KR101438689B1 - Method for forming semiconductor electrode of dye-sensitized solar cells using metal substrate and dye-sensitized solar cells manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

전자 재결합 방지 효과가 우수한 금속 기판을 이용한 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법 및 그에 의해 제조된 염료감응 태양전지를 개시한다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법은, 표면에 부식 방지층이 형성된 금속 기판을 마련하는 단계; 상기 금속 기판의 부식 방지층 상에 전이금속 산화물 전구체 함유 용액을 도포 후 건조하여 전자 재결합 차단층을 형성하는 단계; 상기 전자 재결합 차단층 상에 다공성 금속 산화물 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 금속 산화물 반도체층의 표면에 염료를 흡착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Disclosed is a method of forming a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell using a metal substrate having excellent electron recombination prevention effect and a dye-sensitized solar cell produced thereby.
A method of forming a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell according to the present invention includes the steps of: providing a metal substrate having a corrosion-resistant layer formed on a surface thereof; Coating a solution containing the transition metal oxide precursor on the corrosion inhibiting layer of the metal substrate and drying the coated solution to form an electron recombination barrier layer; Forming a porous metal oxide semiconductor layer on the electron recombination barrier layer; And adsorbing a dye on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer.

Description

금속 기판을 이용한 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법 및 그에 의해 제조된 염료감응 태양전지{METHOD FOR FORMING SEMICONDUCTOR ELECTRODE OF DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS USING METAL SUBSTRATE AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS MANUFACTURED BY THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a method of forming a dye-sensitized solar cell using a metal substrate and a dye-sensitized solar cell produced by the dye-

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 기판을 이용한 염료감응 태양전지 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell using a metal substrate.

염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cells; DSSCs)는, 기존의 p-n 접합에 의한 실리콘 태양전지와 달리, 가시광선의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광 전기화학적 태양전지이다.Dye-sensitized solar cells (DSSCs), unlike silicon solar cells by conventional pn junctions, are a dye molecule capable of generating electron-hole pairs by absorbing visible light rays And a transition metal oxide that transfers generated electrons as a main constituent material.

일반적으로, 염료감응 태양전지는 서로 대향되는 두 유리기판 사이에 빛을 받아 전자를 발생시키는 염료 분자가 흡착된 다공성의 전이금속 산화물층과, 상기 전이금속 산화물층과 대향되는 촉매박막전극 및 이들 사이에 개재된 전해질로 이루어져 있다.In general, a dye-sensitized solar cell includes a porous transition metal oxide layer on which dye molecules that absorb light and generate electrons are adsorbed between two glass substrates facing each other, a catalyst thin film electrode facing the transition metal oxide layer, And the electrolyte is interposed between the electrodes.

이상의 염료감응 태양전지의 구성요소 중 유리기판은 표면에 도전성 투명전극이 코팅되어 있다. 이 도전성 투명전극으로는 주로 불소가 도핑된 산화주석(fluorine doped tin oxide; FTO)이 사용되고 있는데, 이는 FTO가 전해질과의 반응성이 가장 낮아 장시간의 사용에도 안정하기 때문이다.Among the components of the above-described dye-sensitized solar cell, the glass substrate is coated with a conductive transparent electrode on its surface. As the conductive transparent electrode, fluorine doped tin oxide (FTO) is mainly used because the FTO has the lowest reactivity with the electrolyte and is stable even for a long time.

그러나, FTO 코팅 유리기판은 태양전지 전체 비용의 60%를 차지할 만큼 상대적으로 값이 비싸고, 상대적으로 저항이 10~15Ω/㎠로 크며, 깨지기 쉽다는 단점이 있다. 또한, 휘어지지 않는 특성으로 인해 플렉서블(flexible)한 염료감응 태양전지의 도입을 어렵게 하고 있다.However, the FTO-coated glass substrate is relatively expensive, occupying 60% of the total cost of the solar cell, has a relatively large resistance of 10 to 15? / Cm 2, and is fragile. Further, due to the non-warp characteristic, it is difficult to introduce a flexible dye-sensitized solar cell.

관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0786334호(2007.12.17. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 FTO 박막을 증착시킨 유리기판에 대하여 개시하고 있다. 최근에는 유연한 염료감응 태양전지가 주목 받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.A related prior art is Korean Patent No. 10-0786334 (published on Dec. 17, 2007), which discloses a glass substrate on which an FTO thin film is deposited. In recent years, flexible dye-sensitized solar cells have attracted attention, and researches thereof have been actively conducted.

본 발명의 목적은 기판에 유연성의 도입이 가능하고, 전지의 효율을 향상시킬 수 있는 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell capable of introducing flexibility into a substrate and improving the efficiency of a cell and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법은, 표면에 부식 방지층이 형성된 금속 기판을 마련하는 단계; 상기 금속 기판의 부식 방지층 상에 전이금속 산화물의 전구체를 함유하는 용액을 도포 후 건조하여 전자 재결합 차단층을 형성하는 단계; 상기 전자 재결합 차단층 상에 다공성 금속 산화물 반도체층을 형성하는 단계; 및 상기 다공성 금속 산화물 반도체층의 표면에 염료를 흡착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell, comprising: providing a metal substrate having a corrosion-resistant layer formed on a surface thereof; Applying a solution containing a precursor of a transition metal oxide on a corrosion inhibiting layer of the metal substrate and drying the coated solution to form an electron recombination barrier layer; Forming a porous metal oxide semiconductor layer on the electron recombination barrier layer; And adsorbing a dye on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지는, 제1 기판 및 반도체 산화물 전극을 포함하는 반도체 전극; 상기 반도체 전극과 마주보는 상대 전극; 및 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극 사이에 개재된 전해질층;을 포함하며, 상기 반도체 전극은, 상기 제1 기판 상에 형성된 부식 방지층과, 상기 부식 방지층 상에 형성된 전자 재결합 차단층을 포함하여, 상기 반도체 산화물 전극이 상기 전자 재결합 차단층 상에 형성되고, 상기 제1 기판은 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell comprising: a semiconductor electrode including a first substrate and a semiconductor oxide electrode; A counter electrode facing the semiconductor electrode; And an electrolyte layer interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode, wherein the semiconductor electrode includes a corrosion inhibiting layer formed on the first substrate and an electron recombination blocking layer formed on the corrosion preventing layer, A semiconductor oxide electrode is formed on the electron recombination barrier layer, and the first substrate is formed of a metal material.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 반도체 전극에서 기존 FTO를 금속 기판으로 대체함으로써 플렉서블이 가능하고, 전도도가 증가되어 광전변환 효율이 우수하다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention can be flexibly replaced with a metal substrate by replacing the conventional FTO in a semiconductor electrode, and the conductivity is increased to provide excellent photoelectric conversion efficiency.

또한, 부식 방지층이 코팅된 금속 기판 상에 형성된 차단층이 금속 기판과 전해질 사이에서 일어나는 전자의 재결합을 방지하므로 광전변환 효율이 우수하다.In addition, the barrier layer formed on the metal substrate coated with the anti-corrosion layer prevents the recombination of electrons generated between the metal substrate and the electrolyte, so that the photoelectric conversion efficiency is excellent.

본 발명에 따르면, 부식 방지층이 코팅된 금속 기판 상에, 전이금속 산화물의 전구체를 함유하는 용액을 이용한 전자 재결합 차단층 형성 공정을 통해서 손쉽게 플렉서블하면서도 광전변환 효율이 우수한 염료감응 태양전지의 제작이 가능하다.According to the present invention, it is possible to fabricate a dye-sensitized solar cell which is easily flexible and has excellent photoelectric conversion efficiency through a process of forming an electron-recombination barrier layer using a solution containing a precursor of a transition metal oxide on a metal substrate coated with a corrosion- Do.

나아가, 기존 FTO를 상대적으로 저렴한 금속 기판으로 대체하여 재료비 절감을 통해 제조단가가 낮은 염료감응 태양전지를 제작할 수 있다.
Furthermore, it is possible to manufacture a dye-sensitized solar cell having a low manufacturing cost by reducing the material cost by replacing the conventional FTO with a relatively inexpensive metal substrate.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 도시한 단면도이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 본 명세서에서 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막 또는 기판의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다. 첨부 도면에서, 막들 및 영역들의 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 나타낸 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 첨부 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention. In the present specification, when a film is described as being "on" another film or substrate, it may be directly on top of the other film or substrate, and a third other film in between may be intervening. In the accompanying drawings, the thicknesses and sizes of the films and regions are exaggerated for clarity of the description. Accordingly, the present invention is not limited by the relative size or spacing shown in the accompanying drawings. Like numbers refer to like elements throughout the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료감응 태양전지를 도시한 단면도로서, 이를 이용하여 제조 방법도 함께 설명하기로 한다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(100)는 서로 대향하고 있는 반도체 전극(110)과 상대 전극(120)을 포함한다. 반도체 전극(110)과 상대 전극(120) 사이에는 전해질층(electrolyte layer, 130)이 개재되어 있다.
Referring to FIG. 1, a dye-sensitized solar cell 100 according to the present invention includes a semiconductor electrode 110 and a counter electrode 120 facing each other. An electrolyte layer 130 is interposed between the semiconductor electrode 110 and the counter electrode 120.

반도체 전극(110)은 제1 기판(111)과, 제1 기판(111)의 일면 상에 차례로 형성된 부식 방지층(113), 전자 재결합 차단층(115) 및 반도체 산화물 전극(117)을 포함한다.The semiconductor electrode 110 includes a first substrate 111 and an anti-corrosion layer 113, an electron recombination barrier layer 115, and a semiconductor oxide electrode 117, which are sequentially formed on one surface of the first substrate 111.

제1 기판(111)은 플렉서블(flexible)한 특성을 갖는 금속 기판일 수 있다. 이를 위하여, 금속 기판은 1㎜ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 금속 기판의 두께가 1mm를 초과하는 경우, 플렉서블한 특성 확보가 어렵다. 다만, 금속 기판의 두께를 0.01mm 이하로 형성할 경우 기판 제조 비용이 크게 증가할 수 있으므로, 금속 기판은 0.01nm 내지 1mm의 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다.The first substrate 111 may be a metal substrate having a flexible characteristic. For this purpose, the metal substrate preferably has a thickness of 1 mm or less. When the thickness of the metal substrate exceeds 1 mm, it is difficult to secure flexible characteristics. However, when the thickness of the metal substrate is 0.01 mm or less, the cost of manufacturing the substrate may be greatly increased. Therefore, it is more preferable that the metal substrate has a thickness of 0.01 nm to 1 mm.

일례로, 금속 기판은 스테인리스 스틸(stainless steel), 철(Fe), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중에서 하나 이상을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 금속 기판은 전해질에 대한 내식성이 우수한 스테인리스 스틸로 형성되는 것이 바람직하다.For example, the metal substrate may be formed of a material including at least one of stainless steel, iron (Fe), titanium (Ti), aluminum (Al), and nickel (Ni) The metal substrate is preferably formed of stainless steel excellent in corrosion resistance to an electrolyte.

스테인리스 스틸은 내식성이 우수할 뿐만 아니라 가격 경쟁력이 있고, 구입이 용이하고, 쉽게 휘는 특성을 가진다. 또한, 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이 FTO 코팅 유리에 비해 높은 전도도를 가지며, 고온으로 가열한 후에도 높은 전도도를 유지한다는 장점을 가진다.Stainless steel has excellent corrosion resistance, price competitiveness, easy to purchase, and easy bending characteristics. In addition, as shown in Table 1 below, it has an advantage that it has higher conductivity than FTO-coated glass and maintains high conductivity even after heating to high temperature.

[표 1][Table 1]

Figure 112012019904370-pat00001
Figure 112012019904370-pat00001

그러나, 스테인리스 스틸은 I(iodine)와 I-(iodide anion)에 대해서 내식성이 취약하여 전해질에 의한 부식을 충분히 억제하는데 한계가 있으므로 이에 대한 보완이 요구되며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
However, since stainless steel has weak corrosion resistance against I (iodine) and I - (iodide anion), there is a limit to sufficiently inhibit corrosion caused by electrolytes, so that it is required to be supplemented.

부식 방지층(113)은 전해질에 대한 부식 방지를 통해 제1 기판(111)의 내식성을 향상기키기 위한 것으로, I- 이온에 대한 내식성이 강하고, 전도성이 우수하여 전자의 이동이 용이한 물질로 형성될 수 있다.The corrosion preventive layer 113 is formed to improve the corrosion resistance of the first substrate 111 by preventing corrosion of the electrolyte. The corrosion preventive layer 113 is formed of a material having strong resistance to I - ions and excellent conductivity, .

예를 들어, 부식 방지층(113)은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 규소(Si) 중 하나 이상을 포함하는 재질로 형성되거나, 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 규소(Si) 중 하나 이상을 포함하는 합금(alloy), 산화물, 탄화물 및 질화물 중 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다. 부식 방지층(113)은 높은 전도도를 가지면서도, 전해질에 대한 내식성이 우수한 티타늄(Ti)으로 형성되는 것이 바람직하다.For example, the corrosion preventive layer 113 may be formed of a material containing at least one of titanium (Ti), chromium (Cr), zirconium (Zr), and silicon (Si) And may be formed of at least one material of an alloy, an oxide, a carbide, and a nitride including at least one of zirconium (Zr) and silicon (Si). The corrosion inhibiting layer 113 is preferably formed of titanium (Ti) having high conductivity and excellent corrosion resistance against electrolytes.

이러한 부식 방지층(113)은 10nm 내지 1000nm 범위의 두께로 형성될 수 있다. 부식 방지층층(113)의 두께가 10nm 미만일 경우, 전해질에 대한 내식성을 충분히 가질 수 없어 제1 기판(111)의 부식을 초래할 수 있다. 반면, 부식 방지층(113)의 두께가 1000nm을 초과하는 경우, 코팅 비용이 많이 들고, 제1 기판(111)에 대한 밀착력이 떨어질 수 있다.The anti-corrosion layer 113 may be formed to a thickness ranging from 10 nm to 1000 nm. When the thickness of the corrosion-inhibiting layer 113 is less than 10 nm, the corrosion resistance of the electrolyte can not be sufficiently obtained, and corrosion of the first substrate 111 may be caused. On the other hand, when the thickness of the corrosion prevention layer 113 is more than 1000 nm, the coating cost is high and adhesion to the first substrate 111 may be decreased.

부식 방지층(113)은, 일례로, 티타늄(Ti) 재질을 포함하는 페이스트(paste)를 제1 기판(111) 상에 도포한 후 건조하여 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 부식 방지층(113)은 통상의 스퍼터링(sputtering) 방법으로 코팅하여 형성할 수도 있다.
The anti-corrosion layer 113 can be formed, for example, by applying a paste containing a titanium (Ti) material to the first substrate 111 and then drying the paste. Alternatively, the anti-corrosion layer 113 may be formed by coating by a conventional sputtering method.

전자 재결합 차단층(115)은 제1 기판(111)과 전해질층(130)과의 사이에서 일어나는 전자의 재결합을 방지하기 위한 것으로, 제1 기판(111)의 표면이 전해질층(130)에 노출되지 않도록 하기 위하여 제1 기판(111)과 산화물 반도체 전극(117) 사이에 형성된다. 본 발명에서의 전자 재결합 차단층(115)은 부식 방지층(113)과 산화물 반도체 전극(117) 사이에 형성된다.The electron recombination barrier layer 115 prevents recombination of electrons generated between the first substrate 111 and the electrolyte layer 130. The surface of the first substrate 111 is exposed to the electrolyte layer 130 The first substrate 111 and the oxide semiconductor electrode 117 are formed. The electron recombination blocking layer 115 in the present invention is formed between the corrosion prevention layer 113 and the oxide semiconductor electrode 117.

이러한 전자 재결합 차단층(115)은 티타늄(Ti) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 니오븀(Nb) 산화물 등과 같은 금속 산화물 반도체층으로 형성될 수 있다. 이들은 단독으로 형성되거나 2종 이상이 혼용되어 사용될 수 있다. The electron recombination barrier layer 115 may be formed of a metal oxide semiconductor layer such as titanium (Ti) oxide, zinc (Zn) oxide, chromium (Cr) oxide, tungsten (W) oxide, niobium (Nb) These may be used alone or in combination of two or more.

전자 재결합 차단층(115)은 약 10nm 내지 300nm의 두께로 형성될 수 있다. 전자 재결합 차단층(115)의 두께가 10nm 미만이면, 전자의 재결합을 방지하는 효과가 불충분할 수 있다. 반면에, 전자 재결합 차단층(115)의 두께가 300nm를 초과하면, 저항으로 작용하여 생성된 전자의 전달이 원활하게 안될 수 있다.The electron recombination blocking layer 115 may be formed to a thickness of about 10 nm to 300 nm. If the thickness of the electron recombination blocking layer 115 is less than 10 nm, the effect of preventing the recombination of electrons may be insufficient. On the other hand, if the thickness of the electron recombination blocking layer 115 is more than 300 nm, the electrons generated as a function of resistance may not be transmitted smoothly.

이러한 전자 재결합 차단층(115)은 부식 방지층(113) 상에 전이금속 산화물 전구체를 함유한 차단층 용액을 도포한 후 건조하여 형성할 수 있다. 이때, 차단층 용액은 티타늄(Ti) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 니오븀(Nb) 산화물 등의 전이금속 산화물 전구체를 함유한 용액일 수 있다.The electron recombination barrier layer 115 may be formed by applying a barrier layer solution containing a transition metal oxide precursor on the corrosion prevention layer 113 and drying the coating. At this time, the barrier layer solution may be a solution containing a transition metal oxide precursor such as titanium (Ti) oxide, zinc (Zn) oxide, chromium (Cr) oxide, tungsten (W) oxide, niobium (Nb) oxide and the like.

일례로, 전자 재결합 차단층(115)은 0.1~0.3M의 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이토)(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)) 용액을 도포 후 건조하여 TiO2로 형성할 수 있다. 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이토)의 몰농도가 0.1M 미만일 경우, 전자 재결합 방지를 하지 못하고, 반면에, 0.2M를 초과하는 경우, 코팅 두께가 두꺼워 전자전달을 방해한다.
For example, the electron recombination barrier layer 115 may be formed of TiO 2 by applying a solution of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) (0.1 to 0.3 M) and drying it . When the molar concentration of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonato) is less than 0.1 M, the electron recombination is not prevented. On the other hand, when the molar concentration exceeds 0.2 M, the coating thickness becomes thick and hinders electron transfer.

반도체 산화물 전극(117)은 전자 재결합 차단층(115) 상에 형성된다. 반도체 산화물 전극(117)은 작동 전극(working electrode)으로서, 다공성(porous) 금속 산화물 반도체층(118) 및 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 표면에 흡착되는 염료층(119)을 포함할 수 있다.A semiconductor oxide electrode 117 is formed on the electron recombination blocking layer 115. The semiconductor oxide electrode 117 A working electrode may include a porous metal oxide semiconductor layer 118 and a dye layer 119 that is adsorbed on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer 118. [

다공성 금속 산화물 반도체층(118)은 전이 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물들 중 적어도 하나의 산화물 반도체 입자들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전이 금속 산화물로는 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 오산화니오븀(Nb2O5), 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼용하여 사용될 수 있다. 다공성 금속 산화물 반도체층(118)은 광 효율 향상을 위하여 아나타제형의 이산화티탄(TiO2)으로 형성되는 것이 바람직하다. 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 형성 물질은 상술한 물질들에 특별히 한정되는 것은 아니다. 다공성 금속 산화물 반도체층(118)은, 일례로, 평균 입경 5nm 내지 30nm인 나노(nano)급 사이즈의 입자 크기를 가지는 산화물 반도체 입자들로 형성될 수 있다.The porous metal oxide semiconductor layer 118 may be formed of at least one oxide semiconductor particles of metal oxides including a transition metal oxide. For example, a transition metal oxide is titanium dioxide (TiO 2), dioxide, tin (SnO 2), zirconium dioxide (ZrO 2), silicon dioxide (SiO 2), magnesium oxide (MgO), phosphorus pentoxide and niobium (Nb 2 O 5 ), Zinc oxide (ZnO), or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. The porous metal oxide semiconductor layer 118 is preferably formed of anatase-type titanium dioxide (TiO 2 ) in order to improve the light efficiency. The material forming the porous metal oxide semiconductor layer 118 is not particularly limited to the above-described materials. The porous metal oxide semiconductor layer 118 may be formed of oxide semiconductor particles having a particle size of, for example, nano-sized particles having an average particle diameter of 5 nm to 30 nm.

염료층(119)은 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 표면에 흡착되어 태양광에 의해 여기 전자를 생성할 수 있는 염료 분자들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 염료층(119)은 금속 복합체로 형성될 수 있으며, 이 경우, Ruthenium 535-bisTBA(N719) 또는 Ruthenium 620-1H3TBA(Black dye) 등의 루테늄 착체 같은 염료 분자들로 이루어질 수 있다. 이와는 다르게, 염료층(119)은 유기 염료(organic dye), 양자점(quantum-dot) 또는 자연 염료(natural dye) 중 적어도 하나의 염료 분자들로 이루어질 수 있다. 염료층(119)은 태양광에 의해 여기 전자를 생성할 수 있는 염료 분자들이라면 특별히 이에 한정되지 않는다.The dye layer 119 may include at least one of dye molecules adsorbed on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer 118 and capable of generating excited electrons by sunlight. For example, the dye layer 119 may be formed of a metal complex, in this case, a dye molecule such as a ruthenium complex such as Ruthenium 535-bisTBA (N719) or Ruthenium 620-1H3TBA (Black dye). Alternatively, the dye layer 119 may be comprised of at least one dye molecule, such as an organic dye, a quantum-dot, or a natural dye. The dye layer 119 is not particularly limited as long as it is dye molecules capable of generating excited electrons by sunlight.

일례로, 반도체 산화물 전극(117)은, 유기 용액 내에 다공성의 금속 산화물 입자들 및 고분자 바인더가 분산되어 있는 페이스트를 전자 재결합 차단층(115) 상에 도포한 후 열처리하여 다공성 금속 산화물 반도체층(118)을 형성하고, 이어서 다공성 금속 산화물 반도체층(118)을 구성하는 복수의 금속 산화물 입자의 표면에, 태양광에 의해 여기 전자를 생성할 수 있는 염료 분자들을 포함하는 페이스트를 도포하여 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 표면에 염료가 흡착된 염료층(117)을 형성하여 제조할 수 있다.
For example, the semiconductor oxide electrode 117 may be formed by applying a paste in which porous metal oxide particles and a polymeric binder are dispersed in an organic solution to an electron recombination barrier layer 115 and then performing heat treatment to form a porous metal oxide semiconductor layer 118 Then, a paste containing dye molecules capable of generating excited electrons by sunlight is applied to the surface of a plurality of metal oxide particles constituting the porous metal oxide semiconductor layer 118 to form a porous metal oxide semiconductor And then forming a dye layer 117 on the surface of the layer 118 on which a dye is adsorbed.

상대 전극(120)은 제2 기판(121) 및 제2 기판(121) 상에 형성된 촉매층(123)을 포함한다. 촉매층(123)은 반도체 산화물 전극(117)과 서로 대향 배치된다. 촉매층(123)은 전해질의 환원 과정에 참여할 수 있도록 전해질층(130)과 접촉된다. 전해질층(130)이 요오드계 산화환원 전해질(redox iodide electrolyte)을 포함한다면, 촉매층(123)은 백금(Pt) 또는 카본블랙으로 형성될 수 있다. 촉매층(123)은 제2 기판(121) 상에 백금(Pt) 또는 카본블랙을 포함하는 용액을 도포한 후 열처리하여 형성할 수 있다.The counter electrode 120 includes a second substrate 121 and a catalyst layer 123 formed on the second substrate 121. The catalyst layer 123 is disposed opposite to the semiconductor oxide electrode 117. The catalyst layer 123 is in contact with the electrolyte layer 130 so as to participate in the reduction process of the electrolyte. When the electrolyte layer 130 includes an iodine redox iodide electrolyte, the catalyst layer 123 may be formed of platinum (Pt) or carbon black. The catalyst layer 123 may be formed by applying a solution containing platinum (Pt) or carbon black on the second substrate 121, followed by heat treatment.

제2 기판(121)은 빛을 수광하는 기판으로서, 투명성을 가진다. 바람직하게, 제2 기판(121)은 플렉서블한 특성을 가질 수 있다. 이를 위해, 제2 기판(121)으로는 투과성이 우수한 투명 전극이 코팅된, 유리 기판 또는 고분자 기판이 이용될 수 있다. The second substrate 121 is a substrate for receiving light, and has transparency. Preferably, the second substrate 121 may have a flexible characteristic. For this, the second substrate 121 may be a glass substrate or a polymer substrate coated with a transparent electrode having excellent transparency.

제2 기판(121)은, 일례로, 투명 전극이 코팅된 투명 고분자 필름으로 형성될 수 있다. 일례로, 투명 고분자 필름은 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴레에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 및 폴리이미드(Polyimide; PI) 중에서 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 투명 전극은 촉매층(123)과 접촉하는 면에 배치되고, 예를 들어 인듐주석(Indium Tin Oxide; ITO)으로 형성될 수 있다.The second substrate 121 may be formed of, for example, a transparent polymer film coated with a transparent electrode. For example, the transparent polymer film may be formed of at least one selected from the group consisting of polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethersulphone (PES), and polyimide ; ≪ / RTI > PI). The transparent electrode is disposed on a surface in contact with the catalyst layer 123, and may be formed of, for example, indium tin oxide (ITO).

제1 기판(111)과 제2 기판(121)이 플렉서블 특성을 갖는 기판일 경우, 염료감응 태양전지(100)는 전체적으로 플렉서블한 특성을 가질 수 있다. 즉, 제품의 외형을 변형시킬 수 있는 외력(external force) 하에서도, 염료감응 태양전지(100)는 실질적인 기능 상실 또는 제품 파손 없이 정상적으로 동작할 수 있다.When the first substrate 111 and the second substrate 121 are flexible substrates, the dye-sensitized solar cell 100 may have a flexible property as a whole. That is, the dye-sensitized solar cell 100 can operate normally without any substantial loss of function or damage even under an external force capable of deforming the external shape of the product.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 제2 기판(121)이나 제2 기판(121) 및 촉매층(123)의 적어도 일 영역에는 전해질층(130) 형성 시 주입구로 사용되는 하나 이상의 전해질 주입구가 형성될 수 있다. 이때, 미세 드릴(drill) 혹은 레이저(laser)를 사용하여 제2 기판(121)의 일부 영역이나 제2 기판(121) 및 촉매층(123)의 일부 영역을 관통하도록 식각하여 상대 전극(120)에 적어도 하나 이상의 전해질 주입구(미도시)를 형성한다.
At least one electrolyte injection hole may be formed in at least one region of the second substrate 121, the second substrate 121 and the catalyst layer 123 to form an electrolyte layer 130 have. At this time, a fine drill or a laser is used to etch a part of the second substrate 121 or a part of the second substrate 121 and the catalyst layer 123 to penetrate the counter electrode 120 Thereby forming at least one or more electrolyte injection ports (not shown).

제1 기판(111)과 제2 기판(121)은 실링부재(140)에 의해 가장자리를 따라 서로 접합되어 실링(sealing)된다. 실링부재(140)의 일 측은 전자 재결합 차단층(115)의 상면과 접촉되고, 타 측은 제2 기판(121)의 상면과 접촉될 수 있다. 실링부재(140)는 반도체 산화물 전극(117) 및 촉매층(123)을 둘러싸는 폐루프(closed loop) 형상일 수 있다. 실링부재(140)에 의해 제1 기판(111)과 제2 기판(121) 사이에 공간이 구획된다.The first substrate 111 and the second substrate 121 are joined together along the edge of the sealing member 140 and sealed. One side of the sealing member 140 may be in contact with the upper surface of the electron recombination blocking layer 115 and the other side may be in contact with the upper surface of the second substrate 121. The sealing member 140 may be in a closed loop shape surrounding the semiconductor oxide electrode 117 and the catalyst layer 123. A space is defined between the first substrate 111 and the second substrate 121 by the sealing member 140.

제1 기판(111)과 제2 기판(121)의 합착은, 반도체 전극(110) 또는 상대 전극(120)의 바깥 둘레를 따라 폐루프 형상의 실링부재(140)를 형성한 후, 반도체 전극(110)과 상대 전극(120)이 소정 공간을 사이에 두고 상호 대향하도록 제1 기판(111)과 제2 기판(121)을 정렬한 다음 실링부재(140)를 통해 제1 기판(111)과 제2 기판(121)을 합착시킨다. 실링부재(140)는, 일례로, 썰린(Surlyn)을 사용할 수 있다.
The first substrate 111 and the second substrate 121 are bonded together by forming a closed loop sealing member 140 along the outer circumference of the semiconductor electrode 110 or the counter electrode 120, The first substrate 111 and the second substrate 121 are aligned so that the counter electrodes 110 and the counter electrodes 120 face each other with a predetermined space therebetween and then the first substrate 111 and the second substrate 121 are connected to each other through the sealing member 140. 2 substrate 121 are bonded together. As the sealing member 140, for example, Surlyn may be used.

전해질층(130)은 실링부재(140)에 의해 구획된 제1 기판(111)과 제2 기판(121) 사이의 공간에 개재될 수 있다. 전해질층(130)은 요오드계 산화-환원 액체 전해질, 예를 들면 1-비닐-3-헥실-이미다졸륨 아이오다이드 (1-vinyl-3-hexyl-immidazolium iodide)와, 0.1 M의 LiI와, 40 mM의 I2 (iodine)를 아세토니트릴/발레로니트릴(acetonitril/valeronitril) 혼합 용액에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액으로 이루어질 수 있다. 전해질층(130)은 염료층(119)에 산화-환원반응에 의해 전자를 공급할 수 있는 범위 내에서 다양한 전해질 용액을 이용할 수 있음은 물론이다.The electrolyte layer 130 may be interposed in a space between the first substrate 111 and the second substrate 121 partitioned by the sealing member 140. The electrolyte layer 130 may be formed of an iodine based oxidation-reduction liquid electrolyte, for example, 1-vinyl-3-hexyl-immidazolium iodide, 0.1 M LiI, may be made of an electrolytic solution of -, I 3 was dissolved in acetonitrile to I 2 (iodine) in 40 mM in acetonitrile / ballet (acetonitril / valeronitril) mixed solution - / I. It is needless to say that the electrolyte layer 130 can use various electrolyte solutions within a range capable of supplying electrons to the dye layer 119 by oxidation-reduction reaction.

일례로, 전해질층(130)은 상대전극(120)에 형성된 전해질 주입구(미도시)를 통해 합착된 반도체 전극(110)과 상대 전극(120)의 소정 공간에 요오드계 산화환원 전해질을 주입하여 형성할 수 있다. For example, the electrolyte layer 130 may be formed by injecting an iodine-based redox electrolyte into a predetermined space of the semiconductor electrode 110 and the counter electrode 120 bonded through the electrolyte injection port (not shown) formed in the counter electrode 120 can do.

이후, 전해질 주입구를 밀봉하여 염료감응 태양전지(100)를 완성한다. 도시하지 않았으나, 염료감응 태양전지(100)는 제1 기판(111)과 제2 기판(121) 각각에 접속된 외부 회로를 더 포함할 수 있다.
Thereafter, the electrolyte injection hole is sealed to complete the dye-sensitized solar cell 100. Although not shown, the dye-sensitized solar cell 100 may further include an external circuit connected to the first substrate 111 and the second substrate 121, respectively.

상기 반도체 전극(110)에서, 제1 기판(111)과 반도체 산화물 전극(117) 사이에 제1 기판(111)과 반도체 산화물 전극(117)을 격리시키는 전자 재결합 차단층(115)이 형성되어 있으므로, 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 공극을 통해 제1 기판(111)에 인접한 영역까지 유입되어 있는 전해질층(130)의 전해질 용액이 제1 기판(111)에 접촉되는 것을 전자 재결합 차단층(115)에 의해 방지할 수 있다.
An electron recombination blocking layer 115 is formed between the first substrate 111 and the semiconductor oxide electrode 117 to isolate the first substrate 111 from the semiconductor oxide electrode 117 in the semiconductor electrode 110 The electrolyte solution of the electrolyte layer 130 flowing into the region adjacent to the first substrate 111 through the pores of the porous metal oxide semiconductor layer 118 contacts the first substrate 111, 115).

이러한 염료감응 태양 전지(100)의 구동 메카니즘은 다음과 같다. The driving mechanism of the dye-sensitized solar cell 100 is as follows.

외부로부터 상대 전극(120)의 투명한 제2 기판(121)을 투과한 태양 빛이 반도체 전극(110)의 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 표면에 흡착되어 있는 염료층(119)의 염료에 의해 흡수된다. 이때, 전자 재결합 차단층(115)의 상면에 각각 흡착되어 있는 염료층(119)에서도 빛이 흡수될 수 있다. 빛을 흡수한 염료층(119)의 각 염료 분자들은 여기되어 전자를 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 전도대로 주입하게 된다. The solar light transmitted through the transparent second substrate 121 of the counter electrode 120 from the outside is absorbed by the dye of the dye layer 119 absorbed on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer 118 of the semiconductor electrode 110 Absorbed. At this time, light can be absorbed also in the dye layer 119 absorbed on the upper surface of the electron recombination blocking layer 115. Each dye molecule of the dye-absorbing dye layer 119 is excited to inject electrons into the conduction band of the porous metal oxide semiconductor layer 118.

다공성 금속 산화물 반도체층(118)으로 주입된 전자는 다공성 금속 산화물 반도체층(118) 내의 입자간 계면을 통해 상기 전자 재결합 차단층(115), 부식 방지층(113) 및 제1 기판(111)에 전달되고, 외부 전선(미도시)을 통하여 전기적 작업을 수행한 후 상대 전극(120)으로 이동된다.The electrons injected into the porous metal oxide semiconductor layer 118 are transferred to the electron recombination blocking layer 115, the corrosion prevention layer 113 and the first substrate 111 through the intergranular interface in the porous metal oxide semiconductor layer 118 And is moved to the counter electrode 120 after an electrical operation is performed through an external electric wire (not shown).

상대 전극(120)에 도달된 전자는 제2 기판(121) 및 촉매층(123)을 통과하여, 전해질층(130)에 있는 요오드계 전해질의 산화-환원 작용(3I-→ I3 -+ 2e-)에 의하여 다공성 금속 산화물 반도체층(118)에 전자가 주입된다. The electrons reaching the counter electrode 120 pass through the second substrate 121 and the catalyst layer 123 and the oxidation-reduction action of the iodine electrolyte in the electrolyte layer 130 (3I- > I 3 - + 2e - Electrons are injected into the porous metal oxide semiconductor layer 118. [

반도체 전극(110)에서 전자 전이의 결과로 산화된 염료층(119)에 있는 각 염료 분자들은 전해질층(130)에서의 산화 환원 작용에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, 산화된 요오드 이온(I3 -)은 상대 전극(120)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지(100)의 작동 과정이 완성된다.Each of the dye molecules in the dye layer 119 oxidized as a result of the electron transition in the semiconductor electrode 110 is again reduced by the electrons provided by the redox action in the electrolyte layer 130 and oxidized iodide ions I 3 - ) is reduced again by electrons reaching the counter electrode 120 to complete the operation of the dye-sensitized solar cell 100.

이 과정에 있어서, 반도체 전극(110)에서 제1 기판(111)과 반도체 산화물 전극(117) 사이에 전자 재결합 차단층(115)이 형성되어 있으므로, 다공성 금속 산화물 반도체층(118)의 공극을 통해 제1 기판(111)에 인접한 영역까지 유입되어 있는 전해질층(130)의 전해질 용액이 제1 기판(111)에 접촉되는 것이 전자 재결합 차단층(115)에 의해 방지되어, 제1 기판(111) 표면에서의 전자 손실이 차단됨으로써 에너지 변환 효율이 향상될 수 있다.
In this process, since the electron recombination blocking layer 115 is formed between the first substrate 111 and the semiconductor oxide electrode 117 in the semiconductor electrode 110, the voids of the porous metal oxide semiconductor layer 118 It is prevented by the electron recombination blocking layer 115 that the electrolyte solution of the electrolyte layer 130 flowing into the region adjacent to the first substrate 111 contacts the first substrate 111, The electron loss at the surface is blocked, so that the energy conversion efficiency can be improved.

이렇듯, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(100)는 Ti가 코팅된 금속 기판 상에, 전이금속 산화물 전구체 함유 차단층 용액을 이용한 기존 차단층 형성 공정을 광전변환 효율이 우수한 염료감응 태양전지의 제작이 가능하다. 그리고, 기존 FTO를 상대적으로 저렴한 금속 기판으로 대체하여 재료비 절감을 통해 제조단가가 낮은 염료감응 태양전지를 제작할 수 있다.As described above, the dye-sensitized solar cell 100 according to the present invention can be fabricated by forming a conventional barrier layer forming process using a transition metal oxide precursor-containing barrier layer solution on a Ti-coated metal substrate as a dye-sensitized solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency This is possible. In addition, the conventional FTO can be replaced with a relatively inexpensive metal substrate, thereby making it possible to fabricate a dye-sensitized solar cell having a low manufacturing cost by reducing the material cost.

또한, 본 발명에 따르면, 제1 기판(111)은 금속 재질로, 제2 기판(121)은 고분자 재질로 형성하되 이들 두 기판(111, 121)의 두께 조절을 통해 플렉서블한 염료감응 태양전지(100)의 제작이 가능하다.In addition, according to the present invention, the first substrate 111 is made of a metal material and the second substrate 121 is made of a polymer material, and a flexible dye-sensitized solar cell 100) can be manufactured.

더욱이, 제1 기판(111)이 내식성 및 전도성이 우수한 금속 재질로 형성되므로, 제1 기판(111)의 내구성 및 전도도 향상을 통해 염료감응 태양전지(100)의 광전 변환효율을 향상시킬 수 있다.
Further, since the first substrate 111 is formed of a metal material having excellent corrosion resistance and conductivity, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell 100 can be improved by improving durability and conductivity of the first substrate 111.

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. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

1. 염료감응 태양전지 제조1. Dye-sensitized solar cell manufacturing

실시예Example 1 One

0.15mm 두께의 스테인레스 스틸 기판 상에 Ti를 스퍼터링 방법으로 코팅하여 100nm 두께의 부식 방지층을 형성하고, 부식 방지층 상에 0.15M의 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이토)(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)) 용액을 도포한 후 건조하여 TiO2 20nm 두께의 전자 재결합 차단층을 형성하고, 이외의 구성은 통상적인 방법으로 하여 염료감응 태양전지를 제작하였다.
Ti was coated on a stainless steel substrate having a thickness of 0.15 mm by a sputtering method to form a corrosion preventing layer having a thickness of 100 nm and a titanium diisopropoxide bis (0.15M) titanium diisopropoxide bis acetylacetonate) solution was applied and dried to obtain TiO 2 A 20 nm thick electron recombination barrier layer was formed, and a dye-sensitized solar cell was fabricated by a conventional method except for the constitution.

실시예Example 2 2

부식 방지층의 Ti 두께를 1000nm로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
The same as Example 1 except that the thickness of the Ti layer of the corrosion preventing layer was 1000 nm.

비교예Comparative Example 1 One

전자 재결합 차단층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
Except that the electron-recombining blocking layer was not formed.

비교예Comparative Example 2 2

부식 방지층의 Ti 두께를 1000nm로 하고, 전자 재결합 차단층을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
The same as Example 1 except that the thickness of Ti of the corrosion inhibition layer was 1000 nm and the electron recombination barrier layer was not formed.

2. 전기적 특성 평가2. Evaluation of electrical characteristics

(1) 전자 재결합 차단층 유, 무에 따른 전기적 특성 평가(1) Evaluation of electrical characteristics depending on the presence or absence of the electronic recombination barrier layer

실시예1~2 및 비교예 1~2에 대해 태양전지 효율 측정기를 사용하여 변환효율(Efficiency), 충진율(Fill Factor; FF), 단락전류(Jsc) 및 개방전압(Voc)을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.Efficiency, fill factor (FF), short-circuit current (Jsc) and open-circuit voltage (Voc) were measured using solar cell efficiency meter for Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, The results are shown in Table 2.

[표 2] (O : 있음, X : 없음)[Table 2] (O: present, X: none)

Figure 112012019904370-pat00002
Figure 112012019904370-pat00002

표 2를 참조하면, 전자 재결합 차단층을 형성한 실시예 1~2가 그렇지 않은 비교예 1~2에 비해 변환효율이 1.5~2배 정도 현저히 우수하였다. 전자 재결합 차단층이 형성되었을 때에는, 부식 방지층의 두께가 두꺼운 실시예2가 부식 방지층의 두께가 상대적으로 현저히 얇은 실시예1에 비해 변환효율이 우수하였다.Referring to Table 2, the conversion efficiencies of Examples 1 and 2, in which the electron recombination blocking layer was formed, were remarkably superior to those of Comparative Examples 1 and 2, respectively, by about 1.5 to 2 times. When the electron recombination blocking layer was formed, the conversion efficiency of Example 2 in which the thickness of the corrosion preventing layer was thicker than that of Example 1 in which the thickness of the corrosion preventing layer was relatively small was superior.

이를 통해, 반도체 전극에 전자 재결합 차단층을 형성하고, 부식 방지층의 두께를 두껍게 형성하는 것이 염료감응 태양전지의 효율 측면에서 있어서 바람직함을 알 수 있었다.
It has been found through this that it is preferable to form an electron recombination barrier layer on the semiconductor electrode and to increase the thickness of the corrosion prevention layer in terms of efficiency of the dye-sensitized solar cell.

(2) 부식 방지층 적용에 따른 전도도 평가(2) Evaluation of conductivity according to corrosion prevention layer application

하기의 표 3은 기존의 FTO 코팅 유리 기판(비교예)과 부식 방지층이 형성된 스테인레스 스틸(SUS) 기판(실시예)의 전도도 측정 결과이다. 부식 방지층으로는 Ti가 사용되었으며, 사용된 Ti의 두께는 500nm이다. 그리고, 사용된 FTO의 두께는 500nm이다. 이외의 구성은 통상의 염료감응 태양전지와 동일하게 형성하였으며, 소자는 2.0×3.5㎠ 크기로 제작하였다.Table 3 below shows the conductivity measurement results of a conventional FTO-coated glass substrate (comparative example) and a stainless steel (SUS) substrate on which a corrosion inhibition layer is formed (examples). Ti is used as the corrosion inhibiting layer, and the thickness of the used Ti is 500 nm. The thickness of the FTO used is 500 nm. The other components were formed in the same manner as a conventional dye-sensitized solar cell, and the device was fabricated with a size of 2.0 × 3.5 cm 2.

[표 3][Table 3]

Figure 112012019904370-pat00003
Figure 112012019904370-pat00003

표 3을 참조하면, 1.03×100Ω/㎠의 저항을 가지는 FTO 코팅 유리 기판(비교예)에 비해 Ti 코팅 SUS 기판(실시예)의 저항이 5.35×10-3Ω/㎠으로 월등히 낮음을 확인할 수 있었다. 이를 통해, FTO 코팅 유리 기판을 사용하는 것보다 Ti 코팅 SUS 기판을 사용하는 것이 전도도 향상 측면에 있어서 바람직함을 알 수 있었다.
Referring to Table 3, It was confirmed that the resistance of the Ti-coated SUS substrate (Example) was significantly lower than that of the FTO-coated glass substrate (Comparative Example) having a resistance of 1.03 × 10 0 Ω / cm 2 at 5.35 × 10 -3 Ω / cm 2. As a result, it was found that the use of a Ti-coated SUS substrate is preferable to the use of an FTO-coated glass substrate in terms of improving conductivity.

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 : 염료감응 태양전지 110 : 반도체 전극
111 : 제1 기판 113 : 부식 방지층
115 : 전자 재결합 차단층 117 : 반도체 산화물 전극
118 : 다공성 금속 산화물 반도체층 119 : 염료층
120 : 상대 전극 121 : 제2 기판
123 : 촉매층 130 : 전해질층
140 : 실링 부재
100: dye-sensitized solar cell 110: semiconductor electrode
111: First substrate 113: Corrosion preventing layer
115: Electron recombination blocking layer 117: Semiconductor oxide electrode
118: porous metal oxide semiconductor layer 119: dye layer
120: counter electrode 121: second substrate
123: catalyst layer 130: electrolyte layer
140: sealing member

Claims (16)

표면에 금속 재질의 부식 방지층이 형성된 금속 기판을 마련하는 단계;
상기 금속 기판의 부식 방지층 상에, 전이금속 산화물의 전구체를 함유하는 용액을 도포 후 건조하여, 전이금속 산화물 재질의 전자 재결합 차단층을 형성하는 단계;
상기 전자 재결합 차단층 상에 다공성 금속 산화물 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 다공성 금속 산화물 반도체층의 표면에 염료를 흡착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법.
Providing a metal substrate having a corrosion-resistant layer made of a metal on its surface;
Coating a solution containing a precursor of a transition metal oxide on a corrosion inhibiting layer of the metal substrate and drying the solution to form an electron recombination barrier layer of a transition metal oxide;
Forming a porous metal oxide semiconductor layer on the electron recombination barrier layer; And
And adsorbing a dye on the surface of the porous metal oxide semiconductor layer.
제1항에 있어서,
상기 전자 재결합 차단층을 형성하는 단계는
티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이토))(titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)) 용액을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming the electron recombination barrier layer
Titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) solution of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate). The method for forming a semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 금속 기판은
스테인리스 스틸(stainless steel), 철(Fe), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중에서 하나 이상을 포함하는 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법.
The method according to claim 1,
The metal substrate
Wherein the first electrode is formed of a material including at least one of stainless steel, iron (Fe), titanium (Ti), aluminum (Al), and nickel (Ni).
제1항에 있어서,
상기 부식 방지층은
티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 규소(Si) 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법.
The method according to claim 1,
The corrosion-
Wherein the first electrode is formed of at least one material selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), zirconium (Zr), and silicon (Si).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전자 재결합 차단층은
티타늄(Ti) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 텅스텐(W) 산화물 및 니오븀(Nb) 산화물 중 하나 이상의 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 반도체 전극 형성 방법.
The method according to claim 1,
The electron recombination barrier layer
Wherein the first electrode is formed of at least one of titanium (Ti) oxide, zinc (Zn) oxide, chromium (Cr) oxide, tungsten (W) oxide and niobium (Nb) oxide.
제1 기판 및 반도체 산화물 전극을 포함하는 반도체 전극;
상기 반도체 전극과 마주보는 상대 전극; 및
상기 반도체 전극과 상기 상대 전극 사이에 개재된 전해질층;을 포함하며,
상기 반도체 전극은, 상기 제1 기판 상에 형성된 금속 재질의 부식 방지층과, 상기 부식 방지층 상에 형성된 전이 금속 산화물 재질의 전자 재결합 차단층을 포함하여, 상기 반도체 산화물 전극이 상기 전자 재결합 차단층 상에 형성되고,
상기 제1 기판은 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
A semiconductor electrode including a first substrate and a semiconductor oxide electrode;
A counter electrode facing the semiconductor electrode; And
And an electrolyte layer interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode,
Wherein the semiconductor electrode comprises a corrosion inhibiting layer of a metal material formed on the first substrate and an electron recombination barrier layer of a transition metal oxide material formed on the corrosion inhibiting layer so that the semiconductor oxide electrode is formed on the electron recombination barrier layer Formed,
Wherein the first substrate is made of a metal material.
제7항에 있어서,
상기 제1 기판은
스테인리스 스틸(stainless steel), 철(Fe), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중에서 하나 이상을 포함하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The first substrate
Wherein the first electrode is formed of a material containing at least one of stainless steel, iron (Fe), titanium (Ti), aluminum (Al), and nickel (Ni).
제7항에 있어서,
상기 제1 기판은
1mm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The first substrate
Wherein the dye-sensitized solar cell has a thickness of 1 mm or less.
제7항에 있어서,
상기 부식 방지층은
티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr) 및 규소(Si) 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The corrosion-
Wherein the first electrode is formed of at least one material selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), zirconium (Zr), and silicon (Si).
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 전자 재결합 차단층은
티타늄(Ti) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 텅스텐(W) 산화물 및 니오븀(Nb) 중 하나 이상의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The electron recombination barrier layer
Wherein the first electrode is formed of at least one material selected from the group consisting of titanium oxide, zinc oxide, chromium oxide, tungsten oxide and niobium oxide.
제7항에 있어서,
상기 전자 재결합 차단층은
10nm 내지 300nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The electron recombination barrier layer
Wherein the dye-sensitized solar cell is formed to have a thickness of 10 nm to 300 nm.
제7항에 있어서,
상기 반도체 산화물 전극은
다공성 금속 산화물 반도체층 및 상기 다공성 금속 산화물 반도체층의 표면에 흡착된 염료층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The semiconductor oxide electrode
A porous metal oxide semiconductor layer, and a dye layer adsorbed on a surface of the porous metal oxide semiconductor layer.
제7항에 있어서,
상기 상대 전극은
제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
8. The method of claim 7,
The counter electrode
A second substrate, and a catalyst layer formed on the second substrate.
제15항에 있어서,
상기 제2 기판은
투명 전극이 코팅된, 유리 기판 또는 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
16. The method of claim 15,
The second substrate
Wherein the dye-sensitized solar cell is a glass substrate or a polymer substrate coated with a transparent electrode.
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