KR20110068221A - Solor cell and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A solar cell and a method for fabricating the same are provided to reduce a process for manufacturing a large size of a module by combining a positive electrode and a negative electrode through liquid sealant. CONSTITUTION: An opposite electrode(120) is separated from a semiconductor electrode. An electrolyte(131) is interposed between the semiconductor electrode and the opposite electrode. A liquid sealant is formed around a region having no electrolyte. The semiconductor electrode is comprised of a conductive substrate, a transparent conductive layer, and a transition metal oxide layer. The transparent conductive layer has doped Fluorine or is comprised of F-doped SnO2(FTO), Sn-doped In2O3, ITO(indium tin oxide), SnO, and ZnO. The opposite electrode is comprised of a conductive substrate, a transparent conductive layer, and a platinum layer(125).

Description

염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법{SOLOR CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}Dye-Sensitized Solar Cell and Manufacturing Method Thereof {SOLOR CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same.

화석 연료 매장량의 고갈에 따라 반도체 등을 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 이용하기 위한 관심과 노력이 점차 증가하고 있으며, 산업적으로 매우 유망한 분야이다. 또한, 이산화탄소 발생 규제 정책에 따라 환경 오염 물질을 발생시키지 않고 전기를 발생하는 태양전지 분야는 환경 보호와 에너지 문제 해결에 중요한 해결점을 제시하고 있다.As fossil fuel reserves are depleted, interest and efforts to use solar energy as electrical energy using semiconductors and the like are gradually increasing, which is an industrially promising field. In addition, the solar cell field that generates electricity without generating environmental pollutants in accordance with the carbon dioxide emission regulation policy presents important solutions for environmental protection and energy problem solving.

지금까지 알려진 종래의 염료 감응 태양전지중 대표적인 예로서, 1991년 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 태양전지가 있다. 그라첼 등에 의하여 제안된 태양전지는 감광성 염료 분자와 나노입자 이산화티탄으로 이루어지는 산화물 반도체를 이용한 광전기화학적 태양전지로서, 기존의 실리콘 태양전지에 비하여 제조 단가가 저렴하다는 이점이 있다. A representative example of conventional dye-sensitized solar cells known to date is a solar cell published by Gratzel et al., Switzerland, 1991. The solar cell proposed by Gratzel et al. Is a photoelectrochemical solar cell using an oxide semiconductor composed of photosensitive dye molecules and nanoparticle titanium dioxide, and has an advantage of lower manufacturing cost than conventional silicon solar cells.

지금까지 알려진 염료감응 나노입자 산화물 태양전지는 나노입자 산화물 반 도체 음극, 백금양극, 상기 음극에 코팅된 염료, 그리고 유기용매를 사용한 산화/환원 전해질로 구성되어 있다.Known dye-sensitized nanoparticle oxide solar cells are composed of a nanoparticle oxide semiconductor cathode, a platinum anode, a dye coated on the anode, and an oxidation / reduction electrolyte using an organic solvent.

이와 같이, 유기 용매로부터 얻어지는 전해질을 포함하는 종래의 염료감응 태양전지는 태양광에 의해 태양전지의 외부 온도가 증가될 때 전해질 용매가 태양전지로부터 휘발될 가능성이 있다. 따라서, 염료감응 태양전지의 장기적 안정성 및 실용화에 매우 불리하다.As described above, in the conventional dye-sensitized solar cell including the electrolyte obtained from the organic solvent, there is a possibility that the electrolyte solvent is volatilized from the solar cell when the external temperature of the solar cell is increased by sunlight. Therefore, it is very disadvantageous for long term stability and practical use of dye-sensitized solar cells.

위에서 제안된 기존의 염료 감응 태양전지 구조에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.Brief description of the conventional dye-sensitized solar cell structure proposed above is as follows.

기존의 염료 감응 태양전지는, 도면에는 도시하지 않았지만, 나노 입자에 코팅된 염료(dye)로 광이 흡수되면, 전자가 여기되어 전자가 이산화티늄(TiO2) 나노입자로 이동하고, 애노드(anode)로 주입되어 전류가 생성하는 방식이다.Conventional dye-sensitized solar cells, although not shown in the drawing, when light is absorbed by a dye coated on the nanoparticles, electrons are excited to move the electrons to the titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles, and the anode ) Is injected to generate current.

현재 소자 제작시에 열가소성 필름(hot-melting film)을 사각형 또는 라인 형태로 절단하여 애노드(anode)에 위치하고 있는 활성영역 주변에 놓은 후 캐소드 (cathode)를 덮고, 100℃ 정도에서 수초간 방치하면 캐소드와 애노드의 합착이 가능하게 된다.In the current device fabrication, hot-melting film is cut into squares or lines, placed around the active area located on the anode, covered with a cathode, and left for several seconds at about 100 ° C. And bonding of the anode is possible.

그러나, 합착후 소자에 주입되는 전해질은 일반적으로 약산성의 액체이며, 주입후 장시간이 지나면 액체 전해질이 열가소성 필름 쪽으로 투습, 흡습되어 장기 신뢰성이 떨어져 효율이 감소하는 단점이 있다. 특히, 대면적의 소자 제작시에 기존의 필름막을 사용할 때 공정시간 및 모듈을 구성하는 서브 셀 영역 피치간 정밀 한 폭을 유지하기 어려운 단점이 있다.However, the electrolyte injected into the device after bonding is generally a weakly acidic liquid, and a long time after the injection, the liquid electrolyte permeates and absorbs the thermoplastic film, thereby deteriorating long-term reliability and reducing efficiency. In particular, when using a conventional film film when manufacturing a large area of the device there is a disadvantage that it is difficult to maintain a precise width between the processing time and the pitch of the sub-cell region constituting the module.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 약산성 및 낮은 끓는점을 갖는 전해질의 장기 신뢰성 확보와 대면적 모듈 제작이 가능한 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the object of the present invention is a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell capable of ensuring long-term reliability of the electrolyte having a weak acidity and low boiling point and manufacturing a large-area module In providing.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지는, 반도체전극; 상기 반도체전극과 이격되어 대응하는 대향전극; 상기 반도체전극과 대향전극 사이에 개재되는 전해질; 및 상기 전해질 외 주변에 형성된 액체 실런트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Dye-sensitized solar cell according to the present invention for achieving the above object, a semiconductor electrode; An opposite electrode spaced apart from the semiconductor electrode; An electrolyte interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode; And a liquid sealant formed around the electrolyte.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 제조방법은, 제1 투명도전층이 코팅된 제1 전도성 투명기판상에 전이금속산화물층을 코팅하여 반도체전극을 형성하는 단계; 제2 투명도전층이 코팅되고, 관통된 소정 크기의 전해질 주입구가 구비된 제2 전도성 투명기판상에 백금층을 코팅하여 대향전극을 형성하는 단계; 상기 반도체전극의 전이금속산화물층의 외주변에 액체 실런트를 적하시키는 단계; 상기 반도체 전극 상부에 상기 대향전극을 배치하여 서로 대향되게 합착시키는 단계; 상기 대향전극에 구비된 전해질 주입구를 통해 전해질을 주입하는 단계; 및 상기 전해질 주입구 주위에 액체 실런트를 적하시켜 기밀하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Dye-sensitized solar cell manufacturing method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a semiconductor electrode by coating a transition metal oxide layer on a first conductive transparent substrate coated with a first transparent conductive layer; Forming a counter electrode by coating a platinum layer on a second conductive transparent substrate having a second transparent conductive layer coated thereon and having a penetrating electrolyte injection hole formed therein; Dropping a liquid sealant on an outer periphery of the transition metal oxide layer of the semiconductor electrode; Arranging the counter electrodes on the semiconductor electrode to be bonded to face each other; Injecting electrolyte through an electrolyte injection hole provided in the counter electrode; And dripping a liquid sealant around the electrolyte injection hole to hermetically seal the liquid sealant.

본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.Dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same according to the present invention has the following effects.

본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법은, 약산성 및 낮은 끓는점을 갖는 액체 전해질을 사용하는 태양전지소자 제작시에, 음극과 양극을 합착시킬 때 액체형 실런트(liquid sealant)를 이용함으로써 장기 신뢰성을 확보하고 대면적화를 원활히 할 수 있다.The dye-sensitized solar cell according to the present invention and a method for manufacturing the same have a long term by using a liquid sealant when bonding a cathode and an anode when fabricating a solar cell device using a liquid electrolyte having weak acidity and low boiling point. It can secure the reliability and smooth the large area.

또한, 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법은, 음극과 양극을 합착시킬 때 액체형 실런트를 적하하여 손쉽게 음극과 양극을 합착시킬 수 있음으로써 대면적 모듈을 제작하기 위한 공정을 단축시킬 수 있다.In addition, the dye-sensitized solar cell and the method for manufacturing the same according to the present invention can shorten the process for manufacturing a large-area module by dropping a liquid sealant when the cathode and the anode are bonded, thereby easily bonding the cathode and the anode. Can be.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 염료 감응형 태양전지에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a dye-sensitized solar cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

염료 감응형 태양전지에 있어서, 염료를 흡착할 수 있는 전극 소재로는 밴드갭(Band-gap) 에너지가 큰 반도체 나노결정 (직경 15~20nm) 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 나노입자의 크기가 수 나노미터 이하로 지나치게 작게 되면 염료 흡착량은 증가하지만, 반면 표면상태 수가 증가하여 전자와 홀의 재결합 자리를 제공하게 되는 단점도 있다. 따라서 나노입자의 크기 (size), 형상 (morphology), 결정성 (crystallinity) 그리고 표면상태 (surface state)를 제어하는 것이 중요하다.In the dye-sensitized solar cell, it is preferable to use a semiconductor nanocrystal (diameter 15-20 nm) oxide having a large band-gap energy as an electrode material capable of adsorbing the dye. If the size of the nanoparticles is too small to be several nanometers or less, the amount of dye adsorption increases, while the number of surface states increases, thereby providing a site for recombination of electrons and holes. Therefore, it is important to control the size, morphology, crystallinity and surface state of nanoparticles.

또한, 염료 감응형 태양전지에 사용되는 염료로는 루테늄계 유기금속화합물, 유기화합물, 그리고 InP, CdSe 등의 양자점 무기화합물이 사용된다. In addition, ruthenium-based organometallic compounds, organic compounds, and quantum dot inorganic compounds such as InP and CdSe are used as dyes used in dye-sensitized solar cells.

염료 감응 태양전지용 염료가 갖추어야 할 조건은 첫째, 가시광선 전 영역의 빛을 흡수할 수 있어야 하며, 둘째 나노산화물 표면과 견고한 화학결합을 이루고 있어야 하며, 셋째 열 및 광학적 안정성을 지니고 있어야 한다. The conditions for dye-sensitized solar cell dyes must be: first, capable of absorbing light in all visible light, second, forming a strong chemical bond with the nanooxide surface, and third, having thermal and optical stability.

그리고, 염료 감응 태양전지용 전해질로는 요오드계 산화-환원 종으로 구성되어 있다. 전해질의 매질로는 아세토니트릴(acetonitrile)과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. The dye-sensitized solar cell electrolyte is composed of iodine-based redox species. As the medium of the electrolyte, a liquid such as acetonitrile or a polymer such as PVdF may be used.

여기서, 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달될 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.Here, in the case of using the polymer electrolyte, it is preferable to design the redox ion paper so that it can be rapidly delivered in the medium.

한편, 염료분자에 의해 생성된 광전자는 나노입자 반도체로 주입되고, 반도체 계면을 통하여 확산되고 전도성 전극으로 수집된다. 전도성 전극으로 전자가 이동할 때 표면상태에 전자가 잡혀 전해질로 흘러가는 재결합 과정에 의한 전자의 손실도 예상된다. 전하수집 속도상수는 단색광 레이저를 이용한 분광학적인 방법으로 구할 수 있다.On the other hand, the photoelectrons generated by the dye molecules are injected into the nanoparticle semiconductor, diffuse through the semiconductor interface and are collected by the conductive electrode. When electrons move to the conductive electrode, the electrons are also lost by the recombination process that is trapped in the surface state and flows into the electrolyte. The charge collection rate constant can be obtained by spectroscopic method using monochromatic laser.

또한, 투명 전도성 기판으로는 F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3 (ITO), ZnO 등 다양한 물질들이 코팅된 기판이 사용 가능하다. 염료 감응형 태양전지용 기판이 가져야 할 조건은 투명도가 매우 뛰어나면서 면저항이 매우 낮아야 한다. 또한, 나노소재의 접착성을 좋게 하기 위하여 적절한 헤이즈(haze)를 가지는 것이 바 람직하다.In addition, as the transparent conductive substrate, a substrate coated with various materials such as F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 (ITO), and ZnO may be used. The condition for the substrate for dye-sensitized solar cells should be very low in transparency and very low in sheet resistance. In addition, it is desirable to have an appropriate haze in order to improve the adhesion of the nanomaterial.

도 1은 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.

본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체전극(110)과; 대향전극(120) 및; 이들 사이에 개재되어 있는 겔형 고분자 전해질 (131)을 포함하여 구성된다.Dye-sensitized solar cell according to the present invention, as shown in Figure 1, the semiconductor electrode 110; A counter electrode 120; It consists of the gel polymer electrolyte 131 interposed between these.

여기서, 상기 반도체전극(110)은 제1 전도성 유리 기판(101), 예를 들면 플루오르(Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 제1 투명도전층(103)이 코팅되어 있는 투명한 전도성 유리기판(101) 위에 전이 금속 산화물층(105)이 코팅되어 있는 구성을 가진다.Here, the semiconductor electrode 110 is doped with a first conductive glass substrate 101, for example, fluorine, F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , ITO (indium tin) oxide), SnO, ZnO has a configuration in which the transition metal oxide layer 105 is coated on a transparent conductive glass substrate 101 is coated with a first transparent conductive layer 103.

이때, 상기 전이금속 산화물층(105)은 약 5 ∼ 30 nm의 나노 사이즈를 가지는 나노입자 이산화티탄(nanocrystalline titanium dioxide)으로 이루어진다.In this case, the transition metal oxide layer 105 is made of nanocrystalline titanium dioxide having a nano size of about 5 to 30 nm.

상기 전이금속 산화물층(105) 내에서 전이 금속 산화물, 즉 나노 입자 이산화티탄에는 루테늄 착체로 이루어지는 염료 분자층이 화학적으로 흡착되어 있다.In the transition metal oxide layer 105, a dye molecular layer made of a ruthenium complex is chemically adsorbed to the transition metal oxide, ie, nanoparticle titanium dioxide.

그리고, 상기 대향전극(120)은 제2 전도성 유리기판(121), 예를 들어 예를 들면 플루오르(Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 제2 투명도전층(123)이 코팅되어 있는 투명한 제2 전도성 유리기판(121) 상에 백금층(125)이 코팅되어 있는 구성을 가진다. In addition, the counter electrode 120 may be doped with a second conductive glass substrate 121, for example, fluorine, F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , or ITO. The platinum layer 125 is coated on the transparent second conductive glass substrate 121 on which the second transparent conductive layer 123 formed of indium tin oxide, SnO, and ZnO is coated.

여기서, 상기 대향전극(120)의 백금층(125)은 상기 반도체 전극(110)의 전이금속 산화물층(105)과 대향하도록 배치되어 있다. Here, the platinum layer 125 of the counter electrode 120 is disposed to face the transition metal oxide layer 105 of the semiconductor electrode 110.

또한, 상기 대향전극(120) 내에는 전해질을 주입하기 위해 전해질 주입구 (127)가 형성되어 있다. 이때, 상기 전해질 주입구(127)는 상기 대향전극(120)을 구성하는 제2 도전성 유리기판 (121)과, 제2 투명도전층(123) 및 전이금속산화물층 (125)에 형성된다. 이때, 상기 전해질(131)로는 0.1M 리터, 0.05M 12, 0.6M 1-헥실(hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴 (metoxypropionitrile) 용매(solvent)로 하여 형성된다.In addition, an electrolyte injection hole 127 is formed in the counter electrode 120 to inject the electrolyte. In this case, the electrolyte injection hole 127 is formed in the second conductive glass substrate 121 constituting the counter electrode 120, the second transparent conductive layer 123, and the transition metal oxide layer 125. In this case, the electrolyte 131 is 0.1M liter, 0.05M 12, 0.6M 1-hexyl-2,3-dimethylimidezolium iodiode (dimetylimidazolium iodiode) and 0.5M 4-tet (tert) -butyl It is formed by using pyridine (butylpyridine) as a 3-methoxypropionitrile solvent.

상기 반도체 전극(110)과 대향전극(120) 사이의 공간에 채워져 있는 상기 전해질(131)을 구성하는 고분자 용매는 휘발성이 매우 낮아 태양전지의 장기적 외부 요인에 따른 휘발성 문제를 해결할 수 있으며, 향상된 안정성을 제공할 수 있다.The polymer solvent constituting the electrolyte 131 which is filled in the space between the semiconductor electrode 110 and the counter electrode 120 is very low volatility and can solve the volatility problem caused by long-term external factors of the solar cell, and improved stability Can be provided.

또한, 상기 반도체 전극(110)의 활성영역, 즉 전이금속 산화물층(105)의 외주변을 따라 실재(sealant) 적하장치(미도시)에 의해 적하된 액체 실런트(liquid sealant)에 의해 실패턴(107)이 형성되어 있다.In addition, a failure turn is caused by a liquid sealant dipped by a sealant dropping device (not shown) along the outer periphery of the active region of the semiconductor electrode 110, that is, the transition metal oxide layer 105. 107 is formed.

그리고, 상기 반도체 전극(110)과 합착되는 대향전극(120) 상면에 형성된 전해질 주입구(127)에는 전해질 주입후 유리 프릿 소성체(133)에 의해 기밀되어진다.The electrolyte injection hole 127 formed on the upper surface of the counter electrode 120 bonded to the semiconductor electrode 110 is sealed by the glass frit sintered body 133 after the electrolyte is injected.

상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Dye-sensitized solar cell manufacturing method according to the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 제조방법을 설명 하기 위한 제조공정 단면도이다.Figure 2a to 2g is a cross-sectional view of the manufacturing process for explaining the dye-sensitized solar cell manufacturing method according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 제조방법에 있어서, 반도체 전극의 활성영역의 외주변에 실패턴이 형성되는 상태를 도시한 평면도이다. 3 is a plan view illustrating a state in which a failure turn is formed around an outer periphery of an active region of a semiconductor electrode in the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention.

(1) 반도체 전극 제조공정 (1) semiconductor electrode manufacturing process

도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 전도성 유리 기판(101), 예를 들어 플루오르 (Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 제1 투명도전층(103)이 코팅되어 있는 투명한 제1 전도성 유리기판(101)(Fluorine-doped tin oxide coated conduction glass)을 약 1.5cm × 1.5cm 크기로 잘라 글라스 세정제로 약 10분간 고주파음에 의해 분해(sonication) 처리한 후 탈이온수(DI; deionized water)를 사용하여 세정한다.As shown in FIG. 2A, a first conductive glass substrate 101, for example fluorine, is doped, F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , indium tin oxide ), The first transparent conductive layer 103 coated with SnO and ZnO is coated with a transparent first conductive glass substrate 101 (Fluorine-doped tin oxide coated conduction glass) to a size of about 1.5 cm × 1.5 cm. After about 10 minutes of sonication treatment with high-frequency sound, it is washed with deionized water (DI).

그 다음, 에탄올(ethanol)로 고주파음에 의해 분해(sonication) 세척을 약 15분 동안 2회 반복해서 실시한다.The sonication wash is then repeated twice with ethanol for about 15 minutes.

이어서, 무수(無水; anhydrous)의 에탄올로 완전히 헹군 다음, 약 100℃ 온도의 오븐에서 건조시킨다.It is then rinsed thoroughly with anhydrous ethanol and dried in an oven at a temperature of about 100 ° C.

이렇게 준비한 제1 전도성 유리기판(101) 위에 전이금속 산화물층, 예를 들어 TiO2 와의 접촉력을 향상시키기 위해 70℃ 온도의 40 mm의 티타늄(titanium)(Ⅳ) 클로라이드(chloride) 용액에 40분간 담근 후 탈이온수(DI)로 세정한 후, 약 100℃ 온도의 오븐에서 수분을 완전히 건조시킨다.The first conductive glass substrate 101 thus prepared was immersed in a 40 mm titanium (IV) chloride solution at a temperature of 70 ° C. for 40 minutes in order to improve contact with a transition metal oxide layer, for example, TiO 2. After washing with deionized water (DI), the moisture is completely dried in an oven at a temperature of about 100 ℃.

그 다음, 티타니아(titania) (TiO2) 페이스트(paste)를 9 mm × 9 mm 마스크 (미도시)를 이용하여 코팅한다. Then, a titania (TiO 2 ) paste is coated using a 9 mm × 9 mm mask (not shown).

이어서, 상기 코팅된 전이금속 산화물층을 약 100℃ 온도의 오븐에서 약 20분 동안 건조시킨 후 이 과정을 3회 반복한다.Subsequently, the coated transition metal oxide layer is dried in an oven at a temperature of about 100 ° C. for about 20 minutes, and the process is repeated three times.

그 다음, 이렇게 얻어진 전이금속 산화물층(TiO2) 위에 티타니아(titania) (TiO2) 페이스트(paste)를 스크린 프린팅방법을 이용하여 1회 코팅하고, 약 100℃ 온도의 오븐에서 약 20분 동안 건조시킨 다음, 약 450℃ 온도에서 약 60분 간 소성함으로써, 도 2b에서와 같이, 약 13 μm 두께의 전이금속 산화물층(TiO2)(105)을 얻는다.Then, a titania (TiO 2 ) paste was coated on the transition metal oxide layer (TiO 2 ) thus obtained once using a screen printing method, and dried in an oven at a temperature of about 100 ° C. for about 20 minutes. And then fired at a temperature of about 450 ° C. for about 60 minutes, thereby obtaining a transition metal oxide layer (TiO 2 ) 105 having a thickness of about 13 μm, as shown in FIG. 2B.

이후, 열처리 과정이 끝난 전이금속 산화물층(105)을 0.5 mM 농도의 염료의 무수의 에탄올 용액에 약 24 시간 담궈 놓음으로써 염료를 흡착시킬 수 있다. Thereafter, the dye may be adsorbed by immersing the transition metal oxide layer 105, which has been heat-treated, in anhydrous ethanol solution of 0.5 mM dye for about 24 hours.

이렇게 흡착이 끝난 후에 무수의 에탄올로 흡착되지 않은 염료를 완전히 세척해준 후 열총(heat gun)을 이용하여 건조시킨다.After the adsorption is completed, the dye that is not adsorbed with anhydrous ethanol is completely washed and dried using a heat gun.

(2) 대향 전극 제조공정 (2) Counter electrode manufacturing process

제2 전도성 유리 기판(121), 예를 들면 플루오르(Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 제2 투명도전층(123)이 코팅되어 있는 구성을 가진다. The second conductive glass substrate 121, for example, is made of fluorine (Fluorine), F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO 2 has a configuration in which the transparent conductive layer 123 is coated.

이렇게 제2 투명도전층(123)이 코팅되어 있는 투명한 제2 전도성 유리기판 (121)(Fluorine-doped tin oxide coated conduction glass)을 약 1.5cm × 1.5cm 크기로 절단한 후, 상기 제2 전도성 유리기판(121)에 다이아몬드 드릴을 이용하여 전해질이 주입될 수 있는 전해질 주입구(127)을 형성한다. 이때, 상기 전해질 주입구(127)은 상기 제2 전도성 유리기판(121) 및 제2 투명도전층(123)에 형성된다.After cutting the transparent second conductive glass substrate 121 (Fluorine-doped tin oxide coated conduction glass) coated with the second transparent conductive layer 123 to a size of about 1.5 cm × 1.5 cm, the second conductive glass substrate An electrolyte injection hole 127 through which a electrolyte is injected may be formed in the diamond drill 121. In this case, the electrolyte injection hole 127 is formed in the second conductive glass substrate 121 and the second transparent conductive layer 123.

그 다음, 상기 전해질 주입구(127)가 형성된 제2 전도성 유리기판(121)을 글라스 세정제로 약 10분간 고주파음에 의해 분해 (sonication)처리한 후 탈이온수 (DI; deionized water)를 사용하여 세정한다.Next, the second conductive glass substrate 121 on which the electrolyte injection hole 127 is formed is decomposed by a high frequency sound for about 10 minutes with a glass cleaner, and then cleaned using deionized water (DI). .

그 다음, 에탄올(ethanol)로 고주파음에 의해 분해(sonication) 세척을 약 15분간 2회 반복해서 실시한다.Then, rinse with ethanol and repeat the sonication washing for about 15 minutes twice.

이어서, 무수(無水; anhydrous)의 에탄올로 완전히 헹군 다음, 약 100℃ 온도의 오븐에서 건조시킨다.It is then rinsed thoroughly with anhydrous ethanol and dried in an oven at a temperature of about 100 ° C.

그 다음, 하이드로겐 헥사클로로플레티네이트(hydrogen hexachloroplatinate ) (H2PtCl6)2-프로판올(propanol) 용액을 제2 전도성 유리기판(123)에 코팅된 제2 투명도전층(123)에 코팅한 후 약 450℃ 온도에서 약 60분간 소성시켜 백금층(125)을 형성한다.Thereafter, a solution of hydrogen hexachloroplatinate (H 2 PtCl 6 ) 2-propanol is coated on the second transparent conductive layer 123 coated on the second conductive glass substrate 123. The platinum layer 125 is formed by baking at a temperature of about 450 ° C. for about 60 minutes.

(3) 반도체 전극과 대향 전극 합착 공정 (3) Bonding step of semiconductor electrode and counter electrode

도 2d 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반도체전극(110)의 활성영역, 즉 전이금속 산화물층(105)의 외주변을 따라 실재 적하장치(미도시)에 의해 액체 실런트(liquid sealant)를 도포하여, 도 3에서와 같이, 실패턴(107)을 형성한다. As shown in FIGS. 2D and 3, a liquid sealant is formed by an actual dropping device (not shown) along the outer periphery of the active region of the semiconductor electrode 110, that is, the transition metal oxide layer 105. 3, the failure turn 107 is formed as shown in FIG.

그 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 실패턴(107)이 형성된 반도체 전극(110)과 대향전극(120)을 서로 합착시킨 후, 약 100℃ 온도의 오븐에서 약 30분 간 경화를 시킨다.Next, as shown in FIG. 2E, the semiconductor electrode 110 and the counter electrode 120 on which the failure turn 107 is formed are bonded to each other, and then cured in an oven at a temperature of about 100 ° C. for about 30 minutes. .

이어서, 도 2f 및 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 대향전극(120)에 형성된 2 개의 전해질 주입구(127)를 통해 전해질(131)을 주입한 후, 상기 전해질 주입구 (127) 주위에 다시 액체 실런트(liquid sealant)를 도포하여 상부패턴(133)을 형성하고, 커버 글라스(cover glass)(미도시)로 실링함으로써 염료 감응형 태양전지 제조를 완료한다. 이때, 상기 전해질(131)로는 0.1M Lil, 0.05M 12, 0.6M 1-헥실(hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴 (metoxypropionitrile) 용매(solvent)로 하여 제조한다.Subsequently, as shown in FIGS. 2F and 2G, after the electrolyte 131 is injected through the two electrolyte injection holes 127 formed in the counter electrode 120, the liquid sealant is again around the electrolyte injection hole 127. (Liquid sealant) is applied to form an upper pattern 133, and then sealed with a cover glass (not shown) to complete the dye-sensitized solar cell manufacturing. At this time, the electrolyte 131 is 0.1M Lil, 0.05M 12, 0.6M 1-hexyl-2,3-dimethylimidezolium iodiode (dimetylimidazolium iodiode) and 0.5M 4-tet (tert) -butyl Pyridine (butylpyridine) is prepared using a 3-methoxypropionitrile solvent.

상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 소자에 AM 1.5 솔라 시뮬레이션 필터를 장착한 Xe 램프로 빛을 조사하여, 도 4에서와 같이, 전류 전압곡선을 얻었다. 이때, 전위의 범위는 -0.8 V ∼ 0.2 V 까지 이며, 빛의 세기는 100 mW/cm2 로 유지하였다.The dye-sensitized solar cell device according to the present invention manufactured as described above was irradiated with a Xe lamp equipped with an AM 1.5 solar simulation filter to obtain a current voltage curve as shown in FIG. 4. At this time, the potential range is from -0.8 V to 0.2 V, and the light intensity is 100 mW / cm 2 Was maintained.

도 4는 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지와 기존의 태양전지의 전류와 전압간 특성을 통해 광전변환 효율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the photoelectric conversion efficiency through the characteristics between the current and voltage of the dye-sensitized solar cell and the conventional solar cell according to the present invention.

기존의 염료 감응형 태양전지 셀의 경우, 즉 액체 실런트가 형성되지 않은 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 소자 제작 4일 후에 전류 및 전압 특성을 통한 광전변환 효율을 측정한 결과, Voc 0.71 V, Jsc 가 15 mA, fill factor가 49 %, 광전변환 효율이 5.16 %로 나타남을 알 수 있다.In the case of the conventional dye-sensitized solar cell, that is, the liquid sealant is not formed, as shown in Fig. 4, after four days after the device fabrication, the photoelectric conversion efficiency through the current and voltage characteristics was measured, Voc 0.71 V , Jsc is 15 mA, fill factor is 49%, and photoelectric conversion efficiency is 5.16%.

반면에, 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 소자 제작 4일 후에 전류 및 전압 특성을 통해 광전변환 효율을 측정한 결과, Voc 0.75 V, Jsc 가 12 mA, fill factor가 64 %, 광전변환 효율이 5.98 %로 나타남을 알 수 있다. 이는 기존의 염료 감응형 태양전지에 비해 효율이 약 13.7 % 정도 적게 감소하는 결과이다.On the other hand, in the dye-sensitized solar cell according to the present invention, as shown in FIG. 4, after 4 days of device fabrication, the photoelectric conversion efficiency was measured through current and voltage characteristics, and Voc 0.75 V and Jsc were 12 mA. The fill factor is 64% and the photoelectric conversion efficiency is 5.98%. This is a result of about 13.7% less efficiency than conventional dye-sensitized solar cells.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법은, 약산성 및 낮은 끓는점을 갖는 액체 전해질을 사용하는 태양전지소자 제작시에, 음극과 양극을 합착시킬 때 액체형 실런트(liquid sealant)를 이용함으로써 장기 신뢰성을 확보하고 대면적화를 원활히 할 수 있다.As described above, the dye-sensitized solar cell according to the present invention and a method of manufacturing the same, in the production of a solar cell device using a liquid electrolyte having a weak acidity and low boiling point, the liquid sealant (liquid sealant) when the cathode and the anode are bonded ) Can ensure long-term reliability and facilitate large area.

또한, 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 및 그 제조방법은, 음극과 양극을 합착시킬 때 액체형 실런트를 적하하여 손쉽게 음극과 양극을 합착시킬 수 있음으로써 대면적 모듈을 제작하기 위한 공정을 단축시킬 수 있다.In addition, the dye-sensitized solar cell and the method for manufacturing the same according to the present invention can shorten the process for manufacturing a large-area module by dropping a liquid sealant when the cathode and the anode are bonded, thereby easily bonding the cathode and the anode. Can be.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였 으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형 예 및 변경 예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위내에 속하는 것으로 보아야 한다. Although the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments as described above, it should be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention. Many variations and modifications are possible. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the invention and the appended claims.

도 1은 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell according to the present invention.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 제조방법을 설명하기 위한 제조공정 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지 제조방법에 있어서, 반도체 전극의 활성영역의 외주변에 실패턴이 형성되는 상태를 도시한 평면도이다. 3 is a plan view illustrating a state in which a failure turn is formed around an outer periphery of an active region of a semiconductor electrode in the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 염료 감응형 태양전지와 기존의 태양전지의 전류와 전압간 특성을 통해 광전변환 효율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the photoelectric conversion efficiency through the characteristics between the current and voltage of the dye-sensitized solar cell and the conventional solar cell according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *

101 : 제1 전도성 투명기판 103 : 제1 투명도전층101: first conductive transparent substrate 103: first transparent conductive layer

105 : 전이금속 산화물층 107 : 액체 실런트패턴105: transition metal oxide layer 107: liquid sealant pattern

110 : 반도체 전극 120 : 대향전극110 semiconductor electrode 120 counter electrode

121 : 제2 전도성 투명기판 123 : 제2 투명도전층121: second conductive transparent substrate 123: second transparent conductive layer

125 : 백금층 127 : 전해질 주입구125: platinum layer 127: electrolyte injection hole

133 : 상부패턴133: upper pattern

Claims (15)

반도체전극;Semiconductor electrodes; 상기 반도체전극과 이격되어 대응하는 대향전극;An opposite electrode spaced apart from the semiconductor electrode; 상기 반도체전극과 대향전극 사이에 개재되는 전해질; 및An electrolyte interposed between the semiconductor electrode and the counter electrode; And 상기 전해질 외 주변에 형성된 액체 실런트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.Dye-sensitized solar cell comprising a; a liquid sealant formed around the electrolyte. 제1 항에 있어서, 상기 반도체전극은 전도성 기판, 상기 전도성 기판 상에 코팅된 투명도전층 및 전이금속 산화물층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 1, wherein the semiconductor electrode comprises a conductive substrate, a transparent conductive layer coated on the conductive substrate, and a transition metal oxide layer. 제2 항에 있어서, 상기 투명도전층은 플루오르 (Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.The method of claim 2, wherein the transparent conductive layer is doped with fluorine (Fluorine), F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , ITO (indium tin oxide), SnO, characterized in that consisting of ZnO Dye-sensitized solar cell. 제1 항에 있어서, 상기 대향전극은 전도성 기판, 상기 전도성 기판 상에 코팅된 투명도전층 및 백금층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 1, wherein the counter electrode comprises a conductive substrate, a transparent conductive layer coated on the conductive substrate, and a platinum layer. 제4 항에 있어서, 상기 투명도전층은 플루오르 (Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.The method of claim 4, wherein the transparent conductive layer is doped with fluorine (Fluorine), F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , ITO (indium tin oxide), SnO, characterized in that consisting of ZnO Dye-sensitized solar cell. 제1 항에 있어서, 상기 대향전극에는 전해질 주입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.The dye-sensitized solar cell of claim 1, wherein an electrolyte injection hole is formed in the counter electrode. 제1 항에 있어서, 상기 전해질은 0.1M Lil, 0.05M 12, 0.6M 1-헥실 (hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴 (metoxypropionitrile) 용매(solvent)로 이용하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지.The method of claim 1, wherein the electrolyte is 0.1M Lil, 0.05M 12, 0.6M 1-hexyl-2,3-dimethylimidezolium iodiode and 0.5M 4-tert- Dye-sensitized solar cell, characterized in that butylpyridine is used as a 3-methoxypropionitrile solvent. 제1 투명도전층이 코팅된 제1 전도성 투명기판상에 전이금속산화물층을 코팅하여 반도체전극을 형성하는 단계;Forming a semiconductor electrode by coating a transition metal oxide layer on a first conductive transparent substrate coated with a first transparent conductive layer; 제2 투명도전층이 코팅되고, 관통된 소정 크기의 전해질 주입구가 구비된 제2 전도성 투명기판상에 백금층을 코팅하여 대향전극을 형성하는 단계;Forming a counter electrode by coating a platinum layer on a second conductive transparent substrate having a second transparent conductive layer coated thereon and having a penetrating electrolyte injection hole formed therein; 상기 반도체전극의 전이금속산화물층의 외주변에 액체 실런트를 적하시키는 단계;Dropping a liquid sealant on an outer periphery of the transition metal oxide layer of the semiconductor electrode; 상기 반도체 전극 상부에 상기 대향전극을 배치하여 서로 대향되게 합착시키는 단계;Arranging the counter electrodes on the semiconductor electrode to be bonded to face each other; 상기 대향전극에 구비된 전해질 주입구를 통해 전해질을 주입하는 단계; 및Injecting electrolyte through an electrolyte injection hole provided in the counter electrode; And 상기 전해질 주입구 주위에 액체 실런트를 적하시켜 기밀하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법. And dropping a liquid sealant around the electrolyte injection hole to hermetically seal the liquid injector. 제8 항에 있어서, 상기 제1, 2 투명도전층은 플루오르 (Fluorine)가 도핑되거나, F-doped SnO2 (FTO), Sn-doped In2O3, ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO로 이루어진 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.The method of claim 8, wherein the first and second transparent conductive layers are fluorine (Fluorine) doped, or F-doped SnO 2 (FTO), Sn-doped In 2 O 3 , ITO (indium tin oxide), SnO, ZnO Dye-sensitized solar cell manufacturing method characterized in that made. 제8 항에 있어서, 액체 실런트(liquid sealant)는 실런트 적하장치를 이용하여 적하시키는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.The method of claim 8, wherein the liquid sealant is dropped using a sealant dropping device. 제8 항에 있어서, 상기 전해질은 0.1M Lil, 0.05M 12, 0.6M 1-헥실 (hexyl)-2,3-디메틸이미데졸리움 이오디디(dimetylimidazolium iodiode)와 0.5M 4-테트(tert)-부틸피리딘(butylpyridine)을 3-메톡시프로피오니트릴 (metoxypropionitrile) 용매(solvent)로 이용하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.The method of claim 8, wherein the electrolyte is 0.1M Lil, 0.05M 12, 0.6M 1-hexyl-2,3-dimethylimidezolium iodiode and 0.5M 4-tet- A method for producing a dye-sensitized solar cell, characterized in that butylpyridine is used as a 3-methoxypropionitrile solvent. 제8 항에 있어서, 상기 전이금속 산화물층을 형성하는 단계는,The method of claim 8, wherein the forming of the transition metal oxide layer comprises: 상기 전이금속 산화물층을 형성하기 전에, 70℃ 온도의 40 mm의 티타늄 (titanium)클로라이드(chloride) 용액에 40분간 담근 후 탈이온수(DI)로 세정한 후, 100℃ 온도의 오븐에서 수분을 완전히 건조시키는 공정과, Before forming the transition metal oxide layer, soak for 40 minutes in a 40 mm titanium chloride solution of 70 ℃ temperature washed with deionized water (DI), and then completely hydrated in an oven at 100 ℃ temperature Drying process, 마스크를 통해 티타니아(titania) (TiO2) 페이스트(paste)를 코팅하는 공정과,Coating a titania (TiO 2 ) paste through a mask, 상기 코팅된 전이금속 산화물층을 100℃ 온도의 오븐에서 20분 동안 건조시킨 후 이 과정을 3회 반복하는 공정과,Drying the coated transition metal oxide layer in an oven at 100 ° C. for 20 minutes and repeating this process three times; 재차 티타니아(titania) (TiO2) 페이스트(paste)를 1회 코팅하고, 100℃ 온도의 오븐에서 20분 동안 건조시킨 다음, 450℃ 온도에서 60분 간 소성시켜 전이금속 산화물층(TiO2)을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.Again, the titania (TiO 2 ) paste was coated once, dried in an oven at 100 ° C. for 20 minutes, and then fired at 450 ° C. for 60 minutes to form a transition metal oxide layer (TiO 2 ). Dye-sensitized solar cell manufacturing method comprising the step of forming. 제12 항에 있어서, 13. The method of claim 12, 상기 전이금속 산화물층을 0.5 mM 농도의 염료의 무수의 에탄올 용액에 24 시간 담궈서 염료를 흡착시키고, 흡착이 끝난 후에 무수의 에탄올로 흡착되지 않은 염료를 완전히 세척해준 다음 열총(heat gun)을 이용하여 건조시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.The transition metal oxide layer was immersed in anhydrous ethanol solution of 0.5 mM dye for 24 hours to adsorb the dye, and after the adsorption was completed, completely washed out the dye which was not adsorbed with anhydrous ethanol, and then using a heat gun. Dye-sensitized solar cell manufacturing method further comprising the step of drying. 제8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 백금층은 하이드로겐 헥사클로로플레티네이트(hydrogen hexachloroplatinate ) (H2PtCl6) 2-프로판올(propanol) 용액을 제2 전도성 투명기판에 코팅된 제2 투명도전층에 코팅한 후 450℃ 온도에서 60분간 소성시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.The platinum layer was coated with a hydrogen hexachloroplatinate (H 2 PtCl 6 ) 2-propanol solution on a second transparent conductive layer coated on a second conductive transparent substrate, and then 60 ° C. at a temperature of 450 ° C. The dye-sensitized solar cell manufacturing method characterized by forming by baking for a minute. 제8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 반도체 전극과 대향전극을 서로 합착시킨 후, 100℃ 온도의 오븐에서 30분간 경화처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염료 감응 태양전지 제조방법.After bonding the semiconductor electrode and the counter electrode to each other, the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, characterized in that it further comprises a curing treatment for 30 minutes in an oven at 100 ℃ temperature.
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