KR20050102854A - 염료감응 태양전지의 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

염료감응 태양전지 모듈의 제조 공정을 단순화하고 고성능의 염료감응 태양전지 모듈을 제공하기 위해, 본 발명에서는 하나의 기판 상에 다수개의 단위 셀을 동시에 형성하는 방식으로 태양전지 모듈을 제작한다. 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 모듈은, 투광성 및 도전성을 가지는 제1기판; 투광성 및 도전성을 가지고 제1기판과 마주보도록 배치되는 제2기판; 각각의 제1기판 및 제2기판 상에 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성되고, 제1기판 및 제2기판 상에서 서로 마주보도록 형성되어 쌍을 이루는 복수개의 제1전극들 및 복수개의 제2전극들; 각각의 제1기판 및 제2기판에서 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 형성된 절연부; 절연부에 의해 절연된, 제1전극 및 제2전극의 한 쌍과 다른 쌍을 서로 전기적으로 연결하는 연결부; 제1전극들에 흡착되어 있는 염료; 쌍을 이루는 제1전극들 및 제2전극들 사이의 공간에 매립된 전해질을 포함하는 구성이다.

Description

염료감응 태양전지의 모듈 및 그 제조방법 {Module of dye-sensitized solar cell and fabrication method thereof}
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈(module) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단순한 구조를 가져 제조 공정이 간단하고도 성능이 향상된 고성능 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조가 도 1a 및 1b에 도시되어 있다. 도 1a는 종래 염료감응 태양전지 단위 셀의 단면도이고, 도 1b는 종래 염료감응 태양전지 단위 셀의 평면도이다.
일반적으로 염료감응 태양전지의 기본 구조는 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 두 개의 판상 투명전도체(10a, 10b)가 서로 면 접합된 샌드위치 구조이다.
한 투명전도체(10a)의 이면에는 전이금속 산화물막(11)이 도포되어 제1전극을 이루고 있으며, 전이금속 산화물막(11)에는 광 감응 염료(18)가 흡착되어져 있다.
다른 투명전도체(10b)의 이면에는 백금(Pt)막(12)이 도포되어 제2전극을 이루고 있다. 이러한 두 투명의 제1전극 및 제2전극 사이의 공간은 산화환원용 전해질(13)로 채워져 있다.
상술한 바와 같은 구조의 종래 염료감응 태양전지를 제조하기 위해서는 하나의 투명전도체(10a)위에는 전이금속 산화물막(11)을 형성하고 여기에 염료(18)를 흡착시키며, 다른 하나의 투명전도체(10b)위에는 Pt 막(12)을 형성한다.
다음, 수지(14)를 이용하여 두 투명전도체(10a, 10b)를 서로 대향 접합시킨 후, 미세구멍(15a, 15b, 15c, 15d)를 통해 전해질(13)을 주입하고 미세유리(16a, 16b, 16c, 16d)를 이용하여 봉입함으로써 염료감응 태양전지를 완료한다.
이러한 태양전지 단위 셀은 전도성 테이프(17a, 17b)를 이용하여 이웃끼리 서로 연결함으로써 모듈로 제작한다.
이러한 염료감응 태양전지의 기본 원리에 대해 설명하면 다음과 같다. 염료감응 태양전지 내로 태양광이 입사되면 광양자는 먼저 염료에 흡수되고, 여기상태로 된 염료가 전자를, 다공질막을 이루는 전이금속 산화물의 전도대로 보낸다. 여기서 전자는 전극으로 이동한 후 외부 회로로 흘러가서 전기 에너지를 전달하고 에너지를 전달한 만큼 낮은 에너지 상태가 되어 상대 전극으로 이동한다.
염료는 전이금속 산화물에 전달한 전자의 개수만큼을 전해질 용액으로부터 공급받아 원래의 상태로 돌아가게 된다. 전해질은 산화환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 담당한다.
이러한 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조 단가가 저렴하고, 친환경적이고, 플랙서블(flexible)하게 제작할 수 있다는 이점이 있으나, 광전변환 효율이 낮아서 실제 적용하는데 있어 제한이 있는 실정이다.
염료감응 태양전지를 실제로 적용할 때에는 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같은 단위 셀을 직렬 및 병렬 연결한 모듈로 제작하여 사용한다.
도 2a 및 2b는 일본특허 P2002-324590A, 한국 특허 0384893호에 공개된 바와 같은, 종래의 염료감응 태양전지의 2×3 모듈 구조를 도시한 평면도이다. 도 2a는 가로로는 직렬연결, 세로로는 병렬연결된 모듈 구조를 나타내고, 도 2b는 직렬로만 연결된 모듈 구조를 나타낸다.
이러한 모듈 구조는 도 1a 및 1b에 도시된 염료감응 태양전지 단위 셀을 이용하여 제작된 것이다.
도 2a에 도시된 염료감응 태양전지 모듈을 제작하기 위해서는, 직렬연결을 위해 전도성 양면테이프(20)를 이용하여 두 개의 단위 태양전지를 수평방향으로 연결함으로써 각각의 1, 2, 3행을 만든다.
다음, 각 행들 사이에 절연성 양면테이프(21)를 부착하여 행들을 집적하고, 마지막으로 리드선(22)을 이용하여 행들을 전기적으로 연결한다. 이로써 가로로는 직렬연결, 세로로는 병렬연결된 태양전지 모듈이 제작된다.
도 2b의 직렬연결로만 이루어진 2×3 태양전지 모듈을 제작하는 경우, 직렬연결을 위해 전도성 양면테이프(20)를 이용하여 두 개의 단위 태양전지를 수평방향으로 연결함으로써 각각의 1, 2, 3 행을 만든다.
다음, 1행과 2행의 직렬연결을 위해 2행을 시계방향으로 90도 회전시킨 후 전도성 양면테이프(20)를 이용하여 1행과 2행의 끝부분 단위 셀을 직렬로 연결시키고, 나머지 단위 셀은 절연성 양면테이프(21)를 이용하여 분리시킨다.
또한, 2행과 3행의 직렬연결을 위해 3행을 1행과 같은 구조 (즉, 2행의 상태에서 반시계방향으로 90도 회전시킨 구조)로 만든 후 전도성 양면테이프(20)를 이용하여 2행과 3행의 첫 부분 단위 셀을 직렬로 연결시키고, 나머지 단위 셀은 절연성 양면테이프(21)를 이용하여 분리시킨다. 마지막으로 리드선(22)를 이용하여 직렬연결 태양전지 모듈을 완성한다.
그러나, 이러한 기존의 태양전지 모듈의 제조방법은 상기한 바와 같이 각 단위 셀을 제작한 후 다시 재배열한다는 점에서 제조 공정이 복잡하고, 도전성 테이프(17a, 17b), 도전성 양면테이프(20) 및 절연성 양면테이프(21)를 사용하기 때문에 테이프의 전도 특성에 의해 모듈 성능이 열화될 수 있으며, 또한, 광감응을 일으키는 모듈의 활성면적(active area)을 증가시키는데 있어서도 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 염료감응 태양전지 모듈의 제조 공정을 단순화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 염료감응 태양전지 모듈의 활성 면적을 증가시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광전 변환 효율이 향상된 염료감응 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 하나의 기판 상에 다수개의 단위 셀을 동시에 형성하는 방식으로 태양전지 모듈을 제작한다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 모듈은, 투광성 및 도전성을 가지는 제1기판; 투광성 및 도전성을 가지고 제1기판과 마주보도록 배치되는 제2기판; 각각의 제1기판 및 제2기판 상에 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성되고, 제1기판 및 제2기판 상에서 서로 마주보도록 형성되어 쌍을 이루는 복수개의 제1전극들 및 복수개의 제2전극들; 각각의 제1기판 및 제2기판에서 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 형성된 절연부; 절연부에 의해 절연된, 제1전극 및 제2전극의 한 쌍과 다른 쌍을 서로 전기적으로 연결하는 연결부; 제1전극들에 흡착되어 있는 염료; 쌍을 이루는 제1전극들 및 제2전극들 사이의 공간에 매립된 전해질을 포함하는 구성이다.
상술한 염료감응 태양전지의 모듈은, 모듈을 중심으로 하여 태양광의 입사부와 반대방향인 투과부에 설치된 반사판을 더 포함할 수 있다.
이 때 반사판은 금속, 산화물, 질화물, 탄소화합물, 고분자막 중의 어느 하나를 포함할 수 있고, 반사율이 5-100%인 것이 바람직하다.
제1기판 및 제2기판은, PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판의 전면 상에 ITO, FTO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO2-Sb2O3 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 필름이 코팅된 것일 수 있다.
제1전극은 1-40㎛ 두께의 다공질막일 수 있고, Ti산화물, Nb산화물, Zn산화물, Sn산화물, Ta산화물, W산화물, Ni산화물, Fe산화물, Cr산화물, V산화물, Pm산화물, Zr산화물, Sr산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, Mo산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물을 포함할 수 있다.
제1전극을 이루는 다공질막은 평균입경이 3-100nm 인 나노입자를 포함할 수 있다.
제2전극은 Pt, 흑연, 귀금속 물질 중의 어느 하나를 포함할 수 있고, 1-300nm 두께이고 광 투과율이 10-100%인 것이 바람직하다.
절연부는 제1기판 및 제2기판에서 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역의 전도성 필름이 제거된 홈 형태일 수 있다.
한 쌍의 제1전극 및 제2전극과 염료, 및 전해질이 하나의 염료감응 태양전지를 이룰 수 있다.
절연부는 병렬회로로 연결하기로 예정된 태양전지들 사이에 형성되고, 연결부는 절연부에 의해 전기적으로 분리된 태양전지들을 연결할 수 있다.
염료는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 준고체 전해질, 고분자 전해질, 및 고체 전해질 중의 어느 하나일 수 있다.
상술한 바와 같은 염료감응 태양전지의 모듈을 제조하는 방법은, 투광성 및 도전성을 가지는 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계; 각각의 제1기판 및 제2기판 상에, 염료가 흡착된 복수개의 제1전극들과 복수개의 제2전극들을, 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성하되, 제1기판 상의 제1전극 및 제2전극이 각각 제2기판 상의 제2전극 및 제1전극과 대응되어 쌍을 이루도록 형성하는 단계; 각각의 제1기판 및 제2기판에서 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 절연부를 형성하는 단계; 제1기판 및 제2기판 상에서 제1전극과 제2전극이 서로 마주보면서 쌍을 이루도록 제1기판과 제2기판을 배치시킨 상태에서, 쌍을 이루는 각각의 제1전극들 및 제2전극들 사이에 전해질을 매립하여 밀봉하는 단계; 절연부에 의해 절연된 제1전극 및 제2전극의 쌍들을 서로 전기적으로 연결하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상술한 모듈의 제조 방법은 모듈을 중심으로 하여 태양광의 입사부와 반대방향인 태양광의 투과부에 반사판을 설치하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 절연부 형성 단계를 제1전극들과 제2전극들의 형성 단계 이전에 수행할 수 있다.
제1전극을 형성하는 단계에서는 나노입자의 분산액을 도포한 후 건조시킬 수 있다.
제2전극으로는 Pt, 흑연, 및 귀금속 물질 중의 어느 하나를 포함하고 광 투과율이 10-100%인 1-300nm 두께의 막을 진공 증착법, 전기화학적 증착법, 화학적 증착법 중의 어느 한 방법으로 형성할 수 있다.
절연부를 형성하는 단계에서는 제1기판 및 제2기판에서 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역의 전도성 필름을 제거하여 홈을 형성할 수 있으며, 전도성 필름을 제거할 때에는 습식 식각 및 건식 식각 중의 어느 한 식각을 수행할 수 있다.
염료는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 용해시킨 알콜용액에 제1전극을 침지시키는 것에 의해 흡착시킬 수 있다.
전해질을 매립하여 밀봉하는 단계에서는 제1기판 및 제2기판을 접합하고, 제1기판 및 제2기판을 관통하는 홀을 형성한 후, 홀을 통해 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 준고체 전해질, 고분자 전해질, 및 고체 전해질 중의 어느 하나를 주입하고, 홀을 매립하여 밀봉할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
일반적으로 염료감응 태양전지의 광전변환 효율 향상을 위해서는 염료감응 태양전지 단위 셀의 효율을 향상시키거나 또는 구조 변경 등에 의해 모듈 자체의 성능을 향상시킨 고성능 태양전지 모듈을 개발하는 방안이 연구되고 있다. 본 발명에서는 고성능 태양전지 모듈을 개발하고자 한다.
도 3a 내지 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 2×3 모듈 구조를 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 염료감응 태양전지 모듈의 평면도이고, 도 4a 및 4b는 염료감응 태양전지 모듈에서 각 기판의 평면도이며, 도 5a 및 5b는 염료감응 태양전지 모듈의 단면도이다.
도 4a 및 4b에서는 염료감응 태양전지 모듈을 분해하여 두 개의 기판을 분리한 상태에서 각 기판의 접합면이 노출되는 방향으로 도시되어 있다.
여기서, 도 3a 및 4a는 가로로는 직렬연결, 세로로는 병렬연결된 태양전지 모듈을 도시하고 있고, 도 3b 및 4b는 직렬로만 연결되어 있는 태양전지 모듈을 도시하고 있다.
또한, 도 5a는 반사판(200)이 없는 경우의 태양전지 모듈을 도시하고, 도 5b는 반사판(200)을 설치한 경우의 태양전지 모듈을 도시하고 있다.
본 발명에서는 하나의 기판 상에 다수개의 단위 전극을 만들고, 이렇게 만들어진 기판을 두 개 서로 마주보도록 배치하여 태양전지 모듈을 제조한다. 이렇게 하면 모듈이 제작되는 동시에 다수개의 단위 셀이 완성된다.
여기서 단위 셀이란, 한 쌍의 제1전극 및 제2전극과 염료, 및 전해질이 이루는 하나의 염료감응 태양전지를 일컫는 용어이다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 다수개의 단위 셀이 형성된 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)을 포함한다. 이 때 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)은 투광성 및 도전성을 가진다.
본 발명의 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)은 종래 염료감응 태양전지 단위 셀에서 사용된 기판과 비교해 볼 때, 목적하는 m×n 모듈과 비숫한 규모의 크기를 가지고 있어서 단위 셀 규모의 크기를 가지는 종래 기판 보다 훨씬 크고, 또한 하나의 기판 내에 제1전극 및 제2전극이 모두 포함되어 있어서, 하나의 기판에는 제1전극 또는 제2전극의 하나가 형성되어 있는 종래 기판과는 완전히 다르다.
일 예로서, 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)은, PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판(101a, 101b)의 전면 상에 ITO, FTO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO2 -Sb2O3 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 필름(102a, 102b)이 코팅된 것일 수 있다.
여기서, 제1기판(100a)을 이루는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판을 101a라 칭하고, 그 위에 코팅된 전도성 필름을 102a라 칭한다. 마찬가지로, 제2기판(100b)을 이루는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판을 101b라 칭하고, 그 위에 코팅된 전도성 필름을 102b라 칭한다.
제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 각각에는 복수개의 제1전극들(110a, 110b)과 제2전극들(120a, 120b)이 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성되어 있다.
여기서, 제1기판(100a) 상에 형성된 복수개의 제1전극들을 110a라 칭하고 복수개의 제2전극들을 120a라 칭한다. 마찬가지로, 제2기판(100b) 상에 형성된 복수개의 제1전극들을 110b라 칭하고 복수개의 제2전극들을 120b라 칭한다.
이 때 교대로 배열되는 것이 일방향을 따를 것인지 또는 이방향 이상을 따를 것인지는 단위 셀을 직렬로 연결할 것인지 병렬로 연결할 것인지 등을 정하는 회로 디자인에 따라 결정될 수 있다.
일 예로서 도 3a 및 4a에는 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b)이 가로 방향을 따라서 교대로 배열되어 있고, 도 3b 및 4b에는 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b)이 가로 방향 및 세로 방향을 따라서 교대로 배열되어 있다.
또한 제1기판(100a) 상에 형성된 제1전극들(110a)은 제2기판(100b) 상에 형성된 제2전극들(120b)과 서로 마주보면서 대응되어 쌍을 이루고 있고, 마찬가지로 제1기판(100a) 상에 형성된 제2전극들(120a)은 제2기판(100b) 상에 형성된 제1전극들(110b)과 서로 마주보면서 대응되어 쌍을 이루고 있다.
즉, 제1기판(100a) 상에 형성된 제1전극(110a)과 제2기판(100b) 상에 형성된 제2전극(120b)이 쌍을 이루어 하나의 단위 셀을 이루는 구성요소가 되는 것이고, 제1기판(100a) 상에 형성된 제2전극(120a)과 제2기판(100b) 상에 형성된 제1전극(110b)이 쌍을 이루어 하나의 단위 셀을 이루는 구성요소가 되는 것이다.
다시 말하면, 하나의 기판 내에서 이웃하는 제1전극 및 제2전극은 각각 서로 다른 단위 셀을 이룬다. 이와 같이 본 발명에서는 서로 다른 단위 셀을 이루는 제1전극들 및 제2전극들을 하나의 기판 위에 동시에 형성하는 것이다.
제1전극(110a, 110b)은 1-40㎛ 두께의 다공질막인 것이 바람직하고, 이러한 다공질막은 Ti산화물, Nb산화물, Zn산화물, Sn산화물, Ta산화물, W산화물, Ni산화물, Fe산화물, Cr산화물, V산화물, Pm산화물, Zr산화물, Sr산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, Mo산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1전극(110a, 10b)은 나노미터 규모의 입경을 가지는 나노입자들이 균일하게 분포하며 다공성을 유지하면서 표면에 적당한 거칠기(roughness)를 가지도록 형성하는 것이 중요하다. 나노입자는 평균입경 3-100nm 이하를 가지고, 바람직하게는 10-40nm의 입경을 가질 수 있으며, 또한 제1전극(110a, 110b)의 표면거칠기는 20nm 이상인 것이 바람직하다.
제1전극(110a, 110b)을 이루는 대표적인 물질로서 TiO2의 입경별 효율을 검토해 보면, TiO2의 입경이 10nm 이하로 작으면 성막 후 열처리 시 기반과의 밀착성이 떨어져 박리가 일어난다. 반면에, TiO2의 입경이 40nm 초과로 커지면 표면적의 감소로 염료 흡착 포인트가 감소하여 광전변환 효율이 떨어지기 시작한다. 따라서, 공정성과 효율을 동시에 고려한 결과, 10~40nm 입경의 TiO2를 이용하여 다공질막을 형성하는 것이 가장 바람직하다.
이러한 제1전극(110a, 110b)에는 전자이동을 용이하게 하기 위하여 주석도핑 산화인듐(ITO : tin-doped indium oxide)과 같은 도전성 미립자를 첨가할 수도 있고, 또는 광로를 연장시켜 효율을 향상시키는 목적으로 광산란자를 첨가할 수도 있으며, 또는 도전성 미립자 및 광산란자 둘 모두를 첨가할 수도 있다. 광산란자는 제1전극을 이루는 물질과 동일한 것으로서 평균입경이 150nm 이상으로 큰 것이다.
제2전극(120a, 120b)은 Pt, 흑연, 귀금속 물질 중의 어느 하나를 포함할 수 있고, 1-300nm 두께이고 광 투과율이 10-100%인 것이 바람직하다. Pt는 반사도가 우수하므로 선호된다.
각각의 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)에는 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b) 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 절연부(130a, 130b)가 형성되어 있다. 여기서, 제1기판(100a)에 형성된 절연부를 130a라 칭하고, 제2기판(100b)에 형성된 절연부를 130b라 칭한다.
예를 들면, 절연부(130a, 130b)는 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)의 전도성 필름(102a, 102b)이 제거된 홈 형태일 수 있다.
제1기판(100a) 또는 제2기판(100b) 상에서 절연부(130a, 130b)에 의해 분리된 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b)은 앞에서 언급한 바와 같이 각각 서로 다른 단위 셀을 이루는데, 절연부(130a, 130b)는 병렬회로로 연결하기로 예정된 단위 셀들 사이에 형성된다.
또한, 절연부(130a, 130b)에 의해 전기적으로 분리된 한 쌍의 제1전극 및 제2전극은 다른 쌍과 연결부에 의해 서로 전기적으로 연결되며, 이 연결은 병렬회로로 연결되는 것이다.
둘 사이에 절연부(130a, 130b)가 없는 이웃하는 단위 셀들은 도전성을 가지는 기판(100a, 100b) 자체에 의해 직렬회로로 연결된다.
연결부로서 리드선(140)을 이용한 일 예가 도면에 도시되어 있다. 도면에는 제1기판(100a)이 제2기판(100b)보다 커서 돌출되어 있고, 돌출된 제1기판(100a)에서 태양전지들을 연결하는 리드선(140)이 도시되어 있다.
한편, 제1전극(110a, 110b)의 나노입자 표면에는 염료(150)가 흡착되어져 있다. 염료(150)는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. Ru은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합 화합물을 만들 수 있는 원소이다.
태양전지용으로 적합한 염료로서 가장 일반적인 것은 Ru(etc bpy)2(NCS)2 2CH3CN 타입이 많이 사용되어 지고 있다. 여기서 etc는 (COOEt)2 or (COOH)2 로서 다공질막(일 예로 TiO2) 표면과 결합 가능한 반응기이다. 이 외에도 가시광내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 염료 및 전자 방출이 용이한 새로운 타입의 염료를 개발하고 있으며 염료의 반응기를 개선하여 전자와 정공의 재결합을 방지하여 효율을 향상시키고자 한다.
또한, 다양한 칼라의 유기 색소는 저가이면서도 소재가 풍부하여 활용 가능성이 높은 소재로 효율 향상을 위한 검토가 활발하게 진행 중이다. 유기색소로는 큐마린(Cuemarine), 포피린(porphyrin)의 일종인 페오포바이드 에이(pheophorbide a) 등을 단독 또는 Ru 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광 흡수를 개선하여 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 상에 형성되어 쌍을 이루는 제1전극들(110a, 110b) 및 제2전극들(120a, 120b) 사이의 공간에는 전해질(160)이 매립되어 있다.
전해질(160)은 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 준고체 전해질, 고분자 전해질, 및 고체 전해질 중의 어느 하나일 수 있다.
전해질(160)은 도면에서 설명의 편의상 한 층으로 도시되어 있지만, 실제로는 제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 사이의 공간에서 제1전극(110a)의 내부로 균일하게 분산되어 있는 것이다.
전해질(160)은 아이오다이드(iodide)/트리오다이드(triodide) 쌍으로서 산화, 환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 수행하며 개방회로 전압은 제1전극(110a, 110b)의 페르미 에너지 준위와 전해질(160)의 산환, 환원 준위의 차이에 의해 결정된다.
그리고 본 발명에서는 상술한 바와 같은 태양전지 모듈의 뒷면에 별도의 반사판(200)을 추가로 설치할 수 있다. 보다 정확하게는 모듈을 중심으로 하여 태양광의 입사부와 반대방향인 태양광의 투과부에 반사판(200)을 별도로 설치할 수 있다.
도 5b에는 제1기판(100a)의 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판(101a)의 후방에 반사판(200)이 설치된 예가 도시되어 있다.
이 때 반사판(200)은 금속, 산화물, 질화물, 탄소화합물, 고분자막 중의 어느 하나를 포함할 수 있고, 반사율이 5-100%인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 제작되는 태양전지의 경우 기존 발명에서 사용하는 Pt막 반사효과를 이용할 수 없기 때문에 효율 향상을 위해서는 반사판을 이용하는 것이 좋다. 왜냐하면, 하나의 기판 위에 염료가 흡착된 제1전극과 Pt 등이 형성된 제2전극이 공존하고 있으므로, 태양전지가 빛을 받을 경우 제1전극에 직접 입사되는 경우 뿐만 아니라 제2전극을 거쳐서 제1전극에 입사되는 경우도 존재하게 된다. 따라서, 태양광이 제2전극을 투과할 수 있도록, 제2전극이 수 백 nm 이하 두께의 반투명막으로 이루어지도록 한다.
이렇게 하면 제2전극에서의 반사효과가 없기 때문에 태양전지의 광전변환 효율특성이 열화될 수 있으며, 이를 극복할 목적으로 태양전지 모듈의 후방(투과부)에 반사판을 설치한다.
이와 같이 반사판을 설치할 경우 도 5b에 도시된 바와 같이 제2기판(100b)으로 입사하였다가 제1기판(100a)를 투과한 태양광이 반사판(200)에서 반사되어 다시 제2기판(100b)으로 입사되므로, 반사판이 없는 경우(도 5a)에 비해 태양광을 흡수하는 기회가 증가하여 효율 향상이 가능해진다.
그러면 상술한 바와 같은 구조를 가지는, 본 발명의 염료감응 태양전지 모듈을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 투광성 및 도전성을 가지는 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)을 준비한다.
이 때 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)의 일 예로는, PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판(101a, 101b)의 전면 상에 ITO, FTO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO 2-Sb2O3 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 필름(102a, 102b)을 코팅함으로써, 투광성 및 도전성을 가지는 기판으로 준비할 수 있다.
다음, 각각의 제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 상에, 염료가 흡착된 복수개의 제1전극들(110a, 110b)과, 복수개의 제2전극들(120a, 120b)을 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성하되, 제1기판(100a) 상의 제1전극(110a) 및 제2전극(120a)이 각각 제2기판(100b) 상의 제2전극(120b) 및 제1전극(110a)과 대응되어 쌍을 이루도록 형성한다.
이를 위해서는 먼저 제1기판(100a) 상에, 염료(150)가 흡착된 복수개의 제1전극들(110a)과, 복수개의 제2전극들(120a)을, 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성하고, 그 다음, 제2기판(100b) 상에, 염료(150)가 흡착된 복수개의 제1전극들(110b)과, 복수개의 제2전극들(120b)을, 각각 제1기판(100a) 상의 제2전극들(120a) 및 제1전극들(110a)과 대응되어 쌍을 이루도록 형성할 수 있다.
제1전극(110a, 110b)을 형성할 때에는 제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 전면의 원하는 영역 상에 평균입경이 100nm 이하인 나노입자의 분산액을 코팅한 후 열처리에 의해 건조시켜 두께가 1-40㎛인 다공질막을 형성할 수 있다.
이 때 다공질막을 이루는 물질로는 Ti산화물, Nb산화물, Zn산화물, Sn산화물, Ta산화물, W산화물, Ni산화물, Fe산화물, Cr산화물, V산화물, Pm산화물, Zr산화물, Sr산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, Mo산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물을 사용할 수 있다.
상술한 산화물을 포함하는 분산액(페이스트)를 제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 면에 코팅하는 방법에 따라 요구되는 분산액의 물성도 조금씩 달라진다. 일반적으로 닥터 블레이드 또는 스크린 프린트 등의 방법으로 분산액을 코팅하고, 투광도 향상을 위해서는 스핀 코팅 또는 스프레이 방법을 이용하기도 한다. 이 외에도 스퀴즈를 포함하여 일반적인 습식 코팅 방법을 적용할 수도 있다.
열처리는 바인더를 첨가한 경우 450-600℃에서 30분 정도 수행하고, 바인더를 첨가하지 않은 경우 200℃로도 가능하다.
또한, 제1전극(110a, 110b)의 다공성을 유지하기 위한 목적으로 분산액에 고분자를 첨가하여 열처리(400~600℃)하면 다공성이 높은 도포막이 얻어지는데, 이 때에는 열처리 후 유기물이 잔존하지 않는 고분자를 선택해야 한다.
적합한 고분자로는 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리 비닐 알콜(PVA), 폴리 비닐 피리돈(PVP) 등이 있다. 이 중에서 도포법을 포함한 도포 조건을 고려하여 적합한 분자량을 가지는 것으로 선택하여 첨가하면 된다. 이러한 고분자를 첨가하면 다공성 향상 이외에도 분산성 향상, 점도 증가로 성막성 및 기반과의 부착력도 향상시킬 수 있다.
제1전극(110a, 110b)에 염료를 흡착시킬 때에는, 염료를 용해시킨 알콜용액에 제1전극(110a, 110b)을 도포한 제1기판(100a) 또는 제2기판(100b)을 침지시킨 후 12 시간 정도 두면 자연 흡착이 된다.
제2전극으로는 Pt, 흑연, 및 귀금속 물질 중의 어느 하나를 포함하고 광 투과율이 10-100%인 1-300nm 두께의 막을 진공 증착법, 전기화학적 증착법, 화학적 증착법 중의 어느 한 방법으로 형성할 수 있다.
다음, 각각의 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)에서 염료(160)가 흡착된 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b) 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 절연부(130a, 130b)를 형성한다.
절연부(130a, 130b)를 형성할 때에는 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)에서 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b) 사이 영역들 중 적어도 한 영역의 전도성 필름(102a, 102b)을 습식 또는 건식 식각에 의해 제거하여 홈을 형성할 수 있으며, 이 경우 홈에 의해 이웃하는 제1전극 및 제2전극이 서로 절연된다.
절연부는 병렬회로로 연결하기로 예정된 단위 셀들 사이에 형성하는 것이 바람직하며, 절연부에 의해 절연되는 이웃하는 단위 셀들은 이후 연결부에 의해 연결된다.
이러한 절연부 형성 단계는 제1전극들과 제2전극들의 형성 단계 이전에 수행할 수도 있다. 즉, 제1기판 및 제2기판에서 제1전극 및 제2전극으로 예정된 영역들의 사이 중 적어도 하나에 절연부를 형성한 후, 예정된 제1전극 및 제2전극을 형성할 수 있다.
다음, 제1기판(100a) 및 제2기판(100b) 상에서 제1전극(110a, 110b)과 제2전극(120a, 120b)이 서로 마주보면서 쌍을 이루도록 제1기판(100a)과 제2기판(100b)을 배치시키고, 쌍을 이루는 각각의 제1전극들(110a, 110b) 및 제2전극들(120a, 120b) 사이에 전해질(160)을 매립하여 밀봉한다.
보다 구체적으로는 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)을 접착제를 사용하여 서로 면 접합시킨 후, 제1기판(100a) 및 제2기판(100b)을 관통하는 미세 홀(미도시)을 형성하고 이 홀을 통해 두 기판 사이에서 제1전극(110a, 110b) 및 제2전극(120a, 120b) 사이의 공간에 전해질(160) 용액을 주입한 다음, 다시 홀의 내부를 접착제로 매립하여 밀봉한다.
접착제로는 열가소성 고분자 필름을 사용할 수 있는데 일 예로는 상품명 surlyn이 있다. 이러한 열가소성 고분자 필름을 두 전극 사이에 위치시킨 후 가열 압착하여 밀폐시킨다.
접착제의 또 다른 종류로는 에폭시 수지 또는 자외선(UV) 경화제를 사용할 수 있으며, 이 경우 열처리 또는 UV 처리 후에 경화시킬 수도 있다.
그 결과 한 쌍의 제1전극 및 제2전극과 염료, 및 전해질이 하나의 염료감응 태양전지(단위 셀)를 이루게 된다.
다음, 절연부에 의해 전기적으로 분리된 제1전극 및 제2전극의 쌍들을 서로 전기적으로 연결한다.
일 예로서, 도면에서는 2×3 모듈에 있어서, 제1기판(100a)을 제2기판(100b)보다 크게 준비하여 제1기판(100a)이 돌출된 것이 도시되어 있는데, 이 때 돌출된 제1기판에서 리드선(140)을 이용하여 절연부(130a, 130b)에 의해 전기적으로 분리된 단위 셀들을 서로 연결한다.
다음, 상술한 바와 같이 제조된 염료감응 태양전지의 모듈을 중심으로 하여 태양광의 입사부와 반대방향인 태양광의 투과부에 반사판(200)을 설치한다.
반사판으로는 금속, 산화물, 질화물, 탄소화합물, 고분자막 중의 어느 하나를 포함하고 반사율이 5-100%인 것을 사용할 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 제조가 완료된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 모듈 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예에서는 도 3a에 도시된 바와 같은 염료감응 태양전지 모듈을 제조하였으며, 설명의 편의상 도 3a를 인용하여 설명하겠다. 먼저, 제1투명전도체(100a)의 표면을 에칭하여 전도성 필름을 제거한 제1홈(130a)을 만들고, 제2투명전도체(100b)에 대해서도 동일한 방법으로 에칭을 통하여 제1홈(130a)와 대응되는 제2홈(130b)을 형성하였다.
다음으로 에칭 처리된 제1투명전도체(100a) 위에 염료가 흡착된 다공성 티타늄 산화막(110a)으로 구성된 광음극과 Pt 상대 전극(120a)을 도 3a와 같이 엇갈리게 형성하였다. 마찬가지로 에칭 처리된 제2투명전도체(100b)에 대해서도 염료가 흡착된 다공성 티타늄 산화막(110b)으로 구성된 광음극과 Pt 상대 전극(14b)을 엇갈리게 형성하였다. 이때, 제1투명전도체(100a)와 제2투명전도체(100b) 사이에서 광음극과 상대전극이 서로 대응되도록 하였다.
광음극과 상대전극의 제조 방법은 다음과 같은 방법을 따랐다. 광음극의 경우, 입경 15 nm 정도 크기의 티타늄산화물 입자 분산액을 닥터블레이드법을 이용하여 도포하고, 450 도 30분 열처리 소성공정을 통해 10 ㎛ 두께의 다공성 티타늄산화물 후막을 제작하였다.
그 후 80도에서 시편을 유지한 후 에탄올에 용해된 0.3 mM Ru(4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine)2(NCS)2 염료색소액에 염료흡착처리를 12시간 이상 수행하였다. 마지막으로 염료흡착된 다공성 티타늄산화물 후막을 에탄올을 이용하여 씻어내고 상온 건조함으로서 광음극을 완성하였다.
상대전극의 경우, 마스크를 이용하여 제1투명전도체(100a)와 제2투명전도체(100b)에 형성되어 있는 광음극을 보호하고, 이에 대해 스퍼터 장비를 이용하여 30 W, 3분간 Pt를 증착함으로서 상대전극을 완성하였다. 이때, Pt의 두께는 약 10 nm정도로 반투명하게 제작하였다.
다음, 60 ㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 제1투명전도체(100a)와 제2투명전도체(100b) 사이에 두고 100 도에서 9초 압착시킴으로서 두 투명전도체를 대향시켜 접합시켰다.
그 후 미세구멍을 통해 산화-환원 전해질을 주입하고, 커버 글라스와 열가소성 고분자 필름을 이용하여 미세 구멍을 막음으로서 가로로는 직렬, 세로로는 병렬 연결된 염료감응 태양전지 모듈을 제작하였다.
이때 이용된 산화-환원 전해질은 21.928 g의 테트라프로필암모늄아이오다이드(tertrapropylammonium iodide)와 1.931 g의 I2를 에틸렌카보네잇(ethylene carbonate) 80 %, 아세토나이트릴(acetonitrile) 20 %로 이루어진 용매에 용해시킨 것을 이용할 수 있다.
마지막으로, 이렇게 제작된 태양전지 뒷면에 반사 거울을 설치함으로서 태양전지 모듈을 완성하였다.
본 발명은 상술한 실시예에만 국한된 것이 아니다.
예를 들면 m×n 모듈을 제작할 수 있고, 이 때 m 및 n은 1보다 크거나 같은 정수이다.
또한 이웃하는 단위 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하는 회로 디자인을 다양하게 변경 설계할 수 있으며, 설계된 회로 디자인에 따라 염료감응 태양전지의 모듈을 제조할 수 있다.
<시험예>
염료감응 태양전지 모듈에 대해 100 mW/cm 2 제논램프를 광원으로 하여 전류-전압 특성을 분석하였다.
도 6a는 하나의 염료감응 태양전지 단위 셀의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이고, 도 6b는 도 6a의 단위 염료감응 태양전지를 이용하여 기존의 방법에 의해 제작된 가로로는 직렬, 세로로는 병렬 연결된 2×3 염료감응 태양전지 모듈(도 2a)의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a의 염료감응 태양전지 단위 셀은 단락전류(short-circuit current) 9.8 mA, 개방전압(open circuit) 0.72 V, 충밀도(fill factor) 0.53의 특성을 가지며, 이를 이용해 제작된 도 6b의 염료감응 태양전지 모듈은 단락전류 21 mA, 개방전압 1.25 V, 충밀도 0.33의 성능을 보였다.
이로써, 염료감응 태양전지 단위 셀을 가지고 기존의 방법으로 염료감응 태양전지 모듈을 제작할 경우 단락전류의 손실이 매우 크고 충밀도 특성 또한 크게 열화됨을 확인할 수 있었다.
즉, 기존의 방법으로 제작된 염료감응 태양전지 모듈의 경우 전도성 테이프와 전도성 양면테이프의 전도 특성에 의해 단락전류와 충밀도 특성이 영향 받음을 알 수 있다.
한편, 도 7a 내지 7c는 본 발명에 의한 염료감응 태양전지 모듈에 대한 전류-전압 특성을 나타낸 것으로서, 도 7a는 모듈 제작에 사용된 단위 염료감응 태양전지에 대해 광원이 광음극을 윗면으로 하여 입사된 경우의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이고, 도 7b는 모듈 제작에 사용된 단위 염료감응 태양전지에 대해 광원이 Pt 상대전극을 윗면으로 하여 입사된 경우의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이며, 도 7c는 본 발명에 의해 제작된 가로로는 직렬, 세로로는 병렬 연결된 2×3 염료감응 태양전지 모듈의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 단락전류 7.42 mA, 개방전압 0.67 V, 충말도 0.37의 특성을 보이며, 도 7b의 경우 단락전류 5.4 mA, 개방전압 0.65 V, 충말도 0.43의 특성을 보인다. 이를 이용해 제작된 도 7c의 염료감응 태양전지 모듈은 단락전류 20.5 mA, 개방전압 1.1 V, 충밀도 0.52의 특성을 보인다.
이로써, 도 6b의 기존 방법에 의해 제작된 태양전지 모듈과 비교하여 단락전류의 손실이 적고, 우수한 충밀도 특성을 지닌 고성능 태양전지 모듈을 제작할 수 있었다. 이는 본 발명에 의해 제작된 염료감응 태양전지 모듈이 기존의 태양전지 모듈에 사용되는 전도성 테이프나 전도성 양면테이프의 전도 특성에 의존하지 않기 때문으로 설명될 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 제안된 태양전지 모듈은 구조가 단순하기 때문에 제조 공정을 단순화할 수 있고, 같은 모듈 크기에 대해 기존의 태양전지 모듈보다 광감응을 일으키는 활성화 면적을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 기존 모둘 제조에서 사용되었던 전도성 테이프 또는 전도성 양면테이프를 사용하지 않기 때문에 테이프의 전도 특성에 의해 태양전지의 성능이 저하되는 일이 없으며, 따라서 기존 방법에 의해 제작된 태양전지 모듈과 비교하여 단락전류의 손실이 적고, 우수한 충밀도 특성을 지닌 고성능 태양전지 모듈을 제작하는 효과가 있다.
또한 본 발명에서는 하나의 기판 위에 제1전극 및 제2전극을 형성하고, 제1전극 및 제2전극 사이에 절연부를 형성하는 방법에 의해 태양전지 단위 셀을 서로 절연시키는 방식으로 모듈을 제조한다는 점에서 태양전지 모듈의 구조가 단순하고 제조 공정이 간단한 효과가 있다.
따라서, 공정 단순화에 의해 제조 원가를 절감하는 효과가 있다.
또한 본 발명에서는 테이프를 사용하지 않아서 테이프가 차지하는 면적에 의한 손실이 없으므로, 같은 모듈 크기에 대해 기존의 태양전지 모듈보다 광감응을 일으키는 활성화 면적이 증대되는 효과가 있다.
도 1a는 종래 염료감응 태양전지 단위 셀의 단면도이고,
도 1b는 종래 염료감응 태양전지 단위 셀의 평면도이며,
도 2a 및 2b는 종래 염료감응 태양전지의 2×3 모듈 구조를 도시한 평면도이고,
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 평면도이며,
도 4a 및 4b는 각각 도 3a 및 3b에서 각 기판의 평면도이고,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 단면도이며,
도 6a는 종래 염료감응 태양전지 단위 셀의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이고,
도 6b는 도 6a의 염료감응 태양전지 단위 셀을 이용하여 종래 방법에 의해 제작된 염료감응 태양전지 모듈의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이며,
도 7a 내지 7b는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈에서 염료감응 태양전지 단위 셀의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이고,
도 7c는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (29)

  1. 투광성 및 도전성을 가지는 제1기판;
    투광성 및 도전성을 가지고 상기 제1기판과 마주보도록 배치되는 제2기판;
    각각의 상기 제1기판 및 제2기판 상에 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성되고, 상기 제1기판 및 제2기판 상에서 서로 마주보도록 형성되어 쌍을 이루는 복수개의 제1전극들 및 복수개의 제2전극들;
    각각의 상기 제1기판 및 제2기판에서 상기 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 형성된 절연부;
    상기 절연부에 의해 절연된, 제1전극 및 제2전극의 한 쌍과 다른 쌍을 서로 전기적으로 연결하는 연결부;
    상기 제1전극들에 흡착되어 있는 염료;
    상기 쌍을 이루는 제1전극들 및 제2전극들 사이의 공간에 매립된 전해질
    을 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은, 모듈을 중심으로 하여 태양광의 입사부와 반대방향인 투과부에 설치된 반사판을 더 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사판은 금속, 산화물, 질화물, 탄소화합물, 고분자막 중의 어느 하나를 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사판은 반사율이 5-100%인 염료감응 태양전지의 모듈.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1기판 및 제2기판은, PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판의 전면 상에 ITO, FTO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO2-Sb2O3 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 필름이 코팅된 것인 염료감응 태양전지의 모듈.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1전극은 1-40㎛ 두께의 다공질막인 염료감응 태양전지의 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극은 Ti산화물, Nb산화물, Zn산화물, Sn산화물, Ta산화물, W산화물, Ni산화물, Fe산화물, Cr산화물, V산화물, Pm산화물, Zr산화물, Sr산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, Mo산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물을 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다공질막은 평균입경이 3-100nm 인 나노입자를 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2전극은 Pt, 흑연, 귀금속 물질 중의 어느 하나를 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2전극은 1-300nm 두께이고 광 투과율이 10-100%인 염료감응 태양전지의 모듈.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 제1기판 및 제2기판에서 상기 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역의 전도성 필름이 제거된 홈인 염료감응 태양전지의 모듈.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1전극 및 제2전극과 염료, 및 전해질이 하나의 염료감응 태양전지를 이루는 염료감응 태양전지의 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연부는 병렬회로로 연결하기로 예정된 태양전지들 사이에 형성되고,
    상기 연결부는 상기 절연부에 의해 전기적으로 분리된 태양전지들을 연결하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 염료는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 포함하는 염료감응 태양전지의 모듈.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질은 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 준고체 전해질, 고분자 전해질, 및 고체 전해질 중의 어느 하나인 염료감응 태양전지의 모듈.
  16. 투광성 및 도전성을 가지는 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계;
    각각의 상기 제1기판 및 제2기판 상에, 염료가 흡착된 복수개의 제1전극들과 복수개의 제2전극들을, 적어도 일방향을 따라서 서로 교대로 배열되도록 형성하되, 상기 제1기판 상의 제1전극 및 제2전극이 각각 상기 제2기판 상의 제2전극 및 제1전극과 대응되어 쌍을 이루도록 형성하는 단계;
    각각의 상기 제1기판 및 제2기판에서 상기 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역에 절연부를 형성하는 단계;
    상기 제1기판 및 제2기판 상에서 상기 제1전극과 제2전극이 서로 마주보면서 쌍을 이루도록 상기 제1기판과 제2기판을 배치시킨 상태에서, 상기 쌍을 이루는 각각의 제1전극들 및 제2전극들 사이에 전해질을 매립하여 밀봉하는 단계;
    상기 절연부에 의해 절연된 제1전극 및 제2전극의 쌍들을 서로 전기적으로 연결하는 단계
    를 포함하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 모듈을 중심으로 하여 태양광의 입사부와 반대방향인 태양광의 투과부에 반사판을 설치하는 단계를 더 포함하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반사판으로는 금속, 산화물, 질화물, 탄소화합물, 고분자막 중의 어느 하나를 포함하고 반사율이 5-100%인 것을 설치하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 절연부 형성 단계를 상기 제1전극들과 제2전극들의 형성 단계 이전에 수행하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1기판 및 제2기판으로는, PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투광성 플라스틱 기판 또는 유리 기판의 전면 상에 ITO, FTO, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), SnO2-Sb2O 3 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 필름을 코팅하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1전극으로는 Ti산화물, Nb산화물, Zn산화물, Sn산화물, Ta산화물, W산화물, Ni산화물, Fe산화물, Cr산화물, V산화물, Pm산화물, Zr산화물, Sr산화물, In산화물, Yr산화물, La산화물, Mo산화물, Mg산화물, Al산화물, Y산화물, Sc산화물, Sm산화물, Ga산화물, In산화물, 및 SrTi산화물 중에서 하나 또는 둘 이상의 복합물로 이루어지고, 두께가 1-40㎛이며, 평균입경이 100nm 이하인 나노입자를 포함하는 다공질막을 형성하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1전극을 형성하는 단계에서는 상기 나노입자의 분산액을 도포한 후 건조시키는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2전극으로는 Pt, 흑연, 및 귀금속 물질 중의 어느 하나를 포함하고 광 투과율이 10-100%인 1-300nm 두께의 막을 진공 증착법, 전기화학적 증착법, 화학적 증착법 중의 어느 한 방법으로 형성하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 절연부를 형성하는 단계에서는 상기 제1기판 및 제2기판에서 상기 제1전극과 제2전극 사이 영역들 중 적어도 한 영역의 전도성 필름을 제거하여 홈을 형성하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 전도성 필름을 제거할 때에는 습식 식각 및 건식 식각 중의 어느 한 식각을 수행하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1전극 및 제2전극과 염료, 및 전해질이 하나의 염료감응 태양전지를 이루고,
    상기 절연부는 병렬회로로 연결하기로 예정된 태양전지들 사이에 형성하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1기판을 상기 제2기판보다 크게 준비하여 상기 제1기판을 돌출시키고,
    상기 전기적으로 연결하는 단계에서는, 상기 돌출된 제1기판에서 리드선을 이용하여 상기 절연부에 의해 전기적으로 분리된 쌍들을 서로 연결하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 염료는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 용해시킨 알콜용액에 상기 제1전극을 침지시키는 것에 의해 흡착시키는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
  29. 제 16 항에 있어서,
    상기 전해질을 매립하여 밀봉하는 단계에서는 상기 제1기판 및 제2기판을 접합하고, 상기 제1기판 및 제2기판을 관통하는 홀을 형성한 후, 상기 홀을 통해 액체 전해질, 이온성 액체 전해질, 준고체 전해질, 고분자 전해질, 및 고체 전해질 중의 어느 하나를 주입하고, 상기 홀을 매립하여 밀봉하는 염료감응 태양전지 모듈의 제조 방법.
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