KR101018604B1 - 태양전지용 기판 복합체, 이를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양전지용 기판 복합체, 이를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명기판, 상기 투명 기판 상에 형성된 투명전극, 및 상기 투명전극 상에 전착(電着)되어 형성되고, 반도체 화합물 표면에 염료가 도입되어 형성된 반도체 화합물-염료 복합체를 포함하는 적어도 하나의 전착 막으로 이루어진 반도체 층을 구비한 태양전지용 기판 복합체 및 이를 포함하는 염료 감응형 태양전지를 제공한다. 또한 상기 전착법을 이용한 상기 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법을 제공한다.

Description

태양전지용 기판 복합체, 이를 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법{SUBSTRATE COMPLEX FOR SOLAR CELL, SOLAR CELL COMPRISING THE SAME AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 태양전지 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지용 기판 복합체, 상기 태양전지용 기판 복합체를 포함하는 염료 감응형 태양전지 및 상기 태양전지용 기판 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
석유자원 고갈의 위기감, 교토의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 BRICs 개도국들의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등 기존 에너지와 차원이 다른 청정 무제한의 에너지가 요구되고 있으며, 국가적인 차원에서 신재생 에너지의 기술개발이 진행되고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 태양전지가 처음 만들어진 초기에는 주로 우주용으로 사용되었으나, 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 지상용 전원으로 활용하기 위한 가능성에 주목을 받게 되었고, 활발한 연구개발에 의해 1980년대부터 제한적으로 지상발전용으로 사용 이 시작되었다. 최근에는 항공, 기상, 통신분야에까지 사용되고 있으며, 태양광 자동차, 태양광, 에어콘 등도 주목받고 있다. 이러한 태양전지는 주로 실리콘이나 화합물 반도체를 이용하고 있으나, 이들은 반도체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 또한 태양전지의 주된 부분을 차지하고 있는 무기계 실리콘 태양전지는 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않는 염료감응형 태양전지(DSSC; Dye Sensitized Solar Cell)가 본격 연구되기 시작하였고, 프린팅 방식에 의해 저가공정이 가능하며, 모양에 구애 받지 않는 유연 태양전지 제조가 가능하여 현재 많은 주목을 받고 있다.
DSSC는 실리콘 태양 전지와는 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 태양 전지이다. 지금까지 알려진 DSSC 중에서 대표적인 예로는 1991년 스위스의 그라첼 등에 의해 발표된 것이 있다. 그라첼 등에 의한 태양 전지는 투명전극, 염료 분자가 입혀진 나노크기의 이산화티탄으로 이루어지는 반도체층, 대향전극(백금 전극) 및 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 이 전지는 기존의 실리콘 전지에 비하여 전력당 제조원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양 전지를 대체할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 주목을 받아왔다.
상술한 바와 같은 종래의 태양전지는 반도체 층으로서, 재결합 차단층, 반도체 층 및 산란층을 포함한다. 그러나 종래 방법에 의한 반도체 층의 제조 과정은 반도체 입자를 습식 밀링하고 고온 소성하는 점, 반도체 화합물의 인쇄를 위하여 페이스트 화 해야 하는 점, 각각의 기능층의 형성을 위하여 여러 차례의 인쇄 공정을 반복해야 하는 점, 페이스트 제조를 위하여 사용되는 바인더에 의한 태양전지 효율의 저하 등 많은 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 제조 효율이 우수한 태양전지용 기판 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 태양전지용 기판 복합체를 이용하여 제조되고 공정 효율이 우수하여 경제적인 염료감응형 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 공정이 단순하여 공정 효율 및 생산성이 우수한 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 태양전지용 기판 복합체는 투명기판, 상기 투명 기판 상에 형성된 투명전극, 및 상기 투명전극 상에 전착(電着)되어 형성되고, 반도체 화합물 표면에 염료가 도입되어 형성된 반도체 화합물-염료 복합체를 포함하는 적어도 하나의 전착 막으로 이루어진 반도체 층을 구비한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극 상에 전착(電着)되어 형성되고, 반도체 화합물 표면에 염료가 도입되어 있고 상기 표면이 금속 수화물로 코팅되어 있는 화합물-염료 복합체를 포함하는 적어도 하나의 전착 막으로 이루어진 반도체 층을 구비한 태양전지용 제1 기판 복합체; 상기 제1 기판 복합체와 마주보도록 배치되고, 제2 기판, 상기 제2 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 반도체 층과 마주보는 대향 전극을 구비한 제2 기판 복합체; 상기 제1 기판 복합체와 제2 기판 복합체 사이의 공간을 구획하고 밀봉하기 위한 격벽 부재; 및 상기 공간 사이에 채워진 전해질을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법은 분산 용매, 적어도 일종의 평균 입자 크기를 갖는 반도체 화합물, 염료, 물 및 금속염을 혼합하는 전착액 준비 단계, 상기 전착액 내에 투명전극 및 전착 전극을 마주보도록 배치하는 단계, 및 상기 투명 전극 및 전착 전극에 전압을 인가하여 상기 투명 전극 및 전착 전극 사이에 직류 전계를 형성하여 상기 투명 전극 상에 전착 막을 형성하는 전착 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 단순한 공정에 의하여 전지 효율이 우수한 염료감응형 태양전지를 제조할 수 있다. 태양전지의 반도체 층을 종래의 층 형성 방법과 상이한 전착법을 이용함으로써, 제조 공정을 현저히 단순화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 여러 반도체 기능 층들을 일괄적으로 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 염료 감응형 태양전지를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 염료 감응형 태양전지(100)는 제1기판(110), 제1 전극(115) 및 반도체 층(130)으로 이루어진 하부 기판 복합체(200) 및 제2 기판(120), 제2 전극(125) 및 대향전극(140)으로 이루어진 상부 기판 복합체(250)를 포함한다. 또한 상기 염료 감응형 태양전지(100)은 상기 하부 기판 복합체와 상부 기판 복합체 사이의 공간을 구획하고 상기 기판 복합체들(200, 250)을 이격시켜 밀봉하기 위한 격벽 부재(160)를 포함한다. 상기 격벽 부재(160)에 의하여 구획되는 공간에는 전해질(150)이 채워져 있다.
상기 반도체 층(130)은 염료가 반도체 화합물에 도입되어 형성된 반도체 화합물-염료 복합체를 포함한다.
태양광이 제1 기판(110)을 통하여 입사되어 상기 반도체 층(130)에 도달하면 광 에너지에 의하여 여기된 염료들이 전자를 반도체화합물 전도대에 주입하게 된다. 상기 전자들은 반도체화합물을 통과하여 제1 전극(115)에 도달하여 외부회로로 전달된다.
상기 태양전지(100)는 하부 기판 복합체(200) 및 상부 기판 복합체(250)가 각각 제조된 후, 상기 하부 기판 복합체(200) 및 상기 상부 기판 복합체(250)을 합착한 후, 전해질 주입(150) 및 격벽 부재(160)의 열처리를 통한 봉지 공정에 의하여 제조될 수 있다.
상기 제1 전극은 FTO(fluorine-doped tin oxide), ITO(indium-tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등의 투명 재료로 이루어진다. 상기 제 1 전극(115) 및 제1 기판(110)은 태양광의 입사 영역에 대응하므로 모두 투명 재질로 이루어져야 한다.
상기 반도체 층(130)은 상기 제1 전극 상에 반도체 화합물-염료 복합체를 포 함하는 전착액을 전착함으로써 형성될 수 있다. 상기 반도체 층(130)은 단일 층일 수도 있으나, 복수의 전착막을 포함하는 적층체일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 층(130)은 추가로 재결합 차단층 또는 산란층을 더 포함할 수 있다. 상기 반도체 층(130)을 구성하는 반도체화합물 나노입자들과 제1전극(115)과의 사이에 접촉상태에 따라 외부회로로 전달되지 못하는 전자가 발생하게 된다. 즉 반도체 화합물로부터 제1전극(115) 부근까지 전달된 전자들 중 일부는 제1전극(115)과 반도체화합물이 접촉되어 있지 않고 전해질 용액에 노출되어 있는 부분을 통해 전해질로 다시 사라지게 된다. 이러한 현상을 재결합(recombination)이라하며, 광전 변환효율을 저하시키는 원인이 된다. 상기 재결합 차단층은 이러한 재결합 현상을 최소화 하기 위한 기능층이다.
이하에서는, 상기 반도체 층(130)을 상기 제1 전극(115) 상에 형성하는 방법을 자세하게 설명하도록 한다. 본 실시예에서는 광흡수층 외에도 산란층을 포함하는 반도체 층(130)의 형성 방법에 대하여 개략적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 층을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 염료를 분산매질에 용해시키고 여기에 반도체화합물 중립자를 가하여 일정시간 교반시켜 슬러리를 제조한다. 이때 반도체화합물 표면에 염료분자가 흡착되어 반도체화합물-염료 복합체가 형성된다. 이러한 슬러리에 금속염을 가한 후 교반함으로서 반도체화합물 표면에 양이온을 도입시킨 후, 미량의 증류수를 가하여 전착액을 제조한다. 이때 상기 분산매질이 친수성일 경우에는 제조 및 유통과정에서 미량의 수분을 흡수하고 있으므로 별도의 증류수를 추가하지 않아도 된다. 세정된 기판을 음극에 연결하고, 전착전극을 양극에 연결하여 직류전계를 인가하면 반도체화합물-염료 복합체가 음극에 전착되어 전착 막을 형성한다. 산란층 박막의 경우도 이상과 동일하게 전착방식으로 형성이 가능하며, 단지 반도체화합물 대립자를 이용하고, 전착막의 형성시 적용된 직류전압보다 큰 직류전압을 인가하면 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 전극 상에 전착액을 전착시켜 전착 막을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 전착조(300)에 분산용매를 가한 후 염료(34)를 용해시킨다. 이어서 반도체화합물(32)을 가하고 교반석(350)을 이용하여 수시간 내지 수십시간 교반하면, 반도체화합물(300) 표면에 염료(34)가 도입되어 반도체화합물-염료 복합체(30)가 형성된다. 이러한 슬러리에 금속염을 가하면 분산용매에 의해 해리하여 금속이온(Me+)이 되고 상기 금속이온은 반도체 화합물(32) 표면에 흡착된다. 여기에 미량의 증류수를 가하여 전착액(10)을 제조할 수 있다. 상기 전착액에 세정된 제1기판(310) 및 제1전극(320) 적층체 및 전착전극(340)을 상호 대향 하도록 상기 전착액(10) 내에 침적시킨다.
제1전극(320)에 음극을 연결하고 전착전극(340)에 양극을 연결하여 일정시간 동안 직류전원을 인가한다. 직류전계 하에서 반도체화합물(32) 표면에 존재하는 금속양이온이 음극인 제1전극(320)으로 이동하면서 반도체화합물(32)도 함께 이동하 게 되고, 반면 카운터음이온(50)은 양극인 전착전극(340)으로 이동하게 된다. 이로서 반도체화합물-염료 복합체(30)는 제1전극에 도달하게 되며, 반도체화합물(32) 표면에 존재하고 있던 금속양이온은 가수분해로 생성된 수화물(주로 OH-)과 반응하여 금속수화물(44)로 변화되어 반도체화합물(42) 표면에 코팅된다. 이러한 금속수화물(44)은 그 자체로서 전해질로의 재결합방지기능(염료에서 반도체화합물로 주입된 전자가 전해질에 의해 재결합되는 것을 방지)을 가지고 있다.
즉, 최종적으로 생성된 전착막(330) 내에는 반도체 화합물(42)에 염료(46)가 도입되어 있고 상기 반도체 화합물(42)의 표면에 금속 수화물(44)이 코팅되어 있는 반도체 화합물-염료 복합체(40)가 분포하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판 복합체를 도시한 단면도이다. 도 4의 이해의 편의를 위하여 동일한 부재의 설명에 대해서는 도 3의 참조 번호를 사용하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전술한 방법에 의하여 형성된 반도체 층(430)을 포함하는 태양전지용 기판 복합체(400)는 투명 기판(410), 상기 투명 기판 상에 형성된 투명 전극(420) 및 반도체 층(430)을 포함한다. 상기 반도체 층(430)은 재결합 차단층의 역할을 하는 제1 전착막(432), 광흡수층의 기능을 수행하는 제2 전착막(434) 및 산란층의 기능을 수행하는 제3 전착막(436)을 포함한다.
본 실시예의 태양 전지용 기판 복합체(400)를 제조하기 위해서는, 먼저 입경(소립자, 중립자, 대립자)이 서로 다른 반도체화합물(32)을 혼합하고, 이를 이용 하여 앞서 언급된 방식으로 반도체화합물-염료 복합체(30)를 포함하는 전착액(10)을 제조한다. 앞서 제시한 방법과 마찬가지로 음극(330)과 양극(340)을 대향하도록 배치시키고 직류전원을 인가한다. 이때, 3단계 직류전원 인가방식을 채택함으로써 상기 제1 전착막(432)/제2 전착막(434)/제3 전착막(436)으로 이루어진 반도체층(430)을 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 직류전원 인가 초기에는 낮은 전압을 일정시간 가하여 소립자 반도체화합물을 전착시키고, 다음으로 중간정도의 전압을 인가하여 중립자 반도체화합물을 전착시키고, 마지막으로 보다 높은 전압을 인가하여 대립자 반도체화합물을 전착시키는 방식으로 하나의 전착조(300) 내에서 3개의 기능층용 반도체 층(430)을 형성할 수 있게 된다.
3단계 직류전원 인가방식을 채용하여 상기 반도체 층(430)을 형성할 경우, 음극(320)과 양극(340)을 전착조(300) 바닥과 평행하게 배치시키면 보다 효과적인 3층 반도체 층(430)을 얻을 수 있다. 즉 음극(320)을 전착조(300) 상부에, 양극을 전착조(300) 바닥부위에 배치시키면 3개의 전착막(432, 434, 436)에 전착된 반도체화합물(42)의 입경 분포가 훨씬 좁아지게 된다. 단계적인 전압의 인가와 동시에 중력을 이용함으로서 소립자, 중립자, 대립자의 구분이 보다 명확하게 된다. 전압을 인가하기 전에 전착액(10) 교반을 멈추고 일정시간 기다리게 되면, 비중이 큰 중립자와 대립자는 중력에 의해 음극으로부터 멀어지게 되며, 이때 저전압을 인가하면 소립자만 음극(320)에 전착이 된다. 이러한 원리를 중립자 및 대립자 전착시에도 그대로 적용할 수 있다. 소립자 전착을 완료시키고, 이어서 중전압을 인가하면 중 립자가 전착되며, 고전압을 인가하면 대립자가 전착되어 세 개의 전착막(432, 434, 436)으로 이루어지고 반도체화합물표면(42)에 금속수화물(44)이 코팅된 전착막(432, 434, 436)을 얻을 수 있다.
만약 소립자, 중립자 및 대립자 간의 비중 차이가 크지 않아서 침강속도가 유사하게 되면, 각층에서의 입경분포가 넓게 되어 제기능(재결합차단, 광산란 등)을 발휘하지 못하게 될 수가 있다. 이 경우에는 3개의 전착조(300)를 제조 즉 소립자 전착조, 중립자 전착조 및 대립자 전착조를 제조하여 제1전극(320)/제1기판(310)을 각 전착조(300)에 이동하면서 3회 전착을 실시하면 된다.
상기 제시된 본 발명에 따른 방법을 단계별로 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
제1기판/제1전극 및 세정공정
제1 기판 상부에 형성된 제1 전극을 아세톤, 알콜, 물 혹은 이들의 혼합용액에 담근 후 초음파 세정을 실시한다. 상기 제1 기판으로는 유리, 플라스틱, 금속호일 등이 사용될 수 있다. 상기 음극으로는 FTO외에도 ITO(인듐틴옥사이드), IZO(인듐진크옥사이드; indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같이 투명전극이 이용될 수 있다.
반도체화합물 복합막(전착막) 형성공정
별도로 제조된 전착액에 세정된 제1기판/제1전극을 담근 후 이를 음극으로 연결하고, 양극에는 전착전극을 연결한다. 여기서 전착전극으로는 전기전도성을 갖는 stainless steel, 백금, 알루미늄, 구리 등과 같은 금속 기판이 이용될 수 있다. 이러한 두 전극의 간격은 특별히 제한되지 않지만 0.1 내지 30 cm 정도면 적당하다.
상기 전착액은 분산용매, 염료, 금속염 및 반도체화합물로 구성되며, 필요에 따라서 미량의 첨가제가 포함될 수 있다. 분산용매로는 염료와 금속염을 용해시킬 수 있으면 특별히 제한되지 않으며, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 터셔리부틸알콜, 이소부틸알콜 등과 같은 알콜류와 아세톤, 메틸에틸케톤, 테트라하이드로퓨란, 아세토니트릴 등과 같은 극성 유기용매 및 이들의 혼합액이 이용될 수 있으며, 특히 미량의 물을 포함하고 있으면 전계 하에서 전기화학 반응이 보다 잘 일어난다.
　　 전착액의 한 성분인 금속염은 금속아세테이트(acetate), 금속나이트레이트(nitrate), 금속설페이트(sulfate), 금속옥살레이트(oxalate), 금속알콕사이드(alkoxide), 금속할라이드(halide) 등을 예로 들 수 있으며, 여기서 금속으로는 Mg, Al, Fe, Ni, Co, Ln, In, Sb, Ga, Ca 등 그 종류는 무수히 많으며, 반도체화합물 종류에 따라 선택적으로 사용된다. 이러한 금속염은 혼합하여 사용하여도 무관하다.
상기 전착액 제조에 이용되는 반도체화합물은 염료로부터 전달 받은 전자를 제1전극까지 안전하게 전달 할 수 있는 것이어야 하며, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 등과 같은 반도체성 금속산화물이 이용될 수 있다.
상기 반도체화합물 표면에 흡착되는 염료는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자는 상기 반도체화합물의 전도대로 주입된 후 전극으로 이동하여 기전력을 발생하게 된다. 이때 사용되는 염료로서는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물이 바람직하다. 그러나 전하 분리기능을 갖고 감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 루테늄 착물 이외에도 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카르비블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환퀴논계 색소 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 루테늄 착물로서는 RuL2(SCN)2, RuL2(H2O)2, RuL3, RuL2 등을 사용할 수 있다(식 중, L은 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 등을 나타낸다). 상기 전착액 제조과정에서 반도체화합물 표면에 염료를 흡착시키기 위해 소요되는 시간으로는 1시간 ~ 72시간이면 충분하다.
상기 전착액은 미량의 첨가제를 포함할 수 있으며, 반도체화합물의 응집을 방지하고 분산성을 향상시키기 위한 계면활성제, 분산제 등이 이용될 수 있다. 상 기 전착액의 대략적인 조성은 60 내지 95 중량%의 분산매질, 0.001 내지 10 중량 %의 염료, 0.1 내지 30 중량%의 반도체화합물, 0.01 내지 10중량%의 물, 0.001 내지 10 중량%의 금속염으로 구성되며, 필요에 따라서 미량의 첨가제가 포함될 수 있다.
제1기판/제1전극을 전착액에 담근 후 음극으로 연결하고, 전착전극을 양극에 연결한 후 직류전계를 인가하면 반도체화합물 표면에 배치된 금속이온이 이동하여, 제1전극 표면에 반도체화합물-염료 복합체를 전착시키게 된다. 이때 가해지는 전압 범위는 전착액내의 금속염과 수분의 함량 등에 따라 달라지지만 5~300 V 이다. 금속염으로서 란탄나이트레이트와 알루미늄아세테이트가 혼합되어 사용되었을 경우 음극과 양극에서 일어나는 전기화학 반응은 아래와 같다.
양극에서의 반응: 2H2O → 4H+ + O2(g) + 4e-
　　　　　　　　　　　　　　　 CH3COO- + H+ ↔ CH3COOH
　　　　　　　　　　　　　　　 NO3 - + H+ ↔ HNO3
음극에서의 반응: 2H2O + 2e- → 2OH- + H2(g)
　　　　　　　　　　　　　　　 La3+ + 3OH- → La(OH)3
　　　　　　　　　　　　　　　 Al3+ + 3OH- → Al(OH)3
음극에서는 물의 가수분해에 의해 생성된 OH-와 La3+ 및 Al3+와 반응하여 La(OH)3와 Al(OH)3이 형성되며, 이는 전착매질인 알콜 혹은 극성유기용매에 난용성이므로 제1전극표면에 반도체화합물-염료 복합체와 함께 석출되어 막을 형성하게 된다. 결국 음극표면에서 금속수화물을 형성하여 반도체화합물-염료 복합체를 제1전극 표면에 고정시키게 된다. 이러한 금속수화물은 사용되는 금속염의 종류에 따라 Al(OH)3, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2, La(OH)3, AlOOH, FeOOH, Zn(OH)2, Y(OH)3, Ga(OH)3, Fe(OH)3, In(OH)3, Nd(OH)3, Sc(OH)3, Zr(OH)4 등이 가능하다. 이러한 금속수화물은 경우에 따라서 코팅된 함량의 제어가 필요할 수도 있으며, 이러한 경우 전착완료된 기판을 증류수로 세척하면 가능하다.
앞서 언급된 재결합차단층(소립자)용 반도체화합물을 전착시키기 위해서는 3~70V의 저전압을 인가하고, 반도체층(중립자)의 경우는 10~170 V의 중전압을 인가하며, 산란층(대립자)용의 경우는 30~300 V의 고전압을 인가하는 방법 즉 3단계 전착방식(2회 전착할 경우는 2단계 전착방식으로 정의)으로 재결합차단층용 복합막, 반도체층용 복합막 및 산란층용 복합막의 형성이 가능하다. 이러한 전착전압은 전착액내에 포함된 물의 함량, 금속염의 함량, FTO 전극과 전착전극의 거리 및 반도체화합물의 종류에 따라 달라질 수 있다.
전착법에 의해 재결합차단층용 복합막을 형성할 때, 수 nm의 평균입경을 갖는 반도체화합물 소립자를 이용하고, 전착에 의한 두께는 0.1~2 μm를 형성하고, 전착된 막의 입자간 공극의 크기는 20 nm 미만, 공극율은 0~10%정도이면 전자의 재결합차단 효과가 우수하게 된다. 전착법에 의해 반도체층용 복합막은 7~40 nm의 평균입경을 갖는 반도체화합물 중립자를 이용하고, 전착된 막두께는 10~80 μm를 형성하면 우수한 특성을 보인다. 산란층용 복합막의 경우는 200~600 nm의 평균입경을 갖는 반도체화합물 대립자를 이용하고, 전착된 막두께는 1~10 μm를 형성하면 우수한 특성을 발현할 수 있다.
상기 재결합차단층용 복합막을 전착법으로 형성할 때 수 nm의 평균입경을 갖는 반도체화합물이 요구되지만, 이러한 소립자의 경우 상용의 재료를 확보하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 직접 제조하기도 어렵다. 이와같이 소립자를 확보하기 어려운 경우에는, 비정질 반도체화합물 입자를 포함하는 콜로이드 용액을 제1전극 상에 코팅하고, 고온 열처리(450~550 ℃)하여 결정화 시킴으로서 공극율이 10% 이하인 재결합차단층을 형성할 수도 있다.
이상에서 언급된 방법에 의해 반도체화합물 표면에 형성된 금속수화물은 그 종류에 따라 그대로 염료감응형 태양전지 소자제작에 이용될 수도 있고, 이를 100~200 ℃의 저온열처리를 수행하여 이용될 수도 있다.
대향전극 및 전해질 제조
본 발명의 태양전지 제조방법에서 전해질은 0.8M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미 다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imimdazolium iodide)와 40 mM의 I2(iodine)을 3-메톡시프로피오니트릴(3-methoxypropionitile)에 용해시킨 I3-/I-를 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 유기반도체 소재(전도성 고분자) 등 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 태양전지 제조방법에서 대향전극은 도전성 물질이면 어느 것이나 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로는 백금, 금 및 카본 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 대향전극은 스퍼트 등을 이용한 진공증착으로 형성할 수도 있으며, 페이스트 상태의 도전성물질 전구체를 제2전극/제2기판에 코팅, 소성하여 사용할 수도 있다. 경우에 따라서는 대향전극과 제2전극중의 하나는 제거되어도 태양전지로서 작동을 할 수 있다. 상기 제2기판으로는 유리, 플라스틱, 금속호일 등이 사용될 수 있으며, 상기 제2전극으로는 FTO외에도 ITO(인듐틴옥사이드), IZO(인듐진크옥사이드; indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등이 이용될 수 있다.
전해질 주입 및 봉지
제2기판/제2전극/대향전극의 특정부위에 전해질 주입을 위해 1 mm 내외의 직경을 갖는 구멍을 형성시킨다. 이러한 상판(제2기판/제2전극/대향전극)과 앞서 제시된 방법에 의해 제조된 하판(제1기판/제1전극/반도체화합물 복합막) 사이에 격벽(두께 약 40 μm 내외)을 배치시키고, 100 내지 140 ℃의 가열판 상에서 약 1 내지 3 기압으로 상기 하판과 상판을 밀착시킨다. 다음으로 상기 대향전극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 두 판 사이의 공간에 전해질 용액을 충진하고 구멍을 밀봉 시킴으로서 본 발명에 의한 태양전지 제조방법이 완성된다. 상기 격벽재료로는 DuPont 사의 SURLYN 이라는 고분자소재, 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제 등을 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 염료감응형 태양전지 구현방법을 실시예를 통하여 구체화 하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[비교예 1]
상용(제조업체: Dyesol, TiO2 입경: 20 nm) TiO2 paste를 이용하여 초음파 세정된 FTO 기판(FTO가 코팅된 유리기판)상에 doctor blade 방법으로 코팅한 후 400℃에서 30분간 소성하였다. 소성 후 TiO2의 두께는 15 μm로 측정되었다. 소성된 기판을 염료용액(Dyesol 사의 N719를 ethyl alcohol에 0.42 mM의 농도 용해)에 12시간 동안 침적시켜 TiO2 porous 내로 염료가 충분히 침투하도록 하여 하판을 제조하였다. Pt paste를 FTO 기판상에 코팅한 후 500℃에서 30분간 소성하여 대향전극을 형성시킴으로서 상판을 제조 하였다. Pt 페이스트를 코팅하기 전에 전해질 주입을 위해 두개의 구멍을 미리 뚫어 두었다. 상기 상판과 하판을 상호 대향하도록 배치시키고 그 사이에 격벽재료인 SURLYN(DuPont사 제품, 두께 약 40 μm)을 설치하였다. 이를 120 ℃의 가열판 상에 올린 상태에서 상부로부터 압력을 가하여 상판과 하판을 밀착시켰다. 열과 압력에 의하여 상기 격벽재료는 두 상하판 표면에 강하게 부착된다. 이어서, 상판에 미리 형성시킨 구멍을 통하여 상판과 하판사이에 전해질을 채워 넣는다. 이때 사용된 전해질은 Dyesol사의 I-/I3 - redox couple을 사용하였다. 전해질 용액이 모두 채워지면 상판에 형성시킨 구멍을 봉지시키면 태양전지 소자제작이 완성된다. 완성된 소자의 광전변환효율은 solar simulator 및 I-V measurement 장비를 이용하였다. 제작된 태양전지 소자에 AM 1.5 조건(100mW/cm2)의 빛을 소자에 조사한 후, I-V curve를 확보하였고, 이로부터 V OC (Open circuit voltage)는 0.65V, J SC (short circuit current density)는 14.6 mA/cm2 및 필펙터(Fill Factor)는 0.53을 나타내었으며 이로서 5.1%의 광전변환 효율을 나타내었다.
[비교예 2]
세정된 FTO 기판을 40 mM의 TiCl4 수용액(70℃)에 30분간 침적시켰다. 이어서 상용(제조업체: Dyesol, TiO2 입경: 20 nm) TiO2 paste를 이용하여 닥터블레이드(doctor blade) 방법으로 반도체층용 페이스트막을 형성하였고, 이어서 평균입경 400 nm의 TiO2를 포함하는 paste를 이용하여 산란층용 페이스트막을 형성하였다. 이상의 공정을 거친 FTO 기판을 400℃에서 30분간 소성하여, 재결합차단층, 반도체층 및 산란층을 형성시켰다. 이산화티탄 표면에의 염료흡착공정 부터는 비교예 1에서 제시한 방법과 동일하게 하여 태양전지 소자를 제작하였으며, 동일한 장비 및 방법으로 광전변환 효율을 측정하였다. 측정결과 V OC 는 0.71V, J SC 는 15.1 mA/cm2 및 필펙터(fill factor)는 0.56을 나타내었으며 이로서 6.0%의 광전변환 효율을 나타내었다.
[실시예 1]
FTO 기판을 초음파 세정하였다. 전착액을 제조하기 위하여 유리비이커에 이소프로필알콜 250 g에 염료인 N719(Dyesol사 제품, B2 Dye) 0.09 g을 가하여 용해시켰다. 여기에 TiO2(알드리치, 평균입경 1 μm) 25 g을 가한 후 12시간 교반하였고, 이어서 증류수 1.7 g을 가한 후 알루미늄아세테이트 60 mg을 용해시켰다. 여기에 응집방지제 글리세린 1.2 g을 가하여 전착액을 제조하였다. 세정된 FTO 기판(음극)과 전착전극(양극)인 구리판을 3 cm 간격을 두고 마주보도록 배치시켰다. 직류전계 30 V에서 10초간 전착시켜 반도체층용 복합막을 형성하였다. 도 5는 실시예 1에 의하여 형성된 전착막의 사진이다.
[실시예 2]
FTO 기판을 초음파 세정하였다. 전착액을 제조하기 위하여 유리비이커에 에틸알콜 180 g과, 염료로서 Black Dye(Solaronix사 제품, Ruthenium 620-1H3TBA) 0.065 g, 증류수 1.8 g, Zn(OAc)2 30 mg 및 수열합성법으로 제조된 ZnO 22 g을 분산시킨 후 12시간 교반하여 전착액을 제조하였다. 세정된 FTO 기판(음극)과 전착전극인 알루미늄(양극)을 2 cm 간격을 두고 마주보도록 배치시켰다. 직류전계 5 V에서 20초간 전착하여 반도체층용 복합막을 형성하였다. 도 6은 실시예 2에서 기판에 ZnO-염료 전착막의 사진이다.
[실시예 3]
에탄올 150 g, 증류수 0.8 g, 염료 N719(Dyesol사 제품, B2 (N719) Dye ) 0.05 g, La(NO3)3·xH2O 30 mg, 평균입경이 20 nm인 이산화티탄(TiO2) 20 g 및 응집방지제 에틸렌글리콜 0.8 g을 가한 후 12시간 교반하여 전착액을 제조하였다. 초음파 세정된 FTO 기판을 음극에 연결하고 양극의 전착전극으로는 백금판을 이용하였으며, 두 전극간의 간격은 3 cm로 유지시켰다. 20V의 직류전계를 15초 동안 인가하여 FTO 기판 상부에 반도체층용 복합막(이산화티탄-염료-금속수화물)을 형성시켰다. 상판제조, 전해질 제조 및 주입, 봉지공정은 비교예 1에서 제시한 방법과 동일하게 하여 태양전지 소자를 제작하였으며, 동일한 장비 및 방법으로 광전변환 효율을 측정하였다. 측정결과를 도 7에 나타내었으며, V OC 는 0.73V, J SC 는 14.75 mA/cm2 및 필펙터(fill factor)는 0.51을 나타내었으며 이로서 5.5%의 광전변환 효율을 나타내었다. 도 7은 실시예 3에서 제조된 태양전지 소자의 광전변화 효율을 나타내는 그래프이다.
이로부터 본 발명에 의해 제조된 태양전지는 종래기술에 비해 보다 간단하게 제작이 가능하면서 광전변환 효율(비교예 1의 5.1%)도 증가하였음을 알 수 있다. 즉 인쇄용 페이스트를 제조하는 공정이 필요 없고, 인쇄 후 미완전 소성(잔류 탄소)에 의한 광전변환효율 감소 문제가 없으므로, 제조시간의 절감효과, 제조장비의 절감효과 및 관련된 소재(고분자 바인더, 첨가제, 용제 등)의 절감효과 및 효율상승 효과[표면에 금속수화물인 La(OH)3의 도입]를 얻을 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 3에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 금속염을 La(NO3)3·xH2O 대신에 Mg(OCH3)2 용액(용매: MeOH)을 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 이때 광전변환 효율은 5.2%를 나타내었다.
[실시예 5]
실시예 3에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 금속염을 La(NO3)3·xH2O 대신에 Zn(NO3)2·xH2O를 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 이때 광전변환 효율은 5.2%를 나타내었다.
[실시예 6]
실시예 3에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 금속염을 La(NO3)3·xH2O 대신에 GaCl3를　 사용(Cl2 gas 발생 주의)한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 이때 광전변환 효율은 5.4%를 나타내었다.
[실시예 7]
에탄올 150 g, 증류수 0.8 g, 염료인 Black dye(Solaronix사 제품, Ruthenium 620-1H3TBA) 0.054 g, La(NO3)3·xH2O 30 mg, 평균입경이 20 nm인 이산화티탄(TiO2) 20 g 및 응집방지제 에틸렌글리콜 0.8 g을 가한 후 12시간 교반하여 전착액1을 제조하였다. 상기 전착액1의 성분과 동일하나 이산화티탄의 평균입경이 400 nm인 것을 사용하여 전착액2를 제조하였다. 먼저, 전착액1에 전착전극인 백금판을 전착조 바닥과 평행하게 배치시키고 그 상부에 초음파 세정된 FTO 기판을 배치시켰다. FTO 기판을 음극에 연결하고 백금판을 양극에 연결하였으며, 두 전극간의 간격은 1.5 cm로 유지시켰다. 전착액 교반을 멈추고 30초 동안 기다린 후 5V의 직류전계를 10초 동안 인가하여 FTO 기판 상부에 이산화티탄-염료 복합체를 전착(재결합방지용 복합막으로서의 기능을 함)시켰다. 다시 직류전계를 10 V로 상승시키고 15초 동안 전착을 시켜 반도체층용 복합막을 형성시켰다. 상기 2단계 전착방식을 적용하여 재결합방지 및 반도체층용 복합막이 형성된 FTO 기판을 전착액2가 담긴 전착조로 이동시켰다. 이때 두 전극의 배치는 전착액1의 경우와 동일하게 하였다. 전착액2의 교반을 멈추고 50초 기다린 후, 25V의 직류전계를 5초 동안 인가 하여 반도체용 복합막상부에 산란층용 복합막을 형성시켰다. 상판제조, 전해질 제조 및 주입, 봉지공정은 비교예 1에서 제시한 방법과 동일하게 하여 태양전지 소자를 제작하였으며, 동일한 장비 및 방법으로 광전변환 효율을 측정하였다. 도 8은 실시예 3에서 제조된 태양전지 소자의 광전변화 효율을 나타내는 그래프이다. V OC 는 0.75V, J SC 는 15.6 mA/cm2 및 필펙터(Fill Factor)는 0.51을 나타내었으며 이로서 6.01%의 광전변환 효율을 나타내었다.
[실시예 8]
실시예 3에서 제시한 방법과 동일하게 전착액을 제조하였다. 단 이산화티탄(TiO2)의 함량은 고정(20 g)시켰으나, 평균입자의 크기가 20 nm인 이산화티탄 17 g에 평균입자의 크기가 400 nm인 이산화티탄을 3 g을 혼합 사용하였다. 그리고 전착조 내에 전극의 배치는 실시예 7과 동일하게 하였다. 전착액의 교반을 30초 동안 멈춘 후 5V의 직류전계를 10초 동안 인가하였으며, 다시 직류전계를 10 V로 상승시키고 15초 동안 전착을 시켰다. 이어서 약 20초 동안 대기한 후에, 다시 직류전계를 25V로 상승시킨 후 5초 동안 전착을 시켰다. 이상과 같이 한개의 전착액을 이용하여 3단계 전착방식으로 형성된 이산화티탄-염료 복합막을 형성하였다. 다음공정으로서 상판제조, 전해질 제조 및 주입, 봉지공정 등은 실시예 3과 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제조하였다. 이때 광전변환 효율은 5.82%를 나타내었다.
이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발 명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 염료 감응형 태양전지를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 층을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 전극 상에 전착액을 전착시켜 전착 막을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 기판 복합체를 도시한 단면도이다.
도 5는 실시예 1에 의하여 형성된 전착막의 사진이다.
도 6은 실시예 2에서 기판에 ZnO-염료 전착막의 사진이다.
도 7은 실시예 3에서 제조된 태양전지 소자의 광전변화 효율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 3에서 제조된 태양전지 소자의 광전변화 효율을 나타내는 그래프이다.

Claims (20)

  1. 투명기판;
    상기 투명 기판 상에 형성된 투명전극; 및
    상기 투명전극 상에 전착(電着)되어 형성되고, 반도체 화합물 표면에 염료 및 금속 수화물이 형성된 반도체 화합물-염료 복합체를 포함하는 적어도 하나의 전착 막으로 이루어진 반도체 층을 구비하고,
    상기 반도체 화합물 염료-복합체는 분산매질, 반도체 화합물, 염료 및 금속염을 포함하는 전착액을 이용하여 형성되는 태양전지용 기판 복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명전극은 FTO(fluorine-doped tin oxide), ITO(indium-tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 SnO2-Sb2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 화합물은 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5 및 TiSrO3로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 염료는 루테늄 착물, 크산틴계 색소와, 시아닌계 색소와, 염기성 염료, 포르피린계 화합물, 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, 안트라퀴논계 색소 및 다환퀴논계 색소로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 수화물은 Al(OH)3, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2, La(OH)3, AlOOH, FeOOH, Zn(OH)2, Y(OH)3, Ga(OH)3, Fe(OH)3, In(OH)3, Nd(OH)3, Sc(OH)3및 Zr(OH)4로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 층은 상기 투명 전극 상에 형성되고 제1 평균 입자 크기를 갖는 제1 반도체 화합물-염료 복합체로 이루어진 제1 전착 막; 및
    상기 제1 전착 막 상에 형성되고 제2 평균 입자 크기를 갖는 제2 반도체 화합물-염료 복합체로 이루어진 제2 전착 막을 포함하고,
    상기 제2 평균 입자 크기가 상기 제1 평균 입자 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 평균 입자 크기가 10nm 미만인 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 평균 입자 크기는 10 내지 200 nm인 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 층은 상기 제2 전착 막 상에 형성되고 상기 제2 평균 입자 크기보다 큰 제3 평균 입자 크기를 갖는 제3 반도체 화합물-염료 복합체로 이루어진 제3 전착 막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체.
  12. 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극 상에 전착(電着)되어 형성되고, 반도체 화합물 표면에 염료 및 금속 수화물이 형성된 반도체 화합물-염료 복합체를 포함하는 적어도 하나의 전착 막으로 이루어진 반도체 층을 구비한 태양전지용 제1 기판 복합체;
    상기 제1 기판 복합체와 마주보도록 배치되고, 제2 기판, 상기 제2 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 반도체 층과 마주보는 대향 전극을 구비한 제2 기판 복합체;
    상기 제1 기판 복합체와 제2 기판 복합체 사이의 공간을 구획하고 밀봉하기 위한 격벽 부재; 및
    상기 공간 사이에 채워진 전해질을 포함하고,
    상기 반도체 화합물 염료-복합체는 분산매질, 반도체 화합물, 염료 및 금속염을 포함하는 전착액을 이용하여 형성되는 염료감응형 태양전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전해질은 요오드 용액 또는 유기 반도체 화합물인 것을 특징으로 하는 염료 감응형태양 전지.
  14. 분산 매질, 적어도 일종의 평균 입자 크기를 갖는 반도체 화합물, 염료, 물 및 금속염을 혼합하여 전착액을 준비하는 단계;
    상기 전착액 내에 투명전극 및 전착 전극을 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 투명 전극 및 전착 전극에 전압을 인가하여 상기 투명 전극 및 전착 전극 사이에 직류 전계를 형성하여 상기 투명전극 상에 전착 막을 형성하는 전착 단계를 포함하고,
    상기 전착액은 서로 다른 평균 입자 크기를 갖는 2종 이상의 반도체 화합물을 포함하는 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전착액은,
    상기 분산 용매 60 내지 95 중량%;
    상기 반도체 화합물 0.1 내지 30 중량%;
    상기 염료 0.001 내지 10 중량%;
    상기 물 0.01 내지 10 중량%; 및
    상기 금속염 0.001 내지 10 중량%를 포함하도록 준비되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    상기 서로 다른 평균 입자 크기를 갖는 반도체 화합물 종류의 개수에 대응하여 서로 다른 전압을 상기 투명전극 및 전착전극에 단계적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전압은 상기 전압의 세기가 반도체 화합물의 평균 입자 크기에 비례하도록 단계적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 전착액 준비 단계는 서로 다른 평균 입자 크기를 갖는 2종 이상의 반도체 화합물을 종류에 따라 복수의 전착액으로 준비하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 투명 전극 및 전착 전극은 상기 복수의 전착액에 순차적으로 배치되어 상기 전착 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 태양전지용 기판 복합체의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101807922B1 (ko) * 2015-12-09 2017-12-13 대구가톨릭대학교산학협력단 전착법에 의한 염료와 재결합차단제 흡착방법 및 이로부터 제조된 유-무기 하이브리드 태양전지

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101850354B1 (ko) * 2011-11-07 2018-04-19 주식회사 동진쎄미켐 염료감응 태양전지 모듈의 염료 재활용 방법
CN110330078B (zh) * 2019-06-28 2020-09-15 浙江大学 一种高效长寿命的三维结构锑掺杂氧化锡电极

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002100416A (ja) * 2000-09-20 2002-04-05 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電池
JP2006073488A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Erekuseru Kk 色素増感太陽電池及びその製造方法
KR100643054B1 (ko) 2005-03-31 2006-11-10 재단법인서울대학교산학협력재단 이산화티탄 입자 표면에 나노크기의 다공성 산화물코팅층을 형성하는 방법 및 그에 의해 제조되는 이산화티탄분말 및 필름

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002100416A (ja) * 2000-09-20 2002-04-05 Fuji Photo Film Co Ltd 光電変換素子および光電池
JP2006073488A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Erekuseru Kk 色素増感太陽電池及びその製造方法
KR100643054B1 (ko) 2005-03-31 2006-11-10 재단법인서울대학교산학협력재단 이산화티탄 입자 표면에 나노크기의 다공성 산화물코팅층을 형성하는 방법 및 그에 의해 제조되는 이산화티탄분말 및 필름

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101807922B1 (ko) * 2015-12-09 2017-12-13 대구가톨릭대학교산학협력단 전착법에 의한 염료와 재결합차단제 흡착방법 및 이로부터 제조된 유-무기 하이브리드 태양전지

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