KR20180028581A - 유리 기반 염료감응 태양전지 - Google Patents

유리 기반 염료감응 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 유리기판 위에 나노입자 산화물층이 구비된 일전극과 상대전극 사이에 전해질이 구비된 유리 기반 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 상기 전해질은 준 고체 상태이고, 상기 일전극의 나노입자 산화물층에 상기 준 고체 상태의 전해질이 침투할 수 있는 침투홀이 형성되어, 나노입자 산화물의 나노입자 사이로 겔 상태의 준 고체 전해질을 용이하게 침투시킴으로써 용매의 휘발 온도가 높은 안정적인 유리 기반의 염료감응 태양전지를 제조할 수 있게 된다.

Description

유리 기반 염료감응 태양전지{ Dye-sensitized solar cell based on glass }
본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 준 고체 전해질을 사용하고 유리를 기반으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 구성하는 물질에 따라 실리콘, 화합물 반도체와 같은 무기소재로 이루어진 태양전지, 유기물질을 포함하고 있는 유기 태양전지(유기 태양전지는 염료감응 태양전지(DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell)와 유기분자 접합(organic D-A) 태양전지 포함)로 나눌 수 있다.
염료감응 태양전지는 유/무기 염료와 나노기술을 이용하여 고도의 에너지 효율을 갖도록 개발된 태양전지로, 태양광을 받으면 전기를 생산하는 염료를 이용해 전기를 생산하게 된다.
염료감응 태양전지는 값싼 염료와 나노 기술을 이용하여 저렴하면서도 고도의 에너지 효율을 갖기 때문에 실리콘을 사용하는 기존 태양전지에 비해 제조단가가 3분의 1에서 최대 5분의 1 수준으로 낮출 수 있다. 특히 유리에 활용했을 때 투명하고 다양한 색 구현이 가능하고, 가시광선을 투과시킬 수 있어 건물의 유리창이나 자동차 유리에 그대로 붙여 사용할 수도 있다. 이처럼 염료감응 태양전지는 낮은 비용으로 제조가능 하면서도 높은 효율을 갖는 특성 때문에 널리 사용된다.
도 1을 참조하면, 종래 유리 기반 염료감응 태양전지의 일예는, 전도성 유리기판(111) 위에 나노입자 산화물(113)이 염료와 함께 코팅된 일전극(110), 투명기판(121) 위에 촉매용 전도성 투명막(122)이 형성된 상대전극(120), 및 일전극(110)과 상대전극(120)의 사이에 채워지는 전해질(130)을 포함한다.
유리(glass)를 기반으로 하는 염료감응 태양전지의 경우 주로 액체형 전해질을 사용하고 있는데, 액체형 전해질은 이온전도도가 높아 준 고체 전해질에 비해 효율이 높기 때문이다. 그러나, 고온에서 용매가 휘발되는 문제점이 있다.
기존의 준 고체 전해질을 사용하고 있는 염료감응 태양전지의 경우, 이온전도도가 낮아 효율은 낮지만 용매의 휘발 온도가 높아 내구성이 안정적인 장점이 있다.
그러나, 준 고체 전해질은 점도가 높아 TiO2 나노입자 산화물(113) 사이로 침투시키기가 용이하지 못하였고, 이로 인하여 태양전지의 효율 및 내구성에 부정적인 영향을 미치는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제10-1457486호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 유리 기반 염료감응 태양전지가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 나노입자 산화물의 나노입자 사이로 겔 상태의 준 고체 전해질을 용이하게 침투시켜 전지효율을 향상시킬 수 있는 유리 기반 염료감응 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유리 기반 염료감응 태양전지는, 전도성 유리기판 위에 나노입자 산화물층이 구비된 일전극과 상대전극 사이에 전해질이 구비된 유리 기반 염료감응 태양전지로서, 상기 전해질은 준 고체 상태이고, 상기 일전극의 나노입자 산화물층에 상기 준 고체 상태의 전해질이 침투할 수 있는 침투홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 나노입자 산화물층은 박막의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전해질은 상기 나노입자 산화물층 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전해질은 외측에 상기 상대전극이 합착된 상태에서 가열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 전해질은 상기 상대전극이 합착된 셀 전체의 두께가 감소하도록 가압되면서 가열되는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 침투홀은 상기 박막의 나노입자 산화물층에 일자형으로 형성되는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서, 상기 침투홀은 다수개가 서로 소정간격을 두고 평행하게 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지에 의하면, 나노입자 산화물의 나노입자 사이로 겔 상태의 준 고체 전해질을 용이하게 침투시킬 수 있고, 그로 인해 준 고체 전해질을 사용할 때의 단점을 해결하고 용매의 휘발성이 낮아 태양전지의 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지를 나타낸 측단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지를 나타낸 측단면도,
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절개하여 바라본 횡단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 기반 염료감응 태양전지는, 전도성 유리기판(11) 위에 나노입자 산화물층(12)이 구비된 일전극(10)과, 투명기판(21) 위에 촉매용 전도성 투명막(22)이 형성된 상대전극(20), 및 상기 일전극(10)과 상대전극(20) 사이에 구비되는 준 고체 상태의 전해질(30)을 포함한다.
상기 나노입자 산화물층(12)은 전도성 유리기판(11) 위에 나노입자 산화물(13)을 스크린 프린팅하여 박막의 형태로 형성된다. 나노입자 산화물층(12)이 형성되면 나노입자 산화물층(12) 위에 준 고체 상태의 전해질(30)을 스크린 프린팅한다.
나노입자 산화물(13)은 TiO2, SnO2, ZnO, Nb2O5 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 염료감응 태양전지에 적용가능한 것은 모두 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다. 나노입자 산화물(13)의 나노입자 표면에는 염료 고분자(도면미도시)가 코팅되어 태양광을 흡수하여 여기 상태가 되면서 전자를 생성하며, 생성된 전자는 나노입자 산화물(13)로 이송되어 전도성 유리기판(11)을 통해 외부로 전달된다. 태양광 흡수에 의해 산화된 염료는 전해질(30)로부터 전자를 공급받아 원래의 상태로 환원된다.
상기 전해질(30)은 준 고체 상태로 겔(Gel) 형태로 구비된다. 준 고체 상태의 전해질(30)은 요오드, 이온성 액체, 점도를 제어하기 위한 폴리에틸렌 옥사이드(PEO, Polyethylene oxide)와 폴리메틸렌 옥사이드(PMO, Polymethylene oxide), 준 고체 전해질의 인쇄성 향상을 위한 실리카(SiO2) 나노 입자로 구성되어 있다. 전해질(30)의 점도는 6,000~10,000cps이고, 특히 8,000cps인 것이 바람직하다.
상기 나노입자 산화물층(12)에 침투홀(15)이 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 다수개의 침투홀(15)이 서로 소정간격을 두고 평행하게 형성되어 전체적으로 패턴(pattern)을 형성하고 있다. 각 침투홀(15)은 직사각형 형상으로 길게 형성된 일자형상을 하고 있다. 즉 상기 침투홀(15)은 0.5~1mm의 폭으로 장형으로 길게 형성되어 있다.
상기 침투홀(15)로 인해 상기 나노입자 산화물(13)들의 사이에 공간이 형성되고 이 공간으로 유입된다. 침투홀(15)로 인해 전해질(30)과 나노입자가 접촉할 수 있는 접촉면적이 커지게 되고, 특히 침투홀(15)의 내측면, 즉 나노입자 산화물층(12)의 옆방향에서 전해질(30)이 나노입자 쪽으로 접근할 수 있게 된다.
상기 침투홀(15)로 준 고체 상태의 전해질(30)이 침투하게 되면, 나노입자 산화물층(12)의 상부면(14)과 함께 침투홀(15)의 내측면(16)을 통해 나노입자 산화물의 내부로 전해질(30)이 동시에 침투하게 된다. 이와 같이 나노입자 산화물의 상부면과 측면에서 전해질(30)이 침투하게 되므로 나노입자 산화물층(12)의 상부면으로부터 먼 거리에 위치한 나노입자에도 전해질(30)이 용이하게 침투할 수 있게 된다.
나노입자 산화물층(12) 위에 전해질(30)을 스크린 프린트하여 코팅한 후에는 상기 일전극(10)과 상대전극(20)을 가압하여 합착시킨다. 가령, 합착 전 상기 일전극(10)과 상대전극(20)의 두께는 각각 2.2mm이고 전해질(30)의 두께는 60~65㎛로, 단순 합착시 셀 전체의 두께는 4.460~4,465mm이다. 가압하여 합착시키게 되면 셀 전체의 두께가 4.435~4,440mm로 감소하게 된다. 결국 상기 일전극(10)과 상대전극(20) 사이의 간극인 전해질(30)의 두께는 35~40㎛으로 압착된다. 압착시의 가압력에 의해 전해질(30)이 나노입자 산화물층(12)의 나노입자 사이로 강제 침투하게 된다.
이와 같이 압착된 상태로 셀 전체를 오븐에 투입하여 가열한다. 이때, 오븐 내의 가열온도는 70~100℃가 적당하고, 특히 80℃가 바람직하다. 가열시간은 20분 정도가 적당하다. 이 온도범위 내에서 전해질(30)은 겔 상태를 유지하면서 점도가 낮아져 나노입자 산화물(13)의 나노입자 사이로 침투하게 된다.
오븐에서 가열된 전해질(30)은 준 고체 상태를 유지하나 가열 전보다 점도가 낮아져 유동성이 커짐으로써 침투홀(15)의 내부로 신속하게 침투할 수 있을 뿐만 아니라 접촉면, 즉 나노입자 산화물층(12)의 상부면과 침투홀(15)의 내측벽을 통해 신속하게 나노입자 사이로 침투할 수 있게 되는 것이다. 가압가열 상태로 전해질(30)의 침투가 목표량 이상 이루어진 후에는 오븐에서 꺼내어 상온에서 냉각시키게 된다. 전해질(30)은 상온에서 다시 준 고체 상태로 복원하게 되어 용매의 휘발성을 최소화하게 된다.
결국, 나노입자 산화물(13) 박막에 침투홀(15)을 패턴(pattern) 형상으로 형성함으로써 점도가 높은 준 고체 전해질을 나노입자 산화물(13) 사이에 보다 신속하고 균일하게 침투시킬 수 있게 되고, 그로 인해 겔형 준 고체 전해질을 사용할 때의 단점을 해결하고 낮은 휘발성으로 인한 태양전지의 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
상기 상대전극(20)은 투명기판(21) 위에 백금(Pt)으로 이루어진 촉매용 전도성 투명막(22)이 형성되어 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 일전극
11 : 유리기판
12 : 나노입자 산화물층
13 : 나노입자 산화물
14 : 상부면
15 : 침투홀
16 : 내측면
20 : 상대전극
21 : 투명기판
22 : 전도성 투명막
30 : 전해질

Claims (7)

  1. 전도성 유리기판 위에 나노입자 산화물층이 구비된 일전극과 상대전극 사이에 전해질이 구비된 유리 기반 염료감응 태양전지에 있어서,
    상기 전해질은 준 고체 상태이고, 상기 일전극의 나노입자 산화물층에 상기 준 고체 상태의 전해질이 침투할 수 있는 침투홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노입자 산화물층은,
    박막의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 침투홀은,
    상기 박막의 나노입자 산화물층에 일자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 침투홀은,
    다수개가 서로 소정간격을 두고 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
  5. 제2항에 있어서, 상기 전해질은,
    상기 나노입자 산화물층 위에 스크린 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전해질은,
    외측에 상기 상대전극이 합착된 상태에서 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전해질은,
    상기 상대전극이 합착된 셀 전체의 두께가 감소하도록 가압되면서 가열되는 것을 특징으로 하는 유리 기반 염료감응 태양전지.
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CN100481521C (zh) * 2004-07-08 2009-04-22 住友化学株式会社 多孔电极、包含该多孔电极的设备及其制备方法
KR100921476B1 (ko) * 2007-08-29 2009-10-13 한국과학기술연구원 전기방사에 의한 금속산화물 나노입자를 포함하는금속산화물층을 구비한 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법
JP2010003468A (ja) * 2008-06-19 2010-01-07 Sony Corp 色素増感太陽電池およびその製造方法
CN101964255B (zh) * 2009-07-24 2012-07-04 清华大学 一种微纳复合氧化锌浆料及其制备方法和应用
CN101989498A (zh) * 2009-07-30 2011-03-23 日东电工株式会社 染料敏化型太阳能电池用电极和染料敏化型太阳能电池
WO2012108520A1 (ja) * 2011-02-09 2012-08-16 株式会社フジクラ 色素増感太陽電池

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