KR20060085466A - 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를구비한 태양전지 - Google Patents
코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를구비한 태양전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060085466A KR20060085466A KR1020050006349A KR20050006349A KR20060085466A KR 20060085466 A KR20060085466 A KR 20060085466A KR 1020050006349 A KR1020050006349 A KR 1020050006349A KR 20050006349 A KR20050006349 A KR 20050006349A KR 20060085466 A KR20060085466 A KR 20060085466A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal oxide
- oxide
- core matrix
- protective layer
- layer
- Prior art date
Links
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 69
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 title abstract description 13
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 26
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 58
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 44
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 4
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 3
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- XRFHCHCLSRSSPQ-UHFFFAOYSA-N strontium;oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Sr+2] XRFHCHCLSRSSPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 7
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 6
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 6
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 3
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTOFIJKJBFKUGM-UHFFFAOYSA-M 1,2-dimethyl-3-octylimidazol-1-ium;iodide Chemical compound [I-].CCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1C QTOFIJKJBFKUGM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012327 Ruthenium complex Substances 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 WO 3 Chemical compound 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSUWIPJXQXYVNR-UHFFFAOYSA-J 2-(4-carboxylatopyridin-2-yl)pyridine-4-carboxylate;ruthenium(4+);dithiocyanate Chemical compound [Ru+4].[S-]C#N.[S-]C#N.[O-]C(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1 WSUWIPJXQXYVNR-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OOWFYDWAMOKVSF-UHFFFAOYSA-N 3-methoxypropanenitrile Chemical compound COCCC#N OOWFYDWAMOKVSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical group N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YIYFFLYGSHJWFF-UHFFFAOYSA-N [Zn].N1C(C=C2N=C(C=C3NC(=C4)C=C3)C=C2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 Chemical compound [Zn].N1C(C=C2N=C(C=C3NC(=C4)C=C3)C=C2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 YIYFFLYGSHJWFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001000 anthraquinone dye Substances 0.000 description 1
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 description 1
- 239000000981 basic dye Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KIQQAJNFBLKFPO-UHFFFAOYSA-N magnesium;porphyrin-22,23-diide Chemical compound [Mg+2].[N-]1C(C=C2[N-]C(=CC3=NC(=C4)C=C3)C=C2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 KIQQAJNFBLKFPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 description 1
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L platinum dichloride Chemical compound Cl[Pt]Cl CLSUSRZJUQMOHH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- SOUHUMACVWVDME-UHFFFAOYSA-N safranin O Chemical compound [Cl-].C12=CC(N)=CC=C2N=C2C=CC(N)=CC2=[N+]1C1=CC=CC=C1 SOUHUMACVWVDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N2030/009—Extraction
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를 구비한 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 전자 이동 경로를 개선하여 광전 효율을 향상시킨 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를 구비한 태양전지에 관한 것이다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 코어-쉘 구조의 금속 산화물 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코어-쉘 구조를 갖는 금속 산화물 구조를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 반도체 전극, 11: 전도성 투명기판, 12: 광흡수층, 12a: 금속 산화물, 12b: 염료, 13: 전해질층, 14: 대향 전극
본 발명은 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를 구비한 태양전지에 관한 것으로, 구체적으로는 전자 이동 경로를 개선하여 광전 효율을 향상시킨 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를 구비한 태양전지 에 관한 것이다.
최근 들어 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 수십년 이내에 고갈될 석유 자원을 대체하기 위하여 풍력, 원자력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 광범위한 연구가 진행되어 오고 있다. 이들 중 태양 에너지를 이용한 태양 전지는 기타 다른 에너지원과는 달리 자원이 무한하고 환경 친화적이므로 1983년 Se 태양전지를 개발한 이후로 최근에는 실리콘 태양전지가 각광을 받고 있다.
그러나 이와 같은 실리콘 태양전지는 제작 비용이 상당히 고가이기 때문에 실용화가 곤란하고, 전지효율을 개선하는데도 많은 어려움이 따르고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 제작 비용이 현저히 저렴한 염료 감응형 태양 전지의 개발이 적극 검토되어 오고 있다.
염료 감응 태양전지는 실리콘 태양전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 지금까지 알려진 염료 감응 태양전지 중 대표적인 예로는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 발표된 것이 알려져 있다. 그라첼 등에 의한 태양전지는 염료분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극, 대향 전극(백금 전극), 및 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 이 전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양전지를 대체 할 수 있는 기능성이 있다는 점에서 주목을 받아왔다.
이와 같은 염료감응 태양전지의 구조를 도 1에 나타낸다. 도 1을 참조하면, 염료감응 태양전지는 반도체 전극(10), 전해질층(13) 및 대향전극(14)을 포함하며, 상기 반도체 전극은 전도성 투명기판(11) 및 광흡수층(12)으로 이루어진다. 즉 반도체 전극(10) 및 대향전극(14) 사이가 전해질층(13)으로 채워져 있는 구조를 갖게 된다.
상기 광흡수층(12)은 일반적으로 금속 산화물(12a) 및 염료(12b)를 포함하여 형성된다. 상기 염료(12b)는 S, S*, S+로 나타낼 수 있으며, 각각 중성, 전이상태 및 이온 상태를 나타내는 바, 태양빛이 흡수되면 염료 분자는 기저상태(S/S+)에서 여기 상태(S*/S+)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 이루며, 여기상태의 전자(e-)는 상기 금속 산화물(12a)의 전도대(Conduction Band, CB)로 주입되어 기전력을 발생하게 된다.
그러나 여기상태의 전자가 모두 상기 금속 산화물(12a)의 전도대로 이동하는 것이 아니고 다시 염료 분자와 결합하여 기저상태로 돌아가거나, 전도대로 이동한 전자가 다시 전해질 내의 산화 환원 커플과 결합하는 등의 역반응(Recombination reaction)이 발생하여 광전효율을 저하시킴으로써 기전력을 감소시키는 원인이 되고 있다.
이를 개선하기 위하여 상기 금속 산화물(12a)의 표면에 보호막을 형성하여 역반응을 억제하고자 하는 시도가 있어 왔으며, 이를 위해 코어-쉘 구조를 갖는 금 속 산화물(12a)을 형성하게 되었다. 그러나 이 경우 가장 큰 문제점으로는 상기 코어-쉘을 구성하는 산화물에 이종 산화물을 사용함으로써 외부의 쉘을 통하여 중심 코어로 전자가 이동시 두 계면 사이의 접촉력 문제로 인한 인터페이스 저항 증가로 전자 이동이 용이하지 않다는 것이다. 즉 종래의 보호막은 도 2에 나타낸 바와 같이, 보호막(쉘)이 형성된 코어 입자를 사용하여 산화물층을 형성함으로 인하여 염료분자에서 발생한 전자가 전도성 투명기판으로 이동하기 위해서는 쉘-코어-쉘-코어의 순서로 이동해야 하므로 각각의 계면 이동시 계면 저항으로 인해 전자 이동이 용이하지 않다는 문제가 있다.
더욱이 상기 보호막(쉘)에 사용된 산화물의 저항이 코어 입자보다 낮고, 이로 인해 전해질층과의 반응성이 오히려 좋아져 보호막의 주목적인 상기 역반응을 억제하는 역할이 미흡하다는 문제도 아울러 갖게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 역반응을 억제하면서도 광전 효율이 개선된 광흡수층을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 광흡수층을 채용한 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
금속 산화물 코어 매트릭스; 및
상기 매트릭스 상에 형성된 보호층;을 포함하는 광흡수층을 제공한다.
상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물로서는 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 텅스텐, 스트론슘 산화물, 티타늄 스트론슘 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 틴 산화물 등으로 이루어진 금속 산화물 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 이들 중 티타늄 산화물, 또는 틴 산화물이 바람직하고, 이산화티탄 또는 이산화주석이 더욱 바람직하다.
상기 보호층을 형성하는 금속 산화물로서는 상기 코어 매트릭스의 금속 산화물과 결정구조가 상이한 동종의 금속 산화물이 바람직하며, 상기 코어 매트릭스의 금속 산화물보다 저항이 높거나 포텐셜이 높은 금속 산화물이 보다 바람직하다. 예를 들어 상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 루타일형 이산화티탄인 경우, 상기 보호층을 형성하는 금속 산화물로서는 아나타제형 이산화티탄 혹은 비정질 이산화티탄을 사용할 수 있으며, 상기 코터 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 아나타제형 이산화티탄인 경우, 상기 보호층을 형성하는 금속 산화물로서는 비정질 금속 산화물을 사용할 수 있다.
상기 보호층의 두께는 약 200nm 이하가 바람직하다.
상기 보호층 상에는 염료분자가 흡착되어 염료층을 더 형성할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전도성 투명기판 및 상술한 광흡수층을 구비하는 반도체 전극을 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전도성 투명기판, 상술한 광흡수층, 전해질층 및 대향전극을 구비하는 염료 감응 태양전지를 제공한 다.
이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 광흡수층은 광전 효율을 향상시키기 위해서 코어-쉘 구조로 금속 산화물층을 형성하는데 있어서, 우선 코어 입자만으로 매트릭스를 형성한 후, 보호층을 쉘 형태로 그 외곽에 형성한 이중층 구조를 갖게 된다. 이와 같은 구조는 도 3에 도시한 바와 같이, 기판 상에 금속 산화물로 된 코어 매트릭스를 우선적으로 형성하여 소결체 형태의 금속 산화물층을 형성한 후, 그 위에 쉘 형태의 보호층을 형성하게 된다.
이와 같은 구조를 갖는 광흡수층에서는 외부에서 주입된 전자가 코어로 주입된 후, 보호층과의 접촉 계면없이 광 흡수층 내부에서 코어 매트릭스를 구성하는 금속 산화물을 따라 이동하는 것이 용이해진다. 즉 도 2에 나타낸 바와 같은 종래의 코어-쉘 구조에서 필연적으로 발생하는 양 계면 사이의 접촉력 문제로 인한 인터페이스 저항이 거의 발생하지 않아 전극까지의 전자 이동이 용이해진다는 것이다.
더불어 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 쉘 형태의 보호층으로 피복됨에 따라 전해질층에 노출되지 않게 되고, 그에 따라 전자가 전해질층으로 다시 돌아가는 역반응(recombination reaction)을 최대한 억제할 수 있게 된다. 이와 같은 역반응은 광전 효율을 저해하는 요소이므로 이와 같은 억제 과정을 통해 광전 효율을 보다 개선하는 것이 가능해진다.
본 발명에서는 상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물은 반도체 미립자 로서 실리콘으로 대표되는 단체 반도체 외에 화합물 반도체 또는 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물 등을 사용할 수 있다. 이들 금속 산화물은 광 여기하에서 전도대 전자가 캐리어로 되어 애노드 전류를 제공하는 n형 반도체인 것이 바람직하다. 구체적으로 예시하면 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 텅스텐 산화물, 스트론슘 산화물, 티타늄 스트론슘 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 틴 산화물 등으로 이루어진 금속 산화물 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 TiO2(이산화티탄), SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 등을 예로 들 수 있으며, 특히 바람직하게는 아나타제형 또는 루타일형의 TiO2이다. 또한 반도체의 종류는 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 반도체 미립자는 표면에 흡착된 염료가 보다 많은 빛을 흡수하도록 하기 위하여 표면적을 크게 하는 것이 바람직하며, 이를 위해 반도체 미립자의 입경이 5 내지 30nm 정도로 되는 것이 바람직하다.
상기 금속 산화물을 사용하여 코어 매트릭스를 형성하기 위해서는 금속 산화물 전구체를 용매에 녹여 페이스 또는 용액을 제조한 후, 이를 기판에 도포 및 소성하여 나노입자 산화물들간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 소성물 형태로 얻게 된다.
상기 금속 산화물 전구체로서는 전이금속의 알콕사이드 화합물, 할로겐화물, 질화물 또는 전이금속 분말 등을 예로 들 수 있으며, 구체적으로 티타늄 산화물의 경우에는 티타늄(IV) 이소프로폭사이드, 또는 티타늄 산화물 분말을 예로 들 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다. 상기 용매로서는 아세트산과 같은 산용액, 터피네올, 에탄올 등을 예로 들 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다. 상기 소성은 약 100℃ 정도에서 1 내지 10시간 건조한 후 400 내지 550℃에서 0.1 내지 2시간 동안 가열하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 이와 같이 형성된 금속 산화물 코어 매트릭스 상에 쉘 형태의 보호층을 형성하게 된다. 이와 같은 보호층은 이미 상술한 바와 같이 상기 코어를 전해질층과 분리시켜 역반응을 억제하도록 하며, 특히 금속 산화물 입자의 각 표면에 개별적으로 형성되는 것이 아니라, 도 3에 나타낸 바와 같이 소성물인 금속 산화물의 코어 매트릭스의 외곽을 전체적으로 피복하여 보호층과 코어입자와의 계면 접촉을 최소화시켜 인터페이스 저항을 감소시키게 된다. 이와 같이 감소된 인터페이스 저항으로 인해 전해질층에서 코어 입자로 주입된 전자가 전극으로의 이동하는 것이 종래의 코어-쉘 형태의 구조를 갖는 금속 산화물층보다 용이해진다.
이와 같은 보호층으로서는, 상술한 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물과 동종 또는 이종의 금속 산화물을 모두 사용할 수 있으며, 바람직하게는 동종의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 동종의 산화물을 사용하는 경우에는 결정 구조가 상이한 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 특히 상기 코어 매트릭스의 금속 산화물보다 저항이 높거나 포텐셜이 높은 금속 산화물이 바람직하다.
예를 들어 티타늄 산화물로서 이산화티탄(TiO2)을 사용하는 경우, 그 결정구 조는 루타일형, 아나타제형, 비정질형 등이 알려져 있으며, 코어 매트릭스로서 루타일형 이산화티탄을 사용하는 경우 그 보호층으로서는 아나타제형 또는 비정질형의 이산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 루타일형 이산화티탄보다 아나타제형 및 비정질형 이산화티탄의 저항값이 높아서 이들을 보호층으로서 사용하는 것이 전해질층과 반응성을 억제하는데 보다 유리하기 때문이다. 아나타제형 및 비정질형 이산화티탄의 경우, 아나타제형 이산화티탄의 저항값이 비정질형 이산화티탄에 비해 낮으므로, 아나타제형 이산화티탄을 코어 매트릭스로서 사용하는 경우에는 보호층으로서는 비정질형 이산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 보호층은 상기 코어 매트릭스를 형성한 후, 보호층용 금속 산화물 전구체를 포함하는 페이스트 또는 용액을 스핀코팅, 스프레이코팅, 스크린 인쇄 등의 방법으로 상기 코어 매트릭스 상에 도포한 후 이를 소성하여 얻어진다. 이와 같은 보호층은 두께가 약 200nm 이하인 것이 바람직하며, 5nm 내지 200nm가 더욱 바람직하다. 상기 보호층의 두께가 200nm를 초과하는 경우 코어로의 전자 주입이 곤란할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 광흡수층은 염료 입자를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 염료 입자는 상기 보호층의 표면 상에 흡착되어 형성되며, 이들은 광을 흡수함으로써 기저상태(S/S+)에서 여기 상태(S*/S+)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루게 되며, 여기상태의 전자(e-)는 상기 보호층을 통과하여 금속 산화물 코어 매트릭스의 전도대로 주입된 후 전극으로 이동하여 기전력을 발생하게 된다.
이와 같은 염료로서는 태양 전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물이 바람직하다. 그렇지만 전하 분리기능을 갖고 감응 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 루테늄 착물 이외에도 예를 들어 로다민 B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 색소, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카브리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물, 기타 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, Ru 트리스비피리딜 등의 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환 퀴논계 색소 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 두가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 루테늄 착물로서는 RuLL'(SCN)2, RuL2(SCN)2, RuL2(H2O)2, RuL
3, RuL2 등을 사용할 수 있다(식중 L은 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트를 나타낸다).
상기 본 발명에 따른 광흡수층은 역반응이 억제되고, 전자의 전극으로의 이동이 용이해져 염료감응 태양전지에 사용되는 경우 광전 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 광흡수층(12)을 구비한 염료 감응 태양전지의 예를 도 1에 도시하였다. 이와 같은 태양전지는 반도체 전극(10), 전해질층(13) 및 대향 전극(14)을 구비하며, 상기 반도체 전극(10)은 전도성 투명기판(11) 및 광흡수층(12)으로 이루어지고, 상술한 바와 같이 상기 광흡수층(12)은 본 발명에 따른 금속 산화물 코어 매트릭스 및 보호층(12a)을 포함하며, 필요시 염료(12b)를 더 포함한다.
상기 전도성 투명기판(11)에 사용되는 투명기판으로서는 투명성을 갖고 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 유리 기판 등을 사용할 수 있다. 상기 투명기판에 전도성을 부여하기 위한 재료로서는 도전성 및 투명성을 갖고 있는 것이면 어떠한 것이라도 채용할 수 있지만, 도전성, 투명성, 특히 내열성을 높은 수준으로 갖는 다는 측면에서는 주석계 산화물(예를 들어 SnO2) 등이 적합하고, 비용적인 측면에서는 인듐 틴 옥사이드(ITO)가 바람직하다.
상기 금속 산화물 코어 매트릭스 및 보호층(12a)을 포함하는 광흡수층(12)의 두께는 30㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 20㎛이 좋다. 왜냐하면 이 광흡수층은 그 구조상의 이유에서 직렬저항이 크고, 직렬저항의 증가는 변환효율의 저하를 초래하는 바, 막 두께를 30㎛ 이하로 형성함으로써 그 기능을 유지하면서 직렬저항을 낮게 유지하여 변환효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
상기 전해질층(13)은 전해액으로 이루어지고, 상기 광흡수층(12)을 포함하거나, 또는 전해액이 광흡수층(12)에 침윤되도록 형성된다. 전해액으로서는 예를 들면 요오드의 아세토나이트릴 용액, NMP용액, 3-메톡시프로피오나이트릴 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 대향전극(14)은 도전성 물질이면 어느 것이나 제한 없이 사용가능하나, 절연성의 물질이라도 반도체 전극에 마주보고 있는 측에 도전층이 설치되어 있으면, 이것도 사용 가능하다. 단, 전기화학적으로 안정한 재료를 전극으로서 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 백금, 금, 및 카본 등을 사용하는 것이 바람직 하다. 또한 산화환원의 촉매 효과를 향상시킬 목적으로 반도체 전극과 마주보고 있는 측은 미세구조로 표면적이 증대하고 있는 것이 바람직하며, 예를 들어 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은, 카본 미립자의 소결이나 유기폴리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 종래기술에 알려져 있는 어느 방법이나 제한 없이 사용할 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
에탄올에 5㎛ 이하의 크기를 갖는 TiO2 분말(Aldrich, 22422-7, Titanium Oxide) 10g을 분산시킨 후 22.4g의 터피네올과 혼합하여 용액을 만들고, 에탄올에 2.5g의 에틸 셀룰로스를 혼합하여 용액을 만들었다. 이 두 용액을 혼합한 후 회전 증발기를 사용하여 에탄올과 물을 증발시켜 최종 조성이 TiO2 28.6중량%, 에틸 셀룰로스 7.2중량%, 터피네올 64.2중량%의 페이스트 용액을 만들었다. 이를 인듐 틴 옥사이드(ITO)가 코팅되어 있고 투과율이 80%인 투명 전도성 유리기판 상에 스크린 인쇄한 후 100℃에서 6시간 건조한 후 500℃에서 1시간 열처리하여 유기 고분자를 제외하고 나노 입자 산화물들간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 표면에 약 6 ㎛ 두께의 루타일 이산화티탄층이 형성된 전도성 투명 기판을 10㎛의 두께로 얻었다.
테트라이소프로필티타네이트(tetraisopropyltitanate) 10g을 이소프로필 알코올에 녹여 상기 전도성 투명기판 상에 스핀 코팅법으로 도포한 후 약 150℃의 온도에서 15분 동안 순환식 오븐(convection oven)에서 가열하여 상기 루타일 이산화티탄의 외부에 비정질형 이산화티탄을 평균 약 50nm의 두께로 피복하여 보호층을 형성하였다.
이어서 상기 코어 매트릭스 및 보호층이 형성된 전도성 투명 기판을 0.3mM 농도를 갖는 루테늄 디티오시아네이트 2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실레이트 용액에 24시간 동안 침지한 후 건조시켜 염료를 상기 기판 상에 흡착시킴으로써 반도체 전극을 제조하였다.
이와는 별도로 ITO가 코팅된 전도성 투명 유리 기판 표면 상에 백금을 코팅하여 대향전극을 제조하였다. 이어서 양극인 대향전극과 음극인 상기 반도체 전극을 조립하였다. 양 전극을 조립할 경우에는 양극 및 음극에서 전도성 표면이 전지 내부로 오도록 하여 상기 백금층과 상기 광흡수층이 서로 대향하도록 한다. 이때 양극 및 음극 사이에 SYRLYN (Du Pont사 제조)으로 이루어지는 약 40㎛ 두께의 고분자를 놓고 약 100 내지 140℃의 가열판 상에서 약 1 내지 3기압으로 상기 두 전극을 밀착시켰다. 열 및 압력에 의하여 상기 고분자가 상기 두 전극의 표면에 밀착되었다.
다음으로 상기 양극의 표면에 형성된 미세 구멍을 통하여 상기 두 전극 사이 의 공간에 전해질 용액을 충진하여 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지를 완성하였다. 상기 전해질 용액은 0.6M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드 (1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드), 0.2M LiI, 0.04M I2 및 0.2M 4-tert-부틸 피리딘(TBP: 4-tert-부틸피리딘)을 아세토나이트릴에 용해시킨 I3
-/I-의 전해질 용액을 사용하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 비정질형 이산화티탄을 보호층으로서 사용한 것 대신에 아나타제형 이산화티탄을 보호층으로서 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적하는 염료감응 태양전지를 제조하였다.
상기 아나타제형 이산화티탄을 보호층으로 형성한 방법으로서는, 에탄올에 20 내지 30nm 크기의 TiO2 5g을 분산시킨 후 터피네올 49g과 혼합하여 용액을 만들고, 에틸셀룰로오스 2.8g을 에탄올로 용해한 용액과 혼합한 후, 회전 증발기를 사용하여 물과 에탄올을 증발시켰다. 이렇게 만들어진 페이스트의 최종 조성은 TiO2 16.2중량%, 에틸 셀룰로오스 4.5중량%, 터피네올 79.3중량%로 구성되었으며, 이를 상기 루타일 이산화티탄층이 형성된 전도성 투명 기판 상에 스핀 코팅법으로 도포한 후 약 500℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하여 상기 루타일 이산화티탄의 외부에 아나타제형 이산화티탄을 평균 약 50nm의 두께로 피복하여 보호층을 형성하였다.
비교예 1
5㎛ 이하의 크기를 갖는 TiO2 분말(Aldrich, 22422-7, Titanium Oxide) 2.5g과 에탄올에 평균 약 20 내지 30nm 크기의 TiO2 2.5g을 분산시킨 후 터피네올 49g과 혼합하여 용액을 만들고, 에틸 셀룰로스 2.8g을 에탄올로 용해한 용액과 혼합한 후, 회전 증발기를 사용하여 물과 에탄올을 증발시켰다. 이렇게 만들어진 페이스트의 최종 조성은 TiO2 16.2중량%, 에틸 셀룰로오스 4.5중량%, 터피네올 79.3중량%로 구성되었다. 이를 이를 인듐 틴 옥사이드(ITO)가 코팅되어 있고 투과율이 80%인 투명 전도성 유리기판 상에 스크린 인쇄한 후 100℃에서 3시간 동안 건조하였다.
이후 공정은, 상기 실시예 1에서 보호층 형성 공정을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 염료감응 태양전지를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 측정하기 위하여 광전압 및 광전류를 측정하였다.
광원으로는 제논 램프(xenon lamp, Oriel, 01193)을 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양 조건(AM 1.5)은 표준 태양전지(Frunhofer Institute Solare Engeriessysteme, Certificate No. C-ISE369, Type of material: Mono-Si + KG 필터)를 사용하여 보정하였다. 측정된 광전류전압 곡선으로부터 계산된 전류밀도(Isc), 전압(Voc), 및 충진 계수(fill factor, FF)를 사용하여 얻은 광전환 효율(η e)을 하기 표 1에 나타내었다. 광전환 효율 계산식은 다음과 같다.
ηe = (VocIscFF) / (Pinc)
식중, Pinc는 100mw/cm2 (1sun)을 나타낸다.
| 구분 | 광전환효율 (%) |
| 실시예 1 | 4.9 |
| 실시예 2 | 4.8 |
| 비교예 1 | 3.4 |
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 광흡수층 및 이를 구비한 염료감응 태양전지는, 금속 산화물의 표면 상에 보호층을 형성함으로써 역반응을 억제함과 동시에 전자의 이동을 용이하게 함으로써 전체적인 광전환 효율의 향상이 이루어졌음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층은 코어 매트릭스인 금속산화물의 표면을 보호층인 금속산화물로 피복함으로써 역반응을 억제하고, 전자의 이동을 보다 용이하게 하여 광전환 효율을 개선함으로써 염료감응 태양 전지 등에 유용하게 사용할 수 있다.
Claims (17)
- 금속 산화물 코어 매트릭스; 및상기 코어 매트릭스 상에 형성된 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 텅스텐, 스트론슘 산화물, 티타늄 스트론슘 산화물, 아연 산화물, 인듐 산화물, 및 틴 산화물로 이루어진 금속 산화물 군에서 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 이산화티탄 또는 이산화주석인 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 보호층을 형성하는 금속 산화물이 상기 코어 매트릭스의 금속 산화물과 결정구조가 상이한 동종의 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 보호층의 저항값이 상기 코어 매트릭스의 저항값보다 높은 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 보호층의 포텐셜이 상기 코어 매트릭스의 포텐셜보다 높은 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 루타일형 이산화티탄인 경우, 상기 보호층을 형성하는 금속 산화물이 아나타제형 이산화티탄 또는 비정질 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 코어 매트릭스를 형성하는 금속 산화물이 아나타제형 이산화티탄인 경우, 상기 보호층을 형성하는 금속 산화물이 비정질 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 보호층의 두께가 약 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 제1항에 있어서,상기 보호층의 표면 상에 흡착된 염료 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수층.
- 금속 산화물 전구체를 용매에 녹여 금속 산화물 페이스트 또는 용액을 제조하는 단계;상기 금속 산화물 페이스트 용액을 기판에 도포 및 소성하여 금속 산화물 코어 매트릭스를 형성하는 단계; 및보호층용 금속 산화물 전구체를 포함하는 페이스트 또는 용액을 상기 코어 매트릭스 상에 도포한 후 이를 소성하는 것을 특징으로 하는 광흡수층의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 보호층을 형성하는 금속 산화물이 상기 코어 매트릭스의 금속 산화물과 결정구조가 상이한 동종의 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 광흡수층의 제조방법.
- 전도성 투명기판; 및제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광흡수층을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 전극.
- 제13항에 있어서,상기 광흡수층의 두께가 약 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 전극.
- 전도성 투명기판;제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광흡수층;전해질층; 및대향전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제15항에 있어서,상기 광흡수층의 두께가 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제15항에 있어서,상기 전해질층이 요오드계 전해질 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050006349A KR101117690B1 (ko) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를구비한 태양전지 |
| US11/337,550 US8604339B2 (en) | 2005-01-24 | 2006-01-24 | Photoreceptive layer comprising metal oxide of core-shell structure and solar cell using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050006349A KR101117690B1 (ko) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를구비한 태양전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060085466A true KR20060085466A (ko) | 2006-07-27 |
| KR101117690B1 KR101117690B1 (ko) | 2012-02-29 |
Family
ID=36814430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050006349A KR101117690B1 (ko) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를구비한 태양전지 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8604339B2 (ko) |
| KR (1) | KR101117690B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100821524B1 (ko) * | 2006-10-24 | 2008-04-14 | 한국과학기술연구원 | 염료 감응 태양전지용 산화물 전극의 제조방법 및 이를이용한 염료 감응 태양전지 |
| KR100844871B1 (ko) * | 2007-04-06 | 2008-07-09 | 경북대학교 산학협력단 | 염료감응형 태양전지용 염료 및 이를 이용한 태양전지 |
| KR101265781B1 (ko) * | 2011-01-20 | 2013-06-07 | (주)엠케이 | 결정질 이산화티타늄 코어-비정질 이산화티타늄 쉘 형태의 이산화티타늄 광촉매, 그 제조방법 및 상기 이산화티타늄 광촉매를 포함한 친수성 코팅제 |
| KR101458448B1 (ko) * | 2012-02-27 | 2014-11-10 | 서강대학교산학협력단 | 화학용액성장법을 이용한 광전극의 제조 방법, 이에 의한 광전극 및 염료감응형 태양전지 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070251570A1 (en) * | 2002-03-29 | 2007-11-01 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cells utilizing mesh electrodes |
| WO2004086462A2 (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-07 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cell with mesh electrode |
| JP4244941B2 (ja) * | 2005-02-25 | 2009-03-25 | セイコーエプソン株式会社 | 発光素子、発光装置および電子機器 |
| US20070224464A1 (en) * | 2005-03-21 | 2007-09-27 | Srini Balasubramanian | Dye-sensitized photovoltaic cells |
| KR20080079894A (ko) * | 2007-02-28 | 2008-09-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
| WO2008122027A2 (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-09 | Konarka Technologies, Inc. | Novel electrode |
| EP2104123B1 (en) | 2008-03-21 | 2012-05-16 | Tata Steel Nederland Technology B.V. | Method of manufacturing a dye-sensitised solar cell and dye-sensitised solar cell |
| US9018122B2 (en) * | 2009-03-12 | 2015-04-28 | The Regents Of The University Of California | Nanostructures having crystalline and amorphous phases |
| JP5274690B1 (ja) * | 2012-05-30 | 2013-08-28 | 株式会社フジクラ | 色素増感太陽電池 |
| CN109243841B (zh) * | 2018-10-08 | 2020-04-10 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球及其制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0827983B2 (ja) * | 1989-05-02 | 1996-03-21 | 太陽誘電株式会社 | 光情報記録媒体 |
| US7096692B2 (en) * | 1997-03-14 | 2006-08-29 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Visible-light-responsive photoactive coating, coated article, and method of making same |
| KR100239319B1 (ko) * | 1997-11-25 | 2000-01-15 | 이영환 | 도핑제가 도핑된 광전도성 폴리시안아미드-염료화합물 |
| AU774443B2 (en) * | 1999-06-30 | 2004-06-24 | Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. | Photoelectric cell |
| EP1075005B1 (en) * | 1999-08-04 | 2006-04-26 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Electrolyte composition, and photo-electro-chemical cell |
| JP4461656B2 (ja) * | 2000-12-07 | 2010-05-12 | セイコーエプソン株式会社 | 光電変換素子 |
| KR100416502B1 (ko) * | 2001-10-18 | 2004-01-31 | 한국전자통신연구원 | 티타노실리칼라이트-2를 포함하는 염료감응 태양전지 |
| KR20030067175A (ko) * | 2002-02-07 | 2003-08-14 | 주식회사 엘지이아이 | 태양전지 제조방법 |
| JP2005538573A (ja) * | 2002-09-05 | 2005-12-15 | ナノシス・インク． | ナノ構造及びナノ複合材をベースとする組成物 |
-
2005
- 2005-01-24 KR KR1020050006349A patent/KR101117690B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-01-24 US US11/337,550 patent/US8604339B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100821524B1 (ko) * | 2006-10-24 | 2008-04-14 | 한국과학기술연구원 | 염료 감응 태양전지용 산화물 전극의 제조방법 및 이를이용한 염료 감응 태양전지 |
| KR100844871B1 (ko) * | 2007-04-06 | 2008-07-09 | 경북대학교 산학협력단 | 염료감응형 태양전지용 염료 및 이를 이용한 태양전지 |
| WO2008123673A1 (en) * | 2007-04-06 | 2008-10-16 | Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation | A dye for dye-sensitized solar cell and solar cell using it |
| KR101265781B1 (ko) * | 2011-01-20 | 2013-06-07 | (주)엠케이 | 결정질 이산화티타늄 코어-비정질 이산화티타늄 쉘 형태의 이산화티타늄 광촉매, 그 제조방법 및 상기 이산화티타늄 광촉매를 포함한 친수성 코팅제 |
| KR101458448B1 (ko) * | 2012-02-27 | 2014-11-10 | 서강대학교산학협력단 | 화학용액성장법을 이용한 광전극의 제조 방법, 이에 의한 광전극 및 염료감응형 태양전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101117690B1 (ko) | 2012-02-29 |
| US8604339B2 (en) | 2013-12-10 |
| US20060180193A1 (en) | 2006-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101117690B1 (ko) | 코어쉘 구조의 금속 산화물을 포함하는 광흡수층 및 이를구비한 태양전지 | |
| KR100696529B1 (ko) | 금속원소를 포함하는 광전변환소자용 전극 및 이를 채용한염료감응 태양전지 | |
| Hara et al. | Dye-sensitized solar cells | |
| KR100657949B1 (ko) | 원통형 연질 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| JP5023866B2 (ja) | 色素増感光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器 | |
| KR101117689B1 (ko) | 이종 염료를 포함하는 광흡수층 및 이를 구비한 태양전지 | |
| KR100854711B1 (ko) | 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지용 광전극 및 이의제조방법 | |
| EP2224534B1 (en) | Photosensitized solar cell module and method for manufacturing the same | |
| KR100722085B1 (ko) | 전기영동법으로 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 태양 전지및 그 제조방법 | |
| KR20060085465A (ko) | 연속상 반도체 전극, 그의 제조방법 및 이를 채용한태양전지 | |
| KR20080094021A (ko) | 색소 증감형 광전 변환장치 | |
| Nwanya et al. | Dyed sensitized solar cells: A technically and economically alternative concept to pn junction photovoltaic devices. | |
| EP2479766A2 (en) | Dye sensitized solar cell, and method of manufacturing the same | |
| JP2012204275A (ja) | 色素増感型太陽電池の製造方法、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール | |
| KR101140784B1 (ko) | 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR20090052696A (ko) | ｐ－ｎ 접합 다이오드를 포함하는 기판을 구비한 염료감응태양전지 | |
| KR101088676B1 (ko) | 요오드화피롤리디니움계 이온성 액체를 포함한 염료감응 태양전지용 전해질 용액, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법 | |
| KR20110026818A (ko) | 염료 감응 태양전지 및 그 제조방법 | |
| KR101551074B1 (ko) | 피리딘계 첨가제가 함유된 장기안정성 고체상 염료감응 태양전지 | |
| JP2007073198A (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
| KR101088675B1 (ko) | 요오드화피리디니움계 이온성 액체를 포함한 염료감응 태양전지용 전해질 용액, 이를 포함하는 염료감응 태양전지 및 염료감응 태양전지의 제조방법 | |
| KR20060090002A (ko) | 겔형 전해질 및 이를 채용한 염료감응 태양전지 | |
| KR20090123197A (ko) | 에르븀 이온 및 이테르븀 이온이 도핑된 이산화티탄 분말의제조방법 및 이를 산란층으로 적용한 염료감응 태양전지 | |
| Kim et al. | Cobalt-based electrolytes for efficient flexible dye-sensitized solar cells | |
| KR20130019849A (ko) | 염료감응 태양전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |