KR100681499B1 - 태양 전지 - Google Patents

Abstract

투명 도전막과, 상기 투명 도전막 상에 설치된 반도체와, 상기 반도체에 대향 배치된 도전막과, 상기 반도체와 상기 도전막 사이에 충전되어 있는 전해액으로 셀이 구성되고, 상기 전해액에는 은 이온 등의 금속 이온이 용해되어 있다. 광이 셀로 입사되면, 전해액 중에서 금속 이온이 산화 환원 반응을 행하여 충전을 한다. 광량이 감소 또는 광이 차단되어 개방 전압이 저하된 경우에는 방전이 행해져 이차 전지로서 기능한다.

Description

태양 전지{Solar cell}

본 발명은 입사 광량 변동시의 출력 전압(개방 전압)의 안정성을 향상시킨 태양 전지에 관한 것이다.

색소 증감형 태양 전지 등의 태양 전지는, 이상적으로 광이 전기로 변환된 경우, 입사 광량에 비례한 전류와 내부 전위차에 의한 일정한 전압을 발생시킨다.

그러나, 실제로는 전하의 재결합 등이 생기기 때문에, 입사 광량에 비례하여 전압도 변화한다. 예컨대, 입사 광량이 감소하면 전류량이 감소하고 동시에 전압도 저하된다.

태양 전지를 상용(商用) 전원으로 사용하는 경우, 안정된 전력의 공급이 불가결하다. 안정된 전력을 공급하기 위해서는, 입사 광량에 비례하여 변화하는 태양 전지로부터의 전류-전압 출력을, 안정된 전류-전압 특성으로 변환할 필요가 있다. 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이, 스위칭 전원 등의 안정화 전원 회로(1)를 설치한다. 태양 전지 본체(2)로부터의 출력을 안정화 전원 회로(1)에 입력하면 출력이 안정화 되므로, 안정된 전력을 외부의 기기로 공급할 수 있다.

안정화 전원 회로(1)을 구동시키기 위해서는 일정한 전력이 필요하다. 그 때문에, 태양 전지 본체(2)로부터 출력되는 전류-전압은 어느 일정한 범위 내일 것이 요구된다. 만일 구름 등에 의해 태양광이 일시적으로 차단된 경우, 태양 전지 본체(2)의 발전량이 일시적으로 저하되어 안정화 전원 회로(1)를 구동시키는데 필요한 전력이 공급되지 않게 되고, 안정화 전원 회로(1)의 구동은 정지한다. 이에 따라, 안정된 전력의 공급이 정지된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 태양 전지의 발전 전압에 가까운 전압 특성을 갖는 2차 전지 또는 대용량의 캐패시터를 태양 전지에 병렬로 부설하는 방법이 있다. 이 방법에 의하면, 태양 전지로의 입사 광량이 많고, 소정의 전압보다 높은 전압의 전력이 발전되었을 때는, 이차 전지 또는 캐패시터에 충전되고, 입사 광량이 적고 소정 전압보다 낮은 전압이 발전되었을 때는 방전된다. 이 방법에 의해, 안정화 전원 회로(1)의 동작 정지 비율을 저감할 수 있다.

그러나, 이러한 장치를 태양 전지의 외부에 추가하면 저항 등에 의한 전력 손실이 증가하고, 태양 전지의 실제의 발전 능력 이하의 전력 밖에 공급할 수 없다. 또한, 태양 전지의 구조나 태양 전지를 이용한 발전 장치의 구성이 복잡하게 되기 때문에 가격이 상승하고, 저렴한 태양광 발전 장치를 목표로 하는 경우에는 채용하기 어렵다.

또한 태양 전지는, 소정 사이즈의 패널을 복수개 늘어놓아 태양광 발전 장치로서 사용된다. 패널을 병렬로 접속하여 사용하는 경우에는 문제가 없지만, 저항에 의한 전력 손실의 감소나 개방 전압(출력 전압)을 높게 할 목적으로, 패널을 직렬로 접속하여 사용하는 경우에는, 구름이나 장애물 등에 의해 일부의 패널에 입사 되는 광이 차단되면, 그 패널에 전류가 잘 흐르지 않게 되므로 장치 전체의 발전량 이 크게 저하된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 태양 전지를 패널마다 독립적으로 제어하는 등의 방법이 필요하다. 그러나, 이러한 방법은, 장치 전체를 복잡하게 하고, 발전 효율의 저하나 가격의 상승을 초래한다.

본 발명은, 태양 전지 자체가 캐패시터 또는 2차 전지로도 기능하는 태양 전지와, 그 태양 전지를 사용하여 안정된 전력을 공급하는 발전 장치를 제공한다.

본 발명의 제1의 태양은, 전해액과, 상기 전해액에 용해되는 금속 이온을 가지며, 상기 금속 이온의 산화 환원 반응에 의해 이차 전지로서도 기능하는 태양 전지이다.

상기 태양의 태양 전지에 의하면, 전해액에 금속 이온이 용해되어 있으므로, 전해액 중에서 금속 이온이 산화 환원 반응을 한다. 그 결과, 이 태양 전지는 2차 전지로서도 기능한다. 입사 광량이 충분하여 출력되는 전압이 높을 때는 2차 전지로의 충전이 이루어지고, 입사 광량이 부족하여 출력되는 전압이 낮을 때는 2차 전지로부터 방전이 이루어진다.

본 발명 제2의 태양은, 투명 도전막과, 상기 투명 도전막 상에 설치된 금속막으로 이루어진 집전용 배선과, 상기 집전용 배선 상에 설치된 반도체와, 상기 반도체 상에 설치된 도전막과, 상기 반도체와 상기 도전막 사이에 충전된 전해질을 갖는 태양 전지이다.

상기 태양의 태양 전지에 의하면, 상기 집전용 배선은 반도체에서 발생하는 전하를 모아 투명 도전막으로 그 전하를 보내주는 기능을 발휘한다. 또한 집전용 배선 자체가 금속 이온이 되어 전해질로 용출되므로, 태양광이 입사되면 전해질 중에서 금속 이온이 산화 환원 반응을 한다. 그 결과, 이 태양 전지는 2차 전지로서도 기능한다. 입사 광량이 충분하여 출력되는 전압이 높을 때는 2차 전지로의 충전이 이루어지고, 입사 광량이 부족하여 출력되는 전압이 낮을 때는 2차 전지로부터 방전이 이루어진다.

도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 따른 태양 전지의 개략 단면도이다.

도 2는, 본 발명의 태양 전지의 전기 회로를 나타내는 회로도이다.

도 3은, 종래의 태양 전지의 전기 회로를 나타내는 회로도이다.

도 4는, 본 발명의 태양 전지의 개방 전압과 전류와의 관계의 경시변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 따른 태양 전지의 개략 단면도이다.

도 6은, 종래의 태양 전지의 일예를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태인 태양 전지의 일예인 습식 태양 전지를 나타낸다.

도 1에 있어서, 투명 기판(11)의 일면에는 투명 도전층(12)이 설치되어 있다. 투명 기판(11)으로는, 글래스 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 투명 도전 막(12)으로는, 주석 도프 산화 인듐(ITO), 불소 도프 산화 주석(FTO) 등의 도전성 금속 산화물을 사용할 수 있다.

강도나 밀봉성이 충분히 유지되는 투명 도전층(12)을 사용하면, 투명 기판(11)은 반드시 필요한 것은 아니다.

투명 도전층(12) 상에는 금, 백금, 은, 동, 알루미늄, 니켈, 카드뮴 등의 금속막으로 이루어진 집전용 배선(13)이 마련되어 있다.

집전용 배선(13)은, 광이 투과할 수 있는 정도의 공극(空隙)을 가지고 형성된다. 도포 방법은, 도금, 물리 증착법(PVD : 스퍼터링, 이온 플레이팅 등), 화학 증착법(CVD : 열, 플라즈마, 광 등), 스핀 코팅법, 스퀴지법, 닥터 블레이드법, 스크린 인쇄 등의 일반적인 방법이 사용되고, 필요에 따라 패터닝을 행하고, 격자상이나 망목상의 집전용 배선(13)을 형성한다. 이 집전용 배선(13) 상에는 이 배선의 보호층으로서 반도체층(14)이 마련되어 있다. 반도체층(14)에서 발생한 전하는 집전용 배선(13)에서 모여 투명 도전막(12)으로 보내진다.

반도체층(14)은 반도체라면 어느 것이나 사용 가능하지만, 바람직하게는 금속 산화물 등이 사용된다. 금속 산화물의 예로는, 산화 티탄, 산화 주석, 산화 텅스텐, 산화 아연, 산화 지르코늄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄, 산화 스트론튬, 산화 인듐, 산화 세륨, 산화 이트륨, 산화 란타늄, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 및 산화 탄탈륨 등을 들 수 있다.

또한 반도체층(14)은, 다공질막인 것이 바람직하다. 다공질막은, 졸겔법, 미립자의 영동 전착, 발포제에 의한 다공질화, 중합체 비즈 등과의 혼합물 도포후의 잉여 성분의 제거, 소결법 등 범용의 방법을 이용하여 작성하는 것이 가능한데, 반도체 미립자를 소결시켜 다공질 소결체로 하는 방법이 특히 바람직하다. 또한 다공질 반도체의 표면적을 늘리는 가공을 실시해도 무방하다.

또한 소결체의 표면에는 색소를 담지시켜도 된다. 색소는, 가시 영역이나 근적외 영역에 흡수를 가지며, 사용하는 반도체에 적합한 여기거동을 취하는 화합물이라면 어느 것이나 사용할 수 있다. 색소의 예로는, 아조 색소, 메틴 색소, 플러렌 유도체, 퀴논류, 쿠마린, 에오신, 로다민, 및 메로시아닌 등의 유기 색소:포르피린이나 프탈로시아닌 등의 금속 착체 색소; 루테늄 착체 색소; 및 식물 등의 천연 색소 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 프탈로시아닌이나 포르피린 등의 금속 착체 색소, 또는 루테늄 착체 색소 등을 들 수 있다. 색소가 담지된 태양 전지를 색소 증감 태양 전지라 부른다.

색소를 담지하는 방법의 일예로서, 색소를 포함하는 용액에 투명 기판(11), 투명 도전층(12), 및 반도체층(13)의 적층체를 침지하고, 실온에서 건조 또는 열 건조시킴으로써 반도체층(13)에 색소를 담지하는 방법을 들 수 있다. 본 발명은 이 방법에 한정되지 않고, 디핑법, 롤러법, 에어나이프법 등의 침지법; 와이어 바법, 슬라이드 호퍼법, 압출법, 커튼법, 스핀법, 스프레이법 등의 도포 방법 등도 사용할 수 있다.

투명 기판(11), 투명 도전막(12), 집전용 배선(13), 및 반도체층(14)을 적층함으로써 작용극(15)을 구성한다.

대극(對極:16)은, 기판(17)과 도전층(18)으로 이루어지며, 기판(17) 상에 도 전층(18)을 설치한 도전성 기판이다. 기판(17)은, 글래스, 세라믹 등의 절연 재료로 이루어진다. 도전층(18)에 이용되는 도전막으로는, 금속(백금, 금, 은, 동, 알루미늄, 마그네슘, 인듐 등), 탄소, 도전성 금속 산화물(ITO, FTO) 등을 들 수 있다. 특히, 백금, ITO, 또는 FTO가 바람직하다.

대극(16)은, 도전성 재료로 이루어지는 도전층의 단층 구조로 이루어져 있어도 무방하다.

상기 작용극(15)과 대극(16)은 대향 배치되고, 이들 전극 사이에는, 전해액(19)이 충전되어 하나의 셀이 된다.

셀이 가요성을 갖는 경우, 굴곡된 상태에서 사용하거나, 굴곡을 반복하는 환경에서 사용할 수도 있다.

전해액(19)은, 전해질을 비수계 용매에 용해한 비수계 전해질 용액 또는 전해질을 융해하여 이루어진 용융염 중 어느 것이라도 무방한데, 본 발명의 본 예에 있어서는 비수계 전해질 용액이 사용된다. 전해질(지지염)로는, 예컨대 리튬 이온, 코발트 이온, 테트라알킬 이온, 이미다졸리움 이온 등을 들 수 있다. 비수계 용매로는, 전해질을 용해하여 이온에 해리시킬 필요가 있고, 비유전율이 εr>20인 것이 바람직하다. 예컨대, 에탄올, 아세토니트릴, 메톡시아세토니트릴, 프로피오니트릴, 에틸 카보네이트, 프로필 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부틸로락톤, 에틸 메틸 이미다졸리움 등을 들 수 있는데, 태양 전지의 전해액용 용매로서 이미 사용되고 있는 것을 포함하며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들 비수계 용매는 구하는 특성에 따라 적당히 선택되며, 조합하여 이용해도 된다.

전해액(19)은 산화 환원쌍을 포함한다. 산화 환원쌍으로는, 예컨대, 요오드/요오드 이온, 브롬/브롬 이온, 및 코발트/코발트 이온 등을 들 수 있는데 이들에 한정되는 것은 아니다.

이러한 태양 전지에서는, 작용극(15)의 반도체층(14)에 광이 입사되면, 반도체층(14)에 광전 변환 반응이 일어나고, 작용극(15)으로부터 대극(16)의 전자가 흐른다. 대극(16)으로 이동한 전자는, 전해액(19) 중의 카티온을 환원한다. 환원된 이온은 반도체층(14)에 광이 입사되면 다시 산화된다. 이것이 반복되어 전기가 흐르고 발전이 행해진다.

또한 색소 증감 태양 전지에서는, 작용극(15)의 반도체층(14)에 광이 입사되면, 색소가 광을 흡수하여 전자를 방출한다. 방출된 전자는 반도체층(14)으로 이동하여 작용극(15)에 전해진다. 전자는 대극(16)으로 이동한 후, 전해액(19) 중의 카티온를 환원한다. 환원된 이온은 색소 상에서 다시 산화된다. 이것이 반복되어 전기가 흐르고 발전이 행해진다.

또한 전해액(19)에는, 은 이온, 동 이온, 카드뮴 이온, 알루미늄 이온, 니켈 이온 등의 금속 이온이 용해되어 있다. 이들 금속 이온은 구하는 특성에 따라 적당히 선택되고, 조합하여 사용해도 무방하다. 금속 이온은 전해액(19)에 포화될 때 까지 용해시킨다. 전해액(19)에 금속 단체 입자를 첨가하여 용해시켜도 되나, 이 예와 같이 상기 금속막으로 이루어지는 집전용 배선(13)을 설치한 경우에는, 집전용 배선(13)으로부터 자연히 전해액(19)에 용출되는 금속 이온을 용해하여야 할 금속 이온으로 그대로 이용해도 된다. 집전용 배선(13)의 금속은 전해액(19)이 포화 될 때 까지 용출되므로, 집전용 배선(13)은 전해액(19)으로의 용출량과 집전체로서 기능하는 두께 등을 고려하여 설치할 필요가 있다.

상술한 바와 같이 금속 이온을 전해액(19)에 첨가함으로써, 상기 산화 환원쌍의 산화 환원 반응에 더하여 금속 이온의 산화 환원 반응이 진행된다. 태양 전지와 동일한 전해액 중에서 금속 이온의 산화 환원 반응이 진행되고, 태양 전지 내에서 다른 하나의 전지로서 기능한다. 즉, 이 태양 전지 자체가 2차 전지로서 기능하도록 되어 있다. 금속 이온의 산화 환원 반응에 의해, 이 산화 환원 반응의 전위가 태양 전지의 기전압(起電壓)보다 약간 낮은 2차 전지를 형성한다.

금속 이온을 선택할 때에는, 전해액(19)으로의 용해도, 포화 상태(평형 상태)가 되었을 때의 금속 이온의 용해와 석출의 밸런스, 전압 유지력 등을 고려할 필요가 있다. 본 발명의 본 예에서는, 용해도의 크기, 평형 상태가 되었을 때의 밸런스, 전압 유지력의 각 조건을 충족시키는 은 이온이 바람직하게 사용된다.

또한 이 금속 이온은, 태양 전지의 전해액(19) 중에서 다른 전해질 이온의 이동을 방해하지 않는 것이여야 한다.

예컨대, 요오드/요오드계 전해액(19)을 사용하고, 금속 이온으로서 은 이온을 포함하는 경우에는, 전해액(19) 중에서 하기 식 (1)에 의해 이온으로 해리된다.

2Ag(s)+I₃ ^-→2Ag⁺+3I^- (1)

작용극측에서는, 하기 식 (2)에 나타내는 반응이 행해진다.

Ag⁺+e^-↔Ag(s) (2)

한편, 대극측에서는, 하기 식 (3)에 나타내는 반응이 진행한다.

3I^-↔I₃ ^-+e^- (3)

이 태양 전지에 광이 입사된 경우에는, 그 발생된 기전압에 의해 식 (2) 및 식 (3)의 반응이 우측으로 진행되어 은 이온이 환원되어 충전이 행해지며, 광이 입사되지 않을 때에는, 식 (2) 및 (3)의 반응이 좌측으로 진행되어 은 이온이 산화 되어 방전이 행해진다. 그 결과, 이차 전지로서의 기능이 발휘되게 된다.

이와 같이 본 예의 태양 전지에서는, 태양 전지의 발전 전압보다 상기 2차 전지의 충전 전압이 약간 낮게 되어 있으므로, 본 태양 전지에 충분한 광이 입사되어 상기 2차 전지의 충전 전압보다도 높은 발전 전압이 생기면 충전이 행해진다. 한편, 태양 전지로의 광의 입사량이 감소되어 발전 전압이 저하되었을 때는 이차 전지가 방전을 행한다.

그 결과, 태양 전지로의 입사 광량이 변동되었을 때, 이 태양 전지의 출력 변동을 일정 범위로 억제할 수 있다. 이 때문에, 예컨대 안정화 전원 회로를 마련한 경우, 안정화 전원 회로로의 전력의 공급이 안정화되고, 기기(機器)로의 전력의 공급이 안정화되게 된다.

요오드/요오드계 전해액(19)을 사용하는 경우 광이 입사되지 않을 때는, 전해액(19)의 색은 3 요오드화물 이온의 갈색이지만, 광이 입사될 때는 3 요오드화물 이온이 환원되어 요오드화물 이온이 되기 때문에, 전해액(19)의 색은 요오드화물 이온의 투명색이다. 은을 요오드/요오드 전해액(19)에 첨가하면, 은과 3요오드화물 이온이 상기 식(1), (2), (3)과 같이 반응하여 은 이온과 요오드화물 이온이 되기 때문에, 광의 입사가 없을 때에도 전해액은 투명하게 유지된다. 이 때문에, 필요에 따라 셀을 착색하는 것도 가능하다.

또한 태양 전지의 기능을 향상시키기 위하여, 전해액(19)에 금속 이온을 더 포함하는 전해액조를 외부로 설치해도 된다. 전해액과 금속 이온의 양을 증가시킴으로써 이차 전지의 충전 용량이 증가되어, 광이 차단되었을 때 혹은 광량이 약할 때 개방 전압의 지속 시간이 연장된다.

도 2는, 상술한 2차 전지로서의 기능을 겸비한 태양 전지의 전기 회로를 나타내는 것으로, 이차 전지(C1, C2)를 제외한 파선으로 둘러싼 부분은 본래의 태양 전지(2)의 등가 회로이다. 이 등가 회로에서의 R1은 내부 저항, R2는 절연 저항이다. 발전된 전류의 일부는 절연 저항 R2를 흐르고, 누설 전류로서 낭비되고 있다. 태양 전지로부터의 출력은 상술한 바와 같이 안정화 전원 회로(1)로 보내지게 되어 있다.

또한 C1, C2는, 이 태양 전지 내에서 기능하는 2차 전지를 나타내는 것으로, 이 C1, C2는, 태양 전지의 발전 전압에 의해 충전되고, 태양 전지의 발전 전압이 낮아지면 방전한다.

도 3에 도시한 전기 회로는, 종래의 태양 전지(2)의 외부에 2차 전지 또는 캐패시터(C3)를 설치한 경우의 전기 회로를 나타낸 것이다. 이 장치에서는, 입사 광량이 저하되어, 태양 전지로부터의 발전 전압이 낮을 때는, 절연 저항(R2)의 영향으로 개방 전압이 더욱 저하되어, 이차 전지 또는 캐패시터(C3)에 거의 충전할 수 없다.

한편, 도 2에 도시한 본 발명의 태양 전지는, 절연 저항(R2)의 영향을 받지 않고 상기 태양 전지 내에 형성되는 2차 전지(C1, C2)에 충전할 수 있어, 상기 태양 전지의 발전 전압이 낮은 경우에도 2차 전지(C1, C2)에 충전할 수 있다. 이 때문에 태양 전지의 전체적인 발전 효율이 향상된다.

이러한 태양 전지에 있어서, 충분한 입사광이 있는 경우에는 그 내부에 형성되는 2차 전지에 충전이 행해지고, 입사광이 일시적으로 감소되어, 그 개방 전압이 저하되면 내부에 형성되어 있는 2차 전지로부터 방전이 행해져 출력의 변동이 작은 것이 되고, 안정화 전원 회로의 동작 정지 비율이 감소되어 안정성이 높은 것이 된다.

이 태양 전지에 또한 2차 전지 또는 캐패시터를 외부에 장착해도 된다. 내부에 2차 전지가 형성되어 있기 때문에, 이차 전지의 기능을 보충하는 정도의 것이면 되고, 소형ㆍ소용량의 것을 사용할 수 있어 저렴하게 할 수 있다. 입사 광량이 낮고, 본래의 태양 전지로부터의 개방 전압이 낮은 경우, 이 외장 2차 전지 또는 캐패시터로부터 내부의 2차 전지로의 충전이 가능하기 때문에, 태양광의 이용 효율이 더욱 높아지게 된다.

또한 본 발명의 전해액은 액상인 것에 한정되지 않고 겔상 전해액 등의 고체상의 전해액을 사용할 수도 있다. 또한 트리에탄올 아민 등의 이온 해리성 액체도 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 반도체층은 금속 산화물의 다공질막 이외의 광전 변환 기능 을 갖는 유기물 다공질막, 무기물 다공질막 등의 재료를 사용할 수도 있다.

본 발명의 태양광 발전 장치는, 상술한 태양 전지의 복수개로 구성되는 패널을 1개 이상 이용한 것으로, 2개 이상을 사용하는 경우에는 이들 태양 전지 패널을 직렬 또는 병렬로 접속하여 구성된다.

복수의 태양 전지 패널을 직렬로 접속한 태양광 발전 장치에서는, 태양광이 구름 등의 장애물에 의해 차단되어, 패널의 일부, 또는 일부의 패널로의 입사 광량이 일시적으로 감소하더라도 태양 전지의 내부에 충전되어 있는 전압이 방전되기 때문에, 그 패널 또는 그 패널의 출력은 저하되지 않아, 장치 전체의 발전량은 크게 감소되지 않는다. 이와 같이 입사 광량의 변동시에 태양 전지의 출력 변동을 일정 범위로 억제할 수 있으므로, 태양광 발전 장치 전체로서의 태양광 이용 효율이 높은 것이 된다. 또한 본 발명의 태양 전지는 2차 전지로서의 기능을 구비하고 있으므로 패널에 2차 전지 또는 캐패시터를 외장하는 경우, 그 용량은 작아도 되며 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.

또한 본 발명의 제2의 실시 형태로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 전해액(19)의 흐름을 좋게 하기 위해 태양 전지의 대극(16)에는 긴쪽 방향으로 요부(30)를 설치해도 된다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하겠지만, 본 발명의 범위는 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

용액의 조정

(요오드계 전해액)

전해액 전체에 대하여, 0.lM의 요요드화 리튬, 0.3M의 디메틸 프로필 이미다졸리움의 요오드염, 0.05M의 요오드를 아세토니트릴에 용해하여 얻었다.(또는, 1.34 중량%의 요오드화 리튬, 8.0 중량%의 디메틸 프로필 이미다졸리움의 요오드염, 1.26 중량%의 요소를 89.4 중량%의 아세토니트릴에 용해하여 얻었다.)

(색소 용액)

색소 용액 전체에 대하여, 0.3M의 루테늄 피리딘 착체를 50중량%의 아세토니트릴과 50중량%의 터셔리부탄올과의 혼합물에 용해하여 얻었다.

셀의 제작

(실시예 1)

1Ocm 각의 글래스제 투명 기판 상에 FTO로 이루어지는 투명 도전막을 형성하고, 투명 도전막 상에 소결형 은 페이스트를 사용하여 개구율 90%의 망목상의 집전용 배선을 형성하였다. 집전용 배선 상에 이 배선 보호층으로서, 산화 티탄으로 이루어지는 다공질 반도체막을 형성한 후, 티타니아 나노 입자 페이스트를 다공질 반 도체막 상에 도포, 소결하였다. 또한, 색소 용액에 이 다공질 반도체막을 침지시켜 담지시키고, 실온에서 건조시켜 색소 담지 다공질 반도체막을 형성하였다. 이 색소담지 다공질 반도체막을 작용극으로 하였다.

또한 글래스판 상에 백금을 스퍼터링하여 도전막을 형성한 적층체를 대극으로 하였다.

작용극과 대극을 중첩시켜 핫 멜트 수지 등으로 접착, 또는 압착하고, 그 내 부에 요오드계 전해액을 봉입하여 셀로 하였다.

셀 내에 충전한 요오드계 전해액은 1시간 정도면 갈색에서 무색으로 변화하고, 1₃ ^- 이온으로부터 I^- 이온으로의 변화가 일어나고, 은으로 이루어지는 집전용 배선으로부터 은이 은이온으로서 용출된 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

요오드계 전해액은 은의 분말을 포화할 때까지 용해한 것을 사용하고, 투명 도전막 상에 집전용 배선을 형성하지 않는 점 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 셀을 제작하였다.

(실시예 3)

요오드계 전해액은 니켈의 분말을 포화할 때까지 용해한 것을 사용하고, 투명 도전막 상에 집전용 배선을 형성하지 않는 점 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 셀을 제작하였다.

(참조예)

투명 도전막 상에 집전용 배선을 형성하지 않는 점 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 셀을 제작하였다.

시험 방법

솔라 시뮬레이터를 이용하여 강도 1OOOW/m²의 광을 셀에 조사하여 셀의 광전특성을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

	개방 전압(mV)	단락 전류(mA)
실시예 1	650	650
실시예 2	640	660
실시예 3	650	650
참조예 1	660	660

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2의 셀은, 전해액에 은을 포함하지 않는 참조예의 셀과 마찬가지로 양호한 개방 전압을 나타내었다. 이로부터, 전해액에 다량의 은을 포함하여도 태양 전지로서의 광전 변환 효율은 변화하지 않는 것이 확인되었다.

이어서, 실시예 1 및 참조예의 셀에 솔라 시뮬레이터를 이용하여 강도 10OOW/m²의 광을 3초간 조사하고, 그 후 차광시의 개방 전압의 변화를 평가하였다. 도 4에 그 결과를 나타낸다.

도 4에 있어서, 곡선 21은 실시예 1의 셀의 출력 단자 사이가 무부하(개방)일 때의 전압 변화, 곡선 22 내지 24는 실시예 1의 셀의 출력 단자 사이의 저항 r2 내지 r4를 r2>r3>r4로 하고, 단자 사이에 흐르는 전류를 증가시켰을 때의 전압 변화를 나타낸다. r2는 100Ω, r3은 10Ω, r4는 1Ω이다. 곡선 25는 참조예의 셀의 전압 변화를 나타내는 것이다.

광 조사를 하고 있는 동안의 개방 전압(발전 전압)은, 곡선 21 내지 25에서 거의 같다. 곡선 21 내지 24에 대하여 광을 차단한 순간에 개방 전압은 50~100mV 정도 급격하게 떨어지는데, 그 후 전류가 흐르지 않는 곡선 21에 대해서는 500mV정도의 개방 전력이 지속되며, 곡선 22 내지 24에 대해서는 전류의 흐름량이 증가할수록 개방 전압의 감소율이 커지는 것이 확인되었다. 곡선 25에 대해서는, 광을 차 단한 후 개방 전압이 급격하게 감소되어 유지할 수 없었다.

또한 도 4에는 나타나 있지 않지만, 솔라 시뮬레이터의 강도를 100W/m²로 한 경우의 실시예 1의 셀의 개방 전압에 대해서도 동일하게 평가하였지만, 결과는 거의 같았다.

이상, 본 발명의 태양 전지는 이차 전지로서의 기능을 겸비하는 것이 명백해졌다. 이차 전지로서의 태양 전지의 개방 전압은 약 500mV이고, 광의 입사가 있을 때와 비교하여 손색이 없는 광전 특성이었다. 또한 광의 입사량이 적은 경우에도 충전이 행해지고, 광의 강도와 관계없이 약 500mV의 전력을 낼 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명의 태양 전지는, 이차 전지로서의 기능을 겸비하는 것이므로, 태양 전지로의 광의 입사량이 일시적으로 감소하여, 본래의 태양 전지로부터의 출력이 저하되더라도 내부의 2차 전지가 방전되어 출력의 변동이 억제되고, 출력이 안정된다. 입사 광량이 적고, 본래의 태양 전지로부터의 개방 전압이 낮은 경우에서도, 내부의 2차 전지로의 충전이 가능해지므로, 종래의 태양 전지에 2차 전지 또는 캐패시터를 외장한 한 것에 비해, 광의 이용 효율이 높은 것이 된다.

또한 본 발명의 태양광 발전 장치에서는, 상기의 태양 전지를 이용한 것이므로, 그 출력의 안정성이 향상되고, 광이용 효율이 높아져 부속 전기 회로 등을 간소화할 수 있어 저렴화할 수 있다.

Claims (10)

1. 투명 도전막과, 상기 투명 도전막 상에 설치된 금속막으로서, 금, 백금, 은, 동, 알루미늄, 니켈, 카드뮴으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속막으로 이루어진 집전용 배선과, 상기 집전용 배선 및 상기 투명 도전막 상에 설치된 반도체와, 상기 반도체에 대향하여 설치된 도전막과, 상기 반도체와 상기 도전막 사이에 충전되고, 요오드/요오드 이온, 브롬/브롬 이온 또는 코발트/코발트 이온을 함유한 전해액을 가지며, 상기 금속막의 금속이 전해액중에 용해되어 은 이온, 동 이온, 카드뮴 이온, 알루미늄 이온 또는 니켈 이온인 금속 이온이 생성되고, 상기 금속 이온의 산화환원 반응에 의해 이차전지로도 기능하는 태양 전지.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 이온이 은 이온인 태양 전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액은 요오드/요오드 이온을 포함하는 태양 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체는 다공질막인 태양 전지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 상에 색소를 더 갖는 태양 전지.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속막은 은으로 이루어지는 태양 전지.
9. 제 1 항에 기재된 태양 전지를 사용한 태양광 발전 장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 금속이온이 은이온이고, 상기 전해액은 요오드/요오드 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지.

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