KR20070035919A - Dye-sensitized solar cell using conducting metal substrates as an anode - Google Patents

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Abstract

염료감응 태양전지를 제공한다. 본 발명은 구부림이 가능한 전도성 기판에 형성된 나노입자 산화물층과 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료분자를 포함하여 음극으로 작용하는 반도체 전극과, 상기 반도체 전극에 대향하여 위치하고, 구부림이 가능한 전도성 금속 기판 상에, 상기 반도체 전극쪽을 향하여 형성된 백금 전극층을 포함하여 양극으로 작용하는 대향 전극과, 상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 전도성 금속 기판을 양극으로 채용하고, 상기 전도성 금속 기판 상에 백금층을 고온에서 형성할 수 있어 구부림이 가능하면서도 광전환 효율 및 에너지 변화 효율 등의 성능을 향상시킬 수 있다.It provides a dye-sensitized solar cell. The present invention provides a semiconductor electrode that acts as a cathode including a nanoparticle oxide layer formed on a bendable conductive substrate and a dye molecule adsorbed on the nanoparticle oxide layer, and is positioned to face the semiconductor electrode and bendable conductive metal. A counter electrode including a platinum electrode layer formed toward the semiconductor electrode toward the substrate and serving as an anode, and an electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode. Accordingly, the present invention employs a conductive metal substrate as an anode, and the platinum layer can be formed on the conductive metal substrate at a high temperature, thereby allowing bending and improving performance such as light conversion efficiency and energy change efficiency.

Description

전도성 금속 기판을 양극으로 구성한 염료감응 태양전지{Dye-sensitized solar cell using conducting metal substrates as an anode}Dye-sensitized solar cell using conducting metal substrates as an anode}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to a third embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *Description of the main parts of the drawing

10: 전도성 기판, 12: 나노입자 산화물층, 20: 반도체 전극10 conductive substrate, 12 nanoparticle oxide layer, 20 semiconductor electrode

30: 전도성 금속 기판, 32: 백금 전극층 40: 대향 전극30: conductive metal substrate, 32: platinum electrode layer 40: counter electrode

34: 전도성 박막 36: 반도체 박막34: conductive thin film 36: semiconductor thin film

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a dye-sensitized solar cell.

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 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 1990년 5월 20일자로 미합중국 특허 제 4,927,721호에 "Photo-electrochemical cell"이라는 명칭으로, 1994년 9월 27일자로 미합중국 특허 제5, 350, 644호에 "Photovoltaic cells"이라는 명칭으로 공개된 바 있다. Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are composed of photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to produce electron-hole pairs, and transition metal oxides for transferring generated electrons. It is a photoelectrochemical solar cell. A representative example of the dye-sensitized solar cells known so far is Gratzel et al., May 20, 1990, entitled "Photo-electrochemical cell" in US Patent No. 4,927,721, issued September 27, 1994. U.S. Patent Nos. 5, 350, 644 have been published under the name "Photovoltaic cells."

상기 그라첼 등에 의해 발표된 염료감응 태양전지는 염료 분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지고 음극으로 작용하는 반도체 전극, 백금 전극층을 포함하여 양극으로 작용하는 대향전극, 그리고 그 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성되어 있다. 이 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양전지를 대체할 수 있는 가능성이 있다는 점에서 주목받아 왔다.The dye-sensitized solar cell disclosed by Gratzel et al. Is composed of nanoparticle titanium dioxide (TiO 2 ) coated with dye molecules and serves as a cathode, a counter electrode serving as an anode including a platinum electrode layer, and therebetween. It consists of a filled electrolyte solution. This dye-sensitized solar cell has been attracting attention because it can replace the existing solar cell because the manufacturing cost per power is lower than that of the conventional silicon solar cell.

상기 염료감응 태양전지는 전도성 유리 기판 위에 나노입자 산화물의 콜로이드 용액을 코팅하여 450∼500?? 전기로에서 가열한 후 염료를 흡착한 반도체 전극(음극)과, 상기 반도체 전극과 전도성 유리 기판에 백금 전극층을 형성한 대향 전극(양극)을 서로 마주보게 결합하고, 상기 반도체 전극과 대양 전극 사이에 주입된 전해질로 구성된다. 상기 백금 전극층은 전도성 유리 기판 위에 백금 이온을 포함하는 용액을 코팅한 후에, 450∼500℃ 전기로에서 가열하여 형성하거나, 전도성 유 리 기판 상에 스퍼터링(증착)에 의하여 형성한다. The dye-sensitized solar cell is coated with a colloidal solution of nanoparticle oxide on a conductive glass substrate 450 ~ 500 ?? After heating in an electric furnace, a semiconductor electrode (cathode) adsorbed with a dye and a counter electrode (anode) having a platinum electrode layer formed on the semiconductor electrode and the conductive glass substrate are coupled to face each other, and injected between the semiconductor electrode and the ocean electrode. Composed of electrolyte. The platinum electrode layer is formed by coating a solution containing platinum ions on a conductive glass substrate and then heating in an electric furnace at 450 to 500 ° C., or by sputtering (deposition) on a conductive glass substrate.

그런데, 최근에는 구부림이 가능한 염료감응 태양전지를 구현하기 위해서, 상기 백금 전극층을 구부림이 가능한 전도성 고분자 필름에 백금 이온을 포함하는 용액을 코팅하고 화학적으로 환원시켜 형성한다. 그러나, 구부림이 가능한 고분자 필름 위에 상기 화학적 환원법에 의한 백금 전극층을 형성할 경우, 염료감응 태양전지의 광전환 효율 및 에너지 변환 효율 등의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다. However, recently, in order to implement a bendable dye-sensitized solar cell, the platinum electrode layer is formed by coating and chemically reducing a solution containing platinum ions on a conductive polymer film capable of bending. However, when the platinum electrode layer formed by the chemical reduction method is formed on the bendable polymer film, performances such as light conversion efficiency and energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell are deteriorated.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구부림이 가능하면서도 백금 전극층에 의한 광전환 효율 및 에너지 변화 효율 등의 성능을 향상시킬 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 데 있다. Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that can bend while improving the performance, such as light conversion efficiency and energy change efficiency by the platinum electrode layer.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예에 따른 염료감응 태양전지는 구부림이 가능한 전도성 기판에 형성된 나노입자 산화물층과 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료분자를 포함하여 음극으로 작용하는 반도체 전극과, 상기 반도체 전극에 대향하여 위치하고, 구부림이 가능한 전도성 금속 기판 상에, 상기 반도체 전극쪽을 향하여 형성된 백금 전극층을 포함하여 양극으로 작용하는 대향 전극과, 상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention includes a nanoparticle oxide layer formed on the bendable conductive substrate and a dye molecule adsorbed on the nanoparticle oxide layer to act as a cathode A semiconductor electrode, a counter electrode which is disposed opposite to the semiconductor electrode and includes a platinum electrode layer formed on the bendable conductive metal substrate toward the semiconductor electrode and serves as an anode, and is interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode. Electrolyte solution.

상기 전도성 금속 기판을 구성하는 금속은 철, 알루미늄, 티탄늄, 니켈, 구 리 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는, 상기 전도성 금속 기판은 스테인레스 스틸 기판 또는 알루미늄 기판일 수 있다.The metal constituting the conductive metal substrate may be any one selected from the group consisting of iron, aluminum, titanium, nickel, copper, and tin. Preferably, the conductive metal substrate may be a stainless steel substrate or an aluminum substrate.

상기 전도성 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트 또는 폴리에테르설폰으로 이루어진 고분자 기판 상에 ITO 혹은 F 도핑된 이산화주석(FTO)과 같은 전도성 물질을 도포한 기판일 수 있다.The conductive substrate may be a substrate coated with a conductive material such as ITO or F doped tin dioxide (FTO) on a polymer substrate made of polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyethylene naphthalate or polyethersulfone.

또한, 본 발명의 다른 예에 따른 염료감응 태양전지는 구부림이 가능한 전도성 기판에 형성된 나노입자 산화물층과 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료분자를 포함하여 음극으로 작용하는 반도체 전극과, 상기 반도체 전극에 대향하여 위치하고, 구부림이 가능한 전도성 금속 기판 상에, 상기 반도체 전극쪽을 향하여 전도성 박막 및 백금 전극층이 순차적으로 형성되어 양극으로 작용하는 대향 전극과, 상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하여 이루어지고, 상기 전도성 제2 기판 상에 형성된 전도성 박막으로 인해 상기 전해질 용액에 의한 전도성 제2 기판의 부식을 방지한다.In addition, the dye-sensitized solar cell according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor electrode that acts as a cathode including a nanoparticle oxide layer formed on the flexible conductive substrate and the dye molecules adsorbed on the nanoparticle oxide layer, and the semiconductor On the conductive metal substrate which is opposite to the electrode and can be bent, a conductive thin film and a platinum electrode layer are sequentially formed toward the semiconductor electrode, and serve as an anode, and an electrolyte interposed between the semiconductor electrode and the opposite electrode. The solution includes a solution, and the conductive thin film formed on the conductive second substrate prevents corrosion of the conductive second substrate by the electrolyte solution.

상기 전도성 박막은 ITO(indium tin oxide) 또는 F 도핑된 이산화주석(FTO)으로 이루어질 수 있다. 상기 전도성 금속 기판과 상기 전도성 박막 사이에 반도체 박막이 더 형성되어, 상기 전도성 금속 기판 상에 형성된 반도체 박막으로 인해 상기 전해질 용액에 의한 전도성 금속 기판의 부식을 더욱 방지할 수 있다. The conductive thin film may be made of indium tin oxide (ITO) or F-doped tin dioxide (FTO). A semiconductor thin film may be further formed between the conductive metal substrate and the conductive thin film to further prevent corrosion of the conductive metal substrate by the electrolyte solution due to the semiconductor thin film formed on the conductive metal substrate.

이상과 같은 본 발명은 염료감응 태양전지는 전도성 금속 기판을 양극으로 채용하고, 상기 전도성 금속 기판 상에 백금층을 고온에서 형성할 수 있어 구부림이 가능하면서도 광전환 효율 및 에너지 변화 효율 등의 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the dye-sensitized solar cell adopts a conductive metal substrate as an anode, and can form a platinum layer on the conductive metal substrate at a high temperature to bend, yet provide performance such as light conversion efficiency and energy change efficiency. Can be improved.

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 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention; However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the size or thickness of films or regions is exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to a first embodiment of the present invention.

구체적으로, 본 발명의 염료감응 태양전지는 음극으로 작용하는 반도체 전극(20)과, 상기 반도체 전극(20)의 하부에 위치하여 양극으로 작용하는 대향 전극(40)과, 상기 반도체 전극(20)과 대향 전극(40) 사이에 개재된 전해질 용액(60)을 포함한다. 상기 반도체 전극(20)과 대향 전극(40) 사이의 양단부에는 상기 전해질 용액(50)이 새어나오지 않게(밀봉시키기 위해) surlyn 1702(Du Pont(듀퐁)사제의 상품명)과 같은 열가소성 고분자 재료로 이루어진 밀봉 부재(80)가 형성되어 있다. In detail, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a semiconductor electrode 20 serving as a cathode, a counter electrode 40 positioned below the semiconductor electrode 20, and serving as an anode, and the semiconductor electrode 20. And an electrolyte solution 60 interposed between the counter electrode 40 and the counter electrode 40. Both ends between the semiconductor electrode 20 and the counter electrode 40 are made of a thermoplastic polymer material such as surlyn 1702 (trade name manufactured by Du Pont) to prevent the electrolyte solution 50 from leaking out (sealing). The sealing member 80 is formed.

상기 반도체 전극(20)은 전도성 기판(10)과, 상기 전도성 기판(10) 상에 형성된 나노입자 산화물층(12)과 상기 나노입자 산화물층(12)에 흡착된 염료분자(나노입자 산화물층에 점으로 해칭 표시)를 포함한다. 상기 전도성 기판(10)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(줄여서 PET, 다른 말로 폴리테레프탈산에틸렌), 폴리카보네이트(다른 말로 폴리탄산에스테르), 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 또는 폴리에테르설폰(PES)과 같은 투명한 고분자 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 F 가 도핑된 이산화주석(FTO, F doped SnO2)과 같은 투명 전도성 물질을 도포한 기판이다. The semiconductor electrode 20 includes a conductive substrate 10, a nanoparticle oxide layer 12 formed on the conductive substrate 10, and a dye molecule (nanoparticle oxide layer) adsorbed to the nanoparticle oxide layer 12. Hatching marks). The conductive substrate 10 is a transparent polymer substrate such as polyethylene terephthalate (shortened PET, in other words polyterephthalate ethylene), polycarbonate (polycarbonate in other words), polyimide, polyethylene naphthalate, or polyethersulfone (PES). phase on a substrate coated with a transparent conductive material such as ITO (Indium tin Oxide) or F doped tin dioxide (FTO, F doped SnO 2) .

상기 나노 입자 산화물층(12)은 5∼15㎛ 두께로 구성한다. 상기 나노입자 산화물층(12)은 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO)층일 수 있다. 상기 나노입자 산화물층(12)에는 염료 분자, 예컨대 Ru 착체(錯體)로 이루어지는 염료분자가 화학적으로 흡착되어 있다. The nanoparticle oxide layer 12 is composed of 5 to 15㎛ thickness. The nanoparticle oxide layer 12 may be a titanium dioxide (TiO 2 ), tin dioxide (SnO 2 ) or zinc oxide (ZnO) layer. The nanoparticle oxide layer 12 is chemically adsorbed with a dye molecule, for example, a dye molecule composed of a Ru complex.

상기 대향 전극(40)은 상기 반도체 전극(20)의 하부에 대향하여 위치하고, 구부림이 가능한 전도성 금속 기판(30)과, 상기 전도성 금속 기판(30) 상에 상기 반도체 전극(10)쪽을 향하여 형성된 백금 전극층(32)으로 구성한다. 상기 백금 전극층(32)은 상기 나노입자 산화물층(12)과 대향하게 위치한다. The counter electrode 40 is disposed to face the lower portion of the semiconductor electrode 20, and is formed to be bent toward the semiconductor electrode 10 on the conductive metal substrate 30 and the conductive metal substrate 30. It consists of the platinum electrode layer 32. The platinum electrode layer 32 is positioned to face the nanoparticle oxide layer 12.

상기 전도성 금속 기판(30)을 이루는 금속은 철, 알루미늄, 티탄늄, 니켈, 구리 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 상기 전도성 금속 기판(30)은 스테인리스 스틸(stainless steel) 기판 혹은 알루미늄 기판으로 구성한다. The metal constituting the conductive metal substrate 30 is preferably any one selected from the group consisting of iron, aluminum, titanium, nickel, copper, and tin. Most preferably, the conductive metal substrate 30 is composed of a stainless steel substrate or an aluminum substrate.

상기 백금 전극층(32)은 상기 전도성 금속 기판(30) 상에 5mM 헥사클로로플라티늄산(H2PtCl6·xH2O) 에탄올 용액을 분산하고 건조하여 백금 이온을 입힌 다음, 400~500 ℃ 전기로에서 가열하여 형성한다.The platinum electrode layer 32 is dispersed in a 5mM hexachloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 · xH 2 O) ethanol solution on the conductive metal substrate 30 and dried to apply platinum ions, and then in a 400 ~ 500 ℃ electric furnace Form by heating.

특히, 본 발명은 백금 이온 용액을 전도성 금속 기판(30)에 도포한 후에 400 ~ 500 ℃ 전기로에서 가열할 수 있기 때문에, 종래와 같이 고분자 기판 상에 백금 전극층을 형성하는 종래의 염료감응 태양전지에 비하여 광전환 효율 및 에너지 변환 효율을 현저히 향상시킬 수 있고, 에너지 손실도 감소시킬 수 있다. In particular, the present invention can be heated in an electric furnace 400 ~ 500 ℃ after applying the platinum ion solution to the conductive metal substrate 30, to a conventional dye-sensitized solar cell to form a platinum electrode layer on a polymer substrate as in the prior art In comparison, the light conversion efficiency and the energy conversion efficiency can be significantly improved, and the energy loss can be reduced.

다시 말해, 본 발명과 같이 전도성 금속 기판(30) 상에 고온 가열로 형성한 백금 전극층(32)이 고분자 전도성 기판 위에 상기 화학적 환원법에 의해 형성된 백금 전극층에 비하여 전자 전달 작용이 향상되어 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 더하여, 본 발명의 백금 전극층(32)은 고온에서 형성하여 안정하기 때문에 구부림 동작에 의한 막질의 변형이나 박리 형상이 발생하지 않는다. In other words, the platinum electrode layer 32 formed by the high temperature heating on the conductive metal substrate 30 as in the present invention is improved in electron transfer compared to the platinum electrode layer formed by the chemical reduction method on the polymer conductive substrate, thereby providing a dye-sensitized solar cell. Can significantly improve the light conversion efficiency. In addition, since the platinum electrode layer 32 of the present invention is formed and stable at a high temperature, film deformation and peeling shape due to the bending operation do not occur.

본 발명과 같이 전도성 금속 기판(30)을 사용함으로써 반도체 전극(20)을 투과한 빛이 상기 전도성 금속 기판(30)에서 반사하여 추가적인 빛의 이용을 극대화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 투명한 고분자 전도성 기판을 사용하는 종래의 염료감응 태양 전지에 비하여 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다. By using the conductive metal substrate 30 as in the present invention, the light transmitted through the semiconductor electrode 20 is reflected from the conductive metal substrate 30 to maximize the use of additional light. Accordingly, the present invention can improve the energy conversion efficiency compared to the conventional dye-sensitized solar cell using a transparent polymer conductive substrate.

그리고, 본 발명의 염료감응 태양전지를 구성하는 전도성 금속 기판(30)이 저항이 낮아 면저항이 높은 기존의 고분자 전도성 기판에 비하여 저항에 의한 에너지 손실도 현저히 감소시킬 수 있다.In addition, the conductive metal substrate 30 constituting the dye-sensitized solar cell of the present invention has a low resistance and can significantly reduce energy loss due to resistance as compared with a conventional polymer conductive substrate having high sheet resistance.

상기 반도체 전극(20)과 대향 전극(40) 사이에는 전해질 용액(60)이 개재된다. 상기 전해질 용액(60)은 요오드계 산화-환원 액체 전해질, 예를 들어 0.8M의 1,2-디메틸-3-옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide)와 40mM의 I2(Iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile)에 용해시킨 I3 -/I-의 전해질 용액을 이용한다. An electrolyte solution 60 is interposed between the semiconductor electrode 20 and the counter electrode 40. The electrolyte solution 60 is an iodine-based redox liquid electrolyte, such as 0.8 M 1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide (1,2-dimethyl-3-octyl-imidazolium iodide). It uses the electrolytic solution of -) and I 3 was dissolved in 2 I (Iodine) of 40mM in 3-methoxy propionitrile (3-Methoxypropionitrile) - / I .

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to a second embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 2에서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 제2 실시예에 의한 염료감응 태양전지는 제1 실시예와 비교하여 대향 전극(40)의 구성이 다른 것을 제외하고는 다 동일하다. Specifically, in Fig. 2, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members. The dye-sensitized solar cell according to the second embodiment of the present invention is the same except that the configuration of the counter electrode 40 is different from that of the first embodiment.

본 발명의 제2 실시예의 염료감응 태양전지의 대향 전극(40)은 구부림이 가능한 전도성 금속 기판(30) 상에 전도성 박막(34)이 더 형성되어 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예의 염료감응 태양전지의 대향전극(40)은 전도성 금속 기판(30) 상에 전도성 박막(34) 및 백금 전극층(32)을 순차적으로 형성하여 구성한다. 상기 전도성 박막(34)은 ITO(indium tin oxide) 또는 F 도핑된 이산화주석(FTO)을 약 1000~2000Å 도포하여 구성할 수 있다. In the counter electrode 40 of the dye-sensitized solar cell of the second embodiment of the present invention, a conductive thin film 34 is further formed on the bendable conductive metal substrate 30. That is, the counter electrode 40 of the dye-sensitized solar cell of the second embodiment of the present invention is formed by sequentially forming the conductive thin film 34 and the platinum electrode layer 32 on the conductive metal substrate 30. The conductive thin film 34 may be configured by applying indium tin oxide (ITO) or F-doped tin dioxide (FTO) at about 1000 to 2000Å.

상기 제2 실시예와 같이, 상기 전도성 박막(34)이 전도성 금속 기판(30) 위에 도포된 경우에는, 상기 전도성 박막(34)에 의하여 전해질 용액(60)이 전도성 금속 기판(30)을 구성하는 금속과의 접촉을 차단함으로써 전해질 용액(60)의 산화/환원제에 의한 금속의 부식을 제거하여 염료감응 태양전지의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. As in the second embodiment, when the conductive thin film 34 is coated on the conductive metal substrate 30, the electrolyte solution 60 forms the conductive metal substrate 30 by the conductive thin film 34. By blocking contact with the metal, the corrosion of the metal by the oxidation / reducing agent of the electrolyte solution 60 can be eliminated, thereby greatly improving the stability of the dye-sensitized solar cell.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a view schematically showing the configuration of a dye-sensitized solar cell according to a third embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 3에서, 도 1 및 도 2와 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 제3 실시예에 의한 염료감응 태양전지는 제2 실시예와 비교하여 대향 전극(40)의 구성이 다른 것을 제외하고는 다 동일하다. Specifically, in Fig. 3, the same reference numerals as in Figs. 1 and 2 denote the same members. The dye-sensitized solar cell according to the third embodiment of the present invention is the same except that the configuration of the counter electrode 40 is different from that of the second embodiment.

본 발명의 제3 실시예의 염료감응 태양전지의 대향 전극(40)은 제2 실시예와 비교하여 구부림이 가능한 전도성 금속 기판(30) 상에 반도체 박막(36, 혹은 절연박막)이 더 형성되어 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예의 염료감응 태양전지의 대향 전극(40)은 전도성 금속 기판(30) 상에 반도체 박막(36), 전도성 박막(34) 및 백금 전극층(32)을 순차적으로 형성하여 구성한다. 상기 반도체 박막(36)은 산화실리콘막(SiOx)을 약 1000~2000 Å 도포하여 구성할 수 있다. In the counter electrode 40 of the dye-sensitized solar cell of the third embodiment of the present invention, a semiconductor thin film 36 (or an insulating thin film) is further formed on the conductive metal substrate 30 which is bendable as compared with the second embodiment. . That is, the counter electrode 40 of the dye-sensitized solar cell of the second embodiment of the present invention sequentially forms the semiconductor thin film 36, the conductive thin film 34, and the platinum electrode layer 32 on the conductive metal substrate 30. Configure. The semiconductor thin film 36 may be formed by coating a silicon oxide film (SiOx) at about 1000 to 2000 microns.

상술한 제2 실시예에서와 같이, 전도성 박막(34)을 전도성 금속 기판(30)의 위에 도포한 경우에도 전해질 용액(60)이 전도성 금속 기판(30)을 구성하는 금속으로부터 장기적으로는 침투하는 것을 완전히 차단하기 어렵다. 특히, 장기적으로 전해질 용액(50)이 전도성 금속 기판(30)의 금속에 침투하게 되면 에너지 효율을 감소시킬 수 있다. As in the above-described second embodiment, even when the conductive thin film 34 is applied on the conductive metal substrate 30, the electrolyte solution 60 penetrates in the long term from the metal constituting the conductive metal substrate 30. It is difficult to block completely. In particular, when the electrolyte solution 50 penetrates into the metal of the conductive metal substrate 30 in the long term, energy efficiency may be reduced.

따라서, 제3 실시예와 같이 전도성 제2 기판(30)의 금속 위에 전해질을 완전히 차단할 수 있는 반도체 박막(36, 혹은 절연 박막)을 도포함으로써 전해질에 의한 전도성 금속 기판의 금속 부식을 방지하여 장기적 안정성을 향상시킴과 동시에 에너지 변환 효율도 크게 증가시킬 수 있다. Thus, by applying a semiconductor thin film (36, or insulating thin film) that can completely block the electrolyte on the metal of the conductive second substrate 30 as in the third embodiment, to prevent metal corrosion of the conductive metal substrate by the electrolyte for long-term stability In addition, the energy conversion efficiency can be greatly increased.

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 작동 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of operating the dye-sensitized solar cell according to the first embodiment of the present invention.

구체적으로, 반도체 전극(20)의 투명한 전도성 기판(10)을 투과한 빛은 나노입자 산화물층(12)에 흡착된 염료분자에서 태양 빛을 흡수한다. 상기 태양 빛을 흡수한 염료분자는 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며 여기상태의 전자는 나노입자 산화물층(12)의 전도대로 주입된다. Specifically, the light transmitted through the transparent conductive substrate 10 of the semiconductor electrode 20 absorbs sunlight from the dye molecules adsorbed on the nanoparticle oxide layer 12. The dye molecules absorbing the sun light electron-transfer from the ground state to the excited state to form electron-hole pairs, and the excited electrons are injected into the conduction band of the nanoparticle oxide layer 12.

나노입자 산화물층(12)으로 주입된 전자는 입자간 계면을 통하여 나노입자 산화물층(12)에 접하고 있는 전도성 기판(10)에 전달되고 외부전선(미도시)을 통하여 대향 전극(40)으로 이동된다. 전자 전이의 결과로 산화된 염료분자는 전해질 용액(60) 내의 요오드 이온의 산화(3I--> I3 -+2e-)에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원된다. 산화된 요오드 이온(I3 -)은 백금 전극층(32)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지의 작동과정이 완성된다. Electrons injected into the nanoparticle oxide layer 12 are transferred to the conductive substrate 10 in contact with the nanoparticle oxide layer 12 through the interparticle interface, and move to the counter electrode 40 through an external wire (not shown). do. Oxidized as a result of electron transfer dye molecules electrolyte solution, the oxidation of iodide ion in the (60) is reduced again accept electrons provided by the (3I - -> I 3 - - + 2e). The oxidized iodine ions I 3 - are reduced by electrons reaching the platinum electrode layer 32 to complete the operation of the dye-sensitized solar cell.

상술한 바와 같이 본 발명은 전도성 금속 기판 상에 고온 가열로 형성한 백금 전극층은 고분자 전도성 기판 위에 상기 화학적 환원법에 의해 형성된 백금 전극층에 비하여 전자전달작용이 향상되어 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, the platinum electrode layer formed by the high temperature heating on the conductive metal substrate has improved electron transfer effect compared to the platinum electrode layer formed by the chemical reduction method on the polymer conductive substrate, thereby greatly improving the light conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell. Can be improved.

본 발명은 전도성 금속 기판을 사용함으로써 반도체 전극의 염료가 빛을 흡수하고 투과되는 빛을 상기 전도성 금속 기판에서 반사한다. 이에 따라, 본 발명의 염료감응 태양 전지는 반사하는 빛을 이용함으로써 고분자 전도성 기판을 사용하는 기존의 염료감응 태양전지에 비하여 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있다. The present invention uses a conductive metal substrate so that the dye of the semiconductor electrode absorbs light and reflects the transmitted light from the conductive metal substrate. Accordingly, the dye-sensitized solar cell of the present invention can improve the energy conversion efficiency compared to the conventional dye-sensitized solar cell using a polymer conductive substrate by using the reflected light.

본 발명은 전도성 금속 기판의 저항이 낮아 면저항이 높은 기존의 전도성 고분자 기판에 비하여 저항에 의한 에너지 손실도 현저히 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the energy loss due to the resistance can be significantly reduced compared to the conventional conductive polymer substrate having a high sheet resistance due to the low resistance of the conductive metal substrate.

본 발명의 염료감응 태양전지는 전도성 기판과 전도성 금속 기판을 구부림이 가능한 기판을 사용하면 구부림이 가능하게 할 수 있다.The dye-sensitized solar cell of the present invention can be bent by using a substrate capable of bending the conductive substrate and the conductive metal substrate.

Claims (7)

구부림이 가능한 전도성 기판에 형성된 나노입자 산화물층과 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료분자를 포함하여 음극으로 작용하는 반도체 전극; A semiconductor electrode including a nanoparticle oxide layer formed on a bendable conductive substrate and a dye molecule adsorbed on the nanoparticle oxide layer to serve as a cathode; 상기 반도체 전극에 대향하여 위치하고, 구부림이 가능한 전도성 금속 기판 상에, 상기 반도체 전극쪽을 향하여 형성된 백금 전극층을 포함하여 양극으로 작용하는 대향 전극; 및An opposite electrode positioned opposite the semiconductor electrode and including a platinum electrode layer formed on the bendable conductive metal substrate toward the semiconductor electrode; And 상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. Dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode. 제1항에 있어서, 상기 전도성 금속 기판을 구성하는 금속은 철, 알루미늄, 티탄늄, 니켈, 구리 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 1, wherein the metal constituting the conductive metal substrate is any one selected from the group consisting of iron, aluminum, titanium, nickel, copper, and tin. 제1항에 있어서, 상기 전도성 금속 기판은 스테인레스 스틸 기판 또는 알루미늄 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 1, wherein the conductive metal substrate is a stainless steel substrate or an aluminum substrate. 제1항에 있어서, 상기 전도성 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트 또는 폴리에테르설폰으로 이루어진 고분자 기판 상에 ITO 혹은 F 도핑된 이산화주석(FTO)과 같은 전도성 물질을 도포한 기판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. The method of claim 1, wherein the conductive substrate is coated with a conductive material such as ITO or F doped tin dioxide (FTO) on a polymer substrate consisting of polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyethylene naphthalate or polyethersulfone Dye-sensitized solar cell, characterized in that the substrate. 구부림이 가능한 전도성 기판에 형성된 나노입자 산화물층과 상기 나노입자 산화물층 상에 흡착된 염료분자를 포함하여 음극으로 작용하는 반도체 전극; A semiconductor electrode including a nanoparticle oxide layer formed on a bendable conductive substrate and a dye molecule adsorbed on the nanoparticle oxide layer to serve as a cathode; 상기 반도체 전극에 대향하여 위치하고, 구부림이 가능한 전도성 금속 기판 상에, 상기 반도체 전극쪽을 향하여 전도성 박막 및 백금 전극층이 순차적으로 형성되어 양극으로 작용하는 대향 전극; 및An opposite electrode positioned opposite to the semiconductor electrode and formed on the bendable conductive metal substrate, the conductive thin film and the platinum electrode layer sequentially formed toward the semiconductor electrode to serve as an anode; And 상기 반도체 전극과 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액을 포함하여 이루어지고, 상기 전도성 제2 기판 상에 형성된 전도성 박막으로 인해 상기 전해질 용액에 의한 전도성 제2 기판의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. A dye-sensitized method comprising an electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the opposite electrode, and preventing corrosion of the conductive second substrate by the electrolyte solution due to the conductive thin film formed on the conductive second substrate. Solar cells. 제5항에 있어서, 상기 전도성 박막은 ITO(indium tin oxide) 또는 F 도핑된 이산화주석(FTO)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 5, wherein the conductive thin film is formed of indium tin oxide (ITO) or F-doped tin dioxide (FTO). 제5항에 있어서, 상기 전도성 금속 기판과 상기 전도성 박막 사이에 반도체 박막이 더 형성되어, 상기 전도성 금속 기판 상에 형성된 반도체 박막으로 인해 상기 전해질 용액에 의한 전도성 금속 기판의 부식을 방지하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The semiconductor thin film of claim 5, further comprising a semiconductor thin film formed between the conductive metal substrate and the conductive thin film to prevent corrosion of the conductive metal substrate by the electrolyte solution due to the semiconductor thin film formed on the conductive metal substrate. Dye-sensitized solar cell.
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