KR100994902B1 - 플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판을 챔버에 배치시키는 단계(단계 1); 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판에 대하여 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 산화물 반도체층을 증착시키는 단계(단계 2); 상기 산화물 반도체층에 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 3); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 촉매층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 4); 및 상기 단계 3에서 제조된 작동전극과 단계 4에서 제조된 상대전극을 대향시켜 접합시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 5)를 포함하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지에 관한 것이다.

Description

플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법{FLEXIBLE DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 작동전극 및 상대전극의 제조과정에서 산화물 반도체층의 증착시 플렉서블 고분자 기판을 손상시키지 않는 저온 증착법을 사용하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
이와 같은 태양전지를 물질별로 크게 구분하면 무기물 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기물 태양전지(organic solar cell)가 있다.
무기물 태양전지로서 단결정 실리콘이 주로 사용되고 있고, 이러한 단결정 실리콘계 태양전지는 박막형 태양전지로 제조될 수 있는 장점을 가지나, 많은 비용이 소요되고, 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
염료감응 태양전지는 기존의 p-n 접합에 의한 실리콘 태양전지와는 달리, 가시광선의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응 태양전지는 기존 실리콘을 기반으로 하는 태양 전지와 비교했을 때 빛과 열에 대한 장시간 노출에도 견딜 수 있으며, 저렴하고 용이하게 에너지를 생산할 수 있다.
지금까지 알려진 염료감응 태양전지 중 대표적인 예로서 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있다(미국등록특허 제4,927,721호 및 제5,350,644호). 그라첼 등에 의해 제안된 염료감응 태양전지는 염료 분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극과, 백금 또는 탄소가 코팅된 상대 전극과, 이들 전극 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성되어 있다. 이 광전기화학적 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하여 주목받아 왔다. 이러한 그라첼이 개발한 염료감응 태양전지 기술은 값비싼 실리콘 태양 전지의 저렴한 대안으로 유망하다는 사실을 보여 주었다.
최근에는 휴대폰, 웨어러블 PC 등 차세대 PC 산업에 필요한 전원의 자가충전이나 옷, 모자, 자동차 유리, 건물 등에 부착해 활용할 수 있다는 점에서 플렉서블 반도체 전극을 사용하는 플렉서블 염료감응형 태양전지가 더욱 관심의 초점이 되고 있다.
그러나, 이러한 플렉서블 반도체 전극의 제작에 필요한 플렉서블 기판은 고온에서 쉽게 변형이 일어나기 때문에 이산화티탄층 등과 같은 산화물 반도체층을 형성하는 경우 고온의 증착 공정을 사용할 수 없으며 150℃ 이하의 저온에서 반도체 전극을 제작해야 하는 제한이 따른다.
이러한 플렉서블 반도체 전극을 제조하는 종래기술로는 저온 소성 페이스트를 플렉서블 기판에 인쇄하여 100℃ 미만에서 건조하거나 또는 불투명한 금속 박막(metal foil) 위에 반도체층을 형성하는 방법이 알려져 있으나, 이러한 방법은 태양전지의 광전효율이 떨어지거나 막의 안정성이 떨어지는 문제점 등이 발생하여 저온에서 안정적으로 플렉서블 반도체 전극을 제조하기 위한 새로운 방법이 요구되고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명자들은 플렉서블 고분자 기판을 사용하여 작동전극 및 상대전극을 제조하기 위한 방법에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 플렉서블 고분자 기판을 사용하여 작동전극 및 상대전극의 제조시 산화물 반도체층을 저온에서 증착할 수 있는 방법을 사용하여 플렉서블 고분자 기판 상에 증착시킴으로써 온도저항성이 낮은 플렉서블 고분자 기판의 손상없이 제조할 수 있는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지를 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 온도저항성이 낮은 플렉서블 고분자 기판을 사용하여 작동전극 및 상대전극의 제조시 산화물 반도체층을 저온에서 증착할 수 있으며, 간단한 공정에 의해 제조할 수 있는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지를 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판을 챔버에 배치시키는 단계(단계 1); 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판에 대하여 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 산화물 반도체층을 증착시키는 단계(단계 2); 상기 산화물 반도체층에 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 3); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 촉매층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 4); 및 상기 단계 3에서 제조된 작동전극과 단계 4에서 제조된 상대전극을 대향시켜 접합시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 5)를 포함하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층, 상기 투명 전도성 산화물층 상에 저온 증착된 산화물 반도체층 및 상기 산화물 반도체층에 흡착된 염료를 포함하는 작동전극; 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층 및 상기 투명 전도성 산화물층에 저온 증착된 촉매층을 포함하는 상대전극; 및 상기 작동전극 및 상대전극 사이에 개재되는 전해질을 포함하는 플렉서블 염료감응 태양전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극은 상온 및 진공 상태의 챔버 내의 기판 지지부에 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판을 배치한 후 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 산화물 반도체층을 형성하고 이에 염료를 흡착하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 산화물 반도체 분말은 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하거나, 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)로 이루어진 군에서 선택된 1종과 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 그라핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 플렉서블 고분자 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 투명 전도성 산화물층은 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명은 플렉서블 고분자 기판을 사용하여 작동전극 및 상대전극의 제조시 산화물 반도체층을 저온 증착할 수 있는 방법을 사용하여 플렉서블 고분자 기판에 증착시킴으로써, 비교적 간단한 공정에 의해 제조할 수 있는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 작동전극의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지의 측단면도이다.
도 3은 플렉서블 염료감응 태양전지 기반 플렉서블 디스플레이의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은,
투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판을 챔버에 배치시키는 단계(단계 1);
투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판에 대하여 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 산화물 반도체층을 증착시키는 단계(단계 2);
상기 산화물 반도체층에 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 3);
투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 촉매층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 4); 및
상기 단계 3에서 제조된 작동전극과 단계 4에서 제조된 상대전극을 대향시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 5)를 포함하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
하기에서 본 발명에 따른 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법을 도 1 내지 도 2를 참조하여 단계별로 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 작동전극(10)의 측단면도이다.
우선 투명 전도성 산화물층(2)이 증착된 플렉서블 고분자 기판(1)을 챔버 내 기판 지지부에 배치시킨다(단계 1).
상기 단계 1에서는 산화물 반도체층(4)의 도포가 이루어지는 챔버를 상온에서 진공 또는 대기압 조건으로 유지하는 것이 바람직하며, 상기 챔버를 진공 상태로 유지하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 챔버를 진공상태로 유지함으로써 산화물 반도체층(4)을 형성하는 이산화티탄 분말이 가스에 의해 이동할 때 받는 유체저항을 감소시켜 분말의 속도감소 요인이 없어지게 되어 산화물 반도체층(4)을 형성하는 공정이 원활하게 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 투명 전도성 산화물층(2)이 증착된 플렉서블 고분자 기판(1)에 대하여 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 산화물 반도체층(4)을 증착시킨다(단계 2).
본 발명에서 사용되는 플렉서블 고분자 기판(1)의 소재로는 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 플렉서블 고분자 기판(1)의 상부에는 투명 전도성 산화물층(2)이 형성되며, 투명 전도성 산화물층(2)의 소재로는 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등을 사용할 수 있다.
단계 2에서 투명 전도성 산화물층(2)이 증착된 플렉서블 고분자 기판(1) 상에 산화물 반도체층(4)을 형성하는 경우 1㎚∼10 ㎛ 크기의 작은 산화물 반도체 분말을 사용하여 상대적으로 높은 분사속도인 100∼1200 m/sec의 속도로 분사함으로써 산화물 반도체 분말이 기판에 충돌시 기판에 미치는 영향을 최소화할 수 있고, 상기 산화물 반도체 분말이 기판과 충돌하여 부서지면서 재결합함으로써 도포될 수 있다. 상기 산화물 반도체 분말의 분사 속도를 얻기 위해서는 통상 1∼10 bar의 압력을 갖는 압축공기를 이용하여 진공은 10 Torr∼760 Torr까지의 범위를 사용할 수 있다.
상기 산화물 반도체 분말로는 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 플렉서블 염료감응 태양전지의 광전변환효율, 투과도, 저항 등을 증대시키기 위해서 산화물 반도체층(4) 형성시 상기 산화물 반도체 분말로는 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)로 이루어진 군에서 선택된 1종과 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 그라핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 투명 전도성 산화물층(2)이 증착된 플렉서블 고분자 기판(1) 상에 산화물 반도체층(4)을 형성한 후 압력기 등을 이용하여 가압하거나, 진공저온소결로, 오븐 등을 이용하여 플렉서블 고분자 기판의 유리전이 온도 이하에서 저온 소결과정을 거치거나, 레이저를 이용하여 증착된 투명 전도성 산화물층을 국부 소결하는 과정을 더 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 단계 2에서와 같이 산화물 반도체층(4)을 형성한 후 염료를 흡착시켜 작동전극(10)을 제조한다(단계 3).
본 발명에 일 실시형태에 있어서, 플렉서블 고분자 기판(1) 상에 증착된 산화물 반도체층(4)에 염료를 흡착시키는 방법은 산화물 반도체층(4)이 형성된 플렉서블 고분자 기판(1)을 염료 용액에 침지시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 염료 용액으로는 염료와 알콜 용액을 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 상기 염료로는 루테늄(Ru) 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 사용할 수 있고, 이외에도 가시광내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 염료 및 전자 방출이 용이한 새로운 타입의 염료를 사용할 수 있음은 물론이다.
다음으로, 투명 전도성 산화물층이 형성된 플렉서블 고분자 기판의 상부에 촉매층을 형성하여 상대전극(20)을 제조한다(단계 4).
상기 단계 2에서 설명한 바와 동일하게, 플렉서블 고분자 기판의 상부에 투명 전도성 산화물층을 형성한 후, 이에 촉매층을 증착시켜 상대전극(20)을 제조할 수 있다.
상기 촉매층은 탄소, 금, 백금 등으로 구성되는데, 바람직하게는 백금(Pt) 등과 같은 귀금속 물질로 구비될 수 있다. 백금(Pt)은 반사도가 좋아서, 투과된 가시광이 태양전지의 내부로 반사되어 광흡수의 효율에 유리하다. 또한, 백금(Pt) 이외에도 저항값이 낮은 다른 귀금속 물질도 사용할 수 있음은 물론이다.
마지막으로, 상기 단계 3에서 제조된 작동전극과 단계 4에서 제조된 상대전극을 대향시킨 후 전해액을 주입한다(단계 5).
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 플렉서블 염료감응 태양전지(40)의 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 단계 5에서는 단계 3에서 제조된 작동전극(10)과 단계 4에서 제조된 상대전극(20)을 서로 접합시키고 내부에 전해액을 충진시켜 플렉서블 염료감응 태양전지(40)를 제조할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 염료감응 태양전지(40)에서 전해액으로서는 본 발명이 속하는 기술분야에 통상적으로 알려진 액상의 전해액 또는 고체 고분자 전해액을 사용할 수 있다.
상술한 본 발명의 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법에 따라 플렉서블 염료감응 태양전지를 제조하는 경우 온도저항성이 낮은 플렉서블 고분자 기판을 손상시키지 않고 산화물 반도체층을 저온에서 증착시킴으로써 간단한 방법으로 플렉서블 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에서 작동전극 및 상대전극 중 하나의 전극은 플렉서블 고분자 기판 이외에 유리기판 또는 금속기판을 사용하여 제조될 수 있다.
또한 본 발명은 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층, 상기 투명 전도성 산화물층 상에 증착된 나노산화물층 및 상기 나노산화물층에 흡착된 염료를 포함하는 작동전극; 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층 및 상기 투명 전도성 산화물층에 저온 증착된 금속층을 포함하는 상대전극; 및 상기 작동전극 및 상대전극 사이에 개재되는 전해질을 포함하는 플렉서블 염료감응 태양전지를 제공한다.
상기 플렉서블 염료감응 태양전지는 상술한 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법과 동일하게 수행하여 제조될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 플렉서블 염료감응 태양전지를 포함하여 구성된 플렉서블 염료감응 태양전지 기반의 플렉서블 디스플레이를 제공한다.
도 3은 플렉서블 염료감응 태양전지 기반 플렉서블 디스플레이의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명은 플레서블 디스플레이와 플렉서블 회로에 본 발명의 플렉서블 염료감응 태양전지를 결합한 DSSC 기반의 플렉서블 디스플레이를 제공한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
< 실시예 1>
(1) 작동전극의 제조
인디움 틴 옥사이드 투명 전도성 산화물층이 형성된 PET 기판을 준비하였고 진공상태의 챔버의 기판 지지부에 배치하였다. 상기 PET 기판 상에 10 nm 크기의 이산화티탄 분말을 300 내지 500 m/sec의 속도로 분사하여 5 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 이어서, 이후 에탄올을 용매로 한 5 mM로 제조된 Ru계 (Solaronix 사, Rethenium 535-bis TBA) 염료를 제조하였다. 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 24 시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료가 흡착된 작동전극을 제조하였다.
(2) 상대전극의 제조
불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명 전도성 산화물층이 형성된 PET 기판을 준비하였다. 백금 타겟이 포함된 증착기를 이용하였으며, 10-1 torr 이하의 진공하에서 15 mA의 전류를 200 초간 유지함으로써 상기 기판의 테두리 안에 백금층을 형성시켜 상대전극을 제조하였다.
(3) 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조
제조된 작동전극의 나노 산화물층과 상대전극의 백금층이 서로 대향하도록 한 후, 약 70 ㎛ 두께의 양면 접착 테이프(3M 사 제조)를 나노 산화물층 바깥으로 접합한 이후, 핫 프레스를 이용하여 50 ℃, 5 MPa 조건으로 10초간 유지하여 두 전극을 결합하였다. 이때, 상대전극은 전해액 주입을 위해 미리 천공을 하였다. 이후, 전해질 용액 (Solaronix 사, Iodolyte AN-50)을 미리 천공된 곳을 통해 두 전극 사이 공간으로 약 0.1 cc 주입하고, 천공 부위는 에폭시 레진으로 밀봉함으로써, 플렉서블 염료감응 태양전지를 제조하였다.
< 실시예 2>
상기 작동전극의 제조시 10 nm 크기의 이산화티탄 분말과 다중벽 탄소나노튜브(한화 나노테크, CM-95)를 300 내지 500 m/sec의 속도로 분사하여 5 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 플렉서블 염료감응 태양전지를 제조하였다.
<시험예 1> 전류밀도(Jsc) 및 전압(Voc) 측정
상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 염료감응 태양전지의 전류밀도(Jsc), 전압(Voc) 및 충진계수(fillfactor, ff)를 측정하였고 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 전류밀도(㎃/cm2) 개방전압(V) 충진계수
실시예 1 0.474 0.7085 25.88
실시예 2 0.211 0.6393 38.89
1 : 플렉서블 고분자 기판 2 : 투명 전도성 산화물층
3 : 테두리층 4 : 나노산화물층
10 : 작동전극 20 : 상대전극
40 : 플렉서블 염료감응 태양전지

Claims (17)

  1. 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층, 상기 투명 전도성 산화물층 상에 저온 증착된 산화물 반도체층 및 상기 산화물 반도체층에 흡착된 염료를 포함하는 작동전극;
    플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층 및 상기 투명 전도성 산화물층에 저온 증착된 촉매층을 포함하는 상대전극; 및
    상기 작동전극 및 상대전극 사이에 개재되는 전해질을 포함하며,
    상기 투명 전도성 산화물층 상에 저온 증착된 산화물 반도체층은 상기 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판에 대하여 150℃ 이하의 저온에서 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 형성된 것임을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 반도체 분말로는 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합한 분말을 사용하거나, 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종과 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 그라핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 혼합한 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 고분자 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 사용하여 제조된 기판임을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전도성 산화물층은 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군으로부터 선택된 투명 전도성 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촉매층은 탄소, 금 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상대전극 및 작동전극 중 하나는 플렉서블 유리기판 또는 금속기판을 사용하여 제조된 것임을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지.
  8. 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판을 챔버에 배치시키는 단계(단계 1);
    투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판에 대하여 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 150℃ 이하의 저온에서 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 산화물 반도체층을 증착시키는 단계(단계 2);
    상기 산화물 반도체층에 염료를 흡착시켜 작동전극을 제조하는 단계(단계 3);
    투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 촉매층을 형성하여 상대전극을 제조하는 단계(단계 4); 및
    상기 단계 3에서 제조된 작동전극과 단계 4에서 제조된 상대전극을 대향시킨 후 전해액을 주입하는 단계(단계 5)를 포함하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 산화물 반도체 분말로는 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합한 분말을 사용하거나, 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종과 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 그라핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 혼합한 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 단계 2에서 상기 산화물 반도체 분말을 분사하여 산화물 반도체층을 형성한 후 압력기 등을 이용하여 가압하거나, 진공저온소결로, 오븐 등을 이용하여 플렉서블 고분자 기판의 유리전이 온도이하에서 저온 소결과정을 거치거나, 레이저를 이용하여 증착된 투명 전도성 산화물층을 국부 소결하는 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 플렉서블 고분자 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 사용하여 제조된 기판임을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 투명 전도성 산화물층은 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군으로부터 선택된 투명 전도성 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 촉매층은 탄소, 금 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 플렉서블 염료감응 태양전지의 제조방법.
  15. 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층, 상기 투명 전도성 산화물층 상에 저온 증착된 산화물 반도체층 및 상기 산화물 반도체층에 흡착된 염료를 포함하는 작동전극; 플렉서블 고분자 기판 상에 증착된 투명 전도성 산화물층 및 상기 투명 전도성 산화물층에 저온 증착된 촉매층을 포함하는 상대전극; 및 상기 작동전극 및 상대전극 사이에 개재되는 전해질을 포함하며,
    상기 투명 전도성 산화물층 상에 저온 증착된 산화물 반도체층은 상기 투명 전도성 산화물층이 증착된 플렉서블 고분자 기판에 대하여 150℃ 이하의 저온에서 가스에 의해 운반된 1㎚∼10 ㎛ 크기의 산화물 반도체 분말을 100∼1200 m/sec의 속도로 분사노즐을 사용하여 분사하여 형성된 것임을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지 기판 디스플레이.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 산화물 반도체 분말로는 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합한 분말을 사용하거나, 이산화티탄 분말(TiO2), 산화주석 분말(SnO2), 산화아연 분말(ZnO) 및 산화니오븀 분말(Nb2O5)으로 이루어진 군에서 선택된 1종과 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 그라핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 혼합한 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 염료감응 태양전지 기판 디스플레이.
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