KR20100106837A - Method for sealing dye sensitized solar cell and method for preparing comprising the sealing method - Google Patents

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곽지혜
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Abstract

PURPOSE: A dye sensitive solar battery manufacturing method including a sealing method and a sealing step of dye sensitive solar battery is provided to manufacture the dye sensitive solar battery by sealing the joining and heat processing by forming a adhesive polymer layer between glass rim layers. CONSTITUTION: A transparent conductive oxide layer is formed on the top of the transparent substrate. A glass frit rim layer(3) is formed on the top of the transparent conductive oxide layer. A cathode electrode(10) is manufactured by forming the nano oxide layer on the inside of the glass frit rim layer. An anode electrode(20) is manufactured by forming the metal layer on the inside of a glass frit rim layer(23).

Description

염료감응 태양전지의 밀봉방법 및 밀봉단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법{METHOD FOR SEALING DYE SENSITIZED SOLAR CELL AND METHOD FOR PREPARING COMPRISING THE SEALING METHOD}METHOD FOR SEALING DYE SENSITIZED SOLAR CELL AND METHOD FOR PREPARING COMPRISING THE SEALING METHOD}

본 발명은 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지, 염료감응 태양전지의 제조방법 및 염료감응 태양전지의 밀봉방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell and a method of sealing a dye-sensitized solar cell sealed to improve long-term stability.

최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다. Recently, the importance of developing the next generation of clean energy is increasing due to serious environmental pollution and depletion of fossil energy. Among them, the solar cell is a device that directly converts solar energy into electrical energy, and is expected to be an energy source capable of solving future energy problems due to its low pollution, infinite resources, and a semi-permanent lifetime.

이와 같은 태양전지를 물질별로 크게 구분하면 무기물 태양전지(inorganic solar cell), 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell) 및 유기물 태양전지(organic solar cell)가 있다.The solar cells are classified into materials according to the material, and there are inorganic solar cells, dye-sensitized solar cells, and organic solar cells.

무기물 태양전지로서 단결정 실리콘이 주로 사용되고 있고, 이러한 단결정 실리콘계 태양전지는 박막형 태양전지로 제조될 수 있는 장점을 가지나, 많은 비용이 소요되고, 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다. Single crystal silicon is mainly used as an inorganic solar cell, and such single crystal silicon-based solar cell has an advantage of being manufactured as a thin-film solar cell, but has a problem of high cost and low stability.

염료감응 태양전지는 기존의 p-n 접합에 의한 실리콘 태양전지와는 달리, 가시광선의 빛을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응 태양전지는 기존 실리콘을 기반으로 하는 태양 전지와 비교했을 때 빛과 열에 대한 장시간 노출에도 견딜 수 있으며, 저렴하고 용이하게 에너지를 생산할 수 있다.Dye-sensitized solar cells, unlike conventional silicon solar cells by pn junctions, are capable of absorbing visible light to produce electron-hole pairs and photosensitive dye molecules that deliver the generated electrons. It is a photoelectrochemical solar cell using a transition metal oxide as a main constituent material. Dye-sensitized solar cells can withstand long-term exposure to light and heat, compared to conventional silicon-based solar cells, and can produce energy inexpensively and easily.

지금까지 알려진 염료감응 태양전지 중 대표적인 예로서 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 있다(미국등록특허 제4,927,721호 및 제5,350,644호). 그라첼 등에 의해 제안된 염료감응 태양전지는 염료 분자가 입혀진 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 반도체 전극과, 백금 또는 탄소가 코팅된 대향 전극과, 이들 전극 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성되어 있다. 이 광전기화학적 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하여 주목받아 왔다. 이러한 그라첼이 개발한 염료감응 태양전지 기술은 값비싼 실 리콘 태양 전지의 저렴한 대안으로 유망하다는 사실을 보여 주었다. As a representative example of dye-sensitized solar cells known so far, there are those published by Gratzel et al. (US Pat. Nos. 4,927,721 and 5,350,644). The dye-sensitized solar cell proposed by Gratzel et al. Consists of a semiconductor electrode composed of nanoparticle titanium dioxide (TiO 2 ) coated with dye molecules, a counter electrode coated with platinum or carbon, and an electrolyte solution filled between these electrodes. . This photoelectrochemical solar cell has attracted attention due to the low manufacturing cost per power compared to the conventional silicon solar cell. The dye-sensitized solar cell technology developed by Gratzel has proved to be promising as an inexpensive alternative to expensive silicon solar cells.

현재 이산화티탄을 근간으로 하는 염료감응 태양전지는 전반적인 일광 전환 효율이 11% 미만으로 실리콘 태양 전지 기술보다 약 2배 가량 낮다. 염료감응 태양전지의 주요 방해 요인은 휘발성 유기 용매(VOC; volatile organic solvent)로 구성된 전해질 용액으로, 전해질 용액은 주의 깊게 밀봉될 필요가 있다. 용매가 플라스틱에 스며들기 때문에 휘발성 유기 용매로 구성된 전해질 용액은 대규모 실외 적용과 유연성 있는 구조로의 통합을 불가능하게 하는 요인으로 작용해 왔다. Currently, dye-sensitized solar cells based on titanium dioxide have an overall sunlight conversion efficiency of less than 11%, which is about twice that of silicon solar cell technology. A major obstacle to dye-sensitized solar cells is an electrolyte solution consisting of volatile organic solvents (VOCs), which need to be carefully sealed. As solvents penetrate plastics, electrolyte solutions consisting of volatile organic solvents have been a factor that makes large scale outdoor applications and integration into flexible structures impossible.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근 염료감응 태양전지에서 전해질 용액을 밀봉하기 위한 방법이 활발히 연구되고 있다. 염료감응 태양전지에서 전해질 용액을 밀봉하기 위한 가장 일반적인 방법은 고분자 접착제를 이용하는 것이고, 이외에 염료감응 태양전지에서 전해질 용액을 밀봉하기 위한 방법으로 전해질 용액을 썰린(SURLYN ; Du Pont사의 상품명)과 같은 고분자로 이루어지는 고분자층 또는 고분자 필름으로 밀봉시키는 방법이 대한민국특허 제0648273호, 대한민국특허 제0578799호 등을 통하여 알려진 바 있다. In order to solve this problem, a method for sealing an electrolyte solution in a dye-sensitized solar cell has been actively studied. The most common method for sealing an electrolyte solution in a dye-sensitized solar cell is to use a polymer adhesive. In addition, a polymer such as SURLYN (trade name Du Pont) is a method for sealing an electrolyte solution in a dye-sensitized solar cell. A method of sealing with a polymer layer or a polymer film is known through the Republic of Korea Patent No. 0648273, Republic of Korea Patent No. 0578799.

또한, 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)에서는 염료감응 태양전지에서 전해질 용액을 밀봉하기 위한 방법으로 고분자 접착제를 이용하는 대신 글라스 프릿(glass frit)으로 밀봉시키는 기술을 개발하였고, 이 기술의 특징은 유리 파우더를 유리창살에 스크린 인쇄한 후 섭씨 600℃의 온도로 이들을 융합시켜 밀봉하는 것이다.In addition, the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems has developed a technique for sealing electrolyte frit with glass frit instead of using polymer adhesive as a method for sealing electrolyte solutions in dye-sensitized solar cells. The characteristic is that after screen printing the glass powder on the glass window and fusing them at a temperature of 600 ℃ Celsius to seal.

그러나, 상술한 염료감응 태양전지에서의 전해질 용액을 썰린(SURLYN ; Du Pont사의 상품명)으로 고분자층을 형성하여 밀봉시키는 방법은 전해질 용액이 조금씩 썰린에 녹아 들어가서 증발해 버리는 문제점이 있으며, 오랜 시간이 지나면 썰린의 접착강도가 약해져서 작업전극과 상대전극이 분리됨으로써 전지가 손상되는 문제점이 있다.However, the method of forming and sealing the polymer layer by cutting the electrolyte solution in the dye-sensitized solar cell described above (SURLYN; Du Pont Co., Ltd.) has a problem in that the electrolyte solution melts into the slice and evaporates little by little. After that, the adhesive strength of the slice is weakened, so that the working electrode and the counter electrode are separated, thereby causing damage to the battery.

또한, 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소에서 개발한 글라스 프릿(glass frit)으로 염료감응 태양전지를 밀봉시키는 기술은 장기 안정성이 우수하나 유기물질보다 밀봉 온도(300 ~ 500℃)가 높아서 작업전극과 상대전극을 접합한 후에 염료를 흡착시켜야 하므로 제조공정이 매우 복잡하고 제조시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.In addition, the technology for sealing dye-sensitized solar cells with glass frit developed by Fraunhofer Solar Energy System Research Institute has excellent long-term stability, but the sealing temperature (300 ~ 500 ℃) is higher than that of organic materials. Since the dye must be adsorbed after the bonding, there is a problem that the manufacturing process is very complicated and takes a lot of manufacturing time.

이와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명자들은 염료감응 태양전지를 밀봉하기 위한 방법에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 기존의 썰린(SURLYN ; Du Pont사의 상품명)을 이용하여 밀봉한 태양전지와 비교하여 대등한 광변환 효율을 가지며 동시에 장기 안정성은 향상될 수 있도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지, 염료감응 태양전지의 제조방법 및 염료감응 태양전지의 밀봉방법을 개발하기에 이르렀다.In order to solve such a problem, the present inventors have diligently studied a method for sealing a dye-sensitized solar cell, and compared with the solar cell sealed using a conventional Slinky (trade name of Du Pont). In order to improve the long-term stability and improve the light conversion efficiency, the present inventors have developed a sealed dye-sensitized solar cell, a manufacturing method of the dye-sensitized solar cell and a sealing method of the dye-sensitized solar cell.

본 발명의 목적은 종래의 밀봉방식에 의해 제조되는 염료감응 태양전지와 대등한 광변환 효율을 나타내며 동시에 장기 안정성은 향상될 수 있는 염료감응 태양전지, 염료감응 태양전지의 제조방법 및 염료감응 태양전지의 밀봉방법을 제공하기 위한 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An object of the present invention is a dye-sensitized solar cell, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell, which exhibit light conversion efficiency comparable to that of a dye-sensitized solar cell manufactured by a conventional sealing method, and at the same time, long-term stability can be improved. It is to provide a sealing method.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층의 내측에 염료가 흡착된 나노 산화물층을 형성하여 음극계 전극을 제조하는 단계(단계 1); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층의 내측에 금속층을 형성하여 양극계 전극을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 1에서 제조된 음극계 전극과 단계 2에서 제조된 양극계 전극을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 접착성 고분자층을 형성하여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉하는 단계(단계 3)를 포함하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is to form a glass frit rim layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and to form a nano oxide layer adsorbed dye inside the glass frit rim layer formed cathode Preparing an electrode (step 1); Forming a glass frit rim layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and forming a metal layer inside the formed glass frit rim layer (step 2); And opposing the cathode electrode prepared in step 1 and the anode electrode prepared in step 2, and then sealing an adhesive electrode by forming an adhesive polymer layer on the glass frit edge layer on both electrodes (step 2). It provides a method for manufacturing a sealed dye-sensitized solar cell to improve the long-term stability, including 3).

또한, 본 발명은 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 음극계 전극을 제조하는 단계(단계 a); 투명 전도성 산 화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 양극계 전극을 제조하는 단계(단계 b); 및 상기 단계 a에서 제조된 음극계 전극과 단계 b에서 제조된 양극계 전극을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 접착성 고분자층을 형성하여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉하는 단계(단계 c)를 포함하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a cathode electrode after forming a glass frit rim layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step a); Manufacturing a bipolar electrode after forming a glass frit edge layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step b); And after the anode electrode prepared in step a and the anode electrode prepared in step b are opposed to each other, forming an adhesive polymer layer on the glass frit rim layer on both electrodes and sealing them by bonding both electrodes (step It provides a method for sealing a dye-sensitized solar cell comprising c).

또한, 본 발명은 음극계 전극; 양극계 전극 및 양 전극의 테두리에 위치한 밀봉부를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지로서, 밀봉부가 상기 음극계 전극과 양극계 전극에 형성된 글라스 프릿 테두리층 및 양 전극의 글라스 프릿 테두리층 사이에 개재된 접착성 고분자층으로 이루어지며, 상기 밀봉부에 의하여 양 전극이 결합된 구조를 갖는 염료감응 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention is a negative electrode; A dye-sensitized solar cell comprising a positive electrode and a sealing portion positioned at an edge of a positive electrode, wherein the sealing portion is interposed between a glass frit edge layer formed on the negative electrode and the positive electrode and a glass frit edge layer of the positive electrode. It provides a dye-sensitized solar cell made of a polymer layer, having a structure in which both electrodes are coupled by the sealing portion.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은,The present invention,

투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층의 내측에 염료가 흡착된 나노 산화물층을 형성하여 음극계 전극을 제조하는 단계(단계 1);Preparing a cathode electrode by forming a glass frit edge layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and forming a nano oxide layer in which dye is adsorbed inside the formed glass frit edge layer (step 1);

투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층의 내측에 금속층을 형성하여 양극계 전극을 제조하는 단계(단계 2); 및Forming a glass frit rim layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and forming a metal layer inside the formed glass frit rim layer (step 2); And

상기 단계 1에서 제조된 음극계 전극과 단계 2에서 제조된 양극계 전극을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 접착성 고분자층을 형성하여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉하는 단계(단계 3)를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.After the anode electrode prepared in step 1 and the anode electrode prepared in step 2 are opposed to each other, the adhesive polymer layer is formed on the glass frit edge layer on both electrodes and sealed by bonding both electrodes (step 3 It provides a method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a).

하기에서 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 단계별로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 음극계 전극의 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view of a cathodic electrode made in accordance with one embodiment of the present invention.

단계 1에서는 투명 전도성 산화물층(2)이 형성된 투명 기판(1)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(3)을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층(3)의 내측에 염료가 흡착된 나노 산화물층(4)을 형성하여 음극계 전극(10)을 제조한다.In step 1, the glass frit edging layer 3 is formed on the transparent substrate 1 on which the transparent conductive oxide layer 2 is formed, and the dye-adsorbed nano oxide layer inside the formed glass frit edging layer 3 ( 4) to form a cathode-based electrode (10).

도 1을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 우선 투명 전도성 산화물층(2)이 형성된 투명 기판(1)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(3)을 형성한다. 글라스 프릿 테두리층(3)은 내측에 형성될 염료가 흡착된 나노 산화물층(4)의 크기와 두께를 고려하여 형성되며, 보다 구체적으로 글라스 프릿 테두리층(3)은 염료가 흡착된 나노 산화물층(4)의 크기 및 두께를 고려하여 유리 창살로 테두리의 윤곽을 형성한 후 유리 분말을 유리 창살에 스크린 인쇄하여 형성된다. 이와 같이 투명 기판(1) 상에 글라스 프릿 테두리층(3)을 형성한 후 300∼500 ℃에서 열처리하여 유리 창살과 유리 분말이 융합되도록 한다. 이외에도 글라스 프릿으로 테두리를 형성하는 다양한 방법이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 1, the glass frit edge layer 3 is first formed on the transparent substrate 1 on which the transparent conductive oxide layer 2 is formed. The glass frit rim layer 3 is formed in consideration of the size and thickness of the nano oxide layer 4 on which the dye to be adsorbed is formed, and more specifically, the glass frit rim layer 3 is a nano oxide layer on which the dye is adsorbed. In consideration of the size and thickness of (4), the edge of the frame is formed by the glass grate, and then the glass powder is formed by screen printing the glass grate. After forming the glass frit rim layer 3 on the transparent substrate 1 as described above Heat treatment at 300-500 ° C. causes glass grate and glass powder to fuse. In addition, various methods of forming an edge with glass frit may be used.

본 발명에서 사용되는 투명 기판(1)으로는 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판을 사용할 수 있으며, 상기 투명한 플라스틱 기판으로는 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As the transparent substrate 1 used in the present invention, a glass substrate or a transparent plastic substrate may be used, and the transparent plastic substrate may be polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene (PE), or polyether. Sulfon (PES), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), polyimide (PI) and the like can be used, but is not limited thereto.

상기 투명 기판(1)의 상부에는 투명 전도성 산화물층(2)이 형성되며, 투명 전도성 산화물층(2)의 소재로는 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등을 사용할 수 있으며, 특히 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO)가 바람직하다. 이러한 투명 전도성 산화물층(2)은 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(CVD), 증기증착(evaporation), 열산화(thermal oxidation), 전기화학적 증착(electrochemical anodization(deposition)) 중 어느 한 방법에 의해 형성될 수 있다.A transparent conductive oxide layer 2 is formed on the transparent substrate 1, and as the material of the transparent conductive oxide layer 2, tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), and indium zinc doped with fluorine are formed. Oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum zinc oxide (AZO), indium tin oxide-silver-indium tin oxide (ITO-Ag-ITO), indium zinc oxide-silver-indium zinc oxide (IZO-Ag -IZO), indium zinc tin oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO), aluminum zinc oxide-silver-aluminum zinc oxide (AZO-Ag-AZO), and the like, in particular fluorine-doped Tin oxide (FTO) is preferred. The transparent conductive oxide layer 2 may be formed by any one of sputtering, chemical vapor deposition (CVD), evaporation, thermal oxidation, and electrochemical anodization. Can be formed.

상술한 바와 같이, 투명 전도성 산화물층(2)이 형성된 투명 기판(1)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(3)을 형성한 후, 글라스 프릿 테두리층(3) 내측에 염료가 흡착된 나노 산화물층(4)을 형성한다.As described above, after forming the glass frit edge layer 3 on the transparent substrate 1 on which the transparent conductive oxide layer 2 is formed, the nano oxide layer on which the dye is adsorbed inside the glass frit edge layer 3 is formed. (4) is formed.

상기 염료가 흡착된 나노산화물층(4)을 형성하기 위해 글라스 프릿 테두리 층(3) 내측에 나노 산화물층을 형성한다. 상기 나노 산화물층은 전이금속산화물, 특히 이산화티탄으로 구비될 수 있으며, 이산화티탄이 포함된 조성물이 닥터 블레이드법, 스크린 프린팅법 등에 의해 도포되어 형성될 수 있다.In order to form the nano oxide layer 4 on which the dye is adsorbed, a nano oxide layer is formed inside the glass frit edge layer 3. The nano oxide layer may be provided with a transition metal oxide, in particular titanium dioxide, a composition containing titanium dioxide may be applied by a doctor blade method, a screen printing method and the like.

이후, 상기 글라스 프릿 테두리층(3) 내측에 형성된 나노 산화물층에 염료를 흡착시키기 위해서, 나노 산화물층이 형성된 투명 기판(1)을 염료 용액에 침지시켜 염료를 흡착시킨다.Thereafter, in order to adsorb the dye to the nano oxide layer formed inside the glass frit edge layer 3, the transparent substrate 1 on which the nano oxide layer is formed is immersed in a dye solution to adsorb the dye.

상기 염료 용액으로는 염료와 알콜 용액을 혼합한 것을 사용할 수 있으며, 상기 염료로는 루테늄(Ru) 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 사용할 수 있고, 이외에도 가시광내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 염료 및 전자 방출이 용이한 새로운 타입의 염료를 사용할 수 있음은 물론이다.As the dye solution, a mixture of a dye and an alcohol solution may be used, and as the dye, a material capable of absorbing visible light, including a ruthenium (Ru) complex, may be used, and in addition, the long wavelength absorption in visible light may be improved to improve efficiency. Of course, it is also possible to use dyes that improve the properties and new types of dyes that are easy to emit electrons.

이와 같이, 투명 전도성 산화물층(2)이 형성된 투명 기판(1)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(3)을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층(3)의 내측에 염료가 흡착된 나노 산화물층(4)을 형성하여 음극계 전극(10)을 제조한다.As such, the glass frit edge layer 3 is formed on the transparent substrate 1 on which the transparent conductive oxide layer 2 is formed, and the nano oxide layer having dye adsorbed inside the formed glass frit edge layer 3 ( 4) to form a cathode-based electrode (10).

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 양극계 전극의 측단면도이다. 2 is a side cross-sectional view of a bipolar electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.

단계 2에서는 투명 전도성 산화물층(22)이 형성된 투명 기판(21)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(23)을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층(23)의 내측에 금속층(25)을 형성하여 양극계 전극(20)을 제조한다.In step 2, the glass frit edge layer 23 is formed on the transparent substrate 21 on which the transparent conductive oxide layer 22 is formed, and the metal layer 25 is formed on the inner side of the formed glass frit edge layer 23 to form an anode. The system electrode 20 is manufactured.

도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 상기 단계 1에서와 동일하게 우선 투명 전도성 산화물층(22)이 형성된 투명 기판(21)의 상부에 글라스 프릿 테두리 층(23)을 형성한다. 글라스 프릿 테두리층(23)은 내측에 형성될 금속층(25)의 크기와 두께를 고려하여 형성되며, 보다 구체적으로 글라스 프릿 테두리층(23)은 내측에 형성될 금속층(25)의 크기 및 두께를 고려하여 유리 창살로 테두리의 윤곽을 형성한 후 유리 분말을 유리 창살에 스크린 인쇄하여 형성된다. 이와 같이 투명 기판(21) 상에 글라스 프릿 테두리층(23)을 형성한 후 300∼500 ℃에서 열처리하여 유리 창살과 유리 분말이 융합되도록 한다.Referring to FIG. 2, the glass frit edge layer 23 is first formed on the transparent substrate 21 on which the transparent conductive oxide layer 22 is formed. The glass frit edging layer 23 is formed in consideration of the size and thickness of the metal layer 25 to be formed inside, and more specifically, the glass frit edging layer 23 is used to determine the size and thickness of the metal layer 25 to be formed inside. After forming the contour of the rim with the glass grate in consideration, the glass powder is formed by screen printing on the glass grate. After forming the glass frit edge layer 23 on the transparent substrate 21 as described above Heat treatment at 300-500 ° C. causes glass grate and glass powder to fuse.

상기 투명 기판(21)으로는 상술한 바와 같이 유리 기판 및 투명한 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.As the transparent substrate 21, a glass substrate and a transparent plastic substrate may be used as described above.

이와 같이 투명 전도성 산화물층(22)이 형성된 투명 기판(21)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(23)을 형성한 후, 다음으로 글라스 프릿 테두리층(23) 내측에 금속층(25)을 형성한다.After forming the glass frit edge layer 23 on the transparent substrate 21 on which the transparent conductive oxide layer 22 is formed, the metal layer 25 is formed inside the glass frit edge layer 23.

상기 금속층(25)은 통전이 가능한 물질로 구성되는데, 바람직하게는 백금(Pt) 등과 같은 귀금속 물질로 구비될 수 있다. 백금(Pt)은 반사도가 좋아서, 투과된 가시광이 태양전지의 내부로 반사되어 광흡수의 효율에 유리하다. 또한, 백금(Pt) 이외에도 저항값이 낮은 다른 귀금속 물질도 사용할 수 있음은 물론이다.The metal layer 25 is made of a material that can be energized. Preferably, the metal layer 25 may be made of a precious metal material such as platinum (Pt). Platinum (Pt) has a good reflectivity, the transmitted visible light is reflected into the interior of the solar cell is advantageous for the efficiency of light absorption. In addition, in addition to platinum (Pt), other precious metal materials having a low resistance value can also be used.

상술한 바와 같이 투명 전도성 산화물층(22)이 형성된 투명 기판(21)의 상부에 글라스 프릿 테두리층(23)을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리층(23)의 내측에 금속층(25)을 형성하여 양극계 전극(20)을 제조한다.As described above, the glass frit edge layer 23 is formed on the transparent substrate 21 on which the transparent conductive oxide layer 22 is formed, and the metal layer 25 is formed inside the glass frit edge layer 23. A bipolar electrode 20 is manufactured.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 음극계 전극과 양극계 전극을 결합시켜 밀봉시키는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 측단면도이다.3 is a view schematically showing a process of bonding and sealing a cathode electrode and an anode electrode manufactured according to an embodiment of the present invention. 4 is a side cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell prepared according to one embodiment of the invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 단계 3에서는 상기 단계 1에서 제조된 음극계 전극(10)과 단계 2에서 제조된 양극계 전극(20)을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 접착성 고분자층(30)을 형성하여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉처리된 염료감응 태양전지(40)를 제조한다.3 and 4, in Step 3, the cathode electrode 10 prepared in Step 1 and the anode electrode 20 prepared in Step 2 are opposed to each other, and then the upper portion of the glass frit edge layer on both electrodes is disposed. The adhesive polymer layer 30 is formed to bond the two electrodes to manufacture the sealed dye-sensitized solar cell 40.

도 3에 나타난 바와 같이, 상기 단계 1 및 단계 2에서 투명 기판 상에 형성된 글라스 프릿 테두리층(3 및 23)은 서로 결합될 수 있도록 동일한 크기 및 형태로 형성되며, 도 4에 나타난 바와 같이 음극계 전극(10)과 양극계 전극(20)에 형성된 글라스 프릿 테두리층(2 및 23) 사이에 양 전극을 결합하기 위해서 접착성 고분자층을 형성한다.As shown in FIG. 3, the glass frit edge layers 3 and 23 formed on the transparent substrate in steps 1 and 2 are formed in the same size and shape so as to be bonded to each other, as shown in FIG. 4. An adhesive polymer layer is formed to couple both electrodes between the glass frit edge layers 2 and 23 formed on the electrode 10 and the bipolar electrode 20.

상기 접착성 고분자층은 썰린(SURLYN; Du Pont사의 상품명)과 같은 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 만들어진 아이어노머(Ionomer) 수지 또는 열경화성 에폭시 수지를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The adhesive polymer layer may be an ionomer resin or a thermosetting epoxy resin made by crosslinking metal ions to an ethylene methacrylic acid copolymer such as SURLYN (trade name of Du Pont), but is not limited thereto.

상기 투명 기판 상의 글라스 프릿 테두리층에 형성된 접착성 고분자층은 1 내지 10 ㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 접착성 고분자층이 10 ㎛ 두께를 초과하여 형성되는 경우 염료감응 태양전지의 장기 안정성이 저하될 수 있다.The adhesive polymer layer formed on the glass frit edge layer on the transparent substrate is preferably formed to a thickness of 1 to 10 ㎛. When the adhesive polymer layer is formed in excess of 10 ㎛ thickness long-term stability of the dye-sensitized solar cell may be lowered.

이와 같이, 상기 단계 1에서 제조된 음극계 전극(10)과 단계 2에서 제조된 양극계 전극(20)을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 사이에 접착성 고분자층(30)을 형성하여 접합 및 열처리하여 밀봉함으로써 염료감응 태양전 지(40)를 제조한다.As such, after the cathode electrode 10 prepared in Step 1 and the anode electrode 20 prepared in Step 2 are opposed to each other, an adhesive polymer layer 30 is formed between the glass frit edge layers on both electrodes. And dye-sensitized solar cell 40 by sealing by bonding and heat treatment.

본 발명의 염료감응 태양전지의 제조방법은 상기 단계 3에서 음극계 전극과 양극계 전극을 접합하여 밀봉시킨 후, 양극계 전극에 타공된 구멍을 통해 전해질 용액을 투입한 후, 상기 구멍을 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell of the present invention, the cathode and the anode are bonded and sealed in step 3, and then the electrolyte solution is introduced through the perforated holes in the anode. It may further comprise a step.

상기 양극계 전극에 형성된 구멍은 상기 단계 2에서 양극계 전극을 형성한 후 타공된 구멍일 수 있고, 상기 단계 3에서 음극계 전극과 양극계 전극을 밀봉한 후 타공된 구멍일 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 전해질 용액으로는 산화-환원 반응에 의해 전자를 공급할 수 있는 범위 내에서 다양한 재료를 이용할 수 있다.The hole formed in the bipolar electrode may be a perforated hole after forming the bipolar electrode in step 2, and may be a perforated hole after sealing the negative electrode and the bipolar electrode in step 3. As the electrolyte solution that can be used in the present invention, various materials can be used within the range in which electrons can be supplied by the oxidation-reduction reaction.

또한, 본 발명은 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 음극계 전극을 제조하는 단계(단계 a); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 양극계 전극을 제조하는 단계(단계 b); 및 상기 단계 a에서 제조된 음극계 전극과 단계 b에서 제조된 양극계 전극을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 접착성 고분자층을 형성하여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉하는 단계(단계 c)를 포함하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a cathode electrode after forming a glass frit rim layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step a); Manufacturing a bipolar electrode after forming a glass frit edge layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step b); And after the anode electrode prepared in step a and the anode electrode prepared in step b are opposed to each other, forming an adhesive polymer layer on the glass frit rim layer on both electrodes and sealing them by bonding both electrodes (step It provides a method for sealing a dye-sensitized solar cell comprising c).

상술한 바와 마찬가지로, 상기 단계 a 및 단계 b에서 투명 기판 상의 글라스 프릿 테두리층은 서로 결합될 수 있도록 동일한 크기 및 형태로 형성되며, 이후 300∼500 ℃에서 열처리되는 것이 바람직하다.As described above, in the steps a and b, the glass frit edge layers on the transparent substrate are formed in the same size and shape so that they can be bonded to each other. It is preferable to heat-process at 300-500 degreeC.

상기 단계 c에서 기판 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 형성된 접착성 고분자층은 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 만들어진 아이어노머(Ionomer) 수지 또는 열경화성 에폭시 수지를 사용하여 1 내지 10 ㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다.The adhesive polymer layer formed on the glass frit rim layer on the substrate in step c is formed to a thickness of 1 to 10 μm using an ionomer resin or a thermosetting epoxy resin made by crosslinking metal ions to an ethylene methacrylic acid copolymer. It is desirable to be.

종래의 글라스 프릿(glass frit)으로 염료감응 태양전지를 밀봉시키는 기술은 유기물질보다 밀봉 온도(350 ~ 500℃)가 높아서 작업전극과 상대전극을 접합한 후에 염료를 흡착시켜야 하므로 제조공정이 매우 복잡해지고 제조시간이 많이 소요되는 문제점이 있으나, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 밀봉방법은 작업전극과 상대전극의 제조시 각각의 전극에 미리 글라스 프릿을 형성한 후 전극을 제조하고, 이후 접착성 고분자로 결합시키는 방식을 사용함으로써 제조공정이 단순화될 수 있는 장점을 가진다.The conventional technique for sealing dye-sensitized solar cells with glass frit has higher sealing temperature (350 ~ 500 ℃) than organic materials, so dye must be adsorbed after joining working electrode and counter electrode. However, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell according to the present invention is a method of sealing the dye-sensitized solar cell according to the present invention after forming the glass frit on each electrode in advance in the manufacturing of the working electrode and the counter electrode, and then the adhesive By using a method of bonding with a polymer has an advantage that the manufacturing process can be simplified.

또한, 본 발명은 음극계 전극; 양극계 전극 및 양 전극의 테두리에 위치한 밀봉부를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지로서, 밀봉부가 상기 음극계 전극과 양극계 전극에 형성된 글라스 프릿 테두리층 및 양 전극의 글라스 프릿 테두리층 사이에 개재된 접착성 고분자층으로 이루어지며, 상기 밀봉부에 의하여 양 전극이 결합된 구조를 갖는 염료감응 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention is a negative electrode; A dye-sensitized solar cell comprising a positive electrode and a sealing portion positioned at an edge of a positive electrode, wherein the sealing portion is interposed between a glass frit edge layer formed on the negative electrode and the positive electrode and a glass frit edge layer of the positive electrode. It provides a dye-sensitized solar cell made of a polymer layer, having a structure in which both electrodes are coupled by the sealing portion.

상기 글라스 프릿 테두리층 사이에 형성된 접착성 고분자층은 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 만들어진 아이어노머(Ionomer) 수지 또는 열경화성 에폭시 수지를 사용하여 1 내지 10 ㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 양 전극을 결합시킨 후 열처리 공정을 수행하여 밀봉시킨다.The adhesive polymer layer formed between the glass frit edge layer is preferably formed to a thickness of 1 to 10 ㎛ using an ionomer resin or a thermosetting epoxy resin made by crosslinking a metal ion to an ethylene methacrylic acid copolymer, After the positive electrodes are combined, a heat treatment process is performed to seal the two electrodes.

본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 고분자 접착제를 사용하여 밀봉된 염료감응 태양전지와 대등한 광변환 효율을 나타내며 장기 안정성은 향상된 특징을 갖는다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention exhibits light conversion efficiency comparable to that of a dye-sensitized solar cell sealed using a polymer adhesive and has long-term stability.

본 발명은 종래의 염료감응 태양전지의 밀봉방법보다 개선된 밀봉방법을 사용함으로써 종래의 염료감응 태양전지와 대등한 광변환 효율을 나타내며 동시에 장기 안정성은 향상될 수 있는 염료감응 태양전지, 염료감응 태양전지의 제조방법 및 염료감응 태양전지를 제공할 수 있는 효과를 가진다.The present invention is a dye-sensitized solar cell, dye-sensitized solar cell that exhibits a light conversion efficiency comparable to the conventional dye-sensitized solar cell by using an improved sealing method than the conventional dye-sensitized solar cell sealing method and at the same time can be improved long-term stability It has the effect of providing a method for producing a battery and a dye-sensitized solar cell.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely for exemplifying the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

<< 실시예Example >>

(1) (One) 음극계Cathodic 전극의 제조 Preparation of the electrode

불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명 전도성 산화물층 상부에 테두리 모양으로 글라스 프릿을 코팅하여 글라스 프릿 테두리층을 형성하였고, 450 ℃에서 30분 동안 열처리하였다. 상기 기판의 테두리 내측에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 닥터블레이드법으로 도포하고, 500 ℃에서 30분 동안 열처리하여, 나노크기의 금속 산화물 간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 약 8 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 이어서, 상기 나노 산화물층의 상부에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 동일한 방법으로 도포하고, 500 ℃의 온도에서 30분 동안 열처리하여 약 15 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 이후 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트 염료 용액을 제조하였다. 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 24 시간 동안 담지한 후 건조시켜 나노크기의 금속 산화물에 염료를 흡착시켜 음극계 전극을 제조하였다.A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. A glass frit was formed by coating a glass frit in a rim shape on the transparent conductive oxide layer of the substrate, and heat-treated at 450 ° C. for 30 minutes. The coating composition including titanium dioxide is applied to the inside of the edge of the substrate by a doctor blade method, and heat-treated at 500 ° C. for 30 minutes to allow contact and filling between nano-sized metal oxides to form nano-thickness of about 8 μm. An oxide layer was formed. Subsequently, a coating composition including titanium dioxide was applied to the upper portion of the nano oxide layer by the same method, and heat-treated at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes to form a nano oxide layer having a thickness of about 15 μm. Then 0.2 mM ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate dye solution was prepared. The substrate on which the nano oxide layer was formed was supported for 24 hours, followed by drying to adsorb a dye to the nano-sized metal oxide to prepare a cathode electrode.

(2) (2) 양극계Bipolar 전극의 제조 Preparation of the electrode

불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판의 투명 전도성 산화물층 상부에 테두리 모양으로 글라스 프릿을 코팅하고, 450 ℃에서 30분 동안 열처리하였다. 상기 기판의 테두리 안에 투명 전도성 산화물층 상부에 육염화백금산(H2PtCl6)이 녹아있는 2-프로판올 용액을 떨어뜨린 후, 450 ℃에서 30분 동안 열처리하여 백금층을 형성시켜 양극계 전극을 제조하였다. 제조된 양극에 드릴을 이용하여 두개의 구멍을 형성하였다.A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. The glass frit was coated on the transparent conductive oxide layer on the substrate in a rim shape, and heat-treated at 450 ° C. for 30 minutes. A bipolar electrode was prepared by dropping a 2-propanol solution in which platinum hexachloride (H 2 PtCl 6 ) was dissolved on the transparent conductive oxide layer in the edge of the substrate, followed by heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes to form a platinum layer. It was. Two holes were formed in the prepared anode using a drill.

(3) 염료감응 태양전지의 제조(3) Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

제조된 음극계 전극의 나노 산화물층과 양극계 전극의 백금층이 서로 대향하도록 한 후, 썰린(SURLYN; Du Pont사 상품명)으로 이루어지는 약 5 ㎛ 두께의 접착성 고분자층을 형성한 후, 130 ℃의 오븐에 넣어 2분 동안 유지하여 두 전극을 접합하여 밀봉하였다. 이후, 0.1 M의 LiI, 0.05 M의 I2, 0.3 M의 1,2-디메틸-3-프로필-이미다졸륨 아이오다이드(DMPII), 0.5 M의 2-(디메틸아미노)-피리딘, 0.5 M의 5-클로로-1-에틸-2-메틸이미다졸을 에틸렌카보네이트 3 ㎕와 감마-부티로락톤 7 ㎕의 혼합용액에 용해시켜 액체 전해액을 제조하였다. 제조된 전해질 용액을 양극의 구멍으로 주입하고 구멍을 썰린(SURLYN; Du Pont사 상품명)과 유리를 이용하여 밀봉하였다.After making the nano-oxide layer of the prepared cathode electrode and the platinum layer of the anode electrode face each other, and then forming an adhesive polymer layer having a thickness of about 5 μm (SURLYN; Du Pont Co., Ltd.), 130 ℃ It was put in the oven of and maintained for 2 minutes to bond the two electrodes were sealed. 0.1 M LiI, 0.05 M I2, 0.3 M 1,2-dimethyl-3-propyl-imidazolium iodide (DMPII), 0.5 M 2- (dimethylamino) -pyridine, 0.5 M 5-chloro-1-ethyl-2-methylimidazole was dissolved in a mixed solution of 3 µl of ethylene carbonate and 7 µl of gamma-butyrolactone to prepare a liquid electrolyte. The prepared electrolyte solution was injected into the hole of the positive electrode and sealed using a glass with a hole (SURLYN; Du Pont company).

<< 비교예Comparative example >>

(1) (One) 음극계Cathodic 전극의 제조 Preparation of the electrode

불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 닥터블레이드법으로 도포하고, 500 ℃에서 30분 동안 열처리하여, 나노크기의 금속 산화물 간의 접촉 및 충진이 이루어지도록 하여 약 8 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 이어서, 상기 나노 산화물층의 상부에 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 동 일한 방법으로 도포하고, 500 ℃의 온도에서 30분 동안 열처리하여 약 15 ㎛ 두께의 나노 산화물층을 형성시켰다. 이후 0.2 mM의 루테늄 디티오시아네이트 2,2′-비피리딜-4,4′-디카르복실레이트 염료 용액을 제조하였다. 여기에 상기 나노 산화물층이 형성된 기판을 24 시간 동안 담지한 후 건조시켜 나노크기의 금속 산화물에 염료를 흡착시켜 음극계 전극을 제조하였다.A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. Applying a coating composition comprising titanium dioxide on the substrate by a doctor blade method, and heat-treated at 500 ℃ for 30 minutes, so that the contact and filling between nano-sized metal oxide is made to form a nano oxide layer of about 8 ㎛ thickness Formed. Subsequently, a coating composition including titanium dioxide was applied to the upper portion of the nano oxide layer by the same method and heat-treated at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes to form a nano oxide layer having a thickness of about 15 μm. Then 0.2 mM ruthenium dithiocyanate 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate dye solution was prepared. The substrate on which the nano oxide layer was formed was supported for 24 hours, followed by drying to adsorb a dye to the nano-sized metal oxide to prepare a cathode electrode.

(2) (2) 양극계Bipolar 전극의 제조 Preparation of the electrode

불소가 도핑된 틴 옥사이드 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 유리 기판을 준비하였다. 상기 기판에 투명 전도성 산화물층 상부에 육염화백금산(H2PtCl6)이 녹아있는 2-프로판올 용액을 떨어뜨린 후, 450 ℃에서 30분 동안 열처리하여 백금층을 형성시켜 양극계 전극을 제조하였다. 제조된 양극에 드릴을 이용하여 두개의 구멍을 형성하였다.A transparent glass substrate on which a fluorine-doped tin oxide transparent conductive oxide layer was formed was prepared. After dropping a 2-propanol solution in which platinum hexachloride (H 2 PtCl 6 ) was dissolved on the transparent conductive oxide layer on the substrate, a platinum layer was formed by heat treatment at 450 ° C. for 30 minutes to prepare an anode-based electrode. Two holes were formed in the prepared anode using a drill.

(3) 염료감응 태양전지의 제조(3) Manufacture of Dye-Sensitized Solar Cell

제조된 음극계 전극의 나노 산화물층과 양극계 전극의 백금층이 서로 대향하도록 한 후, 썰린(SURLYN; Du Pont사 상품명)으로 이루어지는 약 30 ㎛ 두께의 고분자층을 형성한 후, 130 ℃의 오븐에 넣어 2분 동안 유지하여 두 전극을 접합하여 밀봉하였다. 이후, 0.1 M의 LiI, 0.05 M의 I2, 0.3 M의 1,2-디메틸-3-프로필-이미다졸륨 아이오다이드(DMPII), 0.5 M의 2-(디메틸아미노)-피리딘, 0.5 M의 5-클로로 -1-에틸-2-메틸이미다졸을 에틸렌카보네이트 3 ㎕와 감마-부티로락톤 7 ㎕의 혼합용액에 용해시켜 액체 전해액을 제조하였다. 제조된 전해질 용액을 양극의 구멍으로 주입하고 구멍을 썰린(SURLYN; Du Pont사 상품명)과 유리를 이용하여 밀봉하였다.After making the nano-oxide layer of the prepared cathode electrode and the platinum layer of the anode electrode face each other, and then forming a polymer layer having a thickness of about 30 μm (SURLYN; Du Pont Co., Ltd.), the oven at 130 ° C. And held for 2 minutes to bond the two electrodes to seal. 0.1 M LiI, 0.05 M I2, 0.3 M 1,2-dimethyl-3-propyl-imidazolium iodide (DMPII), 0.5 M 2- (dimethylamino) -pyridine, 0.5 M 5-chloro-1-ethyl-2-methylimidazole was dissolved in a mixed solution of 3 µl of ethylene carbonate and 7 µl of gamma-butyrolactone to prepare a liquid electrolyte. The prepared electrolyte solution was injected into the hole of the positive electrode and sealed using a glass with a hole (SURLYN; Du Pont company).

<< 시험예Test Example 1>  1> 광전환Light conversion 효율 측정 Efficiency measurement

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전환 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 방법으로 광전압 및 광전류를 측정하여 광전기적 특성을 관찰하고, 이를 통하여 얻어진 전류밀도(Jsc), 전압(Voc), 및 충진계수(fillfactor, ff)를 이용하여 광전환 효율(ηe)를 하기 수학식 1로 계산하였고, 측정된 값들을 하기 표 1에 나타내었다. In order to evaluate the light conversion efficiency of the dye-sensitized solar cells prepared in Examples and Comparative Examples, the photovoltaic characteristics were observed by measuring the photovoltage and the photocurrent in the following manner, and the current density (J sc ) obtained therefrom, The light conversion efficiency η e was calculated using the voltage V oc and the fill factor, ff, by Equation 1 below, and the measured values are shown in Table 1 below.

이때, 광원으로는 제논 램프(Xenon lamp, Oriel)를 사용하였으며, 상기 제논 램프의 태양조건(AM 1.5)은 표준 태양전지를 사용하여 보정하였다.At this time, Xenon lamp (Oriel) was used as the light source, and the solar condition (AM 1.5) of the xenon lamp was corrected using a standard solar cell.

ηe = (Voc × Jsc × ff) / (Pine)η e = (V oc × J sc × ff) / (P ine )

Jsc는 전류 밀도, Voc는 전압, ff는 충진계수이며, Pine는 100 ㎽/㎠(1 sun)을 나타낸다. J sc is the current density, V oc is the voltage, ff is the filling factor, and P ine represents 100 mA / cm 2 (1 sun).

구분division 전류밀도(㎃/cm2)Current density (㎃ / cm 2 ) 개방전압(V)Open voltage (V) 충진계수Fill factor 광전환 효율(%)Optical conversion efficiency (%) 실시예 Example 12.29112.291 0.7950.795 0.5810.581 5.675.67 비교예 Comparative example 11.92011.920 0.7690.769 0.6120.612 5.615.61

<< 시험예Test Example 2> 장기 안정성 측정 2> long-term stability measurement

장기 안정성을 확인하기 위해 실시예에서 제조된 태양전지와 비교예에서 제조된 태양전지를 90℃의 오븐에서 24시간 48시간 72시간 96시간 동안 보관한 후 광전변환효율을 측정하여 표 2에 나타내었다.In order to confirm long-term stability, the solar cell prepared in Example and the solar cell prepared in Comparative Example were stored in an oven at 90 ° C. for 24 hours 48 hours 72 hours 96 hours, and are shown in Table 2 by measuring photoelectric conversion efficiency. .

구분division 24시간 후 효율(%)% Efficiency after 24 hours 48시간 후 효율(%)% Efficiency after 48 hours 72시간 후 효율(%)% Efficiency after 72 hours 96시간 후 효율(%)Efficiency after 96 hours (%) 실시예 Example 5.675.67 5.665.66 5.665.66 5.645.64 비교예 Comparative example 4.384.38 -- -- --

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서 제조된 염료감응 태양전지와 비교예에서 제조된 염료감응 태양전지의 성능은 비슷하게 나타났으며, 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예에 의해서 제조된 태양전지의 경우 90℃에 보관하여도 96시간 이후까지 효율변화가 거의 없지만, 비교예에서 제조된 태양전지의 경우 90℃에서 보관하면 24시간 이후에 전해액 누수에 의한 효율저하를 나타내었고, 48시간 이후에는 전해액이 증발하여 광전변환효율이 나타나지 않음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the performance of the dye-sensitized solar cell prepared in the Example according to the present invention and the dye-sensitized solar cell prepared in the Comparative Example appeared similar, as shown in Table 2 In case of stored solar cell, there is almost no change in efficiency even after storing at 90 ° C, but the solar cell manufactured in Comparative Example shows a decrease in efficiency due to leakage of electrolyte after 24 hours when stored at 90 ° C. After the time it was confirmed that the evaporation of the electrolyte does not appear photoelectric conversion efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 음극계 전극의 측단면도이다. 1 is a side cross-sectional view of a cathodic electrode made in accordance with one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 양극계 전극의 측단면도이다. 2 is a side cross-sectional view of a bipolar electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 음극계 전극과 양극계 전극을 결합시키는 과정을 개략적으로 나타낸 평면도이다.3 is a plan view schematically illustrating a process of bonding a cathode electrode and an anode electrode manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 측단면도이다.4 is a side cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell prepared according to one embodiment of the invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1, 21 : 투명 기판 2, 22 : 투명 전도성 산화물층 3, 23 : 글라스 프릿 테두리층 4 : 염료가 흡착된 나노산화물층1, 21: transparent substrate 2, 22: transparent conductive oxide layer 3, 23: glass frit edge layer 4: dye-adsorbed nano oxide layer

10 : 음극계 전극 20 : 양극계 전극10: cathode electrode 20: anode electrode

25 : 금속층 30 : 접착성 고분자층25 metal layer 30 adhesive polymer layer

40 : 염료감응 태양전지40: Dye-Sensitized Solar Cell

Claims (18)

투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리 층의 내측에 염료가 흡착된 나노 산화물층을 형성하여 음극계 전극을 제조하는 단계(단계 1);Preparing a cathode electrode by forming a glass frit edge layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and forming a nano oxide layer in which dye is adsorbed inside the formed glass frit edge layer (step 1); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성하고, 형성된 글라스 프릿 테두리 층의 내측에 금속층을 형성하여 양극계 전극을 제조하는 단계(단계 2); 및Forming a glass frit rim layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed, and forming a metal layer inside the formed glass frit rim layer (step 2); And 상기 단계 1에서 제조된 음극계 전극과 단계 2에서 제조된 양극계 전극을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리 상부에 접착성 고분자층을 형성하여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지의 제조방법.Opposing the cathode electrode prepared in step 1 and the anode electrode prepared in step 2, then forming an adhesive polymer layer on the glass frit rim on both electrodes to seal by bonding the two electrodes (step 3) Method for producing a dye-sensitized solar cell comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계 3에서 음극계 전극과 양극계 전극을 접합하여 밀봉시킨 후, 양극계 전극에 타공된 구멍을 통해 전해질 용액을 투입한 후, 상기 구멍을 밀봉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.Long-term stability characterized in that it further comprises the step of sealing the hole after the electrolyte and the anode electrode through the hole is bonded to the anode electrode and the anode electrode in step 3 and sealed. The manufacturing method of the dye-sensitized solar cell sealed to improve this. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 투명 전도성 산화물층은 불소가 도핑된 틴 옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드 (AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드 (IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군으로부터 선택된 투명 전도성 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The transparent conductive oxide layer is fluorine-doped tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum zinc oxide (AZO), indium tin oxide-silver Indium tin oxide (ITO-Ag-ITO), indium zinc oxide-silver-indium zinc oxide (IZO-Ag-IZO), indium zinc oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO) and aluminum zinc A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell sealed to improve long-term stability, characterized in that formed of a transparent conductive oxide selected from the group consisting of oxide-silver-aluminum zinc oxide (AZO-Ag-AZO). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 투명 기판은 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The transparent substrate is a glass substrate or a transparent plastic substrate, characterized in that the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell sealed to improve long-term stability. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계 1 및 단계 2에서 투명 기판 상에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 300∼500 ℃에서 열처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.After forming the glass frit rim layer on the transparent substrate in steps 1 and 2 Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell sealed to improve the long-term stability, characterized in that the heat treatment process at 300 ~ 500 ℃. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계 1에서 기판 상에 형성된 글라스 프릿 테두리층 내측에 형성된 염료가 흡착된 나노 산화물층은 이산화티탄을 포함하는 코팅용 조성물을 도포하여 나노 산화물층을 형성한 후 염료를 흡착시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The nano oxide layer adsorbed with the dye formed inside the glass frit edge layer formed on the substrate in step 1 is formed by applying a coating composition containing titanium dioxide to form a nano oxide layer and then adsorbing the dye Method of manufacturing a dye-sensitized solar cell sealed to improve the long-term stability. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계 2에서 투명 기판 상의 글라스 프릿 테두리층 내측에 형성된 금속층은 백금층인 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell sealed to improve the long-term stability, characterized in that the metal layer formed inside the glass frit rim layer on the transparent substrate in step 2 is a platinum layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단계 1 및 단계 2에서 투명 기판 상에 형성된 글라스 프릿 테두리층은 서로 결합될 수 있도록 동일한 크기 및 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of manufacturing a dye-sensitized solar cell sealed to improve long-term stability, characterized in that the glass frit rim layer formed on the transparent substrate in the step 1 and step 2 is formed in the same size and shape to be bonded to each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 단계 3에서 투명 기판 상의 글라스 프릿 테두리층에 형성된 접착성 고분자층은 1 내지 10 ㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The adhesive polymer layer formed on the glass frit rim layer on the transparent substrate in step 3 is 1 to 10 ㎛ thickness characterized in that the long-term stability of the dye-sensitized solar cell manufacturing method characterized in that the improved stability. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접착성 고분자층은 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 만들어진 아이어노머(Ionomer) 수지 또는 열경화성 에폭시 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 장기 안정성이 향상되도록 밀봉처리된 염료감응 태양전지의 제조방법.The adhesive polymer layer is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell sealed to improve long-term stability, characterized in that formed by ionomer resin or thermosetting epoxy resin made by crosslinking metal ions to ethylene methacrylic acid copolymer . 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 음극계 전극을 제조하는 단계(단계 a);Preparing a cathode electrode after forming a glass frit edge layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step a); 투명 전도성 산화물층이 형성된 투명 기판의 상부에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 양극계 전극을 제조하는 단계(단계 b); 및Manufacturing a bipolar electrode after forming a glass frit edge layer on the transparent substrate on which the transparent conductive oxide layer is formed (step b); And 상기 단계 a에서 제조된 음극계 전극과 단계 b에서 제조된 양극계 전극을 대향시킨 후, 양 전극 상의 글라스 프릿 테두리층 상부에 접착성 고분자층을 형성하 여 양 전극을 접합시킴으로써 밀봉하는 단계(단계 c)를 포함하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법.Opposing the cathode electrode prepared in step a and the anode electrode prepared in step b, and then sealing by bonding the two electrodes by forming an adhesive polymer layer on the glass frit edge layer on both electrodes (step Method for sealing a dye-sensitized solar cell comprising c). 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 단계 a 및 단계 b에서 투명 기판 상에 글라스 프릿 테두리층을 형성한 후 300∼500 ℃에서 열처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법.After forming the glass frit edge layer on the transparent substrate in steps a and b Sealing method of a dye-sensitized solar cell, characterized in that the heat treatment step at 300 ~ 500 ℃. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 단계 c에서 투명 기판 상의 글라스 프릿 테두리층에 형성된 접착성 고분자층은 1 내지 10 ㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법.The method of sealing a dye-sensitized solar cell, characterized in that the adhesive polymer layer formed on the glass frit edge layer on the transparent substrate in step c is formed to a thickness of 1 to 10 ㎛. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 접착성 고분자층은 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 만들어진 아이어노머(Ionomer) 수지 또는 열경화성 에폭시 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법.The adhesive polymer layer is a sealing method of a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed of an ionomer resin or a thermosetting epoxy resin made by crosslinking a metal ion to the ethylene methacrylic acid copolymer. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 단계 a 및 단계 b에서 투명 기판 상에 형성된 글라스 프릿 테두리층은 서로 결합될 수 있도록 동일한 크기 및 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 밀봉방법.The method of sealing a dye-sensitized solar cell, characterized in that the glass frit rim layer formed on the transparent substrate in the step a and step b are formed in the same size and shape so as to be bonded to each other. 음극계 전극; 양극계 전극 및 양 전극의 테두리에 위치한 밀봉부를 포함하여 이루어진 염료감응 태양전지로서, A cathodic electrode; A dye-sensitized solar cell comprising a sealing portion located at an edge of a positive electrode and a positive electrode, 상기 밀봉부는 상기 음극계 전극과 양극계 전극에 형성된 글라스 프릿 테두리층 및 양 전극의 글라스 프릿 테두리층 사이에 개재된 접착성 고분자층으로 이루어지며, 상기 밀봉부에 의하여 양 전극이 결합된 구조를 갖는 염료감응 태양전지.The sealing part is formed of an adhesive polymer layer interposed between the glass frit rim layer formed on the cathode electrode and the anode electrode and the glass frit rim layer of both electrodes, and has a structure in which both electrodes are coupled by the sealing part. Dye-Sensitized Solar Cell. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 글라스 프릿 테두리층 사이에 형성된 접착성 고분자층은 1 내지 10 ㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.Dye-sensitized solar cell, characterized in that the adhesive polymer layer formed between the glass frit edge layer is formed to a thickness of 1 to 10 ㎛. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 접착성 고분자층은 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 만들어진 아이어노머(Ionomer) 수지 또는 열경화성 에폭시 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.The adhesive polymer layer is a dye-sensitized solar cell, characterized in that formed by ionomer resin (Ionomer) resin or thermosetting epoxy resin made by crosslinking metal ions to ethylene methacrylic acid copolymer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101347198B1 (en) * 2012-05-03 2014-01-10 한국에너지기술연구원 Method of manufacturing coating agent of dye-sensitive solar cell surface, coating agent thereof and dye-sensitive solar cell coated with coating agent
KR101381024B1 (en) * 2012-10-24 2014-04-07 건국대학교 산학협력단 Dye-sensitized solar cell having polymer layer and preparation method thereof
KR20160001313A (en) * 2014-06-27 2016-01-06 현대자동차주식회사 Process for producing solar cell of vehicle roof

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