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KR101674449B1 - 염료감응형 태양전지의 제조 방법 - Google Patents

염료감응형 태양전지의 제조 방법 Download PDF

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KR101674449B1 KR1020120136284A KR20120136284A KR101674449B1 KR 101674449 B1 KR101674449 B1 KR 101674449B1 KR 1020120136284 A KR1020120136284 A KR 1020120136284A KR 20120136284 A KR20120136284 A KR 20120136284A KR 101674449 B1 KR101674449 B1 KR 101674449B1
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Abstract

염료감응형 태양전지의 제조 방법은, 셀 영역 이외에 정렬 마크를 포함하는 더미 영역이 확보된 제1, 제2 기판을 준비하는 단계; 정렬 마크를 기준으로 제1 기판을 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 수행하여 제1 기판 상에 제1 전극부를 형성하는 단계; 정렬 마크를 기준으로 제2 기판을 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 수행하여 제1 기판 상에 제2 전극부를 형성하는 단계; 스크라이빙 공정으로 제1, 제2 기판의 더미 영역을 제거하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 정렬 정확도를 높여 구조물들의 치수 안정성을 확보하고, 최종 제품인 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

염료감응형 태양전지의 제조 방법{Method for manufacturing dye-sensitized solar cell using the same}
본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 염료감응형 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 전기에너지로 변환하는 장치이다.
이중에서, 염료감응형 태양전지는 감광성 염료분자와 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 산화물 반도체를 이용한 광전기화학적 태양전지로서, 간단한 인쇄 공정으로 셀을 제작할 수 있어 제조가 용이한 편이고, 발전 단가가 실리콘 태양전지에 비하여 현저히 낮으며, 건물 유리창에 붙이는 필름 형태와 같은 다양한 응용성을 가지고 있다.
종래의 염료감응형 태양전지는 복수의 인쇄 공정으로 기판 상에 여러 구조물(전극 등)을 형성하는데, 이때 기판 정렬이 불안정하여 각 구조물 간의 간격이나 선폭, 또는 두께(2층 이상 복합층 구조)에서 편차가 발생하게 된다.
특히, 300mm×300mm 이상 대형 사이즈의 경우 정렬의 중요도가 더욱 높으며, 정렬이 제대로 이루어지지 않으면 인쇄 부위에 따라 틀어짐, 선폭 차이, 간격 불균일이 발생하여 전체적인 치수 안정성이 부족해지며, 이는 발전 효율의 저하로 이어진다.
이에 따라, 정렬 마크의 형성을 고려할 수 있으나, 정렬 마크 형성 시에 구조물의 간섭 위험이 있고, 정렬 마크가 구조물들 간에 혼재되는 경우에는 정렬 마크를 활용한 별도 정렬을 수행하기 어려운 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1084206호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인쇄 공정에 적합하도록 태양전지용 기판의 제작 시에 정렬 마크를 포함한 더미 영역을 확보함으로써, 정렬 정확도를 높여 구조물들의 치수 안정성을 확보하고, 이에 따라 최종 제품인 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 제조 방법은, 제1 전극부를 형성할 셀 영역과 셀 영역 이외의 더미 영역을 구비하는 제1 기판을 준비하여 상기 제1 기판의 더미 영역 상에 제1 정렬 마크를 표시하는 단계; 상기 제1 정렬 마크를 기준으로 상기 제1 기판을 정렬한 후, 상기 제1 기판의 셀 영역 상에 상기 제1 전극부를 인쇄하여 소성하는 단계; 스크라이빙 공정으로 상기 제1 기판의 더미 영역을 제거하는 단계; 제2 전극부를 형성할 셀 영역과 셀 영역 이외의 더미 영역을 구비하는 제2 기판을 준비하여 상기 제2 기판의 더미 영역 상에 제2 정렬 마크를 표시하는 단계; 상기 제2 정렬 마크를 기준으로 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 기판의 셀 영역 상에 상기 제2 전극부를 인쇄하고, 상기 제2 전극부 상에 염료를 흡착시켜 소성하는 단계; 스크라이빙 공정으로 상기 제2 기판의 더미 영역을 제거하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 대향하도록 합착하고, 전해질 용액을 주입하여 실링하는 단계를 포함한다.
상기 제1 전극부의 인쇄 시에는, 상기 제1 정렬 마크를 이용해 상기 제1 기판을 기준 위치에 놓아 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 실시하여 상기 제1 기판의 표면에 집전 전극, 투명 전극 및 촉매 전극을 각각 형성할 수 있다.
상기 제2 전극부의 인쇄 시에는, 상기 제2 정렬 마크를 이용해 상기 제2 기판을 기준 위치에 놓아 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 실시하여 상기 제2 기판의 표면에 집전 전극, 투명 전극 및 반도체 산화물 전극을 각각 형성할 수 있다.
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에서, 셀 영역의 양측에 한 쌍의 더미 영역이 형성되어 더미 영역이 기판의 외곽을 이루며, 기판 외곽의 각 모서리에 정렬 마크가 표시될 수 있다.
본 발명에 의한 염료감응형 태양전지의 제조 방법에 따르면, 인쇄 공정에 적합하도록 태양전지용 기판의 제작 시에 정렬 마크를 포함한 더미 영역을 확보함으로써, 정렬 정확도를 높여 구조물들의 치수 안정성을 확보하고, 이에 따라 최종 제품인 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지에 제조 방법에 사용되는 기판의 평면 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 단면 모식도이다.
제1 기판(101) 및 제2 기판(102)은 투명 기판으로서, 염료감응형 태양전지의 제조에 통상 사용되는 소다라임(soda lime) 글래스일 수 있다.
제1 기판(101)의 표면에는 집전 전극(111), 투명 전극(112) 및 촉매 전극(113)을 포함하는 제1 전극부(110)가 형성된다.
일 실시예에서, 제1 전극부(110)의 집전 전극(111), 투명 전극(112) 및 촉매 전극(113)은 각각 은(Ag), FTO(F-doped SnO2) 및 백금(Pt)으로 구성할 수 있으며, 각 금속 물질을 제1 기판(101) 상에 라인 형태로 인쇄한 후 소성하여 이들을 형성할 수 있다.
제2 기판(102)의 표면에는, 집전 전극(121), 투명 전극(122) 및 반도체 산화물 전극(123)이 형성된다.
일 실시예에서, 제2 전극부(120)의 집전 전극(121), 투명 전극(122) 및 반도체 산화물 전극(123)은 은(Ag), FTO(F-doped SnO2) 및 이산화티탄(TiO2)으로 구성할 수 있으며, 각 금속 물질을 제2 기판(102) 상에 라인 형태로 인쇄한 후 소성하여 형성할 수 있다.
제1 기판(101) 및 제2 기판(102)의 투명 전극(112, 122) 표면에는 글래스 프릿(glass frit)으로 이루어진 보호층(114, 124)을 형성할 수 있다.
제1 기판(101) 및 제2 기판(102)에 전술한 구조물이 각각 형성되고 난 후, 두 기판(101, 102)은 서로 대향하도록 합착되며, 두 기판(101, 102)의 사이에는 전해질 용액이 충진된다. 두 기판(101, 102)의 합착을 위해서는, 글래스 프릿(glass frit)으로 이루어진 실링부(130, 131)를 형성하여 사용할 수 있다.
이와 같이, 여러 가지 패턴에 걸쳐 구조물이 형성되고, 각 구조물이 형성된 상태에서 두 기판(101, 102)이 합착된다. 도 1에 도시한 것처럼, 합착 후 두 기판(101, 102)에 형성된 한 쌍의 집전 전극(111, 121), 투명 전극(112, 122)이 서로 대향하고, 촉매 전극(113)과 반도체 산화물 전극(123)이 서로 대향한다.
합착 전 반도체 산화물 전극(123)의 표면에는 빛을 흡수하여 전자를 방출하는 염료(dye)를 흡착시킨다. 합착 이후에는, 제1 기판(101) 또는 제2 기판(102) 상에 형성된 홀(hole, 미도시)을 통해 전해질 용액을 공급한 다음, 실링(sealing) 공정으로 전해질 용액의 주입에 사용된 홀을 막아 태양전지의 형성을 완료한다.
본 발명에서는, 이러한 제1 기판(101) 및 제2 기판(102)의 제작 시에 인쇄 공정에 적합하도록 정렬 마크를 포함한 더미 영역을 확보하여 정렬의 용이성 및 정확성을 향상시키고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지에 제조 방법에 사용되는 기판의 평면 모식도이다.
본 발명은 도 2에서와 같이 셀 영역(RA) 이외의 더미 영역(RB)을 확보하고, 제1 기판(101) 및 제2 기판(102) 각각의 일면에 인쇄 공정에 사용할 정렬 마크(AL)를 형성한 다음, 후속적으로 진행되는 인쇄 공정에서 기 형성된 정렬 마크(AL)를 기준으로 인쇄를 실시할 수 있도록 한다.
일 실시예에서는, 셀 영역(RA)의 양측에 한 쌍의 더미 영역(RB)이 형성되어 더미 영역(RB)이 태양전지용 기판의 외곽을 이루며, 기판 외곽의 각 모서리에 정렬 마크(AL)가 표시될 수 있다.
여기서, 셀 영역(RA)은 도 1에서 설명한 모든 구조물들이 형성되는 영역으로서, 염료감응형 태양전지가 최종 제품으로 완성된 상태에서는 더미 영역(RB)이 제거되므로, 셀 영역(RA)이 기판 전체면에 해당한다.
염료감응형 태양전지에서, 발전 효율은 구조물 간의 간격, 각 구조물의 높이나 두께에 매우 민감하므로, 이들을 고려한 정확한 구조물의 형성이 무엇보다 중요하다.
따라서, 본 발명에서와 같이 정렬 마크(AL)를 포함한 더미 영역(RB)을 형성하여 인쇄의 정확도를 높임으로써 태양전지의 발전 효율 측면에서 현저한 향상을 기대할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 각각의 인쇄 공정을 거치면서 인쇄된 각 구조물과의 간격 및 선폭이 일정하게 제작될 수 있으며, 태양전지의 발전 효율을 향상하기 위해 구조물의 두께를 형성할 경우에도 종래 기술보다 용이하게 반복적인 인쇄 작업이 가능하다.
모든 구조물의 형성이 완료되면, 스크라이빙(scribing) 공정을 실시하여 더미 영역(RB)을 제거함으로써 셀 영역(RA)만 남겨 더미 영역(RB)이 최종 제품의 구조 및 특성에 영향을 주지 않도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제1 전극부(110)를 형성할 셀 영역(RA)과, 셀 영역(RA) 이외에 제1 정렬 마크(AL)가 포함된 더미 영역(RB)을 구비하는 제1 기판(101)을 준비한다(S110).
그런 다음, 제1 정렬 마크(AL)를 기준으로 제1 기판(101)을 정렬한 후(S111), 제1 기판(101)의 셀 영역(RA) 상에 제1 전극부(110)를 인쇄하여 소성한다(S112).
제1 전극부(110)의 인쇄 시에는, 제1 정렬 마크(AL)를 이용해 제1 기판(101)을 기준 위치에 놓아 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 실시하여 기판(101) 표면의 집전 전극(111), 투명 전극(112), 촉매 전극(113)을 각각 형성함으로써(S112), 정렬 정확성을 높일 수 있다.
이후, 스크라이빙 공정을 진행하여 제1 기판(101)에서 셀 영역(RA) 이외의 더미 영역(RB)을 잘라낸다(S113).
제1 기판(101)과 마찬가지로, 제2 전극부(120)를 형성할 셀 영역(RA)과, 셀 영역(RA) 이외에 제2 정렬 마크(AL)가 포함된 더미 영역(RB)을 구비하는 제2 기판(102)을 준비한다(S120).
그런 다음, 제2 정렬 마크(AL)를 기준으로 제2 기판(102)을 정렬한 후(S121), 제2 기판(102)의 셀 영역(RA) 상에 제2 전극부(120)를 인쇄하고, 제2 전극부(120) 상에 염료를 흡착시켜 소성한다(S122).
제2 전극부(120)의 인쇄 시에는, 제2 정렬 마크(AL)를 이용해 제2 기판(102)을 기준 위치에 놓아 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 실시하여 기판(102) 표면의 집전 전극(121), 투명 전극(122) 및 반도체 산화물 전극(123)을 각각 형성함으로써(S122), 정렬 정확성을 높일 수 있다.
이후, 스크라이빙 공정으로 제2 기판(102)의 더미 영역(RB)을 제거한다(S123).
이와 같이, 소성 공정이 완료된 후 제1 기판(101) 및 제2 기판(102)에서 정렬 마크(AL)가 포함된 더미 영역(RB)은 스크라이빙에 의해 잘려나간다.
이후에는, 두 기판(101, 102) 상에 글래스 프릿 페이스트를 인쇄하여 실링부(130, 131)를 형성한 다음, 가열 압착 공정을 실시하여 두 기판(101, 102)을 서로 대향하도록 합착시킨다(S130).
셀 영역(RA)만 남은 두 기판(101, 102)이 합착되면, 제1 기판(101) 또는 제2 기판(102) 상에 형성된 홀(미도시)을 통해 합착된 두 기판(101, 102) 사이의 공간으로 전해질 용액을 주입하고, 홀 부분을 실링하여 마무리한다(S140).
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 제조 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
101: 제1 기판
110: 제1 전극부
102: 제2 기판
120: 제2 전극부

Claims (4)

  1. 제1 전극부를 형성할 셀 영역과 제1 정렬 마크가 포함된 더미 영역을 구비하는 제1 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 정렬 마크를 기준으로 상기 제1 기판을 정렬한 후, 상기 제1 기판의 셀 영역 상에 상기 제1 전극부를 인쇄하여 소성하는 단계;
    스크라이빙 공정으로 상기 제1 기판의 더미 영역을 제거하는 단계;
    제2 전극부를 형성할 셀 영역과 제2 정렬 마크가 포함된 더미 영역을 구비하는 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제2 정렬 마크를 기준으로 상기 제2 기판을 정렬한 후, 상기 제2 기판의 셀 영역 상에 상기 제2 전극부를 인쇄하고, 상기 제2 전극부 상에 염료를 흡착시켜 소성하는 단계;
    스크라이빙 공정으로 상기 제2 기판의 더미 영역을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 대향하도록 합착하고, 전해질 용액을 주입하여 실링하는 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극부의 인쇄 시에,
    상기 제1 정렬 마크를 이용해 상기 제1 기판을 기준 위치에 놓아 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 실시하여 상기 제1 기판의 표면에 집전 전극, 투명 전극 및 촉매 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극부의 인쇄 시에,
    상기 제2 정렬 마크를 이용해 상기 제2 기판을 기준 위치에 놓아 정렬한 상태에서, 복수의 인쇄 공정을 실시하여 상기 제2 기판의 표면에 집전 전극, 투명 전극 및 반도체 산화물 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에서,
    셀 영역의 양측에 한 쌍의 더미 영역이 형성되어 더미 영역이 기판의 외곽을 이루며, 기판 외곽의 각 모서리에 정렬 마크가 표시되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조 방법.
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