KR100657949B1 - 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 모든 재질이 연질성으로서 자유스럽게 구부림이 가능하고, 형상이 원통형으로서 조사각에 무관하게 태양광의 흡수가 가능하며, 표면적이 넓어 효율이 높은 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지의 광 흡수 과정을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 2중층을 형성한 원통형 연질 태양전지의 일례를 나타낸다.
도 4는 2중층을 형성한 원통형 연질 태양전지의 광흡수 과정을 나타낸다.
도 5, 6 및 7은 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지의 일구현예를 나타낸다.
도 8은 전기 방사법으로 제조한 원통형 연질 태양 전지의 일구현예를 나타낸다.
도 9은 내부가 공기인 원통형 연질 태양전지의 단면을 나타낸다.
도 10은 전기 방사 장치를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 전도성 투명기판, 2: 광흡수층(금속산화물층), 3: 감응제(염료), 4: 전해질층, 5: 대향 전극 6: 도파관
본 발명은 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 모든 재질이 연질성으로서 자유스럽게 구부림이 가능하고, 형상이 원통형으로서 조사각에 무관하게 태양광의 흡수가 가능하며, 표면적이 넓어 효율이 높은 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 수십년 이내에 고갈될 석유 자원을 대체하기 위하여 풍력, 원자력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 광범위한 연구가 진행되어 오고 있다. 이들 중 태양 에너지를 이용한 태양 전지는 기타 다른 에너지원과는 달리 자원이 무한하고 환경 친화적이므로 1983년 태양전지를 개발한 이후로 최근에는 실리콘 태양전지가 각광을 받고 있다.
그러나 이와 같은 실리콘 태양전지는 제작 비용이 상당히 고가이기 때문에 실용화가 곤란하고, 전지효율을 개선하는데도 많은 어려움이 따르고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 제작 비용이 현저히 저렴한 염료 감응형 태양 전지의 개발이 적극 검토되어 오고 있다.
염료 감응 태양전지는 실리콘 태양전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 지 금까지 알려진 염료 감응 태양전지 중 대표적인 예로는 1991년 스위스의 그라첼(Graetzel) 등에 의해 발표된 것이 알려져 있다. 그라첼 등에 의한 태양전지는 염료분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극, 대향 전극(백금 전극), 및 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 이 전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양전지를 대체할 수 있는 기능성이 있다는 점에서 주목을 받아왔다.
이와 같은 염료감응 태양전지의 구조를 도 1에 나타낸다. 도 1을 참조하면, 염료감응 태양전지는 반도체 전극(10), 전해질층(13) 및 대향전극(14)을 포함하며, 상기 반도체 전극은 전도성 투명기판(11) 및 광흡수층(12)으로 이루어지며, 전도성 유리기판 상에 나노입자 산화물의 콜로이드 용액을 코팅하여 고온의 전기로에서 가열한 후 염료를 흡착시켜 완성된다. 여기서 고온으로 가열하는 목적은 나노입자 산화물들의 전기적 접촉 증대와 콜로이드 용액을 제조하는 과정에서 첨가한 고분자 등의 유기 물질을 제거하여 광흡수층을 안정화시키고자 하기 위함이다. 이때 가열온도는 일반적으로 450 내지 500℃ 정도로서 비교적 고온이지만 유리 기판은 이러한 고온에서도 변형없이 사용될 수 있어 상기 전도성 투명 기판으로서 널리 사용되고 있다. 그러나 유리기판의 특성상 제조된 태양전지를 구부린다는 것은 불가능하므로 구부릴 필요가 있는 응용분야에서는 그 사용이 곤란한 실정이다.
구부림이 가능한 염료 감응 태양전지는 2000년대 이후 그 관심이 증가하고 있는 분야로서 현재까지 연구된 결과를 보면 저온에서 휘발가능한 에탄올과 같은 용매에 나노입자 산화물을 분산시켜 제조한 콜로이드 용액을 도포한 후 100℃ 내외의 온도에서 열처리하여 나노입자 산화물층을 구성한 것과 유기 분산제를 사용하여 제조한 콜로이드 용액을 도포한 후에 자외선 조사와 100℃ 내외의 온도에서의 가열을 병행하여 분산제를 제거하여 나노입자 산화물층을 구성한 것이 있다.
그러나 이와 같은 연구들은 기존에 유리기판을 사용하는 염료 감응 태양전지에 비하여 낮은 광전환 효율을 나타낸다는 문제가 있다.
한편 일본 특허공개공보 2003-77550호에는 원통형 및 반원통형으로 태양전지를 구성함으로써 태양광이 조사되는 표면적을 증가시킨 내용이 기재되어 있으나, 이는 단지 형상만을 변형한 것에 불과하여 동일 설치 면적에서 유효 발전 면적을 증가시킨 것에 불과하여 실질적인 광전환 효율의 개선이 곤란하고, 전도성 투명 기판으로서 유리 기판을 사용함으로써 구부림은 불가능하다는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구부림이 가능하고 광전환 효율이 개선된 원통형 연질 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 구부름이 가능하고 광전환 효율이 개선된 원통형 이중층 연질 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
원통 형상 연질 도파관;
상기 도파관에 접하도록 배치한 연질 대향전극;
상기 대향전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층);
상기 연질 광흡수층 외주면에 배치된 전도성 투명전극층; 및
상기 광흡수층과 상기 대향전극 사이에 개재된 연질 전해질층을 구비하는 원통형 연질 태양 전지를 제공한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
원통 형상 연질 도파관;
상기 도파관에 접하도록 배치된 연질 전도성 투명전극;
상기 연질 전도성 투명전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층);
상기 연질 광흡수층에 접하도록 배치된 대향전극;
상기 대향전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층);
상기 연질 광흡수층의 외주면에 배치된 전도성 투명전극층; 및
상기 광흡수층과 상기 대향전극 사이에 각각 개재된 연질 전해질층을 구비하는 원통형 연질 태양 전지를 제공한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
원통형 연질 도파관에 대향전극 형성용 물질을 도포하는 단계;
얻어진 대향 전극 상에 연질 전해질층을 도포하는 단계;
광흡수층(금속 산화물층)에 감응제를 흡착하여 도포하는 단계;
광흡수층을 도포하고 열처리한 후 전도성 연질 투명 기판을 도포하는 단계;를 포함하는 연질 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
원통형 연질 도파관에 전도성 연질 투명기판을 도포하는 단계;
얻어진 전도성 투명 기판 외주면에 광흡수층을 도포 후 열처리하는 단계;
상기 광흡수층 외주면에 감응제(염료)를 흡착시키는 단계;
감응제 외주면에 전해질을 도포한 후, 연질 대향전극을 도포하는 단계;
얻어진 대향 전극 상에 연질 전해질층을 도포하는 단계;
광흡수층(금속 산화물층)에 감응제를 흡착하여 도포하는 단계;
광흡수층을 도포하고 열처리한 후 전도성 연질 투명 기판을 도포하는 단계;를 포함하는 연질 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한
전도성 연질 투명기판, 연질 광흡수층(금속 산화물층), 감응제(염료), 연질 전해질층, 연질 대향전극 및 연질 도파관의 슬러리를 각각 제조하는 단계;
전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/연질 도파관; 혹은 전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/연질 전해질층/감응제(염료)/연질 광흡수층(금속산화물층)/연질 도파관의 순서로 슬러리 배출노즐을 형성하는 단계;
전기 방사장치를 통해 상기 슬러리를 배출시켜 와이어를 형성한 후 이를 열처리하는 단계;를 포함하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 태양전지는 반도체전극/전해질층/대향전극/도파관으로 구성되며, 이들은 중앙에 형성된 원통형상 도파관의 외주면을 따라 순서대로 형성된다. 이들 중 반도체 전극은 전도성 투명기판, 광흡수층(금속 산화물층) 및 감응제(염료)를 포함하며, 이들을 구체적으로 나타내면 도 1에 도시한 바와 같이 전도성 투명 기판(1)/광흡수층(2)/감응제(3)/전해질층(4)/대향전극(5)/도파관(6)의 구성을 갖게 된다.
상기 본 발명에 따른 태양전지는 그 형태가 원통형으로 되어 있어 도 2에 도시한 바와 같이 빛의 조사각에 무관하게 외부로부터 다양한 입사각의 광원을 흡수하여 장시간 안정적으로 전기를 생산하는 것이 가능하며, 평면형 태양전지와 비교하여 설치 면적이 적게 요구된다는 이점을 갖는다. 또한 중심부에 위치한 도파관(waveguide)을 통해 광이 입사하여 전지의 내부에서 광이 산란 및 흡수되어 광의 전환 효율이 보다 상승하고, 특히 각 요소를 구성하는 소재가 연질로 되어 있어 구부림이 가능하므로 종래의 경질 태양전지에 비하여 다양한 응용성을 가지게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양전지에 있어서 그 중앙에 위치한 도파관(6)은 전지의 측면으로 입사한 광을 굴절 및 반사시키는 역할을 함과 동시에 이를 투과시켜 상기 대향전극(5)으로 전달하는 역할을 수행하게 된다. 즉 종래의 평면 전지 및 원통형 전지가 단지 그 외부 표면 상에서만 광흡수가 발생하였던 것과 달리 본 발명에 따른 원통형 태양전지에서는 중앙부의 위치한 도파관을 따라 광이 이동 및 흡수되어 광원의 효율적인 사용이 가능해진다. 즉 전지의 중심부에 도파관을 사용함으로 인하여 전지의 여러 방향으로 입사되는 광원의 전부 사용이 가능해진다.
이와 같은 특징을 갖는 도파관(6)으로서는 전지 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 일반적으로 도파관이 광이 외부로 새어나지 못하도록 하면서 광을 전달하는 것이 주목적이나, 본 발명에서는 광의 투과와 흡수라는 이중적인 특성을 모두 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우 인접한 대향전극과 도파관의 굴절율을 고려할 수 있으며, 특히 대향전극에 비하여 굴절율이 큰 소재를 도파관으로서 사용하는 경우에는 도파관으로 입사하는 광에 대하여 대향전극의 굴절율의 비가 1 이하가 되므로 보다 많은 반사를 유도할 수 있게 되어 그 내부로 많은 양의 빛을 전달할 수 있게 된다. 또한 굴절율의 비가 1에 가까워지는 경우에는 대향전극으로 투과하는 광의 양이 많아지게 되며, 이와 달리 0에 가까워지는 경우에는 전반사가 일어나는 입사각의 범위가 넓어지게 되어 도파관의 내부로 광을 더 전달할 수 있게 되나 대향전극으로 투과되는 빛의 양이 적어지게 된다. 이와 같은 특성을 만족하는 구부림이 가능한(연질) 도파관(6)으로서는 광섬유, 공기, 전도성 폴리머, 전도성 폴리머에 탄소나노튜브를 혼합한 복합재료, 전도성 투명전극 등을 사용할 수 있으며, 공기 자체를 도파관(6)의 소재로 사용하는 것도 가능하다. 공기를 도파관(6)의 소재로서 사용하는 경우에도 입사한 광이 대향전극 소재인 투명 기판에 의해 적절히 흡수 및 반사되어 목적하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 이와 같은 도파관(6)의 직경은 사용하고자 하는 전지의 용도에 따라 적절히 선택할 수 있으나, 광의 투과 및 반사 등을 고려하여 1■m 내지 10mm으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 도파관(6)의 외주면 상에는 대향전극(5)이 그와 접하도록 배치된다. 이와 같은 대향전극(5)으로서는 도전성 물질로서 연질이라면 어느 것이나 제한 없이 사용가능하며 이와 같은 연질의 도전성 물질로서는 Pt, Al, Au, Ag, Pd, 탄소 나노튜브, 카본블랙, 전도성 폴리머 등과 이를 포함하는 복합 물질을 예로 들 수 있다. 그러나 절연성의 물질이라도 반도체 전극에 마주보고 있는 측에 도전층이 설치되어 있으면 이들도 사용 가능하며, 이와 같은 절연성 물질로서는 일반적인 고분자 물질, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자물질을 사용할 수 있다. 이들 중 폴리에틸렌테레프탈레이트는 다른 물질보다도 내열성이 좋으면서 탄성이 좋고 내수성이 우수하다는 특성을 가지며, 폴리카보네이트는 치수 안정성과 광 투과성이 좋고 특히 내충격성이 우수하다는 특성을 가지고, 폴리에틸렌나프탈레이트도 내수성, 방 습성 면에서 우수하므로 이들을 전지의 사용 용도에 따라 적절히 선택적으로 사용할 수 있다.
이와 같은 절연성 물질 상에는 도전성 물질이 도포되어 전도성을 부여하게 되며, 인듐틴옥사이드(ITO), 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드(FTO) 또는 이산화주석과 같은 투명한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 내부 도파관(6)으로부터 투과된 빛이 대향전극을 통과하여 감응제(염료)에 도달해야 하기 때문이다. 상기 도전성 물질로서 백금, 금 및 카본 등을 사용하는 경우 이들은 빛을 반사하거나 흡수하는 성질을 가져 내부 도파관(6)으로부터 투과된 광이 감응제(염료)에 도달하는 것을 방해할 수 있으나, 이와 같은 도전성 물질을 상술한 절연성 물질 상에 전체적으로 도포하는 것이 아니라 일정한 패턴을 갖도록 형성하여 광이 투과될 수 있는 영역을 확보한다면 이들을 도전성 물질로서 상기 절연성 물질 상에 형성하는 것도 가능해진다.
상술한 대향전극(5)을 도파관(6) 상에 형성한 후에는 이와 접하도록 전해질층(4)을 형성하게 된다. 이와 같은 전해질층(4)은 전해액으로 이루어지고, 반도체 전극 내에 포함되어 있는 광흡수층을 포함하거나, 또는 전해액이 광흡수층에 침윤되도록 형성된다. 전해액으로서는 액상, 겔상, 고상 등의 연질 소재를 사용할 수 있으나 원통형으로 제조가 용이한 겔상 혹은 고상이 보다 바람직하다. 이들은 또한 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으나, 구체적으로는 요오드계 산화-환원 전해질, 예를 들어 1-메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이 드와 LiI 및/또는 I2를 3-메톡시프로피오니트릴, 또는 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용할 수 있다.
상기 전해질층(4) 상에는 그 외주면을 따라 반도체 전극이 형성되며, 상기 반도체 전극은 전도성 투명 기판(1), 광흡수층(금속 산화물층)(2) 및 감응제(염료)(3)로 구성된다.
상기 전도성 투명 기판(1)으로서는 상술한 대향전극(5)과 같이 구부림이 가능한(연질) 전도성 투명 소재를 사용할 수 있으며, 예를 들어 고분자와 같은 절연성 물질 상에 도전성 물질을 도포한 것을 사용할 수 있다. 이 경우 절연성 물질인 고분자로서는 상술한 바와 같은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자물질을 사용할 수 있으며, 그 표면 상에는 도전성 물질을 도포하여 전도성을 부여할 수 있다. 이와 같은 도전성 물질로서는 도전성, 투명성, 특히 내열성을 높은 수준으로 갖는다는 측면에서는 인듐 틴 옥사이드(ITO), 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드(FTO), 주석계 산화물(예를 들어 SnO2) 등이 적합하고, 도전성 및 투명성 측면에서는 불소가 도핑된 인듐 틴 옥사이드(FTO)가 바람직하다.
상술한 금속 산화물층(2)으로서는 반도체 미립자로서 실리콘으로 대표되는 단체 반도체 외에 화합물 반도체 또는 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물 등을 사용할 수 있다. 이들 금속 산화물은 광 여기 하에서 전도대 전자가 캐리어로 되어 애노드 전류를 제공하는 n형 반도체인 것이 바람직하다. 구체적으로 예시하면 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 텅스텐 산화물, 스트론슘 산화물, 티타늄 스트론슘 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 틴 산화물 등으로 이루어진 금속 산화물 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 TiO2(이산화티탄), SnO2, ZnO, WO3
, Nb2O5, TiSrO3 등을 예로 들 수 있으며, 특히 바람직하게는 아나타제형 또는 루타일형의 TiO2이다. 또한 반도체의 종류는 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 반도체 미립자는 표면에 흡착된 염료가 보다 많은 빛을 흡수하도록 하기 위하여 표면적을 크게 하는 것이 바람직하며, 이를 위해 반도체 미립자의 입경이 5 내지 30nm 정도로 되는 것이 바람직하다.
상기 금속 산화물을 사용하여 광흡수층(금속 산화물층)(2)을 형성하기 위해서는 금속 산화물 전구체를 용매와 함께 콜로이드 용액을 제조한 후, 이를 기판(1)에 도포 및 소성하여 금속 산화물 입자들간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 소성물 형태로 얻게 된다. 이 경우 금속 산화물층(2)의 두께는 5 내지 30미크론 정도가 바람직한 바, 이는 염료를 충분히 흡착시켜 충분한 전자 전달 효과를 얻기 위한 것이다. 그러나 원통형으로 금속 산화물층(2)을 형성하는 경우 상기 콜로이드 용액의 점성이 충분하지 않아 그 결과물인 금속 산화물층(2)을 충분한 두께로 형성할 수 없게 된다. 이를 위해 상기 콜로이드 용액의 점성 증가를 위해 바인더 등을 첨가하는 것도 가능하며, 상기 콜로이드 용액을 도포한 후 고온에서 소성하기 보다 는 저온에서 건조하는 것이 바람직하다. 또한 1회 도포를 통해 충분한 두께의 금속 산화물층(2)을 형성하지 못한 경우에는 상기 콜로이드 용액을 수차례 도포 및 건조하는 과정을 반복하여 목적하는 두께의 금속 산화물층(2)을 형성하는 것도 가능하다.
상술한 광흡수층(금속산화물층)(2)에는 그 표면 상에 감응제(염료)(3)가 흡착되어 있는 바, 이와 같은 감응제(3)는 광을 흡수함으로써 기저상태(S/S+)에서 여기 상태(S*/S+)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자(e
-)는 금속 산화물의 전도대로 주입된 후 전극으로 이동하여 기전력을 발생하게 된다.
이와 같은 감응제(3)로서는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물이 바람직하다. 그렇지만 전하 분리기능을 갖고 감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 루테늄 착물 이외에도 예를 들어 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카브리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환 퀴논계 색소 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 루테늄 착물로서는 RuL2(SCN)2, RuL2(H2O)2, RuL3
,RuLL'(SCN)2, RuL2 등을 사용할 수 있다(식중 L은 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트를 나타낸다).
본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지에 있어서, 전지의 외부를 보호하기 위해서는 보호막을 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 보호막은 자외선, 가시광선, 적외선의 흡수가 일어나지 않아야 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지의 제조방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 액상 도포 방법을 사용하거나 전기방사법(electrospinning)을 사용할 수 있다.
상기 액상 도포 방법은, 원통형 연질 도파관(6)에 연질 대향전극(5)물질을 도포한 후, 그 위에 전해질층(4)을 도포한다. 이어서 감응제(염료)(3)가 흡착된 광흡수층(금속 산화물층)(2)을 그 위에 형성한 후 이를 열처리하여 안정화시킨다. 필요시 상기 광흡수층(금속 산화물층)(2)을 수차례 도포한 후 열처리할 수 있다. 다음으로 상기 광흡수층(금속 산화물층)(2) 상에 전도성 연질 투명 기판(1)을 도포한 후, 필요시 보호막을 더 형성하여 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지를 완성하게 된다.
상기 전기방사법은 전도성 연질 투명기판(1)/연질 광흡수층(금속산화물층)(2)/감응제(염료)(3)/연질 전해질층(4)/연질 대향전극(5)/연질 도파관(6)의 순서로 슬러리 배출노즐을 형성하고, 이를 배출시켜 와이어를 형성한 후, 이를 열처리 하여 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지를 완성하게 된다. 상기 각 요소들에 대해서는 이미 상술한 바와 같다.
상기 액상 도포 방법이나 전기 방사법 모두 본 발명에 따른 원통형 연질 태 양전지를 제조하는 것이 가능하나, 특히 액상 도포 방법은 도파관(6)으로서 광섬유, 전도성 폴리머, 전도성 폴리머에 탄소 나노튜브를 혼합한 복합재료, 전도성 투명전극 등의 물질을 사용하여 와이어 형태로 원통형 연질 태양전지를 제조하는 경우 유용하며, 상기 전기방사법은 도파관(6)이 공기와 같은 기상으로 되어 있는 경우 특히 유용하다. 즉 도 10에 나타낸 바와 같이 전기 방사법에서 상기 슬러리 배출 노즐을 형성하는 과정에서 중심부에 미네랄 오일이 형성되도록 슬러리를 배출한 후, 이를 열처리에 의해 휘발시키게 되면 도 8에 나타낸 바와 같이 중심부가 비어 있는튜브 형태, 즉 중심부가 공기로 채워져 있어 이를 도파관으로 사용하게 되는 원통형 연질 태양전지가 생성된다. 이와 같이 중심부가 공기로 되어 있고, 이를 도파관을 사용하는 경우의 광흡수 과정은 도 9에 나타낸 바와 같다.
이와 같은 목적으로 사용되는 미네랄 오일은 일반적으로 사용되는 공업용 광유 등을 제한 없이 사용할 수 있으나, 슬러리 제조 과정에서 중심축 역할을 충분히 수행할 수 있도록 충분한 점성을 갖는 것이 바람직하며, 고온의 열처리에서 잔류물 없이 휘발될 수 있는 성질을 갖는 것이 좋다.
본 발명은 또한 상기한 바와 같은 단층형 태양전지 외에 이중층으로 구성된 원통형 연질 태양전지도 제공한다. 이와 같은 이중층 태양전지는 내부 도파관으로부터 주입된 태양광을 보다 효율적으로 전환시키기 위하여 반도체 전극을 한층 더 구비하고 있는 것으로서 주된 구성은 그 외부로부터 도 3에 나타낸 바와 같이 기판(1)/광흡수층(2)/감응제(3)/전해질층(4)/대향전극(5)/전해질층(4)/감응제(3)/광흡 수층(2)/기판(1)/도파관(6)의 형태를 갖게 된다. 이와 같이 형성된 원통형 2중층 연질 태양전지의 광흡수 과정을 도 4에 나타내었으며, 광흡수과정이 전지의 외부 표면 및 내부 표면 상에서 동시에 이루어질 수 있어 광전환효율의 향상을 기대할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 원통형 2중층 연질 태양전지는 도 3에 나타낸 바와 같이 원통 형상 연질 도파관(6); 상기 도파관에 접하도록 배치된 연질 전도성 투명전극(1); 상기 연질 전도성 투명전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)(3)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층)(2); 상기 연질 광흡수층(2)에 접하도록 배치된 대향전극(5); 상기 대향전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)(3)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층)(2); 상기 연질 광흡수층의 외주면에 배치된 전도성 투명전극층(1); 및 상기 광흡수층과 상기 대향전극 사이에 각각 개재된 연질 전해질층(4)을 구비한다.
상기 본 발명에 따른 원통형 2중층 연질 태양전지를 구성하는 각 요소에 대해서는 이미 상술한 바와 동일하며 그 제조방법은 다음과 같다.
상기 본 발명에 따른 원통형 2중층 연질 태양전지의 제조방법으로서는,
원통형 원통형 연질 도파관(6)에 전도성 연질 투명기판(1)을 도포하는 단계; 얻어진 전도성 투명 기판 외주면에 광흡수층(2)을 도포 후 열처리하는 단계; 상기 광흡수층 외주면에 감응제(염료)(3)를 흡착시키는 단계; 상기 감응제(염료)(3) 외주면에 전해질(4)을 도포한 후, 연질 대향전극(5)을 도포하는 단계; 얻어진 대향 전극(5) 상에 연질 전해질층(4)을 도포하는 단계; 광흡수층(금속 산화물층)(2)에 감응제(염료)(3)를 흡착하여 도포하는 단계; 상기 감응제(염료)(3)가 흡착된 광흡수층(금속산화물층)(2)을 열처리한 후 전도성 연질 투명 기판(1)을 도포하는 단계;를 포함한다.
이와 같은 제조방법 외에 전기 방사장치를 사용한 예로서는, 전도성 연질 투명기판, 연질 광흡수층(금속 산화물층), 감응제(염료), 연질 전해질층, 연질 대향전극 및 연질 도파관의 슬러리를 각각 제조하는 단계; 전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/연질 전해질층/감응제(염료)/연질 광흡수층(금속산화물층)/연질 도파관의 순서로 슬러리 배출노즐을 형성하는 단계; 전기 방사장치를 통해 상기 슬러리를 배출시켜 와이어를 형성한 후 이를 열처리하는 단계;를 포함하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법의 구체적인 공정에 대해서는 이미 단층형 연질 태양전지에서 상술한 바와 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지의 작동과정은 다음과 같다.
본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지의 외부표면을 통해, 혹은 내부의 광도파관(6)을 통해 태양광이 흡수되면 이는 염료분자(3)가 화학적으로 흡착된 반도체 전극에 도달하여 상기 염료분자를 기저 상태에서 여기상태로 전자 전이시켜 전자-홀쌍을 이루게 한다. 여기 상태의 전자는 금속 산화물층(2)의 전도대로 주입된 후, 입자간 계면을 통하여 접하고 있는 ITO, FTO 또는 이산화주석과 같은 투명 전도성 물질로 전달되고, 상기 투명 전도성 물질에 연결된 도선을 통해 대향 전극(5)으로 이동한다. 전자 전이의 결과로 산화된 염료 분자는 전해질층(4) 내의 요오드 이온의 산화에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, 산화된 요오드 이온은 대향 전극(5)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료 감응 태양전지의 작동과정이 완성된다.
이와 같은 태양전지의 작동과정에서 에너지 변환 효율은 광흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로 많은 양의 전자를 생성하기 위해서는 많은 양의 광흡수가 필수적으로 요구된다. 따라서 태양전지를 원통형으로 구성하는 경우, 태양광의 입사각에 무관하게 안정적인 광흡수가 가능하며, 특히 중앙에 도파관을 구성하여 전지의 외부 뿐만 아니라 그 내부에서도 광흡수를 가능하게 함으로써 태양광의 흡수를 증가시킴으로써 보다 많은 양의 전자를 생성하여 전지의 에너지 변환 효율을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 즉 안정적으로 다량의 광흡수를 가능하게 할 수 있게 된다.
이와 더불어 상기 태양전지를 구성하는 각 요소들을 모두 구부림이 가능한(연질) 소재를 사용하여 보다 폭넓은 응용성을 부여함으로써 상업성을 크게 확장시킬 수 있다. 이와 같은 다양한 응용예를 도 5, 6 및 7에 도시하였다. 도 5은 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지를 단순히 어레이 형태로 배열한 것이며, 도 6는 텍스타일 형태로 구성한 것이다. 도 7의 경우는 나뭇가지 형태로 배열한 것으로 태양광의 입사각에 무관하면서도 그 형태에 제약이 없어 그 응용 분야의 실질적인 확대가 가능해진다는 효과를 갖는다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
길이 5cm, 직경 1mm의 광섬유 표면 상에 PET 및 ITO를 순차적으로 도포하여 원형의 대향전극을 형성하였다. 여기에 겔상의 전해액으로서 0.8M 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드와 40mM I2를 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-
/I-의 전해질 용액을 사용하여 상기 표면 상에 원통형으로 도포하였다.
이와 별도로 티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에 가하고, 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다.
상기 전해질층이 형성된 원통형 표면 상에 별도로 제조한 상기 이산화티탄 콜로이드 용액을 도포한 후 150℃에서 열처리 한 후, 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료를 흡착시켰다. 이후에 다시 한번 상기 이산화티탄 콜로이드 용액을 도포한 후 약 150℃의 온도에서 1시간 동안 더 열처리하여 표면에 약 10미크론 두께의 광흡수층을 형성하였다.
다음으로 상기 이산화티탄층 상에 ITO를 도포한 후, PET를 도포하였다. 최종 적으로 1mm 두께로 보호막을 형성하여 목적하는 와이어 형태의 원통형 연질 태양전지를 제조하였다.
실시예 2
우선 미네랄 오일(heavy mineral oil), 대향전극, 전해질층, 금속산화물층, 염료, 전도성 투명 기판을 구성하는 각 슬러리를 제조하였다.
상기 대향 전극 및 전도성 투명기판으로서는 PET 및 ITO를 사용하였으며, 전해질층으로서는 0.8M 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드와 40mM I2를 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용하였다. 상기 염료로서는 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액을 사용하였다.
금속 산화물층으로서는 티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에 가하고, 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하여 사용하였다.
도 10에 나타낸 바와 같은 전기 방사 장치를 사용하여 상기 슬러리를 전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/미네랄오일의 순서로 포함하는 배출 노즐을 형성하였다. 노즐에서 배출되는 슬러리의 양을 조절하여 배출되는 와이어의 굵기를 조절하였다. 얻어진 와이어를 100℃에서 1시간 동안 열처리하여 중앙부의 미네랄 오일을 휘발시켜 튜브형태의 원통형 연질 태양전지를 제조하였다.
실시예 3
길이 5cm, 직경 1mm의 광섬유 표면 상에 PET 및 ITO를 순차적으로 도포하여 원형의 전도성 투명전극을 형성하였다. 여기에 겔상의 전해액으로서 0.8M 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드와 40mM I2를 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용하여 상기 표면 상에 원통형으로 도포하였다.
이와 별도로 티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에 가하고, 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다.
상기 전해질층이 형성된 원통형 표면 상에 별도로 제조한 상기 이산화티탄 콜로이드 용액을 도포한 후 150℃에서 열처리 한 후, 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료를 흡착시켰다.
길이 5cm, 직경 1mm의 광섬유 표면 상에 PET 및 ITO를 순차적으로 도포하여 원형의 대향전극을 형성하였다. 여기에 겔상의 전해액으로서 0.8M 1,2-디메틸-3-옥 틸-이미다졸륨 아이오다이드와 40mM I2를 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-
/I-의 전해질 용액을 사용하여 상기 표면 상에 원통형으로 도포하였다.
이와 별도로 티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에 가하고, 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다.
상기 전해질층이 형성된 원통형 표면 상에 별도로 제조한 상기 이산화티탄 콜로이드 용액을 도포한 후 150℃에서 열처리 한 후, 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료를 흡착시켜 표면에 약 10미크론 두께의 광흡수층을 형성하였다. 다음으로 상기 이산화티탄층 상에 ITO를 도포한 후, PET를 도포하여 대향전극을 형성한 후, 여기에 겔상의 전해액으로서 0.8M 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드와 40mM I2를 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용하여 상기 표면 상에 원통형으로 도포하였다.
이와 별도로 티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에 가하고, 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다.
상기 전해질층이 형성된 원통형 표면 상에 별도로 제조한 상기 이산화티탄 콜로이드 용액을 도포한 후 150℃에서 열처리 한 후, 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료를 흡착시켰다. 이후에 다시 한번 상기 이산화티탄 콜로이드 용액을 도포한 후 약 150℃의 온도에서 1시간 동안 더 열처리하여 표면에 약 10미크론 두께의 광흡수층을 형성하였다.
다음으로 상기 이산화티탄층 상에 ITO를 도포한 후, PET를 도포하였다. 최종적으로 1mm 두께로 보호막을 형성하여 목적하는 와이어 형태의 원통형 연질 태양전지를 제조하였다.
실시예 4
우선 미네랄 오일(heavy mineral oil), 대향전극, 전해질층, 금속산화물층, 염료, 전도성 투명 기판을 구성하는 각 슬러리를 제조하였다.
상기 대향 전극 및 전도성 투명기판으로서는 PET 및 ITO를 사용하였으며, 전해질층으로서는 0.8M 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드와 40mM I2를 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용하였다. 상기 염료로서는 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액을 사용하였다.
금속 산화물층으로서는 티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에 가하고, 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하여 사용하였다.
도 10에 나타낸 바와 같은 전기 방사 장치를 사용하여 상기 슬러리를 전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/연질 전해질층/감응제(염료)/연질 광흡수층(금속산화물층)/미네랄 오일의 순서로 포함하는 배출 노즐을 형성하였다. 노즐에서 배출되는 슬러리의 양을 조절하여 배출되는 와이어의 굵기를 조절하였다. 얻어진 와이어를 100℃에서 1시간 동안 열처리하여 중앙부의 미네랄 오일을 휘발시켜 튜브형태의 원통형 연질 태양전지를 제조하였다.
비교예 1
티타늄 이소프로폭시드 및 아세트산을 220℃로 유지되는 오토클레이브에서 수열합성법에 의해 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다. 얻어진 용액 내에서 상기 이산화티탄의 함량이 12중량%가 될 때까지 용매를 증발시켜 나노 수준의 입자 크기(약 5 내지 30nm)를 갖는 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조하였다.
다음으로 상기 금속 산화물 농축 용액에 히드록시 프로필 셀룰로오스(분자량 80,000)를 첨가한 후, 24시간 동안 교반하여 이산화티탄 코팅용 슬러리를 제조하였 다. 이어서 상기 이산화티탄 코팅용 슬러리를, 인듐 틴 옥사이드(ITO)가 코팅되어 있고 투과율이 80%인 투명 전도성 유리기판 상에 닥터 블레이드법으로 코팅한 후 약 450℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하여 유기 고분자를 제외하고 나노 입자 산화물들간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 표면에 약 6미크론 두께의 이산화티탄층이 형성된 전도성 투명 기판을 10미크론의 두께로 얻었다.
이어서 상기 이산화티탄층이 형성된 전도성 투명 기판을 0.2mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료를 상기 기판 상에 흡착시켰다.
이와는 별도로 ITO가 코팅된 전도성 투명 유리 기판 표면 상에 백금을 코팅하여 대향전극을 제조하였다. 이어서 양극인 대향전극과 음극인 상기 반도체 전극을 조립하였다. 양 전극을 조립할 경우에는 양극 및 음극에서 전도성 표면이 전지 내부로 오도록 하여 상기 백금층과 상기 광흡수층이 서로 대향하도록 한다. 이때 양극 및 음극 사이에 SURLYN (Du Pont사 제조)으로 이루어지는 약 40미크론 두께의 고분자를 놓고 약 100 내지 140℃의 가열판 상에서 약 1 내지 3기압으로 상기 두 전극을 밀착시켰다. 열 및 압력에 의하여 상기 고분자가 상기 두 전극의 표면에 밀착되었다.
다음으로 상기 양극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 두 전극 사이의 공간에 전해질 용액을 충진하여 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지를 완성하였다. 상기 전해질 용액은 0.8M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드 (1,2- 디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드), 0.04M I2 을 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 측정하기 위하여 광전압 및 광전류를 측정하였다.
광원으로는 제논 램프(xenon lamp, Oriel, 01193)을 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양 조건(AM 1.5)은 표준 태양전지(Frunhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-Si + KG 필터)를 사용하여 보정하였다. 측정된 광전류전압 곡선으로부터 계산된 전류밀도(Isc), 전압(Voc), 및 충진 계수(fill factor, FF)를 이용하여 얻은 광전환 효율(ηe)을 하기 표 1에 나타내었다. 광전환 효율 계산식은 다음과 같다.
ηe = (VocIscFF) / (Pinc)
식중, Pinc는 100mw/cm2 (1sun)을 나타낸다.
| 구분 | 광전환효율 (%) |
| 실시예 1 | 4.8 |
| 실시예 2 | 4.7 |
| 실시예 3 | 5.2 |
| 실시예 4 | 5.1 |
| 비교예 1 | 3.6 |
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 원통형 연질 태양전지는 내부에 도파관을 구비하여 에너지 전환 효율이 증가하며, 원통형 구조로 인하여 설치 면적의 감소 및 안정적인 에너지 전환이 가능하고, 연질 소재를 사용하여 자유롭게 구부림이 가능하여 다양한 응용성을 가짐을 알 수 있다.
Claims (17)
- 원통 형상 연질 도파관;상기 도파관에 접하도록 배치한 연질 대향전극;상기 대향전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층);상기 연질 광흡수층 외주면에 배치된 전도성 투명전극층; 및상기 광흡수층과 상기 대향전극 사이에 개재된 연질 전해질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양 전지.
- 원통 형상 연질 도파관;상기 도파관에 접하도록 배치된 연질 전도성 투명전극;상기 연질 전도성 투명전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층);상기 연질 광흡수층에 접하도록 배치된 대향전극;상기 대향전극의 외주면에 배치되며 감응제(염료)가 흡착되어 있는 연질 광흡수층(금속 산화물층);상기 연질 광흡수층의 외주면에 배치된 전도성 투명전극층; 및상기 광흡수층과 상기 대향전극 사이에 각각 개재된 연질 전해질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양 전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통 형상 연질 도파관이 광섬유, 공기, 전도성 폴리머, 전도성 폴리머에 탄소나노튜브를 혼합한 복합재료, 또는 전도성 투명전극인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제3항에 있어서, 상기 원통 형상 연질 도파관이 광섬유 또는 공기인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연질 대향 전극이 절연성 고분자 물질에 도전성 물질을 도포한 것임을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제5항에 있어서, 상기 절연성 고분자 물질이 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제5항에 있어서, 상기 도전성 물질이 인듐 틴 옥사이드, FTO, 탄소나노튜브, 전도성 폴리머, 전도성 폴리머에 탄소나노튜브를 혼합한 복합재료 또는 이산화주석인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전도성 투명 기판이 절연성 고분자 물질에 도전성 물질을 도포한 것임을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제8항에 있어서, 상기 절연성 고분자 물질이 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제8항에 있어서, 상기 도전성 물질이 인듐 틴 옥사이드 또는 이산화주석인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연질 전해질층이 겔상 또는 고상인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지.
- 원통형 연질 도파관에 대향전극 형성용 물질을 도포하는 단계;얻어진 대향 전극 상에 연질 전해질층을 도포하는 단계;광흡수층(금속 산화물층)에 감응제를 흡착하여 도포하는 단계;광흡수층을 도포하고 열처리한 후 전도성 연질 투명 기판을 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법.
- 원통형 연질 도파관에 전도성 연질 투명기판을 도포하는 단계;얻어진 전도성 투명 기판 외주면에 광흡수층을 도포 후 열처리하는 단계;상기 광흡수층 외주면에 감응제(염료)를 흡착시키는 단계;감응제 외주면에 전해질을 도포한 후, 연질 대향전극을 도포하는 단계;얻어진 대향 전극 상에 연질 전해질층을 도포하는 단계;광흡수층(금속 산화물층)에 감응제를 흡착하여 도포하는 단계;광흡수층을 도포하고 열처리한 후 전도성 연질 투명 기판을 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연질 태양전지의 제조방법.
- 전도성 연질 투명기판, 연질 광흡수층(금속 산화물층), 감응제(염료), 연질 전해질층, 연질 대향전극 및 연질 도파관의 슬러리를 각각 제조하는 단계;전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/연질 도파관; 혹은 전도성 연질 투명기판/연질 광흡수층(금속산화물층)/감응제(염료)/연질 전해질층/연질 대향전극/연질 전해질층/감응제(염료)/연질 광흡수층(금속산화물층)/연질 도파관의 순서로 슬러리 배출노즐을 형성하는 단계;전기 방사장치를 통해 상기 슬러리를 배출시켜 와이어를 형성한 후 이를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 연질 투명 기판이 절연성 고분자 및 도전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연질 대향 전극이 절연성 고분자 및 도전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연질 도파관이 광섬유, 공기, 전도성 폴리머, 전도성 폴리머에 CNT(carbon nanotube)를 혼합한 복합재료, 또는 전도성 투명전극인 것을 특징으로 하는 원통형 연질 태양전지의 제조방법.
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