KR101255779B1 - 밀봉성 및 내구성이 우수한 염료감응 태양전지 - Google Patents

밀봉성 및 내구성이 우수한 염료감응 태양전지 Download PDF

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Abstract

밀봉성 및 내구성이 우수한 염료감응 태양전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 상부면이 서로 마주보도록 이격 배치되는 제1기판과 제2기판; 상기 제1기판 상에 형성되는 광촉매와, 상기 광촉매에 흡착되는 염료를 포함하는 광 전극; 상기 제2기판 상에 형성되는 금속 촉매를 포함하는 상대 전극; 상기 제1기판 또는 제2기판에 형성되는 전해질 주입구; 및 상기 전해질 주입구를 통하여 주입되어, 상기 제1전극의 광 전극과 상기 제2전극의 상대 전극 사이에 충진되는 전해질;을 포함하고, 상기 전해질 주입구는, 상기 전해질 주입 후에, 유리프릿, 바인더, 가소제 및 용매를 포함하는 조성물이 소성되어 밀폐되며, 상기 유리프릿은 mol%로, A) V2O5 : 35% ~ 75% 및 B) P2O5 : 15% ~ 30%를 포함하고, 하기 C) ~ H) 중 1종 이상의 합산 : 0%초과 ~ 35%이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
C) BaO : 30%이하, D) ZnO : 25%이하, E) As2O3와 Sb2O3 중 1종 이상의 합산 : 20%이하, F) Fe2O3 : 15%이하, G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상의 합산 : 5%이하, H) MgO : 7.5%

Description

밀봉성 및 내구성이 우수한 염료감응 태양전지 {DYE SENSITIZED SOLAR CELL WITH EXCELLENT SEALABILITY AND DURABILITY}
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀봉성 및 내구성이 우수한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell)는 광전기화학 셀로서, 일반적인 실리콘계 태양전지의 기본이 되는 p-n 접합형 태양전지와는 달리 p-n 접합이 필요치 않는 태양전지이다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
일반적으로 염료감응형 태양전지는 도 1에 도시된 예와 같이, 서로 마주보는 제1기판(110)과, 제2기판(120), 제1기판(110) 상에 형성되며 염료(dye)(116)가 흡착되는 TiO2(115)를 포함하는 광 전극, 제2기판(120) 상에 형성되며 금속 촉매(125)를 포함하는 상대 전극, 그리고 광 전극과 상대 전극 사이에 충전되는 전해질(130)을 포함한다.
또한, 염료감응형 태양전지에는 전해질이 누설되는 것을 방지하기 위하여, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이 공간의 가장자리에는 측면 실링부(140)가 형성된다. 또한, 염료감응형 태양전지에는 전해질을 주입하기 위하여 상대 전극을 관통하여 위한 전해질 주입구가 형성된다. 전해질 주입후, 전해질 주입구는 밀봉된다.
상기의 측면 실링부(140)의 소재 및 전해질 주입구를 밀봉하기 위한 소재는 주로 에폭시나 설린(surlyn)과 같은 고분자가 이용되고 있다.
그러나, 상기의 고분자 재질은 산성의 요오드계 전해질과 직접 접촉함으로써 부식에 의한 밀봉성을 저해할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 공개특허공보 제10-2011-00058403(2011.06.01. 공개)에는 내열성, 내화학성이 우수한 복합필름을 이용한 실링재를 적용하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 문헌에 개시된 복합필름 역시 고분자 소재로서, 산성의 전해질에 의한 부식을 완전히 방지하기 어려우며, 또한 필름의 형태이므로 전해질 주입구 밀봉용으로는 활용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 유리프릿을 이용한 밀봉을 통하여, 밀봉성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 상부면이 서로 마주보도록 이격 배치되는 제1기판과 제2기판; 상기 제1기판 상에 형성되는 광촉매와, 상기 광촉매에 흡착되는 염료를 포함하는 광 전극; 상기 제2기판 상에 형성되는 금속 촉매를 포함하는 상대 전극; 상기 제1기판 또는 제2기판에 형성되는 전해질 주입구; 및 상기 전해질 주입구를 통하여 주입되어, 상기 제1전극의 광 전극과 상기 제2전극의 상대 전극 사이에 충진되는 전해질;을 포함하고, 상기 전해질 주입구는, 상기 전해질 주입 후에, 유리프릿, 바인더, 가소제 및 용매를 포함하는 조성물이 소성되어 밀폐되며, 상기 유리프릿은 mol%로, A) V2O5 : 35% ~ 75% 및 B) P2O5 : 15% ~ 30%를 포함하고, 하기 C) ~ H) 중 1종 이상의 합산 : 0%초과 ~ 35%이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
C) BaO : 30%이하, D) ZnO : 25%이하, E) As2O3와 Sb2O3 중 1종 이상의 합산 : 20%이하, F) Fe2O3 : 15%이하, G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상의 합산 : 5%이하, H) MgO : 7.5%
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 상부면이 서로 마주보도록 이격 배치되는 제1기판과 제2기판; 상기 제1기판 상에 형성되는 광촉매와, 상기 광촉매에 흡착되는 염료를 포함하는 광 전극; 상기 제2기판 상에 형성되는 금속 촉매를 포함하는 상대 전극; 상기 제1전극의 광 전극과 상기 제2전극의 상대 전극 사이에 충진되는 전해질; 및 상기 전해질이 측면 방향으로 누설되는 것을 방지하도록, 측벽의 형태로 형성되는 측면 실링부;를 포함하고, 상기 측면 실링부는, 유리프릿, 바인더, 가소제 및 용매를 포함하는 조성물이 소성되어 형성되되, 상기 유리프릿은 mol%로, A) V2O5 : 35% ~ 75% 및 B) P2O5 : 15% ~ 30%를 포함하고, 하기 C) ~ H) 중 1종 이상의 합산 : 0%초과 ~ 35%이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
C) BaO : 30%이하, D) ZnO : 25%이하, E) As2O3와 Sb2O3 중 1종 이상의 합산 : 20%이하, F) Fe2O3 : 15%이하, G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상의 합산 : 5%이하, H) MgO : 7.5%
또한, 상기 염료감응형 태양전지들은 상기 상대 전극의 금속 촉매 표면에 형성되는 상대 전극 보호층;을 더 포함하고, 상기 상대 전극 보호층은 상기 조성물이 소성되어 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 V2O5, P2O5 등으로 이루어진 유리프릿을 포함하는 조성물이 소성되어 형성됨으로써 고분자 재질의 밀봉재에 비하여 우수한 밀봉성 및 내구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지는 상대전극의 금속 촉매 표면에 상기의 조성물이 소성되어 형성된 상대 전극 보호층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 우수한 내수성 및 내화학성을 통하여 상대전극의 내구성 확보와 함께 상대전극의 금속 촉매 재질로 백금에 비하여 상대적으로 저가이면서 전기적 특성이 우수한 은(Ag)을 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 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.
이하에서는, 본 발명에 따른 밀봉성 및 내구성이 우수한 염료감응 태양전지에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 도시된 염료감응 태양전지는 서로 마주보는 제1기판(110)과 제2기판(120), 광촉매(115)와 염료(116)를 포함하는 광 전극, 금속 촉매(125)를 포함하는 상대 전극, 광 전극과 금속 전극 사이에 충진되는 전해질(130)을 포함한다. 또한, 전해질 누설을 방지하기 위하여, 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이 공간의 가장자리에는 측면 실링부(140)가 형성될 수 있다.
제1기판(110)과 제2기판(120)은 서로 마주보도록 이격 배치된다. 이러한 제1기판(110)과 제2기판(120)은 투광성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1기판(110)과 제2기판(120)은, 광촉매(115)로부터 전달된 전자(e-)의 이동을 위하여, FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 물질을 포함하는 투명전극(111, 121)이 형성되어 있을 수 있다.
광 전극은 제1기판(110) 상에 형성된다. 이러한 광 전극은 제1기판(110) 상에 형성되며 TiO2와 같은 다공성을 갖는 광촉매(115)와, 상기 광촉매(115)에 흡착되는 염료(116)를 포함한다.
상대 전극은 제2기판(120) 상에 형성된다. 이러한 상대 전극은 제2기판(120) 상에 형성되는 금속 촉매(125)를 포함한다. 이때, 금속 촉매(125)는 전기적 특성이 우수하면서 백금(Pt)에 비하여 저가인 은(Ag)으로 형성할 수 있다.
전해질(130)은 광 전극과 상대 전극 사이에 충진되며, 금속 촉매(125)로부터 전자를 전달받아 산화환원을 통하여 다시 염료로 전자를 전달하는 역할을 한다. 이러한 전해질은 I-/I3-를 포함하는 요오드계 전해질 등이 이용될 수 있다.
전해질(130)의 주입을 위하여, 제1기판(110) 또는 제2기판(120)에는 전해질 주입구(220)가 형성될 수 있으며, 전해질 주입후, 밀봉재로 채워진다.
이때, 본 발명에서는 전해질 주입구를 밀봉하기 위한 밀봉재로, 유리프릿, 바인더, 가소제 및 용매를 포함하는 조성물의 소성체를 이용한다.
이하, 상기 유리프릿, 바인더, 가소제 및 용매를 포함하는 조성물에 대하여 설명하기로 한다.
유리프릿
유리프릿은 조성물의 핵심 성분으로, 내수성 및 내화학성이 우수한 것, 즉 내구성이 우수한 것을 이용하는 것이 바람직하다.
내수성은 80℃ 탈이온수에서 24시간 유지 후의 중량감소율로 평가할 수 있다. 또한, 내화학성은 요오드계 전해질 내에서 240시간 유지 후의 중량감소율로 평가할 수 있다. 내수성 및 내화학성은 상기 각각의 테스트 후 중량감소율이 낮을수록 더 우수하다고 볼 수 있다.
본 발명에 이용되는 유리프릿을 포함하는 조성물의 경우, V2O5, P2O5 및 첨가 성분을 포함하는 조성을 통하여 그 소성체가 80℃ 탈이온수에서 24시간 유지 후의 중량감소율 5% 이하 및 요오드계 전해질 내에서 240시간 유지 후의 중량감소율 0.1% 이하를 나타내어, 매우 우수한 내수성 및 내화학성을 나타내었다.
한편, 유리프릿은 조성물 전체 중량의 65~75중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 유리프릿의 함량이 65중량% 미만인 경우, 충분한 내구성을 발휘하기 어려워질 수 있다. 반대로, 유리프릿의 함량이 75중량%를 초과하는 경우, 조성물의 유동성을 확보하기 어려워질 수 있다.
유리프릿은 A) V2O5 및 B) P2O5를 포함하고, 유리안정화, 내수성 등의 향상을 위하여 하기 C ~ H 중 1종 이상을 포함한다.
C) BaO, D) ZnO, E) As2O3와 Sb2O3 중 1종 이상, F) Fe2O3, G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상, H) MgO
이하, 본 발명에 이용되는 유리 프릿에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
A) V2O5
V2O5는 내화학성을 확보하는 데 기여한다.
상기 V2O5는 유리프릿 전체 mol의 35~75mol%로 첨가되는 것이 바람직하고, 35~65mol%가 보다 바람직하다. V2O5의 함량이 35mol% 미만일 경우, 내화학성이 불충분하여 전극 보호 효과가 저하될 수 있다. 반대로, V2O5의 함량이 75%를 초과하면 결정화가 심화되어 유동성이 부족해질 수 있다.
B) P2O5
P2O5는 내화학성 확보와 함께 조성물의 유동성을 향상시키는 데 기여한다.
상기 P2O5는 유리프릿 전체 mol의 15~30mol%로 첨가되는 것이 바람직하다. P2O5가 15mol% 미만으로 첨가되면 조성물의 유동성을 확보하기 어려워질 수 있다. 반대로, P2O5가 30mol%를 초과하면 내수성이 저하될 수 있다.
C) BaO
BaO는 유리 안정화를 위하여 첨가될 수 있다.
상기 BaO는 유리프릿 전체 mol의 30mol% 이하로 첨가될 수 있다. BaO의 첨가량이 30mol%를 초과하면 열팽창계수가 증가하고, 결정화가 심화될 수 있다.
D) ZnO
ZnO는 상기 BaO와 마찬가지로 유리 안정화를 위하여 첨가될 수 있다.
상기 ZnO는 유리프릿 전체 mol의 25mol% 이하로 첨가될 수 있다. ZnO의 첨가량이 25mol%를 초과하면 내수성이 저하될 수 있다.
E) As2O3 및 Sb2O3 중 1종 이상
As2O3 및 Sb2O3는 유리 안정화 및 내수성 향상을 위하여 1종 이상 첨가될 수 있다. 상기 As2O3 및 Sb2O3는 합산하여 유리프릿 전체 mol의 20mol% 이하로 첨가될 수 있다. As2O3 및 Sb2O3의 합산 첨가량이 20mol%를 초과할 경우, 유리 형성이 어려워 지거나, 유리화가 된다하여도 결정화 심화로 인하여 유동성이 저하될 수 있다.
F) Fe2O3
Fe2O3는 내수성 강화 및 유리 안정화를 위하여 첨가될 수 있다.
상기 Fe2O3는 유리프릿 전체 mol의 15mol% 이하로 첨가될 수 있다. Fe2O3의 첨가량이 15mol%를 초과하면 유리 형성이 어려워 지거나, 유리화가 된다하여도 결정화 심화로 인하여 유동성이 저하될 수 있다.
G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상
Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3는 내수성 강화를 위하여 1종 이상 첨가될 수 있다.
상기 Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3는 합산하여 유리프릿 전체 mol의 5mol% 이하로 첨가될 수 있다. Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3의 합산 첨가량이 5mol%를 초과하면 유리화가 어려워질 수 있다.
H) MgO
MgO는 유리 안정화를 위하여 첨가될 수 있다.
상기 MgO는 유리프릿 전체 mol의 7.5mol% 이하로 첨가될 수 있다. MgO의 첨가량이 7.5mol%를 초과하면 유리 형성이 어려워 지거나, 유리화가 된다하여도 결정화 심화로 인하여 유동성이 저하될 수 있다.
상기 조성을 갖는 유리프릿은 DTA 분석 결과, 유리전이온도(Tg) 280~360℃, 연화온도(Tdsp) 300~380℃를 가질 수 있으며, 이러한 특성에 따라서, 소성온도 400~450℃에서도 소성 치밀도의 확보가 가능하여, 염료감응 태양전지에서 높은 밀봉성을 나타낼 수 있다.
바인더
본 발명에 적용되는 조성물에서 바인더는 유리프릿이 전극 표면에 고정되고, 유리프릿을 구성하는 입자간 결착력을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 바인더는 에틸셀룰로오스 등을 이용할 수 있다.
상기 바인더는 조성물 전체 중량의 1~2중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 1중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 바인더의 함량이 2중량%를 초과하는 경우, 소성 과정에서 잔류 카본(Carbon)으로 인해 핀 홀(Pin hole)이나 내부 거대 기포 등이 발생하여 전극 보호의 기능저하가 유발될 수 있다.
가소제
본 발명에 적용되는 조성물에서 가소제는 조성물의 점도와 요변성을 조절하는 역할을 한다. 이러한 가소제는 디부틸 프탈레이트(Dibutyl phthalate) 등을 이용할 수 있다.
상기 가소제는 조성물 전체 중량의 1.5~2.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 가소제의 함량이 1.5중량% 미만인 경우, 점도 저하 효과가 불충분하고, 유연성이 저하 효과를 얻을 수 없어 조성물의 도포 공정이 어려워질 수 있다. 반대로, 가소제의 함량이 2.5중량%를 초과하는 경우, 소성 과정 중에 잔류 카본의 발생 등으로 소성체에 결함이 발생할 수 있다.
용매
용매는 바인더의 용해, 조성물의 점도 조절 등의 역할을 한다.
이러한 바인더와 상용성이 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 에틸셀룰로오스를 바인더로 이용할 경우, 용매는 알파 테르피네올 (α-Terpineol), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl Carbitol Acetate) 등을 이용할 수 있다.
용매의 함량은 유리프릿, 바인더 및 가소제의 함량에 따라 결정될 수 있으며, 대략 22~35중량% 정도가 될 수 있다.
상기 조성을 갖는 조성물은 30rpm에서의 점도가 40,000~80,000cPs 이고, 50rpm에서의 점도에 대한 10rpm에서의 점도비를 통하여 얻어진 요변성 지수(Thixotropic index)가 1.3~1.6을 나타내었다. 상기 점도 범위 및 요변성 지수 범위는 조성물의 도포 공정의 용이성을 나타내는 기준이 될 수 있으며, 상기 범위를 벗어날 경우 도포 공정이 어려워질 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 상대 전극의 금속 촉매(125) 표면에는 상대 전극 보호층(210)이 더 형성되어 있을 수 있다.
상대 전극 보호층(210)은 금속 촉매가 전해질과 직접 접촉하여 부식되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 상대 전극 보호층은 전술한 전극 보호 조성물 이 도포, 건조 및 소성되어 형성될 수 있다.
상기와 같은 상대 전극 보호층이 형성되어 있는 경우, 상대 전극의 금속 촉매(125)가 전해질(130)과 직접 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 금속 촉매(125)의 부식을 방지하여 상대 전극의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 염료감응 태양전지의 경우, 염료감응 태양전지에서 전해질이 측면 방향으로 누설되는 것을 방지하도록, 측벽의 형태로 형성되는 측면 실링부(230)가 전술한 바와 같은 유리프릿, 바인더, 가소제 및 용매를 포함하는 조성물이 소성되어 형성된다.
측면 실링부(230)의 경우, 설린(surlyn) 등의 고분자로 형성될 경우 시간이 경과함에 따라 전해질과의 접촉에 의한 부식이 발생하고, 이에 따라 밀봉성이 점차 감소하였다.
그러나, 본 발명에 적용되는 측면 실링부(230)는 V2O5, P2O5 등을 포함하여 내수성 및 내화학성이 우수한 유리 프릿을 포함하는 조성물의 소성체, 즉 세라믹 소성체로 형성된다. 이에 따라, 고분자 재질의 측면 실링부에 비하여 부식에 더 강하며, 이에 따라 염료감응 태양전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 실시예의 경우에도, 상대 전극의 금속 촉매(125) 표면에는 상대 전극 보호층(210)이 더 형성되어 있을 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 염료감응 태양전지의 경우, 상대 전극 보호층(210), 전해질 주입구(220)의 밀봉재 및 측면 실링부(230) 모두를 본 발명에 적용되는 조성물의 소성체, 즉 세라믹으로 형성한 것을 나타낸다.
도 4에 도시된 실시예의 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 비하여 보다 높은 내구성을 가질 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 유리프릿의 마련
표 1에 도시된 바와 같이, 조성 1~7에 따른 유리프릿을 마련하였다.
[표 1](단위 : mol%)
Figure 112011086708432-pat00001

2. 열특성 측정
상기 조성 1~7에 따른 유리프릿 각각에 대하여 DTA 분석 장비를 이용하여, 10℃/min의 속도로 최대 400℃까지 승온하면서 유리전이온도(Tg) 및 연화온도(Tdsp)를 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112011086708432-pat00002
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 해당하는 조성 1~5에 따른 유리프릿은 유리전이온도(Tg)가 280~360℃로 나타났으며, 연화온도(Tdsp)가 300~380℃로 나타났다.
이에 반하여, Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3가 총 10mol% 첨가된 조성 7에 따른 유리프릿의 경우, 400℃까지의 온도에서 유리화 및 연화되지 않았다.
3. 조성물의 제조
상기 표 1에 도시된 조성을 갖는 조성 1~7에 따른 유리프릿 70중량%, 에틸 셀룰로오스 1.5중량%, 알파 테르피네올 5.0중량%, 부틸카비톨 아세테이트 21.5중량%, 디부틸 프탈레이트 2.0중량%로 이루어진 실시예 1~5(조성 1~5) 및 비교예 1~2(조성 6~7)에 따른 조성물을 각각 제조하였다.
또한, 조성 1에 따른 유리프릿 70중량%, 에틸 셀룰로오스 1.5중량%, 알파 테르피네올 5.0중량%, 부틸카비톨 아세테이트를 23.5중량%로 이루어진 비교예 3에 따른 조성물을 제조하였다. (가소제인 디부틸 프탈레이트 사용하지 않음)
4. 점도 측정
회전형 점도계(Brookfield DV-II pro)를 이용하여 30rpm에서 점도를 측정하였으며, 아울러, 요변성 지수(T.I. 10rpm 점도 / 50rpm 점도)를 측정하였다.
[표 3]
Figure 112011086708432-pat00003
표 3을 참조하면, 본 발명에 해당하는 실시예 1~5에 따른 조성물의 경우, 30rpm에서의 점도가 40,000~80,000 cPs 범위에 있었으며, 요변성 지수가 1.3 ~ 1.6 범위 내에 있었다.
이에 반하여, P2O5가 첨가되지 않고 BaO를 충분히 첨가한 비교예 1에 따른 조성물의 경우, 30rpm에서의 점도가 40,000 cPs에 미달하였으며, 또한 요변성 지수가 1.6을 초과하였다.
또한, 가소제가 첨가되지 않은 비교예 3에 따른 조성물의 경우, 30rpm에서의 점도가 실시예 1에 따른 조성물보다 다소 상승하였고, 또한 요변성 지수가 1.1에 불과하였다.
5. 소성
실시예 1~5 및 비교예 1~3에 따른 조성물을 각각 유리판 위에 도포하고, 130℃에서 20분 동안 건조한 후, 380℃에서 30분간 가소성을 거쳐 최종적으로 430℃(비교예 2는 550℃)에서 30분 동안 소성하였다.
6. 내수성 및 내화학성 평가
실시예 1~5 및 비교예 1~3에 따른 조성물의 소성체에 대하여 80℃ 탈이온수 에서 24시간 유지 후 중량 감소율 및 요오드계 전해질 용액에 침지하여 240시간 유지 후 중량 감소율을 통하여 내수성 및 내화학성을 평가하였다.
내수성은 중량 감소율이 5% 이하인지 여부를 기준으로 양호(O) 및 불량(X)으로 평가하였다. 또한, 내화학성은 중량감소율이 0.1% 이하인지 여부를 기준으로 양호(O) 및 불량(X)으로 평가하였다. 내수성 및 내화학성 평가 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4]
Figure 112011086708432-pat00004
표 4를 참조하면, 실시예 1~5에 따른 조성물의 소성체 각각은 내수성 및 내화학성 기준을 만족하였다.
이에 반하여, P2O5가 첨가되지 않은 비교예 1(조성 6)에 따른 조성물의 소성체는 내화학성이 기준을 만족하지 못하였다. 또한, P2O5가 과다 첨가된 비교예 2(조성 7)에 따른 조성물의 소성체는 Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3가 총 10mol% 첨가되었음에도 불구하고 내수성 기준을 만족하지 못하였다.
상술한 같이, 본 발명의 적용되는 조성물은 소성 후 우수한 내수성 및 내화학성을 가질 수 있다. 따라서, 염료감응 태양전지의 전해질 주입구 밀봉재, 측면 실링부 등과 같이 전해질에 직접 접촉하는 부분의 밀봉성 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상대전극 보호층에 적용되어, 상대전극의 부식을 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110 : 제1기판 115 : TiO2
116 : 염료 120 : 제2기판
125 : 금속 촉매 130 : 전해질
140,230 : 측면 실링부 210 : 상대 전극 보호층
220 : 전해질 주입구

Claims (10)

  1. 상부면이 서로 마주보도록 이격 배치되는 제1기판과 제2기판;
    상기 제1기판 상에 형성되는 광촉매와, 상기 광촉매에 흡착되는 염료를 포함하는 광 전극;
    상기 제2기판 상에 형성되는 금속 촉매를 포함하는 상대 전극;
    상기 제1기판 또는 제2기판에 형성되는 전해질 주입구; 및
    상기 전해질 주입구를 통하여 주입되어, 상기 제1전극의 광 전극과 상기 제2전극의 상대 전극 사이에 충진되는 전해질;을 포함하고,
    상기 전해질 주입구는,
    상기 전해질 주입 후에, 유리프릿 65~75중량%, 바인더 1~2중량%, 가소제 1.5~2.5중량% 및 용매 22~35중량%를 포함하고, 30rpm에서의 점도가 40,000~80,000 cPs 이고, 50rpm에서의 점도에 대한 10rpm에서의 점도비가 1.3~1.6인 조성물이 소성되어 밀폐되며, 상기 유리프릿은 mol%로, A) V2O5 : 35% ~ 75% 및 B) P2O5 : 15% ~ 30%를 포함하고, 하기 C) ~ H) 중 1종 이상의 합산 : 0%초과 ~ 35%이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
    C) BaO : 30%이하, D) ZnO : 25%이하, E) As2O3와 Sb2O3 중 1종 이상의 합산 : 20%이하, F) Fe2O3 : 15%이하, G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상의 합산 : 5%이하, H) MgO : 7.5%
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상대 전극의 금속 촉매 표면에 형성되는 상대 전극 보호층;을 더 포함하고,
    상기 상대 전극 보호층은
    상기 조성물이 소성되어 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상대 전극의 금속 촉매는
    은(Ag)을 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  4. 상부면이 서로 마주보도록 이격 배치되는 제1기판과 제2기판;
    상기 제1기판 상에 형성되는 광촉매와, 상기 광촉매에 흡착되는 염료를 포함하는 광 전극;
    상기 제2기판 상에 형성되는 금속 촉매를 포함하는 상대 전극;
    상기 제1전극의 광 전극과 상기 제2전극의 상대 전극 사이에 충진되는 전해질; 및
    상기 전해질이 측면 방향으로 누설되는 것을 방지하도록, 측벽의 형태로 형성되는 측면 실링부;를 포함하고,
    상기 측면 실링부는,
    유리프릿 65~75중량%, 바인더 1~2중량%, 가소제 1.5~2.5중량% 및 용매 22~35중량%를 포함하고, 30rpm에서의 점도가 40,000~80,000 cPs 이고, 50rpm에서의 점도에 대한 10rpm에서의 점도비가 1.3~1.6인 조성물이 소성되어 형성되되, 상기 유리프릿은 mol%로, A) V2O5 : 35% ~ 75% 및 B) P2O5 : 15% ~ 30%를 포함하고, 하기 C) ~ H) 중 1종 이상의 합산 : 0%초과 ~ 35%이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
    C) BaO : 30%이하, D) ZnO : 25%이하, E) As2O3와 Sb2O3 중 1종 이상의 합산 : 20%이하, F) Fe2O3 : 15%이하, G) Bi2O3, B2O3, TiO2 및 Al2O3 중 1종 이상의 합산 : 5%이하, H) MgO : 7.5%
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상대 전극의 금속 촉매 표면에 형성되는 상대 전극 보호층;을 더 포함하고,
    상기 상대 전극 보호층은
    상기 조성물이 소성되어 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상대 전극의 금속 촉매는
    은(Ag)을 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유리프릿은
    유리전이온도(Tg)가 280~360℃, 연화온도(Tdsp)가 300~380℃ 및 소성온도 400~450℃인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 조성물의 소성체는
    80℃ 탈이온수에서 24시간 유지후 중량감소율이 5% 이하이고,
    전해질 용액 내에서 240시간 유지후 중량감소율이 0.1% 이하인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
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