KR20170081387A

KR20170081387A - Photovoltaic cell and Photovoltaic module comprising the same

Info

Publication number: KR20170081387A
Application number: KR1020160000354A
Authority: KR
Inventors: 박상엽; 송준호; 김성진
Original assignee: 강릉원주대학교산학협력단
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2017-07-12

Abstract

본 발명은 유지 및 보수가 용이한 태양전지 셀 및 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것으로, 태양전지 셀을 기준으로 제1 전극 및 제2 전극이 서로 반대편 일측으로 연장 돌출된 구조를 가지며, 상기와 같은 태양전지 셀을 카트리지에 전기적으로 병렬로 연결함으로써, 태양전지 셀의 교체 및 패널의 효율적인 유지관리가 가능한 태양전지 셀 및 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.The present invention relates to a solar cell which can be easily maintained and repaired, and a solar cell module using the solar cell, wherein the first electrode and the second electrode extend from one side of the solar cell to the other side of the solar cell, A solar battery cell and a solar battery module which can replace the solar battery cell and efficiently maintain the panel can be provided by electrically connecting the solar battery cell to the cartridge in parallel.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a photovoltaic cell and a solar cell module including the photovoltaic cell,

본 발명은 제1 전극 및 제2 전극이 돌출된 구조인 태양전지 셀 및 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell having a structure in which a first electrode and a second electrode are protruded, and a solar cell module using the same.

최근 들어 이산화탄소 발생 규제 정책과 화석 연료 매장량의 고갈에 따라 기존의 화석연료를 대체하고자 반도체 등을 이용한 태양 에너지를 전기에너지로 활용하는 태양전지 분야의 관심과 노력이 점차 증가되고 있다.In recent years, interest and efforts in the field of solar cells that utilize solar energy as an electric energy to replace existing fossil fuels have been gradually increasing due to the restriction of carbon dioxide generation and the depletion of fossil fuel reserves.

일반적으로 태양전지는 판상의 형태로서 특히 전도성 세라믹이 코팅된 유리기판 및 고분자 필름을 사용하여 제1전극과 상대전극을 구성하고 나노입자 산화물 반도체 전극, 백금 전극 등을 구성한 후 전해질을 주입하여 밀봉하는 과정을 거친다. 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계에서 전도성 유리기판 내지 고분자 필름을 관통하는 구멍을 형성한 후, 상기 구멍을 이용하여 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 준고체 전해질, 고분자 전해질 중 어느 하나를 주입하고, 상기 구멍을 밀봉하는 과정을 거쳐 태양전지를 완성하고 있다.Generally, a solar cell is a plate-like shape. In particular, a glass substrate and a polymer film coated with conductive ceramics are used to constitute a first electrode and a counter electrode, a nanoparticle oxide semiconductor electrode, a platinum electrode, etc. are formed, and then an electrolyte is injected and sealed Go through the process. Forming a hole through the conductive glass substrate or the polymer film in the step of injecting and sealing the electrolyte and injecting any one of the liquid electrolyte, the ionic liquid electrolyte, the quasi-solid electrolyte and the polymer electrolyte using the hole, And the hole is sealed to complete the solar cell.

그러나, 태양전지는 효율이 떨어진 태양전지 셀의 교체에 어려움이 있어, 이에 대한 대처가 필요한 상황이다.However, it is difficult to replace solar cells with less efficient solar cells, and countermeasures are needed.

대한민국 공개특허 제2011-0035799호Korea Patent Publication No. 2011-0035799

본 발명은 태양전지의 유지 및 보수를 용이하기 하기 위해 제1 전극 및 제2 전극의 구조를 돌출된 형태로 하는 태양전지 셀 및 이를 이용한 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.The present invention provides a solar cell having a protruding structure of a first electrode and a second electrode to facilitate maintenance and repair of the solar cell, and a solar cell module using the same.

본 발명은,According to the present invention,

제1 전극; 산화물층; 전해질층 및 제2 전극이 순차 적층된 구조의 태양전지 셀에 있어서,A first electrode; Oxide layer; An electrolyte layer and a second electrode are sequentially laminated,

제1 전극은 태양전지 셀의 일측으로 연장 돌출된 구조이고, The first electrode has a structure in which the first electrode extends to one side of the solar cell,

제2 전극은 상기 제1 전극과 다른 일측으로 연장 돌출된 구조인 태양전지 셀을 제공한다.And the second electrode extends from the first electrode to the other electrode.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

둘 이상의 태양전지 셀이 수납되며, 수납된 둘 이상의 태양전지 셀을 전기적으로 병렬 연결하는 카트리지; 및A cartridge for accommodating two or more solar cells and electrically connecting the two or more solar cells housed therein in parallel; And

상기 카트리지 내부에 체결되는 둘 이상의 제 1 항에 따른 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.And at least two solar cells according to claim 1 fastened to the inside of the cartridge.

본 발명에 따른 태양전지 셀은 패널의 전력생산을 멈추지 않고도 효율이 떨어진 태양전지 셀의 교체 및 패널의 효율적인 유지관리가 가능하며, 태양전지 모듈의 장기적 운용 안정성을 획기적으로 증대시킨 태양전지 셀 및 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.The solar cell according to the present invention can replace the solar cell with less efficient efficiency and maintain the efficiency of maintenance of the panel without stopping the power generation of the panel, A battery module can be provided.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지 셀의 측면 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 측면 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 여러 개 연결한 것의 측면 이미지이다.1 is a side view of a solar cell according to the present invention.
2 is a side view of a solar cell module according to the present invention.
FIG. 3 is a side view of a plurality of solar cell modules according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the terms "comprising" or "having ", and the like, specify that the presence of a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 일실시예에서,The present invention, in one embodiment,

제2 전극은 상기 제1 전극과 다른 일측으로 연장 돌출된 구조인 태양전지 셀을 제공한다. And the second electrode extends from the first electrode to the other electrode.

구체적으로, 제1 전극과 제2 전극은 태양전지 셀을 기준으로, 서로 반대편 일측으로 연장 돌출된 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극이 단축을 기준으로 오른쪽으로 돌출된 구조라면, 제2 전극은 단축을 기준으로 왼쪽으로 돌출된 구조일 수 있다. 반대로 제1 전극이 단축을 기준으로 왼쪽으로 돌출된 구조라면, 제2 전극은 단축을 기준으로 오른쪽으로 돌출된 구조일 수 있다. Specifically, the first electrode and the second electrode may have a structure in which the first electrode and the second electrode protrude from one side of the solar cell cell. For example, if the first electrode has a structure protruding rightward with respect to the short axis, the second electrode may have a structure protruding leftward with respect to the short axis. On the contrary, if the first electrode is a structure protruding leftward with respect to the short axis, the second electrode may have a structure protruding rightward with respect to the short axis.

또한, 제1 전극, 산화물층, 전해질층 및 제2 전극으로 적층된 구조에서 제1 전극 및 제2 전극 사이에 산화물층 및 전해질층 양옆으로 밀폐부를 포함할 수 있다. In addition, the first electrode, the oxide layer, the electrolyte layer, and the second electrode may include a sealing portion on both sides of the oxide layer and the electrolyte layer between the first electrode and the second electrode.

여기서, 제1 전극 및 제2 전극은 전도성 유리, 투명 전도성 고분자 또는 금속박막일 수 있다. 구체적으로, 제1 전극 및 제2 전극은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide)가 코팅된 유리 기판; Al(알루미늄), Cu(구리) 또는 Pt(백금)을 포함하는 금속박막; 또는 PEDOT:PSS 일 수 있다. 또한, 산화물층은 금속산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 이산화티탄(TiO₂), 이산화 주석(SnO₂) 또는 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다.Here, the first electrode and the second electrode may be a conductive glass, a transparent conductive polymer, or a metal thin film. Specifically, the first and second electrodes may be formed of a glass substrate coated with ITO (indium tin oxide) or FTO (fluorine-doped tin oxide); A metal thin film including Al (aluminum), Cu (copper), or Pt (platinum); Or PEDOT: PSS. In addition, the oxide layer may comprise a metal oxide. Specifically, it may include titanium dioxide (TiO ₂ ), tin dioxide (SnO ₂ ), or zinc oxide (ZnO).

아울러, 제1 전극 및 제2 전극의 연장 돌출된 부분에 제1 전극 코팅부 및 제2 전극 코팅부를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극 코팅부는 돌출된 전극을 보호할 수 있으며, 제1 및 제2 전극을 카트리지에 고정시켜 카트리지와의 결합을 강화시키는 역할을 할 수 있다. 상기 전극 코팅부는 전도성을 띠는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 전도성 폴리머(예를 들어, PEDOT:PSS), 금속박 또는 전기배선을 포함하는 고무 재료일 수 있다. 또한 상기 전극 코팅부는 교체가 필요할 시에 교체가 가능하다In addition, the first and second electrode coating portions may include a first electrode coating portion and a second electrode coating portion. The first and second electrode coating portions can protect protruding electrodes and can secure the first and second electrodes to the cartridge to enhance the connection with the cartridge. The electrode coating portion is not particularly limited as long as it is a conductive material. Specifically, it may be a rubber material including a conductive polymer (for example, PEDOT: PSS), a metal foil or an electric wire. Further, the electrode coating portion can be replaced when replacement is required

도 1은 발명에 따른 태양전지 셀의 측면 이미지를 나타낸 것으로, 제1 전극(10), 제1 전극 코팅부(11), 산화물층(40), 전해질층(30), 제2 전극(20), 제2 전극 코팅부(21) 및 밀폐부(50)로 구성될 수 있다. 도 1에서는 제1 전극이 태양전지 셀의 상부에 위치하여 오른쪽으로 돌출되어 있고, 제2 전극이 태양전지 셀의 하부에 위치하여 왼쪽으로 돌출되어 있다. 돌출된 전극의 끝은 코팅된 전극일 수 있다. 연장 돌출된 제1 전극의 끝은 제1 전극 코팅부(11), 연장 돌출된 제2 전극의 끝은 제2 코팅부(21)일 수 있다. FIG. 1 is a side view of a solar cell according to the present invention. The first electrode 10, the first electrode coating 11, the oxide layer 40, the electrolyte layer 30, the second electrode 20, The second electrode coating portion 21, and the hermetically sealed portion 50. In FIG. 1, the first electrode is located on the upper portion of the solar cell and protrudes to the right, and the second electrode is located on the lower portion of the solar cell and protrudes to the left. The tip of the protruding electrode may be a coated electrode. The end of the elongated first electrode may be the first electrode coating portion 11 and the end of the elongated second electrode may be the second coating portion 21.

본 발명은 다른 일실시예에서,The present invention, in another embodiment,

상기 카트리지 내부에 체결되는 둘 이상의 본 발명에 따른 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.And at least two solar cells according to the present invention which are fastened to the inside of the cartridge.

상기 카트리지는 상기 태양전지 셀의 일측으로 연장 돌출된 제1 전극이 수납되어 체결되는 제1 지그부; 및Wherein the cartridge includes a first jig which receives and fastens a first electrode extending to one side of the solar cell; And

상기 태양전지 셀의 다른 일측으로 연장 돌출된 제2 전극이 수납되어 체결되는 제2 지그부를 포함하며, And a second jig for receiving and fastening a second electrode extending to another side of the solar cell,

제1 지그부는 카트리지 내에 수납되는 태양전지 셀들의 제1 전극들을 전기적으로 병렬 연결하고, 제2 지그부는 카트리지 내에 수납되는 태양전지 셀들의 제2 전극들을 전기적으로 병렬 연결하는 구조일 수 있다.The first jig may electrically connect the first electrodes of the solar cells stored in the cartridge in parallel and the second jig may electrically connect the second electrodes of the solar cells stored in the cartridge electrically in parallel.

구체적으로, 태양전지 셀은 전기극성에 맞추어 병렬 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 연장 돌출된 제1 전극은 전체적으로 동일한 제1 지그부에 연결되며, 연장 돌출된 제2 전극도 전체적으로 동일한 제2 지그부에 연결될 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 지그부는 서로 다른 전극에 연결될 수 있다. 도 2에 나타낸 것과 같이 제1 지그부는 양극에, 제2 지그부는 음극에 연결될 수 있다. 상기와 반대로 제1 지그부는 음극에, 제2 지그부는 양극에 연결될 수도 있다. Specifically, the solar cell can form a parallel structure in accordance with the polarity of the electricity. For example, the first protruding electrode may be connected to the same first jig portion as a whole, and the second protruding electrode may be connected to the same second jig portion as a whole. At this time, the first and second jig portions may be connected to different electrodes. As shown in Fig. 2, the first jig portion may be connected to the anode, and the second jig portion may be connected to the cathode. Conversely, the first jig may be connected to the cathode, and the second jig may be connected to the anode.

상기와 같이 둘 이상의 판형 태양전지 셀을 전기적으로 병렬 연결하면, 카트리지 내의 일부분의 태양전지 셀의 수명이 다하였을 때에도 카트리지 또는 태양전지 모듈 전체 발전시스템에 영향을 주지 않으며 일부분의 태양전지 셀을 교체할 수 있다.When the two or more plate type solar cells are electrically connected in parallel as described above, even when a part of the solar cells in the cartridge reaches the end of its service life, the entire power generation system of the cartridge or the solar cell module is not affected. .

또한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 카트리지 내부에는 둘 이상의 판형 태양전지 셀들이 평행하게 수납되고, 상기 제1 및 제2 지그부는, 태양전지 셀이 슬라이딩 수납된 상태에서, 각각 태양전지의 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 접속되는 구조일 수 있다.Also, in the inside of the cartridge of the solar cell module according to the present invention, two or more plate type solar cells are stored in parallel, and the first and second jigs are arranged in the first and second jig portions of the solar cell, Electrode, and the second electrode.

이때, 상기 카트리지는 수납된 개별 태양전지 셀의 상태를 점검하여 표시하는 센서 및 표시부를 포함할 수 있다. 상기 센서 및 표시부를 통해 카트리지 내의 수명이 다하거나 정상적으로 작동하지 않는 태양전지 셀을 용이하게 찾아서 교체 및 수리할 수 있다. 또한, 카트리지 상부는 유리일 수 있으며, 카트리지 하부는 반사체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상부의 유리는 플리트 유리일 수 있으며, 하부의 반사체는 거울일 수 있다. At this time, the cartridge may include a sensor and a display unit for checking and displaying the state of the accommodated individual solar cell. Through the sensor and the display unit, it is possible to easily find, replace, and repair a solar cell cell whose lifetime in the cartridge is short or does not operate normally. Further, the upper portion of the cartridge may be glass, and the lower portion of the cartridge may include a reflector. Specifically, the upper glass may be pleated glass and the lower reflector may be a mirror.

여기서, 상기 카트리지는 둘 이상의 태양전지 셀이 수납될 수 있다. 구체적으로, 상기 카트리지는 2 내지 10개, 2 내지 8개, 3 내지 8개, 3 내지 7개 또는 4 내지 6개의 태양전지 셀을 수납할 수 있다.Here, the cartridge may contain two or more solar cells. Specifically, the cartridge may contain 2 to 10, 2 to 8, 3 to 8, 3 to 7, or 4 to 6 solar cell units.

또한, 상기 둘 이상의 태양전지 셀이 염료감응형 태양전지일 경우에는 빛을 흡수하는 파장이 서로 다른 염료를 흡착시킨 셀을 순차적으로 선택하여 장착할 수 있다. When the two or more solar cells are dye-sensitized solar cells, the cells that absorb different dyes having different wavelengths for absorbing light may be sequentially selected and mounted.

본 발명에 따른 태양전지 모듈은 카트리지가 여러 개 연결되어 있는 구조일 수 있다. 상기 카트리지 양단에 카트리지끼리 서로 연결될 수 있는 연결 단자가 있을 수 있다. 그 구조는 두 개 이상의 카트리지가 연결되어 접촉면적을 넓히는 구조라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 카트리지의 일면의 가운데 사다리꼴 기둥모양이 하나가 존재하고, 다른 일면에 두 개의 사다리꼴 기둥모양이 면의 양쪽에 평행으로 존재할 수 있다. 상기와 같은 사다리꼴 기둥모양의 연결단자는 두 개 이상의 카트리지를 조립하여 횡으로 연결할 수 있다. 또한, 카트리지 상부 및 하부에도 연결단자를 형성하여 두 개 이상의 카트리지를 종으로 연결할 수 있다. 상기와 같은 연결단자를 포함하는 경우 상대 전극간 접촉 면적을 증가시켜 접속강도 증가 및 접촉저항을 줄일 수 있다.The solar cell module according to the present invention may have a structure in which a plurality of cartridges are connected. There may be connection terminals at both ends of the cartridge that can be connected to each other. The structure is not particularly limited as long as it is a structure in which two or more cartridges are connected to widen the contact area. For example, there may be one middle trapezoidal pillar shape on one side of the cartridge and two trapezoidal pillar shapes on the other side parallel to both sides of the side. The above-mentioned trapezoidal pillar-shaped connection terminal can be connected laterally by assembling two or more cartridges. In addition, connection terminals may be formed on the top and bottom of the cartridge to connect two or more cartridges to each other. When such a connection terminal is included, the contact area between the counter electrodes can be increased to reduce the connection strength and the contact resistance.

도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 단일 카트리지의 측면을 나타낸 이미지이다. 구체적으로, 태양전지 셀들이 평행하게 수납되어 있으며, 제1 지그부(61)및 제2 지그부(62)에 태양전지 셀이 슬라이딩 수납되어 태양전지 셀(70)의 교체가 용이한 구조이다. 연장 돌출된 제1 및 제2 전극이 제1 및 제2 지그부에 수납되어 있으며, 전기적으로 병렬 연결되어 있다. 또한, 다른 카트리지와 연결이 가능할 수 있도록 연결단자(80)를 포함할 수 있으며, 카트리지 상부에는 유리(90)를 하부에는 반사체(100)를 포함할 수 있다. 상기 유리는 자외선 차단 기능이 있는 플리트 유리를 사용할 수 있고, 상기 반사체는 거울을 사용할 수 있다.2 is an image showing a side view of a single cartridge of a solar cell module according to the present invention. Specifically, the solar cells are stored in parallel, and the solar cells 70 are slidably housed in the first and second jig portions 61 and 62, thereby facilitating the replacement of the solar cells 70. The first and second elongated electrodes are housed in the first and second jigs, and are electrically connected in parallel. In addition, it may include a connection terminal 80 so as to be connectable to another cartridge, and the glass 90 may be provided on the upper portion of the cartridge, and the reflector 100 may be provided on the lower portion thereof. The glass may be a pleated glass having an ultraviolet shielding function, and the reflector may use a mirror.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 셀들이 전기적으로 병렬 연결된 카트리지를 여러 개 연결하여 패널을 형성한 모식도이다. 상기 카트리지 양단에 사다리꼴 기둥모양의 연결단자를 포함하고 있어, 두 개 이상의 카트리지를 횡으로 연결할 수 있다. 또한, 카트리지 상부와 하부의 기둥에도 연결단자를 형성하여 두 개 이상의 카트리지를 종으로도 연결할 수 있다.FIG. 3 is a schematic view illustrating the formation of a panel by connecting several cartridges in which solar cells according to the present invention are electrically connected in parallel. The cartridge includes a trapezoidal-shaped connection terminal at both ends of the cartridge, so that two or more cartridges can be connected laterally. Further, a connection terminal may be formed on the upper and lower columns of the cartridge to connect two or more cartridges to each other.

10: 제1 전극
11: 제1 전극 코팅부
20: 제2 전극
21: 제2 전극 코팅부
30: 전해질층
40: 산화물층
50: 밀폐부
61: 제1 지그부
62: 제2 지그부
70: 태양전지 셀
80: 연결단자
90: 유리
100: 반사체10: first electrode
11: First electrode coating portion
20: Second electrode
21: the second electrode coating portion
30: electrolyte layer
40: oxide layer
50:
61: first jig
62: second jig
70: Solar cell
80: Connection terminal
90: Glass
100: reflector

Claims

A first electrode; Oxide layer; An electrolyte layer and a second electrode are sequentially laminated,
The first electrode has a structure in which the first electrode extends to one side of the solar cell,
And the second electrode extends from one side of the first electrode to the other side of the first electrode.

The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode extend from one side of the solar battery cell to the other side of the solar cell cell.

A cartridge for accommodating two or more solar cells and electrically connecting two or more stored solar cells in parallel; And
The solar cell module according to any one of claims 1 to 4, which is fastened to the inside of the cartridge.

The method of claim 3,
Wherein,
A first jig which receives and fastens a first electrode extending to one side of the solar cell; And
And a second jig for receiving and fastening a second electrode extending to another side of the solar cell,
Wherein the first jig part electrically connects the first electrodes of the solar battery cells housed in the cartridge in parallel and the second jig part electrically connects the second electrodes of the solar battery cells housed in the cartridge in an electrically parallel manner.

5. The method of claim 4,
In the cartridge, two or more plate-shaped solar cells are stored in parallel,
Wherein the first and second jig portions are electrically connected to the first electrode and the second electrode of the solar cell, respectively, in a state in which the solar cell is slidingly accommodated.

The method of claim 3,
Wherein the cartridge includes a sensor and a display unit for checking and displaying the state of the accommodated individual solar cell.

The method of claim 3,
Wherein the number of solar cells accommodated in the cartridge is 2 to 10.