KR101295916B1 - Apparatus for manufacturing dye solution and adsorbing by dye, and method for manufacturing of semiconductor electrode for dye-sensitized solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치, 및 그를 이용한 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치는 피처리체를 입출하기 위한 개폐부를 구비하며, 염료 용액과 상기 염료 용액에 침지된 피처리체를 수용하는 염료 탱크; 상기 염료 용액 제조 시 초음파를 인가하는 초음파 장치; 제조된 염료 용액을 교반하는 교반기; 교반 중 염료 용액의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 초음파, 상기 염료 용액의 온도 및 교반시의 공정 조건을 제어하는 컨트롤러; 상기 염료 탱크에 가스 및 상기 염료 용액의 원료를 각각 주입하는 가스 주입관과 원료 주입관; 및 상기 염료 탱크로부터 흡착이 완료된 염료 용액을 배기하는 배기관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Dye solution preparation and dye adsorption apparatus, and the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell semiconductor electrode using this are disclosed.
The dye solution production and dye adsorption apparatus according to the present invention includes a dye tank having an opening and closing unit for entering and receiving the object, the dye solution containing the dye solution and the object to be immersed in the dye solution; An ultrasonic apparatus for applying ultrasonic waves when the dye solution is prepared; A stirrer for stirring the prepared dye solution; A temperature sensor for measuring the temperature of the dye solution during stirring; A controller for controlling the temperature of the ultrasonic wave, the dye solution, and process conditions during stirring; A gas injection tube and a raw material injection tube for respectively injecting a gas and a raw material of the dye solution into the dye tank; And an exhaust pipe exhausting the dye solution from which the adsorption is completed from the dye tank.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치, 및 그를 이용한 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye solution production and dye adsorption apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor electrode for dye-sensitized solar cell using the same.
염료감응 태양전지는 종래의 실리콘 태양전지보다 제조공정이 단순하고, 경제성이 뛰어나며, 가시광선에 의하여도 발전 가능하다는 장점으로 인해 최근 주목을 받고 있다. 또한, 염료감응 태양전지는 빛이 통과할 수 있는 특성을 지니고 있어 자동차나 건물의 유리창에 설치할 수 있으므로 그 응용범위가 매우 넓다.Dye-sensitized solar cells have recently attracted attention due to the advantages that the manufacturing process is simpler than conventional silicon solar cells, the economy is excellent, and can be generated by visible light. In addition, since the dye-sensitized solar cell has a property that light can pass through, it can be installed in a window of a car or a building, and its application range is very wide.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 상, 하부 투명기판과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 투명 도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)로 이루어진 도전성 투명전극을 기본으로 하여, 제1 전극(작용극)에 해당하는 일 측의 도전성 투명전극 위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되고, 제2 전극(촉매극)에 해당하는 타 측 도전성 투명전극 위에는 촉매박막전극(주로 Pt)이 형성되며, 상기 전이금속 산화물, 예를 들면 TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되어지는 구조를 가진다.The unit cell structure of a general dye-sensitized solar cell is based on a conductive transparent electrode made of a transparent conductive oxide (TCO) formed on the upper and lower transparent substrates and the surface of the transparent substrate, respectively, and the first electrode (action On the conductive transparent electrode of one side corresponding to the pole), a transition metal oxide porous layer on which the dye is adsorbed is formed, and on the other conductive transparent electrode corresponding to the second electrode (catalyst), the catalyst thin film electrode (mainly Pt ) Is formed, and the transition metal oxide, for example, TiO 2 , has a structure in which an electrolyte is filled between the porous electrode and the catalyst thin film electrode.
이와 같은 구조를 가지는 염료감응 태양전지의 염료 흡착 공정은, 주로 염료 용액을 제조한 후 일정량의 염료 용액을 덜어내어 흡착용 챔버 내로 주입한 다음 전이금속 산화물 다공질 층이 형성된 기판을 상온에서 염료 용액에 약 18 내지 24시간 동안 침지시켜 수행하였다.In the dye adsorption process of a dye-sensitized solar cell having such a structure, after preparing a dye solution, a predetermined amount of the dye solution is removed and injected into the adsorption chamber, and then the substrate on which the transition metal oxide porous layer is formed is subjected to This was done by soaking for about 18-24 hours.
그러나, 이러한 염료 흡착 방법은 염료감응 태양전지 제작 시 가장 긴 시간이 소요되는 공정으로 태양전지의 생산성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.However, such a dye adsorption method has a problem that decreases the productivity of the solar cell to the process that takes the longest time when manufacturing a dye-sensitized solar cell.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2010-0079379호(2010. 07. 08. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 염료 탱크에서 일정량의 염료를 실린더에 수용한 후 실린더의 염료를 가압하여 주입구로 배출시켜 피스톤부를 통해 태양전지 셀 또는 서브모듈에 염료를 주입하는 것에 대하여 개시하고 있을 뿐, 염료 용액 제조 및 염료 흡착 공정을 일체화하여 태양전지 제작과정의 생산성 저하 문제를 해결하고자 하는 기술에 대하여 개시하는 바가 없다.Related prior arts are Korean Patent Publication No. 10-2010-0079379 (2010. 07. 08. publication), the document is a dye tank in a certain amount of dye in the cylinder after pressing the dye in the cylinder to the injection port Disclosed is a technique for injecting a dye into a solar cell or submodule through a piston unit and discharging it. There is no bar.
본 발명의 일 목적은 염료 용액 제조 및 염료 흡착 공정을 일체화하되, 염료 용액의 제조가 용이하고, 염료 흡착 시간을 단축할 수 있고, 염료 용액 재사용으로 인해 원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to integrate the dye solution manufacturing and dye adsorption process, the dye solution is easy to manufacture the dye solution, the dye adsorption time can be shortened, cost reduction due to the dye solution reuse cost reduction effect To provide a manufacturing and dye adsorption apparatus.
또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치를 이용하여 공정 개선 및 효율 재현성을 확보할 수 있는 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a semiconductor electrode for dye-sensitized solar cells that can ensure process improvement and efficiency reproducibility using the dye solution preparation and dye adsorption apparatus according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치는, 피처리체를 입출하기 위한 개폐부를 구비하며, 염료 용액과 상기 염료 용액에 침지된 피처리체를 수용하는 염료 탱크; 상기 염료 용액 제조 시 초음파를 인가하는 초음파 장치; 제조된 염료 용액을 교반하는 교반기; 교반 중 염료 용액의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 초음파, 상기 염료 용액의 온도 및 교반시의 공정 조건을 제어하는 컨트롤러; 상기 염료 탱크에 가스 및 상기 염료 용액의 원료를 각각 주입하는 가스 주입관과 원료 주입관; 및 상기 염료 탱크로부터 흡착이 완료된 염료 용액을 배기하는 배기관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Dye solution production and dye adsorption apparatus according to the present invention for achieving the above object is provided with a opening and closing portion for entering and receiving the object, a dye tank for receiving the dye solution and the object to be immersed in the dye solution; An ultrasonic apparatus for applying ultrasonic waves when the dye solution is prepared; A stirrer for stirring the prepared dye solution; A temperature sensor for measuring the temperature of the dye solution during stirring; A controller for controlling the temperature of the ultrasonic wave, the dye solution, and process conditions during stirring; A gas injection tube and a raw material injection tube for respectively injecting a gas and a raw material of the dye solution into the dye tank; And an exhaust pipe exhausting the dye solution from which the adsorption is completed from the dye tank.
본 발명에 따른 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치와 그를 이용한 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법에 의해 아래와 같은 효과가 있다.The dye solution preparation and dye adsorption apparatus according to the present invention and the manufacturing method of the semiconductor electrode for dye-sensitized solar cells using the same have the following effects.
첫째, 염료 용액 제조 및 염료 흡착 공정의 일체화를 통해 공정을 개선할 수 있다.First, the process can be improved through the integration of the dye solution preparation and dye adsorption process.
둘째, 염료 용액 제조 시 초음파를 인가하여 유기 금속 염료의 용해성을 향상시킴으로써 염료 용액의 제조가 용이하다.Second, the dye solution is easily prepared by applying ultrasonic waves to improve the solubility of the organometallic dye.
셋째, 제조된 염료 용액에 교반 및 온도 제어를 통해 효율적인 염료 흡착을 위한 활성화 에너지를 제공함으로써 염료 흡착 시간을 단축시켜 염료감응 태양전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.Third, it is possible to improve the productivity of the dye-sensitized solar cell by shortening the dye adsorption time by providing activation energy for efficient dye adsorption through stirring and temperature control to the prepared dye solution.
넷째, 필터를 거친 염료 용액의 재사용으로 인한 생산 원가 절감이 가능하다.Fourth, it is possible to reduce the production cost by reusing the dye solution passed through the filter.
다섯째, 모듈 크기에 맞는 지그(jig) 도입이 가능하여 대면적의 염료감응태양전지 모듈 제작이 용이하다.Fifth, it is easy to manufacture a large-area dye-sensitized solar cell module can be introduced jig (jig) to fit the module size.
여섯째, 염료감응 태양전지의 효율 재현성을 확보할 수 있다.
Sixth, efficiency reproducibility of the dye-sensitized solar cell can be secured.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 제작용 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1을 이용한 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법을 도시한 순서도이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing a dye solution production and dye adsorption apparatus for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor electrode for dye-sensitized solar cell according to an embodiment using FIG. 1.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치에 관하여 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 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.
Hereinafter, a dye solution preparation and a dye adsorption apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 제작용 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a dye solution production and dye adsorption apparatus for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell; DSSC) 제작용 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)는 염료 용액(105) 및 피처리체(109)를 수용하는 염료 탱크(110)와, 염료 용액(105) 제조 시 초음파를 인가하는 초음파 장치(120)와, 제조된 염료 용액(105)을 교반하는 교반기(140)와, 교반 중 염료 용액(105)의 온도를 측정하는 온도 센서(130)와, 염료 탱크(110)로 가스를 주입하는 가스 주입관(150)과, 초음파, 염료 용액의 온도 및 교반시의 공정 조건을 제어하는 컨트롤러(160) 및 염료 탱크(110)로부터 흡착이 완료된 염료 용액을 배기하는 배기관(170)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the dye solution preparation and
이에 더하여, 염료 용액(105)의 원료를 주입하는 하나 이상의 원료 주입관(155) 및 피처리체(109)가 장착된 판 형태의 지그(jig, 107)를 염료 탱크(110)로 이송하기 위한 이송장치(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 배기관(170) 내부에 장착되며, 탈부착 가능한 필터(175)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
In addition, the transfer for transferring the jig (107) in the form of a plate on which one or more raw material injection tubes (155) for injecting the raw material of the dye solution (105) and the object to be processed (109) are mounted to the dye tank (110). It may comprise a device (not shown). In addition, it is mounted inside the
염료 탱크(110)는 염료감응 태양전지를 제조하기 위한 염료 용액(105)을 제조하여 저장하고, 지그(jig, 107)에 고정되어 염료 용액(105)에 침지된 피처리체(109)를 수용한다. 본 발명에 따르면 피처리체(109)는 다공질의 반도체 산화물층(예를 들어, TiO2)이 형성된 기판이다.The
염료 탱크(110)의 크기는 대면적의 염료감응 태양전지 모듈이 수평으로 장착 가능한 정도일 수 있으며, 예를 들어 30cm X 30cm일 수 있다.The size of the
염료 탱크(110)는 염료 흡착용 피처리체(109)의 입출을 위한 개폐부(112)를 구비할 수 있다. 개폐부(112)는 염료 탱크(110)의 상부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 개폐부(112)는 염료 탱크(110)의 벽체부(114)에 결합되어 덮개 형태로 구비될 수 있다. 이러한 염료 탱크(110)는 밀폐된 구조를 가진다.The
염료 탱크(110)로는 유기 용매와의 반응을 최소화하기 위하여 테프론(Teflon)이 코팅된 스테인리스강(stainless steel; SUS) 재질을 사용할 수 있다.The
염료 탱크(110)의 내부에는 염료 용액(105)이 채워지는 양의 확인을 통해 염료 용액(105)의 제조가 용이하도록 주 단위 5L의 눈금을 표시할 수 있다.Inside the
여기서, 염료 용액(105)은 태양광에 의해 여기 전자를 생성할 수 있는 염료가 용매에 분산 및 혼합된 것이다. 염료로는 유기 금속 염료를 사용할 수 있다. 염료를 분산시키는 용매로는 유기 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어 아세토나이트릴(acetonitrile), 디클로로메탄(dichloromethane), 알코올(alcohol)계 용매 등을 사용할 수 있다.Here, the
지그(107)는 판 형태의 부재에 홀을 만들어서 그 내부에 피처리체(109)를 고정할 수 있다. 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)는 염료감응 태양전지 모듈의 크기에 맞는 지그(107)의 도입을 가능하게 하여 대면적의 염료감응태양전지 모듈 제작을 용이하게 한다.The
초음파 장치(120)는 염료 탱크(110) 내에 구비되어, 염료 용액(105) 제조 시 초음파를 인가하여 유기 금속 염료의 유기 용매에 대한 용해성을 향상시키기 위한 구성요소이다. 이를 위해, 초음파 장치(120)는 10 내지 40kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 초음파 주파수가 10kHz 미만일 경우, 용해성이 충분치 못할 수 있다. 반면, 초음파 주파수가 40kHz를 초과하는 경우, 염료가 파괴될 가능성이 있다.The
온도 센서(130)는 염료 탱크(110) 내에 부착된 형태일 수 있으며, 염료 용액(105)의 온도를 측정한다. 온도 측정을 통해 흡착에 유리한 온도의 제어가 가능해진다.The
교반기(140)는 효율적인 염료 흡착을 위한 활성화 에너지를 제공하여 염료 흡착 공정 중에 염료 입자들이 피처리체(109)에 잘 흡착될 수 있도록 한다.The
예를 들어, 교반기(140)로는 프로펠러(propeller)형 또는 스탠드형의 교반기를 사용할 수 있다. 교반기(140)는 개폐부(112), 즉, 염료 탱크(110)의 덮개,에 고정되는 형태로 구비될 수 있다.For example, the
가스 주입관(150)은 염료 탱크(110) 내로 염료 탱크(110) 내 수분 및 산소를 차단하기 위한 질소를 주입한다. 배기관(170)은 흡착이 완료된 염료 용액(105)의 폐기를 위한 구성요소이다. 배기관(170) 내부에 장착되는 탈부착 가능한 필터(175)는 염료 용액(105)에서 100nm 크기의 입자 및 이물질을 제거한다. 필터(175)를 거친 염료 용액(105)은 재사용이 가능하다.The
컨트롤러(160)는 초음파, 염료 용액(105)의 온도, 교반 등의 공정 조건을 제어하기 위한 것으로 아날로그 또는 디지털 제어가 가능하다. The
컨트롤러(160)는 모니터링을 위한 디스플레이를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 디스플레이와 제어기가 일체화된 터치 스크린 형태일 수도 있다.The
컨트롤러(160)는 효율적인 염료 흡착을 위한 활성화 에너지를 제공하여 유기 금속 염료의 흡착 조건을 최적화 할 수 있도록 온도 센서(130)를 통해 염료 용액(105)의 온도를 0 내지 80℃로 제어할 수 있다. 이때, 염료 용액(105)의 온도가 0℃ 미만일 경우, 염료 흡착을 위한 활성화 에너지를 제공할 수 없다. 반면, 염료 용액(105)의 온도가 80℃를 초과하는 경우, 용매가 휘발되어 용액 안정성이 저하될 수 있다.The
염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)는 컨트롤러(160)를 통해 염료의 흡착 시간을 설정할 수 있으며, 설정 시간이 지난 후에는 교반 및 온도 센서(130)를 자동으로 오프(off)할 수 있다. 예를 들어, 염료의 흡착 시간은 타이머를 이용하여 99시 59분으로 설정할 수 있다.The dye solution preparation and
이러한 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)는 염료 용액(105) 제조 및 염료 흡착 공정을 동일한 염료 탱크(110) 내에서 진행할 수 있다.
The dye solution preparation and
도 2는 도 1을 이용한 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법을 도시한 순서도이다. 이하에서는 도 1에 도시된 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)를 이용하여 반도체 전극을 제조하는 과정을 설명하면서 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)의 작동 원리에 대해서도 함께 설명하기로 한다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor electrode for dye-sensitized solar cell according to an embodiment using FIG. 1. In the following Figure 1 While describing the process of manufacturing the semiconductor electrode using the dye solution manufacturing and
도 1 및 도 2를 참조하면, 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)의 염료 탱크(110)에서 염료 용액(105)을 제조한다(S10).1 and 2, the
우선, 염료 탱크(110) 내로 염료 및 용매를 투입한다. 이때, 용매 공급 장치(미도시)를 이용하여 원료 주입관(155)을 통해 염료 탱크(110) 내로 용매를 투입하고, 염료 공급 장치(미도시)를 이용하여 원료 주입관(155)을 통해 염료 탱크(110) 내로 염료를 투입할 수 있다.First, a dye and a solvent are introduced into the
염료로는 유기 금속 염료를 사용할 수 있다. 염료를 분산시키는 용매로는 유기 용매를 사용할 수 있으며, 예를 들어 아세토나이트릴(acetonitrile), 디클로로메탄(dichloromethane), 알코올(alcohol)계 용매 등을 사용할 수 있다.As the dye, an organometallic dye may be used. As a solvent for dispersing the dye, an organic solvent may be used. For example, acetonitrile, dichloromethane, an alcohol solvent, or the like may be used.
이후, 염료 탱크(110) 내에 구비된 초음파 장치(120)를 구동시켜 10 내지 40kHz 주파수의 초음파를 인가하여 염료 용액(105)을 제조한다. 이 경우, 유기 금속 염료의 유기 용매에 대한 용해성을 향상시킬 수 있기 때문에 염료 용액(105)의 제조가 용이해진다.Thereafter, the
상기에서는 하나의 원료 주입관(155)을 통해 염료와 용매를 공급하였으나, 이와는 다르게 하나 이상의 원료 주입관(155)을 구비하여 염료와 용매가 공급되는 주입관을 서로 달리하여 구성할 수도 있다.In the above, the dye and the solvent are supplied through one raw
염료와 용매를 투입할 때에는 염료 탱크(110) 내부에 표시된 주 단위(5L) 눈금을 확인하여 원하는 목표량을 손쉽게 조절할 수 있다.
When the dye and the solvent are added, it is possible to easily adjust the desired target amount by checking the main unit (5L) scale displayed inside the
그리고 나서, 염료 탱크(110)의 개폐부(112)에 고정된 프로펠러형 또는 스탠드형 등의 교반기(140)를 구동시켜 염료 용액(105)을 교반시킨다.Then, the
교반이 수행되는 동안에는 염료 탱크(110) 내에 구비된 온도 센서(130)를 사용하여 염료 용액(105)의 온도를 측정하고, 컨트롤러(160)에 의해 유기 금속 염료의 흡착 조건을 최적화하기 위하여 염료 용액(105)의 온도를 0 내지 80℃로 제어할 수 있다.While stirring is performed, the temperature of the
이때, 교반기(140)를 이용한 교반 및 교반 중의 온도 제어에 의해 염료 용액(105)에 효율적인 염료 흡착을 위한 활성화 에너지를 제공할 수 있다.At this time, the activation energy for efficient dye adsorption may be provided to the
초음파, 염료 용액의 온도, 교반 시의 공정 조건은 컨트롤러(160)를 통해 제어가 가능하다.
The ultrasonic wave, the temperature of the dye solution, and the process conditions at the time of stirring can be controlled by the
이후, 반도체 산화물층(예를 들어, TiO2)이 형성된 기판이 장착된 지그(107)를 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)의 이송장치(미도시)를 사용하여 개폐부(112)를 통해 염료 탱크(110) 내부로 이송한다(S20). 이때, 피처리체(109)가 지그(107)에 장착되어 염료 용액(105)에 침지된다.Subsequently, the
여기서, 반도체 산화물층이 형성된 기판은 도 1의 피처리체(109)와 동일하므로 이하에서는 피처리체(109)로 지칭하여 후술하기로 한다.Here, since the substrate on which the semiconductor oxide layer is formed is the same as the
피처리체(109)는 통상의 공지된 물질 및 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 기판은 유리, 고분자 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반도체 산화물층은 전이 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물들 중에서 1종 이상의 산화물 반도체 입자들로 형성될 수 있으며, 바람직하게 광 효율 향상을 위하여 아나타제형의 이산화티탄(TiO2)으로 형성될 수 있다.The
예를 들어, 반도체 산화물층은 기판 상에 평균 입경 5 내지 30nm의 나노입자를 가지는 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 산화물 반도체 입자 페이스트(paste)를 스크린 인쇄(screen printing)법, 닥터 블레이딩(doctor blading)법, 스프레이 코팅(spray coating)법 등을 사용하여 약 100 내지 200㎛의 두께로 도포한 후, 약 100 내지 500℃의 온도로 20 내지 60분 동안 열처리하여 약 10 내지 30㎛의 두께로 형성할 수 있다.For example, the semiconductor oxide layer may be formed by screen printing, doctor blading of an oxide semiconductor particle paste including titanium dioxide (TiO 2 ) having nanoparticles having an average particle diameter of 5 to 30 nm on a substrate. It is applied to a thickness of about 100 to 200㎛ using a doctor blading method, spray coating method and the like, and then heat treated for 20 to 60 minutes at a temperature of about 100 to 500 ℃ thickness of about 10 to 30㎛ It can be formed as.
기판은 반도체 산화물층과 접촉하는 면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine doped Tin Oxide) 등의 투명 전도성 물질을 스크린 인쇄법, 닥터 블레이딩법, 스프레이 코팅법 등을 사용하여 코팅한 투명 전극을 포함할 수 있다.The substrate is a transparent electrode coated with a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) or FTO (Fluorine doped Tin Oxide) on the surface in contact with the semiconductor oxide layer by screen printing, doctor blading, spray coating, etc. It may include.
피처리체(109)를 염료 탱크(110) 내부로 이송한 후에는 염료 탱크(110) 내의 수분 및 산소를 차단하기 위하여 가스 공급 장치(미도시)를 이용하여 가스 주입관(150)을 통해 염료 탱크(110) 내로 질소를 주입할 수 있다.
After the
그런 다음, 염료 탱크(110)에서 염료 용액(105)에 침지된 피처리체(109)에 염료를 흡착시킨다(S30).Then, the dye is adsorbed to the
이로써, 피처리체(109), 즉, 반도체 산화물층의 표면에 염료가 흡착되어 염료감응 태양전지용 반도체 전극이 완성될 수 있다.As a result, a dye is adsorbed on the surface of the
염료 흡착 공정 중에 염료 용액(105)은 교반 공정과 교반 중 염료 용액(105)의 온도 제어를 통해 제공된 활성화 에너지를 내포하고 있기 때문에 피처리체(109)에 염료를 흡착하는 시간을 약 4 내지 5시간으로 효과적으로 단축시킬 수 있다.Since the
염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)는 컨트롤러(160)를 통해 염료의 흡착 시간을, 예를 들어, 99시 59분으로, 설정할 수 있고, 설정 시간이 지난 후에는 교반 및 온도 센서(130)를 자동으로 오프(off)할 수 있다.
The dye solution preparation and
흡착이 완료된 염료 용액(105)은 배기관(170)을 통해 폐기할 수 있다. 그러나, 배기관(170)의 내부에 필터(175)를 장착하면, 필터(175)를 통해 염료 용액(105)에서 100nm 크기의 입자 및 이물질을 제거할 수 있기 때문에 필터(175)를 거친 염료 용액(105)의 재사용이 가능하다. 이에 따라, 염료 용액(105)의 재사용으로 인한 생산 원가 절감이 가능하다.
The
이렇듯, 본 발명에 따른 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치(100)는 염료 탱크(110)에서 염료 용액(105) 제조 시 내부에 구비된 초음파 장치(120)를 이용한 초음파 인가를 통해 유기 금속 염료의 유기 용매에 대한 용해성을 향상시키므로 염료 용액(105)의 제조가 용이하다.As such, the dye solution preparation and
그리고, 제조된 염료 용액(105)을 교반하고, 목표 온도로 제어하여 효율적인 염료 흡착을 위한 활성화 에너지를 제공함으로써 염료 흡착 시간을 단축시켜 염료감응 태양전지의 생산성을 향상시킬 수 있다. 염료 용액 제조 및 염료 흡착 공정이 동일한 염료 탱크(110)에서 실시되므로 공정 개선도 가능하다.In addition, the
또한, 염료 용액(105)의 양을 정량화하여 염료 흡착 공정을 실시할 수 있으므로 염료감응 태양전지의 효율 재현성을 확보할 수 있다.
In addition, since the dye adsorption process can be performed by quantifying the amount of the
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.
100 : 염료 흡착 장치 105 : 염료 용액
107 : 지그 109 : 피처리체
110 : 염료 탱크 112 : 개폐부
114 : 벽체부 120 : 초음파 장치
130 : 온도 센서 140 : 교반기
150 : 가스 주입관 155 : 원료 주입관
160 : 컨트롤러 170 : 배기관
175 : 필터100: dye adsorption device 105: dye solution
107: jig 109: the object to be processed
110: dye tank 112: opening and closing part
114: wall portion 120: ultrasonic device
130: temperature sensor 140: agitator
150: gas injection pipe 155: raw material injection pipe
160: controller 170: exhaust pipe
175 filter
Claims (10)
상기 염료 용액 제조 시 초음파를 인가하는 초음파 장치;
제조된 염료 용액을 교반하는 교반기;
교반 중 염료 용액의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 초음파, 상기 염료 용액의 온도 및 교반시의 공정 조건을 제어하는 컨트롤러;
상기 염료 탱크에 가스 및 상기 염료 용액의 원료를 각각 주입하는 가스 주입관과 원료 주입관;
상기 염료 탱크로부터 흡착이 완료된 염료 용액을 배기하는 배기관; 및
상기 배기관의 내부에 장착되며, 탈부착 가능한 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
A dye tank having an opening / closing part for inputting and receiving a target object, and containing a dye solution and a target object immersed in the dye solution;
An ultrasonic apparatus for applying ultrasonic waves when the dye solution is prepared;
A stirrer for stirring the prepared dye solution;
A temperature sensor for measuring the temperature of the dye solution during stirring;
A controller for controlling the temperature of the ultrasonic wave, the dye solution, and process conditions during stirring;
A gas injection tube and a raw material injection tube for respectively injecting a gas and a raw material of the dye solution into the dye tank;
An exhaust pipe for exhausting the dye solution from which the adsorption is completed from the dye tank; And
Dye solution manufacturing and dye adsorption apparatus comprising a; is mounted inside the exhaust pipe, detachable filter.
상기 컨트롤러는
상기 염료 용액의 온도를 0 내지 80℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
The controller
Dye solution production and dye adsorption device, characterized in that for controlling the temperature of the dye solution to 0 to 80 ℃.
상기 초음파 장치는
10 내지 40kHz의 주파수를 사용하는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
The ultrasonic device is
Dye solution preparation and dye adsorption device, characterized in that using a frequency of 10 to 40kHz.
상기 컨트롤러는
디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
The controller
Dye solution preparation and dye adsorption device further comprising a display.
상기 컨트롤러는
상기 염료의 흡착 시간을 설정하되, 설정 시간이 지난 후에는 교반 및 온도 센서를 자동으로 오프하는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
The controller
A dye solution preparation and dye adsorption device, characterized in that for setting the adsorption time of the dye, after the set time has passed the stirring and temperature sensor automatically.
상기 피처리체를 지그에 고정하여 이송 장치에 의해 상기 염료 용액에 침지시키는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
A dye solution production and dye adsorption device, characterized in that the target object is fixed to a jig and immersed in the dye solution by a transfer device.
상기 염료 탱크의 내부에는 주 단위 5L의 눈금이 표시되는 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
Inside the dye tank Dye solution preparation and dye adsorption apparatus, characterized in that the scale of 5L per week is displayed.
상기 염료 탱크는
테프론이 코팅된 스테인리스강 재질인 것을 특징으로 하는 염료 용액 제조 및 염료 흡착 장치.
The method of claim 1,
The dye tank
Teflon Coated Dye solution production and dye adsorption device, characterized in that the stainless steel material.
염료 탱크에서 염료 및 용매를 투입하여 염료 용액을 제조하는 단계;
반도체 산화물층이 형성된 기판을 염료 탱크로 이송하는 단계; 및
상기 염료 탱크에서 상기 반도체 산화물층의 표면에 염료를 흡착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 반도체 전극의 제조방법.In the dye solution manufacture of any one of Claims 1-4, 6-9, and the manufacturing method of the semiconductor electrode for dye-sensitized solar cells using the dye adsorption apparatus,
Preparing a dye solution by adding a dye and a solvent in a dye tank;
Transferring the substrate on which the semiconductor oxide layer is formed to a dye tank; And
Adsorbing a dye on a surface of the semiconductor oxide layer in the dye tank; a manufacturing method of a semiconductor electrode for a dye-sensitized solar cell comprising a.
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