KR100588184B1 - 염료를 함유하는 광전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 전극층, 반대전하들로부터 광발생 전자를 공간적으로 분리시킬 수 있도록 감광 염료 또는 안료층을 구비한 투명한 광대역 간극 반도체층, 전해질층, 촉매층 및 제 2 전극층을 포함하는 광전지의 제조 방법에 관한 것으로서,
상기 제 1 전극층 및 반도체층 및/또는 제 2 전극층 및 촉매층은 나중에 제거되는 가요성 임시 기판상에 피착되고, 임시 기판상에 피착되는 하나 이상의 전극은 투명하며, 상기 광전지는 롤투롤 방법으로 제조되며, 공정 조건을 선택하는데 더 큰 선택성을 제공하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 적어도 제 1 전극층, 반도체층과 함께 광발생 전자들을 이들의 반대전하(countercharge)들로부터 공간적으로 분리시킬 수 있는 능력을 갖는 감광(photosensitising) 염료 또는 안료 (단일)층을 구비한 투명한 광대역(wide band) 간극(gap)(및 바람직하게 높은 표면적) 반도체층, 전해질층, 촉매층 및 제 2 전극층을 포함하는 광 (기전력) 전지(PV 전지)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나의 전극층은 투명하다. 예를들면 태양광은 전력을 발생시키는데 사용될 수 있고, 그러므로 상기 광전지는 흥미로운 대체 에너지원을 형성하며, 화석 연료 또는 핵 에너지보다 더 청정하다.
광전지를 제조하는 방법은 당분야에, 예를들면 WO 91/16719에 공지되어 있다. 상기 국제특허 출원에서는 (예를들면 도 1과 결부된 실시예 34 참조) 유리판 또는 투명 중합체 시트상에 증착된 전극층으로서 광투과 전기전도성층(통상 투명 전도성 옥시드 또는 TCO로 언급함)을 포함하는 광전지를 기술하고 있다. TCO의 상부에는 염료를 충전시킨 몇 개의 TiO2 층이 증착되어 있다. 마지막의 TiO2 층은 전해질층, 촉매층과, 또한 TCO를 사용할 수 있는 반대-전극(counter electrode) 층 또는 후부-전극 층으로 덮혀진다.
TCO 중 적어도 하나가 소망하는 성질(특히 투명도) 및 조직(texture)을 갖도록 하기 위해서, 400℃ 이상의 온도에서 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 통상 이산화티탄을 필수 구성성분으로 포함하는 반도체층이 유사한 온도에서 소결시키는 것이 바람직하고, 많은 실시형태에서, 촉매층이 350℃ 이상의 온도에서 처리된다. 이 때문에 상기 형태의 광전지를 형성하는데 있어 상기 층들을 적용하는데 적당한 투명 기판은 특히 내고온도성을 갖는 유리 기판 또는 투명 중합체 시트로 한정된다. 상기 재료는 강성 재료이거나 또는 꽤 고가이다.
PV 전지가 매우 경제적으로 매혹적인 대체 예가 되도록 하기 위해서, 광전지는 적당한 형태(덜 강성적이고, 부피가 작은 형태)로 제공될 필요가 있고, 비교적 저렴한 원료를 사용하여 상대적으로 적은 비용으로 제조될 수 있어야 한다. 그러므로, 첫문단에서 기술된 바와같이 광전지가 롤투롤(roll-to-roll) 방법으로 제조되는 것이 요구되며, 동시에 임의의 소망하는 투명 전도재료, 증착 방법 및 소결 방법이 사용될 수 있지만, 투명 기판으로 비싸거나 또는 강체를 사용하여서는 안된다. 상기의 조건 및 다른 소망하는 목적이 본 발명에 의해서 만족될 수 있다.
본 발명은 유기 광전지를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 제 1 전극층과 반도체층이 나중에 제거되는 가요성 임시 기판에 피착되고/피착되거나 제 2 전극층과 촉매층이 나중에 제거되는 가요성 임시 기판에 피착되며, 임시 기판상에 피착되는 전극 또는 전극들은 투명하다.
상기 단계 및 순서는 실질적으로 PV 전지가 롤투롤 및 가요성 박(foil)의 형태로 제조되는 것을 가능하게 하고, 한편 대부분의 실시형태에서, 유리 기판상에서 제조되는 유사한 PV 전지의 경우에 종래의 소망하는 제조 순서의 적어도 일부가 여전히 유지된다. 본 발명에 있어서, 임시 기판은 최종의 PV 박의 기능에 대해 요구되는 (기판의) 투명도 또는 다른 성질(가요성, 내구성 등)에 관련되지 않고, 추가 공정단계(제 1 또는 제 2 투명 전도성층을 고온에서 도포하는 단계, 반도체층을 소결하는 단계 및 촉매층을 형성하는 단계)를 허용하도록 선택될 수 있다.
일본공개공보 1980-143706에서는 기판의 표면에 투명 전기전도성(TCO)층을 형성하고, 전도성층에 중합체 생성물(예를들면 필름 또는 렌즈)을 형성하고, 상기 기판을 제거한다고 기술되어 있다. 따라서, 상기 TCO층 및 그의 증착 방법(온도 및 기간에 있어서)이 자유롭게 선택될 수 있다. 상기 문헌은 종래(유기 광전지 대신에 형성된 중합체 생성물)와는 다른 기술분야에 관련된 것이며, 투명 중합체는 임시 기판을 제거한 이후가 아니라 제거 이전에 TCO에 가해져야 한다고 개시되어 있다. 따라서, 당업자는 상기 공보를 WO 91/16719 공보와 조합할 수 없으며, 만약에 조합한다고하여도 본 발명에 따른 방법을 이룰 수 없다.
일본 교토의 1990년 Technical Digest of the International PVSEC-5에서 645-648페이지에 기시(Kishi)의 "Ultralight Flexible Amorphous Silicon Solar Cell and Its Application for an Airplane"에서는 투명 플라스틱 필름상에 각 층들을 증착시킴에 의해서 제조된 태양 전지를 기술하고 있다. 임시 기판은 기술되어 있지도 않고, 암시되어 있지도 않다.
WO 97/15959에서는 가요성 중합체 기판상에 제공되는 동작전극(working electrode) 및 반대전극(counter electrode)을 포함하는 전기화학 전지를 기술하고 있다. 상기 동작전극은 페이스트 형태로 증착되고, 건조되고, 200℃ 미만의 온도에서 소결되는 반도체 필름을 포함한다. 임시 기판의 사용은 기술되어 있지 않다.
일본공개특허 출원 89-119072에서는 임시 기판의 표면에 내열성, 가요성 및 전기절연성 투명 플라스틱층을 형성하고, 연속적으로 그 위에 TCO, 반도체층, 후부 전극(rear electrode) 및 캐리어(carrier)를 증착시키는 단계를 포함하는 PV 전지를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 그리고, 상기 임시 기판이 제거된다. 본 발명의 방법에서 TCO가 투명 플라스틱층 대신에 임시 기판상에 피복된다는 점에서 상기 방법은 본 발명의 방법과는 다른 것이다. 상기는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 임시 기판을 제거한 이후에 TCO에 선택적으로 가해질 수 있는 투명층이 TCO 및 추가의 층을 도포하는 동안 우세한 조건에 저항성을 갖지 않는다는 잇점이 있다.
제 1 전극층 면의 임시 기판은 제 1 전극층과 반도체가 도포된 이후에 제거된다. 적어도 염료 및 전해질은 또한 임시 기판이 제거되기 이전에 도포되는 것이 바람직하다.
기판 또는 기판들을 제거하기 이전에 모든 필수 구성층들을 적층함에 의해서 추가의 기계적 강도가 제공될 수 있다. 상기는 촉매층과 반도체층의 계면에서 함께 2개의 분리 제조된 구성요소들(하나는 제 1 전극층, 반도체층 및 염료를 적어도 포함하고, 다른 것은 제 2 전극층 및 촉매층을 적어도 포함함)을 스폿본딩(spotbonding)시킴에 의해서 바람직하게 실시될 수 있다. 상기의 경우에, 전해질이 반도체층과 촉매층 사이의 공간에 채워진다.
가능한 많은 공정단계동안 지지되는, 얇은 PV 박을 갖기 위해서 또한 상기 박이 (바람직하게 의도된 최종 제품에 적합한) 충분한 강도 및 굽힘 강성을 나타내는 것을 확보하기 위해서 (최종) 임시 기판을 제거하기 이전에 캐리어층을 도포하는 것이 바람직하다. (최종) 임시 기판을 제거한 이후에, 노출 전극은 바람직하게 캐리어층 또는 투명층을 구비하며, 추가적으로 PV 박 및/또는 최종 제품의 기계적 성질 및 경계성질(barrier property)을 향상시킨다. 물론 캐리어층을 갖는 2개의 전극을 제공하는 것을 의도하는 것은 아니다. 전극들 중 하나 이상은 투명층을 구비하거나 또는 피복되지 않아야 한다. 투명층을 제공하는 것은 제품의 내구성을 증가시키기 때문에 바람직하다.
효율적으로 밀봉하기 위해서, 제 1 전극층의 캐리어층 또는 투명층과, 제2 전극층의 캐리어층 또는 투명층은 적어도 2개의 대향 면상의 전지의 내부층을 넘어서까지 연장된다. 따라서, 상기 전지는 용이하게 연장된 가장자리를 함께 용접 또는 아교를 사용한 접착에 의해서 밀봉될 수 있고, 전극은 단락을 일으키지 않는 것을 확보하고, 염료를 충전시킨 PV 전지가 갖는 고질적인 문제를 해결하였다.
(제 1) 투명 전기전도성층이 실질적으로 냉각되기 전에(예를들면, 여전히 따뜻한 상태에서) 상기 층상에 반도체 층을 피복하는 것이 효과적이며, 이는 층들 사이의 접촉을 향상시키고, 오염을 덜 일으키며, 더 바람직한 기계적 및 전기-광학적 성질을 갖게 한다.
임시 기판 자체 및 이를 (적당하게 용해 또는 에칭에 의해서) 제거하는 방법은 당업자에 의해서 큰 어려움없이 선택될 수 있다. 따라서, 상기 임시 기판은 예를들면 조사될 때 감광 재료인, 가교된 폴리이미드가 용매 저항성에서 용매 추출성으로 변화될 수 있는 "양성(positive)" 포토레지스트(photoresist)일 수 있다. 저비용의 재료를 사용하여 본 발명의 목적을 만족시키기 위해서, 상기는 바람직한 선택의 기판이라 할 수 없다. 이러한 측면에서 플라즈마 에칭(예를들면 O2 플라즈마 또는 예를들면 폴리실록산 중합체, SF6 플라즈마)에 의해서 제거될 수 있는 중합체를 사용하는 것이 더 바람직하다. 기본적으로 임의의 중합체도 가능하지만, 상술한 내용을 감안하면 높은 온도(250℃, 바람직하게는 400℃ 초과)를 견딜 수 있는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
참고로, 본 발명에 따른 임시 기판은 금속 또는 금속 합금박이다. 상기에 대한 주된 이유는 상기 박이 추가적인 공정에서 가장 높은 온도를 견딜 수 있고, 실제적으로 휘발성 성분을 방출하지 않으며, 공지된 에칭 기술을 사용하여 상대적으로 쉽게 제거될 수 있다는데 있다. 금속, 통상 알루미늄 또는 구리를 선택하는 다른 이유는 PV 박이 최종적으로 (전력원으로 PV 박을 실제로 사용하기 위해서 보조 장치 또는 네트에 연결되기 위해서 접점을 형성하는) "측면(side)" 전극을 포함해야 한다는 것이다. 임시 기판의 일부를 유지시키기 위해 (예를들면 측면 가장자리 또는 스트립으로) 상기 접점들이 개별적으로 적용될 필요는 없다.
적당한 금속으로는 강, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 은, 아연, 몰리브덴, 크롬, 바나듐, 마그네슘 및 이들의 합금 또는 이들의 다중층을 포함하며, 그 중에서도 특히 경제적인 이유에서 Fe, Al, Cu 또는 이들의 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 성능에 있어서(비용과 결부되어), 알루미늄, 전착된 철 및 전착된 구리가 매우 바람직하다. 적당한 에칭 기술이 공지되어 있으며, 선택된 각각의 금속에 대한 차이점은 상기의 기술을 사용하여 당업자에 의해서 선택될 수도 있다. 바람직한 에칭제는 산(브뢴스테드산 뿐만아니라 루이스산)을 포함하고, 예를들면 금속박으로 구리의 경우에, FeCl3, 질산 또는 황산을 사용하는 것이 바람직하다. 알루미늄은 가성 소다(NaOH)에 의해서 효과적으로 제거될 수 있다.
제거 가능성에 있어서, 임시 기판은 가능한 얇은 것이 바람직하다. 물론, 그위에 추가의 층을 부가하고, 상기와 함께 유지될 수 있어야 하지만, 대개 500㎛를 초과하는 두께는 요구되지 않는다. 바람직하게, 상기 두께는 1 내지 200㎛이다. 탄성율에 따라서, 대부분의 재료는 최소 5㎛의 두께가 요구되며, 바람직한 범위는 5 내지 150㎛이고, 더 바람직하게는 25 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이다.
상기 임시 기판은 전착된(예를들면 아연도금) 금속층일 수 있다. 전착된 금속 박에 대해 구리를 선택하는 것이 바람직하다. 그러나 구리는 PV층을 통해서 확산되는 경향이 있기 때문에 (아연도금된) 동박에 비환원성 확산장벽(diffusion barrier), 예를들면 내식성층, 통상 산화아연을 제공하거나, TiO2, Al2O3, SnO2 또는 ZnO와 같이 확산을 방지할 수 있는 투명 전도체를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 확산방지층은, 예컨대 물리 기상 증착(PVD) 또는 화학 기상 증착(CVD)에 의해서 아연도금으로 피착될 수 있다.
동박이 확산방지층으로 제공되는 대신에, 대체로 임시 기판과 함께 제거될 수 있으며, 또한 동박(또는 선택된 특정의 다른 임시 기판)에 적당한 종류의 유리층을 제공할 수 있다. 상기 유리층은 실질적으로 투명하며, 따라서 투명 전도성층에 대한 보호창으로 영구적으로 제공된다. 경제적인 이유로, 또한 롤투롤처리하기 위해서, 상기 유리층은 매우 얇으며, 예를들면 10-1000nm, 바람직하게는 100 내지 200nm의 두께로 얇다. 상기 층에 대한 적당한 도포방법은 예를들면 SiH4 및 N2O(플라즈마 옥시드)의 PECVD(플라즈마 증강 화학 기상 증착)이고, B2H6와 같은 적당한 첨가제를 첨가함에 의해서 바람직한 투명도를 갖는 보론-실리케이트 유리를 형성한다. APCVD 실리콘 옥시드(oxide)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 TCO 또는 TCO들이 공지된 방법으로, 예를들면 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD), 스퍼터링, 대기압 화학 기상 증착(APCVD), PECVD, 분사 열분해, 증발(물리 기상 증착), 전착, 스크린 날염(screen printing), 졸-겔 공정 등을 사용하여 피착될 수 있다. 투명한 전도성층이 180℃ 보다 높은 온도, 바람직하게는 400℃ 또는 500℃ 보다 높은 온도에서 도포되어, 유익한 성질 및/또는 조직을 갖는 투명한 전도성 층을 수득할 수 있다.
투명 전도성층으로 사용되는데 적당한 재료의 예로는 인듐 산화주석, 산화아연, 불소-, 알루미늄- 또는 붕소-도핑된 산화아연, 황화카드뮴, 카드뮴 스탠네이트, 산화카드뮴, 산화주석 및 더욱 바람직하게는 안티몬- 또는 특히 불소-도핑된 산화주석이 있다. 상기 마지막의 투명 전극 재료는 400℃ 보다 높은 온도, 바람직하게는 500-600℃의 온도에서 도포된다면 칼럼형상의, 광-분산구조를 갖는 소망하는 결정 표면을 형성할 수 있어서 바람직하다. 특히 상기 전극 재료를 가지고, (높은 온도를 허용하는) 임시 기판의 선택 및 특히 조직된(textured) 전착된 금속 기판의 선택은 더 큰 잇점을 갖는다. 또한, 상기 재료는 사용되는 가장 바람직한 에칭제에 대하여 저항성을 나타내는 잇점이 있으며, 인듐 산화주석보다 화학적 내성 및 광-전기적 특성을 갖는다는 잇점이 있다. 또한 비용이 덜 든다.
상기에 언급된 바와 같이, 반도체, 예를들면 이산화티탄이 도포되어 (제 1) TCO의 피착 이전 또는 이후에 소결된다. 특히 나노결정 필름(nanocrystalline film)을 도포하기 위한 딥코팅(dip-coating), 스크린 날염 및 페인팅 방법이 연속적인 형태(롤투롤)로 실시될 수 있다. 상기 반도체가 분무식 열분해 또는 CVD에 의해서 투명 전기전도성층에 직접 피착된다면, 더 적은 단계가 요구되고, TCO와의 접촉이 개선되고, 상기 층의 다공성이 우수하다.
이산화티탄의 경우에, TiCl3 및 H2O의 방울이 예열처리된 표면(예를들면 임시 기판 또는 TCO)에 분무된다. 상기 TiCl3 방울은 열판에 접근하는 경우 증발된다. 표면에서, 화학 증기 반응이 일어나서 상기 표면에서 산화티탄의 다공성층 및 기체성 염산이 생긴다.
감광 염료가 용액내 침지, 다이 코팅(die coating), 진공증발, 랑그뮈어 블로제트 코팅(Langmuir Blodgett coating) 등에 의해서 도포된다. 적당한 염료가 특히 WO 91/16719에 기술되어 있다. 특히 루테늄을 함유하는 염료가 바람직하다. 또한, 상기 염료는 그의 가장 낮은 점유되지 않은 분자 오비탈(또는 LUMO)이 반도체의 전도성 밴드 가장자리보다 더 높은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
상기 전해질이 함침, 브러싱, 캐스팅 등에 의해서 도포된다. 또한, 적당한 전해질은 특히 WO 91/16719에 기술되어 있다. 특히 바람직한 전해질은 요오드/요오드화 산화환원 커플을 함유하는 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트의 혼합물과 요오드/요오드화 산화환원 커플을 함유하는 용융 염이 있다. 중합성 및 세라믹 전해질이 또한 매우 적당하다.
상기 촉매층은 바람직하게 백금 또는 탄소 입자를 포함하지만, 다른 촉매가 제외되는 것은 아니다. 많은 실시형태에서 상기 촉매층이 연속적인 필름으로 구성되는 것은 아니고, 다수의 불연속 입자로 구성될 것이다.
투명하지 않은 전극층은 적당한 재료, 바람직하게 알루미늄, 은, 또는 상기 2개 층의 조합체로 이루어질 수 있다. 상기 금속층은, 임의로 스트립이 에칭될 필요가 있는 위치에 피착되는 것을 막기 위한 마스크를 사용하거나 또는 마스킹 와이어를 사용함에 의해서 (진공) 물리 증착(증발) 또는 스퍼터링에 의해서 (바람직하게, 비교적 낮은 온도인, 예를들면 250℃ 미만에서) 도포될 수 있다. 은의 경우에, 접착 촉진층을 먼저 적용하는 것이 바람직하고, 예를들면 TiO2 및 ZnO가 적당한 (예를들면 약 80nm) 두께로 도포되어 반사의 잇점을 갖는 적당한 재료이다.
상기에 언급된 캐리어는 투명할 필요는 없으며, 결국 진짜의 기판을 형성한다(상기 공정에서 "임시 기판"를 의미하는 층은 마지막의 정면(front side) 또는 박의 상부에 놓이므로, 실제는 수퍼스트레이트(superstrate)이다). 상기 캐리어층에 대한 적당한 재료는 중합성 박, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리(에틸렌 2,6-나프탈렌 디카르복실레이트), 폴리비닐 클로라이드 또는 고수행력의 중합체 박으로 예컨대 아라미드 또는 폴리이미드 박을 포함할 뿐만 아니라, 예를들면 절연(유전성) 상부층, 판유리 또는 에폭시 및 유리를 포함하는 복합재료를 갖춘 금속박을 포함한다. 캐리어 자체의 연화점 미만의 연화점을 갖는 열가소성 접착층을 포함하는 중합체의 공-압출된 박이 바람직하다. 선택적으로 상기 공-압출된 박은 확산방지층(예를들면, 폴리에스테르(PET), 코폴리에스테르, 또는 알루미늄)을 구비한다. 상기 캐리어의 두께는 50㎛ 내지 10㎜이다. 더 바람직하게는 75㎛ 내지 6㎜, 100㎛ 내지 1㎜, 및 150㎛ 내지 300㎛이다. 상기 굽힘 강성(캐리어의 두께(mm 단위의 「t」)의 3승에 상기 재료의 탄성율(N/㎟ 단위의 「E」)을 곱한 E×t3 으로서 본 발명의 구성안에서 정의됨)은 16×10-2N㎜보다 큰 것이 바람직하며, 통상 15×106N㎜보다는 작다.
상기 캐리어(최종의 기판) 자체가 의도된 사용에서 요구되는 구조일수도 있거나 또는 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 캐리어는 타일 또는 타일 세트, 지붕타일, 지붕널, 차의 지붕, 이동주택용 지붕 등 일 수 있다. 그러나 대개 상기 임시 기판 및/또는 캐리어는 가요성인 것이 바람직하다.
상기 언급된 투명층이 대개 높은 투과율, 예컨대 비정질의 (퍼)플루오르화 중합체, 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 또는 자동차 산업에서 사용될 수 있는 임의의 이용가능한 클리어 코트를 갖는 중합체 필름이다. 상기 투명 박의 두께는 25㎛ 이상, 바람직하게는 50㎛ 이상일 수 있다. 원한다면, 추가의 반사저항성(anti-reflection), 확산저항성(anti-diffusion) 또는 방오성(anti-pollution) 층이 사용될 수 있다.
또한, 최종의 공정단계 이후에, 박의 굽힘 강성(굽힘 강성은 통상 캐리어 및 상부 코트에 의해서 대부분 결정될 것이다)은 중간 생성물의 굽힘 강성보다 더 크다.
본 발명에 따른 PV 전지는 외부 수단(예를들면 밀봉된 공간내에 통합되지는 않는 수단)을 사용하여 직렬로 매우 쉽게 연결될 수 있다. 그러나 당업자는 밀봉된 공간내에서 개개로 직렬로 연결된 서브-유니트를 제공하는 것은 어렵지 않다.
상기 용어 중 "투명(transparent)"은 PV 전지에 의해서 전류로 전환될 수 있는 입사광의 40% 이상, 바람직하게 60% 이상의 투과율을 나타내는 것을 의미한다.
TCO는 또한 광대역 간극 반도체이다. 그러나 본 발명의 구성안에서, "투명 광대역 간극 반도체"는 염료를 충전시킨 층을 나타내는데 사용된다.
본 발명은 한정되지 않은 실시예에 의해서 설명될 것이다.
하기의 실시예에서, TiO2의 나노결정 필름이 SnO2 필름(예를들면 제 1 전극)을 갖는 가요성 알루미늄 기판상에 콜로이드를 도포함에 의해서 제조된다. 상기 콜로이드는 J.Am. Chem. Soc. 1993, 제115권, 6382-6390페이지에 기술되어 있는 M.K. Nazeeruddin 등의 "Conversion of Light to Electricity by cis-X2Bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)ruthenium(II) Charge-Transfer Sensotizers(X=Cl-, Br-, I-, CN-, 및 SCN-) on Nanocrystalline TiO2 Electrodes" 에 따라서 제조된다. 그리고 상기 기판 및 필름을 450℃의 공기 오븐에서 15분 동안 굽는다. 구운 후, 상기 필름 및 기판은 M. Nazeeruddin 등에 기술된 것과 같이 염료의 용액, 예를들면 아세토니트릴내 0.5mM의 Ru(II)-시스-디(이소티오시아네이토)비스(2,2'-비피리딜-4,4'-디카르보실레이트에 침지한다. 결과로서 나노결정 필름상에 표면 흡착 염료의 대략 하나의 단일층이 생긴다.
실시예 1
수득된 Al/SnO2/나노결정 TiO2-염료 필름이 Al/ITO 반대(또는 제 2) 전극에 의해 피복된다. Al/ITO 전극은 미리 소량의 헥사클로로백금산(이소프로판올내 0.1mM)으로 처리하고 Pt 그레인(예를들면 촉매)으로 피복시켜, 15분 동안 380℃에서 어닐링한다.
0.5M의 KI 및 0.05M의 I2와 함께 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트의 50:50 혼합물로 구성된 액상의 전해질이 나노결정 네트워크를 모세관력에 의해서 상기 네트워크의 공극으로 흡입시켜 채우는데 사용된다. 상기 가요성 Al/SnO2/나노결정 TiO2-염료 다중층 스택은 전해질이 장치의 전체 범위를 도포하고, 최후에 사용되는 것이 가능하기 위해서 Al/ITO/Pt 판에 대해서 롤되지 않는다.
이어서, 제 2 전극 측에서 알루미늄을 제거한다.
실시예 2
실시예 1에서 명시된 것과 같이 제조된다. 그러나 장치의 실시형태에서 음극 및 양극 캐리어들의 결합 및 밀봉 이후에 제1 전극의 면의 알루미늄이 에칭되어 제거되고, 노출된 SnO2가 남는다. 이어서, 상기 SnO2가 연속적으로 중합체 캡슐제에 의해서 보호된다.
실시예 3
반대전극(음극)이 양극(애노드)용으로 사용되는 것과 동일한 Al/SnO2 박으로 제조되는 것을 조건으로, 실시예 1에서 명시된 것과 같이 제조된다. 상기 Al/SnO2 음극(캐소드)이 실시예 1에서와 같이 헥사클로로백금산으로 먼저 처리된다. 상기 Al/SnO2/나노결정 TiO2-염료 양극 및 Al/SnO2/Pt 음극 박이 연결되고, 실시예 1에서와 같이 액상 전해질로 2개의 박 사이의 작은 공간 및 나노결정 TiO2-염료층내 공극을 채운다.
음극 및 양극 캐리어들을 연결하고, 밀봉한 이후에, 음극 또는 양극상에 알루미늄을 에칭시켜 제거하고, 표면에 노출된 SnO2층 하나를 남긴다. 상기 SnO2 층이 이후에 중합체 캡슐제에 의해서 보호될 수 있다.
상기에 기술된 각 장치의 전류/전압 곡선은 빛에 노출될 때 전력이 발생되는 것을 보여준다.
Claims (12)
- 적어도 (1) 제 1 전극층, (2) 반도체층과 함께 광발생 전자들을 이들의 반대전하들로부터 공간적으로 분리시킬 수 있는 능력을 갖는 감광 염료 또는 안료층을 구비한 투명한 광대역 간극 반도체층, (3) 전해질층, (4) 촉매층, 및 (5) 제 2 전극층을 순차적으로 포함하는 광 전지의 제조방법에 있어서,상기 제 1 전극층 및 반도체층은 나중에 제거되는 가요성 임시 기판상에 피착되고/피착되거나 상기 제 2 전극층 및 상기 촉매층은 나중에 제거되는 가요성 임시 기판상에 피착되며, 임시 기판상에 피착되는 전극 또는 전극들은 투명한 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 일련의 층들은 임시 기판 또는 기판들의 제거 이전에 함께 적층되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 일련의 층들은 상기 촉매층과 상기 반도체층의 계면에서 함께 스폿본딩되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 전극층은 상기 반도체층으로부터 떨어져 대향하는 면상에 캐리어층 또는 투명층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 전극층은 상기 촉매층과 떨어져 대향하는 면상에 캐리어층 또는 투명층을 구비하는 것(단, 상기 제 1 전극층이 캐리어층을 구비하는 경우에는 상기 제 2 전극층이 투명층을 구비하고, 상기 제 1 전극층이 투명층을 구비하는 경우에는 상기 제 2 전극층은 캐리어층을 구비함)을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 전극층상의 캐리어층 또는 투명층 및 상기 제 2 전극층상의 캐리어층 또는 투명층은 2개 이상의 대향 면상의 전지의 내부층들을 넘어서 연장하고, 함께 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체층은 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체층은 상기 제 1 전극층이 따뜻한 상태로 있는 동안에 상기 제 1 전극층 상에 도포되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 층은 화학 기상 증착 또는 분무 열분해(spray pyrolysis) 수단에 의해 상기 제 1 전극층상에 직접 피착되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,적어도 상기 광 전지의 전면(front side)상의 전극층은 400℃ 내지 600℃의 온도에서 피착되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가요성의 임시 기판상에의 상기 전극층의 피착은 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 광 전지는 롤투롤 방식의 공정을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광 전지의 제조방법.
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