KR101526752B1 - Organic-Inorganic Hybrid Solar Cells Containing Boron Derivatives as a Surface Modifier and Fabricating Method therof - Google Patents

Organic-Inorganic Hybrid Solar Cells Containing Boron Derivatives as a Surface Modifier and Fabricating Method therof Download PDF

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희 진 김
규 대 최
선 지 김
윤 수 한
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대구가톨릭대학교산학협력단
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Abstract

The present invention provides organic-inorganic hybrid solar cells containing a boron-based surface treatment agent, comprising: upper and lower substrates; first and second electrodes formed to face each other on the upper substrate and the lower substrate, respectively; a counter electrode; and an electrolyte between a semiconductor layer (a compound semiconductor layer) formed on the first electrode and the counter electrode, wherein a dye and a boron-based surface treatment agent are introduced to a surface of the semiconductor layer in order to improve a photoelectric conversion efficiency. In addition, the present invention provides a producing method of the organic-inorganic hybrid solar cells, comprising the steps of: generating a first electrode on a first substrate; forming a semiconductor layer including titanium dioxide on the first electrode and forming a lower substrate; forming a second electrode and a counter electrode which face the first electrode on a second substrate and forming an upper substrate; introducing an electrolyte between the upper substrate and the lower substrate; and depositing the lower substrate in a deposition solution in which a boron-based surface treatment agent and a dye are dissolved, and introducing the dye and the boron-based surface treatment agent having an insulation property to a surface of the semiconductor layer.

Description

붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기하이브리드 태양전지 및 그 제조방법{Organic-Inorganic Hybrid Solar Cells Containing Boron Derivatives as a Surface Modifier and Fabricating Method therof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic-inorganic hybrid solar cell including a boron-based surface treatment agent and a method of manufacturing the same. 2. Description of the Related Art Organic-Inorganic Hybrid Solar Cells Containing Boron Derivatives as a Surface Modifier and Fabricating Method

본 발명은 유-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지의 구조 중 반도체층에 염료와 함께 완전 절연성의 붕소계 표면처리제를 도입함으로써 광전변환효율을 향상시킨 유-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an organic-inorganic hybrid solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an organic-inorganic hybrid solar cell, and more particularly, An inorganic hybrid solar cell and a manufacturing method thereof.

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, 통신 분야 까지 사용되고 있으며, 태양광자동차, 태양광 에어콘 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 저가 공정이 가능하며, 모양에 구애받지 않는 유연 태양전지 제조가 가능하여 현재 많은 주목을 받고 있다.Climate uncertainties such as the crisis of depletion of fossil fuels such as petroleum, coal and natural gas, the enactment of the Kyoto Protocol's Climate Change Convention, and the explosive energy demand of emerging economies (BRICs) And technological development of new and renewable energy is proceeding at national level. Among renewable energy, solar cells (solar cells or photovoltaic cells) are the core elements of solar power generation that convert sunlight directly into electricity, and are now widely used for power supply from space to homes. In the early days when the solar cell was first made, it was mainly used for space use. However, since the 1970s, when it was undergoing two oil fluctuations, it became possible to use it as a ground power source. It began to be used as a dragon. Recently, air, meteorological and communication fields have been used, and photovoltaic vehicles and photovoltaic air conditioners are attracting attention. Although these solar cells mainly use silicon, they are manufactured in a semiconductor device fabrication process, so that they are expensive to manufacture and have difficulty in receiving and supplying silicon raw materials. In this situation, organic-inorganic hybrid solar cells (Dye-sensitized solar cells) that do not use silicon materials at all have been studied in earnest. And it is possible to manufacture a flexible solar cell regardless of the shape, and it is getting much attention now.

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 광전기 화학적 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 전력 당 제조원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양 전지를 대체할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 주목을 받아왔다.    Unlike silicon solar cells, organic-inorganic hybrid solar cells use photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs, and transition metal oxides that transfer generated electrons as main constituent materials Is a photoelectrochemical solar cell. A typical example of the known y-inorganic hybrid solar cell is disclosed in 1991 by Gracelet et al. Of Switzerland. The solar cell by Gratel et al. Consists of a transparent electrode, a semiconductor layer made of nano-sized titanium dioxide coated with dye molecules, a counter electrode (platinum electrode), and an electrolyte filled therebetween. This battery has attracted attention because it has a lower manufacturing cost per electric power than a conventional silicon battery, and thus it is possible to replace the existing solar cell.

기존의 유-무기 하이브리드 태양전지의 구조를 살펴보면, 제1기판, 제1전극(투명전극), 재결합차단층, 반도체층, 광산란층, 요오드계(I) 전해질, 대향전극, 제2전극, 제2기판 및 격벽으로 구성되며, 이 중 반도체층은 염료분자가 흡착된 나노크기의 반도체화합물(주로 이산화티탄: TiO2)로 이루어지고, 제1기판 및 제2기판으로는 유리가 가장 많이 활용되고 있으며, 제1전극 및 제2전극으로는 내열성이 우수한 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)가 가장 많이 이용되고 있다. 여기서, 염료 분자는 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 역할을 하고, 반도체화합물(주로 이산화티탄)은 생성된 전자를 전달하는 역할을 한다. The structure of a conventional organic-inorganic hybrid solar cell includes a first substrate, a first electrode (transparent electrode), a recombination barrier layer, a semiconductor layer, a light scattering layer, an iodine (I) electrolyte, a counter electrode, 2 substrate and a barrier rib, and the semiconductor layer is made of a nano-sized semiconductor compound (mainly TiO 2 : TiO 2 ) on which dye molecules are adsorbed, and glass is most utilized for the first substrate and the second substrate As the first electrode and the second electrode, FTO (Fluorine-doped Tin Oxide) having excellent heat resistance is the most widely used. Here, the dye molecule absorbs sunlight to generate electron-hole pairs, and the semiconductor compound (mainly titanium dioxide) serves to transfer generated electrons.

통상의 유-무기 하이브리드 태양전지의 작동 원리는 다음과 같다. 태양빛에 의해 여기 된 염료들이 전자를 반도체화합물(주로 이산화티탄)의 전도대에 주입한다. 그 주입된 전자들은 반도체층을 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. The operation principle of a conventional organic-inorganic hybrid solar cell is as follows. Dyes excited by sunlight inject electrons into the conduction band of semiconductor compounds (mainly titanium dioxide). The injected electrons pass through the semiconductor layer to reach the first electrode and are transferred to an external circuit. However, not all electrons reaching the first electrode are transmitted to the external circuit. That is, the upper surface of the first electrode is mostly in contact with the semiconductor compound, but some of the electrons reach the first electrode. Therefore, some of the electrons reaching the first electrode are not transferred to the external circuit and disappear into the electrolyte again. This phenomenon is referred to as recombination, which causes a decrease in photoelectric conversion efficiency. In order to minimize the recombination phenomenon, a recombination barrier layer may be formed on the top of the first electrode.

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. The external sunlight reaches the semiconductor layer via the first substrate, the first electrode, and the recombination barrier layer, and the sunlight is absorbed by the dye present in the semiconductor layer. However, solar light reaching from the outside is not completely absorbed by the semiconductor layer, and there is light that passes through the semiconductor layer, which causes a decrease in photoelectric conversion efficiency.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 대한민국특허공개 제2003-0032538호에서는 반도체 층을 통과하는 광을 차단하도록 광산란층을 형성하여 광산란을 유도하고, 산란된 광이 다시 반도체층으로 흡수되도록 하여 광전변환효율의 저하를 막는 방법을 제시하고 있다. In order to solve such a problem, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0032538 discloses that a light scattering layer is formed to shield light passing through a semiconductor layer to induce light scattering, and the scattered light is absorbed again into the semiconductor layer, Of the population.

앞서도 언급한 바와 같이 태양광을 흡수한 염료는 전자-홀 쌍을 형성하게 되며, 전자는 반도체 화합물(주로 이산화티탄)을 거쳐 제1전극으로 전달된다. 반면에 홀은 전해질의 산화환원 반응을 통해 상대(대향)전극으로 전달되고, 제2전극을 통하여 외부회로로 전달된다. As mentioned above, the dye absorbing solar light forms an electron-hole pair, and electrons are transferred to the first electrode through a semiconductor compound (mainly titanium dioxide). On the other hand, the holes are transferred to the counter electrode through the redox reaction of the electrolyte, and then transferred to the external circuit through the second electrode.

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. At present, various methods are being tried for commercialization of the organic-inorganic hybrid solar cell as an item for which improvement of the photoelectric conversion efficiency is the most prior art. Among them, a method of improving photoactivity (photoelectric conversion efficiency) by coating a metal hydrate or a metal oxide based material on the surface of a semiconductor compound (mainly titanium dioxide) constituting a semiconductor layer is widely known.

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. Korean Patent Registration No. 10-0643054 discloses that a semiconductor compound (mainly titanium dioxide) particles are dispersed in an aqueous solution containing a metal salt, ball milled and baked at a high temperature (350-500) to form a metal oxide Thereby providing a method for producing coated particles. Particularly, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, the metal oxide fine particles coated on the surface of the semiconductor compound (mainly titanium dioxide) increase the adsorption amount of the dye and the electrons injected into the semiconductor compound in the dye are discharged to the electrolyte, ), Thereby improving the photoelectric conversion efficiency.

이를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 반도체 화합물(예를 들면 TiO2)표면에 금속 산화물을 코팅시키고, 이를 투명전극 상에 박막으로 형성하기 위해서는 금속염 용액을 제조하고, 상기 금속염 용액에 TiO2 분말을 가하여 볼밀링 시키고, 상기 금속염을 수화시켜 상기 TiO2 표면에 수화물을 코팅하고, 상기 TiO2 분말상에 코팅된 수화물로부터 산화물을 형성(고온소성)하고, 금속산화물이 코팅된 TiO2를 고분자 바인더등과 혼합하여 페이스트를 제조하고, 인쇄방식으로 투명전극에 수회 프린팅하고, 인쇄된 박막으로부터 유기성 고분자를 제거하기 위한 고온 소성단계를 거치는 방법을 제시하고 있다. More specifically, a metal salt solution is prepared in order to coat a metal oxide on the surface of a semiconductor compound (for example, TiO 2 ) and form a thin film on the transparent electrode. TiO 2 powder is added to the metal salt solution, milling and, by hydration of the metal salt and coating the hydrate to the TiO 2 surface, the TiO 2 forming the oxide from the coated hydrate in powder form (high-temperature calcination), and a mixture of TiO 2 is a metal oxide coated with such a polymeric binder A paste is produced, printed several times on a transparent electrode by a printing method, and subjected to a high-temperature firing step for removing the organic polymer from the printed thin film.

이러한 상기의 방법은 반도체 화합물 표면에 금속산화물 미립자를 코팅하는 방법을 사용함으로써 금속염 용액에 반도체 화합물 미립자를 분산시키고 수 시간 내지 수 십 시간 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. In this method, the semiconductor compound fine particles are coated on the surface of the semiconductor compound to disperse the semiconductor compound fine particles into the metal salt solution and the ball milling and high temperature baking process for several hours to several tens of hours are required, Which is problematic in terms of economy. In addition, since the metal oxide has mostly a semiconducting property, there is a problem that electrons escaping from the semiconductor compound to the electrolyte can not be completely blocked.

종래 유-무기 하이브리드 태양전지는 하판제작(제1기판/제1전극/재결합차단층/반도체층/산란층으로 구성), 염료흡착, 상판제작(제2기판/제2전극/상대(대향)전극으로 구성), 상 하판 합착 및 전해질의 제조/주입/봉지의 공정으로 제조되고 있다. Conventionally, a conventional organic-inorganic hybrid solar cell has been fabricated by forming a lower plate (consisting of a first substrate, a first electrode, a recombination barrier layer, a semiconductor layer, and a scattering layer), dye adsorption, Electrode), the upper and lower plates are cemented and the electrolyte is produced / injected / sealed.

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 완성하고, (7) 제2기판/제2전극의 세정, (8) 백금전극 형성, (9) 상하판 합착 및 (10) 전해질의 제조/주입/봉지 단계로 구성된다. (1) FTO substrate cleaning, (2) immersion in an aqueous solution of TiCl 4 for the recombination barrier layer, (3) printing of semiconductor compound for semiconductor layer (mainly titanium dioxide), (4) printing of inorganic particles for scattering layer , (5) high-temperature firing, (6) dipping in a dye solution to adsorb the dye to semiconductor compound and inorganic particles to complete the lower plate, (7) cleaning the second substrate / second electrode, (8) (9) bonding the upper and lower plates, and (10) preparing / injecting / sealing the electrolyte.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 유리기판상에 형성된 FTO를 아세톤, 에탄올, 증류수 등으로 세정하고, 재결합차단층 형성을 위해 70의 TiCl4 수용액에 30분간 침적시킨다. 이어서 나노크기의 반도체화합물(주로 이산화티탄), 바인더고분자 및 첨가제로 구성된 페이스트를 스크린프린팅 방법으로 FTO 상부에 인쇄(20 m 내외)하여 반도체층용 반도체화합물막(주로 이산화티탄막)을 형성시키고, 5 m 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 상대(대향)전극을 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.More specifically, the FTO formed on the glass substrate is washed with acetone, ethanol, distilled water or the like, and immersed in a 70% TiCl 4 aqueous solution for 30 minutes to form a recombination barrier layer. Next, a paste composed of a nano-sized semiconductor compound (mainly titanium dioxide), a binder polymer, and an additive is printed (about 20 m) on the top of the FTO by a screen printing method to form a semiconductor compound film (mainly titanium dioxide film) The scattering layer having a thickness of about m / m is also formed by a screen printing method. The substrate having undergone the above steps is fired at about 500 ° C. to remove the polymer binder, and the TiCl 4 component is converted to titanium dioxide. After the high-temperature heat treatment is completed, the substrate is immersed in a dye solution (N719 dye + acetronitrile + t-butylalcohol) to adsorb the dye on the semiconductor compound surface to produce a lower plate. Next, the second substrate / second electrode is cleaned, platinum paste is coated, and heat treatment is performed to complete the counter electrode, thereby manufacturing the top plate. Using the manufactured upper and lower plates, the barrier ribs are arranged between the plates, and then they are cemented. Next, an electrolyte solution (0.6M butylmethyl imidazolium iodide + 0.03MI 2 + 0.05M 4-tert-butylpyridine + 0.1M guanidinium thiocyanate) was prepared and the electrolyte was injected through the holes formed in the upper plate and sealed, The solar cell is completed.

본 발명은 태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위하여 안출된 것으로, 완전 절연성의 붕소계 표면처리제를 용해시킨 침적용액에 이산화티탄 박막을 포함하는 하판을 침적시킴으로서 절연성의 붕소계 표면처리제가 도입된 반도체층을 포함하여 구성되는 유-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is conceived to improve the photoelectric conversion efficiency of a solar cell. The present invention relates to a semiconductor device in which an insulating boron-based surface treatment agent is introduced by immersing a lower plate containing a titanium dioxide thin film in a deposition solution in which a completely insulating boron- Layer and a method of manufacturing the same.

본 발명에 따른 유-무기 하이브리드 태양전지는 제1기판, 상기 제1기판 상에 형성된 제1전극, 상기 제1전극상에 형성되고 그 표면에 염료와 붕소계 표면처리제가 동시에 도입되어 있는 반도체층(반도체화합물층)을 포함하는 하판과, 제2기판, 상기 제2 기판 상에 상기 제1전극에 대향하여 형성된 제2전극 및 상대(대향)전극을 포함하는 상판과, 상기 하판과 상판을 밀봉하기 위한 밀봉부재(격벽) 및 상기 밀봉부재(격벽)에 의하여 밀봉된 하판과 상판 사이에 주입된 전해질층을 포함하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양 전지를 제공한다.
The organic-inorganic hybrid solar cell according to the present invention comprises a first substrate, a first electrode formed on the first substrate, a semiconductor layer formed on the first electrode and having a dye and a boron- An upper plate including a second substrate, a second electrode formed on the second substrate so as to face the first electrode, and a counter electrode, and a lower electrode including a lower electrode and a lower electrode, And a boron-based surface treatment agent comprising a sealing member (partition wall) for sealing the upper plate and an electrolyte layer injected between the upper plate and the lower plate sealed by the sealing member (partition wall).

본 발명의 또 다른 목적은 제1기판상에 제1전극을 형성하는 단계, 제1 전극상에 반도체층(반도체화합물층)을 형성하는 단계, 상기 반도체층 표면에 염료와 붕소계 표면처리제를 도입하는 단계, 제 2기판 상에 상기 제1 전극에 대향하여 제 2전극 및 상대(대향)전극을 형성하는 단계 및 반도체층과 상기 상대(대향)전극 사이에 전해질을 도입하는 단계를 포함하여 구성되는 붕소계 표면처리제가 도입된 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법을 제공한다. It is still another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a first electrode on a first substrate, forming a semiconductor layer (semiconductor compound layer) on the first electrode, introducing a dye and a boron- Forming a second electrode and a counter electrode opposite to the first electrode on a second substrate, and introducing an electrolyte between the semiconductor layer and the counter electrode; Inorganic hybrid solar cell into which a surface treatment agent is introduced.

본 발명은 이산화티탄 반도체층 표면에 붕소계 표면처리제를 도입함으로써 전해질로 손실(재결합)되는 전자를 막아줄 수 있게 되는데, 즉 본 발명에 의한 붕소계 표면처리제는 한 분자당 최소 2개(2개 이상)의 산소원자를 가져 단위 분자당 반도체층 표면을 덮을 수 있는 면적이 크기 때문에 전해질로부터 효과적으로 보호할 수 있는 효과가 있다. The present invention can prevent electrons lost (recombined) with an electrolyte by introducing a boron-based surface treatment agent on the surface of the titanium dioxide semiconductor layer. That is, the boron-based surface treatment agent according to the present invention has at least two Or more) of oxygen atoms, which is effective in protecting the surface of the semiconductor layer from the electrolyte effectively.

또한, 본 발명에 따른 절연성 붕소계 표면처리제는 종래 반도체 특성을 갖는 금속산화물과는 달리 완전 절연성 물질이기 때문에 전자 차단효과가 큰 장점이 있다. In addition, the insulating boron-based surface treatment agent according to the present invention is advantageous in that it has a high electron blocking effect because it is a completely insulating substance unlike a metal oxide having a semiconductor characteristic.

나아가, 종래 금속산화물의 경우 고온 소성 공정을 필요로 하지만 본 발명에 의한 붕소계 표면처리제는 단순 침적 공정만으로도 반도체층 표면에 도입이 가능하기 때문에 공정 및 경제적인 측면에 있어서도 우수한 효과가 있다. Further, although the conventional metal oxide requires a high-temperature firing process, the boron-based surface treatment agent according to the present invention can be introduced into the surface of the semiconductor layer by a simple deposition process, and thus has an excellent process and economical advantage.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 붕소계 표면처리제가 도입된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 붕소계 표면처리제가 도입된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 반도체층 및 광산란층의 확대도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도층 표면에 도입된 붕소계 표면처리제가 전해질로의 전자이동을 막는 개념도이고,
도 4는 비교예 1에 따른 태양전지의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1에 의한 태양전지의 전류-전압특성을 나타낸 그래프이고,
도 6은 비교예 1(흑색사각형) 및 실시예 3(적색 원형)에 의한 태양전지의 시간에 따른 개방전압 감소 그래프이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 4에 의한 태양전지의 전류-전압특성을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an organic-inorganic hybrid solar cell including a semiconductor layer to which a boron-based surface treatment agent is introduced according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an enlarged view of a semiconductor layer and a light scattering layer of an organic-inorganic hybrid solar cell including a semiconductor layer to which a boron-containing surface treatment agent is introduced according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual view illustrating a boron-based surface treating agent introduced into the surface of a semiconductor layer according to an embodiment of the present invention to prevent electron transfer to the electrolyte,
4 is a graph showing current-voltage characteristics of a solar cell according to Comparative Example 1,
5 is a graph showing current-voltage characteristics of a solar cell according to Example 1 of the present invention,
FIG. 6 is a graph showing an open-circuit voltage decrease with time of the solar cell according to Comparative Example 1 (black square) and Example 3 (red circle)
7 is a graph showing current-voltage characteristics of a solar cell according to Example 4 of the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 붕소계 표면처리제가 도입된 반도체층을 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an organic-inorganic hybrid solar cell including a semiconductor layer to which a boron-based surface treatment agent is introduced according to an embodiment of the present invention.

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 붕소계 표면처리제가 동시에 도입되어 있는 반도체층( 114 )을 포함하는 하판( 110 )과, 제2기판( 121 ), 상기 제2 기판( 121 ) 상에 상기 제1전극( 112 )에 대향하여 형성된 제2전극( 122 ) 및 (상대)대향전극(123)을 포함하는 상판( 120 )과, 상기 하판( 110 )과 상판( 120 )을 밀봉하기 위한 밀봉부재(격벽)( 140 ) 및 상기 밀봉부재(격벽)( 140 )에 의하여 밀봉된 하판( 110 )과 상판( 120 ) 사이에 주입된 전해질층( 130 )을 포함하여 구성된다. 1, a solar cell 100 according to the present invention includes a first substrate 111, a first electrode 112 formed on the first substrate 111, and a second electrode 112 formed on the first electrode 112 A lower substrate 110 including a semiconductor layer 114 on which a dye and a boron-based surface treatment agent are introduced at the same time and a second electrode 121 formed on the second substrate 121 and the first electrode 112 And a sealing member (partition wall) 140 for sealing the lower plate 110 and the upper plate 120. The upper plate 120 includes a first electrode 122 and a counter electrode 123, And an electrolyte layer 130 injected between the upper plate 120 and the lower plate 110 sealed by the sealing member (partition wall) 140.

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. In order to improve the photoelectric conversion efficiency, the lower plate 110 may further include a light-scattering layer 115 on the recombination blocking layer 113 and the semiconductor layer 114 above the first electrode 111, can do.

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. The semiconductor layer includes a nano-sized semiconductor compound adsorbed by a dye molecule. The dye molecules in the semiconductor layer absorb visible light to generate electron-hole pairs. The semiconductor compound (titanium dioxide) .

구체적으로, 태양광에 의해 여기 된 염료들이 전자를 반도체 화합물의 전도대에 주입한다. 주입된 전자들은 반도체층을 통과하여 제1전극에 도달하여 외부회로로 전달된다. 이때 상기 반도체층을 구성하는 나노크기의 반도체층과 제1전극과의 사이에 접촉상태에 따라 외부회로로 전달되지 못하는 전자가 발생하게 된다. 반도체층으로부터 제1전극 부근까지 전달된 전자들 중 일부는 제1전극과 반도체층이 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 이 또한 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 반도체층을 거쳐 제1전극( 112 )으로 전달된다. 반면에 정공은 전해질의 산화환원 반응을 통하여 제2전극( 122 )으로 전달되고 제2전극( 122 )을 통하여 외부회로로 전달된다. Specifically, the dyes excited by the sunlight inject electrons into the conduction band of the semiconductor compound. The injected electrons pass through the semiconductor layer to reach the first electrode and are transferred to an external circuit. At this time, electrons which can not be transferred to an external circuit due to the contact state between the nano-sized semiconductor layer constituting the semiconductor layer and the first electrode are generated. Some of the electrons transferred from the semiconductor layer to the vicinity of the first electrode are not brought into contact with the first electrode and the semiconductor layer but disappear into the electrolyte through the portion exposed to the electrolyte solution. This phenomenon is referred to as recombination, which causes a decrease in photoelectric conversion efficiency. In order to minimize the recombination phenomenon, a recombination barrier layer 113 may be formed on the lower substrate 110 as shown in FIG. Also, external sunlight reaches the semiconductor layer through the first substrate, the first electrode, and the recombination barrier layer, and the sunlight is absorbed by the dye present in the semiconductor layer. Light which is not completely absorbed by the semiconductor layer and passes through the semiconductor layer is present in the solar light reached from the outside, which also causes a decrease in the photoelectric conversion efficiency. In order to block the light passing through the semiconductor layer, the light scattering layer 115 is formed to induce light scattering, and the scattered light is absorbed into the semiconductor layer again. The dye absorbing solar light forms an electron-hole pair, and the electrons are transferred to the first electrode 112 through the semiconductor layer. On the other hand, the holes are transferred to the second electrode 122 through the redox reaction of the electrolyte and then transferred to the external circuit through the second electrode 122.

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 붕소계 표면처리제 침적용액에 침지시켜 전해질로 손실되는 전자를 막아줌으로써 광전변환효율을 향상시킬 수 있게 된다. In the present invention, in order to prevent the deterioration of the photoelectric conversion efficiency, the recombination blocking layer 113 and the light scattering layer 115 are formed, and the lower plate 110 including the semiconductor layer 114 containing titanium dioxide, Can be immersed in a boron-based surface treatment agent immersion solution to prevent electrons lost by the electrolyte, thereby improving the photoelectric conversion efficiency.

도 2는 본 발명에 따른 붕소계 표면처리제 침적용액에 침지시켜 절연성의 붕소계 표면처리제가 도입된 반도체층( 114 )과 광산란층( 115 )의 확대도로서 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
FIG. 2 is an enlarged view of a semiconductor layer 114 and a light-scattering layer 115 in which an insulating boron-based surface treatment agent is immersed in a boron-based surface treatment agent immersion solution according to the present invention.

<제1기판/제1전극 및 세정> &Lt; First Substrate / First Electrode and Cleaning >

제1기판 상부에 형성된 제1전극을 아세톤, 에탄올, 증류수 혹은 이들의 혼합용액에 담근 후 초음파 세정을 실시한다. 상기 제1기판으로는 유리, 플라스틱, 금속호일 등이 사용될 수 있다. 상기 제1전극으로는 FTO외에도 ITO(인듐틴옥사이드), IZO(인듐진크옥사이드; indium zinc oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같이 투명전극이 이용될 수 있다.
The first electrode formed on the first substrate is immersed in acetone, ethanol, distilled water or a mixed solution thereof, followed by ultrasonic cleaning. As the first substrate, glass, plastic, metal foil or the like may be used. In addition to the FTO, the first electrode may be formed of a transparent material such as ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO- Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , An electrode can be used.

<이산화티탄 박막 형성> &Lt; Formation of titanium dioxide thin film &

상기 세정된 제1기판을 40 mM 농도의 전구체용액(TiCl4)에 침적시키고 70에서 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 인 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, 450~550에서 열처리를 실시하여 추가적인 효율향상을 유도하기도 한다. 상기 이산화티탄 박막을 형성하는 방법으로는 닥터블레이드 코팅, 스크린프린팅, 플렉소그라피(Flexography)방식, 그라비아 프린팅 방식 등이 이용될 수 있다. The cleaned first substrate is immersed in a precursor solution (TiCl 4 ) at a concentration of 40 mM, left to stand at 70 for 30 minutes, and washed with distilled water and ethanol to form a recombination barrier layer. A paste containing titanium dioxide (TiO 2 ) having an average particle diameter of 20 nm is coated on the recombination barrier layer to form a thin film. Next, a paste containing titanium dioxide (TiO 2 ) having an average particle diameter of 300 to 400 nm is coated on the above-mentioned 20 nm thick titanium dioxide (TiO 2 ) thin film, and heat treatment (450 to 450 nm) 550) is performed so that the recombination barrier layer, the semiconductor layer, and the light scattering layer are formed to complete the manufacture of the lower plate. In some cases, the prepared lower plate may be immersed in a TiCl 4 solution and then heat-treated at 450 to 550 to induce additional efficiency improvement. As the method for forming the titanium dioxide thin film, a doctor blade coating, a screen printing, a flexography method, a gravure printing method, or the like can be used.

한편, 도 1에서 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.
1, the bottom plate of the organic-inorganic hybrid solar cell is composed of the first substrate / the first electrode / the recombination barrier layer / the semiconductor layer / the light scattering layer, but the recombination blocking layer and the light scattering layer are formed of the organic- Inorganic hybrid solar cell without any layer or two layers of the anti-recombination layer and the light-scattering layer, because it is formed for the purpose of improving the photoelectric conversion efficiency of the battery.

<절연성 붕소계 표면처리제의 도입(흡착)> <Introduction (adsorption) of an insulating boron-based surface treatment agent>

상기 이산화티탄 표면에 절연성 붕소계 표면처리제를 도입시키기 위해, 본 발명에서는 하기 구조식 1로 표시되는 최소 2개(2개 이상)의 산소원자를 가지는 붕소계 표면처리제 혹은 이들의 혼합물을 용매에 가하여 침적용액을 제조하고 여기에 상기 이산화티탄 박막이 형성된 하판을 침적시켜 붕소계 표면처리제를 이산화티탄 표면에 도입시킨다. 이산화티탄 박막표면에 존재하는 수산기와 붕소계 표면처리제가 가지고 있는 작용기가 화학적 반응 혹은 상호 작용에 의해 이산화티탄 표면에 붕소계 표면처리제를 흡착시킬 수 있다. 이 때, 침적시간은 0.1분~24시간 정도가 바람직하며, 침적이 끝난 뒤 증류수 및 알콜류의 용매를 이용하여 세정을 실시하고, 이를 60~70정도의 온도에서 10~20분 정도 건조하여 이산화티탄 표면에 절연성의 붕소계 표면처리제가 도입(흡착)된 반도체층 박막을 제조한다.  In order to introduce an insulating boron-based surface treatment agent onto the surface of the titanium dioxide, in the present invention, a boron-based surface treatment agent having at least two (two or more) oxygen atoms represented by the following structural formula 1 or a mixture thereof is added to a solvent, And a lower plate having the titanium dioxide thin film formed thereon is immersed therein to introduce a boron-based surface treatment agent onto the titanium dioxide surface. The functional groups of the hydroxyl group and the boron-based surface treatment agent present on the surface of the titanium dioxide thin film can adsorb the boron-based surface treatment agent to the titanium dioxide surface by chemical reaction or interaction. In this case, the immersion time is preferably about 0.1 minute to 24 hours, and after the immersion, cleaning is performed using distilled water and alcohol solvents, and the resultant is dried at a temperature of about 60 to 70 for about 10 to 20 minutes, A semiconductor layer thin film having an insulating boron-based surface treatment agent introduced (adsorbed) on its surface is produced.

본 발명에서 최소 2개의 산소원자를 포함하는 다양한 붕소계 표면처리제를 구조식 1과 같이 제시하지만, 본 발명이 이들에 한정되어 해석되는 것은 아니다. In the present invention, various boron-based surface treatment agents containing at least two oxygen atoms are shown as Structural Formula 1, but the present invention is not construed as being limited thereto.

[구조식 1] [Structural formula 1]

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B1 B2 B3 B4         B1 B2 B3 B4

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B5 B6 B7 B8        B5 B6 B7 B8

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B9 B10 B11                 B9 B10 B11

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B12 B13 B14                 B12 B13 B14

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B15 B16 B17                B15 B16 B17

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B18 B19                     B18 B19

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B20 B21                  B20 B21

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B22 B23                   B22 B23

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Figure 112013116483191-pat00024

B24B24

상기 용매로는 물, 에탄올, 아세톤, 이소프로필 알콜, 메틸에틸케톤, 아세트로나이트릴, 부틸알콜, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 에테르 등을 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 붕소계 표면처리제의 용해도를 증가시키기 위해 산(acid)나 알칼리화합물(alkaline compound)이 소량 첨가될 수도 있다. As the solvent, water, ethanol, acetone, isopropyl alcohol, methyl ethyl ketone, acetonitrile, butyl alcohol, tetrahydrofuran, benzene, toluene, chloroform, ether and the like can be used alone or in combination. In order to increase the solubility of the boron-based surface treatment agent, a small amount of an acid or an alkaline compound may be added.

도 3은 본 발명에 의한 절연성 붕소계 표면처리제의 역할을 개념도로 표시한 것으로서, 절연성 붕소계 표면처리제는 반도체층 표면에 효과적으로 흡착되어 반도체층 표면과 전해질이 직접적으로 접촉하지 않도록 하여 반도체층에 존재하는 전자가 전해질로 빠져 나가는 것을 막는 역할을 한다. 그 결과 전자의 손실을 줄여서 전체 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 붕소계 표면처리제는 최소 2개 이상의 결합기를 가지고 있으므로, 단위 분자당 반도체층 표면을 덮을 수 있는 면적이 크며, 이로써 전해질로부터 효과적으로 보호할 수 있다는 장점이 있다. FIG. 3 is a conceptual view illustrating the role of the insulating boron-based surface treatment agent according to the present invention. The insulating boron-based surface treatment agent is effectively adsorbed on the surface of the semiconductor layer, and the surface of the semiconductor layer is not in direct contact with the electrolyte, To prevent electrons from escaping into the electrolyte. As a result, the efficiency of the entire solar cell can be improved by reducing the loss of electrons. Since the boron-based surface treatment agent of the present invention has at least two bonding groups, the surface area of the semiconductor layer per unit molecule is large, thereby effectively protecting the surface from the electrolyte.

또한, 본 발명의 절연성 붕소계 표면처리제는 종래의 반도체 성질을 갖는 금속산화물과는 달리 절연성 물질이기 때문에 전자 차단효과가 훨씬 클 뿐만 아니라, 단순 침적공정으로 반도체층 표면에 도입이 가능하다는 장점이 있다.
In addition, since the insulating boron-based surface treatment agent of the present invention is an insulating substance unlike a metal oxide having a conventional semiconductor property, the electron blocking effect is much larger, and it is advantageous that the surface treatment agent can be introduced to the surface of the semiconductor layer by a simple deposition process .

<염료도입> &Lt; Dye introduction >

태양전지를 완성하기 위해서는 상기 붕소계 표면처리제가 도입된 이산화티탄 표면에 염료가 도입되어야 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 붕소계 표면처리제가 도입된 이산화티탄 박막을 일정시간 침적시키면 이산화티탄 박막표면에 염료가 흡착하게 되어, 염료와 붕소계 표면처리제가 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 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. In order to complete the solar cell, the dye should be introduced onto the surface of the titanium dioxide into which the boron-based surface treatment agent is introduced. Such a dye absorbs light, thereby causing electrons to transfer from the ground state to the excited state to form an electron-hole pair. The electrons in the excited state are injected into the conduction band of the titanium dioxide and then transferred to the electrode to generate electromotive force. When such a dye is dissolved in an organic solvent in an appropriate concentration to prepare a dye solution and the titanium dioxide thin film into which the boron-based surface treatment agent is introduced is immersed in the solution for a predetermined time, the dye is adsorbed on the surface of the titanium dioxide thin film, Thereby forming a titanium dioxide semiconductor layer on which the surface treatment agent is adsorbed. The dyes used herein are not limited as long as they are generally used in the field of solar cells, but ruthenium complexes [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). However, it is not particularly limited as long as it has a charge-separating function and exhibits a sensitizing action. In addition to the ruthenium complex, a cyanine dye such as rhodamine B, rose bengal, eosine, erythrosine, etc., a cyanine dye such as quinoxine and cryptoxine, Basic dyes such as naphtha pranine, carbo blue, thiosine and methylene blue, porphyrin compounds such as chlorophyll, zinc porphyrin and magnesium porphyrin, other azo dyes, phthalocyanine compounds and complex compounds such as Ru trispyridyl, Dyes, quinacridone dyes, organic dyes and the like. These dyes can be used singly or in combination of two or more.

이러한 염료의 용매로서는 터셔리부틸알콜, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 에탄올, 이소프로필알콜 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있고, 상기 붕소계 표면처리제가 흡착된 이산화티탄 박막을 갖는 하판을 1시간 ~ 72시간 동안 염료용액에 담궈서 이산화티탄 표면에 염료를 도입시키면 충분하다. 이때 산란층용 이산화티탄 표면에도 염료가 도입될 수 있으며, 재결합차단층용 반도체화합물에는 염료의 침투가 어렵기 때문에 극미량의 염료만 도입되거나 거의 도입이 일어나지 않게 된다. 염료의 도입이 끝나게 되면 반도체 화합물 표면에 묻어있는 염료를 알콜류 등의 용매로 세척한 뒤 건조한다.   As the solvent of such a dye, tertiary butyl alcohol, acetonitrile, tetrahydrofuran, ethanol, isopropyl alcohol or a mixture thereof may be used, and a lower plate having a titanium dioxide thin film on which the boron surface treating agent is adsorbed, It is sufficient to immerse the dye in the dye solution for 72 hours to introduce the dye onto the titanium dioxide surface. At this time, the dye can also be introduced onto the surface of titanium dioxide for the scattering layer, and the penetration of the dye into the semiconductor compound for the recombination blocking layer is difficult, so that only a trace amount of dye is introduced or almost no introduction occurs. When the introduction of the dye is completed, the dye on the surface of the semiconductor compound is washed with a solvent such as an alcohol and dried.

상기 방법은 붕소계 표면처리제를 먼저 도입시키고 염료를 도입하는 방법이지만 그 순서를 상호 바꾸어도 태양전지 작동에는 문제가 되지 않는다. 즉, 상기 제시된 방법으로 염료를 먼저 흡착시킨 후 붕소계 표면처리제를 흡착시키는 방법도 가능하다. 또한, 염료와 붕소계 표면처리제를 동시에 용해시킨 용액을 제조하고, 여기에 이산화티탄 박막을 침적시켜 일정시간 방치하면 염료와 붕소계 표면처리제가 동시에 흡착된 이산화티탄 반도체층을 얻을 수 있다. 이와 같이 이산화티탄 박막에 붕소계 표면처리제와 염료를 도입시키는 방법으로는 (1) 붕소계 표면처리제를 먼저 도입시킨 다음 염료를 도입시키는 방법, (2) 붕소계 표면처리제와 염료를 동시에 도입시키는 방법 및 (3) 염료를 먼저 도입시킨 후 붕소계 표면처리제를 도입시키는 방법이 가능하다.
This method is a method in which a boron-based surface treatment agent is introduced first and a dye is introduced, but there is no problem in operation of a solar cell even if the order is changed. That is, it is also possible to adsorb the boron-based surface treating agent after first adsorbing the dye by the above-described method. Also, a solution in which a dye and a boron-based surface treatment agent are simultaneously dissolved is prepared, and a titanium dioxide thin film is immersed therein and left for a predetermined time to obtain a titanium dioxide semiconductor layer in which a dye and a boron-based surface treatment agent are simultaneously adsorbed. Examples of the method of introducing the boron-based surface treatment agent and dye into the titanium dioxide thin film in this manner include (1) a method of introducing a boron-based surface treatment agent first and then a dye, (2) a method of simultaneously introducing a boron- And (3) a dye is first introduced and then a boron-based surface treatment agent is introduced.

< 상대(대향)전극 형성 > <Formation of Opposite Electrode>

본 발명의 태양전지 제조방법에서 대향전극은 도전성 물질이면 어느 것이나 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로는 백금, 금 및 카본 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 대향전극은 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.
In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, any of the opposite electrodes can be used without limitation as long as it is a conductive material. Specifically, it is preferable to use platinum, gold, carbon, or the like. The counter electrode may be formed by vacuum deposition using a sputter or the like, or may be used by coating or baking a paste or a conductive material precursor in a solution state on the second electrode / second substrate. In addition to FTO, the second electrode may be formed of ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), ZnO-Ga 2 O 3 , and the like ZnO-Al 2 O 3, SnO 2 -Sb 2 O 3 may be used.

<상 하판 합착 전해질 주입 및 봉지공정> &Lt; Injection and encapsulation process of upper and lower coagulating electrolyte >

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, 홀 전도 기능이 있는 유기반도체 소재(전도성 고분자) 등 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.In the solar cell manufacturing method of the present invention, the electrolyte was prepared by mixing 0.8 M of 1,2-dimethyl-3-octyl-imimidazolium iodide and 40 mM of I 2 ( iodine), a 3-methoxy-propionitrile (3-methoxypropionitile) that I 3 / I dissolved in - be mentioned as an example, but not limited to this, any such organic semiconductor materials (conductive polymers), which hole conduction function would Can be used without restrictions.

제2기판/제2전극/대향전극의 특정부위에 전해질 주입을 위해 1 mm 내외의 직경을 갖는 구멍을 형성시킨다. 이러한 상판(제2기판/제2전극/대향전극)과 앞서 제시된 방법에 의해 제조된 하판(제1기판/제1전극/이산화티탄) 사이에 격벽(두께 약 40 m 내외)을 배치시키고, 100 내지 140 의 가열판 상에서 약 1 내지 3 기압으로 상기 하판과 상판을 밀착시켜 합착공정을 완성한다. 다음으로 상기 대향전극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 두 판 사이의 공간에 전해질 용액을 충진하고 구멍을 밀봉시킴으로서 본 발명에 의한 유-무기 하이브리드 태양전지가 완성된다. 상기 밀봉재료(격벽재료)로는 Solaronix 사의 sealing material 이라는 고분자소재, Dupont 사의 Surlyn, 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제 등을 사용할 수 있다.
A hole having a diameter of about 1 mm is formed for injecting the electrolyte into a specific portion of the second substrate / the second electrode / the counter electrode. A partition wall (about 40 m in thickness) is disposed between the upper plate (second substrate / second electrode / counter electrode) and the lower plate (first substrate / first electrode / titanium dioxide) To about 140 at a pressure of about 1 to about 3 atmospheric pressure to complete the laminating process. Next, the organic-inorganic hybrid solar cell according to the present invention is completed by filling the space between the two plates through the fine holes formed on the surface of the counter electrode and sealing the holes. As the sealing material (partition wall material), a polymer material called a sealing material of Solaronix, Surlyn, an epoxy resin or an ultraviolet (UV) curing agent of Dupont can be used.

실시예Example

이하, 본 발명의 붕소계 표면처리제가 도입된 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.
Hereinafter, an organic-inorganic hybrid solar cell including a semiconductor layer to which the boron-containing surface treatment agent of the present invention is introduced and a method for producing the same will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not to be construed as being limited by the following examples.

비교예 1Comparative Example 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 450에서 30분간 소성하여 15의 반도체층을 형성하였다. 이어서 반도체층 상부에 평균입경 400 nm의 TiO2를 포함하는 paste를 이용하여 박막을 형성시킨 후 500에서 60분간 소성하여 산란층을 형성하였다. 소성된 기판을 염료용액(Solaronix 사의 N719를 acetronitrile+tert-butylalcohol에 0.5 mM의 농도 용해)에 24시간 동안 침적시켜 TiO2 porous 내로 염료가 충분히 침투하도록 하여 염료를 흡착시킨 후 아세트로나이트릴 용매에 세정 및 건조하여 하판을 완성하였다. Pt paste를 세정된 FTO 기판상에 코팅한 후 400에서 30분간 소성하여 대향전극을 형성시킴으로서 상판을 제조 하였다. Pt 페이스트를 코팅하기 전에 전해질 주입을 위해 두개의 구멍을 미리 뚫어 두었다. 상기 염료가 도입된 상판과 하판을 상호 대향하도록 배치시키고 그 사이에 밀봉(격벽)재료인 Sealing material(Solaronix사 제품, 두께 약 60 m)을 설치하였다. 이를 120의 가열판 상에 올린 상태에서 상부로부터 압력을 가하여 상판과 하판을 밀착시켰다. 열과 압력에 의하여 상기 격벽재료는 두 상하판 표면에 강하게 부착(합착)된다. 이어서, 상판에 미리 형성시킨 구멍을 통하여 상판과 하판사이에 전해질을 채워 넣는다. 이때 사용된 전해질은 Solaronix사의 I-/I3 - redox couple을 사용하였다. 전해질 용액이 모두 채워진 후 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 4에 나타내었으며, V OC (Open circuit voltage)는 0.681V, J SC (short circuit current density)는 16.21 mA/cm2 및 FF(Fill Factor)는 63.76%를 나타내었으며 이로서 7.04%의 광전변환 효율을 나타내었다.
The washed FTO substrate was immersed in a 40 mM aqueous solution of TiCl 4 (70) for 30 minutes to form an anti-recombination layer. Then, commercial (manufacturer: Solaronix, TiO 2 particle size: 20 nm) TiO 2 paste was coated by doctor blade method and then fired at 450 for 30 minutes to form 15 semiconductor layers. Subsequently, a thin film was formed on the semiconductor layer using a paste containing TiO 2 having an average particle diameter of 400 nm, followed by baking at 500 to 60 minutes to form a scattering layer. The fired substrate was immersed in a dye solution (N719 of Solaronix Inc. in acetronitrile + tert-butylalcohol at a concentration of 0.5 mM) for 24 hours to allow the dye to sufficiently penetrate into the TiO 2 porous film, and then the dye was adsorbed on the acetonitrile solvent Washed and dried to complete the lower plate. The Pt paste was coated on the cleaned FTO substrate and fired at 400 to 30 minutes to form the counter electrode, thereby preparing the top plate. Two holes were pre-drilled for electrolyte injection before coating the Pt paste. Sealing material (manufactured by Solaronix, thickness: about 60 m), which is a sealing material (partition wall), was disposed between the upper plate and the lower plate into which the dye was introduced so as to face each other. While this was placed on a 120 hot plate, pressure was applied from the upper side to adhere the upper plate and the lower plate. By the heat and pressure, the partition wall material is strongly adhered (adhered) to the two upper and lower plate surfaces. Subsequently, the electrolyte is filled between the upper plate and the lower plate through holes previously formed in the upper plate. The electrolyte used was I - / I 3 - redox couple from Solaronix. After the electrolyte solution is filled, the holes formed in the upper plate are sealed to complete the solar cell element fabrication. The photoelectric conversion efficiency of the completed device was measured using a solar simulator and IV measurement equipment. The IV curves were obtained after irradiating the device with light of AM 1.5 (100 mW / cm 2 ) to the fabricated solar cell device. The measurement results are shown in FIG. 4, and V OC (open circuit voltage) was 0.681 V , J SC (short circuit current density) was 16.21 mA / cm 2, and FF (fill factor) was 63.76%, indicating a photoelectric conversion efficiency of 7.04%.

실시예 1Example 1

비교예 1에서 제시한 태양전지 제조과정에 의해 얻어진 하판을 염료에 침적시키기 전에 0.1mM의 B3(구조식 1 참조) 및 물(용매)로 구성되는 침적용액에 30에서 3분 침적, 물과 알콜로 세정 및 건조시키는 추가공정을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 제작된 태양전지 소자는 동일한 장비 및 방법으로 광전변환 효율을 측정하였다. V OC 는 0.771 V, J SC 는 18.92 mA/cm2 및 Fill Factor는 68.98%를 나타내었으며 이로서 10.06%의 광전변환 효율을 나타내었으며 이를 도 5에 나타내었다.
The bottom plate obtained by the solar cell manufacturing process shown in Comparative Example 1 was immersed in a dipping solution consisting of 0.1 mM B3 (see Structural Formula 1) and water (solvent) for 3 minutes before being immersed in the dye, A hybrid solar cell was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1 except for the additional step of washing and drying. The photovoltaic conversion efficiency was measured by the same equipment and method. The V OC was 0.771 V, the J SC was 18.92 mA / cm 2, and the fill factor was 68.98%, showing a photoelectric conversion efficiency of 10.06%, which is shown in FIG.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.7 mM의 B9를 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 측정결과는 V OC 는 0.767V, J SC 는 18.85 mA/cm2 및 Fill Factor는 70.03%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 10.12%를 나타내었다.
The organic-inorganic hybrid solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 0.7 mM of B9 was used in the manufacturing process of the solar cell. At this time, the measurement results showed 0.767 V in V OC , 18.85 mA / cm 2 in J SC , and 70.03% in Fill Factor, and the photoelectric conversion efficiency was 10.12%.

실시예 3Example 3

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.1 mM의 B3 용액 대신에 0.2 mM의 B5 침적용액을 제조하였다. 또한, 실시예 1과 달리 염료를 먼저 흡착시킨 후 하판을 상기 용액에 30에서 5분간 침적시켜 붕소계 표면처리제를 흡착시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.78V, J SC 는 18.98 mA/cm2 및 Fill Factor는 70.12%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 10.38%를 나타내었다. A 0.2 mM B5 immersion solution was prepared in place of the 0.1 mM B3 solution in the solar cell manufacturing process described in Example 1. [ In addition, unlike Example 1, except that the dye was adsorbed first and the lower plate was immersed in the solution for 30 minutes for 5 minutes to adsorb the boron-based surface treatment agent, the organic-inorganic hybrid solar cell was manufactured Respectively. At this time, the V OC was 0.78 V , the J SC was 18.98 mA / cm 2, and the fill factor was 70.12%, indicating that the photoelectric conversion efficiency was 10.38%.

도 6은 비교예 1과 실시예 3의 조건으로 제작된 태양전지의 OCVD(Open Circuit Voltage Decay) curve로서 비교예 1 태양전지의 경우보다 실시예 3에 의한 태양전지의 경우 시간(x축)에 따른 전압감소속도(y축)가 작음을 알 수 있다. 이와 같이 절연성의 붕소계 표면처리제가 도입된 태양전지는 전자수명이 더 길어졌음을 알 수 있다. 즉, 절연성의 붕소계 표면처리제가 반도체층 표면에서 전해질로 빠져나가는 전자를 효과적으로 차단하여 전자수명이 길어졌음을 확인할 수 있다. 이러한 전자수명의 증가가 효율상승으로 이어진 것임을 알 수 있다.
FIG. 6 is an OCVD (Open Circuit Voltage Decay) curve of a solar cell manufactured under the conditions of Comparative Example 1 and Example 3, and is the OCVD curve of the solar cell according to Example 3 (Y-axis) is small. It can be seen that the electron lifetime of the solar cell into which the insulating boron-based surface treatment agent is introduced is longer. That is, it can be confirmed that the insulating boron-based surface treatment agent effectively blocks the electrons that escape from the surface of the semiconductor layer into the electrolyte, thereby prolonging the lifetime of the electron. It can be seen that such an increase in electron lifetime leads to an increase in efficiency.

실시예 4Example 4

태양전지 제조과정 중에서 재결합차단층, 이산화티탄 반도체층 및 이산화티탄 산란층의 형성은 실시예 1에서 제시한 방법과 동일하게 하였다. 붕소계 표면처리제와 염료를 동시에 흡착시키기 위하여 아세트로나이트릴과 터시어리부틸알콜 및 클로로포름이 부피비 1:1:1로 혼합된 혼합용매에 0.5 mM 농도의 B14용액과 0.5 mM 농도의 N719 염료용액을 제조하였으며, 이를 1:1의 비율로 혼합하여 침적용액을 제조하였다. 이 용액에 앞서 제조한 하판을 상온에서 24시간 침적시켜 반도체층 표면에 절연성의 붕소계 표면처리제와 염료를 동시에 형성시켰다. 기타 상대전극 형성, 상 하판 봉지공정 및 전해질 주입공정은 실시예 1과 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.76V, J SC 는 18.34 mA/cm2 및 Fill Factor는 70.89%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 9.88%를 나타내었고, 도 7에 전류-전압특성 그래프를 나타내었다.
The formation of the recombination barrier layer, the titanium dioxide semiconductor layer and the titanium dioxide scattering layer in the solar cell manufacturing process was the same as that of Example 1. In order to simultaneously adsorb boron-based surface treatment agents and dyes, 0.5mM B14 solution and 0.5mM N719 dye solution were added to a mixed solvent of acetonitrile, trisarybutyl alcohol and chloroform in a volume ratio of 1: 1: 1 The mixture was mixed at a ratio of 1: 1 to prepare a dipping solution. The lower plate prepared above was immersed in this solution for 24 hours at room temperature to form an insulating boron-based surface treatment agent and a dye simultaneously on the surface of the semiconductor layer. The other counter electrodes were formed, the upper and lower plate encapsulation processes, and the electrolyte injection process were carried out in the same manner as in Example 1, to fabricate an organic-inorganic hybrid solar cell. At this time, the V OC was 0.76 V , the J SC was 18.34 mA / cm 2, and the fill factor was 70.89%. As a result, the photoelectric conversion efficiency was 9.88%, and the current-voltage characteristic graph was shown in FIG.

실시예 5Example 5

실시예 4에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.5 mM의 B14 용액 대신에 0.5 mM의 B7용액을 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.77V, J SC 는 18.54 mA/cm2 및 Fill Factor는 70.87%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 10.12%를 나타내었다.
Inorganic hybrid solar cells were prepared in the same manner as in Example 4, except that 0.5 mM of B7 solution was used instead of 0.5 mM of B14 solution. At this time, the V OC was 0.77 V , the J SC was 18.54 mA / cm 2, and the fill factor was 70.87%, indicating that the photoelectric conversion efficiency was 10.12%.

실시예 6Example 6

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.1 mM의 B3용액 대신에 0.2 mM의 B19 용액을 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.76V, J SC 는 18.33 mA/cm2 및 Fill Factor는 70.83%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 9.87%를 나타내었다.
Inorganic hybrid solar cells were prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.2 mM of B19 solution was used instead of 0.1 mM of B3 solution. At this time, the V OC was 0.76 V , the J SC was 18.33 mA / cm 2, and the fill factor was 70.83%, indicating that the photoelectric conversion efficiency was 9.87%.

실시예 7Example 7

실시예 4에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.5 mM 농도의 B14대신에 0.2 mM의 B20 용액과 0.2 mM의 B21 용액의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 하여 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.79V, J SC 는 19.08 mA/cm2 및 Fill Factor는 71.73%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 10.81%를 나타내었다.
An organic-inorganic hybrid solar cell was prepared in the same manner as in Example 4, except that a mixture of 0.2 mM of B20 solution and 0.2 mM of B21 solution was used instead of 0.5 mM of B14 in the solar cell manufacturing process of Example 4 . At this time, the V OC was 0.79 V , the J SC was 19.08 mA / cm 2, and the fill factor was 71.73%, indicating that the photoelectric conversion efficiency was 10.81%.

실시예 8Example 8

실시예 1에서 제시한 태양전지 제조과정 중에서 0.1mM 농도의 B3 용액대신에 0.1mM의 B23 용액을 사용한 것을 제외하고는 모두 동일하게 유-무기 하이브리드 태양전지를 제조하였다. 이때 V OC 는 0.79V, J SC 는 19.41mA/cm2 및 Fill Factor는 70.01%를 나타내었으며 이로서 광전변환 효율은 10.74%를 나타내었다.
An organic-inorganic hybrid solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.1 mM of B23 solution was used instead of 0.1 mM of B3 solution. At this time, the V OC was 0.79 V , the J SC was 19.41 mA / cm 2, and the fill factor was 70.01%, indicating that the photoelectric conversion efficiency was 10.74%.

111: 제1기판
112: 제1전극
113 : 재결합차단층
114: 반도체(반도체화합물)층
115: 광산란층
110 : 하판
121 : 제2기판
122 : 제2전극
123 : 상대(대향)전극
120 : 상판
130 : 전해질층
140 : 밀봉부재(격벽)
100 : 태양전지
111: first substrate
112: first electrode
113: recombination barrier layer
114: semiconductor (semiconductor compound) layer
115: Light scattering layer
110: lower plate
121: second substrate
122: second electrode
123: opposed electrode
120: top plate
130: electrolyte layer
140: sealing member (partition wall)
100: Solar cell

Claims (11)

제1기판, 상기 제1기판상에 형성된 제1전극, 상기 제1전극상에 형성된 반도체층(반도체화합물층)을 포함하여 구성되는 하판과;
제2기판, 상기 제2기판 상에 상기 제1전극과 대향하여 형성된 제2전극 및 상
대(대향)전극을 포함하여 구성되는 상판과;
상기 하판과 상판 사이에 전해질을 포함하여 구성되는 태양전지에 있어서,
상기 반도체층은 그 표면에 염료와 붕소계 표면처리제가 동시에 도입되는 것을 특징으로 하는, 붕소계 표면처리제를 포함하는 유무기 하이브리드 태양전지.
A lower substrate comprising a first substrate, a first electrode formed on the first substrate, and a semiconductor layer (semiconductor compound layer) formed on the first electrode;
A second electrode formed on the second substrate so as to face the first electrode,
An upper plate including a large (opposing) electrode;
A solar cell including an electrolyte between the lower plate and the upper plate,
Wherein the semiconductor layer comprises a boron-based surface treatment agent, wherein a dye and a boron-based surface treatment agent are simultaneously introduced onto the surface of the semiconductor layer.
제1항에 있어서,
상기 붕소계 표면처리제는 분자당 2개 이상의 산소원자를 포함하는 붕소화합물인 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the boron-based surface treatment agent is a boron compound containing at least two oxygen atoms per molecule.
제1항에 있어서,
상기 제1전극과 상기 반도체층 사이에 재결합 방지층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the semiconductor layer further include a recombination preventing layer between the first electrode and the semiconductor layer.
제1항에 있어서,
상기 반도체층 상부에 광산란층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 붕소 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the light-scattering layer further comprises a light scattering layer on the semiconductor layer.
제1기판상에 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극상에 이산화티탄을 포함하는 반도체층(반도체 화합물층)을 형성하는 단계;
상기 반도체층 표면에 염료와 붕소계 표면처리제를 도입하여 하판을 형성하는 단계;
제2기판상에 상기 제1전극과 대향하는 제2전극 및 상대(대향)전극을 형성하여 상판을 형성하는 단계;
상기 하판과 상판을 밀착시켜 합착하는 단계; 및
상기 상판과 하판 사이에 전해질을 도입하고 봉지하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
Forming a first electrode on a first substrate;
Forming a semiconductor layer (semiconductor compound layer) containing titanium dioxide on the first electrode;
Forming a lower plate by introducing a dye and a boron-based surface treatment agent onto the surface of the semiconductor layer;
Forming a top plate by forming a second electrode and a counter electrode opposite to the first electrode on a second substrate;
Tightly attaching the lower plate and the upper plate to each other; And
And introducing and sealing an electrolyte between the upper plate and the lower plate. The method of manufacturing a hybrid organic / inorganic hybrid solar cell according to claim 1,
제5항에 있어서,
상기 붕소계 표면처리제는 분자당 2개 이상의 산소원자를 포함하는 붕소화합물인 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the boron-based surface treatment agent is a boron compound containing at least two oxygen atoms per molecule.
제5항에 있어서,
상기 제1전극과 상기 반도체층 사이에 재결합 방지층을 추가로 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising the step of forming a further anti-recombination layer between the first electrode and the semiconductor layer.
제5항에 있어서,
상기 반도체층 상부에 광산란층을 추가로 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Forming a light-scattering layer on the semiconductor layer; and forming a light-scattering layer on the semiconductor layer. A method for fabricating an organic-inorganic hybrid solar cell,
제5항에 있어서,
상기 반도체층 표면에 염료를 먼저 도입시키고, 이어서 붕소계 표면처리제를 도입시키는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the boron-based surface treatment agent is introduced into the surface of the semiconductor layer, and then the boron-based surface treatment agent is introduced.
제5항에 있어서,
상기 반도체층 표면에 붕소계 표면처리제를 먼저 도입시키고, 이어서 염료를 도입시키는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the boron-based surface treatment agent is first introduced into the surface of the semiconductor layer, and then the dye is introduced into the surface of the semiconductor layer.
제5항에 있어서,
상기 반도체층 표면에 붕소계표면처리제와 염료를 동시에 도입시키는 것을 특징으로 하는 붕소계 표면처리제를 포함하는 유-무기 하이브리드 태양전지의 제조방법.

6. The method of claim 5,
Wherein the boron-based surface treatment agent and the dye are simultaneously introduced onto the surface of the semiconductor layer.

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100048041A (en) * 2008-10-30 2010-05-11 재단법인대구경북과학기술원 Functional layer for solar cell, method of manufacturing the same, and solar cell comprising the same
KR20110030129A (en) * 2009-09-17 2011-03-23 재단법인대구경북과학기술원 Method for fabricating dye-sensitized solar cell
KR20110034916A (en) * 2009-09-29 2011-04-06 재단법인대구경북과학기술원 Organic-inorganic hybrid solar cell and preparation method thereof
KR20130102173A (en) * 2012-03-07 2013-09-17 (주)동아켐텍 Organic-inorganic hybrid solar cell containing sulfur and metal gradients, and preparing method therefor

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