KR101447776B1 - Dye-adsorption equipment for dye sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치는 염료감응 태양전지의 광전극 기판을 지지하는 기판 서포터와, 상기 기판 서포터의 상부에 설치되어서 기판을 향하여 염료액을 분사하는 염료액 분사노즐와, 상기 염료액 분사노즐에서 분사된 염료액 중 기판의 염료에 흡착되지 않은 염료액을 저장하는 염료액 저장부를 포함하고, 상기 염료액 저장부에 염료액 배출부가 설치되고, 상기 염료액 배출부에서 배출된 염료액이 염료액 분사노즐로 순환되는 것을 특징으로 한다.The dye-adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell of the present invention comprises a substrate supporter for supporting a photo-electrode substrate of a dye-sensitized solar cell, a dye-liquid spraying nozzle provided on the substrate supporter for spraying a dye- And a dye solution reservoir for storing a dye solution not adsorbed to the dye of the substrate among the dye solution injected from the injection nozzle, wherein a dye solution discharging portion is provided in the dye solution storing portion, and the dye solution discharged from the dye solution discharging portion Is circulated to the dye liquid jetting nozzle.
Description
본 발명은 염료감응 태양전지용 분사식 염료 흡착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료감응 태양전지의 반도체 산화물층에 염료를 흡착시키기 위한 염료 흡착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-adsorbing apparatus for adsorbing dye to a semiconductor oxide layer of a dye-sensitized solar cell.
염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell, DSSC)는 스위스 연방 기술원의 마이클 그라첼(Michael Gratzel)이 개발한 태양전지로써, 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고, 단가 대비 에너지 변화효율이 높으며, 투명성과 구부림이 가능한 셀을 제조할 수 있어 다양한 응용분야에 이용될 수 있는 장점을 가진다.Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC) is a solar cell developed by Michael Gratzel of the Swiss Federal Institute of Technology. It has lower manufacturing cost compared to conventional silicon solar cells, It is possible to manufacture a cell which is high in transparency and bendability and thus can be used in various applications.
염료감응 태양전지는 전자-홀 쌍을 생성하는 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 반도체 산화물층이 포함된 광전극과, 염료분자로 전자를 보충해주는 전해질과, 전해질 용액의 산화환원반응의 촉매 역할을 하는 백금층이 코팅된 상대전극으로 이루어진다. 염료감응 태양전지에 빛이 입사되면 빛을 흡수한 염료가 여기상태(excited state)로 되어 전자를 반도체 산화물층의 전도대로 보내고, 전도된 전자는 전극을 따라 외부 회로로 흘러가서 전기에너지를 전달하고, 전기에너지를 전달한 만큼 낮은 에너지 상태가 되어 상대전극으로 이동한다. 염료는 반도체 산화물층에 전달한 전자 개수만큼 전해질 용액으로부터 전자를 공급받아 원래의 상태로 돌아가게 되는데, 이때 사용되는 전해질은 산화-환원 반응에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 한다. 전지의 음전극 역할을 하는 광전극은 이산화티타늄(TiO2)과 같은 반도체 반도체층을 포함하고, 이 표면에 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하는 염료가 흡착되어 있다. 염료에 전자를 공급하는 전해질은 I-/I3 - 와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, I- 이온의 공급원으로 LiI, NaI, 알칼암모니움 요오드, 이미다졸리움 요오드 등이 사용되고, I3 - 이온은 I2를 용매에 녹여 생성시킨다. 상대전극은 백금 등으로 이루어지고, 이온 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화 환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.The dye-sensitized solar cell includes a photoelectrode including a dye molecule that generates an electron-hole pair and a semiconductor oxide layer that transfers generated electrons, an electrolyte that replenishes electrons as a dye molecule, and a catalyst for a redox reaction of the electrolyte solution And a counter electrode coated with a platinum layer. When the light is incident on the dye-sensitized solar cell, the dye absorbing the light enters an excited state and sends electrons to the conduction band of the semiconductor oxide layer. The conducted electrons flow to the external circuit along the electrode to transfer the electric energy , The energy state becomes as low as the electric energy is transmitted to the counter electrode. The dye receives electrons from the electrolyte solution as much as the number of electrons transferred to the semiconductor oxide layer, and returns to the original state. At this time, the electrolyte used in the dye transfers electrons from the counter electrode to the dye by oxidation-reduction reaction. The photoelectrode serving as a negative electrode of the battery includes a semiconductor semiconductor layer such as titanium dioxide (TiO 2 ), and a dye which absorbs light in the visible light region and generates electron-hole pairs is adsorbed on the surface. The electrolyte that supplies electrons to the dye is composed of redox species such as I - / I 3 - , LiI, NaI, alkaline ammonium iodide, and imidazolium iodide are used as the source of I - ion, and I 3 - ions are generated by dissolving I 2 in a solvent. The counter electrode is made of platinum or the like and acts as a catalyst for the ion oxidation-reduction reaction, and serves to provide electrons to the ions in the electrolyte through redox reaction on the surface.
염료감응 태양전지의 반도체 산화물층에 염료를 흡착시키는 종래의 방법은 크게 침지형과 순환형으로 나눌 수 있다. 침지형은 염료액이 저장된 용기에 반도체 산화물층이 포함된 기판을 침지시켜서 염료를 흡착시키는 방법이다. 이러한 방법은 가장 확실하게 반도체 산화물층에 염료를 흡착시키는 방법이지만, 기판의 반대 면에도 염료가 묻어서 염료의 소모가 과다하고, 소형의 기판에는 적용이 가능하지만 대형의 기판에는 적용이 어려운 문제점을 가지고 있다. 순환형은 광기판과 상대기판을 합착한 후에 펌프를 이용하여 기판 사이의 공간에 염료를 순환시키는 방법이다. 그러나 이러한 순환형 염료 흡착방법은 기판의 면적이 커질수록 기판 사이의 공간에서의 염료 이동 속도가 느려지므로 염료감응 태양전지의 대면적화 추세 및 공정의 자동화 추세에 부합하지 못한다. 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 대한 선행문헌으로서는 한국공개특허 제2010-0079379호가 있다. 상기 선행문헌은 염료감응 태양전지 셀 또는 서브모듈을 고정하는 스테이지와, 염료감응 태양전지 제조용 염료를 저장하는 염료 탱크; 상기 염료 탱크로부터 염료를 외부로 공급하는 염료공급펌프와, 상기 염료공급펌프로부터 염료를 공급받아 실린더에 수용하고, 하단으로 연장된 주입구로 안내하는 니들부와, 상기 니들부의 상부에 위치하여 상하운동으로 상기 실린더의 염료를 가압하여, 주입구로 배출시켜, 상기 태양전지 셀 또는 서브모듈에 염료를 주입하는 피스톤부와, 염료감응 태양전지 셀 또는 서브모듈로부터 배출되는 염료를 상기 염료탱크로 재순환시키는 재순환 모듈과, 상기 염료공급 펌프의 상기 실린더로의 염료공급 및 상기 피스톤의 상하운동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그러나 상기 선행문헌에 개시된 염료 흡착장치도 광기판과 상대기판이 합착된 상태에서 염료액을 주입하는 방법을 채택하고 있으므로 염료 흡착 시간이 길고, 대면적 염료감응 태양전지에 적용하기 어려운 문제점을 가지고 있다. Conventional methods of adsorbing dyes to a semiconductor oxide layer of a dye-sensitized solar cell can be roughly divided into an immersion type and a circulation type. The immersion type is a method in which a substrate containing a semiconductor oxide layer is immersed in a container in which a dye solution is stored to adsorb the dye. Such a method is the method of adsorbing the dye to the semiconductor oxide layer most certainly, but the opposite side of the substrate is dyed with dye, so that the dye is consumed excessively and can be applied to a small substrate, but it is difficult to apply to a large substrate have. The circulation type is a method of circulating the dye in a space between the substrates by using a pump after attaching the photosensitive plate and the counter substrate. However, as the area of the substrate is increased, the circulation type dye adsorption method can not meet the tendency of the dye-sensitized solar cell to be large-sized and the automation trend of the process because the dye migration speed in the space between the substrates becomes slower. A prior art document on dye adsorption apparatus for dye-sensitized solar cells is Korean Patent Publication No. 2010-0079379. The prior art document includes a stage for fixing a dye-sensitized solar cell or a sub-module, a dye tank for storing a dye for preparing a dye-sensitized solar cell, A dye supply pump for supplying the dye from the dye tank to the outside, a needle portion for receiving the dye from the dye supply pump and accommodating the dye in the cylinder and guiding the dye to the injection port extending to the lower end, A piston portion for injecting a dye into the solar cell or submodule by pressurizing the dye in the cylinder and discharging the dye to the injection port; and a recycling portion for recycling the dye discharged from the dye- sensitized solar cell or the submodule to the dye tank And a controller for controlling the dye supply to the cylinder of the dye supply pump and the upward and downward movement of the piston. However, since the dye adsorption apparatus disclosed in the above-mentioned literature adopts the method of injecting the dye liquid in the state where the photomask and the counter substrate are bonded together, the dye adsorption time is long and it is difficult to apply to the large area dye-sensitized solar cell .
따라서, 대면적에 적용이 가능하면서도 염료의 흡착이 균일하게 이루어질 수 있으며, 공정의 자동화에 적합한 새로운 방식의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치 및 방법에 대한 개발 필요성이 매우 크다.Accordingly, the dye can be applied to a large area, and the adsorption of the dye can be made uniform, and there is a great need to develop a new dye-adsorbing apparatus and method for a dye-sensitized solar cell suitable for automation of the process.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 산화물층에 염료가 균일하게 흡착될 수 있고, 대면적 염료감응 태양전지에 적용이 가능하며, 공정의 자동화가 가능한 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dye adsorption apparatus for a dye-sensitized solar cell capable of uniformly adsorbing a dye to a semiconductor oxide layer, being applicable to a large area dye-sensitized solar cell, will be.
본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 염료감응 태양전지의 광전극 기판을 지지하는 기판 서포터와, 상기 기판 서포터의 상부에 설치되어서 기판을 향하여 염료액을 분사하는 염료액 분사노즐과, 상기 염료액 분사노즐에서 분사된 염료액 중 기판의 염료에 흡착되지 않은 염료액을 저장하는 염료액 저장부를 포함하고, 상기 염료액 저장부에 염료액 배출부가 설치되고, 상기 염료액 배출부에서 배출된 염료액이 염료액 분사노즐로 재순환되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell comprising a substrate supporter for supporting a photo-electrode substrate of a dye-sensitized solar cell, a dye-liquid spraying nozzle provided above the substrate supporter for spraying a dye- And a dye solution reservoir for storing a dye solution not adsorbed to the dye of the substrate among the dye solution injected from the injection nozzle, wherein a dye solution discharging portion is provided in the dye solution storing portion, and the dye solution discharged from the dye solution discharging portion Wherein the dye-sensitized solar cell is recycled to the dye-liquid jetting nozzle.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 염료액 분사노즐은 기판에 대한 분사방향이 조절될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the direction of ejection of the dye liquid jetting nozzle relative to the substrate may be adjusted.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 염료액 배출부와 염료액 분사노즐을 연결하는 라인에 히터가 설치될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a heater may be installed in a line connecting the dye liquid discharging portion and the dye liquid jetting nozzle.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 서포터에 서포터 히터가 설치될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a supporter heater may be installed in the substrate supporter.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기판 서포터는 흡착되지 않은 염료액이 흘러내릴 수 있도록 기울기가 조절될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the substrate supporter can be inclined so that the non-adsorbed dye liquid can flow down.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치는 염료액이 분사되는 공간을 질소 분위기로 유지하기 위한 질소 주입부를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the dye adsorption apparatus for a dye-sensitized solar cell may further include a nitrogen injection unit for maintaining a space in which the dye liquid is injected in a nitrogen atmosphere.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 염료액 배출부에 연결된 라인에 염료액의 농도를 측정하기 위한 염료농도 측정부가 설치될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a dye concentration measuring unit for measuring the concentration of the dye solution may be installed in a line connected to the dye solution discharging unit.
본 발명의 염료감응형 태양전지의 염료 흡착장치는 아래의 효과를 가진다.The dye adsorption apparatus of the dye-sensitized solar cell of the present invention has the following effects.
1. 기판의 일방향에서 염료액을 분사하는 방식으로 염료의 흡착이 이루어지므로 반도체 산화물층이 형성된 반대면의 기판에 염료의 접촉이 이루어지지 않아서 염료액의 소모를 최소화할 수 있다.1. Since the dye is adsorbed by the method of spraying the dye liquid in one direction of the substrate, the dye is not brought into contact with the substrate on the opposite side where the semiconductor oxide layer is formed, so consumption of the dye liquid can be minimized.
2. 광전극 기판와 상대전극 기판이 합착되기 전에 광전극 기판에만 염료액을 분사하게 되므로 염료의 흡착에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.2. Since the dye liquid is injected only onto the photo-electrode substrate before the photo-electrode substrate and the counter electrode substrate are bonded together, the time required for adsorption of the dye can be shortened.
3. 분사되어 반도체 산화물층에 흡착되지 않은 염료액은 염료액 저장부에서 노즐로 재순환되므로 불필요한 염료의 소모를 방지할 수 있다.3. Dye liquid which is injected and not adsorbed on the semiconductor oxide layer is recycled to the nozzle in the dye liquid storage part, so that consumption of unnecessary dye can be prevented.
4. 기판이 로딩되는 기판 서포터에 히터가 설치되므로 염료의 흡착 온도를 조절할 수 있다.4. Since the heater is installed on the substrate supporter on which the substrate is loaded, the adsorption temperature of the dye can be controlled.
5. 염료액 분사노즐로 공급되는 염료액의 이송라인 또는 염료액 저장부에 히터가 설치되어서 노즐로 분사되는 염료액의 온도를 조절할 수 있다.5. Dye liquid It is possible to control the temperature of the dye liquid injected into the nozzle by installing a heater in the transfer line of the dye liquid supplied to the nozzle or the dye liquid reservoir.
6. 노즐 연결부가 회전하거나 분사방향을 전환할 수 있으므로 대형 기판에 염료액을 균일하게 분사할 수 있다.6. Dye liquid can be uniformly sprayed on a large substrate because the nozzle connection can be rotated or the injection direction can be switched.
7. 염료액 저장부에서 염료액 분사노즐로 연결되는 라인에 광측정부가 형성되어서 염료액 중의 염료 농도를 용이하게 측정할 수 있으므로 염료의 보충 시기를 용이하게 파악할 수 있다.7. Since a light measuring part is formed on a line connected to the dye liquid spray nozzle from the dye solution storage part, the dye concentration in the dye solution can be easily measured, so that the replenishment timing of the dye can be easily grasped.
8. 기판 서포터의 기울기를 조절할 수 있으므로 흡착되지 않은 염료액을 신속하게 회수할 수 있으므로 공정시간을 단축할 수 있다.8. Since the inclination of the substrate supporter can be adjusted, it is possible to quickly recover the unadsorbed dye liquid, thereby shortening the processing time.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 염료 농도 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 기판 기울기 조절부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 기판 고정부를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 염료액 분사노즐의 분사각도 조절 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 염료액 분사노즐 회전방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 염료 흡착장치를 도시한 것이다.1 shows a dye adsorption apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates the structure of a dye adsorption apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a dye concentration measuring unit applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
4 is a view for explaining a substrate tilt adjusting unit applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
FIG. 5 illustrates a substrate fixing unit applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
6 is a view for explaining a spray angle adjusting method of a dye liquid spray nozzle applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
7 is a view for explaining a dye liquid spray nozzle rotating method applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
FIG. 8 illustrates a continuous dye adsorption apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치는 염료감응 태양전지의 광전극 기판을 지지하는 기판 서포터와, 상기 기판 서포터의 상부에 설치되어서 기판을 향하여 염료액을 분사하는 염료액 분사노즐와, 상기 염료액 분사노즐에서 분사된 염료액 중 기판의 염료에 흡착되지 않은 염료액을 저장하는 염료액 저장부를 포함하고, 상기 염료액 저장부에 염료액 배출부가 설치되고, 상기 염료액 배출부에서 배출된 염료액이 염료액 분사노즐로 순환되는 것을 특징으로 한다.The dye-adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell of the present invention comprises a substrate supporter for supporting a photo-electrode substrate of a dye-sensitized solar cell, a dye-liquid spraying nozzle provided on the substrate supporter for spraying a dye- And a dye solution reservoir for storing a dye solution not adsorbed to the dye of the substrate among the dye solution injected from the injection nozzle, wherein a dye solution discharging portion is provided in the dye solution storing portion, and the dye solution discharged from the dye solution discharging portion Is circulated to the dye liquid jetting nozzle.
도 1을 이용하여 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 관한 구성과 기능을 설명한다. The construction and function of the dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 염료 흡착장치(100)는 기판 서포터(101), 염료액 저장부(107), 체임버 판넬(108), 염료액 배출부(109), 펌프(113), 노즐 연결부(117) 및 염료액 분사노즐(108)을 포함한다. 기판 서포터(101)는 염료감응 태양전지의 광전극 기판이 로딩되는 부분으로서, 하부에 설치된 기판 높이 조절부(103)에 의하여 로딩된 기판의 높이를 조절할 수 있다. 염료액 저장부(107)는 공정의 시작 전에 염료를 저장하고, 기판에 분사된 염료액 중 반도체 산화물층에 흡착되지 않은 염료액이 일시적으로 저장되는 부분으로서, 염료 흡착장치의 하부에 별도로 설치되거나 체임버 판넬(108)에서 연장되어 밀폐된 바닥면을 가지는 구성으로 설치될 수 있다. 체임버 판넬(108)은 염료액 분사노즐(108)에서 분사된 염료액이 외부로 누출되는 것을 방지하고 체임버 판넬(108)의 내부면을 타고 염료액이 염료액 저장부(107)로 이송될 수 있도록 한다. 염료액 배출부(109)는 염료액 저장부(107)의 측부 또는 하부에 설치될 수 있는데, 염료액 저장부(107)에 일시적으로 저장된 염료액을 염료액 분사노즐(108)로 재순환시키기 위한 출구가 되고, 염료액 배출라인(110)이 연결된다. 펌프(113)는 염료액 배출부(109)로 배출된 염료액을 다시 염료액 분사노즐(108)로 재이송시키기 위한 동력이 된다. 노즐 연결부(117)는 하나 또는 복수개의 염료액 분사노즐(108)을 상부에 설치하기 위한 수단으로서, 염료액 배출부(109)에서 배출된 염료액이 재공급되기 위한 이송 통로를 포함할 수 있다. 염료액 분사노즐(108)은 염료액을 반도체 산화물층이 형성된 기판에 분사하는 기능을 하는데, 염료액의 분사각도나 분사되는 염료액의 입자를 조절할 수 있다. 1 shows a dye adsorption apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. 1, a
본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치는 아래와 같은 추가적인 구성을 포함할 수 있다. 기판 고정부(101a)는 기판 서포터(101)의 상부에 설치되는데, 염료액의 분사과정에서 기판의 위치를 고정하는 기능을 하고, 기판의 크기를 고려하여 형성 위치와 개수를 다양하게 변형할 수 있다. 기판 높이 조절부(103)는 선택적으로 적용할 수 있는데, 기판 서포터(101)에 로딩되는 기판의 크기에 따라서 염료액 분사노즐과의 거리를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 기판 높이 조절부(103)는 공기압 또는 유압을 이용하여 제어하거나, 랙기어와 피니언 기어를 이용하여 제어할 수 있으며, 공기압을 이용하는 경우에는 구동을 위하여 가압부(105)와 압력조절부(106)를 추가로 포함할 수 있다. 격벽(104)은 기판 높이 조절부(103)의 하부에 염료액이 접촉되는 것을 방지하는 기능을 하는데, 염료액 저장부(107)에 저장되는 염료액의 높이를 고려하여 격벽(104)의 형성 높이를 다양하게 결정할 수 있다. 투명 라인(111)은 염료액 배출부(109)에 연결된 염료액 배출라인(110)의 중간에 형성될 수 있는데, 외부에 설치된 염료농도 측정부(112)에서 광이 투과될 수 있도록 투명한 재질로 이루어지고, 도면에서는 염료액 배출부(109)에 인접하게 형성된 것으로 도시하였지만 형성 위치는 다양하게 변형할 수 있다. 염료액 배출라인(110)에는 히터(114), 밸브(115), 염료액 가압조절부(116) 등이 설치될 수 있는데, 히터(114)는 염료액 배출라인(110)을 통과하는 염료액의 온도를 조절하여 염료액 분사노즐(118)로 분사되는 염료액의 온도를 제어하는 기능을 하고, 밸브(115)는 공정이 시작되거나 완료되는 경우에 염료액의 분사를 시작하거나 중단시키는 기능을 하며, 염료 가압조절부(116)는 염료액 분사노즐(118)로 공급되는 염료액의 양이나 압력을 조절하여 염료액의 분사량을 조절하는 기능을 한다. 질소 주입구(120)는 체임버 내부에 질소를 충진하여 질소 분위기에서 염료를 흡착시킴으로써 염료의 산화 등을 방지하기 위한 기능을 하며, 질소 저장부(122)와 질소 배출부(123)가 추가로 설치될 수 있으며, 질소의 주입을 제어하기 위한 밸브(121)를 포함할 수 있다. 도면에서는 질소 주입구(120)와 질소 배출부(123)가 상부에 설치된 것으로 도시하였지만, 질소 주입구(120)와 질소 배출부(123)의 설치 위치는 다양하게 선택할 수 있다. The dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention may include the following additional structures. The
도 2를 이용하여 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에서 염료가 분사되는 작동을 설명한다. Referring to FIG. 2, the operation of injecting a dye in a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치의 구성을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 체임버 판넬(108)의 하부에 형성된 염료액 저장부(107)에는 일정량의 염료액이 충진되고, 기판 서포터(102)에 염료감응 태양전지의 광전극 기판이 로딩된다. 이때, 기판(102)의 크기를 고려하여 기판 높이 조절부(103)에 의하여 미리 세팅된 높이로 기판(102)의 높이가 조절될 수 있다. 충진된 염료액(200)은 펌프(103)에 의하여 염료액 배출부(109)와 염료액 배출라인(110)을 거쳐서 염료액 분사노즐(118)로 이송된다. 이 과정에서 염료액은 펌프(103), 밸브(115), 염료액 가압조절부(116)를 거치면서 이송량이 제어되며, 도면에서 도시하지 않았지만 염료액의 이송 경로상에 온도측정부가 설치될 수 있으며 이송되는 염료액의 온도가 기준 이하보다 낮다면 히터(114)가 작동하여 염료액을 가열할 수 있다. 이송된 염료액은 노즐 연결부(117)에 설치된 염료액 분사노즐(118)을 통하여 아래쪽으로 분사되고, 분사된 염료액은 기판(102) 상에 형성된 반도체 산화물층에 접촉하여 염료가 흡착되게 된다. 분사된 염료액 중 반도체 산화물층에 흡착되지 않은 양은 기판의 상부 또는 체임버 판넬(108)의 내부면을 따라서 염료액 저장부(107)로 흘러들게 되고, 염료액은 다시 염료액 배출부(109)를 통과하여 염료액 분사노즐(118) 방향으로 재순환하게 된다. 이러한 공정이 진행되는 동안에 염료 흡착이 일어나는 공간을 질소로 충진하기 위하여 질소 주입구(120)로 질소가 주입되어 질소 배출부(123)로 배출될 수 있다. 또한, 서포터 히터(101a)가 작동하여서 기판(102)을 일정 온도로 유지할 수 있다. 도면에서는 서포터 히터(101a)가 기판 서포터(101)의 하부에 설치된 것으로 도시하였지만, 서포터 히터(101a)는 기판 서포터(101)의 내부 또는 상부에 설치될 수 있고, 온도를 측정하고 제어하기 위한 수단을 구비할 수 있다. 공정이 진행되는 동안 염료의 흡착이 일어나면 염료액 중의 염료 농도가 낮아지게 되는데, 염료 농도 측정부(112)가 염료의 농도를 인시츄(in-situ)로 측정할 수 있고, 일정 기준 이하로 농도가 낮아지면 염료액 또는 염료를 보충할 수 있다. 염료 농도 측정부는 다양하게 구성할 수 있는데, 예를 들면 염료액이 이송 경로 상에 투명한 창을 형성하여 광의 흡수도를 측정하는 방식으로 구성될 수 있고, 염료액의 일부를 추출하는 밸브를 설치하여 추출된 일정액의 염료액으로부터 염료의 농도를 측정하는 방식으로 구성될 수도 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 염료액 저장부(107)에 추가로 히터가 설치될 수 있다.FIG. 2 illustrates the structure of a dye adsorption apparatus for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a
도 3을 이용하여 염료농도 측정부가 구성되는 일 예를 설명한다. An example in which the dye concentration measuring section is constructed using Fig. 3 will be described.
도 3은 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 염료 농도 측정부를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 염료액이 이송되는 경로상에 형성된 투명 라인(111)의 양 방향에 광원(112a)과 광측정부(112b)를 설치하여 광원에서 발생된 광이 투명 라인(111)을 통과하면서 광의 세기가 약해지는 정도를 측정함으로써 염료액의 농도 측정을 수행할 수 있다. 투명 라인(111)은 투명한 재질로 이루어진 관 형태이거나, 양쪽을 창이 형성된 금속 재질로 이루어질 수 있다. 도면에서 설명한 염료 농도 측정방법은 일 예일뿐이고, 그 외에 다양한 공지 수단이 이용될 수 있다.3 is a view for explaining a dye concentration measuring unit applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention. 3, a
도 4를 이용하여 기판 서포터(101)의 기울기 조절에 대하여 설명한다.The tilt adjustment of the
도 4는 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 기판 기울기 조절부를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (가)를 참조하면, 기판 서포터(101)의 하부에는 실린더를 이용한 기판 높이 조절부가 설치될 수 있다. 기판 높이 조절부는 제1실린더(103a), 제2실린더(103a'), 제1피스톤(103b), 제2피스톤(103b')으로 이루어질 수 있고, 추가로 제3실린더(103c)와 로울러(103d)를 포함할 수 있다. 제1실린더(103a)와 제2실린더(103a')은 가압수단과 연결되어서 제1피스톤(103b)과 제2피스톤(103b')이 이동할 수 있도록 구성된다. 제3실린더(103c)에는 별도의 가압수단이 연결되지 않을 수 있고, 중간에 로울러(103d)가 설치되어서 기판의 기울기가 변화될 수 있도록 한다. 도 4의 (나)를 참조하면, 제1피스톤(103b)과 제2피스톤(103b')에 걸림턱을 설치하면 서로 다른 높이까지 피스톤이 돌출될 수 있도록 할 수 있다. 도 4의 (다)를 참조하면, 제1피스톤(103b)과 제2피스톤(103b')이 서로 다른 높이로 돌충되면 로울러(103d)가 회전하면서 기판(101)의 기울기가 조절될 수 있다. 제1피스톤(103b)과 제2피스톤(103b')에 설치된 걸림턱의 위치를 조절하면 기판(101)의 기울기를 조절할 수 있다. 도면에서 설명한 기판 높이 조절부의 구성은 일 예에 불과하고, 기판의 기울기를 조절할 수 있도록 다양한 공지의 방법이 이용될 수 있다. 이때, 기울어진 기판 서포터(101)에서 기판이 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 도 5와 같이 기판 서포터(101) 상에 기판 고정부(101a)를 설치할 수 있다. 기판 고정부(101a)의 설치 위치나 개수는 기판의 크기나 형태에 따라 변형이 가능하다. 4 is a view for explaining a substrate tilt adjusting unit applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention. Referring to FIG. 4 (a), a substrate height adjusting unit using a cylinder may be installed below the
도 6과 도 7을 이용하여 염료액 분사노즐의 분사방향을 조절하는 구성을 설명한다.A configuration for adjusting the jet direction of the dye liquid jetting nozzle will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
도 6은 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 노즐의 분사각도 조절 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (가)를 참조하면, 노즐 연결부(117)의 상부에 회전부(117a)가 설치되어 노즐 연결부(117)가 염료액 분사노즐의 분사각도를 좌우방향으로 변화시킬 수 있다. 회전부(117a)는 노즐 연결부(117)를 좌우방향으로 작동시키는 기능을 하는데, 내부에 모터, 회전축, 기어 등이 설치되어 구성될 수 있고, 이 외에도 다양한 공지의 수단이 이용될 수 있다. 도 6의 (나)를 참조하면, 노즐 연결부(117)가 정위치에 있는 동안에는 염료액 분사노즐(118)이 수직으로 위치하고, 화살표로 표시된 일정 영역에 염료액을 분사하게 된다. 오른쪽 그림의 (a)는 염료액이 분사되는 면적을 도시한 것이다. 도 6의 (다)를 참조하면, 노즐 연결부(117)가 좌우로 움직이면 이를 따라서 염료액 분사노즐의 좌우 방향으로 분사방향이 바뀌게 되고, 화살표로 표시한 영역에 염료액이 분사된다. 오른쪽 그림의 (b)는 염료액 분사노즐이 방향을 바꾸면서 추가로 염료액이 분사되는 영역을 표시한 것이다. 이와 같이 염료액 분사방향이 조절되면 보다 넓은 면적에 균일하게 염료액을 분사할 수 있게 된다. 6 is a view for explaining a spraying angle adjusting method of a nozzle applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention. 6A, a rotating
도 7은 본 발명의 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치에 적용되는 노즐 회전방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (가)를 참조하면, 노즐 연결부(117)의 상부에 회전부(117a)가 설치되어서 노즐 연결부(117)가 평면에서 회전할 수 있다. 회전부(117a)는 모터와 감속기 등으로 구성될 수 있다. 이와 같이 노즐 연결부(117)가 회전하면 염료액의 분사가 보다 넓은 면적으로 균일하게 이루어질 수 있다. 도 7의 (나)와 (다)를 참조하면, 노즐 연결부(117)가 고정된 상태에서는 (a) 영역에만 염료액이 분사되지만, 노즐 연결부(117)가 직각으로 회전하면 (b) 영역에 염료액이 분사될 수 있고, 노즐 연결부(117) 연속적으로 회전하면 (c) 영역 전체에 염료액이 균일하게 분사될 수 있다. 도면에서는 도시하지 않았지만, 염료액 분사노즐의 노즐 직경, 분사 압력 등을 조절하며 하나의 노즐을 기준으로 한 염료액의 분사각도도 조절할 수 있다.7 is a view for explaining a nozzle rotation method applied to a dye adsorbing apparatus for a dye-sensitized solar cell according to the present invention. Referring to FIG. 7 (a), a rotating
도 8을 이용하여 연속식으로 기판이 공급되는 염료 흡착장치의 구성을 설명한다.The construction of a dye adsorption apparatus to which a substrate is fed in a continuous manner will be described with reference to Fig.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 염료 흡착장치를 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 연속식 염료 흡착장치(300)의 상부에는 염료액 분사노즐(318)이 설치되고, 하부에는 염료액이 저장된 염료액 저장부가 설치된다. 염료액이 염료액 저장부로부터 염료액 분사노즐로 재순환되는 구성은 앞에서 설명한 바와 동일하므로 염료액 배출부(304)와 펌프(305)를 제외한 구성을 생략하여 도시하였다. 염료액 분사노즐(318)과 염료액 저장부 사이의 공간에 설치된 이동 로울러(303)를 따라서 기판(302)이 연속적으로 공급되고, 기판은 염료액 분사 영역을 통과하면서 반도체 산화물층에 염료의 흡착이 일어난다. 이때, 차단벽(306)이 일정 영역에 설치되는데, 염료의 흡착이 일어나지 않은 여분의 염료액이 차단벽(306)을 따라서 염료액 저장부로 유도된다.
FIG. 8 illustrates a continuous dye adsorption apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a dye-
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
100: 염료 흡착장치 101: 기판 서포터
101a: 기판 고정부 101a: 서포터 히터
102: 기판 103: 기판 높이 조절부
103a: 제1실린더 103b: 제1피스톤
103a': 제2실린더 103b': 제2피스톤
103c: 제3실린더 103d: 로울러
104: 격벽 105: 가압부
106: 압력조절부 107: 염료액 저장부
108: 체임버 판넬 109: 염료액 배출부
110: 염료액 배출라인 111: 투명 라인
112: 염료농도 측정부 112a: 광원
112b: 광측정부 113: 펌프
114: 히터 115: 밸브
116: 염료액 가압조절부 117: 노즐 연결부
117a: 회전부 118: 염료액 분사노즐
120: 질소 주입구 121: 밸브
122: 질소 저장부 123: 질소 배출부
200: 염료액 300: 연속식 염료 흡착장치
302: 기판 303: 이동 로울러
304: 염료액 배출부 305: 펌프
306: 차단벽 318: 염료액 분사노즐100: dye absorption apparatus 101: substrate supporter
101a:
102: substrate 103: substrate height adjuster
103a:
103a ':
103c:
104: partition wall 105:
106: Pressure regulator 107: Dye liquid reservoir
108: Chamber panel 109: Dye liquid discharge part
110: Dye liquid discharge line 111: Transparent line
112: dye
112b: light measuring unit 113: pump
114: heater 115: valve
116: Dye liquid pressure regulating part 117: Nozzle connection part
117a: rotating part 118: dye liquid jetting nozzle
120: nitrogen inlet 121: valve
122: nitrogen storage part 123: nitrogen discharge part
200: Dye liquid 300: Continuous dye absorption apparatus
302: substrate 303: moving roller
304: Dye liquid discharging portion 305: Pump
306: blocking wall 318: dye liquid spray nozzle
Claims (7)
상기 기판 서포터의 상부에 설치되어서 기판을 향하여 염료액을 분사하는 염료액 분사노즐; 및
상기 염료액 분사노즐에서 분사된 염료액 중 기판의 염료에 흡착되지 않은 염료액을 저장하는 염료액 저장부;를 포함하고,
상기 염료액 저장부에 염료액 배출부가 설치되고, 상기 염료액 배출부에서 배출된 염료액이 염료액 분사노즐로 순환되며,
상기 염료액 분사노즐은 기판에 대한 분사방향이 조절되고, 상기 염료액 배출부와 염료액 분사노즐을 연결하는 라인에 히터가 설치되며, 상기 기판 서포터에 서포터 히터가 설치되고, 상기 기판 서포터는 흡착되지 않은 염료액이 흘러내릴 수 있도록 기울기가 조절되며,
상기 기판 서포터의 기울기 조절은 서로 다른 위치에 형성된 복수개의 실리더와 피스톤으로 수행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치.A substrate supporter for supporting the photoelectrode substrate of the dye-sensitized solar cell;
A dye liquid spray nozzle installed on the substrate supporter and spraying a dye liquid toward the substrate; And
And a dye solution storage part for storing a dye solution not adsorbed to the dye of the substrate in the dye solution injected from the dye solution injection nozzle,
A dye liquid discharging portion is provided in the dye liquid storing portion, the dye liquid discharged from the dye liquid discharging portion is circulated to the dye liquid jetting nozzle,
Wherein the dye liquid jetting nozzle is provided with a heater on a line connecting the dye liquid discharging portion and the dye liquid jetting nozzle, a supporter heater is provided on the substrate supporter, The tilt is adjusted so that the non-existent dye liquid flows down,
Wherein the tilt adjustment of the substrate supporter is performed by a plurality of cylinders and pistons formed at different positions.
염료액이 분사되는 공간을 질소 분위기로 유지하기 위한 질소 주입부를 더 포함하는 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치.The method according to claim 1,
And a nitrogen injection unit for maintaining the space in which the dye liquid is injected in a nitrogen atmosphere.
상기 염료액 배출부에 연결된 라인에 염료액의 농도를 측정하기 위한 염료농도 측정부가 설치된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지용 염료 흡착장치.The method according to claim 1,
And a dye concentration measuring unit for measuring the concentration of the dye solution is installed in a line connected to the dye solution discharging unit.
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