KR102310354B1 - Insertable and dye-sensitized solar cell electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 광전극본체와, 상기 광전극본체의 일면에 형성된 광전극층을 포함하는 광전극과; 상기 광전극본체의 타면과 마주보도록 배치되는 상대전극본체와, 상기 상대전극본체에 형성된 상대전극층을 포함하는 상대전극과; 상기 광전극 및 상기 상대전극 영역에 함침되는 전해질을 포함하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 광전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 광전극과 결합된 광전극단자와; 상기 상대전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 상대전극과 결합된 상대전극단자를 포함하며, 상기 광전극 및 상기 상대전극이 삽입대상 직조물 내에 삽입되도록 직조섬유와이어를 경사로, 상기 광전극 및 상기 상대전극을 위사로 하여 함께 삽입 직조되는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 직조섬유와이어와 함께 광전극 및 상대전극을 직조하여 직조물 사이에 함께 삽입 직조가능한 효과를 얻을 수 있다. 또한 광전극과 상대전극 사이에 쇼트방지절연와이어를 배치하여 광전극과 상대전극 간의 쇼트를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.The present invention provides a photoelectrode comprising a photoelectrode body and a photoelectrode layer formed on one surface of the photoelectrode body; a counter electrode including a counter electrode body disposed to face the other surface of the photoelectrode body and a counter electrode layer formed on the counter electrode body; A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode comprising an electrolyte impregnated into the photoelectrode and the counter electrode region, comprising: a photoelectrode terminal coupled to the photoelectrode so that the photoelectrode is electrically connected to the outside; and a counter electrode terminal coupled to the counter electrode so that the counter electrode is electrically connected to the outside, and a woven fiber wire is slanted so that the photo electrode and the counter electrode are inserted into the insertion target woven fabric, the photo electrode and the counter electrode The technical gist of it is that it is inserted and woven together with a weft yarn. Thereby, by weaving the photoelectrode and the counter electrode together with the woven fiber wire, it is possible to obtain an effect that can be inserted and woven together between the woven fabrics. In addition, it is possible to obtain the effect of preventing a short circuit between the photoelectrode and the counter electrode by disposing a short-circuit prevention insulating wire between the photoelectrode and the counter electrode.
Description
본 발명은 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 직조섬유와이어와 함께 광전극 및 상대전극을 직조하여 직조물 사이에 함께 삽입 직조가능한 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, and relates to a dye-sensitized solar cell in which a photoelectrode and a counter electrode are woven together with a woven fiber wire to insert a woven electrode between the woven fabrics.
염료감응형 태양전지는 염료의 태양광 흡수능력을 이용하여 화학적 발전을 일으키는 태양전지의 일종으로, 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 상부유리기판(1)의 상부에 음극(2), 염료, 전해질(3), 상대전극(4), 도전성 투명전극(5), 실링용접착제(6) 및 하부유리기판(7)을 포함한다. 그 중 음극(2)은 나노 사이즈의 다공질막 형태로 존재하는 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 이산화주석(SnO2)과 같은 넓은 밴드갭(band gap)을 가진 n형 산화물 반도체로 구성되고, 이 표면에 단분자 층의 염료가 흡착된다. A dye-sensitized solar cell is a type of solar cell that generates chemical power by using the solar light absorbing ability of the dye. Generally, as shown in FIG. 1 , the
태양광이 태양전지에 입사되면 염료 속의 페르미 에너지(Fermi energy) 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기(Excitation)된다. 이때 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈 자리에는 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 양극인 상대전극(4)으로 이동하여 전자를 제공받게 된다. 이때 양극부의 상대전극(4)은 전해질(3) 속에 있는 이온의 산화환원 반응 촉매로 작용하여 표면에서의 산화환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.When sunlight is incident on the solar cell, electrons near the Fermi energy in the dye absorb solar energy and are excited to an unfilled upper level. At this time, the vacancy of the lower level from which the electrons escaped is filled again by providing electrons from the ions. The ions that donated electrons to the dye move to the
상기의 염료감응형 태양전지의 구성요소 중 상부 및 하부유리기판(1, 7)은 표면에 도전성 투명전극(5)이 코팅되어 있다. 도전성 투명전극(5)으로는 주로 불소가 도핑된 산화주석(F-doped SnO2, FTO)이 사용되고 있는데, 이는 FTO가 전해질(3)과의 반응성이 낮아 장시간 사용에도 안전하기 때문이다. 그러나, FTO가 코팅된 상부 및 하부유리기판(1, 7)을 사용하는 염료감응형 태양전지는 유연성이 없기 때문에 태양전지를 구부릴 필요가 있는 응용분야에서는 사용할 수 없다는 문제점이 있다.Among the components of the dye-sensitized solar cell, the upper and
따라서, 유연성이 있는 염료감응형 태양전지가 필요한 실정이며 이에 대한 종래기술로는 '대한민국특허청 공개특허공보 제10-2005-0064566호 구부림이 가능한 태양전지 및 그 제조방법'이 알려져 있다. 이러한 종래기술은 구부림이 가능한 제1전도성기판; 상기 제1전도성기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체전극; 구부림이 가능한 제2전도성기판; 상기 제2전도성기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극; 상기 반도체전극과 상기 대향전극 사이에 개재된 전해질 용액; 및 투명필름을 포함하여 구성된다. Therefore, there is a need for a dye-sensitized solar cell with flexibility, and as a prior art for this, 'a bendable solar cell and a method for manufacturing the same' is known in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2005-0064566. This prior art includes a bendable first conductive substrate; a semiconductor electrode including a nanoparticle oxide layer formed on the first conductive substrate; a second conductive substrate that is bendable; a counter electrode including a metal layer on which the second conductive substrate is formed; an electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode; and a transparent film.
그러나 상기 종래기술은 유연성은 있으나 태양전지만을 별도로 사용하도록 구성된 것으로, 일반적인 직조물을 직조하는 중에 직조물 사이에 삽입할 수 없는 구조이기 때문에 활용분야가 한정되어 있다. 또한, 나노입자 산화물층과 백금층 사이에 별도의 격리 구성요소가 없기 때문에 전해질 용액이 소진되는 경우, 또는 전해질 용액이 내부에 충진되어 있더라도 구부림에 의해 나노입자 산화물층과 백금층이 직접 접촉하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.However, although the prior art has flexibility, it is configured to use only a solar cell separately, and since it is a structure that cannot be inserted between woven fabrics while weaving a general woven fabric, the field of application is limited. In addition, when the electrolyte solution is exhausted because there is no separate isolation component between the nanoparticle oxide layer and the platinum layer, or even if the electrolyte solution is filled therein, the nanoparticle oxide layer and the platinum layer are in direct contact by bending by bending. Problems may arise.
따라서 본 발명의 목적은 직조섬유와이어와 함께 광전극 및 상대전극을 직조하여 직조물 사이에 함께 삽입 직조가능한 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dye-sensitized solar cell in which a photoelectrode and a counter electrode are woven together with a woven fiber wire and the woven electrode can be inserted between the woven fabrics.
또한 광전극과 상대전극 사이에 쇼트방지절연와이어를 배치하여 광전극과 상대전극 간의 쇼트를 방지하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode for preventing a short between the photoelectrode and the counter electrode by disposing a short-circuit prevention insulating wire between the photoelectrode and the counter electrode.
상기한 목적은, 광전극본체와, 상기 광전극본체의 일면에 형성된 광전극층을 포함하는 광전극과; 상기 광전극본체의 타면과 마주보도록 배치되는 상대전극본체와, 상기 상대전극본체에 형성된 상대전극층을 포함하는 상대전극과; 상기 광전극 및 상기 상대전극 영역에 함침되는 전해질을 포함하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 광전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 광전극과 결합된 광전극단자와; 상기 상대전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 상대전극과 결합된 상대전극단자를 포함하며, 상기 광전극 및 상기 상대전극이 삽입대상 직조물 내에 삽입되도록 직조섬유와이어를 경사로, 상기 광전극 및 상기 상대전극을 위사로 하여 함께 삽입 직조되는 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지에 의해 달성된다.The above object, the photoelectrode body, and a photoelectrode comprising a photoelectrode layer formed on one surface of the photoelectrode body; a counter electrode including a counter electrode body disposed to face the other surface of the photoelectrode body and a counter electrode layer formed on the counter electrode body; A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode comprising an electrolyte impregnated in the photoelectrode and the counter electrode region, comprising: a photoelectrode terminal coupled to the photoelectrode so that the photoelectrode is electrically connected to the outside; and a counter electrode terminal coupled to the counter electrode so that the counter electrode is electrically connected to the outside, and a woven fiber wire is slanted so that the photo electrode and the counter electrode are inserted into the insertion target woven fabric, the photo electrode and the counter electrode It is achieved by a dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode characterized in that it is inserted and woven together with a weft yarn.
여기서, 상기 광전극본체는 복수의 천공을 포함하는 금속박판이며, 상기 광전극 및 상기 상대전극의 사이에 배치되어 상기 광전극 및 상기 상대전극의 쇼트(Short)를 방지하는 쇼트방지절연와이어를 더 포함하며, 상기 쇼트방지절연와이어를 경사로 하여 직조되는 것이 바람직하다.Here, the photoelectrode body is a metal thin plate including a plurality of perforations, and is disposed between the photoelectrode and the counter electrode to further include a short-circuit prevention insulating wire to prevent a short between the photoelectrode and the counter electrode. Including, it is preferable that the short-circuit prevention insulating wire is woven with a slope.
또한, 상기 직조섬유와이어 또는 상기 쇼트방지절연와이어는, 상기 광전극이 직조된 후 상기 광전극 상부에 상기 광전극층이 열처리에 의해 형성가능하도록 열 안정 섬유와이어인 것이 바람직하다.In addition, the woven fiber wire or the short-circuit-resistant insulating wire is preferably a thermally stable fiber wire so that the photoelectrode layer can be formed by heat treatment on the photoelectrode after the photoelectrode is woven.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 직조섬유와이어와 함께 광전극 및 상대전극을 직조하여 직조물 사이에 함께 삽입 직조가능한 효과를 얻을 수 있다.According to the above-described configuration of the present invention, the photoelectrode and the counter electrode are woven together with the woven fiber wire to obtain an effect that can be inserted and woven together between the woven fabrics.
또한 광전극과 상대전극 사이에 쇼트방지절연와이어를 배치하여 광전극과 상대전극 간의 쇼트를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to obtain the effect of preventing a short circuit between the photoelectrode and the counter electrode by disposing a short-circuit prevention insulating wire between the photoelectrode and the counter electrode.
도 1은 종래기술에 따른 태양전지의 정면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 정면도이고,
도3은 본 발명에 따른 태양전지의 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 태양전지의 SEM 사진이고,
도 5는 상이한 두께의 광전극층을 가진 태양전지의 SEM 사진이고,
도 6 및 도 7은 태양전지의 에너지 변환 효율을 나타낸 그래프이다.1 is a front view of a solar cell according to the prior art;
2 is a front view of a solar cell according to an embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a solar cell according to the present invention;
4 is an SEM photograph of a solar cell according to the present invention;
5 is an SEM photograph of a solar cell having photoelectrode layers of different thicknesses;
6 and 7 are graphs showing energy conversion efficiency of a solar cell.
이하 본 발명에 따른 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 태양전지(100)는 직조물(10) 내에 삽입되는 광전극(110)과, 광전극(110)과 이격 배치되어 삽입되는 상대전극(130)과, 광전극(110) 및 상대전극(130)에 함침되는 전해질로 구성된다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the
광전극(110)과 상대전극(130)을 동일한 방향 즉 위사로 하고, 직조섬유와이어(11)를 경사로 하여 직기에 삽입 후 이를 일반적인 섬유 직조방법을 이용하여 직조물을 형성한다. 여기서 직조섬유와이어(11)는 내부에 전극(110, 130)이 삽입되는 삽입대상 직조물(10)을 이루는 섬유와이어로, 직조물(10) 내에 광전극(110)이 삽입된 이후 광전극층(111)을 형성가능하도록 열 안정 섬유와이어인 것이 바람직하다. The
이와 같이 직조섬유와이어(11)와 함께 광전극(110)과 상대전극(130)을 삽입 직조할 경우 직조물(10)을 직조하는 중 전극(110, 130)을 삽입하기 원하는 위치가 되면 광전극(110)과 상대전극(130)을 삽입하여 직조하고, 그 이후에는 다시 직조섬유와이어(11) 만을 이용해 경사 및 위사로 직조하여 직조물(10)에서 원하는 영역만 전극(110, 130)이 삽입되도록 태양전지(100)를 직조물(10)에 구성할 수 있다. 이는 본 발명의 태양전지(100)가 유연성을 가지기 때문에 가능하다.In the case of inserting and weaving the
여기서 직조섬유와이어(11)는 나일론섬유(Nylon fiber), 유리섬유(Glass fiber), 폴리벤즈옥사졸섬유(Polybenzoxazole fiber), 아라미드섬유(Arammid fiber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. Here, the
직조물(10)에 삽입되어 함께 직조되는 광전극(110)은 도전성 재료로 이루어진 광전극본체(113)와, 광전극본체(113)의 일면에 형성되는 광전극층(111)을 포함한다. 광전극본체(113)는 전해질이 용이하게 통과할 수 있도록 복수의 천공을 포함하며, 리본 또는 금속박판으로 이루어지는 것이 바람직하다.The
광전극본체(113)의 일면에 형성되는 광전극층(111)은 태양광을 받을 수 있도록 상대전극(130)과 마주보지 않고 외부방향을 향하도록 배치되어 직조된다. 광전극층(110)은 광전극본체(113)에 미리 형성된 후 삽입 직조될 수 있지만, 경우에 따라서 광전극본체(113)를 직조물(10)에 직조한 후 광전극본체(113)의 상부에 광전극층(111)을 형성시킬 수도 있다. 이러한 광전극층(111)은 페이스트(Paste) 도포, 전해도금, 닥터블레이드(Doctor blade), 스크린프린팅(Screen printing) 또는 진공증착 방법을 통해 형성되는 것이 바람직하다.The
또한 도전성 재료로 이루어지는 광전극본체(113)는 티타늄(Ti), 스테인레스 스틸(Stainless steel) 등과 같은 금속이 바람직하며, 광전극층(111)은 이산화티타늄(TiO2)이 바람직하나 이는 한정되지 않는다.In addition, the
광전극층(111)이 형성되지 않은 광전극본체(113)의 타면과 마주보도록 상대전극(130)이 직조된다. 상대전극(130)은 상대전극본체(133)와, 상대전극본체(133)에 형성된 상대전극층(131)을 포함한다. 상대전극본체(133)는 광전극본체(113)와 달리 와이어(Wire), 얀(Yarn), 리본(Ribbon) 또는 박판(Sheet) 형상 등과 같이 형상이 제한적이지 않고 원하는 형상으로 직조가능하다. 또한 상대전극본체(133)는 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag), 스테인레스 스틸(Stainless steel), 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconel), 스텔라이트(Stellite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 이용하여 제조된다.The
상대전극층(131)의 경우 광전극층(111)과 같이 일면에 형성될 수 있지만 상대전극본체(133)의 전면을 둘러싸도록 형성하여도 무방하다. 이러한 상대전극층(131)은 백금(Pt), 카본나노튜브(Carbon nano tube, CNT) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용한다.The
광전극(110)과 상대전극(130)을 동일한 방향으로 삽입 직조할 때, 경우에 따라서 광전극(110)과 상대전극(130) 간에 쇼트(Short)가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 광전극(110)과 상대전극(130) 사이에 배치되어 광전극(110)과 상대전극(130)의 쇼트를 방지하는 쇼트방지절연와이어(150)를 더 포함할 수 있다. 이때 쇼트방지절연와이어(150)는 직조섬유와이어(11)와 같이 경사로 하고, 광전극(110) 및 상대전극(130)을 위사로 하여 삽입 직조하는 것이 바람직하다. 쇼트방지절연와이어(150)는 절연가능한 와이어면 어느 것이든 가능하지만, 직조섬유와이어(11)와 같이 나일론섬유(Nylon fiber), 유리섬유(Glass fiber), 폴리벤즈옥사졸섬유(Polybenzoxazole fiber), 아라미드섬유(Arammid fiber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다. When the
이와 같이 쇼트방지절연와이어(150)가 광전극(130)과 상대전극(150) 사이에 배치될 경우 직조물(10)을 구부림, 휨과 같은 압력을 가하거나 전해질이 외부로 빠져나가 전해질의 양이 부족해지더라도 광전극(110)과 상대전극(130) 간의 쇼트를 방지할 수 있다.In this way, when the short-circuit-
광전극(110) 및 상대전극(130) 간의 전자이동이 가능하도록 광전극(110) 및 상대전극(130) 영역에 전해질이 함침된다. 전해질은 아세토니트릴(Acetonitrile)이 가장 바람직하나, 이 이외에도 일반적으로 태양전지에 사용되는 전해질이면 제한없이 사용 가능하다. 이러한 전해질이 외부로 누수되는 것을 방지하기 위해 광전극(110) 및 상대전극(130)의 외표면에 코팅필름을 코팅한다. 여기서 코팅필름은 직조물의 유연성을 해치지 않도록 유연하면서도 전해질이 통과하지 않은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.Electrolyte is impregnated into regions of the
이와 같이 광전극(110)과 상대전극(130)이 직조물(10) 내에 삽입되면, 광전극(110)이 외부와 전기적으로 연결되도록 광전극(110)과 결합된 광전극단자(170)와, 상대전극(130)이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 상대전극(130)과 결합된 상대전극단자(190)를 직조물(10) 내에 삽입한다. 경우에 따라서 직조물(10)을 직조할 때 광전극단자(170)와 상대전극단자(190)를 함께 삽입하여 직조할 수도 있다.As such, when the
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.
<실시예><Example>
광전극으로 8mm×3mm 스테인레스 스틸(Stainless steel 304, Tech-Etch microEtch®), 상대전극으로 탄소 섬유 필라멘트(Carbon fiber filaments, Hyosung®)를 준비하여 각각을 위사로 배치시켰다. 여기에 투명 나일론 와이어(Nylon wire, D450 1/2, Hyunmin Fiber)를 광전극과 상대전극 사이에 경사로 배치하여 직조틀을 이용하여 이들을 직조하였다.8mm × 3mm stainless steel (Stainless steel 304, Tech-Etch microEtch ® ) as a photoelectrode and carbon fiber filaments (Hyosung ® ) as a counter electrode were prepared, and each was placed as a weft thread. Here, a transparent nylon wire (Nylon wire,
이때, 광전극은 아세톤(Acetone), 에탄올(Ethanol) 및 정제수(D.I water)에 침지시키고 초음파기(Sonication)를 이용하여 세척하고 이를 질소 가스 하에서 건조시켰다. 세척 후 광전극 표면을 480℃에서 1시간 동안 공기 하에서 산화시켰다. 표면 산화 후 20nm의 나노입자를 포함하는 TiO2 페이스트(Paste)를 스크린 프린팅(Screen printing, 200mesh, stainless steel) 공정을 이용하여 광전극 표면에 증착하고, 480℃에서 1시간 동안 공기 하에서 가열하였다.At this time, the photoelectrode was immersed in acetone, ethanol and purified water (DI water), washed using a sonication, and dried under nitrogen gas. After washing, the photoelectrode surface was oxidized under air at 480°C for 1 hour. After surface oxidation, TiO 2 paste containing nanoparticles of 20 nm was deposited on the surface of the photoelectrode using a screen printing (200mesh, stainless steel) process, and heated at 480° C. under air for 1 hour.
상대전극은 광전극과 동일한 방법으로 세척 및 건조하여 탄소 섬유 필라멘트 표면의 불순물을 제거하였다. 그 후 탄소 섬유 필라멘트를 20mM H2PtCl6 ·H2O 수용액(Sigma aldrich)에 침지시키고 400℃에서 30분간 공기 하에서 수용액을 가열하여 탄소 섬유 필라멘트의 표면에 백금입자를 증착시켰다.The counter electrode was washed and dried in the same way as the photoelectrode to remove impurities on the surface of the carbon fiber filament. Thereafter, the carbon fiber filaments were immersed in 20 mM H 2 PtCl 6 · H 2 O aqueous solution (Sigma aldrich), and the aqueous solution was heated at 400° C. for 30 minutes under air to deposit platinum particles on the surface of the carbon fiber filaments.
이와 같이 광전극 및 상대전극을 처리한 후 직기(Handy loom)를 통해 광전극, 상대전극 및 쇼트방지절연와이어를 직조하여 직조체를 제조하였다. 이러한 직조체를 N719 염료(Solaronix)를 포함하는 에탄올 용액에 실온에서 20시간 동안 침지시킨다. 그 후 직조체에 아세토니트릴계(Acetonitrile) 전해질(Solarnix, Iodolyte-AN50)을 주입하여 태양전지를 제조하였다. 이와 같은 방법을 통해 전극이 삽입 직조된 태양전지는 도 4에 도시된 SEM 사진을 통해 확인할 수 있다.After processing the photoelectrode and the counter electrode in this way, the photoelectrode, the counter electrode, and the short-circuit-proof insulating wire were weaved through a loom to prepare a woven body. This woven body was immersed in an ethanol solution containing N719 dye (Solaronix) at room temperature for 20 hours. Then, an acetonitrile-based electrolyte (Solarnix, Iodolyte-AN50) was injected into the woven body to manufacture a solar cell. The solar cell in which the electrode is inserted and woven through this method can be confirmed through the SEM photograph shown in FIG. 4 .
이산화티타늄(TiO2)으로 이루어진 광전극층의 두께에 따른 효과를 확인하는 실험을 위해 상대전극은 10mm×5mm 사이즈의 3M 테이프를 FTO 유리에 마스킹(Masking)하고, 이를 400℃에서 30분 동안 공기 하에서 20mM H2PtCl6 ·H2O 수용액에 침지시켜 증착하였다. 광전극과 상대전극 사이의 전기적 쇼트를 방지하고 전해액을 유지하기 위해 한지(Hanji)를 스페이서(Spacer)로 사용하였다. For an experiment to confirm the effect according to the thickness of the photoelectrode layer made of titanium dioxide (TiO 2 ), the counter electrode was masked with a 10mm×5mm size 3M tape on FTO glass, and this was under air at 400°C for 30 minutes. Deposited by immersion in 20mM H 2 PtCl 6 · H 2 O aqueous solution. In order to prevent an electrical short between the photoelectrode and the counter electrode and to maintain the electrolyte, Hanji was used as a spacer.
광전극층의 표면은 FE-SEM(Field-emission scanning electron microscopy)을 통해 관찰하였으며, 에너지 변환 효율은 솔라 시뮬레이터(Solar simulator, Abet Technologies, model Sun 2000, 1000 W Xe source, Keithley 2400 source meter)를 이용하여 확인하였다.The surface of the photoelectrode layer was observed through FE-SEM (Field-emission scanning electron microscopy), and the energy conversion efficiency was measured using a solar simulator (Solar simulator, Abet Technologies, model Sun 2000, 1000 W Xe source, Keithley 2400 source meter). to confirm.
도 5와 같이 광전극층을 각각 1.7㎛, 4.7㎛ 및 8.0㎛로 형성하여 에너지 변환 효율을 측정한 것으로, 도 6 및 도 7과 같이 4.7㎛일 경우 에너지 변환 효율이 가장 좋았다. 두께가 두꺼워질수록 광전극층에 생성되는 전자의 양이 증가하나 그 만큼 외부로 빠져나와 전해질 내로 세어나가게 된다. 따라서 전해질 내로 세어나가는 양이 가장 적으면서 광전극층에서 생성되는 양이 가장 많은 4.7㎛의 광전극층이 에너지 변환 효율이 가장 좋은 것으로 확인된다.
As shown in FIG. 5 , the energy conversion efficiency was measured by forming the photoelectrode layer to be 1.7 μm, 4.7 μm, and 8.0 μm, respectively. As shown in FIGS. 6 and 7 , the energy conversion efficiency was the best when the thickness was 4.7 μm. As the thickness increases, the amount of electrons generated in the photoelectrode layer increases, but the amount of electrons escapes to the outside and flows into the electrolyte. Therefore, it is confirmed that the energy conversion efficiency of the photoelectrode layer of 4.7 μm, which has the smallest amount of leakage into the electrolyte and the largest amount generated from the photoelectrode layer, has the best energy conversion efficiency.
이와 같이 쇼트방지절연와이어를 광전극과 상대전극 사이에 배치하여 이를 직조대상 와이어와 함께 직조하게 되면, 태양전지가 유연성을 가지기 때문에 직조물에 용이하게 직조 가능하며 직조물 내의 원하는 위치에 태양전지를 직조할 수 있다. 직조물에서 원하는 위치에 태양전지를 직조가능하게 되면 다양한 영역에 태양전지를 적용할 수 있게 된다. 또한 광전극과 상대전극 사이에 쇼트방지절연와이어를 배치하기 때문에 태양전지를 구부리는 등 외부에 압력을 가하더라도 광전극과 상대전극 간의 쇼트를 방지할 수 있다.In this way, when a short-circuit-resistant insulating wire is placed between the photoelectrode and the counter electrode and weaved with the wire to be woven, the solar cell has flexibility, so it can be easily woven into the woven fabric, and the solar cell can be woven at the desired position in the woven fabric. can If it is possible to weave a solar cell at a desired position in a woven fabric, the solar cell can be applied to various areas. In addition, since the short-circuit prevention insulating wire is disposed between the photoelectrode and the counter electrode, short circuit between the photoelectrode and the counter electrode can be prevented even when external pressure is applied such as bending the solar cell.
10: 직조물
11: 직조섬유와이어
100: 염료감응형 태양전지
110: 광전극
111: 광전극층
113: 광전극본체
130: 상대전극
131: 상대전극층
133: 상대전극본체
150: 쇼트방지절연와이어
170: 광전극단자
190: 상대전극단자10: weave
11: Woven fiber wire
100: dye-sensitized solar cell
110: photoelectrode
111: photoelectrode layer
113: photoelectrode body
130: counter electrode
131: counter electrode layer
133: counter electrode body
150: short circuit insulation wire
170: photoelectrode terminal
190: counter electrode terminal
Claims (9)
상기 광전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 광전극과 결합된 광전극단자;와
상기 상대전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 상기 상대전극과 결합된 상대전극단자;와
상기 광전극 및 상기 상대전극의 사이에 배치되어 상기 광전극 및 상기 상대전극의 쇼트(Short)를 방지하는 쇼트방지절연와이어;를 더 포함하며,
상기 광전극 및 상기 상대전극이 삽입대상 직조물 내에 삽입되도록 직조섬유와이어 및 상기 쇼트방지절연와이어를 경사로, 상기 광전극 및 상기 상대전극을 위사로 하여 함께 삽입 직조되는 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.A photoelectrode comprising a photoelectrode body and a photoelectrode layer formed on one surface of the photoelectrode body; a counter electrode body disposed to face the other surface of the photoelectrode body; and a counter electrode layer formed on the counter electrode body In the dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode comprising an electrode; and an electrolyte provided between the photoelectrode and the counter electrode,
a photoelectrode terminal coupled to the photoelectrode so that the photoelectrode is electrically connected to the outside; and
a counter electrode terminal coupled to the counter electrode so that the counter electrode is electrically connected to the outside; and
It further includes; a short-circuit prevention insulating wire disposed between the photoelectrode and the counter electrode to prevent a short between the photoelectrode and the counter electrode,
Dye capable of inserting an electrode, characterized in that the photoelectrode and the counter electrode are inserted and woven together by using the woven fiber wire and the short-circuit-proof insulating wire as a warp and the photoelectrode and the counter electrode as a weft so that the photoelectrode and the counter electrode are inserted into the fabric to be inserted. Sensitive solar cell.
상기 광전극본체는 복수의 천공을 포함하는 금속박판인 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The photoelectrode body is a dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, characterized in that the metal thin plate including a plurality of perforations.
상기 직조섬유와이어 또는 상기 쇼트방지절연와이어는,
나일론섬유(Nylon fiber), 유리섬유(Glass fiber), 폴리벤즈옥사졸섬유(Polybenzoxazole fiber), 아라미드섬유(Arammid fiber) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The woven fiber wire or the short-circuit-resistant insulating wire is,
A dye-sensitized embodiment capable of inserting an electrode, characterized in that it is selected from the group consisting of nylon fiber, glass fiber, polybenzoxazole fiber, aramid fiber, and mixtures thereof battery.
상기 직조섬유와이어 또는 상기 쇼트방지절연와이어는,
상기 광전극이 직조된 후 상기 광전극 상부에 상기 광전극층의 열처리에 의해 형성가능한 열 안정 섬유와이어인 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The woven fiber wire or the short-circuit-resistant insulating wire is,
A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, characterized in that it is a heat-stable fiber wire that can be formed by heat treatment of the photoelectrode layer on the photoelectrode after the photoelectrode is woven.
상기 광전극 및 상기 상대전극의 외표면에 코팅되어 상기 전해질의 누수를 방지하는 코팅필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, characterized in that it further comprises a coating film coated on the outer surfaces of the photoelectrode and the counter electrode to prevent leakage of the electrolyte.
상기 광전극본체는,
티타늄(Ti), 스테인레스 스틸(Stainless steel) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 광전극층은,
이산화티타늄(TiO2)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The photoelectrode body,
It is selected from the group consisting of titanium (Ti), stainless steel and mixtures thereof,
The photoelectrode layer,
A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, characterized in that it is made of titanium dioxide (TiO 2 ).
상기 상대전극본체는,
와이어(Wire), 얀(Yarn), 리본(Ribbon) 또는 박판(Sheet) 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The counter electrode body,
A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, characterized in that it is formed in a wire, yarn, ribbon or sheet shape.
상기 상대전극본체는,
카본(C), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag), 스테인레스 스틸(Stainless steel), 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconel), 스텔라이트(Stellite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 상대전극은,
백금(Pt), 카본나노튜브(Carbon nano tube, CNT) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지.The method of claim 1,
The counter electrode body,
Carbon (C), titanium (Ti), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), silver (Ag), stainless steel, Hastelloy, Inconel ( Inconel), Stellite (Stellite) and selected from the group consisting of mixtures thereof,
The counter electrode is
A dye-sensitized solar cell capable of inserting an electrode, characterized in that it is selected from the group consisting of platinum (Pt), carbon nanotube (CNT), and mixtures thereof.
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