KR100984932B1 - 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100984932B1 KR100984932B1 KR1020080125333A KR20080125333A KR100984932B1 KR 100984932 B1 KR100984932 B1 KR 100984932B1 KR 1020080125333 A KR1020080125333 A KR 1020080125333A KR 20080125333 A KR20080125333 A KR 20080125333A KR 100984932 B1 KR100984932 B1 KR 100984932B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dye
- substrate
- reflective layer
- solar cell
- sensitized solar
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 63
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 claims abstract description 52
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical group [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 2
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 naobium oxide Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/209—Light trapping arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
- H01G9/2013—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte the electrolyte comprising ionic liquids, e.g. alkyl imidazolium iodide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상부에 투명전극이 형성된 제1 기판과, 상기 투명전극의 상부에 형성되며, 금속산화물과 상기 금속산화물에 흡착된 증감염료를 포함하는 증감염료 담지층과, 상기 증감염료 담지층과 서로 대향 배치되며, 일정 영역에 상대전극 및 일정 형태로 패터닝된 반사층이 형성된 제2 기판과, 상기 증감염료 담지층을 포함한 제1 기판과 제2 기판의 사이에 개재되어 형성된 액상 전해질을 포함함으로서, 태양광의 장파장에서의 흡광효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
반사층, 염료 감응형 태양전지, 장파장
Description
본 발명은 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증감염료 담지층에 대향 배치된 기판 상의 일정영역에 반사층을 형성하여 태양광의 장파장에서의 흡광효율을 증가시킬 수 있는 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 염료 감응형 태양전지의 대표적인 연구 개발로는 1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael gratzel)의 연구팀이 개발한 나노입자 산화티탄늄(아나타제)을 이용한 염료감응 태양전지가 잘 알려져 있다.
염료 감응형 태양전지의 광전 변환 과정은, 조사된 광 에너지가 음극계에 형성된 증감염료 담지층 내의 증감염료에 흡수되고 이때 증감염료가 활성화되면서 정공과 전자를 생성한다. 이후 생성된 전자가 증감염료 담지층의 금속산화물을 통해 도전층으로 전달되고, 도전층에 연결된 회로를 통해 양극계와 연결된 회로로 이동하여 양극계를 통해 다시 전해질층으로 전달된다. 이때, 양극계를 통해 되돌아온 전자는 증감염료에서 전자와 함께 생성된 정공과 전해질을 통과하는 과정에서 다시 재결합하게 된다.
이러한 염료 감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조 단가가 저렴하고 투명한 전극으로 인해 건물 외벽 유리창이나 유리 온실 등에 응용이 가능하다는 이점이 있다. 하지만, 염료감응형 태양전지는 광전변환 효율이 낮아서 실제 적용 시에는 많은 사용상의 제약이 발생한다.
태양전지의 광전변환효율은 태양광의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로, 효율을 향상시키기 위해서는 태양광의 흡수를 증가시키거나, 염료의 흡착량을 높여서 전자의 생성량을 늘리거나, 또는 생성된 여기전자가 전자-홀 재결합에 의해 소멸되는 것을 막아주는 방법 등을 이용할 수 있다.
하지만, 단위 면적당 염료의 흡착량을 늘이기 위해서는 산화물 반도체의 입자 크기를 나노미터 수준으로 제조하여야 하기 때문에 제조상의 제약이 발생한다.
또한, 태양광의 흡수를 높이기 위해 백금전극의 반사율을 높이거나, 수 마이크로미터 크기의 반도체 산화물 광 산란자를 섞어서 제조하는 방법 등이 개발되고는 있지만, 이러한 방법 등으로 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기에는 아직까지 많은 한계를 가지는 실정이다.
예컨대, 종래 염료 감응형 태양전지의 경우 태양광의 여러 파장대 중 단파장의 흡수효율이 상대적으로 높은 반면, 장파장의 경우는 흡수효율보다는 주로 투과 하는 성질로 인해 장파장에서의 흡광효율이 감소하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제를 개선하기 위하여 최근에는, 금속산화물층의 상부에 산란(Scattering)이 가능한 수 ㎛의 금속산화물을 형성 함으로서 투과된 장파장을 산란시켜 증감염료 담지층에 재 흡수 되도록 하여 장파장의 흡광효율을 증가시키는 방법이 제안되었다.
하지만, 이러한 방법을 이용하여 장파장의 흡광효율을 증가시키기 위해서는 수 ㎛의 크기를 갖는 금속산화물을 수십 ㎛의 두께로 형성해야 하기 때문에 염료 감응형 태양전지 모듈의 두께가 증가될 뿐만 아니라, 향후 가요성(Flexibility)을 가지는 모듈의 제조에 있어서도 사용상의 제약이 따를 수 있다.
또한, 기존의 금속산화물층에 산란(Scattering)을 위한 고가의 금속산화물을 형성해야 함으로 제조비용 상승의 원인이 될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광의 흡광효율을 증가시켜 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 상부에 투명전극이 형성된 제1 기판; 상기 투명전극의 상부에 형성되며, 금속산화물과 상기 금속산화물에 흡착된 증감염료를 포함하는 증감염료 담지층; 상기 증감염료 담지층과 서로 대향 배치되며, 일정 영역에 상대전극 및 일정 형태로 패터닝된 반사층이 형성된 제2 기판; 및 상기 증감염료 담지층을 포함한 제1 기판과 제2 기판의 사이에 개재되어 형성된 액상 전해질을 포함하는 염료 감응형 태양전지를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 반사층은 복수개의 스트라이프 형상 또는 격자무늬 형태를 가지는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 반사층은 상기 제2 기판과 상대전극 사이의 일정 영역에 개재되어 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사층은 상기 상대전극 상부의 일정 영역에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사층은 상기 제2 기판의 외측 표면의 일정 영역에 형 성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반사층은 몰리브텐(Mo), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd), 은(Ag), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 또는 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, (a) 제1 및 제2 기판을 구비하는 단계; (b) 제1 기판의 상부에 투명전극을 형성하는 단계; (c) 상기 투명전극의 상부에 금속산화물 및 상기 금속산화물에 흡착된 증감염료를 포함하는 증감염료 담지층을 형성하는 단계; (d) 상기 제2 기판의 일정 영역에 상대전극 및 일정 형태로 패터닝된 반사층을 형성하는 단계; (e) 상기 증감염료 담지층과 상기 상대 전극이 상호 대향하도록 상기 제1 및 제2 기판을 정렬하는 단계; 및 (f) 상기 증감염료 담지층을 포함한 상기 투명전극과 상대 전극과의 사이에 액상 전해질을 형성하는 단계를 포함하는 염료 감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 단계 (d)에서, 상기 반사층은 복수개의 스트라이프 또는 격자무늬 형태를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 단계 (d)에서, 상기 반사층은 상기 제2 기판과 상기 상대전극 사이의 일정 영역에 개재하여 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (d)에서, 상기 반사층은 상기 상대전극 상부의 일정 영역에 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (d)에서, 상기 반사층은 상기 제2 기판의 외측 표 면의 일정 영역에 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법에 따르면, 증감염료 담지층에 대향 배치된 기판 상에 일정 패턴의 반사층을 형성하여, 증감염료 담지층으로부터 투과되어 방출되는 태양광이 반사층을 통해 반사되어 다시 증감염료 담지층에서 재 흡수될 수 있도록 함으로서, 장파장에서의 흡광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 염료 감응형 태양전지의 반사층을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지는 제1 및 제2 기판(100 및 110), 전도성 투명전극(120), 증감염료 담지 층(130), 상대전극(140), 액상전해질(150), 접착제(160) 및 반사층(170) 등을 포함한다.
상기 제1 및 제2 기판(100 및 110), 전도성 투명전극(120), 증감염료 담지층(130), 상대전극(140), 액상전해질(150) 및 접착제(160)는 종래 염료감응형 태양전지 형성시 사용되는 어느 하나의 물질 또는 두개 이상의 물질이 혼합된 물질로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지에 적용될 수 있는 한 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.
이때, 증감염료 담지층(130)은 소정 직경의 입자 크기를 갖는 금속산화물(M)과 그 금속산화물(M)의 입자 표면에 흡착된 증감염료(D)를 포함하여 이루어지며, 상기 금속산화물(M)과 증감염료도 종래 염료감응형 태양전지에 사용되는 어느 하나의 물질 또는 이들 물질의 혼합물이 이용될 수 있다.
또한, 반사층(170)은 태양광의 반사가 용이한 재료로서, 예컨대, Mo, Cr, Al, AlNd, Ag, Ti, W, 또는 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 이러한 반사층(170)은, 증감염료 담지층(130)에서 흡수되지 못하고 투과되는 태양광이 반사되도록 함으로서 반사된 광이 증감염료 담지층(130)에서 재 흡수 되도록 하여 태양전지의 흡광효율을 향상시키는 역할을 하게 되는데, 예컨대, 장파장의 광을 효과적으로 반사시키는 것이 가능하다.
한편, 반사층(170)은 제2 기판(110) 상의 다양한 위치에 형성되는 것이 가능하다.
예컨대, 도 1b에서와 같이 제2 기판(110)의 외측 상면에 형성될 수 있으며, 도 1c에서와 같이 상대전극(140)의 상면에 형성될 수 있는데, 바람직하게는 도 1a에서와 같이 제2 기판(110)과 상대전극(140)의 사이에 개재하여 형성될 수 있다.
이는, 예컨대, 반사층(170)이 도 1b에서와 같이 제2 기판(110)의 외측 상면에 형성될 경우, 반사층(170)이 외부로 노출됨에 따라 외부충격 등에 의한 파손 또는 스크레치 등이 발생될 수 있으며, 도 1c에서와 같이 상대전극(140)의 상면에 형성되는 경우는 예컨대, 반사층(170)을 이루는 금속(예컨대, Mo, Cr, Al, AlNd, Ag, Ti, W, 또는 Cu 등)과 전해질(150)의 반응에 의한 태양전지의 효율 감소를 초래할 수 있기 때문이다.
하지만, 이에 국한되지는 않으며 필요에 따라서는 다양한 위치에 형성하는 것도 가능하다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 염료 감응형 태양전지의 반사층(170)은 투과영역(T)과 반사영역(R)을 가져, 일정 영역에만 반사영역(R)을 형성하는 것이 바람직한데, 이는 제2 기판(110)을 통해서도 태양광이 용이하게 입사될 수 있도록 하기 위함이다.
이를 위해, 반사층(170)은 다양한 형태를 가져 투과영역(T)과 반사영역(R)이 형성 되도록 할 수 있으며, 투과영역(T)과 반사영역(R)의 크기를 조절 함으로서 태양광의 투과율 및 반사율을 조절하는 것이 가능하다.
예컨대, 반사층(170)의 형태는 도 2의 (a) 내지 도 2의 (d)에서와 같이 격자무늬 또는 복수개의 스트라이프 형태 등으로 형성되는 것이 가능하며, 투과영역(T)과 반사영역(R) 각각의 배치를 달리 함으로서 그 크기가 조절되도록 할 수 있다.
이하, 도 1 및 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지의 제조방법을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 제1 기판 및 제2 기판(100 및 110)을 준비한다.
이때, 제1 기판 및 제2 기판(100 및 110)은 투명 플라스틱 기판 또는 유리기판 등을 이용하여 형성할 수 있다.
이후, 제1 기판(100)의 상부에 전도성 투명전극(120)을 형성한다. 전도성 투명전극(120)은 예컨대, 전도성 투명필름을 제1 기판(100)의 상면에 코팅하여 형성하는 것이 가능하다.
이후, 전도성 투명전극(120)의 상부에 증감염료 담지층(130)을 형성한다.
증감염료 담지층(130)은 예컨대, 소정의 입자 크기를 갖는 금속산화물(M)과 그 금속산화물(M)의 표면에 흡착된 증감염료(D)를 포함하여 이루어진다.
이때, 금속산화물(M)은 그 입자 크기를 약 10 내지 40 ㎚가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이는, 금속산화물(M)의 입자 크기가 10 ㎚ 이하인 경우, 금속산화물(M)과 기판과의 밀착성의 감소로 인한 기판과의 박리가 발생될 수 있으며, 전해질(150)의 확산(Diffusion)이 어려워 염료의 산화-환원반응이 감소함에 따라 태양전지의 광전변환효율이 감소될 수 있기 때문이다.
또한, 예컨대, 금속산화물(M)의 입자 크기를 40 ㎚ 이상으로 하게 되면, 증 감염료 담지층(130)에 포함된 금속산화물(M)의 표면적이 작아짐에 따라 증감염료(D)의 흡착이 감소하여 광전변환 효율이 감소하게 된다.
한편, 증감염료 담지층(130)은 약 10 내지 100 ㎛ 의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직한데, 이는 전해질(150)의 확산(Diffusion)이 용이해지도록 하기 위함이다.
여기서, 제1 기판(100) 상에 증감염료 담지층(130)을 형성하는 방법 을 상세히 설명하면, 먼저, 예컨대, 이산화티타늄, 이산화주석, 산화아연, 산화나오븀, 산화마그네슘, 산화인듐, 산화지르코늄, 티탄산스트론튬 또는 티탄산바륨 등의 금속산화물 또는 이들 물질의 혼합물 등이 고분자 바인더가와 함께 혼합된 소정의 페이스트를 형성한다.
이후, 상기 준비된 페이스트를 전도성 투명전극(120)을 포함한 제1 기판(100)상에 코팅한다. 이때, 상기 페이스트를 제1 기판(100) 상에 코팅하는 방법은 그 페이스트의 점도에 따라서 닥터 블레이드(Doctor blade), 스크린 프린트(Screen printing), 스핀코팅(Spin coating) 또는 스프레이(Spray) 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.
이후, 제1 기판(100)의 상부에 코팅하여 형성된 페이스트를 예컨대, 약 30 내지 60분 동안, 약 400 내지 600 ℃의 온도로 열처리하게 되면, 제1 기판(100) 상에 일정 두께를 갖는 금속산화물층을 형성할 수 있다.
이후, 그 금속산화물층에 증감염료(D), 예컨대, Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir 또는 Ru 등의 금속 복합체 형태의 화합물 염료 또는 금속 원소가 포함되지 않은 유기 염료 등을 흡착하게 되면 제1 기판(100)상에 증감염료 담지층(130)을 형성할 수 있게된다.
한편, 증감염료 담지층(130)을 형성함에 있어서, 전술한 고분자 바인더를 이용하는 방법 이외에도, 예컨대, 나노입자 금속산화물이 포함된 콜로이드(Colloid) 용액을 이용하여 증감염료 담지층(130)을 형성하는 방법을 이용하여 형성할 수도 있다.
이후, 준비된 제2 기판(110)의 일정 영역에 상대전극(140)과 일정 형태로 패터닝하여 형성한 반사층(170)을 형성한다.
상대전극(140)은 제1 기판과 대향하는 제2 기판(110)의 일면에 전도성 투명필름을 코팅하여 형성할 수 있으며, 그 전도성 투명 필름의 상부에 백금(Pt), 카본블랙(Carbon black) 또는 흑연(C) 등을 형성하여 이용하는 것도 가능하다.
반사층(170)은 제2 기판(110)의 일정 영역에 태양광의 반사가 용이한 재료, 예컨대, Mo, Cr, Al, AlNd, Ag, Ti, W, 또는 Cu 등의 물질 중 어느 하나의 물질로, 예컨대, 스퍼터링(Sputtering) 또는 포토리소그라프(Photolithograph) 등의 방법을 통해 일정 형태로 패터닝함으로서 형성할 수 있다.
이러한 반사층(170)은, 증감염료 담지층(130)을 통해 방출된 태양광의 일부를 반사시켜 다시 증감염료 담지층(130)으로 전달하기 위한 목적으로 형성한다.
이때, 반사층(170)은 제2 기판(110)상의 다양한 위치에 형성하는 것이 가능하다. 예컨대, 도 1의 (a)에서와 같이 제2 기판(110)과 상대전극(140)의 사이에 개재하여 형성할 수 있으며, 도 1의 (b)에서와 같이 제2 기판(110)의 외측 상면에 형 성하는 것도 가능하다.
또한, 도 1의 (c)에서와 같이 상대전극(140)의 상면에 형성할 수 있으며, 상기 이외에도 제2 기판(110)상의 어느 위치든 국한하지 않고 형성하는 것이 가능하다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 염료 감응형 태양전지의 반사층(170)은 투과영역(T)과 반사영역(R)이 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 제2 기판(110)을 통해서도 태양광이 용이하게 입사될 수 있도록 하기 위함이다.
이를 위해, 반사층(170)은 다양한 형태로써 투과영역(T)과 반사영역(R)이 형성되도록 할 수 있으며, 투과영역(T)과 반사영역(R)의 크기를 조절 함으로서 태양광의 투과율 및 반사율을 조절하는 것이 가능하다.
예컨대, 반사층(170)의 형태는 도 2의 (a) 내지 도 2의 (d)에서와 같이 격자무늬 또는 복수개의 스트라이프 형태 등으로 형성하는 것이 가능하며, 투과영역(T)과 반사영역(R) 각각의 크기를 조절하는 것도 가능하다.
이후, 증감염료 담지층(130)과 상대 전극(140)이 상호 대향하도록 제1 및 제2 기판(100 및 110)을 정렬하여 그 사이에 일정 공간을 형성한 후, 제1 및 제2 기판(100 및 110)을 예컨대, 열가소성 고분자 필름, 에폭시 수지, 자외선 경화제 등의 접착제(Sealant)(160)를 이용하여 서로 합착한다.
마지막으로, 제1 및 제2 기판(100 및 110)의 사이에 형성된 일정 공간에 액상 전해질(150)을 고르게 분포되도록 주입하게 되면 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지를 완성할 수 있게 된다.
이때, 전해질(150)은 그 전해질(150)과 금속산화물(M)간의 표면에너지를 고려하여 다양한 점성의 전해질(150)을 선택적으로 이용하는 것이 가능하다.
전술한 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 염료 감응형 태양전지의 반사층을 설명하기 위한 평면도이다.
Claims (11)
- 상부에 투명전극이 형성된 제1 기판;상기 투명전극의 상부에 형성되며, 금속산화물과 상기 금속산화물에 흡착된 증감염료를 포함하는 증감염료 담지층;상기 증감염료 담지층과 서로 대향 배치되며, 일정 영역에 상대전극 및 일정 형태로 패터닝된 반사층이 형성된 제2 기판; 및상기 증감염료 담지층을 포함한 제1 기판과 제2 기판의 사이에 개재되어 형성된 액상 전해질을 포함하되, 상기 반사층은 복수의 반사영역 및 투과영역이 하나의 반사층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 반사층은 복수개의 스트라이프 형상 또는 격자무늬 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 반사층은 상기 제2 기판과 상대전극 사이의 일정 영역에 개재되어 형성되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 반사층은 상기 상대전극 상부의 일정 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 반사층은 상기 제2 기판의 외측 표면의 일정 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.
- 제1 항에 있어서,상기 반사층은 몰리브텐(Mo), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd), 은(Ag), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 또는 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지.
- (a) 제1 및 제2 기판을 구비하는 단계;(b) 제1 기판의 상부에 투명전극을 형성하는 단계;(c) 상기 투명전극의 상부에 금속산화물 및 상기 금속산화물에 흡착된 증감염료를 포함하는 증감염료 담지층을 형성하는 단계;(d) 상기 제2 기판의 일정 영역에 상대전극 및 일정 형태로 패터닝된 반사층을 형성하는 단계;(e) 상기 증감염료 담지층과 상기 상대 전극이 상호 대향하도록 상기 제1 및 제2 기판을 정렬하는 단계; 및(f) 상기 증감염료 담지층을 포함한 상기 투명전극과 상대 전극과의 사이에 액상 전해질을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 반사층은 복수의 반사영역 및 투과영역을 하나의 반사층 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 단계 (d)에서,상기 반사층은 복수개의 스트라이프 또는 격자무늬 형태를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 단계 (d)에서,상기 반사층은 상기 제2 기판과 상기 상대전극 사이의 일정 영역에 개재하여 형성하는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 단계 (d)에서,상기 반사층은 상기 상대전극 상부의 일정 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.
- 제7 항에 있어서,상기 단계 (d)에서,상기 반사층은 상기 제2 기판의 외측 표면의 일정 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080125333A KR100984932B1 (ko) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080125333A KR100984932B1 (ko) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100066845A KR20100066845A (ko) | 2010-06-18 |
| KR100984932B1 true KR100984932B1 (ko) | 2010-10-01 |
Family
ID=42365695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080125333A KR100984932B1 (ko) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100984932B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170077609A (ko) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 연세대학교 산학협력단 | 기판-반사층 복합체 및 이의 제조방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101697371B1 (ko) * | 2010-11-22 | 2017-01-17 | 서울시립대학교 산학협력단 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR101539410B1 (ko) * | 2012-11-13 | 2015-07-27 | 재단법인대구경북과학기술원 | 패턴 반사층을 포함하는 태양전지 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100589322B1 (ko) | 2004-02-03 | 2006-06-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고효율 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법 |
-
2008
- 2008-12-10 KR KR1020080125333A patent/KR100984932B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100589322B1 (ko) | 2004-02-03 | 2006-06-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고효율 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170077609A (ko) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 연세대학교 산학협력단 | 기판-반사층 복합체 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20100066845A (ko) | 2010-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101056440B1 (ko) | 염료감응 태양전지 | |
| JP5208974B2 (ja) | 色素増感太陽電池 | |
| JPH11273753A (ja) | 色素増感型光電池 | |
| JP2005222941A (ja) | 染料感応太陽電池及びその製造方法 | |
| WO2008004556A1 (fr) | Module de cellule solaire sensible aux colorants et procédé de fabrication correspondant | |
| JP2003123859A (ja) | 有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池 | |
| JP2013143334A (ja) | 光電変換素子、光電変換素子モジュール、光電変換素子モジュールの製造方法、電子機器および建築物 | |
| JP2012064485A (ja) | 色素増感光電変換装置 | |
| KR101172361B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 광전극의 제조방법 | |
| KR100984932B1 (ko) | 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| JP5128118B2 (ja) | 湿式太陽電池とその製造方法 | |
| JP4843899B2 (ja) | 光電変換素子およびその製造方法 | |
| US20100101645A1 (en) | Electrode of dye-sensitized solar cell, manufacturing method thereof and dye-sensitized solar cell | |
| JP4936648B2 (ja) | 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池の取付け方法 | |
| Dominici et al. | Dye solar cells: basic and photon management strategies | |
| EP2453266A1 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| KR20070102268A (ko) | 산화물 광산란 입자를 포함하는 투명한 반도체 전극 및이를 이용한 염료감응 태양전지 | |
| EP2492934A2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| KR102280819B1 (ko) | 파장변환 광대역 광소자 및 이의 제조방법 | |
| JP4901194B2 (ja) | 光電変換装置及びその製造方法並びに光発電装置 | |
| KR101017805B1 (ko) | 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US9887043B2 (en) | Method of manufacturing dye-sensitized solar cell having light absorption increase means and the solar cell | |
| JP2016058445A (ja) | 太陽光発電パネル | |
| KR101601965B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 광전극, 및 이의 제조 방법 | |
| WO2021181611A1 (ja) | 太陽電池モジュール |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130814 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140820 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150817 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160822 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170822 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180822 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190827 Year of fee payment: 10 |