KR20060107249A - 염료감응형 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응형 태양전지를 제공한다.
본 발명의 염료감응형 태양전지는 전도성 투명 기재의 양면에, 금속산화물막과 금속산화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층이 형성된 음극계를 적어도 1개 이상 포함하는 구조를 갖는 바, 이같은 구조를 갖는 태양전지는 전도성 투명기재의 일면에 증감염료 담지층을 갖는 음극계로 이루어진 태양전지에 비하여 단위면적당 광발전량을 향상시킬 수 있다.
Description
도 1은 종래 염료감응형 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명 염료감응형 태양전지 구성의 제1실시예를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명 염료감응형 태양전지 구성의 제2실시예를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명 염료감응형 태양전지 구성의 제1실시예에 더하여 복수개의 음극계와 양극계를 갖는 전지를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명 염료감응형 태양전지의 구성의 제2실시예에 더하여 홀을 구비한 복수개의 음극계를 갖는 전지를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 6은 반사수단을 구비한 본 발명 염료감응형 태양전지의 구성의 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1, 111, 111' - 투명기재 10, 100 - 음극계
101 - 홀(hole)
2, 112, 112' - 도전층 3, 113 - 증감염료 담지층
4, 114 - 촉매층 20, 200 - 양극계
30, 300 - 전해질층 400 - 밀봉제(seal제)
500 - 반사층 600 - 봉합제
본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 투명기재의 양면에 형성된, 금속산화물막에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층을 갖는 적어도 1개 이상의 음극계를 포함함으로써 무공해 천연에너지인 태양광으로부터 광손실을 최소화하고 극대화된 광발전량을 생성하기 위한 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
염료감응형 태양전지의 원형은 1991년 로잔 공과대학의 그라이젤 등에 의하여 보고된 광전변환 소자 즉 태양전지(M. Graezel, Nature, 353, 737(1991))로서, 색소증감형 태양전지 또는 습식태양전지라 불린다. 이와 같은 태양전지는 실리콘형 태양전지에 비해 제조비용이 저렴하고 실용적으로 사용가능한 광전변환 효율을 갖는 것이 특징이나 아직까지 실리콘형 태양전지보다 광전변환 효율이 낮은 편이다.
도 1은 일반적인 염료감응형 태양전지의 단면도로서, 음극계(10), 전해질층(30), 양극계(20)로 구분된다. 여기서, 음극계(10)는 투명기재(1)와 그 위에 형성 된 도전층(2)으로 이루어지는 전도성 투명기재 상에 다공질의 금속 산화물막(또는 광활성전극)을 형성시켜 전극상에 증감염료를 담지시킨 층(이하, 증감염료 담지층, 3)으로 구성되는 구조를 갖는다. 전해질층(3)은 일반적으로는 전해질을 용해시킨 용액이 사용되고 있으며, 음극계(10)와 양극계(20) 사이에 충전되어 양자와 전기화학적으로 접하고 있고, 이때 용액은 점성이 있는 고분자 물질로 이루어질 수도 있다. 한편, 양극계(20)는 도전층(2')이 형성된 투명기재(1')상에 전해질층을 형성하는 전해액 중의 전해질의 환원반응을 촉진시키는 역할을 하는 촉매층(4)을 형성시킨 구조를 갖는다. 일반적으로 촉매층(4)은 백금 또는 카본블랙이나 흑연이 사용된다. 이와 같은 태양전지는 광을 음극계(10)측으로부터 조사하여 음극층으로부터 전자를 외부회로로 통하고 양극계로 다시 통하도록 하고 있다.
염료감응형 태양전지에 있어서, 광전변환 과정은 조사된 광 에너지가 음극계(10)의 증감염료 담지층(3) 내의 증감색소에 흡수되고 이때 증감색소가 활성화되어 정공과 전자를 발생하게 되고, 발생된 전자가 증감염료 담지층(3)내의 금속산화물을 통해 도전층(2)으로 전달되고 도전층(2)에 연결된 회로를 통하여 양극계(20)와 연결된 회로로 이동하게 되고, 양극계(20)를 통해 다시 전해질층(30)으로 전달된다. 한편, 증감색소에서 전자와 함께 발생된 정공은 전해질층(30)으로 통하게 되어 양극계(20)를 통해 되돌아온 전자와 재결합하는 과정으로 이루어진다.
염료감응형 태양전지의 광전변환 과정이 효율적으로 이루어지기 위해서는 우선, 증감색소가 광에너지에 의해 쉽게 활성화되어 정공과 전자를 생성해야하며, 증감염료 담지층(3) 내에서 생성된 전자가 금속산화물을 통해 손실없이 도전층(2)으 로 전달될 수 있어야 한다.
종래의 염료감응형 태양전지는 주로 광전변환 효율성을 높이기 위해 적합한 염료를 개발하거나, 또는 증감염료 담지층에 있어서의 금속산화물막의 형성 방법이나 금속산화물의 개발에 집중하고 있으며, 실용화하기 위하여 요구되는 내열성 향상에 관하여 연구하여 왔으며, 단위면적의 태양전지에 조사되는 태양광의 조사량을 늘려 광발전량을 늘리기 위해 태양전지 외부에 반사경을 설치하는 구조물을 개발하기도 하였다.
또한, 염료감응형 태양전지는 광투과성을 갖는 투명기재를 사용하고 다양한 색상의 색소를 도입할 수 있다는 장점을 이용하여 건물의 유리창 및 자동차용 유리창을 염료감응형 태양전지로 대체하여 활용성을 높이는 시도도 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 연구활동의 결과물은 단일층의 음극계와 전해질층 및 단일층의 양극계로 이루어진 구조로부터 벗어나지 못하였고, 염료감응형 태양전지의 현실적으로 낮은 광전변환효율과 태양전지를 설치할 때 발생하는 공간적인 제약을 극복하기에는 적합하지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 염료감응형 태양전지가 갖는 낮은 광전변환효율과 태양전지를 설치할 때 발생하는 공간적인 제약을 극복하고 태양전지의 궁극적인 목적인 광발전량을 극대화하기 위해 광손실을 최소화하여 광발전량이 높은 신규의 염료감응형 태양전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 염료감응형 태양전지는 음극계, 전해질층 및 양극계를 포함하는 것으로서, 상기 음극계는 전도성 투명 기재의 양면에, 금속산화물막과 금속산화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층을 갖는 것으로서, 적어도 1개 이상 포함되는 것임을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따라 광발전량을 극대화하기 위해 광손실을 최소화하여 종래에 실시하여온 염료감응형 태양전지보다 광발전량이 우수한 염료감응형 태양전지 및 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 염료감응형 태양전지는 전도성 투명 기재의 양면에 금속산화물막과 금속산화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층이 형성된 음극계를 적어도 1개 이상 포함한다.
이를 도면을 참조하여 설명하면 도 2 내지 6과 같은 바, 도 2 및 도 4는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 제1실시예를 도시한 것이고, 도 3 및 도 5는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 제2실시예를 도시한 것이며, 도 6은 제3의 실시예를 도시한 것이다.
이를 참조하면, 도 2 내지 도 6에 개시된 모든 염료감응형 태양전지에 있어서 음극계(100)는 투명기재(111)의 양면에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 도전층(112)을 형성시켜 전도성 투명기재를 얻은 다음, 여기에 금속산화물막을 형성하고 형성된 양면의 금속산화물막 상에 증감염료를 담지하여 얻어진 증감염료 담지층 (113)을 갖는다.
여기서 증감염료 담지층(113) 형성에 사용되는 금속산화물로는 이산화티타늄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연을 사용할 수 있고, 산화니오븀, 산화마그네슘, 산화인듐, 산화지르코늄, 티탄산 스트론튬, 티탄산 바륨 등을 사용할 수도 있다. 이들은 단독 또는 혼합물일 수 있다.
전도성 투명기재의 양면에 금속 산화물막을 형성하는 방법은 스퍼터링법, 고분자를 포함하는 용액 또는 휘발성이 있는 용액으로 이루어진 분산액에 미립자의 금속 산화물을 분산하여 스프레이 방식, 스핀코팅 방식, 또는 닥터블레이드 방식 등으로 도포하는 방법을 사용할 수 있다. 이때, 고분자를 포함하는 용액에 있어서 고분자는 결착제의 역할을 할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는 바, 금속 산화물 분산액의 용매가 제거된 후 미립자의 금속 산화물을 접촉된 상태로 고정시키는 역할을 수행한다. 구체적으로는 폴리 N-비닐아세트아마이드, N-비닐아세트아마이드-아크릴산 나트륨 공중합체, N-비닐 아세트아마이드-아크릴아마이드 공중합체, 폴리아크릴아마이드, 아크릴아마이드, 아크릴산 나트륨 공중합체, 폴리N-비닐포름아마이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-폴리불화프로필렌 공중합체, 테트라플루오로에틸렌-폴리플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 스타이렌-부타디엔 공중합체, 폴리비닐피리딘, 비닐폴리N-비닐아세트아마이드, 폴리아크릴아마이드, N-비닐아세트아마이드-아크릴산 나트륨 공중합체, 아크릴아마이드-아크릴산 나트륨 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌이 적 용될 수 있다. 이러한 결착제 역할을 수행하는 고분자를 포함하는 분산액은 증감염료가 금속 산화물 상에 담지되는 것을 방해하지 않는 것이면 바람직하게 적용될 수 있다. 증감염료가 금속 산화물 상에 담지되는 것을 방해하는 관능기인 수산기 또는 아미노기를 함유하는 고분자의 일예로는 폴리비닐알콜이나 폴리아민 등을 들 수 있다. 금속 산화물 분산액에 사용되는 고분자는 용제에 희석되어 사용되는 것이 바람직하며 분산되는 미립자의 금속산화물 100중량부에 대하여 0.01 내지 20 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 10중량부 되도록 고분자를 용제에 희석하여 사용하는 것이 바람직하다. 만약 분산되는 미립자의 금속 산화물 100중량부에 대해 0.01중량부 미만으로 고분자를 희석하는 경우 결착 성능이 낮아 효과적이지 못할 수 있으며 20중량부를 초과하는 양으로 희석하면 광활성 성능이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 이때, 용제는 휘발성 액체이면 제한없이 사용할 수 있으며 구체적으로는, 수산기, 카르복실기, 케톤기, 알데히드기, 아미노기를 갖는 휘발성 액체가 사용될 수 있다. 이는 앞서 언급한 휘발성이 있는 용액이기도 하거니와 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 메틸셀로솔브, 에틸렌글리콘, 초산, 아세틸아세톤, 테레핀유, 메틸피롤리돈 등에서 선택된 단독 또는 혼합물이 바람직하며 건조 및 열처리 단계에서 휘발되어 제거될 수 있는 물질이면 제한없이 사용될 수 있다.
증감염료 담지층(113)을 형성하는 증감염료는 태양에너지에 의해 에너지준위가 들뜬 상태로 전환될 수 있는 염료이면 제한없이 사용될 수 있으며, 루테늄바이피리듐 착제, 잔텐계 색소, 메로시아닌 색소, 몰피린 유도체, 프탈로시아닌 유도체 등을 사용할 수 있다. 단, 본 발명의 특성상 박막으로 적층되어도 불투명성이 높고 광전변환에 효과적이지 못한 염료를 적용하는 것은 바람직하지 않으며 이는 당업자라면 충분히 판단할 수 있는 당연한 것이라 하겠다. 본 발명에서는 광전변환 효율이 낮더라도 불투명하지 않으면 음극계를 추가하여 태양전지를 제조함으로써 광발전량을 증가시킬 수 있다.
한편, 투명기재(111)는 광투과성이 우수한 것을 적용하는 것이 바람직하되 광투과성이 90% 이상인 것으로 유리 또는 고분자 플라스틱 시트이다.
본 발명의 염료감응형 태양전지에 있어서 상기와 같이 제조된 음극계는 1개 이상 포함하여 적용되는 바, 도 2와 같이 음극계의 일면은 양극계와 대향되는 것이 바람직하다.
도 2에 따르면 본 발명의 염료감응형 태양전지는 양극계(200); 상기 양극계에 대향되는 상기와 같이 얻어진 음극계(100); 및 양극계와 음극계 사이의 공간에 채워져 있는 전해질층(300)으로 이루어지는 바, 도4에 나타낸 바와 같이 복수개의 음극계, 복수개의 양극계 및 복수개의 전해질층을 갖는 구조일 수 있다.
한편, 광전변환 과정은 음극계에 조사되는 광에너지의 양이 중요하므로 광이 각 층을 투과함에 있어서 광에너지의 손실을 초래할 수 있는 양극계는 최소화하는 것이 바람직하다. 이를 반영한 본 발명 염료감응형 태양전지의 다른 실시예는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같은 바, 여기서는 단일의 양극계(200)를 가지며, 이에 대향되며 적어도 1개 이상의 홀(hole, 101)이 형성된 적어도 1개 이상의 음극계(100), 및 양극계에 대향되는 최외각에 위치되며 홀을 갖지 않는 단일의 음극계(100)로 이루어지며, 양극계로부터 음극계의 홀(101)을 관통하여 최외각의 음극계 에 이르도록 전해질층(300)이 이어지는 구조를 갖는다.
이때, 음극계는 투명기재(111)에 전해액이 충분히 통할 수 있는 수준의 홀(101)을 뚫은 후 도전층(112) 및 금속 산화물막을 포함하는 증감염료 담지층(113)이 투명기재의 양면과 구멍까지도 완전히 덮도록 형성될 수 있도록 하여야 한다.
한편, 전해질액은 점성이 낮은 액상으로부터 점성이 높은 고분자 전해액일 수 있는 바, 각각의 전해액과 금속산화물간의 표면에너지를 고려하여 본 분야의 상식을 갖춘 업자가 적절히 실시할 수 있을 것으로 판단되므로 구멍의 크기를 한정하여 제시하지는 않는다.
상기와 같이 제조된 음극계를 포함한 염료감응형 태양전지를 제조하기 위한 양극계는, 일면 또는 양면에 도전층(112')이 형성된 투명기재(111')상의 일면 또는 양면에 촉매층(114)을 형성하여 구성된다. 이때, 촉매로는 백금 또는 카본블랙 또는 흑연을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 각 층을 투과하여 손실되는 광에너지를 최소화하기 위하여 각 층을 반복하여 제조하는 것이 광발전량을 극대화할 수 있는 바, 각 층을 반복함에 있어서 제조된 태양전지가 광투과성이 없어질 때까지 반복할수록 단위면적당 광발전량을 많이 얻을 수 있다. 그러나 태양전지를 투과하는 태양광이 없을 때까지 각 층을 반복하여 형성하는 것은 태양전지의 제조비용을 증가시키므로 상식적인 수준에서 반복하여 제조하는 것이 바람직할 것이며 제조된 태양전지의 광투과성이 10% 이하이면 음극계를 추가하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 제조비용을 최소화하기 위한 수단으로 투과되어 손실될 수 있는 태양광을 반사시켜 전극계로 다시 조사될 수 있도록 도 6에 제시한 바와 같이 반사수단(반사층, 500)을 형성하여 전지를 제조할 수 있다. 구체적으로는, 광이 투과되는 방향의 투명기재 상에, 투과되는 빛을 반사하여 광전변환 과정에 재사용될 수 있는 반사수단을 구비하는 것이 바람직한 바, 이때 반사수단은 액정표시장치에 사용되는 반사필름, 거울, 금속기재, 굴절율이 염료감응형 태양전지에 사용되는 투명기재보다 낮은 고분자 기재, 재귀반사형 필름 및 프리즘 필름 중에서 선택된 것일 수 있다.
한편, 태양전지에 입사되는 광이 표면에서 반사되는 것을 방지하기 위해 표면층에 반사방지수단을 형성하는 것은 당업계에 알려져 있는 바, 이를 본 발명에 적용할 경우에 더욱 증가된 효과를 얻을 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태로서의 염료감응형 태양전지의 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이하의 예에 한정되는 것이 아니다. 아래의 실시예 및 도면은 본 발명이 제시하는 신규의 구조를 갖는 염료감응형 태양전지를 설명하기 위한 것으로써 본 발명이 이에 제한되지 않는다.
(1) 음극계의 제조
1)전도성 투명기재 A : 한 면에 ITO층이 형성된 광투과도가 99%인 슬라이드글래스를 ITO층이 바깥으로 바라보도록 투명접착제를 이용하여 접착시킴으로써 광 투과도가 98%이고 양면이 ITO층으로 구성된 전도성 투명기재를 얻었다.
2)전도성 투명기재 B : 광투과도가 99%인 PET필름이 적용된 전도성 투명기재로써, ITO를 스퍼터링 방식으로 PET 필름의 한면 또는 양면에 도막하였다.
3)증감염료 담지층의 형성 : 산화티탄(P25, 니폰아에로질 제품, 기상법으로 제조된 산화티탄, 미립상) 100g을 폴리N-비닐아세트아마이드 1g, 물 500g을 호모믹싱하여 분산시켜 금속 산화물 분산액을 얻은 다음, 이를 상기와 같이 얻어진 전도성 투명기재의 일면 상에 스핀 코팅기를 이용하여 1마이크로 미터의 두께로 도포한 후 100℃에서 2분간 건조하였으며 다른 한면도 같은 방법으로 금속 산화물 분산액을 도포한 후 건조하여 양면에 금속 산화물막을 형성하였다.
루테늄 착색 염료(RuL2(NCS)2)를 에탄올에 희석하여 고형분 5%의 염료용액을 제조하고 상기와 같이 제조된 양면에 금속 산화물막이 형성된 전도성 투명기재를 염료용액에 10분간 침지 후 꺼내어 100℃에서 2분간 건조하여 증감염료 담지층을 형성하였다.
이와 같이 제조된 음극계의 광투과도는 전도성 투명기재의 한 면에만 증감염료 담지층을 형성한 경우는 70%였으며, 양면에 형성한 경우는 50%였다.
(2) 양극계의 제조
상기 음극계와 같은 방법으로 한면 또는 양면에 ITO층이 구성된 전도성 투명기재를 얻었다.
전도성 투명기재 상에 스퍼터링 방식으로 백금층(촉매층)을 형성하였다.
(3) 전해질액
전해질액은 0.5mol/L 요오드화리튬, 0.05mol/L 요오드의 아세토나이트릴 용액을 사용하였다.
(4) 태양전지의 제조
1개 이상의 음극계 및 양극계를 사용하여 제조하되 전도성 투명기재의 양면에 증감염료 담지층이 형성된 1개 이상의 음극계를 추가로 사용하여 제조하며, 각 전극계는 전기회로를 형성하여 밖에서 음극회로와 양극회로로 연결할 수 있도록 하고, 각 전극계는 2mm 간격을 유지할 수 있도록 전도성이 없는 접착제를 사용하여 접착하되 4면 중 1면은 전해질액을 주입한 후에 접착하고 전해질액이 흘러나오지 않는 것을 확인하여 정상적으로 제조된 태양전지를 얻었다.
(5) 광기전력의 측정
하기의 실시예와 같이 제조된 염료증감형 태양전지에 같은 시간 같은 공간에서 태양광을 조사하기 시작하여 5분이 지난 후의 광기전력을 측정하였다.
구체적으로 광기전력의 측정은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
각각의 제조된 태양전지에 대하여 음극계 및 양극계에 연결된 회로에 디지털 직류 전압계(화신계기, 모델명 : HS-9012-01, 허용오차 0.2%)를 연결하고, 태양과 태양전지의 정면이 90도 내외를 유지할 수 있도록 받침대를 설치하고, 맑은 날 오후 2시경의 태양광에 비교하고자 하는 태양전지 모두를 동시에 노출시켜 광발전을 수행하였다. 초기의 값은 각각의 태양전지 시스템의 광활성 반응속도에 따라 다르므로 일정 시간이 지나 안정화된 값으로 비교하는 것이 바람직하다. 따라서 태양광 에 노출시키고 5분이 경과한 후에 전압계로부터 측정된 값을 기록하였다. 측정된 값은 태양전지의 면적으로 나누어 단위면적당 광기전력값으로 비교하였다.
실시예 1.
도 2에 예시된 바와 같이, 전도성 투명기재의 양면에 증감염료 담지층(113)이 형성된 음극계(100) 1개 및 양극계(200) 2개를 이용하여 태양전지를 제조하였다. 이때 음극계(100)는 전도성 투명기재 A로부터 제조된 것을 사용하였다.
실시예 2.
상기 실시예 1과 동일한 구조를 갖는 태양전지를 제조하되, 다만 음극계(100)는 전도성 투명기재 A 대신에 전도성 투명기재 B를 사용하였다.
실시예 3.
도 4에 예시된 바와 같이, 실시예 1에 더하여 전도성 투명기재의 양면에 증감염료 담지층(113)이 형성된 음극계를 1개 더 추가하여 태양전지를 제조하였다.
실시예 4.
도 3에 예시된 바와 같이, 전도성 투명기재의 한면에 증감염료 담지층(113)이 형성된 음극계(100) 1개와 전도성 투명기재의 양면에 증감염료 담지층(113)이 형성되고 직경 5mm 원형의 홀(101)을 중앙에 1개 뚫어 전해액이 흐를 수 있도록 만든 음극계 1개 및 양극계 1개를 이용하여 태양전지를 제조하였다. 이때 음극계는 전도성 투명기재 A로부터 제조된 것을 사용하였고 홀(101)은 다이아몬드 컷터를 사용하였다.
실시예 5.
상기 실시예 4와 동일한 구조를 갖는 태양전지를 제조하되, 다만 음극계는 전도성 투명기재 A로부터 제조된 것 대신에 전도성 투명기재 B로부터 제조된 것을 사용하였다.
실시예 6.
실시예 4의 구조에 더하여 전도성 투명기재의 양면에 증감염료 담지층(113)이 형성되고 음극계 1개에 직경 5mm 원형의 홀을 중앙에 1개 뚫어 전해액이 흐를 수 있도록 한 음극계(100)를 1개 추가하여 태양전지를 제조하였다.
실시예 7.
상기 실시예 4의 구조에 더하여 전도성 투명기재의 양면에 증감염료 담지층(113)이 형성되고 음극계 1개에 직경 5mm 원형의 홀을 중앙에 1개 뚫어 전해액이 흐를 수 있도록 한 음극계를 2개 추가한, 도 5에 도시한 바와 같은 태양전지를 제조하였다.
실시예 8.
상기 실시예 4에서, 광이 입사되어 투과되는 방향의 양극계(200)의 일면에 거울을 추가로 접착하여 투과되는 빛을 반사하도록 반사수단을 구비한 태양전지를 제조하였다.
비교예.
도 1에 예시된 바와 같이, 한면에 증감염료 담지층(13)이 형성된 음극계(10) 1개 및 양극계(30) 1개를 이용하여 태양전지를 제조하였다. 이때 음극계(10)는 전 도성 투명기재 A로부터 제조된 것을 사용하였다.
상기 실시예 및 비교예로부터 얻어진 각각의 태양전지에 대해 상술한 방법으로 광기전력을 측정한 결과는 다음 표 1과 같다.
| 단위 : mW/㎠ | ||||||||
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | 비교예 |
| 2.5 | 2.5 | 2.6 | 2.6 | 2.6 | 2.9 | 3.1 | 2.8 | 2.1 |
상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따라 전도성 투명기재의 양면에 금속산화물막을 형성하고 이를 증감염료에 담지시켜 얻어진 증감염료 담지층을 갖도록 한 음극계를 포함하는 태양전지의 경우(실시예 1~8), 전도성 투명기재의 일면에만 증감염료 담지층을 갖는 음극계를 적용한 것(비교예 1)에 비하여 광기전력이 향상됨을 알 수 있다. 특히, 복수개의 음극계와 양극계가 적층된 구조를 갖도록 하는 경우(실시예 3)에는 단일계의 음극계를 갖는 경우(실시예 1 내지 2)에 비해 보다 향상된 광기전력을 보이며, 음극계에 홀을 구비한 경우(실시예 5 내지 8)의 경우 보다 향상된 광기전력을 보임을 알 수 있다. 특히, 홀을 구비한 음극계를 복수계로 적용한 경우(실시예 6, 7)의 경우는 가장 월등한 광기전력을 향상을 보였다. 한편, 거울과 같은 반사수단을 구비한 경우(실시예 8)의 경우에도 그렇지 않은 경우에 비해 향상된 광기전력을 보임을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 전도성 투명 기재의 양면에, 금속산화물막과 금속산화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층이 형성된 음극계를 적어도 1개 이상 포함하는 염료감응형 태양전지는 단위면적당 광발전량이 향상되었으며, 향후 광전변환 효율이 높은 금속산화물이나 염료가 개발되어 본 구조에 적용된다면 태양광 에너지가 인류문명에 필요한 전기에너지 생산에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
Claims (8)
- 음극계, 전해질층 및 양극계를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서,전도성 투명 기재의 양면에, 금속산화물막과 금속산화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층이 형성된 음극계를 적어도 1개 이상 포함하는 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 음극계, 전해질층 및 양극계를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서,양극계;상기 양극계에 대향되며, 전도성 투명 기재의 양면에 금속산화물막과 금속산화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층이 형성된 음극계; 및상기 양극계와 음극계 사이의 공간에 채워져 있는 전해질층으로 이루어지되,복수개의 음극계, 복수개의 양극계 및 복수개의 전해질층을 갖는 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 음극계, 전해질층 및 양극계를 포함하는 염료감응형 태양전지에 있어서,양극계;상기 양극계에 대향되며, 전도성 투명 기재의 양면에 금속산화물막과 금속산 화물막 상에 증감염료를 담지시켜 형성된 증감염료 담지층이 형성된 음극계; 및상기 음극계와 양극계 사이의 공간에 채워져 있는 전해질층으로 이루어지되,단일의 양극계, 양극계에 대향되며 적어도 한개 이상의 홀이 형성된 적어도 한개 이상의 음극계; 양극계에 대향된 최외각에 위치되는 홀이 형성되지 않은 단일의 음극계 및 단일의 양극계로부터 양극계에 대향되며 최외각에 위치되는 홀이 형성되지 않은 단일의 음극계에 걸쳐 이어지는 전해질층의 구조를 갖는 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 투명 기재는 투명 기재의 양면에 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 도전층이 형성된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 증감염료 담지층에 있어서 금속산화물은 이산화티탄, 이산화주석 및 산화아연 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 증감염료 담지층에 있어서 금속산화물은 수산기 또는 아미노기를 포함하지 않는 고분자 화합물에 미립자형으로 분산된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 광이 투과되는 방향의 투명 기재 상에, 투과되는 빛을 반사하여 광전변환 과정에 재사용될 수 있는 반사수단을 구비한 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
- 제 7 항에 있어서, 반사수단은 액정표시장치에 사용되는 반사필름, 거울, 금속기재, 굴절율이 염료감응형 태양전지에 사용되는 투명기재보다 낮은 고분자 기재, 재귀반사형 필름 및 프리즘 필름 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
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| KR101016000B1 (ko) * | 2008-12-22 | 2011-02-23 | 주식회사 엘엠에스 | 반사편광필름을 이용한 태양전지모듈 |
| KR101025962B1 (ko) * | 2009-09-14 | 2011-03-30 | 한양대학교 산학협력단 | 유무기 하이브리드 광결정을 구비하는 염료감응 태양전지 |
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