KR101459898B1 - 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염료감응 태양전지에서 전자 재결합 방지를 위해 차단층을 포함시킨 새로운 구조의 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 집전극을 제조하는 단계와, 반도체 산화물을 포함하는 차단층 (blocking layer)을 형성하는 단계와, 다공성 산화물 박막(광전극 산화물)을 형성하는 단계 등을 포함하고, 차단층은 전도성기판과 전도성박막 사이, 전도성기판의 표면, 전도성 기판과 적층물(집전극, 다공성 산화물 박막 등) 사이, 및 각 적층물 사이 중 어느 하나 이상의 위치에 형성되어, 집전극 보호 및 전도성기판과 다공성 산화물 박막 사이의 접합성 향상은 물론, 전도성기판과 전해질의 접촉을 차단시켜 전자와 정공이 재결합되는 현상을 막아 광전환 효율을 향상시킬 수 있고, 빛의 산란을 방지하여 전도성 기판의 투과도를 향상시킬 수 있는 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한 것이다.
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Description
본 발명은 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염료감응 태양전지에서 전자 재결합 방지를 위해 차단층을 포함시킨 새로운 구조의 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있는 반도체 장치를 말한다.
상기 태양전지는 실리콘 또는 화합 반도체 물질로 구성되어 있으며, 특히 염료감응 태양전지의 2개 전극 중 금속산화물 나노입자를 포함하는 광전극(photo electrode)은 전도성 기판 위에 금속산화물 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하고 고온에서 소결하는 방법으로 제조된다.
그러나 대면적 태양전지의 경우, 태양광 에너지에 의해 생성된 전자가 광전극을 지나 전달되는 도중 소실될 위험이 많고, 그러므로 전자를 효과적으로 전달하기 위해서는 집전극을 광전극과 함께 제조하여야 한다.
또한, 상기 집전극은 전해질에 의해 부식되어 내구 조건을 만족하지 못하게 되는데, 이를 막기 위해 전극 보호층이 도입되고 있다.
상기 전해질은 집전극 뿐만 아니라 전도성 기판에 직접 접촉되어 기판에 도달한 전자가 전해질로 소실되게 하며, 그에 따라 전지의 에너지 전환 효율이 낮아지게 된다.
이때, 상기 광전극과 집전극 등은 높은 소결 온도를 필요로 하기 때문에 전도성 기판 중에서도 안정한 FTO(Fluorine-doped tin oxide)를 사용하게 되는데, 이는 표면이 거칠기 때문에 태양광이 산란될 수 있으며, 이 때문에 태양광이 염료에 효과적으로 전달되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 집전극이 포함된 태양전지에 차단층을 도입하는 구조를 제시하여, 집전극을 보호하는 동시에 내구성을 향상시킬 수 있고, 전도성 기판과 전해질의 접촉에 의한 전자 손실을 막아줄 수 있으며, 특히 전도성 기판과 전해질의 접촉을 차단시켜 전자와 정공이 재결합되는 현상을 막아 광전환 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 유입되는 태양광 빛의 산란을 막아줌으로써 투과도를 향상시켜 염료에 더 많은 태양광이 도달할 수 있도록 한 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예로서, 전도성박막이 코팅된 전도성기판 위에 형성되는 실버집전극과, 전도성 기판 위에 형성되는 다공성 산화물 박막을 포함하는 염료감응 태양전지 광전극에 있어서, 상기 차단층은 전도성박막과 실버집전극의 표면에 걸쳐 형성되고, 상기 다공성 산화물 박막은 전도성박막 위에 형성된 차단층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예로서, 전도성기판 위에 실버집전극을 형성하는 단계와, 전도성기판 위에 다공성 산화물 박막을 형성하는 단계와, 전도성 기판의 다공성 산화물 박막에 감광성 염료를 흡착시키는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 광전극 제조 방법에 있어서, 상기 실버집전극의 보호와, 전도성기판과 다공성 산화물 박막간의 접합과, 전도성기판과 전해질 간의 접촉 차단을 위한 차단층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 집전극을 포함하는 태양전지용 광전극에 차단층을 형성시킴으로써, 집전극을 차단층이 보호해 줄 수 있어 전해질에 의한 집전극 부식을 방지할 수 있고, 그에 따라 별도의 집전극 보호층 도입 공정을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 차단층에 의하여 전도성 기판과 광전극 물질인 다공성 박막 사이의 접합성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 차단층에 의하여 전도성 기판과 전해질의 접촉을 차단시켜 전자와 정공이 재결합되는 현상을 막아 광전환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 빛의 산란을 방지하여 전도성 기판의 투과도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광전극을 포함하는 염료감응 태양전지 모듈을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 각 실시예에 포함되는 차단층의 형성시, 실버집전극의 버스바를 제외하는 것을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 각 실시예에 포함되는 차단층의 형성시, 실버집전극의 버스바를 제외하는 것을 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 광전극 제조 방법은: (a) 전도성 기판 위에 실버집전극을 형성하는 단계와; (b) 상기 전도성 기판 위에 다공성 산화물 박막을 형성하는 단계와; (c) 상기 전도성 기판의 다공성 산화물 박막에 감광성 염료를 흡착시키는 단계를 포함하고, 각 단계에서는 특정 온도에서 소결하는 과정이 진행된다.
특히, 실버집전극을 보호하는 기능과, 다공성 산화물 박막 사이의 접합성을 향상시키는 기능과, 전도성 기판과 전해질의 접촉을 차단시켜 전자와 정공이 재결합되는 현상을 막아주는 기능 등을 수행하는 차단층 형성 단계는 상기한 단계 중 어느 하나의 단계 사이에서 형성될 수 있다.
이때, 상기 전도성 기판 위에 실버집전극 및 다공성 산화물 박막, 차단층 등을 형성하는 과정은 스크린 프린팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯 프린팅 법으로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 전도성 기판에 형성되는 실버집전극은 다공성 산화물 박막에 흡착된 감광성 염료에서 생성되는 전자를 집전하는 역할을 하며, 바람직하게는 전도성 기판에 실버집전극을 도포한 후 150 ~ 600 ℃에서 5 ~ 60 분 동안 열처리한다.
상기 전도성 기판에 형성되는 다공성 산화물 박막은 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 란타넘 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 틴 산화물, 나이오븀 산화물, 마스네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 이트늄 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물, 및 스트론튬티타늄 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 전도성 기판에 형성되는 다공성 산화물 박막은 150 ~ 600 ℃에서 5 ~ 60 분 동안 열처리하며 페이스트 상 바인더를 제거하여 준다.
상기 다공성 산화물 박막에 흡착되는 감광성 염료는 광을 받아 전자를 생성하여 광전극으로 전달하는 염료로서, 다공성 산화물 박막이 일정시간 동안 염료 용액에 담지되도록 후 에탄올로 세척하고 건조한 다음, 산화물 박막 표면에 염료가 흡착되도록 하며, 이때 감광성 염료는 루테늄 계 또는 쿠마린 계의 유기 염료가 적절하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 실버집전극이 전해질과 반응하여 부식되는 점을 막아주기 위해 실버전극 보호층을 도입하는 단계를 더 진행할 수 있으며, 실버전극 보호층으로는 당 분야에서 사용되는 것이라면 모두 가능하고, 통상적으로는 글라스 프릿, UV 경화제, 설린, 에폭시, 실리카 등의 소재를 사용하며, 또한 실버전극 보호층은 그 소재에 따라 적절한 소결 온도 프로파일을 가지고 있으므로, 소재 특성을 참고한다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 실버집전극을 보호하는 기능과, 다공성 산화물 박막 사이의 접합성을 향상시키는 기능과, 전도성 기판과 전해질의 접촉을 차단시켜 전자와 정공이 재결합되는 현상을 막아주는 기능 등을 수행하는 차단층 형성 단계가 상기한 단계 중 어느 하나의 단계 사이에서 진행된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 차단층은 기판의 전도성박막에 실버집전극을 형성한 후, 전도성 기판과 실버집전극의 표면에 걸쳐 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 차단층은 기판의 전도성박막에 실버집전극이 형성된 후, 실버집전극 위에 실버전극 보호층이 형성된 경우, 실버전극 보호층과 전도성 기판의 표면에 걸쳐 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 차단층은 기판의 전도성박막의 일부를 식각으로 제거한 후, 그 자리에 실버집전극을 형성한 다음, 실버집전극 및 전도성박막 표면에 걸쳐 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 기판에 실버집전극을 먼저 형성한 후, 그 위에 전도성 박막을 코팅하고, 코팅된 전도성 박막 위에 차단층이 형성된다.
그 밖에도 상기한 광전극 제조 공정 중 여러가지 형태로 차단층을 형성시킬 수 있다.
상기 차단층은 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 란타넘 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 틴 산화물, 나이오븀 산화물, 마스네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 이트늄 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물, 및 스트론튬티타늄 산화물로 이루어진 금속산화물 그룹으로부터 선택할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 차단층 박막은 용매와 혼합되어 딥 코팅, 스핀 코팅, 드롭 캐스팅, 스프레이 코팅 및 스퍼터링 법 등으로 형성되며, 차단층 형성후에는 5 ~ 600 ℃에서 10 ~ 60 분 동안 열처리된다.
이때, 상기 차단층을 형성하기 위한 금속 산화물의 용매로는 메틸알코올, 에틸알코올 및 증류수로 이루어진 그룹으로부터 선택할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 차단층은 금속 산화물의 농도, 딥 코팅 속도, 스핀 코팅 속도, 드롭 캐스팅에서의 금속 산화물 용액 양, 금속 산화물 용액의 스프레이 코팅 속도, 스퍼터링 시간 등의 조건을 달리하여 그 형성 두께(높이)를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 차단층의 높이는 10 ~ 1000 nm의 두께로 선택하며, 그 이유는 10 nm 이하이면 실버집전극 및 전도성 박막을 온전히 덮지 못할 수 있고, 1000 nm 이상에서는 차단층의 높이가 높고, 입자의 크기가 커져 제 역할보다는 광전극으로써의 산화물이 되어 효율 감소의 원인이 될 수 있기 때문이다.
또한, 상기 전도성 박막 및 기판을 식각하여 실버집전극을 형성할 경우, 그렇지 않은 경우보다 실버집전극의 높이를 줄일 수 있고, 여기에 차단층을 구성하는 금속 산화물의 농도, 코팅되는 속도 등을 조절하여 그 높이를 보다 최소화시킬 수 있다.
첨부한 도 5를 참조하면, 상기 차단층(16)을 딥 코팅을 이용하여 형성하는 경우, 실버집전극(12)을 연결하는 버스바(13)에는 마스킹을 실시하여 차단층이 코팅되지 않도록 하고, 그 이유는 버스바에 전극을 물려 효율 측정시 저항이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 상기와 같이 만들어진 광전극에 상대전극을 서로 마주보게 접합함으로써, 염료감응 태양전지가 완성된다.
상기 염료감응 태양전지의 상대전극은 전도성 기판에 실버집전극을 형성하는 단계와, 전도성 기판의 실버집전극 위에 실버전극 보호층을 형성하는 단계와, 전도성 기판에 촉매전극(백금층)을 형성하는 단계를 포함하고, 각 단계에서는 특정 온도에서 소결하는 과정을 포함한다.
마찬가지로, 상기 전도성 기판 위에 실버집전극 및 촉매전극을 형성하는 단계는 스크린 프린팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯 프린팅 법으로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 전도성 기판에 형성되는 촉매전극은 전해질로 전자를 전달해주는 역할을 하며, 바람직하게는 촉매전극으로 백금, 금과 같은 촉매 성질을 가지는 금속 뿐만 아니라, 탄소입자, 탄소나노섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 그래파이트, 전도성 고분자, 또는 이들의 혼합물들을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
따라서, 상기와 같이 만들어진 광전극과 상대전극을 서로 마주보게 한 후, 설린, 글라스프릿, UV 경화제, 에폭시, 접합용 고분자 재료 등과 같은 접합제를 이용하여 상호 접합시킨 다음, 두 기판 사이에 이루어진 공간에 전해질을 주입하고, 주입홀을 실링함으로써, 염료감응 태양전지 모듈이 완성된다.
이하, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 기본적인 구조를 실시예를 통하여 구체적으로 설명하기로 한다.
제1실시예
첨부한 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광전극을 포함하는 염료감응 태양전지 모듈을 나타낸다.
(광전극의 제조)
먼저, 염료감응 태양전지의 광전극(100) 제조를 위한 전도성기판(10)으로서, 전도성 박막(물질)인 FTO가 코팅된 유리기판을 준비하고, 실버 페이스트를 전도성 박막 위에 스크린 프린팅을 이용하여 도포한 후, 500 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 실버집전극(14)을 형성시킨다.
이어서, 상기 전도성기판(10)의 전도성박막이 코팅되지 않은 쪽(미도시됨)에 아스테이지 및 접착테이프를 이용하여 전 면적을 마스킹한다.
다음으로, 상기 실버집진극(14) 및 전도성박막(12) 위에 차단층(16)을 형성하기 위한 졸-겔 용액 준비한다.
즉, 27.3 ml 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium(Ⅳ) isopropoxide)와 90 ml 무수에탄올 섞은 용액 1과, 90 ml 무수에탄올, 4.86 ml 증류수, 0.786 ml 염산을 섞은 용액 2를 약 10분 간 교반하여 준비한 다음, 용액 2를 용액 1에 도입하여 약 1시간 정도 혼합 교반한다.
이렇게 교반된 용액을 이용하여 상기 전도성기판(10)의 전도성박막(12) 및 실버집전극(14)의 표면에 딥코팅하여 도포한 후, 500 ℃에서 30 분 동안 열처리함으로써, 전도성박막(12) 및 실버집전극(14)의 표면에 걸쳐 차단층(16)이 형성된다.
이어서, 광전극 물질인 다공성 산화물 박막(18)을 형성하는 단계로서, 티타늄 페이스트를 전도성박막(12) 위에 형성된 차단층(16) 위에 스크린 프린팅을 이용하여 도포한 후, 500 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 산화티타늄을 포함하는 다공성 산화물 박막(18)이 형성된다.
다음으로, 상기와 같이 실버집전극(14), 차단층(16), 다공성 산화물 박막(18)이 형성된 전도성 기판(10)을 감광성 염료로서 [Ru(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid)2(NCS)2ㆍ2(tetrabutylammonium)]을 포함하는 에탄올 용매의 0.5 mM에 24 시간 동안 담지하여, 다공성 산화물 박막(18)의 표면에 감광성 염료(미도시됨)가 흡착되도록 한다.
(상대전극의 제조)
염료감응 태양전지의 상대전극(200) 제조를 위한 전도성기판(20)으로서, 전도성박막(22, 전도성물질)인 FTO가 코팅된 유리기판을 준비하고, 전해질 주입홀을 가공한다.
이어서, 실버 페이스트를 전도성기판(20) 위에 스크린 프린팅을 이용하여 도포한 후, 500 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 실버집전극(24)을 형성시킨다.
이때, 집전극을 보호해 줄 글라스 프릿을 스크린 프린팅을 이용하여 도포한 후 500 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 집전극 보호층을 더 형성시킬 수 있다.
이어서, 상기 전도성기판(20)에 백금층(26, Pt 페이스트)를 스크린 프린팅을 이용하여 도포한 후, 440 ℃에서 30 분 동안 열처리하여 상대전극을 제조한다.
(봉합 및 전해질 주입)
위와 같이 제조된 광전극(100) 외곽 부분에 봉지재(30)인 설린을 올려 놓은 후, 집전극 위치를 맞추어 상대전극(200)을 올려 놓아 열을 가해 두 기판을 접합하고, 전해질 주입홀(미도시됨)을 통해 전해질을 주입한 후, 끝으로 전해질 주입홀을 실링하여 막아줌으로써, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같은 염료감응 태양전지 모듈이 완성된다.
이와 같이, 실버집전극을 포함하는 태양전지용 광전극(100)에 차단층(16)을 형성시키되, 실버집전극(14)의 표면 및 전도성기판(10)의 전도성박막(12)의 표면에 걸쳐 차단층(16)을 형성시킴으로써, 집전극을 차단층이 보호해 줄 수 있어 전해질에 의한 집전극 부식을 방지할 수 있고, 그에 따라 별도의 집전극 보호층 도입 공정을 생략할 수 있다.
또한, 상기 차단층(16)에 의하여 전도성기판(10)과 광전극 물질인 다공성 산화물 박막(18) 사이의 접합성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 차단층(16)에 의하여 전도성기판(10)과 전해질 간의 직접적인 접촉을 차단시킬 수 있고, 그에 따라 전자와 정공이 재결합되는 현상을 막아 광전환 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 빛의 산란을 방지하여 전도성 기판의 투과도를 향상시킬 수 있다.
제2실시예
첨부한 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸다.
본 발명의 제2실시예에 따른 염료감응 태양전지 광전극은 상기한 제1실시예와 동일한 구조로 제조되며, 실버전극 보호층(28)이 더 형성된 점에 특징이 있다.
도 2의 (a) 도면을 참조하면, 전도성기판(10)의 전도성박막(12) 위에 실버 집전극(24)을 형성한 후, 이 실버집전극(14)의 표면에 실버전극 보호층(15)이 형성되며, 이어서 실버전극 보호층(15) 및 전도성박막(12)의 표면에 걸쳐 차단층(16)이 형성된다.
이때, 상기 실버집전극(14)을 보호하기 위한 실버전극 보호층(15)으로서 글라스 프릿을 실버집전극(14) 위에 스크린 프린팅을 이용하여 도포한 후, 500 ℃에서 30 분 동안 열처리함으로써, 글라스 프릿으로 채택된 실버전극 보호층(15)이 실버집전극(14)의 표면에 형성된다.
상기 실버전극 보호층(15)에는 고온에서 완전한 소결 시 기판의 휨과 같은 변질이 우려되어 낮은 온도에서 불완전 소결이 이뤄지기 때문에 기공이 생기게 되는데, 이 기공으로 전해질이 침투하여 실버집전극(14)을 부식시킬 수 있지만, 상기 차단층(16)이 실버전극 보호층(15)의 표면에 형성되므로, 실버전극 보호층의 기공을 막고 전해질 침투를 차단할 수 있으며, 결국 기존 구조에 비하여 내구성를 더 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2의 (b) 도면을 참조하면 상기한 제1실시예에 따른 광전극을 제조한 후, 실버집전극(14)을 덮고 있는 차단층(16) 위에 실버전극 보호층(15)을 형성함으로써, 실버집전극 보호 및 실버집전극으로의 전해질 침투를 차단하는 이중 보호가 이루어질 수 있다.
제3실시예
첨부한 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸다.
본 발명의 제3실시예에 따른 염료감응 태양전지 광전극은 상기한 제1실시예와 동일한 구조로 제조되며, 전도성기판의 표면에서 집전극이 형성될 자리를 식각(etching) 처리하여 전체적인 두께를 줄여 경박단소화를 실현할 수 있도록 한 점에 특징이 있다.
도 3의 (a) 도면을 참조하면, 먼저 전도성기판(10) 위에 코팅된 전도성박막(FTO)의 표면에서 실버집전극이 형성될 자리를 식각한 다음, 그 식각된 요부에 실버집전극(14)을 형성한다.
이어서, 제1실시예에서와 같이 전도성박막(12) 및 실버집전극(14)의 표면에 걸쳐 차단층(16)이 형성된다.
이렇게 전도성박막(12)에 식각을 하여 실버집전극(14)을 형성하는 이유는 실버집전극의 높이로 인해 차단층(16)이 고르지 못하게 적용되는 것을 방지하기 위함에 있고, 또한 전체적인 태양전지 두께를 줄일 수 있도록 한 점에 있다.
즉, 상기 차단층 적용에 있어서 높은 실버집전극의 모서리는 적용되기 취약한 부분이고, 전해질 침투에 취약한 부분이므로, 전도성박막(12)의 식각 처리된 요부내에 실버집전극(14)을 형성함으로써, 차단층(16)이 실버집전극(14)을 완전하게 커버하며 도포될 수 있다.
도 3의 (b) 도면을 참조하면, 전도성박막(12, FTO)의 표면에서 실버집전극이 형성될 자리를 식각한 다음, 그 식각된 요부에 실버집전극(14)을 형성하고, 실버집전극(14) 위에 전해질을 보다 완전하게 차단하기 위하여 실버전극 보호층(15)이 더 형성되고, 실버전극 보호층(15) 및 전도성박막(12) 위에 차단층(16)이 형성된다.
제4실시예
첨부한 도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 염료감응 태양전지의 광전극을 나타낸다.
본 발명의 제4실시예는 제1실시예와 동일하고, 단지 전도성기판(10) 위에 실버집전극(14)을 먼저 형성한 후, 전도성박막(12, FTO)를 코팅하고, 전도성박막(12) 위에 차단층(16)을 형성한 점에 특징이 있다.
도 4의 (a)를 참조하면, 전도성박막(12)을 전도성기판(10) 위에 실버집전극(14)을 형성한 후에 형성함으로써, 실버전극 보호층이 필요하지 않아 보다 간단하게 제작할 수 있다는 장점이 있으며, 이러한 경우 전도성박막과 전해질과 접촉하는 면적이 더 넓어질 수 있으므로, 전도성박막의 전체 표면에 걸쳐 차단층이 형성되어 전자 손실을 막을 수 있다.
도 4의 (b) 도면을 참조하면, 도 4의 (a)에서와 같이 실버집전극(14)이 높게 형성될 경우, 전도성박막(12) 및 차단층(16)이 균일하지 못하게 코팅될 수 있으므로, 그 높이를 줄이는 동시에 평탄화를 위하여 전도성기판(10)을 식각한 후, 그 식각 위치에 실버집전극(14)을 형성한다.
이어서, 전도성기판(10) 및 실버집전극(14) 위에 전도성박막(12)을 평평하게 코팅함으로써, 그 위에 차단층(16)도 평평하게 형성될 수 있다.
10 : 전도성기판
12 : 전도성박막
13 : 버스바
14 : 실버집전극
15 : 실버전극 보호층
16 : 차단층
18 : 다공성 산화물 박막
20 : 전도성기판
22 : 전도성박막
24 : 실버집전극
26 : 백금층
30 : 봉지재
100 : 광전극
200 : 상대전극
12 : 전도성박막
13 : 버스바
14 : 실버집전극
15 : 실버전극 보호층
16 : 차단층
18 : 다공성 산화물 박막
20 : 전도성기판
22 : 전도성박막
24 : 실버집전극
26 : 백금층
30 : 봉지재
100 : 광전극
200 : 상대전극
Claims (18)
- 전도성박막이 코팅된 전도성기판 위에 형성되는 실버집전극과, 전도성 기판 위에 형성되는 다공성 산화물 박막을 포함하는 염료감응 태양전지 광전극에 있어서,
상기 전도성박막과 실버집전극의 표면에 걸쳐 차단층이 형성되고, 상기 다공성 산화물 박막은 전도성박막 위에 형성된 차단층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 실버집전극의 표면에는 실버전극 보호층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전도성기판의 전도성박막의 표면에서 실버집전극이 형성될 위치에 식각처리가 되고, 식각처리된 요부에 실버집전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전도성기판에 실버집전극이 먼저 형성된 후, 전도성기판과 실버집전극의 표면에 걸쳐 전도성박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극.
- 청구항 4에 있어서,
상기 전도성기판의 실버집전극이 형성되는 위치는 식각 처리된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극.
- 전도성기판 위에 실버집전극을 형성하는 단계와, 전도성기판 위에 다공성 산화물 박막을 형성하는 단계와, 전도성 기판의 다공성 산화물 박막에 감광성 염료를 흡착시키는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 광전극 제조 방법에 있어서,
상기 실버집전극의 보호와, 전도성기판과 다공성 산화물 박막간의 접합과, 전도성기판과 전해질 간의 접촉 차단을 위한 차단층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 차단층을 형성하는 단계는:
전도성기판의 전도성박막 위에 실버집전극을 형성하는 단계 후, 전도성박막 및 실버집전극의 표면에 걸쳐 형성하는 단계로 진행되며, 차단층이 형성된 전도성박막 위에 다공성 산화물 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 차단층을 형성하는 단계 전에 실버집전극의 표면에 실버전극 보호층을 형성하는 단계가 미리 진행되어, 차단층이 실버전극 보호층과 전도성박막의 표면에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 차단층을 형성하는 단계 후에 실버전극 보호층을 형성하는 단계가 더 진행되어, 실버집전극의 표면에 형성된 차단층의 표면에 실버전극 보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 전도성기판의 전도성박막의 표면에서 실버집전극이 형성될 위치에 실버집전극의 높이를 줄일 수 있도록 식각 처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 실버집전극을 전도성기판에 형성하는 단계 후, 실버집전극 및 전도성기판의 표면에 전도성박막이 입혀지는 단계가 진행되고, 이어서 상기 전도성박막 위에 차단층을 형성하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 전도성기판의 표면에서 실버집전극이 형성될 위치에 실버집전극의 높이를 줄일 수 있도록 식각 처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 전도성기판 위에 실버집전극 및 다공성 산화물 박막, 차단층을 형성하는 과정은 스크린 프린팅, 스프레이 코팅 및 잉크젯 프린팅 법으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 다공성 산화물 박막은 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 란타넘 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 틴 산화물, 나이오븀 산화물, 마스네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 이트늄 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물, 및 스트론튬티타늄 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 다공성 산화물 박막에 흡착되는 감광성 염료는 루테늄 계 또는 쿠마린 계의 유기 염료를 사용하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 실버전극 보호층은 글라스 프릿, UV 경화제, 설린, 에폭시, 실리카 중 선택되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 차단층은 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론튬 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 란타넘 산화물, 바나듐 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 틴 산화물, 나이오븀 산화물, 마스네슘 산화물, 알루미늄 산화물, 이트늄 산화물, 스칸듐 산화물, 사마륨 산화물, 갈륨 산화물, 및 스트론튬티타늄 산화물로 이루어진 금속산화물 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 차단층은 금속산화물 용매와 혼합되어 딥 코팅, 스핀 코팅, 드롭 캐스팅, 스프레이 코팅 및 스퍼터링 법에 의하여 형성되고, 차단층의 높이는 10 ~ 1000 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 광전극 제조 방법.
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| KR1020130050033A KR101459898B1 (ko) | 2013-05-03 | 2013-05-03 | 염료감응 태양전지 광전극 및 이의 제조 방법 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20080038651A (ko) * | 2006-10-30 | 2008-05-07 | 한국과학기술연구원 | 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 및 이의제조방법 |
| KR20110087077A (ko) * | 2010-01-25 | 2011-08-02 | 한국과학기술연구원 | 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 |
| KR20120043592A (ko) * | 2010-10-26 | 2012-05-04 | 현대자동차주식회사 | 광집적형 염료감응 태양전지 |
| KR101189578B1 (ko) * | 2011-09-07 | 2012-10-11 | 현대자동차주식회사 | 염료감응 태양전지 모듈 |
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2013
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