KR101347478B1 - 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 제1 전도층이 형성된 제1 기판 위에 다공성 나노입자 산화물을 도포하여 산화티타늄층을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 기판을 염료흡착조로 유입하는 제2 단계; 상기 염료흡착조 내부로 염료분자 용액이 유입되어, 40~80℃의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 상기 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착시키는 제3 단계; 상기 제1 기판과 제2 전도층 및 백금층을 포함하는 제2 기판을 결합시키는 제4 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전해질을 제공하는 제5 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 개시한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 제1 전도층이 형성된 제1 기판 위에 다공성 나노입자 산화물을 도포하여 산화티타늄층을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 기판을 염료흡착조로 유입하는 제2 단계; 상기 염료흡착조 내부로 염료분자 용액이 유입되어, 40~80℃의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 상기 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착시키는 제3 단계; 상기 제1 기판과 제2 전도층 및 백금층을 포함하는 제2 기판을 결합시키는 제4 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전해질을 제공하는 제5 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
화석연료의 고갈 및 가격급등, 지구 기후의 급격한 변화는 지속가능한 에너지 획득기술을 요구하고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 무한청정 및 안정성으로 인하여 가장 주목을 받고 있다.
종래에 실리콘형 태양전지가 폭넓게 연구되어 산업적으로 활용되고 있으나, 단가가 비싸 경제성이 낮은 점이 문제로 되고 있다. 근래에는 실리콘 태양전지에 버금가는 에너지 변환효율을 가지면서 생산원가가 저렴한 차세대 태양전지로 염료감응 태양전지(DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell)가 활발하게 연구되고 있다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 DSSC는, 투명 전도성 기판위에 감광성 염료분자가 흡착된 다공성 나노입자 산화물이 코팅된 반도체 전극("투명전극"이라 함), 투명 전도성 기판위에 백금 혹은 탄소가 코팅된 반대편 전극("대향전극"이라 함), 그리고 그 사이에 채워진 전해질층으로 구성되어 있다. 염료분자는 태양광을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성하는 역할을 수행한다.
상기한 투명전극은 빛을 흡수하여 염료 쪽으로 전달하는 투명전도성기판(TCO)과, 반도체 입자인 티타늄 산화물(TiO2)과, 염료로 이루어진다.
상기한 투명전도성기판(TCO)으로는 흔히 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine doped Tin Oxide)가 코팅되어 있는 투명유리가 사용된다.
상기한 투명전도성기판(TCO)의 위에 나노입자 티타늄 산화물(TiO2)층을 형성하고 염료 용액에 일정 기간 담가 놓아, 염료가 나노 입자 티타늄 산화물(TiO2)층의 표면에 흡착되게 한다.
상기한 염료는 Ru계 유기금속 화합물, 유기화합물, 양자점 무기화합물 등이 있으며, 현재까지 알려진 염료 중에서는 Ru계 유기금속 화합물이 가장 우수한 것으로 보고되고 있다. 이는 Ru계 염료의 경우 단일항 들뜬상태(singlet excited state, S*)와 삼중항 들뜬상태(triplet excited state, T*)로부터 반도체 전도대로 전자를 주입할 수 있어 높은 효율을 이룰 수 있기 때문이다.
상기한 상대전극(CE)으로는 투명전극과 같은 ITO, FTO가 코팅되어 있는 투명 유리 전극을 사용하며, 백금(Pt)을 코팅하여 사용한다.
상기한 전해질은 I-/I3 -와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, I3 - 이온은 I2를 용매에 녹여 생성시킨다. I- 이온의 source로는 LiI, NaI, 알칼암모니움 요오드 또는 이미다졸리움 요오드 등이 사용되며, 전해질의 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. I-는 염료분자에 전자를 제공하는 역할을 하고, 산화된 I3 -는 상대전극에 도달한 전자를 받아 다시 I-로 환원된다. 액체형 전해질은 산화-환원 이온 종이 빠르게 변환하기 때문에 높은 에너지변환 효율이 가능하다.
한편, 상기와 같이 구성된 종래 DSSC는 개략적으로 투명전극 제작 - 대향전극 제작 - 투명전극과 대향전극을 소정 간격이 유지되도록 적층하여 봉착 - 두 전극 사이의 공간에 전해질층 충진 - 밀봉의 과정을 거쳐 제작된다. 물론 통전을 위한 회로는 셀의 구조 및 특성에 따라 적절하게 설계된다.
이때, 투명전극은 먼저 투명 전도성 기판 위에 다공성 나노입자 산화물(예컨대 TiO2)을 코팅하고, 이어서 그 투명전극 기판을 적절한 농도의 감광성 염료분자가 용해된 염료용액에 담가 정치한 다음, 투명전극 기판을 염료용액에서 꺼내 세척하고 건조하여 형성된다.
여기서, 염료분자의 흡착이라는 측면에서 보면, 전술한 바와 같은 종래기술에는 투명전극 기판을 염료용액에 담가 정치했다가 별도의 장비들을 이용하여 세척/건조하여야 하므로 제작과정이 복잡하고 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술은 단순히 기판을 염료용액에 담가 정치하는 방식으로 염료분자를 흡착시키는 것이므로, 충분한 염료분자의 흡착을 위해 장시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 단위시간당 염료분자 흡착효율이 우수한 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 염료분자의 낭비가 없으며, 공정이 간단하고, 흡착된 염료분자가 안정적으로 보존 및 유지될 수 있는 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 염료감응형 태양전지의 제조방법은 제1 전도층이 형성된 제1 기판 위에 다공성 나노입자 산화물을 도포하여 산화티타늄층을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 기판을 염료흡착조로 유입하는 제2 단계; 상기 염료흡착조 내부로 염료분자 용액이 유입되어, 40~80℃의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 상기 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착시키는 제3 단계; 상기 제1 기판과 제2 전도층 및 백금층을 포함하는 제2 기판을 결합시키는 제4 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전해질을 제공하는 제5 단계를 포함할 수 있다.
상기 제3 단계와 상기 제4 단계 사이에는, 상기 염료흡착조부터 이와 하나의 공정 챔버 내부에 설치된 세정조 내부에 이송된 제1 기판에 초음파를 발생시킴과 동시에 상기 제1 기판 상에 세정용액을 흐르게 하여 흡착되지 않은 염료분자를 세정하는 세정공정; 및 상기 세정조로부터 이와 하나의 공정 챔버 내부에 설치된 건조 작업조 내부에 이송된 제1 기판에 건조열풍을 발생시켜 상기 세정용액을 건조하는 건조공정을 더 포함할 수 있다.
상기 초음파는 28 내지 40Hz로 발생된다.
상기 제3 단계에서 상기 염료분자 용액을 순화시킨다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조장치는 상술한 염료감응형 태양전지의 제조방법을 실행하기 위한 제조장치로서, 산화티타늄층이 형성된 제1 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지에 형성되어 상기 제1 기판을 가열하는 핫 플레이트와, 내부 바닥에 설치되어 염료분자용액에 와류를 발생시키는 교반장치를 포함하고, 그 내벽에 테플론 코팅층이 형성된 염료흡착조; 상기 염료흡착조 내부로 공급되는 염료분자용액을 저장하고, 그 내부에 설치된 상기 염료분자용액을 교반하는 교반장치와 내벽에 형성된 테플론 코팅층을 포함하는 염료저장조; 및 상기 염료저장조와 상기 염료흡착조 사이에 설치되어 상기 염료분자용액을 이송관을 통하여 상기 염료흡착조로 공급하는 모터및펌프;를 포함할 수 있다.
상기 염료흡착조에 연결되어 이송수단을 통하여 이송된 제1 기판을 외부로부터 공급된 세정용액으로 세정하되, 그 내부에 설치된 초음파 발생장치를 통하여 상기 제1 기판을 초음파를 가하는 세정조; 및 상기 세정조에 연결되어 이송수단을 통하여 이송된 제1 기판을 그 내부에 설치된 에어 블로우 장치를 통하여 건조시키는 건조작업조를 더 포함할 수 있다.
상기 염료저장조, 상기 세정조 및 건조작업조는 하나의 공정장비 내에 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치는 연료분자의 흡착시 소정의 온도와 와류조건을 통하여 단위시간당 염료분자 흡착효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 염료분자 흡착공정과 세척 및 건조공정이 동일 장비에서 연속해서 이루어지게 되므로, 공정단순화와 제조시간이 단축될 수 있다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 및 3b는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에서 염료흡착조 내부의 온도와 흡착시간과의 관계를 나타내는 표이다.
도 4a 및 4b는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에서 염료흡착조 내부의 온도 및 와류정도와 흡착시간과의 관계를 나타내는 표이다.
도 5는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에 의한 염료흡착효율을 나타내는 파장별 외부양자효율 그래프이다.
도 6은 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법을 실행하기 위한 염료감응 태양전지의 제조장치를 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 7a 및 7b는 도 6의 염료감응 태양전지의 제조장치를 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 및 3b는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에서 염료흡착조 내부의 온도와 흡착시간과의 관계를 나타내는 표이다.
도 4a 및 4b는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에서 염료흡착조 내부의 온도 및 와류정도와 흡착시간과의 관계를 나타내는 표이다.
도 5는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에 의한 염료흡착효율을 나타내는 파장별 외부양자효율 그래프이다.
도 6은 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법을 실행하기 위한 염료감응 태양전지의 제조장치를 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 7a 및 7b는 도 6의 염료감응 태양전지의 제조장치를 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 3a 및 3b는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에서 염료흡착조 내부의 온도와 흡착시간과의 관계를 나타내는 표이며, 도 4a 및 4b는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에서 염료흡착조 내부의 온도 및 와류정도와 흡착시간과의 관계를 나타내는 표이고, 도 5는 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법에 의한 염료흡착효율을 나타내는 파장별 외부양자효율 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은, 제1 전도층이 형성된 제1 기판 위에 다공성 나노입자 산화물을 도포하여 산화티타늄층을 형성하는 제1 단계(S100), 상기 제1 기판을 염료흡착조로 유입하는 제2 단계(S200), 상기 염료흡착조 내부로 염료분자 용액이 유입되어, 40~80?의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 상기 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착시키는 제3 단계(S300), 상기 제1 기판과 제2 전도층 및 백금층을 포함하는 제2 기판을 결합시키는 제4 단계(S400), 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전해질을 제공하는 제5 단계(S500)를 포함한다.
상기 제1 단계(S100)는 제1 전도층이 형성된 제1 기판 위에 다공성 나노입자 산화물을 도포하여 산화티타늄(TiO2)층, 즉 투명전극을 형성하는 단계이다. 구체적으로, 상기 제1 단계(S100)는 산화티타늄 슬러리를 제1 전도층 위에 도포하여 산화티타늄층을 형성한다. 이때, 도포방법으로는 닥터 블레이드법, 스크린 인쇄법, 스프레이 도포법 등이 사용될 수 있다. 상기 제1 전도층은 제1 기판 위에 형성되며, 투명한 전도성 물질, 예를 들어, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 불소가 도핑된 주석 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 상기 산화티타늄층은 상기 제1 전도층 위에 형성되며, 산화티타늄층은 전자 이동을 용이하게 하기 위하여 인듐 주석 산화물 등으로 이루어진 도전성 미립자를 더 포함할 수 있으며, 광로를 연장시켜 효율을 향상시키기 위하여 광산란자를 더 포함할 수도 있다.
상기 제2 단계(S200)는 제1 기판을 염료흡착조로 유입하는 단계이다. 즉, 상기 산화티타늄층에 염료분자를 흡착하는 공정을 수행하기 위하여, 상기 제1 전도층 위에 산화티타늄층이 형성된 제1 기판을 염료흡착조의 내부에 구비된 스테이지에 위치되도록 유입한다.
상기 제3 단계(S300)는 염료흡착조 내부로 염료분자 용액(예를 들면, Ru계 염료인 N719(Solaronix Co. Ltd.))이 유입되어, 40~80℃의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 상기 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착시키는 단계이다. 상기 염료흡착조의 내부에는 스테이지 위에 핫 플레이트(Hot plate)가 설치되어 핫 플레이트 위에 위치되는 제1 기판의 산화티타늄층이 40~80℃의 온도 상태에서, 염료흡착조 내부로 유입되는 염료분자 용액이 염료흡착조 내부에 설치된 와류발생기를 통하여 200 내지 800rpm의 와류조건으로 흐르면서 산화티타늄층 위에 흡착된다. 일반적으로, 염료분자 용액에 산화티타늄층을 침지하여 산화티타늄층에 염료분자를 흡착하는 공정시에는, 대략 24시간 정도 산화티타늄층을 염료뷴자 용액에 침지하여야 원하는 염료분자 흡착효율을 달성할 수 있게 된다. 그러나, 상기 산화티타늄층을 염료분자 용액에 침지시에 온도를 상대적으로 높은 40℃ 또는 60℃로 유지하게 되면, 도 3a 및 3b에서와 같이, 상대적으로 작은 시간으로 유사한 염료분자 흡착효율을 달성할 수 있게 된다. 본 발명에서는, 이에 더하여 염료흡착조 내부에 와류발생기를 설치하여, 염료흡착조 내부에 염료저장조로부터 유입되는 염료분자용액을 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 소정의 와류조건(예를 들면, 200rpm)하에서 와류시켜, 상대적으로 더 작은 시간으로 보다 높은 염료분자 흡착효율을 달성할 수 있게 한다. 이때, 상기 염료흡착조 내부의 산화티타늄층이 염료분자 용액에 침지시 온도가 상대적으로 높은 40℃ 또는 60℃로 유지되도록 핫 플레이트가 가열되는 상태이다.
또한, 도 5에서와 같이, 본 염료감응 태양전지의 제조방법에 의한 염료흡착효율을 나타내는 파장(Wave length)별 외부양자효율(EQE; external quantum efficiency) 그래프로서, REF를 기준으로 얼만큼 그 색에 가까워 지는지(즉, 염료흡착이 잘되는지)를 파악하기 위하여, 이를 간접적으로 알 수 있는 색상 판독 리포트(COLOR READING REPORT) CCM 데이터를 살펴보기로 한다. 이때, L(light), a(red), b(yellow)를 나타내는 색이고, a가 높아지면 레드이고 낮으면 녹색, b가 높으면 노랑이고 낮으면 파란색으로 나타내기로 한다. 위 실험값은 IPCE(Incident-Photon-to-electron Conversion Effieciency) 값으로 조사된 광 플럭스(photon flux) 대비 광전류로서 계산된다. 즉, 염료 흡착이 증가하게 되면 받아 들이는 빛의 양도 증가하게 되며, 그 결과 IPCE 값이 증가하게 된다. 또한, 파장은 250-850nm까지의 범위로 측정 (DSSC의 일반적인 측정범위)하였는 바, 이때 REF의 경우 520nm 파장에서 40.49%의 변환률을 나타내고, 40℃ 및 3시간 조건에서는 39.51%, 60℃ 및 3시간에서는 38.47%를 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 그러나, 와류가 가해졌을 때, 40℃ 및 3시간 200rpm에서는 42%의 변환율을 가지고, 60℃ 3시간 200rpm에서는 39 내지 42%의 변환율을 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 결과적으로 온도와 와류가 가해지게 되면 일반적으로 산화티타늄층이 형성된 제1 기판이 침지되는 24시간 보다 흡착량과 흡착시간이 빠르게 증가하는 것을 알 수 있다. 실제로 REF를 대비하여 밝기와 레드값 만을 가지고 비교하였을 때, 40℃ 및 3시간 200rpm 조건에서 가장 높은 수치를 나타낸 것으로 보아, 온도와 와류를 가하면 좀더 흡착량과 흡착속도가 증가하는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.
따라서, 도 3a 내지 4b의 표와 도 5의 그래프에서 알 수 있듯이, 염료흡착조 내부를 40~80℃의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 제1 기판에 형성된 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착하는 공정을 수행하게 되면, 온도만을 가하는 환경에 비하여 와류로 인하여 상대적으로 염료흡착효율(Efficiency)이 향상되고, 나아가 태양전지의 필 팩터(Fill Factor)가 향상될 수 있다. 또한, 이러한 공정을 통하여 일반적인 태양전지 셀 제작 중 염료흡착량의 시간을 현저하게 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제3 단계(S300)를 거친 후, 염료분자가 흡착된 산화티타늄층을 가지는 제1 기판은 세정 및 건조공정(S310, S320)을 거치게 된다. 즉, 본 발명에서는 상기 염료흡착조부터 이와 하나의 공정 챔버 내부에 설치된 세정조 내부에 이송된 제1 기판에 초음파를 발생시킴과 동시에 제1 기판 상에 세정용액을 흐르게 하여 흡착되지 않은 염료분자를 세정하는 세정공정(S310)을 거치게 된다. 이때, 상기 초음파는 28 내지 40Hz로 발생되는 초음파발생기를 통하여 공급된다. 또한, 본 발명에서는 상기와 같은 세정공정(S310)을 거친 후에, 상기 세정조로부터 이와 하나의 공정 챔버 내부에 설치된 건조 작업조 내부에 이송된 제1 기판에 건조열풍을 발생시켜 상기 세정용액을 건조하는 건조공정(S320)을 거치게 된다. 이때, 상기 건조열풍은 건조 작업조 내부에 설치된 열풍 발생기로부터 제1 기판을 향하여 발생되게 된다.
상기 제4 단계(S400)는 제1 단계(S100) 내지 제3 단계(S300)와 세정 및 건조공정(S310, S320)을 거친 제1 기판과 제2 전도층 및 백금층을 포함하는 제2 기판을 결합시키는 단계이다. 보다 구체적으로는, 상기 제4 단계(S400)는 제2 기판에 설계된 태양전지 패턴에 따라 봉착제를 테이핑하거나 도포한 후에 제1 기판을 대칭되게 적층하고, 열처리, UV조사 또는 레이저조사 등으로 양 기판을 봉착하는 단계이다.
상기 제5 단계(S500)는 제1 기판과 제2 기판 사이의 공간에 전해질을 제공하게 된다. 그런 다음, 제1 기판, 제2 기판, 두 기판 사이에 충진된 전해질을 함께 밀봉하여 본 염료감응형 태양전지를 완성하게 된다.
이와 같은 봉착, 전해질 주입 및 밀봉의 단계는 종래의 기술이 그대로 적용될 수 있다.
상기와 같은 공정을 거치는 본 발명에 의하면, 연료분자의 흡착시 소정의 온도와 와류조건을 통하여 단위시간당 염료분자 흡착효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 도 2의 염료감응 태양전지의 제조방법을 실행하기 위한 염료감응 태양전지의 제조장치를 간략하게 나타내는 블록도이고, 도 7a 및 7b는 도 6의 염료감응 태양전지의 제조장치를 나타내는 사시도 및 분해 사시도이다.
도 6 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조장치는, 염료흡착조(110), 염료저장조(120), 모터및펌프(160, 170), 세정조(130) 및 건조작업조(150)를 포함하고, 이들 구성이 하나의 공정장비(100) 내에 일체로 형성되어 있다.
상기 염료흡착조(110)는 그 내부에는 산화티타늄층이 형성된 제1 기판(117)이 안착되는 스테이지(116)와, 스테이지(116)에 형성되어 상기 제1 기판(117)을 가열하는 핫 플레이트(111a)가 형성되어 있다. 상기 핫 플레이트(111a)를 사용하여 염료흡착조(110) 내부의 온도 유지와 전력 사용 등을 조절할 수 있다. 상기 제1 기판(117)은 지그 장치(미도시)를 통하여 염료흡착조(110) 내부로 이송되어 스테이지(116) 상에 로딩된다. 또한, 상기 염료흡착조(110) 내부 바닥에는 염료분자 용액의 와류 발생을 위하여 교반장치(stirring device)(111)가 설치되어 있다. 또한, 상기 염료흡착조(110) 내벽에는 테플론 코팅층(Teflon coating layer, 미도시)이 형성되어 내벽을 불순물 및 용액산화로부터 보호하고, 그 내부에는 최대 300*300mm2의 크기를 가지는 기판이 로딩될 수 있도록 설계되어 있다.
상기 염료저장조(120)는 염료흡착조 내부로 공급되는 염료분자용액을 저장하는 염료용액 탱크로서, 그 내부에 염료분자용액을 교반하는 교반장치(121)가 설치되어 있다. 상기 교반장치(121)는 염료분자 용액의 균일도와 침전을 방지하기 위하여 설치되어 있는 것으로, 이를 통하여 염료분자 용액은 포화상태로 항상 교반 상태를 유지할 수 있게 된다. 또한 상기 염료저장조(120)에는 그 내벽에 염료분자 용액으로부터의 산화를 방지하기 위하여 테플론 코팅층(미도시)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 염료흡착조(110)에 지그 장치를 통하여 제1 기판(117)이 안착되면, 상기 염료흡착조(110)와 염료 저장조(120) 사이에 설치된 순환모터(160)와 STS펌프(170)를 구비하는 모터및펌프(160, 170)를 통하여 염료저장조(120)로부터 염료흡착조로 염료분자 용액이 유입되게 된다.
상기 세정조(130)는 염료흡착조(100)에 연결되어 상기 지그장치를 통하여 이송된 제1 기판(117)을 외부로부터 공급된 세정용액으로 세정하는 장치이다. 이때, 상기 세정조(130) 내부에는 세정액인 에탄올이 미리 채워져 있다. 또한, 상기 세정조(130) 내부에는 초음파 발생장치(131)가 설치되어 제1 기판(117)을 향하여 초음파를 가하게 된다. 그렇게 되면, 상기 초음파가 가해진 제1 기판(117)의 염료잔해물 또는 불순물이 제거된다. 한편, 상기 세정조(130)는 PVC 또는 SUS로 이루어질 수 있다.
상기 건조작업조(150)는 세정조(130)에 연결되어 상기 지그장치를 통하여 이송된 제1 기판(117)을 그 내부에 설치된 에어블로우 장치(Air blow device, 152))를 통하여 건조시키는 장치이다. 이를 위하여 상기 건조작업조(150)에는 별도의 작업대(101)와 에어블로우 장치(152)를 구비하고 있다.
한편, 도 6 내지 7b에 도시된 도면부호 10은 OP 박스, 114는 테프론 코팅 받침대, 118은 밀폐형 커버, 140은 세정용액 저장조를 나타낸다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 염료감응 태양전지의 제조장치에 의하면, 염료분자 흡착공정과 세척 및 건조공정이 동일 장비에서 연속해서 이루어지게 되므로, 공정단순화와 제조시간이 단축될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 염료감응형 태양전지의 제조방법 및 제조장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110: 염료흡착조 111, 121: 교반장치
120: 염료저장조 130: 세정조
131: 초음파 발생기 140: 세정용액저장조
150: 건조작업조 152: 에어블로우 장치
120: 염료저장조 130: 세정조
131: 초음파 발생기 140: 세정용액저장조
150: 건조작업조 152: 에어블로우 장치
Claims (7)
- 제1 전도층이 형성된 제1 기판 위에 다공성 나노입자 산화물을 도포하여 산화티타늄층을 형성하는 제1 단계;
상기 제1 기판을 염료흡착조로 유입하는 제2 단계;
상기 염료흡착조 내부로 염료분자 용액이 유입되어, 40~80℃의 온도와 200 내지 800rpm의 와류의 환경에서 상기 산화티타늄층 상에 염료분자를 흡착시키는 제3 단계;
상기 제1 기판과 제2 전도층 및 백금층을 포함하는 제2 기판을 결합시키는 제4 단계; 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 전해질을 제공하는 제5 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 단계와 상기 제4 단계 사이에는,
상기 염료흡착조부터 이와 하나의 공정 챔버 내부에 설치된 세정조 내부에 이송된 제1 기판에 초음파를 발생시킴과 동시에 상기 제1 기판 상에 세정용액을 흐르게 하여 흡착되지 않은 염료분자를 세정하는 세정공정; 및
상기 세정조로부터 이와 하나의 공정 챔버 내부에 설치된 건조 작업조 내부에 이송된 제1 기판에 건조열풍을 발생시켜 상기 세정용액을 건조하는 건조공정을 더 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 초음파는 28 내지 40Hz로 발생되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 단계에서 상기 염료분자 용액을 순환시키는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 염료감응형 태양전지의 제조방법을 실행하기 위한 제조장치로서,
산화티타늄층이 형성된 제1 기판이 안착되는 스테이지와, 상기 스테이지에 형성되어 상기 제1 기판을 가열하는 핫 플레이트와, 내부 바닥에 설치되어 염료분자용액에 와류를 발생시키는 교반장치를 포함하고, 그 내벽에 테플론 코팅층이 형성된 염료흡착조;
상기 염료흡착조 내부로 공급되는 염료분자용액을 저장하고, 그 내부에 설치된 상기 염료분자용액을 교반하는 교반장치와 내벽에 형성된 테플론 코팅층을 포함하는 염료저장조; 및
상기 염료저장조와 상기 염료흡착조 사이에 설치되어 상기 염료분자용액을 이송관을 통하여 상기 염료흡착조로 공급하는 모터및펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조장치. - 제5항에 있어서,
상기 염료흡착조에 연결되어 이송수단을 통하여 이송된 제1 기판을 외부로부터 공급된 세정용액으로 세정하되, 그 내부에 설치된 초음파 발생장치를 통하여 상기 제1 기판을 초음파를 가하는 세정조; 및
상기 세정조에 연결되어 이송수단을 통하여 이송된 제1 기판을 그 내부에 설치된 에어 블로우 장치를 통하여 건조시키는 건조작업조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조장치. - 제6항에 있어서,
상기 염료저장조, 상기 세정조 및 건조작업조는 하나의 공정장비 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조장치.
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