KR101637610B1 - 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유연성이 있고 제조비용을 절감할 수 있도록 된 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는 상부 구조와 하부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조는 하부 기판과, 상기 기판상에 형성되는 제1 전극층 및, 상기 제1 전극층상에 형성되는 염료 혼합물층을 구비하며, 상기 상부 구조는 상부 기판과 투명한 재질로 구성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조의 사이에는 전해질을 흡수하기 위한 전해질 흡수층을 구비하며, 상기 전해질 흡수층에는 전해질이 흡착되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 및 그 제조방법{Solar cell and method of the manufacturing of the same}
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 유연성이 있고 제조비용을 절감할 수 있도록 된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가되고 있다.
태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 그 동작 방식에 따라 크게 실리콘 태양전지와 염료감응형 태양전지로 구분할 수 있다.
이 중 염료감응형 태양전지는 저 비용으로 제조가 가능하고, 태양전지의 제조에 사용되는 재료가 환경친화적이며, 태양전지의 제조시에 CO2의 배출량이 적기 때문에 차세대 태양전지로서 주목을 받고 있다.
그러나, 염료감응형 태양전지의 경우에는 염료에서 발생된 전자의 포획 및 이동성을 고려하여 TiO2층을 형성하게 되는데, 이러한 TiO2층의 형성에는 450도 정도 이상의 고온이 요구되기 때문에 유기물 등과 같은 유연성 있는 재질을 이용하여 태양전지를 제조할 수 없다는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 유연성이 있고, 보다 친환경적이며, 제조비용을 대폭 낮출 수 있도록 된 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 태양전지는 상부 구조와 하부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 제1 전극층 및, 상기 제1 전극층상에 형성되는 염료 혼합물층을 구비하며, 상기 상부 구조는 상부 기판과 투명한 재질로 구성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조의 사이에는 전해질을 흡수하기 위한 전해질 흡수층을 구비하며, 상기 전해질 흡수층에는 전해질이 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따른 태양전지는 상부 구조와 하부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조는 하부 기판과, 상기 기판상에 형성되는 제1 전극층 및, 상기 제1 전극층상에 형성되는 염료 혼합물층을 구비하며, 상기 상부 구조는 상부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 상부 기판에는 전해질이 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 태양전지는 상부 구조와 하부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 제1 전극층을 구비하고, 상기 하부 기판에는 염료 혼합물이 흡착되며, 상기 상부 구조는 상부 기판과 투명한 재질로 구성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조의 사이에는 전해질을 흡수하기 위한 전해질 흡수층을 구비하며, 상기 전해질 흡수층에는 전해질이 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 제4 관점에 따른 태양전지는 상부 구조와 하부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 제1 전극층을 구비하며, 상기 하부 기판에는 염료 혼합물이 흡착되고, 상기 상부 구조는 상부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 상부 기판에는 전해질이 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판이 종이인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판이 내열성 물질이 코팅된 종이인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판이 종이에 내열성 물질을 침투시킨 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층이 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 염료 혼합물층이 TiO2와 염료의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 염료 혼합물층이 탄소나노튜브, 그라핀 또는 도전성 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 구조가 상부 기판과 제2 전극층의 사이에 촉매 박막전극층을 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전극층이 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전극층의 상측에 보호층이 추가로 구비되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호층이 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 관점에 따른 태양전지의 제조방법은 하부 구조 및 상부 구조를 구비하여 구성되는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 하부 구조의 형성단계는 하부 기판을 준비하는 단계와. 상기 하부 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계 및 상기 제1 전극층의 상측에 염료 혼합물층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 상부 구조의 형성단계는 상부 기판을 형성하는 단계와, 상부 기판상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되며, 전해질 흡수층을 준비하는 단계와, 상기 전해질 흡수층을 사이에 두면서 하부 구조와 상부 구조를 접합함과 더불어 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 관점에 따른 태양전지의 제조방법은 하부 구조 및 상부 구조를 구비하여 구성되는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 하부 구조의 형성단계는 하부 기판을 준비하는 단계와. 상기 하부 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계 및 상기 제1 전극층의 상측에 염료 혼합물층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 상부 구조의 형성단계는 상부 기판을 형성하는 단계와, 상부 기판상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되며, 상기 하부 구조와 상부 구조를 접합함과 더불어 상기 상부 기판에 전해질 주입하여 상부 기판에 전해질은 흡착시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 관점에 따른 태양전지의 제조방법은 하부 구조 및 상부 구조를 구비하여 구성되는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 하부 구조의 형성단계는 하부 기판을 준비하는 단계와. 상기 하부 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 하부 기판에 염료 혼합물을 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 상부 구조의 형성단계는 상부 기판을 형성하는 단계와, 상부 기판상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되며, 전해질 흡수층을 준비하는 단계와, 상기 전해질 흡수층을 사이에 두면서 하부 구조와 상부 구조를 접합함과 더불어 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 관점에 따른 태양전지의 제조방법은 하부 구조 및 상부 구조를 구비하여 구성되는 태양전지의 제조방법에 있어서, 상기 하부 구조의 형성단계는 하부 기판을 준비하는 단계와. 상기 하부 기판상에 제1 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 하부 기판에 염료 혼합물을 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 상부 구조의 형성단계는 상부 기판을 형성하는 단계와, 상부 기판상에 제2 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되며, 상기 하부 구조와 상부 구조를 접합함과 더불어 상기 상부 기판에 전해질을 주입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판이 종이인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층의 형성단계는 도전성 유기물 용액을 준비하는 단계와, 상기 도전성 유기물을 하부 기판상에 도포하는 단계 및, 상기 기판에 열을 가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층 형성단계는 도전성 유기물 용액을 준비하는 단계와, 상기 도전성 유기물 용액에 도전성 무기물 분말을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계, 상기 혼합용액을 하부 기판상에 도포하는 단계 및, 상기 기판에 열을 가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 염료 혼합물의 흡착단계는 TiO2 분말과 염료를 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계와, 상기 혼합용액을 하부 기판에 주입하는 단계 및, 상기 기판에 열을 가하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 구조 형성단계는 상기 제2 전극과 상부 기판의 사이에 촉매 박막전극층을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층이 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 기판으로서 종래의 반도체 기판 대신에 종이나 유기물 기판이 사용된다. 따라서, 고가의 반도체 기판을 사용하지 않아도 되므로 제조가격을 대폭 낮출 수 있게 된다.
또한, 반도체 기판은 제조시에 그 크기를 일정 이상 크게 하는 것이 불가능하다. 이에 대하여 종이나 유기물을 기판으로서 사용하게 되면 그 크기에 대한 제약이 제거되게 된다. 따라서, 대면적을 갖는 태양전지를 제공할 수 있게 된다.
또한, 일반적으로 종이나 유기물의 경우에는 다른 물질이나 물체에 대한 접착성이 매우 우수하고, 특히 기판으로서 종이나 유기물을 사용하게 되면 제품의 두께와 무게를 대폭 줄일 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지는 일반적인 건물의 외벽이나 유리창 등에 용이하게 부착하여 사용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지의 제조공정을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조공정을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명을 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있음은 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에서 참조번호 1은 하부 기판이다. 이 하부 기판(1)은 종이로 구성된다. 본 실시예에서 종이라 함은 펄프를 주원료로 하여 제조된 일체의 종이와 더불어, 이러한 종이를 포함하는 재질, 예컨대 종이에 세라믹이나 실리콘 등의 내열성 재료를 코팅하거나 침투시킨 것을 포함한다.
또한, 상기 하부 기판(1)으로서는 유연성을 갖는 플라스틱 등의 유기물이 사용될 수 있다. 이때, 유기물로서는 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌(PP), 프로필렌 공중합체, 폴리(4-메틸-1-펜텐)(TPX), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리설폰(PSF), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리초산비닐(PVAC), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐아세탈, 폴리스티렌(PS), AS수지, ABS수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 불소수지, 페놀수지(PF), 멜라민수지(MF), 우레아수지(UF), 불포화폴리에스테르(UP), 에폭시수지(EP), 디알릴프탈레이트수지(DAP), 폴리우레탄(PUR), 폴리아미드(PA), 실리콘수지(SI) 또는 이것들의 혼합물 및 화합물을 이용할 수 있다.
상기 하부 기판(1)상에 제1 전극층(2)으로서 도전성 전극층이 형성된다. 이때, 도전성 전극으로서는 예컨대 금, 은, 알루미늄, 플라티늄, 인듐주석화합물(ITO), 스트론튬티타네이트화합물(SrTiO3)이나, 그 밖의 전도성 금속 산화물과 이것들의 합금 및 화합물, 또는 전도성 중합체를 기재로 하는 예컨대 폴리아닐린, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS) 등의 혼합물이나 화합물 또는 다층물 등을 포함하는 모든 도전성 금속 및 금속 산화물과 도전성 유기물이 이용된다.
또한 바람직하게는 상기 제1 전극층(2)으로서는 전도성 금속 또는 금속 산화물과 도전성 유기물의 혼합물이 사용된다.
만일, 상기 하부 기판(1)으로서 종이나 유기물을 이용하는 경우에는 제1 전극층(2)으로서 바람직하게는 도전성 유기물이나 전도성 무기물(금속)과 전도성 유기물의 혼합물이 이용될 수 있다. 이러한 전극층은 예컨대 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등을 이용하여 형성된다.
또한 전도성 금속과 전도성 유기물의 혼합용액은 예컨대 전도성 유기물 용액에 전도성 금속 또는 전도성 금속 산화물의 분말을 혼합하는 방법을 통해 생성하게 된다.
또한, 종이 기판(1)상에 금속 재질로 구성되는 제1 전극층(2)을 형성하는 경우에는 예컨대 진공증착법이 이용된다. 그리고, 이때 필요에 따라 제1 전극층(2)을 형성하기 전에 종이 기판(1)을 진공상태 또는 예컨대 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 비활성 가스 분위기내에서 열처리함으로써 종이에 흡착되어 있는 수분이나 공기를 제거하는 것도 바람직하다.
제1 전극층(2)의 상측에는 예컨대 TiO2와 염료의 혼합물층(3)이 형성된다. 이때 염료로서는 예컨대 루테늄(Ru)계 물질로 이루어지는 염료가 사용된다.
이 혼합물층(3)은 예컨대 에탄올 등의 용매에 염료가 용해된 염료 용액에 TiO2 분말을 혼합하여 혼합용액을 형성하고, 이 혼합용액을 스크린 인쇄나 스핀코팅 등의 방법을 이용하여 전극층(2)의 상측에 도포한 다음, 이를 일정 온도 이상으로 가열하여 에탄올 용매를 제거하는 방법을 통해 생성하게 된다.
또한 상기 혼합물층(3)은 CNT(탄소나노튜브)와 염료의 혼합물, 또는 TiO2와 CNT 또는 다른 도전성 금속 및 염료의 혼합물을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 혼합물층(3)의 상측에는 전해질 흡수층(4)이 형성된다. 이 전해질 흡수층(4)은 예컨대 종이가 사용된다. 또한 이 전해질 흡수층(4)으로서는 직조된 섬유나 부직포가 이용될 수 있다. 이 전해질 흡수층(4)에는 전해질이 흡착된다. 전해질은 제1 전극층(2)과 이후에 설명할 제2 전극층(6)을 각각 형성한 후, 이들 전극층을 서로 접합할 때 전해질 흡수층(4)에 주입된다.
제2 전극층(6)은 예컨대 ITO, TCO, FTO, ZnO, CNT 등의 투명 전극으로 구성된다. 제2 전극층(6)은 투명한 재질의 유기물이나 유리 등으로 이루어지는 보호층 또는 상부 기판(7)상에 형성되고, 제2 전극층(6)의 상측에는 바람직하게는 촉매 박막전극층(5)이 형성된다. 이 촉매 박막전극층(5)으로서는 예컨대 Pt(백금), Ru(루테늄), Pd(팔라듐) 등의 백금계 금속이나 이들의 합금 또는 혼합물이 사용된다.
상술한 실시예에 있어서는 TiO2층과 염료층을 별로로 형성하지 않고 TiO2와 염료를 혼합하여 혼합물층을 형성하게 된다. 이와 같은 혼합물층은 스크린 인쇄나 스핀코팅 등을 이용하여 형성할 수 있게 되므로 고온에서의 제조공정이 요구되지 않는다. 따라서 기판으로서 반도체 기판 대신에 유기물이나 종이를 사용할 수 있게 된다.
또한 제조공정에서도 증착이나 스퍼터링 등을 위한 반도체공정이 요구되지 않으므로 저가이면서도 친환경적인 제조장비를 사용할 수 있게 된다.
또한 상기 실시예에 있어서는 기판으로서 종이나 유기물 기판을 사용할 수 있게 되므로 가벼우면서도 대면적의 태양전지를 구현할 수 있게 된다.
또한 상기 실시예에 있어서는 제1 전극층(3)과 제2 전극층(6)의 사이에 전해질을 주입할 때 전해질을 흡수하기 위한 전해질 흡수층(4)을 사용하게 된다. 이 전해질 흡수층(4)은 전해질이 태양전지의 외부로 누출되는 것을 방지하게 되므로 태양전지의 제조 공정을 간단화 할 수 있게 되고, 안정적인 태양전지를 제공할 수 있게 된다.
이어, 상술한 구조로 된 태양전지의 제조방법을 설명한다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양전지를 제조하기 위한 제조공정의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 2a에 나타낸 바와 같이 종이 또는 유기물 등의 하부 기판(1)을 준비한다. 종이로 구성되는 기판(1)의 경우에는 필요에 따라 진공 또는 비활성 가스 분위기에서 기판에 일정 온도 이하의 열을 가함으로써 기판(1)에 포함되어 있는 습기나 공기를 제거한다.
이어 상기 기판(1)상에 제1 전극층(2)을 형성한다(도 2b). 그리고 제1 전극층(2)상에 TiO2와 염료의 혼합물층(3)을 형성한다(도 2c). 이 혼합물층(3)은 TiO2층을 형성한 다음 여기에 염료를 흡착시키거나, 염료 용액에 TiO2 분말을 혼합하여 혼합용액을 형성한 후 이를 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등으로 인쇄 및 가열하여 형성하게 된다.
상기한 과정을 통해 하부 구조체를 형성한다.
다음에는 예컨대 유리 등의 상부 기판(7)을 준비하고(도 2d), 이 위에 통상적인 방법을 이용하여 제2 전극층(6)과 촉매 박막전극층(5)을 순차 형성함으로써 하부 구조체를 형성한다(도 2e~도 2f).
그리고 예컨대 종이로 구성되는 전해질 흡수층(4)을 사이에 두고 상부 및 하부 구조체를 결합시키면서 전해질 흡수층(4)에 전해질을 주입하여 태양전지를 완성하게 된다(도 2g).
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 나타낸 단면도이다. 본 실시예는 전해질 흡수층(4)을 상부 기판으로서 사용하도록 된 것이다.
우선 도 2a~도 2c의 방법을 통해 하부 기판(1)상에 제1 전극층(2)과 혼합물층(3)을 형성하여 하부 구조체를 형성한다(도 3a).
그리고 예컨대 종이로 구성되는 전해질 흡수층(4)을 준비하고(도 3b), 예컨대 진공증착법을 이용하여 촉매 박막전극층(5)을 형성한다. 이 경우에도 필요에 따라 전해질 흡수층(4)을 진공 또는 비활성 가스 분위기에서 가열하여 종이에 포함되어 있는 습기나 공기를 제거한다(도 3c).
이어 상기 촉매 박막전극층(5)의 상측에 예컨대 도전성 유기물 또는 도전성 금속 또는 도전성 금속의 산화물과 유기물의 혼합물을 이용하여 제2 전극층(6)을 형성한다. 제2 전극층(5)은 도전성 유기물 용액이나 또는 도전성 유기물 용액에 금속 분말을 혼합한 혼합용액을 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등을 이용하여 촉매 박막전극층(5)상에 제2 전극층을 도포한 후 일정 온도 이하에서 가열하여 용매를 증발시키는 방법을 통해 형성한다(도 3d).
다음 상기 제2 전극층(6)상에 예컨대 유기물 등으로 구성되는 보호층(7)을 형성함으로써 상부 구조체를 형성한다(도 3e).
그리고 최종적으로 하부 및 상부 구조체를 접합하면서 전해질 흡수층(4)에 전해질을 주입하여 태양전지를 완성하게 된다.
상술한 실시예에서는 하부 기판(1)과 보호층(7) 및 상부 기판(4)으로서 유연성 있는 종이 또는 유기물을 사용하게 되므로 전체적으로 유연성 있는 태양전지가 구현된다.
또한 태양전지를 제조하기 위한 대부분의 공정이 잉크젯법이나 스크린 인쇄법으로 구성되므로 제조공정이 간단해짐은 물론 제조비용이 대폭 절감된다.
또한 기판으로서 종이나 유기물을 사용하므로 대면적의 태양전지를 구현할 수 있게 된다.
또한 전해질을 직접적으로 주입하지 않고 전해질 흡수층(4)에 흡착시켜 주입하게 되므로 유연성 있는 태양전지를 구성하면서도 전해질 등이 외부로 유출되는 문제를 해결할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다. 또한 도 4에서 상술한 실시예와 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4에서 참조번호 41은 종이로 구성되는 기판이다. 이 기판(41)의 일측면에는 도전성 전극층으로서 제1 전극층(42)이 형성된다. 이 제1 전극층(42)은 상술한 실시예와 마찬가지로 예컨대 금, 은, 알루미늄, 플라티늄, 인듐주석화합물(ITO), 스트론튬티타네이트화합물(SrTiO3)이나, 그 밖의 전도성 금속 산화물과 이것들의 합금 및 화합물, 또는 전도성 중합체를 기재로 하는 예컨대 폴리아닐린, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS) 등의 혼합물이나 화합물 또는 다층물 등을 포함하는 모든 도전성 금속 및 금속 산화물과 도전성 유기물이 이용된다.
또한 바람직하게는 상기 제1 전극층(42)으로서는 전도성 금속 또는 금속 산화물과 도전성 유기물의 혼합물이 사용된다.
상기 기판(41)에는 예컨대 TiO2와 염료의 혼합물이 흡착된다. 즉, 기판(41)이 염료의 흡착층으로서 제공된다. 이때 염료로서는 예컨대 루테늄(Ru)계 물질로 이루어지는 염료가 사용된다. 또한 상기 염료와 혼합되는 물질로서는 TiO2 대신에 CNT를 사용할 수 있고, 그 밖에 다른 도전성 금속이 혼합될 수 있다.
본 실시예에 따른 태양전지를 제조하는 경우에는 우선 기판(41)에 제1 전극층(42)을 형성한 후 TiO2와 염료의 혼합물을 기판(41)에 흡착 및 건조시킨다. TiO2와 염료의 혼합물은 염료에 TiO2 분말을 혼합하는 방식으로 생성할 수 있다.
그리고 그 밖의 공정은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
본 발명자가 연구한 바에 따르면 염료 등의 유기물과 무기물을 혼합한 물질을 이용하여 막 또는 층을 구성하게 되면 경우에 따라 크랙이 발생되어 형성 층에 품질이 저하될 우려가 있게 된다.
본 실시예에서는 기판(41)으로서 제공되는 종이가 유기물과 무기물을 안정적으로 결합시키게 되므로 이들 혼합물층이 안정적으로 유지되게 된다. 즉 태양전지의 품질이 보다 안정화 된다.
또한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
1: 하부 기판, 2: 제1 전극층,
3: 혼합물층, 4: 전해질 흡수층,
5: 촉매전극층, 6: 제2 전극층,
7: 상부 기판.

Claims (76)

  1. 종이로 형성된 하부 기판,
    상기 하부 기판 상에 형성되고, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층,
    상기 제 1 전극층 상에 형성된 염료 혼합물층,
    상기 염료 혼합물층 상에 형성된 전해질 흡수층,
    상기 전해질 흡수층 상에 형성된 촉매 박막 전극층,
    상기 촉매 박막 전극층 상에 형성되고, 도전성 유기물을 포함하는 제 2 전극층, 및
    상기 제 2 전극층 상에 형성된 상부 기판을 포함하되,
    상기 염료 혼합물층은 티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료의 혼합물로 형성되고,
    상기 전해질 흡수층은 종이로 형성되며, 전해질이 흡착된 것인,
    태양전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 기판이 내열성 물질이 코팅된 종이인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부 기판이 종이에 내열성 물질을 침투시킨 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 염료 혼합물층이 탄소나노튜브, 그라핀 또는 도전성 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 기판이 투명한 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  13. 종이로 형성된 하부 기판,
    상기 하부 기판 상에 형성되고, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층,
    상기 제 1 전극층 상에 형성된 염료 혼합물층,
    상기 염료 혼합물층 상에 형성된 도전성 유기물을 포함하는 제 2 전극층,
    상기 제 2 전극층 상에 형성된 촉매 박막 전극층, 및
    상기 촉매 박막 전극층 상에 형성된 상부 기판을 포함하되,
    상기 염료 혼합물층은 티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료의 혼합물로 형성되고,
    상기 상부 기판은 종이로 형성되며, 전해질이 흡착된 것인,
    태양전지.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하부 기판이 내열성 물질이 코팅된 종이인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 하부 기판이 종이에 내열성 물질을 침투시킨 것을 특징으로 하는 태양전지.
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  19. 삭제
  20. 제13항에 있어서,
    상기 염료 혼합물층이 탄소나노튜브, 그라핀 또는 도전성 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제13항에 있어서,
    상기 제2 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 상측에 보호층이 추가로 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 보호층이 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  26. 종이로 형성된 하부 기판,
    상기 하부 기판 상에 형성되고, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층,
    상기 제 1 전극층 상에 형성된 전해질 흡수층,
    상기 전해질 흡수층 상에 형성되고, 도전성 유기물을 포함하는 제 2 전극층,
    상기 제 2 전극층 상에 형성된 촉매 박막 전극층, 및
    상기 촉매 박막 전극층 상에 형성된 상부 기판을 포함하되,
    상기 하부 기판에는 티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료의 혼합물이 흡착되고,
    상기 전해질 흡수층은 종이로 형성되며, 전해질이 흡착된 것인,
    태양전지.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제1 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  30. 삭제
  31. 제26항에 있어서,
    상기 염료 혼합물이 탄소나노튜브, 그라핀 또는 도전성 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 제26항에 있어서,
    상기 제2 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  35. 제26항에 있어서,
    상기 상부 기판이 투명한 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  36. 종이로 형성된 하부 기판,
    상기 하부 기판 상에 형성되고, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층,
    상기 제 1 전극층 상에 형성된 촉매 박막 전극층,
    상기 촉매 박막 전극층 상에 형성된 도전성 유기물을 포함하는 제 2 전극층, 및
    상기 제 2 전극층 상에 형성된 상부 기판을 포함하되,
    상기 하부 기판에는 티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료의 혼합물이 흡착된 것이고,
    상기 상부 기판은 종이로 형성되며, 전해질이 흡착된 것인,
    태양전지.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 제36항에 있어서,
    상기 제1 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  40. 삭제
  41. 제36항에 있어서,
    상기 염료 혼합물이 탄소나노튜브, 그라핀 또는 도전성 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 제36항에 있어서,
    상기 제2 전극층이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  45. 제36항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 상측에 보호층이 추가로 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 보호층이 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  47. 종이로 형성된 하부 기판 상에, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층 및 염료 혼합물층을 순차적으로 형성하여 하부 구조를 제조하는 단계;
    상부 기판 상에 제 2 전극층 및 촉매 박막 전극층을 순차적으로 형성하여 상부 구조를 제조하는 단계;
    전해질 흡수층의 하부에 상기 하부 구조의 염료 혼합물층이 접하도록 상기 하부 구조를 결합하고, 상기 전해질 흡수층의 상부에 상기 촉매 박막 전극층이 접하도록 상기 상부 구조를 결합하는 단계; 및
    상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하되,
    상기 하부 구조를 제조하는 단계는
    상기 하부 기판 상에 도전성 유기물을 포함하는 용액을 도포하는 단계;
    상기 하부 기판에 열을 가하여 상기 용액을 건조시켜 도전성 유기물 박막을 형성하는 단계;
    상기 도전성 유기물 박막을 기설정된 형상에 따라 패터닝하여 제 1 전극을 형성하는 단계;
    티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료가 혼합된 혼합 용액을 상기 제 1 전극상에 도포하는 단계; 및
    상기 하부 기판에 열을 가하여 상기 혼합 용액을 건조시켜, 염료 혼합물층을 형성하는 단계를 포함하는,
    태양전지의 제조방법.
  48. 삭제
  49. 제47항에 있어서,
    상기 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위내에서 건조시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  50. 삭제
  51. 제47항에 있어서,
    상기 도전성 유기물을 포함하는 용액은
    도전성 무기물을 더 포함하는 것인,
    태양전지의 제조방법.
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 종이로 형성된 하부 기판 상에, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층 및 염료 혼합물층을 순차적으로 형성하여 하부 구조를 제조하는 단계;
    상부 기판 상에 촉매 박막 전극층 및 제 2 전극층을 순차적으로 형성하여 상부 구조를 제조하는 단계;
    상기 하부 구조의 염료 혼합물층과 상기 상부 구조의 제 2 전극층이 접하도록 상기 하부 구조 및 상기 상부 구조를 결합하는 단계; 및
    상기 상부 기판에 전해질을 흡착시키는 단계를 포함하되,
    상기 하부 구조를 제조하는 단계는
    상기 하부 기판 상에 도전성 유기물을 포함하는 용액을 도포하는 단계;
    상기 하부 기판에 열을 가하여 상기 용액을 건조시켜 도전성 유기물 박막을 형성하는 단계;
    상기 도전성 유기물 박막을 기 설정된 형상에 따라 패터닝하여 제 1 전극을 형성하는 단계;
    TiO2 분말과 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료가 혼합된 혼합 용액을 상기 제 1 전극상에 도포하는 단계; 및
    상기 하부 기판에 열을 가하여 상기 혼합 용액을 건조시켜, 염료 혼합물층을 형성하는 단계를 포함하는,
    태양전지의 제조방법.
  56. 삭제
  57. 제55항에 있어서,
    상기 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위내에서 건조시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  58. 삭제
  59. 제55항에 있어서,
    상기 도전성 유기물을 포함하는 용액은
    도전성 무기물을 포함하는 것인, 태양전지의 제조방법.
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 종이로 형성된 하부 기판 상에, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층을 형성하여 하부 구조를 제조하는 단계;
    상부 기판 상에, 제 2 전극층 및 촉매 박막 전극층을 순차적으로 형성하여 상부 구조를 제조하는 단계;
    전해질 흡수층의 하부에 상기 하부 구조의 제 1 전극층이 접하도록 상기 하부 구조를 결합하고, 상기 전해질 흡수층의 상부에 상기 제 2 전극층이 접하도록 상기 상부 구조를 결합하는 단계; 및
    상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하되,
    상기 하부 구조를 제조하는 단계는
    상기 하부 기판 상에 도전성 유기물을 포함하는 용액을 도포하는 단계;
    상기 하부 기판에 열을 가하여 상기 용액을 건조시켜 도전성 유기물 박막을 형성하는 단계;
    상기 도전성 유기물 박막을 기설정된 형상에 따라 패터닝하여 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 기판에 티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료의 염료 혼합물을 주입하여 건조시키는 단계를 포함하는 것인,
    태양전지의 제조방법.
  64. 삭제
  65. 삭제
  66. 제63항에 있어서,
    상기 도전성 유기물을 포함하는 용액은
    도전성 무기물을 포함하는 것인, 태양전지의 제조방법.
  67. 삭제
  68. 삭제
  69. 삭제
  70. 종이로 형성된 하부 기판 상에, 도전성 유기물을 포함하는 제 1 전극층을 형성하여 하부 구조를 제조하는 단계;
    상부 기판 상에 제 2 전극층을 형성하고, 상기 제 2 전극층 상에 촉매 박막층을 형성하여 상부 구조를 제조하는 단계;
    상기 하부 구조의 제 1 전극과 상기 상부 구조의 촉매 박막층이 접하도록 상기 하부 구조 및 상기 상부 구조를 결합하는 단계; 및
    상기 상부 기판에 전해질을 흡착시키는 단계를 포함하되,
    상기 하부구조를 제조하는 단계는
    상기 하부 기판 상에 도전성 유기물을 포함하는 용액을 도포하는 단계;
    상기 하부 기판에 열을 가하여 상기 용액을 건조시켜 도전성 유기물 박막을 형성하는 단계;
    상기 도전성 유기물 박막을 기설정된 형상에 따라 패터닝하여 제 1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 기판에 티타늄다이옥사이드(TiO2)와 루테늄계(Ruthenium, Ru)염료의 염료 혼합물을 주입하여 건조시키는 단계를 포함하는 것인,
    태양전지의 제조방법.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 하부 기판이 종이인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  72. 삭제
  73. 제70항에 있어서,
    상기 도전성 유기물을 포함하는 용액은
    도전성 무기물을 포함하는 것인, 태양전지의 제조방법.
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  75. 삭제
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