KR20110123102A - 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름이 적용된 염료감응형 태양전지 - Google Patents

거울반사 특성을 갖는 고분자 필름이 적용된 염료감응형 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 작업 전극과 상기 작업 전극에 대향되는 상대 전극으로 구성된 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 상대 전극 외부 상에 부착된 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 포함한다. 상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름이 적용됨에 따라 광의 활용을 높여 광전 전류 변환 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

거울반사 특성을 갖는 고분자 필름이 적용된 염료감응형 태양전지{DYE SENSITIZED SOLAR CELLS WITH POLYMERIC MIRROR FILM}
본 발명은 광전 효율을 향상하기 위하여 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 외부에 적용한 염료감응형 태양전지에 관한 것이다. 구체적으로는 상대 전극 후면에 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 부착한 염료 감응형 태양전지에 관한 것이다.
최근 들어 지구 온난화의 주범으로 지목되는 이산화탄소의 배출량을 감소시키고 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 에너지에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히, 풍력, 원자력, 태양광 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 연구가 광범위하게 진행되고 있다. 이 중 태양에너지를 이용한 태양전지는 환경친화적이며 거의 무한하게 활용할 수 있어 큰 장점을 지니고 있다.
현재는 실리콘 태양전지가 실용화되어 사용되고 있지만 제작 비용이 상대적으로 고가이고, 반도체 등 다양하게 적용되고 있는 실리콘을 사용하고 있기 때문에 태양전지를 광범위하게 적용하기 위해서는 저렴한 염료감응형 태양전지가 주목받고 있다.
그러나, 염료감응형 태양전지가 확대 보급되기 위하여서는 태양광의 효율이 개선되어야 하는 것도 또 다른 문제이다.
염료감응형 태양전지는 가시광선의 빛에너지를 흡수하여 전자-홀 쌍 (electron-hole pair)을 생성하는 메커니즘을 통하여 구동된다. 염료감응형 태양전지는 감광성 염료 분자, 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성물로 하며 스위스 국립 로잔 고등기술원 (EPFL)의 마이클 그라첼 (Michael Gratzel) 연구팀이 1991년 개발한 나노입자 산화티타늄 입자를 이용한 염료감응 전지가 대표적인 예이다.
광전 전류 변환 효율은 태양빛의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례한다. 태양 전지의 효율을 증가시키기 위해서는 적절한 방법으로 태양빛의 흡수를 증가시키거나 흡착된 염료의 양을 높여 전자를 더 많이 생성되게 하거나, 또는 여기전자가 전자-홀 재결합에 의해 소멸되는 것을 막아 줄 수도 있다. 태양빛의 흡수를 높이기 위하여 백금전극의 반사효율을 높이거나 산화물 반도체의 입자를 나노미터 수준의 크기로 제조하여 단위면적당 염료의 흡착량을 높일 수 있으며 수 마이크로 크기의 반도체 산화물 광산란자를 섞어서 제조하는 방법 등이 개발되어 있다.
그러나 종래의 방법으로는 태양전지 광전환 변화효율 향상에 한계가 있으며 효율 향상을 위한 새로운 기술의 개발이 요구된다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 반사특성이 우수하면서 유연성을 갖는 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 염료감응형 태양전지에 적용시켜 광전 변화 효율을 개선시킨 염료감응형 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 작업 전극과 상기 작업 전극에 대향되는 상대 전극으로 구성된 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 상대 전극 외부 상에 부착된 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름으로는 굴절율이 상이한 두 재료를 반복하여 적층한 복합층인 것이 바람직하며, 또한 가시광선 영역에서 반사율이 97% 이상인 것이 바람직하고, 유연성을 갖는 필름인 것이 바람직하며, 특히 3M사의 ESR인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 작업 전극은 전도성 기판 상에 금속산화물 입자층이 코팅된 것이며, 상기 상대 전극은 전도성 기판 상에 촉매층이 코팅된 것이다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 상대 전극의 활성면적과 최소한 동일한 크기로 부착되거나 또는 상대 전극의 활성면적을 초과하는 크기로 부착되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지에 있어서, 상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 상대 전극의 후면에 흠결없이 부착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상대 전극 외부면에 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 부착하여 제작된 염료감응형 태양전지는 전지를 통과하여 버려지는 빛을 용이하게 재사용할 수 있어 광전 변화 효율을 획기적으로 향상할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따라 염료감응형 태양전지에 적용되는 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름이 유연성을 보유하고 있어 굴곡면에도 용이하게 적용할 수 있는 이점을 가지며, 가시광선 영역 전체에서 입사각에 무관하게 높은 반사율을 가지고 있어 통과하여 버려지는 빛을 최소화하여 태양의 고도에 영향을 적게 받으면서도 높은 효율을 나타낼 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 염료감응형 태양전지(a)와 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지(b)의 전지를 통과하는 빛이 버려지는 경우와 전지를 통과하지 않고 빛이 반사되는 경우를 모식적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 광자-전류 변화 효율을 측정하여 그 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지(100)은 작업 전극(10); 작업 전극과 대향되는 상대 전극(20); 상기 작업 전극(10)과 상대 전극(20) 사이에 전해질(30); 및 상기 상대 전극(20) 외부에 부착된 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름(40)이 형성되어 있는 구조로써 전지의 활성 영역을 통과하여 나가는 빛을 반사시켜 재활용하고 활성영역 이외의 영역으로 버려지는 빛도 반사하여 광전 변화효율을 개선시킨다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지를 구성하는 작업 전극(10)은 일반적으로 전도성 기판(11) 상에 금속산화물 입자층(12)이 형성되어 있고, 상기 금속산화물 입자층(12)에 염료 물질이 흡착되어 있다.
상기 전도성 기판(11)으로는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 유리와 같은 투명한 기판, 전도성 금속기판, 반도체 기판 또는 부도체 기판 등이 사용될 수 있다.
상기 금속산화물 입자층(12)은 금속산화물 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하여 열처리하는 것으로 형성된다. 이 경우, 금속산화물로는 이산화티탄, 이산화주석 또는 산화아연 등이 사용될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 상기 금속산화물 입자층(12)에는 염료 분자가 흡착되며, 염료 분자로는 이 분야에 일반적인 것이 사용될 수 있다.
상기 작업 전극(10)의 전도성 기판(11) 상에 금속산화물 입자층(12)을 형성시키는 경우, 접착력을 향상시키기 위하여 금속 산화물 전구체나 나노입자를 도포하여 열처리하며, 전자의 재결합을 억제하여 생성되는 전자가 역방향으로 진행되는 것을 억제하여 효율을 증가시키기 위하여 블록킹층을 더 형성시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지를 구성하는 상대 전극(20)은 상기 작업 전극(10)에 대향되어 있으며, 전도성 기판(21) 상에 촉매층(22)을 형성하여 제조된다. 상기 촉매층으로는 백금 등이 사용될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 기판(21)으로는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 상기 작업 전극(10)의 경우에서와 마찬가지로 유리와 같은 투명한 기판, 전도성 금속기판, 반도체 기판 또는 부도체 기판 등이 사용될 수 있다.
상기 작업 전극(10)과 상대 전극(20)은 이 분야의 일반적인 방법을 통해 서로 마주 붙여, 샌드위치 셀이 제작된다. 예를 들면, 작업 전극(10)과 상대 전극(20) 사이에 밀폐용 테이프을 위치시킨 후, 두 전극을 밀착시킨다. 이때, 열 및 압력을 가하여 상기 밀폐용 테이프가 상기 두 전극의 표면에 강하게 부착되도록 한다. 여기서, 밀폐용 테이프로는 이 분야의 일반적인 것이 이용될 수 있다.
상기 작업 전극(10)과 상대 전극(20) 사이에 전해질(30)이 주입된다. 이 경우, 전해질의 종류 및 전해질의 주입방법은 이 분야의 일반적인 것을 채용할 수 있다.
상대 전극(20) 외부 상에 부착된 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름(40)은 굴절율이 상이한 두 재료를 반복하여 적층한 복합층이며, 또한 가시광선 영역에서 반사율이 97% 이상이고, 유연성을 갖는 필름이다.
상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름(40)은 Z방향의 굴절율을 매칭시킨 복합층으로, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)가 백층 이상 반복적으로 적층된 구조의 복합층이다. 이 경우 층의 두께는 λ/4n을 갖게 되면 효과적인 1차원 광결정으로 작용하여 파장 λ에서 최고의 반사율을 갖는다.
이러한 고분자 필름은 확산 반사가 아닌 거울반사를 지니며, 거울반사를 지녀야만 입사각의 변화에도 반사 효율의 저하가 매우 낮아 다양한 각도의 빛을 높은 효율로 반사할 수 있다.
거울반사 특성을 갖는 고분자 필름의 대표적인 시판되는 제품으로는 3M사의 ESR(Enhanced Spectacular Reflection)이다.
상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름(40)은 금속반사막에 비해 높은 반사효율과 넓은 입사각의 범위에도 상대적인 반사광의 세기가 높은 장점을 지니며, 유연성을 지니고 있어 염료감응형 태양전지의 상대 전극에 부착이 용이하다.
상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름(40)은 상대 전극의 활성면적과 최소한 동일한 크기로 부착되거나 또는 상대 전극의 활성면적을 초과하는 크기로 부착되는 것이 바람직하다. 고분자 필름(40)은 최소한 활성면적의 크기를 가져야만 활성면적을 통해 나온 빛을 재활용할 수 있으며, 전면적으로 부착하는 것이 가장 바람직하다. 따라서, 공정상 고분자 필름(40)을 전극 후면에 부착하는 경우 전면에 모두 부착하는 것이 용이하므로 상대전극 후면을 모두 커버하는 것이 가장 최적이다. 한편 상기 고분자 필름(40)의 두께는 98% 이상의 반사효율을 나타내기 위해서 다층으로 적층되어야 하는 관계로 40미크론 이상이고 유연성을 고려하였을 때 250미크론 이하인 것이 바람직하다.
상기 고분자 필름(40)은 상대 전극의 후면에 흠결 없이 부착되어야 하며, 여기서 흠결이라 함은 구체적으로 필름 표면에 발생하는 스크래치로서 이의 발생으로 인해 반사특성이 심각하게 훼손될 수 있다. 따라서, 전극 후면에 고분자 필름을 부착했을 때 필름이 상하좌우로 밀려서 스크래치가 나지 않게 하는 모든 방법이 적용될 수 있으며, 단 필름과 전극 사이에 접착제나 테이프는 사용하여서는 안되며 상대전극의 가장자리와 필름을 접착제나 테이프로 고정하는 것이 바람직하다.
도 2는 전지를 통과하여 버려지는 빛을 나타낸 종래 일반적인 염료감응형 태양전지(a)와 상대 전극 후면에 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 부착함으로써 전지를 통과하여 버려지는 빛을 반사시키는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지(b)를 보여주고 있다. 도 2에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 전지를 통과하여 버려지는 빛을 재사용하여 광전 변화 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 작업 전극 제작
FTO 글라스 (Fluroine-doped tin oxide coated conduction glass, Pilkington, TEC 7)을 1.5 cm X 1.5 cm 크기로 절단한 후 비누물을 이용하여 초음파 세척을 5분간 수행한 후 비눗물을 완전히 제거하였다. 그 후에 에탄올로 초음파 세척을 5분간 3회 반복하였다. 이후 무수에탄올을 이용하여 완전히 헹군 후에 오븐에서 건조시켰다. 이렇게 준비한 FTO글라스 위에 TiO2와의 접착력을 높이기 위하여 0.2 M 티타늄(IV) 부톡사이드 용액을 스핀 코팅하고 오븐에서 완전히 건조하였다. 여기에 티타니아를 닥터블레이드를 통하여 코팅하고 코팅된 필름을 100℃에서 10분간 건조하였다. 이후 450℃로 열처리함으로써 10마이크로미터 두께의 TiO2 필름을 얻었다. 이렇게 제조된 전극은 무수에탄올에 0.5mM 농도로 된 염료 용액에 담구어 24시간 방치하여 염료를 흡착시켰다. 본 실시예에서는 N719 염료를 사용하였다.
(2) 상대 전극 제작
1.5 cm x 1.5 cm 크기의 FTO 글라스에 다이아몬드 드릴 (Bosch, Dremel multipro395)을 이용해서 전해질을 들어갈 구멍 두 개를 뚫었다. 그 후에 작업 전극 제조시와 동일하게 세척과 건조를 수행하였다. 여기에 H2PtCl6(hydrogen hexachloroplatinate/2-propanol)용액을 FTO글라스에 입힌 후 450℃에서 30분간 열처리하였다.
(3) 샌드위치 셀(Sandwich cell) 제작
작업 전극과 상대 전극 사이에 사각형 띠 모양으로 자른 설린 (Surlyn, Solaronix, SX1170-25 Hot melt)을 놓고 핫 프레스기를 이용하여 두 전극을 서로 붙인 후에 상대 전극에 있는 2개의 작은 구멍을 통해 전해질을 주입한 후 설린 스트립(surlyn strip)과 커버 글라스 (cover glass)로 실링하여 샌드위치 셀을 제작하였다. 전해질 용액으로는 0.1 M LiI, 0.05 M I2, 0.5 M 4-t-부틸틸피리딘(4-tert-butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴(3-methoxypropionitrile) 용매중에 용해시켜 제조하였다. 제조된 셀에서 활성면적은 4.0 mm x 4.0 mm (가로 x 세로)이였다.
(4) 제조되어진 샌드위치 셀의 상대 전극 외부에 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름으로서 3M사의 ESR을 상대 전극의 면적과 일치되게 절단하여 상대 전극의 활성면적과 동일한 크기로 부착하여 제조하였다.
실시예 2
거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 상대 전극 외부에 부착할 때 활성면적을 초과하여 1.5 cm x 1.5 cm (가로 x 세로) (상대전극 전면에 부착한 것임) 크기로 부착한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제작하였다.
비교예 1
거울반사 특성을 갖는 고분자 필름이 부착되지 않는 것만 제외하고 실시예 1과 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제작하였다.
비교예 2
거울반사 특성을 갖는 고분자 필름 대신에 알루미늄 호일을 부착한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 하여 염료감응형 태양전지를 제작하였다.
시험예
에너지 변환효율
상기에 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제작된 전지에 AM 1.5 솔라 시뮬레이팅 필터 (solar simulating filter)를 장착한 Xe램프 (Oriel, 300 W Xe arc lamp)로 빛을 조사하여 M236 소스 측정 유닛(source measure unit) (SMU, Keithley)을 사용하여 전류-전압 곡선을 얻었다. 전위의 범위는 -0.8 V에서 0.2 V까지이고, 빛의 세기는 100 mW/cm2으로 하였다. 이를 이용하여 에너지 변환효율을 측정하였으며, 충진계수는 변환효율 및 하기 식을 이용하여 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
계산식
충진계수(%) = ((J X V)max/(Jsc X Voc)) X 100
상기 식에서, J는 변환효율 곡선의 Y축값이고, V는 변환효율 곡선의 X축값이며, Jsc 및 Vod는 각 축의 절편값이다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2
에너지변환효율(%) 7.8 9.9 7.0 7.5
비교예 1 기준 효율 증가분(%) 11.1 41.4 0 7.1
광자-전류 변환효율
상기에 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서 제작된 전지의 광자-전류 변환효율(Incident Photon-to-Current Conversion Efficiency, IPCE)를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 광자-전류 변화 효율은 빛에 의해 외부회로로 발생한 전자의 수를 특정 파장에서 조사한 광자의 수로 나눈 값으로서 spectral sensitivity analysis system을 이용하여 측정하였다. IPCE 측정에서 300 에서 900 nm 파장대 범위에서 수행하였다.
상기 에너지 변환효율과 광자-전류 변환 효율의 결과로부터 염료감응형 전지 자체에 비해 상대 전극 외부에 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 적용한 경우(실시예 1 및 2)에서 에너지 변환효율이 상승한 것이 확인되었으며, 알루미늄 호일과 같은 금속층 반사 필름의 경우(비교예 2)에서도 에너지 변환효율이 증가하나, 증가폭이 낮고, 넓은 면에 부착시에는 밀착이 용이하지 않고 원상태로 복원되지 않아 주름이 발생하는 등 적용이 어려운 특징을 나타냈다. 반면, 실시예 1 및 2에 적용시킨 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 유연성을 지니고 있어 주름 발생없이 용이하게 상대 전극 외부에 부착이 가능하며 에너지 변환효율과 광자 전류 변화 효율 모두 비교예 1과 비교예 2보다 개선됨을 알 수 있다.
또한 실시예 2와 같이 활성면적 이외에까지 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름의 부착면적을 확장하면 활성면적을 투과한 빛이외에도 손실되는 빛을 반사하여 획기적으로 에너지 변환효율이 향상되는 특징을 나타냈다. 특히, 고분자 거울은 알루미늄과 같은 금속계 반사필름에 비해 입사각에 따른 상대적인 반사광의 세기 저하가 매우 작아 다양한 입사각에서도 높은 효율을 나타낸다.
100 -- 태양전지
10 -- 작업전극
11 -- 전도성 기판
12 -- 금속산화물 입자층
20 -- 상대전극
21 -- 전도성 기판
22 -- 촉매층
30 -- 전해질
40 -- 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름

Claims (10)

  1. 작업 전극과 상기 작업 전극에 대향되는 상대 전극으로 구성된 염료감응형 태양전지에 있어서,
    상기 상대 전극 외부 상에 부착된 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름으로는 굴절율이 상이한 두 재료를 반복하여 적층한 복합층인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 가시광선 영역에서 반사율이 97% 이상인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 유연성을 갖는 필름인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 3M사의 ESR인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작업 전극은 전도성 기판 상에 금속산화물 입자층이 코팅된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상대 전극은 전도성 기판 상에 촉매층이 코팅된 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 상대 전극의 활성면적과 동일한 크기로 부착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 상대 전극의 활성면적을 초과하는 크기로 부착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 거울반사 특성을 갖는 고분자 필름은 상대 전극의 후면에 흠결없이 부착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.


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KR101429695B1 (ko) * 2012-11-14 2014-08-14 재단법인대구경북과학기술원 3차원 광결정 구조를 포함하는 고효율 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103985547B (zh) * 2014-06-11 2017-03-08 福州大学 一种镜面状硫化镍纳米片对电极及其应用
CN109119538A (zh) * 2018-07-27 2019-01-01 暨南大学 柔性一维光子晶体调控的半透明无铟聚合物太阳能电池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1178542A4 (en) * 1999-12-27 2006-03-08 Seiko Epson Corp PHOTOVOLTAIC CELL AND CORRESPONDING UNIT
US7586035B2 (en) * 2004-02-19 2009-09-08 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell with spacers
WO2004036658A1 (ja) * 2002-10-15 2004-04-29 Sharp Kabushiki Kaisha 太陽電池およびそれを用いた太陽電池モジュール
US20090283144A1 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 3M Innovative Properties Company Solar concentrating mirror

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101429695B1 (ko) * 2012-11-14 2014-08-14 재단법인대구경북과학기술원 3차원 광결정 구조를 포함하는 고효율 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법

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