KR101156585B1 - Dye-sensitized sollar cell and its fabrication method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료 감응 태양 전지에 관한 것으로, 염료 흡착된 금속 산화물층과, 투명 전도성막과, 투명 플라스틱층을 포함하는 산화물 반도체 전극을 형성하고, 그 대향 전극으로 투명 전도성막과 백금층을 형성하며, 그 사이 공간에 산화/환원 전해질을 충진시켜 염료 감응 태양 전지를 제조함으로써, 나노 입자들의 접촉 상태를 향상시켜 염료 감응 태양 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, comprising forming an oxide semiconductor electrode comprising a dye-adsorbed metal oxide layer, a transparent conductive film, and a transparent plastic layer, and forming a transparent conductive film and a platinum layer using opposite electrodes. By filling the space between the oxidation / reduction electrolyte to prepare a dye-sensitized solar cell, it is possible to improve the contact state of the nanoparticles to improve the performance of the dye-sensitized solar cell.
염료 감응 태양 전지 Dye-sensitized solar cells
Description
본 발명은 염료 감응 태양 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온 소성으로 제조된 전극을 포함하는 염료 감응 태양 전지를 제조하는데 적합한 염료 감응 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell suitable for producing a dye-sensitized solar cell comprising an electrode made by high temperature firing and a method for producing the same.
잘 알려진 바와 같이, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자인 태양 전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경 친화적이므로 시간이 갈수록 그 중요성이 더해가고 있다.As is well known, solar cells, which are photoelectric conversion elements that convert sunlight into electrical energy, are infinite and environmentally friendly, unlike other energy sources, and therefore, their importance is increasing over time.
초기에는 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양 전지가 많이 사용되었다. 그러나 실리콘 태양 전지는 제조 시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이기 때문에, 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 변환 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.Initially, many monocrystalline or polycrystalline silicon solar cells were used. However, because silicon solar cells use large expensive equipment at the time of manufacture and raw material prices are high, the manufacturing cost is high and there is a limit in improving the conversion efficiency of converting solar energy into electrical energy.
이러한 실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기 재료를 사용한 태양 전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 저렴한 염료 감응형 태양 전지(dye-sensitized solar cell)가 많은 주목을 받고 있다.As an alternative to such silicon solar cells, attention has been focused on solar cells using organic materials that can be manufactured at low cost. In particular, dye-sensitized solar cells, which are inexpensive to manufacture, have attracted much attention. .
그리고, 염료 감응형 태양 전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 발표된 태양 전지가 대표적인데, 염료 입자가 흡착된 금속산화물 나노 입자로 이루어진 반도체 전극(음극), 대향 전극(예를 들면, 백금 양극), 음극에 코팅된 염료, 두 전극 사이의 공간에 채워진 유기 용매를 이용한 산화 환원용 전해질을 포함하여 구성되는 광전기 화학적 태양 전지이다.In addition, the dye-sensitized solar cell is a solar cell published by Gratzel et al., Switzerland. The semiconductor electrode (cathode) and the counter electrode (for example, platinum) made of metal oxide nanoparticles on which dye particles are adsorbed are represented. Anode), dye coated on the cathode, and a photoelectrochemical solar cell including an electrolyte for redox using an organic solvent filled in the space between two electrodes.
일반적으로 염료감응 태양전지에서는 염료 입자가 흡착될 수 있는 부착 부위(anchoring site)가 많은 나노 결정 재료들이 사용하고, 이러한 염료 감응 태양 전지는 나노 입자 산화물 반도체 전극에 흡착된 염료가 태양광의 가시광선과 자외선 영역(예를 들면, 400 - 900nm) 파장의 빛을 흡수하여 전자를 발생한다. 현재 전도성 기판으로는 불소가 도핑된 SnO2 코팅 유리를 사용하는데, 이는 높은 온도에서의 열처리가 필수적인 염료감응 태양전지에서 전도성을 유지하기 위해서이다.In general, dye-sensitized solar cells use nanocrystalline materials that have many anchoring sites where dye particles can be adsorbed. In such dye-sensitized solar cells, dyes adsorbed to nanoparticle oxide semiconductor electrodes are visible and ultraviolet rays of sunlight. Electrons are generated by absorbing light of a region (for example, 400-900 nm) wavelength. Fluorine-doped SnO 2 coated glass is currently used as a conductive substrate to maintain conductivity in dye-sensitized solar cells where heat treatment at high temperatures is essential.
상술한 바와 같이 종래의 염료 감응 태양 전지는 전도성 기판 위에 금속 산화물 전극을 제조하기 때문에, 고온 소성이 불가능하고, 이에 따라 테르피네올(terpineol) 등의 일반적인 페이스트 제조 성분이 없는 에탄올, 물, 암모니아 등으로 만든 페이스트를 사용하여 제조된 염료 감응 태양 전지의 경우 고온 소성 처리를 하지 않아 입자들 사이의 접촉이 좋지 않은 문제점이 있다.As described above, since the conventional dye-sensitized solar cell manufactures a metal oxide electrode on a conductive substrate, high temperature firing is impossible, and thus ethanol, water, ammonia, etc., which do not have a general paste manufacturing component such as terpineol, etc. In the case of the dye-sensitized solar cell manufactured using a paste made of a paste, there is a problem in that the contact between the particles is not good because it is not subjected to high temperature baking.
이에 따라, 본 발명은 금속 산화물층을 먼저 형성한 후에 이에 접촉하는 플 라스틱층을 형성하여 염료 감응 태양 전지를 제조함으로써, 고온 소성 처리를 수행하여 입자들의 접속 상태를 향상시킬 수 있는 염료 감응 태양 전지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a dye-sensitized solar cell that can form a metal oxide layer first and then form a plastic layer in contact therewith to produce a dye-sensitized solar cell, thereby performing a high temperature baking process to improve the connection state of the particles. And to provide a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 페이스트를 고온 소성시켜 금속 산화물층을 형성하고, 상기 형성된 금속 산화물층에 염료를 흡착시켜 형성된 염료 흡착 금속 산화물층과, 상기 염료 흡착 금속 산화물층에 접촉 형성된 제 1 투명 전도성막과, 상기 제 1 투명 전도성막에 접촉 형성된 투명 플라스틱층을 포함하는 산화물 반도체 전극과, 전도성 플라스틱 기판 또는 금속 기판으로 형성되는 제 2 투명 전도성막과, 상기 제 2 투명 전도성막에 코팅되는 백금층을 포함하여 상기 산화물 반도체 전극과 대향되게 형성되는 대향 전극과, 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극 사이의 공간에 충진되는 산화/환원 전해질을 포함하는 염료 감응 태양 전지가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, by baking the paste at a high temperature to form a metal oxide layer, the dye adsorbed metal oxide layer formed by adsorbing a dye to the formed metal oxide layer and the first contact formed on the dye adsorbed metal oxide layer An oxide semiconductor electrode including a transparent conductive film, a transparent plastic layer formed in contact with the first transparent conductive film, a second transparent conductive film formed of a conductive plastic substrate or a metal substrate, and coated on the second transparent conductive film. There is provided a dye-sensitized solar cell including a counter electrode including a platinum layer formed to face the oxide semiconductor electrode and an oxidation / reduction electrolyte filled in the space between the oxide semiconductor electrode and the counter electrode.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 기판 상에 페이스트를 도포한 후 고온 소성시켜 금속 산화물층을 형성하는 단계와, 상기 형성된 금속 산화물층의 상부에 제 1 투명 전도성막을 형성하는 단계와, 상기 형성된 제 1 투명 전도성막의 상부에 투명 플라스틱층을 형성하는 단계와, 상기 기판, 금속 산화물층, 제 1 투명 전도성막 및 투명 플라스틱층이 형성된 결과물에서 상기 기판을 제거하는 단계와, 상기 금속 산화물층에 염료를 흡착시켜 염료 흡착 금속 산화물층을 형성하여 산화물 반도체 전극을 형성하는 단계와, 상기 형성된 산화물 반도체 전극에 대향 전극을 부착하는 단계와, 상기 산화물 반도체 전극 및 대향 전극의 사이 공간에 산화/환원 전해질을 충진하는 단계를 포함하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, forming a metal oxide layer by applying a paste on a substrate and then high temperature baking, forming a first transparent conductive film on the formed metal oxide layer, and the formed agent 1) forming a transparent plastic layer on top of the transparent conductive film, removing the substrate from the resultant formed with the substrate, the metal oxide layer, the first transparent conductive film and the transparent plastic layer, and dyeing the metal oxide layer Adsorbing to form a dye adsorption metal oxide layer to form an oxide semiconductor electrode, attaching a counter electrode to the formed oxide semiconductor electrode, and applying an oxidation / reduction electrolyte to a space between the oxide semiconductor electrode and the counter electrode. Provided is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell comprising the step of filling.
본 발명은, 염료 흡착된 금속 산화물층과, 투명 전도성막과, 투명 플라스틱층을 포함하는 산화물 반도체 전극을 형성하고, 그 대향 전극으로 투명 전도성막과 백금층을 형성하며, 그 사이 공간에 산화/환원 전해질을 충진시켜 염료 감응 태양 전지를 제조함으로써, 나노 입자간 접촉 상태를 향상시켜 입자의 분포도를 조절할 수 있어 투명한 전극을 제조할 수 있으며, 이에 따라 염료 감응 태양 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.The present invention forms an oxide semiconductor electrode comprising a dye-adsorbed metal oxide layer, a transparent conductive film, and a transparent plastic layer, and forms a transparent conductive film and a platinum layer with opposing electrodes, and oxidizes the space therebetween. By manufacturing a dye-sensitized solar cell by filling a reducing electrolyte, the contact state between the nanoparticles can be improved to control the distribution of particles, thereby producing a transparent electrode, thereby improving the performance of the dye-sensitized solar cell.
본 발명은, 기판 상에 페이스트를 도포한 후 고온 소성시켜 금속 산화물층을 형성하고, 그 상부에 제 1 투명 전도성막을 형성하며, 그 상부에 투명 플라스틱층을 형성하여 산화물 반도체 전극을 형성한 후, 기판을 제거하며, 제 2 투명 전도성막 및 백금층을 포함하는 대향 전극을 부착한 후 그 사이 공간에 산화/환원 전해질을 충진시켜 염료 감응 태양 전지를 제조한다는 것이며, 이러한 기술적 수단을 통해 종래 기술에서의 문제점을 해결할 수 있다.The present invention, after applying the paste on the substrate to a high temperature baking to form a metal oxide layer, a first transparent conductive film is formed on the upper portion, a transparent plastic layer is formed on the upper portion to form an oxide semiconductor electrode, Removing the substrate, attaching a counter electrode comprising a second transparent conductive film and a platinum layer, and then filling the space therebetween with an oxidation / reduction electrolyte to produce a dye-sensitized solar cell. Can solve the problem.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상 세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 금속 산화물층에 접촉하여 형성된 플라스틱층을 갖는 염료 감응 태양 전지를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a dye-sensitized solar cell having a plastic layer formed in contact with a metal oxide layer according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 염료 감응 태양 전지는 염료 흡착 금속 산화물층(102), 제 1 투명 전도성막(104), 투명 플라스틱층(106), 제 2 투명 전도성막(108), 백금층(110), 격벽(112), 산화/환원 전해질(114) 등을 포함하는 구조를 갖는데, 염료 흡착 금속 산화물층(102), 제 1 투명 전도성막(104) 및 투명 플라스틱층(106)이 산화물 반도체 전극(음극)으로 형성되고, 제 2 투명 전도성막(108) 및 백금층(110)이 대향 전극(백금 양극)으로 형성된다.Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell includes a dye adsorption
이러한 구성을 갖는 염료 감응 태양 전지의 염료 흡착 금속 산화물층(102)은 금속 산화물층에 염료를 흡착시켜 형성한다. 여기에서, 금속 산화물층은 예를 들면, 테르피네올(terpineol) 등의 페이스트를 도포한 후 고온 소성시켜 예를 들면, TiO2 등으로 형성될 수 있으며, 특히 TiO2 나노 입자 10-30nm로 형성되는 것이 바람직하다.The dye adsorption
이러한 금속 산화물층은 다층 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어 20nm 이상 의 TiO2를 포함하는 층을 도포하고, 그 상부에 20nm 내외의 입자 페이스트를 도포한 후에, 이를 각각 별도로 고온 소성시키거나 동시에 고온 소성시켜 다층 구조의 금속 산화물층을 형성할 수 있다.Such a metal oxide layer may have a multi-layered structure, for example, by applying a layer containing 20 nm or more of TiO 2, and applying a particle paste of about 20 nm on top thereof, and then individually baking the same at a high temperature or simultaneously. To form a multi-layered metal oxide layer.
또한, 염료 흡착 금속 산화물층(102)의 상부에 형성된 제 1 투명 전도성막(104)은 예를 들면, ITO(indium-tin oxide, 이하 'ITO'라 함), FTO(fluorine-tin oxide, 이하 'FTO'라 함), ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 제 1 투명 전도성막(104)은 예를 들면, 스퍼터링(sputtering), 일렉트로우리스 증착(electroless deposition), 진공 증착, CVD(chemical vapor deposition, 이하 'CVD'라 함), 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있다.In addition, the first transparent
그리고, 제 1 투명 전도성막(104)의 상부에 형성된 투명 플라스틱층(106)은 예를 들면, PET(poly ethylene terephthalate, 이하 'PET'라 함), PMMA(poly methyl methacrylate, 이하 'PMMA'라 함), PEN(poly ethylene 2,6-naphthalate, 이하 'PEN'이라 함), PANI(poly aniline, 이하 'PANI'라 함), PC(poly carbonate, 이하 'PC'라 함), PDMS(poly dimethyl silane, 이하 'PDMS'라 함), 전도성 고분자(예를 들면, PEDOT:PSS(poly ethylene dioxy thiophene:poly styrene sulphonic acid, 이하 'PEDOT:PSS'라 함) 등), 나노 튜브 네트워크, 금속 나노와이어 메쉬 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 반사 방지 코팅막(anti-reflection coating film), 투명 접착 테이프 형태의 필름 등을 이용하여 쉽게 형성될 수 있다.The transparent
또한, 투명 플라스틱층(106)은 일반적인 플라스틱의 경우 해당 고분자를 액 체 상태로 가열한 후 부어 경화시키거나 해당 고분자를 액체 상태로 가열한 후 경화제를 첨가하여 경화시키거나 열경화성 고분자의 경우 액체 상태로 가열한 후 부어 열처리하여 형성시킬 수 있다.In addition, the transparent
한편, 투명 플라스틱층(106)을 전도성 고분자를 이용하여 형성할 경우에는 이전 과정에서 형성된 제 1 투명 전도성막(104)을 형성하지 않고, 전도성 고분자로 투명 플라스틱층(106)만을 형성할 수 있음은 물론이다.Meanwhile, when the transparent
다음에, 산화물 반도체 전극(음극)에 대향하는 대향 전극을 구성하는 제 2 투명 전도성막(108)은 예를 들면, 전도성 플라스틱 기판, 금속 기판 등을 이용하여 형성할 수 있고, 그 상부에 형성되는 백금층(110)과 함께 백금 양극을 형성한다.Next, the second transparent
이러한 산화물 반도체 전극(음극)과 대향 전극(백금 양극)은 격벽(112)으로 부착되며, 그 사이 공간에는 산화/환원 전해질(114)이 충진됨으로써, 염료 감응 태양 전지가 형성된다.The oxide semiconductor electrode (cathode) and the counter electrode (platinum anode) are attached to the
따라서, 산화물 반도체 전극을 구성하는 금속 산화물층의 상부에 제 1 투명 전도성막과 투명 플라스틱층을 형성함으로써, 고온 소성 처리가 가능하여 산화물 나노 입자의 접촉 상태를 향상시킬 수 있는 염료 감응 태양 전지를 제공할 수 있다.Accordingly, by forming the first transparent conductive film and the transparent plastic layer on the metal oxide layer constituting the oxide semiconductor electrode, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell capable of high-temperature baking and improving the contact state of the oxide nanoparticles. can do.
다음에, 기판 위에 페이스트를 도포한 후 고온 소성시켜 금속 산화물층을 형성하고, 그 상부에 투명 전도성 금속 산화물층을 형성하며, 그 상부에 액체 투명 플라스틱층을 형성한 후에 기판을 제거하고, 금속 산화물층에 염료를 흡착시키며, 그 결과물에 대향 전극을 부착시킨 후에, 산화/환원 전해질을 채워 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정에 대해 설명한다.Next, the paste is applied on the substrate, followed by high temperature baking to form a metal oxide layer, a transparent conductive metal oxide layer is formed thereon, a liquid transparent plastic layer is formed thereon, and then the substrate is removed, and the metal oxide is formed thereon. After adsorbing the dye to the layer and attaching the counter electrode to the resultant, a process of manufacturing the dye-sensitized solar cell by filling the oxidation / reduction electrolyte will be described.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 금속 산화물층에 접촉하여 형성된 플라스틱층을 갖는 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 나타낸 공정 순서도이다.2A to 2G are process flowcharts illustrating a process of manufacturing a dye-sensitized solar cell having a plastic layer formed in contact with a metal oxide layer according to another embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 제거 가능한 기판(200) 상에 예를 들면, 테르피네올(terpineol) 등과 같은 페이스트(202)를 도포한다. 여기에서, 제거 가능한 기판(200)은 예를 들면, 유리 기판, NaCl, KBr, Nabr, NaF, NaOH, KOH 등과 같은 염료 기판, 석회석, 대리석, 천연 암석 등과 같은 암석 기판, 얇은 금속막 등의 금속 기판, 실리콘 웨이퍼 등을 사용할 수 있고, 특히 유리 기판을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 유리 기판은 5mmm 이하의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.5mm 이하의 유리 기판을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 2A, a
그리고, 페이스트(202)가 도포된 기판(200)을 고온 소성시켜 페이스트(202)에 포함된 유기물을 모두 태워서 도 2b에 도시한 바와 같이 금속 산화물층(202a)을 형성한다. 여기에서, 금속 산화물층(202a)은 예를 들면, TiO2 등으로 형성될 수 있으며, 특히 TiO2 나노 입자 10-30nm로 형성되는 것이 바람직하다.Subsequently, the
한편, 금속 산화물층(202a)은 다층 구조를 가질 수 있는데, 예를 들어 20nm 이상의 TiO2를 포함하는 층을 도포하고, 그 상부에 20nm 내외의 나노 입자 페이스트를 도포한 후에, 이를 각각 별도로 고온 소성시키거나 동시에 고온 소성시켜 다층 구조의 금속 산화물층(202a)을 형성할 수 있다.On the other hand, the
다음에, 기판(200)에 형성된 금속 산화물층(202a)의 상부에 도 2c에 도시한 바와 같이 제 1 투명 전도성막(204)을 형성한다. 여기에서, 제 1 투명 전도성막(204)은 예를 들면, ITO, FTO, ZnO, 도핑되지 않은 SnO2, Al 등이 도핑된 ZnO 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 이러한 제 1 투명 전도성막(204)은 예를 들면, 스퍼터링, 일렉트로우리스 증착, 진공 증착, CVD, 졸젤법에 따른 나노 파우더 사용, 페이스트 후 열처리 등의 방식을 통해 형성시킬 수 있다.Next, a first transparent
그리고, 제 1 투명 전도성막(204)이 형성된 기판(200)의 상부에 도 2d에 도시한 바와 같이 투명 플라스틱층(206)을 형성한다. 여기에서, 투명 플라스틱층(206)은 예를 들면, PET, PMMA, PEN, PANI, PC, PDMS, 전도성 고분자(예를 들면, PEDOT:PSS 등), 나노 튜브 네트워크, 금속 나노와이어 메쉬 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들어 반사 방지 코팅막, 투명 접착 테이프 형태의 필름 등을 이용하여 쉽게 형성될 수 있다.A
또한, 투명 플라스틱층(206)은 일반적인 플라스틱의 경우 해당 고분자를 액체 상태로 가열한 후 부어 경화시키거나 해당 고분자를 액체 상태로 가열한 후 경화제를 첨가하여 경화시키거나 열경화성 고분자의 경우 액체 상태로 가열한 후 부어 열처리하여 형성시킬 수 있다.In addition, the
한편, 투명 플라스틱층(206)을 전도성 고분자를 이용하여 형성할 경우에는 이전 과정에서 형성된 제 1 투명 전도성막(204)을 형성하지 않고, 전도성 고분자로 투명 플라스틱층(206)만을 형성할 수 있음은 물론이다.Meanwhile, when the
이 후에, 기판(200) 상에 금속 산화물층(202a), 제 1 투명 전도성막(204) 및 투명 플라스틱층(206)이 형성된 결과물에서 도 2e에 도시한 바와 같이 기판(200)을 제거한다. 예를 들면, 유리 기판의 경우 HF, NH4F 등의 용액을 이용하여 제거할 수 있고, 염료 기판의 경우 물을 이용하여 제거할 수 있으며, 금속 기판, 암석 기판 등의 경우 산을 이용하여 제거할 수 있다.Thereafter, the
그리고, 제 1 투명 전도성막(204)에 부착된 금속 산화물층(202a)에 염료를 흡착시켜 도 2f에 도시한 바와 같이 염료 흡착 금속 산화물층(202b)을 형성한다.The dye is adsorbed to the
이어서, 제 2 투명 전도성막(208)과 백금층(210)을 포함하는 대향 전극을 도 2f에 따른 결과물과 격벽(212)으로 부착시킨 후에, 그 사이 공간에 산화/환원 전해질(214)을 충진하여 도 2g에 도시한 바와 같이 염료 감응 태양 전지를 제조한다. 여기에서, 제 2 투명 전도성막(208)은 예를 들면, 전도성 플라스틱 기판, 금속 기판 등을 이용하여 형성할 수 있다.Subsequently, the opposite electrode including the second transparent
따라서, 금속 산화물층위에 제 1 투명 전도성막과 투명 플라스틱층을 형성한 후, 고온 소성하여 염료 감응 태양 전지를 제조함으로써, 입자간의 접속 상태를 효과적으로 향상시킬 수 있다.Therefore, after forming a 1st transparent conductive film and a transparent plastic layer on a metal oxide layer, it bakes at high temperature and manufactures a dye-sensitized solar cell, and can improve the connection state between particle | grains effectively.
상술한 바와 같은 염료 감응 태양 전지를 제조하여 그 성능을 살펴보면, 먼저 산화물 반도체 전극의 금속 산화물로는 TiO2를 이용하며, 상용화된 페이스트(예를 들면, CCIC의 페이스트 등)를 사용하고, 얇은 커버글라스 두께의 유리판에 닥터 블레이드 또는 스크린 프린팅 방식으로 TiO2 페이스트를 도포한다.When manufacturing a dye-sensitized solar cell as described above and looking at its performance, first, TiO2 is used as a metal oxide of an oxide semiconductor electrode, a commercially available paste (for example, a CCIC paste, etc.), and a thin cover glass is used. The TiO2 paste is applied to a thick glass plate by a doctor blade or screen printing method.
그리고, 페이스트가 도포된 기판을 대략 450ㅀ에서 대략 30분간 열처리하여 유기물을 모두 태워 TiO2를 형성하며, 이러한 TiO2/유리 기판 상에 예를 들면, ITO를 스퍼터링 방식으로 대략 50nm 이상 증착시킨 후 액체 고분자를 부어 식힌다.Then, the paste-coated substrate is heat-treated at about 450 kPa for about 30 minutes to burn all organic materials to form TiO 2, and, for example, by depositing about 50 nm or more of ITO by sputtering on the TiO 2 / glass substrate, the liquid polymer Pour and cool.
이 후, 불산 용액에 산화물 반도체 전극을 담가(예를 들면, 농도 높은 불산의 경우 대략 6시간 정도 담금) 유리 기판을 제거하고, 그 결과물을 건조시킨다.Thereafter, the oxide semiconductor electrode is immersed in the hydrofluoric acid solution (for example, about 6 hours in the case of high concentration hydrofluoric acid), and the glass substrate is removed, and the resultant is dried.
한편, 대향 전극은 백금(Pt)이 코팅된 ITO/PET 전극을 사용하고, 인조 플라스틱인 셔린(surlyn)이나 고분자 자체를 이용하여 산화물 반도체 전극과 대향 전극을 접착시키며, 예를 들면, 주사기 등을 이용하여 산화/환원 전해질을 투입한다. 그 산화/환원 전해질은 요오드계 산화/환원 액체 전해질, 예를 들어 0.7M의 1-비닐-3-메칠옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide)와 0.1M LiI와 40mM의 I2(Iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨I3-/I-의 전해질 용액이며, 약간의 피리딘(pyridine)과 'guanidium thiocyanate'가 첨가된다.On the other hand, the opposite electrode uses a platinum (Pt) coated ITO / PET electrode, and the oxide semiconductor electrode and the opposite electrode are bonded by using a synthetic plastic surlyn or the polymer itself, for example, a syringe or the like To the oxidation / reduction electrolyte. The oxidation / reduction electrolyte is an iodine-based oxidation / reduction liquid electrolyte, for example, 0.7 M of 1-vinyl-3-methyloctyl-imidazolium iodide (1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide) and 0.1 M LiI and 40 mM I 2 (Iodine) is an electrolyte solution of I3- / I- dissolved in 3-Methoxypropionitrile, with some pyridine and 'guanidium thiocyanate' added.
상술한 바와 같은 방식으로 제조된 염료 감응 태양 전지는 투명도가 높고 그 효율도 5%이상이 획득됨을 확인할 수 있다.It can be seen that the dye-sensitized solar cell manufactured in the manner described above has high transparency and at least 5% of its efficiency is obtained.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the foregoing description, various embodiments of the present invention have been described and described. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various changes without departing from the technical spirit of the present invention. It will be readily appreciated that branch substitutions, modifications and variations are possible.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 금속 산화물층에 접촉하여 형성된 플라스틱층을 갖는 염료 감응 태양 전지를 나타낸 도면,1 is a view illustrating a dye-sensitized solar cell having a plastic layer formed in contact with a metal oxide layer according to an embodiment of the present invention;
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 금속 산화물층에 접촉하여 형성된 플라스틱층을 갖는 염료 감응 태양 전지를 제조하는 과정을 나타낸 공정 순서도.2A to 2G are process flowcharts illustrating a process of manufacturing a dye-sensitized solar cell having a plastic layer formed in contact with a metal oxide layer according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
102 : 염료 흡착 금속 산화물층 104 : 제 1 투명 전도성막102 dye adsorption
106 : 투명 플라스틱층 108 : 제 2 투명 전도성막106: transparent plastic layer 108: second transparent conductive film
110 : 백금층 112 : 격벽110: platinum layer 112: partition wall
114 : 산화/환원 전해질114: oxidation / reduction electrolyte
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