KR101540846B1 - 염료감응형/양자점감응형 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지 및 그 제조 방법이 제공된다.이 방법은,제1기판 상에 광전 변환층을 형성하는 단계, 염기성 용액으로 제2기판을 전처리 하여, 상기 제2기판 상에 가이드 막(guide layer)을 형성하는 단계, 상기 가이드 막 상에 금속-셀레늄 화합물을 포함하는 전극막을 형성하는 단계, 및 상기 제1기판 및 상기 제2기판 사이에 전해질 용액을 주입하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 에너지 인력 양성사업 및 에너지기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[과제관리번호: 201200000002752, 과제명: 나노융합 태양전지 고급트랙]
[과제관리번호: 201200000002929, 과제명: ESS용 전력품질 안정화를 위한 50nm 전극 소재 기반 3KW 하이브리드 슈퍼커패시터 및 모듈 기술 개발]
태양전지는 태양으로부터 방출되는 빛 에너지를 전기에너지로 전환하는 광전 에너지 변환 시스템(photovoltaic energy conversion system)이다.
실리콘 태양전지는 상기 광전 에너지 변환을 위해 실리콘 내에 형성되는 p-n 접합다이오드(p-n junction diode)를 이용하지만, 전자 및 홀의 때이른 재결합(premature recombination)을 방지하기 위해서는, 사용되는 실리콘은 높은 순도 및 낮은 결함을 가져야 한다. 이러한 기술적 요구는 사용되는 재료비용의 증가를 가져오기 때문에, 실리콘 태양전지의 경우, 전력당 제조비용이 높다. 이에 더하여, 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 광자들(photons) 만이 전류를 생성하는데 기여하기 때문에, 실리콘 태양전지의 실리콘은 가능한 낮은 밴드갭(bandgap)을 갖도록 도핑된다. 하지만, 이처럼 낮춰진 밴드갭 때문에, 청색광 또는 자외선에 의해 여기된 전자들(excited electrons)은 과도한 에너지를 갖게 되어, 전류생산에 기여하기 보다는 열로써 소모된다. 또한, 광자(photon)가 캡쳐링(capturing)될 가능성을 증가시키기 위해서는, p형 층(p-type layer)은 충분히 두꺼워야 하지만, 이러한 두꺼운 p형 층은 여기된 전자가 p-n 접합에 도달하기 전에 정공과 재결합 할 가능성을 증가시키기 때문에, 실리콘 태양전지의 효율은 대략 7 내지 15% 근방에서 머무른다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 공개특허공보 10-2012-0018404에 개시된 것과 같이 염료감응형 태양전지 (dye-sensitized solar cells, DSSCs) 및 양자점감응형 태양전지(Quantum dot sensitized solar cells, QDSSCs)가 연구개발 중이다. 하지만, 염료감응형 태양전지 및 양자점감응형 태양 전지에 포함된 전해질에 의해 태양 전지의 전극막이 부식되는 경우, 광전 에너지 변환 효율이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 광전 에너지 변환 효율이 증가된 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 고신뢰성의 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 제1기판 상에 광전 변환층을 형성하는 단계, 염기성 용액으로 제2기판을 전처리 하여, 상기 제2기판 상에 가이드 막(guide layer)을 형성하는 단계, 상기 가이드 막 상에 금속-셀레늄 화합물을 포함하는 전극막을 형성하는 단계, 및 상기 제1기판 및 상기 제2기판 사이에 전해질 용액을 주입하는 단계를 포함한다.
상기 제2기판을 전처리 하는 것은, 상기 제2기판을 상기 염기성 용액에 담그는 단계, 및 상기 제2기판을 건조시키는 단계를 포함한다.
상기 염기성 용액은 수산화 칼륨 용액을 포함한다.
상기 전극막은 연속적 이온층 흡착 반응법(Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction; SILAR)으로 형성되는 것을 포함한다.
상기 전극막을 형성하는 단계는, 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계, 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계, 및 상기 제2기판을 세척하는 단계를 포함한다.
상기 전극막을 형성하는 것은, 상기 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계, 상기 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계, 및 상기 제2기판을 세척하는 단계를 하나의 단위 공정으로 하여, 상기 단위 공정을 복수회 수행하는 것을 포함한다.
상기 전극막을 형성하는 것은, 상기 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담근 후, 상기 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 것을 포함한다.
상기 전극막을 형성하는 것은, 상기 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담근 후, 상기 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 것을 포함한다.
상기 전해질 용액은 셀레늄과 주기율표에서 동일한 족(group, 族)에 포함된 원소를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지는, 제1기판 상의 광전 변환층, 상기 제1기판에 대향하는 제2 기판, 상기 광전 변환층 및 제2기판 사이의 전해질 용액, 및 상기 전해질 용액 및 상기 제2기판 사이의 전극막을 포함하되, 상기 전극막은, 상기 전해질 용액에 포함된 원소와 주기율표에서 동일한 족에 속(group, 族)하는 원소 및 금속의 화합물을 포함한다.
상기 태양 전지는 상기 제2기판 및 상기 전극막 사이의 염기성 가이드 막을 더 포함한다.
상기 가이드 막의 두께는 상기 전극막의 두께보다 얇은 것을 포함한다.
상기 전해질 용액 및 상기 전극막은 산소족 원소(oxygen group element)를 포함한다.
상기 전극막은 금속-셀레늄 화합물을 포함한다.
상기 전해질 용액에 포함된 산소족 원소는 셀레늄(Se)을 포함하고, 상기 전해질 용액에 포함된 산소족 원소는 황(S)을 포함한다.
상기 광전 변환층은, 상기 제1기판 상의 전극 입자, 및 상기 전극 입자의 표면에 흡착된 광 흡수층을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 염기성 용액으로 제2기판을 전처리하여, 상기 제2기판 상에 가이드 막을 형성하고, 상기 가이드 막 상에 금속-셀레늄 화합물을 포함하는 전극막이 형성된다. 이로 인해, 전해질 용액에 의한 전극막의 부식이 감소되어, 광전 에너지 변환 효율이 증가되고 높은 신뢰성을 갖는 태양 전지가 제공될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 가이드 막 및 전극막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양 전지의 가이드 막 및 전극막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 따라 생성된 태양전지의 광전 변환 효율을 설명하기 위한 실험 예에 따른 전압-전류밀도 그래프이다.
도4는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양전지 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양광 발전시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 가이드 막 및 전극막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양 전지의 가이드 막 및 전극막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 따라 생성된 태양전지의 광전 변환 효율을 설명하기 위한 실험 예에 따른 전압-전류밀도 그래프이다.
도4는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양전지 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양광 발전시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 가이드 막 및 전극막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1a를 참조하면, 제1기판(100)이 제공된다. 상기 제1기판(100)은 제1면(101), 및 상기 제1면(101)에 대향하는 제2면(102)을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판(100)은 투명한전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1기판은 FTO, ITO일 수 있다. 이와는 달리, 상기 제1기판(100)은 금속들 및 금속 합금들 중의 적어도 어느 한가지를 포함하거나, 상기 제1기판(100)은 전도층이 코팅된 유리 또는 전도층이 코팅된 고분자 필름일 수 있다.
상기 제1기판(100)의 상기 제1면(101) 상에 광전 변환층(110)이 형성된다. 상기 광전 변환층(110)을 형성하는 단계는, 상기 제1기판(100)의 상기 제1면(101) 상에 전극 입자들(112)을 형성하는 단계, 및 상기 전극 입자들(112)의 표면에 광 흡수층(114)을 흡착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전극 입자들(112)은 전이 금속 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 입자들(112)은 TiO2, SnO2, ZrO2, SiO2, MgO, Nb2O5, 및 ZnO중의 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 입자들(112)이 TiO2를 포함하는 경우, 상기 전극 입자들(112)을 형성하는 단계는, Degussa 사의 P-253.3g을 용매에 40분간 분산시킨 후 15분간 초음파 처리(sonication)하여 TiO2 페이스트(paste)를 제조하는 단계, 및 제조된 TiO2 페이스트를 상기 제1기판(100) 상에 3회 스핀 코팅(spin coating) 후 40분간 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(114)은 입사된 태양광을 흡수한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수층(114)은 양자점(quantum dot)일 수 있다.이 경우, 상기 광 흡수층(114)은 CdS, CdSe, ZnS, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, Sb2S3, Sb2Se3, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, Si, 또는 Ge중에서 적어도 어느 하나로 형성될 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(114)이 CdS를 포함하는 경우, 상기 광 흡수층(114)을 형성하는 단계는, 상기 전극 입자들(112)이 형성된 상기 제1기판(100)을 Cd(NO3)2 0.1M용액에 3분간 담그는 단계, 탈이온수(deionized water)로 30초간 세정하는 단계, Na2S 0.1M 용액에 3분간 담그는 단계, 및 탈이온수로 30초간 세정하는 단계를 단위공정으로 하여, 상기 단위 공정이 5회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(114)이 CdSe를 포함하는 경우, 상기 광 흡수층(114)을 형성하는 단계는, 상기 전극 입자들(112)이 형성된 상기 제1기판(100)을 질소 분위기하에서 Cd(NO3)20.03M이 포함된 에탄올에 30초간 담그는 단계, 에탄올로 30초간 세정하는 단계, SeO2 0.03M과 2당량의 NaBH4이 포함된 에탄올에 30초간 담그는 단계, 및 에탄올로 30초간 세정하는 단계를 단위공정으로 하여, 상기 단위 공정이 9회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(114)이 ZnS를 포함하는 경우, 상기 광 흡수층(114)을 형성하는 단계는, 상기 전극 입자들(112)이 형성된 상기 제1기판(100)을 Zn(CH3COO)2 0.1M용액이 1분간 담그는 단계, 탈 이온수로 30초간 세정하는 단계, Na2S 0.1M용액에 1분간 담그는 단계, 및 탈 이온수로 30초간 세정하는 단계를 단위 공정으로 하여, 상기 단위 공정이 2회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 실시 예와 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수층(114)은 염료층일 수 있다. 이 경우, 상기 광 흡수층(114)은 루테늄 흡착체일 수 있다. 예를 들어, 상기 염료는 N719 (Ru(dcbpy)2(NCS)2 containing 2 protons)일수 있다. 또한, N712, Z907, Z910, 및 K19 등과 같은 염료들 중의 적어도 한가지일 수 있다.
도 1b 및 도 2a를 참조하면, 제2기판(200)이 제공된다. 상기 제2기판(200)은 상기 제1기판(100)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2기판(200)은 제3면(203) 및 상기 제3 면(203)에 대향하는 제4면(204)을 포함할 수 있다.
상기 제2기판(200)은 염기성 용액으로 전처리(pretreatment)되어, 상기 제2기판(200)의 상기 제3면(203) 상에 가이드 막(210, guide layer)이 형성된다. (S110)상기 염기성 용액은 수산화 칼륨 용액을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(200)을 전처리하는 단계는, 상기 제2기판(200)은 상기 염기성 용액에 담그는 단계, 및 상기 제2기판(200)을 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2기판(200)이 0.5M의 수산화 칼륨 용액에1시간 담겨진 후 대기 중에서 건조될 수 있다.
상기 가이드 막(210)은 염기성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2기판(200)이 수산화 칼륨 용액으로 전처리되는 경우, 상기 가이드 막(210)은 수산화 칼륨을 포함할 수 있다.
상기 가이드 막(210) 상에 전극막(220)이 형성된다. 상기 전극막(220)은 금속-셀레늄 화합물을 포함한다. 상기 전극막(220)은 연속적 이온층 흡착 반응법(Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction; SILAR)으로 형성된다. 염기성 물질로 형성된 상기 가이드 막(210)에 의해, 상기 전극막(220)은 연속적 이온층 흡착 반응법 으로 보다 용이하게 형성될 수 있다.
상기 전극막(220)을 형성하는 단계는, 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 가이드 막(210)이 형성된 상기 제2기판(200)을 담그는 단계(S120), 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판(200)을 담그는 단계(S130), 및 상기 제2기판(200)을 세정하는 단계(S140)를 하나의 단위 공정으로 하여, 상기 단위 공정이 복수회 수행되는 것을 포함한다.
예를 들어, 상기 전극막(220)을 형성하는 단계는, 질소 분위기하에서 Pb(CH3COO)2 0.1M이 포함된 에탄올에 상기 제2기판(200)을 30초간 담그는 단계, SeO2 0.03M 및 2당량의 NaBH4가 포함된 에탄올에 상기 제2기판(200)을 30초간 담그는 단계, 및 에탄올로 30초간 상기 제2기판(200)을 세정하는 단계를 하나의 단위 공정으로 하여, 상기 단위 공정이 12회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
상기 전극막(220)을 형성하는 단계는, 상기 제2기판(200을 세정하는 단계(S140) 후, 상기 가이드 막(210) 상에 상기 전극막(220)의 두께가 균일한지 판단하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다. 상기 전극막(220)의 두께가 균일한 경우, 상기 전극막(220)을 형성하는 단계는 종료된다. 상기 전극막(220)의 두께가 균일하지 않은 경우, 상술된 단계 S120~S140 단계가 다시 수행될 수 있다.
상술된 도 2a를 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 전극막(220)의 형성 방법과 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양 전지의 전극막의 형성 방법이 설명된다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양 전지의 가이드 막 및 전극막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2b를 참조하면, 상기 전극막(220)을 형성하는 단계는, 상기 제2기판(200) 상에 상기 가이드막(210)을 형성한 후, 상기 제2기판(200)을 셀레늄 전구체 포함 용액에 담그는 단계(S122), 상기 제2기판(200)을 금속 전구체 포함 용액에 담그는 단계(S132), 및 상기 제2기판(200)을 세정하는 단계(140)를 하나의 단위 공정으로 하여, 상기 단위 공정이 복수회 수행되는 것을 포함할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법이 설명된다.
도 1c를 참조하면, 상기 제1기판(100) 및 상기 제2기판(200)이 조립된다. 상기 제1기판(100) 및 상기 제2기판(200) 사이에 전해질 용액(250)이 주입된다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전해질 용액(250)은 2M의 Na2S, 2M의 S, 및 0.1M의 NaOH가 포함된 탈이온수 일 수 있다.
태양 전지의 전극막이 백금(Pt)으로 형성되고 상기 전해질 용액(250)이 황(S)을 포함하는 경우, 상기 전해질 용액(250)에 포함된 황(S)에 의해 상기 백금(Pt) 전극막이 부식될 수 있다. 이에 따라, 태양 전지의 광전 변환 효율이 감소될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전해질 용액(250)의 황(S)과 동일한 족(group, 族)의 원소인 셀레늄과 금속의 화합물로 상기 전극막(220)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 황(S)을 포함한 전해질 용액에 의한 전극막의 부식이 감소되어, 고효율 및 고신뢰성의 태양 전지가 제공될 수 있다.
이와는 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 전해질 용액(250)은 요오드계 산화화원 전해질(redox iodide electrolyte)일 수 있다. 예를들면, 상기전해질 용액(250)은 0.6M butylmethylimidazolium, 0.02M I2, 0.1M Guanidiniumthiocyanate, 0.5M 4-tertbutylpyridine를 포함하는 아세토니트릴(acetonitrile) 용액일 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 따라 제조된 태양 전지가 설명된다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는 서로 대향하는 제1및 제2기판들(100, 200), 상기 제1기판(100) 상의 광전 변환층(110), 상기 제2기판(200) 상의 전극막(220), 상기 제2기판(200) 및 상기 전극막(220) 사이의 가이드 막(210, guide layer), 및 상기 광전 변환층(110) 및 상기 제2기판(200) 사이의 전해질 용액(250)을 포함한다.
상기 광전 변환층(110)은 상기 제1기판(100) 상에 배치된다. 상기 광전 변환층(110)은 상기 제1기판(100) 상의 전극입자들(112) 및 상기 전극 입자들의 표면에 흡착된 광 흡수층(114)을 포함한다. 상기 광 흡수층(114)은 양자점 또는 염료층일 수 있다.
상기 가이드 막(210)은 상기 제2기판(200) 상에 배치된다. 상기 가이드 막(210)은 염기성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가이드 막(210)은 수산화 칼륨(KOH)을 포함할 수 있다.
상기 전극막(220)은 상기 가이드 막(210) 상에 배치된다. 상기 전극막(220)은 산소족 원소(oxygen group element)와 금속의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극막(220)은 금속-셀레늄(Se) 화합물을 포함할 수 있다. 상기 전극막(220)의 두께는 상기 가이드 막(210)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 상기 전극막(220)은, 상기 전해질 용액(250)에 포함된 원소와 주기율 표에서 동일한 족(group, 族)에 속하는 원소를 포함한다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전해질 용액(250)이 산소족 원소를 포함하는 경우, 상기 전극막(220) 역시 산소족 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질 용액(250)은 황(S)을 포함하고, 상기 전극막(220)은 셀레늄(Se)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 따라 생성된 태양전지의 광전 변환 효율을 설명하기 위한 실험 예에 따른 전압-전류밀도 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실선 1은 태양 전지의 전극막으로 백금(Pt)이 사용된 경우의 전압-전류밀도 그래프이고, 실선 2 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따라 태양 전지의 전극막으로 금속-셀레늄 화합물이 사용된 경우의 전압-전류밀도 그래프이다. 구체적으로, 실선 2 내지 4는 니켈-셀레늄 화합물(NiSe), 납-셀레늄 화합물(PbSe), 구리-셀레늄 화합물(Cu2Se)이 각각 태양 전지의 전극막으로 사용된 경우, 전압-전류밀도 그래프이다.
태양 전지의 전극막으로 백금(Pt)이 사용된 경우(실선 1), 합선 전류 밀도는 14.5[mA/Cm2]이고, 개방 전압은 0.56 [V]이고, 곡선인자(Fill Factor, FF)는 0.33으로 측정되어, 광전 변환 효율이 2.66%로 측정되었다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 전극막(220)으로 니켈-셀레늄 화합물(NiSe)이 사용된 경우(실선 2), 합선 전류 밀도는 14.3[mA/Cm2]이고, 개방 전압은 0.48 [V]이고, 곡선인자는 0.52로 측정되어, 광전 변환이 3.57%로 측정되었다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 전극막(220)으로 납-셀레늄 화합물(PbSe)이 사용된 경우(실선 3), 합선 전류 밀도는 16.7[mA/Cm2]이고, 개방 전압은 0.59 [V]이고, 곡선인자는 0.48로 측정되어, 광전 변환이 4.71%로 측정되었다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 전극막(220)으로 구리-셀레늄 화합물(Cu2Se)이 사용된 경우(실선 4), 합선 전류 밀도는 20.5[mA/Cm2]이고, 개방 전압은 0.54 [V]이고, 곡선인자는 0.5%로 측정되어, 광전 변환이 5.01%로 측정되었다.
상술된 실험 예에 따르면, 태양 전지의 전극막으로 기존의 백금(Pt) 전극이 사용되는 것과 비교하여, 태양 전지의 전극막이 본 발명의 실시 예에 따라 금속-셀레늄 화합물로 형성되는 경우, 광전 변환 효율이 더 높은 것으로 나타났다.
본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지의 적용 예가 설명된다. 도4는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양전지 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도4를 참조하면, 태양전지 어레이(700)는 메인프레임(미도시)에 적어도 하나의 태양전지모듈들(720)을 설치하여 구성될 수 있다. 상기 태양전지 모듈들(720)은 복수의 태양전지(710)를 포함할 수 있다. 상기 태양전지(710)는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지일 수 있다. 상기 태양전지 어레이(700)는 태양광을 잘 쪼이도록 남쪽을 향해서 일정한 각도를 갖도록 설치될 수 있다.
전술한 태양전지 모듈 또는 태양전지 어레이는 자동차, 주택, 건물, 배, 등대, 교통신호체계, 휴대용 전자기기 및 다양한 구조물상에 배치되어 사용될 수 있다.
도5는 본 발명의 실시 예들에 따른 태양전지를 사용하는 태양광 발전시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도5를 참조하면, 상기 태양광 발전시스템은 상기 태양전지 어레이(700) 및 상기 태양전지 어레이(700)로부터 전력을 공급받아 외부로 송출하는 전력제어장치(800)를 포함할 수 있다. 상기 전력제어장치(800)는 출력장치(810), 축전장치(820), 충방전 제어장치(830), 시스템제어장치(840)를 포함할 수 있다. 상기 출력장치(810)는 전력변환장치(812)를 포함할 수 있다.
상기 전력변환장치(Power Conditioning System: PCS, 812)는 상기 태양전지 어레이(700)로 부터의 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터일 수 있다. 태양광은 밤에는 존재하지 않고 흐린 날에는 적게 비추기 때문에, 발전전력이 감소할 수 있다. 상기 축전장치(820)는 발전전력이 일기에 따라 변화되지 않도록 전기를 저장할 수 있다. 상기 충방전 제어장치(830)는 상기 태양전지 어레이(700)로 부터의 전력을 상기 축전장치(820)에 저장하거나, 상기 축전장치(820)에 저장된 전기를 상기 출력장치(810)로 출력할 수 있다. 상기 시스템제어장치(840)는 상기 출력장치(810), 상기 축전장치(820) 및 상기 충방전 제어장치(830)를 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 변환된 교류전류는 자동차, 가정과 같은 다양한 AC 부하(910)로 공급되어 사용될 수 있다. 나아가, 상기 출력장치(810)는 계통연계장치(grid connect system, 814)를 더 포함할 수 있다. 상기 계통연계장치(814)는 다른 전력계통(920)과의 접속을 매개하여, 전력을 외부로 송출할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 제1기판
110: 광전 변환층
112: 전극 입자들
114: 광 흡수층
200: 제2기판
210: 가이드 막(guide layer)
220: 전극막
250: 전해질
110: 광전 변환층
112: 전극 입자들
114: 광 흡수층
200: 제2기판
210: 가이드 막(guide layer)
220: 전극막
250: 전해질
Claims (16)
- 제1기판 상에 광전 변환층을 형성하는 단계;
염기성 용액으로 제2기판을 전처리 하여, 상기 제2기판 상에 가이드 막(guide layer)을 형성하는 단계;
상기 가이드 막 상에 금속-셀레늄 화합물을 포함하는 전극막을 형성하는 단계; 및
상기 제1기판 및 상기 제2기판 사이에 전해질 용액을 주입하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2기판을 전처리 하는 것은,
상기 제2기판을 상기 염기성 용액에 담그는 단계; 및
상기 제2기판을 건조시키는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 염기성 용액은 수산화 칼륨 용액을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전극막은 연속적 이온층 흡착 반응법 (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction; SILAR)으로 형성되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 전극막을 형성하는 단계는,
금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계;
셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계;및
상기 제2기판을 세척하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 전극막을 형성하는 것은,
상기 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계, 상기 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 단계, 및 상기 제2기판을 세척하는 단계를 하나의 단위 공정으로 하여,
상기 단위 공정을 복수회 수행하는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 전극막을 형성하는 것은,
상기 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담근 후, 상기 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 전극막을 형성하는 것은,
상기 셀레늄 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담근 후, 상기 금속 전구체를 포함하는 용액에 상기 제2기판을 담그는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 용액은 셀레늄과 주기율표에서 동일한 족(group, 族)에 포함된 원소를 포함하는 태양 전지의 제조 방법. - 제1기판 상의 광전 변환층;
상기 제1기판에 대향하는 제2 기판;
상기 광전 변환층 및 제2기판 사이의 전해질 용액;및
상기 전해질 용액 및 상기 제2기판 사이의 전극막을 포함하되,
상기 전극막은, 상기 전해질 용액에 포함된 원소와 주기율표에서 동일한 족(group, 族)에 속하는 원소 및 금속의 화합물을 포함하는 태양 전지. - 제10 항에 있어서,
상기 제2기판 및 상기 전극막 사이의 염기성 가이드 막을 더 포함하는 태양 전지. - 제11 항에 있어서,
상기 가이드 막의 두께는 상기 전극막의 두께보다 얇은 것을 포함하는 태양 전지. - 제10 항에 있어서,
상기 전해질 용액 및 상기 전극막은 산소족 원소(oxygen group element)를 포함하는 태양 전지. - 제12항에 있어서,
상기 전극막은 금속-셀레늄 화합물을 포함하는 태양 전지. - 제12항에 있어서,
상기 전극막에 포함된 산소족 원소는 셀레늄(Se)을 포함하고,
상기 전해질 용액에 포함된 산소족 원소는 황(S)을 포함하는 태양 전지. - 제1항에 있어서,
상기 광전 변환층은, 상기 제1기판 상의 전극 입자, 및 상기 전극 입자의 표면에 흡착된 광 흡수층을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130070597A KR101540846B1 (ko) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | 염료감응형/양자점감응형 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130070597A KR101540846B1 (ko) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | 염료감응형/양자점감응형 태양 전지 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140147941A KR20140147941A (ko) | 2014-12-31 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130070597A KR101540846B1 (ko) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | 염료감응형/양자점감응형 태양 전지 및 그 제조 방법 |
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| KR (1) | KR101540846B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101838407B1 (ko) * | 2016-12-05 | 2018-03-13 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 광전 변환 입자를 포함하는 양자점 태양전지 및 그 제조 방법. |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005038968A (ja) * | 2003-07-17 | 2005-02-10 | Tsurumi Soda Co Ltd | 基板処理方法及び基板処理装置 |
| KR100699692B1 (ko) * | 2005-09-09 | 2007-03-26 | 한국과학기술연구원 | 전착법을 이용한 나노튜브형 카드뮴셀레나이드 박막의제조방법 |
| JP2010129291A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Sony Corp | 機能性デバイス及びその製造方法 |
| JP2011228312A (ja) * | 2011-06-30 | 2011-11-10 | Sony Corp | 機能性デバイス |
-
2013
- 2013-06-19 KR KR1020130070597A patent/KR101540846B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100699692B1 (ko) * | 2005-09-09 | 2007-03-26 | 한국과학기술연구원 | 전착법을 이용한 나노튜브형 카드뮴셀레나이드 박막의제조방법 |
| JP2010129291A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Sony Corp | 機能性デバイス及びその製造方法 |
| JP2011228312A (ja) * | 2011-06-30 | 2011-11-10 | Sony Corp | 機能性デバイス |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101838407B1 (ko) * | 2016-12-05 | 2018-03-13 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 광전 변환 입자를 포함하는 양자점 태양전지 및 그 제조 방법. |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140147941A (ko) | 2014-12-31 |
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