染料感応太陽電池
【課題】エネルギー変換効率を最大化できる染料感応太陽電池が提供する。
【解決手段】互に対向された第１伝導性基板１０及び第３伝導性基板７０と、前記第３伝導性基板と対向され、少なくとも１つの貫通ホールを有しながら、前記第１伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置された第２伝導性基板４０と、前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置され、前記第３伝導性基板と接触する第１光電変換部５１及び前記第２伝導性基板と接触する第２光電変換部５２を含む光電変換部と、前記第２伝導性基板と離隔されて前記第１伝導性基板の上に配置された触媒層２０と、前記触媒層と前記第３伝導性基板との間に介在された電解質層８０と、を含む染料感応太陽電池。
【解決手段】互に対向された第１伝導性基板１０及び第３伝導性基板７０と、前記第３伝導性基板と対向され、少なくとも１つの貫通ホールを有しながら、前記第１伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置された第２伝導性基板４０と、前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置され、前記第３伝導性基板と接触する第１光電変換部５１及び前記第２伝導性基板と接触する第２光電変換部５２を含む光電変換部と、前記第２伝導性基板と離隔されて前記第１伝導性基板の上に配置された触媒層２０と、前記触媒層と前記第３伝導性基板との間に介在された電解質層８０と、を含む染料感応太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関し、より詳細には染料感応太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽から放出される光エネルギーを電気エネルギーに転換する光電エネルギー変換システム（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）である。現在、主に使用されるシリコン太陽電池は前記光電エネルギー変換をするためにシリコン内に形成されるｐ−ｎ接合ダイオード（ｐ−ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉｏｄｅ）を利用するが、電子及びホールの早熟再結合（ｐｒｅｍａｔｕｒｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を防止するために、使用されるシリコンは高い純度及び低い欠陥を有しなければならない。このような技術的要求は使用される材料費用の増加を起こすので、シリコン太陽電池の場合電力当たり製造費用が高い。
【０００３】
これに加えて、バンドギャップ以上のエネルギーを有する光子（ｐｈｏｔｏｎｓ）のみが電流を生成するのに寄与するので、シリコン太陽電池のシリコンはできるだけ低いバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）を有するようにドーピングされる。しかし、このように低くなったバンドギャップのために青色光又は紫外線によって励起された電子（ｅｘｃｉｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）は過度なエネルギーを有するようになって、電流生産に寄与することより熱として消耗される。また、光子（ｐｈｏｔｏｎ）が捕獲される（ｃａｐｔｕｒｉｎｇ）可能性を増加させるためにｐ形層（ｐ−ｔｙｐｅ ｌａｙｅｒ）は十分に厚くなければならない。しかし、このような厚いｐ形層は励起された電子がｐ−ｎ接合に到達する前に正孔と再結合される可能性を増加させるので、シリコン太陽電池の効率に限界が示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２００５／０２７４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする一技術的課題はエネルギー変換効率を最大化できる染料感応太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記一技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態による染料感応太陽電池は、互に対向された第１伝導性基板及び第３伝導性基板と、前記第３伝導性基板と対向され、少なくとも１つの貫通ホールを有しながら前記第１伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置された第２伝導性基板と、前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置され、前記第３伝導性基板と接触する第１光電変換部及び前記第２伝導性基板と接触する第２光電変換部を含む光電変換部と、前記第２伝導性基板と離隔されて前記第１伝導性基板の上に配置された触媒層と、前記触媒層と前記第３伝導性基板との間に介在された電解質層と、を含む。
【０００７】
前記光電変換部は酸化物半導体粒子及び前記酸化物半導体粒子に吸着され、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とで吸収するスペクトルの分布が相異なる染料物質を含む。
【０００８】
前記染料物質はＲｕｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ（Ｎ７１９）、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ（Ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）、有機染料（Ｏｒｇａｎｉｃ ｄｙｅ）、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ）又は自然染料（Ｎａｔｕｒａｌ ｄｙｅ）の中で少なくとも１つである。
【０００９】
前記第２伝導性基板は前記貫通ホール以外の領域で均一な厚さを有する金属薄膜又は金属ホイル（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）である。
【００１０】
前記第２伝導性基板はその上面又はその下面の中で少なくとも１つから延長される少なくとも１つの突出部をさらに含む。
【００１１】
前記第２伝導性基板は交差しながら織られたワイヤーを含むメッシュ構造体（ｍｅｓｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、粉末が互に連結された焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、多孔質の伝導性物質層及びナノチューブを含む導電性膜の中で少なくとも１つである。
【００１２】
前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板とは電気的に連結される。
【００１３】
前記第１伝導性基板、前記第２伝導性基板及び前記第３伝導性基板は軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）である。
【００１４】
前記第３伝導性基板は透明伝導性物質で形成される。
【００１５】
前記触媒層と前記第２伝導性基板との間又は前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間の中で少なくとも１つに配置される絶縁性支持体をさらに含む。
【００１６】
前記絶縁性支持体は多孔質絶縁性物質を含み、前記電解質層は前記多孔質絶縁性物質の絶縁性支持体に含浸（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅ）される。
【００１７】
前記第１伝導性基板と前記第２伝導性基板との間の縁に配置される第１封止材と、前記第２伝導性基板の上の縁に配置される第２封止材をさらに含み、前記貫通ホールは前記第１封止材及び前記第２封止材の間の領域を除外した前記第２伝導性基板内に形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施形態による染料感応太陽電池は、２つの伝導性基板の間に分離配置され、接触される伝導性基板にしたがって、酸化物半導体粒子に吸収するスペクトルの分布が相異なる染料物質が吸着された光電変換部を具備することができる。これにしたがって、染料感応太陽電池に吸収される波長を最大化して染料感応太陽電池のエネルギー変換効率の最大化を通じて高効率の染料感応太陽電池を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図２】柔軟性を有する本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による第２伝導性基板を図示する斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による第２伝導性基板を図示する斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による第２伝導性基板の形成方法を示す図面である。
【図５】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び長所は添付された図面と関連された以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解できる。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化され得る。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るようにそして、当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。
【００２１】
また、本明細書である膜が他の膜、または基板上にあると言及される場合、それは他の膜、または基板上に直接形成されることができ、或いはその間に第３の膜が介在され得ることを意味する。また、図面において、膜及び領域の厚さは技術的内容を効果的に説明するために誇張されたことである。また、本明細書の多様な実施形態で第１、第２、第３等の用語が多様な領域、膜等を記述するために使用されたが、これらの領域、膜がこのような用語によって限定されない。これら用語は単なるある所定の領域、又は膜を他の領域又は膜と区別させるために使用されただけである。したがって、いずれか一実施形態の第１膜に言及された膜が他の実施形態では第２膜に言及されることもあり得る。単数の表現は文脈の上に明確に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。ここに説明され、例示される各実施形態はそれの相補的な実施形態も含む。明細書全体に掛けて同一な参照番号に表示された部分は同一な構成要素を示す。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図であり、図２は柔軟性を有する本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図であり、図３Ａ及び図３Ｂは本発明の実施形態による第２伝導性基板を図示する斜視図である。
【００２３】
図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態による染料感応太陽電池１００は、互に対向された第１及び第３伝導性基板１０、７０、前記第３伝導性基板７０と対向され、少なくとも１つの貫通ホール４２を有しながら前記第１伝導性基板１０と前記第３伝導性基板７０との間に配置された第２伝導性基板４０、及び前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間で１つは前記第３伝導性基板７０と接触し、残りの１つは前記第２伝導性基板４０と接触する第１及び第２光電変換部５１、５２を含む光電変換部５０を含む。
【００２４】
これに加えて、前記第１伝導性基板１０の上面に触媒層２０が配置され、前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間の縁に第１封止材３０が配置され、前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間の縁に第２封止材６０が配置され、前記触媒層２０と前記第３伝導性基板７０との間の空間には電解質層（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｌａｙｅｒ）８０が介在される。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、前記光電変換部５０は前記第３伝導性基板７０と接触する第１光電変換部５１及び前記第２伝導性基板４０と接触しながら前記第１光電変換部５１と対向する第２光電変換部５２を包含できる。この時、前記第２光電変換部５２は前記第１光電変換部５１から一定の間隔で離隔されて配置される。これにしたがって、前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とは互に分離される。
【００２６】
前記第１光電変換部５１は第１酸化物半導体粒子５３及び前記第１酸化物半導体粒子５３の表面に吸着される第１染料物質５４を包含できる。前記第１光電変換部５１は第１酸化物半導体粒子５３及び前記第１酸化物半導体粒子５３の表面に吸着される第１染料物質５４を包含できる。この時、前記第１染料物質５４は前記第２染料物質５６と吸収するスペクトルの分布が相異なり得る。
【００２７】
前記第１酸化物半導体粒子５３及び前記第２酸化物半導体粒子５５は遷移金属酸化物を含む金属酸化物の中で少なくとも１つであり得る。例えば、前記遷移金属酸化物はチタニウム酸化物ＴｉＯ２、錫酸化物ＳｎＯ２、ジルコニウム酸化物ＺｒＯ２、シリコン酸化物ＳｉＯ２、マグネシウム酸化物ＭｇＯ、ニオビウム酸化物Ｎｂ２Ｏ５及び亜鉛酸化物ＺｎＯ等になされたグループで選択された少なくとも１つであり得る。前記第１酸化物半導体粒子５３と前記第２酸化物半導体粒子５５とは同一な物質であるか、或いは他の物質であり得る。前記第１酸化物半導体粒子５３及び前記第２酸化物半導体粒子５５は、例えば、約５乃至３０ｎｍのナノ級サイズの粒子大きさを有することができる。
【００２８】
前記第１染料物質５４及び前記第２染料物質５６は光エネルギーを電気的エネルギーに転換させ得るルテニウム錯体のような染料分子でなされ得る。例えば、前記第１染料物質５４及び前記第２染料物質５６はＲｕｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ（Ｎ７１９）、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ（Ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）、有機染料（Ｏｒｇａｎｉｃ ｄｙｅ）、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ）又は自然染料（Ｎａｔｕｒａｌ ｄｙｅ）等のように、前記第１酸化物半導体粒子５３又は前記第２酸化物半導体粒子５５に吸着されて太陽光によって電子を発生させる機能を有する、多様な染料の中の少なくとも１つであり得る。
【００２９】
前記第１伝導性基板１０及び前記第２伝導性基板４０は金属及び金属合金の中の少なくとも１つを含む金属薄膜（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）又は金属ホイル（ｆｏｉｌ）で形成され得る。例えば、前記第１伝導性基板１０及び前記第２伝導性基板４０はチタニウム、ステンレススチール（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）、アルミニウム及び銅の中で少なくとも１つを含んで形成でき、以外に他の多様な金属性物質を含んで形成され得る。また、前記第１伝導性基板１０の下面は絶縁性薄膜（図示せず）でコーティングされ得る。前記第１伝導性基板１０及び前記第２伝導性基板４０はワイヤー９０を通じて電気的に連結され得る。
【００３０】
前記第３伝導性基板７０は受光基板として、透明伝導性物質で形成され得る。例えば、前記第３伝導性基板７０は透明伝導層がコーティングされたガラス又は透明伝導層がコーティングされた高分子フィルムで形成され得る。例えば、前記透明伝導層はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）又はＳｎＯ２でなされ得り、前記第１光電変換部５１と接触される。
【００３１】
図１に図示したように、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０は強性（ｒｉｇｉｄ）の特性を有することができる。これとは異なるように、図２に図示したように、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０は軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）の特性を有することができる。前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０が軟性であれば、前記染料感応太陽電池１００は柔軟（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）な特性を有することができる。即ち、製品の外形を変形させ得る外力（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ）の下でも、前記染料感応太陽電池１００は実質的な機能喪失、又は製品破損無しで正常的に動作できる。前記染料感応太陽電池１００が柔軟な特性を有するとき、例えば、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０は数マイクロメータ乃至数ミリメータの厚さで形成でき、さらに具体的な厚さは該当物質の種類にしたがって異なることがあり得る。
【００３２】
前記電解質層８０は前記第１封止材３０及び前記第２封止材６０によって区画された前記触媒層２０と前記第３伝導性基板７０との間の空間で液体、準固体又は固体状態の電解質で満たされ得る。例えば、前記電解質層８０はヨウ化物系酸化還元電解質（ｒｅｄｏｘ ｉｏｄｉｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）を包含できる。例えば、前記電解質層８０は０．７Ｍの１−ビニール−３−ヘキシル−イミダゾリウムヨウ化物（１−ｖｉｎｙｌ−３−ｈｅｘｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ）、０．１ＭのＬｉＩ及び４０ｍＭのＩ２（Ｉｏｄｉｎｅ）を３−メトキシプロピオニトリル（３−Ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解液、０．６Ｍのブチルメチルイミダゾリウム（ｂｕｔｙｌｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ）、０．０２ＭのＩ２、０．１Ｍのグアニジニウムチオシアネート（Ｇｕａｎｉｄｉｎｉｕｍ ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）及び０．５Ｍの４−ターシャリー−ブチルピリジン（４−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）を含むアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶液、アルキルイミダゾーリウムヨウ化物（ａｌｋｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅｓ）又はテトラ−アルキルアンモニウムヨウ化物（ｔｅｔｒａ−ａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅｓ）の中でいずれか１つを包含できる。
【００３３】
前記電解質層８０は表面添加剤をさらに包含できる。例えば、前記表面添加剤はターシャリー−ブチルピリジン（ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎ；ＴＢＰ）、ベンズイミダゾール（ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ；ＢＩ）及びＮメチルベンズイミダゾール（ＮＭｅｔｈｙｌｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ；ＮＭＢＩ）の中で少なくとも１つであり得る。
【００３４】
前記電解質層８０はアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶液、プロピオニトリル（ｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶液、又はアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）とバレロニトリル（ｖａｌｅｒｏｎｉｔｒｉｌｅ）との混合液の中で１つを溶媒として使用することができる。
【００３５】
前記触媒層２０は電解質の還元過程に参与できるように前記電解質層８０と接触する。前記触媒層２０は前記第２伝導性基板４０と一定の間隔で離隔されて前記第１伝導性基板１０の表面の上に形成され得る。前記電解質層８０が前記ヨウ化物系酸化還元電解質を含むと、前記触媒層２０は白金Ｐｔで形成され得る。
【００３６】
前記第３伝導性基板７０を通じて太陽光の中でスペクトルの分布が相異なる光が前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とへ入射されれば、前記第１及び第２染料物質５４、５６の電子は入射された光によって励起（ｅｘｃｉｔｅｄ）されて前記第１又は第２酸化物半導体粒子５３、５５の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）へ注入された後、前記第２又は第３伝導性基板４０、７０、所定の負荷Ｌ（ｌｏａｄ）、及び前記第１伝導性基板１０を経由して前記電解質層８０で還元される。このような過程は前記染料感応太陽電池１００の電子循環体系と称される。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、前記染料感応太陽電池１００は前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とを通じてスペクトルの分布が相異なる光を吸収することができる。即ち、前記染料感応太陽電池１００は前記第１光電変換部５１を通じて入射された光の一部を吸収し、前記第１光電変換部５１で吸収されなかった光の一部を前記第２光電変換部５２を通じて吸収することができる。このように前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とを通じて吸収された光は各々前記第３伝導性基板７０と前記第２伝導性基板４０とを経由して合わせて電解質の還元過程に使われ得る。その結果、前記染料感応太陽電池１００に吸収される波長の領域を広くして前記染料感応太陽電池１００のエネルギー変換効率を最大化され得り、これを通じて高効率の前記染料感応太陽電池１００を製作できる。
【００３８】
一方、電解質の還元過程又は前記染料感応太陽電池１００の電子循環過程が持続的に行われるためには、前記光電変換部５０で電子を失ったイオンが還元過程が行う前記触媒層２０へ拡散されなければならない。このため、本発明の一実施形態によれば、前記光電変換部５０と前記触媒層２０との間に配置される前記第２伝導性基板４０は少なくとも１つの貫通ホール４２を有する。
【００３９】
前記複数の貫通ホール４２は前記第２伝導性基板４０の一部領域の内で規則的に配列され得る。図３Ａに図示したように、前記貫通ホール４２が規則的に形成されるとき、１つの貫通ホール４２とそれと隣接する貫通ホール４２との間の相対的位置及び距離がは平行でない２つのベクトルａ、ｂによって表現できる。また、複数の隣接する他の貫通ホール４２の間の相対的位置及び距離がは前記２つのベクトルａ、ｂによって同様に表現できる。このように、前記貫通ホール４２が前記第２伝導性基板４０の内に規則的に配列される場合、前記イオンが前記触媒層２０へ均一に拡散され得る。その結果、還元過程が均一であり、効率的に行われるので、製品の光電性能（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が向上され得る。
【００４０】
一方、前記第２伝導性基板４０の内に形成される全ての貫通ホール４２の配置は所定のベクトルで構成されるベクトル集合を含む複数のベクトル集合によって実質的に完全に表現できる。前記貫通ホール４２の配置を定義する前記ベクトル集合の数が増加する場合、前記貫通ホール４２は減少された規則性を有し、配置されるか、或いは無作為的に配置され得る。即ち、前記貫通ホール４２の配置での規則性水準は多様であり得る。前記貫通ホール４２の幅は前記第１及び第２酸化物半導体粒子５３、５５の平均直径より小さいか、或いはその数倍であり得る。例えば、前記貫通ホール４２の幅は約数ナノメーター乃至数センチメーターであり得る。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、図３Ａに図示したように、前記第２伝導性基板４０は前記貫通ホール４２を除外した全ての領域で実質的に均一な厚さに形成され得る。これとは異なるように、図３Ｂに図示したように、前記第２伝導性基板４０はその上面から延長される少なくとも１つの突出部４５を包含できる。しかし、前記突出部４５は図３Ｂに示した実施形態から多様に変形できる。例えば、前記突出部４５は前記第２伝導性基板４０の下面から下方へ延長される部分又は前記第２伝導性基板４０の上面から上方へ延長される部分の中で少なくとも１つを包含できる。また、前記突出部４５が配置される位置及び厚さもやはり多様に変形できる。
【００４２】
図４に図示したように、前記貫通ホール４２は前記貫通ホール４２の位置を定義する少なくとも１つの開口部９５を含む蝕刻マスクＥＭを通じて前記第２伝導性基板４０用金属膜が蝕刻９９されて形成され得る。例えば、前記食刻は前記第２伝導性基板４０用金属膜の上面又は下面の中で少なくとも１つの面を食刻する湿式蝕刻（ｗｅｔ ｅｔｃｈ）であり得る。
【００４３】
前記蝕刻マスクＥＭは再使用できる物質、例えば、高分子化合物又はセラミックで形成され得る。このように再使用できる蝕刻マスクを使用すれば、前記貫通ホール４２を有する第２伝導性基板４０の準備費用が節減できるのみでなく前記貫通ホール４２の位置が製造される染料感応太陽電池の全てで実質的に同一であり得る。前記貫通ホール４２の位置的変異（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）減少は、製造される染料感応太陽電池の製品特性での均一性を向上させ得る。
【００４４】
図５乃至図８は本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。説明を簡単にするために、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明された実施形態と重複される技術的特徴に対する説明は省略される。
【００４５】
図５乃至図７を参照すれば、触媒層２０と第３伝導性基板７０との間には第１支持体８２又は第２支持体８４の中で少なくとも１つがさらに配置され得る。具体的に、図５に図示したように、前記第１支持体８２が前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間に配置され得る。図６に図示したように、前記第２支持体８４が前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間に配置され得る。図７に図示したように、前記第１支持体８２が前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間に配置され、前記第２支持体８４が前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間に配置され得る。
【００４６】
前記第１支持体８２は前記触媒層２０から前記第２伝導性基板４０を物理的／電気的に離隔させるスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）であり得る。前記第１支持体８２は絶縁性物質、例えば、ガラス、セラミック又はプラスチックで形成され得る。前記第１支持体８２はボール（ｂａｌｌ）又はバー（ｂａｒ）形状を有することができる。ここで、前記第１支持体８２はバー形状で図示された。しかし、前記第１支持体８２の物質及び形状は多様に変形できる。
【００４７】
このような絶縁性の前記第１支持体８２によって、前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との直接的な接触（即ち、電気的ショート）が予防でき、前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間の間隔が一定に維持され得る。これにしたがって、前記第３伝導性基板７０又は前記第１伝導性基板１０へ外力が作用する場合にも、電気的ショートによる製品損傷が予防できる。
【００４８】
これとは異なるように、前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４は多孔質の絶縁性物質で形成され得る。例えば、前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４は微細な吸収孔（ｐｏｒｅｓ）（図示せず）を有する高分子物質又はセラミックであり得る。このような実施形態によれば、電解質層８０は前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４の吸収孔を満たしながら前記触媒層２０と前記第３伝導性基板７０との間に介在され得る。即ち、前記電解質層８０は前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４へ含浸（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅ）され得る。
【００４９】
一実施形態によれば、前記光電変換部５０で電子を失ったイオンが還元過程が行う前記触媒層２０へ拡散できるように、前記第１支持体８２の吸収孔は連続的に連結され得る。
【００５０】
図８を参照すれば、貫通ホール４２は図１及び図２を参照して説明された実施形態のそれとは異なる構造の第２伝導性基板４０によって提供され得る。この時、前記第２伝導性基板４０は交差しながら織られたワイヤー（ｉｎｔｅｒｃｒｏｓｓｅｄ ａｎｄ ｗｏｖｅｎ ｗｉｒｅｓ）を含むメッシュ構造体（ｍｅｓｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、粉末が互に連結された焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、多孔質の伝導性物質層及びナノチューブ（ｎａｎｏ ｔｕｂｅ）を含む導電性膜の中で少なくともいずれか１つであり得る。
【００５１】
図８のように変形された実施形態によれば、前記第２伝導性基板４０の上面又は下面は局所的に扁平できないこともあり得る。即ち、前記第２伝導性基板４０の厚さは位置にしたがって異なり得り、このような厚さの不均一であることは第１封止材３０及び第２封止材６０の間でも表れ得る。この時、電解質層８０が漏出されることを防止するために、前記第１封止材３０及び前記第２封止材６０と前記第２伝導性基板４０との間には良好な接着特性を有することができる。
【００５２】
これに加えて、図１、図４乃至図８に図示したように、前記貫通ホール４２は、前記第１封止材３０及び前記第２封止材６０の間に介在される、前記第２伝導性基板４０の縁領域には形成されないこともあり得る。即ち、前記第２伝導性基板４０の縁の領域は前記貫通ホール４２がない扁平な膜であり得る。この場合、前記電解質層８０の外部流出が効果的に抑制され得る。
【００５３】
一方、図示せずが、図８で前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間又は前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との中で少なくとも１つに前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４がさらに配置され得る。
【００５４】
また、前記第３伝導性基板７０は前記電解質層８０を注入するための注入口（図示せず）をさらに包含できる。前記注入口は前記電解質層８０が形成された後、密封される。
【００５５】
これに加えて、図４乃至図８において、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０の厚さ調節を通じて図２のように柔軟性を有する染料感応太陽電池を製作できるのは勿論である。
【００５６】
本発明の一実施形態では前記第１封止材３０が前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間に配置されることとして説明したが、これとは異なるように前記第１封止材３０は一側は前記第１伝導性基板１０と接触し、他側は前記第２伝導性基板４０と接触して前記第１伝導性基板１０と前記第２伝導性基板４０との間に配置され得る。
【００５７】
本発明は上述した実施形態及び添付された図面によって限定されることではなく、添付された請求の範囲によって限定しようとする。したがって、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当該技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更ができることであり、これは本発明の範囲に属するべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 第１伝導性基板
２０ 触媒層
３０ 第１封止材
４０ 第２伝導性基板
４２ 貫通ホール
４５ 突出部
５０ 光電変換部
５１ 第１光電変換部
５２ 第２光電変換部
５３ 第１酸化物半導体粒子
５４ 第１染料物質
５３ 第１酸化物半導体粒子
５６ 第２染料物質
６０ 第２封止材
７０ 第３伝導性基板
８０ 電解質層
８２ 第１支持体
８４ 第２支持体
９０ ワイヤー
９５ 開口部
１００ 染料感応太陽電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池に関し、より詳細には染料感応太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は太陽から放出される光エネルギーを電気エネルギーに転換する光電エネルギー変換システム（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）である。現在、主に使用されるシリコン太陽電池は前記光電エネルギー変換をするためにシリコン内に形成されるｐ−ｎ接合ダイオード（ｐ−ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉｏｄｅ）を利用するが、電子及びホールの早熟再結合（ｐｒｅｍａｔｕｒｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を防止するために、使用されるシリコンは高い純度及び低い欠陥を有しなければならない。このような技術的要求は使用される材料費用の増加を起こすので、シリコン太陽電池の場合電力当たり製造費用が高い。
【０００３】
これに加えて、バンドギャップ以上のエネルギーを有する光子（ｐｈｏｔｏｎｓ）のみが電流を生成するのに寄与するので、シリコン太陽電池のシリコンはできるだけ低いバンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）を有するようにドーピングされる。しかし、このように低くなったバンドギャップのために青色光又は紫外線によって励起された電子（ｅｘｃｉｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）は過度なエネルギーを有するようになって、電流生産に寄与することより熱として消耗される。また、光子（ｐｈｏｔｏｎ）が捕獲される（ｃａｐｔｕｒｉｎｇ）可能性を増加させるためにｐ形層（ｐ−ｔｙｐｅ ｌａｙｅｒ）は十分に厚くなければならない。しかし、このような厚いｐ形層は励起された電子がｐ−ｎ接合に到達する前に正孔と再結合される可能性を増加させるので、シリコン太陽電池の効率に限界が示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２００５／０２７４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする一技術的課題はエネルギー変換効率を最大化できる染料感応太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記一技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態による染料感応太陽電池は、互に対向された第１伝導性基板及び第３伝導性基板と、前記第３伝導性基板と対向され、少なくとも１つの貫通ホールを有しながら前記第１伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置された第２伝導性基板と、前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置され、前記第３伝導性基板と接触する第１光電変換部及び前記第２伝導性基板と接触する第２光電変換部を含む光電変換部と、前記第２伝導性基板と離隔されて前記第１伝導性基板の上に配置された触媒層と、前記触媒層と前記第３伝導性基板との間に介在された電解質層と、を含む。
【０００７】
前記光電変換部は酸化物半導体粒子及び前記酸化物半導体粒子に吸着され、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とで吸収するスペクトルの分布が相異なる染料物質を含む。
【０００８】
前記染料物質はＲｕｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ（Ｎ７１９）、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ（Ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）、有機染料（Ｏｒｇａｎｉｃ ｄｙｅ）、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ）又は自然染料（Ｎａｔｕｒａｌ ｄｙｅ）の中で少なくとも１つである。
【０００９】
前記第２伝導性基板は前記貫通ホール以外の領域で均一な厚さを有する金属薄膜又は金属ホイル（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）である。
【００１０】
前記第２伝導性基板はその上面又はその下面の中で少なくとも１つから延長される少なくとも１つの突出部をさらに含む。
【００１１】
前記第２伝導性基板は交差しながら織られたワイヤーを含むメッシュ構造体（ｍｅｓｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、粉末が互に連結された焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、多孔質の伝導性物質層及びナノチューブを含む導電性膜の中で少なくとも１つである。
【００１２】
前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板とは電気的に連結される。
【００１３】
前記第１伝導性基板、前記第２伝導性基板及び前記第３伝導性基板は軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）である。
【００１４】
前記第３伝導性基板は透明伝導性物質で形成される。
【００１５】
前記触媒層と前記第２伝導性基板との間又は前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間の中で少なくとも１つに配置される絶縁性支持体をさらに含む。
【００１６】
前記絶縁性支持体は多孔質絶縁性物質を含み、前記電解質層は前記多孔質絶縁性物質の絶縁性支持体に含浸（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅ）される。
【００１７】
前記第１伝導性基板と前記第２伝導性基板との間の縁に配置される第１封止材と、前記第２伝導性基板の上の縁に配置される第２封止材をさらに含み、前記貫通ホールは前記第１封止材及び前記第２封止材の間の領域を除外した前記第２伝導性基板内に形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施形態による染料感応太陽電池は、２つの伝導性基板の間に分離配置され、接触される伝導性基板にしたがって、酸化物半導体粒子に吸収するスペクトルの分布が相異なる染料物質が吸着された光電変換部を具備することができる。これにしたがって、染料感応太陽電池に吸収される波長を最大化して染料感応太陽電池のエネルギー変換効率の最大化を通じて高効率の染料感応太陽電池を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図２】柔軟性を有する本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による第２伝導性基板を図示する斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による第２伝導性基板を図示する斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による第２伝導性基板の形成方法を示す図面である。
【図５】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び長所は添付された図面と関連された以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解できる。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化され得る。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になり得るようにそして、当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために提供されるものである。
【００２１】
また、本明細書である膜が他の膜、または基板上にあると言及される場合、それは他の膜、または基板上に直接形成されることができ、或いはその間に第３の膜が介在され得ることを意味する。また、図面において、膜及び領域の厚さは技術的内容を効果的に説明するために誇張されたことである。また、本明細書の多様な実施形態で第１、第２、第３等の用語が多様な領域、膜等を記述するために使用されたが、これらの領域、膜がこのような用語によって限定されない。これら用語は単なるある所定の領域、又は膜を他の領域又は膜と区別させるために使用されただけである。したがって、いずれか一実施形態の第１膜に言及された膜が他の実施形態では第２膜に言及されることもあり得る。単数の表現は文脈の上に明確に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。ここに説明され、例示される各実施形態はそれの相補的な実施形態も含む。明細書全体に掛けて同一な参照番号に表示された部分は同一な構成要素を示す。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図であり、図２は柔軟性を有する本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の断面図であり、図３Ａ及び図３Ｂは本発明の実施形態による第２伝導性基板を図示する斜視図である。
【００２３】
図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態による染料感応太陽電池１００は、互に対向された第１及び第３伝導性基板１０、７０、前記第３伝導性基板７０と対向され、少なくとも１つの貫通ホール４２を有しながら前記第１伝導性基板１０と前記第３伝導性基板７０との間に配置された第２伝導性基板４０、及び前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間で１つは前記第３伝導性基板７０と接触し、残りの１つは前記第２伝導性基板４０と接触する第１及び第２光電変換部５１、５２を含む光電変換部５０を含む。
【００２４】
これに加えて、前記第１伝導性基板１０の上面に触媒層２０が配置され、前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間の縁に第１封止材３０が配置され、前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間の縁に第２封止材６０が配置され、前記触媒層２０と前記第３伝導性基板７０との間の空間には電解質層（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｌａｙｅｒ）８０が介在される。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、前記光電変換部５０は前記第３伝導性基板７０と接触する第１光電変換部５１及び前記第２伝導性基板４０と接触しながら前記第１光電変換部５１と対向する第２光電変換部５２を包含できる。この時、前記第２光電変換部５２は前記第１光電変換部５１から一定の間隔で離隔されて配置される。これにしたがって、前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とは互に分離される。
【００２６】
前記第１光電変換部５１は第１酸化物半導体粒子５３及び前記第１酸化物半導体粒子５３の表面に吸着される第１染料物質５４を包含できる。前記第１光電変換部５１は第１酸化物半導体粒子５３及び前記第１酸化物半導体粒子５３の表面に吸着される第１染料物質５４を包含できる。この時、前記第１染料物質５４は前記第２染料物質５６と吸収するスペクトルの分布が相異なり得る。
【００２７】
前記第１酸化物半導体粒子５３及び前記第２酸化物半導体粒子５５は遷移金属酸化物を含む金属酸化物の中で少なくとも１つであり得る。例えば、前記遷移金属酸化物はチタニウム酸化物ＴｉＯ２、錫酸化物ＳｎＯ２、ジルコニウム酸化物ＺｒＯ２、シリコン酸化物ＳｉＯ２、マグネシウム酸化物ＭｇＯ、ニオビウム酸化物Ｎｂ２Ｏ５及び亜鉛酸化物ＺｎＯ等になされたグループで選択された少なくとも１つであり得る。前記第１酸化物半導体粒子５３と前記第２酸化物半導体粒子５５とは同一な物質であるか、或いは他の物質であり得る。前記第１酸化物半導体粒子５３及び前記第２酸化物半導体粒子５５は、例えば、約５乃至３０ｎｍのナノ級サイズの粒子大きさを有することができる。
【００２８】
前記第１染料物質５４及び前記第２染料物質５６は光エネルギーを電気的エネルギーに転換させ得るルテニウム錯体のような染料分子でなされ得る。例えば、前記第１染料物質５４及び前記第２染料物質５６はＲｕｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ（Ｎ７１９）、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ（Ｂｌａｃｋ ｄｙｅ）、有機染料（Ｏｒｇａｎｉｃ ｄｙｅ）、量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ）又は自然染料（Ｎａｔｕｒａｌ ｄｙｅ）等のように、前記第１酸化物半導体粒子５３又は前記第２酸化物半導体粒子５５に吸着されて太陽光によって電子を発生させる機能を有する、多様な染料の中の少なくとも１つであり得る。
【００２９】
前記第１伝導性基板１０及び前記第２伝導性基板４０は金属及び金属合金の中の少なくとも１つを含む金属薄膜（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）又は金属ホイル（ｆｏｉｌ）で形成され得る。例えば、前記第１伝導性基板１０及び前記第２伝導性基板４０はチタニウム、ステンレススチール（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）、アルミニウム及び銅の中で少なくとも１つを含んで形成でき、以外に他の多様な金属性物質を含んで形成され得る。また、前記第１伝導性基板１０の下面は絶縁性薄膜（図示せず）でコーティングされ得る。前記第１伝導性基板１０及び前記第２伝導性基板４０はワイヤー９０を通じて電気的に連結され得る。
【００３０】
前記第３伝導性基板７０は受光基板として、透明伝導性物質で形成され得る。例えば、前記第３伝導性基板７０は透明伝導層がコーティングされたガラス又は透明伝導層がコーティングされた高分子フィルムで形成され得る。例えば、前記透明伝導層はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）又はＳｎＯ２でなされ得り、前記第１光電変換部５１と接触される。
【００３１】
図１に図示したように、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０は強性（ｒｉｇｉｄ）の特性を有することができる。これとは異なるように、図２に図示したように、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０は軟性（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）の特性を有することができる。前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０が軟性であれば、前記染料感応太陽電池１００は柔軟（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）な特性を有することができる。即ち、製品の外形を変形させ得る外力（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ）の下でも、前記染料感応太陽電池１００は実質的な機能喪失、又は製品破損無しで正常的に動作できる。前記染料感応太陽電池１００が柔軟な特性を有するとき、例えば、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０は数マイクロメータ乃至数ミリメータの厚さで形成でき、さらに具体的な厚さは該当物質の種類にしたがって異なることがあり得る。
【００３２】
前記電解質層８０は前記第１封止材３０及び前記第２封止材６０によって区画された前記触媒層２０と前記第３伝導性基板７０との間の空間で液体、準固体又は固体状態の電解質で満たされ得る。例えば、前記電解質層８０はヨウ化物系酸化還元電解質（ｒｅｄｏｘ ｉｏｄｉｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）を包含できる。例えば、前記電解質層８０は０．７Ｍの１−ビニール−３−ヘキシル−イミダゾリウムヨウ化物（１−ｖｉｎｙｌ−３−ｈｅｘｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ）、０．１ＭのＬｉＩ及び４０ｍＭのＩ２（Ｉｏｄｉｎｅ）を３−メトキシプロピオニトリル（３−Ｍｅｔｈｏｘｙｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）に溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解液、０．６Ｍのブチルメチルイミダゾリウム（ｂｕｔｙｌｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ）、０．０２ＭのＩ２、０．１Ｍのグアニジニウムチオシアネート（Ｇｕａｎｉｄｉｎｉｕｍ ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ）及び０．５Ｍの４−ターシャリー−ブチルピリジン（４−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）を含むアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶液、アルキルイミダゾーリウムヨウ化物（ａｌｋｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅｓ）又はテトラ−アルキルアンモニウムヨウ化物（ｔｅｔｒａ−ａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅｓ）の中でいずれか１つを包含できる。
【００３３】
前記電解質層８０は表面添加剤をさらに包含できる。例えば、前記表面添加剤はターシャリー−ブチルピリジン（ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎ；ＴＢＰ）、ベンズイミダゾール（ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ；ＢＩ）及びＮメチルベンズイミダゾール（ＮＭｅｔｈｙｌｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ；ＮＭＢＩ）の中で少なくとも１つであり得る。
【００３４】
前記電解質層８０はアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶液、プロピオニトリル（ｐｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ）溶液、又はアセトニトリル（ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ）とバレロニトリル（ｖａｌｅｒｏｎｉｔｒｉｌｅ）との混合液の中で１つを溶媒として使用することができる。
【００３５】
前記触媒層２０は電解質の還元過程に参与できるように前記電解質層８０と接触する。前記触媒層２０は前記第２伝導性基板４０と一定の間隔で離隔されて前記第１伝導性基板１０の表面の上に形成され得る。前記電解質層８０が前記ヨウ化物系酸化還元電解質を含むと、前記触媒層２０は白金Ｐｔで形成され得る。
【００３６】
前記第３伝導性基板７０を通じて太陽光の中でスペクトルの分布が相異なる光が前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とへ入射されれば、前記第１及び第２染料物質５４、５６の電子は入射された光によって励起（ｅｘｃｉｔｅｄ）されて前記第１又は第２酸化物半導体粒子５３、５５の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）へ注入された後、前記第２又は第３伝導性基板４０、７０、所定の負荷Ｌ（ｌｏａｄ）、及び前記第１伝導性基板１０を経由して前記電解質層８０で還元される。このような過程は前記染料感応太陽電池１００の電子循環体系と称される。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、前記染料感応太陽電池１００は前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とを通じてスペクトルの分布が相異なる光を吸収することができる。即ち、前記染料感応太陽電池１００は前記第１光電変換部５１を通じて入射された光の一部を吸収し、前記第１光電変換部５１で吸収されなかった光の一部を前記第２光電変換部５２を通じて吸収することができる。このように前記第１光電変換部５１と前記第２光電変換部５２とを通じて吸収された光は各々前記第３伝導性基板７０と前記第２伝導性基板４０とを経由して合わせて電解質の還元過程に使われ得る。その結果、前記染料感応太陽電池１００に吸収される波長の領域を広くして前記染料感応太陽電池１００のエネルギー変換効率を最大化され得り、これを通じて高効率の前記染料感応太陽電池１００を製作できる。
【００３８】
一方、電解質の還元過程又は前記染料感応太陽電池１００の電子循環過程が持続的に行われるためには、前記光電変換部５０で電子を失ったイオンが還元過程が行う前記触媒層２０へ拡散されなければならない。このため、本発明の一実施形態によれば、前記光電変換部５０と前記触媒層２０との間に配置される前記第２伝導性基板４０は少なくとも１つの貫通ホール４２を有する。
【００３９】
前記複数の貫通ホール４２は前記第２伝導性基板４０の一部領域の内で規則的に配列され得る。図３Ａに図示したように、前記貫通ホール４２が規則的に形成されるとき、１つの貫通ホール４２とそれと隣接する貫通ホール４２との間の相対的位置及び距離がは平行でない２つのベクトルａ、ｂによって表現できる。また、複数の隣接する他の貫通ホール４２の間の相対的位置及び距離がは前記２つのベクトルａ、ｂによって同様に表現できる。このように、前記貫通ホール４２が前記第２伝導性基板４０の内に規則的に配列される場合、前記イオンが前記触媒層２０へ均一に拡散され得る。その結果、還元過程が均一であり、効率的に行われるので、製品の光電性能（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が向上され得る。
【００４０】
一方、前記第２伝導性基板４０の内に形成される全ての貫通ホール４２の配置は所定のベクトルで構成されるベクトル集合を含む複数のベクトル集合によって実質的に完全に表現できる。前記貫通ホール４２の配置を定義する前記ベクトル集合の数が増加する場合、前記貫通ホール４２は減少された規則性を有し、配置されるか、或いは無作為的に配置され得る。即ち、前記貫通ホール４２の配置での規則性水準は多様であり得る。前記貫通ホール４２の幅は前記第１及び第２酸化物半導体粒子５３、５５の平均直径より小さいか、或いはその数倍であり得る。例えば、前記貫通ホール４２の幅は約数ナノメーター乃至数センチメーターであり得る。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、図３Ａに図示したように、前記第２伝導性基板４０は前記貫通ホール４２を除外した全ての領域で実質的に均一な厚さに形成され得る。これとは異なるように、図３Ｂに図示したように、前記第２伝導性基板４０はその上面から延長される少なくとも１つの突出部４５を包含できる。しかし、前記突出部４５は図３Ｂに示した実施形態から多様に変形できる。例えば、前記突出部４５は前記第２伝導性基板４０の下面から下方へ延長される部分又は前記第２伝導性基板４０の上面から上方へ延長される部分の中で少なくとも１つを包含できる。また、前記突出部４５が配置される位置及び厚さもやはり多様に変形できる。
【００４２】
図４に図示したように、前記貫通ホール４２は前記貫通ホール４２の位置を定義する少なくとも１つの開口部９５を含む蝕刻マスクＥＭを通じて前記第２伝導性基板４０用金属膜が蝕刻９９されて形成され得る。例えば、前記食刻は前記第２伝導性基板４０用金属膜の上面又は下面の中で少なくとも１つの面を食刻する湿式蝕刻（ｗｅｔ ｅｔｃｈ）であり得る。
【００４３】
前記蝕刻マスクＥＭは再使用できる物質、例えば、高分子化合物又はセラミックで形成され得る。このように再使用できる蝕刻マスクを使用すれば、前記貫通ホール４２を有する第２伝導性基板４０の準備費用が節減できるのみでなく前記貫通ホール４２の位置が製造される染料感応太陽電池の全てで実質的に同一であり得る。前記貫通ホール４２の位置的変異（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）減少は、製造される染料感応太陽電池の製品特性での均一性を向上させ得る。
【００４４】
図５乃至図８は本発明の他の実施形態による染料感応太陽電池の断面図である。説明を簡単にするために、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明された実施形態と重複される技術的特徴に対する説明は省略される。
【００４５】
図５乃至図７を参照すれば、触媒層２０と第３伝導性基板７０との間には第１支持体８２又は第２支持体８４の中で少なくとも１つがさらに配置され得る。具体的に、図５に図示したように、前記第１支持体８２が前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間に配置され得る。図６に図示したように、前記第２支持体８４が前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間に配置され得る。図７に図示したように、前記第１支持体８２が前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間に配置され、前記第２支持体８４が前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との間に配置され得る。
【００４６】
前記第１支持体８２は前記触媒層２０から前記第２伝導性基板４０を物理的／電気的に離隔させるスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）であり得る。前記第１支持体８２は絶縁性物質、例えば、ガラス、セラミック又はプラスチックで形成され得る。前記第１支持体８２はボール（ｂａｌｌ）又はバー（ｂａｒ）形状を有することができる。ここで、前記第１支持体８２はバー形状で図示された。しかし、前記第１支持体８２の物質及び形状は多様に変形できる。
【００４７】
このような絶縁性の前記第１支持体８２によって、前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との直接的な接触（即ち、電気的ショート）が予防でき、前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間の間隔が一定に維持され得る。これにしたがって、前記第３伝導性基板７０又は前記第１伝導性基板１０へ外力が作用する場合にも、電気的ショートによる製品損傷が予防できる。
【００４８】
これとは異なるように、前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４は多孔質の絶縁性物質で形成され得る。例えば、前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４は微細な吸収孔（ｐｏｒｅｓ）（図示せず）を有する高分子物質又はセラミックであり得る。このような実施形態によれば、電解質層８０は前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４の吸収孔を満たしながら前記触媒層２０と前記第３伝導性基板７０との間に介在され得る。即ち、前記電解質層８０は前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４へ含浸（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅ）され得る。
【００４９】
一実施形態によれば、前記光電変換部５０で電子を失ったイオンが還元過程が行う前記触媒層２０へ拡散できるように、前記第１支持体８２の吸収孔は連続的に連結され得る。
【００５０】
図８を参照すれば、貫通ホール４２は図１及び図２を参照して説明された実施形態のそれとは異なる構造の第２伝導性基板４０によって提供され得る。この時、前記第２伝導性基板４０は交差しながら織られたワイヤー（ｉｎｔｅｒｃｒｏｓｓｅｄ ａｎｄ ｗｏｖｅｎ ｗｉｒｅｓ）を含むメッシュ構造体（ｍｅｓｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、粉末が互に連結された焼結体（ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、多孔質の伝導性物質層及びナノチューブ（ｎａｎｏ ｔｕｂｅ）を含む導電性膜の中で少なくともいずれか１つであり得る。
【００５１】
図８のように変形された実施形態によれば、前記第２伝導性基板４０の上面又は下面は局所的に扁平できないこともあり得る。即ち、前記第２伝導性基板４０の厚さは位置にしたがって異なり得り、このような厚さの不均一であることは第１封止材３０及び第２封止材６０の間でも表れ得る。この時、電解質層８０が漏出されることを防止するために、前記第１封止材３０及び前記第２封止材６０と前記第２伝導性基板４０との間には良好な接着特性を有することができる。
【００５２】
これに加えて、図１、図４乃至図８に図示したように、前記貫通ホール４２は、前記第１封止材３０及び前記第２封止材６０の間に介在される、前記第２伝導性基板４０の縁領域には形成されないこともあり得る。即ち、前記第２伝導性基板４０の縁の領域は前記貫通ホール４２がない扁平な膜であり得る。この場合、前記電解質層８０の外部流出が効果的に抑制され得る。
【００５３】
一方、図示せずが、図８で前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間又は前記第２伝導性基板４０と前記第３伝導性基板７０との中で少なくとも１つに前記第１支持体８２又は前記第２支持体８４がさらに配置され得る。
【００５４】
また、前記第３伝導性基板７０は前記電解質層８０を注入するための注入口（図示せず）をさらに包含できる。前記注入口は前記電解質層８０が形成された後、密封される。
【００５５】
これに加えて、図４乃至図８において、前記第１伝導性基板１０、前記第２伝導性基板４０及び前記第３伝導性基板７０の厚さ調節を通じて図２のように柔軟性を有する染料感応太陽電池を製作できるのは勿論である。
【００５６】
本発明の一実施形態では前記第１封止材３０が前記触媒層２０と前記第２伝導性基板４０との間に配置されることとして説明したが、これとは異なるように前記第１封止材３０は一側は前記第１伝導性基板１０と接触し、他側は前記第２伝導性基板４０と接触して前記第１伝導性基板１０と前記第２伝導性基板４０との間に配置され得る。
【００５７】
本発明は上述した実施形態及び添付された図面によって限定されることではなく、添付された請求の範囲によって限定しようとする。したがって、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で当該技術分野の通常の知識を有する者によって多様な形態の置換、変形及び変更ができることであり、これは本発明の範囲に属するべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 第１伝導性基板
２０ 触媒層
３０ 第１封止材
４０ 第２伝導性基板
４２ 貫通ホール
４５ 突出部
５０ 光電変換部
５１ 第１光電変換部
５２ 第２光電変換部
５３ 第１酸化物半導体粒子
５４ 第１染料物質
５３ 第１酸化物半導体粒子
５６ 第２染料物質
６０ 第２封止材
７０ 第３伝導性基板
８０ 電解質層
８２ 第１支持体
８４ 第２支持体
９０ ワイヤー
９５ 開口部
１００ 染料感応太陽電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互に対向された第１伝導性基板及び第３伝導性基板と、
前記第３伝導性基板と対向され、少なくとも１つの貫通ホールを有しながら前記第１伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置された第２伝導性基板と、
前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置され、前記第３伝導性基板と接触する第１光電変換部及び前記第２伝導性基板と接触する第２光電変換部を含む光電変換部と、
前記第２伝導性基板と離隔されて前記第１伝導性基板の上に配置された触媒層と、
前記触媒層と前記第３伝導性基板との間に介在された電解質層と、を含む染料感応太陽電池。
【請求項２】
前記光電変換部は酸化物半導体粒子及び前記酸化物半導体粒子に吸着され、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とで吸収するスペクトルの分布が相異なる染料物質を含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項３】
前記第２伝導性基板は前記貫通ホール以外の領域で均一な厚さを有する金属薄膜又は金属ホイルである請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項４】
前記第２伝導性基板はその上面又はその下面の中で少なくとも１つから延長される少なくとも１つの突出部をさらに含む請求項3に記載の染料感応太陽電池。
【請求項５】
前記第２伝導性基板は交差しながら織られたワイヤーを含むメッシュ構造体、粉末が互に連結された焼結体、多孔質の伝導性物質層及びナノチューブを含む導電性膜の中で少なくとも１つである請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項６】
前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板とは電気的に連結される請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項７】
前記触媒層と前記第２伝導性基板との間、又は前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間の中で少なくとも１つに配置される絶縁性支持体をさらに含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項８】
前記絶縁性支持体は多孔質絶縁性物質を含み、前記電解質層は前記多孔質絶縁性物質の絶縁性支持体に含浸される請求項7に記載の染料感応太陽電池。
【請求項９】
前記第１伝導性基板と前記第２伝導性基板との間の縁に配置される第１封止材と、
前記第２伝導性基板の上の縁に配置される第２封止材を前記第２封止材と、をさらに含み、
前記貫通ホールは前記第１封止材及び前記第２封止材の間の領域を除外した前記第２伝導性基板の内に形成される請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１】
互に対向された第１伝導性基板及び第３伝導性基板と、
前記第３伝導性基板と対向され、少なくとも１つの貫通ホールを有しながら前記第１伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置された第２伝導性基板と、
前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間に配置され、前記第３伝導性基板と接触する第１光電変換部及び前記第２伝導性基板と接触する第２光電変換部を含む光電変換部と、
前記第２伝導性基板と離隔されて前記第１伝導性基板の上に配置された触媒層と、
前記触媒層と前記第３伝導性基板との間に介在された電解質層と、を含む染料感応太陽電池。
【請求項２】
前記光電変換部は酸化物半導体粒子及び前記酸化物半導体粒子に吸着され、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とで吸収するスペクトルの分布が相異なる染料物質を含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項３】
前記第２伝導性基板は前記貫通ホール以外の領域で均一な厚さを有する金属薄膜又は金属ホイルである請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項４】
前記第２伝導性基板はその上面又はその下面の中で少なくとも１つから延長される少なくとも１つの突出部をさらに含む請求項3に記載の染料感応太陽電池。
【請求項５】
前記第２伝導性基板は交差しながら織られたワイヤーを含むメッシュ構造体、粉末が互に連結された焼結体、多孔質の伝導性物質層及びナノチューブを含む導電性膜の中で少なくとも１つである請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項６】
前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板とは電気的に連結される請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項７】
前記触媒層と前記第２伝導性基板との間、又は前記第２伝導性基板と前記第３伝導性基板との間の中で少なくとも１つに配置される絶縁性支持体をさらに含む請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項８】
前記絶縁性支持体は多孔質絶縁性物質を含み、前記電解質層は前記多孔質絶縁性物質の絶縁性支持体に含浸される請求項7に記載の染料感応太陽電池。
【請求項９】
前記第１伝導性基板と前記第２伝導性基板との間の縁に配置される第１封止材と、
前記第２伝導性基板の上の縁に配置される第２封止材を前記第２封止材と、をさらに含み、
前記貫通ホールは前記第１封止材及び前記第２封止材の間の領域を除外した前記第２伝導性基板の内に形成される請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７４６８５（Ｐ２０１２−１７４６８５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９１３１（Ｐ２０１２−９１３１）
【出願日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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