KR20070072215A - 금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지 - Google Patents

금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지 Download PDF

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KR20070072215A KR1020050136229A KR20050136229A KR20070072215A KR 20070072215 A KR20070072215 A KR 20070072215A KR 1020050136229 A KR1020050136229 A KR 1020050136229A KR 20050136229 A KR20050136229 A KR 20050136229A KR 20070072215 A KR20070072215 A KR 20070072215A
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Abstract

본 발명은 금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의 제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 자세하게는 반도체 전극의 기판 위에 금속 메쉬층이 위치하여 염료감응 태양전지의 대면적화 또는 모듈 제조시에 발생하는 광전변환효율 저하현상을 개선한 금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의 제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.

Description

금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의 제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지 {Electrode for photoelectricity transformation element comprising metal mesh layer, process for preparing the same, and dye-sensitized solar cell using the electrode}
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 작동원리를 설명하기 위한 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 염료감응 태양전지를 개략적으로 도시한 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따른 염료감응 태양전지의 광전 변환 효율을 측정한 전압-전류 그래프를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>
110: 금속산화물 반도체층 120: 반도체 전극(제1전극)
121: 반도체 전극용 기판 122: 기판상에 생성한 금속 메쉬
123: 반도체 전극용 투명 전도성 박막
130: 전해질층 140: 상대전극(제2전극)
141: 백금 박막 142: 상대전극용 투명 전도성 박막
143: 상대전극용 기판 151 및 152:열가소성 고분자 필름
160: 주입구 170: 주입구 봉입용 유리
본 발명은 금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의 제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 자세하게는 반도체 전극의 기판 위에 금속 메쉬층이 위치하여 염료감응 태양전지의 대면적화 또는 모듈 제조시에 발생하는 광전변환효율 저하현상을 개선한 금속 메쉬층을 구비하는 광전변환소자용 전극, 그의 제조방법 및 상기 전극을 채용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
현재까지 알려진 종래의 염료감응 태양전지는 통상 그라첼 셀(Graetzel cell)로 불리는 감광성 염료 분자와 나노 입자의 산화티타늄으로 이루어지는 산화물 반도체를 이용한 광전기화학 태양전지로 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 저렴하고, 투명한 전극으로 인해 건물 외벽 유리창이나 유리 온실 등으로의 응용이 가능하여 많은 연구가 이루어지고 있으나 대면적 혹은 모듈 형태로로 제조시 광전변환효율의 감소로 인해 실제 응용에 제한이 있는 상황이다.
일반적으로 염료감응 태양전지는 도 2에 나타낸 바와 같이 가시광선 영역의 태양에너지를 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성하는 염료분자와 염료를 흡착하고 염료에서 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물 반도체층(110), 태양에너지 흡수를 가능케 하면서 외부회로로 전자를 전달하는 투명 전도성 기판(120), 산화된 염료 분 자를 환원시켜 주는 산화-환원 전해질층(130), 태양광의 반사도가 좋으면서 전해질의 촉매역할을 통해 환원작용을 촉진시키는 백금 박막이 증착된 전도성 기판(140)으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 태양전지에 태양광이 흡수되면 도 1에 나타낸 바와 같이 염료분자는 바닥상태(S+/S)에서 여기상태(S+/S*)로 들뜨게 되고 여기된 염료는 전자(e-)를 내놓아 산화된다. 여기상태의 전자는 금속산화물 반도체의 전도띠로 주입되어 투명 전도성 박막 그리고, 외부회로를 지나 백금 전극으로 이동된다. 산화물 반도체 전극과 백금전극 사이에 위치하고 있는 산화-환원 전해질(I-/I3-)에서 산화된 염료분자는 전해질 내의 요오드 이온의 산화에 의해 다시 환원되며 산화된 요오드 이온은 백금 전극에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 결국 태양광의 흡수로 전자의 이동 즉 전류의 흐름을 유도하여 태양전지의 역할을 수행하게 된다.
이와 같은 태양전지의 광전변환효율은 태양광의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로 효율을 증가시키기 위해서는 백금전극의 반사율을 높이거나, 수 마이크로 크기의 반도체 산화물 광산란자를 혼합하여 태양광의 흡수를 증가시키거나 염료의 흡착량을 높여 전자의 생성량을 증가시키는 방법, 생성된 여기전자가 다시 전자-홀 재결합이 일어나 소멸되는 것을 막아주는 방법, 여기전자의 이동속도를 증가시키기 위한 각 계면 및 전극의 표면저항을 개선하는 방법 등이 있다.
이와 같은 염료감응 태양전지의 문제점 중 하나인 대면적화 및 모듈제조시 산화물 반도체 투명전극의 선저항 증가에 기인한 여기전자의 이동속도의 감소로 인 해 광전변화효율이 급격히 떨어지는 단점을 해결하기 위한 방법이 요구되고 있으며, 이를 위해 일본공개특허 2004-296669호에는 금속 또는 합금의 메시로 이루어지는 보조전극을 기판과 투명 도전막 사이에 형성하는 방법이 개시되어 있고, 일본공개특허 2003-203682호, 및 2003-123858호의 경우 광전변환소자용 장치의 기판과 투명 도전막 사이에 그리드, 격자형, 망 형태의 도전선을 개시하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광전 변환 효율이 향상된 광전변환소자용 전극을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 광전변환소자용 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 광전변환소자용 전극을 채용한 염료 감응 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
기판 및 투명 도전막을 구비하며,
상기 기판 및 투명 도전막 사이에 금속 메시층을 구비하는 광전변환소자용 전극을 제공한다.
상기 금속 메시층을 구성하는 금속은 Pt, Au, Ag, Cr, Pd, Al, Cu, Fe, Ni, Ti, Zr 및 이들의 합금을 예로 들 수 있다.
상기 금속 메시층의 선폭은 100㎛ 이하가 바람직하고, 선두께는 30㎛ 이하가 바람직하며, 개구율은 50 내지 90%인 것이 좋다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
전해, 무전해도금 또는 전자빔증착, 스퍼터링과 같은 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD), 금속염 상태의 희석액을 습식코팅(딥, 스핀, 스프레이 코팅)한 후 소성하는 등의 방법으로 증착한 Pt, Au, Ag, Cr, Pd, Al, Cu, Fe, Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금으로 구성된 금속막에 대하여 망목 구조 내부에 해당하는 부분을 일반적인 포토레지스트법을 적용하여 에칭하는 방식 또는 포토레지스트를 메쉬형태로 설치한 다음 전해, 무전해 도금 또는 전자빔증착, 스퍼터링과 같은 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD), 금속염 상태의 희석액을 습식코팅(딥, 스핀, 스프레이 코팅)한 후 소성하는 등의 방법을 통해 상기 금속을 채워 넣은 다음 포토레지스트를 제거하는 방법을 수행하여 기판 상에 금속 메쉬층을 형성하는 단계; 및
상기 금속 메쉬층 상에 투명 도전막을 도포하는 단계를 포함하는 광전변환소자용 전극의 제조방법을 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 광전변환소자용 전극을 채용한 염료감응 태양전지를 제공한다.
(본 발명은 염료감응 태양전지의 전극으로서, 기판과 투명 도전막 사이에 금속 메시층이 형성된 것을 특징으로 하나, 일본공개특허 2004-296669호에는 금속 또는 합금의 메시로 이루어지는 보조전극을 기판과 투명 도전막 사이에 형성하는 방법이 개시되어 있고, 일본공개특허 2003-203682호, 및 2003-123858호의 경우 광전변환소자용 장치의 기판과 투명 도전막 사이에 그리드, 격자형, 망 형태의 도전선 을 개시하고 있어, 본 발명의 신규성을 입증하기가 곤란하다고 여겨집니다. 상기 발명들과 구별되는 부분으로서, 본 발명에서 강조할 부분이 있다면 알려주시기 바랍니다.)
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 나노입자 산화티타늄 전극의 투명기판과 투명산화물 박막 사이에 도금 또는 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD) 등의 방법으로 증착한 금속막에 대하여 소정 형태의 패턴 부분을 에칭하는 방식 또는 포토레지스트법을 사용하여 메쉬 패턴으로 전해 또는 무전해 도금을 통해 금속 메쉬층을 설치함으로써, 염료에서 생성된 여기 전자의 이동도를 높여 주어 대면적 또는 모듈 제조시 발생하는 선저항 증가로 인한 효율저하 현상을 억제하여 기존의 효율을 향상시키는 광전변환소자용 전극을 제공한다.
본 발명은 또한 산화물 반도체 전극의 표면 저항을 저하시키기 위해 기판과 기판상의 금속 메쉬층과 상기 기판상에 도포된 투광성 물질로 이루어진 제1 전극(120); 제1 전극의 이면에 도포된 금속 산화물 다공질막(110); 다공질막에 흡착된 염료; 제1전극의 이면과 마주보도록 배치된 제2전극(140); 및 제1전극과 제2전극 사이의 공간에 매립된 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
이 때 기판 상에 형성된 금속 메쉬층의 선폭은 100㎛ 이하, 선두께는 30㎛ 이하인 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 선폭은 1 내지 50㎛, 선두께는 1 내지 10㎛인 것이 메쉬층의 불투명성에 의한 기판의 광투과율 저하를 억제하고, 메쉬층에 의한 기판 요철에 기인하는 금속 산화물 층의 도포 및 전극 접합의 난이도를 조 절하는데 유리하다.
메쉬층이 형성된 기판의 투과율은 상기 메쉬층의 패턴의 선폭과 선과 선 사이의 거리 즉 피치를 크게 함으로써 개구율을 높여 전체 투과율을 증가시킬 수 있으나 높은 개구율은 높은 표면저항을 의미하므로 50 내지 90% 로 유지되는 것이 바람직하다. 이렇게 금속 메쉬층이 형성된 기판 위에 전도성을 갖는 투광성 물질, 즉 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 투명막, 또는 상기 물질의 복합 적층막을 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 스프레이 열분해 증착(SPD) 등의 방법으로 형성하여 제1 전극을 완성한다.
다음에 본 발명이 제시하는 금속 메쉬층을 갖는 전극의 제조방법에 대해 자세히 설명한다.
기판재료로는 투광성이 양호하고 태양전지의 음극으로 사용가능한 유리기판 또는 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 투명한 플라스틱 기판 등의 기재에 한 면에 전해도금 또는 전자빔증착, 스퍼터링과 같은 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD), 금속염의 상태의 희석액을 습식코팅(예를 들어 딥, 스핀, 스프레이 코팅) 후 소성하는 등의 방법으로 증착한 Pt, Au, Ag, Cr, Pd, Al, Cu, Fe, Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금 등의 금속막에 대하여 메쉬 형태를 갖도록 망목 구조 내부에 해당하는 부분을 일반적인 포토레지스트법을 적용하여 에칭하는 방식 또는 포토레지스트를 메쉬형태로 설치한 다음 전해 또는 무전해 도금을 통해 상기의 금속을 채워 넣음으로써 완성할 수 있다.
이 때 기판 상에 형성된 금속 메쉬층의 선폭은 100㎛ 이하, 선두께는 30㎛ 이하인 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 선폭은 1 내지 50㎛, 선두께는 1 내지 10㎛인 것이 메쉬층의 불투명성에 의한 기판의 광투과율 저하를 억제하고, 메쉬층에 의한 기판 요철에 기인하는 금속 산화물 층의 도포 및 전극 접합의 난이도를 조절하는데 유리하다. 메쉬층이 형성된 기판의 투과율은 상기 메쉬층의 패턴의 선폭과 선과 선 사이의 거리, 즉 피치를 크게 함으로써 개구율을 높여 전체 투과율을 증가시킬 수 있으나 높은 개구율은 높은 표면저항을 의미하므로 50 내지 90%로 유지되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 대해 상세히 설명한다.
염료감응 태양전지는 산화물 나노입자의 다공질막, 태양광의 가시광을 흡수하여 전자를 여기하는 염료, 전해질, 투명전극 등으로 구성되어, 자연상태의 광합성 원리를 응용한 전지이다.
염료감응 태양전지 내로 태양광이 입사되면 광양자는 먼저 염료분자에 흡수되고 염료분자는 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 만들며, 여기상태의 전자는 염료와 다공질막의 계면을 거쳐 다공질막을 이루는 전이금속 산화물의 전도대로 주입된다. 주입된 전자는 다공질막과 반도체 전극의 계면을 거쳐 외부회로로 흘러간 후 상대 전극으로 이동한다.
한편, 전자 전이의 결과로 산화된 염료는 전해질 내 산화-환원 쌍의 요오드 이온에 의해 환원되고, 이 때 전해질의 산화된 요오드 이온은 전하중성을 이루기 위해 상대전극의 계면에 도달한 전자와 환원 반응을 한다.
이와 같이 염료감응 태양전지에서는 기존의 p-n 접합형 실리콘 태양전지와는 달리 계면 반응을 통해 작동하는 전기 화학적 원리를 가지고 있으며, 따라서 계면 특성을 개선하는 것이 매우 중요한 기술적 과제이다. 본 발명은 전도성 투명막이 도포되는 기판의 한 면에 상기에 설명된 제조방법으로 설치된 금속 메쉬로 인해 전극 기판의 표면저항의 감소로 염료에서 생성된 여기 전자가 산화물 반도체에서 전도성 투명막, 외부 회로로의 이동을 원활하게 하여 궁극적으로 염료감응 태양전지 특히 대면적 또는 모듈형태의 염료감응 태양전지의 광전변환효율을 향상시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 도시한 개략도이다. 염료감응 태양전지의 기본 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 판상 투명전극, 즉 제1전극(120) 및 제2전극(140)이 서로 면 접합된 샌드위치 구조이고, 한 투명전극(제1전극(120))은 본 발명에 의한 금속 메쉬층이 갖추어진 유리 혹은 투명 플라스틱 기판 상부에 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 스프레이 열분해 증착(SPD) 등의 방법으로 증착 혹은 도포된 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO) 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 투명막, 또는 상기 물질의 복합적층막(123)으로 구성되어 있고, 그 위에 금속 산화물 나노입자로 구성된 다공질막(110)이 도포되어 있다.
다공질막의 나노입자 표면에는 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광감응 염료가 흡착되어져 있다. 이 두 투명전극 사이의 공간은 산화환원용 전해질(130)로 채워져 있다.
투명전극 중 다공질막이 도포된 제1 전극(working electrode, 반도체 전극)의 기판으로는 소다라임 글래스, 보로 실리케이트 글래스 등의 일반 유리기판 혹은 PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투명 플라스틱기판 상에 상기의 방법으로 금속메쉬층을 형성한 뒤 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화주석(FTO) 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 투명막 또는 상기 물질의 복합적층막을 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 스프레이 열분해 증착(SPD) 등의 방법으로 증착한 것을 사용한다. 다공질막은 일반적으로 금속산화물의 나노입자가 분산된 페이스트를 상기에서 제조한 제1전극의 이면에 코팅한 후 열처리함으로써 형성한다, 코팅법에 따라 요구되는 페이스트의 기계적 물성도 조금씩 달라진다. 일반적으로 닥터 블레이드법, 스크린 프린트 등의 방법으로 도포할 수 있으며, 열처리는 고분자 바인더 첨가여부 및 기판의 재질에 따라 150도에서 550도 범위에서 행해질 수 있다.
다공질막은 나노미터 규모의 입경을 가지는 나노 입자들이 균일하게 분포하며 다공성을 유지하면서 표면에 적당한 거칠기를 가지도록 형성하는 것이 중요하다. 나노입자는 평균입경 100nm 이하를 가지고, 바람직하게는 10 내지 40nm의 입경을 갖는다.
다공질막의 나노입자 표면에 흡착되어 있는 염료로는 Al, Pt, Pd, Eu, Pb, Ir 등의 금속 복합체 형태의 화합물, 또는 Ru 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질로 이루어진다.
투명전극 중 Pt 또는 Ru, Pd, Rh, Ir, Os, C 등의 귀금속 물질이 포함된 전도성 물질 또는 전도성 고분자(141)가 전해도금, 스퍼터링, 전자빔 증착, 금속염의 습식코팅(스핀코팅, 딥코팅 등) 후 열처리 형성하는 방법 등으로 도포된 제2 전극(counter electrode, 상대전극, 140)으로는 소다라임 글래스, 보로 실리케이트 글래스 등의 일반 유리기판 혹은 PET, PEN, PC, PP, PI, TAC 중의 어느 하나를 포함하는 투명 플라스틱기판(143) 상에 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소도핑 산화주석(FTO) 산화아연(ZnO), 안티몬 도핑 산화주석(ATO), 산화주석(TO) 중의 어느 하나를 포함하는 전도성 투명막, 또는 상기 물질의 복합적층막(142)을 스프레이 혹은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 스프레이 열분해 증착(SPD) 등의 방법으로 코팅한 것을 사용한다.
제1 전극(120) 및 제2 전극(140)은 상품명 서린(Surlyn) 같은 열가소성 수지 혹은 열경화성 수지, UV 경화성 수지(151))를 사용하여 서로 면 접합시킨 후, 제2 전극을 관통하는 미세홀(160)을 통해 두 전극 사이의 공간에 전해액(130)을 주입한 다음, 홀의 외부를 접착제(152)로 밀봉한다. 전해질은 제1 전극 및 제2 전극 사이의 공간에서 다공질막 내부로 균일하게 분산되어 있다. 전해질은 아이오다이드(iodide)/트리아이오다이드(triiodide)쌍으로서 산화, 환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 수행하며 개방전압은 염료의 에너지 준위와 전해질의 산화, 환원 준위의 차이에 의해 결정된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하기 위해서는 제1 전극의 기판의 한 면상에 금속 메쉬층을 형성한 후 전도성 투명막을 도포하고 그 위 에 다공질막을 형성한 후 다공질막에 염료를 흡착시키고, 전도성 투명막이 도포된 기판에 백금(Pt)과 같은 전도성 촉매가 증착된 제2전극을 이미 제조한 제1 전극과 마주보도록 배치시키고, 다공질막과 제2전극 사이에 전해질을 매립하여 밀봉함으로써 염료감응 태양전지의 제조를 완성한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따라 염료감응 태양전지를 제조하는 방법에 대해 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
증류수를 사용한 초음파 세정을 거친 두께 1.1mm의 소다라임 글래스 기판(2cm*2cm) 상에 포토레지스트를 도포, 노광, 현상을 통해 메쉬 형태의 패턴을 형성한 다음, 고농도의 불산수용액(HF 49%)에 20초 동안 침지시켜 유리기판을 에칭한다. 에칭이 완료된 기판을 초음파 세정한 뒤 메쉬층을 형성하기 위한 시드(seed)로서 염화 팔라듐(PdCl2)과 염산(HCl)이 용해되어 있는 혼합액에 침지시켜 Pd 막을 증착한다. Pd 증착이 완료된 기판을 황산니켈(Ni(SO4))과 차아인산나트륨(NaH2PO2)의 혼합 수용액에 85℃의 고온하에서 무전해도금하여 니켈 메쉬층을 증착한 다음 포토레지스트를 제거하여 최종적으로 기판상에 니켈 메쉬층을 완성하였다. 완성된 메쉬층의 기판을 450℃의 고온에서 ITO 막을 스프레이 열분해법으로 500nm 정도 증착시켰다. 얻어진 전극 위에 입경 7 내지 50nm 정도 크기의 산화티타늄 입자 페이스트를 스크린 프린터를 이용하여 1cm2의 면적으로 도포하고 450℃에서 30분간 열처리하여 약 15㎛ 두께의 다공질 산화 티타늄 막을 완성하였다. 그 후 에탄올에 용해된 0.3mM 농도의 Ru(4,4'-디카릅고시-2,2'-비피리딘)2(NCS)2 용액에 염료 흡착처리를 24시간 진행하였다. 염료가 흡착된 다공성 산화티타늄 막을 에탄올로 세척한 뒤 반도체 전극을 완성하였다.
상대전극인 제2 전극은 ITO 막이 도포된 두께 1.1mm의 소다라임 글래스 기판 (2cm*2cm)에 직경 0.6mm 가량의 미세 구멍 2개를 대각방향으로 드릴을 이용하여 만들어 준 다음, Pt 필름을 스퍼터링 방식으로 코팅하여 표면저항 3Ω/□ 수준까지 제조하였다. 이렇게 하여 제작된 반도체 전극과 상대전극은 열가소성 고분자 필름을 이용하여 마주보도록 접합시키고 상대전극에 형성되어 있는 구멍을 통하여 21.928g의 테트라프로필암모늄아이오다이드(tetrapropylammonium iodide)와 1.931g의 요오드(I2)를 에틸린카보네이트(ethylene carbonate)의 80부피%, 아세토나이트릴(acetonitrile)의 20부피%로 이루어진 혼합용매 100ml에 용해시킨 산화-환원 전해질을 주입시키고, 커버글래스(170)와 열가소성 고분자 필름(152)을 이용하여 구멍을 막음으로써 염료감응 태양전지를 완성하였다.
상술한 바와 같이 실시예에 따라 제작된 염료감응 태양전지의 효율, 개방전압, 단락전류, 충밀도(FF) 등은 100mW/㎠의 광원을 Si 표준셀로 보정한 후 측정한 전류-전압 곡선으로부터 평가하였다. 전류-전압의 특성은 도 4의 (a)에 나타내었는데 효율 4.511% 개방전압 0.708V, 단락전류밀도 9.094mA/㎠, 충밀도 0.70을 나타내었다.
비교예 1
반도체 전극 제조 시, 기판상에 금속 메쉬층을 만들어 주지 않은 점을 제외하면 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 염료감응 태양전지를 제조하였다. 도 4의 (b)는 비교예 1에 의해 제작된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선을 보여 주며, 효율 3.187%, 개방전압 0.763V, 단락전류밀도 6.81mA/㎠, 충밀도 0.613을 보였다.
상기 실시예 1과 비교예 1의 측정결과를 비교해 보면 실시예 1의 경우가 광전변환 효율이 개선되었으며, 이것은 충밀도와 단락전류의 증가에 의한 결과임을 알 수 있다. 이와 같은 충밀도와 단락 전류의 증가는 염료에 의해 생성된 여기전자의 흐름이 본 발명에 의해 설치된 금속 메쉬층의 전극저항 개선에 의해 보다 원할해졌음을 의미한다. 이와 같이 본 발명에서 제안한 반도체 전극의 투명 산화물막과 기판사이에 금속메쉬층을 설치하는 개선으로 종래의 염료감응 태양전지보다 우수한 고효율의 염료감응 태양전지를 제작할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 반도체 전극의 기판에 기판과 전도성 투명막 사이에 인위적으로 설치된 금속 메쉬층으로 인해 염료로부터 생성된 여기전자를 다공질막, 전도성 투명막을 거쳐 외부회로로 보다 원활하게 흐르도록 유도하여 기존 구조의 염료감응 태양전지에 비해 약 40% 정도의 우수한 효율의 염료감응 태양전지를 제작할 수 있게 한다.

Claims (5)

  1. 기판 및 투명 도전막을 구비하며,
    상기 기판 및 투명 도전막 사이에 금속 메시층을 구비하는 광전변환소자용 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 메시층을 구성하는 금속이 Pt, Au, Ag, Cr, Pd, Al, Cu, Fe, Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 광전변환소자용 전극.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 메시층의 선폭이 100㎛ 이하이며, 선두께가 30㎛ 이하이고, 개구율이 50 내지 90%인 것을 특징으로 하는 광전변환소자용 전극.
  4. 전해, 무전해도금, 전자빔증착, 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD), 습식코팅한 후 소성하는 방법으로 증착한 Pt, Au, Ag, Cr, Pd, Al, Cu, Fe, Ni, Ti, Zr 또는 이들의 합금으로 구성된 금속막에 대하여 망목 구조 내부에 해당하는 부분을 포토레지스트법을 적용하여 에칭하는 방법 또는 포토레지스트를 메쉬형태로 설치한 다음 전해, 무전해 도금, 전자빔증착, 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD), 습식코팅한 후 소성하는 방법을 통해 상기 금속을 채워 넣은 다음 포토레지스트를 제거하는 방법을 수행하여 기판 상에 금속 메쉬층을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 메쉬층 상에 투명 도전막을 도포하는 단계를 포함하는 광전변환소자용 전극의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 광전변환소자용 전극을 채용한 염료감응 태양전지.
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