KR101827929B1 - 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법, 이로부터 제조된 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판 및 이를 구비한 직물형 염료감응 태양전지 - Google Patents
직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법, 이로부터 제조된 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판 및 이를 구비한 직물형 염료감응 태양전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법은 (S1) 스테인레스 스틸로 된 금속직물을 준비하는 단계; (S2) 상기 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및 (S3) 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 비교적 저렴한 비용으로 직물형 금속기판을 제조할 수 있으며, 이러한 직물형 금속기판을 전극으로서 구비한 직물형 염료감응 태양전지는 양호한 태양전지의 효율을 장기간 동안 나타낸다.
본 발명에 따르면 비교적 저렴한 비용으로 직물형 금속기판을 제조할 수 있으며, 이러한 직물형 금속기판을 전극으로서 구비한 직물형 염료감응 태양전지는 양호한 태양전지의 효율을 장기간 동안 나타낸다.
Description
본 발명은 전극의 기판으로서 직물을 사용하는 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 금속기판의 제조방법, 이로부터 제조된 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판 및 이를 구비한 직물형 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
석유를 주 에너지원으로 사용한 현대 사회는 대기 오염 및 에너지 고갈 등 심각한 문제에 직면해 있다. 이를 해소하기 위한 에너지 수확기술(Energy scavenging)은 사용자 주위의 환경을 에너지원으로 얻어지는 친환경적이며 에너지 재충전의 필요성이 낮은 재생 가능한 에너지를 의미한다. 그 중 태양에너지는 가장 높은 에너지 변환을 지닌 대표적인 에너지원으로 1839년 처음 소개된 이후로 최근까지 태양에너지를 이용하기 위한 다양한 종류의 태양전지가 개발 중에 있다.
이러한 태양전지들 중에 빛을 흡수하는 염료(dye)와 전극의 나노 물질을 이용한 3세대 태양전지인 염료감응형 태양전지(DSSC)는 식물의 광합성 작용을 모티브로 하여 빛을 전기에너지로 전환시킨다. 이러한 염료감응형 태양전지(DSSC)는 종래에 실리콘 태양전지에 비해 절반 수준의 에너지 효율을 갖지만, 20% 미만의 제조 단가와 유연성, 박막 또는 투명 기판에 제조가 가능하며, 입사각(incident light)에 대한 영향이 적어 이동 중에 충전이 필요로 한 모바일 전자 기기(mobile electronic device)의 에너지원으로 사용될 수 있는 장점을 갖는다.
일반적인 염료감응형 태양전지는 유리 기판을 구비한 전극 구조체, 상기 전극 구조체에 흡착된 염료 및 전해질을 구비한다. 유리 기판은 표면에 도전성 투명전극인 FTO(불소가 도핑된 산화주석이 코팅되어 있는 것을 사용하는데, FTO가 코팅된 유리 기판은 매우 고가이고, 유연성과 굽힘성이 떨어진다는 문제점이 있다.
이에 따라, 전극 구조체에 구비되는 기판으로서 유연성과 굽힘성이 양호한 소위 "직물형 기판"이 제시되었다. 직물형 기판을 적용한 염료감응 태양전지는 그 구조상 유연성과 굽힘성이 양호하여 의류, 텐트 등의 아웃도어 제품에 특히 유용하게 적용될 수 있다.
직물형 기판으로는 가격이 저렴한 스테인레스 스틸 섬유로 짠 금속직물이 제안되었다. 스테인레스 스틸로 된 금속직물을 이용한 태양전지는 초기효율이 우수하나, 시간이 지남에 따라 전해질에 의해 의한 부식이 발생하여 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 티타늄 섬유로 잔 금속직물이 제시되었다. 티타늄은 내부식성이 매우 우수하여 전술한 문제점이 해결되나, 매우 고가이고 스테인레스 스틸 섬유를 이용할 때보다 제직하기가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 상기와 같은 기술적 배경을 고려하여 창안된 것으로서, 비교적 저렴한 비용으로 직물형 금속기판을 제조할 수 있으며, 양호한 효율을 장기간 동안 나타낼 수 있는 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법, 이로부터 제조된 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판 및 이를 구비한 직물형 염료감응 태양전지를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직물형 염료감응 태양전지의 전극에 이용되는 직물형 금속기판의 제조방법은,
(S1) 스테인레스 스틸로 된 금속직물을 준비하는 단계;
(S2) 상기 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및
(S3) 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 직물형 금속기판의 제조방법에 있어서, 상기 금속직물의 경사 및 위사의 평균 지름은 각각 10 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 평균 두께는 0.1 내지 1.0 ㎛인 것이 바람직하고, 상기 티타늄 코팅층의 평균 두께는 0.1 내지 1.0 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 직물형 염료감응 태양전지의 전극에 이용되는 직물형 금속기판은,
스테인레스 스틸로 된 금속직물;
상기 금속직물의 표면에 형성된 알루미늄 산화물 코팅층; 및
상기 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 형성된 티타늄 코팅층을 구비한다.
전술한 직물형 금속기판은, 통상적인 직물형 염료감응 태양전지, 즉, 직물형 기판을 구비한 전극 구조체, 상기 전극 구조체에 흡착된 염료 및 전해질을 구비한 직물형 염료감응 태양전지의 직물형 기판으로 유용하게 이용될 수 있으며, 특히 스테인레스 스틸에 대하여 부식성이 강한 요오드계 전해질을 이용한 염료감응 태양전지에 유용하다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 금속직물은 저렴한 스테인레스 스틸 섬유를 이용하여 제직함으로서 저렴하고 양호한 제직성이 유지된다.
금속직물의 표면에 화학증착에 의해 형성한 알루미늄 산화물 코팅층은 직물의 경위사 접촉점까지 형성되므로, 전해질로부터 스테인레스 스틸 섬유를 보호한다.
알루미늄 산화물 코팅층의 형성에 따라 전도성이 저하되고 표면저항이 증가되는 문제는 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 형성된 티타늄 코팅층에 의해 해소된다.
이와 같이, 스테인레스 금속직물 위에 순차적으로 형성된 알루미늄 산화물 코팅층 및 티타늄 코팅층을 구비한 직물형 기판은 비교적 저렴한 비용으로 제조되며, 양호한 효율이 장기간 동안 유지된다.
도 1은 스테인레스 스틸 섬유를 이용하여 제직한 금속직물의 예를 나타낸 사진이다.
도 2는 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 장치의 개략적인 모식도이다.
도 3은 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 플라즈마 화학증착을 이용하여 알루미나 산화물 코팅층을 형성한 시료들의 코팅 전후의 전도성과 표면저항을 측정한 결과이다.
도 4는 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 코팅 전후의 전도성과 표면저항을 나타낸 결과이다.
도 5는 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하는 장치의 개략적인 모식도이다.
도 6은 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 SEM 사진이다.
도 7은 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 형성하지 않고 직접 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율(Fill Factor)과, 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율을 시간에 따라 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라 스테인레스 스틸 금속직물 위에 순차적으로 플라즈마 화학증착을 이용한 알루미나 산화물 코팅층과 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 코팅전후의 전도성과 표면저항을 나타낸 결과이다.
도 9는 도 7의 결과와, 본 발명에 따라 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 먼저 형성하고, 그 위에 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 더 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율(Fill Factor)의 결과를 같이 나타낸 그래프이다.
도 10은 통상적인 직물형 염료감응 태양전지의 개략적인 제조공정에 대한 모식도이다.
도 2는 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 장치의 개략적인 모식도이다.
도 3은 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 플라즈마 화학증착을 이용하여 알루미나 산화물 코팅층을 형성한 시료들의 코팅 전후의 전도성과 표면저항을 측정한 결과이다.
도 4는 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 코팅 전후의 전도성과 표면저항을 나타낸 결과이다.
도 5는 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하는 장치의 개략적인 모식도이다.
도 6은 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 SEM 사진이다.
도 7은 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 형성하지 않고 직접 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율(Fill Factor)과, 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율을 시간에 따라 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라 스테인레스 스틸 금속직물 위에 순차적으로 플라즈마 화학증착을 이용한 알루미나 산화물 코팅층과 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 코팅전후의 전도성과 표면저항을 나타낸 결과이다.
도 9는 도 7의 결과와, 본 발명에 따라 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 먼저 형성하고, 그 위에 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 더 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율(Fill Factor)의 결과를 같이 나타낸 그래프이다.
도 10은 통상적인 직물형 염료감응 태양전지의 개략적인 제조공정에 대한 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 직물형 염료감응 태양전지의 전극에 이용되는 직물형 금속기판의 제조방법에 따르면, 먼저 스테인레스 스틸로 된 금속직물을 준비한다(S1 단계).
스테인레스 스틸 섬유를 이용하여 금속직물을 제직하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 염료감응 태양전지의 전극 구조체의 기판으로서 적용할 수 있는 형태라면 모두 사용이 가능한데, 예를 들어 금속직물의 경사 및 위사의 평균 지름은 각각 10 내지 50 ㎛으로 하여 제직할 수 있다. 도 1은 스테인레스 스틸 섬유를 이용하여 제직한 금속직물의 예를 나타낸 사진이다. 스테인레스 스틸은 Type 316L을 적용한 직경 20 ㎛의 섬유(와이어)를 이용하여, 625*625/inch 밀도의 Twill Weave로 원단 두께 40 ㎛로 제직하였다. 기공 크기는 약 20 ~ 25 ㎛이고, 표면저항은 0.0~0.1 ohm/sq로 양호하다.
이어서, 상기 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성한다(S2 단계). 알루미늄 산화물 코팅층의 평균 두께는 0.1 내지 1.0 ㎛인 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는다.
대상체의 표면에 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 필요한 두께의 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 방법 역시 당업계에 잘 알려져 있다. 도 2는 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 장치의 개략적인 모식도이다. 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하면, 증기 기체의 흐름에 의해 금속직물의 표면에 코팅층이 형성되므로 코팅 커버리지가 우수하다. 즉, 경사와 위사 사이의 미세한 틈에도 코팅층이 형성된다. 이에 따라, 내부식성이 우수한 코팅층이 전해질로부터 스테인레스 스틸 직물을 보호함으로서 효율에 대한 장기안정성을 확보한다.
그런 다음, 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성한다(S3 단계). 티타늄 코팅층의 평균 두께는 0.1 내지 1.0 ㎛인 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는다.
S2 단계에 따라 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 코팅층을 형성하면 순수한 금속 코팅층을 형성하기 어렵고 산화 금속물의 형태, 즉 알루미나 산화물 코팅층이 형성된다. 이러한 알루미나 산화물 코팅층은 전도성 저하와 표면저항 증가로 이어져서 태양전지의 효율을 저하시키는데, 이는 도 3에 의해 뒷받침된다. 도 3은 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 플라즈마 화학증착을 이용하여 알루미나 산화물 코팅층을 형성한 시료들의 코팅 전후의 전도성과 표면저항을 나타낸 결과이다.
(S3) 단계에 따라 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하면, 이러한 문제점은 해소된다. 즉, 알루미늄 산화물 코팅층이 형성된 금속직물의 표면에 티타늄을 스퍼터링하면, 산화물이 아닌 티타늄 금속 코팅층을 형성할 수 있으며, 티타늄 코팅층에 의해 전도성과 표면저항이 스테인레스 스틸 금속직물의 전도성 및 표면저항과 동일한 수준으로 유지된다. 이는 도 4에 의해 뒷받침된다. 도 4는 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 스퍼터링에 의해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 코팅 전후의 전도성과 표면저항을 나타낸 결과이다.
대상체의 표면에 티타늄을 스퍼터링하여 필요한 두께의 티타늄 코팅층을 형성하는 방법 역시 당업계에 잘 알려져 있다. 도 5는 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하는 장치의 개략적인 모식도이다. 스퍼터링에 의하면, 산화물이 아닌 티타늄 금속 코팅층을 형성하여 전도성과 표면저항을 양호하게 유지할 수 있으나, 직진성이 강한 스퍼터링에 따른 코팅법의 특성상 금속직물의 경위사 접촉점이나 금속직물의 측면에 대한 커버리지는 불량하다는 단점이 있다. 이는 도 6에 의해 뒷받침된다. 도 6은 도 1의 스테인레스 스틸 금속직물에 스퍼터링에 이해 티타늄 코팅층을 형성한 시료들의 SEM 사진이다. 따라서, 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 형성하지 않고 직접 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 형성하면, 티타늄 코팅층이 형성되지 않은 경위사의 접촉점 등을 통해 전해질이 스테인레스 스틸 금속직물에 침투하여 부식시킴으로서 장기안정성이 저하된다. 이는 도 7에 의해 뒷받침된다. 도 7은 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 형성하지 않고 직접 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율(Fill Factor)과, 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율을 시간에 따라 측정한 그래프이다. 알루미나 산화물 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지는 초기 효율이 불량하나 장기안정성은 우수하고, 반대로 티타늄 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지는 초기효율은 양호하나 장기안정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 먼저 형성하고, 그 위에 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 더 형성함으로서 이러한 문제점을 해결하였다. 도 8은 본 발명에 따라, 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 먼저 형성하고, 그 위에 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 더 형성한 직물형 기판의 전도성과 표면저항을 측정한 결과이다. 도 8에 나타난 바와 같이, 본원의 직물형 기판은 스테인레스 스틸 금속직물의 전도성 및 표면저항과 거의 대등한 수치를 보인다.
도 9는 도 7의 결과와, 본 발명에 따라 스테인레스 스틸 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착에 의한 알루미나 산화물 코팅층을 먼저 형성하고, 그 위에 스퍼터링에 의한 티타늄 코팅층을 더 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지의 효율(Fill Factor)의 결과를 같이 나타낸 그래프이다. 도 9에 나타난 바와 같이, 본원의 직물형 기판은 구비한 태양전지는 초기 효율도 양호하며, 장기간 동안 효율이 유지되는 결과를 보인다. 반면, 알루미나 산화물 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지는 초기 효율이 불량하고, 반대로 티타늄 코팅층만을 형성한 직물형 기판을 구비한 태양전지는 초기효율은 양호하나 장기안정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
전술한 제조방법으로 제조된 직물형 염료감응 태양전지의 전극에 이용되는 직물형 금속기판은,
스테인레스 스틸로 된 금속직물;
상기 금속직물의 표면에 형성된 알루미늄 산화물 코팅층; 및
상기 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 형성된 티타늄 코팅층을 구비한다.
전술한 직물형 금속기판은, 통상적인 직물형 염료감응 태양전지, 즉, 직물형 기판을 구비한 전극 구조체, 상기 전극 구조체에 흡착된 염료 및 전해질을 구비한 직물형 염료감응 태양전지의 직물형 기판으로 유용하게 이용될 수 있으며, 특히 스테인레스 스틸에 대하여 부식성이 강한 요오드계 전해질을 이용한 염료감응 태양전지에 유용하다.
도 10은 통상적인 직물형 염료감응 태양전지의 개략적인 제조공정에 대한 모식도이다. 전술한 본 발명의 직물형 염료감응 태양전지는 다양한 형태와 재료의 염료감응형 태양전지에 적용될 수 있는데, 그 제조예를 구체적으로 예시하면 다음과 같다.
1. 직물형 기판을 에탄올에 침지 후 10분간 초음파 세척한다.
2. <광전극 제작> 직물형 기판에 닥터블레이드 방법으로 이산화티타늄 페이스트를 코팅하고, 온도 500℃에서 30분간 소성한다.
3. <광전극 제작> 소성과정을 거친 직물형 기판을 염료가 녹은 용액에 침지하여 12시간이상 충분히 이산화티탄에 염료를 흡착시킨다. 염료는 N719, N749와 같은 루테늄(Ru)계 염료를 사용할 수 있고, 또는 루테늄이 포함되지 않은 유기염료를 사용할 수 있다.
4. <상대전극 제작> 초음파 세척된 직물형 기판에 닥터블레이드 방법으로 Pt가 포함된 전도성 페이스트를 코팅하고, 온도 500℃에서 30분간 소성한다.
5. <전해질 합성> Iodine 을 Acetonitrile (ACN), 3-metoxipropionitrile (MPN) 등의 용매에 녹이고 태양전지 특성을 최적화할 수 있는 Lithium iodide (LiI), Guanidine thiocyanate (GSCN) 등 첨가제를 포함하여 전해질을 합성한다.
6. <Spacer> Polyethylene terephthalate (PET)와 같은 플라스틱 소재 또는 면 섬유, 나일론 등등 비전도성의 절연특성을 갖는 재료를 이용하고 전해질이 쉽게 통과할수 있게 빈 공간이 많도록 제직한다.
7. < Cover film > 전해질이 증발되지 않도록 막아주기 위해 Cover film을 사용한다.
8. < 직물형 염료감응 태양전지 완성> 커버 필름에 설린(Surlyn)과 같은 실링 필름을 놓고 광전극, 스페이서, 상대전극을 배치한 후, Hot press 에서 100℃ 이상의 실링 온도와 적당한 압력을 주어 태양전지를 실링한다. 이어서. 전해질을 태양전지 내부로 투입하여 직물형 염료감응 태양전지를 완성한다.
Claims (6)
- 직물형 염료감응 태양전지의 전극에 이용되는 직물형 금속기판의 제조방법으로서,
(S1) 스테인레스 스틸로 된 금속직물을 준비하는 단계;
(S2) 상기 금속직물의 표면에 플라즈마 화학증착(PECVD)을 이용하여 알루미늄 산화물 코팅층을 형성하는 단계; 및
(S3) 상기 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 티타늄을 스퍼터링하여 티타늄 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속직물의 경사 및 위사의 평균 지름은 각각 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 산화물 코팅층의 평균 두께는 0.1 내지 1.0 ㎛이고, 상기 티타늄 코팅층의 평균 두께는 0.1 내지 1.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법. - 직물형 염료감응 태양전지의 전극에 이용되는 직물형 금속기판으로서,
스테인레스 스틸로 된 금속직물;
상기 금속직물의 표면에 형성된 알루미늄 산화물 코팅층; 및
상기 알루미늄 산화물 코팅층의 표면에 형성된 티타늄 코팅층을 구비하는 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판. - 직물형 기판을 구비한 전극 구조체, 상기 전극 구조체에 흡착된 염료 및 전해질을 구비한 직물형 염료감응 태양전지에 있어서,
상기 직물형 기판은 제4항의 직물형 금속기판인 것을 특징으로 하는 직물형 염료감응 태양전지. - 제5항에 있어서,
상기 전해질은 요오드계 전해질인 것을 특징으로 하는 직물형 염료감응 태양전지.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120030996A (ko) * | 2009-05-28 | 2012-03-29 | 코비오 인코포레이티드 | 확산 방지 코팅된 기판상에 형성된 반도체 장치 및 그 제조방법 |
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Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
KR20120030996A (ko) * | 2009-05-28 | 2012-03-29 | 코비오 인코포레이티드 | 확산 방지 코팅된 기판상에 형성된 반도체 장치 및 그 제조방법 |
KR101554992B1 (ko) * | 2014-11-12 | 2015-09-23 | 한국전기연구원 | 섬유직조체를 포함하는 염료감응형 태양전지 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
DRAFT(2006) * |
DRAFT(2014) * |
Electrical Conductivity in Metallic Nano-layers Produced in Al2O3 by Ion Implantation (Z.Werner, K.Boche?ska, DEPARTMENT OF MATERIAL STUDIES Annual Report, pp.164-165, (2006)) (2006) * |
Electrical Conductivity in Metallic Nano-layers Produced in Al2O3 by Ion Implantation (Z.Werner, K.Bocheńska, DEPARTMENT OF MATERIAL STUDIES Annual Report, pp.164-165, (2006)) (2006) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113283053A (zh) * | 2021-04-17 | 2021-08-20 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种晶硅电池pecvd镀膜工艺参数建立的方法 |
CN113283053B (zh) * | 2021-04-17 | 2022-09-30 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种晶硅电池pecvd镀膜工艺参数建立的方法 |
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