KR20110074230A - 염료감응 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 염료감응 태양전지는 전류의 충진계수를 향상시키기 위한 것으로, 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판에 형성된 제1전극; 상기 제2기판에 형성되어 상기 제1전극과 대향하는 제2전극; 상기 제1과 제2전극 사이에 개재되는 전해질; 상기 제1전극 및 제2전극에 형성되어 생성되는 전극을 수집하는 전자수집 금속라인; 상기 전자수집 금속라인을 둘러싸는 보호층; 및 상기 제1기판 및 제2기판의 외곽영역에 형성되어 상기 제1기판 및 제2기판을 합착하고 전해질을 밀봉하는 실라인으로 구성되며, 상기 보호층의 연화점이 실라인의 연화점보다 높은 것을 특징으로 한다.
염료감응, 태양전지, 글라스프릿, 연화점, 전이금속
Description
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 특히 전자수집 금속라인의 보호층을 실라인의 연하점 보다 높은 연화점을 갖는 글라스프릿으로 형성하여 실라인의 합착공정시 상기 보호층이 연화되는 것을 방지할 수 있는 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
화석연료 매장량의 고갈에 따라 반도체 등을 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 이용하기 위한 관심과 노력이 점차 증가하고 있으며, 산업적으로 매우 유망한 분야이다. 또한, 이산화탄소 발생규제정책에 따라 환경오염물질을 발생시키지 않고 전기를 발생하는 태양전지분야는 환경보호와 에너지문제 해결에 중요한 해결점을 제시하고 있다.
지금까지 알려진 종래의 염료감응 태양전지중 대표적인 예로서, 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 태양전지가 있다. 그라첼 등에 의하여 제안된 태양전지는 감광성 염료분자와 나노입자 이산화티탄으로 이루어지는 산화물반도체를 이용한 광전기화학적 태양전지로서, 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 제조단가가 저렴하다는 이점이 있다.
상기 염료감응 태양전지는 나노입자 산화물반도체로 이루어진 음극, 백금으로 이루어진 양극, 상기 음극에 코팅된 염료 및 유기용매를 사용한 산화/환원 전해질, 투명전도막으로 구성되어 있다.
이러한 구조의 염료감응 태양전지에서는 표면에 염료분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 산화물반도체로 이루어진 음극에 태양광이 흡수되면, 염료분자가 전자-홀(hole) 쌍을 생성하고, 전자는 반도체산화물의 전도대(conduction band)로 주입된다. 이 주입된 전자는 나노입자가 계면을 통하여 투명전도막으로 전달되어 전류를 발생시키게 된다. 한편, 염료분자에서 발생한 홀은 산화/환원 전해질에 의해 전자를 받아 다시 환원됨으로써 염료감응 태양전지의 전류생성과정이 종료된다.
그런데. 이러한 구조의 염료감응 태양전지에서는 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 염료감응 태양전지의 전류생성 능력을 증가시키기 위해서는 태양전지의 면적을 증가시켜 연료분자에 의한 전자-홀 쌍의 생성능력을 향상시켜 반도체산화물의 전도대로 주입되는 전자의 양을 증가시켜 투명전도막으로 전달되는 전류의 양을 증가시켜야만 한다. 그러나, 이와 같이 태양전지의 면적을 증가시키는 경우 투명전도막의 면적도 증가하게 되는데, 이러한 투명전도막의 면적 증가는 투명전도막의 면저항 증가를 야기하게 되어 생성되는 전류의 충진계수가 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전자수집 금속라인을 형성하여 전류의 충진계수를 향상시킬 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 전자수집 금속라인을 보호하는 보호층을 실라인으로 사용되는 글라스프릿 보다 높은 연화점을 갖는 글라스프릿으로 형성하여 합착공정시 글라스프릿의 연화에 의한 불량을 방지할 수 있는 염료감응 태양전지를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 제1기판 및 제2기판; 상기 제1기판에 형성된 제1전극; 상기 제2기판에 형성되어 상기 제1전극과 대향하는 제2전극; 상기 제1과 제2전극 사이에 개재되는 전해질; 상기 제1전극 및 제2전극에 형성되어 생성되는 전극을 수집하는 전자수집 금속라인; 상기 전자수집 금속라인을 둘러싸는 보호층; 및 상기 제1기판 및 제2기판의 외곽영역에 형성되어 상기 제1기판 및 제2기판을 합착하고 전해질을 밀봉하는 실라인으로 구성되며, 상기 보호층의 연화점이 실라인의 연화점보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 제1전극은 제1투명전극과 상기 제1투명전극 위에 형성된 전이금속 산화물층으로 이루어지며, 상기 제2전극은 제2투명전극과 상기 제2투명전극 위에 형성된 백금층으로 이루어진다.
상기 제1투명전극 및 제2투명전극은 FTO(F-doped SnO2), Sn-doped In2O3, ITO(indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어지며, 상기 전해질은 3-메톡시프로피오니트릴(metoxypropionitrile) 용매(solvent)에 용융된 Lil, I2, 1-헥실 (hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 포함한다.
본 발명에서는 전자수집 금속라인이 구비되어 전류의 충진계수를 향상시킬 수 있으며, 전자수집 금속라인을 보호하는 보호층을 실라인으로 사용되는 글라스프릿 보다 높은 연화점을 갖는 글라스프릿으로 형성하여 합착공정시 글라스프릿의 연화에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 염료감응 태양전지에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 전류발생 효율이 향상된 염료감응 태양전지를 제공한다. 특히, 본 발명에서는 전자를 투명도전막 이외에 별도의 전자를 수집하는 구성을 형성하여 전류발행 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이를 위해, 본 발명에서는 전도성이 매우 좋은 물질로 전자수집 금속라인을 형성하여 투명도전막으로 전달되는 전류를 상기 전자수집 금속라인에 의해 전달함으로써 투명도전막의 면저항에 의해 전류의 세기가 저하되는 것을 방지한다. 또한, 본 발명에서는 이러한 전자수집 금속라인을 보호하기 위해 글라스프릿(glass frit)을 상기 전자수집 금속라인을 둘써 싸도록 형성하는데, 이 글라스프릿을 태양전지의 실라인으로서 사용되는 글라스프릿의 연화점보다 높은 연화점을 갖는 물질을 사용함으로써 합착공정에 의해 보호층이 연화되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지(100)는 투명한 물질로 이루어진 제1기판(110) 및 제2기판(120), 상기 제1기판(110)에 형성된 투명한 제1투명전극(111)과, 상기 제1투명전극(111) 위에 형성된 복수의 전이금속 산화물층(113)과, 제2기판(120)에 형성된 제2투명전극(121)과, 상기 제2금속(121) 위에 형성된 복수의 백금층(123)과, 상기 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121) 위에 각각 형성된 복수의 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)과, 상기 제1전자수집 금속라인(115)과 제2전자수집 금속라인(125)을 둘러싸도록 형성되어 상기 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)을 보호하는 제1보호층(117) 및 제2보호층(127)과, 상기 제1기판(110) 및 제2기판(120) 사이에 형성된 고분자전해질층(130)과, 상기 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 외곽영역에 형성되어 상기 제1기판(110) 및 제2기판(120)을 합착하고 고분자전해질을 밀봉하는 실라인(132)으로 이루어진다.
상기 제1기판(110) 및 제2기판(120)으로는 폴리에테르술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 트 리아세테이트 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 플라스틱재 또는 유리재와 같은 투명물질이 사용된다.
제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121)는 투명한 금속 산화물층으로서, 예를 들면 FTO(F-doped SnO2), Sn-doped In2O3, ITO(indium tin oxide), SnO, ZnO 등이 사용될 수 있다.
상기 전이금속 산화물층(113)은 약 5-30nm의 나노 사이즈를 가지는 나노산화물층으로서 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 산화아연(SnO)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 조성물로부터 형성되며, 염료가 흡착되어 있는 층이다.
상기 염료로는 루테늄 복합체를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 루테늄 착물를 사용하는 것이 바람직하지만, 이외에도 가시광 내의 장파장 흡수를 개선하여 효율을 향상시키는 특성 및 전자 방출을 효율적으로 할 수 있는 염료라면 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 예를 들면, 로다민B, 로즈벤갈, 에오신, 에리스로신 등의 크산틴계 염료; 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 염료와, 페노사프라닌, 카브리블루, 티오신, 메틸렌블루 등의 염기성 염료와, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물과, 기타 아조계 염료와, 프탈로시아닌 화합물과, 안트라퀴논계 염료와, 다환 퀴논계 염료 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 백금층(123)은 제1기판(110)에 형성된 전이금속 산화물층(113)과 대향 하도록 배치되어 있으며, 전해질의 환원반응을 촉진시키는 역할을 하는 백금촉매로부터 형성된 층이다.
고분자전해질층(130)으로는 주로 LiI, I2, 1-헥실(hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴(metoxypropionitrile) 용매에 용해하여 용액을 사용한다.
제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)으로는 전도성이 매우 좋은 금속, 예를 들면 은(Ag)을 주로 사용한다. 상기 제1전자수 집금속라인(115)과 제2전자수집 금속라인(125)은 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121) 상에 일정을 간격을 두고 일정 폭으로 형성되는 것으로, 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121) 보다 높은 전도성을 갖고 있기 때문에, 전이금속 산화물층(113)의 전도대로 주입된 전자는 나노입자가 계면을 통하여 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121)으로 전달되어 발생된 전류가 상기 제1전자수집 금속라인(115)과 제2전자수집 금속라인(125)을 통해 외부의 회로로 전달하게 된다.
상기와 같이 이 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)이 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121) 보다 높은 전도도를 갖기 때문에, 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121)의 면저항이 높은 경우에도 상기 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)을 통해 전류가 외부의 회로로 전달되므로, 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121)의 면저항에 의한 전류의 손실이 발생하 지 않게 되어 태양전지(100)의 전류발생 효율이 대폭적으로 향상되는 것이다.
보호층(117)은 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)을 둘러싸도록 형성되어 상기 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)이 각각 상기 전이금속 산화물층(113) 및 백금층(123)에 접촉하게 되는 것을 방지한다.
이러한 보호층(117)으로는 주로 글라스프릿(glass frit)을 사용한다. 상기 글라스프릿은 SiO2-PbO계, SiO2-PbO-B2O3계 및 Bi2O3-B2O3-SiO2계 분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이러한 글라스프릿은 글라스프릿은 SiO2-PbO계, SiO2-PbO-B2O3계 및 Bi2O3-B2O3-SiO2계 분말을 용융을 통해 제조한 후, 이를 분쇄하여 미분체화하여 제작된 것으로, 알칼리산화물 등의 필러(filler)와 고분자물질을 첨가하여 슬러리 형태로 제작하여 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)을 둘러싸도록 도포한 후, 소성함으로써 형성된다. 또한, 실라인(132)도 상기 글라스프릿으로 제작된다.
이때, 상기 보호층(117)을 형성하는 글라스프릿과 실라인(132)을 형성하는 글라스프릿은 비록 동일한 물질로 이루어지지만, 그 연화점을 다르다. 즉, 보호층(117)을 형성하는 글라스프릿의 연화점이 실라인(132)을 형성하는 글라스프릿에 비해 높다. 이때, 상기 글라스프릿의 연화점은 글라스프릿에 포함되는 알칼리산화물의 비율을 조절함으로써 조절할 수 있다.
이와 같이, 보호층(117)의 연화점이 실라인(132)의 연화점보다 높은 이유는 다음과 같다. 통상적으로 실라인(132)은 글라스프릿을 제1기판(110) 및 제2기판(120)중 적어도 하나의 기판(120)에 도포한 후, 연화점 근처의 온도에서 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 합착공정이 진행된다.
따라서, 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 합착공정을 진행하기 위해 글라스프릿의 연화점 근처로 온도를 상승할 경우, 만약 보호층(117)을 형성하는 글라스프릿의 연화점이 실라인(132)을 형성하는 글라스프릿의 온도와 유사하거나 낮게 되면, 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 합착공정시 보호층(117)이 연화되므로, 보호층(117)이 파괴되며 그 결과 제1전자수집 금속라인(115) 및 제2전자수집 금속라인(125)이 각각 상기 전이금속 산화물층(113)과 백금층(123)에 접촉하게 되므로, 전자수집 효과, 즉 제1투명전극(111) 및 제2투명전극(121)에 발생된 전류를 회부회로로 전달하는 기능을 상실하게 된다.
상기와 같이 구성된 염료감응 태양전지(100)에서는 외부로부터 광이 전이금속 산화물층(113)에 조사됨에 따라 상기 전이금속 산화물층(113)에 흡착된 염료분자가 전자-홀 쌍을 생성하게 되며, 생성된 전자가 전이금속 산화물층(113)의 전도대로 주입된다. 상기 전이금속 산화물층(113)으로 주입된 전자는 나노입자가 계면을 통해 제1투명전극(111)으로 전달되며, 이 전달된 전자가 제1투명전극(111) 상에 형성된 제1전자수집 금속라인(115)을 통해 외부회로로 전달되어 전류가 발생하게 된다. 이때, 상기 제1전자수집 금속라인(115)은 보호층(117)에 의해 둘러싸여 있기 때문에 제1전자수집 금속라인(115)이 상기 전이금속 산화물층(113)에 접촉하는 것이 방지된다.
이하, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 실시예에 따라 상세히 설명한다.
이하의 방법에서 예시되는 조건들, 예를 들면 재질, 소성온도, 세정방법 등은 발명을 상세하게 설명하기 위한 하나의 예로서 이러한 예가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예
① 제1전도성유리기판, 예를 들어FTO(F-doped SnO2), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 투명도전층(제1투명전극)이 코팅되어 있는 투명한 유리기판을 약 10cm × 10cm 크기로 잘라 유리세정제로 약 10분간 고주파음에 의해 분해(sonication) 처리한 후 탈이온수(DI; deionized water)를 사용하여 세정하였다. 그 후, 에탄올(ethanol)로 고주파음에 의해 분해(sonication) 세척을 약 15분 동안 2회 반복해서 실시하고 무수(無水;anhydrous)의 에탄올로 완전히 헹군 다음, 약 100℃ 온도의 오븐에서 건조시켰다.
② 전이금속 산화물층, 예를 들어 TiO2와의 접촉력을 향상시키기 위해 전도성 유리기판을 70℃ 온도의 40mm의 티타늄(titanium)(Ⅳ) 클로라이드(chloride) 용액에 40분간 담근 후 탈이온수(DI)로 세정한 후, 약 100℃ 온도의 오븐에서 수분을 완전히 건조시켰다.
그 후, 스크린프린트 및 마스크를 이용하여 이산화티타늄(TiO2) 페이스 트(paste)를 전도성 유기판에 코팅하고, 코팅된 티타니아(titania) (TiO2) 페이스트(paste)를 약 100℃ 온도의 오븐에서 약 20분 동안 건조시킨 후 이 과정을 5회 반복한 후, 450℃ 온도의 60분간 소성하여 약 15㎛ 두께의 전이금속 산화물층(TiO2)을 형성하였다.
③ 전이금속 산화물층 상에 은페이스트를 도포하고 100℃ 온도로 20분 동안 건조시킨 후, 450℃ 온도에서 30분간 소성하여 전자수집 금속라인을 형성하였다.
④ 전자수집 금속라인 위에 연화점이 480℃인 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 150℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다. 유리기판의 최외각 영역에 연화점이 430℃인 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 50℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다.
전자수립 금속라인 위에 도포된 글라스프릿 페이스트와 기판의 최외각영역에 도포된 글라스프릿 페이스트를 480℃ 온도에서 20분간 소성하여 보호층 및 실라인을 형성하였다.
⑤ 제2전도성 유리기판, 예를 들면 FTO(F-doped SnO2), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 투명도전층이 코팅된 유리기판을 10cm × 10cm 크기로 절단한 후, 상기 제2전도성 유리기판에 다이아몬드 드릴을 이용하여 전해질이 주입될 수 있는 전해질 주입구을 형성하였다.
그 후, 상기 전해질 주입구)가 형성된 제2전도성 유리기판을 유리세정제로 약 10분간 고주파음에 의해 분해 (sonication)처리한 후 탈이온수 (DI; deionized water)를 사용하여 세정하고, 이어서 에탄올(ethanol)로 고주파음에 의해 분 해(sonication) 세척을 약 15분간 2회 반복해서 실시한다. 그후, 무수(無水; anhydrous)의 에탄올로 완전히 헹군 다음, 약 100℃ 온도의 건조시켰다.
⑥ 하이드로겐 헥사클로로플레티네이트(hydrogen hexachloroplatinate ) (H2PtCl6)2-프로판올(propanol) 용액을 제2전도성 유리기판에 코팅된 투명도전층에 코팅한 후 약 450℃ 온도에서 약 60분간 소성시켜 백금층을 형성하였다.
⑦ 백금층 상에 은페이스트를 도포하고 100℃ 온도로 20분 동안 건조시킨 후, 450℃ 온도에서 30분간 소성하여 전자수집 금속라인을 형성하였다.
⑧ 전자수집 금속라인 위에 연화점이 480℃인 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 150℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다. 유리기판의 최외각 영역에 연화점이 430℃인 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 50℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다.
전자수립 금속라인 위에 도포된 글라스프릿 페이스트와 기판의 최외각영역에 도포된 글라스프릿 페이스트를 480℃ 온도에서 20분간 소성하여 보호층 및 실라인을 형성하였다.
⑨ 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 정렬한 후, 430℃ 온도에서 1.5Kg/cm2의 압력을 갖는 클립으로 상기 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 고정한 상태로 30분간 유지하여 상기 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 합착하였다.
⑩ 합착된 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 0.5mM 농도의 염료의 무수의 에탄올 용액에 약 24시간 담궈 놓음으로써 염료를 흡착시킨 후, 무수의 에탄올로 흡착되지 않은 염료를 완전히 세척한 후 진공오븐을 이용하여 건조시켰다.
⑪ 제2전도성 유리기판 형성된 2개의 전해질주입구를 통해 전해질(131)을 주입한 후, 0.1M Lil, 0.05M I2, 0.6M 1-헥실(hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴 (metoxypropionitrile) 용매(solvent)로 하여 제조된 전해질을 주입한 후, 설린스트립(surlyn strip)과 커버글라스(cover glass)에 실링하여 염료감응형 태양전지의 제조를 완료하였다.
비교예 1
상기 실시예의 공정중 공정⑧ 및 ⑨을 제외하고는 동일한 공정을 거쳐 염료감응형 태양전지를 제작하였다.
공정⑧에서, 전자수집 금속라인 위에 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 150℃ 온도에서 20분 동안 건조하고 480℃ 온도에서 20분간 소성하여 보호층을 형성하였다.
공정 ⑨에서, 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판 사이에 고분자물질인 설린(surlyn)을 놓고 100-120℃의 핫프레스(hot press)를 이용하여 상기 설린을 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판에 부착하여 상기 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 합착하였다.
비교예 2
상기 실시예의 공정중 공정⑧ 및 ⑨을 제외하고는 동일한 공정을 거쳐 염료감응형 태양전지를 제작하였다.
공정⑧에서, 전자수집 금속라인 위에 연화점이 480℃인 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 150℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다. 유리기판의 최외각 영역에 연화점이 480℃인 글라스프릿 페이스트를 도포한 후 50℃ 온도에서 20분 동안 건조하였다.
전자수립 금속라인 위에 도포된 글라스프릿 페이스트와 기판의 최외각영역에 도포된 글라스프릿 페이스트를 480℃ 온도에서 20분간 소성하여 보호층 및 실라인을 형성하였다.
공정⑨에서, 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 정렬한 후, 480℃ 온도에서 1.5Kg/cm2의 압력을 갖는 클립으로 상기 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 고정한 상태로 30분간 유지하여 상기 제1전도성 유리기판 및 제2전도성 유리기판을 합착하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 염료감응 태양전지와 비교예1에 따라 제작된 염료감응 태양전지의 전류밀도를 나타내는 그래프이다. 이때, 본 발명의 염료감응 태양전지와 비교예1의 염료감응 태양전지의 차이는 본 발명에서는 실라인을 글라스프릿으로 형성하는데 반해, 비교예1에서는 실라인을 설린과 같은 고분자 물질로 형성한다는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 전류밀도는 비교예1에 의해 제작된 염료감응 태양전지의 전류밀도에 비해 대단히 크다. 특히, 태양전지에서 의미가 있는 단락회로전류(short-circuit current), 즉 외부저항이 없는 상태에서 광이 조사되었을 때의 전류밀도는 본 발명의 염료감응 태양전지에서 약 13.5mA인 반면에, 비교예1의 염료감응 태양전지에서는 1.5mA에 불과하여, 비교예1의 염료감응 태양전지(즉, 실라인을 고분자물질로 형성한 경우)에 비해 본 발명이 염료감응 태양전지(즉, 실라인을 글라스프릿으로 형성하고 보호층의 글라스프릿의 연화점이 실라인의 고분자물질의 연화점에 비해 높은 경우)의 전류발생 효율이 훨씬 좋다는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, 실라인을 글라스프릿으로 형성하는 것이 실라인을 고분자물질로 형성하는 것에 비해, 전류발생효율이 향상되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 특성 및 비교예2에 의해 제작된 염료감응 태양전지의 특성을 나타내는 도면으로, 도 3a는 단락회로전류(Jsc)이고 도 3b는 개방회로전압(Voc)이며 도 3c는 필팩터(fill factor;FF)이고 도 3d는 효율(eff)을 나타낸다.
이때, 본 발명의 염료감응 태양전지와 비교예1의 염료감응 태양전지의 차이는 본 발명에서는 보호층을 형성하는 글라스프릿의 연화점이 480℃이고 실라인을 형성하는 글라스프릿의 연화점이 430℃이며 합착공정이 430℃에서 진행되는데 반해, 비교예2에서는 보호층 및 실라인을 형성하는 글라스프릿과의 연화점이 모두 480℃이고 합착공정이 480℃에서 진행된다. 다시 말해서, 본 발명에서는 보호층의 글라스프릿의 연화점이 합착공정의 온도보다 높기 때문에 보호층이 합착공정시 연화되지 않는 반면에, 비교예2에서는 보호층의 글라스프릿의 연화점이 합착공정의 온도와 유사하므로 합착공정시 보호층이 연화되는 것이다.
도 3a-도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지와 비교예2의 염료감응 태양전지를 비교하면 전체적으로 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 특성이 향상되었음을 알 수 있다. 즉, 외부저항이 없는 상태에서 광이 조사되었을 때의 전류밀도(Jsc)에서도 본 발명의 염료감응 태양전지가 높은 전류밀도를 가지며, 회로가 개방된 상태에서의 태양전지의 양단에 걸리는 전압(V0c)에 있어서 본 발명이 특성이 비교예2에 비해 높다.
또한, 필펙터(FF)에서도 본 발명의 염료감응 태양전지가 비교예2의 염료감응 태양전지에 비해 높았으며, 태양전지의 효율(eff)도 비교예2의 염료감응 태양전지에 비해 본 발명의 염료감응 태양전지가 높다.
이와 같이, 본 발명의 염료감응 태양전지는 보호층과 실라인을 모두 글라스프릿으로 형성하되, 보호층의 글라스프릿의 연화점을 실라인의 글라스프릿의 연화점 보다 높게 하여 합착공정시 보호층이 연화되는 것을 방지함으로써 태양전지의 전류발생효율을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였 으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 염료감응 태양전지와 비교예1에 의한 염료감응 태양전지의 전류밀도를 나타내는 그래프.
도 3a-도 3d는 각각 본 발명에 따른 염료감응 태양전지와 비교예2의 염료감응 태양전지의 특성을 나타내는 그래프.
Claims (10)
- 제1기판 및 제2기판;상기 제1기판에 형성된 제1전극;상기 제2기판에 형성되어 상기 제1전극과 대향하는 제2전극;상기 제1과 제2전극 사이에 개재되는 전해질; 및상기 제1전극 및 제2전극에 형성되어 생성되는 전극을 수집하는 전자수집 금속라인;상기 전자수집 금속라인을 둘러싸는 보호층; 및상기 제1기판 및 제2기판의 외곽영역에 형성되어 상기 제1기판 및 제2기판을 합착하고 전해질을 밀봉하는 실라인으로 구성되며,상기 보호층의 연화점이 실라인의 연화점보다 높은 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1 항에 있어서, 상기 제1전극은,제1투명전극; 및상기 투명도전층 위에 형성된 전이금속 산화물층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제2항에 있어서, 상기 제1투명전극은 FTO(F-doped SnO2), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 제2전극은 제2투명전극; 및상기 제2투명전극 위에 형성된 백금층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제4항에 있어서, 상기 제2투명전극은 FTO(F-doped SnO2), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전해질은 3-메톡시프로피오니트릴 (metoxypropionitrile) 용매(solvent)에 용융된 Lil, I2, 1-헥실 (hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 제1전자수집 금속라인 및 제2전자수집 금속라인은 은(Ag)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 보호층 및 실라인은 알칼리산화물이 첨가된 글라스프릿으로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제8항에 있어서, 상기 보호층의 연화점은 480℃이고 실라인의 연화점은 430℃인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제8항에 있어서, 상기 글라스프릿의 연화점은 알칼리산화물의 첨가량에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
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