KR101089935B1 - Dye-sensitized solar cell and method for manufacturing it - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 태양광이 투과되는 제1전극과, 상기 제1전극과 이격되어 배치되는 제2전극과, 상기 제1전극 상에 형성되어 있으며, 아나타제(Anatase) 구조를 가지는 TiO2 블로킹층(blocking layer)과, 상기 TiO2 블로킹층 상에 형성되며, 염료가 흡착된 반도체층과, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 공간에 충진된 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지를 제공한다.The present invention provides a TiO 2 blocking layer having a first electrode through which sunlight is transmitted, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, and a first electrode, and having an anatase structure. It provides a dye-sensitized solar cell formed on a blocking layer, the TiO 2 blocking layer, a semiconductor layer adsorbed with a dye, and an electrolyte filled in the space between the first electrode and the second electrode. .
따라서, 상기 염료가 태양광을 흡수하여 생성된 전자가 상기 염료 또는 상기 전해질로 복귀하는 현상이, 상기 TiO2 블로킹층에 의하여 차단되기 때문에, 상기 염료감응형 태양전지의 성능(Voc, Jsc, Fill Factor, 효율)이 향상된다.Therefore, the phenomenon in which the dye absorbs sunlight and the electrons generated by the dye is returned to the dye or the electrolyte is blocked by the TiO 2 blocking layer, and thus the performance of the dye-sensitized solar cell (Voc, Jsc, Fill). Factor, efficiency).
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율이 향상된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell with improved efficiency and a method of manufacturing the same.
최근 들어, 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 대체 에너지원에 대한 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 풍력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 광범위한 연구가 진행되어 오고 있다. 이들 중 태양력을 이용한 태양 전지는 자원량이 무한하고 환경 친화적이므로, 대체 에너지원으로서 가장 각광을 받고 있다. 태양전지의 종류는 다양하며, 그 중에서 결정형 실리콘 태양전지가 시장 점유율이 가장 높다.Recently, various studies have been conducted on alternative energy sources that can replace existing fossil fuels to solve energy problems. In particular, extensive research has been conducted to utilize natural energy such as wind and solar power. Of these, solar cells using solar power have received the most attention as alternative energy sources because the amount of resources is infinite and environmentally friendly. There are various types of solar cells, of which crystalline silicon solar cells have the highest market share.
그러나, 상기 결정형 실리콘 태양 전지는 제조비용이 높고, 효율 향상에도 한계가 많기 때문에, 그 대안으로서 제조비용이 낮은 염료감응형 태양 전지의 개발이 활발히 진행되고 있다.However, since the crystalline silicon solar cell has a high manufacturing cost and has many limitations in improving efficiency, development of a dye-sensitized solar cell having a low manufacturing cost as an alternative has been actively conducted.
염료감응형 태양 전지는 실리콘 태양 전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양 전지이다.Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are composed of photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to produce electron-hole pairs, and transition metal oxides for transferring generated electrons. Is a photoelectrochemical solar cell.
하지만, 이러한 염료감응형 태양전지에서도, 생성된 전자가 TiO2의 전도대로 이동하게 되는데, 이 중에서 일부가 다시 전해질 및 염료로 복귀하는 현상(back transfer)이 발생하기 때문에, 이로부터 효율이 감소되는 문제점이 있다.However, even in such dye-sensitized solar cells, the generated electrons move to the conduction bands of TiO 2 , and some of them return back to the electrolyte and the dye, and thus, efficiency is reduced. There is a problem.
본원 발명은, 효율이 향상된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having improved efficiency and a method of manufacturing the same.
본 발명은, 태양광이 투과되는 제1전극과, 상기 제1전극과 이격되어 배치되는 제2전극과, 상기 제1전극 상에 형성되어 있으며, 아나타제(Anatase) 구조를 가지는 TiO2 블로킹층(blocking layer)과, 상기 TiO2 블로킹층 상에 형성되며, 염료가 흡착된 반도체층과, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 공간에 충진된 전해질을 포함하는 염료감응형 태양전지를 제공한다.The present invention provides a TiO 2 blocking layer having a first electrode through which sunlight is transmitted, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, and a first electrode, and having an anatase structure. It provides a dye-sensitized solar cell formed on a blocking layer, the TiO 2 blocking layer, a semiconductor layer adsorbed with a dye, and an electrolyte filled in the space between the first electrode and the second electrode. .
본 발명에 있어서, 상기 TiO2 블로킹층은 스핀 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 반도체층은, 아나타제 구조를 가지는 다공성 나노입자(nanoporous) TiO2층일 수 있다.In the present invention, the TiO 2 blocking layer may be formed by spin coating. In addition, the semiconductor layer may be a porous nanoparticle (nanoporous) TiO 2 layer having an anatase structure.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 티타늄 테트라이소프로폭사이드, 염산 및 이소프로페놀을 혼합 교반하여, 투명한 졸을 형성하는 단계와, 전극 상에 상기 졸을 스핀 코팅하는 단계와, 상기 졸을 건조하고, 소결시켜서, 아나타제 구조를 가지는 TiO2 블로킹층을 형성하는 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of mixing and stirring titanium tetraisopropoxide, hydrochloric acid and isopropphenol to form a transparent sol, spin coating the sol on an electrode, It provides a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising the step of drying and sintering a sol to form a TiO 2 blocking layer having an anatase structure.
상기 염료감응형 태양전지의 제조방법은, 상기 TiO2 블로킹층 상에 염료가 흡착된 아나타제 구조를 가지는 다공성 나노입자 TiO2층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 TiO2 블로킹층은 0 내지 650㎚의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 TiO2 블로킹층을 형성하는 단계에서, 소결 온도는 400℃ 내지 500℃이고, 소결 시간은 10분 내지 60분일 수 있다.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell may further include forming a porous nanoparticle TiO 2 layer having an anatase structure in which a dye is adsorbed on the TiO 2 blocking layer. The TiO 2 blocking layer may have a thickness of 0 to 650 nm. In addition, in the forming of the TiO 2 blocking layer, the sintering temperature may be 400 ° C. to 500 ° C., and the sintering time may be 10 minutes to 60 minutes.
본원 발명에 따른 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.Dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same according to the present invention has the following effects.
첫째, 상기 염료가 태양광을 흡수하여 생성된 전자가 상기 염료 또는 상기 전해질로 복귀하는 현상이, 상기 TiO2 블로킹층에 의하여 차단되기 때문에, 상기 염료감응형 태양전지의 성능(Voc, Jsc, Fill Factor, 효율)이 향상된다.First, since a phenomenon in which the dye absorbs sunlight and returns electrons to the dye or the electrolyte is blocked by the TiO 2 blocking layer, the performance of the dye-sensitized solar cell (Voc, Jsc, Fill Factor, efficiency).
둘째, 상기 TiO2 블로킹층이 스핀 코팅으로 제조되면, 상기 제1전극 사이의 계면 특성이 향상되기 때문에, 상기 반도체층으로부터 상기 제1전극으로 전자 이동성이 향상된다. 따라서, 상기 염료감응형 태양전지의 성능이 더욱 향상된다.Second, when the TiO 2 blocking layer is manufactured by spin coating, since the interface property between the first electrodes is improved, electron mobility is improved from the semiconductor layer to the first electrode. Therefore, the performance of the dye-sensitized solar cell is further improved.
도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지(100)의 개략적인 구조도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 상기 염료감응형 태양전지(100)는 서로 이격되어 대향되도록 배치되는 제1기판(110) 및 제2기판(120)을 포함한다. 상기 제1기판(110)으로는 태양광이 입사되어 투광되며, 상기 태양광의 투과율이 높아지도록 상기 제1기판(110)은 투명한 소재로 형성된다. 상기 투명한 소재로는 유리 또는 투명한 플라스틱 등을 들 수 있다. 상기 투명한 플라스틱으로는 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에테르설폰, 올레핀 말레이미드 공중합체, 노보넨계수지 등을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌 나프탈레이트 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 사용할 수 있다.1 is a schematic structural diagram of a dye-sensitized
상기 제1기판(110) 상에는 상기 제2기판(120)을 마주보도록 제1전극(130)이 형성되어 있다. 상기 제1전극(130)은 투명한 소재로 형성되며, ITO, FTO 등이 있다. 상기 제2기판(120) 상에는 상기 제1기판(110)을 마주보도록 제2전극(140)이 형성되어 있다. 상기 제2전극(140)은 백금 등과 같은 도전성이 우수한 소재로 형성된다.The
상기 제1전극(130) 상에는 아나타제(Anatase) 구조를 가지는 TiO2 블로킹층(blocking layer)(150)이 형성되어 있다. 아나타제 구조의 TiO2 블로킹층(150)은, 루타일(Rutile) 구조에 비하여 현저하게 높은 광촉매 특성을 가진다. 예를 들면, 전자는 아나타제 구조 내에서 루타일 구조 내보다 89배 빠른 전하 이동도를 보인다. 더욱이, 아나타제 구조의 TiO2 층은 밴드 갭 에너지(band gap energy)가 3.2eV에 해당하는 파장(380nm) 이하가 여기 광이 되고, Rutile 구조의 TiO2 층은 3.0eV에 해당하는 415nm이하의 파장이 여기 광이 된다. 따라서, 루타일 구조보다 아나타제 구조에서 넓은 파장대의 빛을 흡수하기 때문에, 아나타제 구조가 루타일 구조에 배하여 우수한 태양전지 성능을 보여줄 수 있다.A TiO 2 blocking layer 150 having an anatase structure is formed on the
상기 TiO2 블로킹층(150)은 스핀코팅법에 의하여 형성된다. 상기 제1전극(130)의 계면은 매끄럽지 못하며, 전해액(180)과 접촉하면 전자복귀 현상(back transfer)이 발생하여 전자의 이동을 원활하게 하지 못하게 한다. 하지만, 스핀코팅에 의하여 상기 TiO2 블로킹층(150)이 형성되면, 상기 TiO2 블로킹층(150)이 상기 제1전극(130)의 계면을 매끄럽게 메워서 전자의 이동성이 증가한다. 또한, 상기 TiO2 블로킹층(150)은 상기 전해액(180)과 상기 제1전극(130) 사이의 접촉을 차단하여, 상기 전자복귀 현상을 억제한다. 이로부터, 상기 염료감응형 태양전지(100)의 효율이 향상된다. 상세한 설명은 후술한다.The TiO 2 blocking layer 150 is formed by spin coating. The interface of the
상기 TiO2 블로킹층(150) 내에서 결정들 사이의 네트워크 특성이 향상되기 때문에, 전자의 이동성이 더욱 향상된다. 특히, 상기 스핀코팅법은 스퍼터링법과는 달리, 제조비용이 낮고, 대면적 제조가 가능한 장점이 있다.Since the network characteristics between the crystals in the TiO 2 blocking layer 150 are improved, the mobility of electrons is further improved. In particular, the spin coating method, unlike the sputtering method, has the advantage of low manufacturing cost and large area manufacturing.
상기 TiO2 블로킹층(150) 상에는 반도체층(160)이 형성되어 있다. 상기 반도체층(160)은 다양한 소재로 형성될 수 있다. 상기 소재로는 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 텅스텐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루 어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 금속 산화물들은 단독 또는 2가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 반도체층(160)을 이루는 금속 산화물은, 표면에 흡착된 염료가 보다 많은 빛을 흡수하고 전해질층과의 흡착 정도를 향상시키기 위하여 표면적을 크게 하는 것이 바람직하므로, 나노튜브, 나노와이어, 나노벨트 또는 나노입자와 같은 나노구조를 가진다. 상기 반도체층(160)은 입자 크기가 다른 2종류의 금속 산화물을 이용하여 이층으로 형성하거나 또는 단층으로 형성될 수 있다. 상기 반도체층(160)을 형성하는 방법으로는, 일반적인 코팅 방법, 예를 들어 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터블레이딩, 스퍼터링 등의 방법이 이용될 수 있다. 본 실시예에서 상기 반도체층(160)은 아나타제 구조를 가지는 다공성 나노입자(nanoporous) TiO2층이다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The
상기 다공성 나노입자 TiO2층(160)에는 염료(170)가 흡착되어 있다. 상기 염료(170)는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자는 상기 반도체층 전도대로 주입된 후 상기 제1전극(130) 및 상기 제2전극(140)으로 이동하면서 기전력을 발생하게 된다. 상기 염료(170)로는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으며, 루테늄 착물이 이용될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The
상기 전해액(180)이 전해질로서, 상기 다공성 나노입자 TiO2층(160)과 상기 제2전극(140) 사이의 공간에 충진되어 있다. 상기 전해액(180)으로는 요오드의 아세토나이트릴 용액, NMP(NMetyl-2-Pyrrolidone) 용액, 3-메톡시프로피오나이트릴 용액 등이 사용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The
도 2를 참조하여, 상기 염료감응형 태양전지(100)의 제조방법에 대하여 살펴본다. 이하에서는, 상기 TiO2 블로킹층(150)의 제조방법을 중심으로 설명한다.Referring to Figure 2, looks at with respect to the manufacturing method of the dye-sensitized
먼저, 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Ti(OC3H7)4가 1.0M로 혼합된 이소프로페놀(C3H7OH) 100㎖와, 염산(HCl)이 0.8M로 혼합된 이소프로페놀 100㎖를 준비하여(S110 단계, S120 단계), 서로 혼합하고 이를 24시간 동안 교반하여(S130 단계), 투명한 졸을 형성한다(S140 단계).First, isopropphenol in which titanium tetraisopropoxide (Ti (OC 3 H 7 ) 4 is mixed with 1.0 M of isopropphenol (C 3 H 7 OH) mixed with 1.0 M, and hydrochloric acid (HCl) is mixed in 0.8 M. 100 ml is prepared (step S110, step S120), mixed with each other and stirred for 24 hours (step S130) to form a transparent sol (step S140).
상기 투명한 졸을 상기 제1전극이 형성된 상기 제1기판 상에 스핀 코팅한다(S150 단계). 상기 스핀 코팅은 500rpm, 1000rpm, 2000rpm으로 각각 약 60초씩 수행한다. 그리고, 상기 스핀 코팅된 졸을 100℃에서 약 1시간 동안 건조한 후(S160 단계), 450℃에서 30분 동안 소결시킨다(S170 단계). 이를 통하여, 상기 TiO2 블로킹층(150)이 상기 제1전극(130) 상에 형성된다. 상기 소결에 의하여, 상기 TiO2 블로킹층(150)은 아나타제 구조를 가진다.The transparent sol is spin coated on the first substrate on which the first electrode is formed (S150). The spin coating is performed at 500 rpm, 1000 rpm, 2000 rpm for about 60 seconds each. Then, the spin-coated sol is dried for about 1 hour at 100 ° C (step S160), and then sintered at 450 ° C for 30 minutes (step S170). Through this, the TiO 2 blocking layer 150 is formed on the
그리고, 상기 TiO2 블로킹층(150) 상에 염료가 흡착된 아나타제 구조를 가지는 다공성 나노입자(nanoporous) TiO2층(160)을 형성한다. 상기 다공성 나노입자 TiO2층(160)의 제조 방법은 다양하게 형성시킬 수 있는 바, 상세한 설명은 생략한 다. 다만, 상기 다공성 나노입자 TiO2층(160)도 아나타제 구조를 가진다. 상기 TiO2 블로킹층(150) 및 상기 다공성 나노입자 TiO2층(160) 모두 아나타제 구조를 가지기 때문에, 소결 온도 영역이 유사하여, 특정 소결 장치를 이용하여 상기 TiO2 블로킹층(150) 및 상기 다공성 나노입자 TiO2층(160)를 형성할 수 있다. 따라서, 제조 설비 비용이 감소하고, 작업자의 제조 편의성이 향상된다.In addition, a porous nanoparticle (nanoporous) TiO 2 layer 160 having anatase structure in which dye is adsorbed is formed on the TiO 2 blocking layer 150. The method of manufacturing the porous nanoparticle TiO 2 layer 160 may be variously formed, and thus a detailed description thereof will be omitted. However, the porous nanoparticle TiO 2 layer 160 also has an anatase structure. Since both the TiO 2 blocking layer 150 and the porous nanoparticle TiO 2 layer 160 have an anatase structure, the sintering temperature range is similar, so that the TiO 2 blocking layer 150 and the porous layer are formed using a specific sintering apparatus. Nanoparticle TiO 2 layer 160 may be formed. Therefore, manufacturing equipment cost is reduced and the manufacturing convenience of an operator is improved.
도 3은 XRD를 이용하여 수행된 상기 TiO2 블로킹층(150) 및 상기 다공성 나노입자 TiO2층의 X-ray 회절 패턴 데이터를 보여준다. 도 3에서 위쪽 그래프는 상기 TiO2 블로킹층(150)의 X-ray 회절 패턴 데이터이고, 아래쪽 그래프는 상기 다공성 나노입자 TiO2층의 X-ray 회절 패턴 데이터이다. 상기 TiO2 블로킹층(150) 및 상기 다공성 나노입자 TiO2층 모두 아나타제 구조를 가짐을 확인할 수 있다.3 shows X-ray diffraction pattern data of the TiO 2 blocking layer 150 and the porous nanoparticle TiO 2 layer performed using XRD. In FIG. 3, the upper graph is X-ray diffraction pattern data of the TiO 2 blocking layer 150, and the lower graph is X-ray diffraction pattern data of the porous nanoparticle TiO 2 layer. It can be seen that both the TiO 2 blocking layer 150 and the porous nanoparticle TiO 2 layer have an anatase structure.
도 4(a)~(c)는 상기 스핀 코팅법에 의하여 제조된 상기 TiO2 블로킹층(150)의 SEM 마이크로 그래프이다. 도 4(a)~(c)는 각각 2000rpm, 1000rpm, 500rpm으로 스핀 코팅된 상태를 보여준다. 상기 TiO2 블로킹층(150)은, 2000rpm으로 스핀 코팅되면 10~30㎚의 두께로 형성되고, 1000rpm으로 스핀 코팅되면 40~60㎚의 두께로 형성되고, 500rpm으로 스핀 코팅되면 120~150㎚의 두께로 형성된다. 즉, 회전수가 작을수록, 상기 TiO2 블로킹층(150)의 두께가 두꺼워지고, 안정된 결정 형성이 가능 하며, 결정들 사이의 네트워크 특성이 향상됨을 볼 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 네트워크 특성이 향상되면, 전자의 이동성이 증가하기 때문에, 상기 염료감응형 태양전지의 효율이 증가한다.4 (a) to 4 (c) are SEM micrographs of the TiO 2 blocking layer 150 manufactured by the spin coating method. Figure 4 (a) ~ (c) shows the spin-coated state at 2000rpm, 1000rpm, 500rpm respectively. The TiO 2 blocking layer 150 has a thickness of 10 to 30 nm when spin coated at 2000 rpm, is formed with a thickness of 40 to 60 nm when spin coated at 1000 rpm, and 120 to 150 nm when spin coated at 500 rpm. It is formed in thickness. That is, as the rotation speed is smaller, the thickness of the TiO 2 blocking layer 150 becomes thicker, stable crystal formation is possible, and network characteristics between the crystals are improved. As described above, when the network characteristics are improved, the mobility of electrons increases, so that the efficiency of the dye-sensitized solar cell increases.
도 5에 상기 염료감응형 태양전지의 Jsc(short-circuit current)의 실험 데이터가 도시되어 있으며, 도 6에 상기 TiO2 블로킹층(150)의 두께에 따른 효율의 실험 데이터가 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에서, 상기 TiO2 블로킹층(150)의 두께는 0㎚(상기 TiO2 블로킹층(150)이 없는 경우), 10~30㎚(2000rpm으로 스핀코팅된 경우), 40~60㎚(1000rpm으로 스핀코팅된 경우) 및 120~150㎚(2000rpm으로 스핀코팅된 경우)으로 하여 수행되었다. 표 1에도 상기 TiO2 블로킹층(150)의 두께에 따른 Voc(open-circuit voltage), Jsc, Fill Factor, 효율의 실험 데이터가 정리되어 있다. 도 5, 도 6 및 표 1을 참조하면, 상기 TiO2 블로킹층(150)이 존재할 경우, Voc, Jsc, Fill Factor, 효율 모두 향상된 것을 볼 수 있다. 이러한 태양전지의 성능 향상은, 상기 TiO2 블로킹층(150)이 상기 제1전극(130)과 상기 전해액(180)과의 접촉차단을 통해 전자의 복귀 현상(back transfer)을 억제하는데 기인한다. 이를 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Experimental data of the short-circuit current (Jsc) of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG. 5, and experimental data of efficiency according to the thickness of the TiO 2 blocking layer 150 is shown in FIG. 6. 5 and in Figure 6, (without the TiO 2 blocking layer 150), the thickness of the TiO 2 blocking layer 150 is 0㎚, 10 ~ 30㎚ (If the spin coated with 2000rpm), 40 ~ 60 Nm (if spin-coated at 1000 rpm) and 120-150 nm (when spin-coated at 2000 rpm). Table 1 also summarizes experimental data of open-circuit voltage (Voc), Jsc, Fill Factor, and efficiency according to the thickness of the TiO 2 blocking layer 150. Referring to FIGS. 5, 6 and Table 1, when the TiO 2 blocking layer 150 is present, it can be seen that Voc, Jsc, Fill Factor, and efficiency are all improved. The performance improvement of the solar cell is caused by the TiO 2 blocking layer 150 suppressing back transfer of electrons by blocking contact between the
[표 1] TiO2 블로킹층(150)의 두께에 따른 염료감응형 태양전지의 성능비교[Table 1] Performance Comparison of Dye-Sensitized Solar Cell According to the Thickness of TiO 2 Blocking Layer 150
(㎚)Thickness of TiO 2 Blocking Layer 150
(Nm)
여기서, 상기 다공성 나노입자 TiO2층은 13㎚임 (Solaronix 사 Ti-Nanoxide T/SP를 이용하여 형성됨)Herein, the porous nanoparticle TiO 2 layer is 13 nm (formed using Solaronix's Ti-Nanoxide T / SP).
도 1을 참조하면, 상기 염료(170)는 태양광을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성한다. 상기 생성된 전자는 상기 반도체층(160), 상기 상기 TiO2 블로킹층(150) 및 상기 제1전극(130)을 거쳐 외부 회로로 나간 후, 다시 상기 제2전극(140)을 통하여 유입되는 순환 구조를 가진다. 도 1에 실선 화살표(P1)가 상기 생성된 전자의 이동 경로를 보여준다. 다만, 종래에는, 상기 생성된 전자의 일부가 다시 상기 전해질(180) 및 상기 염료(170)로 복귀하는 현상이 발생하였다(도 1의 점선 화살표(P2) 참조). 이러한 복귀 현상은 태양전지의 성능 저하를 야기하였다. 하지만, 본 발명에서는 상기 복귀 전자가 상기 TiO2 블로킹층(150)에 의하여 복귀가 차단되기 때문에, 상기 염료감응형 태양전지(100)의 성능이 향상된다. 더욱이, 상기 TiO2 블로킹층(150)과 상기 제1전극(130) 사이의 계면 특성이 향상되기 때문에, 상기 생성된 전자가 상기 반도체층(160)으로부터 상기 제1전극(130)으로 전자 이동성이 향상된다. 따라서, 이러한 전자 이동성의 향상으로 인하여, 상기 염료감응형 태양전지(100)의 성능이 더욱 향상된다.Referring to FIG. 1, the
도 6을 참조하면, 상기 TiO2 블로킹층(150)의 두께가 클수록 효율이 상승된다. 하지만, 상기 TiO2 블로킹층(150)의 두께가 650㎚를 넘어서면, 상기 반도체층에서 상기 제1전극으로 이동하는 전자의 이동이 억제되어, 상기 효율이 감소되는 경향을 가진다. 따라서, 상기 TiO2 블로킹층은 0 내지 650㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 6, the greater the thickness of the TiO 2 blocking layer 150, the higher the efficiency. However, when the thickness of the TiO 2 blocking layer 150 exceeds 650 nm, the movement of electrons moving from the semiconductor layer to the first electrode is suppressed, and the efficiency tends to be reduced. Therefore, the TiO 2 blocking layer preferably has a thickness of 0 to 650 nm.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 개략적인 구조도이다.1 is a schematic structural diagram of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 염료감응형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 보여주는 순서도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1 step by step.
도 3은 XRD를 이용하여 TiO2 블로킹층 및 상기 다공성 나노입자 TiO2층의 X-ray 회절 패턴 데이터를 보여주는 그래프들이다.3 is a graph showing X-ray diffraction pattern data of the TiO 2 blocking layer and the porous nanoparticle TiO 2 layer using XRD.
도 4(a)~(c)는 스핀 코팅법에 의하여 제조된 도 1의 TiO2 블로킹층의 SEM 마이크로 그래프들이다.4 (a) to 4 (c) are SEM micrographs of the TiO 2 blocking layer of FIG. 1 prepared by spin coating.
도 5는 도 2의 제조방법으로 제조된 염료감응형 태양전지의 Jsc (short-circuit current)의 실험 그래프이다.FIG. 5 is an experimental graph of Jsc (short-circuit current) of the dye-sensitized solar cell manufactured by the manufacturing method of FIG. 2.
도 6은 도 2의 제조방법으로 제조된 염료감응형 태양전지의 실험 그래프이다.6 is an experimental graph of a dye-sensitized solar cell manufactured by the manufacturing method of FIG. 2.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 ><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
100: 염료감응형 태양전지 110: 제1기판100: dye-sensitized solar cell 110: the first substrate
120: 제2기판 130: 제1전극120: second substrate 130: first electrode
140: 제2전극 150: TiO2 블로킹층140: second electrode 150: TiO 2 blocking layer
160: 반도체층 170: 염료160: semiconductor layer 170: dye
180: 전해질180: electrolyte
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| KR100822304B1 (en) * | 2006-10-31 | 2008-04-16 | 한국과학기술연구원 | Fabrication method of blocking dye-sensitized solar cell with blocking layer having high-crystallinity |
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