KR101084206B1 - 실링재, 이를 구비한 염료 감응형 태양전지, 및 염료 감응형 태양전지 제조 방법 - Google Patents
실링재, 이를 구비한 염료 감응형 태양전지, 및 염료 감응형 태양전지 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 우수한 품질의 실링을 위하여, 봉착하고자 하는 기판들 사이에 배치되도록 구성된 실링재로서, 상기 봉착하는 방향으로 적층된 적어도 두 개의 층으로 구성되며, 상기 적어도 두 개의 층은 서로 다른 성분을 가진 물질로 이루어지며, 적어도 어느 하나의 층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하는 실링재, 이를 구비하는 염료 감응형 태양전지 및 그 제조 방법이 제공된다.
염료 감응형, 태양전지, 실링, 2중 구조
Description
본 발명은 염료 감응형 태양전지를 위한 실링재에 관한 것으로서, 더 상세하게는 염료 감응형 태양전지의 실링 특성을 향상시키는 실링재, 이를 구비한 염료 감응형 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 주로 사용되고 있는 석유, 석탄 및 천연가스를 대체하기 위한 신재생 에너지의 하나로서, 태양 에너지가 주목 받고 있다. 태양 에너지를 이용한 태양전지는 재료의 종류에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지로 크게 분류된다. 현재 상용화되고 판매되고 있는 태양전지는 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 등이 있다. 현재 단결정 실리콘 태양전지의 에너지 효율은 18%, 다결정 실리콘 태양전지의 에너지 효율은 15%, 비정질 실리콘 태양전지의 에너지 효율은 10%로 알려져 있다. 이러한 실리콘 태양전지는 반도체 소재를 적용하여 광전변환원리를 이용한다.
한편, 광합성의 원리를 이용한 광전기화학적 변환 메커니즘을 이용하는 태양 전지로서 염료 감응형 태양전지가 있다. 염료 감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell: DSSC)는 현재 11% 이상의 에너지 변환효율을 보인다. 그러나 염료 감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지보다 이론적 한계 변환효율이 오히려 높아 추가적인 효율 증진이 기대되고 제조단가를 1/5 수준으로 낮출 수 있으며 폭넓은 응용성으로 인하여 많은 발전이 기대되고 있다.
염료 감응형 태양전지에 태양광이 흡수되면 염료 분자에서 전자 천이가 발생되고 이 전자는 반도체 산화물의 전도띠로 주입된다. 주입된 전자는 산화물 전극의 입자간 계면을 통하여 전도성 막으로 이동하고, 염료 분자에 생성된 홀은 양 기판 사이의 실링재에 의하여 실링된 전해질에 의하여 환원됨으로써 전류가 생성된다.
본 발명에 따른 실링재, 이를 구비한 염료 감응형 태양전지, 및 그 제조 방법은 대향하는 기판의 사이에 채워진 전해질의 기밀을 가능하게 하는 실링재에 우수한 실링 성능을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 봉착하고자 하는 기판들 사이에 배치되도록 구성된 실링재로서, 상기 봉착하는 방향으로 적층된 적어도 두 개의 층으로 구성되며, 상기 적어도 두 개의 층은 서로 다른 성분을 가진 물질로 이루어지며, 적어도 어느 하나의 층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하는 실링재가 개시된다.
일 실시예로서, 상기 적어도 두 개의 층은 열소성형 유리 프릿을 포함하며, 어느 한 층에만 레이저 빛을 선택적으로 흡수하는 레이저 흡수 물질이 더 포함될 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 적어도 두 개의 층 중 어느 한 층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하는 물질로 형성되고, 다른 한 층은 유기계 수지를 포함하는 물질로 형성될 수도 있다.
상기 제1항의 상기 레이저 흡수 물질이 포함되지 않은 층을 제1 실링층, 상기 레이저 흡수 물질이 포함된 층을 제2 실링층이라고 하고, 상기 제2항의 상기 열소성형 유리 프릿을 포함하는 물질로 형성된 층을 제1 실링층, 상기 유기계 수지를 포함하는 물질로 형성된 층을 제2 실링층이라고 할 때, 바람직하게는 상기 제1 실 링층의 두께는 상기 제2 실링층의 두께보다 크거나 같다.
상기 레이저 흡수 물질은 망간(Mn), 철(Fe), 바라듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 구리(Cu)일 수 있다. 상기 유기계 수지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 올레핀-아크릴계 수지, 올레핀-아크릴-이온계 수지 또는 올레핀계 수지일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, (i) 서로 대향하도록 구성된 제1 기판과 제2 기판, (ii) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 마주보는 내면에 각각 배치되는 제1 전극부와 제2 전극부, (iii) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 채워지는 전해액 및 (iv) 상기 전해액을 기밀시키기 위하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 제1 기판의 내면에 상기 제2 기판의 내면에 각각 접하는 제1 실링층과 제2 실링층으로 구성되는 실링재를 포함하며, 상기 제1 전극부는 염료 분자가 흡착된 반도체 산화물층을 구비하며, 상기 제1 실링층과 상기 제2 실링층 중 적어도 어느 하나의 층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하고, 상기 제1 실링층과 상기 제2 실링층은 서로 다른 성분을 가진 물질로 이루어진 염료 감응형 태양전지가 개시된다.
일 실시예로서, 상기 제1 실링층과 상기 제2 실링층은 열소성형 유리 프릿을 포함하며, 상기 제2 실링층에만 레이저 빛을 선택적으로 흡수하는 레이저 흡수 물질이 더 포함될 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 제1 실링층은 열소성형 유리 프릿을 포함하는 물질로 형성되며, 상기 제2 실링층은 유기계 수지를 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1 실링층의 두께는 50㎛ 내지 150㎛이며, 상기 제2 실링층의 두께는 3㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, (i) 제1 기판에 제1 전극부를 형성하는 단계, (ii) 상기 제1 기판에 대향하여 봉착되도록 구성된 제2 기판에 제2 전극부를 형성하는 단계, (iii) 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판 중 어느 하나의 기판의 가장 자리를 따라 제1 실링층을 형성하는 단계, (iv) 상기 제1 실링층 위에 또는 상기 제2 기판의 상기 제1 실링층에 대응하는 영역에 제2 실링층을 형성하는 단계, (v) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 정렬하여 봉착하는 단계, 및 (vi) 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 전해액을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 제1 실링층과 상기 제2 실링층은 서로 다른 성분을 가진 물질로 이루어지고, 상기 제1 실링층과 상기 제2 실링층 중 적어도 상기 제1 실링층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하는 염료 감응형 태양전지 제조 방법이 개시된다.
레이저 실링하는 실시예에 따르면 얇은 실링층에 대해서 레이저 실링을 수행하므로 균일하고 우수한 실링 품질을 얻을 수 있다. 유기계 수지로 실링하는 실시예에 따르면 유기계 수지층이 얇기 때문에 전해액과 접촉하는 면적이 줄어든다. 그러므로 전해액 성분이 확산되거나 투과되어 외부로 방출되는 전해액 성분이 줄어드는 문제점을 방지할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면에 도시된 실시 예들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 염료 감응형 태양전지의 동작 원리를 설명하는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 태양광이 입사되면 반도체 산화물층(113)의 표면에 흡착된 염료 분자(114)가 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 레벨에서 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 레벨로 천이되면서 전자(e-)가 발생된다. 즉, 염료 분자(114)의 전자-정공쌍(electron-hole pair)이 분리되면서 전자와 정공이 발생하고, 전자를 방출하여 염료 분자(114)는 산화된다. 발생된 전자는 화학적 확산 구배(diffusion gradient)에 의하여 반도체 산화물층(113)의 전도대로 주입되고 산화물층의 입자간 계면을 통해 전도성 막(111)으로 이동한다. 한편 염료 분자(114)의 HOMO에 생성된 정공은 전해질 내 요오드화 이온(3I-)으로부터 전자를 제공받아 환원되고, 요오드화 이온(3I-)은 전자를 제공하여 산화된다. 전해질(115) 내 산화된 요오드화 이온(I3 -)은 외부 회로를 지나 대향 전극(101)을 통해 전달된 전자를 제공받아 환원된다. 이와 같이 태양광의 흡수되면 전자의 순환적 흐름이 발생하고 그럼으로써 염료 감응형 태양전지 내에서 전류가 흐르게 된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 실링재 및 이를 구비하는 염료 감응형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
염료 감응형 태양전지의 전체적인 구조를 설명하면서 실링재를 설명하기로 한다. 일 실시 예에 따른 염료 감응형 태양전지는 제1 기판(110), 제2 기판(100), 제1 전극부(210), 제2 전극부(200), 전해액(115), 및 실링재(130)를 구비한다.
제1 기판(110)에는 제1 전극부(210)가 형성되며, 제1 전극부(210)는 음극으로 작용하는 광음극 전극(210)일 수 있다. 제2 기판(100)에는 제2 전극부(200)가 형성되며, 제2 전극부(200)는 양극으로 작용하는 대향 전극(200)일 수 있다. 광음극 전극(210)과 대향 전극(200) 사이에는 전해액(115)이 채워져 있다. 제1 기판(110)과 제2 기판(100)의 가장자리에는 전해액(115)이 새어나오지 않도록 실링재(130)가 형성되어 있다.
광음극 전극(210)은 투명한 제1 기판(110)과, 제1 기판(110) 상에 형성된 제1 투명 전도층(111)과, 제1 투명 전도층(111) 위에 형성된 제1 그리드 전극(112)과, 제1 그리드 전극(112)을 덮는 보호막(160)과, 나노 크기 반도체 산화물층(113)과, 나노 크기 반도체 산화물층(113)에 흡착된 염료 분자(114)를 구비할 수 있다.
제1 기판(110)은 투명한 유리로 만들어질 수도 있으며, 이와 달리 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 또는 폴리에테르설폰(PES)과 같이 휘어질 수 있는 플라스틱으로 만들어질 수도 있다.
제1 투명 전도층(111)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 F가 도핑된 이산화주석(FTO, F doped SnO2)과 같은 전도성 박막일 수 있다. 제1 투명 전도층(111)은 1층 또는 여러 층으로 구성될 수도 있다. 전도성 박막은 전자 형성의 효율을 높이기 위하여 형성된다. 제1 투명 전도층(111)은 투과성이 높아 태양빛이 염료 분 자(114)까지 도달하는 것을 용이하게 하는 반면, 전기 저항이 높아 효율이 감소된다. 따라서 제1 투명 전도층(111)의 높은 전기 저항을 보상하기 위해 제1 그리드 전극(112)이 더 형성될 수 있다.
제1 그리드 전극(112)은 은(Ag), 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 형성되며, 스트라이프 또는 격자 형상과 같이 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 제1 그리드 전극(112)의 전기 저항은 제1 투명 전도층(111)에 비하여 훨씬 낮기 때문에 전류가 원활한 이동을 가능하게 한다. 제1 그리드 전극(112)은 전해질로부터 전극을 보호하기 위한 보호막(160)으로 덮일 수 있다.
나노 크기 반도체 산화물층(113)은 제1 투명 전도층(111)과 보호막(160) 위에 형성된다. 나노 크기 반도체 산화물층(113)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO)층일 수 있다. 나노 크기 반도체 산화물층(113)은 나노 미터 크기의 광 대역 갭(wide band gap) 반도체 미립자가 적당한 간격으로 쌓여져 있는 구조이며, 반도체 미립자의 표면에는 염료 분자(114), 예컨대 Ru 착화합물(complex compound)로 이루어지는 염료 분자(114)가 화학적으로 흡착된다. 나노 크기의 미립자로 염료 분자(114)가 흡착되는 표면적을 극대화시킬수록 많은 전류를 만들어 낼 수 있다.
염료 분자(114)는 예를 들면 Ru 착화합물(complex compound)을 포함할 수 있다. 이와 달리 타이오펜, 프탈로시아닌, 포르피린, 인돌린 또는 퀴놀린 및 그 유도체를 포함하는 유기물이 염료 분자(114)로 사용될 수 있다.
대향 전극(200)은 투명한 제2 기판(100)과, 제2 기판(100) 상에 형성된 제2 투명 전도층(101)과, 제2 투명 전도층(101) 위에 형성된 제2 그리드 전극(102)과, 제2 그리드 전극(102)을 덮는 보호막(160)과, 촉매막(103)을 구비할 수 있다.
제2 기판(100)은 투명한 유리로 만들어질 수도 있으며, 이와 달리 휘어질 수 있는 플라스틱으로 만들어질 수도 있다.
제2 투명 전도층(101)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO와 같은 전도성 박막일 수 있다. 제2 투명 전도층(101) 위에는 제2 투명 전도층(101)의 높은 전기 저항을 보상하기 위해 제2 그리드 전극(102)이 더 형성될 수 있다. 제2 그리드 전극(102)의 위에는 제2 그리드 전극(102)을 전해질로부터 전극을 보호하기 위한 보호막(160)이 더 형성될 수 있다.
제2 투명 전도층(101) 및 보호막(160) 위에는 촉매막(103)이 더 형성된다. 촉매막(103)은 예를 들면 백금(Pt), 탄소(C) 박막일 수 있다. 촉매막(103)은 외부 회로를 거쳐 이동되어 온 전자들을 받는 환원 촉매 역할을 한다. 또한 백금 박막을 증착함으로써 광음극 전극(210)을 통과하여 입사된 태양빛을 반사시키고, 그럼으로써 태양 에너지의 변환 효율을 높일 수 있다.
광음극 전극(210)과 대향 전극(200) 사이에는 전해액(115)이 개재된다. 전해질은 예를 들면, 요오드계 산화-환원 액체 전해질(I3-/I-)이다. 전해액은 산화된 염료 분자(114)를 환원시켜 주는 역할을 수행한다.
본 발명의 보호범위는 지금까지 설명한 제1 전극부(210)와 제2 전극부(200)의 실시 예에 한정되지 아니하며, 당업자가 통상의 창작 능력의 발휘 범위 내에서 다양하게 변형할 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 예를 들면, 제1 전극부(210)와 제2 전극부(200)에서 그리드 전극들이 구비되지 않을 수도 있고, 이와 달리 투명 전도층(101, 111)이 구비되지 않을 수도 있다. 또한 제1 전극부(210)와 제2 전극부(200)에는 보호막(160)이 구비되지 않을 수도 있다.
실링재(130)는 제1 기판(110)과 제2 기판(100) 사이의 전해액(115)이 새지 않도록 실링한다. 실링재(130)는 제1 기판(110)과 제2 기판(100)의 가장자리 부분을 따라서 형성된다. 본 발명의 실시 예에 따른 실링재(130)는 제1 기판(110)과 제2 기판(100)이 적층된 방향으로 적층된 구조를 취한다. 이 실링재(130)는 바람직하게는 2층 구조이며, 기판에 직교하는 방향으로 적층된 제1 실링층(131)과 제2 실링층(132)으로 이루어진다. 그러나 이것이 3층 구조를 배제한다는 의미는 아니다.
실링재(130)를 적어도 2층 구조로 형성하는 이유는 균일한 두께의 후막(thick layer)을 확보하고 실링 품질을 향상시키기 위함이다. 자세하게 설명하면, 염료 감응형 태양전지는 제1 기판(110)과 제2 기판(100)의 사이에 앞에서 설명한 광음극 전극(210)과 대향 전극(200) 및 전해액(115)을 포함하여야 한다. 이를 위해서는 제1 기판(110)과 제2 기판(100)은 소정의 두께, 일반적으로 60㎛ 이상만큼 이격된다. 염료 감응형 태양전지에서는 실링재(130)가 제1 기판(110)과 제2 기판(100) 사이의 간격을 유지하는 역할을 수행하므로 실링재(130)는 60㎛ 이상의 후막일 것이 요구된다. 그런데 일정한 두께의 후막을 확보하는 것이 어렵다. 또한 두꺼운 막을 레이저에 노출할 경우 소성 변형이 발생하므로 균일하고 우수한 실링 품질을 얻기가 어렵다. 뿐만 아니라 열소성형 유리 프릿이 아닌 유기계 실링재를 사용하는 경우에도 전해액(115) 성분이 유기계 막을 통과하여 소실되는 현상이 발생할 수 있으므로 유기계 실링재의 두께가 얇아야 한다.
이러한 점에 착안하여 본 발명에서는 실링층이 적어도 2중 구조를 채택하도록 하였다. 즉, 2중 구조의 실시 예의 경우, 제1 실링층(131)은 제1 기판(110)과 제2 기판(100) 사이의 간격을 확보하기 위하여 상기 간격보다는 작은 제1 두께를 갖도록 어느 한 기판 위에 형성되고, 제2 실링층(132)은 상기 간격에서 제1 두께를 뺀 차이만큼의 두께인 제2 두께를 갖도록 제1 실링층(131)과 다른 기판의 사이에 형성된다. 이때, 제1 실링층(131)은 유리 프릿을 포함하는 프릿 페이스트에 높은 열을 가하여 소성하는 열소성형 유리 프릿이며, 제2 실링층(132)은 레이저를 이용하여 실링을 행하는 레이저 실링층 또는 유기계 실링재를 이용하는 유기계 실링층일 수 있다. 제1 실링층(131)이 별도로 존재하기 때문에 제2 실링층(132)의 두께는 제1 기판(110)과 제2 기판(100) 사이의 간격보다 얇게 될 것이며, 그럼으로써 앞에서 설명한 후막 실링재(130)의 문제점을 상당히 해소할 수 있다.
일 실시 예에 따른 실링재(130)에서, 제1 실링층(131)은 열소성형 유리 프릿(glass frit)이며, 제2 실링층(132)은 열소성형 유리 프릿뿐만 아니라 레이저 흡수 물질을 더 구비하고 있다. 레이저 실링을 위하여 사용하는 레이저의 파장은 적외선 영역의 파장, 예를 들면 808nm와 1064nm일 수 있다. 레이저 흡수 물질은 망간(Mn), 철(Fe), 바라듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 구리(Cu)일 수 있다. 그러나 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 아니하며, 레이저 파장에 대해 광흡광도가 높은 물질은 본 발명의 레이저 흡수 물질에 해당된다고 할 것이다.
제1 실링층(131)의 두께는 제2 실링층(132)의 두께와 같거나 클 수 있다. 예를 들면 제1 실링층(131)의 두께는 40㎛, 제2 실링층(132)의 두께는 60㎛로 형성될 수 있다. 이와 같이, 제1 실링층(131)이 제1 기판(110)과 제2 기판(100) 사이의 간격의 상당 부분을 차지함으로써 레이저 실링되는 제2 실링층(132)의 두께는 얇아질 수 있다. 따라서 레이저 실링을 하더라도 소성 변형이 감소되고 전체적으로 균일한 두께의 후막을 얻을 수 있으며, 우수한 실링 품질을 얻을 수 있다. 또한 이와 같이 무기 소재로 실링재를 형성하면 수분이 투과되지 않기 때문에 전해액의 소실을 방지할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 실링재(230)에서, 제1 실링층(131)은 열소성형 유리 프릿이며, 제2 실링층(133)은 유기계 수지 물질이다. 유기계 수지 물질은 예를 들면, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 올레핀-아크릴계 수지, 올레핀-아크릴-이온계 수지 또는 올레핀계 수지이다. 이와 같이, 제1 실링층(131)이 제1 기판(110)과 제2 기판(100) 사이의 간격의 상당 부분을 차지함으로써 유기계 실링제인 제2 실링층(133)의 두께는 얇아질 수 있다. 따라서 전체적으로 균일한 두께의 후막을 얻을 수 있고 우수한 실링 품질을 얻을 수 있다. 또한 유기계 실링제로 150℃ 이하의 비교적 저온에서 실링 공정을 수행할 수 있으므로 염료의 열 손상을 최소화할 수 있으며, 무기 소재에 비해 탄성이 높아 외부 충격에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 실링재(130, 230)를 포함한 염료 감응형 태양전지를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 염료 감응형 태양전지의 제조 방법을 보여주는 순 서도이다.
전체적으로 살펴보면, 제1 기판(110)에 광음극 전극(210)을 형성하고(S100~S150) 제2 기판(100)에 대향 전극(200)을 형성한 후(S101~S141), 제1 기판(110)과 제2 기판(100)을 실링하여 합착하고(S160, S170) 전해액(115)을 제1 기판(110)과 제2 기판(100)의 사이에 주입한 뒤에(S180) 주입구를 실링함으로써(S190) 태양전지의 제조가 완료된다. 도 3에는 양 기판을 실링한 후 전해액(115)을 주입하는 것으로만 도시되어 있으나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 아니하며, 전해액(115)을 주입한 후 양 기판을 실링하는 실시 예도 가능하다.
제1 기판(110)에 광음극 전극(210)인 제1 전극부(210)를 형성하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저 제1 기판(110)인 투명 유리에 ITO 또는 FTO와 같은 제1 투명 전도층(111)을 형성한다(S110). 그 위에 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은 재질의 제1 그리드 전극(112)을 일 방향으로 나란하게 형성한다(S120). 제1 그리드 전극(112)의 패턴은 스트라이프 형상 외에도 다양하게 변형될 수 있다. 제1 그리드 전극(112) 위에는 보호를 위하여 보호막(160)이 형성된다(S130). 제1 투명 전도층(111)과 보호막(160) 위에 나노 크기의 반도체 산화물층(113)을 형성한다(S140). 나노 크기 반도체 산화물층(113)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO)층일 수 있다. 나노 크기 반도체 산화물층(113)에 염료 분자(114)를 흡착시킨다(S150). 염료 분자(114)의 흡착은 제1 기판(110)의 나노 크기 반도체 산화물층(113)을 염료에 담가 놓음으로써 수행될 수 있다.
제2 기판(100)에 대향 전극(200)인 제2 전극부(200)를 형성하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저 제2 기판(100)인 투명 유리에 ITO 또는 FTO와 같은 제2 투명 전도층(101)을 형성한다(S111). 그 위에 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은 재질의 제2 그리드 전극(102)을 일 방향으로 나란하게 형성한다(S121). 제2 그리드 전극(102)의 패턴은 스트라이프 형상 외에도 다양하게 변형될 수 있다. 제2 그리드 전극(102) 위에는 보호를 위하여 보호막(160)이 형성된다(S131). 제2 그리드 전극(102)과 보호막(160) 위에 촉매막(103)을 형성한다(S141). 촉매막(103)은 예를 들면 백금(Pt), 탄소(C) 박막일 수 있다.
앞에서 설명한 광음극 전극(210)의 형성 방법 및 대향 전극(200)의 형성 방법은 일 실시 예에 불과하며, 출원시 발명자의 통상의 창작 능력 범위 내에서 변형된 광음극 전극(210)의 형성 방법 및 대향 전극(200)의 형성 방법에 관한 실시 예는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는다고 할 것이다.
이제 도 4a 내지 4d를 참고하여 일 실시 예에 따른 실링재(130) 형성 방법을 설명한다. 먼저 제2 기판(100)의 가장자리를 따라 제1 실링층(131)을 위한 유리 프릿 페이스트(131')를 도포한다(도 4a). 유리 프릿 페이스트(paste)는 유리 프릿에 전색제(vehicle)를 가하여 페이스트 상으로 만든 것이다. 유리 프릿 페이스트(131')는 DSSC용 제2 기판(100)의 특성에 알맞게 조절될 수 있다. 유리 프릿 페이스트(131')의 도포는 스크린 프린팅 또는 디스펜서(dispenser) 방법으로 수행될 수 있다. 도포 후, 유리 프릿 페이스트를 건조시키고 소정의 온도, 일반적으로 450 ~ 600℃로 소성한다(도 4b). 제1 실링층(131) 위에 제2 실링층(132)을 위한 페이스트(132')를 도포한다. 제2 실링층을 위한 페이스트(132')는 유리 프릿 페이스트에 레이저 흡수 물질, 예를 들면 망간(Mn), 철(Fe), 바라듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 구리(Cu) 성분을 포함한다(도 4c). 제1 기판(110)을 제2 실링층(132) 위에 합착한 후 제2 실링층(132) 부분에 레이저를 조사한다(도 4d). 그러면 제2 실링층(132) 위에 있는 레이저 흡수 물질들이 레이저 빛을 흡수하여 가열됨으로써 실링이 완성된다.
이제 도 4a 내지 4c 및 4e를 참고하여 다른 실시 예에 따른 실링재(230) 형성 방법을 설명한다. 이 실시 예는 이전 실시 예와 비교하여 제2 실링층(233)이 무기계 수지 대신에 유기계 수지라는 점에서 다르다. 도 4a 및 4b의 제조 과정은 이전 실시 예에서와 동일하다. 다만, 무기계 실링재가 아닌 유기계 수지인 에폭시 수지, 아크릴 수지, 올레핀-아크릴계 수지, 올레핀-아크릴-이온계 수지 또는 올레핀계 수지 등을 사용하기 때문에 소성 시 레이저를 조사하는 것이 아니라 대략 섭씨 100~150℃의 온도에서 압착하여 실링재를 형성한다.
도 5a 내지 5d를 참고하여 도 4a 내지 4d에 따른 실링재(130) 형성 방법의 변형 예를 설명한다. 먼저 제2 기판(100)의 가장자리를 따라 제1 실링층을 위한 유리 프릿 페이스트(131')를 도포한다(도 5a). 유리 프릿 페이스트(paste)의 조성 및 도포 방법은 도 4a의 실시 예에서 설명한 것과 동일하다. 도포 후, 유리 프릿 페이스트(131')를 건조시키고 소정의 온도로 소성한다(도 5b). 제1 기판(110) 위에 제2 실링층을 위한 페이스트(132')를 도포한다(도 5c). 제2 실링층(132)은 제1 실링층(131)과 대응되는 위치에 도포된다. 제1 실링층(131)과 제2 실링층(132)이 맞대어지도록 제1 기판(110)과 제2 기판(100)을 합착한다(도 5c). 그러고 나서 제2 실링층(132)에 레이저를 조사한다(도 5d). 그러면 제2 실링층(132) 위에 있는 레이저 흡수 물질들이 레이저 빛을 흡수하여 가열됨으로써 실링이 완성된다.
도 5a 내지 5c 및 5e를 참고하여 도 4a 내지 4c 및 4e에 따른 실링재(230) 형성 방법의 변형 예를 설명한다. 먼저 제2 기판(100)의 가장자리를 따라 제1 실링층을 위한 유리 프릿 페이스트(231')를 도포한다(도 5a). 유리 프릿 페이스트(paste)의 조성 및 도포 방법은 도 4a의 실시 예에서 설명한 것과 동일하다. 도포 후, 유리 프릿 페이스트(231')를 건조시키고 소정의 온도로 소성한다(도 5b). 제1 기판(110) 위에 제2 실링층(233)을 위한 유기계 수지를 도포한다(도 5c). 제2 실링층(233)은 제1 실링층(231)과 대응되는 위치에 도포된다. 제1 실링층(231)과 제2 실링층(233)이 맞대어지도록 제1 기판(110)과 제2 기판(100)을 합착하고 나서 제2 실링층(233)을 대략 100~150℃의 온도에서 압착하여 실링재를 형성한다(도 5e).
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 실링재 및 염료 감응형 태양전지를 이용 및 제조하는 산업에 이용 될 수 있다.
도 1은 염료 감응형 태양전지의 동작 원리를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 실링재 및 이를 구비하는 염료 감응형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 3은 염료 감응형 태양전지의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4a 내지 4e는 일 실시 예 및 변형 예에 따른 실링재 형성 방법을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 5e는 다른 실시 예 및 변형 예에 따른 실링재 형성 방법을 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
100: 제2 기판 101: 제2 투명 전도층
102: 제2 그리드 전극 103: 촉매막
110: 제1 기판 111: 제1 투명 전도층
112: 제1 그리드 전극 113: 반도체 산화물층
114: 염료 분자 115: 전해액
130, 230: 실링재 131: 제1 실링층
132, 133: 제2 실링층 200: 광음극 전극
210: 대향 전극
Claims (11)
- 봉착하고자 하는 기판들 사이에 배치되도록 구성된 실링재로서,상기 기판들의 봉착하는 방향으로 적층된 제1 실링층 및 제2 실링층을 포함하고,상기 제1 실링층은 열소성형 유리 프릿을 포함하며, 상기 제2 실링층은 열소성형 유리 프릿 및 레이저 흡수 물질을 포함하는 실링재.
- 제1항에 있어서,상기 레이저 흡수 물질은 망간(Mn), 철(Fe), 바라듐(V), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 구리(Cu)인 실링재.
- 제1항에 있어서,상기 제1 실링층의 두께는 상기 제2 실링층의 두께보다 크거나 같은 실링재.
- 봉착하고자 하는 기판들 사이에 배치되도록 구성된 실링재로서,상기 기판들의 봉착하는 방향으로 적층된 제1 실링층 및 제2 실링층을 포함하고,상기 제1 실링층은 열소성형 유리 프릿을 포함하며, 상기 제2 실링층은 유기계 수지를 포함하는 실링재.
- 제4항에 있어서,상기 유기계 수지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 올레핀-아크릴계 수지, 올레핀-아크릴-이온계 수지, 또는 올레핀계 수지인 실링재.
- 제4항에 있어서,상기 제1 실링층의 두께는 상기 제2 실링층의 두께보다 크거나 같은 실링재.
- 서로 대향하도록 구성된 제1 기판과 제2 기판;상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 마주보는 내면에 각각 배치되는 제1 전극부와 제2 전극부;상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 채워지는 전해액; 및상기 전해액을 기밀시키기 위하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 제1 기판의 내면에 상기 제2 기판의 내면에 각각 접하는 제1 실링층과 제2 실링층으로 구성되는 실링재;를 포함하며,상기 제1 전극부는 염료 분자가 흡착된 반도체 산화물층을 구비하며,상기 제1 실링층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하고, 상기 제2 실링층은 열소성형 유리 프릿 및 레이저 흡수 물질을 포함하는 염료 감응형 태양전지.
- 서로 대향하도록 구성된 제1 기판과 제2 기판;상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 마주보는 내면에 각각 배치되는 제1 전극부와 제2 전극부;상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 채워지는 전해액; 및상기 전해액을 기밀시키기 위하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 제1 기판의 내면에 상기 제2 기판의 내면에 각각 접하는 제1 실링층과 제2 실링층으로 구성되는 실링재;를 포함하며,상기 제1 전극부는 염료 분자가 흡착된 반도체 산화물층을 구비하며,상기 제1 실링층은 열소성형 유리 프릿(frit)을 포함하고, 상기 제2 실링층은 유기계 수지를 포함하는 염료 감응형 태양전지.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 제1 실링층의 두께는 50㎛ 내지 150㎛이며, 상기 제2 실링층의 두께는 3㎛ 내지 50㎛인 염료 감응형 태양전지.
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