KR102442755B1 - 태양광변환 발광 소재 및 이를 포함하는 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효율이 향상된 태양광 변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은, 수산화알루미늄 전구체; 및 아로마틱 링 화합물 또는 이것을 포함하는 유도체;를 포함하는 태양광변환 소재를 제공한다.

Description

태양광변환 발광 소재 및 이를 포함하는 태양전지{Solar energy converting materials and Solar cell comprising the same}
본 발명은 효율이 향상된 태양광변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
가장 일반적으로 상용화되어 있는 태양전지는 실리콘 단일 소재로 제조된 것으로, 자연 태양광 스펙트럼과 실리콘 단일 물질의 밴드갭(band gap)의 불일치에 의해 약 30%의 빛을 사용하지 못하고 있다. 즉, 자연 태양광 스펙트럼은 자외선부터 적외선 파장영역까지 넓은 분포(280~2500nm, 0.5~4.4 eV)를 갖는 반면, 데, 이에 비해 실리콘 태양전지는 자외선 및 가시광선 파장 영역의 일부 파장만 흡수할 수 있다.
최근 이를 보완하여 자연 태양광과 실리콘 태양전지의 광전변환 효율을 향상시키기 위해 태양광변환 소재(solar spectral converter)를 이용하는 연구가 제안되고 있다. (Chem.Soc.Rev., 2013, 42, 173) 즉, 실리콘의 태양광 흡수가 부족한 자외선 영역이나 실리콘 밴드갭 보다 작은 에너지의 적외선 영역의 빛을 실리콘이 흡수를 잘 할 수 있는 가시광선 영역으로 변환시켜주는 태양광변환 소재를 실리콘 태양전지에 도입하는 것이다.
Wang, Fengyou, et al., Boosting spectral response of multi-crystalline Si solar cells with Mn2+ doped CsPbCl3 quantum dots downconverter 에 따르면, Manganese가 doping 된 CsPbCl3를 multi crystalline-Si solar cells에 도입할 경우, downconverter로서 더 많은 태양광을 확보할 수 있어 효율을 EQE 측정값 6.2% 올릴 수 있다고 하였다. 이 소재는 perovskite 소재로서, 납을 사용함으로써 인체에 유해하다는 특성을 가지고 있을뿐더러, 자외선 내구성과 수분에 취약하다는 단점을 가지고 있다.
Fix, T. et al., Enhancement of silicon solar cells by downshifting with Eu and Tb coordination complexes 에서는, 란탄계열 원소를 dopant로 사용한 CIGS 물질을 EVA에 도입하여 c-Si cell 의 효율을 8% (EQE 측정) 올렸다고 하였다. 해당 논문에서는 mono cell에 8%의 효율을 올렸지만, CIGS라는 값비싼 converter를 사용하였고 이 때문에 아직 상용화되기 어렵다는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 태양전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 저가의 아로마틱 링 기반 태양광 변환 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전변환율이 우수한 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 1-피렌카르복실산(1-pyrenecarboxylic acid)이 anchoring된 수산화알루미늄 전구체를 포함하는 태양광변환 소재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본 발명에 따른 태양광 변환 소재를 포함하는 태양전지를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광변환 소재는 태양전지에 적용하는 경우, 하향변환 효과로 인한 출력량 상승과 함께 자외선 차단에 의한 태양전지의 내구성을 향상시킬 수 있어 태양전지의 발전단가를 낮추고 장기 출력을 보장할 수 있다.
또한, 상기 소재가 코팅된 소자 혹은 소재가 도입된 봉지재의 형태로 태양전지의 계면에 위치하는 경우 비반사 코팅 효과에 의한 광생성 전류 증가, 모듈의 강화 유리에서 발생하는 Na+ 이온 포집에 의한 태양광 모듈의 anti-PID(potential induced degradation) 효과 및 자외선 차단 및 방열 특성에 의한 anti-LeTID (light and elevated temperature induced degradation) 효과를 기대할 수도 있다.
또한, 선행기술과는 달리, one-pot 합성 방법을 사용함으로써 합성의 편리성을 얻었고, 저가의 light harvesting 소재를 만들 수 있다는 차이점을 가진다. 또한, 광전변환 효율이 높은 mono-crystalline Si cell에서도 높은 효율을 나타낸다.
도 1은 제조예 1에 따라 제조된 태양 전지의 발광능력을 UV lamp로 비추어 나타낸 사진이다.
도 2a 내지 2e는 각각 비교제조예 1 내지 4 및 제조예 1에 따라 제조된 태양전지의 파장 Shift 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 3b는 실시예 1의 태양전지 도입에 따른 소자의 EQE 그래프와 UV 쪽에서 효율 상승을 더 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 3c 및 3d는 비교실시예 1의 태양전비 도입에 따른 소자의 EQE 그래프와 UV 쪽에서 효율 상승을 더 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 제조예 1과 비교제조예 4에 대한 FTIR 분석을 한 그래프이다.
도 5는 실시예 3과 비교실시예 3의 자외선 노출에 따른 투과도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 1-피렌카르복실산(1-pyrenecarboxylic acid)이 anchoring된 수산화알루미늄 전구체를 포함하는태양광변환 소재를 제공한다.
여기서 1-피렌카르복실산이 anchoring된 수산화알루미늄 전구체란 단순히 1-피렌카르복실산과 수산화알루미늄 전구체를 단순한 stirring을 이용하여 물리적으로 결합시키는 것이 아니라 열분해 합성을 거쳐 anchoring되는 것으로, FTIR분석을 진행할 때, -OH 피크가 C=O 피크에 비하여 강하게 나타나는 경우 anchoring되었다고 정의한다.
1-피렌카르복실산이 수산화알루미늄 전구체와 단순히 혼합된 것에 비하여 태양전지의 효율이 매우 높아진다.
태양광변환 소재는 광변환 방법에 따라 하향변환과 상향변환으로 크게 두 가지로 나뉜다.
먼저, 하향변환(down-conversion)은 실리콘 밴드갭 보다 높은 에너지를 갖는 단파장(예를 들면 자외선)의 광자(photon) 하나를 흡수하여 실리콘이 흡수를 잘 할 수 있는, 낮은 에너지를 갖는 장파장 영역의 하나의 광자로 변환시켜주는 down-shifting과, 흡수한 파장의 2배 이상 장파장의 낮은 에너지 영역에서 두 개 이상의 광자들로 변환시켜주는 quantum-cutting으로 나뉜다.
이와 반대로 실리콘의 밴드갭 보다 에너지가 작아서 실리콘에 흡수되지 못하고 투과되는 적외선 영역의 두 개의 광자를 흡수하여 실리콘에서 흡수가 용이한 높은 가시광선 영역의 하나의 광자로 변환시켜 주는 기술을 상향변환(up-conversion)이라 한다.
본 발명은 저가의 발광성 수산화알루미늄을 포함하는 효율이 향상된 태양광변환 소재 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것으로, 이 소재를 태양전지에 코팅하여 소자를 만들거나 혹은 태양전지와 태양광이 입사하는 전면의 봉지재 계면에 위치시켜 하향변환, 비반사 코팅 효과 및 내구성 향상을 유도하여 단락전류 증가에 따른 광전변환 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
특히, 아로마틱 링 화합물 또는 이의 유도체; 란탄계 이온; 및 업컨버터 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 anchoring하는 화합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 업컨버터 물질은 예를 들어, GaAs 혹은 rare earth ions 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 전구체는 알루미늄모노아세테이트, 알루미늄트리아세테이트, 알루미늄디아세테이트, 알루미늄트리에틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 알루미늄알콕사이드, 디에틸알루미늄클로라이드, 알루미늄설페이트, 알루미늄시아나이드, 알루미늄니트리트, 알루미늄 카보네이트, 알루미늄설피트, 알루미늄하이드록사이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄클로레이트, 알루미늄설파이드, 알루미늄 크로메이트, 알루미늄트리클로라이드, 알루미늄퍼클로레이트, 알루미늄니트레이트, 알루미늄퍼망가네이트, 알루미늄하이드로겐카보네이트, 알루미늄포스페이트, 알루미늄옥살레이트, 알루미늄하이드로겐포스페이트, 알루미늄티오설페이트, 알루미늄 클로리트, 알루미늄하이드로겐설페이트, 알루미늄디크로메이트, 알루미늄브로마이드, 알루미늄하이포클로리트, 알루미늄클로라이드헥사하이드레이트, 알루미늄 디하이드로겐포스페이트, 알루미늄포스피트, 알루미늄포타슘설페이트도데카 하이드레이트, 알루미늄브로메이트, 알루미늄니트라이드 또는 이들의 유도체 중의 어느 하나 및 이들의 유도체 중 어느 하나이다.
상기 태양광 변환 소재는 Al(OH)3, AlOOH, 5Al2O3·2H2O, Al2O3 등의 구조를 포함할 수 있고, 본 발명에서는 상기 구조를 이하 aluminum hydroxide, AlOH 또는 수산화알루미늄이라 표기 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체를 적절히 첨가하는 경우 수산화알루미늄에 anchoring 되어 수산화알루미늄의 트랩 상태(trap state)가 변화될 수도 있으며, 발광파장의 위치도 그에 의존하여 조절된다.
또한 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체에서 흡수한 빛이 trap emission 보다 높은 에너지에 위치하는 경우에는 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체에서 수산화알루미늄의 트랩 상태로 에너지 전이(energy transfer)가 가능하다. 이 경우 추가적인 에너지 전이에 의해 발광성 수산화알루미늄의 발광 세기가 증폭하게 된다. 즉, 아로마틱 링 화합물 및 그것의 유도체가 자외선 파장영역의 빛을 포획하여 수산화알루미늄에 전달해주는 안테나 역할을 하게 되는 것이다.
따라서, 수산화알루미늄만을 소재로 사용하는 경우보다 이에 1-피렌카르복실산 조합을 anchoring하는 경우에 효과적인 자외선 흡수량 증가 및 보다 강한 가시광선 및 근적외선 발광을 구현하여 하향변환을 유도하고, 광전 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 트랩 상태 위치가 낮아짐으로써 발광파장이 보다 장파장으로 이동하여 흡수 파장과 발광 파장의 차이인 Stokes shift가 커져 소재에서 방출되는 빛의 재흡수(reabsorption)를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물은 방향족 탄화수소, 고리를 만드는 탄소 원자의 일부가 산소, 질소, 또는 황 원자로 치환된 방향족 헤테로 고리화합물, 또는 상기 방향족 탄화수소 및 방향족 헤테로 고리화합물 분자 중 수소의 일부를 작용기로 치환한 유도체 중 어느 하나 이상이 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아로마틱 링 화합물은, 푸란, 벤즈벤조푸란, 이소벤즈벤조푸란, 피롤, 인돌, 이소인돌, 티오펜, 벤즈벤조티오펜, 벤즈벤조티오펜, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 피라졸, 인다졸, 옥사졸, 벤즈옥사졸벤족사졸, 옥사졸이속사졸, 벤즈옥사졸이속사졸, 티아졸, 벤즈벤조티아졸, 벤즈벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리딘, 퀴녹살린, 아크리딘, 피리미딘, 퀴나졸린, 피리다진, 신놀린, 프탈라진, 1,2,3-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,3,5-트리아진 및 그의 유도체 중의 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
상기 아로마틱 링에 1-피렌카르복실산이 조합된 소재에 근적외선 발광이 가능한 란탄계 이온을 추가 도입하여, 자외선 흡수 및 가시광선, 근적외선 동시 발광이 가능하여 가시광선과 근적외선 파장 영역에서 뛰어난 발전효율을 갖는 고효율 태양전지에 적용하는 경우 보다 높은 광전변환율을 구현할 수 있다.
또한, 발광성 수산화 알루미늄에 1-피렌카르복실산이 조합된 소재에 Er3+ doped NaYF4, Tm3+ doped NaYF4, 또는 Ho3+ NaYF4 등과 같은 업컨버터 물질을 첨가하여 태양전지가 높은 에너지의 단파장대 자연 태양광뿐만 아니라 낮은 에너지의 장파장대 자연 태양광까지 흡수하여 downconversion + upconversion을 통해 광전효율을 보다 높일 수 있다.
상기 태양광 변환 소재는 수열(hydrothermal), 졸-젤(sol-gel), 열분해(thermal decomposition) 합성 방법 등을 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명에서는 열분해 합성방법을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 이에 국한되지는 않는다.
상기의 열분해 합성방법으로 발광성 수산화알루미늄을 합성하는 경우에는, 상기 알루미늄 전구체의 열분해 온도보다 높은 끓는점을 갖는 물질을 용매로 활용할 수 있다. 예를 들어 헥사데실아민(hexadecylamine), 1-에이코센(1-eicosene), 1-옥타데센(1-octadecene), 도코산(docosane), 페닐에테르(phenyl ether), 벤질에테르(benzyl ether), 옥틸에테르(octyl ether), 올레산(oleic acid), 올레이라민 (oleylamine), 폴리아이소부틸렌 (polyisobutylene) 등 200oC 이상의 높은 끓는 점을 갖는 물질을 용매로 활용한다.
상기 용매는 용매로 작용할 수도 있고 탄소, 카르보닐 라디칼 (carbonyl radical), 옥살릭 포스포릭 (oxalic phosphoric) 라디칼, 황산 (sulfuric acid) 등의 불순물을 제공하여 발광특성을 조절하거나 발광성능을 추가적으로 개선하는 역할을 할 수도 있다.
열분해 합성 단계에서 1-피렌카르복실산을 첨가하면 발광성 수산화알루미늄의 흡수, 발광 증가 및 큰 Stoke's shift 등을 유도할 수 있다.
상기 알루미늄 전구체 중 하나 이상을 아로마틱 링 화합물 및 그 유도체들 중 하나를 상기 용매에 분산시킨 후 알루미늄 전구체의 열분해 온도에서 반응한다. 반응이 종결되면 생성물을 분리 및 정제하여 최종 발광성 수산화알루미늄(태양광변환 소재)을 얻을 수 있다. 1-피렌카르복실산의 경우, 알루미늄 전구체와 함께 시작 단계에 넣어 합성을 진행하여도 되고, 수산화알루미늄 합성 후에 추가로 넣어주어 합성을 진행하여 소재를 얻어도 된다.
열분해 합성에 의해 생성된 수산화알루미늄이 발광특성을 나타내는 원인은 금속 산화물 내의 결함(defects)로부터 나타나는 trap state emission이다. Trap state emission은 소재의 결함이 존재할 때 바닥 상태(ground state) 와 여기 상태 (excited state) 사이에 또 다른 에너지 준위인 트랩 상태가 형성되고, 외부 에너지에 의해 바닥상태에서 여기상태로 전이된 전자는 결함으로 인해 생성된 더 낮은 에너지 준위로 안정화되어 이동하게 되며, 최종 바닥상태로 전이되면서 빛을 방출하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재의 입자 크기는 500㎛ 이하가 바람직한 것으로 판단된다.
태양광변환 소재는 태양전지의 전면부에 위치하기 때문에 태양전지로 입사하는 태양광의 파장보다 크기가 작은 입자가 유리하다. 만약 태양광의 파장과 유사하거나 큰 입자 크기를 갖는다면, 입사하는 태양광이 산란 또는 반사되어 전체 태양전지의 효율이 오히려 감소할 수도 있다. 따라서 상기 태양광변환 소재의 입자 크기는 0.1nm 이상 ~500 μm 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 10㎛인 것이 바람직하다.
상기 태양광변환 소재를 실리콘 태양전지에 적용하기 위해서는 자외선 파장 영역에서 흡수가 있고, 가시광선 파장 영역에서 발광 특성이 있어야 한다. 구체적으로 흡수 파장 영역은 300~480nm에서 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 발광 파장 영역은 450~1200nm에서 형성되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 의하면, 상기 태양광변환 소재를 도입한 봉지재는 광투과성 수지에 분산된 두께 100㎛ 이하의 필름 형태인 것이 바람직하다.
특히, 태양광변환 소재는 흡수 파장과 발광 파장 영역이 중첩되지 않는 것이 바람직하며, Stokes shift가 큰 소재가 유리하다. 그 이유는 흡수 파장과 발광 파장이 중첩되는 경우 소재에서 방출되는 빛을 다시 흡수하는 재흡수가 손실로 작용하기 때문이다.
상기 제조된 발광성 수산화알루미늄은 전구체, 용매, 불순물 또는 열분해 반응 온도, 시간 등의 변수에 따라 다공성을 갖도록 합성할 수 있는데, 다공성을 갖는 경우 표면적이 증가하여 태양광 모듈의 내습, 내열 등의 내구성이 향상될 수 있다.
태양광변환 소재, 특히 하향변환 소재에서 요구되는 특성으로는 높은 발광효율, 높은 흡광계수, 높은 광 안전성, 자외선 흡수, 가시광선 파장 이하 발광 및 큰 Stoke's shift (최대 흡수 파장과 최대 발광 파장 간 파장 차이 (Δλ=λem-λab) 등이 있다.
하향변환 소재를 태양전지에 적용하기 위해서는 상기 요구특성들을 적절하게 충족시켜야 하며, 그렇지 않은 경우 오히려 태양전지의 효율이 감소할 수도 있다. 예를 들어, 낮은 발광효율 소재를 태양전지 전면부에 도입하는 경우 태양광을 흡수는 하되 가시광선으로 변환시켜 주지 못하므로, 태양전지의 태양광 흡수를 오히려 방해할 수도 있다.
또한, 낮은 흡광계수를 갖는 소재는 발광효율이 높더라도 흡수효율 자체가 낮아 하향변환 효과를 기대하기 어렵다. 자외선 파장영역 보다 낮은 가시광선 파장영역에서 흡수가 있는 소재의 경우, 상용화된 실리콘 태양전지는 이미 가시광선 파장영역에서 광전변환 효율이 90% 수준으로 높기 때문에 추가적인 하향변환 효과를 기대할 수 없다. 더욱이 작은 Stoke's shift를 갖는 소재는 흡수 파장과 발광 파장의 중첩도가 커서 방출된 빛의 재흡수(reabsorption)에 의한 손실이 있을 수 있어 효과적인 하향변환 효과를 기대하기 어렵다.
한편, quantum-cutting을 유도하는 경우 태양전지가 흡수할 수 없는 단파장의 광자를 태양전지의 변환 효율이 높은 장파장의 광자 두 개 이상으로 방출되어 태양전지의 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따라 제조된 태양광변환 소재가 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 우수한 태양광변환 소재인 것을 입증하기 위하여 도면을 참조로 하여 설명한다.
도 2는 이렇게 제조한 발광성 수산화알루미늄 복합체의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 2a는 수산화알루미늄에 전구체에 1-피렌카르복실산이 아닌 Fluorene-9-carboxylic acid를 dopant로 사용하여 합성한 소재의 발광 스펙트럼이다. 1-피렌카르복실산과 같이 carboxylic acid라는 antenna는 가지고 있지만, 아로마틱 링의 계수를 달리하여 합성한 화합물로서 460nm에서 좁게 발광 피크가 보이는 것을 확인할 수 있다. 도 2b는 수산화 알루미늄에 피렌을 첨가한 화합물의 발광 스펙트럼으로서, 피렌은 1-피렌카르복실산과 같이 4개의 아로마틱 링을 보유하지만, carboxylic acid antenna가 없는 형태로, 400nm와 470nm에서 발광 특성 피크를 나타낸다. 도 2c는 수산화알루미늄 단독(AlOH)의 발광 스펙트럼으로 390nm, 450nm에서 발광 특성 피크를 나타낸다. 도 2d의 결과로부터 열분해 합성단계에서 아로마틱 링 화합물을 도입하는 경우 자외선 영역의 흡수가 향상되고, 최대 흡수 파장과 발광 파장 간 차이가 더욱 증가함으로써 재흡수에 의한 손실을 최소화할 수 있다. 도 2e는 본 발명에서 주장하는 수산화알루미늄 전구체에 1-피렌카르복실산이 anchoring 된 발광 소재의 스펙트럼이다.
아로마틱 링 화합물 및 그의 유도체 첨가에 의한 발광성 수산화알루미늄의 발광 특성 변화 및 아로마틱 링 화합물 및 그의 유도체에 의한 태양전지의 효율 향상은 EQE (External Quantum Yield) 측정을 통해 보다 명확하게 이해할 수 있다.
도 3a와 3b는 수산화알루미늄에 1-피렌카르복실산을 넣은 화합물의 EQE로서, 기존 코팅이 되지 않은 bare cell에 비해 상기 소재를 코팅한 cell의 경유 자외선 파장대에서 효율이 오른 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 태양전지를 구성하는 소재의 종류와 크기는 이에 국한되지 않으며, 예를 들면, 본 발명은 유기태양전지(organic photovoltaic cells, OPV), 셀렌화구리인듐갈륨(copper indium gallium selenide, CIGS), CdTe (cadmium telluride), Perovskite 등의 반도체 기반 태양전지, 실리콘 기반 태양전지, 및 반도체-실리콘 탠덤(tandem) 구조 기반 태양전지 등 소재의 종류와 무관하게 적용 가능하며, 태양전지의 광전변환 효율 향상을 특징으로 하는 태양전지에 관한 것이다.
다만, 설명을 위하여, 6 인치(inch) 단결정 실리콘 태양전지를 이용하여 설명하였다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 이 소재를 태양전지에 코팅하여 소자를 만들거나 혹은 태양전지와 태양광이 입사하는 전면의 봉지재 계면 사이에 태양광변환 소재가 위치한 태양전지에 있어서, 본 발명에 따른 상기 태양광변환 소재가 사용될 수 있다.
상기에서 합성한 태양광변환 소재를 태양전지에 도입하는 방법은, 소재가 도입되는 위치에 따라, 실리콘 태양전지를 보호하는 역할의 봉지재에 분산시켜 시트(sheet) 형상으로 제조하는 방법, 실리콘 태양전지 전면에 직접 도포하는 방법, 태양전지 전면과 접합하는 봉지재 표면에 도포하는 방법 등이 있을 수 있다.
먼저, 태양전지의 봉지재는 에틸렌초산비닐 (EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, polyolefin elastomer), 가교 폴리올레핀 (cross-linked polyolefin), 열가소성 폴리우레탄 (TPU, thermal polyurethane), 폴리비닐부티랄 (PVB, polyvinyl butyral), 실리콘(silicone), 실리콘/ 폴리우레탄 하이브리드 (silicone/polyurethane hybrid), 이오노머(ionomer) 등의 소재를 이용하며, EVA 또는 POE가 가장 많이 이용된다.
일반적으로 태양광변환 소재를 봉지재 내부에 도입하여 태양전지 전면에 위치시킨 후 열접착(lamination)을 통해 태양전지 모듈을 제조하는 방법이 많이 보고되고 있으며 상업 생산에 적용되는 사례도 있다.
하지만, 이 경우에는 봉지재를 구성하는 EVA 또는 POE 등의 고분자의 굴절률(n ~ 1.4)과 실리콘 태양전지 표면 SiNx의 굴절률(n ~ 2.5)의 큰 차이로 봉지재 내부의 광변환 소재에서 방출되는 빛이 태양전지로 진행하지 못하고 봉지재 내부의 내부 전반사에 의한 광도파(waveguide) 현상이 우세해져 봉지재 시트 측면으로 진행하게 된다.
이와는 반대로 태양광변환 소재가 태양전지 표면 또는 봉지재 표면에 도포되는 경우에는 봉지재와 태양전지의 계면에 위치하게 되어 수μm 또는 수십 μm 의 실리콘 텍스쳐링(texturing) 구조에 의해 빛이 측면으로 진행하지 못하고 태양전지 내부로 진행하게 된다. 또한, 태양광변환 소재가 봉지재의 굴절률(n ~ 1.4)과 태양전지 표면의 굴절률(n ~ 2.5) 사이 값을 갖게 조절할 수 있다면 스넬의 법칙(Snell's law)에 따라 봉지재, 광변환 소재, 태양전지 방향으로 빛의 진입이 매우 유리해져 태양전지 측면에서 빛을 보다 활용할 수 있게 됨으로써 광전변환 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 태양광변환 소재의 하향변환 효과와 함께 비반사 코팅 효과를 모두 기대할 수 있다.
태양광변환 소재를 용매에 분산하면, 태양전지 표면에 도포할 수 있는데, 상기의 태양전지 표면에 도포하는 방법으로는 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등이 있을 수 있다. 또한, 봉지재에 도포하는 경우에도 스핀 코팅 방법을 제외하고 모두 적용 가능하다.
본 발명에서는 태양광변환 소재의 상업적 생산 적용을 고려하여 빠르고 균일한 도포가 가능한 스프레이 코팅 방법을 이용하였으며, 이에 국한되지는 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하지만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 발광성 수산화알루미늄 및 태양광변환 소재의 제조
3-neck bottled glass에 1.0~3.0 g의 Aluminum acetate (Aluminum precursor)와 0.01~0.1g의 1-Pyrenecarboxylic acid와 50~300mL의 1-Octadecene을 넣고 진공상태에서 교반하며 100℃까지 열을 가해주며 전처리를 진행한다. 이 상태로 1시간 정도의 유지 후, 진공에서 질소 혹은 아르곤으로 치환 시켜준다. 그 후, 약 270~320℃으로 열을 가해준 뒤 2~4시간 유지하며 열분해를 진행한다. 후, 상온에서 식혀주고 work-up 을 진행하여 태양광변환 소재를 제조하였다.
[Work-up]
Acetone과 Toluene을 이용하여 세척 후 보관한다.
※ 사용한 Raw material의 정보
- Aluminum Acetate (MW: 162.08 g/mol); Sigma-Aldrich
- 1-Pyrenecarbboxylic acid (MW: 246.26 g/mol); Sigma-Aldrich
- 1-Octadecene (MW: 252.48 g/mol); Sigma-Aldrich
- Acetone (MW: 58.08 g/mol); Daejung
- Toluene (MW: 92.14 g/mol); J. T. Baker
비교제조예 1:
제조예 1에서, 1-Pyrenecarboxylic acid를 dopant로 사용하는 대신 Carboxylic acid를 보유하지만 4개의 aromatic ring을 가지고 있지 않는 dopant (Fluorene-9-carboxylic acid)를 사용한 것을 제외하고는 제조예1과 동일하게 하여 태양광변환소재를 제조하였다.
비교제조예 2
4개의 aromatic ring을 보유하지만 carboxylic acid group이라는 antenna가 없는 dopant (Pyrene)를 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 하여 태양광변환소재를 제조하였다.
비교제조예 3
dopant를 사용하지 않는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 하여 태양광변환소재를 제조하였다.
비교제조예 4
완성 된 비교제조예 3에 1-Pyrenecarboxylic acid를 넣은 후 5분간 stirring을 진행한다. 후, Acetone과 Toluene을 이용하여 원심분리 하여 태양광변환소재를 제조하였다.
실시예 1: 태양광 변환 소재를 코팅한 태양전지 제조
6 인치(inch) 단결정 실리콘 태양전지를 이용하였다.
제조예 1에 따라 제조된 태양광변환 소재 용액을 스프레이 코팅 방법을 이용하여 6인치 단결정 실리콘 셀 표면에 도포한다. 이렇게 제조할 경우 태양광 변환 소재는 태양전지 표면에 위치하게 되고, EQE (외부양자효율) 측정을 할 경우 도포된 태양광 변환 소재에 의해 태양전지의 효율이 어떻게 변화하는지 알 수 있게 제조 하였다.
비교실시예 1
제조예 1을 비교제조예 3으로 종류 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.
실시예 2: 태양광 변환 소재를 포함하는 태양전지 제조
실시예 1에서 제조된 태양광 변환 소재를 코팅한 태양전지 4장을 이용하여 2 X 2 로 납땜을 진행한 후 태양전지를 모듈을 제작하였다.
빛이 입사되는 전면부터 유리/봉지재/태양광변환소재/태양전지/봉지재/백시트(back sheet) 순서로 적층한 후 라미네이션(lamination)을 통해 실리콘 태양전지 모듈을 제조하였다. 이렇게 제조된 태양전지 모듈에서 발광성 수산화알루미늄은 봉지재와 태양전지 계면 사이에 위치하게 된다. 태양전지를 구성하는 태양광변환 소재의 구성은 상기 방법으로 제조된 발광성 수산화알루미늄을 사용하였다.
비교실시예 2
광 변환 소재를 태양전지에 도포하지 않고 bare cell을 이용하였다는 점 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.
실시예 3: 내구성 평가용 태양전지 봉지재의 제조
에틸렌-초산비닐 공중합체 100 중량부에 대하여 제조예 1의 1-Pyrenecarboxylic acid가 anchoring 된 수산화 알루미늄 0.2 중량부를 컴파운딩하여 혼합물을 제조하였다. 이후 가교제 및 가교 보조제를 배합하여 봉지재 조성물을 제조하였다. 봉지재 조성물을 100°C의 T-다이 압출공정에 적용하여 300 마이크로미터 두께의 봉지재를 제조하였다.
비교실시예 3
제조예 1을 비교제조예 4로 종류를 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 봉지재를 제조하였다.
실험예 1: 발광능력 확인
실시예 1 에 따라 제조된 태양전지의 발광 능력을 확인하기 위하여 UV 램프로 비추어 확인하였다. UV 램프로 비추어 본 결과, 자연광에서는 노랗던 화합물이 파란색으로 발광하는 것을 확인할 수 있다. 결과는 도 1에 나타내었다.
도 1에서 보여진 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 실시예 1의 태양전지는 UV 쪽을 흡수하고 이에 따른 발광 능력이 우수한 것을 알 수 있다.
실험예 2: 광변환소자를 포함하는 태양전지 성능 평가
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따른 태양전지의 성능을 비교하기 위하여 Photoluminescence Spectrometer를 사용하여 발광 파장대를 측정하였고 각각에 따른shift 변화를 확인하였다. 도 2a 내지 도 2e에 각각 나타내었다.
도 2a는 수산화알루미늄에 전구체에 1-피렌카르복실산이 아닌 Fluorene-9-carboxylic acid를 dopant로 사용하여 합성한 소재의 발광 스펙트럼이다. 1-피렌카르복실산과 같이 carboxylic acid라는 antenna는 가지고 있지만, 아로마틱 링의 계수를 달리하여 합성한 화합물로서, 1-피렌카르복실산보다는 앞 파장대에서 발광하여 흡수와 중첩도의 면적이 커지고, 이로 인해 효율도 저하될 것으로 예상되는 도이다. 도 2b는 수산화 알루미늄에 피렌을 첨가한 화합물의 발광 스펙트럼으로서, 피렌은 1-피렌카르복실산과 같이 4개의 아로마틱 링을 보유하지만, carboxylic acid antenna가 없는 형태이다. 이 형태의 화합물의 발광 스펙트럼을 보면, Fluorene-9-carboxylic acid 보다도 앞 파장대에서 발광을 하여, 흡수 스펙트럼과 많이 겹쳐 reabsorption률 이 높고, 이 때문에 태양전지의 효능이 저하된다는 것을 알 수 있다. 도 2c는 수산화알루미늄 단독(AlOH)의 발광 스펙트럼으로 390nm, 450nm에서 발광 특성 피크를 나타낸다. 이 스펙트럼 또한 흡수 스펙트럼과의 중첩도가 클 것으로 예상된다. 도 2d는 수산화 알루미늄에 1-피렌카르복실산을 anchoring 하지 않고 단순 물리적 합성을 진행하여 함께 넣고 stirring한 화합물의 발광 스펙트럼이다. 이 형태의 화합물의 발광 스펙트럼을 보면, 1-피렌카르복실산의 영향으로 red 파장대 쪽인 480nm에서 peak를 보이는가 하면 기존 수산화 알루미늄의 발광 스펙트럼인 도 2c처럼 400nm에서도 peak를 형성한다. 이는, 1-피렌카르복실산이 수산화 알루미늄에 확실히 anchoring되지 않고 둘이 화합물 내에 같이 존재하기 때문에 나타나는 스펙트럼으로, anchoring 된 화합물보다 발광 파장을 red-shift하지 못 하였다. 도 2e는 본 특허에서 주장하는 화합물인 수산화 알루미늄과 1-피렌카르복식산의 발광 파장대로, 도 2a 내지 2d에 비해 발광 파장대가 장파장대인 500nm로 shifting 하였으며, 이로 인해 중첩도도 적고 또한 태양전지에 응용하였을 경우, 효율이 올라가는 이유를 설명한다.
실험예 3: EQE 측정을 통해 UV 쪽에서 효율 상승 확인
광 변환 소재 도입에 대한 효율 검증을 하기 위해 실시예 1과 비교실시예 1의 태양전지에 대한 EQE (External Quantum Efficiency; 외부양자효율)을 측정하여 평가하였다.
도 3a와 3b는 수산화알루미늄에 1-피렌카르복실산을 도입한 합성물을 6-inch c-Si cell에 spray coating 한 후의 EQE이다. 도 3a를 보면, 같은 도에 있는 bare cell에 비해 외부양자효율이 올라간 것을 볼 수 있다. 이 중, 자외선 부분에서 받은 태양열에 의해 양자효율의 향상 효과를 보기 위해 도 3b와 같이 확대하였다. 도 3b를 보면, spray coating 한 태양전지 부분이 bare cell에 비해 상승했고, 이는 수산화알루미늄 + 1피렌카르복실산의 도입으로 인해 하향변환 효과가 있었다는 것을 알 수 있다.
1-피렌카르복실산을 수산화알루미늄과 함께 합성했을 때와 하지 않았을 때의 EQE 효율 상승 차이를 확인해보기 위해 1-피렌카르복실산을 도입하지 않은 수산화알루미늄 (비교제조예 3)을 태양전지에 spray coating하여 EQE 측정을 하여 보았다 (비교실시예 1). 이에 대한 결과는 도 3c와 3d에서 볼 수 있다.
도 3c를 보면, 수산화알루미늄을 spray coating한 태양전지의 경우 bare cell에 비해 효율이 올랐다는 것을 볼 수 있다. 하지만, 도 3d와 같이 자외선 부문 확대 스펙트럼을 보면, 도 3b에 비해 자외선 부문에서 효율 상승이 현저히 적은 것을 볼 수 있다. 이는, 1-피렌카르복실산을 수산화알루미늄에 함께 합성하지 않은 경우, 하향변환의 효율이 크게 상승하지 않는 것을 알려준다.
본 발명은 발광성 수산화알루미늄을 태양광용 봉지재에 분산시켜 태양전지 및 태양광 모듈을 구성하는 경우 봉지재의 내구성을 향상시켜 봉지재 층의 투과성을 유지시킴으로써 태양전지 및 태양광 모듈의 장기 내구성 향상 및 시간 경과에 따른 출력 저하를 최소화하여 발전량을 보장하는 기술을 제공한다.
실험예 4: FTIR 분석을 통해 anchoring이 된 소재와 anchoring이 안된 소재의 차이 확인
광 변환 소재에 대해 anchoring의 확인을 위해 FTIR 분석을 진행하였다. 제조예 1과 비교제조예 4는 각각 같은 물질을 넣어 만들었으나 합성 방법을 달리 진행하였다. 제조예 1은 열분해 합성을 거쳐 anchoring을 시켜 주는 반면, 비교제조예 4는 단순 stirring을 이용하여 두 물질을 물리적으로 결합시켜 주었다.
이 피크에서 나오는 C-O bond 피크는 아세테이트가 있다는 증거로 볼 수 있다. 흔히 C=O bond는 1700cm-1 부근에서 나타난다고 알려졌지만, 아세테이트기에서 발생하는 C-O bond는 각각 ~1415cm-1와 ~1570cm-1에서 에서 symmetric과 asymmetric stretching mode를 나타낸다. 이 중에서도 한 개의 메탈과 결합되는 unidentate acetate의 경우, C=O bond를 형성하며 asymmetric bend가 약간 뒤인 1590~1650cm-1에서 형성된다. 따라서, 도 4에서 보이는 결과와 같이 열을 가하여 합성한 제조예 1과 열을 가하지 않고 함께 두 물질을 넣어준 비교제조예 4 모두 ~1590cm-1에서 C=O를 나타낸다. 이와 더불어 두 물질 모두 3400cm-1에서 넓은 -OH 피크를 나타내는데, 이는 1-피렌카르복실산의 acid에 의해 나타나는 피크이며 두 물질 모두 1-피렌카르복실산이 포함되어 있다고 할 수 있다. 도 4에서는 이 두 피크 (C=O 피크와 -OH 피크)의 세기 차이가 중요하다.
제조예 1의 그래프는 (청색 실선) -OH 피크가 C=O 피크에 비해 세기가 강한 반면, 비교제조예 4의 그래프 (적색 실선)는 제조예 1과는 반대로 세기가 형성되어있다. 이는, 샘플 안에 있는 -OH와 C=O의 비율이라고 볼 수 있다. 열을 가하면 Aluminum acetate에 있는 아세테이트 기에서 아세트기가 빠져나가고 이 자리에 anchoring된 1-피렌카르복실산이 자리 잡게 된다. 반면, 열을 가하지 않고 두 물질을 넣고 stirring만 진행하였을 경우, 1-피렌카르복실산이 알루미늄 아세테이트에 anchoring 되지 않아 알루미늄에 잔여 아세테이트가 많고, 이로 인해 FTIR 그래프에 아세테이트 기의 C=O 피크를 명확히 볼 수 있다. 따라서, 열을 가하여 합성해 준 제조예 1의 C=O 피크는 -OH 피크에 비해 약하게 나타나 비율이 적어진 것을 알려주는 반면, 물리적으로 섞어 준 비교제조예 4의 경우 C=O bond가 물질 내부에 많이 남아 있어 상대적으로 C=O 피크가 -OH 피크에 비해 세기가 강하게 나타난다. 이와 같은 결과는, 해당 특허의 합성 방법대로 진행할 경우 1-피렌카르복실산이 알루미늄에 anchoring된다는 것을 보여준다.
실험예 5: 태양광 변환 소재가 도포된 태양전지의 옥외평가를 통한 성능 평가
1-Pyrenecarboxylic acid가 anchoring 된 수산화 알루미늄의 도입에 따른 태양전지 효율 변화를 분석하기 위해 옥외평가 장치를 이용하였고, 수산화 알루미늄 코팅 전과 후의 효율 변화를 특정하였다. 표 1은 각각 제조예 1이 도포된 6인치 단결정 실리콘 태양전지를 4-cell mini module로 조립한 (실시예 2) 태양전지와 광 변환 소재가 도포되지 않은 6인치 단결정 실리콘 태양전지를 4-cell mini module로 조립한 (비교실시예 2)를 옥외에 거치한 후 효율을 측정한 결과이다.
Bare cell
(비교실시예 2)		 Coated cell
(실시예 2)
Jsc (mA/cm2) 38.31 39.01
Jsc (rel. %) - 1.83
Voc (V) 2.51 2.52
Voc (rel. %) - 0.40
Pmax (Watt) 13.27 13.53
Pmax (rel. %) - 1.96
표 1에서 1-Pyrenecarboxylic acid가 anchoring 된 발광성 수산화 알루미늄을 도포할 경우, 도포하지 않은 bare cell보다 단략전류와 출력이 모두 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 광 변환 소재의 자외선 광흡수 및 가시광선 발광에 의한 하향변환 효과로 실리콘 태양전지의 단락전류밀도 증가에 따른 태양전지 효율이 증가한 것이다.
실험예 6: Anchoring 유무에 변화를 준 태양광 변환 소재의 자외선 노출에 따른 투과도 평가
열을 가하여 수산화 알루미늄과 1-Pyrenecarboxylic acid를 anchoring 시킨 물질 (제조예 1)과 단순히 수산화 알루미늄과 1-Pyrenecarboxylic acid를 함께 넣어 준 뒤 원심 분리하여 얻은 물질 (비교제조예 4)의 내구성 평가를 진행하였다. 내구성 평가는 투과도 분석으로 진행하였으며, 이유는 투과도 분석을 통해 특정 파장대에서 물질이 얼마나 많은 빛을 받을 수 있는지 알 수 있기 대문이다. 본 광 변환 소재는 자외선 파장대의 빛을 변환시켜주며 광 전환 효율이 상승하기 때문에, 자외선 파장대에서의 좋은 투과도를 가지는 것이 중요하다. 하지만, 태양전지는 자외선을 받을 경우 haze가 발생하여 빛의 가림 현상이 발생한다. 가림 현상이 발생할 경우, 많은 빛을 통과 시키기 어렵기에 태양전지의 효율이 상대적으로 저하된다. 이러기에 태양전지의 내구성 평가는 태양전지 평가에 있어 중요한 요소이며, 해당 물질 중 어떠하게 합성 된 태양광 변환 소재를 태양전지에 도입하면 내구성에 영향을 덜 주면서 광 변환 효율을 보이는지 알아 보았다.
자외선 노출을 통한 내구성 평가는 ATLAS의 UV-con 장비를 이용하여 분석하였으며, 제조예 1과 비교제조예 4를 각각 실시예 3과 비교실시예 3으로 press sheet를 제조하였고, 이를 glass/glass에 넣은 뒤 0.5W. 40°C, 15hr의 자외선 노출 스펙으로 측정을 진행하였다.
도 5는 각각 실시예 3과 비교실시예 3의 투과도를 비교한 그래프이다. 청색 실선과 보라색 실선은 실시예 3의 자외선 내구성 평가 전후의 투과도이고, 적색과 녹색 실선은 비교실시예 3의 자외선 내구성 평가 전후의 투과도 이다. 대체적으로 물질이 자외선을 많이 받을 경우 투과도가 떨어지는 현상을 볼 수 있다. 하지만, 열분해 방법으로 합성한 실시예 3의 경우 단순 합성한 비교실시예 3보다는 전후 각각 내구성이 우수한 것으로 판단되며, 내구성 평가 후의 실시예 3은 내구성 평가 전의 비교실시예 3보다도 좋은 투과도를 보이는 것을 알 수 있다. 즉, 1-Pyrenecarboxylic acid를 수산화 알루미늄에 anchoring 할 경우, 새로운 화합물이 형성되어 내구성 면에서 유리하게 작용을 하고, 이로 인해 강한 자외선 노출 후에도 광 변환 효율의 저하를 느리게 가져 오는 것이다.

Claims (12)

1-피렌카르복실산(1-pyrenecarboxylic acid)이 anchoring된 수산화알루미늄 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
제1항에 있어서,
상기 수산화알루미늄 전구체는 알루미늄모노아세테이트, 알루미늄트리아세테이트, 알루미늄디아세테이트, 알루미늄트리에틸알루미늄, 트리메틸알루미늄, 알루미늄알콕사이드, 디에틸알루미늄클로라이드, 알루미늄설페이트, 알루미늄시아나이드, 알루미늄니트리트, 알루미늄 카보네이트, 알루미늄설피트, 알루미늄하이드록사이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄클로레이트, 알루미늄설파이드, 알루미늄 크로메이트, 알루미늄트리클로라이드, 알루미늄퍼클로레이트, 알루미늄니트레이트, 알루미늄퍼망가네이트, 알루미늄하이드로겐카보네이트, 알루미늄포스페이트, 알루미늄옥살레이트, 알루미늄하이드로겐포스페이트, 알루미늄티오설페이트, 알루미늄 클로리트, 알루미늄하이드로겐설페이트, 알루미늄디크로메이트, 알루미늄브로마이드, 알루미늄하이포클로리트, 알루미늄클로라이드헥사하이드레이트, 알루미늄 디하이드로겐포스페이트, 알루미늄포스피트, 알루미늄포타슘설페이트도데카 하이드레이트, 알루미늄브로메이트, 알루미늄니트라이드 또는 이들의 유도체 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
제1항에 있어서,
상기 태양광변환 소재가 Al(OH)3, AlOOH, AlOH, 5Al2O3·2H2O 및 Al2O3의 구조 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
제1항에 있어서,
아로마틱 링 화합물 또는 이의 유도체; 란탄계 이온; 및 업컨버터 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 변환 소재.
제4항에 있어서,
상기 아로마틱 링 화합물은 푸란, 벤즈벤조푸란, 이소벤즈벤조푸란, 피롤, 인돌, 이소인돌, 티오펜, 벤즈벤조티오펜, 벤즈벤조티오펜, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 퓨린, 피라졸, 인다졸, 옥사졸, 벤즈옥사졸벤족사졸, 옥사졸이속사졸, 벤즈옥사졸이속사졸, 티아졸, 벤즈벤조티아졸, 벤즈벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리딘, 퀴녹살린, 아크리딘, 피리미딘, 퀴나졸린, 피리다진, 신놀린, 프탈라진, 1,2,3-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,3,5-트리아진 및 그의 유도체 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
제1항에 있어서,
상기 태양광변환 소재의 입자 크기는 0.1nm 이상 ~500 μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
제1항에 있어서,
상기 태양광변환 소재의 최대흡수파장은 300 ~ 480nm 사이에서 형성되고, 최대발광파장은 450 ~ 1200nm 사이에서 형성 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
제1항에 있어서,
상기 태양광변환 소재는 광투광성 수지에 분산된 두께 100㎛ 이하의 필름 형태인 것을 특징으로 하는 태양광변환 소재.
태양광이 입사하는 태양전지의 전면부 봉지재와, 상기 태양전지의 계면에 태양광변환 소재가 위치한 태양전지에 있어서,
상기 태양광변환 소재가 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 태양광변환 소재인 것을 특징으로 하는 태양전지.
제9항에 있어서,
상기 태양광변환 소재가 상기 태양전지 전면 또는 상기 태양전지의 전면부 봉지재의 후면에 코팅된 것을 특징으로 하는 태양전지.
제10항에 있어서,
상기 코팅은, 스프레이 또는 스크린 코팅인 것을 특징으로 하는 태양전지.
제9항에 있어서,
상기 봉지재는 에틸렌초산비닐(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, polyolefin elastomer), 가교 폴리올레핀(cross-linked polyolefin), 열가소성 폴리우레탄(TPU, thermal polyurethane), 폴리비닐부티랄(PVB, polyvinyl butyral), 실리콘(silicone), 실리콘/폴리우레탄 하이브리드(silicone/polyurethane hybrid), 이오노머(ionomer), 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지.
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