KR20100031063A - Dye-sensitized solar sell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투명전극 위에 금속그리드를 형성하여 전기저항에 의한 태양전지의 효율저하를 방지하고, 금속그리드에 보호막을 형성하여 전해질로 인하여 금속그리드가 부식되는 것을 방지할 수 있는 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, forming a metal grid on a transparent electrode to prevent a decrease in efficiency of the solar cell due to electrical resistance, and forming a protective film on the metal grid due to the electrolyte. The present invention relates to a dye-sensitized solar cell capable of preventing corrosion of metal grids and a method of manufacturing the same.
염료감응 태양전지는 종래의 실리콘 태양전지보다 제조공정이 단순하고, 가시광선에 의하여도 발전이 가능하며, 플렉서블한 기판 위에 형성이 가능하다는 장점을 가지고 있어 최근 주목을 받고 있다. 또한 염료감응 태양전지는 빛이 통과할 수 있는 특성을 가지고 있어 자동차나 건물의 유리창에 설치할 수 있으므로 그 응용범위가 매우 넓고, 현재의 기술 수준에서는 실리콘 태양전지보다 에너지 전환 효율이 낮은 단점을 가지고 있지만 제조비용이 실리콘 태양전지의 5분의 1의 수준에 불과하여 경제성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다.Dye-sensitized solar cells have attracted attention recently because they have a simpler manufacturing process than conventional silicon solar cells, can be generated by visible light, and can be formed on a flexible substrate. In addition, dye-sensitized solar cells have the property of allowing light to pass through them, so they can be installed on the windows of automobiles or buildings, and thus have a wide range of application, and at the current technology level, energy conversion efficiency is lower than that of silicon solar cells. The manufacturing cost is only one fifth of that of silicon solar cells, which has the advantage of being economical.
일반적인 염료감응 태양전지는 비전도성의 기판 위에 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)나 플루오로 틴 옥사이드(Fluoro Tin Oxide, FTO)와 같 은 투명전도성 산화물을 코팅하여 투명전극을 형성하고, 투명전극 위에 나노 다공질막 형태의 반도체 전극을 형성하는데, 반도체 전극은 염료분자가 결합되는 결합부위를 제공한다. 반도체 전극을 형성하는 물질로는 TiO2, ZnO, SnO2 등과 같이 넓은 밴드갭을 갖는 n형 산화물이 사용된다. A general dye-sensitized solar cell forms a transparent electrode by coating a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO) or fluoro tin oxide (FTO) on a non-conductive substrate. A semiconductor electrode in the form of a nanoporous membrane is formed thereon, and the semiconductor electrode provides a bonding site to which dye molecules are bonded. As a material for forming a semiconductor electrode, an n-type oxide having a wide bandgap such as TiO 2 , ZnO, SnO 2, or the like is used.
이와 같은 구조의 염료감응 태양전지의 경우, 염료에 의하여 생성된 전자들이 일정 크기의 전기저항을 가지는 투명전극까지 이동한 후 회로로 이동하게 된다. 이후 회로를 통한 전자는 상대 전극으로 이동하여 다시 태양전지 내로 진입하게 된다. 하지만, 이 경우 투명전극은 금속에 비하여 10 내지 100배의 표면저항을 가지므로, 전자의 이동 중 상당한 전류 손실이 발생하게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하고자 금속성 그리드를 전자 이동 경로로 제공하여 전자들이 보다 효과적으로 회로로 이동할 수 있게 함으로써 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In the case of the dye-sensitized solar cell having such a structure, electrons generated by the dye move to the transparent electrode having a certain size of electrical resistance and then move to the circuit. The electrons through the circuit then move to the counter electrode and enter the solar cell again. However, in this case, since the transparent electrode has a surface resistance of 10 to 100 times that of the metal, significant current loss occurs during the movement of electrons. Therefore, in order to solve this problem, it is possible to improve the efficiency of the battery by providing a metallic grid as an electron movement path to allow electrons to move more effectively to the circuit.
종래에는 염료감응 태양전지의 금속그리드를 전도성 유리 기판 위에 형성하거나, 유리 기판위에 금속그리드를 형성하고 그 위에 전도성 박막을 도포하는 방법으로 전도성 기판의 전기적 저항을 낮추는 방법이 제안되었다. 다만, 이러한 방법으로 금속그리드를 유리 기판 위에 형성하고 그 위에 전도성 물질을 도포하면, 금속그리드가 유리 표면 위로 돌출되어 있으므로 전도성 물질을 도포하는 과정에서 금속그리드가 변형되거나 전도성 물질이 금속그리드 표면과 유리 표면과의 높이 차이로 인하여 균일하게 도포되지 않는 문제가 있었다.Conventionally, a method of lowering the electrical resistance of a conductive substrate has been proposed by forming a metal grid of a dye-sensitized solar cell on a conductive glass substrate, or forming a metal grid on a glass substrate and applying a conductive thin film thereon. However, when the metal grid is formed on the glass substrate and the conductive material is applied thereon, the metal grid protrudes above the glass surface, and thus the metal grid is deformed during the application of the conductive material or the conductive material is formed on the surface of the metal grid and the glass. Due to the height difference from the surface there was a problem that it is not uniformly applied.
이러한 문제를 해결하고자, 대한민국 특허 제 656,357호는 도 1의 구 조를 갖는 태양전지 구조를 개시하였다. 도 1을 참조하면, 상기 선행문헌은 금속그리드가 투명 기판의 요부 내에 고정된 투명 전도성 기판 및 이를 구비한 염료감응 태양전지가 개시하고 있다. 선행문헌에 따른 염료감응 태양전지의 기판(100)은 소정 레벨의 상면(110a)과, 상기 상면으로부터 소정 깊이로 리세스되어 있는 복수의 요부(112)를 가지는 투명 기판(110)과, 상기 투명 기판의 요부 내에 매립되어 있는 금속 박막으로 이루어지고 상기 투명 기판의 상면(110a)과 동일한 레벨의 상면을 가지는 그리드(120)와, 상기 투명 기판의 상면(110a) 및 상기 그리드의 상면(120a)을 덮도록 상기 투명 기판 위에 요철 없이 평탄하게 연장되어 있는 전도성 보호 박막(130)을 포함하는 구조를 갖는다. 다만, 이와 같은 기술은 리세스되어 있는 요부를 형성하기 위한 별도의 식각공정을 거쳐야 한다는 점과 전도성 보호 박막이 전체 기판에 걸쳐 있으므로 인해 전기적 저항성이 커지므로 태양전지의 충분한 효율 개선이 어렵다는 문제점이 있다. In order to solve this problem, Korean Patent No. 656,357 discloses a solar cell structure having the structure of FIG. Referring to FIG. 1, the prior document discloses a transparent conductive substrate having a metal grid fixed in a recess of a transparent substrate, and a dye-sensitized solar cell having the same. The
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는, 별도의 식각공정없이 투명전극 위에 금속그리드를 형성할 수 있고, 전해질에 의한 금속그리드의 부식을 방지할 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.Therefore, the first problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that can form a metal grid on the transparent electrode without a separate etching process, and can prevent corrosion of the metal grid by the electrolyte.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는, 상기 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공하는 데 있다. The second problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing the dye-sensitized solar cell.
상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 기판, 기판 위에 형성된 투명전극, 투명전극 위에 형성되고 소정의 형상으로 패터닝된 금속그리드, 금속그리드의 상부면과 측면에 코팅된 보호막 및 투명전극과 보호막 위에 형성된 전해질을 포함하고, 보호막에 의하여 금속그리드와 전해질이 상호 접촉되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.In order to solve the first problem, the present invention, a substrate, a transparent electrode formed on the substrate, a metal grid formed on the transparent electrode and patterned in a predetermined shape, a protective film coated on the upper and side surfaces of the metal grid and a transparent electrode and a protective film Provided is a dye-sensitized solar cell comprising an electrolyte formed on the above, and the metal grid and the electrolyte is prevented from contacting each other by a protective film.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 보호막은 고분자 수지로 이루어질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the protective film may be made of a polymer resin.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 고분자 수지는 실리콘고분자, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리이미드 및 폴리메틸메타아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the polymer resin may be at least one selected from the group consisting of silicone polymer, polycarbonate, polyarylate, polyethersulfone, polyimide and polymethylmethacrylate.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 실리콘고분자는 폴리실록산(polysiloxane), 폴리실란(polysilane), 폴리카르보실란(polycarbosilane) 및 폴리실라잔(polysilazane)으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the silicone polymer may be at least one selected from the group consisting of polysiloxane, polysilane, polycarbosilane, and polysilazane.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 보호막은 무기물층으로 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the protective film may be formed of an inorganic layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 무기물층은 불소화산화규소(FSG), 질화실리콘(SiNx) 및 산화실리콘(SiOx)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the inorganic layer may be at least one selected from the group consisting of silicon fluoride oxide (FSG), silicon nitride (SiNx) and silicon oxide (SiOx).
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 보호막은 1 내지 10㎛의 두께로 코팅되는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the protective film is preferably coated with a thickness of 1 to 10㎛.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 제1투명전극이 형성된 제1기판 및 제2 투명전극이 형성된 제2기판을 포함하고, 제1투명전극 및 제2투명전극 위에 각각 형성된 제1금속그리드 및 제2금속그리드 중 적어도 하나는 보호막으로 코팅되어 있으며, 제1금속그리드와 제2금속그리드는 보호막을 사이에 두고 상호 접촉되어 있을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a first metal grid including a first substrate on which the first transparent electrode is formed and a second substrate on which the second transparent electrode is formed, and formed on the first transparent electrode and the second transparent electrode, respectively; At least one of the second metal grids may be coated with a protective film, and the first metal grid and the second metal grid may be in contact with each other with the protective film interposed therebetween.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 제1투명전극이 형성된 제1기판 및 제2투명전극이 형성된 제2기판을 포함하고, 제1투명전극 및 제2투명전극 위에 각각 형성된 제1금속그리드 및 제2금속그리드 중 적어도 하나는 보호막으로 코팅되어 있으며, 제1금속그리드와 제2금속그리드는 보호막을 사이에 두고 상호 이격되어 있을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a first metal grid including a first substrate on which the first transparent electrode is formed and a second substrate on which the second transparent electrode is formed, and formed on the first transparent electrode and the second transparent electrode, respectively; At least one of the second metal grids may be coated with a protective film, and the first metal grid and the second metal grid may be spaced apart from each other with the protective film interposed therebetween.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 제1금속그리드 및 제2금속그리드는 서로 평행하게 형성된 복수개의 선패턴과, 복수개의 선패턴들을 전기적으로 연결하는 연결패턴으로 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the first metal grid and the second metal grid may be formed of a plurality of line patterns formed in parallel with each other, and a connection pattern for electrically connecting the plurality of line patterns.
상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 기판 위에 투명전극을 형성하는 단계, 투명전극 위에 금속그리드를 형성하는 단계 및 금속그리드의 상부면 및 측면에 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.In order to solve the second problem, the present invention provides a dye-sensitized aspect including forming a transparent electrode on a substrate, forming a metal grid on the transparent electrode, and forming a protective film on the top and side surfaces of the metal grid. It provides a method for producing a battery.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 보호막을 형성하는 단계는 프린팅법 또는 디스펜싱법에 의하여 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the forming of the protective film may be performed by a printing method or a dispensing method.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 보호막을 형성하는 단계는 자외선 조사에 의한 광경화반응에 의하여 수행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the forming of the protective film may be performed by a photocuring reaction by ultraviolet irradiation.
본 발명의 염료감응 태양전지는 투명전극보다 전기전도도가 높은 금속그리드가 투명전극 위에 형성되므로 전기저항에 의한 전력의 손실이 없어 태양전지의 효율이 높고, 별도의 식각공정없이 금속그리드를 투명전극 위에 형성할 수 있으므로 제조비용을 절감할 수 있는 장점을 가진다. 또한 제1기판과 제2기판에 각각 형성된 금속그리드가 서로 맞닿아 있는 구조의 경우에도 금속그리드 위에 형성된 보호막이 희생막으로 기능하므로 금속그리드의 변형을 최소화시킬 수 있다. In the dye-sensitized solar cell of the present invention, since a metal grid having a higher electrical conductivity than the transparent electrode is formed on the transparent electrode, there is no loss of power due to electrical resistance, so the efficiency of the solar cell is high. Since it can be formed has the advantage of reducing the manufacturing cost. In addition, even when the metal grids formed on the first substrate and the second substrate are in contact with each other, the protective film formed on the metal grid functions as a sacrificial layer, thereby minimizing deformation of the metal grid.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 염료감응 태양전지는 기판, 기판 위에 형성된 투명전극, 투명전극 위에 형성되고 소정의 형상으로 패터닝된 금속그리드, 금속그리드의 상부면과 측면에 코팅된 보호막 및 투명전극과 보호막 위에 형성된 전해질을 포함하고, 보호막에 의하여 금속그리드와 전해질이 상호 접촉되는 것이 방지되는 것을 특징으로 한다. The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a substrate, a transparent electrode formed on the substrate, a metal grid formed on the transparent electrode and patterned into a predetermined shape, a protective film coated on the upper and side surfaces of the metal grid, and an electrolyte formed on the transparent electrode and the protective film. And a metal grid and an electrolyte are prevented from contacting each other by a protective film.
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 기판 단면을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 기판(200) 위에 투명전극(210)이 형성되어 있고, 그 위에 소정의 형상으로 패터닝된 금속그리드(220)가 형성되어 있으며, 금속그리드(220)의 상부면과 측면에는 보호막(230)이 코팅되어 있다. 금속그리드가 소정의 형상으로 패터닝되었다는 의미는 투명전극의 저항을 감소시키고, 외부에서 입사하는 빛을 실질적으로 차단시키지 않도록 패터닝되었다는 것을 의미하는 것으로, 투명전극의 일부 영역에 선의 형태로 패터닝될 수 있다. 전도성 산화물로 이루어진 투명전극은 금속에 비하 여 10 내지 100배의 표면저항을 가지므로 전자가 투명전극을 통과하면서 전류의 손실이 발생하게 된다. 따라서 본 발명은 투명전극 위에 전자가 이동하기 쉽도록 전기저항이 작은 금속그리드를 형성하였다. 이와 같은 구조로 투명전극 위에 금속그리드를 형성하면 전기전도도가 높은 금속그리드가 상대적으로 전기전도도가 낮은 투명전극 하부에 위치하는 것이 아니라, 상부에 위치한 구조이므로, 보호막의 재료 및 구조의 선택에 따라 전자가 투명전극을 거친 후 금속그리드에서 이동하는 종래 기술에 비하여 전류의 손실을 줄일 수 있다. 그러나 이와 같이 투명전극 위에 금속그리드가 형성되면 금속그리드가 요오드계 전해질과 직접 접촉하여 부식될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 금속그리드를 전해질로부터 보호하기 위하여 금속그리드(220)의 상부면 및 측면에 보호막을 코팅하였다. 이로써 상기 금속그리드는 외부로부터 밀봉된 구조를 가지게 되고, 전해질과 직접 접촉되는 것이 방지된다. 즉, 본 발명은 별도의 식각 공정 없이 금속그리드를 투명전극 위에 형성할 수 있고, 금속그리드의 형성과 보호막의 형성은 스크린 프린팅법과 같은 저비용의 공정을 이용하여 수행될 수 있으므로, 태양전지의 효율을 향상시킴과 더불어 수명을 연장하고 제조비용을 감소시킬 수 있다.Figure 2 shows a substrate cross section of the dye-sensitized solar cell according to the present invention. Referring to FIG. 2, a
본 발명에 적용되는 보호막의 재료는 크게 2가지 종류로 나눌 수 있다. 첫 번째는 고분자 수지이다. 고분자 수지로는 실리콘고분자, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리이미드 또는 폴리메틸메타아크릴레이트 등이 사용될 수 있고, 실리콘고분자는 폴리실록산(polysiloxane), 폴리실란(polysilane), 폴리카르보실란(polycarbosilane) 또는 폴리실라잔(polysilazane) 등이 사용될 수 있 다. 고분자 수지를 이용하여 보호막을 형성하는 방법으로는 용매에 용해되거나 용융된 상태의 고분자 수지를 스크린 프린팅법, 잉크젯 프린팅법 또는 디스펜싱 등의 방법으로 금속그리드 위에 코팅하는 방법 등이 사용될 수 있다. 또한 고분자 수지로 광경화성 수지가 사용될 수도 있는데, 이러한 경우 전면에 광경화성 수지를 도포하고 마스크를 이용하여 금속그리드 위의 광경화성 수지만 경화시킴으로써 패터닝된 형태로 보호막을 금속그리드 위에 형성할 수 있다. 두 번째는 무기물층을 형성하는 것이다. 무기물층은 불소화산화규소(Fluorinate Silica Glass, FSG), 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiOx) 등이 사용될 수 있다. 이때, x는 실리콘의 산화정도나 질화정도를 나타내는 수치로, 예를 들어 질화실리콘은 Si3N4이거나 산화실리콘은 SiO2일 수 있다. 본 발명에서 무기물층으로 보호막을 형성하는 방법으로는 무기물 분말이 포함된 페이스트를 프린팅법이나 디스펜싱법에 의하여 금속그리드 위에 코팅하고 적절한 온도에서 소성하는 방법이 적용될 수 있다. 페이스트는 무기물 분말, 용매 또는 비이클(vehicle) 등이 프린팅 또는 디스펜싱하기에 적절한 비율로 혼합된 상태이므로, 소성과정을 통하여 용매와 비이클이 제거될 수 있다.The material of the protective film applied to this invention can be divided roughly into 2 types. The first is a polymer resin. As the polymer resin, silicone polymer, polycarbonate, polyarylate, polyether sulfone, polyimide or polymethyl methacrylate may be used, and the silicone polymer may be polysiloxane, polysilane, or polycarbosilane ( polycarbosilane or polysilazane may be used. As a method of forming the protective film using the polymer resin, a method of coating the polymer resin in a dissolved or molten state on the metal grid by a screen printing method, an inkjet printing method, or a dispensing method may be used. In addition, a photocurable resin may be used as the polymer resin. In this case, the protective film may be formed on the metal grid by applying a photocurable resin to the entire surface and curing only the photocurable resin on the metal grid using a mask. The second is to form an inorganic layer. The inorganic material layer may be silicon fluoride oxide (FSG), silicon nitride (SiNx), silicon oxide (SiOx), or the like. In this case, x is a numerical value representing the degree of oxidation or nitride of silicon, for example, silicon nitride may be Si 3 N 4 or silicon oxide may be SiO 2 . In the present invention, as a method of forming a protective film using the inorganic layer, a method of coating a paste containing an inorganic powder on a metal grid by printing or dispensing and firing at an appropriate temperature may be applied. Since the paste is in a state in which an inorganic powder, a solvent, or a vehicle is mixed at an appropriate ratio for printing or dispensing, the solvent and the vehicle may be removed through a calcination process.
본 발명에 적용되는 보호막의 두께는 1 내지 10㎛ 의 두께가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 8㎛일 수 있다. 보호막의 두께가 1㎛ 미만이면 보호막에 의한 금속그리드의 부식방지 효과가 부족하고 제1기판과 제2기판에 형성된 금속그리드 간에 단락이 발생할 수 있으며, 10㎛를 초과하면 보호막의 두께 편차가 지나치게 커질 수 있다. 상기에서 본 발명에 적용될 수 있는 보호막의 재질과 두께에 대하여 구체적으로 설명하였다. 다만, 본 발명에 적용되는 보호막의 재질과 두께는 상기에서 제시한 재질 및 두께 외에도 금속그리드를 전해질로부터 보호할 수 있고, 제1기판과 제2기판의 금속그리드 간의 단락을 방지할 수 있는 정도라면 어떠한 재질이나 두께가 적용되어도 무방하다. The thickness of the protective film applied to the present invention is preferably 1 to 10㎛, more preferably 5 to 8㎛. If the thickness of the protective film is less than 1 μm, the protective effect of the metal grid by the protective film may be insufficient, and a short circuit may occur between the metal grids formed on the first and second substrates. Can be. The material and thickness of the protective film that can be applied to the present invention have been described above in detail. However, if the material and thickness of the protective film applied to the present invention can protect the metal grid from the electrolyte in addition to the material and thickness shown above, and if the short circuit between the metal grid of the first substrate and the second substrate can be prevented. Any material or thickness may be applied.
염료감응 태양전지는 염료가 흡착되는 반도체 전극을 포함하는 제1기판과 제1기판의 반도체 전극에 대향하는 상대전극을 포함하는 제2기판이 결합되어 이루어질 수 있다. 반도체 전극과 상대전극의 하부에는 투명전극이 각각 형성되어 있는데, 투명전극의 전기저항을 감소시키기 위하여 그 위에 금속그리드가 형성될 수 있다. 이 경우 제1기판과 제2기판이 결합된 상태에서 제1기판에 형성된 금속그리드와 제2기판에 형성된 금속그리드는 보호막을 사이에 두고 상호 접촉되어 있을 수 있다. 상호 접촉이란 용어는 제1기판에 형성된 금속그리드와 제2기판에 형성된 금속그리드가 직접 접촉하고 있음을 의미하는 것이 아니라, 그 사이에 보호층이 게재되어 있어 전기적으로 분리된 상태에서 기판의 평면상의 동일한 위치에 형성되어 있음을 의미한다.The dye-sensitized solar cell may be formed by combining a first substrate including a semiconductor electrode to which dye is adsorbed, and a second substrate including a counter electrode facing the semiconductor electrode of the first substrate. A transparent electrode is formed under the semiconductor electrode and the counter electrode, respectively, and a metal grid may be formed thereon to reduce the electrical resistance of the transparent electrode. In this case, the metal grid formed on the first substrate and the metal grid formed on the second substrate in contact with the first substrate and the second substrate may be in contact with each other. The term mutual contact does not mean that the metal grid formed on the first substrate and the metal grid formed on the second substrate are in direct contact with each other, but a protective layer is interposed therebetween so that the planar surface of the substrate is electrically separated. It means that it is formed in the same position.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 염료감응 태양전지의 제1기판(300) 위에 제1투명전극(310)이 형성되어 있고, 그 위의 일부 영역에 반도체 전극(320)이 형성되어 있으며, 다른 일부 영역에 제1금속그리드(330)가 형성되어 있다. 제2기판(380) 위에는 제2투명전극(370)이 형성되어 있고, 그 위의 일부 영역에 상대전극(370)이 형성되어 있으며, 다른 영역에 제2금속그리드(340)가 형성되어 있다. 제1금속그리드(330)와 제 2금속그리드(340)에는 제1보호막(350)과 제2보호막(360)이 각각 형성되어 있으며, 제1금속그리드(330)와 제2금속그리드(340)는 보호막(350, 360)을 사이에 두고 상호접촉되어 있다. 반도체 전극(320)은 나노 다공질막의 형태로 이루어진 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2) 등과 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물로 이루어질 수 있다. 도 3과 같은 단면구조를 가지는 염료감응형 태양전지에서 보호막(350, 360)은 제1금속그리드(330)와 제2금속그리드(340)를 전기적으로 절연시키는 역할과, 금속그리드(330, 340)들이 전해질(미도시)에 직접 접촉되어 부식되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 또한 보호막은 금속그리드의 물리적 변형을 최소화시키는 희생막 또는 지지막으로도 기능할 수 있다. Figure 3 shows a cross section of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a first
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 제1기판(400)의 제1투명전극(410) 위에 반도체 전극(420)과 제1금속그리드(430)가 형성되어 있고, 제2기판(480)의 제2투명전극(470) 위에 상대전극(490)과 제2금속그리드(440)가 형성되어 있다. 제1금속그리드(430)와 제2금속그리드(440)에는 보호막(450, 460)이 각각 형성되어 있으며, 제1금속그리드(430)와 제2금속그리드(440)는 상호 이격되어 형성되어 있다. 상호 이격되어 형성되었다는 의미는 제1금속그리드(430)와 제2금속그리드(440)가 기판의 평면상의 어긋난 위치에 형성되어 서로 접촉하지 않음을 말한다. 보호막(450, 460)들은 전해질(미도시)에 의하여 제1금속그리드(430)와 제2금속그리드(440)가 부식되는 것을 방지한다. 도 4에 도시된 구조의 태양전지는 제1금속그리드와 제2금속그리드가 복 수개의 선패턴과 상기 선패턴을 전기적으로 연결하는 연결패턴으로 이루어질 수 있다. 아래의 도 5를 이용하여 이에 대하여 보다 자세히 설명한다.4 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a
도 5는 복수개의 선패턴과 연결패턴으로 이루어진 금속그리드를 포함하는 염료감응 태양전지를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 제1금속그리드(점선)는 복수개의 선패턴(430b)과 이들을 연결하는 연결패턴(430a)으로 이루어져 있고, 제2금속그리드(실선)도 복수개의 선패턴(440b)과 이들을 연결하는 연결패턴(440a)으로 이루어져 있다. 일반적인 염료감응 태양전지에서는 각각의 금속그리드가 전자를 외부의 회로로 전달시키는 역할을 하지만, 도 5와 같이 연결패턴이 형성된 금속그리드의 경우에는 복수개의 선패턴에 공통적으로 연결된 연결패턴에 의하여 전자가 외부회로로 전달되게 된다. 이로써 고밀도의 전류/전압을 하나의 통로를 통하여 외부에 전달할 수 있으므로 전류 손실 등을 감소시킬 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 경우 금속그리드의 너비 조건 등을 적절히 조절할 수 있으며, 이러한 너비 조건 등은 상술한 바와 같이 보호막에 의하여 일정하게 유지될 수 있다. 따라서 보다 많은 전류가 이동하는 금속그리드의 단면을 보다 넓게 구성함으로써 활성 영역(active region) 이외의 영역에 위치한 금속그리드의 저항성을 감소시킬 수 있다. FIG. 5 illustrates a dye-sensitized solar cell including a metal grid including a plurality of line patterns and a connection pattern. Referring to FIG. 5, the first metal grid (dotted line) includes a plurality of
이어서, 본 발명의 염료감응 태양전지를 제조하는 방법을 설명한다. Next, the method of manufacturing the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 기판(600) 위에 투명전극(610)을 형성한다. 투명전극은 인듐 틴 옥사이드나 플루오린 틴 옥사이드를 스퍼 터링 증착법과 같은 방법으로 코팅하여 형성할 수 있고, 이 외에도 당업계에 알려진 어떠한 방법도 사용하는 것이 가능하다. 이어서, 투명전극(610) 위에 소정의 형상으로 패터닝된 금속그리드(620)를 형성한다. 금속그리드(620)는 상술한 바와 같이 전자의 이동경로를 제공하는 역할을 수행하므로 투명전극(610)에 비하여 높은 전기전도도를 가지는 금속물질, 예를 들면 은을 그 구성성분으로 포함할 수 있고, 스크린 프린팅법과 같은 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이어서, 금속그리드(620)의 상부면과 측면에 보호막(630)을 형성한다. 상술한 바와 같이 보호막(630)은 전해질로부터 금속그리드(620)를 보호하는 역할을 하며, 스크린 프린팅법 또는 잉크젯 프린팅법과 같은 프린팅 방식이나, 디스펜싱(dispensing)법을 이용하여 형성될 수 있다. 보호막은 자외선 조사에 의한 광경화반응에 의하여 형성될 수도 있는데, 이 경우 금속그리드를 포함하는 기판의 전면에 광경화성 수지를 도포하고, 포토마스크를 이용하여 금속그리드 부분의 광경화성 수지를 광경화시킴으로써 보호막을 형성할 수 있다. 프린팅 방식에 의하여 보호막을 형성하는 경우에 보호막의 재질이 고분자 수지인 경우에는 용매에 용해되어 액상인 고분자 수지를 도포하고 경화시키는 방법이 사용되거나, 무기물 입자를 페이스트 형태로 제조하고 프린팅 한 후 소성하는 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법으로 전해질로부터 금속그리드를 보호할 수 있고, 전기적으로 금속그리드를 절연시키는 역할을 하는 보호막을 형성할 수 있다. 형성되는 보호막의 두께는 1 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 8㎛일 수 있고, 그 이유는 상술한 바와 같다.6 is a view for explaining a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 6A to 6C, the
도 1은 종래 기술에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 도시한 것이다. 1 illustrates the structure of a dye-sensitized solar cell according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 기판 단면을 도시한 것이다.Figure 2 shows a substrate cross section of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면을 도시한 것이다. Figure 3 shows a cross section of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 단면을 도시한 것이다. 4 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 5는 복수개의 선패턴과 연결패턴으로 이루어진 금속그리드를 포함하는 염료감응 태양전지를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 illustrates a dye-sensitized solar cell including a metal grid including a plurality of line patterns and a connection pattern.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
200.......기판 210...... 투명전극200 .......
220.......금속그리드 230.......보호막220 .......
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