KR101146768B1 - 색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 도전층(11), 내부에 전해액을 포함한 다공질 반도체층(12),(13), 제2 도전층(15)으로 이루어진 색소 증감 태양전지 셀이 기재(10)과 이면판(17) 사이에 여러 개 병설된 색소 증감 태양전지 모듈(20)로서, 제2 도전층(15)의 일단은 해당 제2 도전층(15)이 속한 색소 증감 태양전지 셀(20a)에 인접한 색소 증감 태양전지 셀(20b)의 제1 도전층(11)에 대해 고정됨으로써 전기적으로 접속됨과 동시에 제2 도전층(15)의 다공질 반도체층(12),(13) 위에 재치된 부분은 해당 다공질 반도체층(12),(13) 및 이면판(17)에 대해 비접합이 되는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈(20). 본 발명에 의하면, 색소 증감 태양전지 모듈에서 열이력에 의한 각 층의 열팽창 및 수축, 기판의 구부림이나 변형 등에 대해 대극이 되는 막의 내구성 저하를 억제할 수 있다.
Figure R1020097025283
태양 전지

Description

색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법{Dye-sensitized solar battery module and method for manufacturing the same}
본 발명은 색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2007년 6월 6일 일본에 출원된 일본 특원 2007-150338호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
색소 증감 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell. 이하, DSC라고 하기도 한다)에서의 인접한 셀간을 접속하는 방법의 일종으로서, 카본 도전막에 의해 대극과 직렬 배선을 겸하는 수법(DSC연구자들 사이에서는 단일체 모듈이라고 불린다.)이 알려져 있다.
특허문헌 1에는 공통 투명 기판상에 가늘고 길쭉한 스트라이프로서 배치되는 여러 개의 직렬 접속의 광기전력 소자의 모놀리식 어셈블리로 이루어진 광기전력 셀 전지로서, 상기 각 소자는 다결정 반도체의 다공질층을 구비한 광양극과, 도전성 재료의 다공질층으로 형성되고 또 상기 광양극으로부터 전기 절연성 재료의 중간 다공질층에 의해 분리된 배면 전극을 구비하고, 상기 다공질층의 구멍이 전자 수송성 전해질로 채워져 있는 광기전력 셀 전지가 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 제1 실시형태로서 투명 기판상에 투명 도전막 및 반도체 전 극이 형성된 광전극과, 기판면 위에 탄소 전극이 형성된 대극 사이에 스페이서로서 실리카 비즈를 끼우고, 광전극과 대극과의 갭에 전해질을 채운 색소 증감형 태양전지 셀이 기재되어 있다. 또 특허문헌 2의 제3 실시형태로서, 광전극과 대극과의 갭을 다공체층으로 한 모놀리식 모듈이 기재되어 있으며, 이 경우 다공질층 및 탄소 전극은 반도체 전극상에 페이스트를 차례대로 도포하는 방법으로도 형성할 수 있다는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 3에는, 기재 및 기재의 일면에 배치된 제1 도전층으로 이루어진 전극용 기판, 상기 제1 도전층상에 순서대로 겹쳐 배치되는 다공질 반도체층, 다공질 절연체층 및 제2 도전층으로 구성되는 셀 구조체를 구비하고, 다공질 반도체층 및 다공질 절연체층의 내부에 전해액을 포함한 색소 증감 태양전지가 바람직하다는 것이 나타나 있다.
특허문헌 1: 일본특표평11-514787호 공보
특허문헌 2: 일본특개2004-127849호 공보
특허문헌 3: 일본특개2006-236960호 공보
상술한 것처럼 종래의 모놀리식형 색소 증감 태양전지 모듈에서는 대부분이 창측 투명 도전 유리 위에 다공질 산화티타늄(반도체)막을 형성하고, 이어서 세퍼레이터층을 형성하고, 대극과 인접 셀의 작용극과의 인터커넥트를 동시에 형성하여 색소 담지, 전해액 함침, 오버코트 봉지(封止)를 차례대로 수행하는 순서로 제작되어 있다. 이 제법으로 제작되는 모듈에는 이하의 특징이 있다.
(1)투명 도전 유리에서 대극까지의 층은 중합 형성되기 때문에 서로 접합하여 일체화되어 있다.
(2)광전극 및 대극의 각 층은, 상기 공정까지 형성한 층을 바탕으로 하여 형성되기 때문에 이러한 바탕층을 피독(被毒)되지 않는 재료 및 방법으로 성막해야 한다. 또 성막 전에는 잉크나 페이스트와 같이 도포할 수 있는 전구체여야 한다.
(3)각 층은 서로 접합되어 있다고는 해도 층간 및 층내의 결합 강도는 낮아 변형에 대해 내구성이 낮다. 특히, 각 층의 열팽창율에 차이가 있는 경우나 기판에 구부림·변형이 생길 경우에는 현저하다.
(4)다공질 전극 안에 불순물이 잔류되기 쉬워 발전 특성이 낮아질 우려가 있다.
특허문헌 2에는, 제1 실시형태로서 투명 기판쪽에 형성된 광전극과 안쪽 기판상에 형성된 대극을 대향시키고, 그 사이에 실리카 비즈와 전해질을 충전하는 제조 방법이 기재되어 있다. 이 경우에는 대극은 광전극을 바탕으로 하지 않고 형성되어 있지만, 안쪽 기판에 접합되어 있기 때문에 대극과 안쪽 기판의 열팽창율에 차이가 있는 경우나 기판에 구부림·변형이 생길 경우에는 대극의 내구성이 저하된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 열이력에 의한 광전극 및 대극의 각 층의 열팽창 및 수축, 투명 기판 및 안쪽 기판의 각 기판의 구부림이나 변형 등에 대해 대극이 되는 막의 내구성 저하를 억제할 수 있는 색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 기재(基材)와, 해당 기재에 대향하여 배치되는 이면판과, 상기 기재 및 상기 이면판 사이에 병설되는 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀을 구비하고,
상기 색소 증감 태양전지 셀은, 상기 기재쪽에 배치되는 제1 도전층과, 상기 이면판쪽에 상기 제1 도전층에 대향하여 배치되는 제2 도전층과, 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 사이에 배치되는 다공질 반도체층을 가지고,
하나의 색소 증감 태양전지 셀에 속한 상기 제2 도전층이, 상기 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀에서의 제1 도전층인 인접 제1 전극층에 전기적으로 접속됨으로써 상기 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀이 전기적 직렬로 접속되는 색소 증감 태양전지 모듈로서,
상기 제2 도전층은, 상기 이면판쪽에서 보아 상기 다공질 반도체층에 겹치는 영역이 상기 다공질 반도체층 및 상기 이면판에 접합되지 않은 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 색소 증감 태양전지 모듈에서 상기 제2 도전층은, 상기 인접한 제1 도전층쪽에서의 상기 겹치는 영역 이외의 영역이 상기 인접한 제1 도전층에 접합됨으로써 상기 색소 증감 태양전지 셀 안에 유지되는 것이 바람직하다.
상기 제2 도전층은, 상기 인접한 제1 도전층쪽에서의 상기 겹치는 영역 이외의 영역이 상기 이면판에 더 접합되는 것이 바람직하다.
상기 제2 도전층은 필름형 도전성 부재인 것이 바람직하다.
상기 제2 도전층은 상기 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀의 배열 방향으로 분할되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제2 도전층은, 도전성 접속용 부재를 사이에 두고 인접한 상기 제1 도전층에 접합되는 것이 바람직하다.
또 본 발명은 기재 및 이 기재의 일면상에 형성되는 여러 개의 제1 도전층을 가진 전극용 기판을 준비하는 기판 준비 공정과,
상기 전극용 기판의 각 도전층상에 다공질 반도체층을 형성하는 반도체층 형성 공정과,
상기 다공질 반도체층상에 해당 다공질 반도체층과 접합되지 않도록 제2 도전층을 재치(載置)하는 제2 전극층 재치 공정과,
상기 제2 도전층을, 해당 제2 도전층이 속한 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀에서의 제1 도전층인 인접한 제1 전극층에 접합하여 전기적으로 접속하는 도전층 접합 공정과,
상기 제2 도전층에서의 상기 다공질 반도체층상에 재치된 영역이 이면판과 접합되지 않도록 상기 제2 도전층상에 상기 이면판을 배치하는 이면판 배치 공정과,
상기 다공질 반도체층의 내부에 전해액을 충전하는 용해액 충전 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법에서, 상기 제2 도전층은 필름형 도전성 부재인 것이 바람직하다.
상기 도전층 접합 공정에서 인접한 상기 제1 도전층상에 상기 다공질 반도체층의 상면보다도 윗쪽 방향으로 돌출되도록 도전성의 접속용 부재를 설치하고 해당 접속용 부재의 상면에 상기 제2 도전층의 일단부를 접합하는 것이 바람직하다.
상기 제2 도전층 재치 공정에서 상기 전극용 기판에 대응하는 크기의 1장의 필름형 도전성 부재를 여러 개의 상기 다공질 반도체층을 덮도록 재치하고,
상기 도전층 접합 공정에서 상기 1장의 필름형 도전성 부재를, 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 대응하는 영역의 일단부를, 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀의 제1 도전층에 접합하여 전기적으로 접속한 후 상기 1장의 필름형 도전성 부재를 절단하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 대극이 되는 제2 도전층은 이면판쪽에서 보아 다공질 반도체층에 겹치는 영역이 다공질 반도체층 및 이면판에 접합되어 있지 않다. 따라서 광전극 및 대극의 각 층이 각각 열팽창 계수가 다른 재질이라 해도 광전극과 대극 사이에 열팽창 계수의 차이에 의한 응력이 발생하지 않게 된다. 또 투명 기판 및 안쪽 기판의 각각의 기판에 대해 구부림이나 변형 등 외력이 가해져도 대극에 대해 이 외력이 전해지지 않게 된다. 따라서 제2 도전층은 열이력에 의한 각 층의 열팽창 및 수축, 각 기판의 구부림이나 변형 등에 대해 대극이 되는 막의 내구성 저하를 억제할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 색소 증감 태양전지 모듈의 일례를 도시한 모식적 단면도이다.
도 2는 기재의 일면에 제1 도전층을 가진 기판의 일례를 도시한 모식적 단면 도이다.
도 3은 기재의 일면에 서로 분리하여 배치된 여러 개의 제1 도전층을 가진 전극용 기판의 일례를 도시한 모식적 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 전극용 기판의 평면도이다.
도 5는 전극용 기판의 각 제1 도전층상에 제1 다공질 반도체층을 형성하는 공정의 설명도이다.
도 6은 제1 다공질 반도체층상에 제2 다공질 반도체층을 형성하는 공정의 설명도이다.
도 7은 제1 도전층상에 접속용 부재를 형성하는 공정의 설명도이다.
도 8은 제2 도전층이 되는 도전성 필름을 다공질 반도체층상에 비접합되도록 재치한 후 접속용 부재의 상면에 고정시키는 공정의 설명도이다.
도 9는 도전성 필름을 절단하여 각 색소 증감 태양전지 셀에 대응하는 제2 도전층을 형성하는 공정의 설명도이다.
도 10은 도 9의 상태에서의 기판의 평면도이다.
도 11은 다공질 반도체층에 색소를 담지하는 공정의 설명도이다.
도 12는 이면판을 배치하는 공정의 설명도이다.
도 13은 다공질 반도체층의 내부에 전해액을 충전하는 공정의 설명도이다.
<부호의 설명>
10…기재
11…제1 도전층
12…제1 색소 담지 다공질 반도체층
13…제2 색소 담지 다공질 반도체층
14…접속용 부재
15…도전성 필름(제2 도전층)
16…경계재
17…이면판
17a…전해액 주입 구멍
18…봉지재
19…전해액
20…태양전지 모듈
20a,20b…태양전지 셀
이하, 최적의 형태에 기초하고 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 색소 증감 태양전지 모듈의 일례를 도시한 모식적 단면도이다. 도 2는, 기재의 일면에 제1 도전층을 가진 기판의 일례를 도시한 모식적 단면도이다. 도 3은, 기재의 일면에 서로 분리하여 배치된 여러 개의 제1 도전층을 가진 전극용 기판의 일례를 도시한 모식적 단면도이다. 도 4는, 도 3에 도시한 전극용 기판의 평면도이다. 도 5는, 전극용 기판의 각 제1 도전층상에 제1 다공질 반도체층을 형성하는 공정의 설명도이다. 도 6은, 제1 다공질 반도체층상에 제2 다공질 반도체층을 형성하는 공정의 설명도이다. 도 7은, 제1 도전층상에 접속용 부재 를 형성하는 공정의 설명도이다. 도 8은, 제2 도전층이 되는 도전성 필름을 다공질 반도체층상에 비접합이 되도록 재치한 후 접속용 부재의 상면에 고정시키는 공정의 설명도이다. 도 9는, 도전성 필름을 절단하여 각 색소 증감 태양전지 셀에 대응하는 제2 도전층을 형성하는 공정의 설명도이다. 도 10은, 도 9의 상태에서의 기판의 평면도이다. 도 11은, 다공질 반도체층에 색소를 담지하는 공정의 설명도이다. 도 12는, 이면판을 배치하는 공정의 설명도이다. 도 13은, 다공질 반도체층의 내부에 전해액을 충전하는 공정의 설명도이다.
도 1에 도시한 본 형태예의 색소 증감 태양전지 모듈(20)은, 기재(10) 및 이 기재(10)의 일면에 서로 분리하여 배치된 여러 개의 제1 도전층(11)으로 이루어진 전극용 기판과, 이 전극용 기판의 각 제1 도전층(11) 위에 겹쳐 배치된 다공질 반도체층(12),(13)과, 다공질 반도체층(12),(13) 위에 재치된 제2 도전층(15)과, 상기 전극용 기판과 대향하여 배치되는 이면판(17)을 구비하는 것이다.
기재(10)과 이면판(17) 사이에는 기재(10) 위의 하나의 제1 도전층(11)과, 이 제1 도전층(11) 위에 배치된 다공질 반도체층(12),(13)과, 다공질 반도체층(12),(13) 위에 재치된 제2 도전층(15)으로 이루어진 색소 증감 태양전지 셀(20a),(20b)이 여러 개 병설되어 있다. 그리고 이 색소 증감 태양전지 셀(20a),(20b)은 각각 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 각 색소 증감 태양전지 셀(20a),(20b) 사이에는, 예를 들면 수지나 저융점 유리 등(절연체)으로 이루어진 경계재(16)가 설치되어 있다. 또 기재(10)와 이면판(17)간의 공간에는 전해액(19)이 충전되어 있다. 이 전해액(19)은 다공질 반도체층(12),(13)의 내부에도 충전되 어 있다. 이면판(17)에는 전해액(19)을 주입하기 위한 구멍(17a)이 각 색소 증감 태양전지 셀(20a),(20b)마다 설치되고 이 구멍(17a)은 봉지재(18)로 물샐 틈 없이 봉지되어 있다.
제2 도전층(15)의 일단은 해당 제2 도전층(15)이 속한 색소 증감 태양전지 셀에 인접한 색소 증감 태양전지 셀의 제1 도전층(11)에 대해 고정되어 있다. 예를 들면, 색소 증감 태양전지 셀(20a)에 속한 제2 도전층(15)의 일단은 인접한 색소 증감 태양전지 셀(20b)의 제1 도전층(11)에 대해 고정되어 있다. 이로써 모든 색소 증감 태양전지 셀이 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.
또 제2 도전층(15)은 다공질 반도체층(12),(13) 위에 재치된 부분이 다공질 반도체층(12),(13) 및 이면판(17)에 대해 비접합되어 있다. 즉, 제2 도전층(15)은 이면판(17)쪽에서 보아 다공질 반도체층(12),(13)에 겹치는 영역이 다공질 반도체층(12),(13) 및 이면판(17)에 접합되어 있지 않다. 따라서 다공질 반도체층(12),(13) 및 제2 도전층(15)의 각 층이 각각 열팽창 계수가 다른 재질이라 해도 다공질 반도체층(12),(13)과 제2 도전층(15) 사이에 열팽창 계수의 차이에 의한 응력이 발생하지 않게 된다. 또 전극용 기판(26) 및 이면판(17)의 각 기판에 대해 구부림이나 변형 등 외력이 더해져도 제2 도전층(15)에 대해 이 외력이 전해지지 않게 된다. 따라서 제2 도전층(15)은 열이력에 의한 각 층의 열팽창 및 수축이나 기판의 구부림 및 변형이 생겼을 때 받는 악영향을 막을 수 있다. 그 결과, 제2 도전층(15)의 내구성 저하를 억제할 수 있게 된다. 또 제2 도전층(15)의 제1 도전층(11)에 대해 고정되어 있는 일단부(고정단)와는 반대쪽인 타단부(15a)는 다른 부 재(예를 들면 경계재(16))에 고정되어도 좋고, 고정되지 않고 자유단으로 해도 좋다. 이 중에서도, 제2 도전층(15)의 타단부(15a)는 다른 부재에 고정되지 않고 자유단으로 되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 제2 도전층(15)은 전기적으로 접속되는 제1 도전층(11)쪽에서의 다공질 반도체층(12)에 겹치는 영역 이외의 영역이 상기 제1 도전층(11)에 접합됨으로써 상기 색소 증감 태양전지 셀내에 유지되는 것이 바람직하다. 제2 도전층(15)과 제1 도전층(11)의 전기적 접속 및 제2 도전층(15)의 유지를 확실히 함과 동시에 제2 도전층(15)의 내구성 저하를 더욱 억제할 수 있다.
본 형태예의 색소 증감 태양전지 모듈에서, 제2 도전층(15)은 다공질 반도체층(12),(13)의 표면을 덮을 수 있는 형상으로 사전에 형성된 것이 사용된다.
이와 같은 제2 도전층(15)에는 필름형 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 제2 도전층(15)에 자립성 필름을 사용함으로써 광전극에 성막되는 종래의 제2 도전층에 비해 성막시에 피독가스가 발생하지 않기 때문에 광전극의 악화를 방지할 수 있다. 도전 재료로서는, 예를 들면 카본, 그래파이트 등의 탄소계 도전 재료를 들 수 있다. 이 탄소계 도전 재료는 요소, 브롬 등의 할로겐을 포함한 전해액에 비해 화학적 안정성이 우수하기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다. 또 백금박이나, 표면에 백금을 얇게 성막한 티타늄박 등 내식성이 우수한 도전성 금속박 등을 사용할 수도 있다. 필름형 그래파이트, 즉 그래파이트 씨트의 파단 강도는 비교적 낮은 것이 0.5MPa, 비교적 높은 것이 20MPa 정도이므로 제2 도전층(15)으로서 적합하다. 또 그래파이트 씨트의 전기 저항은 두께 약 50㎛에 0.02～0.1Ω/□ 정도로서, 통상의 카본 페이스트(두께 약 50㎛에 30Ω/□ 정도)를 사용한 도전층에 비해 도전성이 우수하다.
제2 도전층(15)의 일단부와, 인접한 색소 증감 태양전지 셀의 제1 도전층(11)은 직접 접합하여 전기적으로 접속해도 좋고, 도전성을 가진 접속용 부재(14)를 통해 접속해도 좋다. 보다 확실하게 각 도전층(11),(15)을 접합시키기 위해 도전성을 가진 접속용 부재(14)를 통해 접속시키는 것이 바람직하다. 이 접속용 부재(14)에는 비교적 저항율이 높은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 도전성 입자 및 결착제(수지나 세라믹 등) 등을 배합한 도전성 접착제나 도전성 페이스트 등을 사용하여 형성할 수 있다
본 형태예의 색소 증감 태양전지 모듈(20)의 경우, 접속용 부재(14)는 제1 도전층(11)으로부터의 높이가 다공질 반도체층(12),(13)의 두께보다도 두꺼워지도록 제1 도전층(11) 위에 돌출 설치되어 있다. 그리고 이 접속용 부재(14)의 상단면에 제2 도전층(15)의 일단부가 고정되어 있다.
기재(10)는 광투과성이 높은 부재라면 특별히 제한되지 않는다. 기재(10)로서는 일반적으로 유리판이 사용되는데, 유리판 이외의 부재가 사용되어도 좋다. 유리판 이외의 부재로서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 플라스틱 씨트나 산화티타늄, 알루미나 등 세라믹의 연마판 등을 사용할 수 있다. 또 기재(10)는 다공질 반도체층을 형성하는 과정에서 다공질 반도체로서 이산화티타늄(TiO2)을 소부(燒付)할 경우에는 500℃ 정도의 고열에 견디는 도전성 내열 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 기재(10)의 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 1～4㎜ 정도이다.
제1 도전층(11)은 광투과성이 높은 도전성 막으로서 기재(10)의 일면상에 형성되어 있다. 이 제1 도전층(11)으로서는, 예를 들면 주석 첨가 산화인듐(ITO), 산화주석(SnO2), 불소 첨가 산화주석(FTO) 등의 투명한 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 여러 종류를 복합화하여 사용해도 좋다. 그리고 기재(10)의 일면상에 도전층을 형성하고 각 색소 증감 태양전지 셀에 대응하도록 도전층에 슬릿형 간격(11a)을 형성함으로써 여러 개의 제1 도전층(11)이 형성된 전극용 기판을 제작할 수 있다.
다공질 반도체층(12),(13)은 다공질 반도체에 색소를 담지시킨 것이다. 다공질 반도체의 재료로서는, 예를 들면 이산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO), 산화니오븀(Nb2O5) 등을 들 수 있다. 이들 산화물의 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 다공질 반도체는 다수의 미세한 구멍을 가지고 있고, 예를 들면 평균 입경이 6～50㎚인 상술한 산화물 입자를 포함한 원료를 소결함으로써 제작할 수 있다. 다공질 반도체층(12),(13)에는 색소가 담지되는 것 외에 구멍 내부에 전해액(19)이 충전되어 있다. 다공질 반도체층은 1층이어도 좋고 다층이어도 좋다. 예를 들면, 2층으로 할 경우, 대극(제2 도전층)쪽은 광산란 입자를 배합한 다공질 반도체층(13)을 형성하고, 창(기재)쪽은 광산란 입자를 배합하지 않은 다공질 반도체층(12)을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써 창쪽에서 입사된 광이 광산란 입자로 산란되기 때문에 다공질 반도체층에서의 광의 흡수 효율이 향상된다. 광산란 입자로서는, 예를 들면 300㎚ 정도의 산화티타늄 입자를 들 수 있다.
다공질 반도체층(12),(13)에 담지되는 색소로서는, 예를 들면 루테늄 착체나 철착체, 포르피린계 혹은 프탈로시아닌계의 금속 착체 외에 에오신, 로다민, 멜로시아닌, 쿠마린 등의 유기 색소를 들 수 있다. 이들은 용도나 다공질 반도체층의 재료에 따라 적절히 선택할 수 있다.
전해액(19)으로서는, 전해질이 용매에 용해된 용액 혹은 이온성 액체 등의 전해질로 이루어진 액체를 사용할 수 있다. 이온성 액체로서는 4급화 이미다졸륨염, 4급화 피리디늄염, 4급화 암모늄염 등을 들 수 있다. 또 전해액(19)에 용매를 사용할 경우의 용매로서는, 메톡시아세토니트릴, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 에틸렌카보네이트, γ―부티로락톤 등의 유기 용매를 들 수 있다.
전해액(19) 중에는 산화 환원쌍이 포함되어 있다. 산화 환원쌍으로서는, 예를 들면 요오도/요오드화물 이온, 브롬/브롬화물 이온 등을 들 수 있다. 또 전해액(19) 중에는 필요에 따라 각종 첨가제를 첨가할 수도 있다.
이면판(17)은 투명해도 좋고 불투명해도 좋고 그 재질은 특별히 제한되지 않는다. 이면판(17)으로서는 일반적으로 유리판이 사용되는데, 유리판 이외의 부재가 사용되어도 좋다. 유리판 이외의 부재로서는, 예를 들면 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 플라스틱 씨트 또는 필름이나 산화티타늄, 알루미나 등 세라믹의 연마판이나 금속박과 플라스틱 필름을 맞붙인 씨트 등을 사용할 수 있다. 이면판(17)의 두께는 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, 유리판의 경우에는 1～4㎜ 정도이다.
봉지재(18)로서는 수지 등을 사용할 수 있다. 이 수지로서는 특별히 제한되지 않지만, 자외선 경화 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 자외선 경화 수지를 사용하면 경화시에 가열할 필요가 없기 때문에 열에 약한 색소에 미치는 손상이 적어진다.
경계재(16)는 제2 도전층(15)와 이면판(17)을 접합시킨다. 즉 제2 도전층(15)에서의 다공질 반도체층(12)에 겹치는 영역 이외의 영역과 이면판(17) 사이에도 경계재(16)가 설치되고, 이 경계판(16)이 이들을 접합한다. 이로써 보다 확실하게 제2 도전층(15)을 색소 증감 태양전지 셀내에 유지할 수 있다. 경계재(16)로서는, 이오노머 등의 핫멜팅 수지(핫멜팅 접착제)나 자외선 경화 수지, 저융점 유리 등의 절연체를 사용할 수 있다. 수지와 같이 색소의 내열 온도보다도 저온으로 형성할 수 있는 재질을 사용한 경우, 경계재(16)는 다공질 반도체층에 색소를 담지한 후에 형성할 수 있다. 또 색소의 내열 온도보다도 고온으로 형성할 경우, 다공질 반도체층에 대한 색소 담지 전에 경계재(16)를 형성한다.
다음으로, 본 형태예의 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다. 우선, 도 3에 도시한 것처럼, 기재(10) 및 이 기재(10)의 일면에 배치된 여러 개의 제1 도전층(11)으로 이루어진 전극용 기판을 준비한다. 이와 같은 전극용 기판을 제작하려면, 예를 들어 도 2에 도시한 것처럼 기재(10)의 일면상의 전면에 제1 도전층(11)이 형성된 기판을 준비하고 제1 도전층(11)에 슬릿(11a)을 형성하는 방법을 들 수 있다. 또 기재(10)의 일면상에 제1 도전층(11)을 형성할 때에 처음부터 슬릿(11a)을 갖도록 패터닝하는 방법으로 해도 좋다.
기재(10)의 일면상에 제1 도전층(11)을 형성하는 방법은, 제1 도전층(11)의 재료에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 스퍼터링법, CVD법(화학 기상 성장법), SPD법(스프레이 열분해 퇴적법), 증착법 등에 의해 ITO,FTO,SnO2 등의 산화물 반도체로 이루어진 박막을 형성한다. 제1 도전층(11)의 막두께는 광투과성과 도전성의 기능을 양립시키는 것을 고려하면, 예를 들면 O.1～1㎛ 정도가 바람직하다. 이것이 지나치게 두꺼우면 광투과성이 떨어지고, 반면 지나치게 얇으면 도전성이 떨어진다.
슬릿(11a)의 형성 방법은 제1 도전층(11)의 재료에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 엑시머 레이저, 에어젯, 워터젯, 식각, 기계적 가공 등을 들 수 있다. 이로써 제1 도전층(11)은, 도 4에 도시한 것처럼 스트라이프형(직사각형)의 여러 영역으로 분리된다. 슬릿(11a)의 피치는 색소 증감 태양전지 셀의 사이즈에 따라 적절히 설정된다.
다음으로 제1 도전층(11) 위에 다공질 반도체층(22),(23)을 형성한다. 여기에서 다공질 반도체층(22),(23)은 아직 색소가 담지되지 않은 상태의 것이다. 도 5～9에서는, 상술한 색소가 담지된 다공질 반도체층(12),(13)과 구별하기 위해 색소가 담지되지 않은 다공질 반도체층(22),(23)에 대해서 다른 부호를 사용하였다.
다공질 반도체층(22),(23)은, 예를 들면 산화티타늄 미립자 등을 포함한 산화물 반도체 페이스트를 스크린 인쇄법, 잉크젯 프린트법 등의 인쇄법 등을 사용하여 패터닝하고 미립자의 소결에 필요한 온도로 가열함으로써 형성할 수 있다. 광산란 입자가 없는 다공질 반도체층(22)과 광산란 입자가 들어간 다공질 반도체층(23) 을 적층할 경우에는, 예를 들면 도 5에 도시한 것처럼 우선 광산란 입자가 없는 산화물 반도체 페이스트를 인쇄하고 소결하여 다공질 반도체층(22)을 형성한다. 그 후에 도 6에 도시한 것처럼 그 위에 광산란 입자가 들어간 산화물 반도체 페이스트를 인쇄하고 소결하여 다공질 반도체층(23)을 형성할 수 있다.
다음으로 도 7에 도시한 것처럼 제1 도전층(11) 위에 전극용 기판으로부터의 높이가 다공질 반도체층(22),(23)의 두께보다도 큰 도전성을 가진 접속용 부재(14)를 돌출 설치한다. 접속용 부재(14)는 도전성 페이스트를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 도전성 페이스트로서는, 도전성 입자로서 카본 입자, 바인더, 용매, 기타 필요한 첨가물을 혼련하여 페이스트 형태로 한 카본 페이스트 등을 들 수 있다.
카본 페이스트는, 예를 들면 무기 결착제 전구체, 이성 혼합 테르피네올, 그래파이트 분말, 에틸셀룰로오스를 각각 0.02～0.2:1:0.02～0.2:0.02～0.2의 질량비로 배합한 페이스트, 혹은 무기 결착제 전구체, 에틸카르비톨, 그래파이트 분말, 에틸셀룰로오스, 톨루엔을 각각 0.02～0.2:1:0.02～0.2:0.02～0.2:0.01～0.1의 질량비로 배합한 페이스트를 들 수 있다.
이와 같은 도전성 페이스트를 사용하여 접속용 부재(14)를 형성하면, 접속용 부재(14)를 소성하기 전에 제2 도전층(15)을 재치하여 제2 도전층(15)이 접속용 부재(14)에 접촉된 상태에서 도전성 페이스트를 소성함으로써 접속용 부재(14)와 제2 도전층(15)을 용이하게 고정시킬 수 있다. 또 각 색소 증감 태양전지 셀간의 갭(24)을 적당히 벌려 접속용 부재(14)의 폭을 확보할 수 있다. 따라서 제2 도전 층(15)과의 접합 강도와 접속용 부재(14)를 통한 셀간 접속의 도전성을 충분히 얻을 수 있다.
아울러 본 발명에서 제2 도전층(15)을 제1 도전층(11)과 직접 접속할 경우에는 접속용 부재(14)의 형성은 생략할 수 있다.
다음으로, 도 8에 도시한 것처럼 다공질 반도체층(22),(23)에 대해 비접합이 되도록 다공질 반도체층(22),(23) 위에 제2 도전층(15)을 재치한다. 이 때, 제2 도전층(15)과 다공질 반도체층(22),(23)간의 부분(21)은 서로 접합되지 않는다면 접촉되어 있어도 좋고 갭이 생겨도 좋다.
제2 도전층(15)은 다공질 반도체층(22),(23) 위에 재치할 때, 필름형 도전성 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 제2 도전층(15)을 재치할 때, 필름형 도전성 부재는 사전에 하나의 색소 증감 태양전지 셀의 치수에 대응하는 사이즈로 조정된 것을 사용할 수 있다. 또는 전극용 기판의 기재(10)의 치수에 대응하는 사이즈의 필름형 도전성 부재를 사용해도 좋다. 기재(10)의 치수에 대응하는 사이즈의 필름형 도전성 부재를 사용할 경우에는 재치 후에 하나의 색소 증감 태양전지 셀의 치수에 대응하는 사이즈로 절단한다. 이 경우, 필름형 도전성 부재를 재치한 후에 하나의 색소 증감 태양전지 셀의 치수에 대응하는 사이즈로 조정할 수 있기 때문에 제2 도전층(15)의 위치 정밀도가 더욱 향상된다.
다음으로, 색소 증감 태양전지 셀에서의 제2 도전층(15)의 일단부를, 여기에 인접한 색소 증감 태양전지 셀에서의 제1 도전층(11)에 대해 고정시켜 제2 도전층(15)과 제1 도전층(11)을 전기적으로 접속한다. 상술한 것처럼 도전성 페이스트 를 사용하여 접속용 부재(14)를 형성했을 때에는 제2 도전층(15)이 접속용 부재(14)에 접촉한 상태에서 도전성 페이스트를 소성함으로써 제2 도전층(15)을 접속용 부재(14)의 표면에 고정시킬 수 있다. 또 제2 도전층(15)과 접속용 부재(14)의 접합 강도를 높이기 위해 도전성 페이스트를 소성할 때에 제2 도전층(15)과 접속용 부재(14)를 끼우는 방향에서 프레스하는 것이 바람직하다.
도 8에 도시된 제2 도전층(15)로서, 사전에 하나의 색소 증감 태양전지 셀의 치수에 대응하는 사이즈로 조정된 필름형 도전성 부재를 사용했을 때에는 제2 도전층(15)을 접속용 부재(14)에 대해 고정시킬 때 각 제2 도전층(15)의 일단부가 각 접속용 부재(14)의 상면에 고정되도록 위치를 맞출 필요가 있다. 이에 반해 본 형태예에서는 전극용 기판의 기재(10)의 치수에 대응하는 사이즈의 필름형 도전성 부재가 사용되었다. 따라서 해당 필름형 도전성 부재로 모든 다공질 반도체층(22),(23)을 덮도록 재치하여 고정시킨 후 각 색소 증감 태양전지 셀의 사이즈에 맞춰 필름형 도전성 부재를 절단하는 순서로 할 수 있다. 따라서 각각의 색소 증감 태양전지 셀에 대한 각 제2 도전층(15)의 위치 결정이 불필요해져 작업성이 향상됨과 동시에 위치 정밀도도 향상된다.
도 10은, 필름형 도전성 부재를 절단한 후의 기판의 상태를 예시하는 평면도이다. 이 필름형 도전성 부재를 절단하여 각 색소 증감 태양전지 셀로 각각 제2 도전층(15)을 형성하기 위해서는, 적어도 제1 도전층(11)의 슬릿(11a)이 연장되는 방향과 같은 방향을 따라서 슬릿(15a)을 형성할 필요가 있다. 필름형 도전성 부재에 슬릿(15a)을 형성하는 방법으로서는, 엑시머 레이저, 에어젯, 워터젯, 식각, 기계 적 가공 등을 들 수 있다.
또 이 예에서는, 슬릿(11a)이 연장되는 방향과 직교하는 방향으로도 슬릿(15a)을 형성하였다. 즉, 제2 도전층(15)은 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀의 배열 방향으로 분할(도 10에서는 하나의 색소 증감 태양전지 셀당 6개이다. 도 10의 상하 방향으로 나열되어 있는 각 제2 도전층(15)은 동일 셀에 속한 것이 된다.)되어 있다. 이와 같이 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 속한 제2 도전층(15)이 여러 부분으로 분리됨으로써 제2 도전층(15)의 응력이 분산된다. 그 결과, 제2 도전층(15)의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.
다공질 반도체층(22),(23)에 색소를 담지하려면 모듈 구조체 전체를 색소액에 침지시키는 수법을 사용할 수 있다. 이 침지 공정은, 제2 도전층(15)을 제1 도전층(11)에 대해 고정시키는 공정 후, 또한 제2 도전층(15) 위에 이면판(17)을 배치하는 공정 전에 수행하는 것이 바람직하다. 이로써 소성시의 열이 색소에 가해지지 않아 색소의 손상을 막을 수 있다. 또 색소 담지 후에 여분의 색소 용액을 제거하기 위한 세정, 용매의 건조 등이 용이해진다.
다음으로, 도 12에 도시한 것처럼 전극용 기판상에서 셀간의 갭에 경계재(16)를 형성한 다음, 이 경계재(16)를 통해 이면판(17)을 전극용 기판과 접합한다. 경계재(16)는 핫멜팅 접착제를 제1 도전층(11)의 슬릿(11a)과 같은 방향으로 도포하는 방법 등으로 형성할 수 있다.
본 형태예에서는 각 색소 증감 태양전지 셀 사이, 즉 제1 도전층(11)과 제2 도전층(15)이 접속된 부분에 경계재(16)가 형성되어 있다. 그리고 이 경계재(16)는 제2 도전층(15)의 일단부에서 접속용 부재(14)의 측면부에 걸쳐 설치되어 있다. 이로써 제2 도전층(15)과 접속용 부재(14)의 접합 강도를 더욱 높일 수 있다. 또 서로 인접한 색소 증감 태양전지 셀(20a),(20b) 사이에서 광전변환에 의해 생긴 전자가 색소 증감 태양전지 셀(20b)의 제2 도전층(15), 갭(21), 다공질 반도체층(13), 다공질 반도체층(12), 제1 도전층(11)을 거쳐 셀(20a)의 접속용 부재(14)까지 이동한 후 다시 셀(20b)의 제2 도전층(15)으로 되돌아오는 현상을 막을 수 있다. 또 제2 도전층(15)이나 접속용 부재(14)가 다공질인 경우에 이들 내부를 통해 전해액(19)의 성분이 이동하여 조성이 변동되지 않도록 할 수 있다.
또 제2 도전층(15)의 자유단이 되는 쪽은 경계재(16)에 접촉하지 않도록 구성되어 있다. 또 경계재(16)는 제2 도전층(15)의 상면까지 돌아서 들어가도록 형성되어 제2 도전층(15)의 상면보다도 돌출되어 있다. 경계재(16)로서 핫멜팅 접착제를 사용한 경우에는 경계재(16) 위에 이면판(17)을 배치한 후 이면판(17)이 경계재(16)에 접촉한 상태에서 핫멜팅 접착제가 연화되는 온도로 가열함으로써 이면판(17)을 고정시킬 수 있다.
이로써 제2 도전층(15)에서 다공질 반도체층(12),(13) 위에 재치된 영역이 이면판(17)에 대해 비접합이 된다. 또 기재(10)와 이면판(17) 사이에 전해액(19)(도 13 참조)이 주입되는 공간(25)이 형성된다.
다음으로 도 13에 도시한 것처럼, 다공질 반도체층(12),(13)의 구멍 내부에 전해액(19)을 충전한다. 전해액(19)의 충전은, 이면판(17)에 설치된 주입 구멍(17a)으로부터 전해액(19)을 주입하고 전해액(19)을 다공질 반도체층(12),(13)에 함침시킴으로써 수행할 수 있다. 그리고 전해액(19)을 주입한 후에 주입 구멍(17a)을 수지 등의 봉지재(18)로 물샐 틈 없이 막아 전해액(19)이 주입된 공간(25)을 봉지한다.
이상의 공정에 의해 색소 증감 태양전지 모듈(20)(도 1 참조)을 제작할 수 있다.
아울러 상술한 형태예에서는 다공질 반도체층에 색소를 담지시킨 색소 증감 태양전지의 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 사상은 전해액을 사용하는 습식 태양전지라면 다공질 반도체층에 색소를 담지시키지 않은 경우라도 동일하게 적용할 수 있을 것으로 생각된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 아울러 본 발명은 이들 실시예로만 한정되지는 않는다.
<실시예 1>
[작용극 기판의 제작]
(A)10㎝각의 FTO투명 도전막이 부착된 유리 기판(아사히 유리 주식회사제, 상품명:A110U80R, 표면 저항율:10Ω/□)을 세정하고 엑시머 레이저 장치를 사용하여 약 1㎝의 피치로 슬릿을 형성하여 폭이 약 1㎝인 스트라이프형의 여러 개의 투명 도전막(제1 도전층)이 형성된 전극용 기판을 준비하였다.
(B)투명 도전층의 일측 테두리부가 노출되도록 투명 도전층의 상면에 폭이 약 9㎜인 스트라이프형으로 산화티타늄 페이스트(Solaronix사제, 상품명:Ti-nanoxide T/sp)를 스크린 인쇄법으로 성막 후, 500℃에서 소성하여 두께가 약 10㎛ 인 다공질 산화티타늄막을 형성하였다.
(C)마찬가지로 상기 다공질 산화티타늄막 위에 폭이 약 9㎜인 스트라이프형으로 광산란 입자가 들어간 산화티타늄 페이스트(Solaronix사제, 상품명:Ti-nanoxideD/sp)를 스크린 인쇄법으로 겹쳐서 성막 후, 500℃에서 소성하여 다공질 산화티타늄막을 형성하였다. 이 때, 2층의 다공질 산화티타늄막을 맞춘 막두께는 약 20㎛였다.
[그래파이트 씨트(필름형 도전성 부재)의 준비]
(A)두께가 25㎛인 그래파이트 씨트(마츠시타 전기산업 주식회사제, 상품명 PGS씨트)를 전극용 기판의 사이즈에 맞춰 1O㎝각으로 잘라내었다.
[구성]
(A)스트라이프형으로 형성된 각 다공질 산화티타늄막 사이, 즉 노출되어 있는 투명 도전층의 상면에 카본 페이스트를 디스펜서로 라인 형태로 성막하였다. 이 때 라인형 카본 페이스트는 양쪽의 다공질 산화티타늄막의 측면에서 살짝 떨어뜨려 형성하였다.
(B)도포한 카본 페이스트를 120℃에서 건조하여 약간 점착성이 있는 도막으로 하였다.
(C)카본 페이스트 도막 위에 1O㎝각으로 잘라낸 그래파이트 씨트를 맞붙이고 상하 방향에서 누르면서 카본 페이스트를 400℃에서 소결하였다.
(D)엑시머 레이저 장치에서 다공질 산화티타늄막의 형상에 맞춰 스트라이프 형상으로 그래파이트 씨트를 절단하였다. 또 이 스트라이프 형상과 직교되는 방향 으로도 절단하여 대극이 되는 제2 도전층을 형성하고 전기적으로 직렬로 접속되는 색소 증감 태양전지 셀의 구조체를 형성하였다.
(E)50℃로 가열한 색소 용액(증감 색소(Solaronix사제, 상품명:루테늄535)를 t―부탄올과 아세토니트릴의 등량 혼합 용매중에 농도가 0.3mM이 되도록 용해한 것)에 24시간 침지시키고 다공질 산화티타늄막에 색소를 담지하여 아세토니트릴로 세정하였다.
(F)각 색소 증감 태양전지 셀의 구조체 사이(투명 도전막 및 다공질 산화티타늄막의 스트라이프 형상과 같은 방향으로 형성된 슬릿)에 핫멜팅 접착제(미쓰이 듀퐁 주식회사제, 상품명:하이밀란)를 도포한 후, 이면 유리판을 120℃ 열프레스로 붙였다.
(G)이면 유리판에 뚫린 구멍으로 전해액을 주입한 후, 구멍을 UV경화 수지(일본 스리본드사제)로 봉지하였다.
이상에 의해 실시예에 관한 색소 증감 태양전지 모듈을 제작하였다. 이 모듈에는 이하의 특징이 있다.
(1)대극이 되는 그래파이트 씨트와 산화티타늄 다공질 전극이 접합되지 않아 자유롭게 슬라이딩할 수 있기 때문에 스트레스를 완화시킬 수 있다.
(2)대극막은 그 자리에서 성막하지 않아도 좋고 견고하고 도전율이 높은 씨트를 자유롭게 선택할 수 있다.
(3)작용극과 대극을 접합시키는 카본 페이스트는 성막시에 수축되는 조성이므로 대극 씨트재로서는 사용할 수 없지만, 매우 견고하고 또한 휘발 성분이 저온 에서 분해되는 유기물과 티타늄뿐이므로 산화티타늄 다공질막을 피독하지 않는다(폴리이미드 등의 내열성 수지 성분이나 실리콘, 알루미나 등을 휘발 성분에 포함시키면 산화티타늄 다공질막의 피독이 현저하다).
<비교예 1>
비교예 1로서, 이하와 같이 샘플을 제작하였다.
(A)10㎝각의 FTO투명 도전막이 부착된 유리 기판(아사히 유리 주식회사제, 상품명:A110U80R, 표면 저항율:10Ω/□)을 세정하고 엑시머 레이저 장치를 사용하여 약 1㎝의 피치로 슬릿을 형성하여 폭이 약 1㎝인 스트라이프형의 여러 개의 투명 도전막(제1 도전층)이 형성된 전극용 기판을 제작하였다.
(B)투명 도전층의 일측 테두리부가 노출되도록 투명 도전층의 상면에 폭이 약 9㎜인 스트라이프형으로 산화티타늄 페이스트(Solaronix사제, 상품명:Ti-nanoxide T/sp)를 스크린 인쇄법으로 성막 후 500℃에서 소성하여 두께가 약 10㎛인 다공질 산화티타늄막을 형성하였다.
(C)마찬가지로 상기 스트라이프형의 다공질 산화티타늄막상에 세퍼레이터층 용 산화티타늄 페이스트(산화티타늄(국산화학 주식회사제, 루틸형 산화티타늄 시약)과 에틸셀룰로오스를 테르피네올에 용해한 것)를 폭방향으로 조금 엇갈리게 하여 스크린 인쇄법으로 스트라이프형의 성막 후 500℃에서 소성하여 제2 다공질 산화티타늄막을 제작하였다. 이 때 2층의 다공질 산화티타늄막을 맞춘 막두께는 약 20㎛였다.
(D)세퍼레이터층이 형성된 다공질 산화티타늄막 위에 카본 페이스트를 상기 제2 다공질 산화티타늄막의 엇갈림 방향과 같은 방향으로 좀 더 엇갈리게 하여 디스펜서로 라인 형태로 성막하였다.
(E)카본 페이스트를 450℃에서 소성하여 도막으로 하고 전기적으로 직렬로 접속되는 색소 증감 태양전지 셀의 구조체를 형성하였다.
(F)50℃로 가열한 색소 용액(증감 색소(Solaronix사제, 상품명:Ruthenium535)을 t―부탄올과 아세토니트릴과의 등량 혼합 용매중에 0.3M의 농도가 되도록 용해한 것)에 24시간 침지시키고 다공질 산화티타늄막에 색소를 담지하여 아세토니트릴로 세정하였다.
(G)각 색소 증감 태양전지 셀의 구조체 사이(투명 도전막 및 다공질 산화티타늄막의 스트라이프 형상과 같은 방향으로 형성된 슬릿)에 핫멜팅 접착제(미쓰이 듀퐁 주식회사제, 상품명:하이밀란)를 도포한 후, 이면 유리판을 120℃ 열프레스로 붙였다.
(H)이면 유리판에 뚫린 구멍으로 전해액을 주입한 후 구멍을 UV경화 수지(일본 스리본드사제)로 봉지하였다.
<비교 평가>
실시예 1, 비교예 1의 샘플을 각각 20개 제작하여 AM-1.5, 1Sun의 조건하에의 변환 효율을 측정하고 초기 변환 효율 및 초기 평균 필 팩터(Fill Factor)를 평가하였다. 또 ―40℃⇔60℃의 열싸이클과 1m의 낙하 시험을 각각 20회씩 수행한 후에 변환 효율을 측정하여, 초기 변환 효율로부터의 변환 효율 저하율을 평가하였다. 초기 변환 효율은 5.0% 이상을 합격으로 하고, 변환 효율 저하율은 초기값의 80% 이상을 합격으로 하였다. 이러한 평가 시험 결과를 표 1에 나타낸다. 아울러 표 1에 나타내는 NG수는 상기 합격 기준을 충족하지 못한 불량 샘플의 수를 나타내고 있다.
[표 1]
―40℃⇔60℃ 및 1m 낙하를 각각 20회(샘플수 20개)
초기 변환 효율 NG수 초기 평균 필 팩터
(∝내부 저항)		 변환 효율 저하율 NG수
실시예 1 0개 61.3% 1개
비교예 1 2개 57.0% 14개
실시예 1, 비교예 1의 샘플을 각각 20개 제작하여 AM-1.5, 1Sun의 조건하의 변환 효율을 측정하여 초기 변환 효율 및 초기 평균 필 팩터를 평가하였다. 또 95℃⇔-40℃의 열싸이클을 100회 수행한 후에 변환 효율을 측정하여 초기 변환 효율로부터의 변환 효율 저하율을 평가하였다. 초기 변환 효율은 5.0% 이상을 합격으로 하고, 변환 효율 저하율은 초기값의 80% 이상을 합격으로 하였다. 이러한 평가 시험 결과를 표 2에 나타낸다. 아울러 표 2에 나타내는 NG수는 상기 합격 기준을 충족하지 못한 불량 샘플의 수를 나타내고 있다.
[표 2]
95℃⇔-40℃를 100회(샘플수 20개)
초기 변환 효율 NG수 초기 평균 필 팩터
(∝내부 저항)		 변환 효율 저하율 NG수
실시예 1 0개 62.1% 6개
비교예 1 1개 58.3% 19개
실시예 1, 비교예 1의 샘플을 제작할 때 색소 담지 전의 전극(실시예 1에서는 [구성]의 (D)와 (E) 사이, 비교예 1에서는 (E)와 (F) 사이)에 대해 25℃⇔500℃의 열싸이클을 20회 수행하는 공정을 추가하여 각 샘플을 각각 20개 제작하였다. AM-1.5, 1Sun의 조건하에서의 변환 효율을 측정하여 초기 변환 효율 및 초기 평균 필 팩터를 평가하였다. 초기 변환 효율은 5.0% 이상을 합격으로 하였다. 이들 평가 시험 결과를 표 3에 나타내기로 한다. 아울러 표 3에 나타내는 NG수는 상기 합격 기준을 충족하지 못한 불량 샘플의 수를 나타내고 있다.
[표 3]
제조 공정 도중(색소 담지 전)에 25℃⇔500℃를 20회(샘플수 20개)
초기 변환 효율 NG수 초기 평균 필 팩터
(∝내부 저항)
실시예 1 0개 61.9%
비교예 1 20개 24.2%
다른 실시예로서, 실시예 1의 대극 재료로서 그래파이트 씨트 대신에 백금을 RF스퍼터링 장치에서 5㎚ 성막한 Ti박(두께 0.04㎜)을 사용한 것(실시예 2), 그래파이트 씨트에 대해서 스트라이프와 직교 방향으로 절단하지 않은 것(실시예 3)에 대해서도 제작하고 평가하였다.
실시예 2,3의 샘플을 각각 20개 제작하고 AM-1.5, 1Sun의 조건하에서의 변환 효율을 측정하여 초기 변환 효율 및 초기 평균 필 팩터를 평가하였다. 또 ―40℃⇔60℃의 열싸이클과 1m의 낙하 시험을 각각 20회 실시한 후에 변환 효율을 측정하여 초기 변환 효율로부터의 변환 효율 저하율을 평가하였다. 초기 변환 효율은 5.0% 이상을 합격으로 하고, 변환 효율 저하율은 초기값의 80% 이상을 합격으로 하였다. 이러한 평가 시험 결과를 표 4에 나타낸다. 아울러 표 4에 나타내는 NG수는 상기 합격 기준을 충족하지 못한 불량 샘플의 수를 나타내고 있다.
[표 4]
-40℃⇔60℃ 및 1m 낙하를 각각 20회(샘플수 20개)
초기 변환 효율 NG수 초기 평균 필 팩터
(∝내부 저항)		 변환 효율 저하율 NG수
실시예 2 0개 62.9% 2개
실시예 3 1개 60.5% 4개
이상의 평가 결과로부터, 본 발명에 관한 색소 증감 태양전지 모듈은 초기 변환 효율이나 변환 효율 저하율의 NG수가 적어 초기 평균 필 팩터가 높다는 것을 알 수 있었다. 또 사용시의 스트레스(설치시 충격 등, 계절의 온도 변화, 우박, 운반 등)에 대해 우수한 내구성을 가졌다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 의하면, 열이력에 의한 광전극 및 대극의 각 층의 열팽창 및 수축, 투명 기판 및 안쪽 기판의 각 기판의 구부림이나 변형 등에 대해 대극이 되는 막의 내구성 저하를 억제할 수 있는 색소 증감 태양전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기재와, 해당 기재에 대향하여 배치되는 이면판과, 상기 기재 및 상기 이면판 사이에 병설되는 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀을 구비하고,
    상기 색소 증감 태양전지 셀은, 상기 기재쪽에 배치되는 제1 도전층과, 상기 이면판쪽에 상기 제1 도전층에 대향하여 배치되는 제2 도전층과, 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 사이에 배치되는 다공질 반도체층을 갖고 있고,
    하나의 색소 증감 태양전지 셀에 속한 상기 제2 도전층이, 상기 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀에서의 제1 도전층인 인접 제1 전극층에 전기적으로 접속됨으로써 상기 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀이 전기적 직렬로 접속되는 색소 증감 태양전지 모듈로서,
    상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 상이한 재료로 구성되고,
    상기 제2 도전층은, 상기 이면판쪽에서 보아 상기 다공질 반도체층에 겹치는 영역이 상기 다공질 반도체층 및 상기 이면판에 접합되지 않은 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 도전층은 상기 인접한 제1 도전층쪽에서의 상기 겹치는 영역 이외의 영역이 상기 인접한 제1 도전층에 접합됨으로써 상기 색소 증감 태양전지 셀 안에 유지되는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 도전층은 상기 인접한 제1 도전층쪽에서의 상기 겹치는 영역 이외의 영역이 상기 이면판에 더 접합되는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도전층은 필름형 도전성 부재인 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도전층은 상기 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀의 배열 방향으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 도전층은 상기 여러 개의 색소 증감 태양전지 셀의 배열 방향으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 도전층은 도전성 접속용 부재를 사이에 두고 전기적으로 접속되는 상기 제1 도전층에 접합되는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈.
  8. 기재 및 이 기재의 일면상에 형성되는 여러 개의 제1 도전층을 가진 전극용 기판을 준비하는 기판 준비 공정과,
    상기 전극용 기판의 각 도전층상에 다공질 반도체층을 형성하는 반도체층 형성 공정과,
    상기 다공질 반도체층상에 해당 다공질 반도체층과 접합되지 않도록 상기 제1 도전층과는 상이한 재료로 구성되는 제2 도전층을 재치하는 제2 전극층 재치 공정과,
    상기 제2 도전층을, 해당 제2 도전층이 속한 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀에서의 제1 도전층인 인접 제1 전극층에 접합하여 전기적으로 접속하는 도전층 접합 공정과,
    상기 제2 도전층에서의 상기 다공질 반도체층상에 재치된 영역이 이면판과 접합되지 않도록 상기 제2 도전층상에 상기 이면판을 배치하는 이면판 배치 공정과,
    상기 다공질 반도체층의 내부에 전해액을 충전하는 전해액 충전 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 도전층은 필름형 도전성 부재인 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 도전층 접합 공정에서 인접한 상기 제1 도전층상에 상기 다공질 반도체층의 상면보다도 윗쪽으로 돌출되도록 도전성의 접속용 부재를 설치하고 해당 접속용 부재의 상면에 상기 제2 도전층의 일단부를 접합하는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제2 전극층 재치 공정에서 상기 전극용 기판에 대응하는 크기의 1장의 필름형 도전성 부재를 여러 개의 상기 다공질 반도체층을 덮도록 재치하고,
    상기 도전층 접합 공정에서 상기 1장의 필름형 도전성 부재를, 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 대응하는 영역의 일단부를, 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀의 제1 도전층에 접합하여 전기적으로 접속한 후 상기 1장의 필름형 도전성 부재를 절단하는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 전극층 재치 공정에서 상기 전극용 기판에 대응하는 크기의 1장의 필름형 도전성 부재를 여러 개의 상기 다공질 반도체층을 덮도록 재치하고,
    상기 도전층 접합 공정에서 상기 1장의 필름형 도전성 부재를, 하나의 색소 증감 태양전지 셀에 대응하는 영역의 일단부를, 인접한 다른 색소 증감 태양전지 셀의 제1 도전층에 접합하여 전기적으로 접속한 후 상기 1장의 필름형 도전성 부재를 절단하는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지 모듈의 제조 방법.
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