KR101422509B1 - Metal flexible dye-sensitized solar cell with texturing azo glass transparent electrode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 염료감응 태양전지(DYE-SENSITIZED SOLAR CELL) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 은(Argentum, 이하, "Ag" 라 총칭함)을 코팅 또는 증착한 후, 레이저 또는 열각인으로 패터닝하며, 상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnatron Sputtering)을 이용하여 제조되고 표면 구조화(Texturing)를 위해 AZO 글래스를 증착 또는 코팅한 후, 상기 제1 고분자 플라스틱 기판의 후면 상에, 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나가 코팅된 제1 배리어층을 코팅하여 상부전극기판을 제조하며; 제2 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 스텐레이스 스틸(SUS: Stainless Use Steel) 박막을 코팅한 후,상기 스텐레이스 스틸 박막의 전면의 상부 상에 금속층이 코팅되어 유연한 필름 형태로 적용될 수 있게 플렉시블 금속기판을 적용한 후, 상기 금속층을 이산화티타니아(이하, "TiO2" 라 총칭함), SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 코팅된 제2 배리어층을 코팅하고, 상기 제2 배리어층의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층을 코팅한 후, 다양한 칼라 유기염료 및 다양한 칼라 무기염료를 적용하여 하부전극기판을 제조하고; 상기 상부전극기판과 하부전극기판 사이에 전해질을 주입한 후, 실링 재료로 이중 실링하고, 에틸렌 아세테이트 비닐(Ethylene Vinyl Acetate, 이하, "EVA" 라 총칭함)로 마감한 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[0001] The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a dye-sensitized solar cell, Is patterned by laser or thermal stamping, and is fabricated using RF Magnetron Sputtering on top of the patterned Ag and deposited or coated with AZO glass for surface texturing Then, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 A first barrier layer coated on the first barrier layer to form an upper electrode substrate; A stainless steel thin film is coated on the upper surface of the second polymer plastic substrate and then a metal layer is coated on the upper surface of the stainless steel thin film to be applied as a flexible film, After applying the metal substrate, the metal layer is made of titanium dioxide (hereinafter referred to as "TiO 2 " ), SiO 2 , or a transparent carbon-based thin film on the upper surface of the second barrier layer, and a second barrier layer coated with one of TiO 2 After coating the nanoparticle layer, various color organic dyes and various color inorganic dyes are applied to produce a lower electrode substrate; An electrolyte is injected between the upper electrode substrate and the lower electrode substrate, and the surface-structured AZO glass transparent electrode, which is double sealed with a sealing material and closed with ethylene-vinyl acetate (hereinafter referred to as EVA) The present invention relates to a metal-flexible dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same.
화석 연료의 지속적인 사용으로 인한 지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두되고 있다. 또한 우라늄의 사용은 방사능의 오염 및 핵폐기물 처리 시설과 같은 문제를 일으키고 있다. 이에 따라 대체 에너지에 대한 요구 및 연구가 진행되고 있는데, 그 중 대표적인 것이 태양 에너지를 이용하는 태양 전지이다.Environmental problems such as global warming caused by continuous use of fossil fuels are emerging. The use of uranium is also causing problems such as radioactive contamination and nuclear waste disposal facilities. As a result, demand for and research on alternative energy is underway, and a representative example of the alternative energy is solar cells using solar energy.
태양 전지란 빛이 조사되었을 때 전자와 정공을 발생시키는 광-흡수 물질을 사용하여 직접적으로 전기를 생산하는 소자를 의미한다. 1839년 프랑스의 물리학자 Becquerel이 최초로 빛으로 유도된 화학적 반응이 전류를 발생시킨다는 광기전력을 발견하였고, 그 후 셀레늄과 같은 고체에서도 유사한 현상이 발견된 사실에 기인한다. 그후 1954년 Bell 연구소에서 약 6%의 광전 변환효율을 보인 실리콘계열의 태양전지가 최초로 개발된 이후에 무기 실리콘을 중심으로 태양 전지의 연구가 계속되었다.A solar cell is a device that produces electricity directly using light-absorbing materials that generate electrons and holes when light is irradiated. In 1839, the French physicist Becquerel first discovered the photovoltaic that a light-induced chemical reaction generates an electric current, and then a similar phenomenon was found in solids such as selenium. Then, in 1954, after the first silicon-based solar cell with a photoelectric conversion efficiency of about 6% was developed by Bell Labs, research on solar cells continued with inorganic silicon.
이와 같은 무기계 태양 전지 소자는 실리콘과 같은 무기물 반도체의 p-n 접합으로 이루어진다. 태양 전지의 소재로 사용된 실리콘은 크게 단결정 또는 다결정 실리콘과 같은 결정 실리콘 계열과 비정질 실리콘 계열로 구분될 수 있다. 이 중 결정 실리콘계열은 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하는 에너지 전환효율이 비정질 실리콘계열에 비하여 우수하지만 결정을 성장시키기 위하여 소용되는 시간과 에너지로 인하여 생산성이 떨어진다.Such an inorganic solar cell element is made of a p-n junction of an inorganic semiconductor such as silicon. The silicon used as the material of the solar cell can be roughly classified into a crystalline silicon type such as a single crystal or a polycrystalline silicon and an amorphous silicon type. Among them, the crystalline silicon series is superior to the amorphous silicon series in energy conversion efficiency of converting solar energy into electric energy, but productivity is lowered due to time and energy consumed to grow crystals.
이와 같은 문제점으로 실리콘을 대신하여 유기물질의 광기전 현상을 이용한 태양전지 소자에 대한 연구가 시도된 바 있다. 유기물 광기전 현상이란 유기물질에 빛을 조사하면 광자(Photon)를 흡수하여 전자(Electron)-정공(Hole) 쌍이 생성되어 이를 분리하여 각각 음극 및 양극으로 전달하고 이와 같은 전하의 흐름에 의하여 전류를 발생시키는 현상이다. 즉, 통상적으로 유기계 태양전지에 있어서 도너(Electron Donor)와 억셉터(Electron Acceptor) 물질의 접합구조로 이루어진 유기물질에 빛을 조사하였을 때 도너에서 전자-정공쌍이 형성되고 억셉터로 전자가 이동함으로써 전자-정공의 분리가 이루어진다. 이와 같은 과정을 통상 "빛에 의한 전하 캐리어(Charge Carrier)의 여기" 또는 "광여기 전하 이동현상(Photoinduced Charge Transfer, PICT)"라고 하는데, 빛에 의하여 생성된 캐리어들은 전자-정공으로 분리되고 외부 회를 통하여 전력을 생산하게 된다.As a result, studies have been made on photovoltaic devices using photoconductive phenomena of organic materials instead of silicon. Organic matter Photon phenomenon is a phenomenon in which when an organic material is irradiated with light, a photon is absorbed to generate an electron-hole pair, which is separated and transferred to a cathode and an anode, . That is, when light is irradiated onto an organic material having a bonding structure of an electron donor and an acceptor material in an organic solar cell, electrons are transferred from the donor to the acceptor Electron-hole separation is performed. Such a process is generally referred to as "excitation of a charge carrier by light" or "photoinduced charge transfer (PICT)", wherein the carriers generated by light are separated into electron- The power is produced through the circuit.
그런데 통상적인 유기물질을 이용한 태양전지의 경우에 에너지 전환효율이 떨어지고 내구성에도 문제가 있었으나, 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 연구팀에 의하여 염료를 감광제로 이용하여 광전기화학형의 태양전지인 염료감응 태양전지가 개발된 바 있다. 그라첼 등에 의하여 제안된 광전기화학형의 태양전지는 감광성 염료 분자와 나노 입자의 이산화티탄으로 이루어지는 산화물 반도체를 이용한 광전기 화학형 태양 전지이다. 즉, 염료감응 태양전지라 하면 투명 전극과 금속 전극 사이에 염료가 흡착된 산화티타늄과 같은 무기 산화물층에 전해질을 삽입하여 광전기화학 반응을 이용하여 제조되는 태양전지이다. 일반적으로 염료감응 태양전지는 2가지 전극(광전극과 대향전극)과, 무기 산화물, 염료 및 전해질로 구성되어 있는데, 염료감응 태양전지는 환경적으로 무해한 물질/재료를 사용하기 때문에 환경친화적이고, 기존의 무기 태양전지 중 비정질 실리콘 계열의 태양전지에 버금가는 10% 정도의 높은 에너지 전환효율을 가지고 있고, 제조단가가 실리콘 태양전지의 20% 정도에 불과하여 상업화의 가능성이 매우 높은 것으로 보고된 바 있다.However, in the case of a solar cell using a conventional organic material, the energy conversion efficiency was low and the durability was also problematic. However, in 1991, the Gratzel research team in Switzerland used a dye as a photosensitizer, Solar cells have been developed. The photochemical solar cell proposed by Gratel et al. Is a photoelectrochemical solar cell using an oxide semiconductor consisting of photosensitive dye molecules and titanium dioxide of nanoparticles. That is, a dye sensitized solar cell is a solar cell manufactured by using a photoelectrochemical reaction by inserting an electrolyte into an inorganic oxide layer such as titanium oxide in which a dye is adsorbed between a transparent electrode and a metal electrode. Generally, a dye-sensitized solar cell is composed of two electrodes (a light electrode and a counter electrode), an inorganic oxide, a dye and an electrolyte. Since the dye-sensitized solar cell uses environmentally harmful substances / It has been reported that the conventional inorganic solar cells have a high energy conversion efficiency as high as 10% compared to amorphous silicon solar cells, and the manufacturing cost is only about 20% of the silicon solar cell, have.
일반적으로 염료감응 태양전지의 구조는 하층으로부터 유리기판, 제1 투명 전극, 염료가 흡착된 무기 산화물층, 전해질층, 제2 투명전극 및 상부기판 등을 구비하고 있다. 무기 산화물층은 나노(Nano) 다공질막의 형태로 존재하는 TiO2, ZnO, SnO2와 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물 반도체로 구성되어 있고, 이 표면에 단분자 층의 염료가 흡착되어 있다.Generally, the structure of a dye-sensitized solar cell includes a glass substrate, a first transparent electrode, an inorganic oxide layer on which a dye is adsorbed, an electrolyte layer, a second transparent electrode, and an upper substrate from the lower layer. The inorganic oxide layer is composed of an n-type oxide semiconductor having a wide bandgap such as TiO 2 , ZnO, and SnO 2 present in the form of a nano porous film, and a monomolecular dye is adsorbed on the surface.
염료감응 태양전지의 원리를 설명하면 다음과 같다. 태양광이 태양전지에 입사되면, 염료(Dye)의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위 전자는 광에너지를 흡수하여 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위로 여기되며 이것은 무기 산화물층(Conduction Band, CB)으로 빠르게 주입되어 전도전자를 형성한다. 이때 전자가 빠져나간 염료의 HOMO 준위 빈 자리는 전해질층 속의 이온(I-)이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다.The principle of the dye-sensitized solar cell will be described as follows. When the sunlight is incident on the solar cell, the HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) level electrons of the dye (Dye) absorb the light energy and are excited to LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) To form conduction electrons. At this time, the HOMO level vacancies of the dyes in which the electrons have escaped are replenished by providing electrons in the electrolyte layer (I-).
즉, 태양광이 입사함에 따라 무기 산화물층 쪽으로는 전도전자가 쌓이는 동시에 전해질층 쪽은 점점 전자가 모자라는 상태, 즉 정공이 누적되는 것으로 해석할 수 있으며 외부부하가 걸릴 때 누적 캐리어(Carrier)로 인해 기전력이 형성된다고 볼 수 있다.That is, as the sunlight is incident, conduction electrons accumulate toward the inorganic oxide layer, while electrons in the electrolyte layer gradually accumulate. That is, accumulation of holes can be interpreted as accumulation. When the external load is applied, It can be said that electromotive force is formed.
종래의 염료감응 태양전지의 제조 방법을 구체적으로 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부전극기판(10)은 유리기판(11) 상에 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)나 ITO의 제1 투명전극(12)을 증착한 후, 그 위에 TiO2 콜로이드 용액을 도포한 후 대략 450℃ 이상의 온도에서 소결(Sintering)하여 TiO2 박막(13)을 코팅한다. 본 과정은 반복적으로 수행하여 원하는 무기 산화물층의 두께나 상태를 조절하게 된다. 이어서 염료(Dye) 용액에 약 2~3일 정도 담가두어 TiO2 입자 표면에 염료가 착색되어 염료층(14)을 형성시킨다. 한편, 상부전극기판(20)은 유리기판(21)에 상에 백금(Pt) 등을 일반 스퍼터링(Sputtering) 방법을 통해 코팅하여 제1 투명전극(22)을 증착한 후, 전해질(30) 주입용 홀을 형성한다. 이후, 상기 하부전극기판(10)과 상부전극기판(20)은 고분자 패키징 재료(40)를 이용하여 접합된 후 미리 만들어진 홀을 통해 양극물질로 전해질(30)이 주입되고 봉합함으로써 완성된다.1, a
이러한 염료감응 태양전지는 저가의 원료 및 손쉬운 제작 방법으로 인해 기존 실리콘 태양전지의 4분의 1수준의 생산비로 제작이 가능하며 경량, 박막화, 투명성 및 여러 가지 색상의 구현가능성 등으로 인해 다양한 응용 분야에 적용할 수 있다. 또한, 염료감응 태양전지는 자체의 유연성을 가지고 있어 적절한 유연성 투명전극이 구현될 경우 플렉서블 태양전지의 구현이 가능하다. These dye-sensitized solar cells can be manufactured at a cost of 1/4 of that of conventional silicon solar cells due to low-cost raw materials and easy production methods. Due to their light weight, thinness, transparency and various colors, . In addition, the dye-sensitized solar cell has its own flexibility, so that a flexible solar cell can be realized when an appropriate flexible transparent electrode is realized.
특히 휴대 장치를 위한 염료감응 태양전지는 움직이는 동력원으로서 경량 및 유연성이 필수적인 요구 특성으로 볼 수 있으며 염료감응 태양전지는 자체의 유연성을 가지고 있음으로 적절한 유연성 투명전극이 구현될 경우 플렉서블(Flexible) 태양전지의 구현이 가능하다.In particular, dye-sensitized solar cells for portable devices can be regarded as light-weight and flexible as essential power sources for moving. Dye-sensitized solar cells have their own flexibility, so when flexible electrodes are implemented, flexible solar cells Can be implemented.
하지만 현재 염료감응 태양전지 제조기술상 고온의 소결(Sintering)과정이 요구되므로 플라스틱 같은 유연성 기판 및 전도성 폴리머 등의 투명전극을 사용하기 곤란하다. 따라서 현재 대부분의 염료감응 태양전지는 유리기판의 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 산화물계열 투명전극을 사용하고 있다.However, since a high-temperature sintering process is required at present in the dye-sensitized solar cell manufacturing technology, it is difficult to use transparent electrodes such as flexible substrates and conductive polymers such as plastic. Therefore, most dye-sensitized solar cells currently use oxide-based transparent electrodes such as ITO (Indium Tin Oxide) on a glass substrate.
최근 저온 소결(약 150℃ 미만)이 가능한 무기 산화물층이 개발되어 상용 전도성 플라스틱 기판 등의 사용이 가능하나 이 경우 광전 변환효율의 감소를 감수해야 한다. 또한 투명 상부전극기판은 ITO 기판에 비교하여 낮은 투과도 및 전도도 특성으로 인해 추가적인 광전 변환효율 감소를 예상할 수 있다. 따라서 광전 변환효율이 높은 플렉시블 염료감응 태양전지의 구현에는 상당한 어려움이 있다.In recent years, an inorganic oxide layer capable of low temperature sintering (less than about 150 ° C) has been developed, so that a commercially available conductive plastic substrate can be used. In this case, however, reduction in photoelectric conversion efficiency is required. Further, the transparent upper electrode substrate can be expected to further decrease the photoelectric conversion efficiency due to the low transmittance and conductivity characteristics as compared with the ITO substrate. Therefore, it is difficult to realize a flexible dye-sensitized solar cell having a high photoelectric conversion efficiency.
이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이 한국 등록특허 제10-1200766호이다. 상기 선행특허는 유리 또는 플라스틱으로 형성된 제1 기판(110) 및 제2 기판(180)과; 상기 제1 기판(110) 및 제2 기판(180) 상에 ITO 또는 FTO로 형성된 제1 투명도전막(120) 및 제2 투명도전막(170)과; 상기 제1 투명도전막(120) 상에 산화마그네슘(MgO)을 이-빔 이바퍼레이터(E-BEAM Evaporater)로 500Å~5,000Å의 두께로 증착한 후 결정화하여 형성되는 차단층(130)과; 상기 차단층(130) 상에 타이타늄(Ti) 산화물 또는 지르코늄(Zr) 산화물로 형성된 다공질막(140)과; 상기 제2 투명도전막(170) 상에 카본블랙, 탄소나노튜브 또는 백금 중 어느 한 물질로 형성된 도전층(160); 및 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(180) 간에 격벽에 의해 밀봉되며, 요오드계 산화-환원 액체 전해질로 이루어진 전해질층(150);을 포함하고, 상기 이-빔 이바퍼레이터는 아래의 조건에서 산화마그네슘을 제1 투명도전막(120) 상에 증착한 후 결정화시키는 것을 특징으로 한다.Korean Patent No. 10-1200766 has been developed to solve these problems. The prior art includes a
그러나, 선행특허는 높은 광전 변환효율을 구현하기에 한계성을 보인다. 또한, 액체 전해질 등이 주입되었으나, 시간이 지나면, 주입된 액체 전해질이 누수되는 전해질 누수현상으로 인하여 내구성이 불안전하게 되는 등의 문제점이 발생되었다.
However, the prior art shows a limit to realize high photoelectric conversion efficiency. Further, although a liquid electrolyte or the like has been injected, a problem has arisen that, after a lapse of time, durability is insecure due to electrolytic water leakage, in which the injected liquid electrolyte leaks.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 제1 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 Ag를 코팅 또는 증착한 후, 레이저 또는 열각인으로 패터닝하며, 상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스를 증착 또는 코팅한 후, 상기 제1 고분자 플라스틱 기판의 후면 상에, 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나가 코팅된 제1 배리어층을 코팅하여 상부전극기판을 제조하며; 제2 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 스텐레이스 스틸 박막을 코팅한 후, 상기 스텐레이스 스틸 박막의 전면의 상부 상에 금속층이 코팅되어 유연한 필름 형태로 적용될 수 있게 플렉시블 금속기판을 적용한 후, 상기 금속층을 TiO2, SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 코팅된 제2 배리어층을 코팅하고, 상기 제2 배리어층의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층을 코팅한 후, 다양한 칼라 유기염료 및 다양한 칼라 무기염료를 적용하여 하부전극기판을 제조하고; 상기 상부전극기판과 하부전극기판 사이에 전해질을 주입한 후, 실링 재료로 이중 실링하고, EVA로 3중 실링하여 다수의 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 셀을 형성하고, 이렇게 형성된 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 셀을 직렬 또는 병렬로 결선하여 제조하는 금속 플렉시블 염료감응 태양전지를 실링 재료로 이중 실링하고, EVA로 3중 실링함으로써, 태양전지의 광전 변환효율이 향상되고, 전해질 누수현상이 방지되며, 미세먼지 등의 불순물로부터 보호할 수 있는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid crystal display device in which Ag is coated or deposited on an upper surface of a front side of a first polymer plastic substrate, After the AZO glass is deposited or coated on the upper surface of the first polymer plastic substrate by RF magnetron sputtering for surface structuring, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 A first barrier layer coated on the first barrier layer to form an upper electrode substrate; After coating a stainless steel thin film on the upper surface of the second polymer plastic substrate, applying a flexible metal substrate so that a metal layer is coated on the upper surface of the stainless steel thin film to be applied as a flexible film, A metal layer is coated with a second barrier layer coated with any one of TiO 2 , SiO 2 , or a transparent carbon-based thin film, and TiO 2 After coating the nanoparticle layer, various color organic dyes and various color inorganic dyes are applied to produce a lower electrode substrate; An electrolyte is injected between the upper electrode substrate and the lower electrode substrate and then double sealed with a sealing material and triple sealed with EVA to form a plurality of metal flexible dye sensitized solar cell cells, The metal-flexible dye-sensitized solar cell fabricated by connecting the cells in series or in parallel is double-sealed with a sealing material and tri-sealed with EVA to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, prevent electrolytic water leakage, The present invention provides a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode which is capable of protecting a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 제1 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 Ag을 코팅 또는 증착한 후 레이저 또는 열각인으로 패터닝하고, 상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스를 증착 또는 코팅한 후, 상기 고분자 플라스틱 기판의 후면 상에, 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 제1 배리어층을 코팅하여 제조된 상부전극기판과; 제2 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 스텐레이스 스틸(SUS) 박막을 코팅한 후, 상기 스텐레이스 스틸 박막의 전면의 상부 상에 금속층을 코팅하고, 상기 금속층의 전면 및 후면을 TiO2, SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 형성된 제2 배리어층을 코팅하고, 상기 제2 배리어층의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층을 코팅하고, 상기 TiO2 나노입자층의 상부 상에 다양한 칼라 유기염료 및 다양한 칼라 무기염료가 적용된 염료층을 형성하여 제조된 하부전극기판 및; 상기 상부전극기판의 AZO 글래스와 상기 하부전극기판의 상기 염료층을 대향하게 배치하고, 상기 AZO 글래스와 염료층 사이에 주입되는 전해질을 포함하며; 상기 AZO 글래스는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭되며; 상기 전해질과 접하는 제2 배리어층과 상기 상부전극기판을 실링재료로 1차 실링벽을 형성하며; 상기 상부전극기판과 하부전극기판을 실링재료로 2차 실링벽을 형성하며; 상기 제1 배리어층과 상기 제2 고분자 플라스틱 기판을 에틸렌 아세테이트 비닐(EVA)로 코팅하는 것을 특징으로 한다.In the metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention, Ag is coated or vapor-deposited on a front surface of a first polymer plastic substrate, and then patterned using a laser or thermal imprint, After the AZO glass is deposited or coated on the top of the patterned Ag using RF magnetron sputtering for surface structuring, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 An upper electrode substrate formed by coating a first barrier layer formed on the first electrode layer; A stainless steel thin film is coated on the upper surface of the second polymeric plastic substrate, a metal layer is coated on the upper surface of the stainless steel thin film, and the front and rear surfaces of the metal layer are coated with TiO 2 , SiO 2 , or a transparent carbon-based thin film on the upper surface of the second barrier layer, and a second barrier layer formed of TiO 2 The nanoparticle layer was coated, and the TiO 2 A lower electrode substrate manufactured by forming a dye layer to which various color organic dyes and various color inorganic dyes are applied on an upper part of a nanoparticle layer; And an electrolyte injected between the AZO glass and the dye layer, the AZO glass of the upper electrode substrate and the dye layer of the lower electrode substrate facing each other; The AZO glass is wet etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds; A second barrier layer in contact with the electrolyte and a primary sealing wall made of a sealing material for the upper electrode substrate; The upper electrode substrate and the lower electrode substrate are formed of a sealing material to form a secondary sealing wall; And the first barrier layer and the second polymeric plastic substrate are coated with ethylene-vinyl acetate (EVA).
본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법은 제1 고분자 플라스틱 기판을 준비하는 단계와; 상기 제1 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부를 Ag로 코팅하는 단계와; 상기 Ag가 코팅된 제1 고분자 플라스 기판을 레이저 또는 열각인으로 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스를 증착 또는 코팅하는 단계와; 상기 제1 고분자 플라스틱 기판의 후면 상에 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 제1 배리어층을 코팅하여 상부전극기판을 제조하는 단계와; 제2 고분자 플라스틱 기판을 준비하는 단계와; 상기 제2 고분자 플라스틱 기판의 전면의 상부 상에 SUS를 코팅하고, 상기 SUS 상에 금속층을 코팅하는 단계와; 상기 금속층의 전면 및 후면 상에 TiO2, SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 형성된 제2 배리어층을 코팅하는 단계와; 상기 제2 배리어층 상에 TiO2 나노입자층을 코팅하는 단계와; 상기 TiO2 나노입자층 상에 염료층을 형성하여 하부전극기판을 제조하는 단계와; 상기 제2 배리어층과 상부전극기판을 실링재료로 1차 실링하여 1차 실링벽을 형성하는 단계와; 상기 상부전극기판과 상기 하부전극기판을 실링재료로 2차 실링하여 2차 실링벽을 형성하는 단계와; 상기 상부전극기판과 상기 하부전극기판 간에 전해질을 주입하는 단계 및; 상기 상부전극기판과 상기 하부전극기판을 EVA로 코팅하는 단계를 포함하며; 상기 AZO 글래스는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭되는 것을 특징으로 한다.
A method for fabricating a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention includes the steps of preparing a first polymer plastic substrate; Coating an upper surface of the first polymer plastic substrate with Ag; Patterning the Ag-coated first polymeric substrate with a laser or thermal imprint; Depositing or coating an AZO glass for surface structuring and fabricated using RF magnetron sputtering on top of the patterned Ag; On the rear surface of the first polymer plastic substrate, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 Forming an upper electrode substrate by coating a first barrier layer formed of one of the first and second barrier layers; Preparing a second polymeric plastic substrate; Coating a top surface of the second polymeric plastic substrate with SUS and coating a metal layer on the SUS; Coating a second barrier layer formed of any one of TiO 2 , SiO 2 , or a transparent carbon-based thin film on the front and rear surfaces of the metal layer; Wherein the TiO 2 on the second barrier layer Coating a nanoparticle layer; The TiO 2 Forming a dye layer on the nanoparticle layer to produce a lower electrode substrate; First sealing the second barrier layer and the upper electrode substrate with a sealing material to form a primary sealing wall; Forming a secondary sealing wall by secondary sealing the upper electrode substrate and the lower electrode substrate using a sealing material; Injecting an electrolyte between the upper electrode substrate and the lower electrode substrate; Coating the upper electrode substrate and the lower electrode substrate with EVA; The AZO glass is wet-etched in a 1% hydrochloric acid aqueous solution for 5 to 30 seconds.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스를 증착 또는 코팅하여 제조된 상부전극기판과 하부전극기판 사이에 전해질을 주입한 후, 실링 재료로 이중 실링하고, EVA로 마감함으로써, 태양전지의 광전 변환효율이 향상되고, 전해질 누수현상을 방지하여 전극의 열화 가능성이 있는 염료감응형 태양전지의 신뢰도를 향상시키며, 미세먼지 또는 습기 등의 불순물로부터 보호될 수 있다는 이점이 있다.As described above, the metal flexible dye-sensitized solar cell having the surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention is manufactured by RF magnetron sputtering, and is manufactured by depositing or coating an AZO glass for surface structure, The electrolyte is injected between the lower electrode substrate and the sealing material to double seal the EVA and the EVA to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell and prevent the electrolyte leakage phenomenon, And can be protected from impurities such as fine dust or moisture.
또한, AZO 글래스에 의해 상부전극기판 상에 코팅된 Ag가 전해질로부터 보호될 수 있다는 이점이 있다.
In addition, there is an advantage that Ag coated on the upper electrode substrate by the AZO glass can be protected from the electrolyte.
도 1은 종래의 염료감응형 태양전지의 단면도.
도 2는 종래의 차단층을 포함하는 염료감응태양전지 도시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법의 흐름도.
도 7은 염산수용액에 습식에칭된 AZO 글래스의 UV 투과율 측정 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 모듈의 개략적 확대 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 제품 사진도.1 is a cross-sectional view of a conventional dye-sensitized solar cell.
2 is a schematic view of a dye-sensitized solar cell including a conventional barrier layer.
3 is a cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface structured AZO glass transparent electrode according to a first embodiment of the present invention.
4 is a flow diagram of a method of fabricating a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface structured AZO glass transparent electrode according to a first embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface structured AZO glass transparent electrode according to a second embodiment of the present invention.
6 is a flow chart of a method of fabricating a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface structured AZO glass transparent electrode according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a measurement of the UV transmittance of AZO glass wet-etched in an aqueous hydrochloric acid solution.
8 is a schematic enlarged cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell module with a surface structured AZO glass transparent electrode according to the present invention.
9 is a photograph of a product of a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and they may vary depending on the intentions or customs of the client, the operator, the user, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.Like numbers refer to like elements throughout the drawings.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법의 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법의 흐름도이며, 도 6은 본 발명에 따른 염산수용액에 습식에칭된 AZO 글래스의 UV 투과율 측정 그래프이며, 도 7은 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 모듈의 개략적 확대 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 제품 사진도 이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view of a surface- structured AZO glass transparent electrode according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross- FIG. 6 is a graph showing the UV transmittance of a AZO glass wet-etched in an aqueous hydrochloric acid solution according to the present invention, and FIG. 7 is a schematic enlarged cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell module with a surface structured AZO glass transparent electrode according to the present invention And FIG. 8 is a product photograph of a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention.
이하, 하기 실시 예를 통하여 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
[실시 예 1][Example 1]
본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 전면의 상부 상에 Ag(202)을 코팅 또는 증착한 후, 레이저 또는 열각인으로 패터닝하고, 상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스(203)를 증착 또는 코팅한 후, 상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 후면 상에, 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 제1 배리어층(204)을 코팅하여 제조된 상부전극기판(200)과; 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면 상에 스텐레이스 스틸 박막(212)을 코팅한 후, 상기 스텐레이스 스틸 박막(212)의 전면의 상부 상에 금속층(213)을 코팅하고, 상기 금속층(213)의 전면 및 후면을 TiO2, SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 형성된 제2 배리어층(214)을 코팅하고, 상기 제2 배리어층(214)의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층(215)을 코팅한 후, 다양한 칼라 유기염료 및 다양한 칼라 무기염료가 적용된 염료층(216)을 형성하여 제조된 하부전극기판(210) 및; 상기 상부전극기판(200)과 하부전극기판(210) 사이에 주입되는 전해질(220)을 포함한다.2, a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to the first embodiment of the present invention includes a first
여기서, 상기 AZO 글래스(203)는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭된다. Here, the
또한, 상기 전해질(220)과 접하는 제2 배리어층(214)과 상기 상부전극기판(200)을 실링재료로 1차 실링벽(230)을 형성하고, 상기 상부전극기판(200)과 하부전극기판(210)을 실링재료로 2차 실링벽(240)을 형성하며, 상기 제1 배리어층(204)과 상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 EVA(260)로 3차 실링을 한다. 또한, 상기 TiO2 나노입자층(215)은 전해질(220)과 접하는 제2 배리어층(214) 상에만 형성된다. A
또한, 상기 제1 및 제2 고분자 플라스틱 기판(201, 211)은 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(Polyethersulfone) 중 어느 하나로 이루어진다.The first and second polymeric
또한, 상기 투명한 탄소계열 박막은 투명한 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, 이하 "CNT" 라 총칭함) 박막 또는 투명한 그래핀(Graphen) 박막이다.The transparent carbon-based thin film is a transparent carbon nanotube (CNT) thin film or a transparent Graphen thin film.
또한, 상기 금속층(213)은 Ti, W, Zn, Co, Ni, Al, SUS, Cr, Mo, Cu 중 어느 하나로 형성된다.The
또한, 상기 전해질(220)은 액체 전해질 또는 준고체 전해질이다.Also, the
이제, 이러한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 제조방법을 도 3을 참조하여 상세히 살펴보면, 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 제1 고분자 플라스틱 기판(201)을 준비하는 단계(S300)와; 상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 전면의 상부를 Ag(202)로 코팅하는 단계(S301)와; 상기 Ag(202)가 코팅된 제1 고분자 플라스 기판(201)을 레이저 또는 열각인으로 패터닝하는 단계(S302)와; 상기 패터닝된 Ag(202)의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스(203)를 증착 또는 코팅하는 단계(S303)와; 상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 후면 상에 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 제1 배리어층(204)을 코팅하여 상부전극기판(200)을 제조하는 단계(S304)와; 제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 준비하는 단계(S305)와; 상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면의 상부 상에 SUS(212)를 코팅하는 단계(S306)와: 상기 SUS(212) 상에 금속층(213)을 코팅하는 단계(S307)와; 상기 금속층(213)의 전면 및 후면 상에 제2 배리어층(214)을 코팅하는 단계(S308)와; 상기 제2 배리어층(214) 상에 TiO2 나노입자층(215)을 코팅하는 단계(S309)와; 상기 TiO2 나노입자층(215) 상에 염료층을 형성하여 하부전극기판을 제조하는 단계(S310)와; 상기 제2 배리어층(214)과 상부전극기판(200)을 실링재료로 1차 실링하여 1차 실링벽(230)을 형성하는 단계(S311)와; 상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210)을 실링재료로 2차 실링하여 2차 실링벽(240)을 형성하는 단계(S312)와; 상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210) 간에 전해질을 주입하는 단계(S313) 및; 상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210)을 EVA(250)로 코팅하는 단계(S314)로 이루어지며; 상기 AZO 글래스(203)는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭된다.3, a method of fabricating a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to a first embodiment of the present invention will now be described in detail. The metal flexible dye-sensitized solar cell includes: preparing a first polymer plastic substrate 201 (S300); (S301) coating the upper part of the front surface of the first polymer plastic substrate 201 with Ag 202; A step (S302) of patterning the first polymeric glass substrate 201 coated with the Ag 202 by laser or thermal imprint; Depositing or coating AZO glass 203 for surface structuring (S303) using RF magnetron sputtering on top of the patterned Ag 202; On the rear surface of the first polymer plastic substrate 201, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 A step (S304) of fabricating the upper electrode substrate 200 by coating the first barrier layer 204 formed of any one of the first barrier layer 204 and the second barrier layer 204; Preparing a second polymer plastic substrate 211 (S305); (S306) coating a top surface of the second polymer plastic substrate 211 with SUS 212; coating a metal layer 213 on the SUS 212 (S307); (S308) coating the second barrier layer 214 on the front and back surfaces of the metal layer 213; On the second barrier layer 214, TiO 2 Coating the nanoparticle layer 215 (S309); Forming a dye layer on the TiO 2 nanoparticle layer 215 to manufacture a lower electrode substrate (S310); A step (S311) of forming the primary sealing wall 230 by first sealing the second barrier layer 214 and the upper electrode substrate 200 with a sealing material; A step (S312) of forming a secondary sealing wall 240 by secondary sealing the upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 with a sealing material; Injecting an electrolyte between the upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 (S313); Coating the upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 with an EVA 250 (S314); The AZO glass 203 is wet-etched in a 1% hydrochloric acid aqueous solution for 5 to 30 seconds.
여기서, 전술한 바와 같이, 상기 TiO2 나노입자층(215)은 전해질(220)과 접하는 제2 배리어층(214) 상에만 형성된다. 또한, 상기 제1 및 제2 고분자 플라스틱 기판(201, 211)은 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(Polyethersulfone) 중 어느 하나로 이루어진다. 또한, 상기 투명한 탄소계열 박막은 투명한 CNT 박막 또는 투명한 그래핀(Graphen) 박막이다. 또한, 상기 금속층(213)은 Ti, W, Zn, Co, Ni, Al, SUS, Cr, Mo, Cu 중 어느 하나로 형성된다. 또한, 상기 전해질(220)은 액체 전해질 또는 준고체 전해질이다.Here, as described above, the TiO 2 The
따라서, 이렇게 형성된 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 이중 실링에 의한 전해질 누수현상이 방지되며, EVA 코팅으로 인해 미세먼지 또는 습기 등의 불순물로부터 보호될 수 있다. 또한, AZO 글래스에 의해 상부전극기판 상에 코팅된 Ag가 전해질로부터 보호될 수 있다.Therefore, the metal flexible dye-sensitized solar cell having the surface structured AZO glass transparent electrode thus formed is prevented from electrolyte leakage due to double sealing, and can be protected from impurities such as fine dust or moisture due to EVA coating. Further, Ag coated on the upper electrode substrate by the AZO glass can be protected from the electrolyte.
이제, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지를 살펴보고자 한다.
Hereinafter, a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to a second embodiment of the present invention will be described.
[실시 예 2][Example 2]
본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면 상에 Ti, W, Zn, Co, Ni, Al, SUS, Cr, Mo, 또는 Cu와 같은 금속층(213)이 코팅된다. 따라서, 상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면 상에 스텐레이스 스틸 박막(212)이 코팅되지 않는다는 점을 제외하곤, 실시 예 1과 동일하기에, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.4, a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to a second embodiment of the present invention includes Ti, W, and Zn on a front surface of a second
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 준비하는 단계(S305)와; 상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면 상에 금속층(213)을 코팅하는 단계(S306)로 이루어진다. 즉, 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면 상에 SUS(212)를 코팅하는 단계가 생략된다는 점을 제외하곤, 실시 예 1의 제조방법과 동일하기에 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.5, a method of fabricating a metal flexible dye-sensitized solar cell having a surface-structured AZO glass transparent electrode according to a second embodiment of the present invention includes the steps of preparing a second
또한, 도 6은 본 발명에 따른 염산수용액에 습식에칭된 AZO 글래스의 UV 투과율 측정 그래프로서, 도 6에 도시된 바와 같이, AZO 글래스의 표면을 표면 구조화함으로써, 광투과율과 염료감응형 태양전지의 광전 변환효율이 증대함을 알 수 있다.6 is a graph showing the UV transmittance of AZO glass wet-etched in an aqueous solution of hydrochloric acid according to the present invention. As shown in FIG. 6, the surface of the AZO glass was surface-structured so that the light transmittance and the transmittance of the dye- The photoelectric conversion efficiency is increased.
이하, 표 1은 AZO 글래스의 습식에칭에 따른 염료감응형 태양전지의 광전 변환효율변화를 나타낸 것이다.
Table 1 below shows the dye-sensitized solar cell according to wet etching of AZO glass Photoelectric conversion efficiency.
[표 1]에서 알 수 있듯이, 20초 동안 습식에칭된 AZO 글래스로 제조된 양극에서 가장 높은 광전 변환효율을 보이는 것으로 관찰되었다. 이는 도 6에서 습식에칭된 AZO 글래스가 광투과율과 염료감응형 태양전지의 광전 변환효율이 증대한다는 것과 일치됨을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, it was observed that the highest photoelectric conversion efficiency was obtained at the anode made of wet-etched AZO glass for 20 seconds. It can be seen from FIG. 6 that the wet etched AZO glass is consistent with the increase in light transmittance and the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell.
한편, 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 모듈의 개략적 확대 단면을 도시한 도 7을 참조하면, 상부전극기판(도시되지 않음) 상에 Ag(202)가 코팅된 후, 레이저 또는 열각인으로 패터닝(Patterning)이 형성된 후, AZO 글래스(203)로 코팅되었으며, 그 아래쪽에 하부전극기판(도시되지 않음) 상에 증착된 유기 및 무기 염료가 흡착된 TiO2 나노입자층(215)이 위치된다. 이렇게 형성되고, A로 표시된 부분이 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 모듈이다.Referring to FIG. 7, which is a schematic enlarged cross-sectional view of a metal flexible dye-sensitized solar cell module having a surface structured AZO glass transparent electrode according to the present invention,
이렇게 형성된 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지의 제품은 도 8에 도시된 바와 같이, 유연한 형태로 구부러질 수 있기에 휴대폰, 웨어러블 PC 등 차세대 PC 산업에 필요한 전원의 자가충전이나 옷, 모자, 자동차 유리, 건물 등에 부착해 활용할 수 있다. As shown in FIG. 8, the product of the metal flexible dye-sensitized solar cell having the surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention formed in this way can be bent into a flexible shape, so that a power source necessary for the next- It can be used by self-charging of clothes of clothes, hat, automobile glass, building and the like.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지는 실링 재료로 이중 실링하고 EVA로 마감함으로써, 태양전지의 광전 변환효율이 향상되고, 전해질 누수현상을 방지하여 전극의 열화 가능성이 있는 염료감응형 태양전지의 신뢰도를 향상시키며, 미세먼지 또는 습기 등의 불순물로부터 보호될 수 있다. 또한, AZO 글래스에 의해 상부전극기판 상에 코팅된 Ag가 전해질로부터 보호될 수 있다.The metal flexible dye-sensitized solar cell having the surface-structured AZO glass transparent electrode according to the present invention as described above is double sealed with a sealing material and finished with EVA, thereby improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell and preventing electrolyte leakage Thereby improving the reliability of the dye-sensitized solar cell which may deteriorate the electrode, and can be protected from impurities such as fine dust or moisture. Further, Ag coated on the upper electrode substrate by the AZO glass can be protected from the electrolyte.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Various changes, modifications or adjustments to the example will be possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed as including all changes, modifications, and adjustments that fall within the spirit of the technical idea of the present invention.
200: 상부전극기판 201: 제1 고분자 플라스틱 기판
202: Ag 203: AZO 글래스
204: 제1 배리어층 210: 하부전극기판
211: 제2 고분자 플라스틱 기판 212: SUS 박막
213: 금속층 214: 제2 배리어층
215: TiO2 나노입자층 216: 염료층
220: 전해질 230: 1차 실링벽
240: 2차 실링벽 250: EVA200: upper electrode substrate 201: first polymer plastic substrate
202: Ag 203: AZO glass
204: first barrier layer 210: lower electrode substrate
211: second polymer plastic substrate 212: SUS thin film
213: metal layer 214: second barrier layer
215: TiO 2 Nanoparticle layer 216: dye layer
220: electrolyte 230: primary sealing wall
240: Secondary sealing wall 250: EVA
Claims (9)
제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면의 상부 상에 스텐레이스 스틸(Stainless Use Steel, SUS) 박막(212)을 코팅한 후, 상기 스텐레이스 스틸 박막(212)의 전면의 상부 상에 금속층(213)을 코팅하고, 상기 금속층(213)의 전면 및 후면을 TiO2, SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 형성된 제2 배리어층(214)을 코팅하고, 상기 제2 배리어층(214)의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층(215)을 코팅하고, 상기 TiO2 나노입자층(215)의 상부 상에 다양한 칼라 유기염료 및 다양한 칼라 무기염료가 적용된 염료층(216)을 형성하여 제조된 하부전극기판(210) 및;
상기 상부전극기판(200)의 AZO 글래스(203)와 하부전극기판(210)의 염료층(216)을 대향하게 배치하고, 상기 AZO 글래스(203)와 염료층(216) 사이에 주입되는 전해질(220)을 포함하며;
상기 AZO 글래스(203)는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭되며;
상기 전해질(220)과 접하는 제2 배리어층(214)과 상기 상부전극기판(200)을 실링재료로 1차 실링벽(230)을 형성하며;
상기 상부전극기판(200)과 하부전극기판(210)을 실링재료로 2차 실링벽(240)을 형성하며;
상기 제1 배리어층(204)과 상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 에틸렌 아세테이트 비닐(Ethylene Vinyl Acetate, EVA, 260)로 코팅하는 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
Ag 202 is coated on or vapor-deposited on the upper surface of the first polymer plastic substrate 201 and then patterned using laser or thermal imprint. RF magnetron sputtering is applied to the top of the patterned Ag A transparent carbon-based thin film or an Al 2 O 3 film is formed on the upper surface of the rear surface of the first polymeric plastic substrate 201 after the AZO glass 203 is deposited or coated for surface texturing, An upper electrode substrate 200 formed by coating a first barrier layer 204 formed on one of the first and second substrates 100 and 200;
A stainless steel thin film 212 is coated on the upper surface of the second polymer plastic substrate 211 and then a metal layer 213 is formed on the upper surface of the stainless steel thin film 212 The front and rear surfaces of the metal layer 213 are coated with a second barrier layer 214 formed of any one of TiO 2 , SiO 2 , and a transparent carbon-based thin film, and the second barrier layer 214 On top of the front side, TiO 2 The nanoparticle layer 215 is coated, and the TiO 2 A lower electrode substrate 210 manufactured by forming a dye layer 216 on top of the nanoparticle layer 215 to which various color organic dyes and various color inorganic dyes are applied;
The AZO glass 203 of the upper electrode substrate 200 and the dye layer 216 of the lower electrode substrate 210 are opposed to each other and the electrolyte injected between the AZO glass 203 and the dye layer 216 220);
The AZO glass 203 is wet etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds;
A second barrier layer (214) in contact with the electrolyte (220) and a primary sealing wall (230) as a sealing material for the upper electrode substrate (200);
The upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 are formed of a sealing material to form a secondary sealing wall 240;
Wherein the first barrier layer 204 and the second polymeric plastic substrate 211 are coated with Ethylene Vinyl Acetate (EVA) 260. A metal flexible dye having a transparent AZO glass transparent electrode Sensitive solar cell.
상기 제1 및 제2 고분자 플라스틱 기판(201, 211)은 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(Polyethersulfone) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
The first and second polymeric plastic substrates 201 and 211 are made of one of PET (Polyethylene Terephthalate), PEN (Polyethylene Naphthalate), and PES (Polyethersulfone). The surface- structured AZO glass transparent electrode Dye - sensitized solar cell.
상기 투명한 탄소계열 박막은 투명한 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube) 박막 또는 투명한 그래핀(Graphen) 박막인 것을 특징으로 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the transparent carbon-based thin film is a transparent carbon nanotube thin film or a transparent graphen thin film, wherein the transparent carbon-based thin film is a transparent carbon nanotube thin film or a transparent graphen thin film.
상기 금속층(213)은 Ti, W, Zn, Co, Ni, Al, SUS, Cr, Mo, Cu 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the metal layer 213 is formed of one of Ti, W, Zn, Co, Ni, Al, SUS, Cr, Mo and Cu.
상기 전해질(220)은 액체 전해질 또는 준고체 전해질인 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte (220) is a liquid electrolyte or a quasi-solid electrolyte. 21. A metal flexible dye-sensitized solar cell comprising a transparent electrode of surface structured AZO glass.
상기 실링재료는 PET 또는 PEN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
Wherein the sealing material comprises PET or PEN. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI > A metal flexible dye sensitized solar cell comprising a surface structured AZO glass transparent electrode.
상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 전면의 상부를 Ag(202)로 코팅하는 단계(S301)와;
상기 Ag(202)가 코팅된 제1 고분자 플라스 기판(201)을 레이저 또는 열각인으로 패터닝하는 단계(S302)와;
상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 RF 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스(203)를 증착 또는 코팅하는 단계(S303)와;
상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 후면 상에 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 제1 배리어층(204)을 코팅하여 상부전극기판(200)을 제조하는 단계(S304)와;
제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 준비하는 단계(S305)와;
상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면의 상부 상에 SUS(212)를 코팅하고, 상기 SUS(212)의 전면의 상부 상에 금속층(213)을 코팅하는 단계(S306)와;
상기 금속층(213)의 전면 및 후면의 상부 상에 제2 배리어층(214)을 코팅하는 단계(S307)와;
상기 제2 배리어층(214)의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층(215)을 코팅하는 단계(S308)와;
상기 TiO2 나노입자층(215)의 상부 상에 염료층(216)을 형성하여 하부전극기판을 제조하는 단계(S309)와;
상기 상부전극기판(200)의 AZO 글래스(203)와 하부전극기판(210)의 염료층(216)을 대향하게 배치하고, 상기 제2 배리어층(214)과 상부전극기판(200)을 실링재료로 1차 실링하여 1차 실링벽(230)을 형성하는 단계(S310)와;
상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210)을 실링재료로 2차 실링하여 2차 실링벽(240)을 형성하는 단계(S311)와;
상기 AZO 글래스(203)와 염료층(215) 사이에 전해질을 주입하는 단계(S312) 및;
상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210)을 EVA(250)로 코팅하는 단계(S313)를 포함하며;
상기 AZO 글래스(203)는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭되는 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법.
Preparing a first polymer plastic substrate 201 (S300);
(S301) coating the upper part of the front surface of the first polymer plastic substrate 201 with Ag 202;
A step (S302) of patterning the first polymeric glass substrate 201 coated with the Ag 202 by laser or thermal imprint;
Depositing or coating the AZO glass 203 for surface structuring (S303) using RF magnetron sputtering on top of the patterned Ag;
On the rear surface of the first polymer plastic substrate 201, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 A step (S304) of fabricating the upper electrode substrate 200 by coating the first barrier layer 204 formed of any one of the first barrier layer 204 and the second barrier layer 204;
Preparing a second polymer plastic substrate 211 (S305);
Coating SUS (212) on the upper surface of the second polymer plastic substrate (211) and coating the metal layer (213) on the upper surface of the SUS (212);
(S307) coating the second barrier layer 214 on top of the front and rear surfaces of the metal layer 213;
On top of the front surface of the second barrier layer 214, TiO 2 Coating the nanoparticle layer 215 (S308);
The TiO 2 A step (S309) of forming a lower electrode substrate by forming a dye layer 216 on the upper part of the nanoparticle layer 215;
The AZO glass 203 of the upper electrode substrate 200 and the dye layer 216 of the lower electrode substrate 210 are opposed to each other and the second barrier layer 214 and the upper electrode substrate 200 are sealed with a sealing material To form a primary sealing wall 230 (S310);
A step (S311) of forming a secondary sealing wall 240 by secondary sealing the upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 with a sealing material;
Injecting an electrolyte between the AZO glass 203 and the dye layer 215 (S312);
(S313) coating the upper electrode substrate (200) and the lower electrode substrate (210) with an EVA (250);
Wherein the AZO glass (203) is wet-etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds. 2. The method of claim 1, wherein the AZO glass (203) is wet etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds.
제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면의 상부 상에 금속층(213)을 코팅하고, 상기 금속층(213)의 전면 및 후면을 TiO2, SiO2, 또는 투명한 탄소계열 박막 중 어느 하나로 형성된 제2 배리어층(214)을 코팅하고, 상기 제2 배리어층(214)의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층(215)을 코팅하고, 상기 TiO2 나노입자층(215)의 상부 상에 칼라 유기염료 및 칼라 무기염료가 적용된 염료층(216)을 형성하여 제조된 하부전극기판(210) 및;
상기 상부전극기판(200)의 AZO 글래스(203)와 하부전극기판(210)의 염료층(216)을 대향하게 배치하고, 상기 AZO 글래스(203)와 염료층(216) 사이에 주입되는 전해질(220)을 포함하며;
상기 AZO 글래스(203)는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭되며;
상기 전해질(220)과 접하는 제2 배리어층(214)과 상기 상부전극기판(200)을 실링재료로 1차 실링벽(230)을 형성하며;
상기 상부전극기판(200)과 하부전극기판(210)을 실링재료로 2차 실링벽(240)을 형성하며;
상기 제1 배리어층(204)과 상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 에틸렌 아세테이트 비닐(Ethylene Vinyl Acetate, EVA, 260)로 코팅하는 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지.
Ag 202 is coated or deposited on the top of the front surface of the first polymeric plastic substrate 201 and is then patterned with a laser or thermal imprint and is fabricated using RF magnetron sputtering on top of the patterned Ag, An AZO glass 203 is deposited or coated on the upper surface of the rear surface of the first polymeric plastic substrate 201 and a transparent carbon based thin film or Al 2 O 3 An upper electrode substrate 200 formed by coating a first barrier layer 204 formed on one of the first and second substrates 100 and 200;
A metal layer 213 is coated on an upper surface of the second polymer plastic substrate 211 and a front surface and a rear surface of the metal layer 213 are covered with a second barrier formed of any one of TiO 2 , SiO 2 , layer 214 is coated, and the TiO 2 on the front top of the second barrier layer 214 The nanoparticle layer 215 is coated, and the TiO 2 A lower electrode substrate 210 manufactured by forming a dye layer 216 to which a color organic dye and a color inorganic dye are applied on an upper part of the nanoparticle layer 215;
The AZO glass 203 of the upper electrode substrate 200 and the dye layer 216 of the lower electrode substrate 210 are opposed to each other and the electrolyte injected between the AZO glass 203 and the dye layer 216 220);
The AZO glass 203 is wet etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds;
A second barrier layer (214) in contact with the electrolyte (220) and a primary sealing wall (230) as a sealing material for the upper electrode substrate (200);
The upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 are formed of a sealing material to form a secondary sealing wall 240;
Wherein the first barrier layer 204 and the second polymeric plastic substrate 211 are coated with Ethylene Vinyl Acetate (EVA) 260. A metal flexible dye having a transparent AZO glass transparent electrode Sensitive solar cell.
상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 전면의 상부를 Ag(202)로 코팅하는 단계(S301)와;
상기 Ag(202)가 코팅된 제1 고분자 플라스 기판(201)을 레이저 또는 열각인으로 패터닝하는 단계(S302)와;
상기 패터닝된 Ag의 상부 상에 F 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조되고 표면 구조화를 위해 AZO 글래스(203)를 증착 또는 코팅하는 단계(S303)와;
상기 제1 고분자 플라스틱 기판(201)의 후면 상에 투명한 탄소계열 박막이나 또는 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 제1 배리어층(204)을 코팅하여 상부전극기판(200)을 제조하는 단계(S304)와;
제2 고분자 플라스틱 기판(211)을 준비하는 단계(S305)와;
상기 제2 고분자 플라스틱 기판(211)의 전면의 상부 상에 금속층(213)을 코팅하는 단계(S306)와;
상기 금속층(213)의 전면 및 후면의 상부 상에 제2 배리어층(214)을 코팅하는 단계(S307)와;
상기 제2 배리어층(214)의 전면의 상부 상에 TiO2 나노입자층(215)을 코팅하는 단계(S308)와;
상기 TiO2 나노입자층(215)의 상부 상에 염료층(216)을 형성하여 하부전극기판을 제조하는 단계(S309)와;
상기 상부전극기판(200)의 AZO 글래스(203)와 하부전극기판(210)의 염료층(216)을 대향하게 배치하고, 상기 제2 배리어층(214)과 상부전극기판(200)을 실링재료로 1차 실링하여 1차 실링벽(230)을 형성하는 단계(S310)와;
상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210)을 실링재료로 2차 실링하여 2차 실링벽(240)을 형성하는 단계(S311)와;
상기 AZO 글래스(203)와 염료층(215) 사이에 전해질을 주입하는 단계(S312) 및;
상기 상부전극기판(200)과 상기 하부전극기판(210)을 EVA(250)로 코팅하는 단계(S313)를 포함하며;
상기 AZO 글래스(203)는 1% 염산수용액에 5~30초 동안 습식에칭되는 것을 특징으로 하는 표면구조화 AZO 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 제조방법.Preparing a first polymer plastic substrate 201 (S300);
(S301) coating the upper part of the front surface of the first polymer plastic substrate 201 with Ag 202;
A step (S302) of patterning the first polymeric glass substrate 201 coated with the Ag 202 by laser or thermal imprint;
Depositing or coating the AZO glass 203 for surface structuring using the F magnetron sputtering on top of the patterned Ag (S303);
On the rear surface of the first polymer plastic substrate 201, a transparent carbon-based thin film or Al 2 O 3 A step (S304) of fabricating the upper electrode substrate 200 by coating the first barrier layer 204 formed of any one of the first barrier layer 204 and the second barrier layer 204;
Preparing a second polymer plastic substrate 211 (S305);
Coating the metal layer 213 on the upper surface of the second polymer plastic substrate 211 (S306);
(S307) coating the second barrier layer 214 on top of the front and rear surfaces of the metal layer 213;
On top of the front surface of the second barrier layer 214, TiO 2 Coating the nanoparticle layer 215 (S308);
The TiO 2 A step (S309) of forming a lower electrode substrate by forming a dye layer 216 on the upper part of the nanoparticle layer 215;
The AZO glass 203 of the upper electrode substrate 200 and the dye layer 216 of the lower electrode substrate 210 are opposed to each other and the second barrier layer 214 and the upper electrode substrate 200 are sealed with a sealing material To form a primary sealing wall 230 (S310);
A step (S311) of forming a secondary sealing wall 240 by secondary sealing the upper electrode substrate 200 and the lower electrode substrate 210 with a sealing material;
Injecting an electrolyte between the AZO glass 203 and the dye layer 215 (S312);
(S313) coating the upper electrode substrate (200) and the lower electrode substrate (210) with an EVA (250);
Wherein the AZO glass (203) is wet-etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds. 2. The method of claim 1, wherein the AZO glass (203) is wet etched in a 1% aqueous hydrochloric acid solution for 5 to 30 seconds.
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KR20120005782A (en) * | 2010-07-09 | 2012-01-17 | 포항공과대학교 산학협력단 | Dye sensitized solar cell comprising counter electrode having mesoporous carbon electrode deposited on transparent substrate and preparation method thereof |
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CN113130770A (en) * | 2021-04-16 | 2021-07-16 | 河南大学 | Perovskite solar cell and preparation method thereof |
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