KR101546583B1 - Flexible solar cells using metal substrate with excellent corrosion resistance - Google Patents

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Abstract

내식성이 우수한 금속 기판을 이용한 플렉서블 태양전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 플렉서블 태양전지는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되며, 염료가 흡착된 반도체 전극; 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판; 상기 제2 기판 상에 형성된 상대 전극; 및 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극 사이에 형성된 전해질;을 포함하고, 상기 제1 기판은 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에, 티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속, 금속산화물, 금속탄화물 또는 금속질화물로 형성된 제1 내식 코팅층과, 상기 금속 기판과 상기 제1 내식 코팅층 사이에, 상기 제1 내식 코팅층을 형성하는 물질보다 고내식성을 갖는 물질로 형성되는 제2 내식 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다. A flexible solar cell using a metal substrate having excellent corrosion resistance is disclosed.
A flexible solar cell according to the present invention includes: a first substrate; A semiconductor electrode formed on the first substrate and having a dye adsorbed thereon; A second substrate facing the first substrate; A counter electrode formed on the second substrate; And an electrolyte formed between the semiconductor electrode and the counter electrode, wherein the first substrate comprises a metal substrate, and a metal layer formed on the metal substrate, the metal layer including at least one of titanium, chromium, zirconium and silicon, A first corrosion-resistant coating layer formed of a metal carbide or a metal nitride, and a second corrosion-resistant coating layer formed between the metal substrate and the first corrosion-resistant coating layer, the material being formed of a material having higher corrosion resistance than the material forming the first corrosion-resistant coating layer .

Description

내식성이 우수한 금속 기판을 이용한 플렉서블 태양전지 {FLEXIBLE SOLAR CELLS USING METAL SUBSTRATE WITH EXCELLENT CORROSION RESISTANCE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a flexible solar cell using a metal substrate having excellent corrosion resistance,

본 발명은 염료감응 태양전지 제조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내식성이 우수한 금속 기판을 이용한 플렉서블 태양전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dye-sensitized solar cell manufacturing technology, and more particularly, to a flexible solar cell using a metal substrate having excellent corrosion resistance.

도 1은 일반적인 염료감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows a general dye-sensitized solar cell.

도 1을 참조하면, 염료감응 태양전지는 한 쌍의 유리기판(110, 130) 사이에 형성된다. 보다 상세하게, 염료감응 태양전지는 빛을 받아 전자를 발생시키는 염료(dye)가 흡착된 반도체 전극(120), 상기 반도체 전극에 대향되는 상대 전극(140) 및 이들 사이에 개재된 전해질(150)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a dye-sensitized solar cell is formed between a pair of glass substrates 110 and 130. More specifically, the dye-sensitized solar cell includes a semiconductor electrode 120 on which a dye for generating electrons is absorbed, a counter electrode 140 facing the semiconductor electrode, and an electrolyte 150 interposed therebetween. .

상기 한 쌍의 유리기판(110, 130)은 표면에 도전성 투명전극이 코팅되어 있다. 이 도전성 투명전극으로는 주로 불소가 도핑된 산화주석(fluorine doped tin oxide; FTO)이 사용되고 있는데, 이는 FTO가 전해질과의 반응성이 가장 낮아 장시간의 사용에도 안정하기 때문이다.The pair of glass substrates 110 and 130 are coated with a conductive transparent electrode. As the conductive transparent electrode, fluorine doped tin oxide (FTO) is mainly used because the FTO has the lowest reactivity with the electrolyte and is stable even for a long time.

그러나, FTO 코팅 유리기판은 태양전지 전체 비용의 60%를 차지할 만큼 상대적으로 값이 비싸고, 상대적으로 저항이 10~15Ω/㎠로 크며, 깨지기 쉽다는 단점이 있다. However, the FTO-coated glass substrate is relatively expensive, occupying 60% of the total cost of the solar cell, has a relatively large resistance of 10 to 15? / Cm 2, and is fragile.

특히, 유리기판의 경우, 쉽게 휘어지지 않기 때문에, 플렉서블(flexible)한 태양전지로의 응용이 어렵다.
Particularly, in the case of a glass substrate, it is difficult to apply to a flexible solar cell because it does not bend easily.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0786334호(2007.12.17. 공고)가 있다. 상기 문헌에는 FTO 박막을 증착시킨 유리기판에 대하여 개시하고 있다. A background art related to the present invention is Korean Patent Registration No. 10-0786334 (published on Dec. 17, 2007). The above document discloses a glass substrate on which an FTO thin film is deposited.

본 발명의 목적은 내식성이 우수한 금속 기판을 이용한 플렉서블 태양전지를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a flexible solar cell using a metal substrate having excellent corrosion resistance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 태양전지는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되며, 염료가 흡착된 반도체 전극; 상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판; 상기 제2 기판 상에 형성된 상대 전극; 및 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극 사이에 형성된 전해질;을 포함하고, 상기 제1 기판은 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에, 티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속으로 형성된 제1 내식 코팅층과, 상기 금속 기판과 상기 제1 내식 코팅층 사이에, 상기 제1 내식 코팅층을 형성하는 물질보다 고내식성을 갖는 물질로 형성되는 제2 내식 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제2 내식 코팅층은 전도성 카본, 크롬질화물 또는 티타늄질화물로 형성되는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a flexible solar cell comprising: a first substrate; A semiconductor electrode formed on the first substrate and having a dye adsorbed thereon; A second substrate facing the first substrate; A counter electrode formed on the second substrate; And an electrolyte formed between the semiconductor electrode and the counter electrode, wherein the first substrate comprises a metal substrate and a first electrode formed on the metal substrate, the first electrode being formed of a metal containing at least one of titanium, chromium, zirconium, And a second corrosion-resistant coating layer formed between the metal substrate and the first corrosion-resistant coating layer and formed of a material having higher corrosion resistance than the material forming the first corrosion-resistant coating layer. And the second corrosion-resistant coating layer is formed of conductive carbon, chromium nitride, or titanium nitride.

이때, 상기 제2 내식 코팅층은 100nm 미만의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. At this time, the second corrosion-resistant coating layer is preferably formed to a thickness of less than 100 nm.

또한, 상기 금속 기판과 상기 제2 내식 코팅층 사이에는 티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속, 금속산화물, 금속탄화물 또는 금속질화물로 형성되는 버퍼층이 더 형성되어 있을 수 있다. 이때, 상기 버퍼층은 100nm 미만의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. Further, a buffer layer formed of a metal, a metal oxide, a metal carbide or a metal nitride including at least one of titanium, chromium, zirconium and silicon may be further formed between the metal substrate and the second corrosion resistant coating layer. At this time, the buffer layer is preferably formed to a thickness of less than 100 nm.

또한, 상기 제2 기판은 고분자 필름 상에 전도성 물질이 코팅되어 형성될 수 있다.
In addition, the second substrate may be formed by coating a conductive material on the polymer film.

특히 바람직하게, 본 발명에 따른 플렉서블 태양전지는 코팅층이 형성된 스테인리스 기판; 상기 스테인리스 기판 상에 형성되며, 염료가 흡착된 반도체 전극; 상기 스테인리스 기판에 대향하며, 전도성 물질이 코팅된 고분자 기판; 상기 고분자 기판 상에 형성된 상대 전극; 및 상기 반도체 전극과 상기 상대 전극 사이에 형성된 전해질;을 포함하고, 상기 스테인리스 기판에 형성된 코팅층은 상기 스테인리스 기판 상에 형성되며, 티타늄으로 형성된 제1 내식 코팅층과, 상기 스테인리스 기판과 상기 제1 내식 코팅층 사이에 100nm 미만의 두께로 형성되며, 도전성 카본, 크롬 또는 크롬질화물 재질로 형성된 제2 내식 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다. Particularly preferably, the flexible solar cell according to the present invention comprises a stainless steel substrate on which a coating layer is formed; A semiconductor electrode formed on the stainless steel substrate and having a dye adsorbed thereon; A polymer substrate facing the stainless steel substrate and coated with a conductive material; A counter electrode formed on the polymer substrate; And an electrolyte formed between the semiconductor electrode and the counter electrode, wherein the coating layer formed on the stainless substrate is formed on the stainless steel substrate and includes: a first corrosion-resistant coating layer formed of titanium; And a second corrosion-resistant coating layer formed of a conductive carbon, chromium or chromium nitride material.

이때, 상기 스테인리스 기판에 형성된 코팅층은 상기 스테인리스 기판과 상기 제2 내식 코팅층 사이에 100nm 미만의 두께로 형성되며, 티타늄 또는 티타늄화합물 재질로 형성된 버퍼층이 더 형성되어 있을 수 있다.
At this time, a coating layer formed on the stainless steel substrate is formed to a thickness of less than 100 nm between the stainless steel substrate and the second corrosion-resistant coating layer, and a buffer layer formed of a titanium or titanium compound material may be further formed.

본 발명에 따른 플렉서블 태양전지는 기판으로 금속 기판과 고분자 기판을 적용하기 때문에 종래 유리 기판 기반의 태양전지에 비하여 플렉서블한 특성이 우수하다.Since the flexible solar cell according to the present invention uses a metal substrate and a polymer substrate as a substrate, the flexible solar cell is excellent in flexibility compared to a conventional solar cell-based solar cell.

또한, 본 발명에 따른 플렉서블 태양전지는 금속 기판의 내식성 향상을 위하여 형성되는 제1 내식 코팅층 형성 이전에 추가적으로 고내식성의 제2 내식 코팅층을 형성한 결과, 내식성이 보다 향상될 수 있다. In addition, the flexible solar cell according to the present invention can further improve the corrosion resistance as a result of forming a second corrosion-resistant second corrosion-resistant coating layer before the formation of the first corrosion-resistant coating layer to improve the corrosion resistance of the metal substrate.

또한, 본 발명에 따른 플렉서블 태양전지는 내식성 향상을 위한 제2 내식 코팅층 형성 이전에 추가적으로 버퍼층을 형성할 경우, 제2 내식 코팅층의 밀착력을 보다 향상시킬 수 있다.
In addition, when the buffer layer is additionally formed before the formation of the second corrosion-resistant coating layer for improving the corrosion resistance, the flexible solar cell according to the present invention can further improve the adhesion of the second corrosion-resistant coating layer.

도 1은 일반적인 염료감응 태양전지를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 태양전지를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 제1 기판의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 제1 기판의 다른 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
1 schematically shows a general dye-sensitized solar cell.
2 is a schematic view of a flexible solar cell according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 schematically shows an example of a first substrate to which the present invention is applied.
4 schematically shows another example of the first substrate to which the present invention is applied.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내식성이 우수한 금속 기판을 이용한 플렉서블 태양전지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a flexible solar cell using a metal substrate having excellent corrosion resistance according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 태양전지를 개략적으로 나타낸 것이다.2 is a schematic view of a flexible solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도시된 플렉서블 태양전지는 제1 기판(210);, 반도체 전극(220), 제2 기판(230), 상대 전극(240) 및 전해질(250)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the flexible solar cell includes a first substrate 210, a semiconductor electrode 220, a second substrate 230, a counter electrode 240, and an electrolyte 250.

제1 기판(210)은 반도체 전극이 형성되는 기판으로, 본 발명에서는 플렉서블 특성 부여를 위하여 금속 재질의 기판이 이용된다. The first substrate 210 is a substrate on which semiconductor electrodes are formed. In the present invention, a substrate made of a metal is used for imparting flexible characteristics.

제1 기판(210)으로 고분자 재질의 기판이 이용될 수 있으나, 이 경우, 반도체 전극 형성시에 열처리 온도가 낮아지게 되므로, 태양전지 구동시 광전효율이 그리 높지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 제1 기판(210)으로 금속 재질의 기판을 이용하였다. A polymer substrate may be used for the first substrate 210. However, in this case, since the heat treatment temperature is lowered when the semiconductor electrode is formed, the photoelectric efficiency is not so high when the solar cell is driven. Therefore, in the present invention, a metal substrate is used as the first substrate 210.

그런데, 금속 기판 자체의 경우, 전해질에 대하여 내식성이 불충분하다. 이에 본 발명에서는 금속 기판 상에 2층의 기능성 내식 코팅층(제1 내식 코팅층, 제2 내식 코팅층)을 형성하여 내식성을 향상시켰다. 본 발명에서는 2층의 기능성 내식 코팅층의 예를 제시하였으나, 기능성 내식 코팅층은 3층 이상이 될 수 있다. However, in the case of the metal substrate itself, the corrosion resistance is insufficient for the electrolyte. Accordingly, in the present invention, two layers of functional corrosion-resistant coating layers (first corrosion-resistant coating layer and second corrosion-resistant coating layer) are formed on a metal substrate to improve corrosion resistance. In the present invention, a two-layer functional corrosion-resistant coating layer is exemplified, but the functional corrosion-resistant coating layer may be three or more layers.

도 3은 본 발명에 적용되는 제1 기판의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.Fig. 3 schematically shows an example of a first substrate to which the present invention is applied.

도 3을 참조하면, 도시된 제1 기판은 금속 기판(211), 제1 내식 코팅층(212) 및 제2 내식 코팅층(213)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the first substrate includes a metal substrate 211, a first corrosion-resistant coating layer 212, and a second corrosion-resistant coating layer 213.

금속 기판(211)은 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 백금, 니켈 등이 이용될 수 있으며, 이 중에서 내식성, 전기전도성, 플렉서블 특성, 가격 등을 종합적으로 고려할 때 스테인리스 스틸이 가장 바람직하다. Stainless steel, titanium, aluminum, platinum, nickel, or the like may be used for the metal substrate 211, and stainless steel is most preferable in consideration of corrosion resistance, electric conductivity, flexible characteristics, and price.

제1 내식 코팅층(212)은 금속기판에 내식성을 부여하면서 금속 기판으로 전자를 전달할 수 있도록 전기전도성이 우수한 물질로 형성된다. 이러한 물질로는 티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속을 제시할 수 있다. 보다 바람직하게는 내식성 및 전기전도성이 우수한 티타늄을 제시할 수 있다. The first corrosion-resistant coating layer 212 is formed of a material having excellent electrical conductivity so that electrons can be transferred to the metal substrate while imparting corrosion resistance to the metal substrate. Such materials may include metals including one or more of titanium, chromium, zirconium, and silicon. More preferably, titanium having excellent corrosion resistance and electrical conductivity can be presented.

상기 제1 내식 코팅층(212)은 충분한 내식성을 발휘할 수 있도록 대략 1,500~2,000㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. The first corrosion-resistant coating layer 212 may have a thickness of about 1,500 to 2,000 mu m so as to exhibit sufficient corrosion resistance.

한편, 금속 기판(211) 상에 상기의 제1 내식 코팅층(212)만이 형성되는 경우, I2와 같은 부식성이 강한 전해질 환경하에서는 금속 기판(211)의 내식성이 불충분한 결과를 나타내었다. On the other hand, when only the first corrosion-resistant coating layer 212 is formed on the metal substrate 211, the corrosion resistance of the metal substrate 211 is insufficient under an environment of corrosive electrolyte such as I 2 .

이에 본 발명에서는 금속 기판(211) 상에 고내식성의 제2 내식 코팅층(213)을 미리 형성한 후에 상기의 제1 내식 코팅층(212) 형성한 결과, 보다 개선된 금속 기판(211)의 내식성을 발휘할 수 있었다. In the present invention, the first corrosion-resistant coating layer 212 is formed on the metal substrate 211 after the second corrosion-resistant coating layer 213 is formed in advance. As a result, the corrosion resistance of the improved metal substrate 211 is improved. I was able to exert.

즉, 상기의 제2 내식 코팅층(213)은 제1 내식 코팅층(212)을 형성하는 물질과 다른 내식성 물질, 보다 바람직하게는 제1 내식 코팅층을 형성하는 물질보다 고내식성을 갖는 물질로 형성된다. 제2 내식 코팅층(213)은 비정질 탄소와 같은 전도성 카본, 크롬질화물 또는 티타늄질화물으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 내식 코팅층(212)이 티타늄으로 형성될 경우, 제2 내식 코팅층(213)은 전도성 카본이나 티타늄질화물 등이 적합하고, 제1 내식 코팅층(212)이 크롬으로 형성될 경우, 제2 내식 코팅층(213)은 전도성 카본, 크롬질화물 등으로 형성될 수 있다.That is, the second corrosion-resistant coating layer 213 is formed of a material having higher corrosion resistance than the material forming the first corrosion-resistant coating layer 212, and more preferably, the material forming the first corrosion-resistant coating layer. The second corrosion-resistant coating layer 213 may be formed of conductive carbon, such as amorphous carbon, chromium nitride, or titanium nitride. For example, when the first corrosion-resistant coating layer 212 is made of titanium, the second corrosion-resistant coating layer 213 is preferably made of conductive carbon or titanium nitride. When the first corrosion-resistant coating layer 212 is formed of chromium, The second corrosion-resistant coating layer 213 may be formed of conductive carbon, chromium nitride, or the like.

상기의 제2 내식 코팅층(213)은 100nm 미만의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 제2 내식 코팅층(213)을 형성하는 고내식성 물질들의 경우, 전기전도성이 다소 낮은 경우가 많다. 따라서, 제2 내식 코팅층(213)의 두께가 100nm를 초과하는 경우, 제1 기판(210) 전체적인 전기전도성이 저하될 수 있다.
The second corrosion-resistant coating layer 213 is preferably formed to a thickness of less than 100 nm. In the case of the high corrosion-resistant materials forming the second corrosion-resistant coating layer 213, the electric conductivity is often low somewhat. Accordingly, if the thickness of the second corrosion-resistant coating layer 213 exceeds 100 nm, the overall electrical conductivity of the first substrate 210 may be degraded.

도 3은 본 발명에 적용되는 제1 기판의 다른 예를 개략적으로 나타낸 것이다.3 schematically shows another example of the first substrate to which the present invention is applied.

도 3을 참조하면, 도시된 제1 기판은 금속 기판(211), 제1 내식 코팅층(212), 제2 내식 코팅층(213)을 포함하고, 또한 버퍼층(214)를 더 포함한다.Referring to FIG. 3, the first substrate includes a metal substrate 211, a first corrosion-resistant coating layer 212, a second corrosion-resistant coating layer 213, and further includes a buffer layer 214.

버퍼층(214)은 상기 금속 기판(211)과 상기 제2 내식 코팅층(213) 사이에 형성된다. A buffer layer 214 is formed between the metal substrate 211 and the second corrosion-resistant coating layer 213.

금속 기판(211) 상에 제2 내식 코팅층(213)을 직접 형성할 경우, 제2 내식 코팅층(213)의 밀착성이 저하될 수 있다. 이에, 본 실시예에서는 버퍼층(214)을 금속 기판(211) 상에 먼저 형성한 후에 제2 내식 코팅층(213)을 형성하여, 상기의 밀착성 저하 가능성을 미연에 방지할 수 있다. When the second corrosion-resistant coating layer 213 is directly formed on the metal substrate 211, the adhesion of the second corrosion-resistant coating layer 213 may be deteriorated. Thus, in this embodiment, the buffer layer 214 is first formed on the metal substrate 211, and then the second corrosion-resistant coating layer 213 is formed, so that the possibility of the degradation of the adhesion can be prevented in advance.

버퍼층(214)은 제1 내식 코팅층(212)와 마찬가지로, 티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속, 금속산화물, 금속탄화물 또는 금속질화물로 형성될 수 있다. The buffer layer 214 may be formed of a metal, a metal oxide, a metal carbide, or a metal nitride including at least one of titanium, chromium, zirconium and silicon, as in the case of the first corrosion resistant coating layer 212.

한편, 버퍼층(214)의 경우, 금속 기판(211)과 제2 내식 코팅층(213) 간의 밀착성 저하를 방지하기 위하여 형성되는 것이므로, 100nm 미만의 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 버퍼층(214)의 두께가 100nm 이상이 되더라도 더 이상의 밀착성 향상은 이루어지지 않는다. Meanwhile, since the buffer layer 214 is formed to prevent the adhesion between the metal substrate 211 and the second corrosion-resistant coating layer 213 from deteriorating, it is preferable that the buffer layer 214 is formed to a thickness of less than 100 nm. Even if the thickness of the buffer layer 214 becomes 100 nm or more, further improvement in adhesion is not achieved.

상기의 버퍼층(214), 제2 내식 코팅층(213) 및 제1 내식 코팅층(212)는 비활성 분위기에서 진공증착, 스퍼터링 등의 건식 방법으로 순차적으로 코팅 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다. 또한 코팅 공정 이전에 금속 기판(211)의 습식 세정, 건식 세정 등의 공정이 수행될 수 있다.
The buffer layer 214, the second corrosion-resistant coating layer 213 and the first corrosion-resistant coating layer 212 may be formed by sequentially performing a coating process in an inert atmosphere by a dry method such as vacuum deposition or sputtering. Also, wet cleaning, dry cleaning, etc. of the metal substrate 211 may be performed before the coating process.

반도체 전극(220)은 제1 기판(210) 상, 보다 구체적으로는 제1 기판(210)의 제1 내식 코팅층(212) 상에 형성된다. 반도체 전극(220)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 오산화니오븀(Nb2O5), 산화아연(ZnO) 등으로 형성될 수 있다.The semiconductor electrode 220 is formed on the first substrate 210, more specifically, on the first corrosion resistant coating layer 212 of the first substrate 210. The semiconductor electrode 220 may be formed of at least one selected from the group consisting of TiO 2 , SnO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , MgO, Nb 2 O 5 , Zinc (ZnO) or the like.

반도체 전극(220)에는 Ruthenium 535-bisTBA(N719) 또는 Ruthenium 620-1H3TBA(Black dye) 등과 같은 루테늄계 염료나, 유기 염료(organic dye), 양자점(quantum-dot) 또는 자연 염료(natural dye) 등과 같은 염료가 흡착된다. The semiconductor electrode 220 may include a ruthenium dye such as Ruthenium 535-bisTBA (N719) or Ruthenium 620-1H3TBA (black dye), an organic dye, a quantum-dot or a natural dye The same dye is adsorbed.

반도체 전극(220)을 형성하는 방법은, 예를 들면 다음과 같다.A method of forming the semiconductor electrode 220 is as follows.

우선, 스크린 인쇄법, 닥터 블레이드법, 스프레이 코팅법 등을 이용하여, TiO2 페이스트를 제1 기판(210) 상에 인쇄한다. 이후, 400~500℃에서 대략 20~60분동안 열처리를 수행한다. 이후, 루테늄계 염료용액과 같은 염료용액에 6~24시간 정도 함침하여 염료를 흡착한다.
First, a TiO 2 paste is printed on the first substrate 210 by a screen printing method, a doctor blade method, a spray coating method, or the like. Thereafter, heat treatment is performed at 400 to 500 ° C for about 20 to 60 minutes. Then, the dye is impregnated in a dye solution such as a ruthenium dye solution for 6 to 24 hours to adsorb the dye.

제2 기판(230)은 제1 기판에 대향한다. 제2 기판(230)은 수광을 위한 투명성, 그리고 플렉서블 특성이 우수한 고분자 재질로 형성될 수 있다. 이러한 예로, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI) 등이 이용될 수 있다. 제2 기판에는 ITO, FTO 등의 전도성 물질이 코팅된다. The second substrate 230 faces the first substrate. The second substrate 230 may be formed of a polymer material having excellent transparency for light reception and excellent flexibility. For example, polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyimide (PI), or the like may be used. The second substrate is coated with a conductive material such as ITO or FTO.

상대 전극(240)은 제2 기판 상에, 보다 구체적으로는 제2 기판에 코팅된 전도성 물질 상에 형성된다. 상대 전극(240)은 전해질(250)의 환원 과정에 참여할 수 있도록 전해질(250) 과 접촉된다. 상대 전극(240)은 백금(Pt), 은(Ag), 카본블랙 등으로 형성될 수 있다 The counter electrode 240 is formed on the second substrate, more specifically on the conductive material coated on the second substrate. The counter electrode 240 is in contact with the electrolyte 250 so as to participate in the reduction process of the electrolyte 250. The counter electrode 240 may be formed of platinum (Pt), silver (Ag), carbon black, or the like

전해질(250)은 반도체 전극(220)과 상대 전극(240) 사이에 형성된다. 전해질의 예로, 3-프로필-1,2-디메틸 이미다졸륨 아이오다이드(3-propyl-1,2-dimethyl imidazolium iodide; DMPImI), 요오드화리튬(LiI) 및 I2를 아세토니트릴(acetonitrile) 에 용해시킨 I3 -/I-의 전해액을 제시할 수 있다. 전해질은 산화-환원(예를 들어, I3 - ↔ 3I-)을 통하여 염료에 전자를 공급한다.
The electrolyte 250 is formed between the semiconductor electrode 220 and the counter electrode 240. Examples of the electrolyte include 3-propyl-1,2-dimethyl imidazolium iodide (DMPImI), lithium iodide (LiI) and I 2 in acetonitrile I solubilized I 3 - / I - electrolyte can be presented. The electrolyte supplies electrons to the dye through oxidation-reduction (for example, I 3 - ↔ 3 I - ).

이하, 본 발명에 따른 플렉서블 태양전지의 가장 바람직한 실시예를 제시한다. Hereinafter, the most preferred embodiment of the flexible solar cell according to the present invention will be described.

제1 기판으로서는 코팅층이 형성된 스테인리스 기판을 이용한다. 이때, 스테인리스 기판에 형성된 코팅층은 티타늄으로 형성된 제1 내식 코팅층과, 상기 스테인리스 기판과 상기 제1 내식 코팅층 사이에 100nm 미만의 두께로 형성되며, 도전성 카본 또는 크롬질화물 재질로 형성된 제2 내식 코팅층을 포함한다. 여기에, 상기 스테인리스 기판과 상기 제2 내식 코팅층 사이에 100nm 미만의 두께로 형성되며, 티타늄 또는 티타늄화합물 재질로 형성된 버퍼층이 더 형성되어 있으면 보다 바람직하다. As the first substrate, a stainless steel substrate having a coating layer is used. At this time, the coating layer formed on the stainless steel substrate includes a first corrosion-resistant coating layer formed of titanium, and a second corrosion-resistant coating layer formed of a conductive carbon or chromium nitride material and having a thickness of less than 100 nm between the stainless steel substrate and the first corrosion- do. It is further preferable that a buffer layer formed of a titanium or titanium compound material is further formed between the stainless steel substrate and the second corrosion-resistant coating layer to a thickness of less than 100 nm.

스테인리스 기판 상에는 염료가 흡착된 반도체 전극이 형성된다.A semiconductor electrode on which a dye is adsorbed is formed on a stainless steel substrate.

스테인리스 기판에 대향하는 제2 기판으로서는 전도성 물질이 코팅된 고분자 기판을 이용한다. 고분자 기판 상에는 백금 등으로 상대 전극이 형성되어 있다. As a second substrate facing the stainless steel substrate, a polymer substrate coated with a conductive material is used. A counter electrode is formed on the polymer substrate by platinum or the like.

그리고, 반도체 전극과 상대 전극 사이에는 전해질이 충진된다.
An electrolyte is filled between the semiconductor electrode and the counter electrode.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

실시예 1Example 1

0.15mm 두께의 스테인리스 스틸 기판 상에 차례로 50nm 두께의 CrN층, 1600nm 두께의 Ti층을 스퍼터링으로 형성하여 기판을 제작하였다.
A CrN layer with a thickness of 50 nm and a Ti layer with a thickness of 1600 nm were sequentially formed by sputtering on a stainless steel substrate having a thickness of 0.15 mm to prepare a substrate.

실시예 2Example 2

0.15mm 두께의 스테인리스 스틸 기판 상에 차례로 50nm 두께의 Ti층과, 50nm 두께의 CrN층, 1600nm 두께의 Ti층을 스퍼터링으로 형성하여 기판을 제작하였다.
A 50 nm thick Ti layer, a 50 nm thick CrN layer, and a 1600 nm thick Ti layer were sequentially formed on a 0.15 mm thick stainless steel substrate by sputtering to manufacture a substrate.

비교예 1Comparative Example 1

0.15mm 두께의 스테인리스 스틸 기판 상에 1600nm 두께의 Ti층을 스퍼터링으로 형성하였다.
A Ti layer of 1600 nm thickness was formed by sputtering on a 0.15 mm thick stainless steel substrate.

2. 내식성 및 밀착성 평가2. Evaluation of corrosion resistance and adhesion

(1) 내식성은 실시예 1~2 및 비교예 1에 따라 제조된 기판을 0.6M의 3-프로필-1,2-디메틸 이미다졸륨 아이오다이드(3-propyl-1,2-dimethyl imidazolium iodide; DMPImI), 0.1M의 요오드화리튬(LiI) 및 40mM의 I2(Iodine)를 아세토니트릴(acetonitrile) 에 용해시킨 I3 -/I-의 전해액에 30일동안 침지하여 부식이 발생하는지 여부로 판단하였다. (1) Corrosion Resistance The substrate prepared according to Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 was immersed in 0.6M of 3-propyl-1,2-dimethyl imidazolium iodide ; DMPImI), a lithium iodide (LiI) and I 2 (Iodine) of 40mM in 0.1M dissolved in 3 I of acetonitrile (acetonitrile) - is determined by whether or not the corrosion occurs by immersion for 30 days in the electrolyte of the - / I Respectively.

(2) 밀착성은 스크래치 테스트기를 이용하여 실시예 1~2 및 비교예 1에 따라 제조된 기판에 30N까지 하중을 가하면서 측정하여, 코팅층이 파괴될 때의 최소 하중을 나타내었으며, 최소 하중이 클수록 밀착력이 우수하다고 볼 수 있다. (2) The adhesion was measured by applying a load up to 30 N to the substrate prepared according to Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 by using a scratch tester, and the minimum load when the coating layer was broken was shown. It can be said that the adhesion is excellent.

(3) 내식성 및 밀착성 평가 결과를 표 1에 나타내었다. (3) Results of corrosion resistance and adhesion evaluation are shown in Table 1.

[표 1][Table 1]

Figure 112013098294291-pat00001
Figure 112013098294291-pat00001

표 1을 참조하면, 제1 내식 코팅층 하부에 제2 내식 코팅층이 형성된 실시예 1,2의 경우, 제1 내식 코팅층만이 형성된 비교예 1에 비하여 상대적으로 양호한 내식성을 발휘하였다.Referring to Table 1, in Examples 1 and 2 in which a second corrosion-resistant coating layer was formed under the first corrosion-resistant coating layer, comparatively good corrosion resistance was exhibited as compared with Comparative Example 1 in which only the first corrosion-resistant coating layer was formed.

또한, 실시예 1과 실시예 2를 비교하면, 버퍼층이 더 형성된 실시예2의 경우가 밀착력이 보다 우수하였다.
Comparing Example 1 with Example 2, the adhesion of Example 2 in which the buffer layer was further improved was more excellent.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

210 : 제1 기판 211 : 금속 기판
212 : 제1 내식 코팅층 213 : 제2 내식 코팅층
214 : 버퍼층 220 : 반도체 전극
230 : 제2 기판 240 : 상대 전극
250 : 전해질210: first substrate 211: metal substrate
212: first corrosion-resistant coating layer 213: second corrosion-resistant coating layer
214: buffer layer 220: semiconductor electrode
230: second substrate 240: counter electrode
250: electrolyte

Claims (4)

제1 기판;
상기 제1 기판 상에 형성되며, 염료가 흡착된 반도체 전극;
상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;
상기 제2 기판 상에 형성된 상대 전극; 및
상기 반도체 전극과 상기 상대 전극 사이에 형성된 전해질;을 포함하고,
상기 제1 기판은
금속 기판과,
상기 금속 기판 상에 형성된 제1 내식 코팅층과,
상기 금속 기판과 상기 제1 내식 코팅층 사이에, 상기 제1 내식 코팅층을 형성하는 물질보다 고내식성을 갖는 물질로 형성되는 제2 내식 코팅층을 포함하고,
상기 제1 내식 코팅층은 티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속으로 형성되고,
상기 제2 내식 코팅층은 전도성 카본, 크롬질화물 또는 티타늄질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 태양전지.
A first substrate;
A semiconductor electrode formed on the first substrate and having a dye adsorbed thereon;
A second substrate facing the first substrate;
A counter electrode formed on the second substrate; And
And an electrolyte formed between the semiconductor electrode and the counter electrode,
The first substrate
A metal substrate,
A first corrosion-resistant coating layer formed on the metal substrate,
And a second corrosion-resistant coating layer formed between the metal substrate and the first corrosion-resistant coating layer, the second corrosion-resistant coating layer being formed of a material having higher corrosion resistance than the material forming the first corrosion-resistant coating layer,
Wherein the first corrosion-resistant coating layer is formed of a metal containing at least one of titanium, chromium, zirconium and silicon,
Wherein the second corrosion-resistant coating layer is formed of conductive carbon, chromium nitride, or titanium nitride.
제1항에 있어서,
상기 제2 내식 코팅층은, 100nm 미만의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the second corrosion-resistant coating layer is formed to a thickness of less than 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 금속 기판과 상기 제2 내식 코팅층 사이에는
티타늄, 크롬, 지르코늄 및 규소 중 하나 이상을 포함하는 금속, 금속산화물, 금속탄화물 또는 금속질화물로 형성되며, 100nm 미만의 두께로 형성되는 버퍼층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 태양전지.
The method according to claim 1,
Between the metal substrate and the second corrosion-resistant coating layer
Wherein the buffer layer is formed of a metal, a metal oxide, a metal carbide, or a metal nitride including at least one of titanium, chromium, zirconium, and silicon and has a thickness of less than 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 제2 기판은
고분자 필름 상에 전도성 물질이 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 태양전지. The method according to claim 1,
The second substrate
Wherein the polymer film is formed by coating a conductive material on the polymer film.
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