KR101651781B1 - Solar cell and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
태양 전지의 제조 방법이 제공된다. 상기 태양 전지의 제조 방법은, 제1 기판 상에, 제1 금속 산화물을 포함하는 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 전극층 상에, 제2 금속 산화물 및 희생물질(sacrificed material)을 포함하는 예비 전극층(preliminary electrode layer)을 형성하는 단계, 상기 예비 전극층 내의 상기 희생물질을 제거하여, 제2 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 광 흡수 물질을 흡착시키는 단계, 상대 전극(counter electrode)을 갖는 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 배치시키는 단계, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a solar cell is provided. The method of manufacturing a solar cell includes the steps of: forming a first electrode layer including a first metal oxide on a first substrate; forming a first electrode layer on the first electrode layer by using a second metal oxide and a sacrificial material Forming a preliminary electrode layer, removing the sacrificial material in the preliminary electrode layer to form a second electrode layer, adsorbing the light absorbing material to the first electrode layer and the second electrode layer, Disposing a second substrate having a counter electrode on the first substrate, and injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
Description
본 발명은 태양 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 금속 산화물 및 희생물질을 이용하여 형성된 다공성 전극층을 포함하는 태양 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.BACKGROUND OF THE
태양전지는 태양으로부터 방출되는 빛 에너지를 전기에너지로 전환하는 광전 에너지 변환 시스템(photovoltaic energy conversion system)이다. Solar cells are photovoltaic energy conversion systems that convert light energy emitted by the sun into electrical energy.
전기화학 태양전지로 분류되는 염료 감응형 태양전지(Dye-sensitized solar cells-DSSC)는 실리콘 태양전지에 비해 낮은 제작 비용과 높은 효율로 많은 주목을 받고 있다. 이러한, 염료 감응형 태양전지는, 태양 광을 흡수하는photo-sensitized dye, 전자 이동을 도와주는 absorption semi-conductor oxide materials와 counter electrode와 working electrode 사이를 채워 셀의 performance를 도와주는 전해질로 구성되어 있다. Dye-sensitized solar cells (DSSC), which are classified as electrochemical solar cells, are attracting much attention due to their lower production cost and higher efficiency than silicon solar cells. The dye-sensitized solar cell is composed of a photo-sensitized dye that absorbs sunlight, an absorption semi-conductor oxide material that assists in electron transfer, and an electrolyte that fills the cell between the counter electrode and the working electrode .
염료 감응형 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키기 위해, 염료 감응형 태양 전지를 구성하는 다양한 구성요소들의 특성을 개선하는 많은 연구들이 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2013-0102667(출원번호 10-2012-0023636)에는 금속 나노입자들이 함유된 금속 산화물 나노튜브들을 포함하는 반도체 전극층을 이용한 염료 감응형 태양 전지가 개시되어 있다. 다른 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2013-0007287(출원번호 10-2011-0065065)에는 플루오레닐기 및 인데노 [1,2-b] 티오펜 (indeno[1,2-b]thiophene)기 함유 화합물을 포함하는 염료를 이용하여 염료 감응형 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.In order to improve the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell, many studies have been conducted to improve the characteristics of various constituent elements of the dye-sensitized solar cell. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0102667 (Application No. 10-2012-0023636) discloses a dye-sensitized solar cell using a semiconductor electrode layer containing metal oxide nanotubes containing metal nanoparticles. In another example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0007287 (Application No. 10-2011-0065065) discloses a fluorenyl group and indeno [1,2-b] thiophene, Discloses a technique for improving the photoelectric conversion efficiency of a dye-sensitized solar cell using a dye containing a group-containing compound.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고신뢰성의 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a high-reliability solar cell and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 광전 변환 효율이 향상된 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another aspect of the present invention is to provide a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제조 공정이 간소화된 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another aspect of the present invention is to provide a solar cell having a simplified manufacturing process and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제조 단가가 감소된 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another aspect of the present invention is to provide a solar cell having a reduced manufacturing cost and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 태양 전지의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method of manufacturing a solar cell.
일 실시 예에 따르면, 상기 태양 전지의 제조 방법은, 제1 기판 상에, 제1 금속 산화물을 포함하는 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 전극층 상에, 제2 금속 산화물 및 희생물질(sacrificed material)을 포함하는 예비 전극층(preliminary electrode layer)을 형성하는 단계, 상기 예비 전극층 내의 상기 희생물질을 제거하여, 제2 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 광 흡수 물질을 흡착시키는 단계, 상대 전극(counter electrode)을 갖는 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 배치시키는 단계, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the manufacturing method of the solar cell includes the steps of: forming a first electrode layer including a first metal oxide on a first substrate; forming a second metal oxide and a sacrificial material forming a preliminary electrode layer including a sacrificial material, removing the sacrificial material in the preliminary electrode layer to form a second electrode layer, forming a light absorbing material in the first electrode layer and the second electrode layer, , Placing a second substrate having a counter electrode on the first substrate, and injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층을 형성하는 단계는, 제2 금속 산화물 및 상기 희생 물질을 포함하는 소스 분말(source powder)을 이용하여 건식 공정으로 수행도리 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the preliminary electrode layer may be performed by a dry process using a source powder including a second metal oxide and the sacrificial material.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층을 형성하는 단계는, 제2 금속 산화물 및 상기 희생 물질을 포함하는 소스 분말(source powder)을 분말 저장 탱크 내에 준비하는 단계, 상기 제1 전극층이 형성된 상기 제1 기판을 챔버 내에 준비하는 단계, 및 상기 분말 저장 탱크와 상기 챔버의 압력 차이를 이용하여, 상기 소스 분말을 가속시키고, 가속된 상기 소스 분말을 상기 제1 전극층 상으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the preliminary electrode layer includes the steps of preparing a source powder containing a second metal oxide and the sacrificial material in a powder storage tank, Preparing the substrate in a chamber and using the pressure difference between the powder storage tank and the chamber to accelerate the source powder and provide the accelerated source powder onto the first electrode layer .
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극층을 형성하는 단계는, 제1 금속 산화물을 포함하는 분말을 이용하여 건식 공정으로 수행될 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the first electrode layer may be performed by a dry process using a powder containing the first metal oxide.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극층은, 상기 제1 전극층보다 다공성 레벨이 높을 수 있다. According to one embodiment, the second electrode layer may have a higher level of porosity than the first electrode layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극층을 형성하는 단계는, 상기 희생 물질이 제거되어, 상기 제2 전극층 내에 기공이 생성되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the second electrode layer may include removing the sacrificial material to generate pores in the second electrode layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 희생 물질을 제거하는 단계는, 상기 예비 전극층을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, removing the sacrificial material may include heat treating the spare electrode layer.
일 실시 예에 따르면, 제2 금속 산화물은 입자 형태로 제공되고, 상기 예비 전극층이 열처리되는 동안, 입자 형태의 상기 제2 금속 산화물은 서로 네킹(necking)될 수 있다. According to one embodiment, the second metal oxide is provided in the form of particles, and the second metal oxide in the form of particles may be necked together while the pre-electrode layer is heat-treated.
일 실시 예에 따르면, 상기 희생 물질을 제거하는 단계는, 상기 희생 물질을 선택적으로 용해시키는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, removing the sacrificial material may include selectively dissolving the sacrificial material.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층 내의 상기 제2 금속 산화물에 대한 상기 희생 물질의 비율은, 1:1 ~ 1:2.5일 수 있다. According to one embodiment, the ratio of the sacrificial material to the second metal oxide in the spare electrode layer may be 1: 1 to 1: 2.5.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 태양 전지를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a solar cell.
일 실시 예에 따르면, 상기 태양 전지는, 제1 기판 상에 배치된 제1 전극층, 상기 제1 전극층보다 높은 다공성 레벨을 갖는 제2 전극층, 및 상기 제2 전극층에 흡착된 광 흡수 물질을 포함하는 광전 변환층, 상기 제1 기판 상에 배치되고, 상대 전극을 갖는 제2 기판, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이의 전해질을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the solar cell comprises a first electrode layer disposed on a first substrate, a second electrode layer having a higher porous level than the first electrode layer, and a light absorbing material adsorbed on the second electrode layer A photoelectric conversion layer, a second substrate disposed on the first substrate and having a counter electrode, and an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층은 동일한 금속 산화물을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first electrode layer and the second electrode layer may include the same metal oxide.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층으로 구성될 수 있다.According to one embodiment, the first electrode layer and the second electrode layer may be formed.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 기판 상에 제1 전극층이 형성되고, 상기 제1 전극층 상에 금속 산화물 및 희생 재료를 포함하는 예비 전극층이 형성된다. 상기 예비 전극층에서 상기 희생 재료가 제거되어, 상기 제1 전극층 상에 다공성 제2 전극층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 전극층 내의 기공의 크기 및 개수가 용이하게 조절되어 광전 변환 효율이 향상된 태양 전지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a first electrode layer is formed on a first substrate, and a pre-electrode layer including a metal oxide and a sacrificial material is formed on the first electrode layer. The sacrificial material may be removed from the preliminary electrode layer, and the porous second electrode layer may be formed on the first electrode layer. Accordingly, it is possible to provide a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency by easily controlling the size and number of pores in the second electrode layer, and a manufacturing method thereof.
또한, 상기 예비 전극층이 상기 금속 산화물 및 상기 희생 재료를 포함하는 분말을 이용한 건식 공정으로 제조될 수 있다. 이에 따라, 친환경적이고, 제조 비용이 감소되고, 제조 공정이 간소화된 태양 전지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다. Also, the preliminary electrode layer may be manufactured by a dry process using a powder including the metal oxide and the sacrificial material. Accordingly, a solar cell that is environmentally friendly, has a reduced manufacturing cost, and has a simplified manufacturing process, and a manufacturing method thereof can be provided.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 3 및 도 4의 A를 확대한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 전극층의 제조에 사용된 금속 산화물과 희생 물질의 무게 비율에 따른 광전 변환 효율을 측정한 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 두께를 측정한 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양전지에 포함된 전극층의 FE-SEM 사진들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 투과도를 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지의 흡광도를 측정한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지의 전류 전압 특성을 측정한 그래프이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 활용 예를 설명하기 위한 도면들이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 5 are views for explaining a solar cell and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention.
Figs. 6A and 6B are enlarged views of Figs. 3 and 4A, respectively.
7 is a view for explaining an apparatus for manufacturing an electrode layer included in a solar cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating the photoelectric conversion efficiency according to the weight ratio of the metal oxide and the sacrificial material used in the manufacture of the electrode layer of the solar cell according to the embodiment of the present invention.
9A and 9B are graphs illustrating the thicknesses of the electrode layers included in the solar cell according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
10A and 10B are FE-SEM photographs of the electrode layers included in the solar cell according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are graphs showing the transmittance of an electrode layer included in the solar cell according to the embodiments and the comparative examples of the present invention.
12 is a graph showing absorbance of a solar cell according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
13 is a graph showing current-voltage characteristics of a solar cell according to an embodiment of the present invention and comparative examples.
14 to 16 are views for explaining an application example of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이고, 도 6a 및 도 6b는 각각 도 3 및 도 4의 A를 확대한 도면들이다. FIG. 1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are views for explaining a solar cell and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, And 6B are enlarged views of FIGS. 3 and 4A, respectively.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 기판(100)이 준비된다. 상기 제1 기판(100)은 투명한 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(100)은 FTO 또는 ITO 기판일 수 있다. 또는, 상기 제1 기판(100)은 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 금속 기판, 전도성 플라스틱 기판, 또는 전도층이 코팅된 고분자 필름일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기판(100)은 플렉시블(flexible)할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a
상기 제1 기판(100) 상에 제1 금속 산화물을 포함하는 제1 전극층(110)이 형성될 수 있다(S110). 예를 들어, 상기 제1 금속 산화물은, TiO2, SnO2, ZrO2, SiO2, MgO, Nb2O5, 또는 ZnO 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. A
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극층(110)은 상기 제1 금속 산화물을 포함하는 소스 분말을 이용하여 건식 공정으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전극층(110)을 형성하는 단계는, 상기 제1 금속 산화물을 포함하는 상기 소스 분말을 분발 저장 탱크 내에 준비하는 단계, 상기 제1 기판(100)을 챔버 내에 준비하는 단계, 및 상기 분말 저장 탱크와 상기 챔버 사이의 압력 차이를 이용하여 상기 소스 분말을 가속시키고, 가속된 상기 소스 분말을 상기 제1 기판(100) 상으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the
도 1, 도 3, 도 6a을 참조하면, 상기 제1 전극층(110) 상에 제2 금속 산화물(122) 및 희생 물질(sacrificed material, 124)을 포함하는 예비 전극층(120)이 형성될 수 있다(S120). 상기 예비 전극층(120) 내의 상기 제2 금속 산화물(122)에 대한 상기 희생 물질(124)의 무게 비율은 1:1~1:2.5 일 수 있다. 상기 예비 전극층(120)이 두께는 상기 제1 전극층(110)의 두께보다 두꺼울 수 있다. Referring to FIGS. 1, 3, and 6A, a
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 산화물(122)은 상기 제1 금속 산화물과 동일한 물질(예를 들어, TiO2)을 포함할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 산화물(122)은 상기 제1 금속 산화물과 다른 물질을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the
상기 희생 물질(124)은 고분자 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 물질(124)은 PS(polystyrene), PMMA(polymethlymethacrylate), 또는 PEG(polyethyleneglycol) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The
상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 물질(124)은 도 6a에 도시된 것과 같이, 입자 형태로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 산화물(122)의 평균 직경이 상기 제2 금속 산화물(122)의 평균 직경보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 금속 산화물(122)의 평균 직경은 15nm일 수 있고, 상기 희생 물질(124)의 평균 직경은 50nm일 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층(120)은 상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 물질(124)을 포함하는 소스 분말을 이용하여 건식 공정으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 전극층(110) 및 상기 예비 전극층(120)은 서로 동일한 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 예비 전극층(120)을 형성하는 단계는, 상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 물질(124)을 포함하는 소스 분말을 분발 저장 탱크 내에 준비하는 단계, 상기 제1 전극층(110)이 형성된 상기 제1 기판(100)을 챔버 내에 준비하는 단계, 및 상기 분말 저장 탱크와 상기 챔버 사이의 압력 차이를 이용하여 상기 소스 분말을 가속시키고, 가속된 상기 소스 분말을 상기 제1 전극층(110) 상으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the
만약, 상기 제1 전극층(110)이 생략된 상태에서, 상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 물질(124)을 포함하는 상기 예비 전극층(120)이 상술된 바와 같이 건식 공정으로 형성되는 경우, 상기 예비 전극층(120)이 상기 제1 기판(100)에 용이하게 접착되지 않을 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극층(110) 상에 상기 예비 전극층(120)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 희생 물질(124)을 포함하는 상기 예비 전극층(120)이 상기 제1 기판(100)에 용이하게 접착될 수 있다. If the
도 1, 도 4, 및 도 6b를 참조하면, 상기 예비 전극층(120) 내의 상기 희생 물질(124)을 제거하여, 제2 전극층(120a)이 형성될 수 있다(S130). 상기 희생 물질(124)이 제거되어, 복수의 기공(126)이 생성되고, 상기 희생 물질(124)이 제거되는 동안 상기 제2 금속 산화물(122)은 잔존될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 전극층(120a)은 상기 제2 금속 산화물(122) 및 복수의 기공(126)을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 전극층(120a)은 상기 제1 전극층(110)보다 다공성 레벨이 높을 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 전극층(120a)이 상기 제1 전극층(110)보다 많은 수의 기공을 포함하고, 더 넓은 표면적을 가질 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 예비 전극층(120)이 상기 제1 전극층(110)보다 두꺼운 경우, 상기 제2 전극층(120a)이 상기 제1 전극층(110)보다 두꺼울 수 있다.Referring to FIGS. 1, 4, and 6B, the
상기 제2 전극층(120a) 내의 상기 복수의 기공(126)의 직경은 상기 희생 물질(124)의 직경에 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 기공(126)의 직경은 실질적으로 균일할 수 있다. 또한, 상기 복수의 기공(126)의 직경은 상기 희생 물질(124)의 직경에 따라 조절될 수 있고, 상기 복수의 기공(126)의 개수는 입자 형태의 상기 희생 물질(124)의 개수에 따라 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 전극층(120a) 내의 상기 기공(126)의 개수 및 크기가 용이하게 조절될 수 있다. The diameter of the plurality of pores (126) in the second electrode layer (120a) may correspond to the diameter of the sacrificial material (124). Accordingly, the diameters of the plurality of
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층(120) 내의 상기 희생 물질(124)을 제거하는 단계는, 상기 예비 전극층(120)을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 물질(124)이 PS(polystyrene)로 형성되는 경우, 상기 예비 전극층(120)이 500℃에서 열처리되어, 상기 희생 물질(124)이 제거될 수 있다. 상기 예비 전극층(120)이 열처리되어, 상기 희생 물질(124)이 제거되는 동시에, 입자 형태의 상기 제2 금속 산화물(122)이 서로 네킹(necking)될 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 전극층(120a)의 저항이 감소될 수 있다. According to one embodiment, the step of removing the
또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층(120) 내의 상기 희생 믈질(124)을 제거하는 단계는, 상기 희생 물질(122)을 선택적으로 용해시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 물질(124)이 PS(polystyrene)로 형성되는 경우, 상기 예비 전극막(120) 상에 클로로포름(chloro form)을 제공하여, 상기 희생 물질(122)이 선택적으로 용해 및 제거될 수 있다. Alternatively, according to another embodiment, removing the
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층(120) 내의 상기 희생 물질(124)을 제거하는 단계는, 상술된 바와 같이, 상기 예비 전극층(120) 내의 상기 희생 물질(122)을 선택적으로 용해시키는 단계, 및 상기 예비 전극층(120)을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. Alternatively, according to another embodiment, the step of removing the
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 전극층(110) 및 상기 제2 전극층(120a)에 광 흡수 물질(130)이 흡착될 수 있다(S140). 상기 광 흡수 물질(130)은 상기 제2 전극층(120a)의 상기 제2 금속 산화물(122)의 표면에 흡착될 수 있다. 상기 광 흡수 물질(130)은 입사되는 태양 광을 흡수할 수 있다. 상기 제2 전극층(120a) 및 상기 제2 전극층(120a)에 흡착된 상기 광 흡수 물질(130)은 광전 변환층을 구성할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 5, a
일 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 물질(130)은 염료층일 수 있다. 예를 들어, 상기 염료층은, N719 (Ru(dcbpy)2(NCS)2 containing 2 protons), N712, Z907, Z910, 및 K19 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the
또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 광 흡수 물질(130)은 양자점(quantum dot)일 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수 물질(130)은 CdS, CdSe, ZnS, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, Sb2S3, Sb2Se3, AlN, AlP, AlAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, Si, 또는 Ge 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Alternatively, according to another embodiment, the
상대 전극(counter electrode, 210)을 갖는 제2 기판(200)이 상기 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다(S150). 상기 제2 기판(200)은 상기 제1 기판(100)과 동일한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 상대 전극(210)은, 백금(Pt), 구리(Cu) 등을 포함할 수 있다. A
상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(200) 사이에 전해질(150)이 주입될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질(150)은 요오드계 산화화원 전해질(redox iodide electrolyte)을 포함할 수 있다. An
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 재료(124)를 포함하는 상기 예비 전극층(120)이 형성되고, 상기 예비 전극층(120)에서 상기 희생 재료(124)를 제거하여 다공성의 상기 제2 전극층(120a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 전극층(120a)의 다공성 레벨이 용이하게 조절되어, 상기 제2 전극층(120a)으로 입사되는 광의 산란이 증가될 수 있다. 이로 인해, 광전 변환 효율이 향상된 태양 전지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 예비 전극층(120)이 상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 재료(124)를 포함하는 분말을 이용한 건식 공정으로 형성되고, 상기 예비 전극층(120)에서 상기 희생 재료(124)를 제거하여 상기 제2 전극층(120a)이 용이하게 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 태양 전지의 전극층이, 딥 코팅(dip coating), 스프레이 열 분해법(spray pyrolysis), 스크린 프린팅(screen printing), 닥터 블레이드(doctor blade) 등과 같은 습식 공정으로 형성되는 경우, 상기 전극층을 형성하는 과정에서 화학 용액이 손실되고, 상기 화학 용액으로 환경 오염이 유발되는 문제가 있다. 또한, 태양 전지의 전극층이, 스퍼터(sputter), 화학 기상 증착법(CVD)과 같은 진공 공정으로 형성되는 경우, 상기 전극층의 조성 조절이 용이하지 않고, 고 진공 상태를 유지하기 위해 공정 비용이 상승될 수 있다. Unlike the embodiment of the present invention described above, the electrode layer of the solar cell is formed by a wet process such as dip coating, spray pyrolysis, screen printing, doctor blade, There is a problem that the chemical solution is lost in the process of forming the electrode layer and environmental pollution is caused by the chemical solution. Further, when the electrode layer of the solar cell is formed by a vacuum process such as sputtering or chemical vapor deposition (CVD), the composition of the electrode layer is not easily controlled and the process cost is increased to maintain a high vacuum state .
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 대기 분위기 및 저 진공 조건에서, 상기 제2 금속 산화물(122) 및 상기 희생 재료(124)를 포함하는 분말을 이용한 건식 공정으로, 상기 제2 예비 전극층(120)이 형성될 수 있고, 상기 예비 전극층(120)으로부터 상기 제2 전극층(120a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 친환경적이고, 제조 공정이 간소화되고, 제조 단가 감소된 태양 전지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다 .However, as described above, according to the embodiment of the present invention, in the dry process using the powder including the
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 제조 장치가 도 7을 참조하여 설명된다. Hereinafter, an apparatus for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining an apparatus for manufacturing an electrode layer included in a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 제조 장치는, 챔버(300), 스테이지(310, stage), 노즐(320), 카메라(330), 제어부(332), 챔버 압력 조절부(340), 펌프(342), 공기 압축부(410), 필터(420), 레귤레이터(430, regulator), 분말 저장 탱크(440), 및 분무 발생기(442)를 포함할 수 있다. 7, an apparatus for manufacturing an electrode layer included in a solar cell according to an embodiment of the present invention includes a
상기 스테이지(310)는, 상기 챔버(300) 내에 배치될 수 있다. 상기 스테이지(310) 상에 기판(312)이 안착될 수 있다. 상기 기판(312)은 도 1을 참조하여 설명된 제1 기판(100), 또는 도 1을 참조하여 설명된 제1 전극층(110)이 형성된 제1 기판(100)일 수 있다. 상기 스테이지(310)는, 지면에 평행한 제1 및 제2 방향, 그리고, 지면에 수직한 제3 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. The
상기 공기 압축부(410)는 공기를 압축하여 압축 공기를 제공할 수 있다. 상기 압축 공기는 상기 필터(420)를 투과하면서, 먼지, 기름 등이 제거될 수 있다. 상기 압축 공기는 상기 레귤레이터(430)를 통과하여, 상기 분말 저장 탱크(440)에 제공될 수 있다. The
상기 분말 저장 탱크(440) 내에 소스 분말(444)이 저장될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 소스 분말(444)은, 도 2를 참조하여 설명된 제1 금속 산화물을 포함하거나, 또는 도 3을 참조하여 설명된 제2 금속 산화물(122) 및 희생 물질(124)을 포함할 수 있다. 상기 분말 저장 탱크(440) 내에 상기 분무 발생기(442)가 배치될 수 있다. 상기 분무 발생기(442)에 의해, 상기 분말 저장 탱크(440) 내에 저장된 상기 소스 분말(444)이 분무될 수 있다. 분무된 상기 소스 분말(444)은, 상기 공기 압축부(410)로부터 제공된 상기 압축 공기에 의해 상기 챔버(300) 내의 상기 기판(312) 상으로 분사되되, 상기 분말 저장 탱크(440)와 상기 챔버(300) 사이의 압력에 의해 가속 분사될 수 있다. The
상기 챔버 압력 조절부(340) 및 상기 펌프(342)는 상기 챔버(300) 내부를 저 진공 상태로 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 분말 저장 탱크(440)와 상기 챔버(300) 사이에 압력의 차이가 실질적으로 일정하게 유지되고, 상기 압력의 차이에 의해, 분무된 상기 소스 분말(444)이 가속되어, 상기 노즐(320)을 통해, 상기 기판(312) 상으로 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 챔버(300) 내부는 대기 분위기일 수 있다. 상기 챔버 압력 조절부(340)는 상기 제어부(332)에 의해 제어될 수 있다. The
분사된 상기 소스 분말(444)이 도 2를 참조하여 설명된 제1 금속 산화물을 포함하고, 상기 기판(312)이 도 2를 참조하여 설명된 제1 기판(100)인 경우, 상기 제1 기판(100) 상에 상기 제1 전극층(110)이 형성될 수 있다. 또는, 분사된 상기 소스 분말(444)이 도 3을 참조하여 설명된 제2 금속 산화물(122) 및 희생 물질(124)을 포함하고, 상기 기판(312)이 도 2를 참조하여 설명된 제1 전극층(110)이 형성된 제1 기판(100)인 경우, 상기 제1 전극층(110) 상에 상기 제2 전극층(120)이 형성될 수 있다. When the injected
상기 카메라(330)는 상기 기판(312) 상에 형성되는 박막을 촬영하여 상기 제어부(332)로 전송할 수 있다. 사용자는 상기 제어부(332)를 통해, 상기 박막의 형성 과정을 관찰할 수 있다. The
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 전극층의 제조에 사용된 금속 산화물 및 희생 물질의 무게 비율에 따른 광전 변환 효율 변화가 설명된다. Hereinafter, the photoelectric conversion efficiency change depending on the weight ratio of the metal oxide and the sacrificial material used in the production of the electrode layer of the solar cell according to the embodiment of the present invention described above will be described.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지의 전극층의 제조에 사용된 금속 산화물과 희생 물질의 무게 비율에 따른 광전 변환 효율을 측정한 그래프이다. 8 is a graph illustrating the photoelectric conversion efficiency according to the weight ratio of the metal oxide and the sacrificial material used in the manufacture of the electrode layer of the solar cell according to the embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, FTO 기판 상에 TiO2를 이용하여 제1 전극층을 형성한 후, 상기 제1 전극층 상에 TiO2 금속 산화물 및 PS 희생 물질의 비율을 달리하면서, 도3 및 도 4를 참조하여 설명된 방법으로 제2 전극층을 형성하였다. 구체적으로, TiO2 금속 산화물 및 PS 희생 물질의 무게 비율이 1:0, 1:1, 1:2.5, 1:5, 1:7.5, 및 1:10인 혼합 소스 분말들을 형성하고, 상기 혼합 소스 분말들을 이용하여 건식 공정으로 제2 전극층들을 형성하고, 광전 변환 효율을 측정하였다. Referring to FIG. 8, a first electrode layer is formed on the FTO substrate using TiO 2, and then the ratio of the TiO 2 metal oxide and the PS sacrifice material is changed on the first electrode layer. Referring to FIGS. 3 and 4 A second electrode layer was formed in the manner described. Specifically, mixed source powders having a weight ratio of TiO 2 metal oxide and PS sacrificial material of 1: 0, 1: 1, 1: 2.5, 1: 5, 1: 7.5, and 1:10 are formed, The second electrode layers were formed by a dry process using powders and the photoelectric conversion efficiency was measured.
도 8에서 알 수 있듯이, TiO2 금속 산화물 및 PS 희생 물질의 비율이 1:1~1:2.5인 제2 전극층을 갖는 태양 전지가, PS 희생 물질이 생략된 제2 전극층을 갖는 태양 전지, 및 TiO2 금속 산화물 및 PS 희생 물질의 비율이 1:5~1:10인 제2 전극층을 갖는 태양 전지와 비교하여, 높은 광전 변환 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 금속 산화물과 희생 물질의 무게 비율이 1:1~1:2.5인 소스 분말을 이용하여 제2 전극층을 제조하는 것이, 태양 전지의 광전 변환 효율을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 8, the solar cell having the second electrode layer in which the ratio of the TiO 2 metal oxide and the PS sacrificial material is 1: 1 to 1: 2.5 is the solar cell having the second electrode layer in which the PS sacrificial material is omitted, The photoelectric conversion efficiency is higher than that of a solar cell having a second electrode layer having a ratio of TiO 2 metal oxide and PS sacrificial material of 1: 5 to 1:10. In other words, it can be confirmed that it is an efficient method for improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell to manufacture the second electrode layer by using the source powder in which the weight ratio of the metal oxide and the sacrificial material is 1: 1 to 1: 2.5.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전극층, 비교 예에 따른 전극층, 및 실시 예 및 비교 예들에 따른 전극층들을 포함하는 태양 전지의 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, characteristics evaluation results of a solar cell including an electrode layer according to an embodiment of the present invention, an electrode layer according to a comparative example, and electrode layers according to embodiments and comparative examples will be described.
실시 예에 따른 태양 전지 제조Production of solar cell according to the embodiment
본 발명의 실시 예에 따라서, FTO 기판 상에 15nm 크기의 TiO2를 이용하여 2μm 두께의 제1 전극층을 형성하였다. 15nm TiO2 및 50nm PS bead가 28.5:71.5의 무게 비율로 혼합된 소스 분말을 이용하여 도 7을 참조하여 설명된 장치를 이용하여 16~17μm 두께의 예비 전극층을 상기 FTO 기판 상에 형성하였다. FTO 기판을 클로로 포름에 1시간 동안 담그고, 500℃에서 1시간 동안 열처리하여, 50nm PS bead를 제거하였다. 이후, 70℃의 0.04mM TiCl4 용액에 30분 동안 담그고, 에탄올 및 DI water로 세척하고, 추가로 500℃에서 30분간 열처리하여, 제2 전극층을 제조하였다. 상기 제2 전극층 상에 N719 염료를 제공하여, 염료층을 흡착시키고, 백금 전극을 갖는 유리 기판, 및 solarnix社의 AN-50 요오드계 전해질을 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지를 제조하였다. According to an embodiment of the present invention, a first electrode layer having a thickness of 2 占 퐉 was formed on a FTO substrate using TiO 2 having a size of 15 nm. A 15-17 nm thick spare electrode layer was formed on the FTO substrate using the apparatus described with reference to FIG. 7 using a 15 nm TiO 2 and 50 nm PS bead mixed in a weight ratio of 28.5: 71.5. The FTO substrate was immersed in chloroform for 1 hour and heat-treated at 500 ° C for 1 hour to remove the 50 nm PS bead. Thereafter, the substrate was immersed in a 0.04 mM TiCl4 solution at 70 DEG C for 30 minutes, washed with ethanol and DI water, and further heat-treated at 500 DEG C for 30 minutes to prepare a second electrode layer. A solar cell according to an embodiment of the present invention was fabricated by providing N719 dye on the second electrode layer, adsorbing the dye layer, using a glass substrate having a platinum electrode, and an AN-50 iodine-based electrolyte of solarnix .
제1 비교 예에 따른 태양 전지 제조Production of solar cell according to Comparative Example 1
본 발명의 실시 예에 대한 제1 비교 예에 따라서, 상술된 본 발명의 실시 예와 같이, FTO 기판 상에 제1 전극층을 형성하고, 15nm TiO2 및 50nm PS bead가 16.7:83.3(약 1:4.9)의 무게 비율로 혼합된 소스 분말을 이용하여 16~17μm 두께의 예비 전극층을 상기 FTO 기판 상에 형성하였다. 이후, 상술된 본 발명의 실시 예와 동일한 방법으로 제1 비교 예에 따른 태양 전지를 제조하였다. According to a first comparative example of the present invention, a first electrode layer is formed on an FTO substrate and a 15 nm TiO 2 and 50 nm PS bead is deposited at 16.7: 83.3 (about 1: 4.9), a preliminary electrode layer having a thickness of 16 to 17 탆 was formed on the FTO substrate using the mixed source powder. Thereafter, a solar cell according to the first comparative example was manufactured in the same manner as the above-described embodiment of the present invention.
제2 비교 예에 따른 태양 전지 제조Production of Solar Cell According to Comparative Example 2
본 발명의 실시 예에 대한 제2 비교 예에 따라서, 상술된 본 발명의 실시 예와 같이 FTO 기판 상에 제1 전극층을 형성하고, 15nm TiO2 및 50nm PS bead가 혼합된 소스 분말을 이용하여 제2 전극층을 형성하고, 상기 제2 전극층 상에 15nm TiO2 및 300nm PS bead가 혼합된 소스 분말을 이용하여 제3 전극층을 형성하였다. 이후, 상술된 본 발명의 실시 예와 동일한 방법으로 제2 비교 예에 따른 태양 전지를 제조하였다.According to a second comparative example of the present invention, a first electrode layer is formed on an FTO substrate in the same manner as the above-described embodiment of the present invention, and a source powder mixed with 15 nm TiO 2 and 50 nm PS beads is used A second electrode layer was formed on the second electrode layer, and a third electrode layer was formed on the second electrode layer using a source powder mixed with 15 nm TiO 2 and 300 nm PS bead. Thereafter, a solar cell according to the second comparative example was manufactured in the same manner as the above-described embodiment of the present invention.
제3 비교 예에 따른 태양 전지 제조Production of Solar Cell According to Comparative Example 3
본 발명의 실시 예에 대한 제3 비교 예에 따라서, 상술된 본 발명의 실시 예와 같이 FTO 기판 상에 제1 전극층을 형성하고, 15nm TiO2 및 50nm PS bead가 혼합된 소스 분말을 이용하여 제2 전극층을 형성하고, 상기 제2 전극층 상에 15nm TiO2, 300nm PS bead, 및 50nm PS bead가 혼합된 소스 분말을 이용하여 제3 전극층을 형성하였다. 이후, 상술된 본 발명의 실시 예와 동일한 방법으로 제3 비교 예에 따른 태양 전지를 제조하였다.According to a third comparative example of the present invention, a first electrode layer is formed on an FTO substrate as in the above-described embodiment of the present invention, and a source powder mixed with 15 nm TiO 2 and 50 nm PS beads is used And a third electrode layer was formed on the second electrode layer using a source powder in which 15 nm TiO 2 , 300 nm PS bead, and 50 nm PS bead were mixed. Thereafter, a solar cell according to the third comparative example was manufactured in the same manner as the above-described embodiment of the present invention.
제4 비교 예에 따른 태양 전지 제조Production of Solar Cell According to Comparative Example 4
본 발명의 실시 예에 대한 제4 비교 예에 따라서, FTO 기판 상에 15nm 크기의 TiO2를 이용하여 16~17μm 두께의 전극층을 형성하였다. 이후, PS bead를 이용한 제2 전극층의 제조 공정을 생략한 상태에서, 상술된 본 발명의 실시 예와 동일한 방법으로, 상기 전극층에 염료를 흡착하여 제4 비교 예에 따른 태양 전지를 제조하였다.According to the fourth comparative example of the embodiment of the present invention, an electrode layer having a thickness of 16 to 17 탆 was formed on the FTO substrate using TiO 2 having a size of 15 nm. Thereafter, in a state in which the second electrode layer using the PS bead was omitted, a dye was adsorbed on the electrode layer in the same manner as in the above-described embodiment of the present invention, thereby producing a solar cell according to the fourth comparative example.
300nm PS bead 이용한 제3 전극층TiO 2 first electrode layer / 50 nm PS bead second electrode layer /
Third electrode layer using 300 nm PS bead
50nm PS bead 및 300nm PS bead 이용한 제3 전극층TiO 2 first electrode layer / 50 nm PS bead second electrode layer /
Third electrode layer using 50nm PS bead and 300nm PS bead
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 두께를 측정한 그래프이다. 9A and 9B are graphs illustrating the thicknesses of the electrode layers included in the solar cell according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상술된 실시 예, 및 제1 내지 제3 비교 예들에서 PS bead를 제거하기 전, 전극층들의 두께를 측정하였다. 도 9a의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 전극층들의 두께를 측정한 것이고, 도 9a의 (b), 도 9b의 (c) 및 (d)는, 각각, 상술된 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 전극층들의 두께를 측정한 것이다.9A and 9B, the thicknesses of the electrode layers were measured before removing the PS bead in the above-described embodiment and the first to third comparative examples. 9A, 9A, 9B, 9C, and 9D are views showing the thicknesses of the electrode layers according to the embodiment of the present invention. FIGS. 9A, The thickness of the electrode layers according to the comparative examples is measured.
실시 예 및 비교 예들에 따른 제1 전극층의 두께는 실질적으로 균일한 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 제2 전극층은, 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 제2 전극층들과 비교하여, 상대적으로 균일한 두께를 갖는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시 예와 비교하여, 50nm PS bead의 함량이 증가된 제1 비교 예의 경우 중앙 부위에서 두께가 증가되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 50nm PS bead와 300nm PS bead가 혼합된 제3 비교 예의 경우, 서로 다른 크기의 PS bead가 혼합되어, 300nm PS bead를 이용한 제2 비교 예와 비교하여, 상대적으로 균일한 두께를 갖는 것을 확인할 수 있다. It can be confirmed that the thicknesses of the first electrode layers according to Examples and Comparative Examples are substantially uniform. In addition, it can be confirmed that the second electrode layer according to the embodiment has a relatively uniform thickness as compared with the second electrode layers according to the first to third comparative examples. In particular, in the first comparative example in which the content of the 50 nm PS bead is increased, it can be seen that the thickness is increased at the central portion as compared with the embodiment. Also, in the third comparative example in which 50 nm PS beads and 300 nm PS beads were mixed, PS beads of different sizes were mixed and confirmed to have a relatively uniform thickness as compared with the second comparative example using 300 nm PS beads .
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양전지에 포함된 전극층의 FE-SEM 사진들이다. 10A and 10B are FE-SEM photographs of the electrode layers included in the solar cell according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상술된 실시 예, 및 제1 내지 제3 비교 예들에서 PS bead를 제거한 후, 전극층들의 FE-SEM 사진을 촬영하였다. 도 10a의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 전극층들을 촬영한 것이고, 도 10a의 (b), 도 10b의 (c) 및 (d)는, 각각, 상술된 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 전극층들을 촬영한 것이다.10A and 10B, after the PS bead was removed in the above-described embodiment and the first to third comparative examples, FE-SEM photographs of the electrode layers were taken. 10A is a photograph of electrode layers according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 10A, 10B, 10C and 10D are cross-sectional views of the first to third comparative examples And the like.
실시 예 및 비교 예들에 따른 제1 전극층은, 제2 및 제3 전극층들과 비교하여, 치밀한 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 제2 및 제3 전극층들의 다공성 레벨이 제1 전극층의 것보다 높은 것을 확인할 수 있다. It can be confirmed that the first electrode layer according to Examples and Comparative Examples has a dense structure as compared with the second and third electrode layers. In other words, it can be confirmed that the porosity level of the second and third electrode layers is higher than that of the first electrode layer.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 제2 전극층의 경우, 50nm PS bead가 제거되어, 약 50nm 크기의 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. 제1 비교 예에 따른 제2 전극층의 경우, 50nm PS bead의 함량이 증가로 PS bead가 혼합 및 적층되어 50nm보다 큰 기공이 다수 형성된 것을 확인할 수 있다. 제2 비교 예에 따른 제3 전극층의 경우 300nm PS bead가 제거되어 약 300nm 크기의 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. 제3 비교 예에 따른 제3 전극층의 경우, 300nm PS bead 및 50nm PS bead의 혼합으로 PS bead가 혼합 및 적층되어, 300nm보다 큰 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. Also, in the case of the second electrode layer according to the embodiment of the present invention, it is confirmed that the 50 nm PS bead is removed, and pores having a size of about 50 nm are formed. In the case of the second electrode layer according to the first comparative example, PS beads were mixed and laminated due to an increase in the content of 50 nm PS beads, and it can be seen that many pores larger than 50 nm were formed. In the case of the third electrode layer according to the second comparative example, the 300 nm PS bead was removed and pores having a size of about 300 nm were formed. In the case of the third electrode layer according to the third comparative example, the PS beads were mixed and laminated by mixing the 300 nm PS bead and the 50 nm PS bead, and it was confirmed that pores larger than 300 nm were formed.
상술된 실시 예 및 제1 내지 제3 비교 예들에서 PS bead를 제거한 후, 전극층의 표면적을 아래 <표 2>와 같이 측정하였다. After removing the PS bead in the above-described embodiment and the first to third comparative examples, the surface area of the electrode layer was measured as shown in Table 2 below.
<표 2>에서 알 수 있듯이, 제4 비교 예에 따라서 TiO2 단일 전극층의 표면적이 가장 큰 것으로 측정되었다. 제1 비교 예에 따른 전극층의 경우 PS bead의 함량이 증가되어 기공의 크기가 증가되어, 실시 예에 따른 전극층과 비교하여, 표면적이 작은 것을 확인할 수 있다. 또한, 제2 및 제3 비교 예에 따른 전극층의 경우 PS bead의 크기 증가 및 서로 다른 PS bead의 혼합으로 기공의 크기가 증가되어, 실시 예에 따른 전극층과 비교하여, 표면적이 작은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 2, the surface area of the
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지에 포함된 전극층의 투과도를 측정한 그래프이다. FIGS. 11A and 11B are graphs showing the transmittance of an electrode layer included in the solar cell according to the embodiments and the comparative examples of the present invention.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 상술된 실시 예, 및 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 전극층을 갖는 태양 전지의 투과도를 측정하였다. 도 11a의 (a), (b), (c), 도 11b의 (d), 및 (e)는, 각각, 제4 비교 예, 실시 예, 제1 비교 예, 제2 비교 예, 및 제3 비교 예에 따른 전극층의 투과도를 측정한 것이다. 11A and 11B, the transmittance of the solar cell having the electrode layer according to the above-described embodiment and the first to fourth comparative examples was measured. (A), 11 (b), 11 (c), 11 (d) and 11 (e) 3 The permeability of the electrode layer according to the comparative example is measured.
TiO2 단일층을 갖는 제4 비교 예와 비교하여, PS bead를 이용하여 제조된 제2 전극층, 또는 제3 전극층을 포함하는 실시 예 및 제1 내지 제3 비교 예에 따른 전극층의 헤이즈(haze) 값 및 투과도가 높은 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 실시 예 및 제1 내지 제3 비교 예에 따른 전극층에서 광이 효율적으로 산란되는 것을 확인할 수 있다. Compared with the fourth comparative example having the TiO 2 monolayer, the haze of the electrode layer according to the embodiment including the second electrode layer or the third electrode layer manufactured using the PS bead and the first to third comparative examples, Value and transmittance are high. In other words, it can be confirmed that light is efficiently scattered in the electrode layer according to the embodiment and the first to third comparative examples.
또한, 제2 비교 예 및 제4 비교 예의 경우 실질적으로 동일한 헤이즈 값을 갖는 것으로 측정되었으며, 제3 비교 예의 경우 가장 높은 헤이즈 값을 갖는 것으로 측정되었다. Also, the second comparative example and the fourth comparative example were measured to have substantially the same haze value, and in the third comparative example, the highest haze value was measured.
도 12는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지의 흡광도를 측정한 그래프이다. 12 is a graph showing absorbance of a solar cell according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
도 12를 참조하면, 300~800nm 파장 대역에서, 상술된 실시 예, 및 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 전극층을 갖는 태양 전지의 흡광도를 측정하였다. 도 12에서 알 수 있듯이, 실시 예에 따른 전극층을 갖는 태양 전지의 흡광도가, 제1 내지 제4 비교 예에 따른 전극층을 갖는 태양 전지의 흡광도와 비교하여 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 550~800nm 파장 대역에서, 실시 예에 따른 전극층을 갖는 태양 전지의 흡광도가, 제1 내지 제4 비교 예에 따른 전극층을 갖는 태양 전지의 흡광도와 비교하여, 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 12, absorbance of a solar cell having an electrode layer according to the above-described embodiment and the first to fourth comparative examples was measured in a wavelength band of 300 to 800 nm. As can be seen from FIG. 12, it can be confirmed that the absorbance of the solar cell having the electrode layer according to the embodiment is higher than that of the solar cell having the electrode layer according to the first to fourth comparative examples. In particular, it can be confirmed that the absorbance of the solar cell having the electrode layer according to the embodiment in the wavelength band of 550 to 800 nm is remarkably higher than that of the solar cell having the electrode layer according to the first to fourth comparative examples.
도 13은 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 태양 전지의 전류 전압 특성을 측정한 그래프이다. 13 is a graph showing current-voltage characteristics of a solar cell according to an embodiment of the present invention and comparative examples.
도 13을 참조하면, 상술된 실시 예, 및 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 태양 전지의 전류 전압 특성을 측정하고, 개방 전압(Voc), 단락 전류(Jsc), FF(fill factor), 및 광전 변환 효율을 아래 <표 3>과 같이 계산하였다.13, the current-voltage characteristics of the solar cell according to the above-described embodiment and the first to fourth comparative examples are measured, and the open-circuit voltage (Voc), the short-circuit current (Jsc), the fill factor The photoelectric conversion efficiency was calculated as shown in Table 3 below.
<표 3>에서 알 수 있듯이, 실시 예에 따른 태양 전지가, 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 태양 전지와 비교하여, 현저하게 높은 광전 변환 효율을 갖는 것으로 측정되었다. 이는, 도 12를 참조하여 설명된 것과 같이, 실시 예에 따른 태양 전지의 높은 흡광도에 의한 것으로 해석된다. 또한, 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 태양 전지의 경우, TiO2 단일 전극층을 갖는 제4 비교 예에 따른 태양 전지보다 낮은 광전 변환 효율을 갖는 것으로 측정되었다. 이는, 도 12를 참조하여 설명된 것과 같이 전극층 내의 기공 크기의 증가에 따른 흡광도의 저하, 및/또는 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 설명된 것과 같이 전극층의 두께의 불균일에 따른 전자 및 홀의 재결합 에 의한 것으로 해석된다. As can be seen from Table 3, the solar cells according to the embodiments were measured to have significantly higher photoelectric conversion efficiencies as compared with the solar cells according to the first to fourth comparative examples. This is interpreted by the high absorbance of the solar cell according to the embodiment, as described with reference to Fig. In addition, the solar cells according to the first to third comparative examples were measured to have lower photoelectric conversion efficiency than the solar cell according to the fourth comparative example having a
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 적용 예가 설명된다. An application example of the solar cell according to the embodiment of the present invention is described.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지의 활용 예를 설명하기 위한 도면들이다. 14 to 16 are views for explaining an application example of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는 다양한 전자 기기에 사용될 수 있다. 도 14에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지를 포함하는 어레이(array, 710)는 휴대용 전자 기기(700, 예를 들어, 스마트 폰, 태블릿 PC, 휴대용 멀티미디어 플레이어 등)의 뒷면에 장착될 수 있다. 상기 어레이(710)는 태양 광을 흡수하여 전력을 생산하고, 상기 어레이(710)에서 생산된 전력은 상기 휴대용 전자 기기(700)로 공급될 수 있다. Referring to FIG. 14, a solar cell according to an embodiment of the present invention can be used in various electronic devices. 14, an
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는 자동차(800)에 사용될 수 있다. 도 15에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지를 포함하는 어레이(810)는 상기 자동차(800)의 외면에 장착될 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이(810)는 상기 자동차(800)의 선루프(sun roof)의 기능을 동시에 수행할 수 있다. 상기 어레이(810)는 태양 광을 흡수하여 전력을 생산하고, 상기 어레이(810)에서 생산된 전력을 상기 자동차(800)로 공급될 수 있다. Referring to FIG. 15, a solar cell according to an embodiment of the present invention may be used in the
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지는 건물(900)에 사용될 수 있다. 도 16에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지를 포함하는 어레이(910)가 가시광선의 적어도 일부를 투과하는 경우, 상기 건물(900)의 유리창으로 사용될 수 있다. 상기 어레이(910)는 태양 광을 흡수하여 전력을 생산하고, 상기 어레이(910)에섯 생산된 전력은 상기 건물(900)로 공급될 수 있다. Referring to FIG. 16, a solar cell according to an embodiment of the present invention can be used in a
본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지를 포함하는 상술된 어레이들은, 축전 장치, 충방전 제어 장치, 전력 변환 장치 등과 함께 사용되어, 태양 광 발전 시스템을 구성할 수 있다. The above-described arrays including the solar cell according to the embodiment of the present invention can be used together with a power storage device, a charge / discharge control device, a power conversion device, and the like to constitute a solar power generation system.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
100: 제1 기판
110: 제1 전극층
120: 예비 전극층
120a: 제2 전극층
122: 제2 금속 산화물
124: 희생 물질
126: 기공
150: 전해질
200: 제2 기판
210: 상대 전극100: first substrate
110: first electrode layer
120: spare electrode layer
120a: second electrode layer
122: second metal oxide
124: Sacrificial material
126: Groundwork
150: electrolyte
200: second substrate
210: counter electrode
Claims (13)
상기 제1 전극층 상에, 제2 금속 산화물 및 희생물질(sacrificed material)을 함께 포함하는 소스 분말(source powder)을 이용하여 건식 공정으로 상기 제2 금속 산화물 및 상기 희생물질을 한 번에 예비 전극층(preliminary electrode layer)으로 형성하는 단계;
상기 예비 전극층 내의 상기 희생물질을 제거하여, 제2 전극층을 형성하는 단계;
상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 광 흡수 물질을 흡착시키는 단계;
상대 전극(counter electrode)을 갖는 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 배치시키는 단계; 및
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 전해질을 주입하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
Forming a first electrode layer including a first metal oxide on a first substrate;
The second metal oxide and the sacrificial material are formed on the first electrode layer by a dry process using a source powder including a second metal oxide and a sacrificial material at one time in a preliminary electrode layer forming a preliminary electrode layer;
Removing the sacrificial material in the preliminary electrode layer to form a second electrode layer;
Absorbing a light absorbing material to the first electrode layer and the second electrode layer;
Disposing a second substrate having a counter electrode on the first substrate; And
And injecting an electrolyte between the first substrate and the second substrate.
상기 예비 전극층을 형성하는 단계는,
제2 금속 산화물 및 상기 희생 물질을 포함하는 소스 분말(source powder)을 분말 저장 탱크 내에 준비하는 단계;
상기 제1 전극층이 형성된 상기 제1 기판을 챔버 내에 준비하는 단계; 및
상기 분말 저장 탱크와 상기 챔버의 압력 차이를 이용하여, 상기 소스 분말을 가속시키고, 가속된 상기 소스 분말을 상기 제1 전극층 상으로 제공하는 단계를 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step of forming the preliminary electrode layer includes:
Preparing a source powder comprising a second metal oxide and the sacrificial material in a powder storage tank;
Preparing the first substrate on which the first electrode layer is formed, in a chamber; And
And accelerating the source powder and providing the accelerated source powder onto the first electrode layer using a pressure difference between the powder storage tank and the chamber.
상기 제1 전극층을 형성하는 단계는,
제1 금속 산화물을 포함하는 분말을 이용하여 건식 공정으로 수행되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The forming of the first electrode layer may include:
Wherein the first metal oxide is carried out by a dry process using a powder containing the first metal oxide.
상기 제2 전극층은, 상기 제1 전극층보다 다공성 레벨이 높은 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second electrode layer has a higher porosity level than the first electrode layer.
상기 제2 전극층을 형성하는 단계는,
상기 희생 물질이 제거되어, 상기 제2 전극층 내에 기공이 생성되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The forming of the second electrode layer may include:
Wherein the sacrificial material is removed, and pores are generated in the second electrode layer.
상기 희생 물질을 제거하는 단계는,
상기 예비 전극층을 열처리하는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein removing the sacrificial material comprises:
And heat treating the preliminary electrode layer.
제2 금속 산화물은 입자 형태로 제공되고,
상기 예비 전극층이 열처리되는 동안, 입자 형태의 상기 제2 금속 산화물은 서로 네킹(necking)되는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The second metal oxide is provided in the form of particles,
Wherein the second metal oxide in the form of particles is necked with each other while the preliminary electrode layer is heat-treated.
상기 희생 물질을 제거하는 단계는,
상기 희생 물질을 선택적으로 용해시키는 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein removing the sacrificial material comprises:
And selectively dissolving the sacrificial material.
상기 예비 전극층 내의 상기 제2 금속 산화물에 대한 상기 희생 물질의 비율은, 1:1 ~ 1:2.5인 것을 포함하는 태양 전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the sacrificial material to the second metal oxide in the preliminary electrode layer is 1: 1 to 1: 2.5.
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Legal Events
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