KR101146174B1 - 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재생에너지 관련 기술을 개시한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지는 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기의 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 고루 섞여 24 내지 63㎛ 두께로 형성된 광 확산필름을 이용하여 외부 손실없이 자연광 또는 솔라시뮬레이터에서 발생시킨 램프 광원을 그대로 반사시킴으로써 광효율을 극대화시킨다.
또한, 본 발명은 광 확산필름의 최적 두께를 자체 실험을 통해 구하여 광효율이 우수한 염료감응 태양전지를 대량으로 제조, 생산 및 판매하는데 기여하고, 이에 따른 기업 이윤창출 및 신재생 에너지와 관련된 산업을 더욱 발전시키는데 이바지한다.
또한, 본 발명은 광 확산필름의 최적 두께를 자체 실험을 통해 구하여 광효율이 우수한 염료감응 태양전지를 대량으로 제조, 생산 및 판매하는데 기여하고, 이에 따른 기업 이윤창출 및 신재생 에너지와 관련된 산업을 더욱 발전시키는데 이바지한다.
Description
본 발명은 재생에너지 관련 기술에 관한 것으로, 특히 광 확산필름을 이용해 외부 손실없이 자연광 또는 솔라시뮬레이터에서 발생시킨 램프 광원을 그대로 반사시키게 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
지금까지 전 세계 태양전지의 기술 개발은 변환효율의 향상과 발전단가를 낮추는 연구가 병행되어 왔다. 발전단가는 시장의 규모나 생산기술에 의존하는 경향이 크고, 변환효율은 새로운 구조, 재료, 공정, 이론 등의 발전에 의존하는 경향이 크다.
실리콘 태양전지의 역사는 50년 이상 거슬러 올라가지만, 전지의 효율이나 태양전지에 관한 이론은 최근 10년간 급격히 발전하였음에도 불구하고 최근 미국 공학한림원에서 발표한 인류의 삶의 질 향상을 위해 해결되어야 할 공학적 난제 중 경제성 있는 태양에너지 실용화가 오를 정도로 실용화를 위해서 넘어야 할 장벽이 높은 분야라 할 수 있다.
태양전지 분야의 기술이 급격히 발전함에 따라 이러한 변환효율의 한계성에 대한 인식이 명확해지고 있고, 이에 따른 여러 가지 해결방안이 제시되고 있다. 이런 배경에서 한계 기술을 극복하기 위한 중요한 기술들이 나노 기술과 밀접한 관련이 있으며, 차세대 에너지문제를 해결하기 위한 대안으로 나노 기술을 이용한 태양전지의 연구개발이 세계를 중심으로 이루어지고 있다.
화석연료의 대량소비에 의한 온난화와 대기오염 등 지구 환경문제 및 에너지 문제는 인류의 제일 중요한 과제이다. 태양전지는 깨끗하고 무한한 태양에너지를 가장 효율적인 에너지 형태로 직접 변환하기 때문에 지구상 어느 장소에서도 이용 가능하며, 에너지, 환경의 가장 근원적인 해결책이 될 것으로 기대되고 있다.
허나, 태양전지의 폭넓은 보급을 위해서는 가격 경쟁력을 확보하는 것도 물론 중요하나 무엇보다도 비용 대비 제품 효율성을 좋게 양산하고 이를 대량으로 소비자혹은 구매자에게 보급할 수 있도록 하는 것이 지구 환경문제 및 에너지 문제를 해결하고 소비자 혹은 구매자의 구매욕구를 충족시키는 방안이라 할 것이다.
본 발명의 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지는 앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기의 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 고루 섞여 24 내지 63㎛ 두께로 형성된 광 확산필름에 의해 외부 손실없이 자연광 또는 솔라시뮬레이터에서 발생시킨 램프 광원을 그대로 반사시킴으로써 광효율을 극대화시키기 위함이다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 광 확산필름의 최적 두께를 자체 실험을 통해 구하여 광효율이 우수한 염료감응 태양전지를 대량으로 제조, 생산 및 판매하는데 기여하고, 이에 따른 기업 이윤창출 및 신재생 에너지와 관련된 산업을 더욱 발전시키는데 이바지하기 위함이다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지는, 자연광 또는 램프광원을 제공받는 태양전지로, 광 확산필름 상에 ITO 또는 FTO 물질로 적층되는 제 1 투명전극; 투명기판 상에 ITO 또는 FTO 물질로 적층되는 제 2 투명전극; 상기 제 1 투명전극 상에 적층된 후, 상기 제 2 투명전극을 통해 주입된 염료를 흡착시키는 나노 산화물층; 상기 나노 산화물층과 대향되며, PT(백금), CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 카본계열 물질, 전도성고분자 물질 중 선택된 하나가 상기 제 2 투명전극 상에 적층됨에 따라 생성되는 상대전극; 및 요오드 산화환원 액체 전해질 및 고분자 전해질 중 선택된 하나가 상기 나노 산화물층과 상대전극 공간 사이에 충진됨에 따라 생성되는 전해질층을 포함하며, 상기 광 확산필름은 이산화티타늄(TiO2), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 혼합되어 24 내지 63㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지는 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기의 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 고루 섞여 24 내지 63㎛ 두께로 형성된 광 확산필름을 이용하여 외부 손실없이 자연광 또는 솔라시뮬레이터에서 발생시킨 램프 광원을 그대로 반사시킴으로써 광효율을 극대화시키는 제 1 효과를 준다.
또한, 본 발명은 광 확산필름의 최적 두께를 자체 실험을 통해 구하여 광효율이 우수한 염료감응 태양전지를 대량으로 제조, 생산 및 판매하는데 기여하고, 이에 따른 기업 이윤창출 및 신재생 에너지와 관련된 산업을 더욱 발전시키는데 이바지하는 제 2 효과를 준다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 24㎛의 광 확산필름 두께를 갖는 염료감응 태양전지의 성능을 측정한 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 43㎛의 광 확산필름 두께를 갖는 염료감응 태양전지의 성능을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 63㎛의 광 확산필름 두께를 갖는 염료감응 태양전지의 성능을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 24㎛의 광 확산필름 두께를 갖는 염료감응 태양전지의 성능을 측정한 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 43㎛의 광 확산필름 두께를 갖는 염료감응 태양전지의 성능을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 63㎛의 광 확산필름 두께를 갖는 염료감응 태양전지의 성능을 측정한 그래프이다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지를 나타낸 도면이다.
도 1를 참조하면, 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지(DSSCs : 1000)는 광 확산필름(100)과 투명기판(100) 사이에 빛을 흡수하는 염료들(400)이 흡착되어 있는 나노 산화물층(300)과 전자를 환원시키는 전해질층(500)이 도입된 다층형 구조로 형성된다.
일반적인 염료감응 태양전지(1000)의 구동원리를 살펴보면, 염료(400)가 흡착된 나노 산화물층(300)에 광을 조사하면 염료들(400)이 광자(전자-정공쌍)들을 흡수하여 액시톤(exciton)을 형성하고, 형성된 액시톤은 기저상태에서 여기상태로 변환된다. 이로 인하여 전자와 전공쌍이 각각 분리되어 전자는 나노 산화물층(300)으로 주입되고, 정공은 전해질층(500)으로 이동한다. 여기에 외부회로를 설치하면 전자들이 도선을 통하여 나노 산화물층(300)을 거침에 따라 전류를 발생시킨다. 전자는 전해질용액에 의하여 환원되어 여기 상태의 전자를 계속적으로 이동시키면서 전류를 발생시킨다.
광 확산필름(100)은 이산화티타늄(TiO2)과 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 고르게 혼합된 후, 24 내지 63㎛ 두께로 형성된다. 광 확산필름(100)의 제조과정은 이산화티타늄(TiO2)과 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질을 마련한 후, 교반기를 이용해 4 내지 5 시간 동안 교반(攪拌)시킨다. 그 다음, bar coating을 응용해 광 확산필름(100)의 박막 두께가 24 내지 63㎛가 되도록 형성시키고 데미지를 입히지 않은 조건하에서 건조기로 6 내지 7시간 건조시켜 만들어 낸다.
여기서, 광 확산필름은 [표 1]에서 보여지는 바와 같이 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질을 각기 다른 비율로 배합해 제조한 후 광을 조사해 광 효율이 우월적으로 나타나는 배합율을 찾아내고자 하는 실험이라 하겠다.
광효율을 측정하는 실험을 통해 알아낸 결과치로, 광 확산필름에 대한 적합한 배합율은 중량을 기준으로 이산화티타늄(TiO2)를 1로 고정해 놓고 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 0.8로, 폴리아크릴레이트를 1.2의 비율로 정해 배합할 때 실제 광효율이 상대적으로 좋게 측정됨을 알아냈다.
| 배합비율 (TiO2를 1로 설정할 경우) |
Jsc (mA/㎠) |
Voc (V) |
Fillfactor (%) |
Efficiency (ŋ%) |
| 1. PMMA:폴리아크릴 ( 0.4: 1.6) | 9.539 | 0.628 | 49.9 | 2.99 |
| 2.PMMA:폴리아크릴 ( 0.8: 1.2) | 20.41 | 0.701 | 34.8 | 4.97 |
| 3.PMMA:폴리아크릴 ( 1,6: 0.4) | 7.018 | 0.714 | 20.6 | 1.03 |
더불어, 광 확산필름에 대한 가장 이상적인 배합율은 중량기준으로 이산화티타늄(TiO2)을 1로 고정해 놓은 상태에서 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 1로, 및 폴리아크릴레이트 물질을 1로 배합 제조했을 때 4.97 내지 5.61 ŋ%의 높은 광효율을 갖는다는 것을 본 실험을 통해 알 수 있다.
더불어, 광 확산필름 제조시, 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 [표 2]와 같이 배합될 경우, 그에 따라 나타나는 물질 특성을 요약한 것으로, 광효율이 가장 이상적으로 나타나는 배합은 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질을 1:1:1 비율로 고루 혼합한 경우임을 들 수 있으며, 본 실험을 통해 실제 광효율이 좋게 나타나는 배합비율로는 이산화티타늄(TiO2), 동일한 입자 크기를 갖는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질을 1:0.8:1.2 비율로 배합하는 것이 물질 특성 면에서 다른 여타 배합비율보다 우월하다 할 것이다.
| 이산화티타늄 (TiO2) |
PMMA (폴리메틸메타크릴레이트) |
폴리아크릴레이트 물질 |
배합율에 따른 물질 특성 |
| 1 |
1 |
1 |
최적 배합<가장 이상적> (4.97ŋ% 내지 5.61 ŋ%) |
| 1 |
0.2 |
1.8 |
접착력에는 문제가 없으나 PMMA 입자가 적어서 SCATTERING 효과가 적다. 광효율은 아주 낮다(2.99ŋ% 이하) |
| 1 |
0.4 |
1.6 |
접착력에는 문제가 없으나 PMMA 입자가 적어서 SCATTERING 효과가 적다. 광효율은 낮다(2.99ŋ%) |
| 1 |
0.6 |
1.4 |
접착력에는 문제가 없으나 PMMA 입자가 적어서 SCATTERING 효과가 적다. 광효율은 조금 낮다 (2.99ŋ%~4.97ŋ%) |
| 1 |
0.8 |
1.2 |
접착력에는 문제가 없으나 PMMA 입자가 적어서 SCATTERING 효과가 적다. 광효율 우월(4.97ŋ%) |
| 1 |
0.2 이하대 범주 (0은 제외) |
1.8 이상 범주 (2 미만) |
접착력에는 문제가 없으나 PMMA 입자가 적어서 SCATTERING 효과가 적다. 광효율은 아주 낮다(2.99ŋ% 이하) |
| 1 |
1.8 이상 범주 (2 미만) |
0.2 이하대 범주 (0은 제외) |
접착력에 문제가 있어 필름이 형성이 되지않는다. |
계속해서 광 확산필름(100)이 적층된 염료감응 태양전지(1000)에 대한 성능평가는 추후 이하에서 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 동일 크기의 입자인 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)는 2.3 내지 2.5㎛인 것임에 유의한다.
투명 기판(800)은 PEN(폴리에틸렌 나프텐 : Polyethylene Naphthelate), PET(폴리에틸렌 테레프탈염산: Polyethylene Terephthalate), PI(폴리이미드 : Polyimide), PP(폴리프로필렌 : Polypropylene) 및 TAC(3상 아세틸 셀룰로오스 : tri acetyl cellulose)을 포함하는 투명 플라스틱재 또는 유리재로 형성된다.
제 1, 2 투명전극(200, 700)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide) 물질을 광 확산필름(100)과 투명기판(800) 상에 1000 내지 2500Å의 두께로 각각 적층함에 따라 생성되는 투명도와 전도도를 가진 전도막이다.
제 1, 2 투명전극(200, 700)은 가시광선영역 550nm 파장에서 85% 내지 95% 투과율, 40 내지 50옴 면저항에 성격을 띤다.
나노 산화물층(300)은 하기에서 설명할 염료(400)를 흡착하는 층인 것으로, 이산화티타늄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(ZnO), 니오븀 옥사이드 중 선택된 하나로 형성되며, 제 1 투명전극(200) 상에 적층되는 층 두께는 5 내지 35㎛인 것이 바람직하다.
좀 더 구체적으로, 태양광이 염료(400)가 흡착된 나노 산화물층(300)에 여기될 경우, 광양자는 염료(400)에 전자를 자극하여 여기된다. 이때, 염료(400)는 여기상태로 전자 전이되고 전자-전공쌍을 형성하고 여기상태의 전자는 나노 산화물층(300)의 전도대(Conduction Band)로 주입되면 주입된 전자는 제 1 투명전극(200)으로 이동한 후 외부 회로에 의하여 제 2 투명전극(700)으로 이동한다.
제 2 투명 전극(700)으로 이동한 전자는 빛과 에너지 등을 발생하고, 부족한 전자는 전해질층(500)에 함유된 조성물의 촉매작용(산화환원 작용)에 따라 전해질층(500)으로 공급되어진다. 즉, 염료(400)는 이산화티타늄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(SnO) 중 선택된 하나인 나노 산화물에 전자를 전이해 산화되나 전해질층(500)으로 전달된 전자를 받아 원래 상태로 환원된다.
나노 산화물층(300) 형성시 주로 많이 사용되는 이산화티타늄(SiO2)은 입자 크기 감소에 의한 비표면적 증가로 보다 많은 양의 염료(400)를 흡착시킬 수 있기 때문이다.
따라서, 입자크기(Size), 형상(Morphology), 결정(Crystallinity) 및 표면상태(Surface State)를 조절하는 것은 염료감응 태양전지(1000)를 제작하는데 있어 주요사항이라 할 것이다.
나노 산화물층(300)에 화학적으로 흡착된 염료(Dye : 400)는 자외선 및 가시광선 영역의 광을 흡수하는 물질로, 루테늄 착물, 크산틴계 염료, 시아닌계 염료, 염기성 염료, 포르피린계 화합물, 아조계 염료, 프탈로시아닌 화합물, 안트라퀴논계 염료, 및 다환 퀴논계 염료 중 선택된 하나 혹은 이들을 2종 이상 섞은 혼합물이다. 바람직하게는 루테늄계 유기금속 화합물을 많이 사용한다.
다시 말해, 루테늄계 유기금속 화합물에 의해 생성된 흡착층은 염료(400)가 나노 산화물층(300) 상부에 흡착 및 적층되는 층이라 할 것이다.
염료(400)는 루테늄(Ru) 착물 또는 유기염료가 담지된 용액을 이용하여 흡착시킨다. 염료(400)로는 루테늄 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 루테늄 착물은 물론, 가시광 내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 특성 및 전자 방출을 효율적으로 할 수 있는 염료(400)라면 어떤 것이든 사용할 수 있다.
상대전극(Counter electrode : 600)은 나노 산화물층(300)과 대향되며, PT(백금), CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 카본계열 물질, 전도성고분자 물질 중 선택된 하나가 상기 제 2 투명전극(700) 상에 적층됨에 따라 생성된다.
상대전극(600)은 미세구조로서 표면적이 큰 것이 요구되며, 산화환원의 촉매 효과를 향상시키기 위하여 반사도가 좋은 PT(백금)을 주로 많이 사용한다.
PT(백금)은 현재 가장 높은 전기 화학적 활동을 하는 물질로, 염료감응 태양전지(1000)의 성능을 향상시키는 필요한 전기 화학적 촉매제이다.
제 1 투명전극(200)과 상대전극(600)은 실링제(900)를 사용하여 서로 면을 접합시킨 후, 투명기판(800), 제 2 투명전극(700) 및 상대전극(600)을 관통하는 미세 홀을 형성하고 이 홀을 통해 제 1 투명전극(200)과 상대전극(600) 공간 사이에 전해질 용액(ex : 요오드 산화환원 액체 전해질 및 고분자 전해질 중 선택된 하나)을 주입한 다음, 다시 홀의 외부를 실링제로 밀봉한다.
실링제(900)로는 열가소성 고분자 필름을 사용할 수 있으며, 열가소성 고분자 필름을 제 1 투명전극(200)과 상대전극(600) 사이에 위치시킨 후 가열 압착하여 밀폐시킨다.
실링제(900)로 사용될 수 있는 바람직한 소재로는 애폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제를 사용할 수 있으며, 이 경우 열처리 또는 UV 처리 후 경화시킬 수도 있다.
전해질층(Electrolyte Layer : 500)은 나노 산화물층(300)과 상대전극(600) 사이에서 촉매작용(산화환원 작용)에 의해 캐리어를 움직일 수 있게 해주는 캐리어 이동층으로, 요오드 산화환원 액체 전해질 및 고분자 전해질 중 선택된 하나가 나노 산화물층(300)과 상대전극(600) 공간 사이에 충진됨에 따라 생성된다.
즉, 전해질층(500)은 
와 같이 산화-환원 종으로 구성되며, 
이온의 소스로는 요오드리듐, 요오드화나트륨, 알칼암모니움 요오드 또는 아미다졸리움 요오드 등이 사용되며, 
이온은 
를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질층(500)의 매질은 아세토나이트릴과 같은 액체 또는 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)와 같은 고분자가 사용된다.
액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료(400)의 재생을 원할하게 도와주기 때문에 높은 에너지변환 효율이 가능하지만 제 1 투명전극(200)과 상대전극(600) 간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액이 일어날 수 있다. 반면에 고분자를 매질로 채택할 경우엔 누액의 염려는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지변화 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지(1000)는 24 내지 63㎛ 두께의 광 확산필름(100)을 포함하는 것으로, 자연광 또는 램프광원이 100㎽/㎠ 광량으로 24 내지 63㎛ 두께의 광 확산필름(100)으로 적층된 염료감응 태양전지(1000)의 단위 셀 상에 주사될 경우, 전류 밀도치는 11 내지 14㎃/㎠, 전압치는 0.5 내지 0.6V, 필벡터는 69 내지 92% 및 광효율은 6.5 내지 7.5ŋ%로 측정되는 실험 결과치를 얻을 수 있음을 통해 광 확산필름(100)에 대한 성능을 객관적으로 입증해 낼 수 있다.
좀 더 구체적인 설명으로, 실험 환경은 광 확산필름(100)을 적용하지 않은 경우, 24㎛두께의 광 확산필름(100)을 적용한 경우, 43㎛두께의 광 확산필름(100)을 적용한 경우 및 63㎛두께의 광 확산필름(100)을 적용한 경우를 실험 예로 염료감응 태양전지(1000)의 단위 셀 상에 100㎽/㎠ 광량의 자연광 또는 램프광원을 주사하는 것으로 한다.
상기 실험 환경하에 구하고자 하는 결과치로는 전류 밀도치, 전압치, 광효율에 영향을 주는 벡터인 필벡터 및 이에 따른 광효율을 측정하며, 이를 통해 최적의 광효율을 갖는 광 확산필름(100)의 두께를 알아낸다.
즉, 광 확산필름(100)에 대한 성능평가 실험은 [표 3]에서 알 수 있는 바와 같이 4가지 조건 <광 확산필름(100)을 미적용한 경우, 24㎛두께의 광 확산필름(100)을 적용한 경우, 43㎛두께의 광 확산필름(100)을 적용한 경우 및 63㎛두께의 광 확산필름(100)을 적용한 경우> 하에서 전류 밀도치, 전압치, 필벡터 및 광효율을 각각 측정할 수 있다.
| 전류밀도치 (㎃/㎠ |
전압치(V) | 필벡터(%) | 광효율(ŋ%) | |
| 광 확산필름을 미적용한 경우 | 7.85 | 0.481 | 105 | 5.61 |
| 24㎛두께의 광 확산필름을 적용한 경우 | 13.16 | 0.562 | 69.2 | 6.59 |
| 43㎛두께의 광 확산필름을 적용한 경우 | 11.96 | 0.512 | 91.1 | 7.41 |
| 63㎛두께의 광 확산필름을 적용한 경우 | 12.40 | 0.510 | 83.1 | 6.97 |
결과적으로, 염료감응 태양전지(1000)에 광 확산필름(100)을 적층한 것이 광 확산필름(100)을 미적용시킨 것 보단 광효율면에서 휠씬 우수함을 알 수 있다.
또한, 24㎛ 두께의 광 확산필름(100)이 적층된 염료감응 태양전지(1000), 43㎛ 두께의 광 확산필름(100)이 적층된 염료감응 태양전지(1000) 및 63㎛ 두께의 광 확산필름(100)이 적층된 염료감응 태양전지(1000)를 실험치를 통해 비교한 것을 보더라도, 43㎛ 두께의 광 확산필름(100)이 적층된 염료감응 태양전지(1000)가 다른 조건을 갖는 염료감응 태양전지(1000)보다 광효율이 7.41ŋ%로 약 0.4 내지 0.8ŋ% 가량 더 좋게 나타냄을 알 수 있다.
부가적으로, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지(1000)에 적층되는 광 확산필름(100)의 두께를 24㎛를 적층하였을 때 광효율을 측정한 그래프이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지(100)에 적층되는 광 확산필름(100)의 두께를 43㎛를 적층하였을 때 광효율을 측정한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지(1000)에 적층되는 광 확산필름(100)의 두께를 63㎛를 적층하였을 때 광효율을 측정한 그래프이다.
마찬가지, 43㎛ 두께의 광 확산필름(100)이 적층된 염료감응 태양전지(1000)는 상기 도 2 내지 도 4를 전체적으로 보더라도 다른 조건을 갖는 염료감응 태양전지(1000)보다 광효율면에서 약 0.4 내지 0.8ŋ% 가량 우수하게 나타남을 알 수 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000 : 염료감응 태양전지 100 : 광 확산필름
200 : 제 1 투명전극 300 : 나노 산화물층
400 : 염료 500 : 전해질층
600 : 상대전극 700 : 제 2 투명전극
800 : 투명기판 900 : 실링제
200 : 제 1 투명전극 300 : 나노 산화물층
400 : 염료 500 : 전해질층
600 : 상대전극 700 : 제 2 투명전극
800 : 투명기판 900 : 실링제
Claims (8)
- 자연광 또는 램프광원을 제공받는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지로,
광 확산필름 상에 ITO 또는 FTO 물질로 적층되는 제 1 투명전극;
투명기판 상에 ITO 또는 FTO 물질로 적층되는 제 2 투명전극;
상기 제 1 투명전극 상에 적층된 후, 상기 제 2 투명전극을 통해 주입된 염료를 흡착시키는 나노 산화물층;
상기 나노 산화물층과 대향되며, PT(백금), CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 카본계열 물질, 전도성고분자 물질 중 선택된 하나가 상기 제 2 투명전극 상에 적층됨에 따라 생성되는 상대전극; 및
요오드 산화환원 액체 전해질 및 고분자 전해질 중 선택된 하나가 상기 나노 산화물층과 상대전극 공간 사이에 충진됨에 따라 생성되는 전해질층을 포함하며,
상기 광 확산필름은 이산화티타늄(TiO2), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 혼합되어 24 내지 63㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 자연광 또는 램프광원이 90 내지 110㎽/㎠ 광량으로 상기 24 내지 63㎛ 두께의 광 확산필름으로 적층된 상기 염료감응 태양전지의 단위 셀 상에 주사될 경우, 전류 밀도치는 11 내지 14㎃/㎠, 전압치는 0.5 내지 0.6V, 필벡터는 69 내지 92% 및 광효율은 6.5 내지 7.5ŋ%로 측정되는 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 투명전극은 상기 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide) 물질을 상기 광 확산필름과 투명기판 상에 1000 내지 2500Å의 두께로 각각 적층함에 따라 생성되는 투명도와 전도도를 가진 전도막으로, 가시광선영역 550nm 파장에서 85 내지 95% 투과율, 40 내지 50옴 면저항에 성격을 띠는 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노 산화물층은 이산화티타늄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(SnO) 및 니오븀 옥사이드 중 선택된 하나로 형성되며, 상기 제 1 투명전극 상에 5 내지 35㎛의 두께로 적층되는 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 4 항에 있어서,
상기 염료가 상기 나노 산화물층 상부에 흡착됨에 따라 생성된 흡착층은 루테늄계 유기금속 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 투명 기판은 PEN(폴리에틸렌 나프텐), PET(폴리에틸렌 테레프탈염산), PI(폴리이미드), PP(폴리프로필렌) 및 TAC(3상 아세틸 셀룰로오스)를 포함하는 투명 플라스틱재 또는 유리재로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)는 2.3 내지 2.5㎛의 동일한 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 이산화티타늄(TiO2), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 폴리아크릴레이트 물질이 혼합되는 비율은 중량기준으로 1 : 0.2 내지 1.6 : 0.4 내지 1.8인 것을 특징으로 하는 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지.
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| KR1020110039333A KR101146174B1 (ko) | 2011-04-27 | 2011-04-27 | 광 확산필름을 적용한 염료감응 태양전지 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2020162652A1 (ko) * | 2019-02-08 | 2020-08-13 | 인하대학교 산학협력단 | 광반응 미세전류를 이용한 피부약물전달 및 미용 능동형 패치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100658263B1 (ko) | 2005-09-29 | 2006-12-14 | 삼성전자주식회사 | 적층형 광전변환소자 및 그의 제조방법 |
| KR20090022956A (ko) * | 2007-08-31 | 2009-03-04 | 현대자동차주식회사 | 산화티타늄 나노튜브를 이용한 염료감응형 태양전지와 그제조방법 |
| KR20100098723A (ko) * | 2008-02-06 | 2010-09-08 | 가부시끼가이샤 후지꾸라 | 색소 증감 태양 전지 |
-
2011
- 2011-04-27 KR KR1020110039333A patent/KR101146174B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020162652A1 (ko) * | 2019-02-08 | 2020-08-13 | 인하대학교 산학협력단 | 광반응 미세전류를 이용한 피부약물전달 및 미용 능동형 패치 |
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