KR101211936B1 - 광촉매층의 충진밀도를 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지 - Google Patents
광촉매층의 충진밀도를 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101211936B1 KR101211936B1 KR1020110008467A KR20110008467A KR101211936B1 KR 101211936 B1 KR101211936 B1 KR 101211936B1 KR 1020110008467 A KR1020110008467 A KR 1020110008467A KR 20110008467 A KR20110008467 A KR 20110008467A KR 101211936 B1 KR101211936 B1 KR 101211936B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solar cell
- dye
- substrate
- sensitized solar
- semiconducting material
- Prior art date
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000012856 packing Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 25
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WUOACPNHFRMFPN-SECBINFHSA-N (S)-(-)-alpha-terpineol Chemical compound CC1=CC[C@@H](C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-SECBINFHSA-N 0.000 claims description 4
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OVKDFILSBMEKLT-UHFFFAOYSA-N alpha-Terpineol Natural products CC(=C)C1(O)CCC(C)=CC1 OVKDFILSBMEKLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940088601 alpha-terpineol Drugs 0.000 claims description 4
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- -1 propyl methyl Chemical group 0.000 claims description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 30
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/204—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising zinc oxides, e.g. ZnO
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법은 (a) TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 각각 형성된 제1기판 및 제2기판을 마련하는 단계; (b) 상기 제1기판의 TCO층 상에, 바인더 수지를 함유하지 않으며 반도성 물질을 함유하는 잉크를 도포한 후 무소결 또는 450℃ 이하의 온도에서 저온 열처리하여, 광촉매층을 형성하는 단계; (c) 상기 광촉매층에 포함되는 반도성 물질에 염료(dye)를 흡착하는 단계; (d) 상기 제1기판과 제2기판을 조립하여 태양전지 셀을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 형성된 태양전지 셀 내부에 전해질을 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법은 (a) TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 각각 형성된 제1기판 및 제2기판을 마련하는 단계; (b) 상기 제1기판의 TCO층 상에, 바인더 수지를 함유하지 않으며 반도성 물질을 함유하는 잉크를 도포한 후 무소결 또는 450℃ 이하의 온도에서 저온 열처리하여, 광촉매층을 형성하는 단계; (c) 상기 광촉매층에 포함되는 반도성 물질에 염료(dye)를 흡착하는 단계; (d) 상기 제1기판과 제2기판을 조립하여 태양전지 셀을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 형성된 태양전지 셀 내부에 전해질을 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 염료감응형 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell : DSSC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염료감응형 태양전지를 제조함에 있어 TiO2층과 같은 광촉매층을 고밀도로 프린팅함으로써 후열처리 공정을 생략하는 무소결 방식을 적용하거나 열처리 온도를 기존의 고온 소결 공정과 비교하여 상대적으로 낮춤으로써 저비용으로 전지 특성을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
염료감응형 태양전지는 TiO2와 같은 반도성 물질의 광촉매 작용에 의하여 반도성 물질에 흡착되는 감광성 염료(dye)에서 전자(eletron)들이 발생하게 되고, 발생된 전자들이 반도성 물질을 통하여 외부 회로로 빠져나가면서 전류를 형성하는 광전기화학적 태양전지이다.
이러한 염료감응형 태양전지는 실리콘형 태양전지와 비교하여 제조 공정이 간단하고 제조비용이 저렴한 특징이 있다.
일반적인 염료감응 태양전지는 2개의 전극 기판과 이들 사이에 충진되는 전해질을 포함하여 형성된다.
2개의 전극 기판 중 하나의 전극 기판에는 TiO2층과 같은 광촉매층이 형성된다. 종래에는 기판에의 부착력 향상을 위하여 광촉매층을 주로 스크린 인쇄법을 이용한 페이스트 도포 및 소결법을 이용하여 제조하였다.
스크린 인쇄법의 경우 고점도의 TiO2 페이스트 등을 사용하여 후막을 형성하고 500℃ 이상의 고온에서 소결 열처리 함으로써 후막 내 유기물 등을 제거(burn-out)하는 과정이 필요하다.
이와 같이, 종래의 광촉매층 형성 방법은, 소결과 같은 고온 열처리를 필수적으로 요하게 되어 염료감응형 태양전지의 제조 비용 상승의 원인이 되었다.
특히, 종래에는 스크린 인쇄 등을 원활하게 하기 위하여, TiO2 페이스트 등에 포함되는 TiO2 등의 반도성 물질의 함량이 고형분을 기준으로 10~30 중량% 정도에 불과하였다. 따라서, 고온 열처리 이후 광촉매층의 치밀성을 확보하기 어려웠으며, 이에 따라 전지 효율의 향상이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 염료감응형 태양전지를 제조함에 있어, 무소결 또는 저온 열처리 방식으로 광촉매층을 형성함으로써 종래에 비하여 광촉매층에 포함되는 반도성 물질의 함량을 증대시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 과정 중에 바인더 수지의 burn-out 공정을 생략할 수 있으며, 무소결 또는 저온 열처리 방식으로 형성된 광촉매층을 통하여 반도성 물질의 충진 밀도를 증대시킴으로써 전지 특성을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법은 (a) TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 각각 형성된 제1기판 및 제2기판을 마련하는 단계; (b) 상기 제1기판의 TCO층 상에, 바인더 수지를 함유하지 않으며 반도성 물질을 함유하는 잉크를 도포한 후 무소결 또는 450℃ 이하의 온도에서 열처리하여, 광촉매층을 형성하는 단계; (c) 상기 광촉매층에 포함되는 반도성 물질에 염료(dye)를 흡착하는 단계; (d) 상기 제1기판과 제2기판을 조립하여 태양전지 셀을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 형성된 태양전지 셀 내부에 전해질을 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지는 글래스 기판 상에 TCO층과, 염료가 흡착된 광촉매층이 순차적으로 형성된 제1기판; 글래스 기판 상에 TCO층이 형성된 제2기판; 및 상기 제1기판과 제2기판 사이에 충전되는 전해질;을 포함하되, 상기 광촉매층은 반도성 물질로 이루어지되, 상기 반도성 물질의 충진밀도(packing density)는 30 ~ 70 vol%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법은 잉크에 포함된 반도성 물질의 함량, 잉크의 점도 조절 등을 통하여 무소결 또는 저온 열처리를 통하여 고밀도를 갖는 광촉매층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 제조시 바인더 수지를 포함하지 않으므로 잉크 도포 후 바인더 수지의 burn-out 공정을 요하지 않는다. 따라서, 제조되는 염료감응형 태양전지는 종래 페이스트 도포 및 고온 소결 열처리를 통하여 제조된 광촉매층에 비하여, 반도성 물질의 충진 밀도가 상대적으로 높은 광촉매층을 구비할 수 있다. 이를 통하여, 염료 흡착이 더 많이 이루어질 수 있으며, 그 결과 셀 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법은 바인더 수지의 burn-out 공정을 포함하지 않으며, 무소결 또는 저온 열처리 방식을 적용함으로써 제조 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 염료감응형 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광촉매층 형성 방법의 예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광촉매층 형성 방법의 예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
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 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 염료감응형 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 염료감응형 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell : DSSC)는 제1기판(110), 제2기판(120) 및 이들 사이에 충진되는 전해질(130)을 포함한다.
제1기판(110)에는 글래스 기판(111) 상에 TCO층(112)과, 염료(114)가 흡착된 광촉매층(113)이 순차적으로 형성되어 있다. 광촉매층(113)은 워킹 전극(working electrode)이라 볼 수 있다.
광촉매층(113)에 포함되는 반도성 물질은 TiO2가 이용될 수 있으며, 또한, ZnO, CdS, SnO2, ZrO2, WO3, Fe2O3 등의 다른 반도성 물질이 이용될 수 있다. 이들 TiO2 등의 반도성 물질은 단독으로 이용될 수 있으며, 2종 이상이 혼용될 수 있다.
이러한 반도성 물질은 평균입경이 10 ~ 200 nm 인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 반도성 물질의 평균입경이 10 nm 미만일 경우 잉크 제조시 분말의 응집현상 때문에 균일한 분산이 어려워질 수 있다. 또한 반도성 물질의 평균입경이 200 nm를 초과하는 경우 잉크제조 후 침전이 발생할 수 있고 또한 광촉매층(113)에서 반도성 물질의 표면적이 충분치 못할 수 있다.
제2기판(120)에는 글래스 기판(121) 상에 TCO층(122)이 형성되어 있다. 또한, 제2기판(120)의 TCO층(122) 상에는 카운터 전극(counter electrode)로서 백금(Pt)층(123)이 더 형성되어 있을 수 있다.
전해질(140)은 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이에 충전된다. 전해질(140)은 액상 전해질, 고분자 전해질 등이 이용될 수 있다. 전해질의 누설을 방지하기 위하여, 전지의 측면에는 실링부(130)가 형성되어 있을 수 있다.
한편, 제1기판(110)의 TCO층(112) 및 제2기판(120)의 TCO층(122)은 투명성 및 전기전도성이 우수한 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)로 형성될 수 있다.
본 발명에서, 제1기판(110)의 TCO층(112) 상에 형성되는 광촉매층(113)은 반도성 물질을 잉크로 만들어 잉크젯 프린팅 방법으로 고밀도로 도포한 무소결 또는 저온 열처리 타입의 광촉매층이다.
종래에는 바인더 함량이 높은 고점도의 페이스트를 실크스크린 인쇄 방식으로 도포한 후, 500℃ 이상의 고온에서 소결 열처리를 통하여 광촉매층을 형성하였다.
이 경우, 소결 열처리에 과다한 비용이 소요되는 문제점과 함께, 고점도를 위하여 페이스트에 바인더 수지의 함량이 고형분 전체 기준으로 70~80중량% 되어, 상대적으로 반도성 물질의 함량이 상대적으로 낮은 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명에서는 반도성 물질을 잉크로 제조하여 고밀도를 갖는 무소결 또는 저온 열처리 타입의 광촉매층을 형성함으로써 소결 열처리 공정을 생략할 수 있으며, 아울러 반도성 물질의 함량을 증대시킬 수 있다.
이러한 무소결 또는 저온 열처리 타입의 광촉매층은, 동일한 두께의 종래 광촉매층에 비하여, 반도성 물질의 함량을 증대시킬 수 있으므로, 얇은 두께의 광촉매층을 형성하여도 종래와 유사한 전지 특성을 확보할 수 있으며, 종래와 동일한 두께의 광촉매층을 형성할 경우 증대되는 반도성 물질의 함량에 따라 전지 특성도 향상시킬 수 있다.
무소결 또는 저온 열처리 타입의 광촉매층은 1 ~ 20 cPs 정도의 저점도를 갖는 반도성 물질 함유 조성물을 잉크젯 프린팅 방식으로 제1기판(110)의 TCO층(112) 상에 도포함으로써 가능해질 수 있다.
잉크젯 프린팅 방식으로 도포된 광촉매층은 그 충진밀도가 30 ~ 70 vol% 정도로 기존의 페이스트를 스크린 프린팅하여 얻어지는 광촉매층의 충진밀도인 20 ~ 40 vol% 정도에 비하여 높고, 내부에 바인더 성분을 포함하고 있지 않기 때문에 바인더 성분을 burn-out 시키는 공정을 생략할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 염료감응형 태양전지 제조 방법은 기판 마련 단계(S210), 광촉매층 형성 단계(S220), 염료 흡착 단계(S230), 조립 단계(S240) 및 전해질 주입 단계(S250)를 포함한다.
우선, 기판 마련 단계(S210)에서는 TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 각각 형성된 제1기판 및 제2기판을 마련한다. TCO층은 ITO 혹은 FTO로 형성될 수 있으며, 글래스 기판 상에 스퍼터링(sputtering) 공정 등을 통하여 제조될 수 있다.
제2기판의 TCO층 상에는 카운터 전극으로서 백금(Pt)층을 더 형성할 수 있다.
다음으로, 광촉매층 형성 단계(S220)에서는 제1기판의 TCO층 상에 반도성 물질로 이루어진 광촉매층을 형성한다.
반도성 물질은 TiO2, ZnO, CdS, SnO2, ZrO2, WO3, Fe2O3 등이 이용될 수 있다. 이들 반도성 물질은 반도성 물질 간의 충분한 컨택, 분산성, 전지 제조 비용 등을 고려하여 평균입경이 10 ~ 200 nm인 것을 이용할 수 있다.
본 발명에서는 반도성 물질을 함유하는 잉크를 제1기판의 TCO층 상에 도포한 후, 무소결 혹은 저온 열처리를 통하여 광촉매층을 형성한다.
다음으로, 염료 흡착 단계(S230)에서는 제1기판 상에 형성된 광촉매층, 보다 구체적으로는 광촉매층을 구성하는 반도성 물질들에 염료(dye)를 흡착한다.
다음으로, 조립 단계(S240)에서는 제1기판과 제2기판을 조립하여 도 1에 도시된 예와 같은 염료감응형 태양전지 셀을 형성한다. 이때, 전지의 측면에는 전해질 누설을 방지하기 위하여 실링부가 배치될 수 있다.
다음으로, 전해질 주입 단계(S250)에서는 상기 단계들(S210 내지 S240)에 의하여 형성된 태양전지 셀 내부에 전해질을 주입한다. 상기 전해질은 액상 전해질 혹은 고분자 전해질이 이용될 수 있다.
상기 전해질은 제1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 기판에 전해질 주입 홀을 형성하고, 형성된 전해질 주입 홀을 통하여 주입될 수 있다. 전해질 주입 홀을 통한 전해질 주입이 완료된 이후에는 전해질 주입 홀을 밀봉한다.
이하에서는 상기 염료감응형 태양전지 제조 과정 중에서 광촉매층 형성 과정에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광촉매층 형성 방법의 예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 광촉매층 형성 방법은 반도성 물질 함유 잉크 마련 단계(S310), 잉크 도포 및 건조 단계(S320), 그리고 무소결 또는 저온 열처리 단계(S330)를 포함한다.
반도성 물질 함유 잉크 마련 단계(S310)에서는 반도성 물질 및 솔벤트를 포함하는 잉크를 마련한다.
반도성 물질은 반도성 물질은 TiO2, ZnO, CdS, SnO2, ZrO2, WO3, Fe2O3 등이 이용될 수 있다. 이들 반도성 물질은 반도성 물질 간의 충분한 컨택, 분산성, 전지 제조 비용 등을 고려하여 평균입경이 10 ~ 200 nm인 것을 이용할 수 있다.
솔벤트(solvent)는 분말 상태의 반도성 물질을 분산시키고, 점도 조절 역할을한다. 솔벤트는 증류수, 에탄올(ethanol), 아세톤, 디에틸렌글리콜(DiethyleneGlycol: DEG), 포름아미드(Formamide: FA), α-테르핀네올(α-terpineol: TP), γ-부티로락톤(γ-butylrolactone: BL), 메틸셀루로솔브(Methylcellosolve: MCS), 프로필메틸셀루로솔브(Propylmethylcellosolve: PM), 디메틸포름아미드(N.N dimethylformamide: DMF) 등을 이용할 수 있다. 이들 솔벤트는 단독으로 이용할 수 있고, 필요에 따라서는 2종 이상 혼용할 수 있다.
또한, 반도성 물질 함유 잉크에는 반도성 물질의 분산성 향상을 위하여, 계면활성제 등과 같은 분산제를 더 포함할 수 있다.
이러한 분산제는 반도성 물질 100 중량부에 대하여 1~10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 분산제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 분산 효과를 제대로 발휘하기 어렵고, 분산제의 함량이 10중량부를 초과하는 경우 과다한 분산제 사용으로 인하여 층 내에 반도성 물질의 함량이 낮아질 수 있어 전지 특성이 저해될 수 있다.
반도성 물질 함유 잉크에서, 잉크의 점도는 1 ~ 20 cPs 인 것이 바람직하다. 잉크의 점도는 솔벤트의 양에 따라 조절될 수 있다. 반도성 물질 함유 잉크의 점도가 1 cPs 미만일 경우, 잉크젯 프린팅 방식으로 도포 후 막을 유지하기 어렵고, 반대로 반도성 물질 함유 조성물의 점도 20 cPs를 초과하는 경우, 잉크젯 프린팅이 제대로 이루어지기 어려운 문제가 있다.
한편, 본 발명에 이용되는 반도성 물질 함유 잉크에는 바인더 수지가 포함되지 않는다. 바인더 수지가 포함되지 않더라도 잉크 도포 및 건조에 의하여 도막이 형성될 수 있으며, 어느 정도의 성형성이 유지될 수 있다.
반면, 바인더 수지가 포함되거나, 잉크 도포 후 함침되는 경우에는 광촉매층을 구성하는 반도성 물질에 염료 흡착이 어려워진다.
다음으로, 잉크 도포 및 건조 단계(S320)에서는 제1기판의 TCO층 상에, 반도성 물질 함유 잉크를 도포한 후, 건조를 통하여 솔벤트를 제거하여 도막을 형성한다.
잉크의 도포는 잉크젯(ink-jet) 프린팅 방식이 이용된다.
다음으로, 저온 열처리 단계(S330)에서는 잉크 도포 및 건조 단계(S320)에 의하여 형성된 도막을 저온 열처리한다.
본 발명의 경우, 완전한 무소결 방식으로 잉크 도포 및 건조 단계(S320)에 의하여 형성된 도막을 광촉매층으로 그대로 이용할 수 있다. 그러나, 이 경우 광촉매층을 구성하는 반도성 물질들간의 컨택(contact)이 저하되어, 전지 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 열처리를 통하여 반도성 물질들 간의 컨택을 증대시키는 것이 더 바람직하다.
이때, 열처리는 450℃ 이하에서 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200~450℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 450℃를 초과하는 경우 과도한 열처리로 인하여 태양전지 제조 비용 상승의 원인이 된다. 또한 열처리 온도가 200℃ 미만일 경우 열처리에 의한 반도성 물질들 간의 컨택 향상이 불충분할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지 제조 방법은 바인더 수지를 포함하지 않는 반도성 물질 함유 잉크를 이용하고 무소결 또는 저온 열처리를 통하여 광촉매층을 형성할 수 있어, 고온의 소결 열처리 과정을 생략하거나 저온에서 실시할 수 있다.
따라서, 태양전지 제조 비용을 절감할 수 있고, 또한 광촉매층에 포함되는 반도성 물질의 충진 밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
110 : 제1기판 111, 121 : 글래스 기판
112, 122 : TCO층 113 : 광촉매층
114 : 염료 120 : 제2기판
123 : 백금층 130 : 실링부
140 : 전해질
112, 122 : TCO층 113 : 광촉매층
114 : 염료 120 : 제2기판
123 : 백금층 130 : 실링부
140 : 전해질
Claims (17)
- (a) TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 각각 형성된 제1기판 및 제2기판을 마련하는 단계;
(b) 상기 제1기판의 TCO층 상에, 바인더 수지를 함유하지 않으며 반도성 물질, 솔벤트 및 분산제를 함유하는 잉크를 도포한 후 무소결 또는 450℃ 이하의 온도에서 저온 열처리하여, 광촉매층을 형성하는 단계;
(c) 상기 광촉매층에 포함되는 반도성 물질에 염료(dye)를 흡착하는 단계;
(d) 상기 제1기판과 제2기판을 조립하여 태양전지 셀을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 형성된 태양전지 셀 내부에 전해질을 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반도성 물질 함유 잉크는
점도가 1 ~ 20 cPs 인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 분산제는
상기 반도성 물질 100 중량부에 대하여 1~10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반도성 물질은
TiO2, ZnO, CdS, SnO2, ZrO2, WO3 및 Fe2O3 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반도성 물질은
평균입경이 10 ~ 200 nm 인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 솔벤트는
증류수, 에탄올(ethanol), 아세톤, 디에틸렌글리콜(DiethyleneGlycol: DEG), 포름아미드(Formamide: FA), α-테르핀네올(α-terpineol: TP), γ-부티로락톤(γ-butylrolactone: BL), 메틸셀루로솔브(Methylcellosolve: MCS), 프로필메틸셀루로솔브(Propylmethylcellosolve: PM) 및 디메틸포름아미드(N.N dimethylformamide: DMF) 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에 의하여 형성되는 광촉매층은
상기 반도성 물질의 충진 밀도(packing density)가 30 ~ 70 vol%인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 TCO층은
ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2기판의 TCO층 상에 백금층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전해질은
상기 제1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 기판에 형성되는 전해질 주입 홀을 통하여 주입되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조 방법.
- 글래스 기판 상에 TCO층과, 염료가 흡착된 광촉매층이 순차적으로 형성된 제1기판;
글래스 기판 상에 TCO층이 형성된 제2기판; 및
상기 제1기판과 제2기판 사이에 충전되는 전해질;을 포함하되,
상기 광촉매층은 반도성 물질로 이루어지되, 상기 반도성 물질의 충진 밀도가 30 ~ 70 vol%인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제12항에 있어서,
상기 반도성 물질은
TiO2, ZnO, CdS, SnO2, ZrO2, WO3 및 Fe2O3 중에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제12항에 있어서,
상기 반도성 물질은
평균입경이 10 ~ 200 nm 인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제12항에 있어서,
상기 제1기판 및 제2기판 상에 형성되는 TCO층은
ITO 또는 FTO로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제12항에 있어서,
상기 제2기판의 TCO층 상에 백금층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제12항에 있어서,
상기 제1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 기판에 전해질 주입 홀이형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110008467A KR101211936B1 (ko) | 2011-01-27 | 2011-01-27 | 광촉매층의 충진밀도를 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110008467A KR101211936B1 (ko) | 2011-01-27 | 2011-01-27 | 광촉매층의 충진밀도를 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120087029A KR20120087029A (ko) | 2012-08-06 |
| KR101211936B1 true KR101211936B1 (ko) | 2012-12-13 |
Family
ID=46872687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110008467A KR101211936B1 (ko) | 2011-01-27 | 2011-01-27 | 광촉매층의 충진밀도를 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101211936B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100945742B1 (ko) | 2009-07-28 | 2010-03-05 | (주)켐웰텍 | 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법 |
| KR100994902B1 (ko) | 2010-04-06 | 2010-11-16 | 서울대학교산학협력단 | 플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
-
2011
- 2011-01-27 KR KR1020110008467A patent/KR101211936B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100945742B1 (ko) | 2009-07-28 | 2010-03-05 | (주)켐웰텍 | 염료감응형 태양전지의 광전극 제조방법 |
| KR100994902B1 (ko) | 2010-04-06 | 2010-11-16 | 서울대학교산학협력단 | 플렉서블 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120087029A (ko) | 2012-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100947371B1 (ko) | 다파장 흡수 나노 구조 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR100854711B1 (ko) | 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 및 이의제조방법 | |
| US20050166958A1 (en) | Dye-sensitized solar cell having enlarged wavelength range for light absorption and method of fabricating same | |
| US20070095390A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| CN102254708A (zh) | 光电转换装置 | |
| KR20130027000A (ko) | 염료감응 태양전지용 광전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 염료감응 태양전지 | |
| JP2006236960A (ja) | 色素増感太陽電池及びその製造方法 | |
| EP2214250A1 (en) | Electrode substrate for photoelectric conversion device, method for manufacturing electrode substrate for photoelectric conversion device, and photoelectric conversion device | |
| KR101079413B1 (ko) | 코어-쉘 구조의 금속 산화물을 구비한 염료 감응 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| JP2005078857A (ja) | 電極基板、光電変換素子、並びに色素増感太陽電池 | |
| US9090048B2 (en) | Counter electrode having carbon material layer for dye-sensitized photovoltaic cell and method of preparing the same | |
| JP4416997B2 (ja) | 色素増感太陽電池用電極基板、光電変換素子、並びに色素増感太陽電池 | |
| TWI481040B (zh) | 工作電極、其製作方法及含該工作電極之染料敏化太陽能電池 | |
| KR101190002B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 반도체 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지 | |
| KR101211936B1 (ko) | 광촉매층의 충진밀도를 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 염료감응형 태양전지 | |
| KR101406969B1 (ko) | 고체 전해질 염료감응형 태양전지의 제조 방법 및 이에 이용되는 전해질 충진 장치 | |
| JP2007280849A (ja) | 光電変換素子 | |
| KR101152562B1 (ko) | 염료감응 태양전지의 제조 방법 | |
| US20130240014A1 (en) | Vertical electrical connection of photoelectrochemical cells | |
| KR102333686B1 (ko) | 고투과성 백금 페이스트 조성물, 이를 이용한 상대전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지 | |
| KR101118187B1 (ko) | 나노크기의 금속산화물 차단층의 형성방법 및 그 차단층을 구비한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101241751B1 (ko) | Ｃｌａｙ를 이용한 준고체 전해질을 적용하여 제조된 염료감응형 태양전지 | |
| KR101592716B1 (ko) | 차량 루프용 태양전지 제조방법 | |
| KR101404622B1 (ko) | 전기 증착법을 이용한 염료감응형 태양전지 제조방법 | |
| KR20070075185A (ko) | 반도체 전극 형성용 페이스트 조성물 및 이를 이용한반도체 전극의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151201 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161201 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |