KR20120130819A - 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유연성이 있고 제조비용을 절감할 수 있도록 된 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 구조체와. 제2 구조체 및, 상기 제1 구조체와 제2 구조체 사이에 형성됨과 더불어 전해질이 흡착되는 전해질 흡수층을 구비하여 구성되고, 상기 전해질 흡수층은 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 유연성이 있고 제조비용을 절감할 수 있도록 된 염료감응형 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 상부 기판과 하부 기판 사에에 전해질층을 형성하게 되는데, 이때 상부 및 하부 기판 사이에 밀봉처리가 불안정하게 되는 경우에는 전해질이 외부로 누출되는 문제가 발생하게 된다.
또한 종래의 염료감응형 태양전지는 전해질층의 존재에 의해 태양전지를 대면적화 하거나 유연성 있는 재질로 구현하기가 곤란하다는 단점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 유연성이 있고, 보다 친환경적이며, 제조비용을 대폭 낮출 수 있도록 된 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 구조체와. 제2 구조체 및, 상기 제1 구조체와 제2 구조체 사이에 형성됨과 더불어 전해질이 흡착되는 전해질 흡수층을 구비하여 구성되고, 상기 전해질 흡수층에는 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 구조체와 제2 구조체를 구비하여 구성되고, 상기 제1 구조체는 전해질이 주입되는 전해질 흡수층과, 상기 전해질 흡수층의 하측에 형성되는 제1 전극층을 구비하여 구성되며, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트가 분말이 혼합 또는 흡착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 구조체는 종이 또는 유기물로 구성되는 제1 기판과, 상기 제1 기판상에 형성되는 제1 전극층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층은 백금층을 포함하는 2층 이상의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가적으로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층과 제1 구조체 사이에 공극이 형성되고, 상기 공극에 전해질이 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층과 제1 구조체가 도전성 풀로 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 구조체는 제2 기판과, 상기 제2 기판상에 형성되는 제2 전극층 및, 상기 제2 전극층상에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 TiO2, CNT 또는 그라핀 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 기판은 종이 또는 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전극층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전극층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 전극층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 구조체와 제2 구조체를 구비하여 구성되고, 상기 제2 구조체는 전해질이 흡수되는 전해질 흡수층과, 상기 전해질 흡수층의 상측에 형성되는 다공질층 및, 상기 다공질층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하여 구성되며, 상기 전해질 흡수층은 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가적으로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 전해질이 흡수되는 전해질 흡수층과, 상기 전해질 흡수층의 하측에 형성되는 제1 전극층, 상기 전해질 흡수층의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층 및, 상기 다공질층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
또한 상기 전해질 흡수층에는 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 제1 구조체와 제2 구조체를 구비하여 구성되고, 상기 제2 구조체는 전해질이 흡수되는 전해질 흡수층과, 상기 전해질 흡수층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하여 구성되며, 상기 전해질 흡수층에는 제올라이트가 혼합 또는 흡착되고, 전해질 흡수층의 상측에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에는 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 전해질이 용이하게 흡수 및 통과되는 재질로 구성되는 전해질 흡수층과, 상기 전해질 흡수층의 하측에 형성되는 제1 전극층, 상기 전해질 흡수층의 상측에 형성되는 염료 혼합물층 및, 상기 염료 혼합물층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하고, 상기 전해질 흡수층에는 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에는 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 제1 구조체를 형성하는 단계와, 제2 구조체를 형성하는 단계, 전해질 흡수층을 준비하는 단계, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 흡착시키는 단계, 상기 전해질 흡수층을 매개로 하여 제1 구조체와 제2 구조체를 결합하는 단계 및, 상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 구조체를 형성하는 단계는 종이 또는 유기물로 구성되는 제1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 기판에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극은 도전성 무기물, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 구조체의 상측에 전해질 흡수층을 결합시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 제1 구조체를 형성하는 단계와, 제2 구조체를 형성하는 단계, 전해질 흡수층을 준비하는 단계, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 흡착시키는 단계, 상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계 및, 상기 전해질 흡수층을 매개로 하여 제1 구조체와 제2 구조체를 결합하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 구조체를 형성하는 단계는 종이 또는 유기물로 구성되는 제1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 기판에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 전극은 도전성 무기물, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 구조체의 상측에 전해질 흡수층을 결합시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 제1 구조체를 형성하는 단계와, 제2 구조체를 형성하는 단계 및, 상기 제1 및 제2 구조체를 결합함과 더불어 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하고, 상기 제1 구조체의 형성단계는 전해질 흡수층을 준비하는 단계와, 상기 전해질 흡수층의 하측에 제1 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층이 종이인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제10 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 제1 구조체를 형성하는 단계와, 제2 구조체를 형성하는 단계 및, 상기 제1 및 제2 구조체를 결합함과 더불어 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하고, 상기 제2 구조체의 형성단계는 전해질 흡수층을 준비하는 단계와, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계, 상기 전해질 흡수층의 상측에 염료 혼합물층을 형성하는 단계 및, 상기 전해질층의 상측에 제2 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제11 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 전해질 흡수층을 준비하는 단계와, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계, 상기 전해질 흡수층의 하측에 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 전해질 흡수층의 상측에 다공질층을 형성하는 단계, 상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계, 상기 다공질층의 상측에 제2 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다공질층은 제올라이트를 포함하는 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제12 관점에 따른 염료감응형 태양전지의 제조방법은 전해질 흡수층을 준비하는 단계와, 상기 전해질 흡수층의 하측에 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계, 상기 전해질 흡수층의 상측에 염료를 흡착시키는 단계, 상기 전해질 흡수층의 상측에 제2 전극층을 형성하는 단계 및, 상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 전해질층의 형성을 위해 전해질 흡수층을 구비한다. 이 전해질 흡수층은 전해질의 누수를 막음은 물론 태양전지의 제조공정을 매우 용이하게 한다.
따라서 본 발명에 의하면 태양전지의 구조가 간단화 되고 제조비용이 대폭 절감되는 효과를 제공한다.
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.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제7 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.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제7 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 발명을 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 참조번호 1은 하부 기판이다. 이 하부 기판(1)으로서는 실리콘이나 유리 또는 유기물로 구성된다. 이 하부 기판(1)의 상측에는 제1 전극층(2)이 형성된다. 제1 전극층(2)은 도전성 무기물, 예컨대 금, 은, 알루미늄, 백금이나 이들의 다층 구조가 이용된다. 이들 하부 기판(11) 및 제1 전극층(12)은 태양전지의 하부 구조체를 구성하는 것이다.
상기 하부 구조체의 상측, 즉 제1 전극층(12)의 상측에는 전해질 흡수층(13)이 형성된다. 이 전해질 흡수층(13)은 종이나 섬유, 유기물 등 전해질을 용이하게 흡수할 수 있는 재료로 구성된다. 여기서 종이라 함은 펄프를 주원료로 하여 제조된 일체의 종이를 포함한다. 상기 전해질 흡수층(13)에는 제올라이트가 흡착된다.
또한 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 있어서는 상기 제올라이트에는 금, 은, 구리 등의 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 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.
또한 제올라이트는 다공질 물질로서 전해질이 용이하게 흡착된다. 전해질 흡수층(13)에 제올라이트를 흡착시키게 되면 염료에 전자를 제공한 양이온 상태의 전해질에 대한 치환작용을 통해 전해질에 대하여 전자의 공급이 원활하게 이루어짐으로써 태양전지의 광전변환 효율을 높이게 된다.
상기 전해질 흡수층(13)의 상측에는 상부 구조체가 구비된다. 상부 구조체는 예컨대 유리 등으로 이루어진 상부 기판(16)과, 이 상부 기판(16)상에 형성되는 제2 전극층(15) 및 다공질층(14)을 구비한다. 제2 전극층(15)은 예컨대 SnO2, ITO, TCO, FTO, ZnO, CNT등의 투명전극으로 이루어지고, 다공질층(14)은 예컨대 TiO2층으로 구성된다. 그리고 다공질층(14)에는 예컨대 루테늄(Ru)계 염료가 흡착된다.
상기한 구조로 된 태양전지를 제조하는 경우에는, 우선 통상적인 방법을 통해 하부 구조체 및 상부 구조체를 형성하고, 전해질 흡수층(13)을 매개로 하여 하부 구조체 및 상부 구조체를 결합하게 된다.
전해질 흡수층(13)은 종이 또는 섬유 등과 같이 전해질을 용이하게 흡수하거나 통과시키는 재질에 제올라이트 용액을 흡착시킨 후, 용매를 가열하여 증발시키는 방법을 통해 형성하게 된다. 또한 이때 상기 제올라이트 용액에는 금속 나노입자나 탄소 나노입자가 포함될 수 있다.
그리고, 전해질 흡수층(13)에 전해질을 주입 및 흡수시킨 후 밀봉하여 태양전지를 완성하게 된다.
본 실시예에서는 전해질 흡수층(13)에 전해질이 흡착되어 충전되므로 전해질이 태양전지 외부로 누출될 우려가 감소되게 된다.
또한 본 실시예에 있어서 태양전지를 제조할 때 전해질 흡수층(13)에 전해질을 흡착시키고, 이와 같이 전해질이 흡착된 전해질 흡수층(13)을 매개로 상부 구조체와 하부 구조체를 결합하는 방법도 가능하다. 이와 같이 하게 되면 태양전지를 제조한 후에 전해질을 주입하는 공정이 제거되므로 태양전지의 제조 공정이 매우 간단화 되게 된다.
또한 바람직한 실시에에 있어서는 상기 전해질 흡수층(13)은 제1 전극층(12)에 도전성 풀을 통해 결합된다. 그리고 태양전지를 제조하는 경우에는 전해질 흡수층(13)을 하부 구조체에 결합한 상태에서 전해질 흡수층(13)에 전해질을 흡착시키고, 이후 이를 상부 구조체와 결합하는 방법으로 태양전지를 완성하게 된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(21)으로서 종이가 이용된다. 여기서 종이라 함은 펄프를 주원료로 하여 제조된 일체의 종이를 포함한다. 또한 종이로서 종이를 포함하는 재질, 예컨대 종이에 세라믹이나 실리콘 등의 내열성 재료를 코팅하거나 침투시킨 것을 사용할 수 있다.
상기 하부 기판(21)상에는 제1 전극층(22)이 형성된다. 이 제1 전극층(22)으로서는 예컨대 금, 은, 알루미늄, 백금 등의 도전성 무기물이나 이들의 다층 구조가 이용된다. 또한 다른 실시예에 있어서 상기 제1 전극층(22)으로서는 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 이용될 수 있다.
종이로 구성되는 하부 기판(21)에 도전성 무기물을 이용하여 제1 전극층(22)을 형성할 때에는 예컨대 진공증착법이 이용된다. 또한 바람직한 실시예에서 하부 기판(21)상에 제1 전극층(22)을 형성하기 전에 종이를 진공상태 또는 예컨대 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 비활성 가스분위기내에서 열처리함으로써 종이에 흡착되어 있는 수분이나 공기를 제거한다.
또한 하부 기판(21)에 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 이용하여 제1 전극층(22)을 형성하는 경우에는 예컨대 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등을 사용할 수 있다.
그리고, 그 밖의 부분은 도 1의 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(21)으로서 종이를 이용하게 되므로 태양전지를 대면적화 하는데 유리하게 된다. 또한 태양전지를 대면적화 하는 경우에도 전해질 흡수층(13)에 의해 전해질이 안정적으로 유지되므로 매우 안정화된 태양전지를 구현할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 있어서는 기판(31)으로서 유기물 기판을 이용하고, 제1 전극층(32)으로서 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물을 이용한 것이다.
이때 유기물 기판(31)으로서 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 화합물 등이 있다.
또한 상기 제1 전극층(32)을 구성하는 물질에 제올라이트와 더불어 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 포함될 수 있다. 상술한 바와 같이 제올라이트은 다공질성 광물이다. 따라서 도전성 유기물 등에 제올라이트 분말을 혼합하게 되면 제올라이트 분말에 전해질이 흡수되면서 제1 전극층(32)과 전해질간의 접촉면적이 대폭 증가하게 된다. 즉, 제1 전극층(32)으로부터 전해질로의 전자 공급이 원활해지게 된다.
그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시예와 동일하므로, 동일한 부분에 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서도 태양전지의 기판으로서 유기물을 이용할 수 있게 되므로 대면적화가 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4에 있어서는 전해질 흡수층(13)이 종이로 구성되고, 이 전해질 흡수층(13)의 하측에 제1 전극층(42)이 형성된다. 이때 제1 전극층(42)으로서는 도전성 무기물, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 이용된다.
또한 상술한 실시예와 마찬가지로 전해질 흡수층(13)에 제올라이트와 더불어 금속 나노입자나 탄소 나노입자가 흡착된다.
본 실시예에 따른 태양전지를 제조하는 경우에는 전해질 흡수층(13)에 제1 전극층(42)을 형성하여 하부 구조체를 구성하고, 여기에 상부 구조체(14~16)를 결합하여 완성하게 된다. 그리고 전해질의 주입은 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하기 전에 전해질 흡수층(13)에 흡착시키거나, 하부 구조체와 상부 구조체를 결합한 후 전해질 흡수층(13)에 전해질을 주입 및 흡착시키는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5에서 참조번호 50은 하부 구조체이다. 이 하부 구조체(50)는 도 1 내지 도 4에 나타낸 구조가 채용된다.
한편, 본 실시예에서 상부 기판(51)은 종이 또는 유기물 기판으로 구성된다. 이 상부 기판(51)상에는 도전성 무기물, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 제2 전극층(52)이 형성되고, 이 제2 전극층(52)상에 다공질층(14)이 형성된다.
또한 본 실시예에서 상기 다공질층(4)을 형성하는 물질로서는 TiO2 대신에 제올라이트를 사용할 수 있다. 일반적으로 다공질층(4)을 구성하는 물질로서 TiO2를 사용하는 이유는 TiO2가 도전성을 가지면서도 광투과도가 좋기 때문이다. 상술한 바와 같이 제올라이트는 다공질 물질로서 여기에는 염료가 용이하면서도 다량으로 흡착될 수 있다. 또한 제올라이트는 양이온에 대한 치환기능이 우수하여 전해질로부터 염료로의 전자공급을 원활하게 한다.
그리고 그 밖의 부분은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 그 구제척인 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서는 하부 구조체와 더불어 상부 기판(51)이 종이나 유기물로 구성되므로 태양전지의 대면적화가 가능하고, 유연성 있는 태양전지를 구현할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6에 있어서는 도 5의 상부 기판(51)이 생략된다.
본 실시예에 있어서는 전해질 흡수층(14)상에 다공질층(14)과 제2 전극층(52)이 순차 형성된다. 그리고 이들 층들이 모두 형성된 후에 전해질 흡수층(14)에 제올라이트와 전해질이 주입 및 흡착된다. 또한 다공질층(14)을 형성하는 경우에는 예컨대 TiO2 분말과 염료의 혼합물을 잉크젯법 또는 스크린 인쇄법 등을 통해 전해질 흡수층(14)에 형성하게 된다. 물론 이 경우에도 다공질층을 구성하는 물질로서 제올라이트를 이용할 수 있다. 또한 다른 실시예로서 전해질 흡수층(14)의 상측에 염료를 흡착시키고 다공질층(14)을 생략하는 것도 가능하다.
본 실시예에 있어서는 상부 기판이 제거되므로 태양전지의 구조가 간단해지고, 그 제조비용이 절감된다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 7에 있어서는 하부 기판 및 상부 기판이 제거되고, 전해질 흡수층(13)이 상하부 구조체에 대한 기판으로서 제공된다.
즉, 본 실시예에서는 전해질 흡수층(13)의 하측에 제1 전극층(42)이 형성되고, 전해질 흡수층(13)의 상측에는 도 6과 마찬가지로 다공질층(14) 및 제2 전극층(52)이 순차 형성되게 된다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판 및 상부 기판이 모두 제거되므로 태양전지의 구조 및 제조 방법이 매우 간단화 된다.
이상으로 본 발명에 따른 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
11: 하부 기판, 12: 제1 전극층,
13: 전해질 흡수층, 14: 다공질층,
15: 제2 전극층, 17: 상부 기판.
13: 전해질 흡수층, 14: 다공질층,
15: 제2 전극층, 17: 상부 기판.
Claims (61)
- 제1 구조체와.
제2 구조체 및,
상기 제1 구조체와 제2 구조체 사이에 형성됨과 더불어 전해질이 흡착되는 전해질 흡수층을 구비하여 구성되고,
상기 전해질 흡수층에는 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제1 구조체는 종이 또는 유기물로 구성되는 제1 기판과, 상기 제1 기판상에 형성되는 제1 전극층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 전극층은 백금층을 포함하는 2층 이상의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 전극층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 전극층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제2항에 있어서,
상기 제1 전극층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가적으로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 흡수층과 제1 구조체 사이에 공극이 형성되고, 상기 공극에 전해질이 충전되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 흡수층과 제1 구조체가 도전성 풀로 결합되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1항에 있어서,
상기 제2 구조체는 제2 기판과, 상기 제2 기판상에 형성되는 제2 전극층 및, 상기 제2 전극층상에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제11항에 있어서,
상기 다공질층은 TiO2, CNT 또는 그라핀 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제11항에 있어서,
상기 다공질층은 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제13항에 있어서,
상기 다공질층은 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제11항에 있어서,
상기 제2 기판은 종이 또는 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제11항에 있어서,
상기 제2 전극층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제11항에 있어서,
상기 제2 전극층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제11항에 있어서,
상기 제2 전극층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1 구조체와 제2 구조체를 구비하여 구성되고,
상기 제1 구조체는 전해질이 주입되는 전해질 흡수층과,
상기 전해질 흡수층의 하측에 형성되는 제1 전극층을 구비하여 구성되며,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트가 분말이 혼합 또는 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 제1 전극층은 백금층을 포함하는 2층 이상의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 제1 전극층은 도전성 무기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 제1 전극층은 도전성 유기물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 제1 전극층은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제19항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가적으로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1 구조체와 제2 구조체를 구비하여 구성되고,
상기 제2 구조체는 전해질이 흡수되는 전해질 흡수층과,
상기 전해질 흡수층의 상측에 형성되는 다공질층 및,
상기 다공질층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하여 구성되며,
상기 전해질 흡수층은 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제26항에 있어서,
상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제26항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가적으로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제26항에 있어서,
상기 다공질층은 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제29항에 있어서,
상기 다공질층은 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 전해질이 흡수되는 전해질 흡수층과,
상기 전해질 흡수층의 하측에 형성되는 제1 전극층,
상기 전해질 흡수층의 상측에 형성됨과 더불어 염료가 흡착되는 다공질층 및,
상기 다공질층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하고,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제31항에 있어서,
상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제31항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에는 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제31항에 있어서,
상기 다공질층은 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제34항에 있어서,
상기 다공질층은 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1 구조체와 제2 구조체를 구비하여 구성되고,
상기 제2 구조체는 전해질이 흡수되는 전해질 흡수층과,
상기 전해질 흡수층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하여 구성되며,
상기 전해질 흡수층에는 제올라이트가 혼합 또는 흡착되고,
전해질 흡수층의 상측에 염료가 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제36항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에는 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 전해질이 용이하게 흡수 및 통과되는 재질로 구성되는 전해질 흡수층과,
상기 전해질 흡수층의 하측에 형성되는 제1 전극층,
상기 전해질 흡수층의 상측에 형성되는 염료 혼합물층 및,
상기 염료 혼합물층의 상측에 형성되는 제2 전극층을 구비하고,
상기 전해질 흡수층에는 제올라이트가 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제38항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에는 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자가 추가로 혼합 또는 흡착되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지. - 제1 구조체를 형성하는 단계와,
제2 구조체를 형성하는 단계,
전해질 흡수층을 준비하는 단계,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 흡착시키는 단계,
상기 전해질 흡수층을 매개로 하여 제1 구조체와 제2 구조체를 결합하는 단계 및,
상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제40항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하는 단계는 종이 또는 유기물로 구성되는 제1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 기판에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제41항에 있어서,
상기 제1 전극은 도전성 무기물, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제40항에 있어서,
상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조방법. - 제40항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제40항에 있어서,
상기 제1 구조체의 상측에 전해질 흡수층을 결합시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조방법. - 제1 구조체를 형성하는 단계와,
제2 구조체를 형성하는 단계,
전해질 흡수층을 준비하는 단계,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 흡착시키는 단계,
상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계 및,
상기 전해질 흡수층을 매개로 하여 제1 구조체와 제2 구조체를 결합하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제46항에 있어서,
상기 제1 구조체를 형성하는 단계는 종이 또는 유기물로 구성되는 제1 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 기판에 제1 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제46항에 있어서,
상기 제1 전극은 도전성 무기물, 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제46항에 있어서,
상기 전해질 흡수층은 종이, 섬유 또는 유기물 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조방법. - 제46항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제46항에 있어서,
상기 제1 구조체의 상측에 전해질 흡수층을 결합시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조방법. - 제1 구조체를 형성하는 단계와,
제2 구조체를 형성하는 단계 및,
상기 제1 및 제2 구조체를 결합함과 더불어 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하고,
상기 제1 구조체의 형성단계는
전해질 흡수층을 준비하는 단계와,
상기 전해질 흡수층의 하측에 제1 전극층을 형성하는 단계 및,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조방법. - 제52항에 있어서,
상기 전해질 흡수층이 종이인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제52항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제1 구조체를 형성하는 단계와,
제2 구조체를 형성하는 단계 및,
상기 제1 및 제2 구조체를 결합함과 더불어 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하고,
상기 제2 구조체의 형성단계는
전해질 흡수층을 준비하는 단계와,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계,
상기 전해질 흡수층의 상측에 염료 혼합물층을 형성하는 단계 및,
상기 전해질층의 상측에 제2 전극층을 형성하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지 제조방법. - 제55항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 전해질 흡수층을 준비하는 단계와,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계,
상기 전해질 흡수층의 하측에 제1 전극층을 형성하는 단계,
상기 전해질 흡수층의 상측에 다공질층을 형성하는 단계,
상기 다공질층에 염료를 흡착시키는 단계,
상기 다공질층의 상측에 제2 전극층을 형성하는 단계 및,
상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제57항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 추가로 혼합 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제57항에 있어서,
상기 다공질층은 제올라이트를 포함하는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 전해질 흡수층을 준비하는 단계와,
상기 전해질 흡수층의 하측에 제1 전극층을 형성하는 단계,
상기 전해질 흡수층에 제올라이트를 혼합 또는 흡착시키는 단계,
상기 전해질 흡수층의 상측에 염료를 흡착시키는 단계,
상기 전해질 흡수층의 상측에 제2 전극층을 형성하는 단계 및,
상기 전해질 흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법. - 제60항에 있어서,
상기 전해질 흡수층에 금속 나노입자 또는 탄소 나노입자를 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지의 제조방법.
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