KR20070072985A - Solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 1 is an exploded perspective view schematically showing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 태양 전지를 결합한 상태에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 본 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in a state in which the solar cell of FIG. 1 is combined.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 태양 전지 각각의 전류-전압 그래프이다. 3 is a current-voltage graph of each of the solar cells of Examples and Comparative Examples of the present invention.
본 발명은 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집전 전극이 형성된 태양 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to a solar cell and a method for manufacturing the current collector electrode is formed.
태양 전지는 태양 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원이 무한할 뿐만 아니라 수명이 긴 장점이 있다. 이러한 태양 전지로는 실리콘 태양 전지, 염료 감응 태양 전지 등이 있다. The solar cell is a battery that generates electrical energy using solar energy, has the advantages of environmentally friendly, infinite energy source and long life. Such solar cells include silicon solar cells, dye-sensitized solar cells, and the like.
태양 전지의 실용화를 위해서는 광전변환 효율의 향상과 함께 태양 전지가 대면적화되어야 한다. 지속적인 연구에 의해 활성화 면적이 1cm2 이하인 소형 태양 전지에서 높은 광전변환 효율을 구현한 예가 계속 보고되고 있지만, 대면적화된 태양 전지에서는 소형 태양 전지에서와 같은 높은 광전변환 효율을 기대할 수 없는 실정이다. 이는 대면적화될수록 전자의 이동 거리가 길어지기 때문이다. 또한, 염료 감응 태양 전지의 경우 외부 광의 투과를 위해 투명 전극을 사용하는데, 이러한 투명 전극은 높은 저항을 가지므로 이러한 문제는 좀더 심각하게 나타날 수 있다. In order to realize the practical use of solar cells, solar cells must be large in area with the improvement of photoelectric conversion efficiency. Although continuous studies have reported examples of high photoelectric conversion efficiency in small solar cells having an activation area of less than 1 cm 2 , high photoelectric conversion efficiency as in small solar cells cannot be expected in large-area solar cells. This is because the moving distance of the electron becomes longer as the area becomes larger. In addition, the dye-sensitized solar cell uses a transparent electrode for the transmission of external light, this problem can be more serious because such a transparent electrode has a high resistance.
투명 전극의 저항을 저감시키기 위해서 투명 전극의 두께를 증가시키는 방법 등이 제시되었는데, 투명 전극의 두께를 증가시키면 투과율이 저하되어 태양 전지의 성능을 저하시키는 문제가 있다.In order to reduce the resistance of the transparent electrode, a method of increasing the thickness of the transparent electrode has been proposed, but increasing the thickness of the transparent electrode has a problem in that the transmittance is lowered and the performance of the solar cell is reduced.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 광전변환 효율을 향상할 수 있는 대면적의 태양 전지, 그리고 이 태양 전지를 단순한 공정으로 제조할 수 있는 태양 전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is a large area solar cell that can improve the photoelectric conversion efficiency, and a method of manufacturing a solar cell that can be produced in a simple process To provide.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지는, 전극, 상기 전극에 전기적으로 연결되면서 상기 전극 상에 형성되는 집전 전극, 및 상기 전극과 상기 집전 전극 사이에 위치하여 상기 전극과 상기 집전 전극을 연결하는 연결하는 전도성 접착층을 포함한다. In order to achieve the above object, a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention includes an electrode, a current collecting electrode formed on the electrode while being electrically connected to the electrode, and positioned between the electrode and the current collecting electrode. And a conductive adhesive layer for connecting the current collecting electrode.
상기 전도성 접착층은, 접착성 물질, 및 상기 접착성 물질 내에 분산되는 전 도성 입자들을 포함할 수 있다. The conductive adhesive layer may include an adhesive material and conductive particles dispersed in the adhesive material.
상기 접착성 물질은 폴리 에틸렌 계열, 폴리 프로필렌 계열, 폴리 우레탄 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다. The adhesive material may be selected from the group consisting of polyethylene series, polypropylene series, polyurethane series, epoxy series, acrylic series, silicone series, and combinations thereof.
상기 전도성 입자들은 고분자 입자들의 표면에 금속막이 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 고분자 입자들은 폴리 스틸렌 계열, 에폭시 계열, 실리콘 계열 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하고, 상기 고분자 입자들의 표면에 코팅된 금속막은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. The conductive particles may be formed by coating a metal film on the surfaces of the polymer particles. The polymer particles include a material selected from the group consisting of polystyrene-based, epoxy-based, silicon-based and combinations thereof, and the metal film coated on the surface of the polymer particles may be nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, It may be made of a material selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin and an alloy containing any one of them.
또는, 상기 전도성 입자들이 금속으로 이루어질 수 있다. 이 때, 전도성 입자들은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. Alternatively, the conductive particles may be made of metal. In this case, the conductive particles may be made of a material selected from the group consisting of nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and an alloy containing any one thereof.
상기 전도성 접착층은 이방성 전도 필름으로 이루어질 수 있다. The conductive adhesive layer may be made of an anisotropic conductive film.
상기 집전 전극 및 전도성 접착층을 덮도록 보호막이 형성될 수 있다. 상기 보호막은 고분자 재료를 포함할 수 있다. A protective film may be formed to cover the current collecting electrode and the conductive adhesive layer. The protective film may include a polymer material.
상기 집전 전극은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.The current collecting electrode may be made of a material selected from the group consisting of nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and alloys thereof.
상기 집전 전극은 상기 전극 상에서 이 전극의 가장자리를 따라 형성되거나 상기 전극 상에서 이 전극의 중앙부를 가로지르면서 형성될 수 있다. 상기 집전 전극은 스트라이프 형태로 이루어질 수 있다. The current collecting electrode may be formed along the edge of the electrode on the electrode or across the central portion of the electrode on the electrode. The current collecting electrode may have a stripe shape.
상기 전극 상에서 상기 집전 전극에 의해 이격되는 복수의 광흡수층이 더 형성될 수 있다. A plurality of light absorbing layers spaced apart from the current collecting electrode may be further formed on the electrode.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지를 제조하는 방법에서는, 전도성 접착층을 이용하여 전극 상에 집전 전극을 형성한다. 상기 전도성 접착층은 이방성 전도 필름일 수 있다. On the other hand, in the method of manufacturing the solar cell according to the embodiment of the present invention, the current collecting electrode is formed on the electrode using the conductive adhesive layer. The conductive adhesive layer may be an anisotropic conductive film.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지 및 이의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a solar cell and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 태양 전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양 전지를 결합한 상태에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라서 본 단면도이다. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in a state in which the solar cell of FIG. 1 is combined.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 태양 전지는 제1 전극(11), 염료(15)가 흡착된 다공성막(13) 등이 위치하는 제1 기판(10)과 제2 전극(21) 등이 위치하는 제2 기판(20)이 서로 대향 배치되고, 제1 전극(11)과 제2 전극(21) 사이에 전해질(30)이 위치하여 구성된다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 접착제(도 1에는 도시하지 않음, 도 2의 참조 부호 41)에 의해 서로 접합된다. 1 and 2, the solar cell according to the present embodiment includes a
상기 염료(15)가 흡착된 다공성막(13)은 입사된 광에 의해 전자를 생성하여 이 전자를 제1 전극(11)으로 이동시키는 역할을 한다. 이러한 염료(15) 및 다공성 막(13)을 함께 광흡수층(100)이라 칭할 수 있다. The
이러한 태양 전지를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다. The solar cell will be described in more detail as follows.
본 실시 형태에서 제1 전극(11)을 지지하는 지지체 역할을 하는 제1 기판(10)은 외부광의 입사가 가능하도록 투명하게 형성된다. 이에 제1 기판(10)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱의 구체적인 예로는 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(poly ethylene terephthalate, PET), 폴리 에틸렌 나프탈레이트(poly ethylene naphthalate, PEN), 폴리 카보네이트(poly carbonate, PC), 폴리 프로필렌(poly propylene, PP), 폴리 이미드(poly imide, PI), 트리 아세틸 셀룰로오스(tri acetyl cellulose, TAC) 등을 들 수 있다. In the present embodiment, the
제1 기판(10)에 형성되는 제1 전극(11)은 인듐 틴 산화물(indium tin oxide, ITO), 프루오르 틴 산화물(fluorine tin oxide, FTO), 안티몬 틴 산화물(antimony tin oxide, ATO), 징크 산화물(zinc oxide), 틴 산화물(tin oxide), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(11)은 상기 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다.The
이러한 제1 전극(11)은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법, 스프레이 열분해 증착법 등에 의해 형성될 수 있다. The
제1 전극(11) 위에는 이 제1 전극(11)에 전기적으로 연결되는 제1 집전 전극들(17, 17')이 형성된다. 본 실시 형태에서는 제1 집전 전극들(17, 17') 중 하나(17)는 제1 전극(11) 상에서 이 제1 전극(11)의 가장자리를 따라 형성되고 제1 집 전 전극들(17, 17') 중 다른 하나(17')는 제1 전극(11) 상에서 이 제1 전극(11)의 중앙부를 가로지르면서 형성된다. 제1 집전 전극(17, 17')은 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 형성되는 스트라이프 형태를 가진다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 제1 집전 전극의 형태, 개수, 배치 등이 다양하게 변형될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. First collecting
이러한 제1 집전 전극들(17, 17')은 투명 물질로 이루어진 제1 전극(11)보다 낮은 저항을 가지는 우수한 전기 전도성을 가지는 금속으로 이루어질 수 있다. 일례로, 제1 집전 전극(17, 17')은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다.The first current collecting
제1 전극(11)과 제1 집전 전극들(17, 17') 사이에 위치하는 제1 전도성 접착층들(16)에 의해, 제1 전극(11)과 제1 집전 전극들(17, 17')이 전기적으로 연결되면서 제1 전극(11) 상에 제1 집전 전극들(17, 17')이 물리적으로 고정된다. The
즉, 제1 전도성 접착층(16)은 접착 물질과 이 접착 물질 내에 분산된 전도성 입자들을 포함하는데, 상기 접착 물질로 제1 집전 전극(17, 17')을 제1 전극(11) 상에 물리적으로 고정하고 상기 전도성 입자들로 제1 전극(11)과 제1 집전 전극(17, 17')을 전기적으로 연결한다. That is, the first conductive
여기서, 상기 접착 물질은 폴리 에틸렌 계열, 폴리 프로필렌 계열, 폴리 우레탄 계열, 에폭시 계열, 아크릴 계열, 실리콘 계열, 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있다. Here, the adhesive material may be made of polyethylene, polypropylene, polyurethane, epoxy, acrylic, silicone, combinations thereof, and the like.
상기 전도성 입자로 고분자 입자의 표면에 금속막이 코팅된 것을 사용하면, 고분자 입자에 의해 외부 충격에 유연히 견딜 수 있게 된다. 여기서, 고분자 입자는 폴리 스틸렌 계열, 에폭시 계열, 실리콘 계열, 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있고, 금속막은 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 전도성 입자가 금속만으로 이루어지는 것도 가능하며, 이 때 전도성 입자는 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐, 아연, 철, 주석 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. When the metal particles are coated on the surface of the polymer particles as the conductive particles, the polymer particles can flexibly withstand external shocks. Here, the polymer particles may be made of polystyrene-based, epoxy-based, silicon-based, a combination thereof, and the like, and the metal film may include nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and the like. It may be made of a material selected from the group consisting of an alloy containing any one. However, the present invention is not limited thereto, and the conductive particles may be made of only metal, wherein the conductive particles are nickel, gold, silver, copper, aluminum, magnesium, molybdenum, tungsten, zinc, iron, tin, and any of these. It may be made of a material selected from the group consisting of an alloy containing one.
이러한 제1 전도성 접착층(16)은 이방성 전도 필름(anisortopic conductive film)으로 이루어질 수 있다. The first conductive
제1 집전 전극(17, 17') 및 제1 전도성 접착층(16)을 덮으면서 보호막(18)이 형성된다. 보호막(18)은 제1 집전 전극(17, 17')이 전해질(30)이 직접 접촉하는 것을 방지하여, 전해질(30)로부터 제1 집전 전극(17, 17')을 보호하여 부식을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호막(18)은 고분자 물질로 이루어질 수 있다. The
그리고, 제1 전극(11) 상에 제1 집전 전극(17, 17')에 의해 이격되면서 복수의 광흡수층(100)이 위치하게 된다. 상기에서 설명한 바와 같이 광흡수층(100)은 다공성막(13)과 염료(15)를 포함한다. The plurality of light absorption layers 100 are positioned on the
여기서, 다공성막(13)은 금속 산화물 입자(131)를 포함하는데, 이러한 금속 산화물 입자(131)는 티타늄 산화물(titanium oxide), 징크 산화물, 틴 산화물, 스 트론튬 산화물(strontium oxide), 인듐 산화물(indium oxide), 이리듐 산화물(iridium oxide), 란탄 산화물(lanthan oxide), 바나듐 산화물(vanadium oxide), 몰리브덴 산화물(molybdenum oxide), 텅스텐 산화물(tungsten oxide), 니오브 산화물(niobium oxide), 마그네슘 산화물(magnesium oxide), 알루미늄 산화물(aluminium oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 스칸듐 산화물(scandium oxide), 사마륨 산화물(samarium oxide), 갈륨 산화물(galluim oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(strontium titanium oxide)등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 금속 산화물 입자(131)는 티타늄 산화물인 TiO2, 틴 산화물인 SnO2, 텅스텐 산화물인 WO3, 징크 산화물인 ZnO, 또는 이들의 복합체 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. Here, the
그리고, 다공성막(13)에는 특성 향상을 위해 도전성 미립자(도시하지 않음) 및 광산란자(도시하지 않음) 등이 더 첨가될 수 있다. In addition, conductive particles (not shown), light scatterers (not shown), and the like may be further added to the
다공성막(13)에 첨가되는 도전성 미립자는 전자의 이동성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 일례로 인듐 틴 산화물 등을 들 수 있다. 다공성막(13)에 첨가되는 광산란자는 태양 전지 내에서 이동하는 광의 경로를 연장시켜 광전변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 광산란자는 다공성막(13)을 이루는 물질로 이루어질 수 있으며, 광산란 효과를 고려하여 100nm 이상의 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다. The conductive fine particles added to the
이러한 다공성막(13), 좀더 정확하게는 다공성막(13)의 금속 산화물 입자(131) 표면에 외부광을 흡수하여 전자를 생성하는 염료(15)가 흡착된다. 염료(15) 는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다. 여기서, 루테늄은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있다. 또한, 유기 염료가 사용될 수 있는데, 이러한 유기 염료로는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 키산틴(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리 페닐 메탄(tri phenyl methan) 등이 있다. The
염료를 용해시킨 알콜 용액에 다공성막(13) 및 제1 전극(11)이 형성된 제1 기판(10)을 소정 시간 동안 침지시켜, 염료(15)를 다공성막(13)에 흡착시킨다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 방법으로 염료(15)를 흡착시킬 수 있다. The
그리고, 제1 전극(11) 상에 외부 회로(도시하지 않음)에 연결되는 제1 인출 전극(19)이 접착제(41) 외측으로 형성된다. 여기서, 제1 인출 전극(19)은 외부 회로에 연결되는 역할 뿐만 아니라 전자를 집전하는 역할도 함께 수행하게 된다. 도면에서는 제1 인출 전극(19)이 제1 전극(11)의 두 가장자리를 따라 형성되는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. In addition, a
한편, 제1 기판(10)에 대향 배치되는 제2 기판(20)은 제2 전극(21)을 지지하는 지지체 역할을 하는 것으로, 투명하게 형성될 수 있다. 이에 제2 기판(20)은 제1 기판(10)과 같이 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 플라스틱의 구체적인 예로 폴리 에틸렌 테레프탈레이트, 폴리 에틸렌 나프탈레이트, 폴리 카보네이트, 폴리 프로필렌, 폴리 이미드, 트리 아세틸 셀룰로오스 등을 들 수 있다. Meanwhile, the
제2 기판(20)에 형성되는 제2 전극(21)은 제1 전극(11)과 대향 배치되도록 형성되며, 투명 전극(21a)과 촉매 전극(21b)을 포함할 수 있다. 투명 전극(21a)은 인듐 틴 산화물, 프루오르 틴 산화물, 안티몬 틴 산화물, 징크 산화물, 틴 산화물, ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. 이 때 투명 전극(21a)은 상기 투명 물질의 단일막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다. 촉매 전극(21b)은 산화-환원 쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 백금, 루테늄, 팔라듐. 이리듐, 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 탄소(C), WO3, TiO2 등으로 이루질 수 있다. The
투명 전극(21a)은 스퍼터링법, 화학 기상 증착법, 스프레이 열분해 증착법 등에 의해 형성될 수 있다. The
촉매 전극(21b)은 물리 기상 증착법(전해 도금법, 스퍼터링법, 전자빔 증착법 등) 또는 습식 코팅법(스핀 코팅법, 침지 코팅법, 플로우 코팅법 등)등에 의해 형성될 수 있다. 촉매 전극(21b)이 백금으로 이루어지는 경우를 예로 설명하면, 투명 전극(21a) 위에 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA) 등의 유기 용제에 H2PtCl6이 용해된 용액을 습식 코팅법으로 도포한 후 공기 또는 산소 분위기에서 400℃에서 열처리하는 방법이 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다. The
제2 전극(21) 위에는 이 제2 전극(21)에 전기적으로 연결되는 제2 집전 전극들(27, 27')이 형성된다. 본 실시 형태에서는 제2 집전 전극들(27, 27') 중 하나는 제2 전극(21) 상에서 이 제2 전극(21)의 가장자리를 따라 형성되고 제2 집전 전극 들(27, 27') 중 다른 하나는 제2 전극(21) 상에서 이 제2 전극(21)의 중앙부를 가로지르면서 형성된다. 제2 집전 전극(27, 27')은 일 방향(도면의 y축 방향)을 따라 형성되는 스트라이프 형태를 가진다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 제2 집전 전극의 형태, 개수, 배치 등이 다양하게 변형될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
제2 전극(21)과 제2 집전 전극들(27, 27') 사이에 위치하는 제2 전도성 접착층들(26)에 의해, 제2 전극(21)과 제2 집전 전극들(27, 27')이 전기적으로 연결되면서 제2 전극(21) 상에 제2 집전 전극들(27, 27')이 물리적으로 고정된다. 그리고, 제2 집전 전극(27, 27') 및 제2 전도성 접착층(26)을 덮으면서 보호막(28)이 형성될 수 있다. 제2 집전 전극(27, 27'), 제2 전도성 접착층(26) 및 보호막(28)은 상기에서 설명한 제1 집전 전극(17, 17'), 제1 전도성 접착층(16) 및 보호막(18)과 동일 또는 극히 유사하므로 상세한 설명을 생략한다. By the second conductive
그리고, 제2 전극(21) 상에 외부 회로(도시하지 않음)에 연결되는 제2 인출 전극(29)이 접착제(41) 외측으로 형성된다. 도면에서는 제2 인출 전극(29)은 제1 인출 전극(19)이 형성되지 않은 가장자리에 대응하는 두 가장자리를 따라 형성되는 것으로 도시하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Then, a
제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 접착제(41)에 의해 접합된다. 접착제(41)로는 열가소성 고분자 필름(일례로, 상품명 surlyn), 에폭시 계열이나 실리콘 계열의 열경화성 실란트, 자외선 경화 실란트 등을 사용할 수 있다. 접착제(41)로 열가소성 고분자 필름을 사용하는 경우에는, 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이에 열가소 성 고분자 필름을 위치시킨 후 가열 압착하여 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 접합할 수 있다. The
전해질(30)은 제2 기판(20)과 제2 전극(21)을 관통하는 홀(25a)을 통해 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 사이의 내부 공간으로 주입되어 제1 전극(11)과 제2 전극(21) 사이에 함침된다. 이러한 전해질(30)은 다공성막(13)의 내부로 균일하게 분산된다. 전해질(30)은 산화 환원에 의해 제2 전극(21)으로부터 전자를 받아 염료(15)에 전달하는 역할을 수행한다. 그리고, 홀(25a)은 접착제(42) 및 커버 글라스(43)에 의해 밀봉된다. 본 실시 형태에서는 전해질(30)이 액상으로 이루어진 것을 설명하였으나, 본 발명에는 고상의 전해질이 적용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. The
이러한 태양 전지는 태양 전지의 내부로 태양광 등의 외부광이 입사되면, 광양자가 염료(15)에 흡수되어 염료가 기저 상태에서 여기 상태로 전이되어 전자를 생성한다. 생성된 전자는 다공성막(13)의 금속 산화물 입자(131)의 전도대로 주입된 후 제1 전극(11)을 거쳐 외부 회로(도시하지 않음)로 흐른 다음 제2 전극(21)으로 이동한다. 한편, 전해질(30) 내의 요오드화물이 삼요오드화물로 산화함에 따라 산화된 염료(15)가 환원되고, 삼요오드화물은 제2 전극(21)에 도달된 전자와 환원 반응을 하여 요오드화물로 환원된다. 이러한 전자의 이동에 의해 태양 전지가 작동하게 된다. In such a solar cell, when external light such as solar light enters into the solar cell, photons are absorbed by the
본 실시 형태에서는 제1 집전 전극들(17, 17')를 형성하여 전자의 이동 경로를 줄일 수 있다. 즉, 제1 집전 전극들(17, 17')이 형성되지 않은 경우에는 전자들 이 제1 전극(11)을 통해 이 제1 전극(11)의 가장자리 부근에 위치한 제1 인출 전극(19)까지 이동해야 하는 반면, 제1 집전 전극들(17, 17')이 형성된 경우에는 전자들이 제1 전극(11)을 통해 제1 집전 전극들(17, 17')까지만 이동하면 된다. 마찬가지로, 본 실시 형태에서는 제2 집전 전극들(27, 27')을 형성하여 전자의 이동 경로를 줄일 수 있다. In the present embodiment, the first
여기서, 본 실시 형태에서는 제1 및 제2 집전 전극들(17, 17', 27, 27') 중 하나(17' ,27')이 제1 및 제2 전극(11, 21)의 중앙부 상부에도 형성됨으로써 전자의 이동 경로를 최대한 짧게할 수 있고 이에 따라 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. Here, in the present embodiment, one of the first and second current collecting
이러한 본 실시 형태에 따른 태양 전지의 제조 방법은, 전도성 접착층(16, 26)을 이용하여 제1 집전 전극(17, 17') 및 제2 집전 전극(27, 27')을 제1 전극(11) 및 제2 전극(21) 상에 형성한다. 이 때, 금속판 등에 전도성 접착층을 부착한 다음 이를 제1 전극(11) 또는 제2 전극(21)에 고정함으로써, 제1 집전 전극(17, 17') 또는 제2 집전 전극(27, 27')을 형성할 수 있다. In the solar cell manufacturing method according to the present embodiment, the first
이러한 방법에 의하면, 제1 집전 전극(17, 17') 및 제2 집전 전극(27, 27')을 매우 단순한 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 180℃ 이하 온도의 공정으로 제1 집전 전극(17, 17') 및 제2 집전 전극(27, 27')을 제조할 수 있어, 플렉서블한 태양 전지에 적용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(11, 21)에 제1 및 제2 집전 전극(17, 17', 27, 27')을 전기적, 물리적으로 균일하고 안정적으로 형성할 수 있다.According to this method, the first
본 실시 형태와 달리 금속 페이스트를 이용하여 집전 전극을 형성하는 경우 에는 이러한 공정이 가능한 몇몇의 금속만으로 집전 전극을 형성할 수 밖에 없으며, 400℃ 이상에서의 소성이 필요하여 플렉서블 태양 전지에 적용할 수 없다. 또한, 전해 도금 방법으로 집전 전극을 형성하는 경우에는 마스크를 이용한 노광 공정 및 에칭 공정 등이 요구되어, 공정이 복잡해지고 이에 따라 제조 원가가 상승되는 문제가 있다. Unlike the present embodiment, when the current collecting electrode is formed by using a metal paste, the current collecting electrode may be formed using only a few metals capable of such a process, and firing at 400 ° C. or higher may be applied to the flexible solar cell. none. In addition, in the case of forming the current collecting electrode by the electroplating method, an exposure step using an mask, an etching step, and the like are required, which leads to a complicated process and a rise in manufacturing cost.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are merely illustrative of the present invention and the present invention is not limited thereto.
실시예Example
가로 7cm, 세로 7cm인 유리로 이루어지는 제1 기판에 인듐 틴 산화물로 이루어지는 제1 전극을 형성하였다. A first electrode made of indium tin oxide was formed on a first substrate made of glass 7 cm wide and 7 cm long.
제1 전극의 중앙부 상부에 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프를 마스킹하였다. 어플리케이터를 사용하여 제1 전극에 TiO2를 포함하는 페이스트를 도포하고 80℃에서 1시간 동안 건조한 다음 450℃에서 30분간 소성하여 10㎛ 두께의 다공성막을 형성하였다. 이어서, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프를 제거하였다. 이에 따라 폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프가 있던 부분에는 다공성막이 형성되지 않고 이 부분의 양쪽으로 가로 25mm, 세로 60mm인 다공성막이 두 개 형성되었다. The polyethylene terephthalate tape was masked over the central portion of the first electrode. A paste containing TiO 2 was applied to the first electrode using an applicator, dried at 80 ° C. for 1 hour, and then baked at 450 ° C. for 30 minutes to form a 10 μm-thick porous membrane. The polyethylene terephthalate tape was then removed. Accordingly, the porous membrane was not formed in the portion where the polyethylene terephthalate tape was present, and two porous membranes having a width of 25 mm and a length of 60 mm were formed on both sides of the portion.
이렇게 제1 전극, 다공성막이 형성된 제1 기판을 루테늄 복합체 염료와 에탄올의 혼합 용액에 하루 동안 침지시켜, 다공성막에 염료를 흡착시켰다. Thus, the first electrode and the first substrate on which the porous membrane is formed are immersed in the mixed solution of ruthenium complex dye and ethanol for one day to adsorb the dye onto the porous membrane.
16㎛ 두께의 알루미늄 금속판에 HITACHI CHEMICAL사의 이방성 전도 필름을 부착한 다음 가로 1mm, 세로 70mm로 자른 것을 제1 전극 상에 두 개 위치시킨 다음 180℃에서 15초간 압착하여 접합시킴으로써, 제1 전극 상에 제1 전도성 접착층과 제1 집전 전극을 형성하였다. 디스펜서를 이용하여 제1 전도성 접착층과 제1 집전 전극을 감싸도록 에폭시 계열 열경화성 봉지제를 도포하여 보호막을 형성하였다. After attaching the anisotropic conductive film of HITACHI CHEMICAL to an aluminum metal plate having a thickness of 16 μm, the two cut pieces having a width of 1 mm and a length of 70 mm were placed on the first electrode, and then pressed and bonded at 180 ° C. for 15 seconds, thereby forming The first conductive adhesive layer and the first current collecting electrode were formed. A protective film was formed by applying an epoxy-based thermosetting encapsulant to surround the first conductive adhesive layer and the first current collecting electrode by using a dispenser.
한편, 가로 7cm, 세로 7cm인 유리로 이루어지는 제2 기판에 인듐 틴 산화물로 이루어지는 투명 전극과 백금으로 이루어지는 촉매 전극을 형성하여, 제2 전극을 형성하였다. 1m 직경의 드릴을 이용하여 제2 기판과 제2 전극을 관통하는 홀을 형성하였다. On the other hand, a transparent electrode made of indium tin oxide and a catalyst electrode made of platinum were formed on a second substrate made of glass having a width of 7 cm and a length of 7 cm to form a second electrode. A hole having a diameter of 1 m was used to form a hole penetrating the second substrate and the second electrode.
16㎛ 두께의 알루미늄 금속판에 HITACHI CHEMICAL사의 이방성 전도 필름을 부착한 다음 가로 1mm, 세로 70mm로 자른 것을 제2 전극 상에 두 개 위치시킨 다음 180℃에서 15초간 압착하여 접합시킴으로써, 제2 전극 상에 제2 전도성 접착층과 제2 집전 전극을 형성하였다. 디스펜서를 이용하여 제2 전도성 접착층과 제2 집전 전극을 감싸도록 에폭시 계열 열경화성 봉지제를 도포하여 보호막을 형성하였다. After attaching an anisotropic conductive film of HITACHI CHEMICAL to an aluminum metal plate having a thickness of 16 μm, the two cut pieces having a length of 1 mm and a length of 70 mm were placed on the second electrode, and then pressed and bonded at 180 ° C. for 15 seconds to be bonded on the second electrode. A second conductive adhesive layer and a second current collecting electrode were formed. An epoxy-based thermosetting encapsulant was applied to surround the second conductive adhesive layer and the second current collecting electrode by using a dispenser to form a protective film.
제1 전극 및 다공성막이 제2 전극에 대향하도록 제1 기판과 제2 기판을 배치시킨 후, 제1 기판과 제2 기판 사이에 직경 100㎛의 스페이서가 혼합된 에폭시계 열경화성 봉지제를 위치시키고 80℃에서 30분간 경화하였다. After disposing the first substrate and the second substrate so that the first electrode and the porous membrane face the second electrode, an epoxy-based thermosetting encapsulant having a spacer having a diameter of 100 μm is mixed between the first substrate and the second substrate, and 80 Cured for 30 minutes at ℃.
상기 홀을 통하여 전해질을 주입시키고 열가소성 고분자 필름 및 커버 글라스를 이용하여 홀을 막았다. 그리고, 제1 전극 및 제2 전극에 폭 3mm 의 전도성 테이프를 부착하여 제1 인출 전극 및 제2 인출 전극을 형성하였다. 이로써 태양 전지를 제조하였다. The electrolyte was injected through the hole and the hole was closed using a thermoplastic polymer film and a cover glass. Then, a conductive tape having a width of 3 mm was attached to the first electrode and the second electrode to form a first lead electrode and a second lead electrode. This produced a solar cell.
비교예Comparative example
폴리 에틸렌 테레프탈레이트 테이프의 마스킹을 수행하지 않아 가로 60mm, 세로 60mm인 하나의 다공성막을 형성하였으며, 제1 및 제2 집전 전극을 형성하지 않았고, 전해액 주입을 위한 홀이 하나인 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 태양 전지를 제조하였다. Except that the polyethylene terephthalate tape was not masked to form one porous membrane having a width of 60 mm and a length of 60 mm, the first and second current collecting electrodes were not formed, and one hole for electrolyte injection was provided. In the same manner as the solar cell was prepared.
실시예 및 비교예의 태양 전지의 전류-전압 그래프를 도 3에 나타내었다. The current-voltage graphs of the solar cells of Examples and Comparative Examples are shown in FIG. 3.
도 3을 참조하면, 실시예의 태양 전지의 단락 전류 값이 비교예의 태양 전지의 단략 전류 값에 두 배이며 실시예의 태양 전지의 충밀도 또한 비교예의 태양 전지의 충밀도보다 매우 우수한 것을 알 수 있다. 이에 따라 실시예의 태양 전지의 광전변환 효율은 비교예의 태양 전지의 광전변환 효율의 2.7 배이다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the short-circuit current value of the solar cell of the example is twice the short-circuit current value of the solar cell of the comparative example, and the charge density of the solar cell of the example is also much better than that of the solar cell of the comparative example. Accordingly, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell of the example is 2.7 times the photoelectric conversion efficiency of the solar cell of the comparative example.
즉, 본 발명의 실시예에서는 집전 전극을 형성하여 대면적 태양 전지에서도 향상된 광전변환 효율을 가짐을 알 수 있다. 또한, 우수한 광전변환 효율을 토대로 전도성 접착층에 의해 전극과 집전 전극이 전기적, 물리적으로 균일하고 안정적으로 연결되었음을 예측할 수 있다. That is, in the embodiment of the present invention, it can be seen that the current collector electrode is formed to have improved photoelectric conversion efficiency even in a large area solar cell. In addition, it can be predicted that the electrode and the current collecting electrode are electrically and physically uniformly and stably connected by the conductive adhesive layer based on the excellent photoelectric conversion efficiency.
상기에서는 태양 전지의 일례로 염료 감응 태양 전지를 도시 및 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 다른 종류의 태양 전지에 적용이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. Although the dye-sensitized solar cell is illustrated and described as an example of the solar cell, the present invention is not limited thereto. Therefore, it is applicable to other kinds of solar cells, which also belong to the scope of the present invention.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications or changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It goes without saying that it belongs to the scope of the present invention.
본 발명에 따른 태양 전지는 집전 전극을 형성하여 전자의 이동 경로를 줄임으로써 태양 전지의 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과는 대면적의 태양 전지에서 더욱 발휘될 수 있다. 또한, 전도성 접착층에 의해 집전 전극이 전기적 및 물리적으로 균일하고 안정적으로 형성될 수 있다. The solar cell according to the present invention can improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell by forming a collecting electrode to reduce the movement path of electrons. This effect can be further exerted in large area solar cells. In addition, the current collecting electrode may be electrically and physically uniformly and stably formed by the conductive adhesive layer.
본 발명에 따른 태양 전지의 제조 방법에서는 전도성 접착층을 이용하여 집전 전극을 전극에 전기적으로 연결하고 물리적으로 고정함으로써, 단순한 공정으로 집전 전극을 형성할 수 있다. 또한, 플렉서블한 태양 전지의 제조에 적용이 가능하다. In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, the current collecting electrode may be electrically connected to the electrode and physically fixed using the conductive adhesive layer, thereby forming the current collecting electrode in a simple process. It is also applicable to the manufacture of flexible solar cells.
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