KR20210089805A - 고투과성 백금 페이스트 조성물, 이를 이용한 상대전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지 - Google Patents
고투과성 백금 페이스트 조성물, 이를 이용한 상대전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 감응형 태양전지에 사용하기 위해 고투과성을 가지고 대면적 형성이 가능한 백금 페이스트 조성물, 이를 이용한 상대전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 유기용매에 바인더 수지와, 특정한 백금 전구체인 백금(II)아세틸아세토네이트를 특정 비율로 첨가하여 간단한 공정을 통하여 고투과도를 나타내고, 특정 점도를 가짐으로써 투명 기판 상에 균일한 두께로 도포되어 투과도의 편차 없이 균일한 투과도를 유지하므로, 빛 조사 방향에 따른 태양전지 모듈의 광전변환효율의 편차 또한 감소시킴으로써, 전체적으로 태양전지 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지용 상대전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감응형 태양전지에 사용하기 위해 고투과성을 가지고 대면적 형성이 가능한 백금 페이스트 조성물, 이를 이용한 상대전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지에 관한 것이다.
점차 고갈되어가고 있는 화석연료와 최근 심각한 환경오염 문제의 대두로 차세대 에너지 개발에 대한 중요성이 날로 증가되고 있다. 그 중에서도 태양광으로부터 나오는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 태양전지는 공해가 적고, 무한한 자원을 가지고 있으며, 반영구적인 수명을 가지고 있어서 미래의 에너지원으로 기대되고 있다.
감응형 태양전지(dye-sensitized photovoltaic cell)는 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 광전기화학 태양전지로 대표되는 것으로서, 일반적으로 가시광선을 흡수하는 감광성 염료, 넓은 밴드갭 에너지를 갖는 금속산화물 나노입자, 백금(Pt)에 의해 촉매작용을 하는 상대전극(counter electrode), 그리고 그 사이에 채워진 전해질로 구성되어 있다. 감응형 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지나 화합물 반도체 태양전지에 비해 그 제작비용이 저렴하고, 유기 태양전지에 비하여 그 효율이 높으며 이 외에도 친환경적이고 여러가지 색을 구현할 수 있다는 장점을 가진다.
한편, 감응형 태양전지에서 상대 전극의 성능은 FTO 유리 기판 위에 증착된 백금 촉매의 활성 및 내부 표면적에 의존한다. 이러한 촉매 활성을 위해 상대전극은 고투과도 및 대면적화가 요구되고 있는 실정이다.
그러나, 현재 감응형 태양전지에 사용되는 상대 전극은 FTO 기판 위에 백금촉매는 현재 진공 공정이 필요한 스퍼터링 방법 또는 백금 용액을 만들어 스핀코팅하는 방법을 사용하고 있다. 또한 종래 방법은 백금 화합물을 고온에서 소성하여 백금나노입자를 만들거나 또는 TCO 기판위에 탄소 기반 재료(카본, 카본나노튜브, 그라펜)을 올려 백금 촉매 대신 사용하여 상대전극을 제조하고 있다.
그러나 이러한 방법에서는 상대전극의 투명성을 확보하지 못하고 대면적 적용이 어려운 문제점 등이 발생하게 된다.
특히, 백금 용액을 스핀코팅하는 방법을 사용하는 경우에는 백금 용액의 점도가 낮으므로 기판의 전체 면적에 대해 동일한 두께로 코팅하는 것이 어려우며, 이렇게 되면 상대전극에서 국부적으로 투과도 차이가 발생하고, 이는 태양전지의 효율을 저하시키는 원인이 된다.
이에, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 목적은 고투과성을 가지고 대면적 코팅이 가능한 백금 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 상기 백금 페이스트 조성물을 이용한 감응형 태양전지의 상대전극 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 상기 상대전극 제조방법으로 제조된 고투과성 상대전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 목적은 상기 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트, 유기용매 및 바인더 수지를 포함하는 고투과성 백금 페이스트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
또한 바람직하게는, 상기 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트는 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1~1.2 중량%로 포함될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 유기용매는 α-터피네올(Terpineol), β-터피네올, 다이하이드로 터피네올(Dihydro-terpineol), 라우르산, 메틸 셀로솔브(Methyl Cellosolve), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve), 지방족 알코올, 에틸렌글리콜(Ethylene Grycol), 에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene glycol monobutyl ether), 부틸 셀로솔브 아세테이트(Butyl Cellosolve acetate) 및 텍사놀(Texanol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 바인더 수지는 에틸셀룰로오스(Ethyl cellulose, EC), 니트로셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르 및 폴리비닐부티랄에틸셀를로오스로 이루어지는 군으로부터 선택 되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 바인더 수지는 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 5~70 중량%로 포함될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 백금 페이스트 조성물의 점도는 1,000 내지 20,000 cps일 수 있다.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 백금 전구체로서 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트와, 유기용매의 혼합액을 교반하여 백금 전구체 용액을 형성하는 단계(S1); 바인더 수지를 유기용매에 녹여서 유기 비히클을 형성하는 단계(S2); 상기 백금 전구체 용액과 유기 비히클을 혼합 및 분산하여 백금 페이스트 조성물을 형성하는 단계(S3); 상기 백금 페이스트 조성물을 투명한 기판 상에 도포한 후, 열처리하여 박막을 형성시킴으로써 감응형 태양전지의 상대전극을 제조하는 단계(S4)를 포함하는 고투과성 상대전극의 제조방법을 제공한다.
또한 바람직하게는, 상기 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 백금(II)아세틸아세토네이트는 0.1~1.2 중량%, 바인더 수지는 5~70 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법으로 제조되고, 400~800 nm의 파장 범위에서 평균 70% 이상의 투과도를 나타내는 고투과성 상대전극을 제공한다.
상기 고투과성 상대전극의 두께는 0.01 내지 100 μm일 수 있다.
또한, 상기 제4 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광전극; 상기 광전극과 소정의 간격을 두고 서로 마주보도록 대향 배치된 상대전극; 및 상기 광전극과 상대전극 사이의 공간을 충진하는 전해질을 포함하며, 상기 상대전극은 상기 고투과성 페이스트 조성물을 이용하여 제조된 고투과성 상대전극인 것을 특징으로 하는 감응형 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 유기용매에 바인더 수지와, 특정한 백금 전구체인 백금(II)아세틸아세토네이트를 특정 비율로 첨가하여 간단한 공정을 통하여 고투과도를 나타내고, 특정 점도를 가짐으로써 투명 기판 상에 균일한 두께로 도포되어 투과도의 편차 없이 균일한 투과도를 유지하므로, 빛 조사 방향에 따른 태양전지 모듈의 광전변환효율의 편차 또한 감소시킴으로써, 전체적으로 태양전지 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 백금 페이스트 조성물을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백금 페이스트 조성물을 이용한 고투과성 상대전극을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 백금 페이스트 조성물을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 백금 전구체의 농도에 따라 제조된 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 백금 전구체의 농도에 따라 제조된 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극의 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 백금 페이스트 조성물 및 종래 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극을 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백금 페이스트 조성물 및 종래 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극의 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 감응형 태양전지의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 백금 페이스트 조성물을 이용한 고투과성 상대전극을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 백금 페이스트 조성물을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 백금 전구체의 농도에 따라 제조된 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 백금 전구체의 농도에 따라 제조된 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극의 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 백금 페이스트 조성물 및 종래 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극을 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백금 페이스트 조성물 및 종래 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극의 투과도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 감응형 태양전지의 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서 전체에서, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 “상부”에 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서 전체에서, 제1, 및 제2 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 구분하여 설명하기 위해 사용되지만, 이들에 한정되지 않는다. 따라서 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다.
본 명세서 전체에서, "상대전극"은 감응형 태양전지에 사용될 수 있는 "상대 전극"을 의미한다.
본 명세서 전체에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과도가 100% 인 경우뿐만 아니라 광 투과도가 약 70% 이상으로 높은 경우를 모두 포함한다.
[
고투과성
백금
페이스트
조성물]
본 발명은 감응형 태양전지에 사용되는 고투과성 백금 페이스트 조성물을 제공한다.
종래 감응형 태양전지에 사용되어 온 상대전극은 투명 전도성 물질(TCO: transparent conducting oxide)이 코팅된 기판 위에 백금을 증착하는 방법, 백금 용액을 이용하여 스핀코팅하는 방법 또는 촉매 특성이 있는 탄소기반 재료를 백금 대신 사용하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법에서는 균일한 대면적 코팅이 어려우므로 고투과성 전극을 구현하기 어려우며, 탄소기반 재료 산화물을 이용하는 경우에는 일단 탄소기반 재료의 색깔 때문에 고투과성이 어렵고, 이에 백금보다 태양전지의 광전효율이 저하되는 문제점 등이 발생하였다.
이에, 본 발명자들은 상기 백금을 사용한 상대전극의 제조에 있어서, 고투과성을 가지며, 대면적 코팅이 가능한 방법을 연구하던 중, 고투과성을 가지는 특정 백금 전구체를 사용하고, 상기 유기용매에 특정 백금 전구체와 바인더 수지를 특정 비율로 첨가하여 특정 점도를 나타내는 백금 페이스트 조성물이 고투과도와 함께 균일한 두께로 도포가 가능하여 대면적화를 구현할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명에 따른 고투과성 백금 페이스트 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트, 유기용매 및 바인더 수지를 포함한다.
본 발명의 특징은 고투과성을 갖는 투명한 상대전극을 제공하는 데 있으며, 이는 투명한 백금 페이스트 조성물을 제조함으로써 성취될 수 있다.
그러나, 종래 백금 페이스트 조성물에서 백금 전구체로 사용된 수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6·6H2O)을 포함하는 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극은 400~800 nm 파장 범위에서 평균 투과도가 61.07%로 나타남으로써, 낮은 투과성을 나타내었다. 따라서, 빛 조사 방향이 상대전극면을 향하는 경우에는 광전극면을 향하는 경우에 비하여 약 20% 이상의 광전효율 저하가 나타났다(표 2 및 표 3 참조).
이에, 본 발명자들은 투명한 상대전극 제조를 위해 투명한 백금 페이스트 조성물을 예의 연구한 결과, 백금 전구체로서 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트를 사용하여, 투명한 백금 페이스트 조성물을 제조하였으며, 이를 이용하여 제조된 상대전극은 400~800 nm 파장 범위에서 평균 투과도가 70% 이상의 고투과도를 나타냄을 확인하였다(도 5 및 도 7 참조).
따라서, 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 백금 전구체로서 백금(II)아세틸아세토네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 백금(II)아세틸아세토네이트는 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1~1.2 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 만일, 상기 백금(II)아세틸아세토네이트의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 촉매 전극으로서의 성능을 나타내지 못하고, 1.2 중량%를 초과하면 상대전극이 불투명해지므로 고투과도를 나타내지 못하는 문제가 있다.
상기 유기용매는 본 발명의 백금 페이스트 조성물에 베이스가 되는 용매로서, 분말 상태의 바인더 수지를 용해시키고, 상기 바인더 수지가 가지고 있는 기본적인 점도, 열분해 특성, 인쇄성 등을 페이스트 조성물에 부여하는 역할을 한다. 상기 유기용매는 당업계에서 감응형 태양전지의 백금 페이스트 조성물에 통상적으로 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 예컨대, α-터피네올(Terpineol), β-터피네올, 다이하이드로 터피네올(Dihydro-terpineol), 라우르산, 메틸 셀로솔브(Methyl Cellosolve), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve), 지방족 알코올, 에틸렌글리콜(Ethylene Grycol), 에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene glycol monobutyl ether), 부틸 셀로솔브 아세테이트(Butyl Cellosolve acetate) 및 텍사놀(Texanol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 바인더 수지는 유기용매에 용해되어 고분자 용액을 형성함으로써, 전극재료에 유동성, 인쇄성 및 건조성을 부여하고, 첨가되는 백금 전구체에 대하여 바인더(binder) 역할을 함으로써, 균일한 인쇄특성, 기판에 대한 접착력, 외부 마찰에 대한 내마모성, 내후성(내열성, 내식성), 각종 유기용매에 대한 내화학성 및 인쇄 후 건조성을 제공한다. 특히, 건조 공정에서는 용매가 휘발되더라도, 상기 바인더 수지에 의해 촉매금속 및 기타 첨가제들이 서로 접합 및 지지하여 패턴을 유지할 수 있다.
상기 바인더 수지로는 에틸셀룰로오스(Ethyl cellulose, EC), 니트로셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르 및 폴리비닐부티랄에틸셀를로오스로 이루어지는 군으로부터 선택 되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이중 에틸셀룰로오스는 셀룰로오스(섬유소)와 에틸알코올의 에스테르이며, 폴리머사슬의 개수가 증가할수록 점도가 증가한다.
상기 바인더 수지는 백금 페이스트 조성물의 점도가 1,000 내지 20,000 cps가 되도록 적절히 조절할 수 있으며, 구체적으로는 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 5~70 중량%로 포함되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 그 점도가 1,000 내지 20,000 cps 범위를 갖는 것이 바람직한데, 상기 점도의 범위는 인쇄법(예컨데, 닥터블레이드 등)을 사용하여 상대전극 박막을 형성하는데 적합하도록 요구되는 물성치이다. 이때, 상기 백금 페이스트 조성물의 점도가 1,000 cps보다 낮으면, 인쇄시 번짐이 생기거나, 기판 전체에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 형성하기가 어려워지며, 이렇게 되면 전극 특성이 기판면에 대하여 국부적으로 차이가 생길 뿐만 아니라, 전극의 수평 저항값이 높아져 태양전지의 전체적인 효율이 저하되는 문제가 있다. 한편, 점도가 20,000 cps보다 커지면, 페이스트가 고루 펴지지 않아서 역시 균일한 두께의 박막을 형성하기 어려운 문제가 있다. 이러한 점도는 viscometer를 사용하여 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제를 더 함유할 수 있다. 첨가제의 일 예로서, 분산제, 요변제, 가소제 등에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 첨가제의 양은 백금 페이스트 조성물에 대하여 약 0.1 내지 1 중량%로 더 포함될 수 있으나, 최종적으로 얻어지는 백금 페이스트 조성물의 특성에 의존하여 결정될 수 있다.
상기 분산제나 요변제(thixotropic agent)는 유기 첨가제로서, 유변 특성에 개선을 주며, 이들은 소량의 양이지만 페이스트의 물성 및 특성을 크게 변화시키므로, 총 중량의 1% 내외로도 효과를 얻을 수 있다.
상기 분산제(dispersion agent)로는 polyethyleneglycol diacrylate400, hypermerKD-2, ethoxylated trimethylolpropane triacrylate 등으로부터 선택할 수 있는데, 이들의 사용을 통해 기공을 줄이고, 박막 두께도 더 얇게 구현할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
상기 가소제는 플라스틱에 첨가하여 열가소성을 증대시킴으로써 고온에서 성 형가공을 용이하게 하는 유기물질인데, 프탈산 에스테르계, 에폭시계, 폴리에스테르계 등으로 분류된 다양한 공지의 물질을 선택하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 당업계에서 공지된 페이스트 제조방법으로 제조할 수 있으며, 일례로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 백금 전구체로서 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트와, 유기용매의 혼합액을 교반하여 백금 전구체 용액을 형성하는 단계(S1); 바인더 수지를 유기용매에 녹여서 유기 비히클을 형성하는 단계(S2); 및 상기 백금 전구체 용액과 유기 비히클을 혼합 및 분산하여 백금 페이스트를 형성하는 단계(S3)를 포함하는 방법으로 수행될 수 있다.
이때, 사용되는 백금(II)아세틸아세토네이트, 유기용매 및 바인더 수지에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로, 중복 기재를 피하기 위하여 자세한 설명은 생략한다.
이때, S3 단계에서 백금 전구체 용액과 유기 비히클을 혼합시키기 위하여 S1 단계와 S2 단계에서 사용되는 유기용매는 동일한 유기용매를 사용하는 것이 바람직하다.
교반작업은 각 성분을 균일하게 혼합하기 위한 공정으로, 기계적 교반기를 이용하여, 주어진 rpm 조건하에서 소정 시간 동안 공정을 수행할 수 있다. 기계적 교반기로는 유화 교반기, 유성 교반기 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
교반의 온도 조건에 있어서, 온도를 높이면 더 빠른 시간 내에 균일하게 교반할 수 있다는 장점이 있으나, 알코올 등의 유기용매는 비등점보다 교반온도가 높아지면 교반 과정에서 용매가 휘발, 증발하여 페이스트의 점도조건이 변경될 수 있으므로, 유의하여야 한다. 바람직하게는 교반 온도는 80~100℃에서 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 교반 시간에 있어서 상한은 존재하지 않으나, 균일한 교반을 보장하기 위해 최소한의 시간이 필요한데, 이는 사용되는 유기용매 및 바인더 수지의 종류에 따라 달라질 수 있다.
S2 단계에서 제조된 유기 비히클은 S3 단계에 투입되기 전에 체를 이용하여 불순물을 걸러주고, 내부 기포를 제거하는 과정을 추가로 수행할 수 있다.
[
고투과성
백금
페이스트
조성물을 이용한 상대전극의 제조]
또한, 본 발명은 상기 고투과성 백금 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 상대전극을 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 고투과성 상대전극의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고투과성 상대전극의 제조방법은
백금 전구체로서 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트와, 유기용매의 혼합액을 교반하여 백금 전구체 용액을 형성하는 단계(S1);
바인더 수지를 유기용매에 녹여서 유기 비히클을 형성하는 단계(S2);
상기 백금 전구체 용액과 유기 비히클을 혼합 및 분산하여 백금 페이스트 조성물을 형성하는 단계(S3); 및
상기 백금 페이스트 조성물을 투명한 기판 상에 도포한 후, 열처리하여 상대전극 박막을 형성시키는 단계(S4)를 포함한다.
이때, S1 내지 S3의 단계는 고투과성 백금 페이스트 조성물을 제조하는 단계로서, 상술한 바와 같으므로, 자세한 설명은 생략한다.
S4의 단계는 백금 페이스트 조성물을 투명한 기판 상에 도포한 후, 열처리하여 상대전극 박막을 형성시키는 단계이다.
상기 기판은 외부광의 입사가 가능하도록 투명 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 기판으로는 유리 기판 또는 유연성을 갖는 투명 고분자 기판을 사용할 수 있다. 투명 고분자 기판으로서, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 기판 상에는 추가적으로 전도성 필름이 형성될 수 있다. 상기 전도성 필름은 당업계에서 공지된 통상의 전도성 필름일 수 있으며, 이 역시 외부광의 입사가 가능하도록 투명한 전도성 필름인 것이 바람직하다. 예를 들면, FTO(F-doped SnO2, SnO2:F) 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO) 필름이 코팅될 수 있다.
상기 백금 페이스트 조성물은 균일한 두께로 도포하기 위하여 점도가 1,000 내지 20,000 cps 범위를 갖는 것이 바람직하다. 만일, 상기 백금 페이스트 조성물의 점도가 1,000 cps보다 낮으면, 인쇄시 번짐이 생기거나, 기판 전체에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 형성하기가 어려워지며, 이렇게 되면 전극 특성이 기판면에 대하여 국부적으로 차이가 생길 뿐만 아니라, 전극의 수평 저항값이 높아져 태양전지의 전체적인 효율이 저하되는 문제가 있다. 한편, 점도가 20,000 cps보다 커지면, 페이스트가 고루 펴지지 않아서 역시 균일한 두께의 박막을 형성하기 어려운 문제가 있다.
상기 도포 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 스핀코팅법, 스프레이법, 딥코팅법, 바코팅법, 노즐프린팅법, 슬롯-다이코팅법, 닥터블레이드법, 그래비어 프린팅법, 오프셋 프린팅, 롤투롤 프린팅, 캐스트법 또는 랭뮤어-블로드젯막법(LB(Langmuir-Blodgett)) 등과 같은 공지된 다양한 방법 중에서 임의로 선택된 방법으로 수행하여 형성될 수 있다.
이때, 코팅 방법 및 박막 형성시 열처리 조건 등은 백금 페이스트 조성물의 조성에 따라 달라질 수 있다.
상기 백금 페이스트 조성물은 코팅시 박막 두께는 0.01 내지 100 μm인 것이 바람직한데, 만일 박막 두께가 너무 두꺼우면 박막이 박리될 위험이 있고, 너무 얇으면 상대전극으로서의 기능을 충분히 하지 못하는 문제가 있다.
본 실시예에서는 코팅 방법으로 닥터블레이드법을 이용하여 FTO 유리 기판 상에 도포한 후, 상기 기판을 500℃에서 30분간 열처리함으로써 상대전극 박막을 형성하였다.
이렇게 제조된 상대전극은 균일한 두께로 형성되고, 400~800 nm 파장에서 평균 투과도가 71.5~81.6%의 고투과도를 나타내므로, 감응형 태양전지의 상대전극으로 사용시 전지성능을 향상시킬 수 있다.
[
고투과성
백금
페이스트
조성물을 이용한 상대전극을 포함하는 염료감응형 태양전지]
또한, 본 발명은 고투과성 백금 페이스트 조성물을 이용한 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지를 제공한다.
도 8은 본 발명에 따른 감응형 태양전지의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 감응형 태양전지는 광전극(110)과 소정의 간격을 두고 서로 마주보도록 대향 배치된 상대전극(100), 및 상기 광전극과 상대전극 사이의 공간을 충진하는 전해질(120)을 포함하며, 이때 상기 상대전극(100)은 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물이 코팅된 투명 전도성 전극인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광전극(110)은 투명 전도성 전극(101) 염료흡착 다공질막(111)을 포함한다.
상기 투명 전도성 전극(101)은 외부광의 입사가 가능하도록 투명 기판 상에 투명 전도성 필름이 형성된 전극이다.
상기 투명 기판으로는 유리 기판 또는 유연성을 갖는 투명 고분자 기판을 사용할 수 있다. 투명 고분자 기판으로서, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 투명 전도성 필름은, 당업계에서 공지된 통상의 투명 전도성 필름일 수 있다. 예를 들면, FTO(F-doped SnO2, SnO2:F) 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함하는 전도성 필름일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 염료흡착 다공질막(111)은 금속산화물 나노입자층을 포함한 광전극을 이루는 부분을 형성하기 위해서, TiO2 등을 이용하여 나노입자 필름을 형성한 것을 의미한다. 이때 상기 광전극에 형성된 다공질막의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게 1 내지 40 μm일 수 있다.
상기 염료흡착 다공질막(111)은 주석(Sn)산화물, 안티몬(Sb), 나이오븀(Nb) 또는 불소 도핑된 주석(Sn)산화물, 인듐(In)산화물, 주석 도핑된 인듐(In)산화물, 아연(Zn)산화물, 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 수소(H), 인듐(In), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 실리콘(Si) 또는 주석(Sn) 도핑된 아연(Zn)산화물, 마그네슘(Mg)산화물, 캐드뮴(Cd)산화물, 마그네슘아연(MgZn)산화물, 인듐아연(InZn)산화물, 구리알루미늄(CuAl)산화물, 실버(Ag)산화물, 갈륨(Ga)산화물, 아연주석산화물(ZnSnO), 타이타늄산화물(TiO2) 및 아연인듐주석(ZIS)산화물, 니켈(Ni)산화물, 로듐(Rh)산화물, 루세늄(Ru)산화물, 이리듐(Ir)산화물, 구리(Cu)산화물, 코발트(Co)산화물, 텅스텐(W)산화물, 티타늄(Ti)산화물, 지르코늄(Zr)산화물, 스트론튬(Sr)산화물, 란타넘(La)산화물, 바나듐(V)산화물, 몰리브데넘(Mo)산화물, 나이오븀(Nb)산화물, 알루미늄(Al)산화물, 이트늄(Y)산화물, 스칸듐(Sc)산화물, 사마륨(Sm)산화물, 스트론튬타이타늄(SrTi)산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 금속산화물 나노입자를 포함할 수 있다.
상기 염료흡착 다공질막(113)은 금속산화물 나노입자, 바인더 및 용매를 포함하는 페이스트와 감광성 염료를 이용하여 통상의 방법으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 광전극(110)은 투명 전도성 전극(101) 상에 금속산화물 나노입자, 바인더 및 용매를 포함하는 금속산화물 나노입자 페이스트를 일정 두께로 도포한 후, 450 내지 500 ℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 열처리하여 다공질막을 형성하고, 상기 다공질막 표면에 감광성 염료를 흡착하는 단계를 수행함으로써, 제조할 수 있다.
이때, 상기 감광성 염료는 밴드갭(Band Gap)이 1.55 eV 내지 3.1 eV을 가져 가시광선을 흡수할 수 있는 염료로서, 당업계에 공지된 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면 금속 또는 금속 복합체를 포함하는 유-무기 복합염료, 유기 염료 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 유-무기 복합염료의 예로는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 이들의 복합체로 이루어지는 군에서 선택된 원소를 포함하는 유-무기 복합염료일 수 있다.
상기 상대전극(counter electrode, 100)은 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물(102)이 투명 전도성 전극(101) 상에 코팅된 고투과성 상대전극을 사용할 수 있으며, 상기 고투과성 상대전극과 관련하여 전술한 바와 같으므로, 중복기재를 피하기 위하여 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광전극(110)과 상기 상대전극(120) 사이에는 전해질(101)이 위치된다.
상기 전해질은 산화-환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 광전극의 염료에 전달하는 역할을 하는 산화-환원 유도체를 포함하며, 통상의 염료감응 태양전지에 사용가능한 것이면 특히 한정되지 않는다. 구체적으로 산화-환원 유도체는 요오드(I)계, 브롬(Br)계, 코발트(Co)계, 황화시안(SCN-)계, 셀레늄화시안(SeCN-)계를 함유하는 전해질로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 또한 상기 전해질은 폴리비닐리덴플로라이드-co-폴리헥사플루오르프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리알킬아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 고분자를 함유할 수 있다. 또한, 상기 전해질은 실리카 및 TiO2 나노입자로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기입자를 함유하는 고분자 겔 전해질일 수 있다.
상기 전해질의 누출을 방지하기 위하여, 상기 광전극과 상대전극 사이에는 밀봉부(130)가 형성될 수 있다. 상기 밀봉부는 열가소성 고분자물질을 포함하며, 열 또는 자외선에 의하여 경화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예로, 밀봉부는 에폭시 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 밀봉부로서 수십 마이크로미터 두께의 고분자 필름을 상기 광전극(110)과 상대전극(100) 사이에 끼워 넣어 간격을 유지할 수 있다.
상기 감응형 태양전지의 일 실시예에 따른 제조방법은 다음과 같다.
상기 광전극(110)의 염료흡착 다공질막(111)과 상기 상대전극(100)의 백금 페이스트 조성물로 제조된 백금 촉매 전극(102)을 소정의 간격을 두고 서로 마주보도록 한 후, 양 전극의 에지부들 사이에 20 내지 100 ㎛ 두께의 열가소성 필름(130)을 삽입하고, 이를 60 내지 120 ℃의 온도에서 5 내지 20 초 동안 유지하여 양 전극을 밀착시키는 공정을 수행한다. 이어서, 미리 뚫어 놓은 구멍을 통해 상기 광전극(110)과 상기 상대전극(100) 사이의 공간에 전해질 용액(120)을 주입함으로써 감응형 태양전지를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 제조예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
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실시예
1> 본 발명에 따른 감응형 태양전지용 상대전극의 제조
상대전극용 기판으로서 전도성을 가지는 유리 기판(Philkington 회사, 재질: FTO, 두께 2.2cm, 8Ω/sq)을 준비하였다. 이어서, 백금 전구체로서 상기 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트 0.1 중량%, 바인더 수지로서 에틸셀룰로오스 8 중량%, 용매로서 라우르산 1.8 중량% 및 잔량의 용매로서 터피네올(Terpineol)를 혼합하여 점도 10,000 cps의 고투과성 백금 페이스트 조성물을 제조하였다.
제조된 백금 페이스트 조성물을 관찰하여 도 3에 나타내었다
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물은 소정의 점도를 가지고 투명색에 가까운 색깔을 나타냄을 확인하였다.
이후, 상기 백금 페이스트 조성물을 닥터블레이드법을 이용하여 FTO 유리 기판 상에 도포한 후, 상기 기판을 500℃에서 30분간 열처리하여 박막을 형성시킴으로써 고투과성 상대전극을 제조하였다.
<실시예 2-6>
화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트의 함량을 0.2~1.2 중량%로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상대전극을 제조하였다.
<비교예>
백금 전구체로서 수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6·6H2O) 0.9 중량%을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상대전극을 제조하였다.
이하, 실시예 및 비교예에 따른 상대전극용 백금 페이스트 조성물의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
| 백금전구체 | 바인더수지 | 용매 | ||||
| 종류 | 함량(mg) | 에틸셀룰로오스 | 터피네올 | 라우르산 | 아세톤 | |
| 실시예 1 (0.1 중량%) |
백금(II)아세틸아세토네이트 | 0.05 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
| 실시예 2 (0.2 중량%) |
백금(II)아세틸아세토네이트 | 0.1 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
| 실시예 3 (0.3 중량%) |
백금(II)아세틸아세토네이트 | 0.15 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
| 실시예 4 (0.6 중량%) |
백금(II)아세틸아세토네이트 | 0.3 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
| 실시예 5 (0.9 중량%) |
백금(II)아세틸아세토네이트 | 0.45 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
| 실시예 6 (1.2 중량%) |
백금(II)아세틸아세토네이트 | 0.6 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
| 비교예 (0.9 중량%) |
수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6 · 6H2O) | 0.45 | 4 | 35 | 0.9 | 10 |
<실험예 1> 백금 전구체의 농도에 따른 상대전극의 투과도 측정
실시예에서 제조된 상대전극을 도 4에 나타내었다. 참조전극(Ref)으로는 투명한 FTO 기판을 사용하였다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 백금 페이스트 조성물을 투명 기판 상에 도포하여 제조된 상대전극은 백금 전구체의 농도가 1.2 중량% 이하인 농도에서 투명한 전극으로 나타남을 확인하였다.
또한, 실시예에서 제조된 상대전극의 400~800 nm 파장에서의 투과도를 측정하여 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 백금 전구체로서 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트를 포함하는 백금 페이스트로 제조된 상대전극은 400~800 nm 파장에서 평균 투과도가 71.5~81.6%의 고투과도를 나타냄을 확인하였다.
<
실험예
2> 백금 전구체의 종류에 따른 상대전극의 투과도 측정
백금 전구체의 종류가 상대전극의 투과도에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 종래 백금 전구체로서 사용되는 수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6·6H2O)을 사용한 비교예 상대전극과 본 발명의 실시예에서 제조된 상대전극을 비교하여 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 백금 전구체로서 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트를 포함하는 백금 페이스트 조성물로 제조된 상대전극은, 종래 백금 전구체로 사용되는 수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6·6H2O)을 사용한 비교예 상대전극과 비교시 더욱 투명한 전극으로 나타남을 확인하였다.
또한, 양 상대전극에 대하여 400~800 nm 파장에서의 투과도를 측정하여 도 7 및 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 400~800 nm 평균 투과도(%) |
| FTO | 79.08 |
| 실시예 5 | 72.40 |
| 비교예 | 61.07 |
도 7 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 종래 백금 전구체로 사용되는 수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6·6H2O)을 사용한 상대전극(비교예)은 400~800 nm 평균 투과도가 61.07%로 나타났으나, 본 발명에 따라 백금 전구체로서 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트를 포함하는 백금 페이스트로 제조된 상대전극은 동일한 백금 전구체 함량에서 400~800 nm 평균 투과도가 72.40%로 나타남으로써, 투과도가 현저하게 증가하였으며, 투명 전극인 FTO의 투과도에 가까운 고투과도를 나타냄을 확인하였다.
따라서, 본 발명에 따른 백금 페이스트는 백금 전구체로서 백금(II)아세틸아세토네이트를 포함함으로써 고투과성을 갖는 투명한 상대전극을 제조할 수 있고, 이에 상대전극의 투과성을 향상시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
<
제조예
1~6> 감응형 태양전지의 제조
(1) 상대전극의 제조
상기 실시예 1~6에서 제조된 상대전극을 사용하였다.
(2) 광전극의 제조
광전극용 기판으로서 전도성을 가지는 유리 기판(Philkington 회사, 재질: FTO, 두께 2.2cm, 8Ω/sq)을 준비하였다. 이어서, 산화티타늄 나노입자(평균입경: 20 nm) 18.5 중량%, 바인더 수지로서 에틸셀룰로오스 5 중량%, 용매로서 라우르산 1.8 중량% 및 잔량의 용매로서 터피네올(Terpineol)을 혼합하여 점도 10,000 cps의 금속산화물 나노입자 페이스트를 제조하였다.
이후, 상기 금속산화물 나노입자 페이스트를 닥터블레이드법을 이용하여 FTO 유리 기판 상에 도포한 후, 상기 기판을 500℃에서 30분간 열처리하여 금속산화물 나노입자를 포함하는 다공질막(두께: 7㎛)을 형성시켰다.
이어서, 상기 기판을 감광성 염료로서 Ru(4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridine)2(NCS)2 0.5 mM을 포함하는 에탄올 용액에 12 시간 동안 침지하여 상기 다공질막의 표면에 감광성 염료가 흡착된 광전극을 제조하였다.
(3) 전해질의 제조
유기용매인 아세토니트릴에 PMII(1-methyl-3-propylimidazolium iodide, 0.7M) 및 I2(0.03M)를 용해시켜 전해질을 제조하였다.
(4) 감응형 태양전지의 제조
상기 (1)에서 제조된 상대전극과, (2)에서 제조된 광전극과 사이 공간에 (3)에서 제조된 전해질을 주입하고, 고분자 수지로 봉합하여 도 8의 구조의 감응형 태양전지를 제조하였다.
<
비교예
2> 종래 감응형 태양전지의 제조
상대전극으로서, 상기 비교예에서 제조된 수소헥사클로로플라틴산 6수화물(H2PtCl6·6H2O)을 사용하여 제조된 상대전극을 사용하여, 감응형 태양전지를 제조하였다.
<
실험예
3> 감응형 태양전지의 성능 측정
본 발명에 따른 감응형 태양전지에 있어서, 상대전극의 투과도에 따른 감응형 태양전지의 성능의 변화를 알아보기 위하여, 다음과 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 제조예 및 비교예에서 제조된 감응형 태양전지에 있어서, 빛을 광전극면(Front) 및 상대전극면(Back) 쪽으로 조사하면서 태양전지의 성능을 하기와 같이 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
(1) 개방전압(
V
oc
) 및 광전류밀도(
J
sc
)
개방전압과 광전류 밀도는 Keithley SMU2400 을 이용하여 측정하였다.
(2) 에너지 변환효율(
%
)
에너지 변환효율의 측정은 1.5AM 100mW/cm2의 솔라 시뮬레이터(Xe 램프[200W, Polaronix McScience, Korea], AM 1.5 filter)를 이용하여 수행하였다.
(3)
충진계수
(FF)
충진계수는 앞서 얻은 변환효율 및 하기 수학식 1을 이용하여 계산하였다.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서,
J는 변환효율 곡선의 Y축 값이고,
V는 변환효율 곡선의 X축 값이며,
Jsc 및 Voc는 각 축의 절편값이다.)
| 제조예 1 | 제조예 4 | 비교예 2 | ||||
| 빛 조사 방향 |
광전극면 (Front) |
상대전극면(Back) | 광전극면 (Front) |
상대전극면(Back) | 광전극면 (Front) |
상대전극면(Back) |
| Jsc (mA/cm2) |
11.32 | 9.77 | 10.98 | 8.68 | 11.91 | 9.67 |
| ΔJsc (%) |
13.65% 감조 | 20.94% 감소 | 18.81% 감소 | |||
| Voc (V) |
0.794 | 0.802 | 0.818 | 0.817 | 0.802 | 0.802 |
| ΔVoc (%) |
0.11% 증가 | 0.03% 감소 | 0.95% 감소 | |||
| FF (%) |
61.98 | 68.30 | 67.67 | 73.38 | 67.69 | 65.96 |
| ΔFF (%) |
10.19% 증가 | 8.44% 증가 | 2.56% 감소 | |||
| 변환효율 (%) |
5.62 | 5.35 | 6.08 | 5.21 | 6.46 | 5.07 |
| Δη (%) |
4.75% 감소 | 14.30% 감소 | 21.64% 감소 | |||
표 3에 나타낸 바와 같이, 세 경우 모두에서, 빛 조사 방향에 따라, 상대전극면으로 빛을 조사하면 투과도의 영향으로 인해 변환효율의 감소가 발생했다. 그러나, 종래 백금 전구체를 사용하여 상대전극을 제조한 비교예 2의 태양전지의 경우에는 빛 조사 방향에 따른 변환효율의 감소폭이 21.64%로 매우 큰 폭의 감소를 나타내었으나, 본 발명에 따라 백금 전구체를 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트로 사용한 태양전지(제조예 1 및 4)에 있어서는 상대전극의 투과도가 향상됨으로써 빛 조사 방향에 따른 변환효율의 감소폭이 각각 4.75%, 14.30%로서, 종래 태양전지(비교예 2)에 비하여 변환효율의 감소폭이 약 1/3 이하로 줄어들었음을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따라 백금 전구체를 화학식 1의 백금(II)아세틸아세토네이트로 사용한 태양전지(제조예 1 및 4)는 충진계수(FF)에 있어서는 상대전극면으로 빛을 조사한 경우에 오히려 충진계수(FF)가 증가하는 것으로 나타났다.
이로부터, 상대전극의 투과도가 증가하는 경우, 빛 조사 방향에 따른 태양전지의 전지성능의 편차가 줄어들기 때문에 전체적인 전지성능은 향상됨을 알 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 상기 실시예를 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.
100: 상대전극
101: 투명 전도성 전극
102: 백금 페이스트 조성물로 이루어진 백금 촉매 전극
110: 광전극
111: 염료 흡착 다공질막
120: 전해질
130: 밀봉부
101: 투명 전도성 전극
102: 백금 페이스트 조성물로 이루어진 백금 촉매 전극
110: 광전극
111: 염료 흡착 다공질막
120: 전해질
130: 밀봉부
Claims (11)
- 하기 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트, 유기용매 및 바인더 수지를 포함하는 고투과성 백금 페이스트 조성물.
[화학식 1]
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트는 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1~1.2 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 고투과성 백금 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 유기용매는 α-터피네올(Terpineol), β-터피네올, 다이하이드로 터피네올(Dihydro-terpineol), 라우르산, 메틸 셀로솔브(Methyl Cellosolve), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve), 지방족 알코올, 에틸렌글리콜(Ethylene Grycol), 에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(Ethylene glycol monobutyl ether), 부틸 셀로솔브 아세테이트(Butyl Cellosolve acetate) 및 텍사놀(Texanol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고투과성 백금 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 바인더 수지는 에틸셀룰로오스(Ethyl cellulose, EC), 니트로셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르 및 폴리비닐부티랄에틸셀를로오스로 이루어지는 군으로부터 선택 되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고투과성 백금 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 바인더 수지는 백금 페이스트 조성물의 전체 중량에 대하여 5~70 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 고투과성 백금 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 백금 페이스트 조성물의 점도는 1,000 내지 20,000 cps인 것을 특징으로 하는 고투과성 백금 페이스트 조성물. - 백금 전구체로서 화학식 1로 표시되는 백금(II)아세틸아세토네이트와, 유기용매의 혼합액을 교반하여 백금 전구체 용액을 형성하는 단계(S1);
바인더 수지를 유기용매에 녹여서 유기 비히클을 형성하는 단계(S2);
상기 백금 전구체 용액과 유기 비히클을 혼합 및 분산하여 점도가 1,000 내지 20,000 cps인 백금 페이스트를 형성하는 단계(S3);
상기 백금 페이스트를 투명한 기판 상에 도포한 후, 열처리하여 상대전극 박막을 형성시키는 단계(S4)를 포함하는 감응형 태양전지의 고투과성 상대전극의 제조방법. - 제7항에 있어서,
백금 페이스트의 전체 중량에 대하여 백금(II)아세틸아세토네이트는 0.1~1.2 중량%, 바인더 수지는 5~70 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 고투과성 상대전극의 제조방법. - 제7항의 방법으로 제조되고, 400~800 nm의 파장 범위에서 평균 70% 이상의 투과도를 나타내는 것을 특징으로 하는 고투과성 상대전극.
- 제9항에 있어서,
상기 고투과성 상대전극의 두께는 0.01 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 고투과성 상대전극. - 광전극;
상기 광전극과 소정의 간격을 두고 서로 마주보도록 대향 배치된 상대전극; 및
상기 광전극과 상대전극 사이의 공간을 충진하는 전해질을 포함하며,
상기 상대전극은 제9항의 고투과성 상대전극인 것을 특징으로 하는 감응형 태양전지.
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| KR1020200002395A KR102333686B1 (ko) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 고투과성 백금 페이스트 조성물, 이를 이용한 상대전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 상대전극을 포함하는 감응형 태양전지 |
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