KR101484397B1 - 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101484397B1
KR101484397B1 KR20130077700A KR20130077700A KR101484397B1 KR 101484397 B1 KR101484397 B1 KR 101484397B1 KR 20130077700 A KR20130077700 A KR 20130077700A KR 20130077700 A KR20130077700 A KR 20130077700A KR 101484397 B1 KR101484397 B1 KR 101484397B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
metal
semiconductor layer
substrate
dye
Prior art date
Application number
KR20130077700A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150005733A (ko
Inventor
한윤수
김은성
Original Assignee
대구가톨릭대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대구가톨릭대학교산학협력단 filed Critical 대구가톨릭대학교산학협력단
Priority to KR20130077700A priority Critical patent/KR101484397B1/ko
Publication of KR20150005733A publication Critical patent/KR20150005733A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101484397B1 publication Critical patent/KR101484397B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2077—Sealing arrangements, e.g. to prevent the leakage of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/209—Light trapping arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 유-무기 하이브리드 태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위하여, 제1기판과 상기 제1기판 상부에 형성된 제1전극, 상기 제1전극상에 형성되고 그 표면에 염료와 함께 금속 나이트레이트 또는 금속 나이트라이트가 흡착되어 있는 이산화티탄 박막 반도체층을 포함하는 하판과 제2기판과 상기 제2기판 상에 상기 제1전극에 대향하여 형성되는 제2전극, 상기 제2전극 상에 형성된 상대전극을 포함하는 상판과, 상기 하판과 상판을 합착하는 밀봉부재, 상기 하판과 상판사이에 주입된 전해질층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1기판상에 제1전극을 형성하는 단계,상기 제1전극상에 이산화티탄을 포함하는 반도체층을 형성하여 하판을 형성하는 단계,제2기판에 상기 제1전극과 대향하는 제2전극 상기 제2전극상에 상대전극을 형성하여 상판을 형성하는 단계, 상기 상판과 하판 사이에 전해질을 도입하는 단계를 포함하며, 상기 하판을 형성한 후 상기 하판을 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트와 염료를 용해시킨 침적용액에 침적시켜 상기 반도체층 표면에 염료와 절연성 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법을 제공한다.

Description

금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법{Organic-Inorganic Hybrid Solar Cells Containing Semiconducting layers modified with metal, nitrogen and oxygen, and Fabricating Method therof}
본 발명은 유-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지의 구조 중 반도체층에 염료와 함께 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시킴으로써 광전변환효율을 향상시킨 유-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
석유, 석탄 및 천연가스와 같은 화석연료고갈의 위기감, 교토의정서의 기후변화 협약 발효, 신흥 개도국들(BRICs)의 경제성장에 따른 폭발적인 에너지 수요 등 기존 에너지와 차원이 다른 청정 무제한의 에너지가 요구되고 있으며, 국가적인 차원에서 신재생에너지의 기술개발이 진행되고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양전지(Solar Cell 또는 Photovoltaic Cell)는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광발전의 핵심소자이며, 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 전원공급용으로 광범위하게 활용되고 있다. 태양전지가 처음 만들어진 초기에는 주로 우주용으로 사용되었으나, 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 지상용 전원으로 활용하기 위한 가능성에 주목을 받게 되었고, 활발한 연구개발에 의해 1980년대부터 제한적으로 지상발전용으로 사용이 시작되었다. 최근에는 항공, 기상, 통신분야에 까지 사용되고 있으며, 태양광자동차, 태양광에어콘 등도 주목받고 있다. 이러한 태양전지는 주로 실리콘을 이용하고 있으나, 이들은 반도체 소자 제작공정으로 제조되기 때문에 제조단가가 높으며, 또한 실리콘 원자재의 수급에 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 실리콘 소재를 전혀 사용하지 않는 유-무기 하이브리드 태양전지(Organic-Inorganic Hybrid Solar Cell 혹은 염료감응형태양전지; Dye-Sensitized Solar Cell)가 본격 연구되기 시작하였고, 프린팅 방식에 의해 저가공정이 가능하며, 모양에 구애받지 않는 유연 태양전지 제조가 가능하여 현재 많은 주목을 받고 있다.
유-무기 하이브리드 태양전지는 실리콘 태양 전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양 전지이다. 지금까지 알려진 유-무기 하이브리드 태양전지 중에서 대표적인 예로는 1991년 스위스의 그라첼 등에 의해 발표된 것이 있다. 그라첼 등에 의한 태양 전지는 투명전극, 염료 분자가 입혀진 나노크기의 이산화티탄으로 이루어지는 반도체층, 대향전극(백금 전극) 및 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 이 전지는 기존의 실리콘 전지에 비하여 전력당 제조원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양 전지를 대체할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 주목을 받아왔다.
기존의 유-무기 하이브리드 태양전지의 구조를 살펴보면, 제1기판, 제1전극(투명전극), 재결합차단층, 반도체층, 광산란층, 전해질, 상대전극, 제2전극, 제2기판 및 격벽으로 구성되며, 이 중 반도체층은 염료분자가 흡착된 나노크기의 반도체화합물(주로 이산화티탄: TiO2)로 이루어지며, 백금 상대전극 및 반도체층과 상대전극과의 사이에 채워진 요오드(I)계 전해질 용액으로 구성된다. 여기서, 염료 분자는 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 역할을 하고, 반도체화합물(주로 이산화티탄)은 생성된 전자를 전달하는 역할을 한다.
통상의 유-무기 하이브리드 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 태양빛에 의해 여기된 염료들이 전자를 반도체화합물(주로 이산화티탄)의 전도대에 주입한다. 그 주입된 전자들은 반도체화합물을 통과하여 제1전극에 도달하여 외부회로로 전달된다. 그러나, 제1전극에 도달한 모든 전자들이 외부회로로 전달되는 것은 아니다. 즉 제1전극 상부표면은 반도체화합물과 대부분 접촉하고 있지만 일부는 전해질과도 접촉해 있으므로, 제1전극에 도달된 전자들 중 일부는 외부회로로 전달되지 못하고 전해질로 다시 사라지게 된다. 이러한 현상을 재결합(recombination)이라하며, 광전변환효율을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 재결합 현상을 최소화하기 위하여 제1전극 상단에 재결합차단층을 형성하기도 한다.
또한 외부 태양광은 제1기판, 제1전극, 재결합차단층을 거쳐 반도체층에 도달하게 되며, 반도체층에 존재하는 염료에 의해 태양광이 흡수된다. 그러나 외부로부터 도달된 태양광은 반도체층에서 완전히 흡수되지 못하고 반도체층을 통과해 버리는 광이 존재하게 되며, 이는 광전변환효율을 저하시키는 원인이 된다. 대한민국특허공개 제2003-0032538호에서는 반도체 층을 통과하는 광을 차단하도록 광산란층을 형성하여 광산란을 유도하고, 산란된 광이 다시 반도체층으로 흡수되도록 하여 광전변환효율의 저하를 막는 방법을 제시하고 있다.
현재 유-무기 하이브리드 태양전지의 상용화를 위해서는 광전변환 효율의 향상이 가장 선행되어야 할 항목으로서 다양한 방법이 시도되고 있다. 그 중에서 반도체층을 구성하는 반도체화합물(주로 이산화티탄) 표면에 금속수화물 또는 금속산화물 계열의 물질을 코팅하여 광활성(광전변환효율)을 개선하는 방법이 널리 알려져 있다.
대한민국특허 등록 제10-0643054호에 의하면 반도체화합물(주로 이산화티탄) 입자를 금속염을 포함하는 수용액에 분산, 볼밀링 및 고온(350~500℃)소성시켜 반도체화합물(주로 이산화티탄) 표면에 금속산화물이 코팅된 입자의 제조방법을 제공하고 있다. 상세하게는 광전변환효율을 향상시키기 위하여 반도체화합물(주로 이산화티탄) 표면에 코팅된 금속산화물 미립자는 염료의 흡착량을 증가시키고, 또한 염료에서 반도체화합물로 주입된 전자가 전해질에 빠져 나가서 재결합(recombination)되는 것을 방지함으로써 광전변환효율을 향상시킬 수 있음을 제시하고 있다.
대한민국특허공개 제2003-0032538호에서는 광전변환효율을 향상시키기 위하여 반도체 층을 통과하는 광을 차단하도록 광산란층을 형성하여 광산란을 유도하고, 산란된 광이 다시 반도체층으로 흡수되도록 하는 방법을 제시하고 있다.
그러나, 상기의 방법은 반도체 화합물 표면에 금속산화물 미립자를 코팅하는 방법을 사용하는데 금속염 용액에 반도체 화합물 미립자를 분산시키고 수시간 내지 수십시간 볼밀링 및 고온소성시키는 공정이 필요하게 됨으로써 별도의 장비 및 시간이 많이 소요되어 경제적인 면에서 문제점이 있다. 또한, 금속산화물은 대부분 반도체 성질을 가지고 있으므로 반도체 화합물에서 전해질로 빠져 나가는 전자를 완벽하게 차단하지 못하는 문제점이 있다.
종래 유-무기 하이브리드 태양전지는 하판제작(제1기판/제1전극/재결합차단층/반도체층/산란층으로 구성), 염료흡착, 상판제작(제2기판/제2전극/대향전극으로 구성), 상하판 합착 및 전해질의 제조/주입/봉지의 공정으로 제조되고 있다.
즉 (1) FTO 기판세정, (2) 재결합차단층용 TiCl4 수용액에 침적, (3) 반도체층용 반도체화합물(주로 이산화티탄) 인쇄, (4) 산란층용 무기입자(주로 입경이 큰 이산화티탄) 인쇄, (5) 고온소성, (6) 염료 용액에 침적시켜 반도체화합물과 무기입자에 염료를 흡착시켜 하판을 완성한다.
다음으로 (7) 제2기판/제2전극의 세정, (8) 백금전극 형성, (9) 상하판 합착 및 (10) 전해질의 제조/주입/봉지 단계로 구성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 유리기판상에 형성된 FTO를 아세톤, 에탄올, 증류수 등으로 세정하고, 재결합차단층 형성을 위해 70℃의 TiCl4 수용액에 30분간 침적시킨다. 이어서 나노크기의 반도체화합물(주로 이산화티탄), 바인더고분자 및 첨가제로 구성된 페이스트를 스크린프린팅 방법으로 FTO 상부에 인쇄(20 μm 내외)하여 반도체층용 반도체화합물막(주로 이산화티탄막)을 형성시키고, 5 μm 내외의 두께를 갖는 산란층을 역시 스크린프린팅 방법으로 형성한다. 이상의 공정을 거친 기판을 500 ℃ 전후의 온도에서 소성시켜 고분자 바인더를 제거하고, TiCl4 성분을 이산화티탄으로 전환시킨다. 고온 열처리가 완료된 기판을 염료용액(N719 염료+acetronitrile+t-butylalcohol)에 침적하여 반도체화합물 표면에 염료를 흡착시켜 하판을 제조한다. 다음으로 제2기판/제2전극을 세정한 후 백금페이스트를 코팅하고 열처리하여 대향전극을 완성하여 상판을 제조한다. 제조된 상판과 하판을 이용하여 격벽을 사이에 두고 배치시킨 후 합착한다. 다음으로 전해질 용액(0.6M butylmethyl imidazolium iodide + 0.03M I2 + 0.05M 4-tert-butylpyridine + 0.1M guanidinium thiocyanate)을 제조하고 상판에 미리 형성시킨 구멍을 통하여 전해질을 주입하고 봉지시킴으로서 최종 유-무기 하이브리드 태양전지가 완성된다.
본 발명은 태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위하여 안출된 것으로, 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지를 제공하며, 상세하게는 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 용해시킨 침적용액에 이산화티탄 박막을 포함하는 반도체층을 구비한 하판을 침적시킴으로서 이산화티탄 표면에 절연성의 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착된 반도체층을 포함하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 유-무기 하이브리드 태양전지는 제1기판, 상기 제1기판 상에 형성된 제1전극, 상기 제1전극상에 형성되고 그 표면에 염료와 함께 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착되어 있는 반도체층을 포함하는 하판과, 제2기판, 상기 제2 기판 상에 상기 제1전극에 대향하여 형성된 제2전극 및 상대전극을 포함하는 상판과, 상기 하판과 상판을 밀봉하기 위한 밀봉부재 및 상기 밀봉부재에 의하여 밀봉된 하판과 상판 사이에 주입된 전해질층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 제1기판상에 제1전극을 형성하는 단계, 제1 전극상에 반도체층을 형성하는 단계, 상기 반도체층 표면에 염료와 함께 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시켜 하판을 형성하는 단계, 제 2기판 상에 상기 제1 전극에 대향하여 제 2전극을 형성한 후 상기 제2전극상에 상대전극을 형성하여 상판을 형성하는 단계 및 상기 하판과 상판 사이에 전해질을 도입하는 단계를 포함하여 구성되는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 태양전지를 구성함에 있어서 반도체층에 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시킴으로써 전해질로 손실(재결합)되는 전자를 막아줄 수 있고, 이산화티탄의 표면하전을 제어하여 광전변환효율이 향상된 유-무기 하이브리드 태양전지를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트, 용매 및 첨가제로 구성되는 침적용액에 이산화티탄 박막 반도체층을 포함하는 하판을 침적시키는 간단한 공정으로 반도체층의 박막표면에 염료와 금속성분, 질소(N) 및 산소(O) 성분의 흡착을 가능하게 하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 반도체층 및 광산란층의 확대도이고,
도 3은 비교예 1에 의한 태양전지의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1에 의한 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 전류-전압특성을 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 2에 의한 이산화티탄 표면의 소디움(Na)존재 여부 파악을 위한 XPS 분석결과를 나타낸 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따른 실시예 2에 의한 이산화티탄 표면의 질소(N) 존재여부 파악을 위한 XPS 분석 결과를 나타낸 그래프이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 4에 의한 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 전류-전압특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에 의한 본 발명에 따른 태양전지(100)는 제1기판( 111 ), 상기 제1기판 ( 111 ) 상부에 형성되는 제1전극( 112 ), 상기 제1전극( 112 )상에 형성되고 그 표면에 염료와 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 함께 흡착되어 있는 반도체층( 114 )을 포함하는 하판( 110 )과, 제2기판( 121 ), 상기 제2 기판( 121 ) 상에 상기 제1전극( 112 )에 대향하여 형성된 제2전극( 122 )과 상기 제2전극상의 상대전극(123)을 포함하는 상판( 120 )과, 상기 하판( 110 )과 상판( 120 )을 밀봉하기 위한 밀봉부재( 140 ) 및 상기 밀봉부재( 140 )에 의하여 밀봉된 하판( 110 )과 상판( 120 ) 사이에 주입된 전해질층( 130 )을 포함하여 구성된다.
상기 하판( 110 )구성에 있어서, 광전변환효율을 향상시키기 위하여 필요에 따라 제1전극( 111 ) 상부에 재결합 차단층( 113 )과 반도체층( 114 ) 상부에 광산란층( 115 )을 추가로 구비할 수 있다.
반도체층에는 염료분자가 흡착된 나노크기 반도체 화합물이 포함되는데, 반도체층의 염료분자는 가시광선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 역할을 하고 반도체화합물(이산화티탄)은 생성된 전자를 전달하는 역할을 하게 된다.
구체적으로 태양광에 의해 여기된 염료들이 전자를 반도체 화합물의 전도대에 주입한다. 주입된 전자들은 반도체화합물을 통과하여 제1전극에 도달하여 외부회로로 전달된다. 이때 상기 반도체층을 구성하는 나노크기의 반도체화합물과 제1전극과의 사이에 접촉상태에 따라 외부회로로 전달되지 못하는 전자가 발생하게 된다. 반도체화합물로부터 제1전극 부근까지 전달된 전자들 중 일부는 제1전극과 반도체 화합물이 접촉되어 있지 않고 전해질 용액에 노출되어 있는 부분을 통해 전해질로 다시 사라지게 된다. 이러한 현상을 재결합(recombination)이라고 하며, 광전변환효율을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 재결합 현상을 최소화하기 위하여 도 1에 도시한 바와 같이 하판( 110 )에 재결합 차단층(113)을 형성하기도 한다. 또한 외부 태양광은 제1기판 , 제1전극 , 재결합차단층을 거쳐 반도체층에 도달하게 되며 반도체층에 존재하는 염료에 의해 태양광이 흡수된다. 외부로부터 도달된 태양광 중에 반도체층에서 완전히 흡수되지 못하고 반도체층을 통과해버리게 되는 광이 존재하게 되며 이는 광전변환효율을 저하시키는 원인이 된다. 이와 같이 반도체층을 통과하는 광을 차단시키기 위하여 광산란층( 115 )을 형성하여 광 산란을 유도하고 산란된 광이 다시 반도체층에 흡수된다. 태양광을 흡수한 염료는 전자-정공 쌍을 형성하게 되며 전자는 반도체화합물을 거쳐 제1전극( 112 )으로 전달된다. 반면에 정공은 전해질의 산화환원 반응을 통하여 제2전극( 122 )으로 전달되고 제2전극( 122 )을 통하여 외부회로로 전달된다.
본 발명에서는 이러한 광전변환효율 저하를 방지하기 위하여 상기에서 설명한 재결합차단층( 113 ) 및 광산란층( 115 )을 형성하는 것 외에 이산화티탄이 포함된 반도체층( 114 )을 포함하여 구성된 하판( 110 )을 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트 침적용액에 침지시켜 금속양이온과 음이온으로 분리된 질소(N) 및 산소(O)가 다공성의 이산화티탄 표면에 흡착되어 전해질로 손실되는 전자를 막아주거나 이산화티탄의 표면하전을 제어하여 광전변환효율을 향상시킬 수 있게된다.
도 2는 본 발명에 따른 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트 침적용액에 침지시켜 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착된 반도체층( 114 )과 광산란층( 115 )의 확대도로서 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
<제1기판/제1전극 및 세정>
상기 제1기판( 111 ) 상부에 형성된 제1전극( 112 )을 아세톤, 에탄올, 증류수 혹은 이들의 혼합용액에 담근 후 초음파 세정을 실시한다. 제1기판으로는 유리, 플라스틱, 금속호일 등이 사용될 수 있다. 상기 제1전극( 112 )으로는 FTO외에도 ITO(인듐틴옥사이드), IZO(인듐진크옥사이드; indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같이 투명전극이 이용될 수 있다.
<이산화티탄 박막 형성>
상기 세정된 제1기판( 111 )을 40 mM 농도의 전구체용액(TiCl4)에 침적시키고 70℃에서 30분간 방치한 후, 증류수와 에탄올로 세정하여 재결합차단층을 형성한다. 평균입경이 20nm인 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 페이스트를 상기 재결합차단층 위에 코팅하여 박막을 형성한다. 이어서, 평균입경이 300~400nm 입경의 이산화티탄(TiO2)을 포함하는 페이스트를 상기 20nm인 이산화티탄(TiO2) 박막 상부에 코팅시키고, 공기 중 또는 산소 분위기에서 약 30~60분간 열처리(450~550℃)를 실시하여, 재결합차단층, 반도체층 및 광산란층이 형성되도록 하여 하판제조를 완성한다. 경우에 따라서는 상기 제조된 하판을 TiCl4 용액에 침적시킨 후, 열처리(450~550℃)를 실시하여 추가적인 효율향상을 유도하기도 한다. 상기 이산화티탄 박막을 형성하는 방법으로는 닥터블레이드 코팅, 스크린프린팅, 플렉소그라피(Flexography)방식, 그라비아 프린팅 방식 등이 이용될 수 있다. 한편, 도 2에서 보는 바와 같이 유-무기 하이브리드 태양전지의 하판은 제1기판/제1전극/재결합차단층/반도체층/광산란층으로 이루어져 있으나, 재결합차단층 및 광산란층은 유-무기 하이브리드 태양전지의 광전변환효율을 향상시킬 목적으로 형성시킨 것이기 때문에 재결합방지층이나 광산란층 중 어느 한 층 또는 두 층 모두 없어도 유-무기 하이브리드 태양전지의 작동에는 문제가 없다.
<이산화티탄 표면에 금속, 질소 및 산소의 흡착>
상기 이산화티탄 표면에 금속, 질소 및 산소 성분을 흡착시키기 위해, 본 발명에서는 금속나이트레이트(metal nitrate) 또는 금속나이트라이트(metal nitrite)를 용매에 가하여 침적용액을 제조하고 여기에 상기 이산화티탄 박막이 형성된 하판을 침적시켜, 금속, 질소 및 산소 성분을 이산화티탄 표면에 흡착시킨다. 이 때, 침적시간은 10초~2일 정도면 적당하며, 침적이 끝난 뒤 증류수 및 알콜류의 용매를 이용하여 세정을 실시하고, 이를 60~70℃정도의 온도에서 10~20분 정도 건조하여, 이산화티탄 표면에 금속, 질소 및 산소성분이 흡착된 이산화티탄 박막을 제조한다. 상기 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트로는 양의 하전을 가질 수 있는 금속과 nitrate ion(NO3-) 혹은 nitrite ion(NO2-)이 결합된 화합물이면 어느 것이나 가능하며, 구체적으로는 LiNO3, Be(NO3)2, B(NO3)3, NaNO3, Mg(NO3)2, Al(NO3)3, KNO3, Ca(NO3)2, Sc(NO3)3, Cr(NO3)3, Mn(NO3)2, Fe(NO3)3, Co(NO3)2, Ni(NO3)2, Cu(NO3)2, Zn(NO3)2, RbNO3, Sr(NO3)2, Pd(NO3)2, AgNO3, Cd(NO3)2, CsNO3, Ba(NO3)2, Hg(NO3)2, Pb(NO3)2, Gd(NO3)3, UO2(NO3)2, LiNO2, Be(NO2)2, B(NO2)3, NaNO2, Mg(NO2)2, Al(NO2)3, KNO2, Ca(NO2)2, Sc(NO2)3, Cr(NO2)3, Mn(NO2)2, Fe(NO2)3, Co(NO2)2, Ni(NO2)2, Cu(NO2)2, Zn(NO2)2, RbNO2, Sr(NO2)2, Pd(NO2)2, AgNO2, Cd(NO2)2, CsNO2, Ba(NO2)2, Hg(NO2)2, Pb(NO2)2, Gd(NO2)3, UO2(NO2)2등 및 이들의 혼합물이 이용될 수 있다. 또한, 상기 용매로는 물이 주로 이용되지만, 물과 쉽게 혼합될 수 있는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 이소프로필 알콜 및 메틸에틸케톤 등과 같은 유기용매가 소량 첨가된 혼합용매일 수도 있다. 또한, 상기 금속나이트레이트 및 금속나이트라이트의 용해도를 증가시키기 위해 산(acid)이나 알칼리화합물(alkaline compound)이 소량 첨가될 수도 있다. 상기 금속나이트레이트와 금속나이트라이트는 용매 중에서 용해되어 금속 양이온과 질소(N)와 산소(O)로 이루어진 음이온으로 분리되며, 이 용액에 이산화티탄 박막을 침적시키고 일정시간 방치시키면 다공성의 이산화티탄 표면에 흡착된다.
<염료흡착>
태양전지를 완성하기 위해서는 상기 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착된 이산화티탄 표면에 염료가 흡착되어야 한다. 이와 같은 염료는 광을 흡수함으로써 기저상태에서 여기상태로 전자가 전이하여 전자-정공 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자는 상기 이산화티탄의 전도대로 주입된 후 전극으로 이동하여 기전력을 발생하게 된다. 이러한 염료를 유기용매에 적정농도로 용해시켜 염료용액을 제조하고, 이 용액에 상기 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착된 이산화티탄 박막을 일정시간 침적시키면 이산화티탄 박막표면에 염료가 흡착하게 되어, 염료와 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착된 이산화티탄 반도체층을 형성하게 된다. 이때 사용되는 염료로서는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물[N719 dye ; bis(tetrabutylammonium)-cis-(dithiocyanato)-N,N'-bis(4-carboxylato-4'-carboxylic acid-2,2'-bipyridine)ruthenium(II), N3 dye ; cis-bis(4,4-dicarboxy-2,2-bipyridine)dithiocyanato ruthenium(II), Black dye ; triisothiocyanato-(2,2':6',6”-terpyridyl-4,4',4”-tricarboxylato) ruthenium(II) tris(tetra-butylammonium)]이 바람직하다. 그러나 전하 분리기능을 갖고 감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 루테늄 착물 이외에도 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카르비블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환퀴논계 색소, 유기계 염료 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 염료의 용매로서는 터셔리부틸알콜, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 에탄올, 이소프로필알콜 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있고, 상기 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 흡착된 이산화티탄 박막을 갖는 하판을 1시간 ~ 72시간 동안 염료용액에 담궈서 이산화티탄 표면에 염료를 흡착시키면 충분하다. 이때 산란층용 이산화티탄 표면에도 염료가 흡착될 수 있으며, 재결합차단층용 반도체화합물에는 염료의 침투가 어렵기 때문에 극미량의 염료만 흡착되거나, 거의 흡착이 일어나지 않게 된다. 염료의 흡착이 끝나게 되면 반도체 표면에 묻어있는 염료를 알콜류 등의 용매로 세척한 뒤, 건조한다.
상기 이산화티탄 표면에 절연성의 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트와 염료를 흡착시키는 방법을 설명하였으나, 상기 방법에 한정되지 않는다. 상기 방법은 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 먼저 흡착시키고, 염료를 흡착시키는 방법이지만 그 순서를 상호 바꾸어도 태양전지 작동에는 문제가 되지 않는다. 즉, 상기 제시된 방법으로 염료를 먼저 흡착시킨 후 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시키는 방법도 가능하다. 또한, 염료와 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 동시에 용해시킨 용액을 제조하고, 여기에 이산화티탄 박막을 침적시켜 일정시간 방치하면 염료와 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트가 동시에 흡착된 이산화티탄 반도체층을 얻을 수 있다. 이와 같이 이산화티탄 박막에 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트와 염료를 흡착시키는 방법으로는 (1) 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 먼저 흡착시킨 다음 염료를 흡착시키는 방법, (2) 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트와 염료를 동시에 흡착시키는 방법 및 (3) 염료를 먼저 흡착시키고, 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시키는 방법이 가능하다.
<상대전극 형성>
본 발명의 태양전지 제조방법에서 상대전극은 도전성 물질이면 어느 것이나 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로는 백금, 금 및 카본 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 상대전극은 스퍼트 등을 이용한 진공증착으로 형성할 수도 있으며, 페이스트 혹은 용액 상태의 도전성물질 전구체를 제2전극/제2기판에 코팅, 소성하여 사용할 수도 있다. 상기 제2기판으로는 유리, 플라스틱, 금속호일 등이 사용될 수 있으며, 상기 제2전극으로는 FTO외에도 ITO(인듐틴옥사이드), IZO(인듐진크옥사이드; indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등이 이용될 수 있다.
<전해질 주입 및 봉지공정>
본 발명의 태양전지 제조방법에서 전해질은 0.8M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imimdazolium iodide)와 40 mM의 I2(iodine)을 3-메톡시프로피오니트릴(3-methoxypropionitile)에 용해시킨 I3-/I-를 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 정공 전도 기능이 있는 유기반도체 소재(전도성 고분자) 등 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.
제2기판/제2전극/상대전극의 특정부위에 전해질 주입을 위해 1 mm 내외의 직경을 갖는 구멍을 형성시킨다. 이러한 상판(제2기판/제2전극/상대전극)과 앞서 제시된 방법에 의해 제조된 하판(제1기판/제1전극/이산화티탄) 사이에 격벽(두께 약 40 μm 내외)을 배치시키고, 100 내지 140 ℃의 가열판 상에서 약 1 내지 3 기압으로 상기 하판과 상판을 밀착시켜 봉지공정을 완성한다. 다음으로 상기 상대전극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 두 판 사이의 공간에 전해질 용액을 충진하고 구멍을 밀봉시킴으로서 본 발명에 의한 유-무기 하이브리드 태양전지가 완성된다. 상기 격벽재료로는 Solaronix 사의 sealing material 이라는 고분자소재, Dupont 사의 Surlyn, 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제 등을 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예에 의하여 본 발명이 제한적으로 해석되는 것은 아니다.
비교예 1
세정된 FTO 기판을 40 mM의 TiCl4 수용액(70℃)에 30분간 침적시켜 재결합방지층을 형성하였다. 이어서 상용(제조업체: Solaronix, TiO2 입경: 20 nm) TiO2 paste를 doctor blade 방법으로 코팅한 후, 평균입경 400 nm의 TiO2를 포함하는 paste를 이용하여 산란층용 박막을 형성하였다. 이상의 공정을 거친 FTO 기판을 500℃에서 60분간 소성하여 재결합차단층, 이산화티탄 반도체화합물층 및 이산화티탄 산란층을 형성시켰다. 소성된 기판을 염료용액(Solaronix 사의 N719를 acetronitrile+tert-butylalcohol에 0.5 mM의 농도 용해)에 24시간 동안 침적시켜 TiO2 porous 내로 염료가 충분히 침투하도록 하였다. Pt paste를 세정된 FTO 기판상에 코팅한 후 400℃에서 30분간 소성하여 상대전극을 형성시킴으로서 상판을 제조 하였다. Pt 페이스트를 코팅하기 전에 전해질 주입을 위해 두개의 구멍을 미리 뚫어 두었다. 상기 염료가 흡착된 상판과 하판을 상호 대향하도록 배치시키고 그 사이에 격벽재료인 Sealing material(Solaronix사 제품, 두께 약 60 μm)을 설치하였다. 이를 120 ℃의 가열판 상에 올린 상태에서 상부로부터 압력을 가하여 상판과 하판을 밀착시켰다. 열과 압력에 의하여 상기 격벽재료는 두 상하판 표면에 강하게 부착된다. 이어서, 상판에 미리 형성시킨 구멍을 통하여 상판과 하판사이에 전해질을 채워 넣는다. 이때 사용된 전해질은 Solaronix사의 I-/I3- redox couple을 사용하였다. 전해질 용액이 모두 채워지면 상판에 형성시킨 구멍을 봉지시키면 태양전지 소자제작이 완성된다. 완성된 소자의 광전변환효율은 solar simulator 및 I-V measurement 장비를 이용하였다. 제작된 태양전지 소자에 AM 1.5 조건(100mW/cm2)의 빛을 소자에 조사한 후, I-V curve를 확보하였고, 이로부터 측정결과를 도 3에 나타내었으며, VOC (Open circuit voltage)는 0.635V, JSC (short circuit current density)는 14.199 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 71.558%를 나타내었으며 이로서 6.452%의 광전변환 효율을 나타내었다.
실시예 1
비교예 1에서 제시한 태양전지 제조과정에 의해 얻어진 하판을 염료에 침적시키기 전에 0.05M의 lithium nitrate (LiNO3) 및 물(용매)로 구성되는 침적용액에 8분 침적, 물과 알콜로 세정 및 건조시키는 추가공정을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 제작된 태양전지 소자는 동일한 장비 및 방법으로 광전변환 효율을 측정하였다. V OC 는 0.791V, J SC 는 14.832 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 76.201%를 나타내었으며 이로서 8.94%의 광전변환 효율을 나타내었으며 이를 도 4에 나타내었다.
실시예 2
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 lithium nitrate 대신에 sodium nitrate를 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 측정결과는 V OC 는 0.798V, J SC 는 14.845 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 73.991%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 8.765%를 나타내었다. 도 5는 이산화티탄 표면에 sodium nitrate를 흡착시킨 후 XPS 분석을 실시한 결과로서, 1074.5 eV에서 피이크가 나타났으며, 이로서 이산화티탄 표면에 sodium이 존재하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6은 이산화티탄 표면에 sodium nitrate를 흡착시킨 후 XPS 분석을 실시한 결과로서, 400.2 eV에서 피이크가 나타났으며, 이로서 이산화티탄 표면에 질소가 존재하고 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 3
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium nitrate 대신에 0.1M의 potassium nitrate를 사용하였으며, 용매로는 물과 이소프로필알콜 혼합용매(90:10의 부피비)를 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.739V, J SC 는 15.857 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 74.052%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 8.678%를 나타내었다.
실시예 4
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium nitrate 대신에 0.08M의 potassium nitrite를 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.778V, J SC 는 14.832 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 76.894%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 8.873%를 나타내었다. 도 7에 전류-전압특성 그래프를 나타내었다.
실시예 5
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium nitrate 대신에 0.08M의 magnesium nitrate와 0.1M의 sodium nitrite 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.798V, J SC 는 14.945 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 76.559%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 9.131%를 나타내었다.
실시예 6
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium nitrate 대신에 0.1M의 AgNO3 수용액을 제조하였다. 또한, 실시예 1에서와 달리 본 실시예에서는 염료를 먼저 흡착시킨 후에 하판을 상기 용액에 40℃에서 1분간 침적시켜 AgNO3를 흡착시켰다. 상기 언급된 공정을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.788V, J SC 는 16.013 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 72.288%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 9.121%를 나타내었다.
실시예 7
실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.05M의 lithium nitrate 대신에 0.1M의 Ca(NO3)2, Mn(NO3)2, Zn(NO3) 혼합용액을 제조하였다. 또한, 실시예 1에서와 달리 본 실시예에서는 염료를 먼저 흡착시킨 후에 하판을 상기 용액에 40℃에서 5분간 침적시켜 Ca(NO3)2, Mn(NO3)2, Zn(NO3)를 흡착시켰다. 상기 언급된 공정을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.801V, J SC 는 15.973 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 72.362%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 9.258%를 나타내었다.
111: 제1기판
112: 제1전극
113 :재결합차단층
114: 반도체층
115: 광산란층
110 : 하판
121 : 제2기판
122 : 제2전극
123 : 상대전극
120 : 상판
130 : 전해질층
140 : 밀봉부재
100 : 태양전지

Claims (11)

  1. 제1기판;
    상기 제1기판 상부에 형성된 제1전극;
    상기 제1전극상에 형성되고 그 표면에 염료와 함께 금속 나이트레이트 또는 금속 나이트라이트가 흡착되어 있는 이산화티탄 박막 반도체층을 포함하는 하판과;
    제2기판;
    상기 제2기판 상에 상기 제1전극에 대향하여 형성되는 제2전극;
    상기 제2전극상에 형성된 상대전극을 포함하는 상판과;
    상기 하판과 상판을 합착하는 밀봉부재;
    상기 하판과 상판사이에 주입된 전해질층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트는 LiNO3, Be(NO3)2, B(NO3)3, NaNO3, Mg(NO3)2, Al(NO3)3, KNO3, Ca(NO3)2, Sc(NO3)3, Cr(NO3)3, Mn(NO3)2, Fe(NO3)3, Co(NO3)2, Ni(NO3)2, Cu(NO3)2, Zn(NO3)2, RbNO3, Sr(NO3)2, Pd(NO3)2, AgNO3, Cd(NO3)2, CsNO3, Ba(NO3)2, Hg(NO3)2, Pb(NO3)2, Gd(NO3)3, UO2(NO3)2, LiNO2, Be(NO2)2, B(NO2)3, NaNO2, Mg(NO2)2, Al(NO2)3, KNO2, Ca(NO2)2, Sc(NO2)3, Cr(NO2)3, Mn(NO2)2, Fe(NO2)3, Co(NO2)2, Ni(NO2)2, Cu(NO2)2, Zn(NO2)2, RbNO2, Sr(NO2)2, Pd(NO2)2, AgNO2, Cd(NO2)2, CsNO2, Ba(NO2)2, Hg(NO2)2, Pb(NO2)2, Gd(NO2)3, UO2(NO2)2로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 반도체층 사이에 재결합 방지층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층 상부에 광산란층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
  5. 제1기판상에 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극상에 이산화티탄 박막 반도체층을 형성하여 하판을 형성하는 단계;
    제2기판상에 상기 제1전극과 대향하는 제2전극을 형성하는 단계;
    상기 제2전극상에 상대전극을 형성하여 상판을 형성하는 단계;
    상기 상판과 하판을 봉지하는 단계;
    상기 상판과 하판 사이에 전해질층을 도입하는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 하판을 형성한 후 상기 하판은 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트와 염료를 용해시킨 침적용액에 침적시켜 상기 반도체층 표면에 염료와 함께 절연성 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트는 LiNO3, Be(NO3)2, B(NO3)3, NaNO3, Mg(NO3)2, Al(NO3)3, KNO3, Ca(NO3)2, Sc(NO3)3, Cr(NO3)3, Mn(NO3)2, Fe(NO3)3, Co(NO3)2, Ni(NO3)2, Cu(NO3)2, Zn(NO3)2, RbNO3, Sr(NO3)2, Pd(NO3)2, AgNO3, Cd(NO3)2, CsNO3, Ba(NO3)2, Hg(NO3)2, Pb(NO3)2, Gd(NO3)3, UO2(NO3)2, LiNO2, Be(NO2)2, B(NO2)3, NaNO2, Mg(NO2)2, Al(NO2)3, KNO2, Ca(NO2)2, Sc(NO2)3, Cr(NO2)3, Mn(NO2)2, Fe(NO2)3, Co(NO2)2, Ni(NO2)2, Cu(NO2)2, Zn(NO2)2, RbNO2, Sr(NO2)2, Pd(NO2)2, AgNO2, Cd(NO2)2, CsNO2, Ba(NO2)2, Hg(NO2)2, Pb(NO2)2, Gd(NO2)3, UO2(NO2)2로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 반도체층 사이에 재결합 방지층을 추가로 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속,질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 반도체층 상부에 광산란층을 추가로 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 반도체층 표면에 염료를 먼저 흡착시키고, 이어서 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 흡착시키는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 반도체층 표면에 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트를 먼저 흡착시키고 이어서 염료를 흡착시키는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 반도체층 표면에 금속나이트레이트 또는 금속나이트라이트와 염료를 동시에 흡착시키는 것을 특징으로 하는 금속, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
KR20130077700A 2013-07-03 2013-07-03 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 KR101484397B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130077700A KR101484397B1 (ko) 2013-07-03 2013-07-03 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130077700A KR101484397B1 (ko) 2013-07-03 2013-07-03 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150005733A KR20150005733A (ko) 2015-01-15
KR101484397B1 true KR101484397B1 (ko) 2015-01-21

Family

ID=52477317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130077700A KR101484397B1 (ko) 2013-07-03 2013-07-03 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101484397B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093471A (ja) 2000-09-11 2002-03-29 Canon Inc 光電変換装置、その製造方法及び太陽電池システム
KR20110030129A (ko) * 2009-09-17 2011-03-23 재단법인대구경북과학기술원 염료감응 태양전지의 제조방법
KR20110034916A (ko) * 2009-09-29 2011-04-06 재단법인대구경북과학기술원 유무기 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
KR101094717B1 (ko) 2010-09-20 2011-12-16 재단법인대구경북과학기술원 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093471A (ja) 2000-09-11 2002-03-29 Canon Inc 光電変換装置、その製造方法及び太陽電池システム
KR20110030129A (ko) * 2009-09-17 2011-03-23 재단법인대구경북과학기술원 염료감응 태양전지의 제조방법
KR20110034916A (ko) * 2009-09-29 2011-04-06 재단법인대구경북과학기술원 유무기 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
KR101094717B1 (ko) 2010-09-20 2011-12-16 재단법인대구경북과학기술원 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150005733A (ko) 2015-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Juang et al. Energy harvesting under dim-light condition with dye-sensitized and perovskite solar cells
Bonomo et al. Beneficial effect of electron-withdrawing groups on the sensitizing action of squaraines for p-type dye-sensitized solar cells
Andrade et al. Influence of Sodium Cations of N3 Dye on the Photovoltaic Performance and Stability of Dye‐Sensitized Solar Cells
JP2012204275A (ja) 色素増感型太陽電池の製造方法、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール
Singh et al. Efficiency enhancement in dye sensitized solar cells through step wise cosensitization of TiO2 electrode with N719 and metal free dye
KR101627161B1 (ko) 고분자 지지층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법
KR101054250B1 (ko) 극소수성 화합물이 도입된 금속산화물 반도체 전극. 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 그 제조 방법
KR101074577B1 (ko) 유무기 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
KR101088676B1 (ko) 요오드화피롤리디니움계 이온성 액체를 포함한 염료감응 태양전지용 전해질 용액, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법
KR101022543B1 (ko) 태양전지용 반도체 전극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는태양 전지
KR101551074B1 (ko) 피리딘계 첨가제가 함유된 장기안정성 고체상 염료감응 태양전지
KR101083390B1 (ko) 염료감응 태양전지의 제조방법
KR101484397B1 (ko) 금속성분, 질소 및 산소로 개질된 반도체층을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR20130102173A (ko) 황과 금속성분을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
KR101256473B1 (ko) 염료감응형 태양전지용 일전극과 이를 구비하는 염료감응형 태양전지 및 그 제조 방법
KR101374747B1 (ko) 디아민 유도체를 갖는 반도체층을 포함하는 유무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR101409495B1 (ko) 3개의 작용기를 가지는 유기 표면처리제를 포함하는 유무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR101555425B1 (ko) 반도체층 절연 코팅 조성물 및 이를 이용한 염료감응형 태양전지의 제조방법
KR101622507B1 (ko) 이음이온성 화합물을 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR101526752B1 (ko) 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR101350478B1 (ko) 전자이동을 용이하게 하는 화합물을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지 및 이의 제조방법
KR101094717B1 (ko) 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법
KR101112701B1 (ko) 금속염과 금속탄산염이 도입된 유무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법
KR20130019849A (ko) 염료감응 태양전지
KR101359440B1 (ko) 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180110

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190110

Year of fee payment: 5