KR20130132301A - 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130132301A KR20130132301A KR1020130058073A KR20130058073A KR20130132301A KR 20130132301 A KR20130132301 A KR 20130132301A KR 1020130058073 A KR1020130058073 A KR 1020130058073A KR 20130058073 A KR20130058073 A KR 20130058073A KR 20130132301 A KR20130132301 A KR 20130132301A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dye
- graphene
- solar cell
- sensitized solar
- web
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 147
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 74
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 77
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 29
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 20
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 17
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 14
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 claims description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 8
- 239000002101 nanobubble Substances 0.000 claims description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 claims description 6
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N coumarin Chemical compound C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 2
- 229960000956 coumarin Drugs 0.000 claims description 2
- 235000001671 coumarin Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 229910014031 strontium zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 2
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- LWRNQOBXRHWPGE-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2,3,3,4,4,4a,5,5,6,6,7,7,8,8a-heptadecafluoro-8-(trifluoromethyl)naphthalene Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C2(F)C(C(F)(F)F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C21F LWRNQOBXRHWPGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RELMFMZEBKVZJC-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-trichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC(Cl)=C1Cl RELMFMZEBKVZJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IVCMUVGRRDWTDK-UHFFFAOYSA-M 1-methyl-3-propylimidazol-1-ium;iodide Chemical compound [I-].CCCN1C=C[N+](C)=C1 IVCMUVGRRDWTDK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ADSOSINJPNKUJK-UHFFFAOYSA-N 2-butylpyridine Chemical group CCCCC1=CC=CC=N1 ADSOSINJPNKUJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 2-methylphenol;3-methylphenol;4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C=C1.CC1=CC=CC(O)=C1.CC1=CC=CC=C1O QTWJRLJHJPIABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FHNWJAQMUYUBMV-UHFFFAOYSA-N 4-hexyl-1,2-dimethylimidazole;hydroiodide Chemical compound I.CCCCCCC1=CN(C)C(C)=N1 FHNWJAQMUYUBMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RFFFKMOABOFIDF-UHFFFAOYSA-N Pentanenitrile Chemical compound CCCCC#N RFFFKMOABOFIDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- YKQQQHPBZLZTMJ-UHFFFAOYSA-J [Ru+2].[Ru+2].[O-]C(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1.[O-]C(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1 Chemical compound [Ru+2].[Ru+2].[O-]C(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1.[O-]C(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1 YKQQQHPBZLZTMJ-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- IVJISJACKSSFGE-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;1,3,5-triazine-2,4,6-triamine Chemical compound O=C.NC1=NC(N)=NC(N)=N1 IVJISJACKSSFGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- ZJYYHGLJYGJLLN-UHFFFAOYSA-N guanidinium thiocyanate Chemical compound SC#N.NC(N)=N ZJYYHGLJYGJLLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 125000001810 isothiocyanato group Chemical group *N=C=S 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229950011087 perflunafene Drugs 0.000 description 1
- UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N perfluorodecalin Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]2(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]21F UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N 0.000 description 1
- SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N perfluorooctanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N ruthenium(2+) Chemical compound [Ru+2] YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- DPKBAXPHAYBPRL-UHFFFAOYSA-M tetrabutylazanium;iodide Chemical compound [I-].CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DPKBAXPHAYBPRL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2095—Light-sensitive devices comprising a flexible sustrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
- H10K30/821—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes comprising carbon nanotubes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
- H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 위치한 염료 흡착된 금속 산화물을 포함하는 워킹 전극, 상기 워킹 전극 상에 위치한 분리막, 상기 분리막 상에 위치한 전해질, 및 상기 전해질 상에 위치한 상대 전극의 구조를 포함하며, 상기 워킹 전극와 분리막 사이에 그래핀 코팅된 탄소나노웹이 개재된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 TCO(Transparent Conducting Oxide)와 같은 투명 전도성 기판 대신 비전도성 기판의 사용이 가능하며, 전지의 효율을 향상시킬 수 있도록 그래핀이 코팅된 탄소나노웹을 포함하는 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
대기 오염 물질의 배출과 온실효과로 인해 심각한 기후 온난화가 발생하고, 이러한 기후 변화 위기에 대한 세계적인 공감대가 형성되고 있다. 최근 유가 상승의 문제도 발생함에 따라 현재 에너지 공급원에 대한 다변화 정책이 필요하며, 저렴하면서 안정적인 에너지 자원의 확보가 필요하다.
이에 태양 에너지, 풍력 에너지 및 수력 에너지와 같은 재생 에너지에 대한 관심과 연구가 급증하고 있으며, 그중 태양 에너지를 이용한 태양전지의 경우 환경오염에 대한 부담이 없으며 무한한 에너지 공급이 이루어질 수 있어 그 관심이 집중되고 있다.
태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물반도체와 같은 무기재료로 이루어진 무기 태양전지와 유기소재를 중심으로 제작된 유기 태양전지로 나눌 수 있다.
또한, 시장 상황 및 기술 개발 상황에 따라 1세대인 결정질 실리콘 태양전지, 2세대인 박막형 태양전지, 초고효율 태양전지, 그리고 3세대인 차세대 태양전지로 구분된다.
그 중 염료감응 태양전지는 유기 재료(염료)를 사용하는 것으로, 일반적인 반도체 접합 태양전지의 원리와 달리 염료 분자가 화학적으로 흡착된 반도체 산화물 전극에 광을 조사함으로서 광자(exiton)를 형성하고 이중 전자가 반도체 산화물의 전도띠로 주입되어 전류를 발생시키는 원리를 이용하고 있다.
염료감응 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비하여 가격이 저렴하기 때문에 가격 경쟁력이 우수하며, 투명하면서 다양한 구현이 가능하기 때문에 그 응용성이 기대되는 기술이다.
염료감응 태양전지는 투명 기판의 샌드위치 구조를 갖는다. 전지 내부는 투명 기판 위에 코팅된 투명전극, 그 위에 접착되어 있는 나노 입자로 구성된 다공질 TiO2, 상기 TiO2 입자의 표면에 단분자층으로 코팅된 염료, 두 전극 사이의 공간을 채우고 있는 산화/환원용 전해질 용액, 그리고 전해질 환원용 상대 전극으로 구성되어 있다.
염료감응 태양전지의 효율을 급속히 올릴 수 있게 된 주요 원인 중의 하나는 TiO2와 같은 반도체 산화물의 표면적의 증가에 있다. 이 때문에 TiO2 입자가 작고, 기공도가 높을수록 전지의 효율은 향상되는데 보통 15∼30nm의 입경을 지닌 것이 주로 이용되고, 두께는 2∼30㎛로 염료의 종류에 따라 최적의 두께가 결정된다.
그러나 아직까지 염료감응 태양전지는 가격 경쟁력과 함께 가볍고 높은 광투과율을 가지며 다양한 용도에 사용될 수 있다는 장점이 있으나 효율이 낮고 아직 안정성이 부족한 단점 때문에 상용화가 되지 않고 있다. 이에 전극 기판, TiO2, 전해질 등의 재질면에서의 개질과 함께 전지의 효율 및 수명을 향상시키는 연구가 지속되고 있다.
대한민국 특허등록 제10-1127910호는 갈륨이 도핑된 산화아연으로 이루어진 투명 전도성 기판에 Ag, Cu, 및 카본나노튜브 중 적어도 하나로 이루어진 코팅층을 형성하여 전극의 전기전도도 및 투과도를 향상시킬 수 있다고 언급하고 있다.
대한민국 특허공개 제2011-0082864호는 TiO2 나노입자의 표면에 ZnO를 코팅한 후, 그 표면 상에 다시 ZnO 나노로드(nanorod)를 일체로 성장시켜 염료감응 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다고 개시하고 있다.
대한민국 특허등록 제10-1070774호는 실릴프로필메타크릴레이트가 결합된 나노실리카 분말; 및 액체 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지용 나노젤형 전해질을 활용함으로써, 우수한 안정성, 양산성, 광전변환효율을 갖는 염료감응 태양전지를 제공할 수 있다고 언급하고 있다.
한편, 이들 특허에서 제시하는 전극용 기판은 ITO나 FTO와 같은 전도성 기판을 사용하는데, ITO, FTO 박막을 유리 기판에 증착하기 위해선 대형 스퍼터링 장치와 같은 고가의 장비가 필요하여 제작비용이 증가하고, 제작 공정에서 소결 공정이 필요하다. 또한 재료 자체가 고가이므로 태양전지의 제조 단가를 상승시키는 요인이 된다.
이에 본 발명자들은 기존의 태양전지에 비해 친환경적, 저가의 특성을 갖는 염료감응 태양전지에 대해 다각적으로 연구를 진행한 결과, ITO나 FTO와 같은 투명 전도성 기판 대신 유리나 플렉서블 기판과 같은 저가의 비전도성 기판을 사용할 수 있도록 그래핀-탄소나노웹 복합 재료를 전지 구성 요소로 사용하였고, 상기 복합 재료 상에 금속 산화물을 기반으로 하는 워킹 전극을 형성함으로써 상기 금속 산화물의 물리적, 화학적 안정성을 높이고 복합 재료와 워킹 전극 간의 우수한 계면특성으로 인해 비전도성 기판을 사용하고도 전지 효율의 저하가 없었으며, 플렉서블 기판의 사용 가능성을 넓힐 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 전지의 제조 단가를 낮추며 전지의 효율이 향상될 수 있는 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
투명 기판,
상기 투명 기판 상에 위치한 염료 흡착된 금속 산화물을 포함하는 워킹 전극,
상기 워킹 전극 상에 위치한 분리막,
상기 분리막 상에 위치한 전해질, 및
상기 전해질 상에 위치한 상대 전극의 구조를 포함하며,
상기 워킹 전극와 분리막 사이에 그래핀 코팅된 탄소나노웹이 개재된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지를 제공한다.
이때 추가로 상기 워킹 전극의 금속 산화물은 그 표면 및 내부가 그래핀으로 코팅된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은
투명 기판, 분리막, 전해질 및 상대 전극을 각각 준비하는 단계;
탄소나노웹에 그래핀을 코팅하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 제조하는 단계;
상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 금속 산화물을 코팅 후 소성하는 단계;
상기 소성된 금속 산화물에 염료를 흡착시키는 단계를 수행하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 워킹 전극을 형성하는 단계;
기판, 워킹 전극, 그래핀 코팅된 탄소나노웹, 분리막, 전해질 및 상대 전극 순으로 적층하여 조립하는 단계; 및
밀봉하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법을 제공한다.
이때 상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹은
탄소 전구체를 포함하는 방사 용액을 이용하여 방사 공정을 통해 극미세 섬유웹을 제조 후 탄화하여 탄소나노웹을 제조하는 단계; 및
상기 탄소나노웹에 그래핀을 코팅하는 단계를 거쳐 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 전지 구성을 포함함으로써 종래 ITO나 FTO와 같은 고가의 투명 전도성 기판과 비교하여 상대적으로 저가인 비전도성 기판인 유리 또는 플렉서블 기판의 사용할 수 있어 염료감응 태양전지 제조의 생산 단가를 낮출 수 있다.
또한, 워킹 전극을 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 직접 코팅 후 소성을 통해 형성함으로써 플렉서블 기판을 사용하더라도 상기 기판에 대한 직접적인 소성 공정을 수행할 필요가 없어 종래 소성 공정에 의해 사용이 제한적이었던 플렉서블 기판의 사용 가능성을 높일 수 있다.
또한, 탄소나노웹의 3차원적인 구조 특성 및 유연성으로 인해 워킹 전극에 사용하는 금속 산화물의 물리적 화학적 안정성이 향상될 뿐만 아니라 워킹 전극과 탄소나노웹 간의 우수한 계면특성을 가져 비전도성 기판을 사용하더라도 만족할만한 수준의 전지 효율을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 보여주는 단면도이다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전류-전압곡선 그래프이다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전류-전압곡선 그래프이다.
종래 ITO나 FTO와 같은 고가의 투명 전도성 기판을 사용하는 태양전지의 경우 비싼 가격, 기판의 제한적인 사용 및 구조적인 문제점 등이 있었으며, 본 발명에서는 저가의 비전도성 기판과 함께 그래핀이 코팅된 탄소나노웹을 워킹 전극에 접하도록 도입한 새로운 구조의 염료감응 태양전지를 제시한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 실시예는 예시적인 목적을 위한 것으로서 본 발명의 범위는 이에 한정되지 아니한다.
도 1은 본 발명에 따른 염료감응 태양전지를 보여주는 단면도이다. 이때 각 층 사이에는 이 분야에서 공지된 바의 여러 층의 삽입이 가능하다.
도 1을 참조하면, 염료감응 태양전지는 투명 기판(1), 상기 투명 기판(1) 상에 위치한 염료 흡착된 금속 산화물을 포함하는 워킹 전극(3), 상기 워킹 전극(3) 상에 위치한 분리막(7), 상기 분리막(7) 상에 위치한 전해질(9), 및 상기 전해질(9) 상에 위치한 상대 전극(11)의 구조를 포함한다.
특히, 본 발명에서는 상기 투명 기판(1)으로 비전도성 기판을 사용하고, 상기 워킹 전극(3)와 분리막(7) 사이에 그래핀 코팅된 탄소나노웹(5)을 개재한다.
이하 각 구성을 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 기판으로서 종래 TCO를 포함하는 투명 전도성 기판이 아닌 상대적으로 저렴한 비전도성 투명 기판(1)을 사용한다.
투명 기판(1)은 지지체로서의 역할을 하며 비전도성이므로 ITO와 같은 투명 전도성 기판과 같이 전극으로서의 역할은 수행하지 않는다.
사용 가능한 투명 기판(1)은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아마이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
상기 투명 기판(1)으로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 수지를 포함하는 플렉서블 기판을 사용시 특유의 유연성으로 인해 다양한 형태로 제작이 가능하며, 투명도가 기존 ITO나 FTO 등 전도성 기판에 비해 높으며 비용을 저감할 수 있는 이점이 있다.
워킹 전극(3)은 광전극, 광감응성 전극, 또는 애노드로서 투명 기판(1) 상에 위치하며, 염료가 흡착된 금속 산화물을 포함한다.
금속 산화물과 염료는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 염료감응 태양전지에 사용되는 금속 산화물과 염료를 사용한다.
금속 산화물로는 산화티타늄，산화아연，산화주석，산화니오븀，산화텅스텐，산화스트론튬，산화지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로는 산화티타늄을 사용한다. 이러한 금속 산화물은 바람직하기로 직경이 수 나노에서 수백 마이크론, 바람직하기로는 lnm∼900㎛인 입자를 사용한다.
염료는 금속 산화물의 기공 사이에 흡착되며, 이때 상기 염료로는 루테늄 또는 쿠마린 염료를 포함하여 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이때 염료의 흡착은 워킹 전극(3)을 염료 용액에 침지시키거나, 염료 용액을 스핀 코팅하는 방식을 통해 이루어진다.
추가로, 금속 산화물은 이의 표면 및 내부에 그래핀을 코팅시켜 워킹 전극(3)의 전기 전도도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이때 코팅은 스프레이 코팅, 딥-코팅, 정전 분무, 스퍼터링, 화학 기상 증착이 가능하며, 바람직하기로 후속에서 언급하는 정전 분무 공정으로 수행하여, 금속 산화물 입자 상에 그래핀을 1nm∼500nm의 두께로 코팅한다. 이때 그래핀의 코팅 두께가 상기 범위 미만이면 전자의 이동 속도 향상을 기대할 수 없으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
특히, 본 발명에서는 기판으로서 ITO 대신 비전도성을 갖는 투명 기판을 사용하더라도 전지 효율의 저하를 방지하기 위해 그래핀 코팅된 탄소나노웹(5)을 워킹 전극(3) 상에 배치한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 그래핀 코팅된 탄소나노웹(5)은 워킹 전극(3)과 분리막(7) 사이에 위치하고, 상기 워킹 전극(3)과 직접적으로 접촉하도록 위치한다. 후속에서 자세하게 설명되어지지만, 본 발명에서는 종래 ITO 기판 상에 염료-TiO2를 포함하는 워킹 전극(3)을 형성하는 것과 달리, 상기 워킹 전극(3)을 기판이 아닌 그래핀 코팅된 탄소나노웹(5) 상에 형성하고, 투명 기판(1)과는 이후의 공정을 통해 합지된다.
그 결과 워킹 전극(3)과 직접적으로 접하는 탄소나노웹의 3차원적 구조 및 유연성으로 인해 종래 금속산화물 기판의 전극에서 발생하는 물리적 및 화학적인 불안정성을 해소할 수 있다. 더욱이, 그래핀 코팅된 탄소나노웹(5)은 워킹 전극(3)을 구성하는 금속 산화물과 직접적으로 접하고 이의 3차원적 구조로 인해 상기 금속 산화물과의 우수한 계면특성을 가져, 결과적으로 태양전지의 효율을 개선시킬 수 있다.
종래 염료감응 태양전지에서 금속 산화물과 전해질 간 전자와 정공의 재결합(recombination)에 의해 전지 효율이 저하되는데, 상기 탄소나노웹에 의해 이러한 재결합을 억제할 수 있다. 그리고, 탄소나노웹에 존재하는 공극 사이로 전해질의 이온이 원활하게 이동하여 전지 성능의 향상을 가져온다.
탄소나노웹은 두께가 0.1㎛∼10mm, 바람직하기로 1㎛∼1000㎛이고, 이때 탄소나노웹을 구성하는 탄소나노섬유는 직경이 1∼1000nm, 바람직하기로 10∼500nm, 더욱 바람직하기로 50∼100nm를 갖는다.
그래핀은 탄소나노웹 상에 코팅되는데, 이때 바람직하기로, 그래핀은 너비가 1∼10㎛ 인 것을 사용한다.
바람직하기로, 그래핀은 탄소나노웹의 표면 및 내부에 코팅되며, 0.01㎛∼1000㎛의 두께로 코팅된다. 만약 그 두께가 전기 전도도 향상 효과를 기대할 수 없고, 반대로 상기 두께를 초과하면 전해질의 이동이 어려워질 수 있으므로 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
이때 사용하는 그래핀은 그 제조방법을 한정하지 않으며, 직접 제조하거나 시판되는 플레이크(flake) 형태의 그래핀을 직접 구입하여 사용이 가능하다.
상기 그래핀이 코팅된 탄소나노웹(5) 상에 분리막(7), 전해질(9) 및 상대 전극(11)이 순차적으로 위치한다. 이러한 분리막(7), 전해질(9) 및 상대 전극(11)은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 염료감응 태양전지에서 사용가능한 것이면 어느 것이든 가능하다.
일례로, 분리막(7)은 워킹 전극(3)과 상대 전극(11) 간의 단락을 방지하고, 지지대 역할을 하기 위해 사용한다. 이러한 분리막(7)은 이온투과성 막으로, 통상 10∼100㎛의 두께를 가지며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 셀룰로우즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐리덴플루오라이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함한다.
특히, 분리막(7)의 지지대 역할로 인해 태양전지를 대면적으로 제작할 수 있으며, 견고함이 재고되어 파손을 방지할뿐만 아니라 전해질(9)로 액체 전해질을 사용할 경우 쏠림 현상을 막을 수 있다.
전해질(9)은 본 발명에서 한정하지 않으며, 통상적으로 사용하는 액체 전해질, 또는 고분자 전해질 등이 사용될 수 있다.
일례로, 액체 전해질로는 아세토니트릴/발레로니트릴 혼합액에 헥실 디메틸이미다졸리움 요오드，구아니딘 티오시아네이트，요오드 및 4급 부틸피리딘이 용해된 액체 전해질을 사용할 수 있으며, 고분자 전해질로는 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 폴리(비닐리덴 플루오라이드-co-헥사플루오로프로필렌)(PVdF)계, 아크릴-이온성 액체 조합, 피리딘계 고분자, 폴리(에틸렌 옥사이드)(PEO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
상대 전극(11)은 상기 기판(1)에서 언급된 유리 또는 유연기판 등의 비도전성 기판, ITO, FTO 등의 전도성 기판 상에 Cu, Ag, Au, Pt, Ni 등의 도전성 재료가 증착된 금속층이 형성된 것, 또는 얇은 금속판(알루미늄, 스테인레스 스틸) 등을 사용한다. 이때 상대 전극(11)은 반드시 투명할 필요가 없다.
예를 들어 염화 백금산의 도포 후에 열처리함으로써 기판 상에 Pt 박막을 형성하거나, 증착법이나 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 Pt 박막이 형성된 것이 가능하다.
상기 언급한 구성을 갖는 염료감응 태양전지는
투명 기판, 분리막, 전해질 및 상대 전극을 각각 준비하는 단계;
탄소나노웹에 그래핀을 코팅하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 제조하는 단계;
상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 금속 산화물을 코팅 후 소성하는 단계;
상기 소성된 금속 산화물에 염료를 흡착시키는 단계를 수행하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 워킹 전극을 형성하는 단계;
기판, 워킹 전극, 그래핀 코팅된 탄소나노웹, 분리막, 전해질 및 상대 전극 순으로 적층하여 조립하는 단계; 및
밀봉하는 단계를 거쳐 제조한다.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 투명 기판, 분리막, 전해질 및 상대 전극을 각각 준비한다.
다음으로, 탄소나노웹에 그래핀을 코팅하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 제조한다.
그래핀 코팅된 탄소나노웹은 탄소나노웹에 그래핀을 코팅하여 제조한다. 이때 탄소나노웹 및 그래핀은 직접 제조하거나 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다.
바람직하기로, 탄소 전구체를 포함하는 방사 용액을 이용하여 방사 공정을 통해 극미세 섬유웹을 제조 후 탄화하여 탄소나노웹을 제조하는 단계; 및 상기 탄소나노웹에 그래핀을 코팅하는 단계를 거쳐 제조한다.
방사 용액은 탄화 후 탄소 나노 섬유를 형성할 수 있는 탄소 전구체와 이를 용해할 수 있는 용매를 포함한다.
이때 탄소 전구체로는 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리퍼퓨릴 알콜, 셀룰로오스, 글루코오스, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴산, 폴리락트산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리피롤, 폴리이미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리아라미드, 폴리벤질이미다졸, 폴리아닐린, 페놀수지, 피치류, 수크로오스, 레조르시놀-포름알데히드-겔, 멜라민-포름알데히드겔, 디비닐벤젠, 폴리아세틸렌, 폴리프로필렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
용매는 본 발명에서 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 퍼플루오로데칼린, 퍼플루오르메틸데칼린, 퍼플루오르노난, 퍼플루오르이소산, 헥산, 퍼플루오르시클로헥산, 1,2-디메틸시클르로헥산, 디메틸포름아미드(DMF), 톨루엔, 테트라하이드로퓨란(THF), 디메틸술폭사이드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸피롤리돈(NMP), 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드, 트리클로로벤젠, 벤젠, 크레졸, 자이렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 아크릴로니트릴, 사이클로헥산, 사이클로헥사논, 에틸 에테르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용할 수 있다.
상기 방사 용액은 방사가 용이하게 이루어질 수 있도록 농도를 0.1∼40 중량%가 되도록 조절한다. 이때 필요한 경우 공지된 바의 첨가제를 포함할 수 있다.
방사 공정은 전기방사(electrospinning), 전기분사방사(electrobrown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 등의 방사 공정을 통해 제조된 2차원 또는 3차원 기공을 갖는 것이면 어느 것이든 가능하며, 바람직하기로 전기 방사를 수행한다.
전기 방사는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 전기 방사 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 전기 방사 장치는 전압을 인가하기 위한 전압조절장치(power supply), 방사구(spinneret), 섬유를 수집하는 수집기(collector)로 이루어진다.
펌프를 통해 방사 용액을 일정한 속도로 유입량을 조절하여 방사구 역할을 하는 노즐을 통해 토출시키며, 이때 한쪽 전극은 전압조절장치와 노즐팁을 연결하여 토출되는 방사 용액에 전하를 주입하여 하전시키고, 반대 전극은 집진판에 연결한다. 노즐팁으로 토출된 방사 용액이 수집기에 도달하기 전에 연신 및 용매의 휘발이 함께 이루어져 수집기 상부에 나노 수준의 직경을 갖는 극미세 섬유웹을 얻을 수 있다.
이때 방사구와 수집기 사이에 인가하는 전압, 이들 간의 거리, 방사 용액 유량, 노즐 직경, 방사구와 수집기의 배치 등 다양한 파라미터에 따라 얻어지는 극미세 섬유웹의 형태를 제어할 수 있다.
바람직하기로, 방사구와 수집기 사이에 전압은 5∼50V, 바람직하기로 10∼40V, 더욱 바람직하기로 15∼20V의 범위로 사용한다. 상기 전압은 극미세 섬유웹을 구성하는 극미세 섬유의 직경에 직접적으로 영향을 준다. 부연하면, 전압이 증가하면 극미세 섬유의 직경은 작아지나 극미세 섬유의 표면이 매우 거칠어지고, 반대로 전압이 너무 미비할 경우 nm 수준의 직경을 갖는 극미세 섬유의 제조가 어려우므로 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
또한, 방사구의 직경이 작을수록 극미세 섬유의 직경이 작아지므로, 상기 전압과 마찬가지 이유로 표면이 균일한 nm 수준의 직경을 갖는 극미세 섬유를 제조하기 위해 0.005∼0.5mm의 방사구 직경을 갖는 것을 사용한다.
상기 제조한 극미세 섬유웹은 탄화 공정을 거쳐 탄소나노웹으로 제조된다.
탄화는 통상의 탄소 섬유를 제조하기 위한 공정으로 수행하며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 바람직하기로 500℃∼약 3000℃에서 20분∼5시간 동안 열처리를 수행하여 탄화 공정을 수행한다. 상기 탄화에 의해 탄소 원자가 재배열 또는 유착하여 전도성이 우수한 탄소 구조체, 즉 탄소나노웹이 제조된다. 만약, 온도나 시간이 상기 범위 미만이면 탄소나노웹의 형성이 어렵다.
상기 단계를 거쳐 제조된 탄소나노웹에 대한 그래핀의 코팅은 탄소나노웹의 상부, 하부, 또는 양측에 모두 코팅될 수 있다. 바람직하기로 워킹 전극과 접하도록 탄소나노웹 상에 코팅한다.
이때 코팅은 습식 또는 건식 코팅 방법을 통해 탄소나노웹에 코팅이 가능하다. 예를 들면, 스프레이 코팅, 딥-코팅, 정전 분무, 스퍼터링, 화학 기상 증착 등의 방법이 가능하며, 바람직하기로 정전 분무 공정으로 수행한다.
특히, 정전 분무를 통한 그래핀의 코팅은 상기 탄소나노웹의 제조시 사용한 전기 방사 장치를 이용한 장치를 이용하여 가능하다. 즉, 전기 방사시 전압의 간단한 조절만으로 전기 방사가 아닌 정전 분무 공정이 수행될 수 있다.
구체적으로, 그래핀 용액이 담겨진 시린지를 이와 연결된 전위차 발생장치에 의해 전계를 형성시키고, 상기 시린지로부터 분무된 그래핀 용액이 전계에 의해 액적 상태로 탄소나노웹 상에 증착 후 건조를 통해 이루어질 수 있다. 바람직하기로, 방사구와 수집기 사이에 장치에 따라 달라지나 전압은 5∼50V, 바람직하기로 10∼40V, 더욱 바람직하기로 15∼20V, 유량은 0.001∼10 ml/min, 시린지와 기판의 거리는 1∼15cm에서 수행한다.
이때 사용되는 그래핀은 그 제조방법을 한정하지 않으며, 직접 제조하거나 시판되는 플레이크(flake) 형태의 그래핀을 직접 구입하여 사용이 가능하다. 일례로, 본 실시예에서는 화학적 박리법을 통해 직접 제조하여 너비가 2∼3 마이크로미터인 것을 사용하였다.
상기 용매는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 정전 분무에 사용하는 그래핀 용액의 응집이나 뭉침, 침전 없이 장시간 동안 유지할 수 있도록 높은 분산 안정성을 지녀야 하며 정전 분무시 노즐이 막히지 않고 안정한 액적을 형성할 수 있도록 공지된 바의 용매와 함께 분산제, 안정화제 등의 각종 첨가제를 사용할 수 있다. 이때 방사를 위한 그래핀 용액은 농도를 0.01∼40 중량%로 제조하여 사용한다.
다음으로, 상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 금속 산화물을 코팅 후 소성한다.
금속 산화물의 종류는 상기 언급한 바를 따르며, TiO2를 용매에 분산시킨 코팅액을 캐스팅 코팅한다. 이때 금속 산화물이 나노 수준의 입자를 갖도록 상기 코팅액 대신 금속 전구체가 용해된 코팅액을 사용할 수 있다.
소성은 코팅액의 조성이나 최종 얻고자 하는 금속 산화물의 물성 등 다양한 파라미터에 따라 달라질 수 있다. 일례로 TiO2, 증류수, 및 폴리에틸렌 글리콜을 포함하는 코팅액을 제조 후 캐스팅 하고, 120℃ 부근에선 저비점성분(증류수)들을 증발시키고, 250℃ 부근에선 고비점성분(폴리에틸렌 글리콜)들을 증발시킨 후, 잔류되어 있는 유기물은 공기중에서 450℃에서 소성하는 공정을 수행한다.
다음으로, 상기 소성된 금속 산화물에 염료를 흡착시키는 단계를 수행하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 워킹 전극을 형성한다.
다음으로, 상기 준비 또는 제조된 기판, 워킹 전극, 그래핀 코팅된 탄소나노웹, 분리막, 전해질 및 상대 전극 순으로 적층하여 조립 후 밀봉하여 염료감응 태양전지를 제조한다.
상기 단계를 거쳐, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 투명 기판(1), 상기 투명 기판(1) 상에 위치한 염료 흡착된 금속 산화물을 포함하는 워킹 전극(3), 상기 워킹 전극(3) 상에 위치한 분리막(7), 상기 분리막(7) 상에 위치한 전해질(9), 및 상기 전해질(9) 상에 위치한 상대 전극(11)을 포함함에 있어서, 상기 워킹 전극(3)과 분리막(7) 사이에 그래핀 코팅된 탄소나노웹(5)을 개재된 구조를 갖는다.
그 결과, 종래 ITO나 FTO와 같은 고가의 투명 전도성 기판과 비교하여 상대적으로 저가인 비전도성 기판인 유리 또는 플렉서블 기판의 사용할 수 있어 염료감응 태양전지 제조의 생산 단가를 낮출 수 있다.
또한, 워킹 전극을 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 직접 코팅 후 소성을 통해 형성함으로써 플렉서블 기판을 사용하더라도 상기 기판에 대한 직접적인 소성 공정을 수행할 필요가 없어 종래 소성 공정에 의해 사용이 제한적이었던 플렉서블 기판의 사용 가능성을 높일 수 있다.
또한, 탄소나노웹의 3차원적인 구조 특성 및 유연성으로 인해 워킹 전극에 사용하는 금속 산화물의 물리적 화학적 안정성이 향상될 뿐만 아니라 워킹 전극과 탄소나노웹 간의 우수한 계면특성을 가져 비전도성 기판을 사용하더라도 만족할만한 수준의 전지 효율을 갖는다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시하는 것은 아니며, 본 발명은 후술하는 특허 청구범위의 기술적 사상의 범위 내에서 정해질 것이다.
실시예 1: 그래핀 코팅된 탄소나노웹의 제조
DMF에 PAN(폴리아크릴로니트릴)을 12 중량%로 용해하여 방사 용액을 제조한 다음, 전기 방사 장치의 시린지 펌프에 주입하여 0.005ml/h의 유속으로 고정시켰다. 이때 수집기와 방사구는 수직하게 위치시키고, 수집기는 전도성을 가진 금속 전극으로 설계하여 준비하였다. 방사구와 수집기 사이의 거리는 15cm로 고정시키고, 15 V로 전압을 인가하여 극미세 섬유(직경 100∼500nm)로 이루어진 극미세 섬유웹을 제조하였다.
상기 미세 섬유웹을 퍼니스에 넣고 1000℃에서 3시간 동안 탄화 공정을 수행하여 탄소나노웹(직경 50∼100nm)을 제조하였다.
이어 상기 제조한 탄소나노웹은 상기 전기 방사 장치를 이용한 정전 분무 공정에 의해 그래핀(너비 2∼3㎛)으로 코팅하였다. 구체적으로 그래핀을 DMF에 0.1 중량%로 분산시켜 분무 용액을 제조한 후, 시린지 펌프에 주입한 후, 20V로 전압을 인가하여 0.005ml/h의 유속으로 탄소나노웹에 분무하였다. 이때 시린지 펌프와 탄소나노웹의 거리는 15cm로 고정하였다.
실시예 2: 염료감응 태양전지의 제조
(1) 워킹 전극/그래핀 코팅된 탄소나노웹 제조
TiO2(200nm) 0.5g과 폴리에틸렌글리콜(Junsei, 중량평균분자량 20,000) (2.5 g/37.5ml in H2O) 수용액 2ml을 이용하여 슬러리를 제조하였다.
상기 슬러리를 실시예 1에서 제조한 그래핀 코팅된 탄소나노웹에 10㎛의 두께로 캐스팅한 다음, 전기로에 넣어 분당 약 5℃ 정도로 실온에서 450℃까지 승온하여 30분 동안 소결시켜 유기물을 제거한 후 다시 분당 약 5℃ 정도로 실온으로 하강하여 TiO2/그래핀 코팅된 탄소나노웹의 적층체를 제조하였다.
그 다음, 상기 적층체를 시스-비스(이소티오시아나토)비스(2.2'-비피리딜-4,4'-디카르복실라토)루테늄(Ⅱ) (cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)ruthenium(Ⅱ), 루테늄 535염료, (주)Solaronix, 스위스) 20mg을 에탄올 100ml에 녹인 Dye bath(루테늄 535 염료용액)에 24시간 담궈 TiO2에 염료를 흡착시켰다. 이어서, 에탄올을 이용하여 물리적으로 흡착된 염료층을 제거한 다음 60℃에서 건조하여 염료를 흡착시켰다.
(2) 상대 전극(Counter Electrode)의 제작
상대 전극은 Pt 페이스트를 TCO 글라스(FTO)를 세척하여 Platisol Pt-Catalyst,(주)Solaronix, 스위스)를 브러쉬로 도포한 후 전기도가니에 넣어 400℃에서 20분간 소결하여 상대 전극을 제작하였다.
(3) 전해질 용액 제조
전해질 용액은 0.1몰 농도의 테트라부틸암모늄 아이오다이즈 (tetrabutylammonium iodide), 0.3몰 농도의 1-프로필-3-메틸이미다졸리움 아이오다이드(1-propyl-3-metylimidazolium iodide)를 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 아세토니트릴(acetonitrile)이 7:2:4의 부피비를 가지는 용매에 혼합하고, 24시간 동안 교반시켜 제조하였다.
(4) 시험 셀 제작
상기 (1)∼(3)에서 제조한 워킹 전극/그래핀 코팅된 탄소나노웹, 전해질 용액, 및 상대 전극을 준비하고, 상기 워킹 전극과 접하도록 PET 기판을 위치시키고, 그래핀 코팅된 탄소나노웹, 전해질 용액 사이에 PP 분리막을 위치시킨 후 이들을 합지 후 밀봉하여 염료감응 태양전지를 제작하였다.
실험예 1: 염료감응 태양전지의 성능 평가
본 발명에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 전지로서의 성능을 평가하기 위해 광전류-전압곡선을 측정하였다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 염료감응 태양전지의 광전류-전압곡선 그래프이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 우수한 전지 특성을 가짐을 알 수 있다.
본 발명에 따른 염료감응 태양전지는 태양광 에너지 산업, 에너지 저장 산업 등에 바람직하게 적용이 가능하다.
1: 투명 기판 3: 워킹 전극
5: 그래핀 코팅된 탄소나노웹 7: 분리막
9: 전해질 11:상대 전극
5: 그래핀 코팅된 탄소나노웹 7: 분리막
9: 전해질 11:상대 전극
Claims (17)
- 투명 기판,
상기 투명 기판 상에 위치한 염료 흡착된 금속 산화물을 포함하는 워킹 전극,
상기 워킹 전극 상에 위치한 분리막,
상기 분리막 상에 위치한 전해질, 및
상기 전해질 상에 위치한 상대 전극의 구조를 포함하며,
상기 워킹 전극와 분리막 사이에 그래핀 코팅된 탄소나노웹이 개재된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지. - 제1항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아마이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 산화물은 직경이 lnm∼900㎛인 산화티타늄，산화아연，산화주석，산화니오븀，산화텅스텐，산화스트론튬，산화지르코늄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 추가로 상기 금속 산화물은 기공을 포함하고, 기공의 내부 및 외부에 그래핀이 1∼500nm의 두께로 코팅된 것을 특징으로 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 염료는 루테늄 또는 쿠마린 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹은 탄소나노웹의 표면 및 내부에 0.01㎛∼1000㎛의 두께로 그래핀이 코팅된 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소나노웹은 두께가 0.1㎛∼10mm인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소나노웹을 구성하는 탄소나노섬유는 직경이 1∼1000nm인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 그래핀은 너비가 1∼10㎛ 인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 분리막은 10∼100㎛의 두께를 가지며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 셀룰로우즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐리덴플루오라이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 전해질은 액체 전해질 또는 고체 전해질인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 제1항에 있어서, 상기 상대 전극은 비도전성 기판, 또는 전도성 기판 상에 Cu, Ag, Au, Pt, Ni 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속이 코팅된 것, 또는 알루미늄, 스테인레스 스틸을 포함하는 얇은 금속판인 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지.
- 투명 기판, 분리막, 전해질 및 상대 전극을 각각 준비하는 단계;
탄소나노웹에 그래핀을 코팅하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 제조하는 단계;
상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 금속 산화물을 코팅 후 소성하는 단계;
상기 소성된 금속 산화물에 염료를 흡착시키는 단계를 수행하여 그래핀 코팅된 탄소나노웹 상에 워킹 전극을 형성하는 단계;
기판, 워킹 전극, 그래핀 코팅된 탄소나노웹, 분리막, 전해질 및 상대 전극 순으로 적층하여 조립하는 단계; 및
밀봉하는 단계를 포함하는 제1항의 염료감응 태양전지의 제조방법. - 제13항에 있어서, 상기 그래핀 코팅된 탄소나노웹은
탄소 전구체를 포함하는 방사 용액을 이용하여 방사 공정을 통해 극미세 섬유웹을 제조 후 탄화하여 탄소나노웹을 제조하는 단계; 및
상기 탄소나노웹에 그래핀을 코팅하는 단계를 거쳐 제조하는 것을 특징으로 한다. - 제14항에 있어서, 상기 방사 공정은 전기방사, 전기분사방사, 원심전기방사, 또는 플래쉬 전기방사 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 그래핀의 코팅은 스프레이 코팅, 딥-코팅, 정전 분무, 스퍼터링, 또는 화학 기상 증착 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 추가로 상기 금속 산화물은 그 표면 및 내부에 그래핀이 코팅된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201380027115.3A CN104488051B (zh) | 2012-05-25 | 2013-05-23 | 具有涂覆有石墨烯的碳纳米网的染料敏化太阳能电池及其制造方法 |
| PCT/KR2013/004511 WO2013176493A1 (ko) | 2012-05-25 | 2013-05-23 | 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
| US14/403,725 US20150144199A1 (en) | 2012-05-25 | 2013-05-23 | Dye-sensitized solar cell having carbon nano-web coated with graphene and method for manufacturing same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120055885 | 2012-05-25 | ||
| KR20120055885 | 2012-05-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130132301A true KR20130132301A (ko) | 2013-12-04 |
| KR101480779B1 KR101480779B1 (ko) | 2015-01-12 |
Family
ID=49981206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20130058073A KR101480779B1 (ko) | 2012-05-25 | 2013-05-23 | 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150144199A1 (ko) |
| KR (1) | KR101480779B1 (ko) |
| CN (1) | CN104488051B (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170093414A (ko) * | 2016-02-05 | 2017-08-16 | 서강대학교산학협력단 | 고분자/그래핀 복합체 젤 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지 및 이의 제조 방법 |
| KR101880596B1 (ko) * | 2015-06-10 | 2018-07-20 | 성균관대학교산학협력단 | 양자점 또는 염료를 함유하는 대면적 필름 및 이의 제조 방법 |
| US10403446B2 (en) | 2016-02-05 | 2019-09-03 | Sogang University Research Foundation | Dye-sensitized solar cell including polymer/graphene composite gel electrolyte and methods of preparing the same |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626752C1 (ru) * | 2016-04-26 | 2017-07-31 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Тандемный металлооксидный солнечный элемент |
| CN106328379B (zh) * | 2016-09-18 | 2018-06-19 | 河南师范大学 | 一种量子点敏化太阳能电池石墨烯复合对电极的制备方法 |
| CN106760268A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-05-31 | 深圳汇通智能化科技有限公司 | 一种有效利用光能的建筑屋顶系统 |
| CN112448099B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-24 | 兰州大学 | 一种一体化柔性电池及其制备方法 |
| TWI824213B (zh) * | 2020-12-19 | 2023-12-01 | 逢甲大學 | 可撓式透明導電複合膜及其製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007073505A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-03-22 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 光電変換素子 |
| KR101013151B1 (ko) * | 2008-12-26 | 2011-02-10 | 포항공과대학교 산학협력단 | 광감응성 전극 및 이의 제조방법 |
| US20100216023A1 (en) * | 2009-01-13 | 2010-08-26 | Di Wei | Process for producing carbon nanostructure on a flexible substrate, and energy storage devices comprising flexible carbon nanostructure electrodes |
| EP2408057A4 (en) * | 2009-03-11 | 2013-02-20 | Nat University Corp Kyushu Inst Of Technology | COLOR-SENSITIZED SOLAR CELL |
| US20120255607A1 (en) * | 2009-11-18 | 2012-10-11 | The Trustees Of Princeton University | Semiconductor coated microporous graphene scaffolds |
| KR101139577B1 (ko) * | 2010-01-19 | 2012-04-27 | 한양대학교 산학협력단 | 다양한 종류의 나노입자를 함유한 적층형 유기-무기 하이브리드 태양전지 및 그 제조방법 |
| WO2011096154A1 (ja) * | 2010-02-03 | 2011-08-11 | 新日鐵化学株式会社 | 色素増感太陽電池およびその製造方法 |
| CN101777429A (zh) * | 2010-02-10 | 2010-07-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 基于石墨烯的染料敏化太阳能电池复合光阳极及制备方法 |
| KR20110111932A (ko) * | 2010-04-06 | 2011-10-12 | 이승희 | 이어폰용 커넥터 |
| CN103189995A (zh) * | 2010-10-26 | 2013-07-03 | 株式会社东进世美肯 | 染料敏化太阳能电池及其制造方法 |
| US9725601B2 (en) * | 2011-04-04 | 2017-08-08 | Carnegie Mellon University | Carbon nanotube aerogels, composites including the same, and devices formed therefrom |
-
2013
- 2013-05-23 KR KR20130058073A patent/KR101480779B1/ko active IP Right Grant
- 2013-05-23 CN CN201380027115.3A patent/CN104488051B/zh active Active
- 2013-05-23 US US14/403,725 patent/US20150144199A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101880596B1 (ko) * | 2015-06-10 | 2018-07-20 | 성균관대학교산학협력단 | 양자점 또는 염료를 함유하는 대면적 필름 및 이의 제조 방법 |
| KR20170093414A (ko) * | 2016-02-05 | 2017-08-16 | 서강대학교산학협력단 | 고분자/그래핀 복합체 젤 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지 및 이의 제조 방법 |
| US10403446B2 (en) | 2016-02-05 | 2019-09-03 | Sogang University Research Foundation | Dye-sensitized solar cell including polymer/graphene composite gel electrolyte and methods of preparing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104488051A (zh) | 2015-04-01 |
| CN104488051B (zh) | 2017-05-24 |
| KR101480779B1 (ko) | 2015-01-12 |
| US20150144199A1 (en) | 2015-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101480779B1 (ko) | 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Namsheer et al. | Photo-powered integrated supercapacitors: a review on recent developments, challenges and future perspectives | |
| JP5183368B2 (ja) | 紡糸によって製造された金属酸化物のナノ粒子を含む金属酸化物層を有する染料感応型太陽電池及びその製造方法 | |
| Peng et al. | Electrospun conductive polyaniline–polylactic acid composite nanofibers as counter electrodes for rigid and flexible dye-sensitized solar cells | |
| EP1830431B1 (en) | Counter electrode for photoelectric converter and photoelectric converter | |
| Huang et al. | Stainless steel mesh-based flexible quasi-solid dye-sensitized solar cells | |
| Dong et al. | Vertically aligned carbon nanotubes/graphene hybrid electrode as a TCO-and Pt-free flexible cathode for application in solar cells | |
| Dissanayake et al. | Dye-sensitized solar cells based on electrospun polyacrylonitrile (PAN) nanofibre membrane gel electrolyte | |
| Cai et al. | Direct application of commercial fountain pen ink to efficient dye-sensitized solar cells | |
| Zhao et al. | Electrospun TiC/C nano-felt surface-decorated with Pt nanoparticles as highly efficient and cost-effective counter electrode for dye-sensitized solar cells | |
| US20130284257A1 (en) | Microlens array for solar cells | |
| Sethupathy et al. | Preparation of PVdF-PAN-V2O5 hybrid composite membrane by electrospinning and fabrication of dye-sensitized solar cells | |
| KR101381705B1 (ko) | 전기 방사 및 분무 공정에 의해 제조된 하이브리드 나노 섬유 매트릭스를 고분자 전해질에 포함하는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR20110129373A (ko) | 색소 증감 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR101627161B1 (ko) | 고분자 지지층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법 | |
| Ahn et al. | Synergistic effects of the aspect ratio of TiO 2 nanowires and multi-walled carbon nanotube embedment for enhancing photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells | |
| Xiao et al. | High performance platinum nanofibers with interconnecting structure using in dye-sensitized solar cells | |
| Kim et al. | Dye-sensitized solar cells based on polymer electrolytes | |
| KR101268017B1 (ko) | 나노볼이 코팅된 와이어 메쉬 광전극 및 그 제조방법 그리고, 이를 이용한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| Park et al. | Dye-sensitized solar cells using polymer electrolytes based on poly (vinylidene fluoride-hexafluoro propylene) nanofibers by electrospinning method | |
| KR101448923B1 (ko) | 전기 방사에 의해 제조된 하이브리드 나노 섬유 매트릭스를 고분자 전해질에 포함하는 염료감응형 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| Thapa et al. | Evaluation of counter electrodes composed by carbon nanofibers and nanoparticles in dye-sensitized solar cells | |
| Dissanayake et al. | High-efficiency dye-sensitized solar cells fabricated with electrospun PVdF-HFP polymer nanofibre-based gel electrolytes | |
| TWI559561B (zh) | 陣列式靜電紡絲技術應用於染料敏化太陽能電池 | |
| WO2013176493A1 (ko) | 그래핀 코팅된 탄소나노웹을 구비한 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190102 Year of fee payment: 5 |