KR20090060855A - 복합 전해질 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 중공형금속산화물 입자를 포함하는 전해질 기반의 염료감응태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 전해질 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 중공형 금속산화물 입자를 포함하는 전해질 기반의 염료감응 태양전지에 관한 것으로서, 기 제조된 코어 표면에 금속산화물 미립자들을 흡착시킨 후 상기 코어를 제거하여 중심 부위가 비어있는 중공형 입자를 제조하고, 이 입자를 염료감응 태양전지의 전해질에 첨가하여, 전해질의 겔화를 통한 태양전지의 기계적 강도 개선 효과와, 전해질 내에서의 이온의 확산 계수 향상 효과와, 빛의 산란 효과를 동시에 얻게 되어, 단순한 금속산화물 나노 분말을 첨가하거나 혹은 광전극에 빛 산란만을 목적으로 하는 층을 도입하였을 때보다 태양전지의 에너지 변환 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
염료감응 태양전지 (dye-sensitized solar cell), 중공형 입자 (hollow particle), 금속산화물 (metal oxide), 이온 확산 (ionic diffusion), 산란 효과 (scattering effect), 겔화 (gelation)
Description
본 발명은 태양전지의 기계적 강도를 개선하고, 전해질 내에서의 이온의 확산 계수를 향상시키며, 빛의 산란 효과를 증대시켜 주는 복합 전해질 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
기존의 실리콘 태양전지는 태양광을 흡수하여 전자-홀 쌍 (electron-hole pair)을 생성하고 이를 전달하는 부분이 하나인 것에 반해, 염료감응 태양전지는 태양광을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료 분자와 생성된 전자를 전달하는 금속산화물 반도체 전극으로 나누어진 구조를 가지고 있다.
현재까지 알려진 염료감응 태양전지의 대표적인 예는 1991년 그라첼 (Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있으며 (USP 4927721; USP 5350644), 이러한 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 전력당 제조 원가가 저렴하기 때문에 기존의 태양전지를 대체할 수 있다는 가능성을 가지고 있다는 점에서 많은 관심을 끌고 있다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 작동 원리를 보여주는 설명도로서, 금속산화물 반도체 전극 (11)에 흡착된 염료 (12)가 태양광을 흡수하여 바닥 상태 (ground state, D+/D)에서 들뜬 상태 (excited state, D+/D*)로 전자 전이하여 전자-홀 쌍을 이루며, 들뜬 상태의 전자는 금속산화물의 전도 띠 (conduction band, ECB)로 주입된다. 금속산화물 반도체 전극 (11)으로 주입된 전자는 입자 간 계면을 통하여 투명 전도성 기판 (13)으로 전달되고 다시 외부 전선 (14)을 통하여 백금층 (16)이 코팅된 대전극 (15)으로 이동된다. 금속산화물 반도체 전극 (11)과 대전극 (15)사이에는 산화-환원 쌍 (17)을 포함한 전해질이 주입되어 있다. 태양광 흡수에 의해 산화된 염료 (12)는 산화-환원 쌍 (17)에 의해 제공되는 전자를 받아 다시 환원되며, 이때 전자를 공급한 산화-환원 쌍 (17)은 대전극 (15)에 도달한 전자에 의해 다시 환원되어 염료감응 태양전지의 작동 과정이 완성된다. 또한, 투명 전도성 기판 (13)과 대전극 (15)에는 부하 (L)가 직렬 연결되어 단락 전류, 개방 전압, 충진 계수 등을 측정할 수 있는데, 태양전지의 성능, 즉 에너지 변환 효율은 태양전지의 단락 전류, 개방 전압 및 충진 계수의 곱에 의해 결정되므로, 이를 향상시키기 위해서는 각각의 값들을 향상시켜야 한다.
염료감응 태양전지에서 이러한 값들을 증가시킬 수 있는 대표적인 방법으로 이온의 확산성을 향상시키는 방법과 빛 산란 효과를 증대시키는 방법을 꼽을 수 있다. 특히, 겔 (gel), 준-고체 (pseudo-solid state), 고체 (solid state) 상태의 전해질을 도입한 염료감응 태양전지의 경우, 이온의 확산성 향상을 통해 에너지 변환 효율을 크게 개선할 수 있으며, 빛 산란 효과를 증대시키는 경우 또한 염료가 사용할 수 있는 빛의 효율을 극대화할 수 있다는 점에서 태양전지의 효율 향상에 크게 기여할 수 있다.
이에 따라, 이온의 확산성을 향상시키거나 빛 산란 효과를 증대시키기 위한 다양한 방법들이 보고되고 있다.
그러나, 이러한 보고들에 따른 염료감응 태양전지는 각각의 효과들에 대한 개별적인 적용과 그에 따른 효과만을 논하였을 뿐이다. 매우 다양한 구성 재료와 물성의 조합으로 얻어지는 태양전지에 있어서, 보고된 다양한 개선책을 모두 수용하기 위하여 개별적인 재료 요소를 모두 포함하는 경우, 물성 간의 상쇄 간섭으로 인하여 기대하였던 태양에너지 전환 효율의 증대는 얻어지지 못하였다.
따라서, 이온 확산성, 전해질의 기계적 성질 및 빛 산란 효과 모두를 함께 증가시킬 수 있는, 복합적인 물성의 물질을 개발할 경우 염료감응 태양전지의 성능을 획기적으로 증가시킬 수 있을 것이라 기대된다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 이온 확산성, 전해질의 기계적 성질 및 빛 산란 효과 모두를 증가시킬 수 있는 물질을 개발하고, 이를 염료감응 태양전지의 전해질에 도입함으로써 전해질의 성능을 향상시키며, 궁극적으로는 태양전지의 에너지 전환 효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적들은 아래의 본 발명의 구성에 의하여 달성될 수 있다.
(1) 전해질에, 금속산화물 미립자들을 포함하여 이루어진 중공형 입자 (이하, "중공형 금속산화물 입자"와 혼용됨)가 혼합된 것을 특징으로 하는 복합 전해질.
(2) 광전극 기판 및 이에 대향하는 대전극 기판과;
상기 광전극 기판의 안쪽 면 위에 형성된 염료가 흡착된 광 흡수층과;
상기 광 흡수층과 상기 대전극 기판 사이에 주입된 상기 (1)에 따른 복합 전해질;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
(3) 코어 표면에 금속산화물 미립자들을 흡착시켜 금속산화물 흡착체를 형성한 후, 상기 금속산화물 흡착체로부터 상기 코어를 제거하여 중공형 입자를 얻고,
상기 중공형 입자를 전해질에 혼합하여 복합 전해질을 얻는 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 전해질 내의 이온 확산을 촉진시키고, 빛의 산란 효과 또한 증가시켜 염료감응 태양전지의 에너지 변환 효율을 크게 향상시키는 이점을 가지는 것은 물론, 전해질의 겔화를 통하여 태양전지의 기계적 강도를 개선하여 태양전지의 내구성 역시 향상시키는 효과를 갖는다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 최선의 실시 상태를 상세히 설명하겠다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 복합 전해질을 제조하는 과정은, 코어 표면에 금속산화물 미립자들을 흡착시켜 금속산화물 흡착체를 형성하는 과정과, 이 금속산화물 흡착체로부터 상기 코어를 제거하여 중공형 입자를 얻는 과정과, 이렇게 얻은 중공형 입자를 전해질에 첨가하는 과정을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 코어는 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리스티렌/디비닐벤젠 공중합체 (styrene/divinylbenzene copolymer), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리비닐톨루엔 (polyvinyltoluene), 폴리스티렌/부타디엔 공중합체 (styrene/butadiene copolymer) 등의 고분자 및 그 유도체들과, 실리카 (SiO2) 및 그 유도체들로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 복합물인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 상기 열거된 코어 물질에 한정되는 것은 아니며, 다양한 고분자로 대표되는 유기물 혹은 무기물 입자의 표면에 금속산화물을 흡착시킴으로써 이온 확산성, 전해질의 기계적 성질 및 빛 산란 효과를 함께 증가시킬 수 있는 코어 물질을 모두 포함한다.
상기 코어의 평균 입경은 50 ㎚∼100 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 50 ㎚보다 작으면 빛의 산란 효과가 떨어지고, 100 ㎛보다 크면 점도가 너무 커져 가공이 힘들고 역시 빛의 산란 효과가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 상기 금속산화물 미립자는 알루미늄 (Al)산화물, 규소 (Si)산화물, 티타늄 (Ti)산화물, 인듐 (In)산화물, 아연 (Zn)산화물, 주석 (Sn)산화물, 텅스텐 (W)산화물, 납 (Pb)산화물, 마그네슘 (Mg)산화물, 갈륨 (Ga)산화물, 지르코늄 (Zr)산화물, 스트론디움 (Sr)산화물, 몰리브데늄 (Mo)산화물, 바나디움 (V)산화물, 이리듐 (Yr)산화물, 스캔디움 (Sc)산화물, 사마리움 (Sm)산화물, 철티타늄 (FeTi)산화물, 망간티타늄 (MnTi))산화물, 바륨티타늄 (BaTi)산화물 스트론티움티타늄 (SrTi)산화물 중 하나 또는 둘 이상의 복합물이 바람직하며, 보다 바람직하게는 이온과 강하게 상호 작용할 수 있으면서 넓은 표면적을 갖는 알루미늄 (Al)산화물, 규소 (Si)산화물, 티타늄 (Ti)산화물이 좋다. 다만, 본 발명이 상기 열거된 금속산화물 미립자 물질에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속산화물 미립자의 평균 입경은 1 ㎚∼10 ㎛ 범위로 조절되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.001∼0.1 ㎛인 것이 좋다. 1 ㎚ 미만은 제조도 힘들고 흡착이 잘 안 되며, 10 ㎛보다 크면 중공형 입자를 만들기 어려운 문제가 있다.
또한, 흡착되는 금속산화물 미립자의 평균 두께 (즉, 후속 공정을 통해 제조되는 중공형 입자의 평균 껍질 두께)는 0.01∼10 ㎛인 것이 바람직하다. 0.01 ㎛보 다 작으면 중공형을 유지하기 힘들고, 10 ㎛보다 크면 중공형 입자로서의 물성을 상실하는 문제가 있다.
또한, 상기 코어와 상기 금속산화물 미립자의 입경 비는 10:1∼100000:1인 것이 바람직하다. 10:1 미만 및 100000:1 초과의 범위는 중공형 입자의 제조가 힘들다는 문제가 있다.
상기 코어에 금속산화물 미립자들을 흡착시키는 방법은 건식 방법과 습식 방법으로 나눌 수 있다.
이 중 건식 방법으로는, 혼합기 (mixer)를 이용한 전통적인 혼합법을 비롯하여, 보다 바람직하게는 미케노퓨전 (mechanofusion), 하이브리다이저 (hybridizer), 마그네틱컬리 어시스티드 임팩트 코팅 (Magnetically Assisted Impaction Coating), 쎄타 콤포저 (Theta composer), 로테이팅 플루다이즈드 비드 코터 (Rotating Fluidized Bed Coater; RFBC) 등의 보다 진화된 혼합 기기들을 이용하여 기계적으로 흡착시키는 방법이 있다. 또한, 스퍼터링법 (Sputtering), 전자빔증착법 (E-beam evaporation), 열증착법 (Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법 (Laser molecular beam epitaxy), 펄스레이저증착법 (Pulsed laser deposition) 등의 물리증착법이나, MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), HVPE (Hydiride vapor phase epitaxy) 등의 화학증착법이나, 일렉트로증착법 (Electro deposition), 아토믹레이어증착법 (atomic layer deposition), MOMBE (Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy) 등의 증착법을 이용할 수도 있다.
습식 방법으로는, 에멀젼중합법 (emulsion polymerization), 전기영동법 (electrophoresis), 딥코팅법 (dip coating), 표면 작용기 (surface functional group)를 이용한 화학적 흡착법 등이 바람직하다.
한편, 상기 코어에 금속산화물 미립자들을 코팅한 후 중공형으로 제조하기 위하여 상기 코어를 제거하는 방법으로는 열처리법과 용액처리법 등이 바람직하다.
열처리법은 상기 코어로 고분자 물질을 사용하였을 경우 주로 사용되며, 분당 10 ℃ 미만의 속도로 승온시켜 300∼1000 ℃의 온도에서 5분∼48시간 열처리하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 열처리 과정을 분당 1 ℃ 미만의 속도로 천천히 승온시켜 400 ℃ 이상의 온도에서 30분 이상 시행하는 것이 중공 형상을 유지하는 데 바람직하다.
용액처리법은 고분자 및 실리카 물질을 제거하는 데 사용되며, 주로 사용되는 용매는 물, 알코올, 아세톤, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 에틸아세테이트, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 테트라하이드로퓨란, 헥산, 다이에틸에테르, 플루오르화수소산 (hydrofluoric acid) 혹은 그 혼합물이 바람직하다.
이렇게 코어를 제거하여 얻은 중공형 입자는 평균 외경이 50 ㎚∼100 ㎛이 바람직한데, 50 ㎚보다 작으면 빛 산란 효과가 떨어지고, 100 ㎛ 보다 크면 전해질의 가공성을 낮추는 문제가 있다. 이 중공형 입자는 중심 부위가 비어 있는 중공형 쉘 구조를 가지며, 금속산화물 미립자들로 이루어진다.
이와 같이 하여 얻은 중공형 입자를 전해질에 첨가하여 혼합함으로써 본 발명의 복합 전해질을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 중공형 입자와 상기 전해질의 질량비는 1:1000∼2:1 범위인 것이 바람직하다. 1:1000보다 적은 양이 들어갈 경우 중공형 입자 첨가로 인한 효과가 약해질 수 있고, 2:1보다 많은 양이 들어갈 경우 전해질의 가공성을 떨어뜨릴 수 있다.
도 3은 위에서 제조한 중공형 입자를 이용한 이온 확산 촉진과 빛 산란 효과 증가를 개략적으로 나타낸 도면이다. 중공형 입자의 표면은 전해질 내의 양이온 및 음이온과 상호 작용하여 이온의 해리를 도울 뿐 아니라, 광전극과 대전극 사이의 효과적인 이온 전달 경로를 제공하기 때문에 이온의 확산성을 향상시킬 수 있으며, 수십∼수천 nm의 크기를 갖는 중공형 입자는 빛을 산란시키는 효과를 갖기 때문에 태양광의 활용을 극대화하여 염료의 광 흡수를 증가시킬 수 있다.
한편, 위와 같이 하여 제조한 중공형 입자를 포함하는 전해질 기반의 염료감응 태양전지의 일례를 도 4에 나타내었다. 도 4에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지는, 광전극 기판 (23) 및 이에 대향하는 대전극 기판 (25)과, 상기 광전극 기판 (23)의 안쪽 면 위에 형성된 염료 (22)가 흡착된 광 흡수층 (21)과, 상기 광 흡수층 (21)과 상기 대전극 기판 (25) 사이에 주입된 중공형 입자 (28)가 혼합된 전해질 (27)을 포함하여 이루어진다. 설명하지 않은 도면부호 24는 차단층 (blocking layer)으로서 광 흡수층 (21)과 광전극 기판 (23)의 접촉을 좋게 하고, 전자의 전달을 원활히 하며, 광전극 기판 (23)에서 전달되는 전자들의 누출을 방지하기 위하여 선택적으로 삽입 가능한 층이다. 또한, 도면부호 26은 백금층이고, 도면부호 29는 밀봉재이다.
상기 광전극 및 대전극 기판 (23, 25)으로는 유리 기판상에 형성된 전도성 박막을 포함하여 이루어진 투명 전도성 유리 기판, 또는 유연성 (flexible) 고분자 기판상에 형성된 전도성 박막을 포함하여 이루어진 투명 전도성 고분자 기판이 사용될 수 있다. 여기서, 상기 전도성 박막은 ITO (indium tin oxide), 불소가 도핑된 이산화주석 (FTO; F-doped SnO2), 혹은 ITO 위에 ATO (Antimony Tin Oxide) 또는 FTO가 코팅된 형태가 바람직하다.
또한, 상기 광 흡수층 (21)으로는 공지의 반도체 산화물층이 사용될 수 있으며, 이 광흡수층에는 염료 (22)가 흡착되어 있다. 여기서, 염료는 루테늄 (ruthenium, Ru)계 염료 혹은 유기 염료가 바람직하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.
[실시예]
1. 중공형 금속산화물 입자의 제조
500 nm의 크기를 갖는 구 형태의 폴리스티렌 나노입자 5 g을, 20~30 nm의 크기를 갖는 알루미늄산화물 (Al2O3) 나노입자 3.65 g과 혼합한 후, 미케노퓨전 (Hosakawa Micron)에 집어넣고 2500 rpm으로 30분 동안 가공하여 금속산화물 흡착체를 제조하였다. 제조된 금속산화물 흡착체의 코어 (폴리스티렌)를 제거하기 위하 여 공기 분위기에서 상온부터 500 ℃까지 분당 0.2 ℃로 승온시켰으며, 500 ℃에서 120 분간 열처리한 후 자연냉각시켰다.
도 5a는 가공 과정을 거치기 전의 폴리스티렌 코어를 나타낸 것이며, 도 5b는 미케노퓨전을 통해 알루미늄산화물 (Al2O3) 나노입자를 흡착시킨 후 코어를 제거한 이미지를 나타낸 것이다. 도 5b에서 보는 바와 같이, 중공형 금속산화물 입자가 잘 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 6은 위에서 제조한 중공형 금속산화물 입자의 빛 산란 효과를 측정하기 위한 UV 투과도 곡선을 나타낸 것이다. 곡선 (a)는 투명 전도성 기판의 투과도를 나타낸 것이고, 곡선 (b)는 나노 분말 형태를 갖는 금속산화물을 투명 전도성 기판 위에 도포하였을 때의 투과도를 나타낸 것이며, 곡선 (c)는 빛 산란을 목적으로 광 흡수층 위에 별도로 도입되는 약 400 nm 크기의 입자를 투명 전도성 기판 위에 도포하였을 때의 투과도를 나타낸 곡선이고, 곡선 (d)는 본 발명에 따라 제조된 중공형 금속산화물 입자를 투명 전도성 기판 위에 도포하였을 때의 투과도를 나타낸 곡선이다. 이 중 곡선 (c)와 (d)를 비교하여 보면, 곡선 (d) 역시 곡선 (c)와 마찬가지로 투과도가 0에 가까울 정도로 빛을 효과적으로 산란시키는 것을 확인할 수 있다.
2. 복합 전해질의 제조
전해질은 요오드계 산화-환원 쌍을 갖고 아이오닉 리퀴드를 기본으로 하는 액체 전해질, 예를 들어 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움 아이오다이드 (1-butyl-3-methyl-imidazolium iodide)에 10 mol%의 아이오딘 (iodine, I2)을 혼합한 전해질을 기본으로 하였으며, 위에서 제조된 중공형 금속산화물 입자 대 자체 전해질의 질량비가 1:1이 되도록 중공형 금속산화물 입자를 첨가하였다.
도 7은 본 발명에 따른 중공형 금속산화물 입자가 첨가된 전해질 (즉, 복합 전해질)의 기계적 성질을 확인할 수 있는 이미지이다. 중공형 금속산화물 입자가 첨가되지 않은 전해질의 경우 (a), 낮은 점도 때문에 유동성이 높아 누출의 위험이 있으며 염료감응 태양전지의 기계적 안정성을 떨어뜨린다. 이에 반해, 중공형 금속산화물 입자가 첨가된 전해질의 경우 (b), 높은 점도로 인해 태양전지가 파손되었을 경우에도 누출의 위험이 적으며 태양전지 자체의 기계적 성질을 높이는 효과 역시 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 중공형 금속산화물 입자가 첨가된 전해질 (즉, 복합 전해질)의 이온 확산 촉진 정도를 측정하기 위한 정상상태 (steady-state) 전류 곡선을 나타낸 것이다. 중공형 금속산화물 입자를 첨가하기 전과 후를 비교해 보면, I-의 경우 이온 확산 계수가 60.4%만큼 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 이온 확산성 증가는 염료감응 태양전지의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
3. 염료감응 태양전지의 제조
위와 같은 장점들을 갖는 중공형 금속산화물 입자가 포함된 전해질을 다음 과정을 통해 제조된 염료감응 태양전지에 적용하였다.
투명 전도성 기판 (fluorine-doped tin oxide glass (SnO2:F, FTO), sheet resistance 8 Ω/□, Pilkington) 위에 5%의 타이타늄 비스(에틸 아세토아세테이토)-디이소프로폭사이드 (Ti(IV) bis(ethyl acetoacetato)-diisopropoxide)/1-부탄올 용액을 스핀코팅 (1st: 500 rpm, 5 sec; 2nd: 1000 rpm, 5 sec; 3rd: 2000 rpm, 40 sec)한 후, 공기 분위기에서 상온부터 500 ℃까지 분당 4 ℃로 승온시켰으며, 500 ℃에서 15분간 열처리한 후 자연냉각시켜 차단층을 형성하였다.
제조된 차단층 위에 이산화티탄 (TiO2) 페이스트 (STI, 18NR-T)를 닥터 블레이드 (doctor blade) 방법으로 코팅한 후, 공기 분위기에서 상온부터 150 ℃까지 분당 4 ℃로 승온시켰으며, 150 ℃에서 30분 동안 등온으로 유지시켰다. 그 후 500 ℃까지 분당 4 ℃로 다시 승온시켰으며, 500 ℃에서 15분간 열처리한 후 자연냉각시켜 약 12 ㎛ 두께의 이산화티탄 (TiO2) 전극을 형성시켰다. 상기 이산화티탄(TiO2) 전극을 염료 용액에 24시간 동안 담가서 염료 분자를 흡착시켰으며 본 실험에서는 0.5 mM 농도의 N719 (Solaronix) / 에틸 알코올 용액을 사용하였다.
대전극의 백금층을 형성시키기 위해 10 mM 농도의 헥사클로로플라티늄산 (H2PtCl6·xH2O, Aldrich) / 이소프로필 알코올 용액을 투명 전도성 기판 위에 스핀코팅 (1st: 500 rpm, 5 sec; 2nd: 1000 rpm, 5 sec; 3rd: 2000 rpm, 40 sec)한 후, 공기 분위기에서 상온부터 400 ℃까지 분당 4 ℃로 승온시켰으며, 400 ℃에서 15분 간 열처리한 후 자연냉각시켰다.
광전극과 대전극 사이에 위에서 제조한 복합 전해질을 주입한 후 광전극과 대전극을 결합하며, 이때 전해질 용액이 새어 나오지 않도록 하기 위한 밀봉재는 25 ㎛ 두께의 열가소성 고분자를 사용하였다.
[비교예 1]
금속산화물 나노입자를 첨가하지 않은 전해질을, 전술한 실시예의 3과 동일하게 제조된 금속산화물 반도체 전극 (이 전극 위에 빛 산란층을 도입하지 않음)에 적용한 염료감응 태양전지.
[비교예 2]
중공체가 아닌 나노 분말 형태를 갖는 금속산화물 (Al2O3)을 첨가한 전해질을, 전술한 실시예의 3과 동일하게 제조된 금속산화물 반도체 전극 (이 전극 위에 빛 산란층을 도입하지 않음)에 적용한 염료감응 태양전지.
[비교예 3]
금속산화물 나노입자를 첨가하지 않은 전해질을, 전술한 실시예의 3과 동일하게 제조된 금속산화물 반도체 전극 (이 전극 위에 빛 산란을 목적으로 하는 약 400 nm 크기의 나노입자들로 이루어진 층을 도입함)에 적용한 염료감응 태양전지.
도 9에서는 (a) 비교예 1, (b) 비교예 2, (c) 비교예 3, (d) 실시예에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 AM 1.5, 100 mW/㎠ 조건에서 얻은 전류-전압 곡선도를 나타내었으며, 자세한 값은 표 1에 나타내었다.
[표1]
| 개방 전압 (V) | 단락 전류 (mA/㎠) | 충진 계수 | 에너지 변환 효율 (%) | |
| (a) 비교예 1 | 0.62 | 5.61 | 0.72 | 2.50 |
| (b) 비교예 2 | 0.60 | 7.11 | 0.71 | 3.04 |
| (c) 비교예 3 | 0.63 | 7.62 | 0.64 | 3.07 |
| (d) 실시예 1 | 0.61 | 9.22 | 0.62 | 3.50 |
도 9 및 상기 표 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지는 단락 전류 면에서 비교예들에 비해 월등히 향상된 값을 나타내었으며, 그 결과 에너지 변환 효율이 아무런 효과도 없는 경우 (비교예 1)에 비해 40%, 이온 확산 효과 (비교예 2)나 빛 산란 효과 (비교예 3) 둘 중 하나만 있는 경우에 비해 14% 이상 증가시킬 수 있었다.
이상, 본 발명을 도시된 예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.
도 1은 일반적인 염료감응 태양전지의 작동 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에서 사용되는 중공형 금속산화물 입자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에서 사용되는 중공형 금속산화물 입자를 이용한 이온 확산 촉진과 빛 산란 효과 증가를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 중공형 금속산화물 입자가 첨가된 전해질을 기반으로 하는 염료감응 태양전지의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 5a는 가공 전의 폴리스티렌 코어를 나타낸 SEM 이미지이고, 도 5b는 미케노퓨전을 통해 코어에 알루미늄산화물 (Al2O3) 나노입자를 흡착시킨 후 코어를 제거한 중공형 금속산화물 입자의 SEM 이미지,
도 6은 본 발명에서 사용되는 중공형 금속산화물 입자의 빛 산란 효과를 측정하기 위한 UV 투과도 곡선,
도 7은 본 발명에 따른 중공형 금속산화물 입자가 첨가된 전해질이 겔화된 상태를 촬영한 이미지,
도 8은 본 발명에 따른 중공형 금속산화물 입자를 적용한 전해질의 이온 확산 촉진 정도를 측정하기 위한 정상상태 (steady-state) 전류 곡선,
도 9는 본 발명에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 AM 1.5, 100 mW/㎠ 조건에서 얻은 전류-전압 곡선도이다.
Claims (15)
- 전해질에, 금속산화물 미립자들을 포함하여 이루어진 중공형 입자가 혼합된 것을 특징으로 하는 복합 전해질.
- 제1항에 있어서, 상기 중공형 입자와 상기 전해질의 질량비는 1:1000∼2:1인 것을 특징으로 하는 복합 전해질.
- 제1항에 있어서, 상기 중공형 입자의 평균 외경은 50 ㎚∼100 ㎛이고, 상기 금속산화물 미립자의 평균 입경은 1 ㎚∼10 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 전해질.
- 제1항에 있어서, 상기 중공형 입자의 평균 껍질 두께는 10 ㎚∼10 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 전해질.
- 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 미립자는 알루미늄 (Al)산화물, 규소 (Si)산화물, 티타늄 (Ti)산화물, 인듐 (In)산화물, 아연 (Zn)산화물, 주석 (Sn)산화물, 텅스텐 (W)산화물, 납 (Pb)산화물, 마그네슘 (Mg)산화물, 갈륨 (Ga)산화물, 지르코늄 (Zr)산화물, 스트론디움 (Sr)산화물, 몰리브데늄 (Mo)산화물, 바나디움 (V)산화물, 이리듐 (Yr)산화물, 스캔디움 (Sc)산화물, 사마리움 (Sm)산화물, 철티타늄 (FeTi)산화물, 망간티타늄 (MnTi))산화물, 바륨티타늄 (BaTi)산화물 스트론티움티 타늄 (SrTi)산화물 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 복합물인 것을 특징으로 하는 복합 전해질.
- 광전극 기판 및 이에 대향하는 대전극 기판과;상기 광전극 기판의 안쪽 면 위에 형성된 염료가 흡착된 광 흡수층과;상기 광 흡수층과 상기 대전극 기판 사이에 주입된 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 복합 전해질;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- (가) 코어 표면에 금속산화물 미립자들을 흡착시켜 금속산화물 흡착체를 형성한 후, 상기 금속산화물 흡착체로부터 상기 코어를 제거하여 중공형 입자를 얻고,(나) 상기 중공형 입자를 전해질에 혼합하여 복합 전해질을 얻는 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 코어는 고분자 혹은 그 유도체, 또는 실리카 혹은 그 유도체인 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 고분자는 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리스티렌/디비닐벤젠 공중합체 (styrene/divinylbenzene copolymer), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리비닐톨루엔 (polyvinyltoluene), 폴리스티렌/부타디엔 공중합체 (styrene/butadiene copolymer) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 복합물인 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 코어의 평균 입경은 50 ㎚∼100 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속산화물 미립자는 알루미늄 (Al)산화물, 규소 (Si)산화물, 티타늄 (Ti)산화물, 인듐 (In)산화물, 아연 (Zn)산화물, 주석 (Sn)산화물, 텅스텐 (W)산화물, 납 (Pb)산화물, 마그네슘 (Mg)산화물, 갈륨 (Ga)산화물, 지르코늄 (Zr)산화물, 스트론디움 (Sr)산화물, 몰리브데늄 (Mo)산화물, 바나디움 (V)산화물, 이리듐 (Yr)산화물, 스캔디움 (Sc)산화물, 사마리움 (Sm)산화물, 철티타늄 (FeTi)산화물, 망간티타늄 (MnTi))산화물, 바륨티타늄 (BaTi)산화물 스트론티움티타늄 (SrTi)산화물 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 복합물인 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 코어와 상기 금속산화물 미립자의 입경 비는 10:1∼100000:1인 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속산화물 미립자는 알루미늄 (Al)산화물, 규소 (Si) 산화물, 티타늄 (Ti)산화물, 인듐 (In)산화물, 아연 (Zn)산화물, 주석 (Sn)산화물, 텅스텐 (W)산화물, 납 (Pb)산화물, 마그네슘 (Mg)산화물, 갈륨 (Ga)산화물, 지르코늄 (Zr)산화물, 스트론디움 (Sr)산화물, 몰리브데늄 (Mo)산화물, 바나디움 (V)산화물, 이리듐 (Yr)산화물, 스캔디움 (Sc)산화물, 사마리움 (Sm)산화물, 철티타늄 (FeTi)산화물, 망간티타늄 (MnTi))산화물, 바륨티타늄 (BaTi)산화물 스트론티움티타늄 (SrTi)산화물 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 복합물인 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속산화물 흡착체는 건식 방법 또는 습식 방법을 이용하여 형성하고,상기 건식 방법은, 혼합 기기를 이용한 기계적 흡착, 스퍼터링법 (sputtering), 전자빔증착법 (e-beam evaporation), 열증착법 (thermal evaporation), 레이저분자빔증착법 (laser molecular beam epitaxy), 펄스레이저증착법 (pulsed laser deposition), MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), HVPE (Hydiride vapor phase epitaxy), 일렉트로증착법 (Electro deposition), 아토믹레이어증착법 (atomic layer deposition), MOMBE (Metal-Organic Molecular Beam Epitaxy) 중의 어느 한 방법이고,상기 습식 방법은, 에멀젼중합법 (emulsion polymerization), 전기영동법 (electrophoresis), 딥코팅법 (dip coating), 표면 작용기 (surface functional group)를 이용한 화학적 흡착법 중의 어느 한 방법인 것을 특징으로 하는 복합 전 해질의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속산화물 흡착체로부터 상기 코어를 제거하는 것은 열처리법 또는 용액처리법에 의하여 이루어지고,상기 열처리법은, 상기 금속산화물 흡착체를 분당 10 ℃ 미만의 속도로 승온시켜 300∼1000 ℃의 온도에서 5분∼48시간 열처리하는 것이고,상기 용액처리법은 용매로 물, 알코올, 아세톤, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 에틸아세테이트, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 테트라하이드로퓨란, 헥산, 다이에틸에테르, 플루오르화수소산 (hydrofluoric acid) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 복합 전해질의 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR101025962B1 (ko) * | 2009-09-14 | 2011-03-30 | 한양대학교 산학협력단 | 유무기 하이브리드 광결정을 구비하는 염료감응 태양전지 |
| KR101110364B1 (ko) * | 2010-02-19 | 2012-02-15 | 한국세라믹기술원 | 금속 나노 입자를 이용한 염료감응형 태양전지의 전극 및 그 제조방법 |
| KR101111198B1 (ko) * | 2009-12-08 | 2012-02-22 | 신상용 | 금속가스이온화 및 열전소자를 이용한 태양전지모듈 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101025962B1 (ko) * | 2009-09-14 | 2011-03-30 | 한양대학교 산학협력단 | 유무기 하이브리드 광결정을 구비하는 염료감응 태양전지 |
| KR20120101057A (ko) * | 2009-11-06 | 2012-09-12 | 나노-씨, 인크. | 풀러렌 작용기화 입자, 그 제조 방법 및 벌크 헤테로정션 유기 광기전 디바이스에서의 그 용도 |
| KR101111198B1 (ko) * | 2009-12-08 | 2012-02-22 | 신상용 | 금속가스이온화 및 열전소자를 이용한 태양전지모듈 |
| KR101111199B1 (ko) * | 2009-12-08 | 2012-02-22 | 신상용 | 금속가스 이온화를 이용한 태양전지모듈의 집전장치 |
| KR101110364B1 (ko) * | 2010-02-19 | 2012-02-15 | 한국세라믹기술원 | 금속 나노 입자를 이용한 염료감응형 태양전지의 전극 및 그 제조방법 |
| KR101118275B1 (ko) * | 2010-07-13 | 2012-03-20 | 노코드 주식회사 | 다결정 실리콘 박막의 제조방법 |
| US11349112B2 (en) | 2017-08-31 | 2022-05-31 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for preparing hollow structure |
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