KR20120130435A - 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법과 전해질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조가격이 낮고, 제조공정이 간단하며, 태양광에 대한 광전변환 효율을 향상시킬 수 있도록 된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지는 상부 구조체와, 하부 구조체 및, 상기 상부 구조체와 하부 구조체의 사이에 형성되는 전해질층을 구비하여 구성되고, 상기 전해질층에는 전해질과 제올라이트의 혼합물이 주입되는 것을 특징으로 한다.

Description

염료감응형 태양전지 및 그 제조방법과 전해질{Dye sensitized solar cell and method of the manufacturing the same, and electrolyte}
본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 특히 제조가격이 낮고, 제조공정이 간단하며, 태양광에 대한 광전변환 효율을 향상시킬 수 있도록 된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 염료감응형 태양전지에 적합한 전해질에 관한 것이다.
태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 그 구조나 동작 방식에 따라 실리콘, 화합물, CIGS, 염료감응형, 유기물 태양전지 등으로 구분할 수 있다.
이 중 염료감응형 태양전지는 광량이 작은 경우나 광의 조사 각도가 10도 이상만 되면 광전변환이 가능하고, 투명 또는 반투명의 태양전지를 구현할 수 있으며, 유기 염료에 따라 다양한 색상 구현이 가능하고, 다중 적층형으로 구현할 수 있는 등 다양한 장점을 갖고 있다.
그러나 종래의 염료감응형 태양전지는 상부 구조와 하부 구조를 형성한 후, 그 사이 공극에 전해질을 주입하여 태양전지를 완성하게 된다. 따라서 전해질 주입을 위한 제조 공정이 요구됨은 물론 주입된 전해질이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 완벽한 밀봉 구조를 구현할 필요가 있게 된다.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 제조공정이 간단하고 제조비용을 낮출 수 있도록 된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 상부 구조체와, 하부 구조체 및, 상기 상부 구조체와 하부 구조체의 사이에 형성되는 전해질층을 구비하여 구성되고, 상기 전해질층에는 전해질과 제올라이트의 혼합물이 주입되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판은 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 상측에 촉매전극층이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질층에 주입되는 혼합물에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층, 상기 하부 전극층의 상측에 형성되는 제올라이트층, 상기 제올라이트 분말층의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층, 상기 다공질층의 상측에 형성되는 상부 전극층 및, 상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층에 전해질이 주입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층, 상기 하부 전극층의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 제올라이트층, 상기 제올라이트층의 상측에 형성되는 상부 전극층 및, 상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판은 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층에 전해질이 주입되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 상측에 촉매전극층이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 하측에 형성되는 하부 전극층, 상기 하부 기판에 흡착되는 제올라이트, 상기 하부 기판 또는 제올라이트에 흡착되는 염료, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 상부 전극층 및, 상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판에 전해질이 주입 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 하측에 형성되는 하부 전극층, 상기 하부 기판에 흡착되는 제올라이트, 상기 하부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층, 상기 다공질층의 상측에 형성되는 상부 전극층 및, 상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판에 전해질이 주입 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 하부 구조체를 형성하는 단계와, 상부 구조체를 형성하는 단계, 전해질과 제올라이트를 혼합하여 전해질 혼합액을 준비하는 단계 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합함과 더불어 그 사이 공극에 전해질 혼합액을 주입하여 전해질층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층을 구비하여 구성되고, 상기 하부 기판이 종이 또는 유기물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층이 도전성 무기물로 구성되고, 상기 하부 전극층의 형성은 진공증착법을 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 형성 전에 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위기내에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층이 도전성 유기물로 구성되고, 상기 하부 전극층의 형성은 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층 형성단계는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 도전성 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 도전성 유기물의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 하부 기판상에 도포하여 하부 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 상측에 촉매금속층을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 혼합물에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 추가로 혼합하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 하부 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판상에 하부 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 하부 전극층의 상측에 제올라이트층을 형성하는 단계를 구비하는 하부 구조체 형성단계와, 상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극층을 형성하는 단계, 상기 상부 전극층의 상측에 다공질층을 형성하는 단계 및, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하는 상부 구조체 형성단계 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층의 형성단계는 제올라이트에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층에 전해질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 하부 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판상에 하부 전극층을 형성하는 단계, 제올라이트와 염료의 혼합 용액을 형성하는 단계 및, 상기 하부 전극층의 상측에 혼합 용액을 도포한 후 용매를 증발시켜 제올라이트층을 형성하는 단계를 구비하는 하부 구조체 형성단계와, 상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극층을 형성하는 단계를 구비하는 상부 구조체 형성단계 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제올라이트층의 형성단계는 상기 혼합 용액에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 상기 제올라이트층에 전해질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층이 도전성 무기물로 구성되고, 상기 하부 전극층의 형성은 진공증착법을 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 형성 전에 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위기내에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층이 도전성 유기물로 구성되고, 상기 하부 전극층의 형성은 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층 형성단계는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 도전성 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 도전성 유기물의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 하부 기판상에 도포하여 하부 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 상측에 촉매금속층을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제10 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 하부 기판으로서 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판의 하측에 하부 전극층을 형성하는 단계, 제올라이트와 염료를 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계 및, 상기 혼합 용액을 하부 기판에 흡착시킨 후 용매를 건조시키는 단계를 구비하는 하부 구조체 형성단계와, 상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극층을 형성하는 단계를 구비하는 상부 구조체 형성단계 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼합 용액에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판에 전해질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층이 도전성 무기물로 구성되고, 상기 하부 전극층의 형성은 진공증착법을 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층의 형성 전에 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위기내에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층이 도전성 유기물로 구성되고, 상기 하부 전극층의 형성은 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극층 형성단계는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 도전성 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 도전성 유기물의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 하부 기판상에 도포하여 하부 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제11 관점에 따른 염료감응형 태양전지용 전해질은 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질에 있어서, 상기 전해질이 제올라이트를 포함하는 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼합물에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 전해질층으로 제올라이트 분말의 혼합물층을 이용한다. 제올라이트는 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)이 각각 4개의 가교산소를 통해 연결되어 있는 삼차원적인 무기고분자(inorganic polymer)로서, 알루미늄이 4개의 산소와 결합을 하게 됨에 따라 음전하 특성을 갖는다. 따라서 제올라이트는 양이온에 대한 탁월한 치환효과를 제공한다. 따라서 제올라이트와 통상적인 전해질을 혼합하여 태양전지의 전해질로서 사용하게 되면 염료에 전자를 제공한 양이온 상태의 전해질에 대한 전자의 공급이 원활하게 이루어짐으로써 태양전지의 광전변환 효율을 높이게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 염료감응형 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 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에서 염료감응형 태양전지는 전해질층(14)을 사이에 두고 하부 구조체 및 상부 구조체가 형성된다.
하부 구조체는 하부 기판(11)과, 이 하부 기판(11)상에 형성되는 하부 전극층(12)을 구비한다. 상기 하부 기판(11)으로서 예컨대 강화 유리 등이 사용된다. 또한 상기 하부 전극층(12)으로서는 도전성 무기물, 예컨대 금, 은, 알루미늄, 플라티늄 등이나 금속 산화물이 사용된다.
또한 하부 전극층(12)의 상측에는 예컨대 백금(Pt)으로 구성되는 촉매전극층(13)이 선택적으로 형성될 수 있다.
상부 구조체는 예컨대 유리 등으로 이루어진 상부 기판(17)과, 이 상부 기판(17)상에 형성되는 상부 전극층(16) 및 다공질층(15)을 구비한다. 상기 상부 전극층(16)은 예컨대 SnO2, ITO, TCO, FTO, ZnO, CNT등의 투명전극으로 이루어지고, 다공질층(15)은 예컨대 TiO2층으로 구성된다. 그리고 다공질층(15)에는 예컨대 루테늄(Ru)계 염료가 흡착된다.
상기 전해질층(14)에는 전해질이 주입된다. 이때 전해질로서는 통상적인 전해질 용액, 예컨대 요오드 용액과 제올라이트의 혼합물이 이용된다. 이때 제올라이트로서는 제올라이트 분말이나 제올라이트 용액이 이용될 수 있다. 또한 다른 바람직한 실시예에 있어서는 상기 전해질에 제올라이트와 더불어 금, 은, 구리 등의 금속 나노입자나 탄소 나노입자가 추가적으로 혼합될 수 있다.
제올라이트는 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)이 각각 4개의 가교산소를 통해 연결되어 있는 삼차원적인 무기고분자(inorganic polymer)로서, 알루미늄이 4개의 산소와 결합을 하게 됨에 따라 음전하 특성을 갖는다. 따라서 제올라이트는 양이온에 대한 탁월한 치환효과를 제공한다. 따라서 제올라이트와 통상적인 전해질을 혼합하여 태양전지의 전해질로서 사용하게 되면 염료에 전자를 제공한 양이온 상태의 전해질에 대한 치환작용을 통해 전해질에 대하여 전자의 공급이 원활하게 이루어짐으로써 태양전지의 광전변환 효율을 높이게 된다.
즉, 외부로부터 태양광이 입사되면 일부 태양광 또는 태양광의 특정한 광파장대역의 광은 다공질층(15)에 흡착되어 있는 염료에 흡수되면서 염료 분자들을 여기시키게 된다. 이러한 여기 상태에서 염료들로부터 다공질층(15)으로 전자들이 주입되고, 이와 같이 주입된 전자들은 다공질층(15)으로부터 상부 전극층(16)으로 확산된다.
한편 전자를 잃어버린 염료 분자에 대해서는 전해질층(14)으로부터 전자가 제공된다. 상술한 바와 같이 전해질층은 전해질, 예컨대 요오드와 제올라이트의 혼합물로 구성된다.
우선 요오드는 통상의 것과 마찬가지로 염료에 전자를 제공하면서 트리요오드화물(triiodide)로 산화된다. 트리요오드화물은 전자를 잃어버린 후 양이온 상태로 전이되고, 양이온은 음전하 특성을 갖는 제올라이트와 신속하게 결합된다. 따라서 트리요오드화물이 염료로부터 다시 전자를 흡수하여 요오드로 환원되는 현상이 대폭적으로 약화된다.
그리고 제올라이트와 결합된 트리요오드화물은 비중 차이 등으로 인하여 하부 전극(12)측으로 이동하여 하부 전극(12)으로부터 제공되는 전자를 받아서 다시 요오드와 제올라이트로 분리되게 된다.
물론, 제올라이트와 결합되지 못한 트리요오드화물은 통상적인 과정을 통해 하부 전극(12)으로부터 전자를 제공받아 요오드로 환원된 후 다시 상부 전극(16)측으로 확산이동되게 된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다. 또한 도 2에서 도 1과 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2에 있어서는 하부 전극층(12)의 상측에 제올라이트층(20)이 형성된다. 제올라이트층(20)의 형성은 제올라이트 분말과 도전성 접착제를 혼합하여 혼합물을 형성한 후 이를 하부 전극층(12)상에 도포하는 방법 등을 통해 형성할 수 있고, 제올라이트층을 하부 전극층(20)의 상측에 성장시키는 방법을 통해 형성할 수 있다. 제올라이트층(12)의 형성은 특정한 방법에 한정되지 않는다.
또한 본 실시예의 변형예에서는 상기 제올라이트층(12)에는 금속 나노입자나 탄소 나노입자가 혼합된다.
그리고 상기 제올라이트층(20)에는 염료가 흡착된다. 염료의 흡착은 염료 용액에 제올라이트층(20)이 형성된 하부 구조체를 일정 시간 이상 담그는 방법을 통해 실행된다.
상기 제올라이트층(20)의 상측에는 상부 기판(17)과 상부 전극층(16)이 구비된 상부 구조체가 결합된다.
하부 구조체와 상부 구조체를 결합한 후에는 상기 제올라이트층(20)에 전해질이 흡착 또는 주입된다.
상기한 구조에 있어서는 제올라이트층(20)에 염료가 흡착되므로 도 1의 실시예와 달리 염료를 흡착하기 위한 별도의 다공질층(15)이 요구되지 않는다.
본 실시예에서는 다공질층(20)이 제거되고, 또한 필요에 따라 촉매전극층(13)을 선택적으로 제거할 수 있게 된다. 이들은 해당 층의 형성시에 고온의 반도체 공정이 필요하므로 고가의 제조장비가 요구됨은 물론 제조비용이 높아지게 된다. 본 실시예에서 제올라이트 분말층(20)은 저온에서 형성하는 것이 가능하므로 제조공정이 간단화 되고 제조비용이 대폭 저하되게 된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
상술한 바와 같이 상기 실시예에 있어서는 고온의 제조 공정이 요구되지 않으므로 기판으로서 종이나 유기물 등의 기판을 채용할 수 있다.
도 3에서 하부 기판(31)으로서 종이가 채용된다. 이때 종이로서는 펄프를 주원료로 하여 제조된 일체의 종이와, 이러한 종이에 세라믹이나 실리콘 등의 내열성 재료를 침투시킨 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 하부 기판(31)으로서는 유기물이 채용될 수 있다. 이때 사용가능한 유기물로서는 예컨대 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.
상기 하부 기판(31)상에는 하부 전극층(32)이 형성된다. 하부 전극층(32)으로서는 도전성 무기물, 예컨대 금, 은, 알루미늄, 플라티늄 등이나 금속 산화물, 전도성 중합체를 기재로 하는 예컨대 폴리아닐린, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS) 등의 도전성 유기물, 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 이용할 수 있다.
상기 하부 기판(31)으로서 종이나 유기물을 이용하는 경우에는 하부 전극층(32)으로서 바람직하게는 도전성 유기물이나 전도성 무기물(금속)과 전도성 유기물의 혼합물이 이용될 수 있다. 이러한 전극층은 예컨대 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등을 이용하여 형성된다.
또한 전도성 금속과 전도성 유기물의 혼합용액은 예컨대 전도성 유기물 용액에 전도성 금속 또는 전도성 금속 산화물의 분말을 혼합하는 방법을 통해 생성하게 된다.
또한, 종이로 구성되는 하부 기판(31)상에 금속 재질로 구성되는 하부 전극층(32)을 형성하는 경우에는 예컨대 진공증착법이 이용된다. 그리고, 이때 필요에 따라 하부 전극층(32)을 형성하기 전에 하부 기판(31)을 진공상태 또는 예컨대 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 비활성 가스 분위기내에서 열처리함으로써 종이에 흡착되어 있는 수분이나 공기를 제거하는 것도 바람직하다.
또한 본 실시예의 바람직한 변형예에 있어서는 상부 기판(17)으로서 종이 또는 유기물이 이용될 수 있다. 이때 종이로서는 광투과도를 고려하여 바람직하게는 투명도가 우수한 예컨대 투명종이가 이용될 수 있다. 또한 상부 기판(17)으로서 종이 또는 유기물 기판을 이용하는 경우에는 상부 전극층(16)으로서 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 바람직하게 이용된다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(31)이나 상부 기판(17)이 유연성 있는 재질로 구성된다. 그리고 이들 하부 기판(31) 및 상부 기판(17)에 예컨대 잉크젯이나 스크린 인쇄법 등을 이용하여 하부 전극층(32) 및 상부 전극층(16)을 형성할 수 있게 되므로 태양전지의 제조가 용이해지고 제조비용을 절감할 수 있음은 물론 태양전지를 대면적으로 제조할 수 있게 된다.
또한 상술한 실시예에서는 태양전지가 종이 또는 유기물을 기반으로 하여 제조되므로 유연성 있는 태양전지를 구현할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에서는 하부 기판(31)으로서 종이를 사용하고, 이 하부 기판(31)의 하측에 하부 전극층(32)이 형성된다. 그리고 하부 기판(31)에는 염료가 흡착된 제올라이트 분말이 흡착된다. 또한 하부 기판(31)에는 철, 자철석 또는 영구자석 분말이 추가적으로 흡착된다.
상기 하부 기판(31)에는 전해질이 흡착된다. 그리고 그 밖의 부분은 도 3의 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 태양전지를 제조하는 경우에는 우선 종이로 구성되는 하부 기판(31)을 준비하고, 여기에 도전성 금속, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 하부 전극층(32)을 형성한다.
그리고 염료 용액에 제올라이트 분말 또는 제올라이트 용액을 혼합하여 혼합 용액을 형성한 후 해당 혼합 용액에 하부 구조체, 즉 하부 전극층(32)이 형성된 하부 기판(31)을 침적시킨 후 용매를 건조킴으로써 하부 기판(31)에 제올라이트와 염료를 흡착시킨다.
그리고 통상적인 방법으로 제조된 상부 구조체를 하부 구조체의 상측에 결합함과 더불어 하부 기판(31)에 전해질을 주입하는 방법을 통해 태양전지를 구성하게 된다.
본 실시예에서는 하부 기판(32)으로서 종이를 사용하면서 여기에 제올라이트 와 전해질을 흡착시킴으로써 하부 기판(32)을 전해질층으로서 함께 사용하도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
예를 들어, 도 2의 실시예에서 제올라이트층(20)을 형성할 때, 제올라이트를 흡수 또는 흡착하기 위한 종이 또는 부직포 등의 직물을 이용하는 것도 가능하다.
11: 하부 기판, 12: 하부 전극층,
13 : 촉매금속층, 14: 전해질층,
15: 다공질층, 16: 상부 전극층,
17: 상부 기판.

Claims (59)

  1. 상부 구조체와,
    하부 구조체 및,
    상기 상부 구조체와 하부 구조체의 사이에 형성되는 전해질층을 구비하여 구성되고,
    상기 전해질층에는 전해질과 제올라이트의 혼합물이 주입되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 구조체는 하부 기판과,
    상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하부 기판은 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 상측에 촉매전극층이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전해질층에 주입되는 혼합물에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  9. 하부 기판과,
    상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층,
    상기 하부 전극층의 상측에 형성되는 제올라이트층,
    상기 제올라이트 분말층의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층,
    상기 다공질층의 상측에 형성되는 상부 전극층 및,
    상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제올라이트층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제올라이트층에 전해질이 주입되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  12. 하부 기판과,
    상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층,
    상기 하부 전극층의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 제올라이트층,
    상기 제올라이트층의 상측에 형성되는 상부 전극층 및,
    상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하부 기판은 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제올라이트층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제올라이트층에 전해질이 주입되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 상측에 촉매전극층이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  20. 하부 기판과,
    상기 하부 기판의 하측에 형성되는 하부 전극층,
    상기 하부 기판에 흡착되는 제올라이트,
    상기 하부 기판 또는 제올라이트에 흡착되는 염료,
    상기 하부 기판의 상측에 형성되는 상부 전극층 및,
    상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  23. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 하부 기판에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 하부 기판에 전해질이 주입 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  26. 하부 기판과,
    상기 하부 기판의 하측에 형성되는 하부 전극층,
    상기 하부 기판에 흡착되는 제올라이트,
    상기 하부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층,
    상기 다공질층의 상측에 형성되는 상부 전극층 및,
    상기 상부 전극층의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 하부 기판은 종이로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  29. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 도전성 유기물와 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 하부 기판에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 하부 기판에 전해질이 주입 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  32. 하부 구조체를 형성하는 단계와,
    상부 구조체를 형성하는 단계,
    전해질과 제올라이트를 혼합하여 전해질 혼합액을 준비하는 단계 및,
    상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합함과 더불어 그 사이 공극에 전해질 혼합액을 주입하여 전해질층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 하부 구조체는 하부 기판과,
    상기 하부 기판상에 형성되는 하부 전극층을 구비하여 구성되고,
    상기 하부 기판이 종이 또는 유기물인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 하부 전극층이 도전성 무기물로 구성되고,
    상기 하부 전극층의 형성은 진공증착법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 형성 전에 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위기내에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 하부 전극층이 도전성 유기물로 구성되고,
    상기 하부 전극층의 형성은 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 하부 전극층 형성단계는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 도전성 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 도전성 유기물의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 하부 기판상에 도포하여 하부 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 상측에 촉매금속층을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  39. 제33항에 있어서,
    상기 전해질 혼합물에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 추가로 혼합하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  40. 하부 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판상에 하부 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 하부 전극층의 상측에 제올라이트층을 형성하는 단계를 구비하는 하부 구조체 형성단계와,
    상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극층을 형성하는 단계, 상기 상부 전극층의 상측에 다공질층을 형성하는 단계 및, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계를 구비하는 상부 구조체 형성단계 및,
    상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 제올라이트층의 형성단계는 제올라이트에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 제올라이트층에 전해질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  43. 하부 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판상에 하부 전극층을 형성하는 단계, 제올라이트와 염료의 혼합 용액을 형성하는 단계 및, 상기 하부 전극층의 상측에 혼합 용액을 도포한 후 용매를 증발시켜 제올라이트층을 형성하는 단계를 구비하는 하부 구조체 형성단계와,
    상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극층을 형성하는 단계를 구비하는 상부 구조체 형성단계 및,
    상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 제올라이트층의 형성단계는 상기 혼합 용액에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 제올라이트층에 전해질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  46. 제43항에 있어서,
    상기 하부 전극층이 도전성 무기물로 구성되고,
    상기 하부 전극층의 형성은 진공증착법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  47. 제43항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 형성 전에 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위기내에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  48. 제43항에 있어서,
    상기 하부 전극층이 도전성 유기물로 구성되고,
    상기 하부 전극층의 형성은 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 하부 전극층 형성단계는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 도전성 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 도전성 유기물의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 하부 기판상에 도포하여 하부 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  50. 제43항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 상측에 촉매금속층을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  51. 하부 기판으로서 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판의 하측에 하부 전극층을 형성하는 단계, 제올라이트와 염료를 혼합하여 혼합 용액을 형성하는 단계 및, 상기 혼합 용액을 하부 기판에 흡착시킨 후 용매를 건조시키는 단계를 구비하는 하부 구조체 형성단계와,
    상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극층을 형성하는 단계를 구비하는 상부 구조체 형성단계 및,
    상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 혼합 용액에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  53. 제51항에 있어서,
    상기 하부 기판에 전해질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  54. 제51항에 있어서,
    상기 하부 전극층이 도전성 무기물로 구성되고,
    상기 하부 전극층의 형성은 진공증착법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 하부 전극층의 형성 전에 하부 기판을 진공 또는 비활성 가스 분위기내에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  56. 제51항에 있어서,
    상기 하부 전극층이 도전성 유기물로 구성되고,
    상기 하부 전극층의 형성은 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  57. 제51항에 있어서,
    상기 하부 전극층 형성단계는 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 도전성 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 도전성 유기물의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법을 통해 하부 기판상에 도포하여 하부 전극층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
  58. 염료감응형 태양전지에 사용되는 전해질에 있어서,
    상기 전해질이 제올라이트를 포함하는 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 위한 전해질.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 혼합물에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지를 위한 전해질.
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