KR20110068497A - Dye-sensitized solar cell and method of fabricating the same - Google Patents

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KR20110068497A KR1020090125479A KR20090125479A KR20110068497A KR 20110068497 A KR20110068497 A KR 20110068497A KR 1020090125479 A KR1020090125479 A KR 1020090125479A KR 20090125479 A KR20090125479 A KR 20090125479A KR 20110068497 A KR20110068497 A KR 20110068497A
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윤호경
강만구
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한국전자통신연구원
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Abstract

PURPOSE: A dye-sensitized solar cell and method of fabricating the same are provided to improve photonic efficiency by increasing the electron-hole generation rate from absorbed dye. CONSTITUTION: In a dye-sensitized solar cell and method of fabricating the same, a first photovoltatic conversion unit(6) is arranged on a substrate. A second photovoltatic conversion unit is arranged on the first photovoltatic conversion unit. An electrolyte layer(4) is arranged on the second photovoltatic conversion unit. A catalyst layer is arranged on the electrolyte layer. The second substrate is arranged on the catalyst layer. A first photovoltatic conversion unit comprises an oxide semiconductor of a nanotube having an absorbed dye thereon or a nano rod A second photovoltatic conversion unit comprises a semiconductor oxide particle(50) having absorbed dye thereon.

Description

염료감응태양전지 및 그 제조 방법{Dye-Sensitized Solar Cell And Method Of Fabricating The Same}Dye-Sensitized Solar Cell and Manufacturing Method Thereof {Dye-Sensitized Solar Cell And Method Of Fabricating The Same}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 염료감응태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a dye-sensitized solar cell and a manufacturing method thereof.

태양 전지는 태양으로부터 방출되는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 광전 에너지 변환 시스템(photovoltaic energy conversion system)이다. 현재 주로 사용되는 실리콘 태양 전지는 상기 광전 에너지 변환을 위해 실리콘 내에 형성되는 p-n 접합 다이오드(p-n junction diode)를 이용하지만, 전자 및 홀의 때이른 재결합(premature recombination)을 방지하기 위해서는, 사용되는 실리콘은 높은 순도 및 낮은 결함을 가져야 한다. 이러한 기술적 요구는 사용되는 재료 비용의 증가를 가져오기 때문에, 실리콘 태양 전지의 경우, 전력당 제조 비용이 높다. Solar cells are photovoltaic energy conversion systems that convert light energy emitted from the sun into electrical energy. Currently used silicon solar cells utilize pn junction diodes formed in silicon for the photoelectric energy conversion, but in order to prevent premature recombination of electrons and holes, the silicon used is high. Should have purity and low defects. This technical requirement leads to an increase in the cost of materials used, so that silicon solar cells have a high manufacturing cost per power.

이에 더하여, 밴드 갭 이상의 에너지를 갖는 광자들(photons) 만이 전류를 생성하는데 기여하기 때문에, 실리콘 태양 전지의 실리콘은 가능한 낮은 밴드갭(bandgap)을 갖도록 도핑된다. 하지만, 이처럼 낮춰진 밴드갭 때문에, 청색광 또는 자외선에 의해 여기된 전자들(excited electrons)은 과도한 에너지를 갖게 되 어, 전류 생산에 기여하기 보다는 열로써 소모된다. 또한, 광자(photon)가 캡쳐링(capturing)될 가능성을 증가시키기 위해서는, p형층(p-type layer)은 충분히 두꺼워야 하지만, 이러한 두꺼운 p형층은 여기된 전자가 p-n 접합에 도달하기 전에 정공과 재결합할 가능성을 증가시키기 때문에, 실리콘 태양 전지의 효율은 대략 7 내지 15% 근방에서 머무른다. In addition, since only photons with energy above the band gap contribute to the generation of current, the silicon of the silicon solar cell is doped to have as low a bandgap as possible. However, because of this lowered bandgap, the excited electrons excited by blue light or ultraviolet light have excessive energy and are consumed as heat rather than contributing to current production. Also, in order to increase the likelihood of photon capturing, the p-type layer must be thick enough, but such thick p-type layers may cause holes and electrons to reach the pn junction before the excited electrons reach the pn junction. Because of the increased likelihood of recombination, the efficiency of silicon solar cells stays around approximately 7-15%.

한편, 광합성 반응의 원리에 기초한 염료감응 태양전지(Dye-sensitized Solar Cell; DSC)가 있다. 염료감응 태양전지는, 광전 에너지 변환을 위해, p-n 접합 다이오드가 아니라 염료 및 전이 금속 산화막을 이용하는 광전기화학 시스템(photoelectrochemical system)이다. 이러한 염료감응 태양전지는 사용되는 재료가 저렴하고 그 제조 방법이 단순하기 때문에, 실리콘 태양 전지에 비해 생산 비용이 저렴하다. 따라서, 염료감응 태양전지의 에너지 변환 효율이 증가될 경우, 실리콘 태양 전지에 비해 전력당 제조 비용을 줄일 수 있다. On the other hand, there is a dye-sensitized solar cell (DSC) based on the principle of photosynthesis reaction. Dye-sensitized solar cells are photoelectrochemical systems that use dyes and transition metal oxide films, rather than p-n junction diodes, for photoelectric energy conversion. Such dye-sensitized solar cells are cheaper to produce than the silicon solar cells because of the low cost of the materials used and the simple manufacturing method thereof. Therefore, when the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell is increased, it is possible to reduce the manufacturing cost per power compared to the silicon solar cell.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 염료 감응태양전지를 제공하는데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell with improved reliability.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 광효율이 증대된 염료 감응 태양전지를 제공하는데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell with increased light efficiency.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료 감응 태양전지는, 제 1 기판; 상기 제 1 기판 상의 제 1 광전변환부; 상기 제 2 광전변환부 상의 제 2 광전변환부; 상기 제 2 광전변환부 상의 전해액층; 상기 전해액층 상의 촉매층; 및 상기 촉매층 상의 제 2 기판을 포함하되, 상기 제 1 광전변환부는 염료물질이 흡착된 나노 튜브(nano tube) 또는 나노 라드(nano rod) 형태의 산화물 반도체를 포함하며, 상기 제 2 광전변환부는 염료물질이 흡착된 산화물 반도체 입자들을 포함하는 것을 특징으로 한다. Dye-sensitized solar cell according to the present invention for achieving the above object, the first substrate; A first photoelectric conversion unit on the first substrate; A second photoelectric converter on the second photoelectric converter; An electrolyte layer on the second photoelectric conversion unit; A catalyst layer on the electrolyte layer; And a second substrate on the catalyst layer, wherein the first photoelectric conversion part includes an oxide semiconductor in the form of a nano tube or a nano rod on which a dye material is adsorbed, and the second photoelectric conversion part is a dye The material is characterized in that it comprises oxide semiconductor particles adsorbed.

본 발명의 일 예에 따른 염료감응 태양전지에서는, 나노 사이즈의 구형의 산화물 반도체 입자를 포함하는 제 2 광전변환부와 제 1 기판 사이에 나노사이즈의 튜브 또는 라드 형태의 산화물 반도체들이 배치되어, 상기 제 1 기판과 광전변환부 사이에 접촉면적이 넓어져 접착력이 향상될 수 있다. 이로써 염료 감응 태양 전지의 신뢰성/내구성이 향상될 수 있다. 또한, 빛이 입사되면 상기 나노 사이즈의 튜 브 또는 라드 형태의 산화물 반도체들 사이에서 빛이 산란하게 되어 튜브 형태의 산화물 반도체에 흡착된 염료물질로부터 전자-정공 발생률이 증가하게 된다. 이로써 광효율을 증대시킬 수 있다.In the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention, nano-sized tube or rod-shaped oxide semiconductors are disposed between the second photoelectric conversion unit including the nano-sized spherical oxide semiconductor particles and the first substrate. The contact area between the first substrate and the photoelectric conversion unit may be increased, thereby improving adhesion. This can improve the reliability / durability of the dye-sensitized solar cell. In addition, when light is incident, light is scattered between the nano-sized tube or rod-shaped oxide semiconductors, thereby increasing the electron-hole generation rate from the dye material adsorbed on the tube-shaped oxide semiconductor. As a result, the light efficiency can be increased.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.In the present specification, when it is mentioned that a film is on another film or substrate, it means that it may be formed directly on another film or substrate or a third film may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical contents. In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various regions, films, and the like, but these regions and films should not be limited by these terms. . These terms are only used to distinguish any given region or film from other regions or films. Thus, the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in other embodiments. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응태양전지의 단면도이다. 도 2는 제 2 광전변환부에 포함되는 나노튜브의 반도체산화물 입자의 형태를 나타낸다. 도 3은 제 1 광전변환부에 포함되는 나노 구형의 반도체 산화물의 형태를 나타낸다. 1 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. 2 illustrates the shape of semiconductor oxide particles of nanotubes included in the second photoelectric conversion unit. 3 illustrates a form of a nano-spherical semiconductor oxide included in the first photoelectric conversion unit.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응태양전지(10)는 제 1 기판(7)을 포함한다. 상기 제 1 기판(7)은 티타늄, 스테인레스 스틸, 알루미늄 및 구리 등으로 형성될 수 있으며 또는 다른 다양한 금속성 물질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 기판(7)의 하부면은 절연성 박막(도시하지 않음)으로 코팅될 수 있다. 또한 상기 제 1 기판(7)의 두께는 플렉서블한 특성을 제공할 수 있도록, 수 마이크로 내지 수 밀리미터의 두께 범위 내에서 선택될 수 있으며, 더 구체적인 두께는 해당 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 또는 상기 제 1 기판(7)은 전도층이 코팅되어 있는 유리기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. Referring to FIG. 1, the dye-sensitized solar cell 10 according to an embodiment of the present invention includes a first substrate 7. The first substrate 7 may be formed of titanium, stainless steel, aluminum, copper, or the like, or may be formed of various other metallic materials. The lower surface of the first substrate 7 may be coated with an insulating thin film (not shown). In addition, the thickness of the first substrate 7 may be selected within a thickness range of several micrometers to several millimeters so as to provide flexible characteristics, and more specific thickness may vary depending on the type of material. Alternatively, the first substrate 7 may be a glass substrate or a plastic substrate coated with a conductive layer.

도 1및 도 2를 참조하면, 상기 제 1 기판(7) 상에는 제 1 광전변환부(6)가 위치한다. 상기 제 1 광전변환부(6)는 상기 제 1 기판(7)의 상부면을 따라 촘촘하게 배치된 복수개의 제 1 광전변환 입자들(60)을 포함한다. 상기 제 1 광전변환 입자들(60)의 각각은, 도 2에 개시된 바와 같이, 나노 사이즈의 튜브 또는 로드와 같은 원통형의 제 1 산화물반도체(61)와 그 표면에 흡착된 제 1 염료물질(62)을 포함한다. 상기 제 1 광전변환 입자들(60)은 원통형의 형태를 가지며, 상기 원통형의 평평한 하부면이 상기 제 1 기판(7)의 상부면과 접하게 된다. 1 and 2, a first photoelectric converter 6 is positioned on the first substrate 7. The first photoelectric conversion part 6 includes a plurality of first photoelectric conversion particles 60 disposed closely along the upper surface of the first substrate 7. Each of the first photoelectric conversion particles 60, as shown in FIG. 2, is a cylindrical first oxide semiconductor 61, such as a tube or rod of nano-size and the first dye material 62 adsorbed on the surface thereof. ). The first photoelectric conversion particles 60 may have a cylindrical shape, and the flat lower surface of the cylindrical surface may contact the upper surface of the first substrate 7.

계속해서 도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 제 1 광전변환부(6) 상에는 제 2 광전변환부(5)가 위치힌다. 상기 제 2 광전변환부(5)는 복수개의 제 2 광전변환입 자들(50)을 포함한다. 상기 제 2 광전변환입자들(50)의 각각은, 도 3에 개시된 바와 같이, 나노 사이즈의 구형의 제 2 산화물 반도체(51)와 그 표면에 흡착된 제 2 염료물질(52)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 광전변환부들(6,5)은 광전극들으로서 기능을 할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 광전변환부들(6,5)은 화학식이 서로 동일한 물질들로 구성될 수 있다. 또는 상기 제 1 및 제 2 광전변환부들(6,5)은 화학식이 서로 다른 물질들로 구성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 산화물 반도체들(61,51)은 티타늄 산화물(TiO2), 주석 산화물 (SnO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 실리콘 산화물(SiO2), 마그네슘 산화물(MgO), 니오븀 산화물(Nb2O5) 및 아연 산화물(ZnO) 등과 같은, 전이 금속 산화물을 포함하는 금속 산화물들 중의 한가지일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 염료물질(62,52)은 빛 에너지를 전기적 에너지로 전환시킬 수 있는 루테늄 착체와 같은 염료 분자들일 수 있다. 예를 들면, 상기 염료 물질(52)은 N719 (Ru(dcbpy)2(NCS)2 containing 2 protons)일 수 있지만, N712, Z907, Z910 및 K19 등과 같은 알려진 다양한 염료들 중의 적어도 한가지일 수도 있다. 1 and 3, a second photoelectric converter 5 is positioned on the first photoelectric converter 6. The second photoelectric conversion unit 5 includes a plurality of second photoelectric conversion particles 50. As illustrated in FIG. 3, each of the second photoelectric conversion particles 50 includes a nano-sized spherical second oxide semiconductor 51 and a second dye material 52 adsorbed on the surface thereof. The first and second photoelectric conversion parts 6 and 5 may function as photoelectrodes. The first and second photoelectric conversion parts 6 and 5 may be formed of materials having the same chemical formula. Alternatively, the first and second photoelectric conversion parts 6 and 5 may be formed of materials having different chemical formulas. The first and second oxide semiconductors 61 and 51 may include titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), and niobium It may be one of metal oxides including transition metal oxides, such as oxides (Nb 2 O 5 ) and zinc oxides (ZnO). The first and second dye materials 62 and 52 may be dye molecules such as ruthenium complexes capable of converting light energy into electrical energy. For example, the dye material 52 may be N719 (Ru (dcbpy) 2 (NCS) 2 containing 2 protons), but may be at least one of various known dyes such as N712, Z907, Z910 and K19.

계속해서 도 1을 참조하면, 상기 제 2 광전변환부(5) 상에 전해액층(4)이 배치된다. 상기 전해액층(4)은 요오드계 산화환원 전해질(redox iodide electrolyte)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해액층(4)은 0.7M의 1-비닐-3-메칠옥틸-이미다졸륨 아이오다이드(1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide)와 0.1M LiI 그리고 40mM의 I2(Iodine)를 3-메톡시프로피오니트릴(3-Methoxypropionitrile) 에 용해시킨 I3 -/I-의 전해액일 수 있다.　본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전해액층(4)은 0.6M 부틸메틸이미다졸리움(butylmethylimidazolium), 0.02M I2, 0.1M 구안이디움 티오시아네이트(Guanidinium thiocyanate), 0.5M 4-터셔리-부틸피리딘(4-tert-butylpyridine)를 포함하는 아세토 니트릴(acetonitrile) 용액일 수 있다. 하지만, 예시되지 않은 다양한 전해액들 중의 한가지가 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 전해액층(4)은 알킬이미다졸리움 요오드화물(alkylimidazolium iodides) 또는 테트라-알킬 암모니움 요오드화물(tetra-alkyl ammoniumiodides)을 포함할 수 있으며, 터셔리-부틸피리딘(tert-butylpyridin, TBP), 벤즈이미다졸(benzimidazole, BI) 및 노르말-메틸벤드이미다졸(N-Methylbenzimidazole, NMBI)를 표면 첨가제(surface additives)로 더 포함할 수 있다. 또한, 아세토니트릴(acetonitrile), 프로피오니트릴(propionitrile) 또는 아세토니트릴(acetonitrile)과 발레로니트릴(valeronitrile)의 혼합액이 용매로서 사용될 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 1, an electrolyte layer 4 is disposed on the second photoelectric conversion unit 5. The electrolyte layer 4 may be an iodine-based redox electrolyte. According to one embodiment of the invention, the electrolyte layer 4 is 0.7M 1-vinyl-3-methyloctyl-imidazolium iodide (1-vinyl-3-hexyl-imidazolium iodide) and 0.1M LiI and that I 3 dissolved in 2 I (Iodine) of 40mM in 3-methoxy propionitrile (3-Methoxypropionitrile) - may be the electrolyte solution of the - / I. According to another embodiment of the present invention, the electrolyte layer (4) is 0.6M butylmethylimidazolium (butylmethylimidazolium), 0.02M I2, 0.1M Guanidinium thiocyanate, 0.5M 4-tary It may be an acetonitrile solution containing 4-tert-butylpyridine. However, one of various electrolytes not illustrated may be used for the dye-sensitized solar cell according to the present invention. For example, the electrolyte layer 4 may include alkylimidazolium iodides or tetra-alkyl ammoniumiodides, and tert-butylpyridin , TBP), benzimidazole (BI) and normal-methylbenzimidazole (NMBI) may be further included as surface additives. In addition, acetonitrile, propionitrile or a mixture of acetonitrile and valeonitrile may be used as the solvent.

계속해서 도 1을 참조하면, 상기 전해액층(4) 상에는 촉매층(3)과 도전층(2) 및 제 2 기판(1)이 차례로 배치된다. 상기 촉매층(3)은 전해질의 환원 과정에 참여할 수 있도록 상기 전해액층(4)과 접촉한다. 일 실시예에 따르면, 상기 전해액층(4)이 요오드계 산화환원 전해액(redox iodide electrolyte)인 경우, 상기 촉매층(3)은 백금(Pt) 또는 탄소일 수 있다. 상기 도전층(2)은, 투명 전극으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전층(2)은 ITO(indium tin oxide), FTO(fluorine-dopedtin oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide)로 형성될 수 있다. 상기 제 2 기판(1)은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 기판(1)은 유리(glass) 또는 고분자 필름으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 기판(1)은 플렉서블한 특성을 가질 수 있도록 투명한 플라스틱막일 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 1, the catalyst layer 3, the conductive layer 2, and the second substrate 1 are sequentially disposed on the electrolyte layer 4. The catalyst layer 3 is in contact with the electrolyte layer 4 to participate in the reduction process of the electrolyte. According to an embodiment, when the electrolyte layer 4 is an iodine-based redox electrolyte, the catalyst layer 3 may be platinum (Pt) or carbon. The conductive layer 2 may be formed of a transparent electrode. For example, the conductive layer 2 may be formed of indium tin oxide (ITO), fluorine-dopedtin oxide (FTO), or zinc oxide (ZnO). The second substrate 1 may be formed of a transparent material. For example, the second substrate 1 may be formed of glass or a polymer film. The second substrate 1 may be a transparent plastic film so as to have flexible characteristics.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응태양전지의 작동 원리를 나타내는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing the operating principle of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응태양전지(10)는, 상기 제 2 기판(1)을 통해 태양광이 상기 제 1 및 제 2 광전 변환부(6, 5)로 입사될 경우, 제 1 및 제 2 염료 물질(62, 52)의 전자들은 입사된 빛에 의해 여기(excited)되어 상기 제 1 및 제 2 산화물 반도체(61, 51)의 전도대(conduction band)로 주입된 후, 상기 제 1 기판(7)으로 모아지고 상기 제 1 기판(7)으로 모아진 전자들은 소정의 부하(L) 를 경유해 상기 도전층(2)으로 전달되고, 상기 전해액층(4)에서 환원된다. 이러한 과정에서, 빛은 도 4의 화살표를 따라 입사하는데, 제 1 광전변환부(6)에서 나노 사이즈의 튜브 또는 라드 형태의 제 1 광전변환입자들(60)에 의해 빛의 산란이 발생하며, 이로 인해 제 1 광전변환부 입자들(60)의 표면의 제 1 염료물질(62)에서 전자를 발생시킬 수 있는 확률이 증가하므로써 광전 변환효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 상기 제 1 광전변환 입자들(60)은 원통형의 형태를 가지며, 상기 원통형의 평평한 하부면이 상기 제 1 기판(7)의 상부면과 접하게 되므로써, 제 1 광전변환입자들(60) 없이 구형의 제 2 광전변환입자들(50)이 상기 제 1 기판(7)과 접하는 경우에 비해, 접합 면적이 증대되어 접촉 저항을 감소시키고, 접착력을 크게 향 상시키는 것이 가능하다. 결과적으로, 신뢰성이 향상되며 광효율이 증대된 염료 감응 태양 전지를 구현할 수 있다. Referring to FIG. 4, in the dye-sensitized solar cell 10 according to the present invention, when sunlight is incident on the first and second photoelectric conversion units 6 and 5 through the second substrate 1, Electrons of the first and second dye materials 62 and 52 are excited by incident light and injected into the conduction bands of the first and second oxide semiconductors 61 and 51, and then Electrons collected on the first substrate 7 and collected on the first substrate 7 are transferred to the conductive layer 2 via a predetermined load L and are reduced in the electrolyte layer 4. In this process, light is incident along the arrow of FIG. 4, in which the scattering of the light occurs by the first photoelectric conversion particles 60 in the form of tubes or rods of a nano size in the first photoelectric conversion unit 6, As a result, the probability of generating electrons in the first dye material 62 on the surfaces of the first photoelectric converter particles 60 may be increased, thereby increasing photoelectric conversion efficiency. In addition, the first photoelectric conversion particles 60 have a cylindrical shape, and since the flat lower surface of the cylinder comes into contact with the top surface of the first substrate 7, the first photoelectric conversion particles 60 are omitted. Compared to the case where the spherical second photoelectric conversion particles 50 are in contact with the first substrate 7, it is possible to increase the bonding area to reduce the contact resistance and to greatly improve the adhesive force. As a result, it is possible to implement a dye-sensitized solar cell with improved reliability and increased light efficiency.

도 4에서는 상기 제 2 기판(1)을 통해 태양광이 상기 제 1 및 제 2 광전 변환부(6, 5)로 입사되지만, 제 1 기판(7)이 투명할 경우, 제 1 기판(7)을 통해 태양광이 입사되는 것도 가능하다. In FIG. 4, sunlight is incident on the first and second photoelectric converters 6 and 5 through the second substrate 1, but when the first substrate 7 is transparent, the first substrate 7 is provided. It is also possible to enter sunlight through.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응태양전지의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 2는 제 2 광전변환부에 포함되는 나노튜브의 반도체산화물 입자의 형태를 나타낸다.2 illustrates the shape of semiconductor oxide particles of nanotubes included in the second photoelectric conversion unit.

도 3은 제 1 광전변환부에 포함되는 나노 구형의 반도체 산화물의 형태를 나타낸다. 3 illustrates a form of a nano-spherical semiconductor oxide included in the first photoelectric conversion unit.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응태양전지의 작동 원리를 나타내는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing the operating principle of the dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 염료감응태양전지의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to another embodiment of the present invention.

Claims (1)

제 1 기판 상의 제 1 광전변환부;A first photoelectric conversion unit on the first substrate; 상기 제 1 광전변환부 상의 제 2 광전변환부;A second photoelectric converter on the first photoelectric converter; 상기 제 2 광전변환부 상의 전해액층;An electrolyte layer on the second photoelectric conversion unit; 상기 전해액층 상의 촉매층; 및A catalyst layer on the electrolyte layer; And 상기 촉매층 상의 제 2 기판을 포함하되,Including a second substrate on the catalyst layer, 상기 제 1 광전변환부는 염료물질이 흡착된 나노 튜브(nano tube) 또는 나노 라드(nano rod) 형태의 산화물 반도체를 포함하며,The first photoelectric conversion unit includes an oxide semiconductor in the form of a nano tube or a nano rod on which a dye material is adsorbed, 상기 제 2 광전변환부는 염료물질이 흡착된 산화물 반도체 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응태양전지.The second photoelectric conversion unit is a dye-sensitized solar cell, characterized in that it comprises oxide semiconductor particles adsorbed dye material.
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