KR20120136578A - Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof - Google Patents

Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20120136578A
KR20120136578A KR1020110055590A KR20110055590A KR20120136578A KR 20120136578 A KR20120136578 A KR 20120136578A KR 1020110055590 A KR1020110055590 A KR 1020110055590A KR 20110055590 A KR20110055590 A KR 20110055590A KR 20120136578 A KR20120136578 A KR 20120136578A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dye
electrode
sensitized solar
solar cell
membrane
Prior art date
Application number
KR1020110055590A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
류승훈
주성훈
정소미
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020110055590A priority Critical patent/KR20120136578A/en
Publication of KR20120136578A publication Critical patent/KR20120136578A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/209—Light trapping arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PURPOSE: A dye-sensitized solar cell and a manufacturing method thereof are provided to improve the moving efficiency of electrons by forming a membrane on a light absorption layer to form a moving path for the electrons. CONSTITUTION: A first substrate(110) includes a first electrode(120). A light absorption layer(130) is formed on the first electrode. The light absorption light includes a semiconductor particle layer(131), a scattering layer(133), and a membrane(134). A second electrode(140) is formed on the light absorption layer. The second electrode includes a transparent electrode(141) and an catalyst electrode(142).

Description

염료감응 태양전지 및 그 제조방법{Dye-Sensitized Solar Cells And Manufacturing Method For Thereof}Dye-Sensitized Solar Cells And Manufacturing Method For Thereof}

본 발명은 염료감응 태양전지에 관한 것으로, 보다 자세하게는 효율이 우수한 염료감응 태양전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a dye-sensitized solar cell excellent in efficiency and a manufacturing method thereof.

최근 들어, 직면하는 에너지 문제를 해결하기 위하여 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 특히 수십년 이내에 고갈될 석유 자원을 대체하기 위하여 풍력, 원자력, 태양력 등의 자연 에너지를 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. Recently, various researches have been conducted to replace existing fossil fuels in order to solve the energy problem. In particular, various studies have been conducted to utilize natural energy such as wind, nuclear power, and solar power to replace petroleum resources that will be exhausted within decades.

이 중 태양전지는 기타 다른 에너지원과는 달리 태양이라는 무한한 자원을 바탕으로 환경 친화적이며, 1983년 Si 태양전지를 개발한 이후로 최근에는 전 세계적인 에너지난으로 인해 각광을 받고 있다.Unlike other energy sources, solar cells are environmentally friendly based on the infinite resource of the sun. Since the development of Si solar cells in 1983, solar cells have recently been in the spotlight due to the global energy shortage.

그러나 이와 같은 실리콘 태양전지는 Si 원재료 수급문제에 따른 국가간 경쟁이 치열하고 이로 인해 제작 단가가 고가이다. 이를 해결하기 위해 국외, 국내의 많은 연구기관에서 자구책을 제시하고 있지만 어려움이 따르는 것이 현실이다. 이러한 심각한 에너지난을 해결할 수 있는 대안 중 한가지가 바로 염료감응형 태양전지이며, 1991년 스위스 국립 로잔 고등기술원(EPFL)의 마이클 그라첼 박사(Dr. Micheal Graetzel) 연구팀에 의해 염료감응형 태양전지가 개발된 이후 학계에 주목을 받으며 많은 연구기관에서 연구가 진행되어 왔다.However, such silicon solar cell has a fierce competition among countries due to the supply and demand of raw materials of Si, which makes the production cost expensive. In order to solve this problem, many research institutes in Korea and abroad have suggested self-measurement. One solution to this serious energy shortage is the dye-sensitized solar cell, which was developed by Dr. Micheal Graetzel of the Swiss National Lausanne Institute of Advanced Technology (EPFL) in 1991. Since its development, it has attracted attention from academia, and research has been conducted in many research institutes.

염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 및 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 종래의 염료감응 태양전지 중에서 대표적인 연구 개발로는 나노입자 산화티타늄을 이용한 염료감응 태양전지가 있다.Unlike silicon solar cells, dye-sensitized solar cells are composed of photosensitive dye molecules capable of absorbing visible light to generate electron-hole pairs, and transition metal oxides for transferring the generated electrons. It is a photoelectrochemical solar cell. Representative research and development among conventional dye-sensitized solar cells include dye-sensitized solar cells using nanoparticle titanium oxide.

이 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조 단가가 저렴하고 투명한 전극으로 인해 건물 외벽 유리창이나 유리 온실 등에 응용이 가능하다는 이점이 있으나, 광전변환 효율이 낮아서 연구가 더 진행되어야 하는 상황이다.This dye-sensitized solar cell is cheaper to manufacture than conventional silicon solar cells and has the advantage that it can be applied to glass wall or glass greenhouse of building walls due to transparent electrode, but research is needed to proceed further due to low photoelectric conversion efficiency. .

태양전지의 광전변환 효율은 태양빛의 흡수에 의해 생성된 전자의 양에 비례하므로, 효율을 증가시키기 위해서는 산화티타늄 나노입자에 염료의 흡착량을 높여 전자의 생성량을 증가시키고, 태양 빛의 흡수를 증가시키며, 생성된 여기전자가 전자-홀 재결합에 의해 소멸되는 것도 방지해야 한다. Since the photoelectric conversion efficiency of solar cells is proportional to the amount of electrons generated by the absorption of sunlight, in order to increase the efficiency, the amount of dye adsorption is increased by increasing the amount of dye adsorption on the titanium oxide nanoparticles, and the absorption of sunlight is increased. In addition, the generated exciton must be prevented from disappearing by electron-hole recombination.

단위면적당 염료의 흡착량을 늘이기 위해서는 산화물 반도체의 입자를 나노미터 수준의 크기로 제조하여야 하며 태양빛의 흡수를 높이기 위해 백금전극의 반사율을 높이거나, 수 마이크로 크기의 반도체 산화물 광산란자를 섞어서 제조하는 방법 등이 개발되어 있다.In order to increase the amount of dye adsorption per unit area, particles of oxide semiconductor should be manufactured in the size of nanometer, and method of manufacturing by increasing the reflectance of platinum electrode or mixing several micro-sized semiconductor oxide light scatterers to increase the absorption of sunlight. Etc. have been developed.

그러나, 이러한 종래 방법으로는 태양전지의 광전변환 효율 향상에 한계가 있으며, 이에 따라 효율 향상을 위한 새로운 기술 개발이 시급히 요구 되고 있다.
However, such a conventional method has a limitation in improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, and thus there is an urgent need for developing a new technology for improving the efficiency.

따라서, 본 발명은 우수한 광전변환 효율을 갖는 염료감응 태양전지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, the present invention provides a dye-sensitized solar cell and a method of manufacturing the same having excellent photoelectric conversion efficiency.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 제 1 전극을 포함하는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 상에 위치하며, 염료를 포함하는 반도체 미립자층, 스캐터링층 및 멤브레인을 포함하는 광흡수층 및 상기 광흡수층 상에 위치하며, 제 2 전극을 포함하는 제 2 기판을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention is a first substrate comprising a first electrode, a semiconductor fine particle layer located on the first substrate, containing a dye, scattering A light absorbing layer including a layer and a membrane and a second substrate positioned on the light absorbing layer and including a second electrode may be included.

상기 멤브레인은 중공사막 또는 중공섬유로 이루어질 수 있다.The membrane may be made of hollow fiber membranes or hollow fibers.

상기 멤브레인의 두께는 상기 스캐터링층과 상기 제 2 전극 사이의 거리의 절반 이상일 수 있다.The thickness of the membrane may be at least half of the distance between the scattering layer and the second electrode.

상기 광흡수층은 전해질을 더 포함할 수 있다.The light absorption layer may further include an electrolyte.

상기 스캐터링층은 복수의 도전성 입자를 포함할 수 있다.The scattering layer may include a plurality of conductive particles.

상기 도전성 입자는 티탄(Ti), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 이트륨(Yr), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 산화물일 수 있다.The conductive particles are titanium (Ti), tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), zirconium (Zr), gallium (Ga), indium (In), yttrium (Yr), niobium (Nb), tantalum It may be a metal oxide selected from the group consisting of (Ta) and vanadium (V).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법은 제 1 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계, 상기 제 1 전극 상에 반도체 미립자층을 형성하고, 상기 반도체 미립자층 상에 스캐터링층을 형성하고, 상기 반도체 미립자층에 염료를 흡착시키는 단계, 상기 스캐터링층 상에 멤브레인을 형성하여 광흡수층을 형성하는 단계, 제 2 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 단계 및 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하고, 상기 광흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention, forming a first electrode on a first substrate, forming a semiconductor fine particle layer on the first electrode, on the semiconductor fine particle layer Forming a scattering layer, adsorbing a dye on the semiconductor fine particle layer, forming a membrane on the scattering layer to form a light absorbing layer, forming a second electrode on a second substrate, and forming the second electrode Bonding the first substrate to the second substrate and injecting an electrolyte into the light absorption layer;

상기 멤브레인은 중공사막 또는 중공섬유로 형성할 수 있다.The membrane may be formed of hollow fiber membranes or hollow fibers.

상기 멤브레인의 두께는 상기 스캐터링층과 상기 제 2 전극 사이의 거리의 절반 이상일 수 있다.
The thickness of the membrane may be at least half of the distance between the scattering layer and the second electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 멤브레인을 형성하여 전자의 이동 통로를 형성함으로써, 광전변환효율(PCE)을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention has an advantage that can improve the photoelectric conversion efficiency (PCE) by forming a membrane to form a moving passage of electrons.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 염료감응 태양전지를 나타낸 도면.
도 2a는 중공사막 멤브레인을 나타낸 도면이고, 도 2b는 중공섬유 멤브레인을 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 도시한 공정별 단면도.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선이고, 도 4b는 본 발명의 비교예에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 전류-전압 곡선.
1 is a view showing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a is a view showing the hollow fiber membrane membrane, Figure 2b is a view showing the hollow fiber membrane.
3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 4a is a current-voltage curve of the dye-sensitized solar cell prepared according to the embodiment of the present invention, Figure 4b is a current-voltage curve of the dye-sensitized solar cell prepared according to the comparative example of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 염료감응 태양전지를 나타낸 도면이고, 도 2a는 중공사막 멤브레인을 나타낸 도면이고, 도 2b는 중공섬유 멤브레인을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a view showing a hollow fiber membrane membrane, Figure 2b is a view showing a hollow fiber membrane.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 염료감응 태양전지(100)는 제 1 전극(120)을 포함하는 제 1 기판(110), 상기 제 1 기판(110) 상에 위치하며, 염료(132)를 포함하는 반도체 미립자층(131), 스캐터링층(133) 및 멤브레인(134)을 포함하는 광흡수층(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a dye-sensitized solar cell 100 according to an embodiment of the present invention is positioned on a first substrate 110 and a first substrate 110 including a first electrode 120. The light absorption layer 130 including the semiconductor fine particle layer 131 including the dye 132, the scattering layer 133, and the membrane 134 may be included.

염료감응 태양전지(100)는 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(140)이 서로 면 접합된 샌드위치 구조로, 보다 자세하게는 제 1 기판(110) 상에 제 1 전극(120)이 위치하고, 상기 제 1 전극(120)과 대향하는 제 2 기판(150) 상에 제 2 전극(140)이 서로 마주보는 구조일 수 있다.The dye-sensitized solar cell 100 has a sandwich structure in which the first electrode 120 and the second electrode 140 are bonded to each other, and more specifically, the first electrode 120 is positioned on the first substrate 110. The second electrode 140 may have a structure facing each other on the second substrate 150 facing the first electrode 120.

제 1 전극(120)과 제 2 전극(140) 사이에는 반도체 미립자층(131), 스캐터링층(133), 반도체 미립자층(131)에 흡착된 염료(132) 및 전해질(135)을 포함하는 광흡수층(130)이 위치할 수 있다.Between the first electrode 120 and the second electrode 140 includes a semiconductor fine particle layer 131, a scattering layer 133, a dye 132 adsorbed on the semiconductor fine particle layer 131 and an electrolyte 135. The light absorbing layer 130 may be located.

보다 자세하게, 상기 제 1 기판(110)은 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 갖는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 여기서, 플라스틱의 구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 트라아세틸셀룰로오스(TAC) 또는 이들의 공중합체일 수 있다.In more detail, the first substrate 110 may be made of glass or plastic, and is not particularly limited as long as the material has transparency to allow incidence of external light. Here, specific examples of plastics include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyimide (PI), traacetylcellulose (TAC) or copolymers thereof Can be.

상기 제 1 전극(120)은 전도성 금속 산화막을 포함할 수 있다. 여기서, 전도성 금속 산화막은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3), 주석계 산화물, 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 F:SnO2를 사용할 수 있다.The first electrode 120 may include a conductive metal oxide layer. The conductive metal oxide film may be formed of indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO- (Ga 2 O 3 or Al 2 O 3 ), tin oxide, antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO). ) And mixtures thereof, and preferably F: SnO 2 may be used.

상기 광흡수층(130)은 반도체 미립자층(131), 스캐터링층(133), 멤브레인(134), 반도체 미립자층(131)에 흡착된 염료(132) 및 전해질(135)을 포함할 수 있다. The light absorption layer 130 may include a semiconductor particulate layer 131, a scattering layer 133, a membrane 134, a dye 132 adsorbed on the semiconductor particulate layer 131, and an electrolyte 135.

상기 반도체 미립자층(131)은 실리콘으로 대표되는 단체 반도체 외에, 화합물 반도체 또는 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기서, 반도체로는 광 여기하에서 전도대 전자가 캐리어로 되어 애노드 전류를 제공하는 n형 반도체일 수 있고, 상기 화합물 반도체로는 티탄(Ti), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 이트륨(Yr), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 산화물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화니오브(Nb2O5), 산화티탄스트론튬(TiSrO3) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 보다 바람직하게는 아나타제형의 산화티탄(TiO2)을 사용할 수 있다. 상기 반도체의 종류는 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.The semiconductor fine particle layer 131 may be a compound semiconductor or a compound having a perovskite structure, in addition to a single semiconductor represented by silicon. Here, the semiconductor may be an n-type semiconductor in which conduction band electrons become carriers under photo excitation to provide an anode current, and the compound semiconductor may include titanium (Ti), tin (Sn), zinc (Zn), and tungsten (W). , A metal oxide selected from the group consisting of zirconium (Zr), gallium (Ga), indium (In), yttrium (Yr), niobium (Nb), tantalum (Ta) and vanadium (V). Preferred examples thereof include titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), titanium strontium oxide (TiSrO 3 ), or a mixture thereof. Preferably, anatase titanium oxide (TiO 2 ) may be used. The kind of the semiconductor is not limited to these, and these may be used alone or in combination of two or more thereof.

또한, 반도체 미립자층(131)에 포함된 반도체 미립자의 입경은 평균 입경 1 내지 500nm인 것일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 100nm일 수 있다. 또한, 반도체 미립자는 큰 입경의 것과 작은 입경의 것을 혼합하거나 다층으로 사용할 수도 있다.In addition, the particle diameter of the semiconductor fine particles included in the semiconductor fine particle layer 131 may be an average particle diameter of 1 to 500nm, preferably 1 to 100nm. Further, the semiconductor fine particles may be mixed with a large particle size and a small particle size or used in multiple layers.

반도체 미립자층(131)은 반도체 미립자를 스프레이 분무 등으로 직접 기판 상에 박막으로 형성거나, 기판을 전극으로 하여 전기적으로 반도체 미립자 박막을 석출하거나, 반도체 미립자의 슬러리 또는 반도체 미립자의 전구체를 가수분해함으로써 얻을 수 있는 미립자를 함유하는 페이스트를 기판 상에 도포한 후, 건조, 경화 또는 소성하는 방법 등에 의해 제조할 수 있다. 이러한 반도체 미립자층(131)은 5 내지 30㎛의 두께로 이루어질 수 있다.The semiconductor fine particle layer 131 is formed by directly forming the semiconductor fine particles into a thin film on the substrate by spray spraying, by depositing a thin film of the semiconductor fine particles electrically using the substrate as an electrode, or by hydrolyzing a slurry of the semiconductor fine particles or a precursor of the semiconductor fine particles. After apply | coating the paste containing obtained microparticles | fine-particles on a board | substrate, it can manufacture by the method of drying, hardening, or baking. The semiconductor fine particle layer 131 may be formed to a thickness of 5 to 30㎛.

반도체 미립자층(131)의 표면에는 외부광을 흡수하여 여기 전자를 생성하는 염료(132)가 흡착될 수 있다. 염료(132)는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등을 포함하는 금속 복합체로 이루어질 수 있다. 특히, 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 워소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있기 때문에 루테늄(Ru)을 포함하는 염료(132)를 사용하는 것이 바람직하다. A dye 132 that absorbs external light and generates excitation electrons may be adsorbed on the surface of the semiconductor fine particle layer 131. The dye 132 may be formed of a metal composite including aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir), ruthenium (Ru), and the like. In particular, since ruthenium (Ru) belongs to the platinum group and can form many organic metal complexes, it is preferable to use the dye 132 including ruthenium (Ru).

그리고, 루테늄(Ru)을 포함하는 염료(132)의 예로는, Ru(etc bpy)2(NCS)2?CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2로서 다공질막 표면과 결합 가능한 반응기이다. 또한, 유기 색소를 포함하는 염료가 사용될 수도 있다. 유기 색소로는 쿠마린(coumarin), 포피린(porphyrin), 키산린(xanthene), 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethan) 등을 사용할 수 있으며, 단독 또는 다른 복합체와 혼합 사용할 수도 있다.And, examples of the dye (132) comprising a ruthenium (Ru) is, Ru (etc bpy) 2 ( NCS) 2? CH 3 CN type is widely used. Where etc is a (COOEt) 2 or (COOH) 2 reactor capable of bonding with the porous membrane surface. In addition, dyes containing organic pigments may be used. As organic pigments, coumarin, porphyrin, porphyrin, xanthene, riboflavin, triphenylmethan, and the like may be used, or may be used alone or in combination with other complexes.

상기 광흡수층(130)은 스캐터링층(133)을 포함할 수 있다. 스캐터링층(133)은 전자가 전해질을 통해 이동하는 것보다 더 용이하게 이동할 수 있는 이동경로로 작용할 수 있다. 이를 위해, 스캐터링층(133)은 제 2 전극(140)과 인접하게 위치할 수 있으며, 복수의 도전성 입자를 포함할 수 있다. The light absorption layer 130 may include a scattering layer 133. The scattering layer 133 may act as a moving path through which electrons may move more easily than moving through the electrolyte. To this end, the scattering layer 133 may be positioned adjacent to the second electrode 140 and may include a plurality of conductive particles.

여기서, 도전성 입자는 티탄(Ti), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 이트륨(Yr), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 도전성 입자는 입경이 100 내지 1000nm 일 수 있다. Here, the conductive particles are titanium (Ti), tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), zirconium (Zr), gallium (Ga), indium (In), yttrium (Yr), niobium (Nb), It may be made of a metal oxide selected from the group consisting of tantalum (Ta) and vanadium (V). In addition, the conductive particles may have a particle diameter of 100 to 1000 nm.

광흡수층(130)은 전해질(135)을 포함할 수 있다. 전해질(135)은 레독스 전해질을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 할로겐 이온을 대이온으로 하는 할로겐 화합물 및 할로겐 분자로 구성되는 할로겐 산화 환원계 전해질, 페로시안산염-페로시안산염이나 페로센-페리시늄 이온, 코발트 착체 등의 금속착체 등의 금속산화 환원계 전해질, 알킬티올-알킬디설피드, 비올로겐 염료, 하이드로퀴논-퀴논 등의 유기산화 환원계 전해질 등을 사용할 수 있으며, 할로겐 산화 환원계 전해질이 바람직하다.The light absorption layer 130 may include an electrolyte 135. The electrolyte 135 may be a redox electrolyte. Specifically, a halogen redox electrolyte composed of a halogen compound having a halogen ion as a counter ion and a halogen molecule, a ferrocyanate-ferrocyanate or ferrocene-ferricinium Metal redox electrolytes such as metal complexes such as ions and cobalt complexes, organic redox electrolytes such as alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, and hydroquinone-quinones; This is preferred.

할로겐 화합물-할로겐 분자로 구성되는 할로겐 산화 환원계 전해질에 있어서의 할로겐 분자로서는 요오드 분자가 바람직하다. 또한, 할로겐 이온을 대이온으로 하는 할로겐 화합물로서는 LiI, NaI, CaI2, MgI2, CuI 등의 할로겐화 금속염, 또는 테트라알킬암모늄요오드, 이미다졸리움요오드, 피리디움요오드 등의 할로겐의 유기 암모늄염, 또는 I2를 사용할 수 있다.As a halogen molecule in a halogen redox electrolyte composed of halogen compound-halogen molecules, an iodine molecule is preferable. In addition, the halogen compound to a halogen ion as a counter ion LiI, NaI, CaI 2, MgI 2, a halogenated metal salt such as CuI, or tetra-alkyl ammonium iodine, imidazolium iodine, the organic ammonium salt of halogen such as flutes Stadium iodine, or I 2 can be used.

또한, 레독스 전해질은 이를 포함하는 용액의 형태로 구성되어 있는 경우, 그 용매로는 전지 화학적으로 불활성인 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서 아세토니트릴, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 메톡시아세토니트릴, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 부틸로락톤, 디메톡시에탄, 디메틸카보네이트, 1,3-디옥소란, 메틸포르메이트, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 3-메톡시-옥사졸리딘-2-온, 설포란, 테트라하이드로퓨란, 물 등을 들 수 있으며, 특히 아세토니트릴, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 3-메톡시프로피오니트릴, 에틸렌글리콜, 3-메톡시-옥사졸리딘-2-온, 부틸로락톤 등이 바람직하다. 이러한 용매들은 1종 또는 혼합해서 사용할 수 있다.In addition, when the redox electrolyte is configured in the form of a solution containing the same, the solvent may be a battery chemically inert. Specific examples include acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxy propionitrile, methoxy acetonitrile, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, butyrolactone, dimethoxyethane, dimethyl carbonate, 1,3-dioxolane, methylformate, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methoxy-oxazolidin-2-one, sulfolane, tetrahydrofuran, water, and the like, in particular acetonitrile, Propylene carbonate, ethylene carbonate, 3-methoxy propionitrile, ethylene glycol, 3-methoxy-oxazolidin-2-one, butyrolactone and the like are preferable. These solvents may be used alone or in combination.

또한, 광흡수층(130)은 멤브레인(134)을 포함한다. 멤브레인(134)은 태양전지 내에서 전자의 이동 효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 보다 자세하게, 태양전지는 외부 광이 염료에 흡수되면서 전자가 여기되고, 여기된 전자가 반도체 미립자를 통해 제 1 전극으로 주입되어 전류가 생성되는 원리로 작동한다. In addition, the light absorption layer 130 includes a membrane 134. The membrane 134 may serve to improve electron transfer efficiency in the solar cell. More specifically, the solar cell operates on the principle that electrons are excited as external light is absorbed by the dye, and the excited electrons are injected into the first electrode through the semiconductor fine particles to generate a current.

그러나, 태양전지에서 전자의 주입 및 이동이 각 접촉되어 있는 구성요소의 계면, 특히 각 전극과 전해질 사이에서 전자 이동 효율이 차이가 나기 때문에 광전변환효율이 저하되었다. 본 발명의 실시예에서는 광흡수층 상에 멤브레인(134)을 형성하여 전자의 이동 통로를 만들어줌으로써, 전자의 이동 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 태양전지의 광전변환효율을 향상시키는 효과가 있다. However, in the solar cell, the photoelectric conversion efficiency is lowered because the electron transfer efficiency is different between the interface of the component where the electron injection and movement are in contact, in particular, between each electrode and the electrolyte. In the embodiment of the present invention, by forming the membrane 134 on the light absorption layer to create a movement path of the electron, it is possible to improve the movement efficiency of the electron. Therefore, there is an effect of improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

상기 멤브레인(134)은 도 2a에 도시된 중공사막 멤브레인 또는 도 2b에 도시된 중공섬유 멤브레인으로 이루어질 수 있으며, 멤브레인(134)의 두께는 스캐터링층(133)으로부터 제 2 전극(140)까지의 거리의 절반 이상으로 이루어질 수 있다.The membrane 134 may be made of the hollow fiber membrane shown in FIG. 2A or the hollow fiber membrane shown in FIG. 2B, and the thickness of the membrane 134 may be from the scattering layer 133 to the second electrode 140. It may consist of more than half of the distance.

한편, 광흡수층(130) 상에 제 2 전극(140)을 포함하는 제 2 기판(150)이 위치할 수 있다. Meanwhile, the second substrate 150 including the second electrode 140 may be positioned on the light absorption layer 130.

제 2 전극(140)은 투명 전극(141) 및 촉매 전극(142)을 포함할 수 있다. 투명 전극(141)은 인듐 틴 옥사이드, 플루오르 틴 옥사이드, 안티몬 틴 옥사이드, 산화아연, 산화주석, ZnO-(Ga2O3 또는 Al2O3) 등의 투명 물질로 이루어질 수 있다. The second electrode 140 may include a transparent electrode 141 and a catalyst electrode 142. The transparent electrode 141 may be made of a transparent material such as indium tin oxide, fluorine oxide, antimony tin oxide, zinc oxide, tin oxide, or ZnO- (Ga 2 O 3 or Al 2 O 3 ).

촉매 전극(142)은 산화-환원 쌍(redox couple)을 활성화 시키는 역할을 하는 것으로, 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C), 산화티탄(TiO2) 및 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.The catalyst electrode 142 activates a redox couple, and includes platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Ru), palladium (Pd), rhodium (Rh), and iridium (Ir). ), Osmium (Os), carbon (C), titanium oxide (TiO 2 ) and any one or more selected from the group consisting of a conductive polymer can be used.

또한, 산화 환원의 촉매 효과를 향상시킬 목적으로 제 1 전극(120)과 마주보고 있는 촉매 전극(142)은 미세구조를 가져 표면적을 증가시킬 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 납 또는 금의 경우 블랙 상태로, 카본의 경우 다공질 상태인 것이 바람직하다. 특히 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화 백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은 카본 미립자의 소결이나 유기몰리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.In addition, for the purpose of improving the catalytic effect of redox, the catalyst electrode 142 facing the first electrode 120 preferably has a microstructure and can increase its surface area. For example, in the case of lead or gold, it is preferable to be in a black state, and in the case of carbon, it is preferably in a porous state. Particularly, the platinum black state can be formed by platinum anodization, platinum chloride treatment, or the like, and the carbon in the porous state can be formed by sintering carbon fine particles or firing organic oligomers.

상기 제 2 기판(150)은 전술한 제 1 기판(110)과 동일하게 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 상기 플라스틱의 구체적인 예로 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 트리아세틸셀룰로오스 등을 들 수 있다.The second substrate 150 may be made of glass or plastic in the same manner as the first substrate 110 described above. Specific examples of the plastic include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polypropylene, polyimide, triacetyl cellulose, and the like.

이와 같은 구조를 갖는 염료감응 태양전지(100)는 태양광이 입사되면 광양자가 먼저 광흡수층(130) 내의 염료(132)에 흡수되고, 이에 따라 염료(132)는 기저상태에서 여기상태로 전자전이하여 전자-홀쌍을 만들고, 여기상태의 전자는 반도체 미립자(131) 계면의 전도띠(conduction band)로 주입되며, 주입된 전자는 계면을 통해 제 1 전극(120)으로 전달 되고, 이후 외부 회로를 통해 대향전극인 제 2 전극(140)으로 이동한다.In the dye-sensitized solar cell 100 having such a structure, when sunlight is incident, photons are first absorbed by the dye 132 in the light absorption layer 130, and thus, the dye 132 transitions from the ground state to the excited state. To form an electron-hole pair, and electrons in an excited state are injected into a conduction band of the interface of the semiconductor fine particles 131, and the injected electrons are transferred to the first electrode 120 through the interface, and then the external circuit The second electrode 140 moves to the second electrode 140 through the counter electrode.

한편, 전자 전이 결과로 산화된 염료(132)는 전해질(135) 내의 산화-환원 커플의 이온에 의해 환원되고, 산화된 상기 이온은 전하중성(charge neutrality)을 이루기 위해 제 2 전극(140), 전해질(135), 멤브레인(134) 및 스캐터링층(133)을 통해 도달한 전자와 환원 반응을 함으로써 상기 염료감응 태양전지(100)가 작동하게 된다.On the other hand, the dye 132 oxidized as a result of the electron transition is reduced by the ions of the redox couple in the electrolyte 135, the oxidized ions are second electrode 140, to achieve charge neutrality (charge neutrality), The dye-sensitized solar cell 100 operates by performing a reduction reaction with electrons reached through the electrolyte 135, the membrane 134, and the scattering layer 133.

이하, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell according to the embodiment of the present invention described above is as follows.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 제조방법을 도시한 공정별 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views of processes illustrating a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 제 1 기판(210) 상에 제 1 전극(220)을 형성한다. 제 1 기판(210)은 전술한 바와 같이, 유리 또는 플라스틱을 사용할 수 있으며, 제 1 전극(220)도 전술한 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 투명한 유리 기판 상에 전해도금, 스퍼터링, 전자빔증착 등과 같은 물리기상증착(PVD)법을 이용하여 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성하고 플루오린(F) 원소를 도핑함으로써 제조될 수 있다.Referring to FIG. 3A, a first electrode 220 is formed on the first substrate 210. As described above, the first substrate 210 may use glass or plastic, and the first electrode 220 may also use the aforementioned material. For example, it may be prepared by forming a conductive layer containing a conductive material and doping fluorine (F) elements using a physical vapor deposition (PVD) method such as electroplating, sputtering, electron beam deposition, or the like on a transparent glass substrate. .

이어, 상기 제조된 제 1 전극(220) 상에 반도체 미립자층(231)을 형성한다. 보다 자세하게는, 복수의 반도체 미립자, 바인더, 기공형성용 고분자를 용매에 분산시킨 반도체 미립자 페이스트를 제 1 전극(220) 상에 도포하여 형성할 수 있다. Subsequently, a semiconductor fine particle layer 231 is formed on the manufactured first electrode 220. In more detail, a semiconductor fine particle paste obtained by dispersing a plurality of semiconductor fine particles, a binder, and a pore-forming polymer in a solvent may be formed on the first electrode 220.

여기서, 반도체 미립자는 전술한 바와 동일한 물질을 사용할 수 있고, 바인더는 폴리비닐리덴 폴로라이드, 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플로라이드 공중합체, 폴리비닐아세테이트, 알킬레이티드폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리알킬메타아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔 고무, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. Here, the semiconductor fine particles may use the same materials as described above, the binder is polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride copolymer, polyvinylacetate, alkylated polyethylene oxide, polyvinyl ether , Polyalkyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, polyvinylchloride, polyacrylonitrile, polyvinylpyridine, styrene-butadiene rubber, copolymers thereof, mixtures thereof and the like can be used.

상기 기공형성용 고분자는 열처리 후 유기물이 잔존하지 않는 고분자를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈 등을 사용할 수 있다. 상기 용매는 에탄올, 이소프로필알코올, n-프로필알코올, 부틸알코올 등과 같은 알코올, 물, 디메틸아세트아마이드, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있다.The pore-forming polymer may be a polymer that does not remain an organic material after heat treatment, for example, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and the like can be used. The solvent may be alcohol, such as ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, butyl alcohol, water, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like.

그리고, 반도체 미립자 페이스트 도포 방법으로는, 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드법, 그라비아 코팅법, 딥 코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법, 슬릿다이 코팅법, 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 전사 코팅법 등을 사용할 수 있다.In addition, as the method for applying the semiconductor fine particle paste, screen printing method, spray coating method, doctor blade method, gravure coating method, dip coating method, silk screen method, painting method, slit die coating method, spin coating method, roll coating method, Transfer coating or the like can be used.

상기 반도체 미립자 페이스트를 도포한 후에 열처리를 수행한다. 열처리 공정은 페이스트 중에 바인더를 첨가한 경우 400 내지 600℃에서 30분 정도 수행하고, 바인더를 첨가하지 않은 경우에는 200℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. After applying the semiconductor fine particle paste, heat treatment is performed. The heat treatment process may be performed at 400 to 600 ° C. for about 30 minutes when the binder is added to the paste, and at a temperature of 200 ° C. or less when the binder is not added.

그 후, 열처리되어 형성된 반도체 미립자층(231) 상에 스캐터링층(232)을 형성한다. 보다 자세하게는, 금속 산화물로 이루어진 복수의 도전성 입자, 바인더, 기공형성용 고분자 및 용매에 혼합 분산시켜 페이스트를 형성한다. 여기서, 도전성 입자는 티탄(Ti), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 이트륨(Yr), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 산화물로 이루어질 수 있으며, 바인더, 기공형성용 고분자 및 용매는 전술한 반도체 미립자 페이스트와 동일한 물질을 사용할 수 있다.Thereafter, the scattering layer 232 is formed on the semiconductor fine particle layer 231 formed by heat treatment. In more detail, a paste is formed by mixing and dispersing a plurality of conductive particles, a binder, a pore-forming polymer and a solvent made of a metal oxide. Here, the conductive particles are titanium (Ti), tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), zirconium (Zr), gallium (Ga), indium (In), yttrium (Yr), niobium (Nb), It may be made of a metal oxide selected from the group consisting of tantalum (Ta) and vanadium (V), and the binder, the polymer for forming pores and the solvent may use the same material as the above-described semiconductor particulate paste.

그리고, 상기 제조된 페이스트를 스크린 프린팅법, 스프레이 코팅법, 닥터 블레이드법, 그라비아 코팅법, 딥 코팅법, 실크 스크린법, 페인팅법, 슬릿다이 코팅법, 스핀 코팅법, 롤 코팅법 및 전사 코팅법으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하여 코팅함으로써 스캐터링층(232)을 형성한다.Then, the paste prepared above is screen printing method, spray coating method, doctor blade method, gravure coating method, dip coating method, silk screen method, painting method, slit die coating method, spin coating method, roll coating method and transfer coating method. The scattering layer 232 is formed by coating using any one selected from the group consisting of:

그리고, 스캐터링층(232)을 형성한 후에 열처리를 수행한다. 열처리 공정은 바인더가 첨가한 경우 400 내지 600℃에서 30분 정도 수행하고, 바인더를 첨가하지 않은 경우에는 200℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. After the scattering layer 232 is formed, heat treatment is performed. The heat treatment process may be performed at 400 to 600 ° C. for about 30 minutes when the binder is added, and at a temperature of 200 ° C. or less when the binder is not added.

다음, 도 3b를 참조하면, 이전 공정에서 형성된 반도체 미립자층(231)에 염료(234)를 흡착시킨다. 스캐터링층(232)까지 형성된 제 1 기판(210) 상에 염료(234)를 포함하는 분산액을 분사, 도포 또는 침지액에 침지하여 반도체 미립자층(231)에 염료(234)를 흡착시킨다.Next, referring to FIG. 3B, the dye 234 is adsorbed onto the semiconductor fine particle layer 231 formed in the previous process. The dye 234 is adsorbed onto the semiconductor fine particle layer 231 by spraying, applying, or dipping the dispersion liquid including the dye 234 on the first substrate 210 formed up to the scattering layer 232.

염료(234)의 흡착은 염료(234)를 포함하는 분산액에 반도체 미립자층(231)이 형성된 제 1 기판(210)을 침지시킨 후 12 시간 정도 지나면 흡착될 수 있으며, 열을 가해 흡착 시간을 줄일 수도 있다. 여기서, 염료는 전술한 물질을 사용할 수 있으며, 염료를 분산시키는 용매는 아세토나이트릴, 디클로로메탄, 알코올계 용매 등을 사용할 수 있다. 상기 염료 흡착 공정 이후에 용매 세척 등의 방법으로 세척하여 염료 흡착 공정이 종결될 수 있다.Adsorption of the dye 234 may be adsorbed about 12 hours after immersing the first substrate 210 on which the semiconductor fine particle layer 231 is formed in a dispersion including the dye 234, and may reduce heat and adsorption time. It may be. Here, the dye may be used the above-described materials, a solvent for dispersing the dye may be used acetonitrile, dichloromethane, alcohol solvents and the like. The dye adsorption process may be terminated by washing the solvent after the dye adsorption process.

다음, 스캐터링층(232) 상에 멤브레인(233)을 형성한다. 멤브레인(233)은 중공사막 또는 중공섬유로 형성할 수 있다. 이어, 도 3c를 참조하면, 제 2 전극(240)을 포함하는 제 2 기판(250)을 형성한다. 보다 자세하게는, 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 투명한 제 2 기판(250) 상에 전해도금, 스퍼터링, 전자빔증착 등과 같은 물리기상증착(PVD)법을 이용하여 도전성 물질을 포함하는 도전층을 형성하고 플루오린(F) 원소를 도핑하여 투명 전극(241)을 형성한다. Next, the membrane 233 is formed on the scattering layer 232. The membrane 233 may be formed of a hollow fiber membrane or a hollow fiber. Next, referring to FIG. 3C, a second substrate 250 including the second electrode 240 is formed. More specifically, the conductive layer including the conductive material is formed on the transparent second substrate 250 made of glass or plastic by using physical vapor deposition (PVD) such as electroplating, sputtering, electron beam deposition, and the like. F) The transparent electrode 241 is formed by doping an element.

이어, 투명 전극(241) 상에 알코올과 같은 용매에 용해된 촉매 전구체 용액을 도포한 후, 공기 또는 산소 분위기에서 400℃ 이상의 고온 열처리를 하여 촉매 전극(242)을 형성한다.Subsequently, the catalyst precursor solution dissolved in a solvent such as alcohol is applied onto the transparent electrode 241, and then the catalyst electrode 242 is formed by performing a high temperature heat treatment of 400 ° C. or higher in an air or oxygen atmosphere.

다음, 도 3d를 참조하면, 앞서 형성된 제 1 기판(210) 및 제 2 기판(250)을 접합한다. 보다 자세하게는, 열가소성 고분자 필름, 에폭시 수지 또는 자외선 경화제 등의 접착제를 이용하여 서로 면 접합하여 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 3D, the first substrate 210 and the second substrate 250 formed above are bonded to each other. In more detail, it can form by surface-joining each other using adhesives, such as a thermoplastic polymer film, an epoxy resin, or an ultraviolet curing agent.

그리고, 제 2 기판(250)을 관통하는 미세 홀(260)을 형성하고 이 홀(260)을 통해 양 전극 사이의 공간에 전해질(235)을 주입하여 반도체 미립자(231), 스캐터링층(232), 촉매 입자(233) 및 염료(234)를 포함하는 광흡수층(230)을 완성한다. 이때, 전해질(235)은 전술한 물질을 사용할 수 있다.In addition, a fine hole 260 penetrating through the second substrate 250 is formed, and an electrolyte 235 is injected into the space between the two electrodes through the hole 260 to thereby form the semiconductor fine particles 231 and the scattering layer 232. ), The light absorption layer 230 including the catalyst particles 233 and the dye 234 is completed. In this case, the electrolyte 235 may use the aforementioned materials.

마지막으로, 전해질(235)이 주입된 후 제 2 기판(250)에 형성된 홀(260)을 접착제로 밀봉하여 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지(200)를 완성한다.
Finally, after the electrolyte 235 is injected, the hole 260 formed in the second substrate 250 is sealed with an adhesive to complete the dye-sensitized solar cell 200 according to the embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 개시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to help understanding of the present invention. However, the following examples are merely to illustrate the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

(1) 작업 전극 제작(1) working electrode fabrication

FTO 글라스(Florine-doped tin oxide coated conduction glass, Pilkington, TEC7)를 1.5㎝×1.5㎝ 크기로 잘라 글라스 세정 세제로 초음파 분해 세척을 10분간 한 후 증류수를 사용하여 비눗물을 완전히 제거하였다. 그 후에 에탄올로 초음파 분해 세척을 15분간 2회 반복하였다. 그 후에 무수 에탄올로 완전히 헹군 후에 100℃ 오븐에서 건조시켰다. 이렇게 준비한 FTO 글라스 위에 TiO2와의 접촉력을 향상시키기 위하여 70℃의 40mM 티타늄(Ⅳ)클로라이드 용액에 40분간 담근 후 증류수로 세정한 후, 100℃오븐에서 수분을 완전히 건조시켰다. 그 후에 titania(TiO2)paste를 FTO 글라스 위에 스크린 프린터로 마스크(50mesh)를 이용하여 코팅하였다. 코팅된 필름을 100℃오븐에서 20분 동안 말린 후 이 과정을 2회 반복하였다. 얻어진 TiO2 필름 위에 CCIC사의 titania(TiO2)paste(400C)를 스크린 프린터를 이용하여 1회 코팅하고, 100℃ 오븐에서 20분 동안 말렸다. 이후에, 450℃로 60분 간 소성함으로써, 약 13㎛ 두께의 TiO2 필름을 얻었다. 소성 공정이 끝난 TiO2 필름을 0.5mM 농도의 염료(N719)의 무수 에탄올 용액에 24시간 담궈 놓음으로써 염료를 흡착시킬 수 있다. 흡착이 끝난 후에 무수 에탄올로 흡착되지 않은 염료를 완전히 워싱해준 후 히트 건을 이용하여 건조시켰다.
The FTO glass (Florine-doped tin oxide coated conduction glass, Pilkington, TEC7) was cut into 1.5 cm × 1.5 cm in size and ultrasonically cleaned with a glass cleaning detergent for 10 minutes, and then the soapy water was completely removed using distilled water. Thereafter, ultrasonic disintegration washing with ethanol was repeated twice for 15 minutes. It was then rinsed thoroughly with anhydrous ethanol and dried in an oven at 100 ° C. In order to improve the contact force with TiO 2 on the thus prepared FTO glass, soaked in 40 mM titanium (IV) chloride solution at 70 ℃ 40 minutes, washed with distilled water, and then completely dried at 100 ℃ oven. After that, titania (TiO 2 ) paste was coated on a FTO glass using a mask (50mesh) with a screen printer. The coated film was dried in an oven at 100 ° C. for 20 minutes and the process was repeated twice. Titania (TiO 2 ) paste (400C) of CCIC Co. was coated on the obtained TiO 2 film once using a screen printer, and dried in an oven at 100 ° C. for 20 minutes. Thereafter, by firing at 450 ° C. for 60 minutes, a TiO 2 film having a thickness of about 13 μm was obtained. The dye can be adsorbed by soaking the finished TiO 2 film in anhydrous ethanol solution of 0.5 mM dye (N719) for 24 hours. After the adsorption, the dye that was not adsorbed with anhydrous ethanol was completely washed and dried using a heat gun.

(2) 상대 전극 제작(2) counter electrode fabrication

1.5㎝×1.5㎝ 크기의 FTO 글라스에 Φ0.7mm 다이아몬드 드릴(Dremel multipro395)을 이용해서 전해질이 들어갈 구멍을 두 개 뚫었다. 그 후에 작업 전극에서 제시했던 세척 방법과 동일한 방법으로 세척한 후 건조시켰다. 그 후 하이드로겐 헥사클로로플래티네이트(H2PtCl6) 2-프로판올(hydrogen hexachloroplatinate (H2PtCl6) 2-propanol) 용액을 FTO 글라스에 입힌 후 450℃에서 60분간 소성하였다.
Two holes into the electrolyte were drilled in a 1.5 cm × 1.5 cm FTO glass using a Φ 0.7 mm diamond drill (Dremel multipro395). Thereafter it was washed and dried in the same manner as the washing method presented in the working electrode. Then hydrogen carbonate hexachloro platinum (H 2 PtCl 6) 2- propanol, then coated with (hydrogen hexachloroplatinate (H 2 PtCl 6 ) 2-propanol) solution of the FTO glass was baked at 450 ℃ 60 minutes.

(3) 샌드위치 셀 제작(3) sandwich cell fabrication

제작된 작업 전극 상에 고분자 멤브레인을 올리고, 사각형 띠 모양으로 자른 슈린(Surlyn, SX1170-25 Hot Melt)을 작업 전극의 주변에 놓고 작업 전극과 상대 전극을 붙이고 합착 프레스로 140℃에서 60초간 합착하였다. 그리고, 상대 전극에 있는 2개의 작은 구멍을 통해 전해질을 주입한 후, 슈린 스티립과 커버 글라스로 실링하여 샌드위치 셀을 제작하였다. 이때, 전해질 용액으로는 0.1M Lil, 0.05M l2, 0.6M 1-헥실-2,3-디메틸이미드아졸륨 아이오다이드와 0.5M 4-터셔리-부틸피리딘을 3-메톡시프로피오니트릴 용매로하여 제조하였다.
The polymer membrane was placed on the fabricated working electrode, and the Surlyn (SX1170-25 Hot Melt) cut into rectangular bands was placed around the working electrode, and the working electrode and the counter electrode were attached to each other, and then bonded at 140 ° C. for 60 seconds using a bonding press. . After the electrolyte was injected through the two small holes in the counter electrode, a sandwich cell was prepared by sealing with shrin rip and cover glass. In this case, as the electrolyte solution, 3-Methylpropiodine with 0.1M Lil, 0.05M 2 , 0.6M 1-hexyl-2,3-dimethylimideazolidium iodide and 0.5M 4-tertiary-butylpyridine Prepared with nitrile solvent.

(4) 포토커런트-전압(Photocurrent-voltage) 측정(4) Photocurrent-Voltage Measurement

상기에서 제작한 샌드위치 셀에서 AM 1.5 solar simulating filter를 장착한 Xe 램프(Oriel, 300W Xe arc lamp)로 빛을 조사하여 M236 source measure unit(SMU, Keithley)를 사용하여 전류-전압 곡선을 얻었다. 전위의 범위는 0V에서 0.8V까지이고, 빛의 세기는 100W/㎠으로 하였다.
The sandwich cell prepared above was irradiated with an Xe lamp (Oriel, 300W Xe arc lamp) equipped with an AM 1.5 solar simulating filter to obtain a current-voltage curve using an M236 source measure unit (SMU, Keithley). The potential ranges from 0V to 0.8V, and the light intensity is 100W / cm 2.

비교예Comparative example

전술한 실시예에서 작업 전극 상에 멤브레인을 형성한 것을 제외하고, 나머지 공정 조건을 동일하게 하여 염료감응 태양전지를 제조하였다.
Except for forming a membrane on the working electrode in the above embodiment, the dye-sensitized solar cell was prepared under the same process conditions.

상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 염료감응 태양전지의 단락 전류 Jsc(short-circuit photocurrent density), 개방 전압 Voc(open circuit voltage), 합선 전류 Isc(I short-circuit), 충밀 계수 FF(fill factor), 광전변환효율(PCE)을 측정하여 하기의 표 1에 나타내었고, 실시예의 전류-전압 곡선은 도 4a에 나타내었고, 비교예의 전류-전압 곡선은 도 4b에 나타내었다. 이때, 상기 실험예들 및 비교예는 각각 동일한 조건 하에 2번씩 측정하였다.Short-circuit photocurrent density (J sc ), open voltage V oc (open circuit voltage), short-circuit current Isc (I short-circuit), and integrity factor FF of the dye-sensitized solar cells prepared according to the above Examples and Comparative Examples. (fill factor) and photoelectric conversion efficiency (PCE) were measured and shown in Table 1 below, the current-voltage curve of the example is shown in FIG. 4A, and the current-voltage curve of the comparative example is shown in FIG. 4B. In this case, the experimental examples and comparative examples were measured twice under the same conditions.

## Area(㎠)Area (㎠) Jsc(mA)J sc (mA) Voc(V)V oc (V) Isc(mA)Isc (mA) FF(%)FF (%) PCE(%)PCE (%) 실시예
Example
1One 0.250.25 17.117.1 0.640.64 4.34.3 0.510.51 5.635.63 22 0.250.25 17.2617.26 0.640.64 4.324.32 0.510.51 5.655.65 비교예
Comparative Example
1One 0.250.25 15.6815.68 0.640.64 3.923.92 0.490.49 4.974.97 22 0.250.25 16.7216.72 0.650.65 4.184.18 0.490.49 5.655.65

상기 표 1 및 도 4a와 도 4b에 나타나는 바와 같이, 본원 발명의 실시예에 따라 제조된 염료감응 태양전지는 비교예보다 우수한 광전변환효율(PCE)을 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1 and FIG. 4A and FIG. 4B, it can be seen that the dye-sensitized solar cell manufactured according to the embodiment of the present invention exhibits better photoelectric conversion efficiency (PCE) than the comparative example.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 염료감응 태양전지는 멤브레인을 더 형성함으로써, 광전변환효율(PCE)이 우수한 이점이 있다.Therefore, the dye-sensitized solar cell according to the embodiment of the present invention has an advantage of excellent photoelectric conversion efficiency (PCE) by further forming a membrane.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be practiced. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. In addition, the scope of the present invention is shown by the claims below, rather than the above detailed description. Also, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (9)

제 1 전극을 포함하는 제 1 기판;
상기 제 1 기판 상에 위치하며, 염료를 포함하는 반도체 미립자층, 스캐터링층 및 멤브레인을 포함하는 광흡수층; 및
상기 광흡수층 상에 위치하며, 제 2 전극을 포함하는 제 2 기판을 포함하는 염료감응 태양전지.
A first substrate comprising a first electrode;
A light absorption layer disposed on the first substrate and including a semiconductor fine particle layer including a dye, a scattering layer, and a membrane; And
A dye-sensitized solar cell positioned on the light absorption layer, the dye-sensitized solar cell comprising a second substrate including a second electrode.
제1 항에 있어서,
상기 멤브레인은 중공사막 또는 중공섬유로 이루어진 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
The membrane is a dye-sensitized solar cell made of hollow fiber membrane or hollow fiber.
제1 항에 있어서,
상기 멤브레인의 두께는 상기 스캐터링층과 상기 제 2 전극 사이의 거리의 절반 이상인 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
The thickness of the membrane is a dye-sensitized solar cell is at least half of the distance between the scattering layer and the second electrode.
제1 항에 있어서,
상기 광흡수층은 전해질을 더 포함하는 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
The light absorbing layer is a dye-sensitized solar cell further comprises an electrolyte.
제1 항에 있어서,
상기 스캐터링층은 복수의 도전성 입자를 포함하는 염료감응 태양전지.
The method according to claim 1,
The scattering layer is a dye-sensitized solar cell comprising a plurality of conductive particles.
제5 항에 있어서,
상기 도전성 입자는 티탄(Ti), 주석(Sn), 아연(Zn), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 갈륨(Ga), 인듐(In), 이트륨(Yr), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 산화물인 염료감응 태양전지.
6. The method of claim 5,
The conductive particles are titanium (Ti), tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), zirconium (Zr), gallium (Ga), indium (In), yttrium (Yr), niobium (Nb), tantalum A dye-sensitized solar cell, which is a metal oxide selected from the group consisting of (Ta) and vanadium (V).
제 1 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 전극 상에 반도체 미립자층을 형성하고, 상기 반도체 미립자층 상에 스캐터링층을 형성하고, 상기 반도체 미립자층에 염료를 흡착시키는 단계;
상기 스캐터링층 상에 멤브레인을 형성하여 광흡수층을 형성하는 단계;
제 2 기판 상에 제 2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하고, 상기 광흡수층에 전해질을 주입하는 단계를 포함하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
Forming a first electrode on the first substrate;
Forming a semiconductor fine particle layer on the first electrode, forming a scattering layer on the semiconductor fine particle layer, and adsorbing a dye on the semiconductor fine particle layer;
Forming a membrane on the scattering layer to form a light absorption layer;
Forming a second electrode on a second substrate; And
And bonding the first substrate and the second substrate and injecting an electrolyte into the light absorption layer.
제 7 항에 있어서,
상기 멤브레인은 중공사막 또는 중공섬유로 형성하는 염료감응 태양전지의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The membrane is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell formed of a hollow fiber membrane or hollow fiber.
제 7 항에 있어서,
상기 멤브레인의 두께는 상기 스캐터링층과 상기 제 2 전극 사이의 거리의 절반 이상인 염료감응 태양전지의 제조방법.The method of claim 7, wherein
The thickness of the membrane is a method of manufacturing a dye-sensitized solar cell is at least half of the distance between the scattering layer and the second electrode.
KR1020110055590A 2011-06-09 2011-06-09 Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof KR20120136578A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110055590A KR20120136578A (en) 2011-06-09 2011-06-09 Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110055590A KR20120136578A (en) 2011-06-09 2011-06-09 Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120136578A true KR20120136578A (en) 2012-12-20

Family

ID=47903931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110055590A KR20120136578A (en) 2011-06-09 2011-06-09 Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120136578A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130090838A (en) * 2012-02-06 2013-08-14 주식회사 엘지화학 Electrolyte composition and dye-sensitized solar cell comprising the same
KR20140122323A (en) 2013-04-09 2014-10-20 주식회사 오리온 Sealing structure for dye-sensitized solar cell
KR20150012706A (en) 2013-07-26 2015-02-04 주식회사 오리온 Method for repair sealing material of dye-sensitized solar cell
KR20150068089A (en) 2013-12-11 2015-06-19 주식회사 오리온 Dye-sensitized solar cell
KR20160025319A (en) 2014-08-27 2016-03-08 주식회사 오리온 Dye-sensitized solar cell
KR20160028214A (en) 2014-09-03 2016-03-11 주식회사 오리온 System for controlling equipment related solar light intensity using dye-sensitized solar cell
KR20160073232A (en) 2014-12-16 2016-06-24 주식회사 오리온 Dye-sensitized solar cell

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130090838A (en) * 2012-02-06 2013-08-14 주식회사 엘지화학 Electrolyte composition and dye-sensitized solar cell comprising the same
KR20140122323A (en) 2013-04-09 2014-10-20 주식회사 오리온 Sealing structure for dye-sensitized solar cell
KR20150012706A (en) 2013-07-26 2015-02-04 주식회사 오리온 Method for repair sealing material of dye-sensitized solar cell
KR20150068089A (en) 2013-12-11 2015-06-19 주식회사 오리온 Dye-sensitized solar cell
KR20160025319A (en) 2014-08-27 2016-03-08 주식회사 오리온 Dye-sensitized solar cell
KR20160028214A (en) 2014-09-03 2016-03-11 주식회사 오리온 System for controlling equipment related solar light intensity using dye-sensitized solar cell
KR20160073232A (en) 2014-12-16 2016-06-24 주식회사 오리온 Dye-sensitized solar cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101303450B1 (en) Dye-Sensitized Solar Cells And Manufacturing Method For Thereof
KR100839371B1 (en) Dye-sensitized solar cell
KR101172374B1 (en) Dye-sensitized solar cell based on perovskite sensitizer and manufacturing method thereof
KR101223558B1 (en) Photosensitizer for photovoltaic cell, and photovoltaic cell prepared from same
KR100589323B1 (en) Dye-sensitized solar cell having enlarged wavelength range of absorbed light and fabrication method thereof
KR100722085B1 (en) Photovoltaic cell comprising CNTs formed by using electrophoretic deposition and its fabrication method
KR100696636B1 (en) Photosensitizer for photovoltaic cell and photovoltaic cell prepared from the same
JP2008218394A (en) Dye-sensitized solar cell and method of manufacturing the same
KR101243915B1 (en) Method of preparing photoelectrode structure
KR20120136578A (en) Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof
TWI433376B (en) Dye-sensitized solar cell module and method of fabricating the same
KR101627161B1 (en) Dye-sensitized solar cell including polymer support layer, and preparing method of the same
KR20110026818A (en) Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof
KR101623585B1 (en) Dye-Sensitized Solar Cells And Manufacturing Method For Thereof
KR101408888B1 (en) Dye-sensitized solar cell and preparing method thereof
KR20110040144A (en) Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof
KR101330505B1 (en) Dye-Sensitized Solar Cells Using The Dye
KR101330454B1 (en) Dye-Sensitized Solar Cells Using The Dye
KR20110070592A (en) Dye-sensitized solar cells and method for fabricating the same
KR20100058996A (en) Dye-sensitized solar cells using the dye
Joshi et al. Carbon nanoparticles for counter electrode catalyst in dye-sensitized solar cells
KR20130086874A (en) Working electrode which is used in manufacturing a dye-sensitized solar cell and preparation thereof

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination