KR101034217B1 - A method for manufacturing dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell manufactured by using the same - Google Patents
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Abstract
염료감응 태양전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 염료감응 태양전지가 제공된다. 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 제조방법은 상호 대향하는 제 1 전극 기판 및 제 2 전극 기판을 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법에 있어서, (a) 제 1 전극 기판상에 금속 구립체를 포함하는 금속 그리드를 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 구립체 직경에 대응하는 제 1 전극 기판과의 이격거리를 갖도록, 제 2 전극 기판을 제 1 전극 기판에 접근시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 종래의 소성 공정 없이도 균일한 높이의 금속 그리드를 기판상에 적층시킬 수 있으므로, 종래 기술에 비하여 공정 경제적이다. 더 나아가, 두 개의 대향 기판 모두에 금속 그리드를 적층한 후, 이를 정확히 접합시키는 종래의 방식에 비하여, 본 발명은 하나의 기판 상에만 금속 그리드를 적층시키므로, 종래 방식에 비하여 보다 공정 경제적이며, 신뢰성 있는 방식으로 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. Dye-sensitized solar cell manufacturing method and a dye-sensitized solar cell produced thereby is provided. Dye-sensitized solar cell manufacturing method according to the present invention is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising a first electrode substrate and a second electrode substrate facing each other, (a) comprising a metal particulate on the first electrode substrate Laminating a metal grid; And (b) accessing the second electrode substrate to the first electrode substrate so as to have a separation distance from the first electrode substrate corresponding to the diameter of the granular body, and uniformly without a conventional firing process. Since a metal grid of height can be laminated on a substrate, it is process economical compared to the prior art. Furthermore, compared to the conventional method of laminating a metal grid on both opposing substrates and then precisely bonding it, the present invention stacks the metal grid only on one substrate, which is more process economical and reliable than the conventional method. Dye-sensitized solar cells can be manufactured in such a manner.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 염료감응 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소성 공정 없이도 균일한 높이의 금속 그리드를 기판상에 적층시킬 수 있으므로, 종래 기술에 비하여 공정 경제적이며, 상-하부 전극 간에 균일한 높이를 유지하는 염료감응 태양전지를 제조할 수 있는 제조방법 및 이에 의하여 제조된 염료감응 태양전지에 관한 것이다. The present invention relates to a dye-sensitized solar cell manufacturing method and a dye-sensitized solar cell produced thereby, and more particularly, it is possible to laminate a metal grid having a uniform height on a substrate without a firing process, it is process economical compared to the prior art The present invention relates to a manufacturing method capable of manufacturing a dye-sensitized solar cell maintaining a uniform height between upper and lower electrodes, and a dye-sensitized solar cell produced thereby.
1991년 스위스의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 등에 의해 발표된 것이 대표되는 염료감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고, 단가 대비 에너지 변화효율이 높으며, 투명성과 구부림이 가능한 셀을 제조할 수 있어 다양한 응용분야에 이용될 수 있는 장점이 있어 주목을 받아 오고 있다. 이러한 염료감응형 태양전지는 빛을 가시광선 영역에서 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 이산화티타늄(TiO2) 전이금속산화물이 포함된 광전극과 전해질 용액의 산화환원반응의 촉매 역할을 하는 백금층이 코팅된 상대전극으로 구성된다. 다공질 막의 형태로 존재하는 광전극은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2)과 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물 반도체로 구성되고, 이 표면에 단분자층의 염료가 흡착되어 있다. 태양광이 태양 전지에 입사되면 염료 속의 페르미 에너지 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기 된다. 이때, 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈자리는 전해질 속의 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 광전극으로 이동하여 전자를 제공받게 된다. 백금 상대전극은 전해질 용액 속에 있는 이온의 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화 환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.The dye-sensitized solar cell, represented by Michael Gratzel of Switzerland in 1991, has a lower manufacturing cost compared to the conventional silicon solar cell, has a high energy change efficiency compared to the unit price, and is capable of transparency and bending. Has been attracting attention because there is an advantage that can be used for a variety of applications. The dye-sensitized solar cell is a photoelectrode and electrolyte solution containing a dye molecule capable of absorbing light in the visible light region to form an electron-hole pair and a titanium dioxide (TiO 2 ) transition metal oxide that transfers the generated electrons. It is composed of a counter electrode coated with a platinum layer serving as a catalyst for the redox reaction of. The photoelectrode in the form of a porous membrane is composed of an n-type oxide semiconductor having a wide bandgap such as titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and tin oxide (SnO 2 ). It is adsorbed. When sunlight enters the solar cell, electrons near the Fermi energy in the dye absorb the solar energy and are excited to higher levels where the electrons are not filled. At this time, the vacancy in the lower level where the electrons escape is filled again by the ions in the electrolyte providing the electrons. Ions that provide electrons to the dye move to the photoelectrode to receive electrons. The platinum counter electrode acts as a catalyst for the redox reaction of ions in the electrolyte solution to provide electrons to the ions in the electrolyte through a redox reaction on the surface.
즉, 이러한 염료감응형 태양전지는 염료분자가 흡착된 나노 결정 산화물 필름이 코팅된 투명의 전도성 전극, 금속 플라티늄 등이 코팅된 상대전극 및 산화-환원의 작용을 하는 전해질로 구성되는데, 이때 이와 같은 구성을 갖는 염료강응형 태양전지는 하나의 기판에 하나의 염료감응 태양전지를 구비시켜 사용하거나, 하나의 기판 위에 다수개의 염료감응 태양전지를 서로 연결시켜 모듈 형태로 사용하게 된다. That is, the dye-sensitized solar cell is composed of a transparent conductive electrode coated with a nanocrystalline oxide film on which dye molecules are adsorbed, a counter electrode coated with metal platinum, and an electrolyte for redox action. The dye-sensitized solar cell having the configuration is used by having one dye-sensitized solar cell on one substrate or by connecting a plurality of dye-sensitized solar cells on one substrate to be used in a module form.
도 1은 종래의 모듈 형태의 염료감응형 태양전지의 구성을 나타내는 평면도이고, 도 2는 종래의 모듈 형태의 염료감응형 태양전지를 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 1과 2를 참조하면, 종래의 모듈 형태의 염료감응형 태양전지는 제 1 전극 기판(2)과 제 2 전극 기판(4)이 서로 접합된 샌드위치 구조를 갖고, 제 2 전극 기판(4)에 대향되는 제 1 전극 기판(2)의 면에는 FTO 등의 전도성 물질(22)이 있고, 상기 전도성 물질(22) 상에는 TiO2 등의 나노입자 산화물층(6)이 있으며, 상기 산화물층(6) 상에는 염료분자가 흡착되어 있고, 제 1 전극 기판에 대향되는 제 2 전극 기판의 면에는 전도성 물질(22) 및 백금이 코팅되어 있다. 상기 제 1 전극 기판과 제 2 전극 기판 사이의 공간에는 전해질(18)이 충진되어 있고, 상기 제 1 전극 기판(2), 제2 기판(4), 전해질(18)로 이루어진 단위를 하나의 셀(cell)로 하여 다수의 셀을 금속 그리드(grid, 10)로 Z-serise 형태의 직렬 모듈로 연결설치되어 구성된다. 이때, 상기 그리드는 통상적으로 전해질에 취약하므로 상기 그리드(10)의 외부를 밀봉부재(14)로 감싸 전해질(18)과 접촉되는 것을 방지하고, 전체 염료감응 태양전지 중 외측에 위치하는 염료감응 태양전지의 벽면을 밀봉부재(14)로 마감시켜 전해질이 외부로 누액되는 것을 방지한다.1 is a plan view showing the configuration of a conventional dye-sensitized solar cell, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of the conventional module-type dye-sensitized solar cell. 1 and 2, a conventional dye-sensitized solar cell has a sandwich structure in which a
상기 그리드(10)는 제 1 전극 기판(2)에서 연장되는 제 1 그리드 및 제 2 전극 기판(4)에서 연장되는 제 2 그리드가 상호 접합된 구조로서, 일반적으로 은과 같은 금속의 페이스트가 사용되는데, 상기 그리드 제조 방법을 설명하면 아래 도 2와 같다. The
도 3a 및 3b는 종래 기술에 따른 그리드 제조 방법을 설명하는 단계도이다.3A and 3B are steps illustrating a grid manufacturing method according to the prior art.
도 3a 및 3b를 참조하면, 먼저, 제 1 전극 기판(100) 상에 페이스트 형태의 제 1 그리드(110)가 적층된다. 상기 페이스트 형태의 제 1 그리드(110)는 아직 소성 단계 이전이므로, 충분한 강성이 확보되지 않은 상황이다(도 1a 참조). 이후, 동일한 방식으로 페이스트 형태의 제 2 그리드(120)가 상부에 적층된 제 2 전극 기판(140)이 상기 제 1 전극 기판(100)에 대향하는 방식으로 상기 제 1 전극 기판(100)에 접합되는데, 이때 상기 제 1 그리드(110)와 제 2 그리드(120)는 상호 접촉하여, 상기 제 1 전극 기판 및 제 2 전극 기판을 전기적으로 연결하게 된다. 이후, 소성단계를 통하여 페이스트 내의 용매 물질을 휘발시켜 소정의 강성을 갖는 그리드(150)가 제조된다. 3A and 3B, first, a
상기 제 1 그리드(110) 및 제 2 그리드(120)는 제 1 및 제 2 전극 기판이 닿을 때 서로 접촉할 수 있는 수준의 높이를 유지하여야 하며, 만약 충분한 높이가 확보되어 있지 않은 경우, 기판 사이의 전자 흐름이 차단될 수 있다. 하지만, 반대로 과도한 큰 높이를 갖는 경우, 그리드의 변성에 의한 문제가 발생할 수 있다.The
이와 같이 종래 기술은 충분한 그리드 간의 접촉을 달성하기 위하여, 페이스트 물질을 1차 사용하여 그리드를 형성한 후, 이를 소성시킴으로써 그리드를 완성하는 방식인데, 이러한 종래기술은 소성 공정 등에 소요되는 긴 공정시간, 에너지 소모 등의 문제가 있고, 더 나아가, 페이스트의 접촉에 따라 형성되는 금속 그리드의 높이가 일정하지 못하다는 문제가 있다. 특히, 서브 모듈 타입의 염료감응 태양전지인 경우, 이러한 금속 그리드의 높이 차에 따른 기판 거리의 불균일함은 더욱 큰 문제로 작용한다. 즉, 현재 대부분 고온용 금속 그리드 페이스트를 사용하여 두께를 조절하므로, 적층 후 소성 공정 등이 요구되며, 이는 결국 전체 공정 비용의 상승을 초래한다. As described above, in order to achieve sufficient contact between the grids, a grid is formed by first forming a grid using a paste material and then firing the grid, which is a long process time required for the firing process, There is a problem such as energy consumption, and furthermore, there is a problem that the height of the metal grid formed by contact of the paste is not constant. In particular, in the case of the dye-sensitized solar cell of the sub-module type, the nonuniformity of the substrate distance due to the height difference of the metal grid acts as a bigger problem. That is, since most of the current is used to control the thickness using a metal grid paste for high temperature, a post-lamination firing process is required, which eventually leads to an increase in the overall process cost.
또한, 두 개의 기판 모두에 그리드를 적층한 후, 이를 정확히 대응하는 구조로 접촉시키는 것은 상당한 정확도를 요하므로, 이는 결국 염료감응 태양전지의 대량 생산을 저해하는 요인으로 작용한다. In addition, since laminating a grid on both substrates and then contacting them with a correspondingly precise structure requires considerable accuracy, which in turn hinders mass production of dye-sensitized solar cells.
따라서 상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 과제는 보다 경제적이고, 효율적인 새로운 방식의 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다. Therefore, the first object of the present invention for solving the above problems is to provide a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell of a new method more economical and efficient.
또한, 본 발명의 두 번째 과제는 기판 사이의 높이가 일정하게 유지되는 새로운 형태의 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell of a new type in which the height between the substrates is kept constant.
상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (a) 제 1 전극 기판상에 금속 구립체를 포함하는 금속 그리드를 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 구립체 직경에 대응하는 제 1 전극 기판과의 이격거리를 갖도록, 제 2 전극 기판을 제 1 전극 기판에 접근시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다. In order to solve the first problem, the present invention comprises the steps of (a) laminating a metal grid comprising a metal particulate on the first electrode substrate; And (b) accessing the second electrode substrate to the first electrode substrate so as to have a separation distance from the first electrode substrate corresponding to the diameter of the granules. to provide.
본 발명의 일 실시예에서 상기 구립체의 직경은 10 내지 60㎛이며, 금속 페이스트를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the diameter of the granules is 10 to 60 μm, and may further include a metal paste.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 금속은 은, 구리, 아연, 금, 티타늄 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the metal may be one or more selected from the group consisting of silver, copper, zinc, gold, titanium, and aluminum.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 염료감응 태양전지의 제조방법은 (b) 단계 후 상기 금속 그리드를 소성시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 그리드는 상기 그리드의 말단이 상기 염료감응 태양전지의 경계로부터 1 내지 10mm만큼 이격될 수 있다. In another embodiment of the present invention, the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell may further include calcining the metal grid after step (b). In addition, the metal grid may be the end of the grid spaced apart by 1 to 10mm from the boundary of the dye-sensitized solar cell.
상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제 1 전극 기판; 상기 제 1 전극 기판에 대향하는 제 2 전극 기판; 및 상기 제 1 전극 기판 및 제 2 전극 기판 사이에 구비되며, 구립체를 포함하는 금속 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.In order to solve the second problem, the present invention is a first electrode substrate; A second electrode substrate facing the first electrode substrate; And a metal grid provided between the first electrode substrate and the second electrode substrate, the metal grid including a granular body.
본 발명의 일 실시예에서 상기 구립체의 직경은 10 내지 60㎛이며, 상기 제 1 전극 기판 및 제 2 전극 기판은 상기 구립체 직경만큼 이격된다. 또한, 상기 금속 그리드는 금속 페이스트를 더 포함하며, 상기 금속은 은, 구리, 아연, 금, 티타늄 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the diameter of the particles is 10 to 60 μm, and the first electrode substrate and the second electrode substrate are spaced apart by the diameter of the particles. In addition, the metal grid further comprises a metal paste, the metal may be one or more selected from the group consisting of silver, copper, zinc, gold, titanium and aluminum.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 금속 그리드는 상기 그리드의 말단이 상기 염료감응 태양전지의 경계로부터 1 내지 10mm 만큼 이격된다. In another embodiment of the present invention, the metal grid is spaced apart by 1 to 10mm from the edge of the grid of the dye-sensitized solar cell.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은 종래의 소성 공정 없이도 균일한 높이의 금속 그리드를 기판상에 적층시킬 수 있으므로, 종래 기술에 비하여 공정 경제적이다. 더 나아가, 두 개의 대향 기판 모두에 금속 그리드를 적층한 후, 이를 정확히 접합시키는 종래의 방식에 비하여, 본 발명은 하나의 기판 상에만 금속 그리드를 적층시키므로, 종래 방식에 비하여 보다 공정 경제적이며, 신뢰성 있는 방식으로 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다. In the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention, since a metal grid having a uniform height can be laminated on a substrate without a conventional firing process, it is process economical compared with the prior art. Furthermore, compared to the conventional method of laminating a metal grid on both opposing substrates and then precisely bonding it, the present invention stacks the metal grid only on one substrate, which is more process economical and reliable than the conventional method. Dye-sensitized solar cells can be manufactured in such a manner.
이하 본 발명에 대하여, 도면과 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 하기의 설명은 본 발명을 구체적으로 실시하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail with reference to drawings and an Example. The following description is for carrying out the present invention specifically, and the scope of the present invention is not limited by the following description.
먼저 본 발명에 일 실시예로 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명한다. First, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention will be described.
도 4a 및 4b는 본 발명에 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하는 단계도이다. 4a and 4b are steps illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 먼저, 하나의 기판(제 1 전극 기판, 300)상에 금속 그리드(310)가 적층되는데, 상기 금속 그리드는 10 내지 60㎛의 직경을 갖는 금속 구립체(볼, 310a)를 포함한다. Referring to FIG. 4A, first, a
본 발명자는 특히 금속 구립체(310a)는 배향방향에 상관없이 일정한 직경을 가지게 되므로, 만약, 상기 금속 구립체(310a)가 기판 사이에 게재되는 경우 상기 구립체(310a)의 직경이 염료감응 태양전지 기판 사이의 이격거리에 해당되는 점에 기초하여 본 발명을 착안하였으며, 이를 통하여 기판 사이의 불균일한 이격 거리 발생 및 이에 따른 다양한 문제(예를 들면, 전해액 누설 등)를 해결할 수 있다. 즉, 본 발명에서 상기 금속 구립체(310a)의 직경은 상기 기판 사이의 이격거리에 해당하며, 만약 상기 구립체의 직경이 10㎛ 미만인 경우, 10 내지 25㎛인 TiO2 두께보다 구립체 직경이 작으므로, 양극가 음극간의 접촉으로 인한 쇼트가 일어날 가능성이 있다. 반대로 60㎛를 초과하는 경우, 과도한 양의 전해질이 사용되므로, 비경제적일 수 있다. In particular, the present inventors have a specific diameter of the
더 나아가, 본 발명에서는 금속 구립체가 기판상에서 자유로이 이동하는 경우, 안정한 금속 그리드 형성이 불가능하므로, 금속 구립체를 고정시킬 수 있는 수단이 필요하다는 점에 주목하였으며, 이를 해결하기 위하여, 본 발명자는 금속 페 이스트를 상기 금속 그리드에 사용하였다. 즉, 일정한 점성의 저온 금속 페이스트를 금속 구립체와 함께 사용하는 경우, 구립체를 물리적으로 고정시키게 되므로, 금속 구립체의 이탈을 방지할 수 있으며, 더 나아가 금속 구립체를 전기적으로 연결시켜 충분한 전기전도도 확보도 가능하다. Furthermore, in the present invention, it was noted that when the metal particles move freely on the substrate, stable metal grid formation is impossible, so that a means for fixing the metal particles is required. Paste was used for the metal grid. In other words, when using a low-temperature metal paste of a certain viscosity together with the metal particles, the particles are physically fixed, thereby preventing the metal particles from being separated, and furthermore, the metal particles are electrically connected to each other. It is also possible to secure conductivity.
도 4b를 참조하면, 금속 구립체-함유 금속 그리드가 적층된 제 1 전극 기판(300)에 대하여, 상기 제 1 전극 기판에 대향하는 제 2 전극 기판(320)이 결합된다. 이때, 상기 제 2 전극 기판은 상기 금속 구립체의 직경만큼 제 1 전극 기판을 향하여 접근할 수 있으므로, 결국 상기 금속 구립체의 직경이 제 2 전극 기판(320)과 제 1 전극 기판(300) 사이의 이격거리를 정의하게 된다. Referring to FIG. 4B, the
여기서, 상기 제 1 또는 제 2 전극 기판은 폴리에테르술폰(polyethersulphone:PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate:PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide:PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate:PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethyleneterephthalate:PET), 폴리페닐렌설파이드(polypheylenesulfide:PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate:PC), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulosetriacetate:CAP) 중 적어도 하나를 포함하는 플라스틱재 또는 유리재와 같이 빛, 특정적으로 태양광이 투과하는 동시에 염료감응 태양전지의 외관을 제공하는 좁은 의미의 기판뿐만 아니라, 좁은 의미의 기판 일측 표면에 적층되어, 염료감응 태양전지에 제공된 가시광선을 염료가 흡수하며 여기된 전자가 이동하는 경로를 제공하는 전도성 물질, 예를 들면 ITO, FTO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO2-Sb2O3 등을 포함한다. Here, the first or second electrode substrate is a polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (polyethyleneterephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate (polyallylate), polyimide (polyimide), polycarbonate (PC), at least one of cellulosetriacetate (CAP) Like a plastic material or a glass material, light and specific solar light are transmitted, and not only a narrow substrate that provides the appearance of a dye-sensitized solar cell, but also is laminated on one surface of a narrow substrate. Conductive materials such as ITO, which absorb the visible light and provide a path through which the excited electrons travel. FTO, ZnO- (Ga 2 O 3 or Al 2 O 3 ), SnO 2 -Sb 2 O 3 , and the like.
도시하지는 않았지만, 상기 금속 그리드와 일정 간격으로 이격된 기판 상에는 반도체 전극 또는 상대전극이 적층되는데, 상기 제 1 전극 기판 상에 나노 다공질막을 포함하는 반도체 전극 또는 이에 대응하는 상대전극이 적층될 수 있으며, 이는 어떠한 전극이어도 무방하다. Although not shown, a semiconductor electrode or a counter electrode is stacked on the substrate spaced apart from the metal grid at a predetermined interval. A semiconductor electrode including a nanoporous membrane or a counter electrode corresponding thereto may be stacked on the first electrode substrate. This may be any electrode.
본 발명의 일 실시예에서 상기 반도체 전극은 상기 전도성 물질이 코팅된 제 1 전극 기판의 상기 전도성 물질 표면에는 음극(-) 역할을 하는 것으로서, 통상적으로 나노 다공질막의 형태로 존재하는 TiO2, ZnO, SnO2 등과 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물로 구성되는 것이 좋고, 이 표면에 단분자 층의 염료가 흡착됨으로써 태양광이 입사되면, 염료 속의 페르미 에너지 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기된다. 반대로 상대전극은 상기 반도체 전극에 대향하는 전극으로서, 특정적으로 전도성 물질(22)의 상부 일측에 구비되어 전해질 속에 있는 이온의 산화-환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화-환원 반응을 통해 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 상대전극인 양극(+) 역할을 하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 전극이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 탄소나노튜브, 나노 카본블랙, 그래파이트 분말, 전도성 고분자 및 백금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 사용하는 것이 좋다.In an embodiment of the present invention, the semiconductor electrode serves as a negative electrode (-) on the surface of the conductive material of the first electrode substrate coated with the conductive material, and typically exists in the form of a nano porous film, TiO 2 , ZnO, It is preferable to be composed of an n-type oxide having a wide bandgap such as SnO 2, and when sunlight is incident on the surface by adsorbing a dye of a monomolecular layer, electrons near the Fermi energy in the dye absorb the solar energy. It is excited by the unfilled higher level. On the contrary, the counter electrode is an electrode facing the semiconductor electrode, and is specifically provided on one side of the
이후, 상기 금속 그리드가 적층된 후, 기판 결합 후 주입되는 전해질로부터 상기 금속 그리드를 보호하기 위한 밀봉부재가, 상기 금속 그리드로부터 소정 거리만큼 이격된 지점에 구성된다. 즉, 본 발명의 일 실시예로 사용되는 태양전지의 밀봉부재는 염료감응 태양전지 내부에 구비되는 전해질이 외부로 누액 되지 않도록 하거나, 본 발명에 따른 그리드, 특정적으로 금속 그리드가 전해질과 접촉되지 못하도록 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 밀봉부재라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 제 1 전극 기판 및 제 2 전극 기판에 대한 계면 친화도 및 부착력이 좋고, 전해질에 대한 내구력을 갖는 물질을 사용하는 것이 좋으며, 추천하기로는 열가소성 고분자 필름을 사용할 수 있는데, 그 일례로서 듀퐁사에서 제조된 상품명으로 썰린(surlyn)이 있다. Subsequently, after the metal grids are stacked, a sealing member for protecting the metal grids from the electrolyte injected after the substrate is bonded is formed at a point spaced apart from the metal grids by a predetermined distance. That is, the sealing member of the solar cell used as an embodiment of the present invention is such that the electrolyte provided inside the dye-sensitized solar cell does not leak to the outside, or the grid according to the present invention, in particular the metal grid is not in contact with the electrolyte. In order to prevent this, it is not particularly limited as long as it is a conventional sealing member in the art for this purpose, but preferably has good interfacial affinity and adhesion to the first electrode substrate and the second electrode substrate, and has durability against the electrolyte. It is preferable to use a material, and a thermoplastic polymer film can be preferably used. For example, Surlyn is a trade name manufactured by DuPont.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 구립체-함유 금속 그리드가 적층되고, 두 개의 기판이 결합된 후, 상기 금속 그리드를 소성시키는 단계를 포함한다. 이는 보다 높은 강성의 금속 그리드를 제조하기 위함이지만, 상기 소성단계를 생략하여도 무방하다. Another embodiment of the present invention includes the step of stacking the grain-containing metal grid, combining two substrates, and then firing the metal grid. This is to produce a higher rigid metal grid, but the firing step may be omitted.
본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 상기 금속 그리드가 각각의 염료감응 태양전지 서브모듈의 경계면인 동시에 각각의 염료감응 태양전지에서 생성된 전자의 이동경로를 제공하는 것으로서, 염료감응 태양전지의 경계(즉, 벽면)으로부터 일정거리, 예를 들면 약 1 내지 10mm만큼 이격되어 상기 이격된 공간으로 전해질이 용이하게 이동할 수 있는 구성의 염료감응 태양전지를 제공한다. 만약 이격거리가 1mm 미만일 경우 상기 이격된 공간으로 전해질이 이동할 때 벽면이나 그리드와의 마찰력이 커서 이동이 용이하지 않고, 결과적으로 각각의 단위 염료감응 태양전지에 전해질이 충분히 충진되지 않는 문제가 생긴다. 또한 이격거리가 10mm를 초과하는 경우에는 그리드의 길이가 짧아지거나, 염료감응 태양전지 모듈의 크기가 커지므로 염료감응 태양전지의 효율이 떨어지게 되어 바람직하지 않다. In yet another embodiment of the present invention, the metal grid provides a path of movement of electrons generated in each dye-sensitized solar cell at the same time as the interface of each dye-sensitized solar cell submodule. That is, the present invention provides a dye-sensitized solar cell configured to be easily spaced apart from the wall by a predetermined distance, for example, about 1 to 10 mm so that the electrolyte can easily move to the spaced space. If the separation distance is less than 1mm, when the electrolyte moves to the spaced space, the frictional force with the wall or the grid is large, and thus the movement is not easy. As a result, the unit dye-sensitized solar cell has a problem that the electrolyte is not sufficiently filled. In addition, when the separation distance exceeds 10mm, the length of the grid is shortened or the size of the dye-sensitized solar cell module becomes large, so the efficiency of the dye-sensitized solar cell is not preferable.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속 그리드의 말단이 염료감응 태양전지의 경계로부터 일정 거리만큼 이격된 구성의 염료감응 태양전지의 평면도이다.5 is a plan view of a dye-sensitized solar cell having a terminal spaced apart from the boundary of the dye-sensitized solar cell by a distance according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 실시예에서는 각 서브모듈 간 전해질이 자유로운 이동할 수 있다. 따라서 임의의 지점에서 전해질 1회 주입만으로도 전체 서브모듈의 전해질이 보충/교체되는 효과를 달성한다. 즉, 종래의 염료감응형 태양전지 모듈을 구성하는 그리드는 염료감응 태양전지의 벽면으로부터 이에 대향되는 타측 벽면까지 확장되도록 구비되어 각각의 염료감응 태양전지 내부가 서로 격리됨으로써 해당 전해질이 다른 염료감응 태양전지 내부로 이동될 수 없게 구성되어, 각각의 염료감응 태양전지의 서브모듈에 전해질을 주입할 수 있는 전해질 주입구를 각각 구비시켜야 하지만, 본 발명의 일 실시예로 사용한 그리드는 벽면으로부터 이격된 공간으로 전해질이 용이하게 이동되므로 전체 염료감응 태양전지에 전해질을 주입시킬 수 있다. Referring to FIG. 5, in the above embodiment, the electrolyte between each submodule may move freely. Thus, a single injection of electrolyte at any point achieves the effect of replenishing / replacing the electrolyte of the entire submodule. That is, the grid constituting the conventional dye-sensitized solar cell module is provided to extend from the wall surface of the dye-sensitized solar cell to the other side wall opposite thereto, so that each dye-sensitized solar cell is isolated from each other, so that the corresponding electrolyte is different from the dye-sensitized solar cell. It is configured to be unable to move inside the cell, and each of the dye-sensitized solar cell submodule should be provided with an electrolyte injection hole for injecting the electrolyte, but the grid used as an embodiment of the present invention is spaced from the wall space Since the electrolyte is easily moved, the electrolyte can be injected into the entire dye-sensitized solar cell.
도 1은 종래의 모듈 형태의 염료감응형 태양전지의 구성을 나타내는 평면도이다.1 is a plan view showing the structure of a conventional dye-sensitized solar cell.
도 2는 종래의 모듈 형태의 염료감응형 태양전지를 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of the conventional module-type dye-sensitized solar cell cut along the line A-A '.
도 3a 및 3b는 종래 기술에 따른 그리드 제조 방법을 설명하는 단계도이다.3A and 3B are steps illustrating a grid manufacturing method according to the prior art.
도 4a 및 4b는 본 발명에 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하는 단계도이다. 4a and 4b are steps illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속 그리드의 말단이 염료감응 태양전지의 경계로부터 일정 거리만큼 이격된 구성의 염료감응 태양전지의 평면도이다.5 is a plan view of a dye-sensitized solar cell having a terminal spaced apart from the boundary of the dye-sensitized solar cell by a distance according to an embodiment of the present invention.
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