KR101035265B1 - 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
염료감응 태양전지 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은 (a) 상판 및 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판을 제조하는 단계와, (b) 일정한 간격으로 배치된 복수개의 가늘고 긴 선모양의 격벽형성용 소재를 접착용제가 담겨진 배스(bath)에 침지(浸漬) 및 인출하는 단계와, (c) 배스로부터 인출된 복수개의 격벽형성용 소재를 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판의 일면에 정렬시킨 후, 복수개의 격벽형성용 소재가 정렬된 하판에 상기 상판을 합착시키는 단계와, (d) 상판이 합착된 하판 외부에 돌출된 격벽형성용 소재를 절단한 후, 전해질을 주입하고 기밀하는 단계를 포함함으로써, 공정의 간략화 및 비용절감을 도모할 수 있다.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섬유나 와이어를 이용하여 전해질이 충진되는 셀간의 격벽을 용이하게 형성함으로써, 공정의 간략화 및 비용절감을 도모하기 위한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 전세계 경제불황으로 경제 사정이 점차 어려워지며, 설상가상으로 지구온난화로 인한 이상기후가 심심치 않게 나타나고 있다. 이로 인한 경제적 손실은 천문학적인 규모에 달한다. 이에 따라, 세계각국은 대체 에너지 개발에 총력을 쏟고 있다. 파력, 조력, 풍력, 지열, 연료전지, 핵융합 등 각종 대체 에너지 가운데 가장 널리 쓰이는 기술을 꼽자면 태양광 발전이 빠질 수 없다. 기술적인 완성도가 높을 뿐 아니라 한낮이라면 충분한 전력을 생산할 수 있기 때문이다. 특히 최근에는 가격이 저렴하고 활용도가 높은 염료감응 태양전지가 주목을 끈다.
통상 염료감응 태양전지의 단위셀은, 상, 하부 투명한 기판과, 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극을 기본으로, 1차전극에 해당하는 일측의 도전성 투명전극 위에는 그 표면에 염료가 흡착된 나노 반도체 산화물 다공층이 형성되어 지고, 2차전극에 해당하는 타측 도전성 투명전극 위에는 촉매박막전극이 형성되며, 나노 반도체 산화물, 예를 들면 TiO2 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되어진 구조를 가진다.
그러나, 이러한 염료감응 태양전지를 제작함에 있어, 셀과 셀간을 분리시켜주는 격벽을 구성하는 방법은 주로 페이스트 프린팅을 이용하기 때문에 높이와 넓이를 제어함에는 어려움이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 염료감응 태양전지의 제조공정을 간단히 함과 동시에 제조비용을 절감할 수 있는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 격벽의 균일성을 확보할 수 있음과 동시에 연속공정으로 염료감응 태양전지를 제조할 수 있는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은, (a) 상판 및 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판을 제조하는 단계와, (b) 일정한 간격으로 배치된 복수개의 가늘고 긴 선모양의 격벽형성용 소재를 접착용제가 담겨진 배스에 침지 및 인출하는 단계와, (c) 배스로부터 인출된 복수개의 격벽형성용 소재를 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판의 일면에 정렬시킨 후, 복수개의 격벽형성용 소재가 정렬된 하판에 상기 상판을 합착시키는 단계와, (d) 상판이 합착된 하판 외부에 돌출된 격벽형성용 소재를 절단한 후, 전해질을 주입하고 기밀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, (a1) 클리닝된 투명전도성 하부기판상에 1차전극을 형성하는 단계와, (a2) 형성된 1차전극상에 나노 반도체 산화물층을 형성하는 단계와, (a3) 형성된 나노 반도체 산화물층상에 염료를 흡착시킴으로써, 하판 을 제조하는 단계와, (a4) 클리닝된 투명전도성 상부기판상에 2차전극을 형성하는 단계와, (a5) 형성된 2차전극상에 촉매박막층을 형성함으로써, 상판을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계에서의 합착에 의해, 상판 및 하판 사이에 복수개의 셀들이 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 (c) 단계에서의 합착에 의해, 격벽형성용 소재는 하판의 나노 반도체 산화물층을 복수개의 셀들로 구분하거나, 격벽형성용 소재는 상판의 2차전극 및 하판의 1차전극을 복수개의 셀들로 구분하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서, 격벽형성용 소재는, 회전 롤러에 의해 배스로부터 침지 및 인출되는 탄성을 가진 재료인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배스로부터 인출된 격벽형성용 소재는, 접착제 또는 Ag, Al 등의 금속이 포함된 잉크, 광 또는 열경화성 실란트를 적신 미세사 이거나 금속 와이어 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 염료감응 태양전지가 제공되는데, 상기 염료감응 태양전지는, 상판과, 상판에 대향하여 배치되는 하판 및 상판 및 하판에 주입되는 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 접착용제가 담겨진 배스로부터 침지 및 인출되어 상기 상판과 하판의 합착에 의해 복수의 셀을 형성하는, 일정한 간격으로 배치된 복수개의 가늘고 긴 선모양의 격벽형성용 소재로 이루어진 격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상판은, 클리닝된 투명전도성 하부기판상에 형성된 1차 전극, 1차전극상에 형성된 나노 반도체 산화물층 및 형성된 나노 반도체 산화물층상에 흡착된 염료를 포함하며, 상기 하판은, 클리닝된 투명전도성 상부기판상에 형상된 2차전극 및 2차전극상에 형성된 촉매박막층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 합착에 의해, 상판 및 하판 사이에 복수개의 셀들이 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 합착에 의해, 격벽형성용 소재는 하판의 나노 반도체 산화물층을 복수개의 셀들로 구분하거나, 격벽형성용 소재는 2차전극 및 1차전극을 복수개의 셀들로 구분하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 격벽형성용 소재는, 회전 롤러에 의해 배스로부터 침지 및 인출되는 탄성을 가진 재료인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배스로부터 인출된 격벽형성용 소재는, 접착제 또는 Ag, Al 등의 금속이 포함된 잉크, 광 또는 열경화성 실란트를 적신 미세사 이거나 금속 와이어 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 염료감응 태양전지를 제조함에 있어 미세사(섬유) 또는 와이어를 이용하여 격벽을 제조함으로써, 염료감응 태양전지의 제조공정을 간단히 함과 동시에 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 염료감응 태양전지를 제조함에 있어 일정한 간격으로 정렬된 복수개의 미세사 또는 와이어를 이용하여 격벽을 제조함으로써, 격벽의 균일성을 확보할 수 있으며, 또한 복수개의 미세사 또는 와이어는 회전 롤러에 감겨 배스로부터 침지 및 인출되도록 함으로써, 연속공정으로 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 대하여 가장 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료감응 태양전지의 제조과정을 흐름에 따라 도시한 도면이며, 도 2 내지 도 6은 도 1 중 소정의 도면부호를 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 첫번째로, 연료감응 태양전지의 상판과 하판을 제조하는데, 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 상판과 하판의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 상판(40)의 구성도로, 상부기판(41), 2차전극(42) 및 촉매박막층(43)을 포함할 수 있으며, 이러한 상판(40)의 제조과정은 클리닝된 투명전도성 상부기판(41)상에 2차전극(42)을 형성한 후, 형성된 2차전극(42)상에 촉매박막층(43)을 형성함으로써, 제조될 수 있다. 촉매박막층(43)은 백금이나 CNT(carbon nanotube) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 도 4는 하판(50)의 구성도로, 하부기판(51), 1차전극(52), 나노 반도체 산화물 다공질층(53) 및 염료(54)를 포함할 수 있으며, 이러한 하판(50)의 제조 과정은 클리닝된 투명전도성 하부기판(51)상에 1차전극(52)을 형성한 후, 형성된 2차전극(52)상에 10 내지 20um 두께의 나노 반도체 산화물 다공질층(53)를 도포하고, 450도 내지 550도 정도로 소성한다. 이후 염료용액에 24시간 정도 침적시킴으로써, 나노 반도체 산화물 다공질층(53) 위에 염료(54)를 입힌다.
나노 반도체 산화물 다공질층(53)은, 예를 들면 TiO2 등이 사용될 수 있다. 한편, 상부기판(41) 및 하부기판(51)은 TCO(Transparent Conducting Oxide) Glass로서, 예를 들면, 공지의 투광유리, 투광수지, PET, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(F-doped SnO2) 등이 사용될 수 있을 것이다. 한편, 염료(54)는 염료감응 태양전지에 적용되는 다양한 공지의 염료가 포함될 수 있으며, 염료(54)를 다공질층(53)에 흡착하는 방법도 공지의 다양한 방법이 사용될 수 있다.
다음, 단계 S101에서는, 위에서 제조된 상판(40)과 하판(50) 사이에 구성되는 격벽(隔壁)(31)을 형성하기 위해, 일정한 간격으로 배치된 복수개의 격벽형성용 소재(30)를 접착 용재(11)가 포함된 배스(bath)(10)로부터 침지(浸漬) 및 인출한다. 격벽형성용 소재(30)는 예를 들면, 섬유와 같은 미세사(microfilament) 또는 와이어와 같이 가늘고 긴 탄성을 가진 소재일 수 있으며, 접착 용재(11)는 예를 들면 잉크, 실란트 또는 접착제와 같이 점성을 가진 액체가 포함될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 중 배스(10)에 침지 및 인출되는 복수개의 격벽형성용 소재(30)를 다른 측면에서 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 격벽형성용 소재(30)는 회전 롤러(20)에 감겨 배스(10)로부터 침지(浸漬) 및 인출된다. 회전 롤러(20)의 갯수 및 그 위치는 도 2에 도시된 바와 같이, 배스(10) 내에 2개, 외부에 한개로 구성되거나, 또는 도 1에 도시된 바와 같이, 배스(10) 내에 1개, 외부에 2개로 구성되는 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
또한, 배스(10) 내에는 복수개의 격벽형성용 소재(30)가 침지(浸漬) 및 인출되면서 격벽형성용 소재(30)에는 배스(10) 내의 내용물에 따라 접착용재, 예를 들면 금속이 포함된 잉크, 접착제, 열 또는 광경화성 실란트가 엉겨붙는다. 이에 따라, 배스(10)로부터 인출된 격벽형성용 소재(30)는, 접착제를 바른 미세사(microfilament), 잉크를 적신 미세사(microfilament), 광 또는 열경화성 실란트를 적신 미세사, 금이나 은, 구리 등과 같은 탄성을 가진 금속 와이어, Ag나 Al 등의 금속을 포함하는 잉크를 적신 금속 와이어, 접착제를 바른 금속 와이어 또는 광 또는 열경화성 실란트를 적신 금속 와이어 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 격벽형성용 소재(30)는 도 2에서 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 배치되기 때문에, 균일한 간격을 가진 격벽을 용이하게 형성할 수 있으며, 복수개의 격벽형성용 소재(30)는 회전 롤러(20)에 감겨 배스(10)로부터 침지(浸漬) 및 인출되도록 함으로써, 연속공정으로 염료감응 태양전지를 제조할 수 있다는 장점을 가진다.
다음, 단계 102는, 제조된 상판(40)과 하판(50)을 합착시키는 단계로, 도 1에 도시된 바와 같이, 배스(10)로부터 침지(浸漬) 및 인출된 복수개의 격벽형성용 소재(30)를 하판(50)의 일면에 정렬시킨 후, 격벽형성용 소재(30)가 정렬된 하판(50)에 상판(40)을 합착시킨다.
한편, 상판과 하판을 대향 배치하거나 합착, 반송하기 위해서는 공지된 진공척(vacuum chuck) 또는 컨베이어 시스템 등을 이용하여 얼마든지 변형 설계가 가능하므로, 구체적인 언급은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 합착된 상판 및 하판의 구성 및 격벽을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상판(40) 및 하판(50)의 합착시에 도시된 바와 같이, 복수개의 격벽형성용 소재(30)에 의해 다수개의 셀들이 형성된다.
제1 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수개의 격벽형성용 소재(30)는 합착시에 하판(50)의 염료(54) 및 나노 반도체 산화물 다공질층(53) 까지를 복수개의 셀들로 구분하도록 구성된다. 한편, 제2 실시예에 따르면, 복수개의 격벽형성용 소재(30)는 합착시에 상판(40)의 2차전극(42) 및 하판(50)의 1차전극(52)까지를 복수개의 셀들로 구분하도록 구성된다. 특히, 후자의 경우는 다수의 셀들로 나뉘어진 각각의 전극을 병렬로 연결하여 사용할 수도 있을 것이다. 한편, 도시된 바와 같이, 격벽형성용 소재(30)은 셀간을 분리함과 동시에 전해질 공간을 유지하기 위한 기둥 역할을 한다.
한편, 단계 103에서는, 히터나 광원(70)과 같은 장치를 사용하여 열처리 또는 광처리를 함으로써, 상판(40)과 하판(50)의 합착을 완료한다.
단계 104에서, 상판(40)이 합착된 하판(50) 외부에 돌출된 섬유 또는 와이어(30)를 절단하고, 전해질을 주입한 후 기밀한다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들 이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료감응 태양전지의 제조과정을 흐름에 따라 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 중 배스에 침지 및 인출되는 복수개의 격벽용 소자를 다른 측면에서 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 중 상판의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1 중 하판의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 합착된 상판 및 하판의 구성 및 격벽을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 합착된 상판 및 하판의 구성 및 격벽을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
Claims (15)
- (a) 상판 및 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판을 제조하는 단계;(b) 일정한 간격으로 배치된 복수개의 가늘고 긴 선모양의 격벽형성용 소재를 접착용제가 담겨진 배스에 침지(浸漬) 및 인출하는 단계;(c) 상기 배스로부터 인출된 복수개의 격벽형성용 소재를 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판의 일면에 정렬시킨 후, 상기 복수개의 격벽형성용 소재가 정렬된 하판에 상기 상판을 합착시키는 단계; 및(d) 상기 상판이 합착된 하판 외부에 돌출된 격벽형성용 소재를 절단한 후, 전해질을 주입하고 기밀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 (a) 단계는,(a1) 클리닝된 투명전도성 하부기판상에 1차전극을 형성하는 단계;(a2) 상기 형성된 1차전극상에 나노 반도체 산화물층을 형성하는 단계;(a3) 상기 형성된 나노 반도체 산화물층상에 염료를 흡착시킴으로써, 하판을 제조하는 단계;(a4) 클리닝된 투명전도성 상부기판상에 2차전극을 형성하는 단계; 및(a5) 상기 형성된 2차전극상에 촉매박막층을 형성함으로써, 상판을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 (c) 단계에서의 합착에 의해, 상기 상판 및 하판 사이에 복수개의 셀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 (c) 단계에서의 합착에 의해, 상기 격벽형성용 소재는 상기 하판의 나노 반도체 산화물층을 복수개의 셀들로 구분하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제3항에 있어서,상기 (c) 단계에서의 합착에 의해, 상기 격벽형성용 소재는 상기 2차전극 및 상기 1차전극을 복수개의 셀들로 구분하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 (b) 단계에서, 상기 격벽형성용 소재는, 회전 롤러에 의해 상기 배스로부터 침지(浸漬) 및 인출되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 격벽형성용 소재는, 탄성을 가진 재료인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제7항에 있어서,상기 배스로부터 인출된 격벽형성용 소재는, 접착제 또는 금속이 포함된 잉크, 실란트를 적신 미세사이거나 금속 와이어 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 상판과, 상기 상판에 대향하여 배치되는 하판 및 상기 상판 및 하판에 주입되는 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서,접착용제가 담겨진 배스로부터 침지(浸漬) 및 인출되어 상기 상판과 하판의 합착에 의해 복수의 셀을 형성하는, 일정한 간격으로 배치된 복수개의 가늘고 긴 선모양의 격벽형성용 소재로 이루어진 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제9항에 있어서,상기 상판 또는 하판 중 어느 하나는, 클리닝된 투명전도성 기판상에 형성된 1차전극, 상기 1차전극상에 형성된 나노 반도체 산화물층 및 상기 형성된 나노 반도체 산화물층상에 흡착된 염료를 포함하며,상기 상판 또는 하판 중 다른 하나는, 클리닝된 투명전도성 기판상에 형상된 2차전극 및 상기 2차전극상에 형성된 촉매박막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제10항에 있어서,상기 합착에 의해, 상기 격벽형성용 소재는 상기 하판의 나노 반도체 산화물층을 복수개의 셀들로 구분하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제10항에 있어서,상기 합착에 의해, 상기 격벽형성용 소재는 상기 2차전극 및 상기 1차전극을 복수개의 셀들로 구분하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제10항에 있어서,상기 격벽형성용 소재는, 회전 롤러에 의해 상기 배스로부터 침지(浸漬) 및 인출되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제10항에 있어서,상기 격벽형성용 소재는, 탄성을 가진 재료인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제14항에 있어서,상기 배스로부터 인출된 격벽형성용 소재는, 접착제 또는 금속이 포함된 잉크, 실란트를 적신 미세사 이거나 금속 와이어 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
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|---|---|---|---|---|
| KR20190061828A (ko) | 2017-11-27 | 2019-06-05 | 이보균 | 조사료용 키토산의 제조방법 |
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2009
- 2009-01-22 KR KR1020090005387A patent/KR101035265B1/ko not_active IP Right Cessation
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