KR20130093272A - 투광도가 향상된 탠덤 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 직렬로 결합한 탠덤 태양전지로서, 염료감응형 태양전지의 광흡수층이 직경 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하도록 구성하여 투광도와 효율을 향상시킨 것이 특징이다.

Description

투광도가 향상된 탠덤 태양전지 {DSSC-CIGS tandem solar cell having improved transmittance}
본 발명은 탠덤 태양전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 직렬로 결합한 투광도가 높은 탠덤(tandem) 태양전지에 관한 것이다.
단일 접합 태양전지의 최대 이론 광전변환효율은 1961년 Shockley-Queisser에 의해 계산된 약 30%이며, 단일 접합 태양전지로는 넘기 힘든 것으로 알려져 있다. 이와 같은 한계효율은 여러 단일 접합 태양전지를 탠덤 형태로 다중 접합함으로써 극복할 수 있다. 특히, 태양전지 효율은 밴드갭보다 훨씬 높은 에너지를 갖는 광자가 입사될 때의 열에 의한 손실(thermalization loss)과 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 포톤의 투과에 의한 손실로 낮은 한계치를 갖는다. 상기 열 손실의 경우 흡수광의 초과에너지가 격자 진동의 양자 형태인 포논으로 전환되어 광전변환에 전혀 기여하지 못하고 열에너지로 손실되는 것을 말하며, 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 광자는 전자가 위치할 수 있는 상태로 전자를 여기시키지 못하기 때문에 투과 손실을 보인다.
이와 같이 단일 접합 태양전지의 경우 상기 열 손실을 줄이려면 적절한 크기의 밴드갭이 필요하고, 동시에 낮은 에너지의 포톤이 기여할 수 있도록 하기 위해서는 밴드갭이 낮아야 하므로 서로 간에 트레이드-오프(trade-off) 관계를 발견할 수 있다. 즉 단일 접합 태양전지로는 풀리지 않는 문제를 안고 있다. 탠덤 태양전지는 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 재료들을 이용함으로써 위의 한계를 극복하고 넓은 스펙트럼 영역의 광에너지를 효과적으로 이용하고자 하는 시도이다.
탠덤 태양전지는 가장 큰 밴드갭을 갖는 흡수층 물질 또는 단일접합 태양전지가 먼저 입사광을 받도록 가장 상부에 위치하게 되며, 순차적으로 밴드갭이 작은 흡수층이 하부에 위치하게 된다. 이런 식으로 상부에서 단파장 영역 빛을 흡수하고 하부에서 장파장 영역 빛을 흡수하도록 배치하면 탠덤 태양전지의 문턱 파장(threshold wavelength)이 장파장 쪽으로 이동하게 되고 전체 흡수파장 영역을 넓게 이용할 수 있다. 또한 이와 같이 파장 대역을 여러 부분으로 나눠 이용함으로써 앞서 언급한 것과 같은 전자-홀 쌍 생성시의 열 손실의 감소를 기대할 수 있다. 탠덤 태양전지에는 구조적으로 단일 전지 내에서 흡수층을 연속적으로 쌓는 내부접합형(internal junction) 텐덤 디바이스, 단일 접합 서브 전지들을 수직적으로 쌓아 외부에서 단자 간을 서로 연결하는 외부접합형(external junction) 탠덤 디바이스가 있다. 내부접합형 소자는 전압 상승의 효과를 볼 수 있는 반면, 외부접합형 소자는 서브전지 간의 연결 방법, 즉 직렬연결이나 병렬연결을 통해 전류 또는 전압을 증가시킬 수 있다.
직렬 연결된 이중 접합 탠덤 태양전지의 경우 상부 전지는 1.6~1.7eV, 하부 전지는 1.0~1.1eV 정도의 밴드갭을 가질 때 최대 45%까지의 이론 효율이 가능한 것으로 보고된 바 있다[Bremner et al, Progress in Photovoltaics: Research and Applications (2008), 16, p.225~233]. 특히 고효율 DSSC에 주로 이용되는 루테늄 계열의 염료가 1.6~1.8eV의 밴드갭을 가지며, CIGS 태양전지의 경우 In/Ga 비를 조절하여 1.0과 1.7eV 사이에서 밴드갭을 조절할 수 있기 때문에 각각을 상부 전지와 하부 전지로 하여 고효율의 탠덤 태양전지를 구현할 수 있다.
본 발명의 목적은 광산란 효과를 감소시키고, 낮은 두께로도 광전류를 얻을 수 있는 광흡수층을 개발하여 광투과율이 증가된 고효율의 DSSC-CIGS 탠덤 태양전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 직렬로 결합한 탠덤(tandem) 태양전지에 있어서, 상기 염료감응형 태양전지의 광흡수층은 직경이 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 탠덤 태양전지를 제공한다. 상기 TiO2 입자의 직경은 5 nm 내지 15 nm 인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 상기 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지의 계면에 반사방지막이 도입될 수 있으며, 상기 반사방지막은 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리스타이렌(PS) 등의 유기 반사방지막, 또는 MgF2, SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, MgF2 등의 무기 반사방지막일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 CIGS 태양전지는 a) 유리 기판 위에 형성되어 있는 제1 금속 전극층; b) 상기 금속 전극 위에 형성되어 있는 CIGS 흡수층; c) 상기 CIGS 흡수층 위에 형성되어 있는 금속 산화물층; 및 d) 상기 금속 산화물층 위에 형성되어 있는 제2 금속 전극층을 포함할 수 있다. 이때, CIGS 흡수층 위에 버퍼층을 더 형성할 수 있으며, 버퍼층은 예를 들어, CdS, In2S3, ZnO, Zn(O,S,OH) 중에서 선택될 수 있다.
또한 상기 제1 금속 전극은 몰리브데늄(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni) 전극 중에서 선택될 수 있으며, 금속산화물층은 진성 ZnO/Al-도핑된 ZnO(i-ZnO/AZO), 진성 ZnO/B-도핑된 ZnO(i-ZnO/BZO)층 중에서 선택될 수 있다. 또한 제2 금속 전극은 니켈-알루미늄 합금(Ni/Al), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 전극 중에서 선택될 수 있다.
또한 상기 염료감응형 태양전지(DSSC)는 e) 투명 전극 기판 상에 금속 촉매막이 형성된 DSSC 상대전극; f) 투명 전극 기판 상에 TiO2 광흡수층이 형성된 DSSC 일전극; g) 상기 금속 촉매막과 DSSC 일전극 사이에 형성된 밀봉재 및 그 사이에 주입된 전해질층을 포함할 수 있다. 이때, 금속 촉매막은 예를 들어, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 카본나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 촉매막 중에서 선택될 수 있으며, 투명 전극은 FTO(F-doped SnO2), ITO(S-doped In2O3), AZO(Al-doped ZnO), BZO(B-doped ZnO) 중에서 선택될 수 있다.
또한 상기 DSSC 일전극은 투명전극 기판과 TiO2 광흡수층 사이에 재결합 방지층을 더 포함할 수 있으며, 재결합 방지층의 예로는 TiO2, Nb-doped TiO2, Ta-doped TiO2 등을 들 수 있다.
또한 본 발명은 1) 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 제작하는 단계; 2) 직경이 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 광흡수층이 형성된 염료감응형 태양전지(DSSC)를 제작하는 단계: 및 3) 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지와 염료감응형 태양전지(DSSC) 사이에 반사방지막을 삽입하여 두 태양전지를 적층하고 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, TiO2 입자를 포함하는 광흡수층은 닥터 블레이드 코팅법, 스핀 코팅법, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 전기 방사법 중에서 선택된 방법으로 형성될 수 있으며, CIGS 흡수층은 진공증발법, 스퍼터링법, 용액코팅법 중에서 선택된 방법으로 형성될 수 있으나, 통상 사용되는 어떤 방법도 가능하며 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 DSSC-CIGS 탠덤 태양전지는 염료감응형 태양전지의 광흡수층이 직경 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 광산란 효과를 감소시키고, 낮은 두께로도 광전류를 얻을 수 있어 광투과율이 증가됨으로써 태양전지의 효율이 매우 높다.
도 1은 입자의 직경이 11 nm인 TiO2의 XRD 스팩트럼이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DSSC/CIGS 외부접합형 탠덤 구조의 모식도이다.
도 3은 입자크기가 다른 TiO2를 도입한 DSSC와 DSSC-필터된(filtered) CIGS 및 DSSC/CIGS 탠덤 태양전지의 광전 특성을 보여주는 그래프이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 직렬로 결합한 탠덤(tandem) 태양전지는 염료감응형 태양전지의 광흡수층이 직경이 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 것이 특징이다. 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 TiO2 입자의 직경은 5 nm 내지 15 nm 인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지의 계면에 반사방지막이 도입될 수 있으며, 상기 반사방지막은 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리스타이렌(PS) 등의 유기 반사방지막, 또는 MgF2, SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, MgF2 등의 무기 반사방지막일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 CIGS 태양전지는 a) 유리 기판 위에 형성되어 있는 제1 금속 전극층; b) 상기 금속 전극 위에 형성되어 있는 CIGS 흡수층; c) 상기 CIGS 흡수층 위에 형성되어 있는 금속 산화물층; 및 d) 상기 금속 산화물층 위에 형성되어 있는 제2 금속 전극층을 포함할 수 있다. 이때, CIGS 흡수층 위에 버퍼층을 더 형성할 수 있으며, 버퍼층은 예를 들어, CdS, In2S3, ZnO, Zn(O,S,OH) 중에서 선택될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 제1 금속 전극은 몰리브데늄(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni) 전극 중에서 선택될 수 있으며, 금속산화물층은 진성 ZnO/Al-도핑된 ZnO(i-ZnO/AZO), 진성 ZnO/B-도핑된 ZnO(i-ZnO/BZO)층 중에서 선택될 수 있다. 또한 제2 금속 전극은 니켈-알루미늄 합금(Ni/Al), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 전극 중에서 선택될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 염료감응형 태양전지(DSSC)는 e) 투명 전극 기판 상에 금속 촉매막이 형성된 DSSC 상대전극; f) 투명 전극 기판 상에 TiO2 광흡수층이 형성된 DSSC 일전극; g) 상기 금속 촉매막과 DSSC 일전극 사이에 형성된 밀봉재 및 그 사이에 주입된 전해질층을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 금속 촉매막은 예를 들어, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 카본나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 촉매막 중에서 선택될 수 있으며, 투명 전극은 FTO(F-doped SnO2), ITO(S-doped In2O3), AZO(Al-doped ZnO), BZO(B-doped ZnO) 중에서 선택될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 DSSC 일전극은 투명전극 기판과 TiO2 광흡수층 사이에 재결합 방지층을 더 포함할 수 있으며, 재결합 방지층의 예로는 TiO2, Nb-doped TiO2, Ta-doped TiO2 등을 들 수 있다.
또한 본 발명은 1) 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 제작하는 단계; 2) 직경이 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 광흡수층이 형성된 염료감응형 태양전지(DSSC)를 제작하는 단계: 및 3) 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지와 염료감응형 태양전지(DSSC) 사이에 반사방지막을 삽입하여 두 태양전지를 적층하고 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조 방법을 제공한다. TiO2 입자를 포함하는 광흡수층은 닥터 블레이드 코팅법, 스핀 코팅법, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 전기 방사법 중에서 선택된 방법으로 형성될 수 있으며, CIGS 흡수층은 진공증발법, 스퍼터링법, 용액코팅법 중에서 선택된 방법으로 형성될 수 있으나, 통상 사용되는 어떤 방법도 가능하며 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 본 발명에서는 졸-겔(Sol-gel)법과 수열합성법(Hydrothermal)을 이용하여 TiO2를 합성하였다. 통상의 크기(20 nm) 보다 작은 입자 크기의 TiO2 합성을 위해 150℃의 낮은 온도에서 수열합성법을 수행하였다. 또한 도 1의 XRD 데이터를 통해 입경이 평균 ~11 nm 정도의 아나타제상(anatase phase) 임을 확인하였다.
또한 본 발명에서는 염료감응 태양전지를 상부 전지(top cell)로, CIGS 태양전지를 하부 전지(bottom cell)로 하는 외부접합형 탠덤 구조를 도 2와 같이 설계하고, 광전변환 특성을 연구하였다. 상부 전지로 사용된 염료감응 태양전지에서 염료로는 N719 염료를 사용하였다. 하부 전지인 CIGS 태양전지와 전류매칭을 위하여 TiO2 전극의 두께를 조절하였다.
도 2는 염료감응 태양전지(DSSC)와 CIGS 태양전지를 직렬로 결합한 탠덤 태양전지의 구조를 예시적으로 나타낸 것으로서, 상부 전지(top cell)인 DSSC의 투과도를 높임으로써 하부 전지(bottom cell)인 CIGS 태양전지가 사용하는 빛의 양 및 탠덤 태양전지의 효율을 높이기 위해 DSSC의 광흡수층을 형성하는 TiO2의 입자크기를 통상의 20 nm에서 그 이하인 약 11 nm 로 줄인 것이 특징이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 탠덤 태양전지의 모식도이다. 이에 따르면 탠덤 태양전지는 유리 기판(1), 상기 유리 기판 위에 형성되어 있는 몰리브데늄(Mo) 전극(2), 상기 몰리브데늄 전극 위에 형성되어 있는 CIGS 흡수층(3), 상기 CIGS 흡수층 위에 형성되어 있는 CdS 버퍼층 (buffer layer)(4), 상기 CdS 버퍼층 (buffer layer) 위에 형성되어 있는 진성 ZnO (intrinsic ZnO, i-ZnO)/ Al-doped ZnO (AZO)층(5), 상기 진성 ZnO/ Al-doped ZnO 층 위에 형성되어 있는 Ni/Al 전극 층(6), 상기 Ni/Al 전극 층 위에 형성되어 있는 폴리머 반사방지막 층(7), 상기 폴리머 반사방지막 층 위에 형성되어 있는 투명전극 기판(8), 상기 투명전극 기판 위에 형성된 Pt 촉매막(9), 상기 Pt 촉매막과 DSSC 일전극 (working electrode) 사이에 형성된 밀봉재(10) 및 이로 인해 생기는 공간에 주입한 전해질 층(11), DSSC의 일전극(14)으로서 투명전극 위에 형성한 재결합 방지층 (blocking layer) 및 상기 재결합 방지층 위에 형성된 염료를 흡착한 TiO2 광흡수층(13)을 포함할 수 있다.
또한 도 2에 나타난 본 발명의 일구현예로서의 탠덤 태양전지의 제조 방법은 (a) 유리 기판 위에 몰리브데늄 (Mo) 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 몰리브데늄 (Mo) 전극 위에 CIGS 흡수층을 형성하는 단계; (c) 상기 CIGS 흡수층 위에 CdS 버퍼층 (buffer layer)을 형성하는 단계; (d) 상기 CdS 버퍼층 위에 진성 ZnO (intrinsic ZnO, i-ZnO)/ Al-doped ZnO (AZO)층, Ni/Al 전극을 순차적으로 형성하여 CIGS 태양전지를 완성하는 단계; (e) 투명전극 기판 위에 재결합 방지층, TiO2 광흡수층을 순차적으로 형성하여 DSSC의 일전극을 제작하는 단계; (f) 투명전극 기판 위에 Pt 촉매막을 형성하여 DSSC의 상대전극을 제작하는 단계; (g) 상기 DSSC의 일전극과 상대전극 사이에 밀봉재를 형성하고 전해질을 주입하여 DSSC를 완성하는 단계; (h) 상기 CIGS 태양전지와 DSSC 사이에 반사방지막을 삽입하여 두 태양전지를 적층하고 전기적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
CIGS 제작을 위해, 우선 유리기판 위에 DC 스퍼터링(DC sputtering) 방법을 통해 500 nm 두께의 Mo 층을 형성하였다. 상기 Mo 층 위에 3단계 진공증발법(3-stage evaporation)을 이용하여 CIGS 흡수층을 1.5 ~ 2 μm의 두께로 형성하였다. CIGS 흡수층 위에 버퍼층으로서의 CdS 층을 화학적 용액성장법(CBD)을 통해 50 ~ 80 nm의 두께로 형성하였다. 상기 CdS 층 위에 진성 ZnO (intrinsic ZnO, i-ZnO)와 Al-doped ZnO (Al:ZnO, AZO) 층을 RF 스퍼터링법을 통해 각각 50 nm, 250 nm의 두께로 형성하였다. 상기 AZO 위에 전극을 형성하기 위해 전자빔증착기(electron beam evaporator)를 이용하여 니켈/알루미늄을 800 nm 두께로 증착하여 최종적으로 CIGS 태양전지 제작을 완성하였다.
DSSC의 일전극(working electrode)으로는 우선 투명전극으로서 FTO (F-doped SnO2) 가 증착된 유리기판 위에 i) 빛의 산란을 줄이고 ii) 광흡수층의 투명전극에의 접합성을 향상시키며, iii) 투명전극과 전해질 계면에서 전자의 재결합을 방지하기 위한 재결합 방지층(blocking layer)을 부탄올 중의 7.5 wt%의 티타늄(IV) 비스(에틸 아세토 아세토)-디이소프록사이드 용액을 이용하여 형성하였다. 상기 재결합 방지층 위에 광흡수층으로 11 nm 의 평균 입자크기를 갖는 TiO2 층을 닥터 블레이드법을 이용해 13 ~ 15 μm의 두께로 형성하고 500 °C에서 30분 간 열처리하였다. 유리 기판/투명전극/재결합 방지층/광흡수층 어셈블리를 N719 염료를 포함하는 용액에 담가 40 °C에서 5시간 동안 염료를 흡착하였다. 상대전극으로는 2-프로판올 중의 7 mM의 H2PtCl6 ·6H2O 용액을 FTO 투명전극 위에 스핀 코팅하고 400 °C에서 열처리 하여 Pt 촉매막을 형성하였다. 밀봉재로서의 Surlyn을 일전극과 상대전극 사이에 두어 생기는 공간 사이로 1-프로필-3-메틸이미다졸륨 요오드(1-propyl-3-methylimidazolium iodide: PMII),I2와 구아니듐 싸이오시아네이트(guanidinium thiocyanate: GSCN), 4-tert-부틸피리딘(TBP) 등의 첨가제를 포함하는 ACN 기반 전해질용액을 주입하여 염료감응태양전지를 완성하였다.
상기에 제작된 DSSC와 CIGS 태양전지 사이에 빛의 산란을 줄이기 위해 폴리머 반사방지막(ARCTOP, Ashahi Glass Ltd., Co)을 삽입하고 두 태양전지를 적층하였다. 두 태양전지를 전기적으로 연결하기 위해 DSSC의 상대전극 쪽 투명전극과 CIGS 태양전지의 Ni/Al 전극을 도선으로 연결하여 탠덤 태양전지를 완성하였다.
도 3은 DSSC 광전극의 두께 최적화를 통하여 고효율을 달성한 탠덤 태양전지의 I-V 특성을 나타낸다. 작은 입자를 갖는 광전극을 통해 하부 전지(CIGS)에 도달하는 광량이 늘어나는 효과를 명료하게 나타내기 위해 고효율 DSSC에 적용되는 통상적인 20 nm 크기의 DSSC 광전극을 탑재한 경우를 함께 도시하였다 (도 3(a)). 도 3과 하기 표 1에서 알 수 있듯이, 11 nm TiO2를 적용한 경우 11.7 μm의 두께로도 13.5 μm 두께를 갖는 20 nm 광전극과 같은 수준 (12.64 vs. 12.42 mA)의 광전류를 발생시켰다. DSSC 필터된(filtered) CIGS 셀 또한 11 nm TiO2를 적용한 DSSC를 상부 전지로 사용하였을 때 16.57 mA의 광전류를 나타내어, 20 nm TiO2를 사용한 경우 (13.56 mA)에 비해 22 % 향상된 특성을 보여준다. 이 결과는 그대로 탠덤 태양전지의 효율 증가로 이어져, 광전류밀도 14.69 mA, 광전압 1.325 V, 효율 12.99 %의 DSSC/CIGS 탠덤 태양전지를 구현할 수 있었다. 이는 20 nm TiO2를 적용한 경우 (효율 10.77%)에 비해 21%의 효율 증가가 이루어진 것이다.
하기 표 1에는 서로 다른 입자크기를 갖는 TiO2 광흡수층을 도입한 DSSC, DSSC-filtered CIGS 및 DSSC/CIGS 탠덤 태양전지의 광전류밀도, 전압, 충진계수 및 효율을 정리하였다.
Figure pat00001
한편, DSSC의 광전극, 상대전극의 반쪽 셀에 각각 사용되는 FTO 글라스와 공기의 굴절률 차이에 기인하는 광손실을 최소화하기 위해 양쪽 유리기판의 바깥쪽에 유기필름 반사방지막(Anti-reflection film, AR film)을 도입한 결과, 특히 DSSC 필터된(filtered) CIGS의 광전류 향상을 꾀할 수 있었다 (16.57 → 17.38 mA). 이와 같이 11 nm TiO2 와 반사방지막을 도입한 DSSC/CIGS 탠덤 셀의 효율은 13.15 %였다.

Claims (19)

  1. 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 직렬로 결합한 탠덤(tandem) 태양전지에 있어서, 상기 염료감응형 태양전지의 광흡수층은 직경이 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 탠덤 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 TiO2 입자의 직경은 5 nm 내지 15 nm 인 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 염료감응형 태양전지(DSSC)와 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지의 계면에 반사방지막이 도입된 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사방지막은 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 또는 폴리스타이렌(PS) 유기 반사방지막 또는 MgF2, SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, MgF2 무기 반사방지막 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 CIGS 태양전지는
    a) 유리 기판 위에 형성되어 있는 제1 금속 전극층;
    b) 상기 금속 전극 위에 형성되어 있는 CIGS 흡수층;
    c) 상기 CIGS 흡수층 위에 형성되어 있는 금속 산화물층; 및
    d) 상기 금속 산화물층 위에 형성되어 있는 제2 금속 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 CIGS 흡수층 위에 버퍼층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버퍼층은 CdS, In2S3, ZnO, Zn(O,S,OH) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 금속 전극은 몰리브데늄(Mo), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni) 전극 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 금속산화물층은 진성 ZnO/Al-도핑된 ZnO(i-ZnO/AZO), 진성 ZnO/B-도핑된 ZnO(i-ZnO/BZO)층 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 금속 전극은 니켈-알루미늄 합금(Ni/Al), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 전극 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 염료감응형 태양전지(DSSC)는
    e) 투명 전극 기판 상에 금속 촉매막이 형성된 DSSC 상대전극
    f) 투명 전극 기판 상에 TiO2 광흡수층이 형성된 DSSC 일전극;
    g) 상기 금속 촉매막과 DSSC 일전극 사이에 형성된 밀봉재 및 그 사이에 주입된 전해질층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속 촉매막은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 카본나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 촉매막 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 투명 전극은 FTO(F-doped SnO2), ITO(S-doped In2O3), AZO(Al-doped ZnO), BZO(B-doped ZnO) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 DSSC 일전극은 투명전극 기판과 TiO2 광흡수층 사이에 재결합 방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 재결합 방지층은 TiO2, Nb-doped TiO2, Ta-doped TiO2 층 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지.
  16. 1) 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지를 제작하는 단계;
    2) 직경이 20 nm 이하인 TiO2 입자를 포함하는 광흡수층이 형성된 염료감응형 태양전지(DSSC)를 제작하는 단계: 및
    3) 구리인듐갈륨셀렌(CIGS) 태양전지와 염료감응형 태양전지(DSSC) 사이에 반사방지막을 삽입하여 두 태양전지를 적층하고 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 탠덤 태양전지의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 TiO2 입자를 포함하는 광흡수층은 닥터 블레이드 코팅법, 스핀 코팅법, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 전기 방사법 중에서 선택된 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 CIGS 흡수층은 진공증발법, 스퍼터링법, 용액코팅법 중에서 선택된 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지의 제조 방법.
  19. 제16에 있어서,
    상기 반사방지막은 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 또는 폴리스타이렌(PS) 유기 반사방지막 또는 MgF2, SiO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, MgF2 무기 반사방지막 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탠덤 태양전지의 제조 방법.

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