KR100535343B1 - Dye-sensitized solar cell using thermoelectric electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지는, 상,하부 투명기판과, 상부 투명기판의 내측 표면에 형성된 도전성 투명전극과, 도전성 투명전극 위에 형성된 것으로 그 표면에는 염료가 흡착된 산화물반도체 다공질 음극전극과, 하부 투명기판 위에 박막형태로 형성된 것으로 상기 음극전극에 대응하는 양극부로서의 상대전극과, 상기 음극전극과 상대전극 사이에 충전된 전해질을 구비하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 상대전극이 p형 열전반도체층의 단층으로 구성되거나, p형 및 n형 열전반도체층의 2중층으로 구성되거나, p형 및 n형 열전반도체층의 2중층 위에 열전반도체의 효율 및 촉매작용을 극대화시키기 위한 촉매흑체가 더 형성된다.Dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to the present invention, the upper and lower transparent substrates, the conductive transparent electrode formed on the inner surface of the upper transparent substrate, formed on the conductive transparent electrode, the oxide semiconductor adsorbed on the surface A dye-sensitized solar cell comprising a porous cathode electrode, a counter electrode formed in a thin film form on a lower transparent substrate and serving as an anode portion corresponding to the cathode electrode, and an electrolyte charged between the cathode electrode and the counter electrode. The counter electrode consists of a single layer of a p-type thermoconductor layer, a double layer of p-type and n-type thermoconductor layers, or maximizes the efficiency and catalytic action of the thermoconductor on the double layer of p-type and n-type thermoconductor layers. A catalyst blackbody for forming is further formed.
이와 같은 본 발명에 의하면, 상대전극에서 전해질/전극 계면으로의 전자 전달 특성이 향상되어 전해질의 산화환원 촉매작용을 향상시킴으로써, 태양전지의 효율이 향상된다. 이와 함께, 태양전지의 열에너지가 열전반도체를 통하여 전기에너지로 변환됨으로써 열을 태양전지 외부로 효율적으로 방출되게 한다.According to the present invention, the electron transfer characteristics from the counter electrode to the electrolyte / electrode interface are improved to improve the redox catalysis of the electrolyte, thereby improving the efficiency of the solar cell. In addition, the heat energy of the solar cell is converted into electrical energy through the thermoelectric semiconductor to efficiently release heat to the outside of the solar cell.
Description
본 발명은 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지에 관한 것으로서, 특히 염료감응형 태양전지의 양극부의 상대전극으로 열전반도체 및 촉매흑체를 채용함으로써 상대전극의 전해질/전극 계면에서의 촉매작용을 향상시키고, 태양전지에서 발생하는 열을 효율적으로 외부로 방출하며, 촉매작용이 우수하면서도 화학적으로 안정한 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode, and in particular, by employing a thermoelectric semiconductor and a catalyst black body as the counter electrode of the anode part of the dye-sensitized solar cell, the catalytic action at the electrolyte / electrode interface of the counter electrode is improved. In addition, the present invention relates to a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode which efficiently discharges heat generated from a solar cell to the outside and has excellent catalytic action and is chemically stable.
일반적으로, 염료감응형 태양전지는 염료의 태양광 흡수 능력을 이용하여 화학적으로 발전을 일으키는 태양전지의 일종으로, 유리 기판 위에 음극, 염료, 전해질, 상대전극, 투명 도전성 전극 등을 구비하고 있다. 음극은 나노(nano) 다공질막의 형태로 존재하는 TiO2, ZnO, SnO2와 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물 반도체로 구성되어 있고, 이 표면에 단분자 층의 염료가 흡착되어 있다. 태양광이 태양전지에 입사되면, 염료 속의 페르미 에너지 부근의 전자가 충전된 준위에 있는 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기된다. 이때 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈 자리는 전해질 속의 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 양극인 상대전극으로 이동하여 전자를 제공받게 된다. 이때 양극부의 상대전극은 전해질 속에 있는 이온의 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다. 이러한 상대전극의 작용을 만족시키기 위하여 종래의 염료감응형 태양전지에서의 상대전극으로는 촉매작용이 우수한 백금박막을 주로 사용하고 있으며, 백금과 특성이 비슷한 팔라듐, 은, 금 등의 귀금속과 카본블랙, 그래파이트와 같은 탄소계 전극을 사용하기도 한다.In general, a dye-sensitized solar cell is a type of solar cell that chemically generates power by utilizing the solar absorption ability of a dye, and includes a cathode, a dye, an electrolyte, a counter electrode, a transparent conductive electrode, and the like on a glass substrate. The cathode is composed of an n-type oxide semiconductor having a wide bandgap such as TiO 2 , ZnO, and SnO 2 present in the form of a nano porous membrane, and a dye of a single molecule layer is adsorbed on this surface. When sunlight enters the solar cell, electrons in the level filled with electrons near the Fermi energy in the dye absorb the solar energy and are excited to an upper level where the electrons are not filled. At this time, the empty position of the lower level where the electrons are released is refilled by the ions in the electrolyte providing the electrons. Ions that provide electrons to the dye move to the counter electrode, which is the anode, to receive electrons. At this time, the counter electrode of the anode serves as a catalyst for the redox reaction of the ions in the electrolyte to provide electrons to the ions in the electrolyte through the redox reaction on the surface. In order to satisfy the action of the counter electrode, a platinum thin film having excellent catalytic action is mainly used as a counter electrode in a conventional dye-sensitized solar cell, and precious metals such as palladium, silver, and gold, which are similar to platinum, and carbon black are used. Carbon-based electrodes such as graphite may also be used.
그런데, 이상과 같은 종래 염료감응형 태양전지의 구조에 의해서는 태양전지 소자 내에서 발생된 열을 외부로 방출시키는 열방출 효율이 낮고, 백금과 같은 촉매전극이 ITO, FTO, ZnO와 같은 산화물계 투명전극 위에 박막상으로 형성되어 있어 10 Ω/㎠ 정도의 비교적 높은 전기저항을 가지며, 따라서 상대적으로 전기전도도가 낮은 단점이 있다. However, according to the structure of the conventional dye-sensitized solar cell as described above, the heat dissipation efficiency of dissipating heat generated in the solar cell element to the outside is low, and the catalyst electrode such as platinum is oxide type such as ITO, FTO, ZnO. It is formed in a thin film on the transparent electrode has a relatively high electrical resistance of about 10 Ω / ㎠, and thus has a relatively low electrical conductivity.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 염료감응형 태양전지의 양극부의 상대전극으로 열전반도체 및 촉매흑체를 채용함으로써 상대전극의 촉매작용을 향상시키고, 태양전지에서 발생하는 열을 효율적으로 외부로 방출하며, 촉매작용이 우수하면서도 화학적으로 안정한 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above matters, and by employing a thermoelectric semiconductor and a catalyst black body as the counter electrode of the anode portion of a dye-sensitized solar cell, the catalytic action of the counter electrode is improved, and heat generated from the solar cell is efficiently The purpose of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode that emits to the outside and has excellent catalytic action and is chemically stable.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지는, Dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to a first embodiment of the present invention to achieve the above object,
상,하부 투명기판과, 상부 투명기판의 내측 표면에 형성된 도전성 투명전극과, 도전성 투명전극 위에 형성된 것으로 그 표면에는 염료가 흡착된 산화물반도체 다공질 음극전극과, 하부 투명기판 위에 박막형태로 형성된 것으로 상기 음극전극에 대응하는 양극부로서의 상대전극과, 상기 음극전극과 상대전극 사이에 충전된 전해질을 구비하는 염료감응형 태양전지에 있어서,It is formed on the upper and lower transparent substrates, the conductive transparent electrode formed on the inner surface of the upper transparent substrate, the conductive transparent electrode formed on the surface of the oxide semiconductor porous cathode electrode with dye adsorbed, and formed in a thin film form on the lower transparent substrate A dye-sensitized solar cell comprising a counter electrode serving as an anode part corresponding to a cathode electrode, and an electrolyte filled between the cathode electrode and the counter electrode,
상기 상대전극은 p형 열전반도체층으로 구성되어 있는 점에 그 특징이 있다.The counter electrode is characterized by being composed of a p-type thermoelectric semiconductor layer.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지는, In addition, the dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to a second embodiment of the present invention to achieve the above object,
상,하부 투명기판과, 상부 투명기판의 내측 표면에 형성된 도전성 투명전극과, 도전성 투명전극 위에 형성된 것으로 그 표면에는 염료가 흡착된 산화물반도체 다공질 음극전극과, 하부 투명기판 위에 박막형태로 형성된 것으로 상기 음극전극에 대응하는 양극부로서의 상대전극과, 상기 음극전극과 상대전극 사이에 충전된 전해질을 구비하는 염료감응형 태양전지에 있어서,It is formed on the upper and lower transparent substrates, the conductive transparent electrode formed on the inner surface of the upper transparent substrate, the conductive transparent electrode formed on the surface of the oxide semiconductor porous cathode electrode with dye adsorbed, and formed in a thin film form on the lower transparent substrate A dye-sensitized solar cell comprising a counter electrode serving as an anode part corresponding to a cathode electrode, and an electrolyte filled between the cathode electrode and the counter electrode,
상기 상대전극은 하부 투명기판 위에 n형 열전반도체층이 형성되고, 그 위에 p형 열전반도체층이 형성된 2중 열전반도체층으로 구성되어 있는 점에 그 특징이 있다.The counter electrode is characterized in that the n-type thermoconductor layer is formed on the lower transparent substrate, and the double-electroconductor layer is formed on the p-type thermoconductor layer thereon.
여기서, 상기 열전반도체의 효율을 극대화시키기 위하여 바람직하게는 상기 P형 열전반도체층 위에 촉매흑체를 더 형성한다. 이와 같이 촉매흑체를 더 형성하는 것은 태양전지 소자 내에서 발생한 열과 소자를 투과하여 열전반도체에 도달하는 태양광을 효율적으로 흡수하기 위해서이다. Here, in order to maximize the efficiency of the thermoconductor, preferably, a catalyst black body is further formed on the P-type thermoconductor layer. Thus, the catalyst black body is further formed to efficiently absorb heat generated in the solar cell device and sunlight passing through the device to reach the thermoelectric semiconductor.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing the structure of a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지는 일반적인 염료감응형 태양전지의 구성을 기본적으로 갖는다. 즉,유리나 투명 플라스틱으로 된 상,하부 투명기판(101a)(101b)과, 상부 투명기판 (101a)의 내측(도면상으로는 하면부) 표면에 형성된 ITO, SnO2, ZnO 재질의 도전성 투명전극(102)과, 도전성 투명전극(102) 위에(도면상으로는 하면부에) 형성된 것으로 그 표면에는 염료가 흡착된 산화물반도체(예컨대, TiO2, SnO2, ZnO) 다공질 음극전극(103)과, 하부 투명기판(101b) 위에 박막형태로 형성된 것으로 상기 다공질 음극 전극(103)에 대응하는 양극부로서의 상대전극(105)과, 상기 음극전극(103)과 상대전극(105) 사이에 충전된 전해질(104)(액체전해질이나 고분자겔, p형 반도체로 구성됨)을 기본적으로 구비한다.Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell using the thermoelectric electrode according to the first embodiment of the present invention basically has a configuration of a general dye-sensitized solar cell. That is, conductive transparent electrodes 102 made of ITO, SnO 2 and ZnO formed on the upper and lower transparent substrates 101a and 101b made of glass or transparent plastic and on the inner surface of the upper transparent substrate 101a (lower surface portion in the drawing). ), An oxide semiconductor (eg, TiO 2 , SnO 2 , ZnO) having a dye adsorbed on the conductive transparent electrode 102 (the lower surface portion in the drawing), and a lower transparent substrate. A counter electrode 105 formed in a thin film form on the 101b and corresponding to the porous cathode electrode 103, and an electrolyte 104 charged between the cathode electrode 103 and the counter electrode 105 ( Liquid electrolyte, polymer gel, and p-type semiconductor).
그러나, 본 발명의 염료감응형 태양전지에서는 상기 상대전극(105)이 P형 열전반도체층으로 구성되는 점이 종래의 일반적인 염료감응형 태양전지와 특징적으로 다르다. 이와 같이 열전반도체를 사용하는 것은 상대전극의 표면에서의 산화환원 반응을 극대화시키기 위한 것이며, p형 열전반도체층을 이루는 p형 열전반도체로는 Bi2Te3, PbTe, skutterudite계 열전반도체 등이 사용될 수 있다. 여기서, 이와 같은 열전반도체와 관련하여 설명을 부연해 보기로 한다.However, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, the counter electrode 105 is composed of a P-type thermoelectric semiconductor layer, which is characteristically different from a conventional dye-sensitized solar cell. As such, the use of the thermoconductor is to maximize the redox reaction on the surface of the counter electrode. As the p-type thermoconductor constituting the p-type thermoconductor layer, Bi 2 Te 3 , PbTe, skutterudite-based thermoconductor, etc. are used. Can be. Here, a description will be made in detail with respect to such a thermoelectric semiconductor.
열전반도체는 재료의 양단에 온도차가 있을 때, 열전반도체 내부의 전자 및 정공 캐리어가 이동함으로써, 열을 전기로 변환시키는 반도체이다. 본 발명의 경우 염료에 의해 흡수되지 않고 열전반도체의 상대전극에 도달하는 태양열에너지는 열전반도체에 의해 전자 및 정공의 흐름으로 변환되어, 전자는 전해질(104)의 방향으로 흘러가고, 정공은 외부전극을 향해 흐르게 된다. 이때, 전해질(104)의 방향으로 흐르는 전자는 상대전극(105)의 표면에서 전해질(104)의 이온에 전자를 전달하게 되고, 이에 따라 전해질 이온의 산화환원반응의 효율의 상승이 이루어진다.A thermoelectric semiconductor is a semiconductor that converts heat into electricity by moving electrons and hole carriers inside a thermoelectric semiconductor when there is a temperature difference across the material. In the case of the present invention, the solar thermal energy that is not absorbed by the dye and reaches the counter electrode of the thermoelectric semiconductor is converted into the flow of electrons and holes by the thermoelectric semiconductor, so that the electrons flow in the direction of the electrolyte 104, and the holes are external electrodes. Will flow toward. At this time, the electrons flowing in the direction of the electrolyte 104 transfer electrons to the ions of the electrolyte 104 on the surface of the counter electrode 105, thereby increasing the efficiency of the redox reaction of the electrolyte ions.
이와 같은 열전반도체의 사용의 또 다른 장점은 태양전지 내에서 발생되거나 축적된 열의 방출 효율이 좋다는 것이다. 일조량이 클 경우 태양전지는 70℃ 이상까지 온도가 높게 상승하는 경우가 있다. 이때 태양전지에서 온도의 과다한 상승은 태양전지의 효율을 급감시킨다. 열전반도체는 열에너지를 전기에너지로 변환시킬 때 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르면서 전체적인 열에너지를 낮춘다. 이는 태양전지 소자의 전체적인 온도의 감소와 열에너지의 외부로의 흐름의 속도를 증가시키는 것을 의미한다. 이에 따라 열전반도체가 상대전극으로 태양전지 하부에 존재할 때 태양전지 내에서 생성된 열은 효율적으로 외부로 방출되게 된다.Another advantage of the use of such a thermoconductor is that the efficiency of dissipation of heat generated or accumulated in the solar cell is good. If the amount of sunshine is large, the solar cell may rise to a high temperature up to 70 ° C or higher. At this time, excessive increase in temperature in the solar cell reduces the efficiency of the solar cell. In thermoelectric semiconductors, when heat energy is converted into electrical energy, heat flows from a high temperature to a low temperature to lower the overall heat energy. This means reducing the overall temperature of the solar cell element and increasing the speed of the flow of thermal energy to the outside. Accordingly, when the thermoelectric semiconductor exists under the solar cell as the counter electrode, heat generated in the solar cell is efficiently released to the outside.
상대전극(105)에서 고려해야할 또 하나의 중요한 요소는 전극부의 전기전도도이다. 상대전극(105)의 전기전도도는 높을수록 유리한데, 열전반도체를 사용함으로써, 1Ω/㎠ 정도의 낮은 전기저항을 지니게 할 수 있어 효율의 향상을 기대할 수 있다.Another important factor to consider in the counter electrode 105 is the electrical conductivity of the electrode portion. The higher the electrical conductivity of the counter electrode 105 is, the more advantageous it is. By using a thermoconductor, it is possible to have a low electrical resistance of about 1 Ω / cm 2, thereby improving the efficiency.
이상과 같이, 상대전극(105)으로 열전반도체를 사용할 경우, 열전반도체의 열흡수능력을 크게 증가시키고, 촉매효과를 상승시키기 위하여 열전반도체의 표면에 탄소나노튜브나 카본블랙과 같은 흑체를 증착시킬 수 있다. 이때 증착된 흑체는 전해질과 반응성이 없어야 한다. 이와 같은 흑체와 관련해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.As described above, when the thermoelectric semiconductor is used as the counter electrode 105, a black body such as carbon nanotubes or carbon black is deposited on the surface of the thermoelectric semiconductor in order to greatly increase the heat absorption capacity of the thermoelectric semiconductor and increase the catalytic effect. Can be. The deposited black body should not be reactive with the electrolyte. This black body will be described later.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.2 is a view schematically showing the structure of a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 이 제2 실시예의 경우는 상기 도 1의 제1 실시예와 구조면에서 크게 다른 점은 없으나, 다만 상기 제1 실시예에서의 상대전극(105)의 구조가 하부 투명기판(101b) 위에 n형 열전반도체층(105n)이 형성되고, 그 위에 p형 열전반도체층(105p)이 형성된 2중 열전반도체층으로 구성되어 있는 점이 상기 제1실시예와 특징적으로 다르다. 따라서, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2, the second embodiment is not significantly different in structure from the first embodiment of FIG. 1, but the structure of the counter electrode 105 in the first embodiment has a lower transparent substrate. An n-type thermoconductor layer 105n is formed on the 101b, and a double thermoconductor layer on which the p-type thermoconductor layer 105p is formed is distinguished from the first embodiment. Therefore, the description of the same components will be omitted, and only different parts will be described.
이 제2 실시예에서의 p형 열전반도체층(105p) 및 n형 열전반도체층(105n)을 이루는 열전반도체로는 상기 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 Bi2Te3, PbTe, skutterudite계 열전반도체 등이 사용될 수 있다.As the thermoelectric semiconductors forming the p-type thermoconducting layer 105p and the n-type thermoconducting layer 105n in the second embodiment, Bi 2 Te 3 , PbTe, skutterudite-based thermoconductor, etc. are used as in the first embodiment. This can be used.
이상과 같은 제2 실시예의 구조에 있어서, 열전반도체의 효율을 극대화시키기 위하여 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 p형 열전반도체층(105p) 위에 흑체(107)를 더 형성한다. 이와 같이 흑체(107)를 더 형성하는 것은 열전반도체의 산화환원 촉매 특성이 낮을 경우 이를 보완하고, 태양전지 소자 내에서 발생한 열과 소자를 투과하여 열전반도체에 도달하는 태양광을 효율적으로 흡수하기 위해서이다.In the structure of the second embodiment as described above, in order to maximize the efficiency of the thermoconductor, as shown in FIG. 3, a black body 107 is further formed on the p-type thermoconductor layer 105p. The black body 107 is further formed to compensate for the low redox catalyst characteristics of the thermoelectric semiconductor and to efficiently absorb the heat generated in the solar cell device and the sunlight reaching the thermoelectric semiconductor. .
여기서, 상기 흑체(107)는 검은 색을 띄고 있어야 하고, 전해질(104)과 접촉하면서 전해질(104) 내의 이온의 산화환원 반응 촉매로 작용할 수 있어야 하며, 전기전도도가 우수할 필요가 있다. 이러한 흑체로는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 카본블랙이 사용될 수 있다. 이들 탄소계 물질들은 단독으로 열처리 등에 의해 열전반도체에 부착되지 않으므로, 에폭시, PVDF 등의 적절한 결합제를 DMP등의 용매와 혼합하여 페이스트 상으로 만들어서 스크린 프린팅, 닥터블레이드, 스핀코팅 등의 방법으로 열전반도체 표면에 막을 만들어 준다.Here, the black body 107 should be black, be able to act as a redox reaction catalyst for ions in the electrolyte 104 while being in contact with the electrolyte 104, and have excellent electrical conductivity. As such a black body, carbon nanotubes, carbon fibers, carbon black may be used. Since these carbon-based materials are not attached to the thermoconductor alone by heat treatment or the like, a suitable binder such as epoxy and PVDF may be mixed with a solvent such as DMP to form a paste, followed by screen printing, doctor blade, and spin coating. Make a film on the surface.
한편, 도 4는 이상과 같은 열전반도체를 지닌 염료감응형 태양전지 소자의 작동 원리를 도식적으로 보여주는 도면이다. On the other hand, Figure 4 is a diagram showing the operating principle of the dye-sensitized solar cell device having a thermoelectric semiconductor as described above.
도 4를 참조하면, 태양광이 소자에 입사되면 광감응 염료(407) 속의 전자가 채워진 에너지 궤도에 속하는 전자가 여기되어 전자가 채워지지 않은 빈 궤도로 올라가고, 이 여기 전자는 TiO2 다공질 전극(402)과 도전성 투명전극(401)을 통하여 외부로 이동한다. 한편 광감응 염료(407)에서 전자가 빠져나간 자리는 전해질(406) 속에 있는 이온이 탄소나노튜브(408)와 열전반도체(409)로 구성된 상대전극으로부터 받아온 전자를 전달함으로써 채워진다. 탄소나노튜브(408)와 열전반도체(409)는 이온의 전자전달 작용을 촉매작용과 열전현상에 의해 발생한 전자에 의해 촉진시키는 역할을 한다. 도 4에서 참조번호 403은 TiO2 다공질 전극의 전도대, 404는 TiO2 다공질 전극의 가전도대, 405는 외부의 전기부하, 410은 투명기판을 각각 나타낸다.Referring to FIG. 4, when sunlight is incident on the device, electrons belonging to an energy orbit filled with electrons in the photosensitive dye 407 are excited to move up to an empty orbit not filled with electrons, and the excitation electrons are TiO 2 porous electrodes ( It moves outside through the 402 and the conductive transparent electrode 401. On the other hand, the position where electrons escape from the photosensitive dye 407 is filled by the ions in the electrolyte 406 transfer electrons received from the counter electrode composed of the carbon nanotubes 408 and the thermoelectric semiconductor 409. The carbon nanotubes 408 and the thermoconductor 409 promote the electron transfer action of the ions by the electrons generated by the catalytic action and the thermoelectric phenomenon. In FIG. 4, reference numeral 403 denotes a conduction band of a TiO 2 porous electrode, 404 denotes a consumer electronics band of a TiO 2 porous electrode, 405 denotes an external electric load, and 410 denotes a transparent substrate.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 열전극을 이용한 염료감응형 태양전지는 상대전극으로 열전반도체를 사용하고, 그 표면에는 흑체막을 형성한 구조로 되어 있어 다음과 같은 장점 및 효과를 갖는다. As described above, the dye-sensitized solar cell using the thermal electrode according to the present invention has a structure in which a black body film is formed on the surface of the dye-sensitized solar cell using a counter electrode, and has the following advantages and effects.
첫째, 태양전지 소자 내에서 발생한 열을 전기로 변환하는 열전반도체의 열전반응에 의해 생성된 전자는 전해질 내의 이온의 산화환원 반응을 향상시켜 태양전지 소자 내의 전자전달이 신속히 이루어짐으로써, 태양전지의 효율이 향상된다.First, the electrons generated by the thermoelectric reaction of the thermoelectric semiconductor converting heat generated in the solar cell into electricity improve the redox reaction of ions in the electrolyte, thereby rapidly transferring electrons in the solar cell element, thereby increasing the efficiency of the solar cell. This is improved.
둘째, 태양전지 소자 내에서 광감응 염료에 의해 흡수되지 않고, 태양전지의 온도를 상승시켜 전지의 효율을 떨어뜨리는 열에너지가 열전반도체를 통하여 전기에너지로 변환됨으로써 열을 태양전지 외부로 효율적으로 방출되게 한다.Second, heat energy, which is not absorbed by the photosensitive dye in the solar cell element and decreases the efficiency of the cell by raising the temperature of the solar cell, is converted into electrical energy through the thermoelectric semiconductor so that heat can be efficiently released to the outside of the solar cell. do.
셋째, 종래의 태양전지 소자의 상대전극에서 산화물 반도체를 사용함으로 인하여 발생하는 낮은 전기전도도 문제가 열전반도체의 우수한 전기전도도에 의해 해결된다. 이에 따라 태양전지에서 발생한 전기에너지가 효율적으로 외부의 부하로 이동되게 한다.Third, the low electrical conductivity problem caused by the use of an oxide semiconductor in the counter electrode of the conventional solar cell device is solved by the excellent electrical conductivity of the thermal semiconductor. Accordingly, the electrical energy generated from the solar cell is efficiently moved to an external load.
넷째, 열전반도체의 표면에 존재하여 열을 흡수하는 탄소나노튜브 등의 흑체는 우수한 촉매특성을 지니고 있어, 전해질 내의 이온의 산화환원 반응을 촉진한다.Fourth, black bodies such as carbon nanotubes that are present on the surface of the thermoelectric semiconductor to absorb heat have excellent catalytic properties, thereby promoting redox reaction of ions in the electrolyte.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.1 is a view schematically showing the structure of a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 전극을 이용한 염료감응형 태양전지의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.2 is a view schematically showing the structure of a dye-sensitized solar cell using a thermoelectric electrode according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 도 1의 염료감응형 태양전지 구조에서 열전반도체의 촉매 효율 및 열흡수 효율을 증가시키기 위해 p형 열전반도체 위에 촉매흑체를 더 형성한 상태를 보여주는 도면. FIG. 3 is a view showing a state in which a catalyst black body is further formed on a p-type thermoconductor to increase the catalytic efficiency and heat absorption efficiency of the thermoelectric semiconductor in the dye-sensitized solar cell structure of FIG. 1.
도 4는 열전반도체를 지닌 염료감응형 태양전지 소자의 작동 원리를 도식적으로 보여주는 도면.4 is a schematic view showing the operating principle of the dye-sensitized solar cell device having a thermoelectric semiconductor.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
101a...상부 투명기판 101b...하부 투명기판101a ... top transparent substrate 101b ... bottom transparent substrate
102...도전성 투명전극 103...염료가 흡착된 다공질 전극102 ... conductive transparent electrode 103 ... porous electrode with dye adsorbed
104...전해질 105...상대전극104 Electrolyte 105 Relative electrode
105p...p형 열전반도체 105n...n형 열전반도체 105p ... p-type Thermoelectric Semiconductor 105n ... n-type Thermoelectric Semiconductor
107...촉매흑체107 catalyst black body
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