KR101074577B1 - Organic-inorganic hybrid solar cell and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극 상에 형성되고 금속탄산염이 흡착된 반도체층을 포함하는 하판, 제2 기판, 상기 제2 기판 상에 형성된 제2 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 반도체층에 대향하는 대향전극을 포함하는 상판, 상기 하판과 상판을 밀봉하기 위한 밀봉부재 및 상기 밀봉부재에 의하여 밀봉된 하판과 상판 사이에 주입된 전해질층을 포함하는 태양전지를 개시한다. 또한, 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극 상에 형성된 반도체층을 포함하는 하판을 형성하는 단계 및 상기 하판을 금속탄산염을 포함하는 용액에 침적시켜 상기 반도체층에 상기 금속탄산염을 흡착시키는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법을 개시한다.A lower plate comprising a first substrate, a first electrode formed on the first substrate, and a semiconductor layer formed on the first electrode and adsorbed with metal carbonate, a second substrate, a second electrode formed on the second substrate, and An upper plate formed on the second electrode and including a counter electrode facing the semiconductor layer, a sealing member for sealing the lower plate and the upper plate, and an electrolyte layer injected between the lower plate and the upper plate sealed by the sealing member. Disclosed is a solar cell. The method may further include forming a lower plate including a first substrate, a first electrode formed on the first substrate, and a semiconductor layer formed on the first electrode, and depositing the lower plate in a solution containing metal carbonate. Disclosed is a method of manufacturing a solar cell comprising the step of adsorbing the metal carbonate.
Description
태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것으로, 광전변환 효율을 향상된 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell, and to a method for manufacturing a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.
석유, 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료고갈의 위기감, 교토의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 개도국들(BRICs)의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등 기존 에너지와 차원이 다른 청정 무제한의 에너지가 요구되고 있으며, 국가적인 차원에서 신생, 재생 에너지의 기술개발이 진행되고 있다. 신생, 재생 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 사용이 시작되었다. 최근에는 항공, 기상, 통신분야에 까지 사용되고 있으며, 태양광 자동차, 태양광 에어컨 등도 주목을 받고 있다. 이 러한 태양전지는 주로 실리콘을 이용하고 있으나, 이들은 반도체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 또한 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않는 유-무기 하이브리드 태양전지(Organic-Inorganic Hybrid Solar Cell)가 본격적으로 연구되기 시작하였고, 프린팅 방식에 의해 저가공정이 가능하며, 모양에 구애 받지 않는 유연 태양전지 제조가 가능하여 현재 많은 주목을 받고 있다.There is a need for clean, unlimited energy that differs from the existing ones, such as the risk of depletion of fossil fuels such as oil, coal and natural gas, the entry into force of the Kyoto Protocol's climate change agreement, and the explosive energy demands of emerging economies (BRICs). At the national level, new and renewable energy technologies are under development. Among the new and renewable energy sources, solar cells (Solar Cells or Photovoltaic Cells) are the core elements of photovoltaic power generation that convert sunlight directly into electricity, and are widely used for power supply from space to home. In the early days when solar cells were first made, they were mainly used for space use, but after two oil surges in the 1970s, they were attracting attention for their potential as ground power sources. It started to use for dragon. Recently, it is used in aviation, meteorology, and communication fields, and solar cars and solar air conditioners are also attracting attention. These solar cells mainly use silicon, but because they are manufactured by a semiconductor device manufacturing process, the manufacturing cost is high, and there is a difficulty in supplying silicon raw materials. Under these circumstances, organic-inorganic hybrid solar cells, which do not use any silicon materials, have begun to be studied in earnest, and low cost process is possible by printing method, and flexible solar cells regardless of shape It is possible to manufacture and is currently receiving a lot of attention.
유무기 하이브리드 태양전지는 실리콘 태양 전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-정공 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 유-무기 하이브리드 태양전지 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. Unlike silicon solar cells, organic-inorganic hybrid solar cells are composed of photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs, and transition metal oxides for transferring generated electrons. Is a photoelectrochemical solar cell. A representative example of the organic-inorganic hybrid solar cells known so far was published by Gratzel, Switzerland, in 1991. The solar cell by Gratzel et al. Is composed of a transparent electrode, a semiconductor layer made of nano-sized titanium dioxide coated with dye molecules, a counter electrode (platinum electrode) and an electrolyte filled therebetween. The battery has been attracting attention because it has a lower manufacturing cost per power than a conventional silicon battery, and thus can replace the existing solar cell.
유무기 하이브리드 태양전지의 상용화를 위해서는 광전변환 효율의 향상이 선행되어야 하고, 이를 향상시키기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 반도체층을 구성하는 반도체화합물 표면에 금속수화물 또는 금속산화물 계열의 물질을 코팅함으로써 광전변환 효율을 개선하는 방법이 있는데(대한민국특허 제10-0643054호), 금속산화물 미립자를 반도체화합물 표면에 코팅하는 공정은 별도의 장비 및 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.In order to commercialize organic-inorganic hybrid solar cells, improvement of photoelectric conversion efficiency must be preceded, and various methods for improving the same have been attempted. There is a method of improving the photoelectric conversion efficiency by coating a metal hydrate or metal oxide-based material on the surface of the semiconductor compound constituting the semiconductor layer (Korean Patent No. 10-0643054), the process of coating the metal oxide particles on the surface of the semiconductor compound Has the problem of requiring extra equipment and time.
광전변환 효율이 높은 태양전지 및 이의 제조방법이 제공된다.Provided are a solar cell having high photoelectric conversion efficiency and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 측면에 따른 태양전지는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극 상에 형성되고 금속탄산염이 흡착된 반도체층을 포함하는 하판, 제2 기판, 상기 제2 기판 상에 형성된 제2 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 반도체층에 대향하는 대향전극을 포함하는 상판, 상기 하판과 상판을 밀봉하기 위한 밀봉부재, 및 상기 밀봉부재에 의하여 밀봉된 하판과 상판 사이에 주입된 전해질층을 포함한다.The solar cell according to an aspect of the present invention includes a first substrate, a first electrode formed on the first substrate, and a lower plate including a semiconductor layer formed on the first electrode and adsorbed metal carbonate, the second substrate, the A top plate comprising a second electrode formed on a second substrate and a counter electrode formed on the second electrode and opposing the semiconductor layer, a sealing member for sealing the bottom plate and the top plate, and sealed by the sealing member. It includes an electrolyte layer injected between the lower plate and the upper plate.
본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지의 제조방법은 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극 상에 형성된 반도체층을 포함하는 하판을 형성하는 단계 및 상기 하판을 금속탄산염을 포함하는 용액에 침적시켜 상기 반도체층에 상기 금속탄산염을 흡착시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, including forming a lower plate including a first substrate, a first electrode formed on the first substrate, and a semiconductor layer formed on the first electrode, and forming a metal on the lower plate. And depositing the metal carbonate in the semiconductor layer by depositing the solution including carbonate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 및 의 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a solar cell and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 명세서에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 형성되어 있다고 기재된 경우에는, 상기 어떤 구성요소 및 상기 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 있는 경우를 배제하지 않는다. 즉, 상기 어떤 구성요소는 다른 구성요소와 직접 접촉하여 형성되거나, 또는 상기 어떤 구성요소 및 상기 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재될 수 있다.In the present specification, when a component is described as being formed on another component, the case where there is another component between the one component and the other component is not excluded. That is, some of the components may be formed in direct contact with other components, or another component may be interposed between the certain components and the other components.
도 1은 본원발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a
도 1을 참조하면, 태양전지(100)는 제1기판(112), 제1전극(122), 재결합차단층(132), 반도체층(134) 및 산란층(136)을 포함하는 하판(180), 대향전극(142), 제2전극(124) 및 제2기판(114)을 포함하는 상판(190), 전해질층(162) 및 밀봉부재(152)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
반도체층(134)에는 염료 분자가 흡착된 나노 크기의 반도체화합물이 포함되는데, 반도체층(134)의 염료 분자는 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고, 반도체화합물은 생성된 전자를 전달한다. 즉, 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 태양 빛에 의해 여기된 염료들이 전자를 반도체화합물의 전도대에 주입한다. 주입된 전자들은 반도체화합물을 통과하여 제1전극(122)에 도달하여 외부회로로 전달된다. 상기 반도체층(134)을 구성하는 나노크기의 반도체화합물과 제1전극(122)과의 사이의 접촉상태에 따라 외부회로로 전달되지 못하는 전자가 발생하게 된다. 반도체화합물로부터 제1전극(122) 부근까지 전달된 전자들 중 일부는 제1전극(122)과 반도체화합물이 접촉되어 있지 않고 전해질 용액에 노출되어 있는 부분을 통해 전해질로 다시 사라지게 된다. 이러한 현상을 재결합(recombination)이라 하며, 광 전변환 효율을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 재결합 현상을 최소화하기 위하여 도1에 제시된 바와 같이 재결합차단층(132)을 형성하기도 한다. 외부 태양광은 제1기판(112), 제1전극(122), 재결합차단층(132)을 거쳐 반도체층(134)에 도달하게 되며, 반도체층(134)에 존재하는 염료에 의해 태양광이 흡수된다. 외부로부터 도달된 태양광 중에 반도체층(134)에서 완전히 흡수되지 못하고 반도체층(134)을 통과해 버리는 광이 존재하게 되며, 이는 광전변환 효율을 저하시키는 원인이 된다. 이와 같이 반도체층(134)을 통과하는 광을 차단시키기 위하여 산란층(136)을 형성하여 광 산란을 유도하고, 산란된 광이 다시 반도체층(134)에 흡수된다. 태양광을 흡수한 염료는 전자-홀 쌍을 형성하게 되며, 전자는 반도체화합물을 거쳐 제1전극(122)으로 전달된다. 반면에 홀은 전해질의 산화환원 반응을 통하여 대향전극(142)으로 전달되고, 제2전극(124)을 통하여 외부회로로 전달된다. The
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 제조방법은, 제1 기판(112), 상기 제1 기판(112) 상에 형성된 제1 전극(122) 및 상기 제1 전극(122) 상에 형성된 반도체층(134) 및 산란층(136)을 포함하는 하판(180)을 형성하는 단계, 및 상기 하판(180)을 금속탄산염을 포함하는 용액에 침적시켜 상기 반도체층(134)에 상기 금속탄산염을 흡착시키는 단계를 포함한다.Method for manufacturing a
제1 기판(112)으로는 유리, 플라스틱, 금속 호일 등을 사용할 수 있다. 상기 제1 기판(112) 상에 제1 전극(122)을 형성한다. 제1 전극(122)으로는 FTO(F-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같은 투명전극을 사용할 수 있다. 제1 전극(122)이 형성된 제1 기판(112)을 아세톤, 에탄올, 증류수 또는 이들의 혼합 용액에 담근 후 초음파 세정을 실시한다. Glass, plastic, metal foil, or the like may be used as the
상기 세정된 제1 기판(112)을 전구체 용액(예컨대 TiCl4)에 침적시킨 후, 공기 중 또는 산소 분위기에서 30분 이상 열처리(50 내지 80℃)하여 재결합차단층(132)을 형성할 수 있다. 전구체 용액의 온도는 약 70℃ 일 수 있고, 침적은 약 30분 가량 수행한다. 재결합차단층(132)은 제1 전극(122) 부근까지 전달된 전자들 중 일부가 제1 전극(122)과 반도체화합물이 접촉되어 있지 않고 전해질 용액에 노출되어 있는 부분을 통해 전해질로 다시 사라지는 재결합 현상을 최소화하기 위하여 선택적으로 형성하는 층이다.After the cleaned
재결합차단층(132)을 형성한 후에, 평균입경이 20nm인 소립자 반도체화합물을 포함하는 페이스트를 상기 재결합차단층(132) 위에 코팅하여 반도체층(134)을 형성한다. After the
상기 반도체층(134) 상에, 평균입경이 300 내지 400nm 정도인 대립자 반도체화합물을 포함하는 페이스트를 코팅하고, 공기 중 또는 산소 분위기에서 약 30 내지 60분간 열처리(450 내지 550℃)하여 산란층(136)을 형성한다. 산란층(136)은 약 5 ㎛의 두께로 형성할 수 있다.On the
반도체화합물은 염료로부터 전달 받은 전자를 제1전극(122)까지 안전하게 전 달 할 수 있는 물질로서, TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3등과 같은 금속산화물을 이용할 수 있다. 상기 반도체화합물은 닥터블레이드 코팅, 스크린프린팅, 플렉소그라피(Flexography)방식, 그라비아 프린팅 방식 등을 통하여 구성할 수 있다. 이로써 제1 기판(112), 제1 전극(122), 재결합차단층(132), 반도체층(134) 및 산란층(136)을 포함하는 하판(180)이 형성된다. 이 중, 재결합차단층(132)과 산란층(136)은 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 목적으로 형성한 것이기 때문에 재결합차단층(132)이나 산란층(136) 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 없더라도 태양전지의 작동에는 문제가 없다. The semiconductor compound is a material that can safely transfer electrons transferred from the dye to the
반도체층(134)이 형성된 하판(180)을, 금속탄산염을 포함하는 용액에 침적시킨다. 금속탄산염으로는 CaCO3, BaCO3, Na2CO3 및 K2CO3를 사용할 수 있다. 금속탄산염을 포함하는 용액은 금속탄산염을 용매에 용해시킨 용액으로, 용매로는 물, 알코올류 용매 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 알코올류 용매로는 에탄올 및 이소프로필 알코올 등을 사용할 수 있다. 침적은 1 내지 20분 가량 수행한다. 침적 후 증류수 및 알코올류 용매를 이용하여 세정하고, 이를 60 내지 70℃에서 10 내지 20분 정도 건조함으로써, 반도체층(134) 및 산란층(136)에 포함되는 반도체화합물 표면에 금속탄산염이 흡착된다. The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 반도체층(134) 및 산란층(136)의 확대도이다.2 is an enlarged view of the
도 2를 참조하면, 반도체층(134) 및 산란층(136)에 포함되는 반도체화합물에 금속탄산염(200)이 흡착되어 있다. Referring to FIG. 2, the
금속탄산염이 흡착된 반도체층(134)에 염료를 도입한다. 반도체층(134)에 포함된 염료에 의해 태양광이 흡수되고, 태양광이 흡수되면서 염료는 기저 상태에서 여기 상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이룬다. 여기 상태의 전자는 상기 반도체화합물의 전도대로 주입된 후 전극으로 이동하여 기전력을 발생한다. 염료로서는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물[N719 dye; bis(tetrabutylammonium)-cis-(dithiocyanato)-N,N'-bis(4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine)ruthenium(II), N3 dye; cis-bis(4,4-dicarboxy-2,2-bipyridine)dithiocyanato ruthenium(II), Black dye; triisothiocyanato-(2,2':6,6"-terpyridyl-4,4',4"-tricarboxylato)ruthenium(II) tris(tetra-butylammonium)]이 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, 유기계 염료 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. A dye is introduced into the
상기 염료를 용매에 용해시킨 후, 염료 용액에 상기 반도체층(134)이 형성된 하판(180)을 1 내지 72시간 동안 담근다. 용매로는 tert-부틸알콜, 아세토니트릴 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 염료 용액에 하판(180)을 담금으로써 반도체화합물에 염료가 도입된다. 이때 산란층(136)에 포함된 반도체화합물 표면에도 염료가 도입될 수 있다. 재결합차단층(132)에 포함된 반도체화합물에는 염료의 침투가 어렵기 때문에 극미량의 염료만 도입되거나, 거의 도입이 일어나지 않게 된다. 염료의 도입이 완료된 후에는 알코올류의 용매로 세척하고 건조한다.After dissolving the dye in a solvent, the
상판(190)에는 제2 기판(114), 제2 전극(124) 및 대향전극(142)이 포함된다. 제2기판(114)으로는 유리, 플라스틱, 금속 호일 등을 사용할 수 있고, 제2 전극(124)으로는 FTO(F-doped tin oxide), ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등을 사용할 수 있다. 대향전극(142)으로는 도전성 물질을 사용하며, 구체적으로는 백금, 금 및 카본 등을 사용할 수 있다. 제2 기판(114) 상에 제2 전극(124)을 형성하고, 제2 전극(124) 상에 대향전극(142)을 형성한다. 대향전극(142)은 스퍼트 등을 이용한 진공 증착으로 형성하거나, 페이스트 상태의 도전성 물질 전구체를 제2 기판(114) 상에 형성된 제2전극(124)에 코팅, 소성하여 형성할 수 있다. 상판(190)의 대향전극(142)은 하판(180)의 반도체층(134)에 대향한다.The upper plate 190 includes a
상기 상판(190)과 하판(180)을 격벽 등의 밀봉 부재(152)로 밀봉하고, 밀봉부재(152)에 의해 밀봉된 상기 상판(190)과 하판(180) 사이에 전해질을 주입하여 전해질층(162)을 형성한다. 격벽을 이용하여 밀봉을 하는 경우에는, 두께 약 40 ㎛의 격벽을 형성하고 100 내지 140 ℃의 가열판 상에서 약 1 내지 3 기압으로 상기 하판과 상판을 밀착시켜 밀봉시킨다. 격벽으로는 고분자 물질(예컨대, sealing material, Solaronix 사 제품), 설린(Surlyn, Dupont 사 제품), 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제 등을 사용할 수 있다.The upper plate 190 and the
밀봉 후, 대향전극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 상판(190)과 하판(180) 사이의 공간에 전해질 용액을 충진하고 구멍을 밀봉하여 태양전지를 제조한다. 전해질로는 0.8M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imimdazolium iodide), 40 mM의 I2(iodine)을 3-메톡시프로피오니트릴(3-methoxypropionitile)에 용해시킨 I3 -/I-등을 사용할 수 있고, 홀 전도 기능이 있는 유기반도체 소재(전도성 고분자)라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.After sealing, an electrolyte solution is filled in the space between the upper plate 190 and the
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)에는 제1 기판(112), 상기 제1 기판(112) 상에 형성된 제1 전극(122) 및 상기 제1 전극(122) 상에 형성되고 금속탄산염이 흡착된 반도체층(134) 및 산란층(136)을 포함하는 하판(180), 제2 기판(114), 상기 제2 기판(114) 상에 형성된 제2 전극(124) 및 상기 제2 전극(124) 상에 형성되고 상기 반도체층(134)에 대향하는 대향전극(142)을 포함하는 상판(190), 상기 하판(180)과 상판(190)을 밀봉하기 위한 밀봉부재(152) 및 상기 밀봉부재(152)에 의하여 밀봉된 하판(180)과 상판(190) 사이에 주입된 전해질층(162)을 포함한다.In the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 반도체층(134) 및 산란층(136)의 확대도이다.2 is an enlarged view of the
도 2를 다시 참조하면, 반도체층(134) 및 산란층(136)에 포함되는 반도체화합물에 금속탄산염(200)이 흡착되어 있다. 또한, 상기 반도체화합물의 표면에는 금속산화물 또는 금속수화물의 코팅이 형성될 수 있다.Referring back to FIG. 2, the
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
비교예Comparative example 1 One
FTO 기판을 세정한 후 40 mM의 TiCl4 수용액(70?)에 30분간 침적시켜 재결합방지층을 형성하였다. TiO2 페이스트(Solaronix사 제품, TiO2 입경: 20 nm) 를 닥터 블레이드(doctor blade) 방법으로 코팅하여 반도체층을 형성한 후, 평균입경 400 nm의 TiO2를 포함하는 페이스트를 이용하여 산란층을 형성하였다. 이상의 공정을 거친 FTO 기판을 500?에서 60분간 소성하였다. 소성된 기판을 염료 용액(Solaronix 사의 N719를 아세토니트릴 및 t-부틸알코올의 혼합용액에 0.5 mM의 농도로 용해한 용액)에 24시간 동안 침적시켜 반도체층으로 염료가 충분히 침투하도록 하였다. 백금 페이스트(Pt paste)를 세정된 FTO 기판 상에 코팅한 후 400℃에서 30분간 소성하여 대향전극을 형성시킴으로서 상판을 제조 하였다. 백금 페이스트를 코팅하기 전에 전해질 주입을 위해 두 개의 구멍을 미리 뚫어 두었다. 상기 염료가 도입된 하판과 상판을 상호 대향하도록 배치시키고 그 사이에 격벽 재료인 실링 머티리얼(Sealing material, Solaronix사 제품, 두께 약 60 ㎛)을 설치하였다. 이를 120 ℃의 가열판 상에 올린 상태에서 상부로부터 압력을 가하여 상판과 하판을 밀착시켰다. 열과 압력에 의하여 상기 격벽 재료는 상판과 하판의 표면에 강하게 부착된다. 이어서, 상판에 미리 형성시킨 구멍을 통하여 상판과 하판 사이에 전해질을 채워 넣었다. 이때 전해질로는 I-/I3 - 레독스 커플(redox couple, Solaronix사 제품)을 사용하였다. 전해질 용액을 모두 채운 후에 상판에 형성된 구멍을 봉지하여 태양전지를 제조하였다. 제조된 태양전지의 광전변환 효율을 솔라 시뮬레이터(solar simulator) 및 I-V측정 장비를 이용하여 측정하였다. 태양전지에 AM 1.5 조건(100mW/cm2)의 빛을 조사한 후, I-V 곡선(curve)을 확보하였고, 그 측정결과를 도 3에 나타내었다.After washing the FTO substrate, it was immersed in 40 mM TiCl 4 aqueous solution (70 ° C.) for 30 minutes to form a recombination prevention layer. TiO 2 Paste (Solaronix, TiO 2 Particle diameter: 20 nm) was coated by a doctor blade method to form a semiconductor layer, and then a scattering layer was formed using a paste containing TiO 2 having an average particle diameter of 400 nm. The FTO board | substrate which passed the above process was baked for 60 minutes at 500 *. The calcined substrate was immersed in a dye solution (solution dissolved in a mixed solution of acetonitrile and t-butyl alcohol at a concentration of 0.5 mM in Solaronix) for 24 hours to allow sufficient dye penetration into the semiconductor layer. Platinum paste (Pt paste) was coated on the cleaned FTO substrate and then fired at 400 ° C. for 30 minutes to form a counter electrode, thereby preparing a top plate. Two holes were predrilled for electrolyte injection prior to coating the platinum paste. The lower plate and the upper plate to which the dye was introduced were disposed to face each other, and a sealing material (Sealing material, manufactured by Solaronix, approximately 60 μm in thickness) was installed therebetween. The upper plate and the lower plate were brought into close contact with each other by applying pressure from the upper side in the state of raising them on a heating plate at 120 ° C. By the heat and the pressure, the partition material is strongly attached to the surface of the upper plate and the lower plate. Subsequently, an electrolyte was filled between the upper and lower plates through holes previously formed in the upper plate. It was used as the redox couple (redox couple, Solaronix Co., Ltd.) - in this case the electrolyte is I - / I 3. After filling the electrolyte solution, a hole formed in the upper plate was sealed to manufacture a solar cell. The photoelectric conversion efficiency of the manufactured solar cell was measured using a solar simulator and IV measurement equipment. After irradiating the solar cell with AM 1.5 light (100 mW / cm 2 ), an IV curve was obtained and the measurement results are shown in FIG. 3.
도 3은 비교예 1에 의한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다. 3 is a graph showing the current-voltage characteristics of the solar cell according to Comparative Example 1. FIG.
도 3을 참조하면, V OC (Open circuit voltage)는 0.58V, J SC (short circuit current density)는 20.76 mA/cm2 이었고, 필 팩터(Fill Factor)는 0.57로, 광전변환 효율은 6.8%이었다.Referring to Figure 3, V OC (Open circuit voltage) is 0.58V, J SC (short circuit current density) was 20.76 mA / cm 2, fill factor (Fill Factor) is 0.57, the photoelectric conversion efficiency was 6.8% .
실시예Example 1 One
비교예 1의 태양전지 제조과정 중 하판을 소성하고 염료에 침적시키기 전에 0.05M의 칼슘카보네이트(CaCO3) 침적액에 상기 하판을 10분 동안 침적시키는 것을 제외하고는 비교예1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.The solar cell of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the lower plate was immersed in 0.05 M calcium carbonate (CaCO 3 ) deposit for 10 minutes before firing and depositing the dye on the lower plate. The battery was prepared.
유리 비이커에 증류수 100mL를 넣고, 여기에 칼슘카보네이트(CaCO3)를 용해시켜 0.05M 칼슘카보네이트 용액을 침적액으로 준비하였다. 비교예 1과 동일한 방법으로 광전변환 효율을 측정하였다.V OC 는 0.69V, J SC 는 19.23 mA/cm2, 필 팩터(Fill Factor)는 0.66으로, 광전변환 효율은 8.7%이었다. 100 mL of distilled water was put into a glass beaker, and calcium carbonate (CaCO 3 ) was dissolved therein to prepare a 0.05 M calcium carbonate solution as a deposition liquid. Photoelectric conversion efficiency was measured in the same manner as in Comparative Example 1. V OC was 0.69 V , J SC was 19.23 mA / cm 2 , Fill Factor was 0.66, and photoelectric conversion efficiency was 8.7%.
실시예Example 2 2
금속탄산염으로 CaCO3 대신 BaCO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다. 비교예 1과 동일한 방법으로 광전변환 효율을 측정한 결과,V OC 는 0.68V, J SC 는 19.33 mA/cm2, 필 팩터(Fill Factor)는 0.66으로, 광전변환 효율은 8.6%이었다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that BaCO 3 was used instead of CaCO 3 as the metal carbonate. As a result of measuring the photoelectric conversion efficiency in the same manner as in Comparative Example 1, V OC was 0.68V, J SC was 19.33 mA / cm 2 , Fill Factor was 0.66, and photoelectric conversion efficiency was 8.6%.
실시예Example 3 3
금속탄산염으로 CaCO3 대신 Na2CO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다. 비교예 1과 동일한 방법으로 광전변환 효율 을 측정한 결과, V OC 는 0.63V, J SC 는 23.31 mA/cm2, 필 팩터(Fill Factor)는 0.56으로, 광전변환 효율은 8.3%이었다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Na 2 CO 3 was used instead of CaCO 3 as the metal carbonate. As a result of measuring photoelectric conversion efficiency in the same manner as in Comparative Example 1, V OC was 0.63V, J SC was 23.31 mA / cm 2 , Fill Factor was 0.56, and photoelectric conversion efficiency was 8.3%.
실시예Example 4 4
금속탄산염으로 CaCO3 대신 K2CO3를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다. 비교예 1과 동일한 방법으로 광전변환 효율을 측정하였고, 그 측정결과를 도4에 나타내었다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that K 2 CO 3 was used instead of CaCO 3 as the metal carbonate. Photoelectric conversion efficiency was measured in the same manner as in Comparative Example 1, and the measurement results are shown in FIG. 4.
도 4는 실시예 4에 의한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, V OC 는 0.77V, J SC 는 17.92 mA/cm2, 필 팩터(Fill Factor)는 0.61로, 광전변환 효율은 8.4%이었다.4 is a graph showing the current-voltage characteristics of the solar cell according to Example 4. FIG. Referring to FIG. 4, V OC was 0.77 V , J SC was 17.92 mA / cm 2 , Fill Factor was 0.61, and photoelectric conversion efficiency was 8.4%.
상기 실시예로부터, 금속탄산염이 흡착된 반도체층을 포함하는 태양전지의 경우에 광전변환 효율이 우수함을 확인할 수 있다.From the above embodiment, it can be seen that the photovoltaic conversion efficiency of the solar cell including the semiconductor layer on which the metal carbonate is adsorbed is excellent.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 반도체층 및 산란층의 확대도이다.2 is an enlarged view of a semiconductor layer and a scattering layer of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 3은 비교예 1에 의한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the current-voltage characteristics of the solar cell according to Comparative Example 1. FIG.
도 4는 실시예 4에 의한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the current-voltage characteristics of the solar cell according to Example 4. FIG.
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