KR101054892B1 - 염료감응 태양전지, 이의 제조 방법 및 이의 전기 광학특성 측정 시스템 및 측정 방법 - Google Patents

염료감응 태양전지, 이의 제조 방법 및 이의 전기 광학특성 측정 시스템 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염료감응 태양전지 및 이의 제조 방법 및 이의 전기 광학 특성 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것으로, 반도체 전극과, 대향 전극과, 상기 반도체 전극과 상기 대향전극 사이에 형성된 전해질/액정 혼합물층 및 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극을 봉지하는 몰딩부를 포함하는 염료감응 태양 전지 태양전지를 제공하고, 상기 태양전지에 제 1 광을 인가하는 제 1 광원부 및 상기 태양전지를 통해 전송된 빛을 검출하는 검출수단을 포함하되, 상기 제 1 광원부가 레이저인 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템을 제공한다.
이로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자인 태양 전지를 응용하여 새로운 액정 광학 소자를 제조할 수 있다. 또한, 염료감응 태양 전지에 액정을 포함시켜 셀을 제조한 뒤 셀에 광선을 통과시키면 태양 전지의 광기전력효과에 의해 액정을 구동시킬 수 있으며, 새로운 전기 광학 소자로 앞으로 광학, 전자 재료로서의 응용 범위를 넓힐 수 있고, 제 1 및 제 2 광원을 이용한 측정 시스템을 사용하여 태양전지의 광기전력과 전기 광학 특성을 측정할 수 있다.
염료감응, 태양전지, 액정, 전기광학, 측정 방법, 시스템

Description

염료감응 태양전지, 이의 제조 방법 및 이의 전기 광학 특성 측정 시스템 및 측정 방법{Dye-sensitized solar cells, method of manufacturing the same and system and method of measuring electro-optic properties of the same}
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지의 전기 광학 특성 측정 시스템의 개념도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 다른 태양전지의 특성을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 대향 전극 20 : 이방성 물질층
25 : 염료층 30 : 반도체 산화물층
35 : 투명전극 40 : 몰딩부
50 : 외부 배선
본 발명은 염료감응 태양전지, 이의 제조 방법 및 이의 전기 광학 특성 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것으로, 특히 액정을 포함한 염료감응 태양전지와 이의 전기 광학 특성의 측정 시스템에 관한 것이다.
액정은 외부로부터의 전자장이나 열, 응력 등에 따라 분자 배열이 바뀌거나 변형되기 쉬운 성질을 지니고 있다. 이러한 성질을 이용하여 각 분야에서 액정 디바이스를 응용하고 있으며 그의 구분으로는 전자계산기를 비롯하여, 액정 디스플레이 디바이스, 액정 광학 디바이스, 액정 계측, 센서 등에 활용된다.
이러한 액정이 표시 소자로 폭넓게 응용되는 이유는 액정 분자들이 빛의 편광 상태를 변화시키는 능력이 뛰어날 뿐 아니라, 작은 전압으로도 그 분자 배열을 쉽게 조절할 수 있게 되기 때문이다. 현재 이러한 액정 성질을 이용하여 작은 전압에서도 빠른 응답 속도를 갖는 액정 디바이스를 제조하여 새로운 전자, 광학 재료로 활용하고자 한다.
또한, 최근에 각광 받고 있는 소자 중의 하나인 반도체 나노 입자를 이용한 염료감응 태양전지는 태양의 가시광선을 흡수하여 전기를 발생하는 나노 테크놀로지를 이용한 태양전지의 신기술로 발전하고 있으며 이에 관한 연구개발이 확대되고 있다. 이러한 염료감응 태양 전지의 내부에는 전해질이 존재하여 산화-환원 작용을 통해 염료감응 태양 전지를 작동할 수 있도록 한다. 그리고, 전지변색 소자는 산화물이나 유기물 등의 나노코팅을 통해 전기신호에 의해 가시광선이나 적외선 영역의 흡수율이 변하는 소자로 고기능성유리, 정보 통신 소자, 디스플레이, 전자종이 등에 높은 응용 가능성을 보이고 있고 여러 나라에서 활발히 연구되고 있다.
종래에는 상술한 액정소자와 태양전지를 별개의 소자로 제작한 다음 이들간을 전기적으로 연결하였다. 이는, 개개의 소자 형성공정을 통해 각각의 소자를 제조하여야 하는 문제가 발생하게 되고, 개개의 소자간을 전기적으로 연결함에 있어서 많은 어려움이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액정을 포함한 염료감응 태양전지를 제공하고, 이러한 태양전지의 전기광학적 특성을 측정할 수 있는 시스템 및 측정 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 투명전극과, 상기 투명전극 하부에 형성된 반도체 산화물층과, 상기 반도체 산화물층 하부에 형성된 염료층과, 상기 염료층 하부 형성된 액정을 포함하는 이방성 물질층과, 상기 이방성 물질층 하부에 형성된 대향전극 및 상기 투명전극과 상기 대향 전극 사이를 봉지하는 몰딩부를 포함하는 염료감응 태양 전지를 제공한다.
여기서, 상기 이방성 물질층에 전해질이 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 전 해질로 레독스 커플 아이오다이드-트리-아이오다이드 I-/I3- 와 같은 매개물을 포함하는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 반도체 산화물층으로 SiO2 및 TiO2를 사용하고, 상기 투명전극 및 상기 대향전극으로 ITO 박막 또는 FTO 박막을 사용할 수 있다. 상기의 이방성 물질층의 두께가 2 내지 5㎛인 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 반도체 산화물층과 염료층이 형성된 투명전극과 대향전극을 마련하는 단계와, 상기 대향 전극 상부에 액정을 포함하는 이방성 물질 용액을 떨어뜨리는 단계와, 상기 대향 전극에 상기 반도체 산화물층과 상기 염료층이 형성된 상기 투명전극을 밀착하는 단계 및 밀착된 상기 대향 전극과 상기 투명 전극 사이를 밀봉하는 단계를 포함하는 염료감응 태양 전지의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지에 제 1 광을 인가하는 제 1 광원부와, 상기 태양전지에 제 2 광을 인가하는 제 2 광원부 및 상기 태양전지를 통해 전송된 빛을 검출하는 검출수단을 포하는 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템을 제공한다.
상기에서 제 1 광원부로 레이저를 사용하고, 상기 제 2 광원부로 제논램프를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 1 광원부과 상기 태양전지 사이에 위치한 편광기와, 상기 태양전지와 상기 검출수단 사이에 위치한 검광자를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 태양전지에서 생성된 전압을 측정하는 전압계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 광원부, 상기 편광기, 상기 검광자 및 상기 검출수단은 소정의 수평선상에 순차적으로 배치된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기의 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템을 이용한 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 방법에 있어서, 태양전지에 제 1 광을 조사하는 단계와, 상기 태양전지에 투과된 상기 제 1 광을 검출하는 단계와, 상기 태양전지에 제 2 광을 조사하는 단계 및 상기 태양전지의 광기전력 및 전기 광학 특성을 측정하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 염료감응 태양전지는 투명전극(35)과, 투명전극(35) 하부에 형성된 다공성 반도체 산화물층(30)과, 다공성 반도체 산화물층(30)의 하부에 형성된 염료층(25)과, 염료층(25) 하부에 형성된 액정을 포함하는 이방성 물질층(20)과, 이방성 물질층(20) 하부에 형성된 대향전극(10)을 포함한다.
또한 본 발명의 염료 감응 태양전지는 이방성 물질층(20)에 전해질이 더 포함될 수 있다. 또한, 투명전극(35)과 대향전극(10) 사이를 봉지하는 몰딩부(도 2의 도면부호 40 참조)를 더 포함할 수 있고, 투명전극(35) 상에는 소정의 글래스층(미도시)이 형성될 수도 있다. 또한, 투명전극(35)과 대향전극(10) 각각에 접속된 외부배선(도 2의 도면부호 50 참조)을 더 포함할 수 있다.
전해질 물질은 다음과 같다. 산화-환원 유도체는 전해질에서 산화-환원 반응을 유도하는 작용체이다. 산화-환원 유도체는 요오드화염과 요오드 혹은 브롬화염과 브롬 짝으로 구성되면, 여기서 요오드화염으로는 요오드화리튬, 요오드화 나트륨, 요도드화 칼륨 및 요오드화 세슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속염 또는 1-메틸-3-프로필이미다졸리윰 요오드(1-methyl-3-propylimidazolium iodide) 또는 1-메틸-2-프로필벤지이미다졸리윰 요오드(1-methyl-2-propylbenzimidazolium iodide)로부터 선택되어지는 이미다졸리윰 요오드염, 그리고 브롬화 염으로는 브롬화 리튬, 브롬화 나트륨, 브롬화 칼륨, 및 브롬화 세슘으로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 금속염을 사용할 수 있다. 상기 산화-환원 유도체는 [-O-] : 산화-환원 유도체 = (10~50) : 1의 비율로 첨가하며, 바람직하게는 [-O-] : 산화-환원 유도체 = 35 : 1의 비율로 첨가한다. 상기에서 [-O-]는 모든 고분자 사슬에 포함되어 있는 에테르(ether)기의 몰(mole)수를 의미한다.
상기의 투명전극(35) 및 대향전극(10)으로 각기 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO)의 박막 또는 플루오린 틴 옥사이드(Fluorine Tin Oxide; FTO)의 박막을 사용할 수 있다. 여기서, 광 전극으로는 FTO를 사용하고, 대향전극으로는 ITO를 사용는 것이 바람직하다.
상기 다공성 반도체 산화물층(30)으로 티타늄 다이옥사이드 TiO2와 같은 능동 반도체 산화물의 입자로 형성하고, 다공질 구조 형태로 제작하는 것이 바람직하다. 반도체 산화물층(30) 표면에 염료분자를 흡착하여 염료층(25)을 형성할 수 있다. 이로써, 염료층(25)과 반도체 산화물층(30)간이 전자 전이를 할 수 있게 된다. 이에 관해 설명하면 표면에 염료분자가 화학적으로 흡착된 n-형 나노입자 반도체 산화물층에 태양빛이 흡수되면 염료분자는 기저 상태(ground state, D+/D)에서 여기 상태(excited state, D+/D*)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며, 여기상태의 전자는 반도체 나노입자의 전도띠(conduction band, CB)로 주입된다. 반도체 산화물층(30)으로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 반도체 산화물층(30)에 접하고 있는 이방성 물질층(20)을 통해 대향전극(10)으로 전달되고 대향전극(10)에 연결된 외부 전선을 통해 외부로 이동된다.
이와 같이 광 흡수에 의한 전자전의 결과로 산화된 염료분자(D+/D*)는 산화-환원 전해질 내의 요오드 이온의 산화(I3-/I-)에 의해 제공되는 전자(e-)를 받아 다시 환원되며, I-이온은 대향 전극에 도달한 전자(e-)에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지 작동 과정이 완성된다.
상기의 이방성 물질층(20) 내에 포함된 액정으로는 스멕틱(Smectic), 네마틱(Nematic) 및 콜레스테릭(Cholesteric) 액정중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 Merck사의 E7액정화합물을 사용한다. 또한, 전해질로는 레 독스 커플 아이오다이드-트리-아이오다이드 I-/I3- 와 같은 매개물을 포함하는 전해질을 사용하는 것이 효과적이다. 본 실시예에서는 상술한 전해질에 액정을 혼합한 이방성 물질층(20)을 사용한다. 이는 전해질과 액정을 동시에 사용하여 태양전지의 광기전력 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 이방성 물질층(20)으로 전해질과 액정 혼합물을 사용함으로 인해 그 두께를 수㎛로 하여 매우 얇게 형성할 수 있다. 즉, 약 2 내지 5㎛두께의 전해질과 액정을 포함하는 이방성 물질층(20)을 투명전극(10)과 대향전극(35) 사이에 형성할 수 있다. 이로써, 반도체 화합물층(30)과 염료층(25)으로 부터 생성된 전자/전공에 의해 작동되는 태양전지의 광전압으로 이방성 물질층(20)의 액정을 구동시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 광을 전기로 변환하는 광전지 셀의 광기전력 효과를 이용하여 광전지 셀 내부에 존재하는 액정을 구동시킨다. 종래의 전기 화학 광전지 셀을 이용할 경우, 광전지 셀과 전기 광학 디스플레이 셀을 연결하는 전기 공급 회로와, 셀의 전극 사이에 전기적 연결을 구축하는데 문제가 있었으나 본 발명의 액정을 포함한 염료감응 태양 전지 셀은 셀 내부에 액정을 포함시켜 태양 전지에 빛이 통과되면 광기전력 효과로 인해 액정을 바로 구동 시킬 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 염료감응 태양전지의 제조 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 개념도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 다공성 반도체 산화물층(30)과 염료층(25)이 형성된 투명전극(35)과 대향전극(10)을 마련한다(도 2a). 대향 전극(10) 상부에 전해질과 액정이 혼합된 혼합물인 소정의 이방성 물질 용액(20a)을 떨어뜨린다(도 2b). 이후, 투명전극(35)을 대향전극(10)과 밀착되도록 이방성 물질 용액(20a)이 포팅된 대향전극(10)을 투명전극(35)으로 덮는다(도 2c). 반도체 산화물층(30)과 염료층이 형성된 투명전극(10)과 대향전극(35)을 소정의 투명 수지를 이용하여 몰딩하고, 각각의 전극에 소정의 금속배선(50)을 연결한다(도 2d).
상기에서 대향 전극(10)에 이방성 용액을 캐스팅한 뒤, 액정 내의 기포 또는 액정과 기판 사이의 기포가 대기 중으로 증발 되도록 잠시 방치할 수 있다.
상기에서 이방성 물질 용액은 소정의 점성을 갖고 있기 때문에 포팅과 동시에 퍼지는 것이 아니라 투명전극(35)과 대향전극(10)을 소정의 압착을 통해 밀착함으로써 투명전극(35)과 대향전극(10) 사이 영역에 넓게 분포된다. 그리고 이를 통해 약 2 내지 5㎛ 두께의 이방성 물질층(20)을 투명전극(35)과 대향전극(10) 사이에 형성할 수 있다. 이방성 물질층 즉, 액정 층은 단순히 4㎛의 두께를 갖는 액정층으로 되어 있고 전해질/액정 혼합물은 전해질 재료와 액정을 1 : 1(Percent ratio) 비율로 첨가한 다음 초음파 분해(Sonication)시켜 섞는다. 그러나 액정과 전해질이 서로 상용성이 달라 상 분리가 쉽게 되어 골고루 섞이지 않는다. 또한, 액정과 전해질 비율을 달리하여 전해질을 액정에 비해 매우 소량으로 첨가하였을때 측정한 결과를 보면 비슷한 수치의 광 전압이 나온다. 따라서, 전기 광학 특성을 향상시키는 데는 액정에 비해 전해질을 소량 첨가하는 것이 바람직하다.
상기의 압착으로 인해 전극들의 외측벽 영역으로 노출된 이방성 물질층 용액 을 제거한 다음, 소정의 에폭시 수지로 이방성 물질층을 봉지한다. 그후, 투명전극(35)과 대향전극(10) 각각에 접속된 배선들을 인듐을 이용하여 형성한다. 즉, 대향전극(10)을 적층한 후, 전극들 테두리에 접착제를 도포하여 셀을 봉지하고, 각각의 전극에 전선을 연결하여 액정을 포함한 염료감응 태양 전지를 완성한다.
상기의 설명에 한정되지 않고, 대향전극(10)에 반도체 나노입자를 코팅하고, 반도체 나노입자에는 유기염료가 흡착되도록 할 수 있다. 이러한 반도체 나노입자는 나노 크기의 TiO2 또는 SnO2 입자로서 외부로부터 광선을 흡수하여 유기염료로 전달함으로써 전자의 생성을 유도한다. 또한, 유기염료는 반도체 나노입자에 흡수된 광선에 의해 여기상태로 되어 전자를 생성한다. 바람직하게 대향전극(10)은 투명 유리전극에 방해층(blocking layer)을 얇게 코팅한 후, 반도체 나노입자를 5 내지 10 ㎛ 두께로 캐스팅하고, 유기염료 용액에 침지시켜 제조할 수 있다. 투명유리 전극에 방해층을 코팅함으로써 전극사이의 단락 전류를 억제할 수 있다. 상기 유기염료 용액은 일반적으로 루테늄(Ru)을 포함한다. 여기서 대향 전극(10)은 투명유리전극으로 외부회로를 통해 전달되어진 전자를 산화-환원 유도체에 전달시키는 역할을 한다.
광흡수에 의한 전자 전이 결과로 산화된 염료분자(D+/D*)는 산화-환원 전해질 내의 요오드 이온의 산화(I3 -/I-)에 의해 제공되는 전자(e- )에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지 작동 과정이 완성된다. 광전류는 반도체 전극으로 주입된 전 자의 확산에 의한 결과로써 얻어지며, 광전압은 반도체 산화물의 페르미 에너지(EF)와 전해질의 산화-환원 전위의 차이에 의해 결정된다.
본 발명은 상술한 구조와 제조 방법을 통해 제조된 염료감응 태양전지의 전기 광학적 특성을 측정할 수 있는 태양전지의 전기 광학적 특성 측정 시스템과 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지의 전기 광학 특성 측정 시스템의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전기 광학 특성 측정 시스템은 태양전지(100)와, 태양전지(100)에 단파장의 빛을 인가하는 제 1 광원(110)과, 태양전지(100)를 통해 방출된 단파장 빛을 검출하는 검출수단(140)과, 태양전지(100)에 소정의 빛을 인가하는 제 2 광원(150)을 포함한다. 또한, 제 1 광원(110)과 태양전지(100) 사이에 위치한 편광기(120)와, 태양전지(100)와 검출수단(140) 사이에 위치한 검광자(130)를 더 포함한다. 또한, 태양전지(100)에서 생성된 전압을 측정하는 전압계(160)를 더 포함한다.
상기의 태양전지(100)로는 현재 개발된 다양한 형태의 태양전지를 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 액정을 포함한 염료감응 태양전지(100)를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 제 1 광원(110)으로는 632nm의 헬륨-네온 레이저를 사용하여 헬륨-네온 레이저 빛을 태양전지에 주사하고, 태양전지(100)의 전기 광학 특성을 측정할 수 있다. 또한, 제 2 광원(150)으로는 제논 램프를 사용하여 태양전 지(100)의 광기전력을 측정할 수 있다. 그리고, 이러한 제 1 광원(110)과 제 2 광원(150)을 동시에 인가하여 태양전지(100)가 구동할 때의 광기전력 및 전기 광학 특성을 측정할 수 있게 된다.
액정 디바이스의 전기 광학 측정은 외부전압에 따라 투과율이 변하는 액정성질을 측정하게 되는데 상기에서 제 2 광원(150)의 역할이 곧, 외부전압을 인가하는 역할을 하게된다. 즉, 태양전지는 제 1 광원(110)의 단파장에서 태양전지의 광 전압이 높지 않으므로 광 전압을 높일 수 있는 즉, 외부 전압을 걸어주는 역할을 하게 되는 제 2 광원(150; Xelamp)를 인가하여 투과율의 변화를 보게 된다.
상기에서 제 1 광원(110), 편광기(120), 태양전지(100), 검광자(130) 및 검출수단(140)은 소정의 수평선상에 순차적으로 배치되어 있는 것이 효과적이다. 태양전지(100)는 빛의 편광 상태에 따라 수평선상에 대하여 0 내지 180도의 기울기를 갖도록 조절이 가능하다. 본 실시예에서는 30 내지 60도의 기울기를 갖도록 하는 것이 바람직하고, 45도의 기울기로 태양전지(100)를 위치하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 소정의 기울기를 두는 것은 빛의 편광 상태뿐만 아니라 제 2 광원(150)의 빛을 직접 입력받기 용이하기 때문이다.
본 발명은 이에 한정되지 않고, 광기전력 및 전기광학 특성을 측정하기 용이한 다양한 요소들이 더 추가 될 수 있다. 예를 들어 태양전지(100)를 고정하기 위한 별도의 시편지지대(미도시)를 더 포함할 수가 있다.
상술한 시스템을 이용한 광기전력과 전기 광학 특성을 측정하는 방법에 관해 설명하면 다음과 같다.
먼저 시편지지대에 태양 전지(100)를 장착한 후, 태양 전지(100)의 전극에 연결된 배선을 전압계(160)에 연결한다. 편광기(120)와 검광자(130)를 이용하여 각을 맞춘다. 이때, 예를 들어, 편광기(120)와 검광자(130)는 각각 +45도 및 -45도로 셋팅된다. 이후 헬륨-네온 레이저를 통과 시켜 검출된 전기 광학 특성과 광 전압을 확인한 후, 헬륨-네온 레이저가 켜져 있는 상태에서 제논 램프의 빛을 셀에 통과시켜 다시 검출된 광 전압과 전기 광학 특성을 확인한다. 즉, 셀에 광선을 통과시킴으로써 광전압과 전기 광학 특성을 동시에 측정할 수 있다.
액정 디바이스의 전기 광학 측정은 외부전압에 따라 투과율이 변하는 액정 성질을 측정함을 의미한다. 이때, 단파장을 갖는 제 1 광원(110)에서는 태양전지(100)의 광전압이 높지 않아 액정의 성질을 효과적으로 측정할 수 없었다. 이에 외부 전압으로 제 2 광원(150)을 인가한다. 즉, 전파장을 갖는 제 2 광원(150)을 조사하여 액정의 투과율의 변화를 효과적으로 측정할 수 있다. 제조된 염료 감응 태양전지는 단파장보다 전파장에서 흡수가 크므로 전파장에서 광 전압이 높다.
전기 광학 성질은 상술한 구성의 투광 타원편광법(Transmission Ellipsometry)을 이용하여 결정할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 디바이스에 전장을 가해 액정을 폴링 시키면 액정의 배향된 정도에 의해 검광자(Analyzer)를 투과하는 빛의 세기가 변화 한다. 이때, 투과된 빛의 세기는 하기의 수식으로 구할 수 있다.
T = sin2(δ/2)
이하, 상술한 시스템과 측정 방법을 통해 소정의 태양전지를 측정한 다양한 실시예들에 관해 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 태양전지의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 염료감응 태양 전지 내의 전해질 층에 액정만 존재할 경우의 전기장에 따른 전기 광학 측정 결과를 나타낸 것이다. 이는 액정이 포함된 염료감응 태양 전지 셀에 전기장을 걸어주었을 때의 투과도를 본 것으로, 태양 전지 셀 내에 존재하는 액정이 전기장에 의하여 구동되는지를 확인하는 예시이다.
본 실시예의 측정 방법으로는 헬륨-네온 레이저를 편광기와 검광자 사이에 있는 태양전지에 투과시켜 전기장에 따른 투과도를 검출한다.
이상에서의 상세한 설명과 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전해질의 유무에 따라 광기전력과 전기 광학 특성을 비교할 수 있었고, 액정이 포함된 염료감응 태양 전지에 광선을 통과시키면 태양 전지의 광기전력 효과에 의해 액정이 바로 구동될 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자인 태양 전지를 응용함으로써 새로운 액정 광학 재료를 제조할 수 있다. 앞서 설명하였던 액정과 염료감응 태양 전지를 함께 이용함으로써 태양 전지의 광기전력효과에 의해 액정을 구동시키는 즉, 다시 말하자면 염료감응 태양 전지에 액정을 포함시켜 셀을 제조한 뒤 셀에 광선을 통과시켜 외부 전기장 없이 태양 전지 내에 존재하는 액정을 구동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 액정을 포함한 염료감응 태양전지를 제조하고 그에 따른 광 전압과 전기 광학 특성을 측정함으로써 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 소자인 태양 전지를 응용하여 새로운 액정 광학 소자를 제조할 수 있다.
또한, 염료감응 태양 전지에 액정을 포함시켜 셀을 제조한 뒤 셀에 광선을 통과시키면 태양 전지의 광기전력효과에 의해 액정을 구동시킬 수 있다.
또한, 새로운 전기 광학 소자로 앞으로 광학, 전자 재료로서의 응용 범위를 넓힐 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 광원을 이용한 측정 시스템을 사용하여 태양전지의 광기전력과 전기 광학 특성을 측정할 수 있다.

Claims (13)

  1. 투명전극;
    상기 투명전극 하부에 형성된 반도체 산화물층;
    상기 반도체 산화물층 하부에 형성된 염료층;
    상기 염료층 하부에 형성된 액정을 포함하는 이방성 물질층;
    상기 이방성 물질층 하부에 형성된 대향전극; 및
    상기 투명전극과 상기 대향 전극 사이를 봉지하는 몰딩부를 포함하는 염료감응 태양 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이방성 물질층에 전해질이 더 포함된 염료감응 태양 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질로 레독스 커플 아이오다이드-트리아이오다이드(I-/I3 -)를 포함하는 물질을 사용하는 염료감응 태양 전지.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 산화물층으로 SiO2 및 TiO2를 사용하는 염료감응 태양 전지.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명전극 및 상기 대향전극으로 각각 ITO 박막 또는 FTO 박막을 사용하는 염료감응 태양전지.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이방성 물질층의 두께가 2 내지 5㎛인 염료감응 태양 전지.
  7. 반도체 산화물층과 염료층이 형성된 투명전극과 대향전극을 마련하는 단계;
    상기 대향 전극 상부에 액정을 포함하는 이방성 물질 용액을 떨어뜨리는 단계;
    상기 대향 전극에 상기 반도체 산화물층과 상기 염료층이 형성된 상기 투명전극을 밀착하는 단계; 및
    밀착된 상기 대향 전극과 상기 투명 전극 사이를 밀봉하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 염료감응 태양 전지의 제조 방법.
  8. 태양전지에 제 1 광을 인가하는 제 1 광원부;
    상기 태양전지에 제 2 광을 인가하는 제 2 광원부; 및
    상기 태양전지를 통해 전송된 빛을 검출하는 검출수단을 포함하는 제1항에 따른 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 광원부로 레이저를 사용하고, 상기 제 2 광원부로 제논램프를 사용하는 염료감응 태양 전지의 전기 광학 측정 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 광원부과 상기 태양전지 사이에 위치한 편광기;
    상기 태양전지와 상기 검출수단 사이에 위치한 검광자를 더 포함하는 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 태양전지에서 생성된 전압을 측정하는 전압계를 더 포함하는 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 광원부, 상기 편광기, 상기 검광자 및 상기 검출수단은 소정의 수평선상에 순차적으로 배치된 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항의 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 시스템을 이용한 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 방법에 있어서,
    태양전지에 제 1 광을 조사하는 단계;
    상기 태양전지에 투과된 상기 제 1 광을 검출하는 단계;
    상기 태양전지에 제 2 광을 조사하는 단계; 및
    상기 태양전지의 광기전력 및 전기 광학 특성을 측정하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 전기 광학 측정 방법.
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