KR101193172B1 - 염료 감응 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서로 대향하도록 배치된 제1 기판과 제2 기판; 상기 제1 기판에 배치되며 광 흡수층을 구비하는 제1 전극부; 상기 제1 전극부와 대향되도록 상기 제2 기판에 배치되며 촉매층을 구비하는 제2 전극부; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 채워진 전해액; 상기 제2 기판 일면에 배치되는 제1 반사층; 및 상기 제2 전극부, 상기 제1 반사층 및 상기 제2 기판에 의해 형성되는 면들 중 일 면에 배치된 형광체층;을 구비하며, 상기 제1 반사층은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 유전체가 주기적으로 배열되는 포토닉 크리스탈인 염료 감응 태양전지를 제공한다.
Description
본 발명은 염료 감응 태양전지의 구조에 관한 것이다.
근래 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 수십 년 이내에 고갈될 석유 자원을 대체하기 위하여 풍력, 원자력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 광범위한 연구가 진행되어 오고 있다. 이들 중 태양에너지를 이용한 태양전지는 기타 다른 에너지원과는 달리 자원이 무한하고 환경 친화적이므로 1983년 셀레늄(Se, selenium) 태양전지를 개발한 이후로 최근에는 실리콘 태양전지가 각광을 받고 있다.
그러나 이와 같은 실리콘 태양전지는 제작 비용이 상당히 고가이기 때문에 실용화되는데 시간이 필요하고, 전지 효율을 개선하는데도 많은 어려움이 따르고 있다. 이를 해결하기 하여 제작 비용이 비교적 저렴한 염료 감응 태양전지의 개발이 검토되어 있다.
염료 감응 태양전지는 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 전자와 정공이 쌍을 이룬 엑시톤(exciton)을 생성할 수 있는 감광성 염료와 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 포함한다.
그러나 감광성 염료는 염료 감응 태양전지의 일부분에 위치하므로 염료 감응 태양전지로 유입되는 대부분의 광은 감광성 염료에 도달하지 못할 수 있다. 또한 감광성 염료는 특정 파장 영역의 태양 광만 흡수하므로 태양 광을 효과적으로 흡수하는데 한계가 있다.
본 발명의 일 측면은 효율을 개선할 수 있는 염료 감응 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은 서로 대향하도록 배치된 제1 기판과 제2 기판; 상기 제1 기판에 배치되며 광 흡수층을 구비하는 제1 전극부; 상기 제1 전극부와 대향되도록 상기 제2 기판에 배치되며 촉매층을 구비하는 제2 전극부; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 채워진 전해액; 상기 제2 기판 일면에 배치되는 제1 반사층; 및 상기 제2 전극부, 상기 제1 반사층 및 상기 제2 기판에 의해 형성되는 면들 중 일 면에 배치된 형광체층;을 구비하며, 상기 제1 반사층은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 유전체가 주기적으로 배열되는 포토닉 크리스탈인 염료 감응 태양전지를 제공한다.
상기 제1 반사층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 형광체층은 상기 제2 전극의 타 면에 배치될 수 있다.
상기 제1 반사층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 형광체층은 상기 제1 반사층과 상기 제1 전극 사이에 배치될 수 있다.
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 SrGa2S4:Eu일 수 있다.
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 Y2O3:Er3 +일 수 있다.
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 Er3 +, Yb3 +, Tm3 +, Ho3 +, Pr3+및 Eu3 +으로부터 선택되는 1종 이상을 Y2O3 , YF3, NaYF4, NaLaF4, LaF4, BaY2F8, 및 Na3YGe2O7에서 선택되는 호스트에 도핑하여 얻어지는 형광체 입자; 또는 Er3 +, Yb3 +, Tm3+, Ho3 +, Pr3 +및 Eu3 +으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 형광체물질일 수 있다.
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 La2O2S:Eu, (Ba,Sr) 2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMgAl10O17:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4) 3Cl:Eu, (Ba,Mg)3Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn,YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, ZnS:Cu, Y2O3:Eu로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 화합물일 수 있다.
상기 제1 반사층은 1차원 포토닉 크리스탈 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 반사층은 굴절률이 서로 다른 제1 산화물 박막 및 제2 산화물 박막이 교대로 적층되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 산화물 박막은 산화티탄(TiO2)을 포함하며, 상기 제2 산화물 박막은 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 산화물 박막 및 상기 제2 산화물 박막은 각각 10 내지 800nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1 산화물 박막의 두께는 53nm 내지 69nm이며, 상기 제2 산화물 박막의 두께는 41nm 내지 53 nm일 수 있다. 상기 제1 산화물 박막은 57nm 이며, 상기 제2 산화물 박막은 88nm이며, 상기 제1 산화물 박막 및 상기 제2 산화물 박막은 각각 9회 적층될 수 있다.
상기 제1 산화물 박막은 상기 제2 산화물 박막보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 제1 반사층은 450nm 내지 600nm의 파장의 광을 반사할 수 있다. 상기 제1 반사층은 480nm 내지 550nm의 파장의 광을 반사할 수 있다.
상기 광 흡수층은 감광성 염료 및 상기 감광성 염료를 흡착하고 있는 산화티탄(TiO2)을 포함할 수 있다. 상기 감광성 염료는 N719일 수 있다.
상기 제2 기판의 바깥쪽 방향으로 최외각에 배치되는 제2 반사층을 더 구비할 수 있다. 상기 제2 반사층은 Ag, Cu 및 Al 등으로 구성되는 군으로부터 하나 이상 선택되는 금속; 또는 실리콘 옥사이드, 이산화 실리콘, 시알론, 질화 실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥시카바이드로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 광 흡수층을 구비하는 제1 전극부; 상기 제1 전극부와 대향되며 촉매층을 구비하는 제2 전극부; 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에 채워진 전해액; 상기 제2 전극부 일면에 배치되는 제1 반사층; 및 상기 제1 반사층의 일 면에 배치된 형광체층;을 구비하며, 상기 제1 반사층은 굴절률이 서로 다른 제1 산화물 박막 및 제2 산화물 박막이 교대로 적층되어 형성된 염료 감응 태양전지를 제공한다.
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 SrGa2S4:Eu일 수 있다. 상기 제1 반사층은 480nm 내지 550nm의 파장의 광을 반사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 염료 감응 태양전지에 흡수되는 광량을 늘려 효율을 개선할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 염료 감응 태양전지의 원리를 설명한 개략적 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 N719의 광흡수 특성을 파장(nm)에 따라 도시한 개략적 그래프이다.
도 4는 각 파장에 따라 N719감광성 염료의 전류 변환효율을 도시한 그래프이다.
도 5는 도 2의 실시예에서 제1 반사층을 확대하여 도시한 개략적 단면도이다.
도 6은 비교예 1-A, 제1 반사층 및 실시예 1-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 7은 비교예 1-A, 형광체 SrGa2S4:Eu를 구비한 형광체층 및 실시예 2-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 8은 비교예 1-A, 형광체층과 제1 반사층 및 실시예 3-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 9는 도 2의 실시예의 다른 변형예로 개략적 단면도이다.
도 10은 도 2의 실시예의 또 다른 변형예를 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양전지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 N719의 광흡수 특성을 파장(nm)에 따라 도시한 개략적 그래프이다.
도 4는 각 파장에 따라 N719감광성 염료의 전류 변환효율을 도시한 그래프이다.
도 5는 도 2의 실시예에서 제1 반사층을 확대하여 도시한 개략적 단면도이다.
도 6은 비교예 1-A, 제1 반사층 및 실시예 1-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 7은 비교예 1-A, 형광체 SrGa2S4:Eu를 구비한 형광체층 및 실시예 2-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 8은 비교예 1-A, 형광체층과 제1 반사층 및 실시예 3-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
도 9는 도 2의 실시예의 다른 변형예로 개략적 단면도이다.
도 10은 도 2의 실시예의 또 다른 변형예를 도시한 개략적 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "구비한다(comprises)" 및/또는 "구비하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정하지 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하여 염료 감응 태양전지(1)의 원리에 대해 설명하고, 도 2를 참조하여 염료 감응 태양전지(1)의 구조에 대해 설명한다. 도 1은 염료 감응 태양전지(1)의 원리를 설명한 개략적 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료 감응 태양전지(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양광이 감광성 염료(12a)에 흡수되면 감광성 염료(12a)는 기저상태에서 여기상태로 전자전이하여 전자-홀쌍을 만들고, 여기상태의 전자는 다공성 막(12b)의 입자계면의 전도띠(conduction band)로 주입되며, 주입된 전자는 계면을 통해 제1 전극(11)으로 전달되고, 외부 회로를 통해 제2 전극(21)으로 이동한다. 한편 전자전이 결과로 산화된 감광성 염료(12a)는 전해질층(30) 내 요오드계 산화/환원쌍(I3 -/I-)에 의해 환원되고, 산화된 상기 요오드계 산화/환원쌍은 전하중성(charge neutrality)을 이루기 위해 촉매층(22) 및 제2 전극(21)의 계면에 도달한 전자와 환원 반응을 함으로써 상기 염료감응 태양전지(1)가 작동하게 된다.
도 2를 참고하면, 염료 감응 태양전지는 제1 기판(10), 제1 전극부(13), 제2 기판(20), 제2 전극부(23), 전해액(30), 제1 반사층(40) 및 형광체층(50)을 구비할 수 있다.
제1 기판(10) 및 제2 기판(20)은 투명 유리 또는 고분자로 만들어질 수 있으며, 고분자는 예컨대 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰 및 폴리이미드에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 전극부(13)는 제1 전극(11) 및 광흡수층(12)을 구비할 수 있다. 제2 전극부(23)는 제2 전극(21) 및 촉매층(22)을 구비할 수 있다. 여기서, 제1 전극(12) 및 제2 전극(21)은 각각 투명 도전체로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(12) 및 제2 전극(21)은 각각 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide ITO), 불소 함유 틴 옥사이드(fluorine doped tin oxide, FTO) 또는 안티몬 함유 틴 옥사이드(antimony doped tin oxide, ATO)와 같은 무기 도전성 물질이나 폴리아세틸렌 또는 폴리티오펜과 같은 유기 도전성 물질을 포함할 수 있다.
촉매층(22)은 산화-환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 촉매 전극으로, 예컨대 Pt, Au, Ni, Cu, Ag, In, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C, 전도성 고분자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 산화환원의 촉매 효과를 향상시킬 목적으로 제1 전극(11)과 마주보고 있는 촉매층(22)의 일 면은 미세구조로 표면적을 증대하도록 할 수 있다, 예를 들어 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되어 있을 수 있다. 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은, 카본미립자의 소결이나 유기폴리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
광 흡수층(12)은 감광성 염료(12a) 및 상기 감광성 염료를 흡착하고 있는 다공성막(12b)을 포함할 수 있다. 감광성 염료(12a)에 대하여는 추후 자세히 설명하도록 한다. 다공성 막(12b)은 미세하고 균일한 나노 사이즈의 평균 입경을 가지는 미립자들이 균일하게 분포하며 다공성을 유지하면서 표면에 적당한 거칠기를 가질 수 있다. 다공성 막(12b)은 예컨대 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 또는 이들의 혼합물을 사용 할 수 있다.
이 때 다공성 막(12b)은 표면에 흡착된 감광성 염료(12a)가 더욱 많은 빛을 흡수할 수 있도록 표면적을 크게 할 수 있다. 이에 따라 다공성 막(12b)을 이루는 미립자는 약 5 내지 500 nm의 미세한 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 다만, 상기 미립자 평균 입자 직경은 일 실시예에 불과하며 이에 제한되지 않음은 물론이다. 미립자가 상기 범위의 평균 입자 직경을 가짐으로써 성막 후 열처리시 기재와의 밀착성을 확보할 수 있으면서도 표면적을 크게 하여 감광성 염료(12a)의 흡착량을 높일 수 있다.
전해질(30)은 전기 변색 물질의 산화/환원 반응을 촉진하는 물질을 공급하며, 액체 전해질 또는 고체 고분자 전해질일 수 있다. 액체 전해질로는 예컨대 LiOH 또는 LiClO4과 같은 리튬 염, KOH과 같은 포타슘 염 및 NaOH와 같은 소듐 염 등이 용매에 용해되어 있는 용액을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 고체 전해질로는 예컨대 폴리(2-아크릴아미노-2-메틸프로판 술폰산) (poly(2-acrylamino-2-methylpropane sulfonic acid) 또는 폴리에틸렌옥사이드(poly(ethylene oxide)) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이제, 감광성 염료(12a)에 대해 설명한다. 감광성 염료(12a)는 다양한 물질을 구비할 수 있음은 물론이다. 예컨대, 감광성 염료(12a)는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다. 또한, 유기 색소 등을 포함하는 염료가 사용될 수도 있는데, 이러한 유기 색소로는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 키산틴(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethan) 등이 있다. 이들은 단독 또는 루테늄(Ru) 복합체와 혼합사용하여 장파장의 가시광 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 이때, 감광성 염료(12a)는 태양광의 파장400 내지 800nm에서, 좀더 좁게는 400 내지 650nm에서 광을 흡수하여 최대 광전류 효율을 나타낸다.
루테늄 착화합물 중 Gratzel연구소에서 개발한 N719염료가 많이 사용되고 있다. N719의 광흡수 특성을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 N719의 광흡수 특성을 파장(nm)에 따라 도시한 개략적 그래프이다. N719는 파장에 따라 흡수하는 스펙트럼이 다르게 나타난다. 파장이 약 300nm영역(P1)에서 가장 많은 흡수를 하지만, 지구의 대기를 통해 입사되는 태양광은 300nm 이하 영역이 거이 존재하지 않는다. 따라서, 파장이300nm이상 영역에서 N719가 흡수하는 스펙트럼이 높은 부분은 파장이 약 450nm 내지 600nm 영역(P2)임을 알 수 있다. 더 좁게는 파장이 약 480nm 내지 550nm에서 태양광 흡수가 많이 일어난다. 도 4는 Inorganic Chemistry, Vol. 44, No. 20, 2005 (MichaelGratzel)에 게재된 그래프로, 각 파장에 따라 N719감광성 염료(12a)가 태양광을 흡수했을 때 내놓는 전자의 효율인 전류 변환효율(IPCE, incident photon to current conversion efficiency)의 관계를 도시한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 약 파장이 450nm 내지 600nm에서 더 좁게는 480nm 내지 550nm인 영역(P3)에서 전류변환 효율이 높게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 염료 감응 태양전지(1)의 효율을 증가하기 위해서는 염료 감응 태양전지(1)를 투과하는 빛을 반사하여 감광성 염료(12a)가 빛을 재흡수 하도록 구성할 수 있다. 또한, 반사되는 빛의 파장이 450nm 내지 600nm 또는 파장이 480nm 내지 550nm이 되도록 하면 광전류밀도가 증가되어 염료 감응 태양전지(1)의 효율이 증대될 수 있다.
반사되는 빛의 파장이 450nm 내지 600nm, 더 좁게는 파장이 480nm 내지 550nm이 되도록 제1 반사층(40) 및 형광체층(50)을 구비할 수 있다.
먼저, 제1 반사층(40)에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 제1 반사층(40)은 포토닉 크리스탈의 구조로 형성될 수 있다. 포토닉 크리스탈이란 서로 다른 유전상수를 갖는 물질을 주기적으로 조합하여 특정 파장대의 빛을 차단 또는 반사할 수 있는 구조를 의미한다. 이용되는 포토닉 크리스탈의 물질이나 구조를 바꿈으로써, 파장대의 선택을 변경할 수 있다. 물질의 구조를 바꾸지 않고 물질의 종류를 바꾸거나, 반대로 물질의 종류를 바꾸지 않고 물질의 구조만을 바꿈으로써 포토닉 밴드 갭을 조절할 수 있다. 이는 공정 변경 측면에서 장점을 가지는데, 다른 파장을 선택하기 위해 물질을 바꾸지 않고 단지 구조만 바꾸면 되기 때문이다. 이론적으로 포토닉 크리스탈을 이용하면 특정 파장에 대해 100% 반사율을 가질 수 있다.
포토닉 크리스탈(photonic crystal)은 다차원으로 구성될 수 있으며 차원에 따라 1차원, 2차원 또는 3차원으로 구성될 수도 있다. 염료 감응 태양전지(1)에서는 1차원 포토닉 크리스탈(1D PC, 1-dimensional photonic crystal)로 제1 반사층(40)을 구성할 수 있다. 즉, 1차원 포토닉 크리스탈은 서로 다른 유전상수(혹은 굴절율)를 가지는 둘 이상의 서로 다른 물질을 주기적으로 쌓아서 제조 할 수 있다. 이 때, 쌓인 방향 즉, 각 층의 수직 방향에 대해서 파장에 대한 포토닉 밴드 갭이 생기게 된다. 이를 제1 반사층(40)으로 이용할 수 있다. 적층 구조(각 층의 두께 등)를 바꾸면 다른 파장에 대한 포토닉 밴드 갭이 나타나게 된다. 따라서, 적절한 두께와 주기를 이용하여 입사 광에 대한 100%에 가까운 반사층 특성을 가질 수 있다.
도 5는 도 2의 실시예에서 제1 반사층(40)을 확대하여 도시한 개략적 단면도이다. 제1 반사층(40)은 약 380 내지 700nm 파장 영역의 빛을 반사할 수 있다. 이때, 제1 반사층(40)이 감응성 염료(12a)가 N719에 대응하여 450nm 내지 600nm 또는, 480nm 내지 550nm를 반사하도록 구성될 수도 있음은 물론이다. 제1 반사층(40)은 굴절률이 다른 제1 산화물 박막(40a) 및 제2 산화물 박막(40b)이 복수 개 교대로 적층되어 구성될 수 있다. 제1 산화물 박막(40a)과 제2 산화물 박막(40b) 중 하나는 고굴절률 박막이며 다른 하나는 저굴절률 박막일 수 있다. 예를 들어, 제1 산화물 박막(40a)은 고굴절률 박막이며, 제2 산화물 박막(40b)은 저굴절률 박막일 수 있다. 이때, 제1 산화물 박막(40a)은 산화티탄(TiO2)을 포함할 수 있고, 제2 산화물 박막(40b)은 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
제1 산화물 박막(40a)과 제2 산화물 박막(40b)이 N개 적층되어 있다고 할 때, 각 층의 두께에 따라 반사할 수 있는 파장 영역을 선택할 수 있다. 이에 따라 반사하고자 하는 파장 영역에 따라 두께를 조절하여 형성함으로써 반사 파장 영역을 선택할 수 있다. 예컨대 제1 산화물 박막(40a)과 제2 산화물 박막(40b)의 두께를 하기 식에 따라 결정함으로 특정 파장 영역의 반사를 극대화 할 수 있다.
[수학식 1]
t1 = λ/4n1
[수학식 2]
t2 = λ/4n2
여기서, n1은 제1 산화물 박막(40a)의 굴절률로 예를 들어 산화티탄의 굴절률일 수 있다. n2는 제2 산화물 박막(40b)의 굴절률로 예를 들어 산화규소의 굴절률일 수 있다. λ은 특정 파장 영역일 수 있다. t1 은 제1 산화물 박막(40a)의 두께 즉 산화티탄의 두께일 수 있다. t2는 제2 산화물 박막(40b)의 두께 즉 산화규소의 두께일 수 있다.
제1 반사층(40)은 복수 개의 산화물층쌍(P1, P2,...,P9)을 구비할 수 있다. 제1 산화물층쌍(P1)은 제1 산화물 박막(40a)의 양면에 단위 제2 산화물 박막(40b1)이 배치되어 형성될 수 있다. 도 5를 참조하면, 단위 제2 산화물 박막(40b1)이 두 개 모여 하나의 제2 산화물 박막(40b)를 구성할 수 있다. 이때, 제1 산화물 박막(40a)사이에 두 개의 분리되는 단위 제2 산화물 박막(40b1)이 배치될 수도 있으나 두 개의 단위 제2 산화물 박막(40b1)이 하나의 단일 제2 산화물 박막(40b1)을 구성할 수도 있다. 이때, 적층된 제1 반사층(40)의 양 단부에는 단위 제2 산화물 박막(40b1)이 배치될 수 있다. 제2 산화물 박막(40b)의 두께는 단위 제2 산화물 박막(40b1)의 두께의 두 배일 수 있다. 도 5에는 산화물층쌍(P1, P2,...,P9)이 9회 적층된 실시예를 도시하고 있다.
예를 들어, 제1 산화물 박막(40a)은 산화티탄(TiO2)을 구비하고 그 두께가 61nm일 수 있다. 또한, 제2 산화물 박막(40b)은 산화규소(SiO2)를 구비하며 그 두께가 94nm일 수 있다. 이때, 산화물층쌍을 9회 반복 적층한 경우, 파장이 약 480 내지 650 nm 에서 반사도가 거의 100%일 수 있다.
또한, 제1 산화물 박막(40a)은 산화티탄(TiO2)을 구비하며 그 두께가 57nm일 수 있다. 또한, 제2 산화물 박막(40b)은 산화규소(SiO2)를 구비하며 그 두께가 88nm일 수 있다. 이때, 산화물층쌍을 9회 반복 적층한 경우, 약 450 내지 600 nm 에서 반사도가 거의 100%일 수 있다.
또한, 제1 산화물 박막(40a)은 산화티탄(TiO2)을 구비하며 그 두께가 53nm일 수 있다. 제2 산화물 박막(40b)은 산화규소(SiO2)를 구비하며 그 두께가 41nm일 수 있다. 이때, 산화물층쌍을 9회 반복 적층한 경우, 약 400 내지 550 nm 에서 반사도가 거의 100%일 수 있다.
이로부터, 복수 개가 적층된 굴절률이 다른 제1 산화물 박막(40a)과 제2 산화물 박막(40b)의 두께를 조절함으로써 특정 파장에서 반사도가 최대가 되도록 제어할 수 있음을 알 수 있다.
제1 산화물 박막(40a)은 산화티탄(TiO2)을 포함하며, 제2 산화물 박막(40b)은 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 제1 산화물 박막(40a)의 두께는 약 53nm 내지 69nm일 수 있으며, 제2 산화물 박막(40b)의 두께는 약 41nm 내지 53 nm일 수 있다. 여기서, 제1 반사층(40)은 450nm 내지 600nm의 파장의 광을 반사하도록 구성될 수 있으며, 더 좁게는 제1 반사층(40)이 480nm 내지 550nm의 파장의 광을 반사하도록 구성될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 감광성 염료(12a)가 N719일 경우, 제1 반사층(40)이 반사하는 광의 파장을 480nm 내지 550nm내로 조절하여 감광성 염료(12a)가 재흡수 하는 광량을 높일 수 있다.
이 때 제1 산화물 박막(40a)이 고굴절률 박막이라고 할 때, 제1 산화물 박막(40a)이 제2 산화물 박막(40b)보다 두껍게 형성될 수도 있다.
이와 같이 제1 반사층(40)을 구비하여, 광 흡수층(12)의 감광성 염료(12a)에서 흡수하지 못한 광을 제1 반사층(40)에서 반사하여 광 흡수층으로 되돌려 보냄으로써 염료에서 흡수하는 광량을 늘릴 수 있다. 또한, 제1 반사층(40)에서 반사시 특정 파장의 광을 반사하여 광전류밀도를 높이고 전류변환효율(IPCE)을 높일 수 있다. 따라서, 염료 감응 태양전지(1)의 효율을 개선할 수 있다.
이제 형광체층(50)에 대해 설명한다. 상기 설명한 바와 같이 감광성 염료(12a)는 태양광이 파장 450 내지 600nm에서 최대 광전류 효율을 나타내며, N719의 경우, 약 480nm에서 550nm사이에서 최대 광전류 효율을 보이고 있다. 따라서, 염료 감응 태양전지(1) 내에 형광체층(50)은 적외선 영역의 광을 염료가 흡수가능한 가시광으로 전환하거나 (C1, 하향 변환, down conversion) 자외선 영역의 광을 가시광으로 전환시킴으로써(C2, 상향 변환, up-conversion), 태양전지의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상향-변환 형광체 입자의 예로는, Y2O3:Er3 +, Yb3+, YF3:Yb3 +, Er3 +, NaYF4:Yb3 +,Er3 +, NaLaF4:Yb3 +,Er3 +, LaF4:Yb3 +,Er3 +, BaY2F8:Yb3+,Er3+, 및 Na3YGe2O7:Yb3 +,Er3 +등이 있으나 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 예를 들어 Y2O3:Er3 +는 550nm 또는 650nm 주위의 영역에서 반사도가 피크일 수 있다. 감광성 염료(12a)로 N719을 사용할 경우, 파장이 약 450nm 내지 600nm 또는, 480nm 내지 550nm에서 최대 광효율을 보이므로, 550nm에서 반사도의 피크를 가지는 Y2O3:Er3 +이 광을 반사하여 감광성 염료(12a)가 최대 광전류 효율을 보이도록 할 수 있다. 이때, Er이 10wt%일 때, 550nm의 피크값이 최대 강도(intensity)일 수 있다. 또한, Y2O3:Er3 + 에서 Er이 10wt%일 때, Yb3 +의 농도값이 클수록 550nm의 강도가 낮아지며, Yb3+의 농도값이 클수록 650nm의 강도가 높아진다. 따라서, Yb3 +의 농도값이 작을 수록 감광성 염료(12a)에 미치는 파장 이 550nm인 광의 강도가 클 수 있음을 알 수 있다. 또한, 리튬염(Li flux)가 첨가되지 않은 형광체에 비해 5wt%의 리튬염이 첨가된 형광체가 리튬염을 포함하지 않은 형광체에 비해 광의 강도가 약 1.5배의 높아진다. 따라서, 형광체에 5wt%리튬염을 포함시킬 경우, 피크가 550nm인 광의 강도가 커지므로 감광성 염료(12a)에 미치는 550nm의 광의 강도가 높아져 광전류 효율이 높을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 사용가능한 하향-변환 형광체 입자의 예는 (Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu2+,CaAlSiN3:Eu2+,BaMgAl10O17:Eu2+,BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+, SiAlON:Eu2+, (Ca,Sr,Ba) 2P2O7:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba) 2P2O7:Eu2 +,Mn2 +, (Ca,Sr,Ba) 5(PO4) 3Cl:Eu2+,Lu2SiO5:Ce3+, (Ca,Sr,Ba)3SiO5:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2 +, (Ca,Sr,Ba)10(PO4)6?nB2O3:Eu2+,Sr4Al14O25:Eu2+및3.5MgO?0.5MgF2?GeO2:Mn4 +등을 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지(1)는, 형광체층(50)을 사용하여 태양광의 이용을 향상시킬 수 있다.
제1 전극부(13)의 제1 전극(11)으로 입사된 태양광 중 가시광(Vis)은 광흡수층(12) 중의 감광성 염료(12a)에 의하여 일부 흡수되며, 흡수되지 못한 광은 제1 반사층(40) 또는 형광체층(50)에 의해 반사 또는 산란되어 다시 감광성 염료(12a)로 재흡수 될 수 있다.
형광체층(50)이 구비하는 형광체는 일반적으로 알려진 발광 및 인광 현상을 주는 무기 물질을 포함하며, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(1)가 흡수할 수 있는 400㎚ 내지 650 nm의 빛을 방출할 수 있는 물질이 바람직하다. 예를 들어, 상기 형광체는 화학 조성이 SrGa2S4:Eu , La2O2S:Eu, (Ba,Sr) 2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMgAl10O17:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4) 3Cl:Eu, (Ba,Mg)3Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn,YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, ZnS:Cu, Y2O3:Eu, BaMgAl10O17:Eu를 포함하는 화합물일 수 있으며 이에 제한되지는 않는다. 이중 바람직하게는 상기 형광체가 SrGa2S4:Eu일 수 있다. 즉, SrGa2S4:Eu는 입사광의 파장이 490nm 내지 600nm의 범위에서 반사도를 가지며, 535nm에서 피크(peak)점을 가진다. 따라서, 감광성 염료(12a)가 N719염료일 때, 형광체층(50)이 SrGa2S4:Eu를 구비할 경우, 효율이 향상될 수 있다.
또한 Er3 +, Yb3 +, Tm3 +, Ho3 +, Pr3 +및 Eu3 +으로부터 선택되는 1종 이상을 YF3, NaYF4, NaLaF4, LaF4, BaY2F8, 및 Na3YGe2O7에서 선택되는 호스트에 도핑하여 얻어지는 형광체 입자; 또는 Er3 +, Yb3 +, Tm3 +, Ho3 +, Pr3 +및 Eu3 +으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 형광체물질이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 염료 감응 태양전지(1)에 포함되는 형광체층(50)은 형광체 입자, 바인더 및 유기 용매를 혼합하여 형광체 페이스트를 제조하고, 이를 스크린 프린팅 등의 방법으로 코팅한 후, 결과의 코팅물을 소성함으로써 형성될 수 있다. 형광체층(50)의 두께는 형광체의 입경 및 태양광의 투과손실 방지를 고려할 때 10 내지 50μm일 수 있다.
비교예
1
직경이 20nm크기의 이산화티탄(TiO2) 입자를 이용하여 광흡수층(12)을 제조하며, 제조된 나노 다공성 이산화티탄 막을 500℃에서 30분간 열처리하여 광흡수층(12)에 남아있는 유기물을 제거하고 이산화티탄 입자들을 소결(sintering) 시킨다. 감광성 염료(12a)인 N719을 흡착시킨 후 염료 감응 태양전지를 제조한다.
실시예
1
비교예 1의 예에서 감광성 염료(12a)가 흡착된 광흡수층(12)이 배치된 제1 전극(11)은 변형하지 않고, 제2 전극(21)과 제2 기판(20) 사이에 제1 반사층(40)을 배치한다. 이때, 제1 반사층(40)은 제1 산화물 박막(40a) 및 제2 산화물 박막(40b)을 적층하여 특정 파장을 반사할 수 있는 1차원 포토닉 크리스탈 구조의 제1 반사층(40)을 형성하였다. 이때, 제1 산화물 박막(40a)은 산화티탄(TiO2)을 구비하며, 제2 산화물 박막(40b)은 산화규소(SiO2)를 구비할 수 있다.
여기서, 산화티탄(TiO2)57nm 및 산화규소(SiO2) 44nm를 9회 반복 적층하였다. 따라서, 도 5에서 단위 제2 산화물 박막(40b1)은 44nm, 제1 산화물 박막(40a)은 57nm, 제2 산화물 박막(40b)은 88nm일 수 있다.
실시예
2
비교예 1의 예에서, 제2 기판(20) 바깥쪽에 형광체층(50)을 배치할 수 있다. 이때, 형광체층(50)은 형광체로 SrGa2S4:Eu를 구비할 수 있다.
실시예
3
비교예 1의 예에서, 제2 전극(20)의 일 면에 제1 반사층(40)을 배치하며, 제2 기판(20)바깥쪽에 형광체층(50)을 배치할 수 있다. 이때, 실시예 3의 구조는 도 2와 같을 수 있다.
효과
실험은 각각 두 번 실시하였다. 비교예 1-A, 실시예 1-A, 실시예 2-A, 실시예 3-A, 비교예 1-B, 실시예 1-B, 실시예 2-B 및 실시예 3-B의 결과는 하기 표 1과 같다. 또한, 도 6은 비교예 1-A, 제1 반사층(40) 및 실시예 1-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다. 도 7은 비교예 1-A, 형광체 SrGa2S4:Eu를 구비한 형광체층 및 실시예 2-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다. 도 8은 비교예 1-A, 형광체층과 제1 반사층(40) 및 실시예 3-A의 확산 반사도를 광의 파장에 따라 도시한 그래프이다.
| 비고 | Voc(V) | Jsc(mA/cm2) | FF | 효율(%) |
| 비교예 1-A | 0.75 | 12.70 | 72 | 6.9 |
| 실시예 1-A | 0.75 | 13.83 | 73 | 7.5 |
| 실시예 2-A | 0.75 | 14.44 | 72 | 7.8 |
| 실시예 3-A | 0.75 | 14.49 | 72 | 7.9 |
| 비교예 1-B | 0.74 | 13.75 | 69 | 7.0 |
| 실시예 1-B | 0.74 | 14.94 | 69 | 7.6 |
| 실시예 2-B | 0.74 | 15.40 | 69 | 7.8 |
| 실시예 3-B | 0.74 | 15.55 | 68 | 7.9 |
표 1, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 효과를 설명한다. 여기서, 비교예 1-A 및 비교예 1-B는 N719 감응성 염료(12a)를 구비하는 일반적인 염료 감응 태양전지이다. 실시예 1-A 및 실시예 1-B는 비교예1-A 및 비교예 1-B에 각각 1차원 포토닉 크리스탈 구조의 제1 반사층(40)을 형성한 실시예이다. 실시예 2-A 및 실시예 2-B는 비교예1-A 및 비교예 1-B에 각각 SrGa2S4:Eu형광체를 구비한 형광체층(50)을 더 형성한 실시예이다. 실시예 3-A 및 실시예 3-B는 비교예1-A 및 비교예 1-B에 각각 SrGa2S4:Eu형광체를 구비한 형광체층(50) 및 1차원 포토닉 크리스탈 구조의 제1 반사층(40)을 더 형성한 실시예이다.
표 1을 참조하면, 비교예 1-A, 실시예 1-A, 실시예 2-A 및 실시예 3-A중 실시예 3-A의 효율이 7.9%로 가장 높음을 알 수 있다. 또한 이는 비교예 1-A의 6.9%와 비교하여 약 15% 증가된 값이다. 비교예 1-B, 실시예 1-B, 실시예 2-B 및 실시예 3-B 중에도 실시예 3-B의 효율이 7.9%로 가장 높음을 알 수 있다. 이 역시, 비교예 1-B와 비교하여 약 13% 증가된 값이다.
도 6을 참조하면, 제1 반사층(40)의 확산 반사도(diffusive reflectance)는 파장이 550nm부근의 영역에서 100%에 가까움을 알 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면, SrGa2S4:Eu 형광체를 구비한 형광체층(50) 역시 확산 반사도가 파장이 550nm부근의 영역에서 140%에 이른다. 도 8을 참조하면, 제1 반사층(40) 및 SrGa2S4:Eu 형광체를 구비한 형광체층(50)이 모두 사용된 경우, 파장이 550nm 부근에서 확산 반사도는 200%에 이름을 알 수 있다.
도 9를 참조하여, 형광체층(50)의 배치에 대해 설명한다. 도 9는 도 2의 실시예의 다른 변형예로 개략적 단면도이다. 도 9에서 형광체층(50)은 제2 전극(21)과 제1 반사층(40) 사이에 게재될 수 있다. 형광체층(50)은 증착 등의 방법으로 제1 반사층(40) 상에 형성될 수도 있다.
도 10을 참조하면 제2 기판(20)의 바깥쪽에 제2 반사층(60)이 배치될 수 있다. 도 10은 도 2의 실시예의 또 다른 변형예를 도시한 개략적 단면도이다. 도 10에 도시된 염료 감응 태양전지(3)는, 제2 기판(20)의 후면에 제2 반사층(60)이 더 형성되어 있다. 여기서, 제2 반사층(20)은 제2 기판(20)의 바깥쪽 방향으로 최외각에 배치될 수 있다.
반사층(60)에 의하여 외부로 유출되는 태양광의 손실은 더욱 방지될 수 있다. 반사층(60) 형성재료는 통상의 반사성을 지닌 재료로서 Ag, Cu 및 Al 등으로 구성되는 군으로부터 선택되는 금속; 또는 실리콘 옥사이드, 이산화 실리콘, 시알론, 질화 실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥시카바이드와 같은 실리콘 물질;으로 형성될 수 있다. 이들 재료는 스퍼터링 등과 같은 공지 침적 기술등으로 형성될 수 있다.
표 1를 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 염료 감응 태양전지는 비교예에 따른 염료 감응 태양전지와 비교하여 광 전류 효율 및 효율이 모두 개선되었음을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3 중에서, 실시예 3의 효과가 가장 두드러짐을 할 수 있다. 이는 실시예 3에 따른 염료 감응 태양전지는 제1 반사층 및 형광체층을 포함함으로써 제1 반사층 및 형광체층에 의한 반사에 의해 광 흡수층(12)에서 광의 재흡수가 발생한다. 따라서, 광량이 늘어나 염료 감응 태양전지(1) 효율이 개선됨을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 염료 감응 태양전지를 제조 및 이용하는 모든 산업에 이용될 수 있다.
10: 제1 기판 11: 제1 전극
12: 광 흡수층 13: 제1 전극부
20: 제2 기판 21: 제2 전극
22: 촉매층 23: 제2 전극부
30: 전해액 40: 제1 반사층
50: 형광체층 60: 제2 반사층
12: 광 흡수층 13: 제1 전극부
20: 제2 기판 21: 제2 전극
22: 촉매층 23: 제2 전극부
30: 전해액 40: 제1 반사층
50: 형광체층 60: 제2 반사층
Claims (23)
- 서로 대향하도록 배치된 제1 기판과 제2 기판;
상기 제1 기판에 배치되며 광 흡수층을 구비하는 제1 전극부;
상기 제1 전극부와 대향되도록 상기 제2 기판에 배치되며 촉매층을 구비하는 제2 전극부;
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 채워진 전해액;
상기 제1 기판과 마주보는 상기 제2 기판의 제1 면 상에 배치되는 제1 반사층; 및
상기 제2 전극부, 상기 제1 반사층 및 상기 제2 기판과 나란하게 배치되며, 상기 제2 기판의 제1 면 또는 상기 제1 면의 반대편인 상기 제2 기판의 제2 면 상에 배치된 형광체층;을 구비하며, 상기 제1 반사층은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 유전체가 주기적으로 배열되고, 상기 제1 반사층은 산화티탄(TiO2)을 구비하는 제1 산화물 박막 및 산화규소(SiO2)를 구비하는 제2 산화물 박막을 포함하는 포토닉 크리스탈인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 형광체층은 상기 제2 전극의 타 면에 배치되는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 형광체층은 상기 제1 반사층과 상기 제1 전극 사이에 배치되는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 SrGa2S4:Eu인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 Y2O3:Er3 +인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 Er3 +, Yb3 +, Tm3 +, Ho3 +, Pr3+및 Eu3 +으로부터 선택되는 1종 이상을 Y2O3 , YF3, NaYF4, NaLaF4, LaF4, BaY2F8, 및 Na3YGe2O7에서 선택되는 호스트에 도핑하여 얻어지는 형광체 입자; 또는 Er3 +, Yb3 +, Tm3 +, Ho3 +, Pr3 +및 Eu3 +으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 형광체물질인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 La2O2S:Eu, (Ba,Sr) 2SiO4:Eu, ZnS:(Cu,Al), Sr5(PO4)3:Eu, BaMgAl10O17:Eu, BaMg2Al16O27:Eu, Sr5(PO4) 3Cl:Eu, (Ba,Mg)3Oㆍ8Al2O3:Eu, ZnO:Zn, Zn2SiO4:Mn, Zn2GeO4:Mn,YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 0.5MgF2ㆍ3.5MgOㆍGeO2:Mn, ZnS:Cu, Y2O3:Eu로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 화합물인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 1차원 포토닉 크리스탈 구조를 가지는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 굴절률이 서로 다른 상기 제1 산화물 박막 및 상기 제2 산화물 박막이 교대로 적층되는 염료 감응 태양전지.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 산화물 박막 및 상기 제2 산화물 박막은 각각 10 내지 800nm의 두께로 형성되는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 산화물 박막의 두께는 53nm 내지 69nm이며, 상기 제2 산화물 박막의 두께는 41nm 내지 53 nm인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 산화물 박막의 두께는 57nm 이며, 상기 제2 산화물 박막의 두께는 88nm이며, 상기 제1 산화물 박막 및 상기 제2 산화물 박막은 각각 9회 적층된 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 산화물 박막은 상기 제2 산화물 박막보다 두껍게 형성되는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 450nm 내지 600nm의 파장의 광을 반사하는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사층은 480nm 내지 550nm의 파장의 광을 반사하는 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 광 흡수층은 감광성 염료 및 상기 감광성 염료를 흡착하고 있는 산화티탄(TiO2)을 포함하는 염료 감응 태양전지. - 제17항에 있어서,
상기 감광성 염료는 N719인 염료 감응 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 기판의 바깥쪽 방향으로 최외각에 배치되는 제2 반사층을 더 구비하는 염료 감응 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 제2 반사층은 Ag, Cu 및 Al 등으로 구성되는 군으로부터 하나 이상 선택되는 금속; 또는 실리콘 옥사이드, 이산화 실리콘, 시알론, 질화 실리콘, 옥시질화 실리콘, 실리콘 카바이드 및 실리콘 옥시카바이드로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 형성되는 염료 감응 태양전지. - 광 흡수층을 구비하는 제1 전극부;
상기 제1 전극부와 대향되며 촉매층을 구비하는 제2 전극부;
상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에 채워진 전해액;
상기 전해액을 향하는 상기 제2 전극부의 제1 면과 반대편인 상기 제2 전극부의 제2 면 상에 배치되는 제1 반사층; 및
상기 제1 반사층과 나란하게 배치되며, 상기 제1 반사층의 제1 면 또는 상기 제1 면의 반대편인 상기 제1 반사층의 제2 면 상에 배치된 형광체층;을 구비하며, 상기 제1 반사층은 굴절률이 서로 다른 제1 산화물 박막 및 제2 산화물 박막이 교대로 적층되어 형성되고, 제1 산화물 박막은 산화티탄(TiO2)을 포함하고, 제2 산화물 박막은 산화규소(SiO2)를 포함하는 염료 감응 태양전지. - 제21항에 있어서,
상기 형광체층은 형광체를 구비하며, 상기 형광체는 SrGa2S4:Eu인 염료 감응 태양전지. - 제21항에 있어서,
상기 제1 반사층은 480nm 내지 550nm의 파장의 광을 반사하는 염료 감응 태양전지.
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