KR101503899B1 - Dye sensitized solar cell - Google Patents

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박병은
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서울시립대학교 산학협력단
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    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Abstract

The present invention relates to a dye sensitized solar cell capable of improving photoelectric conversion efficiency. The dye sensitized solar cell according to the present invention converts light inputted from the outside into electricity. The dye sensitized solar cell includes a bottom structure, a top structure, and an electrolyte layer which is formed between the bottom structure and the top structure. The bottom structure includes a bottom substrate, a bottom electrode which is formed on the upper side of the bottom substrate, an auxiliary electrode which is formed on the outer side of the bottom electrode and the upper side of the bottom substrate, and a ferroelectric layer which is formed on the upper side of the auxiliary electrode. The top structure includes a top substrate which is made of transparent materials, a top electrode which is formed on the upper side of the top substrate and is made of transparent conductive materials, a porous layer which is formed on the upper side of the top electrode, and a dye which is absorbed in the porous layer.

Description

염료감응형 태양전지{Dye sensitized solar cell}Dye sensitized solar cell [0002]

본 발명은 염료감응형 태양전지에 관한 것으로, 특히 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 염료감응형 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell capable of improving photoelectric conversion efficiency.

최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심도 크게 증가되고 있다.As interest in clean energy has increased recently, there is a growing interest in generating electricity using solar light.

태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자를 통상 솔라셀 또는 태양전지로서 칭하고 있다. 태양전지는 그 동작 방식에 따라 크게 실리콘 태양전지와 염료감응형 태양전지로 구분할 수 있다.A device that produces electric power using solar energy is generally referred to as a solar cell or a solar cell. Solar cells can be classified into silicon solar cells and dye-sensitized solar cells depending on their operating modes.

이 중 염료감응형 태양전지는 저 비용으로 제조가 가능하고, 태양전지의 제조에 사용되는 재료가 환경친화적이며, 태양전지의 제조시에 CO2의 배출량이 적기 때문에 차세대 태양전지로서 주목을 받고 있다.Among them, the dye-sensitized solar cell has been attracting attention as a next-generation solar cell because it can be manufactured at a low cost, the material used for manufacturing the solar cell is environment-friendly, and the amount of CO 2 emitted during manufacture of the solar cell is small .

그러나, 염료감응형 태양전지의 경우에는 태양광을 전력으로 변환하는데 있어서 광전변환 효율이 낮다는 단점이 있었다.However, the dye-sensitized solar cell has a disadvantage in that the photoelectric conversion efficiency is low when converting solar light into electric power.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 광전변환 효율을 제고할 수 있는 염료감응형 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dye-sensitized solar cell capable of enhancing photoelectric conversion efficiency.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 하부 구조체와, 상부 구조체 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고, 상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극 및, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층을 구비하여 구성되며, 상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The dye-sensitized solar cell according to the first aspect of the present invention for realizing the above object is a dye-sensitized solar cell for converting light incident from the outside into electricity. The dye-sensitized solar cell includes a lower structure, an upper structure, The lower structure includes a lower substrate, a lower electrode formed on the upper side of the lower substrate, an auxiliary electrode formed on an outer side of the upper and lower electrodes of the lower substrate, and an electrolyte layer provided between the upper structure, And a ferroelectric layer formed on the auxiliary electrode, wherein the upper structure comprises an upper substrate formed of a transparent material, an upper electrode formed on the upper substrate and made of a transparent conductive material, A porous layer provided on the upper side of the upper electrode, and a dye adsorbed on the porous layer .

본 발명의 제2 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 하부 구조체와, 상부 구조체 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고, 상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 하부 기판의 상측과 보조 전극의 외측 부분에 형성되는 하부 전극 및, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층을 구비하여 구성되며, 상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A dye-sensitized solar cell according to a second aspect of the present invention is a dye-sensitized solar cell that converts light incident from the outside into electricity. The dye-sensitized solar cell includes a lower structure, an upper structure, The lower structure includes a lower substrate, an auxiliary electrode formed on the upper side of the lower substrate, a lower electrode formed on the upper side of the lower substrate and an outer portion of the auxiliary electrode, And a ferroelectric layer formed on the upper substrate. The upper structure includes an upper substrate made of a transparent material, an upper electrode formed on the upper substrate and made of a transparent conductive material, And a dye adsorbed on the porous layer.

또한 상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 한다.And the ferroelectric layer is formed while covering the auxiliary electrode.

또한 상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.The ferroelectric layer may be formed of a mixture of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.

또한 상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 한다.And the metal material is mixed with the ferroelectric material.

또한 상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 한다.And the ferroelectric layer is polarized by the upper electrode and the auxiliary electrode.

본 발명의 제3 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 하부 구조체와, 상부 구조체 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고, 상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극을 구비하여 구성되며, 상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 상부 기판의 상측과 상부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 상부 전극의 상측과 상기 강유전체층의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A dye-sensitized solar cell according to a third aspect of the present invention is a dye-sensitized solar cell that converts light incident from the outside into electricity. The dye-sensitized solar cell includes a lower structure, an upper structure, Wherein the lower structure comprises a lower substrate and a lower electrode formed on the upper side of the lower substrate, the upper structure includes an upper substrate formed of a transparent material, An auxiliary electrode formed on an upper portion of the upper substrate and an upper portion of the upper electrode, a ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode, a ferroelectric layer formed on the upper side of the upper electrode, A porous layer provided on the upper side of the layer and a dye adsorbed on the porous layer, It shall be.

본 발명의 제4 관점에 따른 염료감응형 태양전지는 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서, 하부 구조체와, 상부 구조체 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고, 상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극을 구비하여 구성되며, 상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 상부 기판의 상측과 상기 보조 전극의 외측부분에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 상부 전극의 상측과 상기 강유전체층의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A dye-sensitized solar cell according to a fourth aspect of the present invention is a dye-sensitized solar cell for converting light incident from the outside into electricity. The dye-sensitized solar cell includes a lower structure, an upper structure, Wherein the lower structure comprises a lower substrate and a lower electrode formed on the upper side of the lower substrate, the upper structure includes an upper substrate formed of a transparent material, An upper electrode formed on the upper side of the upper substrate and an outer side of the auxiliary electrode, an upper electrode formed of a transparent conductive material, a ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode, A porous layer provided on the upper side of the ferroelectric layer and a dye adsorbed on the porous layer .

또한 상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.The ferroelectric layer may be formed of a mixture of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material.

또한 상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 한다.And the metal material is mixed with the ferroelectric material.

또한 상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 한다.And the ferroelectric layer is polarized by the lower electrode and the auxiliary electrode.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 강유전체층이 분극화 되면 여기로부터 발생되는 분극전계에 의해 염료에서 생성된 전자가 다공질층으로 주입되는 이동도가 향상됨은 물론 전해질층의 트리요오드화물의 하부 전극에 대한 확산 이동도가 향상된다. 그리고 이러한 이동도의 향상에 의해 태양전지의 광전변환 효율이 향상되게 된다.According to the present invention, when the ferroelectric layer is polarized, the mobility of electrons generated in the dye by the polarization electric field generated from the excitation is enhanced, and the mobility of the electrons generated in the dye is improved, The diffusion mobility is improved. The photoelectric conversion efficiency of the solar cell is improved by the improvement of the mobility.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 나타낸 염료감응형 태양전지의 주요부 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3에 나타낸 염료감응형 태양전지의 주요부 평면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating the structure of a dye-sensitized solar cell according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a plan view of a main portion of the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1; FIG.
3 is a sectional view showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to a second embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a main portion of the dye-sensitized solar cell shown in Fig.
5 is a sectional view showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to a third embodiment of the present invention.
6 is a sectional view showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 또한 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현 예를 예시적으로 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Also, the embodiments described below are illustrative of one preferred embodiment of the present invention, and examples of such embodiments are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention can be variously modified without departing from the technical idea thereof.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응형 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a dye-sensitized solar cell according to a first embodiment of the present invention.

도 1에서 참조번호 1은 하부 기판이다. 이 하부 기판(1)으로서는 실리콘이나 유리 또는 유기물로 구성된다. 1, reference numeral 1 denotes a lower substrate. The lower substrate 1 is made of silicon, glass, or an organic material.

도면에서 하부 기판(1)의 상측에는 하부 전극(2)과 보조 전극(3)이 설치된다. 하부 전극(2)은 통상적인 태양전지와 마찬가지로 태양전지에서 생성된 전자나 정공의 흐름을 위한 것이다. 보조 전극(3)은 이후에 설명할 강유전체층(4)을 분극화 하기 위한 것이다.In the drawing, a lower electrode 2 and an auxiliary electrode 3 are provided on the upper substrate 1. The lower electrode 2 is for the flow of electrons and holes generated in the solar cell, like a conventional solar cell. The auxiliary electrode 3 is for polarizing the ferroelectric layer 4 to be described later.

도 2는 하부 기판(1)상에 배치되는 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 레이아웃을 나타낸 평면도로서, 보조 전극(3)은 하부 전극(2)의 외곽 부분을 따라 배치된다. 또한 도면에서 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 하부 전극(2)은 원형 형상으로 구성될 수 있고, 보조 전극(3)의 내측면이 원형으로 구성될 수 있다.2 is a plan view showing the layout of the lower electrode 2 and the auxiliary electrode 3 disposed on the lower substrate 1. The auxiliary electrode 3 is arranged along the outer portion of the lower electrode 2. [ In addition, the shapes of the lower electrode 2 and the auxiliary electrode 3 are not limited to specific ones. For example, the lower electrode 2 may have a circular shape, and the inner side of the auxiliary electrode 3 may have a circular shape.

상기 보조 전극(3)의 상측에는 강유전 물질로 구성되는 강유전체층(4)이 형성된다. 이때 바람직하게는 하부 전극(2)과 보조 전극(4) 간의 절연을 위하여 강유전체층(4)은 보조 전극(3)을 전체적으로 피복하면서 형성된다.On the upper side of the auxiliary electrode 3, a ferroelectric layer 4 made of a ferroelectric material is formed. At this time, preferably, the ferroelectric layer 4 is formed while covering the auxiliary electrode 3 in order to insulate the lower electrode 2 from the auxiliary electrode 4.

상기 강유전체층(4)을 구성하는 강유전 물질로서는 예컨대 유기물 강유전 물질, 유기물 강유전 물질과 유기물의 혼합물, 유기물 강유전 물질과 금속의 혼합물, 유기물과 무기물 강유전 물질의 혼합물 또는 유기물 강유전 물질과 무기물 강유전 물질의 혼합물 등이 채용될 수 있다.As the ferroelectric substance constituting the ferroelectric layer 4, for example, an organic ferroelectric substance, a mixture of an organic ferroelectric substance and an organic substance, a mixture of an organic ferroelectric substance and a metal, a mixture of an organic substance and an inorganic ferroelectric substance or a mixture of an organic ferroelectric substance and an inorganic ferroelectric substance Etc. may be employed.

상기 하부 기판(1)과 하부 전극(2), 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)은 태양전지의 하부 구조체를 이루는 것이다.The lower substrate 1, the lower electrode 2, the auxiliary electrode 3, and the ferroelectric layer 4 constitute a lower structure of the solar cell.

상기 하부 구조체의 상측에는 전해질층(5)이 마련되고, 이 전해질층(5)의 상측에 상부 구조체가 구비된다. 상부 구조체는 예컨대 유리 등으로 이루어진 상부 기판(8)과, 이 상부 기판(8)상에 형성되는 상부 전극(7) 및 다공질층(6)을 구비한다. 상부 전극(7)은 예컨대 SnO2, ITO, TCO, FTO, ZnO, CNT등의 투명전극으로 이루어지고, 다공질층(6)은 예컨대 TiO2층으로 구성된다. 그리고 다공질층(14)에는 예컨대 루테늄(Ru)계 염료가 흡착된다.An electrolyte layer 5 is provided on the upper side of the lower structure and an upper structure is provided on the upper side of the electrolyte layer 5. The upper structure includes an upper substrate 8 made of, for example, glass or the like, and an upper electrode 7 and a porous layer 6 formed on the upper substrate 8. The upper electrode 7 is made of a transparent electrode such as SnO 2 , ITO, TCO, FTO, ZnO, or CNT, and the porous layer 6 is made of, for example, a TiO 2 layer. A ruthenium (Ru) -based dye is adsorbed on the porous layer 14, for example.

상기한 구조로 된 태양전지를 제조하는 경우에는, 우선 통상적인 방법을 통해 하부 구조체 및 상부 구조체를 형성하고, 하부 구조체 및 상부 구조체를 결합한 후 전해질층(5)에 전해질을 주입하여 완성하게 된다.In the case of manufacturing the solar cell having the above-described structure, the lower structure and the upper structure are first formed through a conventional method, the lower structure and the upper structure are combined, and then the electrolyte is injected into the electrolyte layer 5.

일반적으로 염료감응형 태양전지에 있어서는 상부 기판(8)을 통해 외부 광이 입사되면, 입사되는 광은 상부 기판(8)과 상부 전극(7)을 통해 다공질층(6)으로 전달된다. 입사광은 다공질층(6)에 흡착되어 있는 염료 분자들을 여기시키게 된다. 이러한 여기 상태에서 염료들로부터 다공질층(6)으로 전자들이 주입되고, 이와 같이 주입된 전자들은 다공질층(6)으로부터 상부 전극(7)으로 확산된다.In general, in the dye-sensitized solar cell, when external light is incident through the upper substrate 8, incident light is transmitted to the porous layer 6 through the upper substrate 8 and the upper electrode 7. The incident light excites the dye molecules adsorbed on the porous layer 6. In this excited state, electrons are injected from the dyes into the porous layer 6, and the thus injected electrons are diffused from the porous layer 6 to the upper electrode 7.

한편 전자를 잃어버린 염료 분자에 대해서는 전해질로부터 전자가 제공된다. 전해질은 예컨대 요오드로 구성되는데, 요오드는 염료에 전자를 제공하면서 트리요오드화물(triiodide)로 산화된다. 전자를 잃어버린 트리요오드화물은 양극, 즉 하부 전극층(2)의 표면으로 확산 이동되어 외부 회로를 통해서 유입되는 전자를 받아서 다시 요오드로 환원되고, 이와 같이 환원된 요오드는 다시 음극, 즉 상부 전극(7)측으로 확산 이동하게 된다.On the other hand, electrons are provided from the electrolyte for dye molecules that lose electrons. The electrolyte is composed, for example, of iodine, which is oxidized to triiodide while providing electrons to the dye. The triiodide that has lost electrons is diffused to the anode, that is, the surface of the lower electrode layer 2, receives electrons flowing through the external circuit, and is again reduced to iodine. The thus reduced iodine is again supplied to the cathode, that is, ).

그런데 상기한 동작에 있어서 염료분자에 대해 전자를 제공한 트리요오드화물이 하부 전극(2)으로 신속하게 확산 이동되지 못하고 여기된 염료 분자들에서 생성된 전자와 재결합을 하는 일이 빈번하게 발생하게 되는데, 이러한 재결합 현상은 염료감응형 태양전지의 광전변환 효율을 크게 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.However, in the above operation, the triiodide which provided electrons to the dye molecules is not rapidly diffused to the lower electrode 2, and recombination with electrons generated in the excited dye molecules occurs frequently Such a recombination phenomenon acts as a factor for greatly lowering the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell.

상술한 실시예에 있어서는 태양전지의 작동에 앞서 상부 전극(7)과 보조 전극(3)을 이용하여 강유전체층(4)을 분극화 시키게 된다. 강유전체층(4)이 분극화 되면 여기로부터 발생되는 분극전계에 의해 염료에서 생성된 전자가 다공질층(6)으로 주입되는 이동도가 향상됨은 물론 트리요오드화물의 하부 전극(2)에 대한 확산 이동도가 향상된다. 그리고 이러한 이동도의 향상에 의해 다공질층(5)에서의 전자와 트리요오드화물 간의 재결합율이 현저하게 낮아지게 됨으로써 태양전지의 광전변환 효율이 향상되게 된다.In the above-described embodiment, the ferroelectric layer 4 is polarized by using the upper electrode 7 and the auxiliary electrode 3 prior to the operation of the solar cell. When the ferroelectric layer 4 is polarized, the mobility of electrons generated in the dye by the polarization electric field generated from the excitation is enhanced to the porous layer 6, and diffusion mobility of the triiodide to the lower electrode 2 is improved . As a result of the improvement of the mobility, the recombination rate between the electrons and the triiodide in the porous layer 5 is remarkably lowered, so that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is improved.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지의 단면 구조를 나타낸 단면도이다. 또한 도 4는 도 3에서의 주요부 평면도로서, 이는 도 2에 대응되는 것이다.3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention. Fig. 4 is a plan view of the main part in Fig. 3, which corresponds to Fig.

도 1의 실시예에 있어서는 태양전지의 하측 중앙부분에 하부 전극(2)을 설치하고, 이 하부 전극(2)의 외측 부분에 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)을 형성하도록 되어 있는데 대하여, 본 실시예에서는 태양전지의 하측 중앙부분에 보조 전극(3) 및 강유전체층(4)을 설치하고, 이 보조 전극(2) 및 강유전체층(4)의 외측 부분에 하부 전극(2)을 설치한 것이다.1, the lower electrode 2 is provided on the lower central portion of the solar cell and the auxiliary electrode 3 and the ferroelectric layer 4 are formed on the outer portion of the lower electrode 2. However, In this embodiment, the auxiliary electrode 3 and the ferroelectric layer 4 are provided on the lower central portion of the solar cell and the lower electrode 2 is provided on the outer portion of the auxiliary electrode 2 and the ferroelectric layer 4 It is.

또한 본 실시예에 있어서도 도 1의 실시예와 마찬가지로 바람직하게는 보조 전극(3)의 상측에 강유전체층(4)을 형성할 때 강유전체층(4)이 보조 전극(3)을 전체적으로 피복하도록 형성될 수 있다.Also in this embodiment, the ferroelectric layer 4 is formed so as to cover the auxiliary electrode 3 as a whole when the ferroelectric layer 4 is formed on the upper side of the auxiliary electrode 3, as in the embodiment of Fig. 1 .

또한 본 실시예에 있어서도 하부 전극(2)과 보조 전극(3)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않고 적절하게 변형시켜 실시할 수 있다.Also in this embodiment, the shape of the lower electrode 2 and the auxiliary electrode 3 is not limited to a specific one but can be appropriately modified.

그리고 그 밖의 부분은 상술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.Since the other parts are substantially the same as those of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solar cell according to a third embodiment of the present invention.

상술한 실시예에 있어서는 태양전지의 하측에 보조 전극(3)과 강유전체층(4)을 설치한데 대하여 본 실시예는 태양전지의 상측에 강유전체층(55)과 보조 전극(56)을 설치한 것이다.The auxiliary electrode 3 and the ferroelectric layer 4 are provided on the lower side of the solar cell and the ferroelectric layer 55 and the auxiliary electrode 56 are provided on the upper side of the solar cell in this embodiment .

본 실시예에서 하부 기판(51)의 상측에는 통상적인 염료감응형 태양전지와 마찬가지로 하부 전극(52)이 설치되고, 이 하부 전극(52)의 상측에는 전해질층(53)이 구비된다.In this embodiment, a lower electrode 52 is provided on the lower substrate 51 in the same manner as a typical dye-sensitized solar cell, and an electrolyte layer 53 is provided on the lower electrode 52.

한편, 본 실시예에 있어서는 상부 구조체는 예컨대 유리 등으로 이루어진 상부 기판(58)의 상측에 보조 전극(56)과 상부 전극(57)이 형성되고, 상기 보조 전극(56)의 상측에, 바람직하게는 보조 전극(56)을 피복하면서 강유전체층(55)이 형성된다. 그리고 이 강유전체층(55)과 상부 전극(57)의 상측에 다공질층(54)이 형성된다. 또한 다공질층(56)에는 염료가 흡착된다.On the other hand, in the present embodiment, the upper structure is formed with an auxiliary electrode 56 and an upper electrode 57 on the upper substrate 58 made of glass or the like, and on the upper side of the auxiliary electrode 56, The ferroelectric layer 55 is formed while covering the auxiliary electrode 56. A porous layer 54 is formed on the ferroelectric layer 55 and the upper electrode 57. The dye is adsorbed to the porous layer 56.

이때 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)과 상부 전극(57)의 배치는 도 2에 나타낸 평면도와 마찬가지로 중심 부분에 상부 전극(57)이 배치되면서 이 상부 전극(57)의 외측에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)이 설치된다. 또한 이 경우에도 상기 상부 전극(57)과 강유전체층(55) 및 보조 전극(57)의 형상은 특정한 것에 한정되지 않는다.2, the upper electrode 57 is disposed at the central portion of the ferroelectric layer 55, the auxiliary electrode 56 and the upper electrode 57, and the ferroelectric layer 57 is disposed outside the upper electrode 57, An auxiliary electrode 55 and an auxiliary electrode 56 are provided. Also in this case, the shapes of the upper electrode 57, the ferroelectric layer 55, and the auxiliary electrode 57 are not limited to specific ones.

또한 상기 상부 전극(57)은 통상적인 태양전지와 마찬가지로 투명한 재질의 것이 사용되고, 보조 전극(56)으로서는 특정한 것이 요구되지 않는다.Also, the upper electrode 57 is made of a transparent material like a typical solar cell, and the auxiliary electrode 56 is not required to be specific.

본 실시예에 있어서는 태양전지의 구동시에 보조 전극(56)과 하부 전극(52)을 이용하여 강유전체층(55)을 분극화 시키게 된다. 그리고 그 밖의 동작은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.In this embodiment, the auxiliary electrode 56 and the lower electrode 52 are used to polarize the ferroelectric layer 55 when the solar cell is driven. Since other operations are substantially the same as those of the above-described embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solar cell according to a fourth embodiment of the present invention.

본 실시예는 도 5의 실시예와 마찬가지로 태양전지의 상측에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)을 설치하면서, 도 3의 실시예와 마찬가지로 태양전지의 중앙 부분에 강유전체층(55) 및 보조 전극(56)을 설치하고 이들 외측 부분에 상부 전극(57)을 설치한 것이다.5, the ferroelectric layer 55 and the auxiliary electrode 56 are provided on the upper side of the solar cell and the ferroelectric layer 55 and the auxiliary electrode 56 are formed in the central part of the solar cell in the same manner as in the embodiment of Fig. The auxiliary electrode 56 is provided and the upper electrode 57 is provided at the outer portion.

그리고 그 밖의 부분은 상술한 도 5의 실시예와 동일하므로 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.Since the other parts are the same as those of the embodiment of FIG. 5 described above, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 분극화된 강유전체층의 분극 전계에 의해 염료에서 생성된 전자와 요오드화물의 재결합이 최대한도로 억제됨으로써 태양전지의 광전변환 효율이 대폭 제고되게 된다.As described above, according to the present invention, the recombination of electrons generated in the dye and iodide by the polarization electric field of the polarized ferroelectric layer is suppressed as much as possible, so that the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is greatly improved.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention.

1: 하부 기판, 2: 하부 전극,
3: 보조 전극, 4: 강유전체층,
5: 전해질층, 6: 다공질층,
7: 상부 전극, 8: 상부 기판.1: lower substrate, 2: lower electrode,
3: auxiliary electrode, 4: ferroelectric layer,
5: electrolyte layer, 6: porous layer,
7: upper electrode, 8: upper substrate.

Claims (18)

외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서,
하부 구조체와,
상부 구조체 및,
상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고,
상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극, 상기 하부 기판의 상측과 하부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극 및, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층을 구비하여 구성되며,
상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.1. A dye-sensitized solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A lower structure,
The upper structure,
And an electrolyte layer provided between the lower structure and the upper structure,
The lower structure includes a lower substrate, a lower electrode formed on the lower substrate, an auxiliary electrode formed on an outer portion of the upper and lower electrodes of the lower substrate, and a ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode Respectively,
The upper structure includes an upper substrate formed of a transparent material, an upper electrode formed on the upper substrate and made of a transparent conductive material, a porous layer disposed on the upper side of the upper electrode, and a dye And a dye-sensitized solar cell. 제1항에 있어서,
상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is formed while covering the auxiliary electrode. 제1항에 있어서,
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material. 제3항에 있어서,
상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method of claim 3,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material. 제1항에 있어서,
상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method according to claim 1,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by an upper electrode and an auxiliary electrode. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서,
하부 구조체와,
상부 구조체 및,
상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고,
상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 하부 기판의 상측과 보조 전극의 외측 부분에 형성되는 하부 전극 및, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층을 구비하여 구성되며,
상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 상부 전극의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.1. A dye-sensitized solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A lower structure,
The upper structure,
And an electrolyte layer provided between the lower structure and the upper structure,
The lower structure includes a lower substrate, an auxiliary electrode formed on the upper side of the lower substrate, a lower electrode formed on the upper side of the lower substrate and an outer portion of the auxiliary electrode, and a ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode Respectively,
The upper structure includes an upper substrate formed of a transparent material, an upper electrode formed on the upper substrate and made of a transparent conductive material, a porous layer disposed on the upper side of the upper electrode, and a dye And a dye-sensitized solar cell. 제6항에 있어서,
상기 강유전체층이 보조 전극을 피복하면서 형성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the ferroelectric layer is formed while covering the auxiliary electrode. 제6항에 있어서,
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material. 제8항에 있어서,
상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.9. The method of claim 8,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material. 제6항에 있어서,
상기 강유전체층은 상부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.The method according to claim 6,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by an upper electrode and an auxiliary electrode. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서,
하부 구조체와,
상부 구조체 및,
상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고,
상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극을 구비하여 구성되며,
상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 상부 기판의 상측과 상부 전극의 외측 부분에 형성되는 보조 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 상부 전극의 상측과 상기 강유전체층의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.1. A dye-sensitized solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A lower structure,
The upper structure,
And an electrolyte layer provided between the lower structure and the upper structure,
The lower structure includes a lower substrate and a lower electrode formed on the upper substrate,
The upper structure may include an upper substrate formed of a transparent material, an upper electrode formed on the upper substrate and made of a transparent conductive material, an auxiliary electrode formed on an outer portion of the upper and upper electrodes of the upper substrate, A ferroelectric layer formed on the upper side of the electrode, a porous layer provided on the upper side of the upper electrode, the upper side of the ferroelectric layer, and a dye adsorbed on the porous layer. 제11항에 있어서,
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material. 제12항에 있어서,
상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.13. The method of claim 12,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material. 제11항에 있어서,
상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.12. The method of claim 11,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by the lower electrode and the auxiliary electrode. 외부로부터 입사되는 광을 전기로 변환하는 염료감응형 태양전지에 있어서,
하부 구조체와,
상부 구조체 및,
상기 하부 구조체와 상부 구조체의 사이에 구비되는 전해질층을 구비하여 구성되고,
상기 하부 구조체는 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측에 형성되는 하부 전극을 구비하여 구성되며,
상기 상부 구조체는 투명한 재질로 구성되는 상부 기판과, 상기 상부 기판의 상측에 형성되는 보조 전극, 상기 상부 기판의 상측과 상기 보조 전극의 외측부분에 형성됨과 더불어 투명한 도전성 재질로 구성되는 상부 전극, 상기 보조 전극의 상측에 형성되는 강유전체층, 상기 상부 전극의 상측과 상기 강유전체층의 상측에 구비되는 다공질층 및, 상기 다공질층에 흡착되는 염료를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.1. A dye-sensitized solar cell for converting light incident from the outside into electricity,
A lower structure,
The upper structure,
And an electrolyte layer provided between the lower structure and the upper structure,
The lower structure includes a lower substrate and a lower electrode formed on the upper substrate,
An upper electrode formed on an upper portion of the upper substrate and an outer portion of the auxiliary electrode and made of a transparent conductive material; and an upper electrode formed on the upper portion of the upper substrate, A ferroelectric layer formed on the upper side of the auxiliary electrode, a porous layer provided on the upper side of the upper electrode, the upper side of the ferroelectric layer, and a dye adsorbed on the porous layer. 제15항에 있어서,
상기 강유전체층은 무기물 강유전 물질 또는 무기물 강유전 물질과 유기물 강유전 물질의 혼합물질 또는 유기물 강유전 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.16. The method of claim 15,
Wherein the ferroelectric layer is made of a mixed material of an inorganic ferroelectric material or an inorganic ferroelectric material and an organic ferroelectric material or an organic ferroelectric material. 제16항에 있어서,
상기 강유전 물질에 금속 물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.17. The method of claim 16,
Wherein the metal material is mixed with the ferroelectric material. 제15항에 있어서,
상기 강유전체층은 하부 전극과 보조 전극에 의해 분극화 되는 것을 특징으로 하는 염료감응형 태양전지.16. The method of claim 15,
Wherein the ferroelectric layer is polarized by the lower electrode and the auxiliary electrode.
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