JP2012129203A - 染料感応太陽電池及びこれを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】染料感応太陽電池及びこの製造方法の提供。
【解決手段】染料感応太陽電池は、第１電極１１０、第１電極と離隔されて対向する第２電極２１０及び第１及び第２電極の間に充填される電解質溶液３０２を含む。第１電極は下記の構造式１に表示される化合物を含む染料が吸着された第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４を含む。
（構造式１で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンである）
【選択図】図１
【解決手段】染料感応太陽電池は、第１電極１１０、第１電極と離隔されて対向する第２電極２１０及び第１及び第２電極の間に充填される電解質溶液３０２を含む。第１電極は下記の構造式１に表示される化合物を含む染料が吸着された第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４を含む。
（構造式１で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンである）
【選択図】図１
Description
本発明は太陽電池及びこれを製造する方法に関し、より詳細には染料感応太陽電池及びこれを製造する方法に関する。
都市近郊をはじめ、四季節（オールシーズン）高密度農産物栽培ができる施設農業、例えば、温室又はビニールハウス団地が構築され、環境災害に強くて多様な高所得作物栽培が可能であるので、速やかに拡散されることと予想されている。施設農業でガラス温室は光透過率が約９０％以上であるので、約７０％の水準であるビニールハウスに比べて日照量が低い季節の作物栽培に有利であり、耐久性が優秀である。しかし、高い設置費用によって使用が制限的である高い価額の作物栽培に適用されて来た。また、四季節施設農業は暖房のために多いエネルギーを使用するので、エネルギー費用変動にしたがう収益性の変化が大きく、夏季には強い太陽光赤外線による高温の温室内部によって農作物を栽培し難い。
農作物成長は赤外線、可視光線、紫外線を含む太陽光で可視光線の一部領域の光が主に光合成作用し、約３０、０００乃至７０、０００Ｌｕｘ程度の光飽和点Ｌｕｘと、約５００乃至３、０００Ｌｕｘの光補償点が光合成のために必要である。しかし、実際に真昼の太陽光は約１２、０００Ｌｕｘであり、その中で４３０乃至４５０ｎｍ及び６４０乃至６８０ｎｍ領域の光のみが光合成に必要である。光合成に関与しない光を電気エネルギーで活用してエネルギー問題を解決することができる。したがって、このような観点で染料感応太陽電池の開発が切実な実情である。
本発明が解決しようとする一技術的課題は光合成に必要である光のみを選択的に透過し、残りの光を電気エネルギーに使用する染料感応太陽電池を提供することにある。
本発明の解決しようとする一技術的課題は前記染料感応太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されない他の課題は下の記載から当業者に明確に理解できる。
本発明の概念にしたがう一実施形態は染料感応太陽電池を提供する。前記染料感応太陽電池は、第１電極、前記第１電極と離隔されて対向する第２電極、及び前記第１及び第２電極の間に充填される電解質溶液を含む。前記第１電極は下記の構造式１に表示される化合物を含む染料が吸着された第１ナノ粒子酸化物薄膜を包含できる。
前記構造式１で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンであり得る。
本発明の一実施形態によれば、前記第１電極は下記の構造式２乃至５に表示された化合物でなされた群から選択された少なくとも１つの染料を包含できる。
本発明の他の実施形態によれば、前記第１電極は、第１基板、前記第１基板及び第１ナノ粒子酸化物薄膜の間に配置される第１導電膜、及び前記第１ナノ粒子酸化膜薄膜上に配置された第２ナノ粒子酸化物薄膜を包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第１導電膜はインジウム錫酸化物（ｉｎｄｕｉｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）又は錫酸化物ＳｎＯ２を含み、前記第１ナノ粒子酸化物はチタン酸化物ＴｉＯ２を含み、前記第２ナノ粒子酸化物はアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３、シリコン酸化物ＳｉＯ２、アルミニウムチタン酸化物ＡｌｘＴｉ１−ｘＯ、及びシリコンチタン酸化物ＳｉｘＴｉ１−ｘＯでなされた群から選択された少なくとも１つを包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第１ナノ粒子酸化物薄膜は２．４乃至２．８の屈折率を有し、前記第２ナノ粒子酸化物薄膜は１．２乃至２．８以下の屈折率を有することができる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第２電極は、第２基板、前記第２基板の上に順次的に積層される第２導電膜、及び第３導電膜を包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第２導電膜はインジウム錫酸化物ＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を含み、前記第３導電膜は白金Ｐｔ又は炭素Ｃを包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記電解質溶液はヨウ化物イオンＩ３ −／Ｉ−を含む電解質溶液又はゲル型（ｇｅｌ ｔｙｐｅ）高分子電解質溶液であり得る。
本発明のその他の実施形態によれば、前記染料感応太陽電池は、前記第１及び第２電極の間で、前記第１及び第２電極の縁を連結して、前記電解質溶液を密閉する密閉部をさらに包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第１ナノ粒子酸化物薄膜の第１ナノ粒子は５乃至３０ｎｍの大きさであり、前記第２ナノ粒子酸化物薄膜の第２ナノ粒子は５乃至１０ｎｍの大きさであり得る。
本発明の概念による他の実施形態は染料感応太陽電池の製造方法を提供する。前記染料感応太陽電池の製造方法は、第１基板の上に予備第１ナノ粒子酸化物薄膜を形成し、前記予備第１ナノ粒子酸化物薄膜に下記の構造式６に表示される化合物を含む染料が吸着して第１ナノ粒子酸化物薄膜を形成して、前記第１基板及び第１ナノ粒子酸化物薄膜を含む第１電極を形成し、前記第１ナノ粒子酸化物薄膜と離隔して対向するように第２電極を配置し、前記第１及び第２電極の間に電解質溶液を充填することを包含できる。
前記構造式６で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンであり得る。
本発明の一実施形態によれば、前記第１電極を形成することは、前記予備第１ナノ粒子酸化物薄膜の上に予備第２ナノ粒子酸化物薄膜を形成し、前記予備第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜に前記構造式６に表示される化合物を含む染料を吸着して、前記第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜を形成することを包含できる。
本発明の他の実施形態によれば、前記第１ナノ粒子酸化物薄膜の第１ナノ粒子と、前記第２ナノ粒子酸化物薄膜の第２ナノ粒子は各々１５０乃至２００℃の温度で水熱合成され得る。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第１電極を形成することは、前記第１基板及び予備第１ナノ粒子酸化物の間に第１導電膜を形成することを包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記第２電極を形成することは、第２基板にインジウム錫酸化物又は錫酸化物を含む第２導電膜を形成し、前記第２導電膜上に白金又は炭素を含む第３導電膜を形成することを包含できる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記電解質溶液を製造する工程は、１、２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムヨウ化物（１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｏｃｔｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ）及びＩ２（ｉｏｄｉｎｅ）を３−メトキシプロピオニトリル（３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させることを含み、前記電解質溶液はＩ３ −／Ｉ−電解質溶液であり得る。
本発明のその他の実施形態によれば、前記電解質溶液を製造する工程は、
ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）系重合体、又はその共重合体をＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ：ＮＭＰ）又は３−メトキシプロピオニトリル（３−Ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＭＰ）溶媒に溶解させることを含み、前記電解質溶液はゲル型高分子電解質溶液であり得る。
ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）系重合体、又はその共重合体をＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ：ＮＭＰ）又は３−メトキシプロピオニトリル（３−Ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＭＰ）溶媒に溶解させることを含み、前記電解質溶液はゲル型高分子電解質溶液であり得る。
本発明のその他の実施形態によれば、前記染料感応太陽電池の製造方法は、前記電解質溶液を密閉するために前記第１及び第２電極の間を連結する密閉部を形成することをさらに含むことができる。
本発明のその他の実施形態によれば、前記密閉部は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂又はガラスフリットを利用して形成できる。
本発明の概念による実施形態によれば、変形されたルテニウム系染料をナノ粒子に吸着して、約４４０ｎｍ乃至約６６０ｎｍ波長の光をさらに効率的に透過させ得る。したがって、植物成長に適合な太陽電池を利用して施設農業のエネルギー効率的な管理及び生産性を顕著に向上させ得る。
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び長所は添付された図面と関連された以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解できる。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化され得る。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るようにそして、当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。
本明細書で、所定の構成要素が異なる構成要素の上にいると言及される場合にそれは他の構成要素の上に直接形成されることができるか、又はそれらの間に第３の構成要素が介在され得るということを意味する。また、図面において、構成要素等の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。
本明細書で記述する実施形態は本発明の理想的な例示図である断面図及び／又は平面図を参考にして説明される。図面において、膜及び領域の厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたのである。したがって、製造技術及び／又は許容誤差等によって例示図の形態が変形できる。したがって、本発明の実施形態は図示された特定形態に制限されることでなく製造工程によって生成される形態の変化も含む。例えば、直角に図示された蝕刻領域はラウンドになるか、又は所定の曲律を有する形態であり得る。したがって、図面で例示された領域は属性を有し、図面で例示された領域の模様は素子の領域の特定形態を例示するためのことであり、発明の範疇を制限するためのことではない。本明細書の多様な実施形態で第１、第２等の用語が多様な構成要素を説明するために使われたが、これらの構成要素がこのような用語によって限定されてはならない。これらの用語は単なるいずれかの構成要素を他の構成要素と区別させるために使われる。ここに説明されて例示される実施形態はその相補的な実施形態等も含む。
本明細書で使われた用語は実施形態を説明するためのことであり、本発明を制限しようとするのではない。本明細書で、単数型は文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使われる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）’及び／又は‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は言及された構成要素は１つ以上の他の構成要素の存在、又は追加を排除しない。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に対して詳細に説明する。
（染料感応太陽電池）
図１は本発明の実施形態による染料感応太陽電池を説明するための断面図である。
図１は本発明の実施形態による染料感応太陽電池を説明するための断面図である。
図１を参照すれば、太陽電池は第１電極１１０と、第１電極１１０と離隔されて対向する第２電極２１０と、第１及び第２電極１１０、２１０の間を充填する電解質溶液３０２を包含できる。
第１電極を１１０は、第１基板１００、第１導電膜１０２、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’、及び第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’が順次的に積層された構造を有することができる。
第１基板１００は光が透過できる透明基板であり得る。例えば、第１基板１００はガラス基板又はプラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）基板であり得る。第１導電膜１０２は第１基板１００の一面に配置され得る。第１導電膜１０２はインジウム錫酸化物ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）又は錫酸化物ＳｎＯ２を包含できる。
第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’は第１導電膜１０２の一面に配置され得る。第１導電膜１０２の一面は第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’と接し、他面は第１基板１００と接することができる。第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’は約５μｍ乃至１０μｍ程度の厚さを有し、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’の第１ナノ粒子は約５ｎｍ乃至約２０ｎｍの大きさを有することができる。また、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’は約２．４乃至約２．８の屈折率を有し、チタン酸化物ＴｉＯ２を包含できる。
本発明の実施形態によれば、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’は約４３０ｎｍ乃至約４５０ｎｍ領域、約６４０ｎｍ乃至約６８０ｎｍ領域の光を透過させるルテニウム系（ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）染料の変形化合物を包含できる。第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’は下記の構造式１に表示される化合物を含む染料を包含できる。
構造式１で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり得る。また、構造式で、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンであり得、この場合、Ｒ１及びＲ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり得る。
例えば、ルテニウム系染料の変形化合物は下記の構造式２乃至構造式５に表示される化合物でなされた群から選択された少なくとも１つを包含できる。
第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’は約１．２乃至約２．３以下の屈折率を有する物質を包含できる。本発明の実施形態によれば、第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’の酸化物はアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３、シリコン酸化物ＳｉＯ２、アルミニウムチタン酸化物ＡｌｘＴｉ１−ｘＯ及びシリコンチタン酸化物ＳｉｘＴｉ１−ｘＯでなされた群から選択された少なくとも１つを包含できる。また、第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’は約１μｍ乃至約３μｍ程度の厚さを有し、第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’の第２ナノ粒子は約５ｎｍ乃至１０ｎｍの大きさを有することができる。
第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’は約４３０ｎｍ乃至約４５０ｎｍ領域、約６４０ｎｍ乃至約６８０ｎｍ領域の光を透過させるルテニウム系染料の変形化合物を包含できる。本発明の実施形態によれば、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’は前記の構造式１に表示される化合物を含む染料を包含できる。
構造式１で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり得る。また、構造式で、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンであり得、この場合、Ｒ１及びＲ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり得る。例えば、ルテニウム系染料の変形化合物は前記の構造式２乃至構造式５に表示される化合物でなされた群から選択された少なくとも１つを包含できる。
第１及び第２ナノ酸化物薄膜によって本発明の実施形態による太陽電池は、一般的な太陽電池に使用されるルテニウム系染料を変形したことであって、一般的な太陽電池で使用されるルテニウム系染料より約２０ｎｍの波長を短波長へ移動させ得る。したがって、本発明の実施形態による太陽電池は約４３０ｎｍ乃至約４５０ｎｍ領域、約６４０ｎｍ乃至約６８０ｎｍ領域の光を選択的に透過し、その以外の光を電気エネルギーとして利用することができる。
第２電極を２１０は、第２基板２００、第２導電膜２０２、及び第３導電膜２０４が順次的に積層された構造を有することができる。
第２基板２００は光が透過できる透明基板であり得る。例えば、第１基板１００はガラス基板又はプラスチック基板であり得る。第２基板２００は第１基板１００と実質的に同一な物質を包含できる。
第２導電膜２０２は第２基板２００の一面に配置され得る。例えば、第２導電膜２０２は第１電極１１０と対向するように配置され得る。第２導電膜２０２はインジウム錫酸化物ＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を包含できる。
第３導電膜２０４は第２導電膜２０２の一面に配置され得る。例えば、第３導電膜２０４は第１電極１１０と対向するように配置され得る。第３導電膜２０４は白金Ｐｔのような金属又は炭素Ｃを包含できる。
電解質溶液３０２は第１及び第２電極１１０、２１０の間を充填することができる。本発明の一実施形態によれば、電解質溶液３０２はヨウ化物イオンを包含できる。例えば、ヨウ化物イオンを含む電解質溶液３０２は１、２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムヨウ化物（１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｏｃｔｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ）及びヨウ化物Ｉ２を３−メトキシプロピオニトリル３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させたＩ３ −／Ｉ−電解質溶液であり得る。本発明の他の実施形態によれば、電解質溶液３０２はゲル型高分子電解質を包含できる。例えば、ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）：ＰＶＤＦ）系重合体又はその共重合体をＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ：ＮＭＰ）又は３−メトキシプロピオニトリル（３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＭＰ）溶液に溶解させた溶液であり得る。
太陽電池は、電解質溶液３０２を密閉する密閉部３００をさらに包含できる。密閉部３００は第１及び第２電極１１０、２１０の間で、第１及び第２電極１１０、２１０の縁を囲み配置され得る。密閉部３００は高分子樹脂又はガラスフリット（ｆｒｉｔ）でなされ得る。高分子樹脂の例としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂等であり得る。
（染料感応太陽電池の製造方法）
図２Ａ乃至図２Ｇは本発明の実施形態による染料感応太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
図２Ａ乃至図２Ｇは本発明の実施形態による染料感応太陽電池を製造する方法を説明するための断面図である。
図２Ａを参照すれば、第１基板１００に第１導電膜１０２を形成できる。
第１基板１００の上に第１導電膜１０２を形成できる。例えば、第１導電膜１０２はスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）を利用して第１基板１００の上に形成され得る。第１導電膜１０２はインジウム錫酸化物ＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を包含できる。
図２Ｂを参照すれば、第１導電膜１０２の上に予備第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４を形成できる。
予備第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４を製造する工程を簡略に説明すれば、先ず、第１ナノ粒子を含む印刷用ペースト（ｐａｓｔｅ ｆｏｒ ｐａｉｎｔｉｎｇ）を第１導電膜１０２の上に第１厚さにコーティングすることができる。第１ナノ粒子は約５ｎｍ乃至約３０ｎｍの大きさの二酸化チタンＴｉＯ２を包含できる。特に、第１ナノ粒子は約２０ｎｍの大きさを有することができる。本発明の実施形態によれば、予備第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４の第１ナノ粒子は約１５０℃乃至約２００℃温度で水熱（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ）合成され得る。
第１厚さにコーティングされた第１ナノ粒子を含む印刷用ペーストを加熱して、第１厚さより実質的に小さい第２厚さを有する予備第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４を形成できる。第２厚さを第１厚さより約１／１０程度小さくあり得る。例えば、第１厚さは約１００μｍであり、第２厚さは約１０μｍであり得る。
図２Ｃを参照すれば、予備第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４の上に予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６を形成できる。
本発明の一実施形態によれば、予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６は蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程を利用して約１μｍ以下の厚さに形成され得る。本発明の他の実施形態によれば、第２ナノ粒子を含む印刷用ペーストをコーティングし加熱して約３μｍ以下の厚さを有する予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６を形成できる。
予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６は約１．２乃至約２．３以下の屈折率を有する物質を包含できる。本発明の実施形態によれば、予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６はアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３、シリコン酸化物ＳｉＯ２、アルミニウムチタン酸化物ＡｌｘＴｉ１−ｘＯ及びシリコンチタン酸化物ＳｉｘＴｉ１−ｘＯでなされた群から選択された少なくとも１つを包含できる。
予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６の第２ナノ粒子は約５ｎｍ乃至約１０ｎｍの大きさを有することができる。本発明の実施形態によれば、予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６の第２ナノ粒子は約１５０℃乃至約２００℃温度で水熱合成され得る。
図２Ｄを参照すれば、予備第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４及び予備第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６に下記の構造式１に表示される化合物を含む染料を吸着させて、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’及び第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’を形成できる。
構造式１で、Ｒ１乃至Ｒ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり得る。また、構造式で、Ｒ２及びＲ３は互に独立的に水素イオンであり得、この場合、Ｒ１及びＲ４は互に独立的にアンモニウムイオン又はホスホニウムイオンであり得る。
例えば、ルテニウム系染料の変形化合物は前記の構造式２乃至構造式５に表示される化合物でなされた群から選択された少なくとも１つを包含できる。
第１及び第２ナノ酸化物薄膜によって、本発明の実施形態による太陽電池は約４３０ｎｍ乃至約４５０ｎｍ領域、約６４０ｎｍ乃至約６８０ｎｍ領域の光を選択的に透過し、その以外の光を電気エネルギーに利用することができる。
したがって、第１電極１１０を形成できる。第１電極１１０は、第１基板１００、第１導電膜１０２、第１ナノ粒子酸化物薄膜１０４’及び第２ナノ粒子酸化物薄膜１０６’を包含できる。
図２Ｅを参照すれば、第２基板２００に第２導電膜２０２を形成できる。
第２基板２００の上に第２導電膜２０２を形成できる。例えば、第２導電膜２０２はスピンコーティングを利用して形成され得る。第２導電膜２０２はインジウム錫酸化物ＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を包含できる。
図２Ｆを参照すれば、第２導電膜２０２の上に第３導電膜２０４を形成できる。
本発明の実施形態によれば、第３導電膜２０４は第２導電膜２０２の上に金属イオン又は炭素イオンを含む溶液をスピンコーティングした後、加熱して形成され得る。例えば、金属イオンは白金イオンであり得る。
したがって、第２電極を２１０を形成できる。第２電極を２１０は、第２基板２００、第２導電膜２０２及び第３導電膜２０４を包含できる。
図２Ｇを参照すれば、第１電極１１０及び第２電極２１０の間に電解質溶液３０２を充填することができる。
第１及び第２電極１１０、２１０の間に電解質溶液３０２を充填することができる。
電解質溶液３０２はヨウ化物イオンを含む電解質溶液又はゲル型高分子電解質を包含できる。一実施形態によれば、電解質溶液３０２はヨウ化物イオンを含む電解質溶液であり得る。ヨウ化物イオンを含む電解質溶液は１、２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムヨウ化物（１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｏｃｔｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）及びヨウ化物Ｉ２を３−メトキシプロピオニトリル３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させたＩ３ −／Ｉ−電解質溶液であり得る。他の実施形態によれば、電解質溶液３０２はゲル型高分子電解質であり得る。ゲル型高分子電解質はポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）：ＰＶＤＦ）系重合体又はその共重合体をＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ：ＮＭＰ）又は３−メトキシプロピオニトリル（３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＭＰ）溶液に溶解させた溶液であり得る。
第１及び第２電極１１０、２１０の間で、第１及び第２電極１１０、２１０の縁に配置されて、電解質溶液３０２を密閉する密閉部３００を形成できる。密閉部３００は電解質溶液３０２が充填される前に形成され得る。
（実験例）
第１基板にＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を含む第１導電膜を形成した。第１導電膜上に約２０ｎｍの大きさの二酸化チタンＴｉＯ２（第１ナノ粒子）を含む印刷用ペーストを約１００μｍ厚さでコーティングした。二酸化チタンを含む印刷用ペーストを約４５０℃乃至約５５０℃で約３０分加熱して、約１０μｍ厚さの二酸化チタン薄膜（予備第１ナノ粒子酸化物薄膜）を形成した。
第１基板にＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を含む第１導電膜を形成した。第１導電膜上に約２０ｎｍの大きさの二酸化チタンＴｉＯ２（第１ナノ粒子）を含む印刷用ペーストを約１００μｍ厚さでコーティングした。二酸化チタンを含む印刷用ペーストを約４５０℃乃至約５５０℃で約３０分加熱して、約１０μｍ厚さの二酸化チタン薄膜（予備第１ナノ粒子酸化物薄膜）を形成した。
二酸化チタン薄膜上に約１０ｎｍの大きさの酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、第２ナノ粒子）を含む印刷用ペーストを約１０μｍ厚さでコーティングした。酸化アルミニウムを含む印刷用ペーストを約４５０℃乃至約５５０℃で約３０分加熱して、約３μｍ厚さの酸化アルミニウム薄膜（予備第２ナノ粒子酸化物薄膜）を形成した。
二酸化チタン薄膜及び酸化アルミニウム薄膜が形成された第１基板を３ｍＭの下記の構造式５を有する化合物が溶解されたエタノール溶液で約１８時間の間に染料を吸着した。
したがって、第１基板、第１導電膜、第１ナノ粒子酸化物薄膜及び第２ナノ粒子酸化物薄膜を含む第１電極を形成した。
第２基板にＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を含む第２導電膜を形成した。第２導電膜上に約１０ｍＭの白金イオンが含まれたイソプロパノールアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）溶液を約１、０００ＲＰＭの速度にスピンコーティングした後、約４５０℃乃至約５５０℃で約３０分加熱して、第３導電膜を形成した。
したがって、第２基板、第２導電膜及び第３導電膜を含む第２電極を形成した。
第１電極の第２ナノ粒子酸化物薄膜と、第２電極の第３導電膜が対向するように、第１及び第２電極を離隔して配置した。離隔された第１及び第２電極の間に密閉部を設置した。
密閉部、第１及び第２電極に限定される空間に電解質溶液を充填した。電解質溶液はＩ３ −／Ｉ−電解質溶液として、１、２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムヨウ化物（１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｏｃｔｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ）及びヨウ化物Ｉ２を３−メトキシプロピオニトリル（３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させて製造した。
したがって、第１及び第２電極、電解質溶液でなされた染料感応太陽電池を完成した。
以下では、前記実験例で製作された染料感応太陽電池に対する透過率を調べる。
図３は第１ナノ粒子及び第２ナノ粒子が水熱合成の時、温度にしたがう透過率を示すグラフである。
図３を参照すれば、実線は第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜が形成されない太陽電池に対する透過率を示す。点線は約１８０℃で水熱合成された第１ナノ粒子及び第２ナノ粒子を各々含む第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜が含まれた太陽電池に対する透過率を示す。一点鎖線は約２３０℃で水熱合成された第１ナノ粒子及び第２ナノ粒子を各々含む第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜が含まれた太陽電池に対する透過率を示す。
図３で分かるように、約２３０℃で水熱合成された第１ナノ粒子及び第２ナノ粒子より約１８０℃で水熱合成された第１ナノ粒子及び第２ナノ粒子を含む太陽電池の透過率が優れたことを分かるはずである。
図４は本発明の実施形態による染料感応太陽電池に光を照射し、光の波長にしたがう透過率を示すグラフである。
図４を参照すれば、約４４０ｎｍ乃至約６６０ｎｍ波長で一般的な染料感応太陽電池より本発明の実施形態にしたがって製作された染料感応太陽電池で透過率が優れたことを分かるはずである。
以上、添付されたの図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変形しなくとも他の具体的な形態で実施できることを理解できる。したがって、以上で記述した実施形態には全ての面で例示的なことであり、限定的ではないにこととして理解しなければならない。
１００ 第１基板
１０２ 第１導電膜
１０４ 第１ナノ粒子酸化物薄膜
１０６ 第２ナノ粒子酸化物薄膜
１１０ 第１電極
２００ 第２基板
２０２ 第２導電膜
２０４ 第３導電膜
２１０ 第２電極
３００ 密閉部
３０２ 電解質溶液
１０２ 第１導電膜
１０４ 第１ナノ粒子酸化物薄膜
１０６ 第２ナノ粒子酸化物薄膜
１１０ 第１電極
２００ 第２基板
２０２ 第２導電膜
２０４ 第３導電膜
２１０ 第２電極
３００ 密閉部
３０２ 電解質溶液
Claims (19)
- 第１電極と、
前記第１電極と離隔されて対向する第２電極と、
前記第１及び第２電極の間に充填される電解質溶液と、を含み、
前記第１電極は下記の構造式１に表示される化合物を含む染料が吸着された第１ナノ粒子酸化物薄膜を含む染料感応太陽電池。
- 前記第１電極は下記の構造式２乃至５に表示された化合物でなされた群から選択された少なくとも１つの染料を含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。
- 前記第１電極は、
第１基板と、
前記第１基板及び第１ナノ粒子酸化物薄膜間に配置される第１導電膜と、
前記第１ナノ粒子酸化膜薄膜の上に配置された第２ナノ粒子酸化物薄膜と、を含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。 - 前記第１導電膜はインジウム錫酸化物（ｉｎｄｕｉｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）又は錫酸化物ＳｎＯ２を含み、
前記第１ナノ粒子酸化物はチタン酸化物ＴｉＯ２を含み、
前記第２ナノ粒子酸化物はアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３、シリコン酸化物ＳｉＯ２、アルミニウムチタン酸化物ＡｌｘＴｉ１−ｘＯ及びシリコンチタン酸化物ＳｉｘＴｉ１−ｘＯでなされた群から選択された少なくとも１つを含む請求項３に記載の染料感応太陽電池。 - 前記第１ナノ粒子酸化物薄膜は２．４乃至２．８の屈折率を有し、
前記第２ナノ粒子酸化物薄膜は１．２乃至２．８以下の屈折率を有する請求項３に記載の染料感応太陽電池。 - 前記第２電極は、
第２基板、前記第２基板上に順次的に積層される第２導電膜及び第３導電膜を含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。 - 前記第２導電膜はインジウム錫酸化物ＩＴＯ又は錫酸化物ＳｎＯ２を含み、
前記第３導電膜は白金Ｐｔ又は炭素Ｃを含む請求項６に記載の染料感応太陽電池。 - 前記電解質溶液はヨウ化物イオンＩ３ −／Ｉ−を含む電解質溶液又はゲル型高分子電解質溶液である請求項１に記載の染料感応太陽電池。
- 前記第１及び第２電極の間で、前記第１及び第２電極の縁を連結して、前記電解質溶液を密閉する密閉部をさらに含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。
- 前記第１ナノ粒子酸化物薄膜の第１ナノ粒子は５乃至３０ｎｍの大きさであり、
前記第２ナノ粒子酸化物薄膜の第２ナノ粒子は５乃至１０ｎｍの大きさである請求項１に記載の染料感応太陽電池。 - 第１基板上に予備第１ナノ粒子酸化物薄膜を形成し、
前記予備第１ナノ粒子酸化物薄膜に下記の構造式６に表示される化合物を含む染料が吸着して第１ナノ粒子酸化物薄膜を形成して、前記第１基板及び第１ナノ粒子酸化物薄膜を含む第１電極を形成し、
前記第１ナノ粒子酸化物薄膜と離隔して対向するように第２電極を配置し、
前記第１及び第２電極の間に電解質溶液を充填することを含む染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記第１電極を形成することは、
前記予備第１ナノ粒子酸化物薄膜上に予備第２ナノ粒子酸化物薄膜を形成し、
前記予備第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜に前記構造式６に表示される化合物を含む染料を吸着して、前記第１及び第２ナノ粒子酸化物薄膜を形成することを含む請求項１１に記載の染料感応太陽電池の製造方法。 - 前記第１ナノ粒子酸化物薄膜の第１ナノ粒子と、前記第２ナノ粒子酸化物薄膜の第２ナノ粒子とは各々１５０乃至２００℃の温度で水熱合成された請求項１２に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記第１電極を形成することは、
前記第１基板及び予備第１ナノ粒子酸化物の間に第１導電膜を形成することを含む請求項１１に記載の染料感応太陽電池の製造方法。 - 前記第２電極を形成することは、
第２基板にインジウム錫酸化物又は錫酸化物を含む第２導電膜を形成し、
前記第２導電膜上に白金又は炭素を含む第３導電膜を形成することを含む請求項１１に記載の染料感応太陽電池の製造方法。 - 前記電解質溶液を製造する工程は、
１、２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムヨウ化物（１、２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｏｃｔｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ）及びＩ２（ｉｏｄｉｎｅ）を３−メトキシプロピオニトリル３−ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させることを含み、前記電解質溶液はＩ３ −／Ｉ−電解質溶液である請求項１１に記載の染料感応太陽電池の製造方法。 - 前記電解質溶液を製造する工程は、
ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）系重合体又はその共重合体をＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ：ＮＭＰ）又は３−メトキシプロピオニトリル（３−Ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＭＰ）溶媒に溶解させることを含み、前記電解質溶液はゲル型高分子電解質溶液である請求項１１に記載の染料感応太陽電池の製造方法。 - 前記電解質溶液を密閉するために前記第１及び第２電極の間を連結する密閉部を形成することをさらに含む請求項１１に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記密閉部は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂又はガラスフリットを利用して形成される請求項１８に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
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