KR20080072425A - 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20080072425A
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이종찬
김종복
박찬석
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주식회사 동진쎄미켐
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Abstract

본 발명은 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 염료를 포함하는 다공질 막을 일 측에 가지는 투광판으로 이루어진 제1전극과 상기 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전해질은 상기 제1전극과 제2전극을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 유리 프리트 소성체에 의하여 형성되는 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 통하여 가혹한 외부환경에 노출되어져 운용되는 태양전지에서 전해질이 쉽게 기밀부위로부터 쉽게 휘발하는 것을 막아 내구수명을 연장할 수 있고, 외부충격이나 손상에 대하여 저항성을 가지고, 높은 강도를 가지는 기밀을 제공하여 태양전지의 수명을 연장하고 내구성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
유리 프리트, 태양전지, 염료감응

Description

염료감응 태양전지 및 그 제조방법 { Dye-Sensitized Solar Cell and Method for Preparing the Same }
도 1은 본 발명의 염료감응 태양전지의 제1실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 염료감응 태양전지의 제2실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 염료감응 태양전지의 제3실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 염료감응 태양전지의 제4실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 염료감응 태양전지의 제5실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 염료감응 태양전지의 제6실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 염료감응 태양전지의 제7실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 염료감응 태양전지의 실시예로서 전해질 주입구의 기밀을 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 염료감응 태양전지의 실시예로서 연결선 처리에 대한 실시예를 도시한 염료감응 태양전지의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 제1전극 11: 투광판
12: (투광판의) 가장자리 13: 다공질 막(염료 포함)
15: (제1전극측) 전도성 필름 16: 벌크층
20: 제2전극 21: 지지판
22: (지지판의) 가장자리 23: 촉매금속층
25: (전해질) 주입구 26: (제2전극측) 전도성 필름
30: 전해질
40: (전극간) 유리 프리트 소성체
50: (주입구용) 유리 프리트 소성체
60: 연결선
70: (연결선용) 유리 프리트 소성체
본 발명은 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 가혹한 외부환경에 노출되어져 운용되는 태양전지에서 전해질이 쉽게 기밀부위 로부터 쉽게 휘발하는 것을 막아 내구수명을 연장할 수 있고, 외부충격이나 손상에 대하여 저항성을 가지고, 높은 강도를 가지는 기밀을 제공하여 태양전지의 수명을 연장하고 내구성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
1991년도 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저기 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 실리콘 태양전지와 달리 염료감응태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 상, 하부 투명한 기판과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극을 기본으로 하여, 제1전극에 해당하는 일 측의 도전성 투명전극위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되어지고, 제2전극에 해당하는 타 측 도전성 투명전극 위에는 촉매박막전극이 형성되어지며, 상기 전이금속 산화물, 예를 들면 TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되어지는 구조를 가진다.
따라서 이러한 제1전극과 제2전극 사이에 충진되는 전해질을 안정적으로 유지하기 위하여 제1전극과 제2전극 사이에는 열가소성 고분자 필름을 두고 가열 압 착 공정을 실시하여 이들을 접합시키고, 이를 통하여 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전해질이 주입되어 보관될 수 있는 일정한 공간을 형성하여 유지하게 된다.
그러나 상기 열가소성 고분자 필름의 경우는 그 구조가 치밀하지 못하여 고온, 강열한 햇빛, 열싸이클링 등에 의하여 쉽게 열화되며, 전해질이 밤/낮 또는 겨울/여름 등의 열싸이클링을 통하여 미세하게 휘발하여 태양전지의 효율을 떨어뜨리고, 마침내는 수명을 다하게 만드는 요인이 되며, 고분자 필름의 가지는 기계적 강도의 한계로 인하여 외부의 충격 등에 의하여 쉽게 손상이 되는 문제점이 있으며, 이와 같은 문제는 태양전지의 수명을 떨어뜨려 그 내구성에 치명적인 문제가 되고 있는 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 가혹한 외부환경에 노출되어져 운용되는 태양전지에서 전해질이 쉽게 기밀부위로부터 쉽게 휘발하는 것을 막아 내구수명을 연장할 수 있고, 외부충격이나 손상에 대하여 저항성을 가지고, 높은 강도를 가지는 기밀을 제공하여 태양전지의 수명을 연장하고 내구성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은
염료를 포함하는 다공질 막을 일 측에 가지는 투광판으로 이루어진 제1전극과 상기 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서,
상기 전해질은 상기 제1전극과 제2전극을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 유리 프리트 소성체에 의하여 형성되는 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
또한 본 발명은
염료를 포함하는 다공질 막을 일 측에 가지는 투광판으로 이루어진 제1전극과 상기 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법에 있어서,
상기 제1전극과 제2전극사이의 결합면에 유리 프리트를 도포하고, 이를 소성하여 상기 제1전극과 제2전극을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 자세히 설명한다.
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로 염료를 포함하는 다공질 막(13)을 일 측에 가지는 투광판(11)으로 이루어진 제1전극(10)과 상기 제1전극(10)에 대향하여 배치되는 제2전극(20)으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질(30)을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전해질(30)은 상기 제1전극(10)과 제2전극(20)을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 유리 프리트 소성체(40)에 의하여 형성되는 공간에 충진되는 것을 특징으로 하여 구성된다.
이에 대하여 이하 도면을 참고하여 자세하게 설명한다.
일반적인 염료감응 태양전지는 상기 기술한 바와 같이 염료를 포함하는 다공 질 막(13)을 일 측에 가지는 투광판(11)으로 이루어진 제1전극(10)과 상기 제1전극(10)에 대향하여 배치되는 제2전극(20)과, 이들 전극 사이에 전해질(30)을 포함하여 구성되어진다. 본 발명의 경우는 이와 같은 제1전극과 제2전극사이에 전해질을 장기간 안정적으로 보관하도록 하기 위하여 제1전극과 제2전극을 이격하여 배치하고 이들 사이의 공간을 유리 프리트 소성체에 의하여 기밀하고 이와 같이 형성되어진 기밀공간에 전해질이 채워지도록 하는 것이다. 이에 대한 구체적인 예는 도 1 내지 도 9에 도시한 바와 같으며, 구체적인 예에 대한 상세한 설명은 아래에 기술하도록 한다.
상기 다공질 막은 염료가 결합(흡착)되는 공지의 다양한 다공질막이 이에 해당하고 이에 대한 구체적인 예로는 전이금속 산화물 다공질, 예를 들면 10 내지 15 nm크기의 TiO2를 도포하고 이를 소성하여 얻는 다공질 막을 들 수 있다. 상기 다공질막이 형성되는 투광판은 반드시 평판을 한정하는 것은 아니고 굴곡면을 가지는 판도 이에 포함될 수 있고, 가시광선 또는 이를 벗어나는 일정한 파장 대의 웨이브를 투과시키는 물질, 예를 들면 유리로 이루어진 판 등을 포함하여 태양전지에 적용되는 공지의 다양한 투광판이 이에 포함될 수 있고, 바람직하게는 전도성을 가지는 것이 전극으로서 역할을 수행하기 위하여 좋다. 이에 대한 구체적인 예로 상기 투광판은 공지의 투광유리, 투광수지, PET, ITO 또는 FTO 등이 이에 해당할 수 있고, 전도성을 띄게 하기 위하여 상기 재질에 추가하여 상기 다공질 막과 판 사이에 선택적으로 전도성 필름 또는 코팅층(ITO, FTO 또는 전도성 고분자)을 추가로 더 포함하도록 구성할 수 있다. 상기 제1전극의 반대편에 짝으로 이루어 대향하여 배치되는 제2전극으로는 공지의 태양전지 제2전극으로 적용되는 판이 이에 포함될 수 있으며, 반드시 평판을 한정하는 것은 아니고 굴곡면을 가지는 판도 이에 포함될 수 있고, 가시광선 또는 이를 벗어나는 일정한 파장 대의 웨이브를 투과시키는 물질로 이루어지는 것이 좋고, 이를 위하여 공지의 투광유리, 투광수지, PET, ITO 또는 FTO 등의 재질로 이룰 구성할 수 있고, 바람직하게는 전도성을 띄게 하기 위하여 상기 재질에 선택적으로 전도성 필름 또는 코팅층(ITO, FTO 또는 전도성 고분자)을 추가로 더 포함하도록 구성할 수 있으며, 태양광의 흡수효율을 높이고, 반응의 활성화를 위하여 백금 등의 촉매금속층을 제1전극측 최외곽면에 더 포함하도록 할 수 있다.
또한 상기 유리 프리트 소성체는 예를 들면, 기판 사이에 유리 프리트를 가장자리를 따라 도포하고 이를 소성하여 기밀이 이루어지는 고형체로 형성한 것으로 이러한 유리 프리트에는 공지의 다양한 유리 프리트가 이에 적용될 수 있고, 바람직하게는 저융점 유리 프리트가 적용되는 것이 소성 등의 공정온도를 낮게 유지할 수 있으므로 좋다. 더욱 바람직하게는 400 ℃이하의 융점을 가지는 저융점 유리 프리트나 250 ℃이하의 유리 전이온도를 가지는 저융점 유리 프리트를 이에 적용하는 것이 좋다.
본 발명의 염료감응 태양전지의 바람직한 예로는 상기 제1전극(10)은 투광성 물질로 이루어진 투광판(11), 상기 투광판(11)의 일면에 가장자리(12)로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성된 다공질 막(13), 상기 다공질 막(13)에 흡착된 염료를 포함하여 이루어지고, 상기 제2전극(20)은 지지판(21) 및 상기 지지판(21)의 일면 전체 또는 이의 가장자리(22)로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성된 촉매금속층(23)을 포함하여 이루어지고, 상기 제1전극(10)과 제2전극(20)은 다공질 막(13)과 촉매금속층(23)이 마주보게 배치되고, 상기 유리 프리트 소성체(40)는 상기 투광판(11)의 다공질 막(13)이 형성되지 않은 가장자리(12)와 상기 지지판(21)의 촉매금속층(23) 또는 촉매금속층이 형성되지 않은 가장자리(22) 사이에 형성되어 상기 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이를 기밀하는 형태로 이루어진다.
상기 투광판(11)으로는 상기 기술한 바와 같이 공지의 다양한 투광판이 이에 적용될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 예는 도 1, 도 2 또는 도 7에 도시한 바와 같이 ITO 또는 FTO로 이루어진 전도성 투광물질 단독으로 이루어질 수도 있고, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이 전도성 필름(15) 예를 들면, ITO 또는 FTO 코팅층이나 투광성 전도성 고분자 도포층 등이 유리판(또는 PET 등의 투광성 고분자)의 상면에 형성된 형태로 제공될 수 있다. 이러한 전도성 필름은 유리 프리트 소성체와의 결합관계에서 도 3, 도4, 도 6과 같이 전도성 필름의 상부에 유리 프리트 소성체가 결합하는 형태로 기밀이 이루어질 수도 있고, 도 5와 같이 전도성 필름도 다공질 막과 같이 유리판 일면의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 이를 형성하고 유리 프리트 소성체가 유리판과 바로 결합하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 상기 전도성 필름으로부터 전기적 연결이 이루어진 연결선이 외부로 인출되어야 함은 물론이다.
또한 상기 투광판에 형성된 다공질 막은 상기 기술한 다양한 공지의 다공질 막이 염료가 흡착되어 투광판의 일면을 구성한다. 여기서 상기 다공질 막(13)은 도시한 바와 같이 상기 투광판(11)의 일면에 가장자리(12)로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성되는 것이 바람직하고, 이를 통하여 다공질 막을 통한 전해질의 누출을 막을 수 있다.
또한 상기 염료는 염료감응 태양전지에 적용되는 공지의 다양한 염료가 이에 포함될 수 있으며, 염료를 다공질 막에 흡착하는 방법도 공지의 다양한 방법이 이에 적용될 수 있다.
또한 상기 제1전극은 바람직하게는 도 7에 도시한 바와 같이 상기 다공질 막의 상부에 추가적인 전이금속산화물의 벌크층을 더 포함할 수도 있다. 즉, 400 내지 500 nm의 TiO2를 도포하고 이를 소성하여 얻은 벌크층을 추가할 수 있는데 이를 통하여 태양광의 흡수효율을 높일 수 있다.
또한 제2전극의 지지판(21)으로도 공지의 다양한 지지판이 이에 적용될 수 있으며 바람직하게는 투광판이 이에 적용될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 예는 도 1, 도 2 또는 도 7에 도시한 바와 같이 ITO 또는 FTO로 이루어진 전도성 투광물질 단독으로 이루어질 수도 있고, 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이 전도성 필름(26) 예를 들면, ITO 또는 FTO 코팅층이나 투광성 전도성 고분자 도포층 등이 유리판(또는 PET 등의 투광성 고분자)의 상면에 형성된 형태로 제공될 수 있다. 이러한 전도성 필름은 유리 프리트 소성체와의 결합관계에서 도4와 같이 전도성 필름의 상부에 유리 프리트 소성체가 결합하는 형태로 기밀이 이루어질 수도 있고, 도 5와 같이 전도성 필름도 제1전극의 다공질 막과 같이 유리판 일면의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 이를 형성하고 유리 프리트 소성체가 유리판 또는 ITO/FTO판과 바로 결합하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 상기 전도성 필름으로부터 전기적 연결이 이루어진 연결선이 외부로 인출할 수 있다.
제2전극의 경우는 상기 지지판(21)에 추가하여 촉매금속층(23)을 더 포함할 수 있는 바, 상기 촉매금속층은 도시한 바와 같이 i)상기 지지판의 일면 전체에 형성(도포 또는 코팅)될 수도 있고, 또는 ii) 이의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성될 수도 있다. 즉, 도 1 및 도 3의 경우는 일면 전체에, 도 2 및, 도 4 내지 도 7의 경우는 지지판의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성된 경우를 도시하고 있다.
이를 통하여 유리 프리트 소성체는 제2전극의 촉매금속층(도 1, 도3)에 결합하거나, 유리판(도5) 또는 ITO/FTO판(도 2, 도 6, 도 7) 또는 전도성 필름층(도 4)에 선택적으로 결합하는 형태를 가질 수 있다.
즉, 상기 제1전극과 제2전극은 다공질 막과 촉매금속층이 마주보게 배치되고, 상기 유리 프리트 소성체(40)는 상기 투광판의 다공질막이 형성되지 않은 가장자리와 i) 상기 지지판의 촉매금속층 또는 ii) 촉매금속층이 형성되지 않은 가장자리 사이에 형성되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 기밀하도록 한다.
이에 추가하여 상기 기술한 본 발명의 염료감응 태양전지는 상기 전해질(30)을 주입하기 위한 전해질 주입구를 가지고 바람직하게는 상기 제2전극(20)이 전해질 주입을 위한 주입구(25)를 더 포함하고, 상기 전해질 주입구(25)는 유리 프리트 소성체(50)에 의하여 기밀되어지는 것이 좋다. 이에 대한 바람직한 실시예는 도 8에 도시한 바와 같으며, 이를 통하여 주입구를 통한 전해질의 누출을 막을 수 있으므로 태양전지의 내구성을 확보하는데 좋다.
또한 이에 추가하여 상기 기술한 본 발명의 염료감응 태양전지의 상기 제1전극(10) 또는 제2전극(20)은 이로부터 단위 셀 외부로 인출되는 연결선(60)을 더 포함하고, 상기 연결선(60)은 선택적으로 태양전지 측면에 유리 프리트 소성체(70)에 매립되어 부착되는 것이 바람직하다. 즉 태양전지의 단위 셀이라고 하면 도 1 내지 도 9에 도시한 바와 같은 하나의 유닛을 일컫는 것으로 각각의 단위 셀은 이들을 연결하거나 이들로부터 얻어진 전기를 외부 장치에 전달하기 위한 연결선을 가지는데 이러한 연결선이 외부에 노출되는 경우에는 단락이나 방전 등의 문제가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 절연체인 유리 프리트를 사용하여 연결선의 외부를 도포하고 이러한 연결선의 외부 충격에 의한 손상을 방지하기 위하여 이를 태양전지 측면에 결합하는 것이 바람직하므로 상기 연결선(60)이 태양전지 측면으로 인출되는 경우에는 이를 선택적으로 태양전지 측면에 부착되도록 유리 프리트를 도포하고 이를 소성하여 유리 프리트 소성체(70)에 상기 연결선이 매립되어 부착되도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 염료감응 태양전지뿐만 아니라 이를 제조하는 방법을 제공하는 바, 염료를 포함하는 다공질 막(13)을 일 측에 가지는 투광판(11)으로 이루어진 제1전극(10)과 상기 제1전극(10)에 대향하여 배치되는 제2전극(20)으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질(30)을 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법 에 있어서, 상기 제1전극(10)과 제2전극(20)사이의 결합면에 유리 프리트를 도포하고, 이를 소성하여 상기 제1전극(10)과 제2전극(20)을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
즉, 상기 기술한 다양한 구조의 염료감응 태양전지의 제조에 있어서, 제1전극과 제2전극사이의 기밀이 유리 프리트 소성체에 의하여 이루어지도록 이들 사이에 유리 프리트를 도포하고 이를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유리 프리트는 상기 기술한 바와 같은 유리 프리트(glass frit)를 적용할 수 있고, 유리 프리트의 도포 방법은 공지의 다양한 방법을 이에 적용할 수 있으며, 바람직하게는 제1전극과 제2전극의 가장자리를 따라 페이스트 상을 도포할 수 있으며, 소성은 공지의 소성 방법뿐만 아니라 상기 유리 프리트를 도포한 부분만 레이저로 가열하여 이를 소성하는 방법을 적용할 수도 있다. 이를 통하여 국부적인 가열만을 수행하여 다른 부분의 열 충격을 최소화할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 염료감응 태양전지의 제조방법은 바람직하게는 제1전극용 투광성 물질로 이루어진 투광판을 준비하는 단계, 상기 투광판의 일면에 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 다공질 막을 형성하는 단계, 상기 다공질 막에 염료를 흡착하는 단계, 제2전극용 지지판을 준비하는 단계, 상기 지지판의 일면 전체 또는 이의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 촉매금속층을 형성하는 단계, 상기 투광판의 다공질막이 형성되지 않은 가장자리와 상기 지지판의 촉매금속층 또는 촉매금속층이 형성되지 않은 가장자리 사이에 유리 프리트를 도포하는 단 계 및, 상기와 같이 준비된 제1전극과 제2전극을 다공질 막과 촉매금속층이 마주보게 결합하고 상기 도포되어진 유리 프리트를 소성하여 상기 제1전극과 제2전극 사이를 기밀하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 투광판은 상기 기술한 바와 같은 공지의 투광판, 구체적으로는 ITO, FTO나 유리판 또는 PET 등의 절연체에 전도성 필름을 더 가지는 형태로 구성할 수 있고, 상기 다공질 막도 상기 기술한 바와 같은 공지의 다공질 막을 적용할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 15 nm크기의 TiO2를 도포하고 이를 소성하여 얻는 다공질 막을 적용할 수 있고, 상기 다공질 막에 염료를 흡착하는 것은 공지의 방법이 적요될 수 있고, 바람직하게는 이러한 다공질막이 형성된 기판을 염료가 용해된 혼합용액에 함침시켜 염료가 흡착되도록 할 수 있다. 상기 염료흡착단계는 반드시 이 단계에 이루어져야 하는 것은 아니고, 도 7에 도시한 바와 같은 벌크층을 형성하고 난 이후에 흡착단계를 진행하여도 되고, 제1전극과 제2전극을 결합하고 전해질을 채우기 전(이후 설명할 전해질 주입구를 통하여 혼합용액을 주입하여)에 이 단계를 진행하여도 무관하다. 이는 단지 다공질 막에 염료를 흡착시킬 수 있는 상태이면 그 순서에 무관하게 진행할 수 있는 단계이다. 또한 상기 기술한 바와 같이 상기 다공질 막의 상부에는 이에 추가하여 벌크층을 더 형성할 수도 있다.
다음으로 제2전극은 상기 기술한 바와 같은 지지판을 준비하고, 여기에 촉매금속층을 예를 들면 도금, 스퍼터링 등의 코팅방법을 통하여 형성한다.
여기서 상기 다공질 막은 바람직하게는 상기 투광판의 일면에 가장자리로부 터 내부로 일정간격 이격되어 형성하고, 상기 촉매금속층은 상기 지지판의 일면에 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성할 수도 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니고, 상기 지지판의 일면 전체에 형성할 수도 있다.
이와 같이 제조된 제1전극과 제2전극은 도 1 내지 도 9에 도시한 바와 같이 다양한 구성으로 유리 프리트를 도포하고 이를 소성(레이저 가열 소성 포함)하여 기밀을 이루도록 한다.
또한 이에 추가하여, 상기 제2전극에 전해질 주입을 위한 주입구를 형성하는 단계, 상기 주입구에 전해질을 주입하는 단계 및, 상기 주입구 위에 유리 프리트를 도포하고 소성하여 주입구를 기밀하는 단계를 더 포함하도록 할 수 있는데, 상기 전해질 주입구를 형성하는 단계는 전해질을 주입하는 단계 이전의 어떤 단계에서든 가능하며, 이에 따라 상기 전해질 주입구를 형성하는 단계는 상기 지지판을 준비하는 단계 전 또는 후에 진행할 수도 있고, 촉매금속층을 형성하는 단계 이후에 진행할 수도 있고, 제1전극과 제2전극을 결합하고 한 이후에 할 수도 있다.
이와 같이 형성된 전해질 주입구를 통하여 염료감응 태양전지 제조에 필요한 전해질을 주입하고 이의 상부에 유리 프리트를 도포하고 소성하여 주입구를 도 8에 도시한 바와 같이 밀봉할 수 있다.
또한 이에 추가하여 상기 기술한 바와 같은 도 9의 구성을 얻기 위하야 상기 제1전극 또는 제2전극으로부터 단위 셀 외부로 인출되는 연결선을 결합하는 단계 및, 상기 연결선을 선택적으로 태양전지 측면으로 인출하여 연결선 및 태양전지 측면의 주위에 유리 프리트를 도포하고 소성하여 상기 연결선이 태양전지 측면에 부 착되도록 하는 단계를 더 포함하도록 구성할 수 있다. 상기 연결선을 결합하는 단계는 제1전극 및 제2전극으로부터 전자의 이동이 가능하게 연결선을 인출할 수 있도록 상기 제조방법의 적절한 단계에서 이를 수행하거나 공지의 추가적인 가공을 통하여 이를 수행할 수 있으며, 일반적인 태양전지는 반드시 연결선을 필요로 하므로 이러한 연결선 인출은 공지 기술에 해당한다.
다음으로 상기와 같이 인출된 연결선의 절연 및 태양전지 측면으로의 부착은 반드시 태양전지의 제조가 완료된 이후에 실시하여야 하는 것은 아니고, 제1전극과 제2전극이 결합되어 더 이상 태양전지의 측면 형상의 변경이 일어나지 않는 경우에는 언제든지 상기 단계를 수행할 수 있다. 상기 유리 프리트의 소성은 일반적인 소성과정뿐만 아니라 유리 프리트 도포 부분만 레이저로 가열하여 이루어질 수 있음은 상기 기술한 바와 같다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 의하면, 유리 프리트 소성체에 의한 기밀을 통하여 전해질의 손실을 막고, 기계적 강도를 확보할 수 있으므로 가혹한 외부환경에 노출되어져 운용되는 태양전지에서 전해질이 쉽게 기밀부위로부터 쉽게 휘발하는 것을 막아 내구수명을 연장할 수 있고, 태양전지에 가해지는 외부충격이나 손상에 대하여 저항성을 가지고, 높은 강도를 가지는 기밀을 제공하여 태양전지의 수명을 연장하고 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되 는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

Claims (9)

  1. 염료를 포함하는 다공질 막을 일 측에 가지는 투광판으로 이루어진 제1전극과 상기 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지에 있어서,
    상기 전해질은 상기 제1전극과 제2전극을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 유리 프리트 소성체에 의하여 형성되는 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 투광성 물질로 이루어진 투광판, 상기 투광판의 일면에 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성된 다공질 막, 상기 다공질 막에 흡착된 염료를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2전극은 지지판 및 상기 지지판의 일면 전체 또는 이의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 형성된 촉매금속층을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1전극과 제2전극은 다공질 막과 촉매금속층이 마주보게 배치되고,
    상기 유리 프리트 소성체는 상기 투광판의 다공질막이 형성되지 않은 가장자리와 상기 지지판의 촉매금속층 또는 촉매금속층이 형성되지 않은 가장자리 사이에 형성되어 상기 제1전극과 제2전극 사이를 기밀하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2전극은 전해질 주입을 위한 주입구를 더 포함하고, 상기 전해질 주입구는 유리 프리트 소성체에 의하여 기밀되어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 또는 제2전극은 이로부터 단위 셀 외부로 인출되는 연결선을 더 포함하고,
    상기 연결선은 선택적으로 태양전지 측면에 유리 프리트 소성체에 매립되어 부착되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
  5. 염료를 포함하는 다공질 막을 일 측에 가지는 투광판으로 이루어진 제1전극과 상기 제1전극에 대향하여 배치되는 제2전극으로 이루어지고 이들 전극 사이에 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극사이의 결합면에 유리 프리트를 도포하고, 이를 소성하여 상기 제1전극과 제2전극을 일정간격으로 이격하여 기밀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    제1전극용 투광성 물질로 이루어진 투광판을 준비하는 단계;
    상기 투광판의 일면에 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 다공질 막을 형성하는 단계;
    상기 다공질 막에 염료를 흡착하는 단계;
    제2전극용 지지판을 준비하는 단계;
    상기 지지판의 일면 전체 또는 이의 가장자리로부터 내부로 일정간격 이격되어 촉매금속층을 형성하는 단계;
    상기 투광판의 다공질막이 형성되지 않은 가장자리와 상기 지지판의 촉매금속층 또는 촉매금속층이 형성되지 않은 가장자리 사이에 유리 프리트를 도포하는 단계; 및,
    상기와 같이 준비된 제1전극과 제2전극을 다공질 막과 촉매금속층이 마주보게 결합하고 상기 도포되어진 유리 프리트를 소성하여 상기 제1전극과 제2전극 사이를 기밀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2전극에 전해질 주입을 위한 주입구를 형성하는 단계;
    상기 주입구에 전해질을 주입하는 단계; 및,
    상기 주입구 위에 유리 프리트를 도포하고 소성하여 주입구를 기밀하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1전극 또는 제2전극으로부터 단위 셀 외부로 인출되는 연결선을 결합하는 단계; 및,
    상기 연결선을 선택적으로 태양전지 측면으로 인출하여 연결선 및 태양전지 측면의 주위에 유리 프리트를 도포하고 소성하여 상기 연결선이 태양전지 측면에 부착되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 프리트의 소성은 유리 프리트 도포 부분만 레이저로 가열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
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