KR101066511B1 - 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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조임현
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Abstract

본 발명은 염료 감응 태양 전지에 관한 것으로, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층이 산화물 반도체 전극 또는 대향 전극 상에 형성되는 염료 감응 태양 전지를 제공함으로써, 염료 감응 태양 전지의 크기가 작아짐에 따라 산화물 반도체 전극과 대향 전극 사이에 발생 가능한 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.

Description

염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND ITS FABRICATION METHOD}
본 발명은 염료 감응 태양 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염료 감응 태양 전지를 구성하는 전극에 단락 방지층을 구비하는 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자인 태양 전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경 친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다.
초기에는 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양 전지가 많이 사용되었다. 그러나 실리콘 태양 전지는 제조 시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이기 때문에, 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.
이러한 실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기 재료를 사용한 태양 전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 저렴한 염료 감응형 태양 전지(dye-sensitized solar cell)가 많은 주목을 받고 있다.
그리고, 염료 감응형 태양 전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 발표된 태양 전지가 대표적인데, 염료 입자가 흡착된 금속산화물 나노 입자로 이루어진 반도체 전극(음극), 대향 전극(예를 들면, 백금 양극), 음극에 코팅된 염료, 두 전극 사이의 공간에 채워진 유기 용매를 이용한 산화 환원용 전해질을 포함하여 구성되는 광전기 화학적 태양 전지이다.
일반적으로 염료 감응 태양 전지에서는 염료 입자가 흡착될 수 있는 부착 부위(anchoring site)가 많은 나노 결정 재료들이 사용하고, 이러한 염료 감응 태양 전지는 나노 입자 산화물 반도체 전극에 흡착된 염료가 태양광의 가시광선과 자외선 영역(예를 들면, 400 - 900nm) 파장의 빛을 흡수하여 전자를 발생한다. 현재 전도성 기판으로는 불소가 도핑된 SnO2 코팅 유리를 사용하는데, 이는 높은 온도에서의 열처리가 필수적인 염료 감응 태양 전지에서 전도성을 유지하기 위해서이다.
한편, 염료 감응 태양 전지가 얇아짐에 따라 반도체 전극과 대향 전극의 간격도 줄어들어 두 전극이 붙어 버리는 단락이 발생할 수 있는데, 그 사이 공간에 충진되는 전해질층만이 이러한 단락을 방지할 수 있지만, 전도성이 큰 금속 기판 등과 같은 유연성을 갖는 염료 감응 태양 전지의 경우 단락 발생 가능성이 매우 큰 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명은 대향 전극 상에 단락 방지층을 형성함으로써, 염료 감응 태양 전지의 단락 발생을 미연에 방지할 수 있는 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 반도체 전극 상에 단락 방지층을 형성함으로써, 염료 감응 태양 전지의 단락 발생을 미연에 방지할 수 있는 염료 감응 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예의 일 양태에 따르면, 투명 전도성 기판과, 상기 투명 전도성 기판 상에 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 산화물 반도체 전극과, 상기 산화물 반도체 전극에 대응되며, 투명 전도성막 및 백금층을 포함하는 대향 전극과, 상기 대향 전극 상에 형성된 단락 방지층과, 격벽을 통해 부착된 상기 산화물 반도체 전극과, 상기 단락 방지층이 형성된 상기 대향 전극의 사이 공간에 충진되는 산화 환원 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예의 다른 양태에 따르면, 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속 산화물층에 염료를 코팅시켜 염료 흡착 금속 산화물층을 형성하는 방식으로 산화물 반도체 전극을 제조하는 단계와, 상기 제조된 산화물 반도체 전극에 대응되는 대향 전극을 제조하는 단계와, 상기 제조된 대향 전극 상에 단락 방지층을 형성하는 단계와, 상기 산화물 반도체 전극과, 상기 단락 방지층을 포함하는 상기 대향 전극을 정렬시킨 후에 격벽을 통해 부착시키는 단계와, 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 산화 환원 전해질을 충진하는 단계를 포함하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시 예의 일 양태에 따르면, 투명 전도성 기판과, 상기 투명 전도성 기판 상에 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 산화물 반도체 전극과, 상기 염료 흡착 금속 산화물층의 상부에 형성된 단락 방지층과, 상기 산화물 반도체 전극에 대응되며, 투명 전도성막 및 백금층을 포함하는 대향 전극과, 격벽을 통해 부착된 상기 단락 방지층을 포함하는 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 충진되는 산화 환원 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지가 제공된다.
본 발명의 다른 실시 예의 다른 양태에 따르면, 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속 산화물층에 염료를 코팅시켜 염료 흡착 금속 산화물층을 형성하는 방식으로 산화물 반도체 전극을 제조하는 단계와, 상기 제조된 산화물 반도체 전극의 상기 염료 흡착 금속 산화물층 상부에 단락 방지층을 형성하는 단계와, 상기 제조된 산화물 반도체 전극에 대응되는 대향 전극을 제조하는 단계와, 상기 단락 방지층을 포함하는 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극을 정렬시킨 후에 격벽을 통해 부착시키는 단계와, 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 산화 환원 전해질을 충진하는 단계를 포함하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층이 대향 전극 상에 형성되는 염료 감응 태양 전지를 제공함으로써, 염료 감응 태양 전지의 크기가 작아짐에 따라 산화물 반도체 전극과 대향 전극 사이에 발생 가능한 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층이 반도체 전극 상에 형성되는 염료 감응 태양 전지를 제공함으로써, 염료 감응 태양 전지의 크기가 작아짐에 따라 산화물 반도체 전극과 대향 전극 사이에 발생 가능한 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 대향 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 예시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 대향 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 도시한 플로우차트,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 반도체 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 반도체 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 도시한 플로우차트.
본 발명은, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층이 산화물 반도체 전극 또는 대향 전극 상에 형성되는 염료 감응 태양 전지를 제공함으로써, 염료 감응 태양 전지의 크기가 작아짐에 따라 산화물 반도체 전극과 대향 전극 사이에 발생 가능한 단락 발생을 미연에 방지한다는 것이며, 이러한 기술적 수단을 통해 종래 기술에서의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 대향 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 염료 감응 태양 전지는 투명 전도성 기판(102), 염료 흡착 금속 산화물층(104), 대향 전극(106), 단락 방지층(108), 격벽(110), 산화 환원 전해질(112) 등을 포함하는 구조를 갖는데, 투명 전도성 기판(102)은 예를 들면, ITO(indium-tin oxide, 이하 'ITO'라 함), FTO(fluorine-tin oxide, 이하 'FTO'라 함), ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 투명 전도성 기판(102)은 예를 들면, 스퍼터링(sputtering), 일렉트로우리스 증착(electroless deposition), 진공 증착, CVD(chemical vapor deposition, 이하 'CVD'라 함), 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있다.
그리고, 투명 전도성 기판(102)과 그 상부에 형성되는 염료 흡착 금속 산화물층(104)이 산화물 반도체 전극(음극)으로 형성되고, 산화물 반도체 전극(음극)에 대응하여 백금(Pt)이 코팅된 대향 전극(106, 백금 양극)이 형성된다.
이러한 구성을 갖는 염료 감응 태양 전지의 염료 흡착 금속 산화물층(104)은 금속 산화물층에 염료를 흡착시켜 형성한다. 여기에서, 금속 산화물층은 투명 전도성 기판(102)에 예를 들면, 테르피네올(terpineol) 등의 페이스트를 도포한 후 고온 소성시켜 예를 들면, TiO2 등으로 형성될 수 있으며, 특히 TiO2 나노 입자 10-30nm로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 금속 산화물층은 다층 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어 20nm 이상의 TiO2를 포함하는 층을 도포하고, 그 상부에 20nm 내외의 입자 페이스트를 도포한 후에, 이를 각각 별도로 고온 소성시키거나 동시에 고온 소성시켜 다층 구조의 금속 산화물층을 형성할 수 있으며, 이러한 금속 산화물층에 염료를 코팅하여 염료흡착 금속 산화물층(104)을 형성할 수 있다.
다음에, 산화물 반도체 전극(음극)에 대향하는 대향 전극(106)은 예를 들면, 투명 전도성막과, 백금층 등을 포함할 수 있는데, 투명 전도성막은 예를 들면, 전도성 플라스틱 기판, 금속 기판, 전도성 유리 기판 등을 이용하여 제조할 수 있다.
한편, 대향 전극(106) 상에는 단락 방지층(108)이 형성될 수 있는데, 단락 방지층(108)은 대략 20-500 nm 크기를 갖는 예를 들면, 실리카, 알루미나, 타이타니아 등의 나노입자를 대향 전극(106) 상에 대략 1-20 마이크론 두께 범위로 스핀 코팅 또는 스크린 프린팅 후 열처리하는 등의 방식으로 형성될 수 있다.
이러한 산화물 반도체 전극(음극)과 대향 전극(106, 백금 양극)은 격벽(110)을 통해 부착되며, 그 사이 공간에는 산화 환원 전해질(112)이 충진됨으로써, 염료 감응 태양 전지가 제조된다. 여기에서, 격벽(110)은 예를 들면, 설린(surlyn), 고분자 자체 등을 이용하여 제조되고, 산화물 반도체 전극과 대향 전극(106)을 일정 거리 이격시켜 배치한 후, 설린, 고분자 자체 등에 열을 가해 부착시킬 수 있다.
따라서, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층이 대향 전극 상에 형성되는 염료 감응 태양 전지를 제공함으로써, 염료 감응 태양 전지의 크기가 작아짐에 따라 산화물 반도체 전극과 대향 전극 사이에 발생 가능한 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 대향 전극 상에 단락 방지층을 형성하는 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 대향 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, 투명 전도성 기판(102) 상에 예를 들면, 테르피네올 등과 같은 페이스트를 도포한다(단계202). 여기에서, 투명 전도성 기판(102)은 예를 들면, ITO, FTO, ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 투명 전도성 기판(102)은 예를 들면, 스퍼터링, 일렉트로우리스 증착, 진공 증착, CVD, 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있다.
그리고, 페이스트가 도포된 투명 전도성 기판(102)을 고온 소성시켜 페이스트에 포함된 유기물을 모두 태워서 금속 산화물층을 형성한다(단계204). 여기에서, 금속 산화물층은 예를 들면, TiO2 등으로 형성될 수 있으며, 특히 TiO2 나노 입자 10-30nm로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 금속 산화물층은 다층 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어 20nm 이상의 TiO2를 포함하는 층을 도포하고, 그 상부에 20nm 내외의 나노 입자 페이스트를 도포한 후에, 이를 각각 별도로 고온 소성시키거나 동시에 고온 소성시켜 다층 구조의 금속 산화물층을 형성할 수 있다.
다음에, 투명 전도성 기판(102) 상에 형성된 금속 산화물층에 염료를 코팅시켜 염료 흡착 금속 산화물층(104)을 형성함으로써, 염료 감응 태양 전지의 산화물 반도체 전극을 형성한다(단계206).
또한, 투명 전도성막과 백금층을 포함하는 대향 전극(106)을 제조하고(단계208), 대향 전극(106) 상에 예를 들면, 실리카, 알루미나, 타이타니아 등의 나노입자를 스핀 코팅 등의 방식으로 단락 방지층(108)을 형성한다(단계210). 여기에서, 투명 전도성막은 예를 들면, 전도성 플라스틱 기판, 금속 기판, 전도성 유리 기판 등을 이용하여 형성할 수 있다.
예를 들면, 금속 기판, 전도성 유리 기판 등에 5 mM H2PtCl6 이소프로판올 용액을 뿌린 후 건조하고, 실리카 나노입자 용액을 대략 1000 rpm 정도로 스핀 코팅하며, 이러한 결과물을 건조한 후 대략 400 ℃에서 소성시켜 단락 방지층(108)이 형성된 대향 전극(106)을 제조할 수 있다.
한편, 염료 흡착 금속 산화물층(104)을 포함하는 산화물 반도체 전극과 단락 방지층(108)을 구비하는 대향 전극(106)을 부착시키기 위한 격벽(110)을 예를 들면, 설린, 고분자 자체 등을 이용하여 제조한다(단계212).
이어서, 단계 206의 결과물과 단락 방지층(108)을 포함하는 대향 전극(106)을 정렬시킨 후에, 격벽(110)을 통해 부착시킨다(단계214). 여기에서, 산화물 반도체 전극과 대향 전극(106)은 일정 거리 이격 배치된 후, 설린, 고분자 자체 등에 열을 가해 격벽(110)을 형성하는 방식으로 부착시킬 수 있다.
이어서, 격벽(110)을 통해 부착된 그 사이 공간에 산화 환원 전해질(112)을 충진하여 염료 감응 태양 전지를 제조한다(단계216).
한편, 상술한 본 발명의 일 실시 예에서는 단계202 내지 단계206을 통해 산화물 반도체 전극을 제조한 후에, 대향 전극(106) 및 단락 방지층(108)을 제조하고, 격벽(110)을 제조하는 것으로 하여 설명하였으나, 산화물 반도체 전극, 대향 전극(106)과 단락 방지층(108), 격벽(110)은 그 제조 순서에 관계없이 각각 제조되는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층을 대향 전극 상에 형성함으로써, 염료 감응 태양 전지의 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 단락 방지층을 반도체 전극 상에 형성하는 다른 실시 예에 따른 염료 감응 태양 전지에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 반도체 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 염료 감응 태양 전지는 투명 전도성 기판(302), 염료 흡착 금속 산화물층(304), 단락 방지층(306), 대향 전극(308), 격벽(310), 산화 환원 전해질(312) 등을 포함하는 구조를 갖는데, 투명 전도성 기판(302)은 예를 들면, ITO, FTO, ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 투명 전도성 기판(302)은 예를 들면, 스퍼터링, 일렉트로우리스 증착, 진공 증착, CVD, 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있다.
그리고, 투명 전도성 기판(302)과 그 상부에 형성되는 염료 흡착 금속 산화물층(304)이 산화물 반도체 전극(음극)으로 형성되고, 산화물 반도체 전극(음극)에 대응하여 백금(Pt)이 코팅된 대향 전극(306, 백금 양극)이 형성된다.
이러한 구성을 갖는 염료 감응 태양 전지의 염료 흡착 금속 산화물층(304)은 금속 산화물층에 염료를 흡착시켜 형성한다. 여기에서, 금속 산화물층은 투명 전도성 기판(302)에 예를 들면, 테르피네올 등의 페이스트를 도포한 후 고온 소성시켜 예를 들면, TiO2 등으로 형성될 수 있으며, 특히 TiO2 나노 입자 10-30nm로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 금속 산화물층은 다층 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어 20nm 이상의 TiO2를 포함하는 층을 도포하고, 그 상부에 20nm 내외의 입자 페이스트를 도포한 후에, 이를 각각 별도로 고온 소성시키거나 동시에 고온 소성시켜 다층 구조의 금속 산화물층을 형성할 수 있으며, 이러한 금속 산화물층에 염료를 코팅하여 염료흡착 금속 산화물층(304)을 형성할 수 있다.
또한, 염료 흡착 금속 산화물층(304) 상에 예를 들면, 실리카, 알루미나, 타이타니아 등의 나노입자를 염료 흡착 금속 산화물층(304) 상에 20 - 500 ㎚ 두께 범위로 스핀 코팅하는 등의 방식으로 단락 방지층(306)을 형성한다.
다음에, 산화물 반도체 전극(음극)에 대향하는 대향 전극(308)은 예를 들면, 투명 전도성막과, 백금층 등을 포함할 수 있는데, 투명 전도성막은 예를 들면, 전도성 플라스틱 기판, 금속 기판, 전도성 유리 기판 등을 이용하여 제조할 수 있다.
이러한 산화물 반도체 전극(음극)과 대향 전극(308, 백금 양극)은 격벽(310)을 통해 부착되며, 그 사이 공간에는 산화 환원 전해질(312)이 충진됨으로써, 염료 감응 태양 전지가 제조된다. 여기에서, 격벽(310)은 예를 들면, 설린, 고분자 자체 등을 이용하여 제조되고, 산화물 반도체 전극과 대향 전극(308)을 일정 거리 이격시켜 배치한 후, 설린, 고분자 자체 등에 열을 가해 부착시킬 수 있다.
따라서, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층이 산화물 반도체 전극의 염료 흡착 금속 산화물층 상부에 형성되는 염료 감응 태양 전지를 제공함으로써, 염료 감응 태양 전지의 크기가 작아짐에 따라 산화물 반도체 전극과 대향 전극 사이에 발생 가능한 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 반도체 전극 상에 단락 방지층을 형성하는 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 반도체 전극 상에 단락 방지층이 형성된 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 4를 참조하면, 투명 전도성 기판(102) 상에 예를 들면, 테르피네올 등과 같은 페이스트를 도포한다(단계402). 여기에서, 투명 전도성 기판(302)은 예를 들면, ITO, FTO, ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 투명 전도성 기판(302)은 예를 들면, 스퍼터링, 일렉트로우리스 증착, 진공 증착, CVD, 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있다.
그리고, 페이스트가 도포된 투명 전도성 기판(302)을 고온 소성시켜 페이스트에 포함된 유기물을 모두 태워서 금속 산화물층을 형성한다(단계404). 여기에서, 금속 산화물층은 예를 들면, TiO2 등으로 형성될 수 있으며, 특히 TiO2 나노 입자 10-30nm로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 금속 산화물층은 다층 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어 20nm 이상의 TiO2를 포함하는 층을 도포하고, 그 상부에 20nm 내외의 나노 입자 페이스트를 도포한 후에, 이를 각각 별도로 고온 소성시키거나 동시에 고온 소성시켜 다층 구조의 금속 산화물층을 형성할 수 있다.
다음에, 투명 전도성 기판(302) 상에 형성된 금속 산화물층에 염료를 코팅시켜 염료 흡착 금속 산화물층(304)을 형성함으로써, 염료 감응 태양 전지의 산화물 반도체 전극을 형성한다(단계406).
또한, 염료 흡착 금속 산화물층(304) 상에 예를 들면, 실리카, 알루미나, 타이타니아 등의 나노입자를 염료 흡착 금속 산화물층(304) 상에 스핀 코팅하는 등의 방식으로 단락 방지층(306)을 형성한다(단계408).
예를 들면, 금속 기판, 전도성 유리 기판 등에 TiO2 페이스트를 이용하여 TiO2 나노입자층을 10 - 40 ㎛ 두께 범위로 형성하고, 20 - 500 ㎚ 두께 범위로 알루미나, 실리카 등의 비전도성 나노입자를 코팅한 후에 소성시켜 염료 흡착 금속 산화물층(304) 및 단락 방지층(306)을 포함하는 산화물 반도체 전극을 제조할 수 있다.
한편, 투명 전도성막과 백금층을 포함하는 대향 전극(308)을 제조하고(단계410), 염료 흡착 금속 산화물층(304) 및 단락 방지층(306)을 포함하는 산화물 반도체 전극과 대향 전극(308)을 부착시키기 위한 격벽(310)을 예를 들면, 설린, 고분자 자체 등을 이용하여 제조한다(단계412).
이어서, 단계 408의 결과물과 대향 전극(308)을 정렬시킨 후에, 격벽(310)을 통해 부착시킨다(단계414). 여기에서, 산화물 반도체 전극과 대향 전극(308)은 일정 거리 이격 배치된 후, 설린, 고분자 자체 등에 열을 가해 격벽(310)을 형성하는 방식으로 부착시킬 수 있다.
이어서, 격벽(310)을 통해 부착된 그 사이 공간에 산화 환원 전해질(312)을 충진하여 염료 감응 태양 전지를 제조한다(단계416).
한편, 상술한 본 발명의 다른 실시 예에서는 단계402 내지 단계406을 통해 산화물 반도체 전극을 제조하고, 그 상부에 단락 방지층(306)을 형성한 후에, 대향 전극(308)을 제조하고, 격벽(310)을 제조하는 것으로 하여 설명하였으나, 산화물 반도체 전극과 단락 방지층(306), 대향 전극(308), 격벽(310)은 그 제조 순서에 관계없이 각각 제조되는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 산화물 반도체 전극과 대향 전극의 단락을 방지하기 위한 단락 방지층을 산화물 반도체 전극의 염료 흡착 금속 산화물층 상부에 형성함으로써, 염료 감응 태양 전지의 단락 발생을 미연에 방지할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
102, 302 : 투명 전도성 기판 104, 304 : 염료 흡착 금속 산화물층
106, 308 : 대향 전극 108, 306 : 단락 방지층
110, 310 : 격벽 112, 312 : 산화 환원 전해질

Claims (16)

  1. 투명 전도성 기판과,
    상기 투명 전도성 기판 상에 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 산화물 반도체 전극과,
    상기 산화물 반도체 전극에 대응되며, 투명 전도성막 및 백금층을 포함하는 대향 전극과,
    상기 대향 전극 상에 형성된 단락 방지층과,
    격벽을 통해 부착된 상기 산화물 반도체 전극과, 상기 단락 방지층이 형성된 상기 대향 전극의 사이 공간에 충진되는 산화 환원 전해질을 포함하는
    염료 감응 태양 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 실리카, 알루미나, 타이타니아 중 어느 하나의 나노입자를 이용하여 형성되는
    염료 감응 태양 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 스핀 코팅 방식 또는 스크린 프린팅 방식으로 형성되는
    염료 감응 태양 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 1 - 20 마이크론 두께 범위로 형성되는
    염료 감응 태양 전지.
  5. 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속 산화물층에 염료를 코팅시켜 염료 흡착 금속 산화물층을 형성하는 방식으로 산화물 반도체 전극을 제조하는 단계와,
    상기 제조된 산화물 반도체 전극에 대응되는 대향 전극을 제조하는 단계와,
    상기 제조된 대향 전극 상에 단락 방지층을 형성하는 단계와,
    상기 산화물 반도체 전극과, 상기 단락 방지층을 포함하는 상기 대향 전극을 정렬시킨 후에 격벽을 통해 부착시키는 단계와,
    상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 산화 환원 전해질을 충진하는 단계를 포함하는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 실리카, 알루미나, 타이타니아 중 어느 하나의 나노입자를 이용하여 형성되는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 스핀 코팅 방식 또는 스크린 프린팅 방식으로 형성되는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 1 - 20 마이크론 두께 범위로 형성되는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
  9. 투명 전도성 기판과,
    상기 투명 전도성 기판 상에 염료가 코팅된 염료 흡착 금속 산화물층을 포함하는 산화물 반도체 전극과,
    상기 염료 흡착 금속 산화물층의 상부에 형성된 단락 방지층과,
    상기 산화물 반도체 전극에 대응되며, 투명 전도성막 및 백금층을 포함하는 대향 전극과,
    격벽을 통해 부착된 상기 단락 방지층을 포함하는 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 충진되는 산화 환원 전해질을 포함하는
    염료 감응 태양 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 실리카, 알루미나, 타이타니아 중 어느 하나의 나노입자를 이용하여 형성되는
    염료 감응 태양 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 스핀 코팅 방식 또는 스크린 프린팅 방식으로 형성되는
    염료 감응 태양 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 1 - 20 마이크론 두께 범위로 형성되는
    염료 감응 태양 전지.
  13. 투명 전도성 기판 상에 형성된 금속 산화물층에 염료를 코팅시켜 염료 흡착 금속 산화물층을 형성하는 방식으로 산화물 반도체 전극을 제조하는 단계와,
    상기 제조된 산화물 반도체 전극의 상기 염료 흡착 금속 산화물층 상부에 단락 방지층을 형성하는 단계와,
    상기 제조된 산화물 반도체 전극에 대응되는 대향 전극을 제조하는 단계와,
    상기 단락 방지층을 포함하는 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극을 정렬시킨 후에 격벽을 통해 부착시키는 단계와,
    상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 산화 환원 전해질을 충진하는 단계를 포함하는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 실리카, 알루미나, 타이타니아 중 어느 하나의 나노입자를 이용하여 형성되는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 스핀 코팅 방식 또는 스크린 프린팅 방식으로 형성되는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 단락 방지층은, 1 - 20 마이크론 두께 범위로 형성되는
    염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050115406A (ko) * 2004-06-03 2005-12-07 삼성에스디아이 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
KR20090086032A (ko) * 2008-02-05 2009-08-10 (주)솔라시스 염료 감응 태양전지용 염료 및 이를 함유하는 태양전지

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