KR101187226B1 - 염료 감응 태양전지의 제조 방법 및 그로부터 제조된 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지의 제조 방법 및 그로부터 제조된 태양 전지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 태양전지를 구성하는 나노입자 산화물층에 염료를 초음파를 이용하여 흡착시키는 과정을 포함하는 태양전지의 제조 방법 및 그로부터 제조된 태양 전지에 관한 것이다. 본 발명은 태양 전지의 제조 과정 중 50% 이상의 시간을 차지하는 염료 흡착 과정을 크게 단축시킬 수 있다.
Description
본 발명은 염료 감응 태양전지의 제조 방법 및 그로부터 제조된 태양 전지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 태양전지를 구성하는 나노입자 산화물층에 염료를 초음파(sonication)를 이용하여 흡착시키는 단계를 포함하는 염료 감응 태양전지의 제조 방법 및 그로부터 제조된 태양 전지에 관한 것이다. 본 발명은 태양 전지의 제조 과정 중 50% 이상의 시간을 차지하는 염료 흡착 단계를 크게 단축시킬 수 있다.
염료 감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell: DSSC)는 낮은 제조단가와 높은 전기밀도로 인하여 차세대 태양전지로 최근 들어 많은 관심을 받고 있다. 일반적으로 염료감응 태양전지에 있어서 전자 수집층은 약 10nm~20nm 크기를 가진 이산화티탄(TiO2) 나노입자들이 3차원 네트워크를 형성하여 전기적으로 잘 절연된 약 10㎛ 두께의 입자 막으로 형성되어 있다. 이러한 염료감응 태양전지는 이산화티탄(TiO2) 나노전극에 루테늄계 등의 염료가 흡착되어 있다. 이 염료가 빛 에너지를 받아 들뜬 상태가 되면 전자가 이산화티탄(TiO2) 나노전극으로 주입되고, 주입된 전자는 이산화티탄(TiO2) 나노입자의 전도대(Conduction Band)를 따라 이동하게 되어 전극으로 전달된다. 도 1은 염료감응 태양전지의 작동원리를 도시한 평면도이다. 상기 염료감응 태양전지의 작동원리는 다음과 같다. ('C'는 에너지 준위를 나타내는 것으로 위쪽에 위치할수록 높은 에너지 준위를 나타낸다. 이하 같다.)
먼저 염료의 빛 에너지 흡수 후 전자의 에너지 준위가 S1 상태에서 S2 상태로 이동(A 경로)하고, 상기 상태의 전자는 S2 보다 낮은 에너지 준위(D)를 가지는 이산화티탄(TiO2) 나노전극(200)으로 주입된다. 이산화티탄(TiO2) 나노전극(200)으로 주입된 전자는 전도성 기판(100)을 통해 이동 후 전기적 일(B경로)을 한 후 상대전극(400)으로 이동하고, 상기 전자는 전해질(300)로 이동한 후 전해질의 산화-환원반응을 통해 염료를 원상태로 복원한다. 여기서, 염료를 원상태로 복원하는 주체는 전자이다.
염료감응 태양전지는 기존의 실리콘계열 태양전지에 비해 저렴하고 간단하며 투명하다는 장점이 있지만, 기존 태양전지의 에너지 변환 효율(최고 30%)에 비하면 아직은 미미(최고 11%)하다는 단점이 있다. 따라서 나노 입자의 3차원 네트워크를 보다 효과적으로 구성함으로써 발생되는 전자의 양을 효율적으로 늘려 에너지 변환 효율을 높여야 한다.
염료감응 태양전지의 제조 과정은 크게 이산화티탄(TiO2)층의 도포, 염료 흡착, 전지 조립 및 전해질 주입 과정으로 나눌 수 있다. 더 자세하게는, 먼저 에탄올 및 아세톤으로 잘 세척된 전도성 유리 위에 이산화티탄(TiO2)을 주성분으로 하는 페이스트를 닥터 블레이드법을 이용하여 도포한 후 500℃에서 30분동안 소결한다. 소결된 이산화티탄(TiO2)층은 12시간~24시간동안 염료에 실온 침지하여 염료를 흡착하고, 백금이 도포된 두 개의 홀을 가진 또 다른 전도성 유리를 덮어 전지를 조립한다. 최종적으로 조립된 전지의 홀에 전해질을 주입하면 전지의 제조가 마무리된다.
이때, 염료 감응 태양 전지의 제조 과정 중 염료 흡착 과정은 태양 전지의 효율을 높이기 위해 필수적으로 수행되어야 하지만, 일반적으로 12시간-24시간 걸려 태양 전지의 제조 과정 중 상당 부분을 차지한다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 염료감응 태양 전지의 제조 과정 중 염료 흡착 시간을 단축시킬 수 있는 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법으로 제조된 태양 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점인 염료 감응 태양 전지의 제조 방법은 나노입자 산화물층을 전도성 제1 기판 위에 형성하는 단계;
상기 나노입자 산화물층 상에 초음파를 이용하여 염료를 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계;
전도성 제2 기판 상에 상기 반도체 전극 쪽을 향하여 대향 전극을 형성하는 단계; 및
상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 전해질 용액을 개재시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점인 염료 감응 태양 전지는 전도성 제 1 기판, 상기 전도성 제1 기판의 일면에 형성되어 있는 나노입자 산화물층 및 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료를 포함하는 반도체 전극;
전도성 제 2 기판상에 상기 반도체 전극 쪽을 향하여 형성된 전극층을 포함하는 대향전극; 및
상기 반도체 전극과 상기 대향전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하고,
상기 염료는 초음파 처리에 의해 나노입자 산화물 층에 흡착된 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 염료 흡착 시간을 단축시킬 수 있는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법을 제공하였다.
도 1은 염료 감응 태양 전지의 작동 원리를 도시한 평면도이다
도 2는 염료 감응 태양 전지에서 나노 입자 산화물층에 염료가 자연 흡착에 의해 흡착되는 것을 나타낸 확대도이다.
도 3은 염료 감응 태양 전지에서 나노 입자 산화물층에 염료가 초음파에 의해 흡착되는 것을 나타낸 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료가 흡착된 나노 입자 산화물 층으로 구성된 염료 감응 태양 전지의 개략도이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 흡착 소요 시간에 따른 전류 밀도 그래프이다.
도 6은 흡착 소요 시간 30분에 대한 실시예 1 및 비교예 1의 전류-전압 그래프이다.
도 7은 실시예 2 및 비교예 2에 대한 흡착 소요 시간에 따른 전류 밀도 그래프이다.
도 2는 염료 감응 태양 전지에서 나노 입자 산화물층에 염료가 자연 흡착에 의해 흡착되는 것을 나타낸 확대도이다.
도 3은 염료 감응 태양 전지에서 나노 입자 산화물층에 염료가 초음파에 의해 흡착되는 것을 나타낸 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료가 흡착된 나노 입자 산화물 층으로 구성된 염료 감응 태양 전지의 개략도이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 흡착 소요 시간에 따른 전류 밀도 그래프이다.
도 6은 흡착 소요 시간 30분에 대한 실시예 1 및 비교예 1의 전류-전압 그래프이다.
도 7은 실시예 2 및 비교예 2에 대한 흡착 소요 시간에 따른 전류 밀도 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 염료 감응 태양 전지의 제조 방법은
나노입자 산화물층을 전도성 제1 기판 위에 형성하는 단계(단계 1);
상기 나노입자 산화물층 상에 초음파를 이용하여 염료를 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계(단계 2);
전도성 제2 기판 상에 상기 반도체 전극 쪽을 향하여 대향 전극을 형성하는 단계(단계 3); 및
상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 전해질 용액을 개재시키는 단계(단계 4)를 포함할 수 있다.
나노입자 산화물층을 전도성 제1 기판 위에 형성하는 단계(단계 1)
나노입자 산화물층은 나노입자, 고분자 바인더, 계면활성제 및 용매를 포함하는 페이스트로 형성될 수 있다.
나노 입자는 염료 감응 태양 전지에서 통상적으로 사용되는 나노 입자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 전도대 포텐셜(conduction band potential)이 높은 나노 입자를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2), 산화 아연(ZnO) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 전도대 포텐셜 및 염료와의 친화성으로 인해, 이산화티탄(TiO2)을 사용할 수 있다.
나노 입자의 크기는 5nm~500nm인 것이 바람직하다. 나노입자의 크기가 5nm 미만이면, 전자의 재결합 현상(recombination phenomena)이 더욱 심화되어 전지 효율이 떨어지게 된다. 500nm 초과이면, 나노입자 표면적이 상대적으로 줄어들어 염료가 흡착할 수 있는 장소가 감소함으로써 전지 효율이 떨어질 수 있다. 바람직하게는, 나노입자의 크기는 5nm~100nm가 될 수 있다. 나노 입자는 상기 페이스트 중 15-20 wt%로 포함될 수 있다.
고분자 바인더로는 폴리에틸렌옥시드, 폴리에틸렌글리콜, 에틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 고분자 바인더의 중량평균분자량은 20,000-100,000g/mol이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 고분자 바인더는 페이스트 중 3-5 wt%로 포함될 수 있다.
계면활성제는 트리톤 X, 아세틸아세톤 등을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 계면활성제는 페이스트 중 0.1-0.5 wt%로 포함될 수 있다.
용매로는 특별히 제한되지 않지만, 증류수, 에탄올 등을 포함하는 알코올 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 용매는 페이스트 중 나노입자, 고분자 바인더 및 계면활성제를 제외한 잔부량으로 포함될 수 있다.
나노입자 산화물 층의 두께는 5㎛-15㎛가 될 수 있다.
염료를 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계(단계 2)
본 발명의 제조 방법은 초음파를 이용하여 염료를 나노입자에 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 일반적인 염료 감응 태양 전지에서 초음파를 이용하기 전 염료의 자연 흡착 과정을 도 2에 나타내었다. 도 2는 염료 감응 태양 전지에서 나노 입자에 염료가 자연 흡착되는 것을 나타낸 것이다. 자연 흡착은 나노 입자 산화물 층을 20℃-80℃의 염료 용액에서 담금법(dipping)으로 함침하는 것으로서, 자연 흡착의 경우 염료 흡착 시간은 12시간-24시간이 될 수 있다.
이에 따르면, 염료(D)는 나노입자 산화물 층을 구성하는 나노 입자(P)에 흡착될 수 있다. 그러나, 염료 자체는 덩어리질 수 있고 염료와 나노입자의 접촉 기회가 적어 나노 입자와 접촉할 수 있는 확률이 떨어지므로 동일한 정도로 염료를 흡착하기 위해서는 상대적으로 더 많은 시간이 걸릴 수 있다.
도 3은 염료감응 태양 전지에서 초음파를 이용한 경우 염료가 흡착되는 과정을 나타낸 것이다. 도 3에 따르면, 염료에 초음파가 작용하여 서로 붙어있는 염료 분자를 분산시킴으로써, 염료와 나노 입자의 접촉 기회를 높일 수 있다. 또한, 초음파의 공동 현상(cavitation)에 의해 염료와 나노 입자 주위에서 기포가 생성되고 파괴되는 과정이 반복되면서 염료의 확산을 도울 수 있다. 따라서, 염료와 나노 입자의 접촉 기회를 높일 수 있다. 또한, 초음파의 공동 현상은 나노 입자 간의 기체를 탈착(degassing)시켜 염료가 나노 입자와 흡착할 수 있는 기회를 높일 수 있다. 따라서, 초음파를 이용하여 염료를 흡착시킬 경우 시간을 90% 이상 단축시킬 수 있다.
초음파를 이용한 염료의 흡착 시간은 1분-2시간이 될 수 있다. 상기 범위 내에서, 나노입자 주위에서 염료의 파괴를 억제할 수 있고, 나노입자에 대한 염료의 흡착을 높일 수 있고, 나노 입자가 탈착되는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 2분-90분이 될 수 있다.
그러나, 염료는 외부 충격에 대해 약한 구조를 가지므로 강한 강도의 초음파가 가해질 경우 파괴됨으로써, 오히려 염료와 나노 입자의 흡착이 저해될 수 있다. 따라서, 염료와 나노 입자 접촉시 초음파의 강도 조절이 중요하다.
초음파의 발진 주파수는 20kHz-100kHz가 될 수 있다. 상기 범위 내에서, 나노입자 주위에서 염료의 파괴를 억제할 수 있고, 나노입자에 대한 염료의 흡착을 높일 수 있다. 바람직하게는 20kHz-60kHz가 될 수 있다.
초음파의 초기 전력은 10kW-600kW가 될 수 있다. 상기 범위 내에서, 나노입자 주위에서 염료의 파괴를 억제할 수 있고, 나노입자에 대한 염료의 흡착을 높일 수 있다. 바람직하게는 10kW-100kW가 될 수 있다.
염료 흡착시 사용되는 초음파 장치는 일반적인 초음파 세척기를 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 물이 차 있는 초음파 세척기 내에서 나노 입자 산화물 층과 염료를 접촉시킬 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
염료의 온도 또는 염료와 나노 입자의 접촉 온도는 20℃-80℃가 될 수 있다. 상기 범위 내에서, 나노입자 주위에서 염료의 파괴를 억제할 수 있고, 나노입자에 대한 염료의 흡착을 높일 수 있다. 바람직하게는 20℃-60℃가 될 수 있다.
염료는 염료 감응 태양 전지에서 통상적으로 사용되는 염료를 사용할 수 있다. 예를 들면, Ru 착체로 이루어지는 염료 분자 즉 N719, N3, Z907, black dye 이외에 유기 염료, 양자점(quantum dot)을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 염료를 용해시키기 위한 용매로는 아세토니트릴, 에탄올 또는 부탄올과 같은 알코올 용매를 사용할 수 있다.
염료의 용해 농도는 0.1-5mM이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
대향 전극을 형성하는 단계(단계 3)
대향전극은 전도성 제2기판과 전극층을 포함할 수 있다. 상기 전극층은 백금층으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 전극층은 상기 나노입자 산화물층과 대향하게 위치한다. 상기 전극층인 백금층은 전도성 제2기판 위에 증착되어 있다. 전도성 제2 기판으로는 투명 전도성 기판을 사용할 수도 있고 유리 기판을 사용할 수도 있다. 투명 전도성 제2 기판을 사용할 경우 스핀 코팅법으로 1000rpm, 1분 동안 5mM 헥사클로로플라티늄산을 7mM 2-프로판올에 녹인 용액을 분산하고 건조하여 백금이온을 입힌다. 상기 백금이온이 입혀진 기판을 60mM 나트륨보로하이레이트 수용액 처리하여 백금이온을 백금으로 환원시키고, 증류수로 세척한 후 건조시킴으로써 제조할 수 있다. 전도성 제2기판으로 유리를 사용하는 경우는 헥사클로로플라티늄산을 7mM 2-프로판올에 녹인 용액을 분산하고 450℃로 전기로에서 가열하는 것이 바람직하다.
전해질 용액을 개재시키는 단계(단계 4)
전해질 용액은 요오드-요오드화 칼륨 용액을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 전해질 용액이 새어나오지 않도록 열가소성 고분자 재료로 밀봉할 수 있다. 전해질의 매질은 아세토니트릴과 같은 액체 또는 PV 고분자가 사용될 수 있다. 액체형 매질의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높은 에너지 변환 효율이 가능하지만, 전극간의 접합이 완벽하지 못할 경우, 누액의 문제를 가지고 있으므로 밀봉이 필요할 수 있다. 3I-는 염료분자에 전자를 제공하는 역할을 하고 산화된 I3 - 는 대전극에 도달한 전자를 받아 다시 3I- 로 환원된다.
고분자를 매질로 채택할 경우 누액의 문제는 없지만, 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지 변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서, 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다.
본 발명의 염료 감응 태양 전지는
전도성 제 1 기판, 상기 전도성 제1 기판의 일면에 형성되어 있는 나노입자 산화물층 및 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료를 포함하는 반도체 전극;
전도성 제 2 기판상에 상기 반도체 전극쪽을 향하여 형성된 전극층을 포함하는 대향전극; 및
상기 반도체 전극과 상기 대향전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하고,
상기 염료는 초음파 처리에 의해 나노입자 산화물 층에 흡착된 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 산화물층으로 구성된 전극을 갖는 염료 감응 태양전지의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 염료 감응 태양전지는 반도체 전극(11), 전해질 용액(300) 및 대향전극(400)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 전극(11)은 전도성 제 1 기판(100), 나노입자 산화물층(200) 및 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료(D)를 포함할 수 있다. 상기 대향전극(400)은 상기 반도체 전극(11)의 상부 또는 하부에 위치하고, 전도성 제2기판(50)과 전극층(51)을 포함할 수 있다. 상기 전해질 용액(300)은 상기 반도체 전극(11)과 대향전극(400)사이에 개재될 수 있다.
상기 반도체 전극(11)은 전도성 제1기판(100)과, 상기 전도성 제1기판(100)의 일 면에 산처리 페이스트를 증착함으로써 형성된 나노입자 산화물층(200)을 포함할 수 있다. 상기 나노입자 산화물층(200)은 나노입자(P) 및 상기 나노입자(P)에 흡착된 염료분자(D)를 포함할 수 있다.
도 4에서 염료 감응 태양 전지의 작동 원리와 관련하여 'C' 및 'B'에 관한 사항은 도 1에서 상술한 바와 같다.
본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 하기의 실시예 및 실험예를 통해 설명되며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야의 당업자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.
실시예
1:
Solaronix Ti-Nanoxide D 페이스트(입경 15nm-20nm의 나노 입자 포함)로 닥터 블레이드 법을 이용하여 이산화티탄 필름을 투명 전도성 제1 기판 위에 도포하여 5㎛의 두께로 반도체 전극 층을 얻고 상온에서 30분 동안 건조시킨 후 500℃의 전기로에서 30분 동안 소결시켰다. 제조된 나노입자 소결층을 루테늄계 염료 N710, 0.3m M을 포함하는 에탄올 용액에 담그고 이를 발진 주파수 40kHz, 출력 파워 60KW, 상온(25℃)의 초음파 세척기에 시간별로 함침하여 나노입자 산화물 층에 염료를 흡착시켰다.
투명 전도성 제2 기판 위에 2-프로판올에 헥사클로로플라티늄산을 7mM 녹인 용액을 스핀 코팅법을 이용하여 1000rpm에서 1분 동안 분산하고 450℃의 전기로에서 20분 동안 가열하여 백금 이온을 코팅하였다. 여기에 Dramel Drill을 이용하여 두 개의 구멍을 뚫고 폴리이미드 필름을 이용하여 상기 제1 기판과 제2 기판을 샌드위치 모양으로 붙였다. 두 개의 구멍을 통해 전해질 용액인 요오드-요오드화 칼륨 용액을 주입하고, 통상적인 방법으로 태양 전지를 제조하였다.
실시예
2:
상기 실시예 1에서 Solaronix Ti-Nanoxide D 페이스트 대신에 Solaronix Ti-Nanoxide HT/SP 페이스트(입경 8nm-10nm의 나노입자 포함)를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다.
비교예
1:
상기 실시예 1에서 초음파 장치 대신에 상온에서 담금법을 이용하여 염료를 자연 흡착시킨 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다.
비교예
2:
상기 실시예 2에서 초음파 장치 대신에 상온에서 담금법을 이용하여 염료를 자연 흡착시킨 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다.
실험예
: 제조된 전지의 물성 측정
상기 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에서 제조된 전지에 대해 단락전류(Jsc), 개방전압(Voc), 채움률(Fill Factor, FF), 효율(Cell Efficiency, CE)을 측정하고 그 결과를 하기 표 1-4 및 도 5-7에 나타내었다. 각각의 물성은 Solar Simulator의 AM 1.5G filter의 광원과 Potentiostat의 전류-전압 곡선을 통해 측정되었으며, 최저전압일 때의 전류(단락전류), 최저전류일 때의 전압(개방전압), 이론적 최대전력과 실제 최대전력간의 비(채움률)로, 전지의 효율은 다음의 식에 의하여 얻어진다. 하기 식에서 P light 는 입사광의 전력으로 1000W/m2이다.
CE = (JSC x VOC x FF)/Plight
| 흡착시간(분) | Jsc(mA/cm2) | Voc(V) | FF | CE(%) |
| 2 | 6.90 | 0.7108 | 0.6193 | 3.05 |
| 5 | 8.02 | 0.7302 | 0.6153 | 3.60 |
| 10 | 8.48 | 0.7854 | 0.6403 | 4.27 |
| 20 | 11.90 | 0.7456 | 0.6184 | 5.50 |
| 30 | 11.79 | 0.7424 | 0.6150 | 5.38 |
| 50 | 11.76 | 0.7504 | 0.6301 | 5.56 |
| 흡착시간(분) | Jsc(mA/cm2) | Voc(V) | FF | CE(%) |
| 5 | 6.92 | 0.7056 | 0.6203 | 3.03 |
| 15 | 9.32 | 0.7209 | 0.6105 | 4.1 |
| 30 | 11.09 | 0.7312 | 0.6235 | 5.06 |
| 40 | 12.82 | 0.7456 | 0.6255 | 5.98 |
| 60 | 12.71 | 0.7516 | 0.6301 | 6.02 |
| 90 | 12.69 | 0.7495 | 0.6355 | 6.04 |
| 흡착시간(분) | Jsc(mA/cm2) | Voc(V) | FF | CE(%) |
| 15 | 4.23 | 0.6817 | 0.6021 | 1.74 |
| 30 | 5.83 | 0.7026 | 0.6055 | 2.48 |
| 60 | 10.44 | 0.7170 | 0.6211 | 4.65 |
| 120 | 11.14 | 0.7313 | 0.6125 | 4.99 |
| 180 | 11.52 | 0.7426 | 0.6278 | 5.38 |
| 240 | 11.15 | 0.7492 | 0.6280 | 5.25 |
| 흡착시간(분) | Jsc(mA/cm2) | Voc(V) | FF | CE(%) |
| 180 | 2.16 | 0.6819 | 0.6121 | 0.90 |
| 300 | 5.47 | 0.7105 | 0.6059 | 2.35 |
| 480 | 9.84 | 0.7425 | 0.6312 | 4.61 |
| 720 | 13.02 | 0.7488 | 0.6205 | 6.05 |
| 900 | 12.95 | 0.7501 | 0.6123 | 5.95 |
상기 표 1-4 및 도 5-7에서 살핀 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 염료 감응 태양 전지는 낮은 염료 흡착 시간에 염료 흡착 효율이 높아 태양 전지의 효율이 높았다. 그에 비해 초음파를 사용하지 않고 자연 흡착에 의해 제조된 염료 감응 태양 전지는 동일한 시간 대비 염료 흡착율이 낮아 태양 전지의 효율이 낮음을 알 수 있다.
Claims (7)
- 나노입자 산화물층을 전도성 제1 기판 위에 형성하는 단계(단계 1);
상기 나노입자 산화물층 상에 초음파를 이용하여 염료를 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계(단계 2);
전도성 제2 기판 상에 상기 반도체 전극 쪽을 향하여 대향 전극을 형성하는 단계(단계 3); 및
상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 전해질 용액을 개재시키는 단계(단계 4)를 포함하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 초음파의 발진 주파수는 20kHz-100kHz인 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 초음파를 이용하여 염료를 흡착시키는 시간은 1분-2시간인 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 염료의 온도 또는 상기 염료의 나노입자 산화물층 흡착 온도는 20℃-80℃인 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 염료의 농도는 0.1-5mM인 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 염료는 Ru 착체로 이루어지는 염료, 유기 염료, 양자점(quantum dot) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양 전지의 제조 방법.
- 전도성 제 1 기판, 상기 전도성 제1 기판의 일면에 형성되어 있는 나노입자 산화물층 및 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료를 포함하는 반도체 전극;
전도성 제 2 기판상에 상기 반도체 전극쪽을 향하여 형성된 전극층을 포함하는 대향전극; 및
상기 반도체 전극과 상기 대향전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하고,
상기 염료는 초음파 처리에 의해 나노입자 산화물 층에 흡착된 것인 염료 감응 태양 전지.
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|---|---|---|---|---|
| KR20190052392A (ko) | 2017-11-08 | 2019-05-16 | 부산대학교 산학협력단 | 에어로졸 액적 관성 충돌 기반 고속 염료 흡착 장치 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조 방법 |
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