KR20160080793A - 유연한 다공성 지지체를 포함하는 염료 감응형 태양전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 염료 감응형 태양전지에 관한 것으로 다공성 지지체를 제조하는 단계; 염료 감응형 태양전지의 전극 제조용 페이스트를 선정하는 단계; 상기 선정된 페이스트를 다공성 지지체의 공극에 충진시키는 단계; 상기 페이스트가 충진된 다공성 지지체를 기판위에 적층하여 소결시키는 단계; 염료를 흡착시키는 단계로; 구성되어 제작자가 원하는 형태의 다양한 모양의 제품 생산이 가능하고 편리하게 제작할 수 있다. 뿐만 아니라 이미 휘어있는 형태의 기판(Ti foil 등)에도 적용이 용이한 장점이 있다.
Description
본원 발명은 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 유연한 다공성 지지체를 포함하는 염료 감응형 태양전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양 전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료 감응형 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다.
상기한 염료 감응형 태양전지는 1991년 로잔 공과대학의 그라첼 등에 의하여 보고된 광전변환 소자, 즉 태양전지(M. Graezel, Nature, 353, 737(1991))로부터 유래된 것으로 색소 증감형 태양전지 또는 습식 태양전지라고도 불린다. 염료 감응형 태양전지는 염료 분자가 화학적으로 흡착된 나노입자 반도체 산화물 전극에 광을 조사함으로써 액시톤(exiton)을 형성하고 이중 전자가 반도체 산화물의 전도띠로 주입되어 전류를 발생시키는 원리를 이용하고 있다. 일반적인 염료 감응형 태양전지의 구조는 도전성 기판(유리 또는 플라스틱, 금속) 위에 염료를 흡착할 수 있는 전극 소재의 막(예컨대, 산화티탄 다공질 막 등)을 만들고, 상기 막의 표면에 루테늄계 염료를 흡착시키며, 대향 전극을 만든 후, 양 전극간 사이에 전해질을 주입하여 하나의 셀을 형성시키는 것으로 이루어진다.
이러한 염료 감응형 태양전지는 유리 기판 위에 음극, 염료, 전해질, 상대전극, 투명 전도성 전극 등을 구비하고 있다. 음극은 나노 다공질막의 형태로 존재하는 비교적 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물 반도체로 구성되어 있고, 이 표면에 단분자층의 염료가 흡착되어 있는데, 태양광이 태양전지에 입사되면, 염료 속의 페르미 에너지 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기 된다. 이때 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈자리는 전해질 속의 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 양극인 상대전극으로 이동하여 전자를 제공받게 된다.
이때 양극부의 상대전극은 전해질 속에 있는 이온의 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.
일반적으로 알려진 염료감응 태양전지의 전극제작 방법으로는 캐스팅 방법과 스크린 프리팅 방법이 있다. 캐스팅 방법은 TiO2 나노입자들을 전도성 유리 표면에 도입하기 위해서 주로 쓰이는 방법으로서, 일정한 두께를 가진 테이프를 전도성 유리기판에 붙인 후, 캐스팅 나이프 등을 이용하여 전극 페이스트를 일정 두께로 코팅하고 이를 500℃ 오븐에서 소결시켜 나노기공의 구조를 지닌 TiO2 나노입자 전극을 제작한다. 이와 비슷하게, 스크린 프린팅 방법에서는 스크린의 격자 크기와 두께에 따라 페이스트 도포량 및 두께를 조절하게 된다.
대한민국 등록특허공보 10-0637421은 다공성 멤브레인을 이용한 염료 감응형 태양전지의 제조방법에 관한 것으로 고분자 물질을 이용하여 다공성 멤브레인을 제조하는 단계; 광전극으로서의 염료가 흡착된 이산화티탄 전극을 제조하는 단계; 염료 감응형 태양전지에서의 상대전극으로서의 백금이 도금된 전극을 제조하는 단계; 상기 염료가 흡착된 이산화티탄 전극 위에 겔화되지 않은 상태의 상기 다공성 멤브레인을 적층하고, 그 위에 상기 백금이 도금된 상대전극을 다시 적층하는 단계; 상기 적층된 셀의 전후좌우 측면부를 접착제를 이용하여 밀봉하는 단계; 상기 밀봉된 셀의 내부에 주사기를 이용하여 전해액을 주입하는 단계; 및 전해액의 주입 후, 전해액 주입용 구멍을 밀봉하는 단계로 구성된다.
상기한 제조방법에 의하여 유기 용매의 누액을 억제하고, 전극과 전해질간의 계면 접착성이 우수하며, 장기간 사용이 가능하고, 일정 수준 이상의 안정적인 변환 효율을 유지할 수 있을 뿐만이 아니라, 큰 면적의 박막제조가 자유로워 태양전지의 크기나 모양을 원하는 형태로 다양하게 염료 감응형 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기한 캐스팅 방법과 스크린 프린팅 방법은 원하는 형상으로 제작된 틀을 사용하여 동일한 형태를 반복적으로 만들어 낼 수 있는 장점이 있으나, 캐스팅의 경우는 사용자의 의도에 따라 모양을 변형시키기가 어렵고, 스크린 프린팅의 경우는 매번 틀을 새로이 제작해야하는 번거로움이 있고 틀을 새롭게 제작하는 비용과 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다.
없슴
본 발명은 종래의 비효율적인 염료 감응형 태양전지의 제조방법을 개선하고 플렉시블 기판을 사용한 전극제조에 적합한 효과적인 염료 감응형 태양전지의 제조방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
다공성 지지체를 기반으로 한 염료 감응형 태양전지의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 염료 감응형 태양전지를 제공하는 것을 발명의 주된 목적으로 한다.
본 발명의 다공성 지지체는 페이스트 상태의 전극 물질을 지지체 내부에 형성되어 있는 기공구조에 충진할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제를 해결하고자 본 발명은
다공성 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지를 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.
상기 다공성 지지체는 페이스트 상태의 전극물질을 지지체 내부에 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 다공성 지지체는 고분자 지지체인 것을 특징으로 하고, 상기 고분자 지지체는 탄화수소계 고분자, 불소계 고분자 및 부분 불소계 고분자로 구성된 그룹에서 선택된다.
상기 탄화수소계 고분자는 BPPO(bromomethylated poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide)), 폴리스티렌, 스티렌 부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아릴렌에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리설폰, 폴리이디다졸 및 폴리벤즈이미다졸로부터 선택되거나 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고,
상기 불소 및 부분 불소계 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(Ethylene tetrafluoroethylene : ETFE), 테트라플루오로에틸렌 - 페르플루오로알킬비닐에테르 공중합체(poly(perfluoroalkyl acrylate)) : PFA), 테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌 공중합체(Fluorinated Ethylene Propylene : FEP) 및 폴리비닐플로라이드(polyvinyl fluoride : PVF)로부터 선택되거나 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 페이스트 상태의 전극물질은 점도가 20,000~40,000 cP 인 것을 특징으로 하고,
상기 다공성 지지체는 기공의 직경 200 nm - 500 nm , 두께 20-30 μm 인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 염료 감응형 태양전지의 제조방법에 있어서,
상기 제조방법은 롤-투-롤 방식에 의하여 제조되며 하기 단계를 순차적으로 거치는 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지의 제조방법
다공성 지지체를 제조하는 단계;
염료 감응형 태양전지의 전극 제조용 페이스트를 선정하는 단계;
상기 선정된 페이스트를 다공성 지지체의 공극에 충진시키는 단계;
상기 페이스트가 충진된 다공성 지지체를 기판위에 적층하여 소결시키는 단계;
염료를 흡착시키는 단계;로 이루어지는 염료 감응형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 Roll-to-Roll 방식에 적용이 가능하여 태양전지 대량 생산에 매우 적합하고, 제조시간 및 비용을 절감할 수 있고, 제작자가 원하는 형태의 다양한 모양의 제품 생산이 가능하고 편리하게 제작할 수 있다. 뿐만 아니라 이미 휘어있는 형태의 기판(Ti foil 등)에도 적용이 용이하다.
도 1은 전기방사법을 이용하여 제조된 고분자 지지체의 형상을 나타내는 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 다공성 지지체에 페이스트가 충진된 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 FTO glass 위에서 소결 된 지지체-페이스트 필름의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 다공성 지지체에 페이스트가 충진된 상태의 휘어지는 특성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 다공성 지지체에 페이스트가 충진된 상태를 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 FTO glass 위에서 소결 된 지지체-페이스트 필름의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 염료 감응형 태양전지의 다공성 지지체에 페이스트가 충진된 상태의 휘어지는 특성을 나타낸다.
이하 도면과 실시예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명과 관련하여 특허청구범위는 발명의 상세한 설명과 비교하여 그 기술내용을 축소기재하거나, 확장기재 하거나 아니면 동일하게 기재하는 경우로 나눌 수 있다.
발명을 이루는 기술내용의 축소기재는 발명의 상세한 설명에 기재된 사항보다 청구범위에 그 기술범위를 좁게 기재한 경우이고, 확장기재는 축소기재와는 반대로 발명의 상세한 설명에 기재된 사항보다 청구범위에 기재한 기술범위를 넓게 기재한 경우이다. 또한, 동일기재는 발명의 상세한 설명에 기재된 사항을 청구항에 동일하게 기재한 경우를 말한다.
본 발명의 경우 특별한 사정 없이 축소해석되어서는 아니됨은 명백하다.
또한 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어 들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 염료 감응형 태양전지는 다공성 지지체를 제조하는 단계; 염료 감응형 태양전지의 전극 제조용 페이스트를 선정하는 단계; 상기 선정된 페이스트를 다공성 지지체의 공극에 충진시키는 단계; 상기 페이스트가 충진된 다공성 지지체를 기판위에 적층하여 소결시키는 단계; 염료를 흡착시키는 단계; 순차적으로 거쳐 제조된다.
제 1단계인 다공성 지지체를 제조하는 단계는 본 발명의 핵심적인 기술 구성에 해당되는 것으로 전기방사법을 이용하여 제조한다. 이에 대하여 상술하면 다음과 같다.
상기 다공성 지지체는 다공성 고분자 지지체를 의미한다. 본 발명에서 다공성 지지체로 고분자 물질을 사용하는 이유는 전극 제조 시 고분자가 높은 온도에서 완전히 소결되어 없어지기 때문이다. 고분자 지지체의 3차원적인 구조가 완전히 소결됨에 따라 내부에 최종적으로 남게 되는 TiO2 나노 입자들 간의 접촉만이 남게 되어 입자들의 접촉을 통한 전자 이동이 수월해진다.
상기 고분자 지지체는 탄화수소계 고분자, 불소계 고분자 및 부분 불소계 고분자로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 탄화수소계 고분자는 BPPO(bromomethylated poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide)), 폴리스티렌, 스티렌 부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아릴렌에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리설폰, 폴리이디다졸 및 폴리벤즈이미다졸로부터 선택되거나 이들의 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 불소계 및 부분 불소계 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(Ethylene tetrafluoroethylene : ETFE), 테트라플루오로에틸렌 - 페르플루오로알킬비닐에테르 공중합체(poly(perfluoroalkyl acrylate)) : PFA), 테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌 공중합체(Fluorinated Ethylene Propylene : FEP) 및 폴리비닐플로라이드(polyvinyl fluoride : PVF)로부터 선택되거나 이들의 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기한 고분자 지지체를 전기 방사하여 기공을 형성시킨다. 상기 기공은 고분자 부피 대비 60-70%의 부피비율로 형성시키는 것이 바람직하다.
기공의 비율이 60%보다 작으면 충진되는 페이스트의 양이 너무 작아 태양 전지가 제대로된 기능을 발휘할 수 없고, 70%를 초과할 경우 다공성 고분자 지지체의 인장강도가 낮아져서 기계적 안정성이 떨어지게 되고 또한 페이스트 충진 상태를 유지하기 어려워 페이스트가 기공에서 쉽게 빠져나오는 문제점이 발생된다.
상기 기공들은 서로 연결된 구조로 형성시키는 것이 바람직하다. 이는 기공들이 가능한한 많은 페이스트를 원활하고 고르게 잘 충진시키기 위함이다. 뿐만 아니라 상기한 기공의 부피비율 및 연결된 구조는 원하는 전극 두께를 제작하는데 있어서 효율적이다.
본 발명의 고분자 지지체에 형성되는 기공은 직경이 200~500nm인 것을 특징으로 한다. 직경이 200nm보다 작을 경우 페이스트가 충진되는데 많은 시간이 소비되어 경제적인 제조가 곤란하고 500nm를 초과할 경우 충진시간은 변함이 없고 기공 형성에 소요되는 시간만 증가하는 문제점이 발생된다.
고분자 지지체에 기공을 형성시키기 위한 방법으로는 전기방사법, 필름 연신법, 상전이 방법 등이 있다. 본 발명에서는 전기방사법을 이용한다. 보다 상세히 설명하자면 양쪽의 전극에 고전압(16kV)을 걸어주었을 때, 한쪽 전극의 노즐 안에 있는 고분자 용액이 마이크로미터 이내의 직경을 가진 실로 상대전극으로 뽑아져 나오는 현상을 이용하여 제작한다.
다음 단계는 제 2단계인 염료 감응형 태양전지의 전극 제조용 페이스트를 선정하는 단계인데 본 발명은 일반적으로 상품화되어 나오는 TiO2 페이스트 또는 연구실 규모에서 직접 제조하는 페이스트를 사용할 수 있다. 여기서 한가지 주의할 것은 페이스트의 점도를 조절하는 것인데, 페이스트의 점도가 너무 높을 경우 페이스트가 고분자 지지체의 기공에 충진되는 데 어려움이 있다.
본 발명에서 사용되는 페이스트의 점도는 1 s-1 (shear rate) 기준에서 약 50,000 cP (50 Pa·s) 정도가 적당하고 바람직하게는 20,000 ~40,000 cP, 보다 바람직하게는 30,000 cP인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제조되는 기공의 재질, 직경 또는 길이 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
상기한 페이스트의 점도 조절을 위한 방법으로는 용매추가, 가열, 가소제 첨가 및 페이스트 제조시의 고분자의 종류나 분자량을 조절하거나 함량 비율조절 등의 방법이 사용될 수 있다. 바람직하게는 용매를 추가하는 방법이 좋으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 페이스트의 점도를 조절하기 위하여 사용되는 용매는 에틸 셀룰로우즈, 아세틸 아세톤, α-terpineol 등이 사용될 수 있고 바람직하게는 α-terpineol이 적합하다.
제 3단계는 상기 선정된 페이스트를 다공성 지지체의 공극에 충진시키는 단계인데 이를 위하여 글라스 기판 등 베이스 표면위에 상기 기공이 형성된 다공성 고분자 지지체를 위치시키고 상기 선정된 페이스트를 닥터 블레이딩으로 충진시킨다. 그런 다음 페이스트가 기공 사이로 침투할 수 있도록 약간의 시간 동안 방치한 후, 캐스팅 나이프를 이용하여 기판위의 페이스트를 제거한다.
제 4단계는 상기 페이스트가 충진된 다공성 지지체를 기판위에 적층하여 소결시키는 단계인데, 상기 소결은 50~80℃ 온도의 건조용 오븐에서 20~60분간 건조한 후, 300~700℃ 온도의 소결로에서 20~40분간 소결시키는 것을 특징으로 한다.
마지막 단계인 염료 흡착은 상기 소결 과정을 거친 페이스트가 충진된 다공성 지지체 기판을 원하는 염료를 원하는 농도로 제조하여 일정한 시간동안 방치하는 방법을 통해 달성된다. 본 발명에서는 0.1~0.5 mM 농도의 N719 염료 용액에 상기 소결 과정을 거친 페이스트가 충진된 다공성 지지체 기판을 10~48시간 동안 담그어 염료를 흡착시킨다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 본 발명의 목적과 효과를 크게 벗어나지 않는 범위에서 상기 염료와 농도를 적절히 선택할 수 있음은 물론이다.
[실시예 1]
전기방사장치를 이용하여 brominated poly(phenylene oxide) (BPPO)를 용매(N-메틸-2-피롤리돈, NMP)에 녹인 용액을 16kV의 전압으로 전기방사 하였다. 작업전극으로는 23G 규격의 주사기용 바늘을 이용하였고(내경: 0.318 mm), 상대전극으로 실린더형 회전식 드럼을 150 rpm의 속도로 회전시켜 사용하였다. 바늘과 회전드럼의 간격은 10 cm로 유지되었으며, 바늘을 통한 용액의 사출량은 syringe pump를 이용하여 0.30 ml/h로 일정하게 유지하였다.
그 결과 직경 200 nm - 500 nm , 두께 20-30 μm 의 다공성 지지체가 형성됨을 확인 할 수 있었다.(도 1 참조)
그런 다음 TiO2 페이스트(18NR-T, Dyesol)를 TiO2 페이스트의 중량 대비 20wt%에 해당하는 α-terpineol에 용해시켜 TiO2 페이스트의 점도를 25,000cP로 조절하였다.
불소 함유 산화주석 (FTO) glass 위에 원형으로 0.25 cm2, 크기의 구멍을 낸 후, 3M tape을 40 μm의 두께로 부착하고, 원형 구멍과 동일한 형상으로 상기한 다공성 지지체를 위치시키고 상기 제조된 점도가 조절된 TiO2 페이스트를 캐스팅하여 다공성 지지체 내부의 공극에 침투될 수 있도록 하였다.
그 결과 다공성 지지체에 페이스트가 잘 충진되었음을 확인할 수 있었다.(도 2참조)
상기한 제조방법에 의하여 제조된 페이스트가 충진된 지지체는 상당히 유연하고 플렉서블한 특징이 있음이 확인되었다. (도 4) 그런 다음 캐스팅 나이프를 이용하여 3M tape 두께를 넘어서는 지지체 표면의 페이스트를 제거하고 60℃의 건조용 오븐에서 30분간 건조하고, 500℃ 온도의 소결로에서 30분간 소결시켰다. 그 결과 지지체의 고분자 섬유들은 소결되었고, 페이스트에 있던 TiO2 나노 입자들만 남아서 미세기공을 가진 광전극이 형성되었음을 확인할 수 있었다.(도 3 참조)
그런 다음 소결로 안에서 천천히 식힌 후, 0.2 mM 농도의 N719 염료 용액에 하루 동안 담그어 염료를 TiO2 전극에 흡착시켜 염료 감응형 태양전지를 제작하였다.
[비교예 1]
불소 함유 산화주석 (FTO) glass 위에 원형으로 0.25 cm2, 크기의 구멍을 낸 후, 3M tape을 40 μm의 두께로 부착하고, 원형 구멍과 동일한 형상으로 TiO2 페이스트(18NR-T, Dyesol)를 부착시켰다. 그런 다음 페이트스틀 캐스팅하여 60℃의 건조용 오븐에서 30분간 건조하고, 500℃ 온도의 소결로에서 30분간 소결시켰다. 그런 다음 소결로 안에서 천천히 식힌 후, 0.2 mM 농도의 N719 염료 용액에 하루 동안 담그어 염료를 TiO2 전극에 흡착시켜 염료 감응형 태양전지를 제작하였다.
[비교예 2]
TiO2 페이스트(18NR-T, Dyesol)를 TiO2 페이스트의 중량 대비 20%의 α-terpineol에 용해시켜 점도를 30,000 cP로 낮춘 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 염료 감응형 태양전지를 제작하였다.
[시험예]
2.3 mm의 FTO 기판위에 TiO2 페이스트를 원형 구멍이 있는 3M tape을 이용하여 닥터블레이딩 방법을 통해 도포하고 500 oC 온도에서 30 분간 소성하여 광음극을 제조하였다. 제조된 광음극은 염료용액 (0.2 mM N719/에탄올)에 침적하여 24시간 방치하였다. 그리고 상대전극은 FTO 기판에 25 mM H2PtCl6/이소프로필알콜 용액을 스핀코팅하고 (2,000 rpm/15 sec) 400 oC 온도에서 30 분간 소성하여 준비하였다. 준비된 전극을 에탄올을 이용하여 세척하고 건조한 후 열가소성 수지 필름 (Bynel, DuPont, 두께 60 ㎛) 을 광음극과 홀이 형성된 상대전극 사이에 삽입한 후 핫프레스(hot press)를 이용하여 열접착 (130 oC/15 sec) 하였다. 전해질을 상대전극에 형성된 홀을 통하여 주입하고 열가소성 수지 필름과 커버 글라스를 이용하여 주입구를 봉지하였다(액체 전해질 조성: Acetonitile (ACN) 용매에 1-butyl-3-methylimidazolium iodide (BMI) 0.62 M, iodine (I2) 0.05 M, Lithium iodide (LiI) 0.1 M, t-butylpyridine (TBP) 0.5 M 을 용해). 제작된 셀은 표준측정 조건 (AM1.5G, 100 mW/cm2)에서 전류-전압 곡선을 평가하였으며 광전변환효율 및 충밀계수는 다음 계산식에 의해 결정되었다. 그 결과를 아래의 표 1을 통해 제시하였다.
[계산식]
상기 계산식에서, J는 전류밀도 (mA/cm2), V는 전압 (V)을 나타내며 JMAX와 Vmax는 최대전력치에서의 전류밀도와 전압을 나타낸다. 또한 JSC와 VOC는 각각 단락전류밀도와 개방전압을 나타내며 Pinput은 솔라시뮬레이터에서 인가한 광원의 세기를 나타낸다. (100 mW/cm2)
| V oc (V) | J sc (mA/cm2) | FF (-) | (%) | |
| 비교예 1 | 0.72 | 8.13 | 0.70 | 4.10 |
| 비교예 2 | 0.71 | 8.02 | 0.71 | 4.04 |
| 실시예 1 | 0.72 | 8.04 | 0.70 | 4.05 |
상기 표 1을 통해 순수한 페이스트를 사용한 비교예 1의 경우와 비교하여 상용 페이스트 무게의 20wt%에 해당하는 용매(α-terpineol)를 추가로 도입한 경우인 비교예 2와 유연한 지지체를 전극 페이스트와 결합하여 전극을 제조한 실시예 1의 성능이 저하되지 않고 동등 수준의 광전변환 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 결과로부터 본 발명의 유연한 지지체와 전극 페이스트를 결합한 전극 제조 방법이 종래의 페이스트 코팅 방법과 비교하여 태양전지의 성능 측면에서도 불리하지 않음을 확인할 수 있었다.
없슴
Claims (11)
- 다공성 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지
- 제 1항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 페이스트 상태의 전극물질을 지지체 내부에 형성할 수 있는 것을 특징으로 한 다공성 지지체를 포함하는 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양 전지 - 제 1항 또는 제 2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 고분자 지지체인 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지 - 제 3항에 있어서,
상기 고분자 지지체는 탄화수소계 고분자, 불소계 고분자 및 부분 불소계 고분자로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지 - 제 4항에 있어서,
상기 탄화수소계 고분자는 BPPO(bromomethylated poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide)), 폴리스티렌, 스티렌 부타디엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아릴렌에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리설폰, 폴리이디다졸 및 폴리벤즈이미다졸로부터 선택되거나 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지 - 제 4항에 있어서,
상기 불소 및 부분 불소계 고분자는 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidene fluoride : PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene : PTFE), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(Ethylene tetrafluoroethylene : ETFE), 테트라플루오로에틸렌 - 페르플루오로알킬비닐에테르 공중합체(poly(perfluoroalkyl acrylate)) : PFA), 테트라플루오로에틸렌 헥사플루오로프로필렌 공중합체(Fluorinated Ethylene Propylene : FEP) 및 폴리비닐플로라이드(polyvinyl fluoride : PVF)로부터 선택되거나 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지 - 제 6항에 있어서,
상기 페이스트 상태의 전극물질은 점도가 20,000~40,000 cP 인 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지 - 제 6항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 기공의 직경 200 nm - 500 nm , 두께 20-30 μm 인 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지 - 염료 감응형 태양전지의 제조방법에 있어서,
상기 제조방법은 롤-투-롤 방식에 의하여 제조되며 하기 단계를 순차적으로 거치는 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지의 제조방법
다공성 지지체를 제조하는 단계;
염료 감응형 태양전지의 전극 제조용 페이스트를 선정하는 단계;
상기 선정된 페이스트를 다공성 지지체의 공극에 충진시키는 단계;
상기 페이스트가 충진된 다공성 지지체를 기판위에 적층하여 소결시키는 단계;
염료를 흡착시키는 단계; - 제 9항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 탄화수소계 고분자, 불소계 고분자 및 부분 불소계 고분자로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료 감응형 태양전지의 제조방법 - 제 10항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 기공의 직경 200 nm - 500 nm , 두께 20-30 μm 인 것을 특징으로 한 염료 감응형 태양전지의 제조방법
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| KR20140101116A (ko) * | 2013-02-08 | 2014-08-19 | 재단법인 녹색에너지연구원 | 마이크로 에멀전법과 전기방사법을 이용한 중공구조의 산화티타늄 나노 섬유 제조 방법 |
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Dong Kyu Roh et al., "Preparation of TiO2 nanowires/nanotubes using polycarbonate membranes and their uses in dye-sensitized solar cells", Nanoscale, 2011, Vol.3, pp.4162-4169* * |
| Elham Ghadiri et al., "Enhanced Electron Collection Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells Based on Nanostructured TiO2 Hollow Fibers", Nano Lett. 2010, Vol.10, pp.1632-1638* * |
| L.Francis et al., "Fabrication and characterization of dye-sensitized solar cells from rutile nanofibers and nanorods", Energy, Vol.36, pp627-632 * |
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