KR100572852B1 - 구부림이 가능한 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노입자 산화물층을 포함하는 구부림이 가능한 반도체 전극과, 구부림이 가능한 대향전극과, 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액과, 전해질 용액이 누출되지 않도록, 반도체 전극과 상기 대향전극의 외곽을 둘러싸는 투명 필름을 포함하는 구부림 가능한 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다. 따라서 본 발명에 의한 구부림이 가능한 태양전지는 다양한 응용성을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.
태양전지, 나노입자 산화물, 전해질,

Description

구부림이 가능한 태양전지 및 그 제조방법{Flexible Solar Cell And Manufacturing Method Thereof}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구부림 가능한 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 가변형 태양전지를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 태양전지의 실제 사진이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
1...투명 고분자 필름 2...제 1 전도성 기판
3...나노입자 산화물층 4...전해질 용액
5...백금층 6...제 2 전도성 기판
7...반도체 전극 8...대향전극
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 나노입자 산화물층을 포 함하는 구부림이 가능한 반도체 전극과, 구부림이 가능한 대향전극과, 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액과, 전해질 용액이 누출되지 않도록 반도체 전극과 대향전극의 외곽을 둘러싸는 투명 필름을 포함하는 구부림 가능한 태양전지 및 그 제조방법을 제공한다.
종래의 염료 감응 태양전지는 1991년 스위스의 그라첼 (Gratzel) 연구팀에 의하여 발표된 후 많은 관심이 집중되어져 오고 있는데, 그 이유는 이산화티탄 나노입자 산화물 반도체를 이용한 염료감응 태양전지는 기존의 p-n형 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 다른 태양전지에 비하여 저렴하기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있다.
실리콘 태양전지와는 달리, 염료감응 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와 생선된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 제료로 하는 광전기 화학적 태양전지이다.
일반적인 염료감응 태양전지는 나노입자 산화물과 백금이온을 전도성 유리기판 위에 각각 코팅하여 일정온도의 전기로에서 가열함으로써 완성하고 있다. 전도성 유리기판은 약 450∼500도의 가열온도에서도 변형없이 사용될 수 있는 재료이다. 그렇지만 유리기판의 특성상, 제조된 태양전지를 구부린다는 것은 불가능하므로 구부릴 필요가 있는 응용분야는 배제되는 실정이었다.
구부림이 가능한 염료감응 태양전지 개발 연구는 2000년대 이후 그 관심이 고조되고 있는 분야이다. 현재까지 연구된 결과를 보면, 저온에서 휘발 가능한 에 탄올과 같은 용매에 나노입자 산화물을 분산하여 제조한 콜로이드 용액을 도포한 후 열처리하여 나노입자 산화물층을 구성한 것과, 100℃ 내외의 온도에서 휘발 가능한 유기 분산제 혹은 자외선 분해 가능한 분산제를 사용하여 제조한 콜로이드 용액을 도포한 후에 분산제를 100℃ 내외의 온도에서 가열하거나 자외선 조사에 의하여 분산제를 제거함으로써 나노입자 산화물층을 구성하려는 연구들이 진행되어져 오고 있다.
그러나 유리기판을 사용하여 가열과정을 포함하는 염료감응 태양전지에 비하여 매우 낮은 광전환 효율(즉, 에너지 변환 효율)을 보여주고 있다. 이것은 지금까지 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 개발에 사용된 콜로이드 용액의 점성이 너무 낮아 충분한 두께의 나노입자 산화물층을 형성하기 어렵기 때문에, 충분한 양의 염료분자를 흡착시킬 수 없었음에 기인하는 것으로 여겨진다.
한편, 문제점을 개선하여 저온에서 휘발 가능한 충분한 점성의 콜로이드 용액을 개발하여 구부림이 가능한 염료감응 나노입자 산화물 태양전지를 제조하는 방법이 동출원인에 의해 출원된 한국특허출원 제2002-0054322호에 개시되어 있다. 이 방법에 의하면 구부림이 가능한 태양전지는 염료가 흡착된 나노입자 산화물 반도체 전극과 백금 대향전극을 열가소성 고분자 재료에 의하여 밀착하고 대향전극 쪽에 있는 미세 구멍을 통하여 전해질을 주입하고 미세 구멍을 밀폐함으로써 구부림이 가능한 태양전지를 구성하였다.
그러나 이러한 방법에 의한 태양전지는 구부림 동작의 반복에 의하여 열가소성 고분자 재료에 의한 나노입자 산화물 전극과 백금 대향전극의 밀폐가 완전하지 못하여 전해액의 누출 및 그로 인한 장기 안전성에 문제가 발생할 소지가 많은 문제점이 있었다.
또한, 열가소성 고분자를 두 전극에 매우 가장자리에 구성하고 전해질을 주입하고 미세구멍을 밀폐하는 공정이 불편하고 자동화하기 어려운 점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전해액 누출, 이로 인한 장기 안전성 향상 및 용이한 자동화 공정을 제공가능한 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경량화를 도모하고, 두께를 1 mm 내외로 제조가능하게 하여 응용성이 우수한 태양전지를 제공하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판, 제 1 전도성 기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체 전극; 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판, 제 2 전도성 기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극; 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액; 및 반도체 전극과 대향 전극을 서로 대향하도록 하고 상기 전해질 용액이 누출되지 않도록 하는 반도체 전극과 대향전극의 외곽을 둘러싸는 투명 필름을 포함하는 구부림 가능한 태양전지를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 (a) 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판와 상기 제 1 전도성 기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체 전극을 준비하고, 상기 반도체 전극의 외곽을 둘러싸도록 제 1 투명 필름을 형성하는 단계; (b) 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판와 상기 제 2 전도성 기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극을 준비하고, 상기 대향전극의 외곽을 둘러싸도록 제 2 투명 필름을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 투명 필름 또는 제 2 투명 필름의 일면 또는 그 이상의 면에 전해질 주입 통로로 이용하기 위한 전해질 주입구를 남기고 상기 반도체 전극과 상기 대향전극을 접착하는 단계; (d) 상기 전해질 주입구를 통해 전해질 용액을 주입하는 단계; 및 (e) 상기 전해질 주입구를 밀봉하는 단계를 포함하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법을 제공한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 태양전지 및 그 제조 방법은 다음과 같다. 이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구부림 가능한 태양전지의 구성을 개략적으 로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구부림 가능한 태양전지는 반도체 전극(7)과, 대향 전극(8)과, 이들 사이에 개재된 전해질 용액(4), 및 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)을 서로 대향하도록 하고 전해질 용액(4)이 누출되지 않도록 하는 투명 필름(1)을 포함한다.
반도체 전극(7)은 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판(2) 상에 형성된 나노입자 산화물층(3)을 포함하고, 나노입자 산화물층(3)에는 염료분자가 화학적으로 흡착되어 있다. 제 1 전도성 기판(2)은 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(다른 말로 폴리테레프탈산에틸렌; 이하 'PET'라 함), 폴리카보네이트(다른 말로 폴리탄산에스테르), 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자판에 ITO(indium tin oxide) 또는 이산화주석과 같은 투명 전도성 물질을 도포한 기판이다. PET는 다른 물질보다도 내열성이 좋으면서 탄성 회복이 좋고 내수성이 있어 본 발명을 실시하기에 적합한 재료이다. 폴리카보네이트는 치수 안정성과 빛 투과성이 좋고 특히 내충격성이 우수하다. 폴리에틸렌나프탈레이트도 내수성, 방습성 면에서 우수하다.
나노입자 산화물층(3)은 5∼15㎛ 정도의 두께로 이산화티탄(TiO2), 이산화주석 또는 산화아연(ZnO)층을 증착하여 형성한다.
대향 전극(8)은 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판(6) 상에 형성한 금속층, 예컨대 백금층(5)을 포함한다. 제 2 전도성 기판(6)은 제 1 전도성 기판(2)과 마찬 가지로, PET, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자판에 투명 전도성 물질을 도포한 기판이다.
전해질 용액(4)은 요오드계 산화-환원 액체 전해질, 예를 들어 0.7 M의 1,3-비닐메칠이미다졸륨 아이오다이드(1,3-vinylmethylimidazolium iodide), 40 mM의 I2(Iodine) 그리고 0.1 M의 LiI(리듐아이오다이드)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액일 수 있다.
전해액의 밀폐를 위하여 투명 필름(1)(예, 고분자 코팅필름)을 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)을 위와 아래에 2개를 배치하고 서로 가열 압착하여 전해질 용액을 밀폐시켜 구부림 가능한 태양전지를 제조할 수 있다. 투명필름의 재질은 구부림이 가능한 전도성 고분자인 것은 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하다. 빛이 투과할 수 있도록 하기 위하여 투명성은 요구된다. 투명필름(1)은 2시트를 이용하여 전해액 밀폐를 가능하도록 고안할 수 있다. 예를 들어 투명필름의 1시트의 전면에 접착제가 도포되어 있을 수도 있고, 2시트 모두의 전면에 접착제가 도포되어 있을 수도 있으며, 2 시트 모두 접착제가 도포되어 있지 않은 채 가열 압착에 의해 접착이 가능하도록 구성할 수도 있다.
또한, 투명필름 1시트 또는 2 시트의 가장자리에 소정폭을 갖도록 띠형상으로 4개의 면 또는 3개의 면에 접착제가 도포된 것 일수도 있다. 다만, 이하에서는 2시트의 투명필름 중에서 하나의 시트에 만 전면에 접착제가 도포되어 있는 경우를 예로 들어 설명한다.
이와 같이 고분자 투명필름(1)을 이용하여 태양전지를 제조하면, 예컨대 대향 전극(8)에 마련한 미세구멍을 통하여 전해질 주입 후 밀폐하는 종래 기술의 경우에 비하여 진공 장치에서 작업을 진행할 수 있어 두 전극 사이에 빈 공간 없이 전해질을 주입할 수 있다. 바람직하게는, 투명 필름(1)을 포함한 전체 태양전지의 두께를 1 mm 내외로 제조할 수 있게 된다.
태양전지의 원리를 상세히 설명하면, 염료분자가 화학적으로 흡착된 반도체 전극(7)에 태양 빛이 흡수되면 염료분자는 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며 여기상태의 전자는 나노입자 산화물층(3)의 전도대로 주입된다. 나노입자 산화물층(3)으로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 나노입자 산화물층(3)에 접하고 있는 ITO 또는 이산화주석과 같은 투명 전도성 물질로 전달되고 투명 전도성 물질에 연결된 외부전선(미도시)을 통하여 대향 전극(8)으로 이동된다.
전자 전이의 결과로 산화된 염료분자는 전해질 용액(4) 내의 요오드 이온의 산화(3I-->I3-+2e-)에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며 산화된 요오드 이온(I3-)은 대향 전극(8)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 구부림 가능한 태양전지의 동작과정이 완성된다. 광전류는 나노입자 산화물층(3)으로 주입된 전자의 확산에 의한 결과로써 얻어지며 광전압은 나노입자 산화물층(3)의 페르미 에너지와 전해질 용액(4)의 산화-환원 전위 차이에 의해 결정된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 가변형 태양전지를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 음극인 반도체 전극(도 1의 7)을 제조하기 위하여, 단계 100에서 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판을 전극의 단자 부분을 포함하도록 준비한다.
다음으로 단계 200에서, 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 제 1 전도성 기판(도 1의 2)의 전극 단자 부분을 제외하고 여백 없이 전 면적에 도포한다. 나노입자 산화물 콜로이드 용액은 용질로서 나노입자의 전이금속 산화물과, 용매로서 2-프로판올, 초산 및 증류수를 혼합하여 마련한다. 이를 위해서, 2-프로판올 : 초산 : 증류수는 부피비로 1 : 1-3 : 1-10을 혼합한다. 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액 중의 나노입자 이산화티탄 산화물의 함량은 10-20%가 되도록 혼합하며, 혼합할 때에는 초음파 분산을 이용할 수 있다.
나노입자 콜로이드 용액의 점성은 별도의 고분자 첨가제를 넣지 않더라도 나노입자 산화물을 도포하기에 충분하다. 도포하는 방법은 함침(dip), 스핀 코팅, 스프레이 또는 닥터 블레이드법에 의할 수 있다. 나노입자 산화물이 도포된 기판을 80℃ 온도에서 건조시켜 혼합 용매를 휘발시킨 후에 루테늄(Ru)계 염료분자가 용해되어 있는 용액 중에 24시간 이상 함침하여 염료분자를 흡착시킴으로써 반도체 전극(도 1의 7)을 형성한다. 최종적인 나노입자 산화물층(도 1의 3)의 두께가 5~15㎛에 달하도록 반복적으로 도포하여 형성하거나 아니면 1회의 공정으로 도포하여 형성하도록 한다.
다음 단계 300에서, 상기 염료가 흡착된 반도체 전극(도 1의 7)의 나노입자 산화물층(도 1의 3)을 위로하여 투명 필름(예, 폴리에스터 100㎛ 두께)의 접착제가 도포되어 있는 면 위에 놓는다. 투명 필름의 크기는 전해질 밀폐를 위하여 제 1 전도성 기판의 도포된 산화물층 면적보다 충분히 넓게 하고, 전극의 단자 부분이 나오도록 한다. 반도체 전극이 놓여진 코팅 필름을 90℃의 가열판 위에 놓고, 나노입자 산화물층의 면적과 동일한 면적으로 반도체 전극을 위에서 압력을 가하여 제 1 전도성 기판과 코팅 필름을 밀착 접착한다. 나노입자 산화물층을 위에서 가열과 압력을 가함으로써 나노입자 산화물들 간의 접촉을 향상시킬 수 있다.
계속된 단계 100', 200' 및 300'에서 양극인 대향 전극(도 1의 8)을 형성한다. 이를 위해서는, 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판(도 1의 6) 상에 백금층(도 1의 5)을 형성한다. 예를 들어, 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판을 준비하여(단계 100') 그 위에 20 mM 헥사클로로플라티늄산(H2PtCl6·xH2O) 수용액을 분산하고 건조한 다음, 60 mM 나트륨보로하이드레이트(NaBH4) 수용액 처리하여 백금 이온을 백금으로 환원시키고, 증류수로 세척한 후 건조시킨다 (단계 200'). 다음에 단계 300과 동일한 방법으로 대향 전극과 투명 필름을 밀착 접착 시킨다.
다음으로 단계 400에서, 대향 전극과 반도체 전극을 전도성 면을 안쪽으로 하여 백금층과 염료가 입혀진 나노입자 산화물층을 마주보게 한다.
단계 500에서 대향 전극과 반도체 전극을 조립할 때 나노입자 산화물층과 백금층이 도포된 면적의 외부 가장자리에 투명 필름을 100℃의 가열압착 프레스를 사 용하여 가열 밀착시킨다. 이 때 일면 또는 그 이상의 면에는 전해질 주입 통로로 이용하기 위해 가열 압착을 실시하지 않는다. 나노입자 산화물층을 가열하면서 압력을 가함으로써 나노입자들 간의 접촉 향상과 더불어 나노입자 산화물 층의 안정성이 향상될 수 있게 된다.
한편, 이 경우, 예를 들어 전극단자 부분(고분자필름 밖으로 나온 부분)의 밀폐가 전도성 기판 두께로 인하여 불완전할 수 있다. 따라서 단자 옆 부분의 밀착을 완벽하게 하기 위하여 단자 옆 부분에 100℃의 가열에 의하여 변형되는 열가소성 고분자 재료(예컨대 30~50㎛ 두께의 surlyn)로 보강할 수 있다.
단계 600에서, 가열압착되지 않은 면(전해질 주입구)을 통하여 전해질 용액(도 1의 4)을 주입하여 채워 넣는다. 전해질 용액은 전술한 바와 같은 종류를 이용할 수 있다. 한편, 전해질 용액을 소량 넣은 후 진공가열 압착기에 넣어 진공을 유지하여 두 전극과 전해질의 접촉을 방해하는 공기를 제거한 다음에 가열 압착에 의하여 진공상태에서 밀폐되지 않은 면을 접착시킬 수도 있다. 이 경우, 밀폐되지 않은 면(전해질 주입구)에 적당량의 접착제를 첨가하여 접착하는 것도 가능하고 경우에 따라서는 열가소성 고분자 재료를 첨가한 후 가열하여 밀착을 하는 것도 가능하다. 한편, 전해액을 주입한 후에 진공 밀폐하여 전해액과 두 전극면 사이의 빈 공간을 최소화하여 태양전지의 안정성 향상 및 성능 향상이 가능하게 된다.
이와 같이 외부 고분자 필름에 의하면 대향 전극에 마련한 미세구멍을 통한 전해질 주입 후 밀폐하는 것 보다 진공장치에서 작업을 진행할 수 있어 두 전극 사이에 빈 공간 없이 전해질을 주입할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 기존의 태양전지 제조에 비하여 구부림 반복과정에 의한 두 전극사이의 전해질 누출 가능성을 최소화 하였으며, 제조공정에서 반도체 전극과 투명고분자 필름을 접착하는 과정에서 나노입자 산화물층을 가열과 압력을 가함으로써 나노입자들 간의 접촉 향상과 더불어 나노입자 산화물층의 안정성이 향상되고, 전해액을 주입한 후에 진공 밀폐하여 전해액과 두 전극면 사이의 빈 공간을 최소화하여 태양전지의 안정성 향상 및 성능 향상이 가능하였다.
이러한 가변형 태양전지는 유리기판에 만들어진 구부릴 수 없는 태양전지에 비하여 에너지 변환 효율이 다소 낮더라도, 그 응용성이 다양하여 상업적 가치가 클 것으로 기대된다.
또한, 고분자판 등은 유리기판에 비하여 가벼우므로 태양전지의 경량화를 도모할 수도 있으며 코팅 필름을 포함한 태양전지의 두께를 1 mm 내외로 제조할 수 있어 그 응용성은 매우 크다고 할 수 있다.

Claims (15)

  1. 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판; 상기 제 1 전도성 기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체 전극;
    구부림이 가능한 제 2 전도성 기판; 상기 제 2 전도성 기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극;
    상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액; 및
    상기 반도체 전극과 상기 대향 전극을 서로 대향하도록 하고 상기 전해질 용액이 누출되지 않도록 하는 상기 반도체 전극과 상기 대향전극의 외곽을 둘러싸는 투명 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 필름은 폴리에스터인 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전도성 기판 및 상기 제 2 전도성 기판 중 적어도 하나는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트의 고분자판에 투명 전도성 물질을 도포한 기판인 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노입자 산화물층은 5∼15㎛ 두께로 증착된 이산화티탄, 이산화주석 또는 산화아연층인 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전체 두께가 1.5 mm 이내 인 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해질 용액은 요오드계 산화-환원 액체 전해질인 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지.
  7. (a) 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판와 상기 제 1 전도성 기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체 전극을 준비하고, 상기 반도체 전극의 외곽을 둘러싸도록 제 1 투명 필름을 형성하는 단계;
    (b) 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판와 상기 제 2 전도성 기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극을 준비하고, 상기 대향전극의 외곽을 둘러싸도록 제 2 투명 필름을 형성하는 단계;
    (c) 상기 제 1 투명 필름 또는 제 2 투명 필름의 일면 또는 그 이상의 면에 전해질 주입 통로로 이용하기 위한 전해질 주입구를 남기고 상기 반도체 전극과 상기 대향전극을 접착하는 단계;
    (d) 상기 전해질 주입구를 통해 전해질 용액을 주입하는 단계; 및
    (e) 상기 전해질 주입구를 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 나노입자 산화물층의 형성은 나노입자 산화물 콜로이드 용액은 용질로서 나노입자의 전이금속 산화물과, 용매로서 2-프로판올 : 초산 : 증류수는 부피비로 1 : 1-3 : 1-10을 혼합하고 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액 중의 나노입자 이산화티탄 산화물의 함량은 10-20%가 되도록 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 나노입자 콜로이드 용액은 함침(dip), 스핀 코팅, 스프레이 또는 닥터 블레이드법에 의하여 도포하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반도체 전극과 상기 대향전극을 접착은 100℃의 가열압착 프레스를 사 용하여 가열 밀착시키는 것을 특징으로 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 (d)단계와 (e)단계 사이에, 진공가열압착기에 넣어 진공을 유지하여 두 전극과 전해질의 접촉을 방해하는 공기를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 반도체 전극과 상기 대향전극을 접착시에, 밀착을 보강하기 위하여 가열에 의하여 변형되는 열가소성 고분자 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 반도체 전극과 상기 대향전극을 접착하는 단계는 상기 제 1 투명 필름 및 제 2 투명 필름 중 적어도 하나의 전면에 도포된 접착제를 이용하여 가열압착하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 전해질 주입구를 밀봉하는 단계는 상기 전해질의 주입구에 소정량의 접착제 또는 열가소성 고분자 재료를 첨가한 후 가열하여 밀착을 하는 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지 제조방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 투명 필름은 폴리에스터인 것을 특징으로 하는 구부림 가능한 태양전지의 제조방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100976236B1 (ko) 2008-10-17 2010-08-17 (주) 글로텍 패키징된 유기 및 무기 ｐｖ 소자
KR101019911B1 (ko) * 2008-11-10 2011-03-08 주식회사 엘 앤 에프 접이식 휴대용 충전장치
KR101040027B1 (ko) * 2008-11-10 2011-06-09 주식회사 엘 앤 에프 두루마리식 휴대용 충전장치

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100734853B1 (ko) * 2005-09-28 2007-07-03 한국전자통신연구원 전도성 금속 기판을 양극으로 구성한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR101482657B1 (ko) * 2008-07-16 2015-01-20 주식회사 동진쎄미켐 염료감응 태양전지 제작용 전해액 주입장치 및 주입방법
KR101111960B1 (ko) 2008-12-04 2012-06-12 한국전자통신연구원 플렉서블 에너지 변환소자 및 이의 제조방법
KR101146784B1 (ko) * 2010-01-12 2012-05-21 영남대학교 산학협력단 염료감응형 태양전지용 ＴｉＯ２ 페이스트의 제조방법과 그 ＴｉＯ２ 페이스트 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지
KR101410814B1 (ko) * 2012-02-13 2014-07-02 한국전기연구원 섬유를 이용한 염료 감응형 유연 태양전지
KR102310354B1 (ko) 2015-03-13 2021-10-08 한국전기연구원 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지
KR102310355B1 (ko) 2015-03-13 2021-10-08 한국전기연구원 복수의 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지
KR102310356B1 (ko) 2015-03-24 2021-10-07 한국전기연구원 쇼트방지 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091609A (ja) * 1998-09-17 2000-03-31 Dainippon Printing Co Ltd 有機太陽電池の製造方法
KR20010108254A (ko) * 1999-12-27 2001-12-07 구사마 사부로 태양전지 및 태양전지 유닛
KR20010111379A (ko) * 2000-06-10 2001-12-17 오길록 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 나노입자 루타일산화티타늄 필름 형성 방법 및 염료감응 나노입자 루타일산화티타늄 태양전지 제조 방법
KR20020078291A (ko) * 2001-04-09 2002-10-18 한국전자통신연구원 나노입자 산화물 태양전지 및 그 제조 방법과 그를 이용한태양전지 모듈 및 투명 전기창
JP2003273374A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Sekisui Jushi Co Ltd 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000091609A (ja) * 1998-09-17 2000-03-31 Dainippon Printing Co Ltd 有機太陽電池の製造方法
KR20010108254A (ko) * 1999-12-27 2001-12-07 구사마 사부로 태양전지 및 태양전지 유닛
KR20010111379A (ko) * 2000-06-10 2001-12-17 오길록 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 나노입자 루타일산화티타늄 필름 형성 방법 및 염료감응 나노입자 루타일산화티타늄 태양전지 제조 방법
KR20020078291A (ko) * 2001-04-09 2002-10-18 한국전자통신연구원 나노입자 산화물 태양전지 및 그 제조 방법과 그를 이용한태양전지 모듈 및 투명 전기창
JP2003273374A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Sekisui Jushi Co Ltd 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100976236B1 (ko) 2008-10-17 2010-08-17 (주) 글로텍 패키징된 유기 및 무기 ｐｖ 소자
KR101019911B1 (ko) * 2008-11-10 2011-03-08 주식회사 엘 앤 에프 접이식 휴대용 충전장치
KR101040027B1 (ko) * 2008-11-10 2011-06-09 주식회사 엘 앤 에프 두루마리식 휴대용 충전장치

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