KR101094717B1 - 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 염료감응형 태양전지는 서로 마주보는 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하여 전자-정공 쌍을 생성하는 염료, 실리콘 및 알칼리계 금속을 포함하는 반도체층, 및 상기 제2 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하며, 상기 반도체층에서 생성된 홀을 상기 제2 전극에 전달하는 전해질을 포함한다.
Description
본 발명은 박막태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
석유, 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료 고갈의 위기감, 교토의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 개도국들(BRICs)의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등으로 인해 청정 에너지에 대한 요구가 증대되고 있으며, 이에 따라 신재생에너지의 기술개발이 진행되고 있다.
신재생 에너지 중에서 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다.
태양전지는 주로 실리콘을 이용하고 있으나, 실리콘 기반의 태양전지는 반도체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다.
이러한 상황에서 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않는 염료감응형 태양전지( Dye-Sensitized Solar Cell)가 본격 연구되기 시작하였다. 염료감응형 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양 전지이다.
본 발명은 간단한 제조공정에 의하여 제조되는 염료감응형 태양전지 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 염료감응형 태양전지는 서로 마주보는 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하여 전자-정공 쌍을 생성하는 염료, 실리콘 및 알칼리계 금속을 포함하는 반도체층 및 상기 제2 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하며, 상기 반도체층에서 생성된 홀을 상기 제2 전극에 전달하는 전해질을 포함한다.
본 발명의 염료감응형 태양전지는 상기 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 전자의 재결합 현상을 방지하는 재결합 차단층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 염료감응형 태양전지는 상기 반도체층을 통과하는 광의 산란을 유도하며 상기 반도체층 상에 위치하는 산란층을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체층은 이산화티탄을 포함할 수 있다.
상기 알칼리 금속은 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 또는 라듐일 수 있다.
본 발명의 염료감응형 태양전지의 제조방법은 반도체층을 제1 기판 상에 위치하는 제1 전극 상에 형성하는 단계, 실리콘과 알칼리계 금속이 상기 반도체층에 포함되도록 하는 단계, 염료가 상기 반도체층에 포함되도록 하는 단계 및 제2 전극이 형성된 제2 기판과 상기 반도체층 사이에 전해질이 주입되는 단계를 포함한다.
상기 실리콘과 상기 알칼리계 금속이 상기 반도체층에 포함되도록 하는 단계는 금속실리케이트를 용매에 가하여 형성된 침적 용액에 상기 반도체층을 침적시켜 이루어질 수 있다.
상기 실리콘과 상기 알칼리계 금속은 상기 반도체층에 스며들어 동시에 흡착될 수 있다.
본 발명의 염료감응형 태양전지의 제조방법은 상기 반도체층이 형성되기 전에 상기 제1 전극 상에 상기 반도체층에서 생성된 전자의 재결합을 차단하는 재결합 차단층이 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 염료감응형 태양전지의 제조방법은 상기 반도체층 상에 빛을 산란시키는 산란층을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체층은 상기 침적 용액에 10초 이상 20분 이하의 침적시간 동안 침적될 수 있다.
상기 금속실리케이트는 알칼리금속 실리케이트, 알칼리토금속 실리케이트, 또는 상기 알칼리금속 실리케이트와 상기 알칼리토금속 실리케이트의 혼합물일 수 있다.
상기 알칼리금속 실리케이트는 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 루비듐 실리케이트, 세슘 실리케이트, 또는 상기 리튬 실리케이트, 상기 소듐 실리케이트, 상기 포타슘 실리케이트, 상기 루비듐 실리케이트, 또는 상기 세슘 실리케이트 중 적어도 두 가지의 혼합물일 수 있다.
상기 알칼리토금속 실리케이트는 베릴륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 스트론튬 실리케이트, 바륨 실리케이트, 라듐 실리케이트, 또는 상기 베릴륨 실리케이트, 상기 마그네슘 실리케이트, 상기 칼슘 실리케이트, 상기 스트론튬 실리케이트, 상기 바륨 실리케이트, 상기 라듐 실리케이트 중 적어도 두 가지의 혼합물일 수 있다.
상기 용매는 물일 수 있다.
상기 물에 유기용매, 산 또는 알칼리 화합물이 첨가될 수 있다.
본 발명은 침적법으로 간단하게 실리콘과 알칼리계 금속을 포함하는 실리콘층을 형성함으로써 광전변환효율이 향상된 염료감응형 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 비교예를 통하여 확보된 염료감응형 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 염료감응형 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예 1에 따른 염료감응형 태양전지의 TiO2 박막 분석 결과를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 2에 따른 염료감응형 태양전지의 TiO2 박막 분석 결과를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 3에 따른 염료감응형 태양전지의 TiO2 박막 분석 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 염료감응형 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 비교예를 통하여 확보된 염료감응형 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 염료감응형 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예 1에 따른 염료감응형 태양전지의 TiO2 박막 분석 결과를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 2에 따른 염료감응형 태양전지의 TiO2 박막 분석 결과를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 3에 따른 염료감응형 태양전지의 TiO2 박막 분석 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 염료감응형 태양전지의 전류-전압 그래프이다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 기판(110), 제1 전극(120), 반도체층(130), 전해질(140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)을 포함한다.
제1 기판(110) 및 제2 기판(160)은 서로 마주보도록 위치하며, 유리, 플라스틱, 또는 금속 호일 등을 포함할 수 있다. 도 1에는 도시되어 있지 않으나 제1 기판(110) 또는 제2 기판(160)이 금속 호일 (foil)을 포함할 경우, 제1 전극(120)과 제1 기판(110) 사이의 단락을 방지하거나 제2 전극(150)과 제2 기판(160) 사이의 단락을 방지하기 위한 절연층이 제1 전극(120)과 제1 기판(110) 사이 또는 제2 전극(150)과 제2 기판(160) 사이에 위치할 수 있다.
서로 마주보는 제1 전극(120) 및 제2 전극(150)은 각각 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 상에 형성된다. 제1 전극(120)은 내열성이 우수한 FTO(F-doped tin oxide)로 이루어질 수 있다. 제1 전극(120)은 FTO 외에도 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 또는 SnO2-Sb2O3 으로 이루어질 수 있다.
반도체층(130)은 제1 전극(120) 및 제2 전극(150) 사이에 위치하며, 전자-정공 쌍을 생성하는 염료, 실리콘 및 알칼리계 금속을 포함한다. 염료는 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하고, 반도체화합물은 생성된 전자를 제1 전극(120)에 전달한다.
염료, 실리콘 및 알칼리계 금속은 반도체층(130)의 반도체화합물에 흡착될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 반도체층(130)의 반도체화합물은 이산화티탄(TiO2)일 수 있다. 이산화티탄은 그 내부에 빈 공간을 지닌 다공성 물질이고 표면에 OH기가 있어서 염료, 실리콘 및 알칼리계 금속이 이산화티탄 입자에 잘 흡착될 수 있다.
실리콘과 알칼리계 금속이 형성된 반도체층(130)에 대해서는 이후에 상세히 설명된다.
반도체층(130)의 반도체화합물과 제1 전극(120) 사이에 접촉상태에 따라 외부회로로 전달되지 못하는 전자가 발생하게 된다. 즉 반도체층(130)과 제1 전극(120) 사이의 접촉이 불완전할 경우, 반도체화합물로부터 제1 전극(120) 부근까지 전달된 전자들 중 일부는 전해질(140)에 노출되어 사라지게 된다. 이러한 재결합(recombination) 현상을 방지하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 전극(120)과 반도체층(130) 사이에 재결합 차단층(170)을 더 포함할 수도 있다.
전해질(140)은 제2전극(150)과 반도체층(130) 사이에 위치하며, 산화환원 반응을 통하여 반도체층(130)에서 생성된 홀을 제2 전극(150)에 전달한다.
제2 전극(150)은 전해질(140)로부터 홀을 전달받아 외부 회로로 전달한다. 제2 전극(150)은 두 개의 층들(151, 153)을 포함할 수 있다. 두 개의 층들 중 하나(151)는 백금, 금 또는 카본과 같이 임의의 도전성을 지닌 물질로 이루어지고, 다른 하나(153)는 FTO, ITO, IZO, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 또는 SnO2-Sb2O3 으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지는 반도체층(130)을 통과하는 광의 산란을 유도하는 산란층(180)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 산란층(180)은 반도체층(130) 상에 위치할 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
제1 기판(110) 상부에 형성된 제1 전극(120)이 아세톤, 에탄올, 증류수 혹은 이들의 혼합용액에 담궈진 후 제1 전극(120)에 대한 초음파 세정이 실시된다.
수십 nm의 입경을 지닌 이산화티탄 입자와 같은 반도체화합물을 포함하는 페이스트가 세정된 제1 전극(120) 위에 코팅되어 반도체층(130)이 형성된다. 이후 반도체층(130)이 공기 중 또는 산소 분위기에서 약 30분에서 60분간 450 ℃ 내지 550 ℃의 온도로 열처리된다.
반도체층(130)이 형성되기 전에 제1 전극(120)이 전구체 용액(TiCl4)에 침적되어 재결합 차단층(170)이 제1 전극(120) 상에 형성될 수도 있다. 또한 평균 입경이 수백 nm인 이산화티탄 입자를 포함하는 페이스트가 반도체층(130) 상에 코팅되어 산란층(180)이 반도체층(130) 상에 형성될 수도 있다. 재결합 차단층(170) 및 산란층(180) 역시 공기 중 또는 산소 분위기에서 약 30분에서 60분간 450 ℃ 내지 550 ℃의 온도로 열처리될 수 있다.
반도체층(130)과 산란층(180)의 형성 방법은 닥터 블레이드 코팅 (doctor blade coating), 스크린 프린팅 (screen printing), 플렉소그라피 (Flexography)방식, 또는 그라비아 프린팅 방식 (Gravure printing) 중 하나에 의하여 형성될 수 있다.
다음으로 실리콘과 알칼리계 금속이 반도체층(130)에 포함되는 공정이 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 반도체층(130)이 실리콘과 알칼리계 금속을 포함하기 위하여 용매에 금속실리케이트를 가하여 제조된 침적 용액에 반도체층(130)이 침적된다.
이에 따라 금속실리케이트는 용매에 의하여 용해되어 알칼리계 금속과 실리콘으로 분리되고, 알칼리계 금속과 실리콘은 용매와 더불어 반도체층(130)에 스며들어 반도체층(130)에 동시에 흡착된다. 이와 같이 알칼리계 금속과 실리콘이 반도체층(130)에 동시에 흡착되므로 간단하고 빠르게 반도체층(130)이 알칼리계 금속과 실리콘을 포함할 수 있다. 이 때, 반도체층(130)이 실리콘과 알칼리계 금속을 포함하기 위해서는 10초 이상 20분 이하의 침적시간이 필요하다.
한편, 반도체층(130)이 이산화티탄을 포함하는 경우 알칼리계 금속과 실리콘은 다공성 이산화티탄 입자 표면에 흡착된다.
침적이 끝난 뒤 증류수 및 알콜류와 같은 용매를 이용하여 반도체층(130)에 대한 세정이 실시되고, 반도체층(130)은 60 ℃ 이상 70 ℃ 이하의 온도에서 10분 이상 20분 이하의 시간동안 건조될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 금속실리케이트는 알칼리금속 실리케이트, 알칼리토금속 실리케이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 알칼리금속 실리케이트는 리튬 실리케이트(lithium silicate), 소듐 실리케이트(sodium silicate), 포타슘 실리케이트(potassium silicate), 루비듐 실리케이트(rubidium silicate), 세슘 실리케이트(cesium silicate), 또는 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 루비듐 실리케이트, 세슘 실리케이트 중 적어도 두 가지의 혼합물일 수 있다. 알칼리토금속 실리케이트는 베릴륨 실리케이트(beryllium silicate), 마그네슘 실리케이트(magnesium silicate), 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 스트론튬 실리케이트(strontium silicate), 바륨 실리케이트(barium silicate), 라듐 실리케이트(radium silicate), 또는 베릴륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 스트론튬 실리케이트, 바륨 실리케이트, 라듐 실리케이트 중 적어도 두 가지의 혼합물일 수 있다.
이에 따라 반도체층(130)에 형성되는 알칼리계 금속은 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 또는 라듐일 수 있다.
침적 용액을 형성하기 위한 용매는 물일 수 있으며, 물에 쉽게 혼합될 수 있는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 이소프로필 알콜 (isopropyl alcohol) 또는 메틸에틸케톤 (methylethylketone) 등과 같은 유기용매나, 산 또는 알칼리 화합물이 물에 첨가될 수 있다.
용매로 사용되는 물은 금속실리케이트를 잘 용해시킬 뿐만 아니라 안정적인 물질이어서 다루기 쉽고 환경 오염을 방지할 수 있다. 침적 용액에 유기용매, 산(acid) 또는 알칼리 화합물(alkaline compound)이 첨가될 경우 금속실리케이트의 용해가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
침적 용액을 형성하기 위한 용매가 물일 경우, 알칼리금속 실리케이트는는 물에 대한 용해도가 우수한 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 또는 바륨 실리케이트나 이들의 혼합물이 사용 될 수 있다.
실리콘과 알칼리계 금속이 도입된 반도체층(130)에 염료가 흡착됨으로써 염료가 반도체층(130)에 포함된다. 염료는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 형성하며, 여기상태의 전자는 이산화티탄의 전도대로 주입된 후 제1 전극(120)으로 이동함으로써 기전력이 발생한다.
이때 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 염료라면 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 염료는 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)], 크산틴계 색소, 시아닌계 색소, 염기성 염료, 포르피린계 화합물, 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환퀴논계 색소, 유기계 염료 등일 수 있으며, 이들의 혼합물 일 수도 있다.
크산틴계 색소는 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 또는 에리스로신 등일 수 있으며, 시아닌계 색소는 퀴노시아닌 또는 크립토시아닌 등일 수 있고, 염기성 염료는 페노사프라닌, 카르비블루, 티오신, 메틸렌블루 등일 수 있다. 또한 포르피린계 화합물은 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등일 수 있으며, 착화합물은 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, 또는 Ru 트리스비피리딜 등일 수 있다.
이러한 염료의 용매로서는 터셔리부틸알콜, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 에탄올, 이소프로필알콜 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 알칼리계 금속과 실리콘이 흡착된 반도체층(130)은 1시간 이상 72시간 이내의 시간동안 염료용액에 담궈지며, 이에 따라 반도체층(130)에 염료가 흡착된다.
염료의 도입이 끝나면 반도체층(130) 표면에 묻어있는 염료는 알콜류과 같은 용매에 의하여 세척되고 반도체층(130)은 건조된다.
제2 전극(150)이 형성된 제2 기판(160)과 반도체층(130) 사이에 전해질(140)이 주입된다. 전해질(140)은 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imimdazolium iodide)와 I2(iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-methoxypropionitile)에 용해시킨 I3-/I-를 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 유기반도체 소재라면 전해질(140)로서 사용될 수 있다.
본 발명의 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법은 실시예를 통하여 구체화 하지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 이후에 설명되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
비교예 1
FTO로 이루어진 제1 전극(120)이 형성된 제1 기판(110)은 40 mM의 TiCl4 수용액(70℃)에 30분간 침적시켜 재결합차단층(170)이 형성된다. 이어서 상용(제조업체: Solaronix, TiO2 입경: 20 nm) TiO2 페이스트가 닥터 블레이드 방법으로 재결합차단층(170) 상에 코팅됨으로써 반도체층(130)이 형성된다. 평균입경 400 nm의 TiO2를 포함하는 페이스트를 이용하여 산란층용 박막이 반도체층(130) 상에 형성된다. 이후 재결합차단층(170), 반도체층(130) 및 산란층(180)은 500℃에서 60분간 소성된다.
소성된 제1 기판(110)은 염료용액(Solaronix 사의 N719를 acetronitrile+tert-butylalcohol에 0.5 mM의 농도 용해)에 24시간 동안 침적되며, 이에 따라 다공성 이산화티탄 입자 내로 염료가 충분히 침투한다.
제2 전극(150)을 형성하기 위하여 백금(Pt) 페이스트가 제2 기판(160) 상에 형성되고 미리 세정된 FTO 상에 코팅된 후 400℃에서 30분간 소성된다. 백금 페이스트를 코팅하기 전에 전해질(140) 주입을 위해 제2 기판(160) 및 제2 전극(150)을 관통하는 두 개의 구멍이 미리 형성된다. 제1 기판(110)과 제2 기판(160)을 상호 대향하도록 배치시키고 그 사이에 격벽이 Sealing material(Solaronix사 제품, 두께 약 60 μm)에 의해 형성된다.
이를 120 ℃의 가열판 상에 올린 상태에서 압력이 가해지면 제1 기판(110)과 제2 기판(160)이 밀착된다. 열과 압력에 의하여 격벽재료는 제1 기판(110) 상에 형성된 제1 전극(120) 표면과 제2 기판(160) 상에 형성된 제2 전극(150)의 표면에 강하게 부착된다.
이어서, 미리 형성시킨 구멍을 통하여 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 사이에 전해질이 채워진다. 이때 사용된 전해질은 Solaronix사의 I-/I3 - redox couple이 사용되었다. 전해질 용액이 채워지면 구멍이 봉지됨으로써 염료감응형 태양전지가 완성된다.
이와 같이 제작된 염료감응형 태양전지의 광전변환효율은 solar simulator 및 I-V measurement 장비에 의하여 측정되었다. 제작된 태양전지에 AM 1.5 조건(100mW/cm2)의 빛이 조사된 후, 도 3과 같은 전류 전압 그래프가 확보되었다. 비교예에 따른 염료감응형 태양전지의 V OC (Open circuit voltage)는 0.64V, J SC (short circuit current density)는 14.66 mA/cm2 및 Fill Factor는 67.45%이며, 이에 따라 비교예의 광전변환효율은 6.33%이다.
실시예 1
비교예 1에서 제시된 제조과정과 동일한 과정을 통하여 재결합차단층(170), 반도체층(130) 및 산란층(180)이 형성된 제1 기판(110)이 염료에 침적되기 전에 0.05M의 lithium silicate (LiSiO3) 및 물(용매)로 구성되는 침적용액에 10분 침적되고, 이후 물과 알콜에 의하여 세정, 및 건조된다. 이후의 공정은 비교예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
이와 같은 실시예 1의 염료감응형 태양전지의 광전변환효율이 비교예 1에 기재된 장비 및 방법으로 측정되었다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 염료감응형 태양전지의 V OC 는 0.77V, J SC 는 14.58 mA/cm2 및 Fill Factor는 74.20%이며, 이에 따라 광전변환효율은 8.31%이다. 또한, 리튬 금속과 실리콘의 도입여부를 확인하기 위하여 침적공정을 거친 TiO2 박막이 XPS로 분석되었으며, 도 5a 및 도 5b는 그 결과를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b 각각에 도시된 바와 같이 lithium 및 실리콘에 의한 피크가 나타남을 확인할 수 있다.
실시예 2
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 lithium silicate 대신에 sodium silicate의 사용을 제외하고는 동일하게 염료감응형 태양전지가 제조되었다. 실시예 2에 따른 염료감응형 태양전지의 V OC 는 0.80V, J SC 는 14.06 mA/cm2 및 Fill Factor는 74.87%이여, 이에 따라 광전변환 효율은 8.42%이다. 또한, sodium 금속과 실리콘의 도입여부를 확인하기 위하여 침적공정을 거친 TiO2 박막이 XPS로 분석되었으며, 도 6a 및 도 6b에 그 결과를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b 각각에 도시된 바와 같이 sodium 및 실리콘에 의한 피크가 나타남을 확인할 수 있다.
실시예 3
실시예 3에 따른 염료감응형 태양전지의 제조에서는 실시예 1에서 제시된 0.05M의 lithium silicate 대신에 0.1M의 potassium silicate가 사용되었으며, 침적용액을 만들기 위한 용매로 물과 이소프로필알콜 혼합용매(부피비는 물 90 : 이소프로필알콜 10)가 사용된 것을 제외하고는 동일하게 하여 염료감응형 태양전지가 제조되었다. 실시예 3에 따른 염료감응형 태양전지의 V OC 는 0.74V, J SC 는 14.81 mA/cm2 그리고 Fill Factor는 73.52%이며, 이에 따라 광전변환 효율은 8.01%이다. 또한, potassium 금속과 실리콘의 도입여부를 확인하기 위하여 침적공정을 거친 TiO2 박막이 XPS로 분석되었으며, 도 7a 및 도 7b는 그 결과를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, potassium 및 실리콘에 의한 피크가 나타남을 확인할 수 있다.
실시예 4
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium silicate 대신에 0.08M의 barium silicate의 사용을 제외하고 동일하게 염료감응형 태양전지가 제조되었다. 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 4에 따른 염료감응형 태양전지의 V OC 는 0.76V, J SC 는 14.73 mA/cm2 및 Fill Factor는 75.54%이며, 이에 따라 광전변환 효율은 8.47%이다.
실시예 5
실시예 1에서 제시된 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium silicate 대신에 0.08M의 barium silicate와 0.1M의 potassium silicate의 혼합물이 사용된 것을 제외하고 동일하게 염료감응형 태양전지가 제조되었다. 실시예 5에 따른 염료감응형 태양전지의 V OC 는 0.78V, J SC 는 14.63 mA/cm2 및 Fill Factor는 76.22%이며, 이에 따라 광전변환 효율은 8.71%이다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 간단한 제조 과정을 통하여 반도체층(130)이 실리콘과 알칼리계 금속을 포함함으로써 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 용매에 알칼리계 금속실리케이트를 용매에 용해하여 침적 용액을 제조하고, 반도체층(130)이 형성된 제1 기판(110)을 침적 용액에 침적시키는 간단한 방법을 통하여 반도체층(130)이 실리콘과 알칼리계 금속을 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통하여 형성된 반도체층(130)의 실리콘과 알칼리계 금속은 SURFACE DIPOLE을 형성하고 전자가 전해질(140)과 재결합되는 것을 방지함으로써 염료감응형 태양전지의 Voc 및 광전변환효율을 증가시킨다.
Claims (16)
- 서로 마주보는 제1 전극과 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하여 전자-정공 쌍을 생성하는 염료, 실리콘 및 알칼리계 금속을 포함하는 반도체층; 및
상기 제2 전극과 상기 반도체층 사이에 위치하며, 상기 반도체층에서 생성된 홀을 상기 제2 전극에 전달하는 전해질
을 포함하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층과 상기 제1 전극 사이에 전자의 재결합 현상을 방지하는 재결합 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층을 통과하는 광의 산란을 유도하며 상기 반도체층 상에 위치하는 산란층을 더 포함하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 반도체층은 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속은 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 또는 라듐인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 반도체층을 제1 기판 상에 위치하는 제1 전극 상에 형성하는 단계;
실리콘과 알칼리계 금속이 상기 반도체층에 포함되도록 하는 단계;
염료가 상기 반도체층에 포함되도록 하는 단계; 및
제2 전극이 형성된 제2 기판과 상기 반도체층 사이에 전해질이 주입되는 단계
를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 실리콘과 상기 알칼리계 금속이 상기 반도체층에 포함되도록 하는 단계는 금속실리케이트를 용매에 가하여 형성된 침적 용액에 상기 반도체층을 침적시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 실리콘과 상기 알칼리계 금속은 상기 반도체층에 스며들어 동시에 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 반도체층이 형성되기 전에 상기 제1 전극 상에 상기 반도체층에서 생성된 전자의 재결합을 차단하는 재결합 차단층이 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 반도체층 상에 빛을 산란시키는 산란층을 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 반도체층은 상기 침적 용액에 10초 이상 20분 이하의 침적시간 동안 침적되는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 금속실리케이트는 알칼리금속 실리케이트, 알칼리토금속 실리케이트, 또는 상기 알칼리금속 실리케이트와 상기 알칼리토금속 실리케이트의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 알칼리금속 실리케이트는 리튬 실리케이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 루비듐 실리케이트, 세슘 실리케이트, 또는 상기 리튬 실리케이트, 상기 소듐 실리케이트, 상기 포타슘 실리케이트, 상기 루비듐 실리케이트, 또는 상기 세슘 실리케이트 중 적어도 두 가지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 알칼리토금속 실리케이트는 베릴륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 스트론튬 실리케이트, 바륨 실리케이트, 라듐 실리케이트, 또는 상기 베릴륨 실리케이트, 상기 마그네슘 실리케이트, 상기 칼슘 실리케이트, 상기 스트론튬 실리케이트, 상기 바륨 실리케이트, 상기 라듐 실리케이트 중 적어도 두 가지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 용매는 물인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제15항에 있어서,
상기 물에 유기용매, 산 또는 알칼리 화합물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101484397B1 (ko) | 2013-07-03 | 2015-01-21 | 대구가톨릭대학교산학협력단 | 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060046504A1 (en) | 2002-09-30 | 2006-03-02 | Susumu Kayama | Metal oxide structure containing Titanium oxide and production method and use thereof |
| WO2009013942A1 (ja) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Soken Chemical & Engineering Co., Ltd. | 色素増感太陽電池 |
-
2010
- 2010-09-20 KR KR1020100092382A patent/KR101094717B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060046504A1 (en) | 2002-09-30 | 2006-03-02 | Susumu Kayama | Metal oxide structure containing Titanium oxide and production method and use thereof |
| WO2009013942A1 (ja) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Soken Chemical & Engineering Co., Ltd. | 色素増感太陽電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101484397B1 (ko) | 2013-07-03 | 2015-01-21 | 대구가톨릭대학교산학협력단 | 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 |
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