KR20040022698A - 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20040022698A
KR20040022698A KR1020020054322A KR20020054322A KR20040022698A KR 20040022698 A KR20040022698 A KR 20040022698A KR 1020020054322 A KR1020020054322 A KR 1020020054322A KR 20020054322 A KR20020054322 A KR 20020054322A KR 20040022698 A KR20040022698 A KR 20040022698A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
solar cell
dye
nanoparticle oxide
nanoparticle
Prior art date
Application number
KR1020020054322A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100499271B1 (ko
Inventor
강만구
박남규
류광선
홍영식
이영기
김광만
장순호
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR10-2002-0054322A priority Critical patent/KR100499271B1/ko
Publication of KR20040022698A publication Critical patent/KR20040022698A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100499271B1 publication Critical patent/KR100499271B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는 전도성 고분자판과 같이 구부러질 수 있는 기판에 저온법으로 나노입자 산화물층을 형성하고 염료를 흡착시켜 제조한 반도체 전극과, 역시 구부러질 수 있는 기판에 형성한 백금층을 포함하는 대향 전극을 조립한 것이다. 저온법으로 도포 가능한 점성의 콜로이드 용액을 마련하여 도포하는 본 발명의 제조방법에 따라 제조되므로, 나노입자 산화물층을 충분히 두꺼운 5∼15㎛ 두께로 형성하는 것이 가능하여 충분한 염료 흡착을 유도할 수 있다. 따라서, 나노입자 산화물층을 두껍게 형성하기가 어려웠던 기존에 알려진 저온법의 태양전지에 비하여 광전환 효율을 향상시킬 수 있으면서, 구부릴 수 있기 때문에 다양한 응용성을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다.

Description

구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법{Flexible dye-sensitized solar cells and method for manufacturing the same}
본 발명은 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 나노입자 산화물의반도체 전극을 갖는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지와는 달리, 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 지금까지 알려진 염료감응 태양전지 중 대표적인 예로는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있다. 그라첼 등에 의한 태양전지는 염료분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극, 백금 전극, 그리고 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 이 전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양전지를 대체할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 주목받아 왔다.
일반적인 나노입자 산화물의 반도체 전극은, 전도성 유리기판 위에 나노입자 산화물의 콜로이드 용액을 코팅하여 450∼500℃ 전기로에서 가열함으로써 완성하고 있다. 가열의 목적은 나노입자 산화물들의 전기적 접촉 증대와 콜로이드 용액을 제조하는 과정에서 첨가한 고분자를 제거하여 광전기적 성질을 향상시키는 것이다. 가열 온도인 450∼500℃는 비교적 고온이지만 유리기판은 이러한 고온에서도 변형없이 사용될 수 있는 재료이다. 그렇지만 유리기판의 특성상, 제조된 태양전지를 구부린다는 것은 불가능하므로 구부릴 필요가 있는 응용분야는 배제되는 실정이었다.
구부림이 가능한 염료감응 태양전지 개발 연구는 2000년대 이후 그 관심이 고조되고 있는 분야이다. 현재까지 연구된 결과를 보면, 저온에서 휘발 가능한 에탄올과 같은 용매에 나노입자 산화물을 분산하여 제조한 콜로이드 용액을 도포한 후 100℃ 내외의 온도에서 열처리하여 나노입자 산화물층을 구성한 것과, 유기 분산제를 사용하여 제조한 콜로이드 용액을 도포한 후에 자외선 조사와 100℃ 내외의 온도에서의 가열을 병행하여 분산제를 제거함으로써 나노입자 산화물층을 구성한 것이 있다.
그러나 위의 연구들은 기존에 유리기판을 사용하는 염료감응 태양전지에 비하여 매우 낮은 광전환 효율(즉, 에너지 변환 효율)을 보여주고 있다. 이것은 지금까지 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 개발에 사용된 콜로이드 용액의 점성이 너무 낮아 충분한 두께의 나노입자 산화물층을 형성하기 어렵기 때문에, 충분한 양의 염료분자를 흡착시킬 수 없었음에 기인하는 것으로 여겨진다.
본 발명의 목적은, 에너지 변환 효율이 낮지 않으면서도 구부림이 가능한 염료감응 나노입자 산화물 태양전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 충분한 점성의 콜로이드 용액을 개발하여 구부림이 가능한 염료감응 나노입자 산화물 태양전지를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구부림이 가능한 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라서 구부림이 가능한 태양전지를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2의 흐름도에 따라 제조한 태양전지의 사진이다.
도 4는 도 3의 태양전지와 종래의 태양전지에 대한 광전류-전압 곡선이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
10...반도체 전극12...전도성 제1 기판
14...나노입자 산화물층30...대향 전극
32...전도성 제2 기판34...백금층
50...전해질 용액60...열가소성 고분자 재료
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구부림이 가능한 염료감응 나노입자 산화물 태양전지는, 구부림이 가능한 전도성 제1 기판 상에 형성한 5∼15㎛ 두께의 나노입자 산화물층을 포함하고, 상기 나노입자 산화물층에 화학적으로 흡착되어 있는 염료분자를 포함하는 반도체 전극과, 상기 반도체 전극과 대향된 대향 전극으로서 구부림이 가능한 전도성 제2 기판 상에 형성한 백금층을 포함하는 대향 전극과, 상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함한다. 여기서의 반도체 전극은 본 발명의 고유한 저온법에 의해 형성하는 것이다.
상기 나노입자 산화물층은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO)층일 수 있으며, 상기 전해질 용액은 0.8 M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide)와 40 mM의 I2를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액일 수 있다. 또한, 상기 구부림이 가능한 전도성 제1 기판과 제2 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 고분자판에 전도성 물질을 도포한 기판일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구부림이 가능한 염료감응 나노입자 산화물 태양전지 제조방법에서는, 용질로서 나노입자의 전이금속 산화물과, 용매로서 2-프로판올, 초산 및 증류수를 혼합하여 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 마련한 후, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 구부림이 가능한 전도성 기판에 도포한다. 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액이 도포된 상기 기판에서 상기 용매를 제거하여 나노입자 산화물층을 형성한 다음, 상기 나노입자 산화물층에 염료분자를 흡착시켜 반도체 전극을 형성한다.
여기서, 상기 나노입자 산화물은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는산화아연(ZnO)일 수 있으며, 상기 용매는 2-프로판올 : 초산 : 증류수를 부피비로 1 : 1∼3 : 1∼10을 혼합하여 마련하고 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액 중의 나노입자 산화물의 함량은 10∼20%가 되도록 혼합한 것을 이용함이 바람직하다.
상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액의 점성이 충분하므로, 상기 나노입자 산화물층의 두께가 5∼15㎛에 달하도록 형성할 수 있으며, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 상기 기판에 도포할 때에는 상기 나노입자 콜로이드 용액을 60∼80℃의 온도로 가열하여 도포할 수 있다. 또한, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액이 도포된 상기 기판에서 상기 용매를 제거할 때에는 80∼100℃의 온도에서 상기 기판을 건조시키는 것이 좋다.
이상과 같이, 본 발명은 염료감응 태양전지를 구성하고 있는 나노입자 산화물층을 저온법으로 구성하는 것으로, 구부림이 가능한 고분자판과 같은 전도성 기판을 사용할 수 있게 되어, 제조된 태양전지의 구부림이 가능한 것이다. 전기로의 열처리 과정(450∼500℃)없이 저온에서 나노입자 산화물층을 코팅하기 위하여, 본 발명에서는 나노입자 산화물을 고분자 첨가없이 점성이 있는 용액으로 제조할 수 있는 방법을 제안하며, 이러한 방법으로 일정한 두께 이상의 나노입자 저온 박막을 구성할 수 있다. 이러한 방법을 통하여 제조하는 본 발명의 태양전지는 충분한 두께의 나노입자 산화물층에 충분한 양의 염료분자를 흡착시킬 수 있으므로, 지금까지 알려진 구부림이 가능한 태양전지에 비하여 에너지 변환 효율이 향상된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며,본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구부림이 가능한 염료감응 나노입자 산화물 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구부림이 가능한 태양전지는 반도체 전극(10)과, 대향 전극(30)과, 이들 사이에 개재된 전해질 용액(50)을 포함한다. 한편, 전해질 용액(50)은 새어나오지 않도록 surlyn(듀퐁사 제품 1702)과 같은 열가소성 고분자 재료(60)로 밀봉되어 있다.
상기 반도체 전극(10)은 구부림이 가능한 전도성 제1 기판(12) 상에 형성된 5∼15㎛ 두께의 나노입자 산화물층(14)을 포함하고, 상기 나노입자 산화물층(14)에는 염료분자가 화학적으로 흡착되어 있다. 여기서, 상기 구부림이 가능한 전도성 제1 기판(12)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(줄여서 PET, 다른 말로 폴리테레프탈산에틸렌), 폴리카보네이트(다른 말로 폴리탄산에스테르), 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자판에 ITO(indium tin oxide) 또는 이산화주석과 같은 투명 전도성 물질을 도포한 기판이다. PET는 다른 물질보다도 내열성이 좋으면서 탄성 회복이 좋고 내수성이 있어 본 발명을 실시하기에 적합한 재료이다. 폴리카보네이트는 치수 안정성과 빛 투과성이 좋고 특히 내충격성이 우수하다. 폴리에틸렌나프탈레이트도 내수성, 방습성 면에서 우수하므로 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 것이다.
상기 나노입자 산화물층(14)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석 또는 산화아연(ZnO)층으로 이루어진다. 상기 나노입자 산화물층(14)은 그 두께가 5∼15㎛이므로 충분히 두꺼우며, 따라서 충분한 양의 염료분자가 화학적으로 흡착될 수 있다.
상기 대향 전극(30)은 구부림이 가능한 전도성 제2 기판(32) 상에 형성한 백금층(34)을 포함하며, 백금층(34)이 상기 나노입자 산화물층(14)과 대향하도록 놓여져 있다. 여기서, 상기 구부림이 가능한 전도성 제2 기판(32)은 상기 제1 기판(12)과 마찬가지로, PET, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 투명한 고분자판에 ITO 또는 이산화주석과 같은 투명 전도성 물질을 도포한 기판이다.
상기 전해질 용액(50)은 요오드계 산화-환원 액체 전해질, 예를 들어 0.8 M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide)와 40 mM의 I2(Iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액일 수 있다.
염료분자가 화학적으로 흡착된 반도체 전극(10)에 태양 빛이 흡수되면 염료분자는 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며 여기상태의 전자는 나노입자 산화물층(14)의 전도대로 주입된다. 나노입자 산화물층(14)으로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 나노입자 산화물층(14)에 접하고 있는 ITO 또는 이산화주석과 같은 투명 전도성 물질로 전달되고 상기 투명 전도성 물질에 연결된 외부전선(미도시)을 통하여 대향 전극(30)으로 이동된다.
전자 전이의 결과로 산화된 염료분자는 전해질 용액(50) 내의 요오드 이온의 산화(3I-->I3 -+2e-)에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며 산화된 요오드 이온(I3 -)은 대향 전극(30)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지의 작동과정이 완성된다. 광전류는 나노입자 산화물층(14)으로 주입된 전자의 확산에 의한 결과로써 얻어지며 광전압은 나노입자 산화물층(14)의 페르미 에너지와 전해질 용액(50)의 산화-환원 전위 차이에 의해 결정된다.
태양전지의 에너지 변환 효율은 광흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하기 때문에 많은 양의 전자를 생성하기 위해서는 염료분자의 흡착량을 증가시켜야 한다. 따라서, 단위 면적당 흡착된 염료분자의 농도를 증가시키기 위하여 전이금속 산화물 입자를 나노크기로 제조하는 것이다. 또한, 일반적으로 나노입자 산화물층은 충분한 두께로 형성하여 충분한 염료 흡착을 유도해야 한다.
이와 같이 일정 두께 이상의 나노입자 산화물층을 구성하기 위하여 종래에는 나노입자 산화물 콜로이드 용액에 고분자를 첨가하여 점성이 있는 용액으로 제조하고 있다. 그러나 고분자를 첨가하면 고분자 제거를 위하여 고온 가열과정이 반드시 필요하게 되어 구부림이 가능한 고분자판 등을 이용할 수 없게 된다. 그러나, 다음에 설명하는 본 발명에 따른 제조방법에서는 고유의 점성 콜로이드 용액을 제조하여 100℃ 이하의 저온 공정을 통해 구부림이 가능한 고분자판에 충분히 두꺼운 나노입자 산화물층을 형성할 수 있기 때문에 효율 저하없이 구부림이 가능한 태양전지를 제조할 수 있다.
(제2 실시예)
이제 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 구부림이 가능한 태양전지 제조방법을 상세히 알아본다. 도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 구부림이 가능한 태양전지를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 음극인 반도체 전극(도 1의 10)을 제조하기 위하여, 단계 100에서 용질로서 나노입자의 전이금속 산화물과, 용매로서 2-프로판올, 초산 및 증류수를 혼합하여 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 마련한다.
이를 위해서, 상기 나노입자 산화물로는 이산화티탄, 이산화주석 또는 산화아연을 이용하며, 2-프로판올 : 초산 : 증류수는 부피비로 1 : 1∼3 : 1∼10을 혼합한다. 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액 중의 나노입자 산화물의 함량은 10∼20%가 되도록 혼합하며, 혼합할 때에는 초음파 분산을 이용할 수 있다.
계속하여 단계 110에서, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 구부림이 가능한 전도성 기판(도 1의 12)에 도포한다. 이 때에, 상기 나노입자 콜로이드 용액을 60∼80℃의 온도로 가열하여 도포할 수 있다. 도포 두께는 적절히 결정하며, 최종적인 나노입자 산화물층(도 1의 14)의 두께가 5∼15㎛에 달하도록 반복적으로 도포하여 형성하거나, 아니면 1회의 공정으로 도포하여 형성하도록 한다. 상기 나노입자 콜로이드 용액의 점성은 별도의 고분자 첨가제를 넣지 않더라도 이러한 높은 두께를 유지할 수 있을 정도로 충분하다. 도포하는 방법은 함침(dip), 스핀 코팅,스프레이 또는 닥터 블레이드법에 의할 수 있다.
다음에 단계 120에 따라, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액이 도포된 기판을 건조시켜 용매를 제거함으로써 나노입자 산화물층(도 1의 14)을 형성한다. 건조할 때의 온도는 용매를 제거하기에 적당한 온도이기만 하면 되며, 고분자를 추가하지 않으므로 고온일 필요가 없다. 따라서, 예컨대 80∼100℃의 온도에서 기판을 건조시킬 수 있다. 이는 종래의 유리기판을 사용하는 태양전지에 비하여 매우 저온이며 이에 따라 구부림이 가능한 전도성 기판(도 1의 12)의 변형 염려가 전혀 없는 것이다.
다음으로 단계 130에서 상기 나노입자 산화물층을 루테늄(Ru)계 염료분자가 용해되어 있는 용액 중에 24시간 이상 함침하여 염료분자를 흡착시킴으로써 반도체 전극(도 1의 10)을 형성한다.
계속된 단계 140에서 양극인 대향 전극(도 1의 30)을 형성한다. 이를 위해서는, 구부림이 가능한 전도성 제2 기판(도 1의 32) 상에 백금층(도 1의 34)을 형성한다. 예를 들어, 구부림이 가능한 전도성 기판을 준비하여 그 위에 5 mM 헥사클로로플라티늄산(H2PtCl6·xH2O) 수용액을 분산하고 건조한 다음, 백금 이온이 입혀진 기판을 60 mM 나트륨보로하이드레이트(NaBH4) 수용액 처리하여 백금 이온을 백금으로 환원시키고, 증류수로 세척한 후 건조시킨다.
다음에 단계 150에서, 대향 전극과 반도체 전극을 전도성 면을 안쪽으로 하여 백금층과 염료가 입혀진 나노입자 산화물층을 마주보게 한다. 대향 전극과 반도체 전극을 조립할 때 두 전극 사이의 가장자리에 30∼50㎛ 두께의 열가소성 고분자 재료(도 1의 60)를 놓은 다음, 가압하여 두 전극 사이의 3면을 차례로 밀착한다.
단계 160에서, 밀폐되지 않은 나머지 면을 통하여 전해질 용액(도 1의 50)을 주입하여 채워 넣는다. 전해질 용액은 상기한 전해질 용액 이외에도, 0.8 M의 1,2-디메틸-3-헥실-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-hexyl-imidazolium iodide)와 40 mM의 I2를 아세토니트릴에 용해시킨 것 또는 0.8 M의 LiI와 40 mM의 I2와 0.2 M의 TBP(4-tert-butylpyridine)을 아세토니트릴에 용해시킨 것을 사용할 수 있다.
용액을 채운 후에는 밀폐되지 않은 면에 열가소성 고분자 재료(도 1의 60)를 놓은 다음 가열, 가압하여 밀봉한다.
본 실시예에서와 같이 2-프로판올, 초산 및 증류수를 용매로 하는 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 제조하면 고분자의 첨가 없이도 나노입자 산화물층의 도포 두께를 충분하게 할 수 있는 정도의 점성을 가지게 된다. 고분자 제거를 위한 고온 열처리가 필요 없어지므로 공정을 저온화할 수 있다. 따라서, 고분자판과 같은 구부림이 가능한 기판 상에 태양전지의 반도체 전극을 구현할 수 있는 것이다.
(실험예)
상기 제2 실시예의 방법에 따라 태양전지를 제조한 후, 종래 유리기판을 사용하여 제조한 태양전지와 특성 비교를 실시하였다.
먼저, 5∼30㎚ 입자 크기의 이산화티탄과, 2-프로판올, 초산 및 증류수를 혼합하여 나노입자 이산화티탄 콜로이드 용액을 마련하였다. 2-프로판올 : 초산 : 증류수를 부피비로 1 : 2.5 : 8을 혼합하여 분산 용매로 사용하였으며, 이산화티탄의 함량은 17%가 되도록 하였다. 이 콜로이드 용액을 초음파 분산시켰다.
다음에, 나노입자 이산화티탄 콜로이드 용액을 60℃의 온도로 가열하여 ITO가 입혀진 PET에 7㎛ 두께로 코팅하였다. 코팅한 다음에는 80℃의 조건에서 건조시켜 용매를 제거하였다. 건조된 이산화티탄이 입혀진 PET를 Ru 염료 용액에 24시간 이상 담그어 두어 염료가 코팅된 이산화티탄의 반도체 전극을 완성하였다.
백금 박막의 대향 전극도 ITO가 입혀진 PET을 준비하여, 그 위에 5 mM 헥사클로로플라티늄산(H2PtCl6·xH2O) 수용액을 분산하고 건조시켜 백금 이온을 입힌 후 60mM NaBH4수용액에 5분간 처리하여 백금으로 환원시키고, 증류수로 세척한 다음 건조하여 형성하였다.
이렇게 형성한 대향 전극과 반도체 전극을 전도성 면이 안쪽으로 마주보게 한 다음, 두 전극 사이의 가장자리에 30㎛ 두께의 surlyn을 놓고서, 100 ℃, 2 기압의 압력으로 두 전극을 밀착하였다. 두 전극의 3면을 차례로 밀착한 다음에 밀폐되지 않은 나머지 면을 통하여 0.8 M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide)와 40 mM의 I2를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액을 채워 넣었다. 전해질 용액을 채운 후에 밀폐되지 않은 나머지 면도 surlyn을 놓고서 100 ℃, 2 기압으로 밀폐시켰다.
상기와 같은 방법으로 제조한 구부림이 가능한 태양전지의 사진은 도 3과 같다. 이러한 저온공정 태양전지와 기존의 유리기판 태양전지의 광-전압 전류를 각각 측정하였다. 비교 대상인 유리기판 태양전지는 전도성 유리기판 위에 고분자를 첨가하여 제조한 콜로이드 용액으로 나노입자 산화물층을 코팅하고 나서 500℃의 온도로 가열하여 제조하였다.
광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel, 91193)를 사용하였고, 제논 램프의 태양조건(AM 1.5(100 mW/cm2))은 표준태양전지(Frunhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material : Mono-Si + KG filter)를 사용하여 보정하였다.
도 4는 본 발명에 따라 PET를 사용하여 제조한 구부림이 가능한 태양전지와, 기존 유리기판을 사용하여 구부릴 수 없는 태양전지의 광전류-전압 특성을 보여주고 있다. 도 4에서 실선(a)은 유리기판을 사용한 기존의 태양전지에 대한 것이고, 파선(b)은 본 발명에 따라 PET를 사용하여 제조한 태양전지에 대한 것이다.
도 4로부터 계산된 광전기적 특성 결과는 하기 표 1과 같다.
광전류밀도(㎃/㎠) 광전압(V) 효율(%)
유리기판을 사용한 기존 태양전지 10.1 0.71 4.76
본 발명의 구부림이 가능한 태양전지 5.7 0.61 2.34
도 4와 상기 표 1에 의하면, 본 발명의 경우에 에너지 변환 효율은 다소 감소하였다. 그러나, 본 발명에 의하여 개발된 구부림이 가능한 태양전지의 에너지변환 효율은 2.34%로서, 최근 발표되고 있는 구부림이 가능한 태양전지의 에너지 변환 효율이 1∼2% 내외라는 연구 결과와 비교할 때에는 그 광전기적 성능이 매우 우수하다고 판단되어진다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
본 발명에서 제안하는 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 사용하여 전도성 고분자판에 나노입자 산화물층을 형성하고, 백금 이온 용액을 환원하여 백금층을 형성하여 구부림이 가능한 염료감응 태양전지를 제조하면, 기존에 알려진 저온법의 태양전지에 비하여 광전환 효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 이러한 구부림이 가능한 태양전지는 유리기판에 만들어진 구부릴 수 없는 태양전지에 비하여 에너지 변환 효율이 다소 낮더라도, 그 응용성이 다양하여 상업적 가치가 클 것으로 기대된다. 또한, 고분자판 등은 유리기판에 비하여 가벼우므로 태양전지의 경량화를 도모할 수도 있다.

Claims (13)

  1. 나노입자의 이산화티탄(TiO2), 2-프로판올, 초산 및 증류수를 혼합하여 만든 이산화티탄 콜로이드 용액을, 구부림이 가능한 전도성 기판에 도포하고 100℃ 이하의 온도에서 건조시켜 반도체 전극을 제조하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄 콜로이드 용액은 2-프로판올 : 초산 : 증류수를 부피비로 1 : 1∼3 : 1∼10을 혼합하고, 이산화티탄은 10∼20% 혼합하여 제조한 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  3. 용질로서 나노입자의 전이금속 산화물과, 용매로서 2-프로판올, 초산 및 증류수를 혼합하여 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 마련하는 단계;
    상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 구부림이 가능한 전도성 기판에 도포하는 단계;
    상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액이 도포된 상기 기판으로부터 상기 용매를 제거하여 나노입자 산화물층을 형성하는 단계; 및
    상기 나노입자 산화물층에 염료분자를 흡착시켜 반도체 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 나노입자 산화물은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO)인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 용매는 2-프로판올 : 초산 : 증류수를 부피비로 1 : 1∼3 : 1∼10을 혼합하여 마련하고, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액 중의 나노입자 산화물의 함량은 10∼20%가 되도록 혼합한 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 구부림이 가능한 전도성 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트과 같은 고분자판에 ITO 또는 이산화주석(SnO2)과 같은 전도성 물질을 도포한 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 나노입자 산화물층의 두께가 5∼15㎛에 달하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액을 상기 기판에 도포할 때에는 상기 나노입자 콜로이드 용액을 60∼80℃의 온도로 가열하여 도포하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 나노입자 산화물 콜로이드 용액이 도포된 상기 기판으로부터 상기 용매를 제거할 때에는 80∼100℃의 온도에서 상기 기판을 건조시키는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 반도체 전극과 조립하기 위한 대향 전극을 형성하기 위하여,
    구부림이 가능한 전도성 제2 기판에 헥사클로로플라티늄산(H2PtCl6·xH2O) 수용액을 분산하고 건조시켜 백금 이온을 입히는 단계; 및
    상기 제2 기판을 나트륨보로하이드레이트(NaBH4) 수용액 처리하여 백금 이온을 백금으로 환원시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 제조방법.
  11. 제3항에 의한 반도체 전극;
    상기 반도체 전극과 대향된 전극으로서 구부림이 가능한 전도성 제2 기판 상에 형성한 백금층을 포함하는 대향 전극; 및
    상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하고,
    상기 반도체 전극 중의 나노입자 산화물층 두께가 5∼15㎛인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전해질 용액은 0.8 M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide)와 40 mM의 I2 (Iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의전해질 용액인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반도체 전극 중의 구부림이 가능한 전도성 기판과 상기 구부림이 가능한 전도성 제2 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 또는 폴리에틸렌나프탈레이트와 같은 고분자판에 ITO 또는 이산화주석(SnO2)과 같은 전도성 물질을 도포한 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
KR10-2002-0054322A 2002-09-09 2002-09-09 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 KR100499271B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0054322A KR100499271B1 (ko) 2002-09-09 2002-09-09 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0054322A KR100499271B1 (ko) 2002-09-09 2002-09-09 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040022698A true KR20040022698A (ko) 2004-03-16
KR100499271B1 KR100499271B1 (ko) 2005-07-01

Family

ID=37326427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0054322A KR100499271B1 (ko) 2002-09-09 2002-09-09 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100499271B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100661116B1 (ko) * 2004-11-22 2006-12-22 가부시키가이샤후지쿠라 전극, 광전 변환 소자 및 색소 증감 태양 전지
KR100858978B1 (ko) * 2007-09-13 2008-09-17 웅진케미칼 주식회사 플렉시블 디스플레이 기판 및 이의 제조방법
KR101252276B1 (ko) * 2006-05-10 2013-04-08 티피케이 터치 솔루션스 인코포레이션 터치 패널의 투명 기판 상에서 투명 전극을 은폐하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 터치 패널용 부품

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4440359B2 (ja) * 1998-09-17 2010-03-24 大日本印刷株式会社 有機太陽電池の製造方法
JP4024982B2 (ja) * 1999-03-12 2007-12-19 株式会社カネカ ポリイミド/金属積層体並びにそれを用いた電気・電子機器用基盤、磁気記録用基盤、太陽電池用基盤、宇宙空間航行用機材の被覆フィルム、及びフィルム状抵抗体
JP4613468B2 (ja) * 1999-12-27 2011-01-19 セイコーエプソン株式会社 太陽電池および太陽電池ユニット
KR100333637B1 (ko) * 2000-06-10 2002-04-22 오길록 루타일 산화티타늄 슬러리를 이용한 나노입자 루타일산화티타늄 필름 형성 방법 및 염료감응 나노입자 루타일산화티타늄 태양전지 제조 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100661116B1 (ko) * 2004-11-22 2006-12-22 가부시키가이샤후지쿠라 전극, 광전 변환 소자 및 색소 증감 태양 전지
KR101252276B1 (ko) * 2006-05-10 2013-04-08 티피케이 터치 솔루션스 인코포레이션 터치 패널의 투명 기판 상에서 투명 전극을 은폐하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 터치 패널용 부품
KR101320961B1 (ko) * 2006-05-10 2013-10-23 티피케이 터치 솔루션스 인코포레이션 정보 디스플레이 장치를 위한 부품
KR100858978B1 (ko) * 2007-09-13 2008-09-17 웅진케미칼 주식회사 플렉시블 디스플레이 기판 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100499271B1 (ko) 2005-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Miyasaka et al. Photovoltaic performance of plastic dye-sensitized electrodes prepared by low-temperature binder-free coating of mesoscopic titania
JP5422645B2 (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
US20050274412A1 (en) Flexible dye-sensitized solar cell using conducting metal substrate
KR100947371B1 (ko) 다파장 흡수 나노 구조 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR100825730B1 (ko) 전도성 입자가 분산된 고분자 전해질을 포함하는 염료감응태양전지 및 그 제조 방법
Kang et al. Dye-sensitized TiO2 solar cells using polymer gel electrolytes based on PVdF-HFP
Chang et al. Preparation of nano-composite gel electrolytes with metal oxide additives for dye-sensitized solar cells
US20120048357A1 (en) Dye-sensitized solar cell
CA2878406C (en) Photoelectrically convertible composition comprising an anionic polymer, a laminate, and processes therefor
JP2005216663A (ja) 色素増感型太陽電池
KR101140784B1 (ko) 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR100572852B1 (ko) 구부림이 가능한 태양전지 및 그 제조방법
JP4522673B2 (ja) 電解質組成物、これを用いた光電変換素子および色素増感太陽電池
US10270050B2 (en) Photoelectric conversion layer composition and photoelectric conversion element
JP4892186B2 (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
JP5657780B2 (ja) 光電変換素子および光電変換モジュール
KR101190002B1 (ko) 염료감응 태양전지용 반도체 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지
WO2013077317A1 (ja) 光電変換素子および光電変換素子モジュール
JP4050535B2 (ja) 色素増感型太陽電池の製造方法
KR100416502B1 (ko) 티타노실리칼라이트-2를 포함하는 염료감응 태양전지
KR100499271B1 (ko) 구부림이 가능한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR101088675B1 (ko) 요오드화피리디니움계 이온성 액체를 포함한 염료감응 태양전지용 전해질 용액, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법
KR101369731B1 (ko) 염료감응 태양전지용 염료의 흡착방법, 이를 이용한 광전극 및 염료감응 태양전지
KR101006078B1 (ko) 고체형 나노복합 전해질 및 이를 이용한 태양전지
KR101187226B1 (ko) 염료 감응 태양전지의 제조 방법 및 그로부터 제조된 태양 전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130527

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140529

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee