WO2016006843A1 - 염료감응형 태양전지 - Google Patents

염료감응형 태양전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2016006843A1
WO2016006843A1 PCT/KR2015/006335 KR2015006335W WO2016006843A1 WO 2016006843 A1 WO2016006843 A1 WO 2016006843A1 KR 2015006335 W KR2015006335 W KR 2015006335W WO 2016006843 A1 WO2016006843 A1 WO 2016006843A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
counter electrode
photoelectrode
solar cell
dye
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/006335
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
차승일
서선희
윤민주
이동윤
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Publication of WO2016006843A1 publication Critical patent/WO2016006843A1/ko

Links

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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, by forming a photoelectrode and a counter electrode separately by a weaving process, and combining the photoelectrode and a counter electrode with a bonding member such as sewing on a cloth or paper, thereby providing high flexibility and high efficiency.
  • the present invention relates to a dye-sensitized solar cell capable of producing a solar cell, wherein the solar cell is formed by bonding to any fabric by a coupling member.
  • the dye-sensitized solar cell is a type of solar cell that generates chemical power generation by using the solar absorption ability of the dye, as shown in Figure 1, the cathode 103, the dye, on the upper glass substrate 101
  • the electrolyte 105, the counter electrode 104, the conductive transparent electrode 102, the sealing adhesive 106, the lower glass substrate 101 and the like are provided.
  • the cathode 103 is composed of an n-type oxide semiconductor having a wide bandgap such as TiO 2 , ZnO, and SnO 2 in the form of a nano porous membrane, and a dye of a single molecule layer is adsorbed on the surface thereof. .
  • n-type oxide semiconductor having a wide bandgap such as TiO 2 , ZnO, and SnO 2 in the form of a nano porous membrane, and a dye of a single molecule layer is adsorbed on the surface thereof.
  • the empty position of the lower level where the electrons are released is refilled by the ions in the electrolyte providing the electrons.
  • Ions that provide electrons to the dye move to the counter electrode 104 as an anode to receive electrons.
  • the counter electrode 104 of the anode portion serves as a catalyst for the redox reaction of ions in the electrolyte, thereby providing electrons to the ions in the electrolyte through the redox reaction on the surface.
  • the upper and lower glass substrates 101 of the components of the dye-sensitized solar cell are coated with a conductive transparent electrode 102 on the surface.
  • Fluorine-doped tin oxide (FTO) is mainly used as the conductive transparent electrode 102 because FTO has the lowest reactivity with the electrolyte 105 and is stable even for a long time use.
  • the electrolyte 105 is sealed in a predetermined space by sealing the conductive transparent electrode 102 and the conductive transparent electrode 102 using a sealing adhesive 106. It is formed into a receiving structure.
  • the dye-sensitized solar cell using the FTO-coated upper and lower glass substrates 101 is not flexible and thus cannot be used in applications requiring bending.
  • the prior art is a first conductive substrate capable of bending; A semiconductor electrode including a nanoparticle oxide layer formed on the first conductive substrate; A bendable second conductive substrate; An opposite electrode including a metal layer formed on the second conductive substrate; An electrolyte solution interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode; And a transparent film surrounding the semiconductor electrode and the counter electrode so that the semiconductor electrode and the counter electrode face each other and the electrolyte solution does not leak.
  • the conventional technology is flexible, there may be a problem that the nanoparticle oxide layer and the platinum layer are in direct contact with each other when the electrolyte solution is exhausted, and a first conductive substrate must be separately formed to form a semiconductor electrode. There is a problem that the structure is complicated, such as to form a second conductive substrate separately to form a.
  • the prior art has a problem in that the photoelectrode layer and the counter electrode layer must be separately formed on the fiber layer in which the electrolyte is impregnated, and the manufacturing process is complicated and inefficient.
  • the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, while forming a photoelectrode and a counter electrode separately in a weaving process, and flexible by combining them with a bonding member such as sewing on cloth or paper. It is possible to manufacture a highly efficient solar cell, and to provide a dye-sensitized solar cell in which a solar cell is formed by bonding to any fabric by a coupling member.
  • an object of the present invention is to provide a photoelectrode layer including a photoelectrode conductive fiber and a photoelectrode woven from the first fiber and a photoelectrode coupling portion woven from the insulating fiber and the second fiber, the photoelectrode having the photoelectrode formed on an outer surface thereof;
  • a counter electrode layer comprising a counter electrode conductive fiber having a counter electrode formed on an outer surface thereof, a counter electrode portion woven from third fibers, and a counter electrode coupling portion woven from insulating fibers and fourth fibers;
  • An electrolyte impregnation layer formed of paper or cloth, and formed between the photoelectrode layer and the counter electrode layer and impregnated with an electrolyte;
  • a coupling member for coupling the photoelectrode coupling portion of the photoelectrode layer and the counter electrode coupling portion of the counter electrode layer to the dye-sensitized solar cell.
  • At least one of the photoelectrode conductive fiber and the counter electrode conductive fiber may be titanium (Ti) or sus (SUS), and the counter electrode part may be selected from the group consisting of platinum, carbon material, conductive polymer, and a mixture thereof.
  • the counter electrode unit is preferably formed using a paste coating method or electroplating.
  • the photoelectrode is a dye-impregnated titanium dioxide (TiO 2 ), the photoelectrode is preferably formed only on the outer surface of the conductive fiber or the entire photoelectrode portion, the photoelectrode is a paste coating method It is preferably formed.
  • At least one of the photoelectrode conductive fiber and the counter electrode conductive fiber has a line or ribbon shape, and at least one of the first to fourth fibers is metal wire, metal twisting, or the like. It is preferable that the metal braid (Metal braid).
  • the first fiber and the second fiber is the same fiber connected, the third fiber and the fourth fiber is preferably the same fiber connected, the insulating fiber is glass fiber (Glass fiber), polybenzoxazole fiber ( Polybenzoxazole fiber) or aramid fiber (Arammid fiber) is preferred.
  • the photoelectrode layer is inclined to the first fiber and the second fiber, the photoelectrode conductive fiber and the insulating fiber in a weft, the counter electrode layer is inclined to the third fiber and the fourth fiber, the counter electrode It is preferable to weave the conductive fiber and the insulating fiber with a weft yarn, and the coupling member is a first coupling member for coupling the photoelectrode coupling portion and the electrolyte impregnation layer, and for coupling the counter electrode coupling portion and the electrolyte impregnation layer. It is preferable to include a second coupling member.
  • the present invention by the above configuration, by forming a photoelectrode and a counter electrode separately in the weaving process, by combining them on a cloth or paper by a coupling member such as sewing, it is possible to manufacture a flexible and highly efficient solar cell, which There is an effect that the solar cell can be simply formed by bonding the photoelectrode and the counter electrode to the fabric using a coupling member such as sewing.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to the prior art
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view of the main portion of the dye-sensitized solar cell according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a dye-sensitized solar cell formed by using a cloth in accordance with the present invention
  • FIG. 6 is a perspective view showing a dye-sensitized solar cell formed by using the cloth of silk according to the present invention.
  • the dye-sensitized solar cell according to the present invention is composed of a photoelectrode layer 200, a counter electrode layer 300, and an electrolyte impregnation layer 300.
  • the photoelectrode layer 200 is largely divided into the photoelectrode unit 201 and the photoelectrode coupler 202.
  • the photoelectrode part 201 is formed by weaving the photoelectrode conductive fiber 210 and the first fiber 221 with the photoelectrode 212 formed on the outer surface of the conductive fiber 211.
  • the photoelectrode coupling portion is formed by weaving the second fiber 222 and the insulating fiber 230.
  • the first fibers 221 and the second fibers 222 are inclined, respectively, and it is preferable to weave the photoelectrode conductive fibers 210 and the insulating fibers 230 as wefts.
  • the first fiber 221 and the second fiber 222 may be the same fiber connected.
  • the photoelectrode conductive fiber 210 forming the photoelectrode layer 200 uses a metal wire such as titanium (Ti) or sus in the form of a ribbon or a general line, and the photoelectrode 212 is used outside the photoelectrode conductive fiber 210. Titanium dioxide (TiO 2 ) is applied and formed by a paste coating method such as a doctor blade method.
  • the second fiber 222 for tilting is preferably formed of metal wires such as titanium and sus as the photoelectrode 212 is not formed, but is not limited thereto.
  • the photoelectrode layer 200 is inclined to the first fiber 221 and the second fiber 222.
  • the central portion is formed by weaving the photoelectrode conductive fibers 210 as wefts and the edges with the insulating fibers 230 as wefts. That is, the substantially center portion of the photoelectrode layer 200 becomes the photoelectrode portion 201 as the photoelectrode of the dye-sensitized solar cell, and the edge portion of the photoelectrode layer 200 is sewn as shown in FIG. 3.
  • It is formed of a photoelectrode coupling portion 202 is coupled to the coupling member 500, such as.
  • the photoelectrode coupler 202 is later bonded by the counter electrode coupler 302 and the electrolyte impregnation layer 400 of the counter electrode layer 300 by a coupling member 500 such as sewing or stapler.
  • the battery is complete.
  • the counter electrode layer 300 is largely divided into a counter electrode part 301 and a counter electrode coupling part 302.
  • the counter electrode part 301 is formed by weaving a counter electrode conductive fiber 310 and a third fiber 321 on which the counter electrode is formed on the outer surface of the conductive fiber, and the counter electrode coupling part 302 is an insulating fiber 330.
  • the fourth fiber 322 is formed by weaving.
  • the third fibers 321 and the fourth fibers 322 are each inclined, and it is preferable to weave the counter electrode conductive fibers 310 and the insulating fibers 330 as wefts.
  • the first fiber 321 and the second fiber 322 may be the same fiber connected.
  • the counter electrode conductive fiber 310 forming the counter electrode layer 300 uses a metal wire such as titanium (Ti) or sus in the form of a ribbon or a general line, and platinum, which is a counter electrode, is used outside thereof. It is apply
  • the fourth fiber 322 is formed of a metal wire such as titanium or sus so that the counter electrode is not formed.
  • the counter electrode layer 300 is inclined to the third fiber 321 and the fourth fiber 322.
  • the counter electrode layer 300 is formed by weaving between the counter electrode conductive fibers 310 and the edges of the insulating fibers 330 at approximately the center. That is, the center portion of the counter electrode layer 300 is a counter electrode part 301 as a counter electrode of the dye-sensitized solar cell, and the edge of the counter electrode layer 300 is a coupling member 500 such as sewing. It is formed of a counter electrode coupling portion 302 for coupling.
  • the counter electrode coupling portion 302 is later coupled to the photoelectrode coupling portion 202 and the electrolyte impregnation layer 400 of the photoelectrode layer 200 by a coupling member 500 such as sewing or stapler.
  • the battery is complete.
  • the first fiber 221, the second fiber 222, the third fiber 321, and the fourth fiber 322 may be formed of metal wire, metal twisting, or metal fusing ( Metal braid).
  • the insulating fiber is preferably glass fiber (Glass fiber), polybenzoxazole fiber (Polybenzoxazole fiber) or aramid fiber (Arammid fiber).
  • the electrolyte impregnation layer 400 is formed of paper or cloth, and is coupled between the photoelectrode layer 200 and the counter electrode layer 300, and the photoelectrode layer 200 and the counter electrode layer 300 by a coupling member 500 such as sewing. ), Dye-sensitized solar cell is completed.
  • the electrolyte impregnation layer 400 should contain an electrolyte, and the paper used may be Hanji, etc., and the cloth may be cotton or silk.
  • Hanji, cotton fabric, silk and the like are available because hanji, cotton fabric, silk and the like have excellent ability to contain an electrolyte.
  • the electrolyte impregnation layer 400 is contacted between the photoelectrode layer 200 and the counter electrode layer 300 and is coupled by a coupling member 500 such as sewing.
  • a coupling member 500 such as sewing.
  • the photoelectrode layer 200 is brought into contact with the photoelectrode layer 200, the electrolyte impregnation layer 400, and the counter electrode layer 300.
  • Dye-sensitized by bonding the coupling member 500 to the photoelectrode coupling portion 202 formed on the edge portion of the 200 and the counter electrode coupling portion 302 formed on the counter electrode layer 300 by sewing or the like.
  • the coupling member 500 includes a first member 510 for coupling the photoelectrode coupling part 202 and the electrolyte impregnation layer 400, and a coupling between the counter electrode coupling part 302 and the electrolyte impregnation layer 400. It may be divided into a second coupling member 520.
  • the photoelectrode layer 200 in which the photoelectrode portion 201 and the photoelectrode coupler 202 are formed separately is formed by weaving, and the counter electrode portion 301 and the counter electrode coupler 302 are separately formed.
  • the formed counter electrode layer 300 is separately formed by weaving, and the electrolyte impregnation layer 400 is separately formed and combined by a coupling member 500 such as sewing to form a dye-sensitized solar cell.
  • a coupling member 500 such as sewing to form a dye-sensitized solar cell.
  • coupling member has been described as a stitching or a stapler, any other coupling member may be combined, and it will be obvious that it belongs to the scope of the present invention.
  • the solar cell includes only the photoelectrode layer, the electrolyte impregnation layer, and the counter electrode layer.
  • the photoelectrode layer, the electrolyte impregnation layer, and the counter electrode layer may be sealed by a transparent sealing member.
  • the electrolyte impregnation layer is preferably sealed in the state in which the electrolyte is impregnated.
  • the terminal electrode is connected to the counter electrode layer and the photoelectrode layer, thereby completing a dye-sensitized solar cell.
  • the present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, by forming a photoelectrode and a counter electrode separately by a weaving process, and combining the photoelectrode and a counter electrode with a bonding member such as sewing on a cloth or paper, thereby providing high flexibility and high efficiency. It is possible to manufacture solar cells and to use them in the field of dye-sensitized solar cells in which solar cells are formed by bonding to any fabric by a coupling member.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은, 염료감응형 태양전지에 있어서, 외표면에 광전극이 형성된 광전극 전도성섬유와 제1섬유로 직조된 광전극부와, 절연성섬유와 제2섬유로 직조된 광전극결합부를 포함하는 광전극층; 외표면에 상대전극이 형성된 상대전극 전도성섬유와 제3섬유로 직조된 상대전극부와, 절연성섬유와 제4섬유로 직조된 상대전극결합부를 포함하는 상대전극층; 종이 또는 천으로 형성되고, 상기 광전극층과 상대전극층 사이에 형성되며, 전해질이 함침되는 전해질 함침층; 및 상기 광전극층의 광전극결합부 및 상대전극층의 상대전극결합부를 결합시키는 결합부재;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 직조공정으로 광전극 및 상대전극을 따로 형성하고, 이를 천 또는 종이에 바느질 등의 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 유연하면서도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 어느 천에든 광전극 및 상대전극을 바느질 등의 결합부재를 이용하여 결합시킴에 의해 간단하게 태양전지를 형성시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

염료감응형 태양전지
본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직조공정으로 광전극 및 상대전극을 따로 형성하고, 이를 천 또는 종이에 바느질 등의 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 유연하면서도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 어느 천에든 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 태양전지가 형성되는 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.
일반적으로, 염료감응형 태양전지는 염료의 태양광 흡수 능력을 이용하여 화학적으로 발전을 일으키는 태양전지의 일종으로, 도 1에서 보는 바와 같이, 상부유리 기판(101) 위에 음극(103), 염료, 전해질(105), 상대전극(104), 도전성 투명전극(102), 실링용 접착제(106) 및 하부 유리기판(101) 등을 구비하고 있다.
음극(103)은 나노(nano) 다공질막의 형태로 존재하는 TiO2, ZnO, SnO2와 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물 반도체로 구성되어 있고, 이 표면에 단분자 층의 염료가 흡착되어 있다. 태양광이 태양전지에 입사되면, 염료속의 페르미 에너지 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기된다.
이때 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈 자리는 전해질 속의 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 양극인 상대전극(104)으로 이동하여 전자를 제공받게 된다. 이때 양극부의 상대전극(104)은 전해질 속에 있는 이온의 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.
상기의 염료감응형 태양전지의 구성요소 중 상하부유리기판(101)은 표면에 도전성 투명전극(102)이 코팅되어 있다. 상기 도전성 투명전극(102)으로는 주로 불소가 도핑된 산화주석(FTO)이 사용되고 있는데, 이는 FTO가 전해질(105)과의 반응성이 가장 낮아 장시간의 사용에도 안정하기 때문이다.
그리고, 상기 전해질(105)의 외부 누출을 방지하기 위해 도전성 투명전극(102)과 전도성 투명전극(102)을 실링용 접착제(106)를 이용하여 밀봉시킴에 의해 상기 전해질(105)을 일정공간에 수용하는 구조로 형성된다.
그러나, FTO가 코팅된 상하부유리기판(101)을 사용하는 염료감응형 태양전지는 유연성이 없어서, 구부릴 필요가 있는 응용분야에는 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 유연성이 있는 염료감응형 태양전지가 필요한 실정이며 이에 대한 종래기기술로는 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2005-0064566호(공개일자 2005년 06월 29일)에 "구부림이 가능한 태양전지 및 그 제조방법"이 소개되어 있다. 상기 종래기술은 구부림이 가능한 제 1 전도성 기판; 상기 제 1 전도성 기판 상에 형성된 나노입자 산화물층을 포함하는 반도체 전극; 구부림이 가능한 제 2 전도성 기판; 상기 제 2 전도성 기판 형성한 금속층을 포함하는 대향전극; 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 사이에 개재된 전해질 용액; 및 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극을 서로 대향하도록 하고 상기 전해질 용액이 누출되지 않도록 하는 상기 반도체 전극과 상기 대향전극의 외곽을 둘러싸는 투명 필름을 포함하여 구성된다. 그러나 상기 종래기술은 유연성은 있으나, 전해질용액이 소진되는 경우 나노입자산화물층과 백금층이 직접 접촉하게 되는 문제점이 발생할 수도 있으며, 반도체 전극을 형성하기 위해 제1전도성 기판을 따로 형성시켜야 하고 대향전극을 형성하기 위해 제2전도성 기판을 따로 형성시켜야 하는 등 그 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.
다른 종래기술로는 본 출원인에 의해 선출원된 것으로, 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0092727호(공개일자 2013년 08월 21일)에 "섬유를 이용한 염료 감응형 유연 태양전지"가 소개되어 있다. 상기 종래기술은 나노섬유로 형성된 섬유층과; 상기 섬유층의 일측면에 형성되는 전도성 전극층과; 상기 전도성 전극층상에 형성되는 광전극층과; 상기 섬유층의 타측면에 형성되는 상대전극층과; 상기 섬유층과, 상기 전도성 전극층과, 상기 상대전극층과, 상기 광전극층을 내부에 포함하여 외부로 부터 밀봉시키는 실링부재; 그리고, 상기 섬유층에 함침된 전해질;로 구성되어, 유연성이 있으며 외부의 압력에 의해서도 전해질이 외부로 누출되지 않는 구조를 가지는 장점은 있다.
그러나 상기 종래기술은 전해질이 함침되는 섬유층에 따로이 광전극층, 상대전극층을 형성시켜야 하는바 제조 공정이 복잡하고 비효율적이라는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 직조공정으로 광전극 및 상대전극을 따로 형성하고, 이를 천 또는 종이에 바느질 등의 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 유연하면서도 고효율의 태양전지 제조가 가능하며, 어느 천에든 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 태양전지가 형성되는 염료감응형 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 외표면에 광전극이 형성된 광전극 전도성섬유와 제1섬유로 직조된 광전극부와, 절연성섬유와 제2섬유로 직조된 광전극결합부를 포함하는 광전극층; 외표면에 상대전극이 형성된 상대전극 전도성섬유와 제3섬유로 직조된 상대전극부와, 절연성섬유와 제4섬유로 직조된 상대전극결합부를 포함하는 상대전극층; 종이 또는 천으로 형성되고, 상기 광전극층과 상대전극층 사이에 형성되며, 전해질이 함침되는 전해질 함침층; 및 상기 광전극층의 광전극결합부 및 상대전극층의 상대전극결합부를 결합시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지에 의해 달성된다.
여기서, 상기 광전극 전도성섬유 및 상기 상대전극 전도성섬유 중 적어도 어느 하나는 티타늄(Ti) 또는 서스(SUS)가 되며, 상기 상대전극부는 백금, 탄소재, 전도성고분자 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, 상기 상대전극부의 도포는 페이스트 도포 방법 또는 전해도금을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광전극은 염료가 함침된 이산화티탄(TiO2)이며, 상기 광전극은 전도성섬유의 외표면에만 형성되거나 또는 광전극부 전체에 형성되는 것이 바람직하며, 상기 광전극은 페이스트 도포 방법으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광전극 전도성섬유 및 상기 상대전극 전도성섬유 중 적어도 어느 하나는 선 또는 리본 형상이며, 상기 제1섬유 내지 상기 제4섬유 중 적어도 어느 하나는 금속와이어(Metal wire), 금속연사(Metal twisting) 또는 금속합사(Metal braid)인 것이 바람직하다.
상기 제1섬유와 상기 제2섬유는 연결된 동일한 섬유이며, 상기 제3섬유와 상기 제4섬유는 연결된 동일한 섬유인 것이 바람직하며, 상기 절연성섬유는 유리섬유(Glass fiber), 폴리벤즈옥사졸섬유(Polybenzoxazole fiber) 또는 아라미드섬유(Arammid fiber)인 것이 바람직하다.
상기 광전극층은 상기 제1섬유 및 상기 제2섬유를 경사로, 상기 광전극 전도성섬유 및 상기 절연성섬유를 위사로 직조하며, 상기 상대전극층은 상기 제3섬유 및 상기 제4섬유를 경사로, 상기 상대전극 전도성섬유 및 상기 절연성섬유를 위사로 직조하는 것이 바람직하며, 상기 결합부재는 상기 광전극결합부와 상기 전해질함침층을 결합하는 제1결합부재 및 상기 상대전극결합부와 상기 전해질함침층을 결합하는 제2결합부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 직조공정으로 광전극 및 상대전극을 따로 형성하고, 이를 천 또는 종이에 바느질 등의 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 유연하면서도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 어느 천에든 광전극 및 상대전극을 바느질 등의 결합부재를 이용하여 결합시킴에 의해 간단하게 태양전지를 형성시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 염료감응형 태양전지의 개략단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지의 요부 종단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 천을 면직으로 하여 형성된 염료감응형 태양전지의 사시사진을 나타낸 도이고,
도 6은 본 발명에 따른 천을 실크로 하여 형성된 염료감응형 태양전지의 사시사진을 나타낸 도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 염료감응형 태양전지는 크게 광전극층(200)과, 상대전극층(300)과, 전해질 함침층(300)으로 구성된다.
먼저 광전극층(200)에 대해 설명하는바, 광전극층(200)은 크게 광전극부(201)와 광전극결합부(202)로 나뉘게 된다. 광전극부(201)는 전도성섬유(211)의 외표면에 광전극(212)이 형성된 광전극 전도성섬유(210)와, 제1섬유(221)가 직조되어 형성된다. 또한 광전극결합부는 제2섬유(222)와 절연성섬유(230)를 직조함에 의해 형성된다. 이때 제1섬유(221) 및 제2섬유(222)를 각각 경사로 하고, 광전극 전도성섬유(210)와 절연성섬유(230)를 위사로 하여 직조하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 제1섬유(221) 및 제2섬유(222)는 연결된 동일한 섬유가 될 수 있다.
광전극층(200)을 형성하는 광전극 전도성섬유(210)는 리본 또는 일반적 선 형태로 내부는 티타늄(Ti), 서스(sus) 등의 금속와이어를 사용하고, 그 외부에는 광전극(212)인 이산화티탄(TiO2)이 닥터 블레이드 방법 등의 페이스트 도포 방법으로 도포되어 형성된다. 그리고 경사용인 제2섬유(222)는 광전극(212)이 형성되지 않은 형태로 티타늄, 서스 등의 금속 와이어로 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
광전극층(200)은 제1섬유(221) 및 제2섬유(222)를 경사로 하고. 대략 중앙부위에는 광전극 전도성섬유(210)를 위사로 하고 가장자리는 절연성섬유(230)를 위사로 하여 상호 간에 직조함에 의해 형성된다. 즉, 광전극층(200)의 대략 중앙부분은 염료감응형 태양전지의 광전극이 되는 부분으로 광전극부(201)가 되고, 광전극층(200)의 가장자리부분은 도 3에 도시된 바와 같이 바느질 등의 결합부재(500)가 결합되는 광전극결합부(202)로 형성된다. 광전극결합부(202)는 후에 상대전극층(300)의 상대전극결합부(302) 및 전해질함침층(400)과 바느질 또는 스태플러 등의 결합부재(500)에 의해 결합됨에 의해 염료감응형 태양전지가 완성된다.
상대전극층(300)은 크게 상대전극부(301)와 상대전극결합부(302)로 나뉘게 된다. 상대전극부(301)는 전도성섬유의 외표면에 상대전극이 형성된 상대전극 전도성섬유(310)와 제3섬유(321)가 직조되어 형성되며, 상대전극결합부(302)는 절연성섬유(330)와 제4섬유(322)를 직조하여 형성된다. 여기서, 제3섬유(321) 및 제4섬유(322)를 각각 경사로 하고, 상대전극 전도성섬유(310)와 절연성섬유(330)를 위사로 하여 직조하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 제1섬유(321) 및 제2섬유(322)는 연결된 동일한 섬유가 될 수 있다.
상대전극층(300)을 형성하는 상대전극 전도성섬유(310)는 리본 또는 일반적 선 형태로 내부는 티타늄(Ti), 서스(sus) 등의 금속와이어를 사용하고, 그 외부에는 상대전극인 백금 등이 닥터 블레이드 방법 등의 페이스트 도포 방법 또는 전해도금에 의해서 도포되어 형성된다. 그리고 제4섬유(322)는 상대전극이 형성되지 않은 형태로 티타늄, 서스 등의 금속 와이어로 구성된다.
상대전극층(300)은 제3섬유(321) 및 제4섬유(322)를 경사로 하고. 대략 중앙부위에는 상대전극 전도성섬유(310)를 위사로 하고 가장자리는 절연성섬유(330)를 위사로 하여 상호 간에 직조함에 의해 상대전극층(300)이 형성된다. 즉, 상대전극층(300)의 대략 중앙부분은 염료감응형 태양전지의 상대전극이 되는 부분으로 상대전극부(301)가 되고, 상대전극층(300)의 가장자리부분은 바느질 등의 결합부재(500) 결합을 위한 상대전극결합부(302)로 형성된다. 상대전극결합부(302)는 후에 광전극층(200)의 광전극결합부(202) 및 전해질함침층(400)과 바느질 또는 스태플러 등의 결합부재(500)에 의해 결합됨에 의해 염료감응형 태양전지가 완성된다.
여기서 제1섬유(221), 제2섬유(222), 제3섬유(321) 및 제4섬유(322) 중 적어도 어느 하나는 금속와이어(Metal wire), 금속연사(Metal twisting) 또는 금속합사(Metal braid)인 것이 바람직하다. 또한 절연성섬유는 유리섬유(Glass fiber), 폴리벤즈옥사졸섬유(Polybenzoxazole fiber) 또는 아라미드섬유(Arammid fiber)인 것이 바람직하다.
전해질함침층(400)은 종이 또는 천으로 형성되고, 광전극층(200)과 상대전극층(300) 사이에 결합되며, 바느질 등의 결합부재(500)에 의해 광전극층(200)과 상대전극층(300)과 결합되어 염료감응형 태양전지가 완성된다.
전해질 함침층(400)은 전해질을 함유하여야 하는바, 사용되는 종이로는 한지 등이 사용가능하며, 천으로는 면직물 또는 실크 등이 사용 가능하다. 한지, 면직물, 실크 등이 사용가능한 이유는 한지, 면직물, 실크 등이 전해질을 함유하는 능력이 뛰어나다는 점 때문이다.
그리고 전해질 함침층(400)은 광전극층(200)과 상대전극층(300) 사이에 접촉되어 바느질 등의 결합부재(500)에 의해 결합된다. 광전극층(200)과 전해질함침층(400)과 상대전극층(300)을 따로 형성시킨 후, 광전극층(200)과 전해질함침층(400)과 상대전극층(300)을 접촉시킨 상태에서, 광전극층(200)의 가장자리부분에 형성된 광전극결합부(202) 및 상대전극층(300)에 형성된 상대전극결합부(302)에 바느질 등에 의해 결합부재(500)를 형성시키는 방법으로 상호 간에 결합시켜 염료감응형 태양전지를 형성시킨다. 이때 결합부재(500)는, 광전극결합부(202)와 전해질함침층(400)을 결합하는 제1부재(510)와, 상대전극결합부(302)와 전해질함침층(400)을 결합하는 제2결합부재(520)로 나누어질 수도 있다.
이상에서와 같이 광전극부(201)와 광전극결합부(202)가 따로 형성된 광전극층(200)을 직조에 의해 따로 형성시키고, 상대전극부(301)와 상대전극결합부(302)가 따로 형성된 상대전극층(300)을 직조에 의해 따로 형성시키며, 전해질 함침층(400)을 따로 형성시켜 이를 바느질 등의 결합부재(500)에 의해 결합시켜 염료감응형 태양전지를 형성시킨다. 이에 의해 유연하면서도 고효율의 태양전지 제조가 가능하며, 어느 천 또는 종이에 바느질에 의해 결합함에 의해 간단한 공정에 의해 태양전지의 제조가 가능하다. 본 발명을 통해 제조된 태양전지는 도 5 및 도 6에서 확인할 수 있다.
상기에서 결합부재는 바느질 또는 스태플러로 설명하였으나, 기타 다른 결합이 가능한 부재로 결합하여도 무방하며 본 발명의 범주에 속함은 자명하다 할 것이다.
그리고, 상기에서는 광전극층과 전해질 함침층 및 상대전극층 만으로 태양전지를 구성하는 것으로 설명하였으나, 광전극층과 전해질 함침층 및 상대전극층을 투명한 밀봉부재에 밀봉하여 사용하여도 무방하다. 이때 전해질 함침층에는 전해질이 함침된 상태에서 밀봉되는 것이 바람직하다.
여기서 상대전극층과 광전극층에는 단자전극이 연결되어 염료감응형 태양전지가 완성된다.
본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직조공정으로 광전극 및 상대전극을 따로 형성하고, 이를 천 또는 종이에 바느질 등의 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 유연하면서도 고효율의 태양전지 제조가 가능하고, 어느 천에든 결합부재에 의해 결합시킴에 의해 태양전지가 형성되는 염료감응형 태양전지 분야에 이용가능하다.

Claims (15)

  1. 외표면에 광전극이 형성된 광전극 전도성섬유와 제1섬유로 직조된 광전극부와, 절연성섬유와 제2섬유로 직조된 광전극결합부를 포함하는 광전극층;
    외표면에 상대전극이 형성된 상대전극 전도성섬유와 제3섬유로 직조된 상대전극부와, 절연성섬유와 제4섬유로 직조된 상대전극결합부를 포함하는 상대전극층;
    종이 또는 천으로 형성되고, 상기 광전극층과 상대전극층 사이에 형성되며, 전해질이 함침되는 전해질 함침층; 및
    상기 광전극층의 광전극결합부 및 상대전극층의 상대전극결합부를 결합시키는 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광전극 전도성섬유 및 상기 상대전극 전도성섬유 중 적어도 어느 하나는 티타늄(Ti) 또는 서스(SUS)가 되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상대전극부는 백금, 탄소재, 전도성고분자 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 통해 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 상대전극부의 도포는 페이스트 도포 방법 또는 전해도금을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광전극은 염료가 함침된 이산화티탄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광전극은 전도성섬유의 외표면에만 형성되거나 또는 광전극부 전체에 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  7. 제5항에 있어서, 상기 광전극은 페이스트 도포 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광전극 전도성섬유 및 상기 상대전극 전도성섬유 중 적어도 어느 하나는 선 또는 리본 형상인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1섬유 내지 상기 제4섬유 중 적어도 어느 하나는 금속와이어(Metal wire), 금속연사(Metal twisting) 또는 금속합사(Metal braid)인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1섬유와 상기 제2섬유는 연결된 동일한 섬유인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제3섬유와 상기 제4섬유는 연결된 동일한 섬유인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 절연성섬유는 유리섬유(Glass fiber), 폴리벤즈옥사졸섬유(Polybenzoxazole fiber) 또는 아라미드섬유(Arammid fiber)인 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 광전극층은 상기 제1섬유 및 상기 제2섬유를 경사로, 상기 광전극 전도성섬유 및 상기 절연성섬유를 위사로 직조하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 상대전극층은 상기 제3섬유 및 상기 제4섬유를 경사로, 상기 상대전극 전도성섬유 및 상기 절연성섬유를 위사로 직조하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 결합부재는 상기 광전극결합부와 상기 전해질함침층을 결합하는 제1결합부재 및 상기 상대전극결합부와 상기 전해질함침층을 결합하는 제2결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.
PCT/KR2015/006335 2014-07-07 2015-06-23 염료감응형 태양전지 WO2016006843A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0084743 2014-07-07
KR1020140084743A KR101514287B1 (ko) 2014-07-07 2014-07-07 직조된 전극이 천에 결합되어 형성되는 염료감응형 태양전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016006843A1 true WO2016006843A1 (ko) 2016-01-14

Family

ID=53053845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/006335 WO2016006843A1 (ko) 2014-07-07 2015-06-23 염료감응형 태양전지

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101514287B1 (ko)
WO (1) WO2016006843A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012545A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Sony Corp 色素増感光電変換素子、色素増感光電変換素子の製造方法、光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システム
KR20100002441A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 경성대학교 산학협력단 티타늄 튜브와 와이어 메쉬 구조물이 포함되는 염료 감응형태양전지
KR20110105190A (ko) * 2010-03-18 2011-09-26 국민대학교산학협력단 산화 아연 나노구조체를 구비한 반도체 소자 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
JP2012064550A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Fujikura Ltd 色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池付き表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012545A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Sony Corp 色素増感光電変換素子、色素増感光電変換素子の製造方法、光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システム
KR20100002441A (ko) * 2008-06-30 2010-01-07 경성대학교 산학협력단 티타늄 튜브와 와이어 메쉬 구조물이 포함되는 염료 감응형태양전지
KR20110105190A (ko) * 2010-03-18 2011-09-26 국민대학교산학협력단 산화 아연 나노구조체를 구비한 반도체 소자 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
JP2012064550A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Fujikura Ltd 色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池付き表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101514287B1 (ko) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mo et al. An overview of fiber‐shaped batteries with a focus on multifunctionality, scalability, and technical difficulties
US8268661B2 (en) Sealing laminated sheet for electronic device and electronic device production method using same
US8299352B2 (en) Dye-sensitized solar cell using conductive fiber electrode
CN103066314B (zh) 一种织物形态的聚合物电池及其制备方法
JPH04306562A (ja) 三次元組織構造を有する電池用素材
US10199180B2 (en) Fabric supercapacitor
CN113036096B (zh) 具有双功能保护层的水系锌锰电池纤维及其制备方法
KR20140139127A (ko) 복합 기판을 포함하는 염료 감응형 태양 전지
WO2013122285A1 (ko) 섬유를 이용한 염료 감응형 유연 태양전지
Yun et al. Three-dimensional textile platform for electrochemical devices and its application to dye-sensitized solar cells
WO2016006843A1 (ko) 염료감응형 태양전지
KR20140093791A (ko) 섬유직조를 이용한 염료감응형 태양전지
KR101554992B1 (ko) 섬유직조체를 포함하는 염료감응형 태양전지
KR101678172B1 (ko) 편조물을 이용한 직조형 염료감응형 태양전지
CN107251268A (zh) 电池单体组件
KR101712212B1 (ko) 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법
CN105186044A (zh) 一种包芯纱电极制备方法
WO2018221776A1 (ko) 섬유기반의 직물형 염료감응 태양전지 및 상기 섬유기반의 직물형 염료감응 태양전지 제조 방법
JP2012031526A (ja) 炭素繊維多重織布及びその製造方法並びにシート状燃料電池
KR101827929B1 (ko) 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판의 제조방법, 이로부터 제조된 직물형 염료감응 태양전지의 전극용 직물형 금속기판 및 이를 구비한 직물형 염료감응 태양전지
KR20160109799A (ko) 복수의 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지
KR102310354B1 (ko) 전극을 삽입가능한 염료감응형 태양전지
KR102208649B1 (ko) 적층형 유기 태양전지 및 그 제조방법
CN215184074U (zh) 汗液激发的线状电池及可发电织物
CN215041020U (zh) 一种耐磨型印花面料

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15819198

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15819198

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1