KR20100101761A - 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료용액의 조절 장치 - Google Patents
염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료용액의 조절 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료 용액의 조절 장치에 관한 것으로, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치에 있어서, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도를 측정하는 흡광장치; 및, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH를 측정하는 pH측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 상기 모니터링 장치에 추가하여 고농도의 염료 추가장치 및, pH조절을 위하여 산 또는 염기 추가장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 조절 장치에 관한 것이다.
이를 통하여 염료감응 태양전지 제조에 있어서, 염료 흡착공정을 실시간으로 최적화하여 고품질의 태양전지를 높은 생산성으로 제작할 수 있고, 고가의 염료를 최대한 활용하고 그 폐기량을 최소화함으로써 원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
염료감응, 태양전지, 염료, 농도
Description
본 발명은 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료 용액의 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염료감응 태양전지 제조에 있어서, 염료 흡착공정을 실시간으로 최적화하여 고품질의 태양전지를 높은 생산성으로 제작할 수 있고, 고가의 염료를 최적의 상태로 최대한 활용하고, 그 폐기량을 최소화함으로써 원가를 절감하고, 고효율의 전지를 제작하는 효과를 얻을 수 있는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료 용액의 조절 장치 및 이러한 장치에 적용되는 방법에 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 염료감응태양전 지는 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 기판(일반적으로 유리)과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 투명 도전성 산화물(TCO)로 이루어진 도전성 투명전극을 기본으로 하여, 제1전극(작용극)에 해당하는 일 측의 도전성 투명전극위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되어지고, 제2전극(촉매극)에 해당하는 타 측 도전성 투명전극 위에는 촉매박막전극(주로 Pt)이 형성되어지며, 상기 전이금속 산화물, 예를 들면 TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되어지는 구조를 가진다. 즉, 염료감응 태양전지는 빛을 받아 전자를 발생시키는 염료가 부착된 광전극(TiO2) 재료가 코팅된 작용극 기판과 전자를 공급하는 촉매극 기판 사이에 산화된 염료에 전자를 공급하여 주는 전해질을 기본으로 구성되어진다.
그런데 이와 같은 구조를 가지는 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전이금속 산화물 다공질 층에 우수한 특성을 가지는 흡광 염료를 얼마나 많이 흡착시키는가가 태양전지의 효율 및 원가에 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 흡착량이 많을수록, 흡광된 염료의 특성이 우수할수록 태양전지의 광전효율이 증대되고, 고가의 염료를 효율적(효율이 좋은 형태로 흡착하여)으로 사용하는 것이 되어 흡착되지 않고 버려지는 염료의 폐기율을 낮추어 원가를 절감하게 된다.
그러나 종래에는 흡착율을 높이기 위하여, 새로 합성되어 준비된 염료를 흡 착율이 가장 좋은 농도로 조정하여 염료 용액을 준비하고 여기에 태양전지 셀을 침지하는 방식으로 흡착공정을 진행하므로, 다수의 셀에 대하여 흡착공정이 진행될수록 농도가 변화하여 흡착율이 떨어지고, 남은 염료 용액을 폐기하여야 하므로 폐기율이 높아 염료의 낭비가 심하였다. 따라서 이를 개선하기 위하여 염료용액의 농도를 관리하였으나, 최초 신액을 사용하는 경우에 비하여 흡착을 진행하는 과정에서 염료의 변형 등으로 인하여 점점 낮은 광 흡수율을 보여 농도관리만으로 우수한 태양전지 제작을 최적화할 수 없으며, 수동 농도관리의 경우에는 연속공정으로 염료흡착공정을 진행할 수 없어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 염료용액 관리 장치 및 관리방법의개발이 절실한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 염료감응 태양전지 제조에 있어서, 염료 흡착공정을 실시간으로 최적화하여 고품질의 태양전지를 높은 생산성으로 제작할 수 있고, 고가의 염료를 최대한 최적의 상태로 활용하고, 그 폐기량을 최소화함으로써 원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료 용액의 조절 장치 및 이러한 장치에 적용되는 염료관리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치에 있어서,
염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도를 측정하는 흡광장치; 및,
염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH를 측정하는 pH측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치를 제공한다.
또한 본 발명은
염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조;
상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치;
상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염 료 공급 장치;
상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치; 및,
상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 조절 장치를 제공한다.
또한 본 발명은
염료 흡착용 담지체의 입출을 위한 이송구를 가지고 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조;
상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치;
상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염료 공급 장치;
상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치;
상기 저장조 내 염료용액의 온도를 측정하고 제어하는 온도조절부;
상기 저장조 내 염료용액의 압력을 측정하고 제어하는 압력조절부; 및,
상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치,
또는
염료감응 태양전지 모듈로 염료용액을 순환시키는 이송 라인을 가지고 염료 감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조;
상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치;
상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염료 공급 장치;
상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치;
상기 이송라인 내 염료용액의 온도 또는 상기 염료감응 태양전지 모듈의 온도를 측정하고 제어하는 온도조절부;
상기 이송라인 내 염료용액의 압력 또는 상기 염료감응 태양전지 모듈 내의 압력을 측정하고 제어하는 압력조절부; 및,
상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치를 제공한다.
이외에 본 발명은
염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법에 있어서,
염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도 측정과 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH 측정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법 및 이와 같은 모니터링 방법을 적용한 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 조절방법을 제공한다.
본 발명의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치 및 염료 용액의 조절 장치 및 이러한 장치에 적용되는 염료관리 방법에 따르면. 염료감응 태양전지 제조에 있어서, 염료 흡착공정을 실시간으로 최적화하여 고품질의 태양전지를 높은 생산성으로 연속공정으로 제작할 수 있고, 고가의 염료를 최적의 효율을 낼 수 있는 상태로 최대한 활용함으로써, 그 폐기량을 최소화하여 원가를 절감하며, 환경오염을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치에 있어서, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도를 측정하는 흡광장치; 및, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH를 측정하는 pH측정 장치를 포함하는 구성을 가진다.
이에 대한 상세한 설명은 도면을 참고하여 설명한다.
즉, 본 발명은 염료감응 태양전지의 제조를 위하여 TiO2와 같은 전이금속 산화물 다공층에 염료를 보다 효과적으로 흡착하기 위하여 염료용액의 상태를 모니터링 하는 것으로, 이를 위하여 종래의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치에, 염료용액 내의 염료 농도를 모니터링 하기 위한 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도를 측정하는 흡광장치를 구비한다. 즉, 본 발명의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 특징이 빛을 흡수하는 흡광기능을 가지는 것이라는 점에 착안하여, 상기 흡광장치는 광원을 통하여 발생한 빛을 염료에 조사하여, 조사된 빛 중에서 염료에 흡광된 빛을 제외한 나머지 빛을 측정하여, 염료용액의 흡광도를 측정함으로써 흡광기능을 가지는 염료의 농도를 측정하도록 한다.
바람직하게는 상기 흡광장치의 광원은 염료가 흡수하는 빛의 파장대역인 것이 농도를 측정하기에 용이하므로 좋고, 이는 측정대상인 염료의 최대 흡수율을 가지는 파장대역일 수도 있으며, 경우에 따라서는 농도에 따라 흡광도의 변화가 민감한 다른 파장대역으로 이를 조정할 수 있으며, 구체적으로, 상기 흡광장치에 적용되는 광원은 175 ㎚ 내지 3300 ㎚의 파장을 가지거나 UV(자외선)광원을 적용할 수 있으며, 이를 통하여 농도 변화를 민감하게 감지할 수 있다.
또한 염료감응 태양전지용 염료의 흡착과정의 흡착은 흡착과정을 진행함에 따라 염료용액의 상태가 변화하게 되고, 이러한 염료용액 상태의 변화는 염료에 변형을 일으키게 하거나, 염료의 농도가 높더라도 더 이상의 흡착이 이루어질 수 없게 한다. 따라서 단지 농도 모니터링만으로 흡착의 최적 조건을 유지할 수 없고, 이러한 염료용액의 상태를 함께 관리하여야 하며, 이는 일반적으로 염료 용액의 산도 또는 염기도에 영향을 받으므로 이러한 염료용액의 상태를 관리하기 위하여, 본 발명의 모니터링 장치는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH를 측정하는 pH측정 장치를 포함한다. 상기 pH측정 장치는 통상의 다양한 형태가 이에 적용될 수 있으며, 이는 또한 바람직하게는 상기 염료용액이 흡착과정에서 산도 또는 염기도가 변화되는 염료(이에 대한 구체적인 예로는 유기염료 또는 유기금속염료 등을 들 수 있고, 흡착의 진행에 따라 pH의 변화가 발생하는 경우에 염료의 흡착율이나 흡착되 는 염료의 변화가 발생할 수 있으므로 흡착 진행 중에 pH모니터링이 필요하게 된다. 특히, 유기염료의 경우는 염료용액의 pH 에 따라 염료의 반응기, 예를 들면 -COOH의 반응성에 차이가 발생하여 pH 변화에 따라 흡착율에 영향을 받게 될 수 있고, 유기금속염료의 경우도 이와 같은 영향을 받아 흡착율에 영향을 줄 수 있거나 염료의 구조가 변화하여 전지의 효율을 떨어뜨리는 영향을 줄 수 있다.), 더욱 바람직하게는 흡착과정의 계속적인 진행에 따라 염료 용액의 pH가 변화하여 염료의 구조를 변화하는 루테늄계 염료, 더더욱 바람직하게는 최초 염료의 TBA가 분리되거나 더 부착되어 최초 염료가 효율이 낮은 염료로 변경되는 것과 같이 염료용액의 산도에 따라 열화가 발생하는 TBA를 가지는 루테늄(Ru)계 염료에 대하여 적용되는 것이 염료 용액의 pH에 의하여 직접적으로 영향을 받게 되는 것이므로 좋다.
이와 같은 흡광도 및 pH의 측정을 위하여, 상기 흡광장치 및 pH측정 장치는 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같은 위치에 이를 설치하거나, 이로부터 염료 용액의 샘플을 채취하여 흡광도 및 pH를 측정할 수 있다. 즉, 상기 흡광장치는 상기 염료용액을 저장하는 저장조 또는 이송하는 이송라인(인입 또는 배출 라인)으로부터 직접 흡광도를 측정하거나 상기 저장조 또는 이송라인으로부터 샘플을 추출하여 흡광도를 측정하고, 상기 pH측정 장치는 상기 염료용액을 저장하는 저장조 또는 이송하는 이송라인으로부터 직접 pH를 측정하거나 상기 저장조 또는 이송라인으로부터 샘플을 추출하여 pH를 측정할 수 있으며, 이를 통하여 실시간으로 염료 용액의 상태를 모니터링하고, 연속공정을 수행할 수 있다.
또한 이에 부가하여 상기 모니터링 장치에는 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 탁도 또는 전도도를 측정하는 부가 측정 장치를 더 포함하도록 할 수 있다. 즉, 이를 통하여 염료 용액의 이상 유무를 확인할 수 있으며, 탁도를 측정하여 염료 용액 내의 이물 오염 정도를 파악하여 이물이 흡착을 방해하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 이러한 모니터링 장치를 기반으로 하는 염료용액의 조절장치를 제공하는 바, 이는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조; 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 상기 기술한 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치; 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염료 공급 장치; 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치; 및, 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
이에 대한 구체적인 예는 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같다. 즉, 상기 모니터링 장치에 의하여 모니터링된 염료 용액의 상태에 따라 이를 흡착이 최적으로 이루어질 수 있는 상태로 바꿔주어야 한다. 따라서 이를 위하여 염료 농도가 흡착의 최적조건에 비하여 낮은 경우에는 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하기 위하여 염료 공급 장치를 가동하고, 염료의 흡착에 따라 용액의 산도가 높아진 경우에는 염기를 공급하여 pH를 조절하고, 염기도가 높아진 경우에는 산을 공급하여 pH를 조절하기 위하여 pH조절장치를 가동한다. 이러한 농도 및 pH조절은 상기 제어부를 통하여 피드백 제어되므로 저장조 내의 염료용액은 항상 최적의 흡착조건으로 실시간 제어되어진다.
예를 들어 루테늄계 염료를 포함하는 염료 용액의 경우에 자외선을 조사하여 자외선 흡수율이 일정정도 이하로 나타나는 경우에는 염료의 농도가 낮아진 것을 의미하므로 충분한 흡착이 이루어질 수 있도록 염료 농도를 높이기 위하여 고농도의 염료용액을 추가하여 적절한 농도수준으로 조정하도록 한다.
또한, 루테늄계 염료의 경우에는 염료의 흡착과정진행에 따라서 pH가 점차 변화하게 되는데, 이는 크게 2가지로 제작되는 태양전지의 특성에 영향을 미치게 된다. 먼저, 루테늄계 염료의 대표적 예인 N719는 원래 분자구조에서 TBA 양이온이 선택적으로 2개만 붙어있는 구조인데, 흡착횟수의 증가 또는 기타 다른 요인에 따라 염료용액의 pH가 변화하게 되면, N719에 붙어있는 TBA 양이온이 해리되어 TBA가 하나도 붙어있지 않은 N3염료로 형태가 변화(pH가 감소한 경우) 또는 N719에 TBA 양이온이 더 붙게 되어 다른 형태의 염료로 형태가 변화(pH가 증가한 경우)하는 등의 변화가 발생하게 되고, 이는 최초 공급된 N719가 이보다 효율이 떨어지는 다른 형태의 염료로 변화되어 흡착되는 것을 의미하므로 염료감응 태양전지의 성능 저하를 야기 시키고, 다음으로 이와 같이 해리된 TBA 양이온 농도의 증가는 TiO2에 영향을 끼쳐 전류 값이나 전압 값에 영향을 주게 되어 염료감응 태양전지의 성능 저하를 야기 시킨다. 따라서 이와 같은 N719 원래의 분자구조를 변화시키는 TBA 양이온의 해리를 막기 위하여 산 또는 염기를 추가하여 염료용액의 pH를 적절한 수준으로 조정하도록 한다.
즉 본 발명에서는 이와 같은 농도 및 pH 관리를 동시에, 그것도 실시간으로 수행하여, 최적의 흡착 조건을 연속 흡착과정에서 상시 유지하여 우수한 특성을 가지는 염료의 흡착율을 높이고, 우수한 특성을 가지는 염료의 활용도를 높일 수 있다.
또한 상기 염료 공급 장치의 오동작 등으로 저장조 내의 염료용액의 농도가 너무 높아질 수도 있고, 염료용액의 양이 부족한 경우가 발생할 수도 있으므로, 이를 대비하여, 상기 저장조에 상기 염료용액의 용매를 공급하는 용매 공급 장치를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치, pH조절장치 및 용매 공급 장치를 제어하도록 할 수 있다. 즉, 염료 용액의 농도가 높은 경우에는 용매를 더 공급하여 염료용액의 농도를 최적 농도로 제어할 수 있고, 염료용액이 부족한 경우에는 염료 공급 장치로부터 고 농도의 염료용액을 공급하도록 하고, 여기에 용매를 공급하여 최적농도의 신액을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치를 제공하는 바, 이는 태양전지 셀의 조립이전에 흡착을 진행하는 도 1의 경우와 단위 셀의 조립이 이루어진 후에 이를 진행하는 도 2의 경우를 들 수 있다.
즉, 도 1과 같은 방식으로 흡착을 진행하는 경우에는, 염료 흡착용 담지체의 입출을 위한 이송구를 가지고 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조; 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 상기 기술한 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치; 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염료 공급 장치; 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급 하는 pH조절장치; 상기 저장조 내 염료용액의 온도를 측정하고 제어하는 온도조절부; 상기 저장조 내 염료용액의 압력을 측정하고 제어하는 압력조절부; 및, 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하여 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치를 구성할 수 있다
또한, 도 2와 같은 방식으로 흡착을 진행하는 경우에는, 염료감응 태양전지 모듈로 염료용액을 순환시키는 이송 라인을 가지고 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조; 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 상기 기술한 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치; 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염료 공급 장치; 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치; 상기 이송라인 내 염료용액의 온도 또는 상기 염료감응 태양전지 모듈의 온도를 측정하고 제어하는 온도조절부; 상기 이송라인 내 염료용액의 압력 또는 상기 염료감응 태양전지 모듈 내의 압력을 측정하고 제어하는 압력조절부; 및, 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하여 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치를 구성할 수 있다.
즉, 흡착 조건을 최적화하기 위해서는 염료 용액 조건의 최적화뿐만 아니라, 흡착공정 조건의 최적화도 필요하므로, 이를 위하여 흡착공정의 온도 및 압력을 제어하는 조절부가 더 부가된다. 상기 온도조절부의 온도 제어는 통상의 루테늄계 염료의 경우에는 50 ℃ 내외의 온도 조건이 설정되어 제어되며, 압력은 고압 조건 을 적용하는 것이 흡착에 유리하다. 또한 이에 추가하여 추가된 물질의 고른 혼합을 위하여 저장조 등의 내부에 교반장치를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
도면에 도시한 바와 같이, 모니터링 장치는 염료 상태의 모니터링을 위하여 다양한 부분으로부터 염료용액을 얻을 수 있으며, 이는 선택적으로 또는 이 모든 곳에 대하여 동시에 이를 행할 수도 있으며, 표시된 부분에서 직접 또는 샘플링에 의하여 행해질 수 있다.
즉, 온도조절부(온도 측정 및 제어부)는, 도 1의 경우에는 저장조에 별도의 온도 측정 장치 및 가열 또는 냉각장치를 구비하고 이를 통하여 온도를 측정하여 흡착에 유리한 온도를 목표치로 하여 저장조 내의 염료 용액 온도를 제어할 수 있고, 도 2의 경우에는 온도 제어 대상을 저장조 내의 염료용액으로 하는 경우에는 상기 기술한 바와 같이 제어할 수 있고, 온도 제어의 대상을 이송라인의 염료용액으로 하는 경우에는 온도 측정 장치 및 가열 또는 냉각장치를 이송라인에 구비하거나, 가열 또는 냉각 장치를 저장조에 이를 구비하도록 하여 이를 제어할 수도 있으며, 실질적으로 흡착이 이루어지는 셀에서 온도를 제어하고자 하는 경우에는 온도 측정 장치를 저장조 또는 이송라인 또는 셀에 부착할 수 있고, 가열 또는 냉각장치를 저장조 또는 이송라인 또는 셀에 부착하는 구성을 할 수도 있다.
또한 압력조절부(압력 측정 및 제어부)는 도 1의 경우에는 저장조에 별도의 압력 측정 장치 및 감압 또는 가압장치(펌프 및 밸브 등)를 구비하고 이를 통하여 압력을 측정하여 흡착에 유리한 압력을 목표치로 하여 저장조 내의 염료 용액 압력을 제어할 수 있고 이 경우에는 상기 저장조는 압력용기이어야 한다. 또한, 도 2 의 경우에는 압력 제어 대상을 저장조 내의 염료용액으로 하는 경우에는 상기 기술한 바와 같이 제어할 수 있고, 압력 제어의 대상을 이송라인의 염료용액으로 하는 경우에는 압력 측정 장치 및 감가압 장치를 이송라인 기준으로 구비하거나, 감가압 장치를 저장조에 이를 구비하도록 하여 이를 제어할 수도 있으며, 실질적으로 흡착이 이루어지는 셀에서 압력을 제어하고자 하는 경우에는 압력 측정 장치를 저장조 또는 이송라인 또는 셀에 부착할 수 있고, 감가압 장치를 저장조 또는 이송라인 또는 셀 기준으로 제어되도록 펌프 및 밸브를 부착하는 구성을 할 수도 있다.
이 경우에 있어서도, 상기 조절장치에서 기술한 바와 같이, 용매를 추가적으로 더 제어하도록 할 수 있으며, 이를 위하여 상기 염료흡착 장치는 상기 저장조에 상기 염료용액의 용매를 공급하는 용매 공급 장치를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치, pH조절장치 및 용매 공급 장치를 제어하도록 이를 구성할 수 있다. 여기서도 이에 추가하여 추가된 물질의 고른 혼합을 위하여 저장조 등의 내부에 교반장치를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
이외에 본 발명은 상기 기술한 바와 같은 모니터링 장치, 조절장치 및 흡착 장치에 적용되는 모니터링 방법 및 조절 방법을 제공하는 바, 모니터링 방법으로는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법에 있어서, 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도 측정과 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH 측정을 동시에 수행하는 것으로 이를 통하여 종래의 단순 농도 모니터링에서보다 높은 흡착 효과를 얻을 수 있다.
여기서도 상기 염료용액의 염료는 바람직하게는 상기 염료용액이 흡착과정에서 산도 또는 염기도가 변화되는 염료(이에 대한 구체적인 예로는 다양한 유기염료 및 유기금속염료를 들 수 있다.)이고, 보다 구체적으로는 루테늄계 염료 예를 들면, N719 등과 같이 TBA를 가지는 루테늄계 염료를 들 수 있다.
또한 염료감응 태양전지 흡착 염료 용액의 조절 방법으로는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조로부터 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 상기 기술한 (염료감응 태양전지 흡착 염료용액의) 모니터링 방법으로 모니터링하고, 상기 모니터링으로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하거나, 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 방식을 들 수 있다.
이들에 대해서는 상기 장치에 대한 기술에서 상세히 설명하였으므로 여기서는 상세한 설명을 생략하며, 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료 용액의 조절 방법에는 상기 기술한 바와 마찬가지로 용매를 추가하는 제어요소를 더 부가할 수 있고, 이는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조로부터 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 상기 기술한 (염료감응 태양전지 흡착 염료용액의) 모니터링 방법으로 모니터링하고, 상기 모니터링으로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하거나, 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하거나, 상기 염료용액의 용매를 공급하는 방식으로 이를 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 상세한 설명, 실시예에 의하여 한정되는 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.
도 1은 본 발명의 염료감응 태양전지의 염료 흡착 장치의 일 실시예에 대한 시스템 개략도를 도시한 도면이다. (TCO층 및 촉매층 등은 단순화를 위하여 미도시)
도 2는 본 발명의 염료감응 태양전지의 염료 흡착 장치의 다른 실시예에 대한 시스템 개략도를 도시한 도면이다. (TCO층 및 촉매층 등은 단순화를 위하여 미도시)
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10a: 상면 유리기판(촉매극) 10b: 하면 유리기판(작용극)
40: 전이금속산화물층 50: 봉지부
Claims (17)
- 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치에 있어서,염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도를 측정하는 흡광장치; 및,염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH를 측정하는 pH측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 제1항에 있어서,상기 염료용액의 염료는 상기 염료용액이 흡착과정에서 산도 또는 염기도가 변화되는 염료인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 제2항에 있어서,상기 염료는 유기염료 또는 유기금속염료인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 제3항에 있어서,상기 염료는 루테늄계 염료인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡광장치는 상기 염료용액을 저장하는 저장조 또는 이송하는 이송라인으로부터 직접 흡광도를 측정하거나 상기 저장조 또는 이송라인으로부터 샘플을 추출하여 흡광도를 측정하고,상기 pH측정 장치는 상기 염료용액을 저장하는 저장조 또는 이송하는 이송라인으로부터 직접 pH를 측정하거나 상기 저장조 또는 이송라인으로부터 샘플을 추출하여 pH를 측정하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡광장치에 적용되는 광원은 175 ㎚ 내지 3300 ㎚의 파장을 가지거나 UV광원인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 제1항에 있어서,염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 탁도 또는 전도도를 측정하는 부가 측정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치.
- 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조;상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치;상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염료 공급 장치;상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치; 및,상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 조절 장치.
- 제8항에 있어서,상기 저장조에 상기 염료용액의 용매를 공급하는 용매 공급 장치를 더 포함하고,상기 제어부는 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치, pH조절장치 및 용매 공급 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 조절 장치.
- 염료 흡착용 담지체의 입출을 위한 이송구를 가지고 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조;상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치;상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염 료 공급 장치;상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치;상기 저장조 내 염료용액의 온도를 측정하고 제어하는 온도조절부;상기 저장조 내 염료용액의 압력을 측정하고 제어하는 압력조절부; 및,상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치.
- 제10항에 있어서,상기 저장조에 상기 염료용액의 용매를 공급하는 용매 공급 장치를 더 포함하고,상기 제어부는 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치, pH조절장치 및 용매 공급 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치.
- 염료감응 태양전지 모듈로 염료용액을 순환시키는 이송 라인을 가지고 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조;상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 모니터링 하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 장치;상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하는 염 료 공급 장치;상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 pH조절장치;상기 이송라인 내 염료용액의 온도 또는 상기 염료감응 태양전지 모듈의 온도를 측정하고 제어하는 온도조절부;상기 이송라인 내 염료용액의 압력 또는 상기 염료감응 태양전지 모듈 내의 압력을 측정하고 제어하는 압력조절부; 및,상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치 및 pH조절장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치.
- 제12항에 있어서,상기 저장조에 상기 염료용액의 용매를 공급하는 용매 공급 장치를 더 포함하고,상기 제어부는 상기 모니터링 장치로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 염료 공급 장치, pH조절장치 및 용매 공급 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 염료흡착 장치.
- 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법에 있어서,염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 흡광도 측정과 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 pH 측정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡 착 염료용액의 모니터링 방법.
- 제14항에 있어서,상기 염료용액의 염료는 상기 염료용액이 흡착과정에서 산도 또는 염기도가 변화되는 염료인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법.
- 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조로부터 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 제14항 또는 제15항의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법으로 모니터링하고,상기 모니터링으로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하거나, 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 조절 방법.
- 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 담는 저장조로부터 상기 염료감응 태양전지 흡착 염료용액을 제14항 또는 제15항의 염료감응 태양전지 흡착 염료용액의 모니터링 방법으로 모니터링하고,상기 모니터링으로부터 얻어진 흡광도 및 pH값에 따라 상기 저장조에 저장조 내의 염료용액보다 고농도의 염료용액을 공급하거나, 상기 저장조에 산 또는 염기를 공급하거나, 상기 염료용액의 용매를 공급하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태 양전지 흡착 염료용액의 조절 방법.
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