KR20120081524A - 격리판을 구비한 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 염료감응형 태양전지에 적용되어 보다 높은 광전변환 효율을 제공할 수 있도록 된 격리판을 구비한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 격리판을 구비한 태양전지는 하부 구조와 상부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며, 상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 염료감응형 태양전지에 적용되어 보다 높은 광전변환 효율을 제공할 수 있도록 된 격리판을 구비한 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가되고 있다.
태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 그 동작 방식에 따라 크게 실리콘 태양전지와 염료감응형 태양전지로 구분할 수 있다.
이 중 염료감응형 태양전지는 저 비용으로 제조가 가능하고, 태양전지의 제조에 사용되는 재료가 환경친화적이며, 태양전지의 제조시에 CO2의 배출량이 적기 때문에 차세대 태양전지로서 주목을 받고 있다.
그러나, 염료감응형 태양전지의 경우에는 염료 분자가 흡수하는 파장의 광만이 광전변환에 이용되게 되는데, 염료 분자는 일반적인 실리콘의 흡수 스펙트럼에 비하여 적생 파장에서 현저히 낮은 흡수율을 보이기 때문에 실리콘을 사용하는 태양전지에 비하여 광전변환 효율이 낮아진다는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 보다 제고할 수 있도록 된 격리판을 구비한 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
또한 본 발명은 유연성이 있고, 보다 친환경적이며, 제조비용을 대폭 낮출 수 있도록 된 격리판을 구비한 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지는 하부 구조와 상부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며, 상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조는 제1 기판과, 상기 기판상에 형성되는 하부 전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 기판은 종이 또는 유기물 기판인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극은 도전성 유기물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조는 전도성 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전도성 종이는 종이에 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 유기물의 혼합물을 흡착시켜 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판은 직물 또는 부직포로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판에 1개 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판이 다수의 층으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 구조가 제2 기판과, 상기 제2 기판상에 형성되는 상부 전극 및, 상기 상부 전극상에 형성되는 다공질층을 구비하여 구성되고, 상기 다공질층에는 염료가 흡착되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 구조가 종이로 구성되는 제2 기판과, 제2 기판상에 형성되는 다공질층을 구비하고, 상기 제2 기판에는 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 무기물의 혼합물이 흡착되며, 상기 다공질층에는 염료가 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지는 하부 구조와 상부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며, 상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되고, 상기 격리판은 기판과, 상기 기판상에 형성되는 도전층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기판은 직물 또는 부직포로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기판에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전층은 메시 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판에 1개 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지는 하부 구조와 상부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며, 상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되고, 상기 격리판은 기판을 구비하고, 상기 기판에 도전성 물질이 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질이 유기물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질이 유기물과 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기판에 염료가 추가로 흡착되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지는 하부 구조와 상부 구조를 구비하고, 상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며, 상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되고, 상기 격리판은 기판과, 상기 기판상에 형성되는 PN 접합층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판에 1개 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 PN 접합층이 반도체 무기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 PN 접합층이 반도체 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 PN 접합층이 반도체 무기물과 반도체 유기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 PN 접합층이 투명한 재질의 반도체 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기판에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법은 하부 구조를 형성하는 단계와, 상구 구조를 형성하는 단계, 격리판을 형성하는 단계, 상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및, 상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조 형성 단계는 제1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 기판상에 하부 전극을 형성하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 하부 전극은 도전성 유기물 용액 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합 용액을 이용하여 제1 기판상에 하부 전극층을 형성하고, 하부 전극층에 열을 가하여 용매를 증발시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조 형성 단계는 제1 기판을 준비하는 단계와, 도전성 유기물 용액을 준비하는 단계, 상기 유기물 용액을 제1 기판에 흡착시키는 단계 및, 제1 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조 형성 단계는 제1 기판을 준비하는 단계와, 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합 용액을 준비하는 단계, 상기 혼합 용액을 제1 기판에 흡착시키는 단계 및, 제1 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판 형성단계는 격리판에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판 형성단계는 격리판에 1개 이상의 관통공을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극 형성단계는 제2 기판에 다공질층을 형성하는 단계와, 도전성 유기물 용액을 준비하는 단계, 상기 유기물 용액을 제2 기판에 흡착시키는 단계, 제2 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계 및, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극 형성단계는 제2 기판에 다공질층을 형성하는 단계와, 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합 용액을 준비하는 단계, 상기 혼합 용액을 제2 기판에 흡착시키는 단계, 제2 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계 및, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법은 하부 구조를 형성하는 단계와, 상구 구조를 형성하는 단계, 격리판을 형성하는 단계, 상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및, 상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 도전층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판 형성단계는 기판에 염료를 흡착시키는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전층은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되고, 도전층의 형성은 잉크젯법, 스크린 인쇄법 또는 스핀코팅법 중 적어도 하나를 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판 형성단계는 격리판에 1개 이상의 관통공을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전층의 형성단계는 도전층을 메시 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법은 하부 구조를 형성하는 단계와, 상구 구조를 형성하는 단계, 격리판을 형성하는 단계, 상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및, 상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 도전성 물질을 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법은 하부 구조를 형성하는 단계와, 상구 구조를 형성하는 단계, 격리판을 형성하는 단계, 상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및, 상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 도전성 물질과 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 관점에 따른 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법은 하부 구조를 형성하는 단계와, 상구 구조를 형성하는 단계, 격리판을 형성하는 단계, 상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및, 상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고, 상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 PN 접합층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판 형성단계는 기판에 염료를 흡착시키는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격리판 형성단계는 격리판에 1개 이상의 관통공을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 염료감응형 태양전지의 전해질층 내에 격리판이 구비된다. 이 격리판은 전해질을 구성하는 요오드의 산화, 환원 반응을 촉진함으로써 하부 전극과 상부 전극으로의 전자의 흐름을 원활하게 하게 된다.
또한 본 발명에 따른 태양전지는 기판으로서 종래의 반도체 기판 대신에 종이나 유기물 기판이 사용된다. 따라서, 고가의 반도체 기판을 사용하지 않아도 되므로 제조가격을 대폭 낮출 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 기본 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 이는 일반적인 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있음은 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
염료감응형 태양전지는 전해질층(3)을 사이에 두고 하부 구조 및 상부 구조가 형성된다.
여기서 하부 구조는 예컨대 유리 등으로 이루어진 하부 기판(1)과, 이 하부 기판(1)상에 형성되는 하부 전극(2)을 구비한다. 하부 전극(2)은 예컨대 백금(Pt)으로 구성된다.
상부 구조는 예컨대 유리 등으로 이루어진 상부 기판(6)과, 이 상부 기판(6)상에 형성되는 상부 전극(5) 및 다공질층, 즉 TiO2층(4)을 구비한다. 상기 상부 전극(5)은 예컨대 SnO2 등의 투명전극으로 이루어지고, TiO2층(4)에는 예컨대 루테늄(Ru)계 염료가 흡착된다.
상기한 구조의 태양전지는 상부 전극(5)을 통해 외부 광이 입사되면, 입사되는 광은 상부 기판(6)과 상부 전극(5)을 통해 TiO2층(4)으로 전달된다. 이와 같이 외부 광이 전달되면 TiO2층(4)에 흡착되어 있는 염료 분자들이 여기된다. 이러한 여기 상태에서 염료들로부터 TiO2층(4)으로 전자들이 주입되고, 이와 같이 주입된 전자들은 TiO2층(4)으로부터 상부 전극(5)으로 확산된다.
한편 전자를 잃어버린 염료 분자에 대해서는 전해질로부터 전자가 제공된다. 전해질은 예컨대 요오드로 구성되는데, 요오드는 염료에 전자를 제공하면서 트리요오드화물(triiodide)로 산화된다. 전자를 잃어버린 트리요오드화물은 양극, 즉 하부 전극(2)의 표면으로 확산 이동되어 외부 회로를 통해서 유입되는 전자를 받아서 다시 요오드로 환원되고, 이와 같이 환원된 요오드는 다시 음극, 즉 상부 전극(5)측으로 확산 이동하게 된다.
상기한 염료감응형 태양전지에 있어서는 염료로 충분한 전자를 공급하기 위해서는 일정량 이상의 전해질이 요구된다. 그런데 전해질의 양이 많아지게 되면 상부 전극(5)과 하부 전극(3)간의 거리가 멀어지게 됨으로써 요오드의 산화, 환원 반응이 원활하게 이루어지지 않게 된다. 그리고 상부 전극(5) 주변에 산화된 트리요오드화물이 누적되게 되면 염료에서 생성된 전자와 트리요오드화물이 재결합함으로써 태양전지의 광전변환 효율이 저하되게 된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1에 있어서는 전해질이 주입되는 전해질층(3)에 격리판(31)이 구비된다. 이 격리판(31)은 예컨대 종이로 구성된다. 또한 이 격리판(31)은 직물이나 부직포 등의 섬유층으로 구성된다. 여기서 종이라 함은 펄프를 주원료로 하여 제조된 일체의 종이와 더불어, 이러한 종이를 포함하는 재질, 예컨대 종이에 세라믹이나 실리콘 등의 내열성 재료를 침투시킨 것을 포함한다.
그리고 그 밖의 부분은 도 1과 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서는 전해질층(3)의 중간 부분에 설치되어 있는 격리판(31)을 중심으로서 요오드와 트리요오드화물이 인접하게 배치되면서 격리판(31)이 하나의 가상적인 전극으로서 작용하게 된다. 즉, 상기 격리판(31)은 상부 전극(5)에 대해서는 양극, 하부 전극(2)에 대해서는 음극으로 작용하게 된다.
그리고 격리판(31)을 중심으로 대치되는 요오드 및 트리요오드화물간에 산화, 환원 반응이 일어나게 된다. 즉 상부 전극(5)으로부터 하측으로 확산 이동되는 트리요오드화물은 격리판(31)에서 그 하측의 요오드로부터 전자를 취하여 요오드로 환원되고, 하부 전극(2)으로부터 상측으로 확산 이동되는 요오드는 격리판(31)에서 상측의 요오드화물에 전자를 잃은 후 트리요오드화물로 산화된다.
그리고 이와 같이 환원 및 산화된 요오드 및 트리요오드화물은 다시 상부 전극(5) 및 하부 전극(2)측으로 확산 이동되게 된다.
즉, 상술한 실시예에 있어서는 전해질층(3)에 충분한 양의 전해질을 공급하면서도 가상적으로 상부 전극(5)과 하부 전극(2)간의 거리를 최대한도로 좁힘으로써 양 전극간의 전류 흐름이 원활해지도록 하게 된다.
본 실시예에 따른 태양전지를 제조하는 경우에는 우선 통상적인 방법과 마찬가지로 하부 기판(1) 및 하부 전극(2)으로 구성되는 하부 구조체를 형성한다. 그리고 통상적인 방법과 마찬가지로 상부 기판(6), 상부 전극(5) 및 TiO2층(4)으로 구성되는 상부 구조체를 형성한 후 TiO2층(4)에 염료를 흡착시킨다.
그리고 격리판(31)을 사이에 두고 상부 및 하부 구조체를 결합시킴과 더불어 전해질층(3)에 전해질을 주입 및 밀봉하여 태양전지를 완성하게 된다.
또한 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 있어서는 상기 격리판(31)에 염료가 흡착된다.
격리판(31)에 염료가 흡착되면, 상층의 TiO2층(4)에 흡착되어 있는 염료에서 흡수되지 않은 외부 광은 격리판(31)에 흡착되어 있는 염료에 흡수된다. 그리고 상술한 바와 같이 광을 흡수한 염료는 여기상태로 되면서 전자를 생성하게 되고, 이와 같이 생성된 전자는 상부 전극(5)측으로부터 하측으로 확산 이동되는 트리요오드화물에 전달되어 이를 요오드로 환원시키게 된다,
그리고 이와 같이 전자를 잃은 염료는 하부 전극(2)측으로부터 상측으로 확산 이동되는 요오드로부터 전자를 흡수하게 된다.
즉, 본 실시예에 있어서는 격리판(31)에 흡착되어 있는 염료에 의해 격리판(31) 하측의 요오드와 격리판(31) 상측의 트리요오드 간의 전자 전달이 매우 원활하게 이루어지게 된다. 즉, 태양전지에 있어서 하부 전극(2)으로부터 상부 전극(5)으로 전자 흐름이 원활해지게 됨으로써 태양전지의 효율이 높아지게 된다.
또한 본 실시예에 따른 태양전지를 제조하는 경우에는 격리판(31)을 설치하기에 앞서서 격리판(31)을 구성하는 예컨대 종이 등의 소재를 염료 용액에 일정 시간 동안 침지하여 격리판(31)에 염료를 흡착시키는 공정을 실행하게 된다. 그리고 그 밖의 공정은 도 2에 나타낸 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 있어서는 전해질층(3)의 중간 부분에 격리판(40)이 구비되고, 격리판(40)은 2개층의 적층 구조(41, 42)로 되어 있다.
본 실시예에 있어서 상기 격리판(40)의 제1 층(41)은 상술한 실시예와 마찬가지로 종이, 직물 또는 부직포 등으로 구성되고, 제2 층(42)은 금속 등의 도전층, 바람직하게는 백금(Pt)으로 구성된다. 물론, 제2 층(42)을 구성하는 물질로서는 특정한 것에 한정되지 않고, 금(Au), 은(Ag), 동(Cu) 등의 도전성 무기질을 이용할 수 있다. 또한 상기 제2 층(2)을 구성하는 물질로서는 도전성 유기물이 사용될 수 있고, 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물도 바람직하게 사용될 수 있다.
이때, 사용가능한 도전성 유기물로서는 예컨대 전도성 중합체를 기재로 하는 예컨대 폴리아닐린, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS) 등의 혼합물이나 화합물이 사용된다.
상기 제1 층(41)으로서 종이를 사용하고, 제2 층(42)으로서 도전성 금속을 사용하는 경우에는 제1 층(41)상에 진공증착을 이용하여 제2 층(42)을 구성할 수 있다.
또한 제2 층(42)으로서 도전성 유기물 등을 이용하는 경우에는 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등을 이용할 수 있다.
또한 도 3의 바람직한 실시예에 있어서 상기 제1 층(41)에는 염료가 흡착된다. 또한 도 3의 다른 바람직한 실시예에 있어서는 격리판(40)을 통해 전해질이 용이하게 이동할 수 있도록 제2 층(42)이 메시 구조로 형성된다.
본 실시예에 있어서는 제1 층(41)에서 요오드로부터 흡수된 전자가 제2 층(42)으로 신속하게 전달됨으로써 제1 층(41)에 전자를 잃은 트리요오드화물이 다시 제1 층(41)의 전자와 재결합하여 환원되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
또한 본 실시예에 있어서, 상기 격리판(40)으로서 제1 층(41)을 구성하는 종이 기판에 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 흡착시켜 단일층으로 구성하는 것도 바람직하다. 또한 이 경우에 상기 도전성 유기물 용액이나 그 혼합 용액에 염료를 혼합함으로써 격리판(40)에 염료를 흡착시키는 것도 바람직하다.
또한 이와 같이 제1 층(41)에 도전성 물질을 흡착시키는 경우에는 격리판(40)의 상측 및 하측에 위치하는 전해질이 원활하게 이동할 수 있도록 적어도 1개 이상의 관통공을 형성하는 것도 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 있어서는 전해질층(3)의 중간 부분에 격리판(50)이 구비되고, 격리판(50)은 3개층의 적층 구조(51~53)로 되어 있다.
상기 제1 층(51)은 기판이다. 이 기판으로서는 예컨대 종이나 직물 또는 부직포 등이 이용된다. 또한 바람직한 실시예에 있어서는 상기 제1 층(41)에는 염료가 흡착된다. 또한 제1 층(51)으로서는 유기물 기판이 이용될 수 있다.
상기 제1 층(51)의 상측에는 PN 접합 구조가 형성된다. 이때 PN 접합 구조는 하측으로부터 상측으로 전자가 전달되도록 제2 층(52)이 N형층, 제3 층(53)이 P형층으로 형성된다. PN 접합 구조는 반도체 물질로 구성된다. 여기서 이용가능한 반도체 물질로서는 무기물 반도체 물질과 유기물 반도체 물질, 또는 무기물 반도체 물질과 유기물 반도체 물질의 혼합물이 있다. 또한 바람직한 실시예에서 상기 반도체 물질로서는 상부 구조를 통해 인입된 외부 광이 제1 층(51)에 흡착되는 염료에 도달될 수 있도록 투명한 재질의 산화물 반도체가 이용될 수 있다. 이 산화물 반도체는 가시광선은 통과시키고 자외선을 흡수하게 되므로 상부 구조로부터 인입된 외부 광의 가시광선은 그대로 하측으로 통과된다.
상기 산화물 반도체 물질로서는 ZnO, InO, GaO, SnO 등과 이들의 조합으로 이루어진 화합물을 사용할 수 있다. 이들 반도체 재질은 다른 금속 등과 혼합되어 P형 또는 N형 반도체 물질로서 기능한다.
또한, 본 실시예의 하나의 바람직한 실시예에서 격리판(50)에는 다수의 관통공이 형성되어 그 상측의 전해질과 하측의 전해질이 원활하게 이동할 수 있도록 구성된다.
본 실시예에 있어서는 격리판(50)을 중심으로 하측에 존재하는 전해질과 상측에 존재하는 전해질 간에 전압차가 발생하게 되고, 이러한 전압차를 근거로 하여 PN 접합 구조를 통해 전자가 상측으로 전달된다. 그리고 이와 같이 전달된 전자는 상측의 트리요오드화물을 환원시키는데 사용된다.
또한 격리판(50)을 구성하는 PN 접합 구조는 외부 광을 흡수하여 전자를 발생시키게 되고, 이러한 전자는 마찬가지로 상측의 트리요오드화물을 환원시키는데 사용된다.
따라서 본 실시예에 있어서는 외부 광에 대한 광전변환 효율이 더욱 제고되고, 또한 하부 전극(2)으로부터 상부 전극(5)으로의 전자의 흐름이 원활해지게 되므로 태양전지의 효율이 대폭 향상된다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 5에 있어서는 하부 기판(61)으로서 종이가 이용된다. 그리고 이 하부 기판(61)의 상측에는 하부 전극(62)이 형성된다. 이 하부 전극(62)으로서는 도전성 금속 이외에 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 이용된다.
종이 기판(61)에 도전성 금속으로 이루어지는 하부 전극(62)을 형성하는 경우에는 예컨대 진공증착법이 이용된다. 그리고 종이 기판(61)상에 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 이용하는 경우에는 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 또는 스핀코팅법이 이용된다.
또한 상기 하부 기판(61)으로서는 유기물 기판이 이용될 수 있다. 이때 이용가능한 유기물로서는 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌(PP), 프로필렌 공중합체, 폴리(4-메틸-1-펜텐)(TPX), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리설폰(PSF), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리초산비닐(PVAC), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐아세탈, 폴리스티렌(PS), AS수지, ABS수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 불소수지, 페놀수지(PF), 멜라민수지(MF), 우레아수지(UF), 불포화폴리에스테르(UP), 에폭시수지(EP), 디알릴프탈레이트수지(DAP), 폴리우레탄(PUR), 폴리아미드(PA), 실리콘수지(SI) 또는 이것들의 혼합물 및 화합물을 이용할 수 있다.
하부 기판(61)으로서 유기물을 이용하는 경우에는 하부 전극(62)으로 바람직하게는 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 이용된다.
전해질층(3)에는 격리판(60)이 구비된다. 이 격리판(50)은 상술한 실시예에서 언급한 어떠한 구조의 것도 사용가능하다.
그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(70)으로서 전도성 종이를 사용하면서 하부 전극은 제거된다. 이때 전도성 종이는 종이에 도전성 유기물, 보다 바람직하게는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 흡착시켜 구성한 것이다. 일반적으로 유기물과 무기물을 혼합하여 혼합물층을 형성하게 되면 유기물과 무기물의 결합 부위에 크랙이 발생될 우려가 있게 된다. 그러나 이러한 혼합물질을 흡착시키게 되면 종이의 섬유질이 유기물과 무기물을 강하게 결합시키게 됨으로써 크랙 등이 발생될 위험이 현저하게 낮아지게 된다.
또한 본 실시예에 있어서는 상부 기판(80)으로서 종이를 사용하면서 여기에 전도성 유기물, 바람직하게는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 흡착시킨다. 그리고 종래의 상부 전극은 제거된다. 이때 상부 기판(80)을 제조하는 경우에는 우선 종이에 TiO2층(4)을 형성한 후, 종이에 도전성 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 흡착시키게 된다.
종이에 유기물을 흡착시키게 되면 종이에 결합되는 유기물의 외부 광의 전달 통로로서 기능하게 되므로 종이의 광투과율이 크게 높아지게 된다.
그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시예와 동일하므로, 상기 실시예와 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(70)과 상부 기판(80)으로서 전도성 기판을 사용한다. 종래의 실리콘 또는 유리 기판의 경우에는 대면적화가 어렵고 유연성이 없다는 단점이 있다. 이에 대하여 본 발명에 따른 기판(70, 80)은 종이를 기본 재질로서 이용하게 되므로 대면적화가 용이하고 유연성이 탁월하므로 유연성이 있는 태양전지를 제공할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명에 따른 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
1: 하부 기판, 2: 하부 전극,
3: 전해질층, 4: TiO2층,
5: 상부 전극, 6: 상부 기판.
3: 전해질층, 4: TiO2층,
5: 상부 전극, 6: 상부 기판.
Claims (53)
- 하부 구조와 상부 구조를 구비하고,
상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며,
상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 하부 구조는 제1 기판과, 상기 기판상에 형성되는 하부 전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 기판은 종이 또는 유기물 기판인 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 하부 전극은 도전성 유기물인 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 하부 전극은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 하부 구조는 전도성 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제6항에 있어서,
상기 전도성 종이는 종이에 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 유기물의 혼합물을 흡착시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 격리판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 격리판은 직물 또는 부직포로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 격리판에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 격리판에 1개 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 격리판이 다수의 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 상부 구조가 제2 기판과, 상기 제2 기판상에 형성되는 상부 전극 및, 상기 상부 전극상에 형성되는 다공질층을 구비하여 구성되고, 상기 다공질층에는 염료가 흡착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제13항에 있어서,
상기 상부 전극은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 상부 구조가 종이로 구성되는 제2 기판과, 제2 기판상에 형성되는 다공질층을 구비하고, 상기 제2 기판에는 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 무기물의 혼합물이 흡착되며, 상기 다공질층에는 염료가 흡착되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 하부 구조와 상부 구조를 구비하고,
상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며,
상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되고,
상기 격리판은 기판과, 상기 기판상에 형성되는 도전층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 기판은 직물 또는 부직포로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 도전층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 도전층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 도전층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 도전층은 메시 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제16항에 있어서,
상기 격리판에 1개 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 하부 구조와 상부 구조를 구비하고,
상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며,
상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되고,
상기 격리판은 기판을 구비하고, 상기 기판에 도전성 물질이 흡착되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제25항에 있어서,
상기 도전성 물질이 유기물인 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제25항에 있어서,
상기 도전성 물질이 유기물과 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제25항에 있어서,
상기 기판에 염료가 추가로 흡착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 하부 구조와 상부 구조를 구비하고,
상기 하부 구조와 상부 구조 사이에 전해질층을 구비하며,
상기 전해질층은 격리판을 구비하여 구성되고,
상기 격리판은 기판과, 상기 기판상에 형성되는 PN 접합층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제29항에 있어서,
상기 격리판에 1개 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제29항에 있어서,
상기 PN 접합층이 반도체 무기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제29항에 있어서,
상기 PN 접합층이 반도체 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제29항에 있어서,
상기 PN 접합층이 반도체 무기물과 반도체 유기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제29항에 있어서,
상기 PN 접합층이 투명한 재질의 반도체 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 제34항에 있어서,
상기 기판에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지. - 하부 구조를 형성하는 단계와,
상구 구조를 형성하는 단계,
격리판을 형성하는 단계,
상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및,
상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 하부 구조 형성 단계는 제1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 기판상에 하부 전극을 형성하는 단계를 구비하여 구성되고,
상기 하부 전극은 도전성 유기물 용액 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합 용액을 이용하여 제1 기판상에 하부 전극층을 형성하고, 하부 전극층에 열을 가하여 용매를 증발시키는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 하부 구조 형성 단계는 제1 기판을 준비하는 단계와, 도전성 유기물 용액을 준비하는 단계, 상기 유기물 용액을 제1 기판에 흡착시키는 단계 및, 제1 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 하부 구조 형성 단계는 제1 기판을 준비하는 단계와, 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합 용액을 준비하는 단계, 상기 혼합 용액을 제1 기판에 흡착시키는 단계 및, 제1 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 격리판 형성단계는 격리판에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 격리판 형성단계는 격리판에 1개 이상의 관통공을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 상부 전극 형성단계는 제2 기판에 다공질층을 형성하는 단계와, 도전성 유기물 용액을 준비하는 단계, 상기 유기물 용액을 제2 기판에 흡착시키는 단계, 제2 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계 및, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제36항에 있어서,
상기 상부 전극 형성단계는 제2 기판에 다공질층을 형성하는 단계와, 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합 용액을 준비하는 단계, 상기 혼합 용액을 제2 기판에 흡착시키는 단계, 제2 기판에 열을 가하여 유기 용매를 증발시키는 단계 및, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 하부 구조를 형성하는 단계와,
상구 구조를 형성하는 단계,
격리판을 형성하는 단계,
상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및,
상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고,
상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 도전층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제44항에 있어서,
상기 격리판 형성단계는 기판에 염료를 흡착시키는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제44항에 있어서,
상기 도전층은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되고,
도전층의 형성은 잉크젯법, 스크린 인쇄법 또는 스핀코팅법 중 적어도 하나를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제44항에 있어서,
상기 격리판 형성단계는 격리판에 1개 이상의 관통공을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제44항에 있어서,
상기 도전층의 형성단계는 도전층을 메시 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 하부 구조를 형성하는 단계와,
상구 구조를 형성하는 단계,
격리판을 형성하는 단계,
상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및,
상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고,
상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 도전성 물질을 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 하부 구조를 형성하는 단계와,
상구 구조를 형성하는 단계,
격리판을 형성하는 단계,
상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및,
상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고,
상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 도전성 물질과 염료를 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 하부 구조를 형성하는 단계와,
상구 구조를 형성하는 단계,
격리판을 형성하는 단계,
상기 격리판을 사이에 두고 하부 구조와 상부 구조를 결합하는 단계 및,
상기 격리판의 상하측에 전해질을 주입하고 밀봉하는 단계를 구비하여 구성되고,
상기 격리판 형성단계는 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 PN 접합층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제51항에 있어서,
상기 격리판 형성단계는 기판에 염료를 흡착시키는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법. - 제51항에 있어서,
상기 격리판 형성단계는 격리판에 1개 이상의 관통공을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 격리판을 구비한 태양전지의 제조방법.
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| KR20090039454A (ko) * | 2007-10-18 | 2009-04-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
| JP2009244107A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Citizen Watch Co Ltd | 機器類の表示板 |
| KR100984080B1 (ko) * | 2008-11-03 | 2010-09-30 | 주식회사 은성 | 대면적이 가능한 염료감응형 태양전지 |
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2011
- 2011-01-11 KR KR1020110002896A patent/KR101662335B1/ko active IP Right Grant
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| KR20090039454A (ko) * | 2007-10-18 | 2009-04-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
| JP2009244107A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Citizen Watch Co Ltd | 機器類の表示板 |
| KR100984080B1 (ko) * | 2008-11-03 | 2010-09-30 | 주식회사 은성 | 대면적이 가능한 염료감응형 태양전지 |
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