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KR20120113223A - 색소 증감 태양전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

색소 증감 태양전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20120113223A
KR20120113223A KR1020127017479A KR20127017479A KR20120113223A KR 20120113223 A KR20120113223 A KR 20120113223A KR 1020127017479 A KR1020127017479 A KR 1020127017479A KR 20127017479 A KR20127017479 A KR 20127017479A KR 20120113223 A KR20120113223 A KR 20120113223A
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KR
South Korea
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porous
dye
layer
solar cell
semiconductor layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020127017479A
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English (en)
Inventor
슈지 하야세
미츠루 코오노
요시히로 야마구치
Original Assignee
고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠
신닛테츠가가쿠 가부시키가이샤
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 고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠, 신닛테츠가가쿠 가부시키가이샤 filed Critical 고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠
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Abstract

투명 도전막에 대신하여 집전 전극을 이용하는 기술에 있어서, 전지의 제작 작업이 간단하고 쉽고, 또 집전 전극의 두께를 바람직한 얇기로 할 수 있는 색소 증감 태양전지 및 그 제조 방법을 제공한다. 색소 증감 태양전지(10)는 태양광의 입사측에 설치되는 투명 기판(12)과, 투명 기판(12)과 대향하여 설치되어 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판(14)과, 다공질 반도체층(16)과, 집전극으로 되는 다공질 도전성 금속층(18)과, 다공질 절연층(20)을 구비한다. 다공질 도전성 금속층(18)은 다공질 절연층(20)에 성막되는 0.3㎛~100㎛의 두께의 층이고, 다공질 반도체층(16)의 투명 기판(12)과는 반대측에 접촉하여 배치되어 애노드 전극으로 된다. 다공질 절연층(20)은 다공질 도전성 금속층(18)의 다공질 반도체층(16)과는 반대측에 배치되고, 다공질 절연층(20)에 대향하여 도전성 기판(14)이 배치된다.

Description

색소 증감 태양전지 및 그 제조 방법{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 색소 증감(增感) 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
색소 증감 태양전지는 습식 태양전지 혹은 그래첼(Graetzel) 전지 등으로 불리고, 실리콘 반도체를 이용하는 일 없이 요오드 용액으로 대표되는 전기 화학적인 셀(cell) 구조를 가지는 점에 특징이 있다. 일반적으로는 투명한 도전성 유리판(투명 도전막을 적층한 투명 기판)에 이산화티타늄 분말 등을 예를 들면 450℃ 이상의 온도로 소부(燒付)하고, 이것에 색소를 흡착시켜 형성한 티타니아(titania)층 등의 다공질 반도체층과 도전성 유리판(도전성 기판)으로 이루어지는 대극(對極)의 사이에 전해액으로서 요오드 용액 등을 배치한 간이한 구조를 가진다.
색소 증감 태양전지의 발전 메커니즘은 이하와 같다.
수광면인 투명한 도전성 유리판면으로부터 입사한 광을 다공질 반도체층에 흡착된 색소가 흡수하여 전자 여기를 일으키고, 이 여기한 전자가 반도체로 이동하고, 도전성 유리로 이끌린다. 그 다음에 대극으로 돌아간 전자는 요오드 등의 전해액을 통해 전자를 잃은 색소로 이끌려 색소가 재생된다.
색소 증감 태양전지는 재료가 염가이고 제작에 대대적인 설비를 필요로 하지 않기 때문에 저비용의 태양전지로서 주목받고 있다. 색소 증감 태양전지의 더욱 더 저비용화를 위해 예를 들면 고가의 투명 도전막을 생략하는 것이 검토되고 있다.
투명 도전막을 생략하는 방법의 하나로서, 도전성 금속으로 이루어지는 배선을 광조사측으로 되는 투명 기판 상에 실시하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 이 경우, 입사광의 일부는 금속 배선 부분에 차단되게 되어 광전 변환 효율의 저하를 수반한다.
이 점을 개선하는 것으로서, 예를 들면, 구멍을 가지는 집전 전극으로서 선 직경이 1㎛~10㎜인 철망을 이용하고, 이 철망에 다공질 반도체층의 재료인 페이스트(paste)를 도포하고, 페이스트를 소성하여 다공질 반도체층을 형성한 후에, 투명 도전막을 가지지 않는 유리제 투명 기판에 다공질 반도체층측을 향해 철망을 배치하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조). 이 기술에 의하면, 유리제 투명 기판에 대신하여 수지제의 플렉서블 투명 기판을 이용하는 경우에 있어서도, 페이스트의 소성 온도가 수지의 내열 온도인 예를 들면 150℃ 이하의 온도로 제한되는 일이 없이 페이스트를 적절한 온도로 소성하여 바람직한 다공질 반도체층을 얻을 수 있다.
그렇지만, 집전 전극으로서 미리 가공 형성된 철망 혹은 그 외의 유공판(有孔板) 등을 이용하면, 철망 등을 배치하여 색소 증감 태양전지를 제작하는 작업이 번잡하게 될 것이라고 생각된다. 또, 철망 등의 두께를 얇게 하는 데는 한계가 있기 때문에, 철망 등의 두께가 두꺼운 것에 기인하여 전해질이 철망 등을 통해 다공질 반도체층으로 이동할 때의 확산 저항이 커지고, 이에 의해 광전 변환 효율의 저하를 초래할 우려도 생각할 수 있다.
이에 반해 유리 등의 투명 기판 상에 형성된 반도체층(다공질 반도체층)에 마스크(mask) 등을 이용하여 패터닝(patterning)하면서 두께 1~100㎛ 정도의 집전체층(집전 전극)을 성막하는 방법도 검토되고 있다(예를 들면 특허 문헌 2 참조). 이 방법에 의하면 집전체층으로서 소망의 박막을 용이하게 형성할 수가 있다.
그렇지만, 이 기술에서는 유리제 투명 기판에 대신하여 수지제의 플렉서블 투명 기판을 이용하는 경우에, 페이스트의 소성 온도가 수지의 내열 온도인 예를 들면 150℃ 이하의 온도로 제한될 우려가 있고, 또 투명 기판과 함께 대극도 플렉서블 기판으로 하면, 색소 증감 태양전지를 사용 중에 굴곡한 집전체층과 대극이 단락할 우려도 있다.
일본국 특허공개 2007－73505호 공보 일본국 특허공개 2007－200559호 공보
해결하려고 하는 문제점은, 상기한 특허 문헌 1과 같이 투명 도전막에 대신하여 집전 전극으로서 철망 등을 이용하는 기술에 있어서, 색소 증감 태양전지의 제작 작업이 번잡하게 되는 점 및 집전 전극의 두께를 바람직한 얇기로 하는데 한계가 있는 점이다.
본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 투명 기판과, 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판과, 이 투명 기판과 이 도전성 기판의 사이에, 이 투명 기판에 근접하여 또는 접촉하여 배치되고 색소를 흡착한 다공질 반도체층과, 이 다공질 반도체층의 이 투명 기판과는 반대측에 접촉하여 배치되고 애노드 전극으로 되는 다공질 도전성 금속층과, 이 다공질 도전성 금속층의 이 다공질 반도체층과는 반대측에 배치되는 다공질 절연층을 구비하고, 전해질이 봉입되는 색소 증감 태양전지로서, 이 다공질 도전성 금속층이, 이 다공질 절연층에 성막되어 이루어지고, 0.3㎛~100㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 바람직하게는 상기 다공질 도전성 금속층이, Ti, W, Ni, Pt 및 Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 바람직하게는 상기 다공질 절연층이 유리 섬유 성형체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 바람직하게는 상기 투명 기판 및 도전성 기판이 모두 플렉서블 기판이고, 상기 다공질 도전성 금속층 및 상기 다공질 절연층이, 모두 상기 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 바람직하게는 상기 다공질 도전성 금속층 및 상기 다공질 절연층의 각각의 재료가 모두 350℃ 이상의 융점을 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 바람직하게는 상기 다공질 절연층이 100㎛ 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법은, 다공질 절연층 상에 성막법에 의해 애노드 전극으로 되는 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층을 설치하는 공정과, 다공질 절연층에 대향하여 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판을 설치하는 공정과, 다공질 도전성 금속층에 접하여 다공질 반도체층을 설치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법은, 바람직하게는 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 이루어지는 다공질 절연층 상에 성막법에 의해 애노드 전극으로 되는, 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 이루어지는 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층을 설치하는 공정과, 다공질 도전성 금속층 상에 다공질 반도체층의 재료인 페이스트를 설치하는 공정과, 페이스트 및 다공질 도전성 금속층이 설치된 다공질 절연층을 가열하여 페이스트를 소성함으로써 다공질 반도체층을 형성하는 공정과, 다공질 반도체층측을 향해 다공질 절연층에 플렉서블 투명 기판을 대향 배치하는 공정과, 다공질 반도체층측을 밖으로 하여 다공질 절연층에 캐소드 전극으로 되는 플렉서블 도전성 기판을 대향 배치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 애노드 전극으로 되는 다공질 도전성 금속층이 다공질 절연층에 성막된 0.3㎛~100㎛의 두께의 층이므로, 집전 전극으로서 철망 등을 이용하는 기술에 비해, 색소 증감 태양전지의 제작 작업의 번잡함이 적고, 또 전해질이 철망 등을 통해 다공질 반도체층으로 이동할 때와 같이 확산 저항이 커져 광전 변환 효율의 저하를 초래할 우려가 없다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지는, 투명 기판 및 도전성 기판으로서 플렉서블 기판을 이용하는 경우에 있어서, 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층 및 다공질 절연층을 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 형성하므로, 색소 증감 태양전지를 굴곡시켜 사용할 때에, 다공질 절연층이 개재함으로써, 다공질 도전성 금속층이 도전성 기판과 접촉하여 단락을 일으킬 우려가 없다. 또, 다공질 반도체층을 다공질 도전성 금속층 상에 형성하여 소성한 후에 투명 기판과 접합함으로써, 다공질 반도체층의 소성 부족에 기인하는 부적합을 일으킬 우려가 없다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법은, 다공질 절연층 상에 성막법에 의해 애노드 전극으로 되는 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층을 설치하므로, 집전 전극의 두께가 바람직한 얇기인 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지를 매우 적합하게 얻을 수 있다.
또, 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법은, 플렉서블 투명 기판 및 플렉서블 도전성 기판을 이용하는 경우에 있어서, 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층 및 다공질 절연층으로서 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료를 이용하여 다공질 반도체층을 다공질 도전성 금속층상에 형성하여 소성한 후에 플렉서블 투명 기판과 접합하므로, 플렉서블 기판을 이용한 본 발명과 관련되는 색소 증감 태양전지를 매우 적합하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2a는 본 실시의 형태의 제1의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 다공질 절연층을 나타내는 도이다.
도 2b는 본 실시의 형태의 제1의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 다공질 절연층에 다공질 도전성 금속층을 형성한 상태를 나타내는 도이다.
도 2c는 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 다공질 절연층(20)에 대향하여 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판을 설치하는 다공질 절연층에 다공질 도전성 금속층등을 형성한 상태를 설명하기 위한 완성된 색소 증감 태양전지를 나타내는 도이다.
도 3a는 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 다공질 절연층을 나타내는 도이다.
도 3b는 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 다공질 절연층에 다공질 도전성 금속층을 형성한 상태를 나타내는 도이다.
도 3c는 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 다공질 도전성 금속층에 다공질 반도체층을 형성한 상태를 나타내는 도이다.
도 3d는 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 것이고, 완성한 색소 증감 태양전지를 나타내는 도이다.
도 4는 Ti입자 시트(sheet) 기판의 SEM 사진을 나타내는 도이다(실시예 1).
본 발명의 실시의 형태에 대해서 이하에 설명한다.
도 1에 모식적으로 나타내듯이, 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지(10)는 투명 기판(12)과, 도전성 기판(14)과, 다공질 반도체층(16)과, 다공질 도전성 금속층(18)과, 다공질 절연층(20)을 구비한다. 색소 증감 태양전지(10)는 봉지재(스페이서(spacer))(22)로 봉지되고, 전해질(24)이 봉입된다.
투명 기판(12)은 태양광의 입사측에 설치되는 기판이다. 도전성 기판(14)은 투명 기판(12)과 대향하여 설치되고 캐소드 전극(cathode electrode)로 된다. 다공질 반도체층(16)은 투명 기판(12)과 도전성 기판(14)의 사이에, 투명 기판(12)에 근접하여 또는 접촉하여 배치된다. 다공질 반도체층(16)은 색소를 흡착한다. 다공질 도전성 금속층(18)은 다공질 절연층(20)에 성막되는 0.3㎛~100㎛의 두께의 층이고, 다공질 반도체층(16)의 투명 기판(12)과는 반대측에 접촉하여 배치되고, 애노드 전극(anode electrode)로 된다. 다공질 절연층(20)은 다공질 도전성 금속층(18)의 다공질 반도체층(16)과는 반대측에 도전성 기판(14)과 대향하여 배치된다.
다공질 도전성 금속층(18)과 다공질 절연층(20)은 모두 다공질 반도체층(16)에 흡착한 색소와 도전성 기판(14)과의 사이에서의 전해질의 이온 확산에 의해 전하를 양호하게 이동시키기 위해서 다공질에 형성된다. 여기서, 다공질 도전성 금속층(18) 및 다공질 절연층(20)에 형성되는 구멍은 오목부 형상의 것은 아니고, 층의 양쪽 표면에 연통하는 것을 말한다.
투명 기판(12) 및 도전성 기판(14)의 기대(이하에 설명하는 도전막 등을 형성하기 위한 베이스가 되는 기판)는, 예를 들면, 유리판이라도 좋고, 혹은 굴곡성을 가지는 수지판(플렉서블 투명 기판 및 플렉서블 도전성 기판)이라도 좋다.
굴곡성을 가지는 수지판의 재료 수지는, 예를 들면, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트), 폴리이미드, 경화 아크릴 수지, 경화 에폭시 수지, 경화 실리콘 수지, 각종 엔지니아링 플라스틱스, 메타세시스(metathesis) 중합으로 얻어지는 환상 폴리머 등을 들 수 있다.
도전성 기판(14)은 상기의 기대에 도전막을 설치하고, 또한 도전막의 전해질(전해액)을 향한 면에는, 예를 들면 백금막 등의 촉매막을 설치한다. 도전막은, 예를 들면, ITO(주석을 도프(dope)한 인듐막(indium layer))이라도 좋고, 또 FTO(불소를 도프(dope)한 산화 주석막)이라도 좋고, 혹은 또 SnO2막 등이라도 좋다. 또, 도전성 기판(14)은 도전막을 설치하지 않고 기대에 백금막 등의 촉매막만을 설치한 것이라도 좋다. 이 경우, 촉매막이 도전막으로서 작용한다.
투명 기판(12) 및 도전성 기판(14)의 두께는, 모두 특히 한정하는 것은 아니고, 각각, 예를 들면 10㎛~1㎜ 정도로 할 수가 있다.
다공질 반도체층(16)은 반도체 재료로서, 예를 들면, TiO2, ZnO 또는 SnO2등의 적당한 금속 산화물을 이용할 수가 있지만, 이 중 TiO2가 바람직하다.
다공질 반도체층(16)은 그 두께를 특히 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 통상보다도 큰 14㎛ 이상의 두께로 한다. 또한, 다공질 반도체층(16)이 통상의 두께를 가지는 경우에도 본 발명을 매우 적합하게 적용할 수 있는 것은 물론이다.
태양광의 변환 효율을 향상시키는 방법의 하나로서 다공질 반도체층의 두께를 두껍게 하여 태양광의 흡수 효율을 올리는 방법이 생각된다. 그렇지만, 전자 확산 길이가 다공질 반도체층의 두께 치수를 넘어 버리면, 그 이상 다공질 반도체층의 두께를 두껍게 하여도 효과가 없고, 반대로 개방 전압이 저하하고 변환 효율이 저하하는 문제가 있다.
이에 반해 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지(10)에 의하면, 전해질이 집전층으로서 작용하는 다공질 도전성 금속막(18)을 통해 다공질 반도체층(16)으로 이동하고, 다공질 반도체층(16) 내를 전자가 용이하게 이동하고, 또 도전성 금속막(18)으로부터 전해질(24)로의 전하 이동 저항이 크고, 역전자 이동이 일어나기 어렵기 때문에, 다공질 반도체층(16)의 두께를 예를 들면 14㎛ 이상으로 두껍게 하였을 경우에 있어서도 높은 변환 효율을 얻을 수 있다.
다공질 반도체층(16)의 두께의 상한은 얻어지는 변환 효율의 값 등에 따라 적당하게 설정되지만, 예를 들면, 40㎛ 정도이다.
소성되는 TiO2의 미립자의 입경은 특히 한정하는 것은 아니지만, 1㎚~100㎚ 정도가 바람직하다.
또, 다공질 반도체층(16)의 다공질 도전성 금속층(18)에 접하는 부분은 다공질 반도체층(16)의 다공질 도전성 금속층(18)에 대한 커버리지(coverage) 비율을 높이기 위해서 예를 들면 입경이 50㎛ 정도의 미립자를 이용하여 비교적 성긴 층으로 하고, 한편 이에 적층하는 다공질 반도체층(16)측의 부분은 입경이 예를 들면 10~30㎚ 정도의 작은 미립자를 이용하여 다공성이 높은 층으로 하는 적층 구조로 하는 것이 바람직하다.
다공질 반도체층(16)은 상기의 반도체 재료가 300℃ 이상, 바람직하게는 350℃ 이상, 더 바람직하게는 400℃ 이상의 온도로 소성된 것이다. 한편, 소성 온도의 상한은 특히 없지만, 다공질 반도체층(16)의 재료의 융점보다는 충분히 낮은 온도로 하고, 바람직하게는 550℃ 이하의 온도로 한다. 또, 다공질 반도체층(16)의 재료로서 티타늄 산화물(티타니아)을 이용하는 경우, 루틸(rutile) 결정으로 이행하지 않을 정도의 온도로, 티타늄 산화물의 도전성이 높은 아나타제(anatase) 결정의 상태로 소성하는 것이 바람직하다.
다공질 반도체층(16)은 박층에 설치한 상기의 반도체 재료를 소성한 후, 더 박층을 설치하여 소성하는 조작을 반복하여 소망의 두께로 하면 매우 적합하다.
다공질 반도체층(16)은 플렉서블 투명 기판(12)과 접촉하고 있어도, 접촉하고 있지 않아도 어느 쪽이라도 좋지만 양자의 간격은 가능한 한 짧은 편이 좋다.
다공질 반도체층(16)에 흡착되는 색소는, 400㎚~1000㎚의 파장에 흡수를 가지는 것이고, 예를 들면, 루테늄 색소, 프탈로시아닌 색소 등의 금속 착체, 시아닌 색소 등의 유기 색소를 들 수가 있다.
다공질 도전성 금속층(18)은 상기한 것처럼 성막법에 의해 다공질 절연층(20)에 형성된다. 성막법은 도포법이나 스퍼터링 등의 박막 형성 방법을 이용할 수가 있다. 도포법의 경우, 마스크를 이용한 인쇄법을 이용하는 것은 소망의 구멍을 보다 확실히 형성하기 위해서 바람직한 일태양이다.
다공질 절연층(20)에 박막에 형성되는 다공질 도전성 금속층(18)은 다공질 절연층(20)의 구멍에 대응하여 다공질이다. 형성되는 구멍은 상기한 것처럼 오목부 형상의 것은 아니고, 층의 양쪽 표면에 연통하는 것을 말한다. 구멍은 관통공이라도 좋고, 또 다공질 도전성 금속층(18)의 내부의 연결 구멍이라도 좋고, 또한 이들 관통공 및 연결 구멍이 복합된 것이라도 좋다.
다공질 도전성 금속층(18)의 재료는 적당한 도전성을 가지는 것인 한 내열성의 조건을 특히 한정하는 것은 아니지만, 투명 기판(12)으로서 플렉서블 투명 기판을 이용하고 또한 도전성 기판(14)으로서 플렉서블 도전성 기판을 이용하는 경우는, 다공질 도전성 금속층(18)의 재료로서 다공질 반도체층(16)의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 것으로서, 바람직하게는 350℃ 이상의 융점을 가지고, 더 바람직하게는 400℃ 이상의 융점을 가지는 것을 이용한다.
다공질 도전성 금속층(18)의 재료는, Ti, W, Ni, Pt 및 Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 재료 또는 이들 화합물이면, 전해질 중의 전하 수송 이온으로서 이용되는 요오드에 대한 내식성이 양호한 도전성 금속층을 얻을 수 있어 바람직하다. 이 때에 이들 금속 재료의 미립자가 응집 혹은 소결하여 얻어지는 다공질 도전성 금속층(18)은 미립자 사이에 연결 구멍을 가진다.
도전성 금속층(18)의 두께는, 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하, 더 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 적어도 0.3㎛ 이상이다. 도전성 금속층(18)의 두께가 100㎛를 크게 넘으면, 도전성 금속층의 내부를 통과하는 전해질의 확산 저항이 너무 커서 전해질의 이동이 저해될 우려가 있다. 한편, 도전성 금속층(18)의 두께가 0.3㎛보다 더 작으면, 전기 저항이 증가하여 전극으로서 적당하지 않다. 이와 같이 두께가 작은 다공질 도전성 금속층(18)은 다공질 절연층(20)에 성막하는 방법으로 매우 적합하고 한편 용이하게 실현될 수가 있고, 또 이 때에 다공질 절연층(20)이 지지체로서의 역할을 함으로써 다공질 도전성 금속층(18)은 두께를 작게 해도 강성을 확보할 수가 있다.
다공질 절연층(20)의 구멍의 형태는 다공질 절연층(20)을 관통하는 관통공 및 다공질 절연층(20) 내부의 연결 구멍의 어느 것이라도 좋고, 또 관통공 및 연결 구멍이 복합된 것이라도 좋다. 관통공의 경우, 개구율은 예를 들면 30% 이상 정도이면 좋다.
또, 다공질 절연층(20)은 다공질 도전성 금속층(18)의 경우와 마찬가지로 전해질의 확산 저항의 증가를 경감하는 관점에서, 상기와 같이 적당한 다공질임과 아울러 박막에 형성되는 다공질 도전성 금속층(18)의 지지체로서 일정 정도의 강성을 확보할 수 있는 한도로 두께가 얇은 것이 바람직하다.
이와 같이 다공질성과 얇은 두께로 강성을 얻을 수 있는 것인 한, 다공질 절연층(20)은 비정질이라도 결정질이라도 좋고, 예를 들면 알루미늄 양극 산화막, 알루미나 섬유 성형체 등의 적당한 재료를 이용할 수가 있지만, 유리 섬유 성형체이면 보다 바람직하다.
다공질 절연층(20)의 재료는 다공질 도전성 금속층(18)과 마찬가지로 내열성의 조건을 특히 한정하는 것은 아니지만, 투명 기판(12)으로서 플렉서블 투명 기판을 이용하고 또한 도전성 기판(14)으로서 플렉서블 도전성 기판을 이용하는 경우는, 다공질 절연층(20)의 재료로서 다공질 반도체층(16)의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 것으로서, 바람직하게는 350℃ 이상의 융점을 가지고, 더 바람직하게는 400℃ 이상의 융점을 가지는 것을 이용한다. 또, 다공질 절연층(20)의 재료는 전해질의 용매나 요오드에 대해서 내약품성이 있는 것이 바람직하다. 이러한 성질을 가지는 것으로서 또한 충분한 개구를 가지는 것으로서 다공질 절연층(20)의 재료로서 상기의 유리 섬유 성형체를 이용하는 것이 바람직하다. 유리 섬유 성형체는 유리 섬유를 짠 유리 크로스, 유리 섬유를 적당한 수단으로 결합시킨 시트(sheet)인 유리 부직포, 또는 유리 섬유를 떠서 종이 모양으로 한 유리 페이퍼(부직포의 일부의 태양의 것은 유리 페이퍼에 포함됨) 등을 이용할 수가 있다. 또한, 이 때에 다공질 절연층(20) 및 다공질 도전성 금속층(18)을 관통하는 관통공을 기계 가공 등의 적당한 방법으로 형성하는 것도 바람직한 태양이다.
이들 유리 섬유 성형체는 교차하는 섬유 사이에 예를 들면 1㎛~1㎜ 정도의 말하자면 눈열림이 있고, 유리 섬유 성형체의 내부에서 연결 구멍을 가진다. 그리고, 유리 섬유 성형체에 성막하는 다공질 도전성 금속층(18)은 유리 섬유상에 박막으로 형성된다(도 4 참조).
다공질 절연층(20)의 두께는 전해질의 확산 저항의 증가를 초래하는 것이 아닌 한 특히 한정하는 것은 아니다. 다만, 전해질의 확산성 및 색소 증감 태양전지의 플렉서블성을 충분히 확보한다고 하는 관점에서, 바람직하게는 두께는 100㎛ 이하, 더 바람직하게는 50㎛ 이하이다. 또, 재료에 따라 강성을 확보할 수 있는 것인 한, 두께의 하한은 특히 없고, 예를 들면 1㎛ 정도로 할 수가 있다.
전해질(24)은 요오드, 리튬 이온, 이온 액체, t-부틸피리딘(butylpyridine) 등을 포함하는 것이고, 예를 들면 요오드의 경우, 요오드화물 이온 및 요오드의 조합으로 이루어지는 산화 환원체를 이용할 수가 있다. 산화 환원체는 이를 용해 가능한 적당한 용매를 포함한다. 전해질의 주입 방법은 특히 한정되지 않지만, 봉지재의 일부를 씰(seal) 하지 않고 개구부로 해 두고, 그 개구부로부터 전해질을 주입하여 개구부를 씰 할 수도 있다. 또, 플렉서블 도전성 기판(14)의 일부에 미리 개구부를 설치해 두고 그곳으로부터 전해질을 주입한 후에 개구부를 씰(seal) 할 수도 있다.
이상 설명한 구조를 가지는 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지(10)는 애노드 전극으로 되는 다공질 도전성 금속층(18)이 다공질 절연층(20)에 성막된 것이므로, 집전 전극으로서 철망 등을 이용하는 기술에 비해, 색소 증감 태양전지의 제작 작업의 번잡함이 적고, 집전 전극의 두께를 바람직한 얇기로 형성할 수가 있다. 또, 도전성 금속층(18)의 두께가 0.3㎛~100㎛로 작기 때문에, 전해질이 철망 등을 통해 다공질 반도체층으로 이동할 때와 같이 확산 저항이 커져 광전 변환 효율의 저하를 초래할 우려가 없다.
또, 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지(10)는 투명 기판(12)으로서 플렉서블 투명 기판을 이용하고 또한 도전성 기판(14)으로서 플렉서블 도전성 기판을 이용하는 경우에 있어서, 다공질 도전성 금속층(18) 및 다공질 절연층(20)을 다공질 반도체층(16)의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 형성하므로, 색소 증감 태양전지(10)를 굴곡시켜 사용할 때에, 다공질 절연층(20)이 개재함으로써, 다공질 도전성 금속층(18)이 도전성 기판(14)과 접촉하여 단락을 일으킬 우려가 없다. 또, 다공질 반도체층(16)을 다공질 도전성 금속층(18) 상에 형성하여 소성한 후에 투명 기판(12)과 접합함으로써, 다공질 반도체층(16)의 소성 부족에 기인하는 부적합을 일으킬 우려가 없다.
다음에, 상기 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지(10)의 제조 방법으로서 매우 적합한 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 각 도에 있어서 각 구성 요소에 대해서는 도 1에 대응하는 것과 동일한 참조 부호를 붙인다.
우선, 본 실시의 형태의 제1의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법에 대해서 도 2a~도 2c를 참조하여 설명한다.
본 실시의 형태의 제1의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법은, 다공질 절연층(20) 상에 애노드 전극으로 되는 두께가 0.3㎛~100㎛의 다공질 도전성 금속층(18)을 설치하는 공정(공정 2a; 도 2a 및 도 2b 참조)과, 다공질 절연층(20)에 대향하여 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판(14)을 설치하는 공정(공정 2b; 도 2c 참조)과, 다공질 도전성 금속층(18)에 접하여 다공질 반도체층(16)을 설치하는 공정(공정 2c; 도 2c 참조)을 가진다.
공정 2a에서는, 다공질 절연층(20)은 예를 들면 미리 조제한 유리 크로스 등의 소망의 개구율을 가지는 것을 이용한다. 이 때에 유리 크로스 등에 필요에 따라서 기계 가공 등의 적당한 방법으로 관통공을 맞추어 형성해도 좋다.
다공질 절연층(20) 상에 설치하는 다공질 도전성 금속층(18)은 도포법이나 박막 형성법에 의해 두께가 0.3㎛~100㎛인 박막으로 형성한다(도 2b 참조). 전자의 도포법의 경우, 다공질 절연층(20) 상에 다공질 도전성 금속층(18)의 재료인 금속 입자의 페이스트를 인쇄하고, 가열, 건조하고, 또한 소성한다. 이 때에 마스크를 이용하여 개구를 형성해도 좋다. 한편, 후자의 박막 형성법의 경우, 예를 들면 스퍼터링에 의해 다공질 절연층(18)을 형성한다. 또, 이 때에 다공질 절연층(20) 및 다공질 도전성 금속층(18)에 필요에 따라서 기계 가공 등의 적당한 방법으로 관통공을 맞추어 형성해도 좋다.
공정 2b는 공정 2a에 이어서 행하여도 좋고, 또 예를 들면 공정 2c의 후나, 또는 투명 기판(12)을 형성한 후에 최종 공정으로서 행하여도 좋다.
공정 2c에 있어서, 다공질 반도체층(16)은 투명 기판(12) 상에 설치해도 좋고, 또 다공질 도전성 금속층(18) 상에 설치해도 좋다. 다공질 반도체층(16)은 TiO2 등의 미립자의 페이스트로 박막을 형성한 후에 소성하는 조작을 반복하여 소망의 두께의 막으로 하면 바람직하다. 또, 다공질 반도체층(16)은 다공질 도전성 금속층(18)에 접하는 부분은 상대적으로 큰 입경의 미립자를 이용하여 비교적 성긴 층으로 하고, 한편 이에 적층하는 투명 기판(12)측의 부분은 상대적으로 작은 입경의 미립자를 이용하여 다공성이 높은 층으로 하는 적층 구조로 하는 것이 바람직하다.
소성하여 얻어지는 다공질 반도체층(16)을 구성하는 미립자의 표면에 색소를 흡착한다. 흡착의 방법은, 예를 들면, 다공질 반도체층(16)을 형성하고, 다공질 도전성 금속층(18)이 설치된 다공질 절연층(20)을 색소 용액에 담그어 미립자 표면에 색소를 화학 흡착시키는 이른바 함침법에 의해 행할 수가 있다.
공정 2c에 있어서, 투명 기판(12) 상에 다공질 반도체층(16)을 설치하는 경우, 투명 기판(12) 상에 도포법 등에 의해 설치하는 다공질 반도체층(16)의 재료인 페이스트를 소성함으로써 다공질 반도체층(16)을 형성하고, 그 후에 다공질 반도체층(16)측을 다공질 도전성 금속층(18)측을 향해 투명 기판(12)과 다공질 절연층(20)을 접합한다. 한편, 다공질 도전성 금속층(18) 상에 다공질 반도체층(16)을 설치하는 경우, 다공질 도전성 금속층(18) 상에 다공질 반도체층(16)의 재료인 페이스트를 설치하고(도 3c 참조), 페이스트 및 다공질 도전성 금속층(18)이 설치된 다공질 절연층(20)을 가열하여 페이스트를 소성함으로써 다공질 반도체층(16)을 형성하고, 다공질 반도체층(16)측을 향해 다공질 절연층(20)에 투명 기판(12)을 대향 배치한다.
이들 각 층(각 부재)이 스페이서(22)로 봉지되고, 전해질(24)이 주입됨으로써 색소 증감 태양전지가 완성된다.
본 실시의 형태의 제1의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법에 의해 집전 전극의 두께가 바람직한 얇기인 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지를 매우 적합하게 얻을 수 있다. 즉, 집전 전극으로서 철망 등을 이용하는 기술에 비해, 제작 작업의 번잡함이 적고, 집전 전극의 두께를 바람직한 얇기로 형성한 색소 증감 태양전지를 얻을 수 있다. 또, 도전성 금속층(18)의 두께가 0.3㎛~100㎛로 작기 때문에, 전해질이 철망 등을 통해 다공질 반도체층으로 이동할 때와 같이 확산 저항이 커져 광전 변환 효율의 저하를 초래할 우려가 없는 색소 증감 태양전지를 얻을 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태의 제２의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법에 대해서 도 3a~도 3d를 참조하여 설명한다.
본 실시의 형태의 제２의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법은, 다공질 절연층(20) 상에 애노드 전극으로 되는 두께가 0.3㎛~100㎛의 다공질 도전성 금속층(18)을 설치하는 공정(공정 3a; 도 3a 및 도 3b 참조)과, 다공질 도전성 금속층(18) 상에 다공질 반도체층의 재료인 페이스트를 설치하는 공정(공정 3b; 도 3c 참조)과, 페이스트 및 다공질 도전성 금속층(18)이 설치된 다공질 절연층(20)을 가열하여 페이스트를 소성함으로써 다공질 반도체층(16)을 형성하는 공정(공정 3c; 도 3c 참조)과, 다공질 반도체층(16)측을 향해 다공질 절연층(20)에 플렉서블 투명 기판(12)을 대향 배치하는 공정(공정 3d; 도 3d 참조)과, 다공질 반도체층(16)측을 밖으로 하여 다공질 절연층(20)에 캐소드 전극으로 되는 플렉서블 도전성 기판(14)을 대향 배치하는 공정(공정 3e; 도 3d 참조)을 가진다. 여기서, 공정 3d 및 공정 3e는 공정 3c의 후에 차례차례 행해져도 좋지만, 공정 3c의 후에 공정 3e를 행하고, 그 후에 공정 3d를 행하여도 좋다.
공정 3a에서는 제1의 예의 공정 2a의 경우와 마찬가지로 하여 다공질 절연층(20) 및 다공질 도전성 금속층(18)을 형성한다.
공정 3b에서는 제1의 예의 공정 3b의 경우와 마찬가지로 하여 도포법 등의 적당한 방법에 의해 다공질 도전성 금속층(18) 상에 다공질 반도체층(16)의 재료인 페이스트를 설치한다.
공정 3c에서는 페이스트 및 다공질 도전성 금속층(18)이 설치된 다공질 절연층(20)을 가열하여 페이스트를 300℃ 이상의 온도로 소성한다. 이 단계에서는 플렉서블 투명 기판(12) 및 플렉서블 도전성 기판(14)의 모두 형성되어 있지 않기 때문에, 다공질 도전성 금속층(18)이 설치된 다공질 절연층(20)의 융점을 하회하는 것인 한, 가열, 소성 온도에는 제한이 없다. 소성하여 얻어지는 다공질 반도체층(16)을 구성하는 미립자의 표면에 색소를 흡착한다.
이에 의해 충분히 소성된 다공질 반도체층(16)을 얻을 수 있다(이상, 도 3c 참조).
공정 3d에서는 다공질 반도체층(16)측을 수지 시트 등으로 이루어지는 플렉서블 투명 기판(12)을 향해 다공질 절연층(20)에 플렉서블 투명 기판(12)을 대향 배치한다. 즉, 다공질 반도체층(16)이 플렉서블 투명 기판(12)에 접하거나 혹은 근접하도록 다공질 반도체층(16) 및 다공질 도전성 금속층(18)이 설치된 다공질 절연층(20)과 플렉서블 투명 기판(12)을 배치한다(도 3d 참조).
공정 3e에서는 다공질 반도체층(16)측을 밖으로 하여 다공질 절연층(20)에 수지 시트 등으로 이루어지는 플렉서블 도전성 기판(14)을 대향 배치한다. 다공질 절연층(20)과 플렉서블 도전성 기판(14)은 양자 사이에 적당량의 전해질(24)을 주입할 수 있는 한 적당히 근접하여 설치해도 좋다.
이들 각 층(각 부재)이 스페이서(22)로 봉지되고, 전해질(24)이 주입됨으로써 색소 증감 태양전지가 완성된다.
본 실시의 형태의 제２의 예와 관련되는 색소 증감 태양전지의 제조 방법에 의해, 플렉서블 기판을 이용한 본 실시의 형태와 관련되는 색소 증감 태양전지를 매우 적합하게 얻을 수 있다. 즉, 굴곡시켜 사용할 때에, 다공질 절연층이 개재함으로써, 다공질 도전성 금속층이 도전성 기판과 접촉하여 단락을 일으킬 우려가 없는 색소 증감 태양전지를 얻을 수 있다. 또, 다공질 반도체층의 소성 부족에 기인하는 부적합을 일으킬 우려가 없는 색소 증감 태양전지를 얻을 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
Ti입자(오사카 티타늄사제)와 터피네올과 에틸셀룰로오스를 주성분으로 하는 EC 비히클(닛신화성주식회사제 EC-200 FTD)을 혼합하여, Ti입자의 페이스트를 제작하였다. 두께 15㎛, 직경 약 8㎛인 유리 섬유로 이루어지는 유리 크로스(아사히화성 이머티리얼즈주식회사제 공극률 45%)의 20㎜×25㎜의 범위에 상기 제작한 Ti입자 페이스트를 스크린 인쇄하고, 건조한 후, 400℃에서 1시간 Ar분위기하에서 소성하여, 유리 크로스의 한 면에 약 20㎛의 두께의 Ti입자층을 형성하고, Ti입자 시트 기판을 얻었다. Ti입자층을 형성하고, Ti입자 시트 기판의 SEM 사진을 도 4에 나타낸다.
Ti입자 시트 기판의 소성 후의 Ti입자층 상의 5㎜×20㎜의 범위에 티타니아 페이스트(상품명 NanoxideD, 솔라로닉스사제)를 인쇄하고, 건조한 후, 400℃에서 30분 공기 중에서 소성하였다. 소성 후의 티타니아 상에 더 티타니아 페이스트를 인쇄, 소성하는 조작을 합계 4회 반복하여, Ti입자층의 한 면에 12㎛의 두께의 티타니아층을 형성하였다.
N719 색소(솔라로닉스사제)의 아세토니트릴과 t-부틸알코올의 혼합 용매 용액에 제작한 티타니아층 부착 Ti입자 시트 기판을 70시간 함침시켜, 티타니아 표면에 색소를 흡착하였다. 흡착 후의 기판(티타니아층 부착 Ti입자 시트 기판)은 아세토니트릴과 t-부틸알코올의 혼합 용매로 세정하였다.
두께 125㎛의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어지는 투명 수지 시트와 색소 흡착한 기판의 색소 흡착 티타니아층측이 마주보도록, 두께 60㎛의 반경화 수지 시트(SX1170-60, 솔라로닉스사제)를 사이에 두고, 115℃에서 접착하여 적층하고 적층판을 얻었다. 이 때에 반경화 수지 시트는 티타니아층에 접촉하지 않게, 티타니아층을 둘러싸도록 배치하고, 또 후에 전해액을 주입할 수 있도록 약 1㎜ 정도의 간극을 2개소 설치하였다.
두께 125㎛의 PEN으로 이루어지는 투명 수지 시트의 한 면에 투명 도전막인 ITO가 적층되어 있는 투명 도전막 부착 투명 수지 시트의 ITO측에, 약 40㎚의 두께의 Pt를 스퍼터의 수법으로 적층한 시트의 Pt측이 상기의 적층판의 유리 크로스측과 마주보도록, 상기 반경화 수지 시트를 사이에 두고 적층판에 투명 수지 시트를 적층하고 115℃에서 접착하였다.
약 1㎜의 간극으로부터 요오드, LiI로 이루어지는 아세토니트릴 용매의 전해액을 주입하여 유효 평면 치수(전지로서 기능하는 영역의 평면 치수)가 5㎜×20㎜로 두께가 약 0.4㎜인 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 성능을 100㎽/㎝2의 강도의 유사 태양광(야마시타전장사제 의사태양광 장치 사용)을 투명 수지 시트측으로부터 조사하였을 때의 IV 곡선을 측정하여 조사하였다. 광전 변환 효율은 4.4%였다.
또한, 상기 색소 증감 태양전지를 긴 방향 중앙에서 R(곡률 반경)=15㎜로 절곡한 상태로 하고, 상기 조건에서 IV 곡선을 측정하였더니 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 4.4%였다.
<실시예 2>
유리 크로스 대신에 직경 1~5㎛의 유리 섬유로 이루어지는 두께 50㎛의 부직포인 유리 페이퍼(공극률 90%)를 이용한 외는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 4.1%였다.
또한, 상기 색소 증감 태양전지를 긴 방향 중앙에서 R(곡률 반경)=15㎜로 절곡한 상태로 하고, 상기 조건에서 IV 곡선을 측정하였더니 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 4.1%였다.
<실시예 3>
두께 15㎛의 유리 크로스의 20㎜×25㎜의 범위에 마스크를 이용하여 스퍼터링 하는 수법으로 두께 400㎚의 Ti막을 형성하였다.
형성한 Ti막 상의 5㎜×20㎜의 범위에 티타니아 페이스트(상품명 NanoxideD, 솔라로닉스사제)를 인쇄하고, 건조한 후, 400℃에서 30분 공기 중에서 소성하였다. 이후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
약 1㎜의 간극으로부터 요오드, LiI로 이루어지는 아세토니트릴 용매의 전해액을 주입하여 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 3.8%였다.
또한, 상기 색소 증감 태양전지를 긴 방향 중앙에서 R(곡률 반경)=15㎜로 절곡한 상태로 하고, 상기 조건에서 IV 곡선을 측정하였더니 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 3.8%였다.
<비교예 1>
두께 125㎛의 PEN으로 이루어지는 투명 수지 시트의 한 면에 투명 도전막인 ITO가 적층되어 있는 투명 도전막 부착 투명 수지 시트의 ITO측의 5㎜×20㎜의 범위에 티타니아 페이스트(상품명 NanoxideD, 솔라로닉스사제)를 인쇄하고, 건조한 후, 150℃에서 30분 공기 중에서 소성하였다. 소성 후의 티타니아 상에, 더 티타니아 페이스트를 인쇄, 소성하는 조작을 합계 4회 반복하여, 투명 도전막 부착 투명 수지 시트의 한 면에 12㎛의 두께의 티타니아층을 형성하였다.
N719 색소(솔라로닉스사제)의 아세토니트릴과 t-부틸알코올의 혼합 용매 용액에 제작한 티타니아층 부착 시트 기판을 70시간 함침시켜, 티타니아 표면에 색소를 흡착하였다. 흡착 후의 기판은 아세토니트릴과 t-부틸알코올의 혼합 용매로 세정하였다.
티타니아층 부착 시트 기판의 티타니아측과 두께 125㎛의 PEN으로 이루어지는 투명 수지 시트의 한 면에 투명 도전막인 ITO가 적층되어 있는 투명 도전막 부착 투명 수지 시트의 ITO측에, 약 40㎚의 두께의 Pt를 스퍼터의 수법으로 적층한 시트의 Pt측이 마주보도록, 두께 60㎛의 반경화 수지 시트(SX1170-60, 솔라로닉스사제)를 사이에 두고 적층하고 115℃에서 접착하였다. 이 때에 반경화 수지 시트는 티타니아층에 접촉하지 않게 티타니아층을 둘러싸도록 배치하고, 또 후에 전해액을 주입할 수 있도록 약 1㎜ 정도의 간극을 2개소 설치하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 0.1%였다.
<참고예 1>
약 20㎛의 두께의 Ti입자층에 대신하여 유리 크로스의 한 면에 약 150㎛의 두께의 Ti입자층을 형성한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 2.1%였다.
<참고예 2>
두께 400㎚의 Ti막으로 바꾸어 두께 200㎚의 두께의 Ti막을 제작한 것 외에는 실시예 3과 마찬가지로 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 0.1%였다.
<참고예 3>
두께 15㎛의 유리 크로스로 바꾸어 두께 200㎛의 유리 크로스를 사용한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 3.3%였다.
또한, 상기 색소 증감 태양전지를 R(곡률 반경)=15㎜로 절곡한 상태로 하고, 상기 조건에서 IV 곡선을 측정하였더니 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 1.7%였다. 또, 색소 증감 태양전지의 외관을 확인하였더니 전해액의 누설이 확인되었다.
<참고예 4>
두께 15㎛의 유리 크로스에 대신하여 두께 500㎛의 유리 크로스를 사용한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 색소 증감 태양전지를 제작하였다.
얻어진 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 2.8%였다.
또한, 상기 색소 증감 태양전지를 긴 방향 중앙에서 R(곡률 반경)=15㎜로 절곡한 상태로 하고, 상기 조건에서 IV 곡선을 측정하였더니 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율은 1.5%였다. 또, 색소 증감 태양전지의 외관을 확인하였더니 전해액의 누설이 확인되었다.
10 색소 증감 태양전지
12 투명 기판 14 도전성 기판
16 다공질 반도체층
18 다공질 도전성 금속층
20 다공질 절연층
22 봉지재 24 전해질

Claims (8)

  1. 투명 기판과, 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판과, 이 투명 기판과 이 도전성 기판의 사이에, 이 투명 기판에 근접하여 또는 접촉하여 배치되고 색소를 흡착한 다공질 반도체층과, 이 다공질 반도체층의 이 투명 기판과는 반대측에 접촉하여 배치되고 애노드 전극으로 되는 다공질 도전성 금속층과, 이 다공질 도전성 금속층의 이 다공질 반도체층과는 반대측에 배치되는 다공질 절연층을 구비하고, 전해질이 봉입되는 색소 증감 태양전지로서,
    이 다공질 도전성 금속층이 이 다공질 절연층에 성막되어 이루어지고, 0.3㎛~100㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공질 도전성 금속층이, Ti, W, Ni, Pt 및 Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공질 절연층이 유리 섬유 성형체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 기판 및 도전성 기판이 모두 플렉서블 기판이고, 상기 다공질 도전성 금속층 및 상기 다공질 절연층이, 모두 상기 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다공질 도전성 금속층 및 상기 다공질 절연층의 각각의 재료가 모두 350℃ 이상의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다공질 절연층이 100㎛ 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지.
  7. 다공질 절연층 상에 성막법에 의해 애노드 전극으로 되는 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층을 설치하는 공정과,
    다공질 절연층에 대향하여 캐소드 전극으로 되는 도전성 기판을 설치하는 공정과,
    다공질 도전성 금속층에 접하여 다공질 반도체층을 설치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지의 제조 방법.
  8. 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 이루어지는 다공질 절연층 상에 성막법에 의해 애노드 전극으로 되는, 다공질 반도체층의 소성 온도 이상의 내열성을 가지는 재료로 이루어지는 0.3㎛~100㎛의 두께의 다공질 도전성 금속층을 설치하는 공정과,
    다공질 도전성 금속층 상에 다공질 반도체층의 재료인 페이스트를 설치하는 공정과,
    페이스트 및 다공질 도전성 금속층이 설치된 다공질 절연층을 가열하여 페이스트를 소성함으로써 다공질 반도체층을 형성하는 공정과,
    다공질 반도체층측을 향해 다공질 절연층에 플렉서블 투명 기판을 대향 배치하는 공정과,
    다공질 반도체층측을 밖으로 하여 다공질 절연층에 캐소드 전극으로 되는 플렉서블 도전성 기판을 대향 배치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 색소 증감 태양전지의 제조 방법.
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Patent event date: 20120705

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

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