の一実施例による染料感応型太陽電池を示す図である。 本発明の一実施例による染料感応型太陽電池を示す図である。 本発明の一実施例による染料感応型太陽電池を示す図である。 本発明の一実施例による染料感応型太陽電池を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例による袋材が使用されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例による袋材が使用されて密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。 本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態による染料感応型太陽電池を添付した図面を参照しながら詳細に説明する。このような過程で、図面に示した線の厚さや構成要素の大きさなどは説明の明瞭さと便宜上のため、誇張されて示されている可能性がある。また、後述する用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であり、これらは使用者、操作者の意図又は慣例に応じて異なる可能性がある。従って、このような用語に対する定義は、本発明全般に渡る内容に基づいて行われるべきである。

また、本明細書で使用される用語は実施の形態を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文章の中で特別に言及されない限り複数形も含む。明細書で使用される「含む」及び「含んだ」は言及される構成要素、段階、動作及び／又は素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。

図１乃至図４は、本発明の一実施例による染料感応型太陽電池を示す図である。

本発明の一実施例による染料感応型太陽電池は、正極透明電極（図示せず）と負極透明電極（図示せず）がコーティングされた正極ガラス基板１１と負極ガラス基板１２、正極透明電極の上に単原子層薄膜レベルで微細に塗布された触媒層（図示せず）、負極透明電極の上に付着されたＴｉＯ_２層（図示せず）、正極透明電極と負極透明電極が接触しないように間隔を維持しながら内部の電解質４０を密封させる密封材５０を具備する。そして、正極ガラス基板１１と負極ガラス基板１２の間に形成される内部空間は電解質４０で埋め込まれる。

本発明の実施の形態による染料感応型太陽電池は、電解質４０を注入するか空気を排出するように形成されたホール７０を具備するガラス基板１０とホール７０に挿入されてホール７０を密封させるプラグ９０を具備する。

即ち、ガラス基板１０の間に形成された内部空間に電解質を注入するか空気を排出するようにガラス基板１０に少なくとも２つ以上のホール７０が形成される。また、プラグ９０がホール７０に機械的に圧入されてホール７０を密封させる。

プラグ９０はホール７０の形状に対応するように形成されてホール７０に圧入されることで、ホール７０を密封する。

プラグ９０は電気が通らない不導体素材で形成される。これは、プラグ９０が正極透明電極及び負極透明電極共に接触するので、両電極の間に短絡が起こらないようにするためである。

ホール７０は、正極ガラス基板１１と負極ガラス基板１２のうちいずれか一つ又はガラス基板１０全てに少なくとも２つ以上形成される。

本明細書では、２つのホール７０を具備することを例で説明する。

また、ホール７０は、ガラス基板１０に円筒状又はテーパー状など、多様な形と方向で形成されてもよい。

図１に示したように、負極ガラス基板１２に垂直に形成されるか、図２に示したように、負極ガラス基板１２の角部分から斜め方向に形成されるか、図３に示したように、密封材５０の結合部位に負極ガラス基板１２と正極ガラス基板１１に平行に形成されてもよい。また、図４に示したように、ガラス基板１０に垂直方向に形成され、２つのガラス基板１０を全て貫通する形で形成されてもよい。

図１のａ）とｂ）に示したように、ホール７０が負極ガラス基板１２と垂直に形成されると、プラグ９０は負極ガラス基板１２と垂直する方向に圧入される。

プラグ９０がホール７０に圧入された後には、図１のｃ）に示したように、追加的に負極ガラス基板１２の外部とホール７０の内径部及びその周りに付いている電解質やその他の不純物を洗浄し、袋材１００を更に追加して使用してもよい。

ここで、袋材１００は、常温で硬化するエポキシなどの接着剤や、ガラスフリット（ｇｌａｓｓ−ｆｒｉｔ）又はメタルソルダー（ｍｅｔａｌ ｓｏｌｄｅｒ）のような高温融着素材が採用されてもよい。

図２は、ホール７０が負極ガラス基板１２から斜めに形成されたものを示しているが、プラグ９０はホール７０を介して負極ガラス基板１２と正極ガラス基板１１の間に形成された内部空間にまで斜め方向で圧入される。

図３は、密封材５０の結合部位にガラス基板１０と平行に形成されて圧入されることを示しているが、プラグ９０はホール７０を介して負極ガラス基板１２と正極ガラス基板１１に平行な方向に圧入される。

ここで、ホール７０が負極ガラス基板１２と斜め方向に形成されるか、平行な方向に形成されてもプラグ７０を圧入した後には袋材１００を追加的に使用してもよい。

図４は、ホール７０が２つのガラス基板１０を垂直方向に貫通するように形成されることを示している。

特に、ホール７０が正極ガラス基板１１と負極ガラス基板１２で対称的な位置に具備され、正極ガラス基板１１と負極ガラス基板１２を垂直方向に貫通するように形成されることで、プラグ９０がホール７０に挿入される過程で発生する内部圧力が減少し、圧力増加による破損を予防できるという効果がある。

即ち、プラグ９０がホール７０に挿入されると、ホール７０の内部を埋めている電解質４０が反対方向に押し出されるようになる。この過程で、電解質４０が電池の内部に押し入れられるかガラス基板１０の外に押し出されないため、染料感応型太陽電池の内部の圧力に変化を起こさない。また、染料感応型太陽電池の内部に空気が浸透して気泡が発生することを防止する。

また、本発明では、圧入したプラグ９０がホール７０の中心なら上下対象するように挿入されるため、その内部圧力はプラグ９０の上下方向で同じく作用し、方向が反対であるためこの力は互いに相殺されるので、密封状態を維持するのに有利である。

一方、ホール７０は構造と密封工程が単純で、ホール７０の直径を大きくすることが容易であるため、電解質４０の注入と密封工程の速度を向上させることができる。

プラグ９０を挿入した後には、必要に応じて外部洗浄を行い、プラグ９０が突出した部分があれば切断又は研磨してガラス基板１０と同じ高さになるように加工してもよい。

また、美観を向上するさせるためにプラグ９０が目立たないよう、染料感応型電池の色と同じ色で製作してもよい。

一方、プラグ９０は弾性力を具備した素材で多様な大きさと形で形成されてもよく、弾性力によってガラス基板１０に接触しながら圧縮されて密封性能を向上させてもよい。

以下、図５乃至図２２を参照して説明する。

図５乃至図１０は、本発明の一実施例によるプラグの外径がホールの内径より大きく形成されて密封された例を示す図である。

図５は、密封性能を向上させるため、プラグ９０を弾性力を具備した素材を使用した例である。プラグ９０は弾性力を具備した素材として、最大の直径がホール７０の直径より大きく形成されてホール７０に圧入されることで、プラグ９０が圧縮変形されながら密封性能を向上させることができる。

この場合、プラグ９０の弾性と変形率を調節するため、プラグ９０は圧入方向に中央が貫通形成される挿入ホール９２を具備し、この挿入ホール９１に挿入部１１０を挿入してもよい。これは図１３乃至図１４を参照して説明する。

図６乃至図９は、ホール７０にプラグ９０を挿入することができるようにプラグ９０を形態を変形したものである。

図６に示したように、プラグ９０の端部を丸く形成するか、図７に示したように、プラグ９０の端部をテーパー（ｔａｐｅｒ）状に形成するか、図８に示したように、プラグ９０を球状に形成してもよい。

また、図９に示したように、ホール７０をテーパー状に形成し、ホール７０に対応するようにプラグ９０をテーパー状に形成してもよい。

更に、図１０に示したように、プラグ９０の中央に挿入方向に貫通形成された中空部９１を形成してもよい。

更に、図５乃至図１０に示したように、プラグ９０を弾性力を具備した素材で形成してホール７０に圧入した後には、袋材１００で追加的に密封することで、密封性能を向上させることができる。

図１１乃至図１２は、本発明の一実施例による袋材が使用されて密封された例を示す図であり、袋材１００は常温で硬化するエポキシなどの接着剤であってもよく、グラスフリット又はメタルソルダーのような高温融着素材であってもよい。

プラグ９０を挿入した後、袋材１００を追加する前にホール７０内部とガラス基板１０の表面を溶剤（ｓｏｌｖｅｎｔ）などで洗浄することで、密封性能と耐久性を向上させることができる。

特に、図１２に示したように、中空部９１にホール７０が挿入された後袋材１００で封じられると、プラグ９０の中空部９１と上下空間に袋材１００が埋め込まれることで、一体化及び硬化されながら密封性能を追加的に向上させることができる。

一方、プラグ９０が弾性力の高い素材として使用されても、プラグ９０の外径がホール７０の内径より大きい場合、ホール７０に圧入することが難しくなる恐れがある。

従って、プラグ９０の外形がホール７０の内径と同じであるか小さい場合、密封することを説明する。

図１３乃至図２２は、本発明の一実施例によるプラグがガラス基板に圧縮変形されながら密封された例を示す図である。

図１３を参照すると、プラグ９０の外径は図１３のａ）のようにホール７０の内径と同じであるか小さく形成され、その中心には挿入部１１０を挿入するための挿入ホール９２が形成される。

ここに図１３のｂ）のように、挿入ホール９２の内径より大きい挿入部１１０が挿入されると、プラグ９０の外形は矢印の方向のように側方向に拡張される。

即ち、プラグ９０は弾性力を具備するので、図１４のａ）に示したように、挿入ホール９２に挿入部１１０が挿入されると、図１４のｂ）に示したように、プラグ９０が側方向に拡張されてガラス基板１０に形成されたホール７０の側面に接触されながら圧縮変形されることで、密封性能を向上させることができる。

挿入部１１０は硬度と強度の高い材質で形成され、弾性力のあるプラグ９０の挿入ホール９２に容易に挿入できるようにする。

挿入部１１０はその端部が丸く形成されるかテーパー状に形成され、挿入部１１０が挿入ホール９２に容易に挿入できるようにする。

挿入部１１０はガラス基板１０の内部の正極透明電極や負極透明電極及び電解質4０と直接接触されないため、金属など導体素材を使用してもよい。

図１３乃至図１４は、挿入ホール９２に挿入部１１０が挿入されてプラグ９０の直径が拡張することを例に説明したが、挿入方向に圧縮されて直径が拡張されてもよい。

図１５を参照すると、プラグ９０を弾性力のある素材で形成し、圧入方向で圧縮すると圧入方向と垂直な方向に変形され、矢印の方向のように高さは縮んで直径は伸びるようになる。

図１６と図１７は、図１５に示したように、プラグ９０を圧入方向に圧縮してプラグ９０の直径を増加させた状態でロッキングされた例を示す図である。

プラグ９０の直径はホール７０の内径と同じであるか小さく形成され、プラグ９０の中心部には垂直に貫通形成された挿入ホール９２が形成される。ここに上下方向に圧縮を加えながら、追加的にロッキング（ｌｏｃｋｉｎｇ）機能を具現できるようにする。

このため、ロッキング部１３０はピン１３１の一側にヘッド１３２が形成され、ピン貫通ホール１３４が形成されたリテイナ（ｒｅｔａｉｎｅｒ）１３３を更に具備する。

ピン１３１がプラグ９０の挿入ホール９２に挿入され、リテイナ１３３のピン貫通ホール１３４を貫通するようにし、リテイナ１３３を圧入方向に圧縮すれば、プラグ９０がヘッド１３２とリテイナ１３３によって圧縮され、プラグ９０の直径が増加してガラス基板１０によって圧縮され、ホール７０を密封するようになる。

この際、図１６に示したように、リテイナ１３３の直径がホール７０の内径より大きくてホール７０を包み込んでもよい。

また、図１７に示したようにヘッド１３２とリテイナ１３３の直径がホール７０の内径より小さくてホール７０の中に埋め込まれてもよい。

この際、密封性能を向上させるため、ヘッド１３２とリテイナ１３３がガラス基板１０と接触する部位に袋材１００を追加に塗布してもよい。

また、密封性能を向上させるため、ピン１３１のヘッド１３２とリテイナ１３３がホール７０の内部に埋め込まれた空間を袋材１００で充填してもよい。

また、ロッキング部１３０のロッキング機能を向上させるため、リテイナ１３３は中央部のピン貫通ホール１３４の周りに図１８と図１９に示したように、一側方向に突出した羽根型の突起１３５が形成される。

この場合、ず２０に示したようにピン１３１がピン貫通ホール１３４に挿入されれば、ピン１３１が突起１３５に引っかかって滑り出ることを防ぐことができる。

更に、図２１に示したように、リテイナ１３３がメスねじの機能を行うようにねじホール１３６を形成し、ピン１３１の外周面にねじ山１３７を形成して、図２２に示したようにねじ結合できるようにする。

本発明は図面に示した実施の形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、該当技術の属する技術分野における通常の知識を有する者であればこれから多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能であることが理解できるはずである。従って、本発明の本当の技術的保護範囲は、以下の特許請求の範囲によって決められるべきである。

１０：ガラス基板
１１：正極ガラス基板
１２：負極ガラス基板
４０：電解質
５０：密封材
７０：ホール
９０：プラグ
９１：中空部
９２：挿入ホール
１００：袋材
１１０：挿入部
１３０：ロッキング部
１３１：ピン
１３２：ヘッド
１３３：リテイナ
１３４：ピン貫通ホール
１３５：突起
１３６：ねじホール
１３７：ねじ山

Claims (7)

1. 正極透明電極がコーティングされた正極ガラス基板と、
   負極透明電極がコーティングされた負極ガラス基板と、
   電解質と、
   前記正極ガラス基板及び前記負極ガラス基板を前記正極透明電極及び前記負極透明電極が内面になるように対向して所定間隔に維持し、前記正極ガラス基板及び前記負極ガラス基板とともに形成した内部空間に前記電解質を密封する密封材と、を含み、
   前記正極ガラス基板及び前記負極ガラス基板は電解質を注入するか空気を排出するホールを具備し、前記ホールは圧入されたプラグによって密封され、
   前記ホールは前記正極ガラス基板及び前記負極ガラス基板を貫通するように形成され、前記プラグは前記ホールの中心から上下対称になるように挿入されたことを特徴とする染料感応型太陽電池。
2. 前記プラグは弾性力を具備することを特徴とする請求項１に記載の染料感応型太陽電池。
3. 前記プラグは球状やテーパー状であるか、端部が丸い形又はテーパーの形に形成されることを特徴とする請求項２に記載の染料感応型太陽電池。
4. 前記プラグは圧入方向に貫通形成される中空部を具備することを特徴とする請求項1に記載の染料感応型太陽電池。
5. 前記プラグには、前記プラグの圧入方向に貫通形成された挿入ホールが具備され、前記挿入ホールに挿入部が挿入されることを特徴とする請求項２に記載の染料感応型太陽電池。
6. 前記プラグを垂直方向に圧力を加えながらロッキングさせるロッキング部を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の染料感応型太陽電池。
7. 前記ロッキング部は、
   前記挿入ホールに挿入されるピンと、
   前記ピンの一側に形成されて前記プラグを圧縮させるヘッドと、
   前記ピンが貫通されるピン貫通ホールと、を具備し、前記ピンが貫通されながら前記プラグを圧縮するリテイナを含むことを特徴とする請求項６に記載の染料感応型太陽電池。

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