KR20170089719A - Scattering layer for dye-sensitized solar cell, and preparing method of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a scattering layer for a dye-sensitized solar cell, which includes the steps of: forming a photoelectrode on a conductive transparent substrate; forming a polymer colloid particle mask layer by spraying a polymer colloid solution on the photoelectrode; and forming the scattering layer in a surface pattern shape by forming a pattern on the surface of the photoelectrode by etching the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer, and the scattering layer for a dye-sensitized solar cell manufactured by the manufacturing method. Accordingly, the present invention can maximize the amount of light transmitted to the solar cell.

Description

염료감응 태양전지용 산란층, 및 이의 제조 방법{SCATTERING LAYER FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL, AND PREPARING METHOD OF THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scattering layer for a dye-sensitized solar cell,

본원은, 표면 패턴 형태를 갖는 염료감응 태양전지용 산란층, 및 상기 산란층의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a scattering layer for a dye-sensitized solar cell having a surface pattern form, and a method for producing the scattering layer.

일반적으로 태양전지는 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자이다. 태양전지는 무한한 에너지원인 태양광을 이용해 전기를 생산하는 도구로서, 이미 우리 생활에 널리 이용되고 있는 실리콘 태양전지가 대표적이며, 최근 차세대 태양전지로서 염료감응 태양전지가 연구되고 있다.Generally, a solar cell is a device that converts solar light energy into electric energy. A solar cell is a tool for producing electricity using sunlight, which is an infinite energy source, and is a silicon solar cell already widely used in our life. Recently, a dye-sensitized solar cell has been studied as a next generation solar cell.

염료감응 태양전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의하여 발표된 것이 대표적이다 (미국등록특허 제 5,350,644 호 참조). 구조적인 측면에서, 염료감응 태양전지의 2 개의 전극 중 하나의 전극은 감광성 염료가 흡착되어 있는 반도체 산화물층이 형성된 전도성 투명 기재를 포함하는 광전극이며, 두 전극 사이의 공간에는 전해질이 채워져 있다.Dye-sensitized solar cells have been reported by Gratzel et al. In Switzerland (see U.S. Patent No. 5,350,644). In terms of the structure, one of the two electrodes of the dye-sensitized solar cell is a photoelectrode including a conductive transparent substrate having a semiconductor oxide layer on which a photosensitive dye is adsorbed, and the space between the two electrodes is filled with an electrolyte.

염료감응 태양전지의 작동 원리를 살펴보면, 태양에너지가 전극의 반도체 산화물층에 흡착된 감광성 염료에 의해 흡수됨으로써 광전자가 발생하며, 상기 광전자는 반도체 산화물층을 통해 전도되어 투명 전극이 형성된 전도성 투명 기재에 전달되고, 전자를 잃어 산화된 염료는 전해질에 포함된 산화·환원 쌍에 의해 환원된다. 한편, 외부 전선을 통하여 반대편 전극인 상대전극에 도달한 전자는 산화된 전해질의 산화·환원 쌍을 다시 환원시킴으로써 태양전지의 작동 과정을 완성한다.The operation principle of the dye-sensitized solar cell is as follows. The solar energy is absorbed by the photosensitive dye adsorbed on the semiconductor oxide layer of the electrode to generate photoelectrons. The photoelectrons are conducted through the semiconductor oxide layer to form a transparent transparent substrate The oxidized dyes transferred and lost electrons are reduced by the oxidation / reduction pairs contained in the electrolyte. On the other hand, the electrons reaching the counter electrode, which is the opposite electrode through the external electric wire, complete the operation of the solar cell by reducing the redox pair of the oxidized electrolyte again.

이때, 반도체 산화물층의 외부에 입사광을 산란시켜 발생 전류를 증가시키고 높은 광전변환 효율을 가지게 할 수 있는 광산란층을 설치할 수 있는데, 이러한 광산란층을 포함함으로써 광자를 가두는 효과에 의해 광 에너지가 증가하고 감광염료의 여기 효과가 증대되어 전류밀도의 상승을 동반하는 효과를 가질 수 있다. At this time, it is possible to provide a light scattering layer capable of increasing the generated current and having a high photoelectric conversion efficiency by scattering incident light to the outside of the semiconductor oxide layer. By including such a light scattering layer, the light energy is increased And the excitation effect of the photosensitive dye is increased, so that the effect of increasing the current density can be obtained.

종래에는 염료감응 태양전지의 산란층을 형성하기 위하여 TiO₂입자를 페이스트 형태로 만든 뒤 광전극 위에 도포하고 소결하는 방식을 이용하였다 (대한민국 등록특허 제 10-1038987 호 참조). 그러나 이와 같은 방식을 이용할 경우, 상기 산란층을 형성하는데 장시간이 소요되며, 산란층 내에 TiO₂입자가 불규칙하게 쌓여 있기 때문에 광전극에 빛이 입사되는 방향에 따라 반사되는 빛의 파장이 달라진다는 문제점이 있었다.Conventionally, in order to form a scattering layer of a dye-sensitized solar cell, a TiO 2 particle is formed into a paste form and then applied onto a photo electrode and sintered (see Korean Patent No. 10-1038987). However, when such a method is used, it takes a long time to form the scattering layer, and since the TiO 2 particles are irregularly accumulated in the scattering layer, there is a problem that the wavelength of the light reflected by the light electrode is changed depending on the direction there was.

이에, 본원은 표면 패턴 형태를 갖는 염료감응 태양전지용 산란층, 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention provides a scattering layer for a dye-sensitized solar cell having a surface pattern, and a method for producing the same.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법을 제공한다:A first aspect of the present invention provides a method of making a scattering layer for a dye-sensitized solar cell, comprising:

전도성 투명 기재상에 광전극을 형성하는 단계;Forming a photoelectrode on the conductive transparent substrate;

상기 광전극상에 고분자 콜로이드 용액을 도포하여 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 형성하는 단계; 및Forming a polymer colloid particle mask layer by applying a polymer colloid solution onto the photoelectrode; And

상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하여 상기 광전극 표면에 패턴을 형성함으로써 표면 패턴 형태의 산란층을 형성하는 단계.Forming a scattering layer in the form of a surface pattern by etching the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer to form a pattern on the surface of the photoelectrode.

본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는, 염료감응 태양전지용 산란층을 제공한다:A second aspect of the present invention provides a scattering layer for a dye-sensitized solar cell comprising:

광전극의 표면에 형성된 표면 패턴 형태의 산란층을 포함하며, 상기 표면 패턴 형태의 산란층은 상기 광전극과 일체형의 구조를 갖는 것이고,And a scattering layer in the form of a surface pattern formed on the surface of the photoelectrode, wherein the scattering layer in the form of a surface pattern has a structure integral with the photoelectrode,

본원의 제 1 측면에 따라 제조됨.Produced according to the first aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층은 콜로이드 입자 배열을 마스크로서 이용한 패터닝 (colloidal lithography) 방법을 사용하여 광전극 표면에 패턴을 형성하고 이를 산란층으로서 적용하는 것으로서, 이는 기존의 입자 기반으로 제조된 태양전지용 산란층에 비하여 마스크로서 활용되는 입자의 크기를 제어함으로써 산란층의 패턴의 너비를 용이하게 제어할 수 있으며, 식각의 강도 또는 적용시간에 의해 패턴의 단차를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 이러한 산란층 패턴의 기하학적인 형태를 용이하게 제어함으로써, 태양전지 내의 빛의 경로를 조절하여 전지 내로 전송되는 빛의 양을 최대화하도록 설계할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a scattering layer for a dye-sensitized solar cell uses a colloidal lithography method using a colloidal particle array as a mask to form a pattern on the surface of a photoelectrode and applies it as a scattering layer, The width of the pattern of the scattering layer can be easily controlled by controlling the particle size used as a mask as compared with the particle-based scattering layer for a solar cell, and the step of the pattern can be easily controlled by the intensity of the etching or the application time There is an effect that can be done. By easily controlling the geometry of the scattering layer pattern, the path of light in the solar cell can be controlled to maximize the amount of light transmitted into the cell.

본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층은 기존의 입자 기반으로 제조된 산란층에 비하여 제조과정에서 별도의 소결과정을 필요로 하지 않으므로 열처리에 의한 투명성 감소를 최소화시킬 수 있어, 기존의 산란층 대비 투명한 산란층을 제공할 수 있는 효과가 있다.In one embodiment of the present invention, the scattering layer for a dye-sensitized solar cell does not require a separate sintering process in the manufacturing process as compared with the conventional particle-based scattering layer, so that the decrease in transparency due to heat treatment can be minimized, It is possible to provide a transparent scattering layer with respect to the scattering layer.

본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층은 광전극 상에 콜로이드 입자를 배열하여 이를 마스크로서 사용하여 상기 광전극 상에 패턴을 형성할 수 있는 것으로서, 단순하고 용이한 방법에 의하여 광전극과 일체형을 이루는 산란층을 제조할 수 있는 효과가 있다.In one embodiment of the present invention, a scattering layer for a dye-sensitized solar cell can form a pattern on the photoelectrode by arranging colloid particles on the photoelectrode and using the colloid particles as a mask, It is possible to produce a scattering layer which is integrated with the electrode.

본원의 일 구현예에 따라 형성된 산란층이 염료감응 태양전지용 광전극에 포함되는 경우, 상기 산란층은 상기 광전극에 조사된 빛의 양 대비 방출되는 전자의 수를 특정한 파장에서 일정하게 유지되도록 하는 역할을 담당할 수 있기 때문에, 결과적으로 상기 광전극의 전류밀도가 증가되도록 할 수 있다.When the scattering layer formed in accordance with an embodiment of the present invention is included in the photoelectrode for a dye-sensitized solar cell, the scattering layer is formed such that the number of electrons emitted relative to the amount of light irradiated to the photoelectrode is kept constant at a specific wavelength As a result, the current density of the optical electrode can be increased.

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조 방법을 도시한 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층의 표면 및 단면을 고배율로 촬영한 전자 현미경 사진이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층의 자외선-가시광선 투과도를 측정한 그래프이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층을 염료감응 태양전지에 적용한 경우 전류-전압 관계를 측정한 그래프이다.
1 is a schematic view showing a method of manufacturing a scattering layer for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are electron micrographs taken at high magnification on the surface and cross-section of the scattering layer for a dye-sensitized solar cell in one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing ultraviolet-visible light transmittance of a scattering layer for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating current-voltage relationships when a scattering layer for a dye-sensitized solar cell is applied to a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a section is referred to as "including " an element, it is understood that it does not exclude other elements, but may include other elements.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination thereof" included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.

본원의 제 1 측면은, 하기를 포함하는, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법을 제공한다:A first aspect of the present invention provides a method of making a scattering layer for a dye-sensitized solar cell, comprising:

전도성 투명 기재상에 광전극을 형성하는 단계;Forming a photoelectrode on the conductive transparent substrate;

상기 광전극상에 고분자 콜로이드 용액을 도포하여 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 형성하는 단계; 및Forming a polymer colloid particle mask layer by applying a polymer colloid solution onto the photoelectrode; And

상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하여 상기 광전극 표면에 패턴을 형성함으로써 표면 패턴 형태의 산란층을 형성하는 단계.Forming a scattering layer in the form of a surface pattern by etching the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer to form a pattern on the surface of the photoelectrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광전극은 Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the photoelectrode is made of at least one of Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, But are not limited to, oxides of metals selected from the group consisting of:

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 형성하는 단계는, 상기 고분자 콜로이드 용액을 상기 광전극 표면에 도포하여 상기 고분자 콜로이드 입자의 자기조립 단층을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the step of forming the polymer colloid particle mask layer may include forming the self-assembled monolayer of the polymer colloid particles by applying the polymer colloid solution to the surface of the photo electrode, But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠(PS/DVB = polystyrene/divinylbenzene), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the polymeric colloid particles are selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / polydivinylbenzene (PS / DVB = polystyrene / divinylbenzene) (PBMA), and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자의 크기는 약 100 nm 내지 약 10 μm 인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment herein, the size of the polymeric colloidal particles may be from about 100 nm to about 10 μm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도포는, 스핀코팅, 닥터블레이드법, 랭뮤어(Langmuir) 코팅 또는 랭뮤어 블로젯(Langmuir-Blodgett) 코팅에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the application may be performed by a spin coating, a doctor blade method, a Langmuir coating or a Langmuir-Blodgett coating, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하는 것은, 상기 광전극 상에 배열된 상기 고분자 콜로이드 입자 사이의 노출된 곳을 식각함으로써 상기 광전극 표면을 식각하여 상기 광전극 표면에 패턴을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, etching the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer may include etching the exposed portion between the polymer colloid particles arranged on the photoelectrode, And forming a pattern on the surface of the photoelectrode by etching. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하는 것은, 반응성 이온 식각, 플라즈마 식각, 또는 용액 식각에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, etching the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer may be performed by reactive ion etching, plasma etching, or solution etching, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용한 식각 시간 또는 강도를 조절하여 상기 광전극에 형성되는 표면 패턴의 단차가 제어되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the step of the surface pattern formed on the photoelectrode may be controlled by controlling the etching time or intensity using the polymer colloid particle mask layer, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 용액의 고분자 콜로이드 입자의 크기에 의해 상기 광전극에 형성된 상기 표면 패턴의 너비가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the width of the surface pattern formed on the photoelectrode may be controlled by the size of the polymer colloid particles of the polymer colloid solution, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 표면 패턴 형태의 산란층 형성 후, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 제거하는 단계를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the step of removing the polymer colloid particle mask layer may be further added after formation of the scattering layer in the form of the surface pattern, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 콜로이드 입자 배열을 마스크로서 이용한 패터닝 (colloidal lithography) 방법을 사용하여 광전극 표면에 패턴을 형성하고 이를 산란층으로서 적용하는 경우, 기존의 입자 기반으로 제조된 태양전지용 산란층에 비하여 산란층의 패턴의 너비, 단차를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 구체적으로 마스크로서 활용되는 입자의 크기에 따라 산란층 패턴의 너비를 제어할 수 있으며, 식각 강도 또는 적용시간에 의하여 패턴의 단차를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.In one embodiment of the present invention, when a pattern is formed on the surface of a photoelectrode using a colloidal lithography method using a colloidal particle array as a mask and applied as a scattering layer, The width and the step of the pattern of the scattering layer can be easily controlled. Specifically, the width of the scattering layer pattern can be controlled according to the size of the particles used as a mask, and the step of the pattern can be easily controlled by the etching strength or the application time.

본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층은 별도의 소결과정을 요하지 않아, 기존의 입자 기반으로 제조된 태양전지용 산란층에 비하여 투명도가 우수하다. 특히, 기존의 산란층은 수백 나노미터 수준의 입자가 수 층으로 코팅되어 있으므로 불투명성이 증가하였으나, 본원의 일 구현예에 따른 산란층은 광전극과 일체를 이루어 패턴이 형성된 것이므로 투명도가 우수하다.In one embodiment of the present invention, the scattering layer for a dye-sensitized solar cell does not require a separate sintering process and is superior in transparency compared to a conventional scattering layer for a solar cell. In particular, the conventional scattering layer has increased opacity because particles of a few hundred nanometers are coated with a few layers. However, the scattering layer according to one embodiment of the present invention is excellent in transparency since a pattern is formed integrally with the photoelectrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층은 광전극 상에 콜로이드 입자를 배열하여 이를 마스크로서 사용하여 상기 광전극 상에 패턴을 형성할 수 있는 것으로서, 광전극과 일체형을 이루는 산란층을 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.In one embodiment of the present invention, the scattering layer for a dye-sensitized solar cell can form a pattern on the photoelectrode by arranging colloidal particles on the photoelectrode and using the colloid particles as a mask, Can be easily manufactured.

본원의 제 2 측면은, 광전극의 표면에 형성된 표면 패턴 형태의 산란층을 포함하며, 상기 표면 패턴 형태의 산란층은 상기 광전극과 일체형의 구조를 갖는 것이고, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는, 염료감응 태양전지용 산란층을 제공한다. The second aspect of the present invention includes a scattering layer in the form of a surface pattern formed on the surface of a photoelectrode, wherein the scattering layer in the form of a surface pattern has a structure integral with the photoelectrode, To provide a scattering layer for a dye-sensitized solar cell.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법을 도시한 개략도이다. 도 1 에 나타낸 본원의 일 구현예에 따른 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법은, 전도성 투명 기재(100) 상에 광전극(200)을 형성하는 단계; 상기 광전극(200) 상에 고분자 콜로이드 용액을 도포하여 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 형성하는 단계; 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 식각하여 상기 광전극(200) 표면에 패턴(210)을 형성함으로써 표면 패턴 형태의 산란층(220)을 형성하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a scattering layer for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. The method for fabricating a scattering layer for a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes: forming a photo electrode 200 on a conductive transparent substrate 100; Forming a polymer colloid particle mask layer 300 by applying a polymer colloid solution on the photoelectrode 200; Forming a scattering layer 220 in the form of a surface pattern by forming a pattern 210 on the surface of the photoelectrode 200 by etching the polymer colloid particle mask layer 300, no.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 투명 기재(100)는 당업계에 공지된 것들을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 전도성 투명 기재(100)는 투명 기재상에 전도성 투명 산화물 또는 금속을 포함하는 전도성 투명 전극을 증착하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 유연성을 갖는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 기재로 사용할 수 있는 투명 고분자 기재의 재료로는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the conductive transparent substrate 100 can be formed using any of those known in the art without any particular limitation. The conductive transparent substrate 100 may be manufactured by depositing a conductive transparent electrode containing a conductive transparent oxide or a metal on a transparent substrate, but the present invention is not limited thereto. The transparent material may be any material having transparency so that external light can be incident thereon, without any particular limitation. For example, a glass material or a transparent polymer material having flexibility may be used. Examples of the material of the transparent polymer base material usable as the transparent material include polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC) , Triacetyl cellulose (TAC), and copolymers thereof, but are not limited thereto.

상기 전도성 투명 산화물은, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속 산화물을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 투명 전극은, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive transparent oxide is indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2), ZnO-Ga 2 O 3, ZnO- Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and mixtures thereof. For example, the conductive transparent electrode may include, but is not limited to, tin oxide (SnO 2 ) having excellent conductivity, transparency, and heat resistance, or indium tin oxide (ITO), which is inexpensive.

상기 전도성 투명 기재(100)는, 태양광과 같은 빛이 투과되어 내부로 입사됨으로써 계층형 다공성 광전극으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원을 설명하는 명세서에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100% 인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.The conductive transparent substrate 100 is designed to be used as a layered porous photoelectrode by transmitting light such as sunlight and entering the inside. Incidentally, the meaning of the word "transparent" in the description of the present invention includes not only the case where the light transmittance of the material is 100% but also the case where the light transmittance is high.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 투명 기재(100) 상에는 광전극(200)을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the photoelectrode 200 may be formed on the conductive transparent substrate 100.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광전극(200)은 Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the photoelectrode 200 is formed of a material selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, But are not limited to, oxides of metals selected from the group consisting of combinations thereof.

상기 전도성 투명 기재(100) 상의 광전극(200)은 상기한 바와 같은 금속 산화물, 예를 들어, 반도체성 금속 산화물의 나노입자를 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 산화물의 나노입자를 적절한 용매에 분산시키고 필요한 경우 분산제를 첨가하여 상기 나노입자를 함유하는 분산액을 전도성 투명 기재상에 도포하여 건조시켜 다공성 금속 산화물 구조체를 포함하는 광전극을 제조할 수 있다. 또는, 나노입자 형태가 아닌 상기 금속 산화물을 함유하는 분산액을 전도성 투명 기재상에 도포하여 건조시켜 다공성 금속 산화물 구조체를 포함하는 광전극을 제조할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도포 방법은 특별히 제한되지 않으며, 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이드 법, 랭뮤어(Langmuir) 코팅 또는 랭뮤어 블로젯(Langmuir-Blodgett) 코팅 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이후, 적절한 염료를 포함하는 용액을 도포하여 상기 다공성 금속 산화물 구조체에 상기 염료를 흡착시켜 염료감응 태양전지용 광전극을 완성할 수 있다.The photoelectrode 200 on the conductive transparent substrate 100 may be formed using nanoparticles of a metal oxide, for example, a semiconductive metal oxide, as described above, but the present invention is not limited thereto. For example, the nanoparticles of the metal oxide may be dispersed in an appropriate solvent, and if necessary, a dispersant may be added to disperse the nanoparticles on the conductive transparent substrate, followed by drying to form a photoelectrode including the porous metal oxide structure can do. Alternatively, a dispersion containing the metal oxide not in the form of nanoparticles may be applied on the conductive transparent substrate and dried to form the photo electrode including the porous metal oxide structure. However, the present invention is not limited thereto. The coating method is not particularly limited and may be, but not limited to, spin coating, dip coating, doctor blade coating, Langmuir coating or Langmuir-Blodgett coating. Thereafter, a solution containing an appropriate dye is applied, and the dye is adsorbed on the porous metal oxide structure, thereby completing the photoelectrode for a dye-sensitized solar cell.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전도성 기재(100) 상에는 차단층(미도시)이 형성되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, a blocking layer (not shown) may be formed on the transparent conductive substrate 100, but the present invention is not limited thereto.

상기 차단층은 투명 전도성 기재(100) 상에 산화물을 일정한 두께로 코팅하여 형성할 수 있다. 상기 차단층은 상기 투명 전도성 기재(100) 상에 당업계에 공지된 물질을 공지된 방법으로 코팅하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 차단층은 증착, 전기 분해, 또는 습식법에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 차단층의 재료, 및 상기 차단층을 형성하기 위한 열처리 횟수나 조건 등은 본원의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 차단층은, Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 차단층은 상기 전도성 투명 기재(100)와 상기 광전극(200) 사이에 접착력을 강화하는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 차단층은, 전도성 투명 기재를 약 40 mM TiCl4 수용액에 담근 후 약 70℃ 오븐에 약 30 분간 놓아두는 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The barrier layer may be formed by coating an oxide on the transparent conductive substrate 100 to a predetermined thickness. The blocking layer may be formed on the transparent conductive substrate 100 by coating a material known in the art with a known method. For example, the barrier layer may be formed by vapor deposition, electrolysis, or a wet process, but is not limited thereto. The material of the barrier layer, and the number of times of heat treatment for forming the barrier layer, conditions, and the like can be variously modified within the scope of achieving the object of the present invention. For example, the barrier layer may be formed of a material selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, But may be, but not limited to, an oxide of a selected metal. The barrier layer enhances adhesion between the conductive transparent substrate 100 and the optical electrode 200. For example, the barrier layer can be formed by immersing the conductive transparent substrate in an aqueous solution of about 40 mM TiCl 4 , and then placing it in an oven at about 70 ° C for about 30 minutes, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광전극(200) 상에는 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 형성할 수 있다. 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 형성하는 단계는, 상기 고분자 콜로이드 용액을 상기 광전극(200) 표면에 코팅하여 상기 고분자 콜로이드 입자(230)의 자기조립 단층을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the polymer colloid particle mask layer 300 may be formed on the photoelectrode 200. The step of forming the polymeric colloid particle mask layer 300 may include coating the polymeric colloid solution on the surface of the photoelectrode 200 to form a self-assembled monolayer of the polymeric colloid particles 230 , But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자(230)는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠(PS/DVB = polystyrene/divinylbenzene), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠) (PBMA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 다른 구현예에 있어서, 콜로이드 입자(230)로서 실리카와 같은 산화물 콜로이드 입자를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the polymeric colloid particles 230 may be selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / polydivinylbenzene (PS / DVB) (Butyl methacrylate-divinylbenzene) (PBMA), and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto. In other embodiments of the invention, colloidal particles 230 may be oxide colloid particles, such as silica, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자(230)의 크기는 약 100 nm 내지 약 10 μm 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자의 크기는 약 100 nm 내지 약 10 μm, 약 200 nm 내지 약 10 μm, 약 300 nm 내지 약 10 μm, 약 400 nm 내지 약 10 μm, 약 500 nm 내지 약 10 μm, 약 600 nm 내지 약 10 μm, 약 700 nm 내지 약 10 μm, 약 800 nm 내지 약 10 μm, 약 900 nm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 약 1 μm 내지 약 3 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 5 μm 내지 약 10 μm, 약 100 nm 내지 약 5 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 100 nm 내지 약 4 μm 약 100 nm 내지 약 2 μm, 약 100 nm 내지 약 1 μm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 200 μm의 크기를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the size of the polymeric colloid particles 230 may be about 100 nm to about 10 μm, but is not limited thereto. For example, the size of the colloidal particles may range from about 100 nm to about 10 μm, from about 200 nm to about 10 μm, from about 300 nm to about 10 μm, from about 400 nm to about 10 μm, from about 500 nm to about 10 μm, From about 800 nm to about 10 μm, from about 900 nm to about 10 μm, from about 1 μm to about 10 μm, from about 1 μm to about 5 μm, from about 600 nm to about 10 μm, from about 700 nm to about 10 μm, from about 800 nm to about 10 μm, from about 2 μm to about 10 μm, from about 2 μm to about 10 μm, from about 5 μm to about 10 μm, from about 100 nm to about 5 μm, from about 2 μm to about 10 μm, from about 2 μm to about 10 μm, But is not limited to, having a size of from about 4 μm to about 100 nm to about 2 μm, from about 100 nm to about 1 μm, from about 100 nm to about 500 nm, or from about 100 nm to about 200 μm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자(230)를 포함하는 고분자 콜로이드 용액을 형성하는 것은, 스티렌(styrene)과 같은 고분자의 입자 약 10 g을 약 100 mL 의 황산칼륨 1 wt% 용액에 분산시켜 에멀젼 고분자 중합하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the polymer colloid solution containing the polymer colloid particles 230 is formed by mixing about 10 g of particles of a polymer such as styrene into about 100 mL of a 1 wt% solution of potassium sulfate Dispersed and emulsion polymerized, but not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 고분자 콜로이드 용액을 광전극(200) 표면에 코팅하는 단계는, 스핀코팅, 닥터블레이드법, 랭뮤어(Langmuir) 코팅 또는 랭뮤어 블로젯(Langmuir-Blodgett) 코팅에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the step of coating the polymer colloid solution on the surface of the photoelectrode 200 may be performed by a spin coating, a doctor blade method, a Langmuir coating or a Langmuir-Blodgett coating But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 고분자 콜로이드 용액을 광전극(200) 표면에 코팅하는 단계에서 고분자 콜로이드 입자(230)의 자기조립 단층을 형성할 수 있다. 본원에 있어서 상기 "자기조립(self-assembly)"이라는 용어는, 불규칙하게 배열되어 있던 입자가 건조 등의 단순한 공정을 거친 뒤에 정렬된 배열을 가지게 되는 것을 의미한다. 예를 들어, 상기 콜로이드 입자는 액적 내에 포함되어 있을 때에는 상기 액적 내에 균일하지 않게 분산되어 있으나, 이를 건조시키면 상기 입자 간의 간격이 없어지면서 촘촘한 면심입방구조로 배열되게 되는데, 이와 같은 현상을 상기 콜로이드 입자의 "자기조립"이 일어난 것으로 설명할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a self-assembled monolayer of the polymer colloid particles 230 may be formed in the step of coating the surface of the photoelectrode 200 with a polymer colloid solution. The term "self-assembly " as used herein means that the irregularly arranged particles have an aligned arrangement after a simple process such as drying. For example, when the colloidal particles are contained in the droplets, they are not uniformly dispersed in the droplets. However, when the colloidal particles are dried, the particles are arranged in a dense face-centered cubic structure with no gap between the particles. Can be explained as "self-assembly"

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 식각하여 상기 광전극(200) 표면에 패턴(210)을 형성하는 것은, 상기 광전극(200) 상에 배열된 상기 고분자 콜로이드 입자(230) 사이로 노출된 상기 광전극의 표면을 식각함으로써 상기 광전극(200) 표면에 패턴(210)을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 광전극(200)상에 배열된 고분자 콜로이드 입자(230)는, 광전극(200) 표면을 식각하는 과정에 있어서 상기 입자(230)와 상기 광전극(200)이 접촉하는 부분에 식각이 발생하는 것을 방지하는 마스크의 역할을 하며, 따라서 상기 입자(230)의 크기 또는 배열에 따라서 상기 광전극(200) 상에 형성되는 산란층 패턴(210)의 폭 또는 형상을 조절할 수 있는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, etching the polymeric colloid particle mask layer 300 to form the pattern 210 on the surface of the photoelectrode 200 may include forming a pattern 210 on the polymeric colloid 200, And forming the pattern 210 on the surface of the photoelectrode 200 by etching the surface of the photoelectrode exposed between the particles 230. However, the present invention is not limited thereto. The polymer colloid particles 230 arranged on the photoelectrode 200 may be etched at a portion where the particles 230 contact the photoelectrode 200 in the process of etching the surface of the photoelectrode 200 The width or shape of the scattering layer pattern 210 formed on the photoelectrode 200 may be controlled according to the size or arrangement of the particles 230. However, It is not.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 식각하는 것은, 반응성 이온 식각, 플라즈마 식각, 또는 용액식각에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 태양전지에서 광전극 표면 조직화에 따른 산란층(220) 형성은 전지의 효율향상에 중요한 영향을 미친다. 이러한 표면 패턴의 형성방법으로서 반응성 이온 식각, 사진 석판술에 의한 역피라미드 식각, 습식 식각을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 반응성 이온 식각은 SF6와 O2 가스를 이용하여 플라즈마에 의해 형성된 이온의 물리적 충돌과 화학적 반응을 동시에 진행시켜 식각하는 방법으로서 약 400 nm 내지 약 1,000 nm의 파장에서 평균 약 7% 미만의 반사도를 가지는 것이고, 역 피라미드 식각은 사진 석판술과 이방성 식각을 이용하여 광전극 표면에 역 피라미드를 형성하는 표면조직화 공정으로 약 400 nm 내지 약 1,000 nm의 파장에서 평균 약 8% 미만의 표면 반사도를 갖는 것이며, 습식 식각은 NaOH를 이용하여 단결정 실리콘의 결정 방향에 따른 비등방성 식각을 하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, etching the polymeric colloid particle mask layer 300 may be performed by reactive ion etching, plasma etching, or solution etching, but is not limited thereto. The formation of the scattering layer 220 according to the surface organization of the photoelectrode in the solar cell has an important effect on the improvement of the efficiency of the battery. As a method of forming such a surface pattern, reactive ion etching, inverted pyramid etching by photolithography, and wet etching may be used, but the present invention is not limited thereto. Specifically, the reactive ion etching is a method of simultaneously etching physical attack and chemical reaction of ions formed by plasma using SF 6 and O 2 gas, and etching is performed on an average of less than about 7% at a wavelength of about 400 nm to about 1,000 nm And reverse pyramid etching is a surface texturing process that forms an inverted pyramid on the surface of the photoelectrode using photolithography and anisotropic etching, and has an average surface reflectance of less than about 8% at a wavelength of about 400 nm to about 1,000 nm And the wet etching may be anisotropic etching depending on the crystal orientation of the single crystal silicon by using NaOH, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층의 식각 시간 또는 강도를 조절하여 상기 광전극에 형성된 상기 표면 패턴(210)의 단차가 제어되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 광전극의 표면에 형성되는 단차는 약 500 nm 내지 약 5 μm, 약 600 nm 내지 약 5 μm, 약 700 nm 내지 약 5 μm, 약 800 nm 내지 약 5 μm, 약 900 nm 내지 약 5 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 약 2 μm 내지 약 5 μm, 약 3 μm 내지 약 5 μm, 약 4 μm 내지 약 5 μm, 약 500 nm 내지 약 4 μm, 약 500 nm 내지 약 3 μm, 약 500 nm 내지 약 2 μm, 또는 약 500 nm 내지 약 1 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In an embodiment of the present invention, the step of the surface pattern 210 formed on the photoelectrode may be controlled by controlling the etching time or intensity of the polymer colloid particle mask layer, but the present invention is not limited thereto. Wherein the step formed on the surface of the photoelectrode is at least about 500 nm to about 5 占 퐉, about 600 nm to about 5 占 퐉, about 700 nm to about 5 占 퐉, about 800 nm to about 5 占 퐉, From about 2 탆 to about 5 탆, from about 3 탆 to about 5 탆, from about 4 탆 to about 5 탆, from about 500 nm to about 4 탆, from about 500 nm to about 3 탆, from about 500 nm to about 2 占 퐉, or about 500 nm to about 1 占 퐉.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 콜로이드 용액의 고분자 콜로이드 입자(230)의 크기에 의해 상기 광전극 표면 패턴(210)의 너비가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 콜로이드 입자의 크기에 따라 상기 광전극의 표면에 형성되는 표면 패턴(210)의 너비는 약 500 nm 내지 약 2 μm, 약 600 nm 내지 약 2 μm, 약 700 nm 내지 약 2 μm, 약 800 nm 내지 약 2 μm, 약 900 nm 내지 약 2 μm, 약 1 μm 내지 약 2 μm, 약 500 nm 내지 약 1.5 μm, 또는 약 500 nm 내지 약 1 μm 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the width of the photoelectrode surface pattern 210 may be controlled by the size of the polymer colloid particles 230 of the polymer colloid solution, but the present invention is not limited thereto. The width of the surface pattern 210 formed on the surface of the photoelectrode according to the size of the colloidal particles may be about 500 nm to about 2 μm, about 600 nm to about 2 μm, about 700 nm to about 2 μm, about 800 nm From about 500 nm to about 1.5 占 퐉, or from about 500 nm to about 1 占 퐉, but is not limited thereto.

상기 식각 공정에 의하여 패턴의 단차 또는 폭을 조절하는 경우, 식각 조건과 고분자 콜로이드 입자 마스크 층에 따라 광전극 표면 패턴의 다양한 형상과 크기가 조절될 수 있다. 예를 들면, 이온 식각 조건에서 진공도를 조절하는 경우, 고 진공하에서의 이온 식각이 우세하여 직각 형태의 패턴이 얻어질 수 있고, 저 진공에서는 언더컷이 발생할 수 있으므로, 둥근 형태의 패턴이 얻어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 고분자 콜로이드 입자 마스크층(300)의 식각 시에는 광전극 표면의 식각과 함께 고분자 콜로이드 입자(230)도 같이 식각될 수 있으므로 뒤집힌 컵 형상의 식각 패턴을 가질 수 있으며, 실리카 입자와 같이 무기물 입자를 사용하면 식각 속도가 느리므로 직각에 가까운 형태를 얻을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When the step or width of the pattern is controlled by the etching process, various shapes and sizes of the photoelectrode surface pattern can be adjusted according to the etching conditions and the polymer colloid particle mask layer. For example, when the degree of vacuum is adjusted under the ion etching condition, the ion etching under high vacuum is dominant, and a rectangular pattern can be obtained. In the case of low vacuum, undercutting can occur, so that a round pattern can be obtained , But is not limited thereto. In addition, when the polymer colloid particle mask layer 300 is etched, the polymer colloid particles 230 may be etched together with the etching of the surface of the photoelectrode, and thus may have an inverted cup-shaped pattern. In addition, It is possible to obtain a shape close to a right angle since the etching speed is slow, but the present invention is not limited thereto.

상기 식각에 의하여 광전극(200)의 표면에 형성되는 패턴(210)은 원기둥 형상, 역피라미드 형상, 선형상, 직육면체 형상, 팽이형상 및 컵 형상으로 구성되는 군에서 선택되는 형상을 가지는 3차원 구조체인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The pattern 210 formed on the surface of the photoelectrode 200 by the etching may be a three dimensional structure having a shape selected from the group consisting of a cylindrical shape, an inverted pyramid shape, a linear shape, a rectangular parallelepiped shape, But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 표면 패턴(210) 형태의 산란층(220) 형성 후, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 제거하는 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 식각 공정 후 상기 광전극(200) 표면의 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 제거하는 단계는 약 400℃ 이상, 예를 들어, 약 400℃ 내지 약 600℃, 또는 약 400℃ 내지 약 500℃에서 열처리로서 고분자 콜로이드 입자 마스크 층(300)을 제거하는 방법에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, after forming the scattering layer 220 in the form of the surface pattern 210, the step of removing the polymer colloid particle mask layer 300 may further include but is not limited to . The step of removing the polymer colloid particle mask layer 300 on the surface of the photoelectrode 200 after the etching process may be performed at a temperature of about 400 캜 or higher, for example, about 400 캜 to about 600 캜, or about 400 캜 to about 500 캜 But may be performed by a method of removing the polymer colloid particle mask layer 300 as a heat treatment, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 광전극의 표면에 형성된 표면 패턴 형태의 산란층을 포함하며, 상기 표면 패턴 형태의 산란층은 상기 광전극과 일체형의 구조를 갖는 것이고, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의하여 제조되는, 염료감응 태양전지용 산란층을 제공한다.The second aspect of the present invention includes a scattering layer in the form of a surface pattern formed on the surface of a photoelectrode, wherein the scattering layer in the form of a surface pattern has a structure integral with the photoelectrode, To provide a scattering layer for a dye-sensitized solar cell.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광전극(200) 표면에 직접 식각공정을 이용하여 표면 패턴(210)을 형성함으로써 산란층(220)을 형성하게 되어 광전극(200)과 산란층(220)이 일체형의 구조를 갖게 된다. 따라서, 산란층의 투명도가 높아지게 되어, 광투과도가 우수한 염료감응 태양전지를 제공할 수 있는 효과가 있다. 특히, 기존에는 기재 상에 콜로이드 입자를 주형층으로 사용하여 상기 주형에 금속 산화물을 충진하고, 상기 주형을 소결하여 제거함으로써 산란층을 형성하는 제조 방법을 일반적으로 사용하였다. 그러나 상기 산란층을 형성하기 위한 소결과정에서 고온에 의하여 투명도가 감소되는 문제가 있었다. 이와 관련하여, 본원의 일 구현예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 산란층은 입자기반의 제조공정에 따른 소결과정을 거치지 않으므로 광전극의 투명도를 손상시키지 않으면서 일체형의 산란층을 형성하는 효과가 있다. 아울러, 입자기반의 산란층의 형성은 입자의 크기에 따라 산란층의 기공의 크기를 조절할 수 있으나, 패턴을 조절하기는 용이하지 않았다. 그러나, 본원의 제조방법에 의해 제조된 산란층(220)은 표면 식각공정을 이용하여, 식각 공정의 시간 및 식각강도의 조절에 의하여 적절하게 통제된 표면 패턴을 제공할 수 있는 효과가 있다.The surface pattern 210 is formed on the surface of the photoelectrode 200 by using the direct etching process to form the scattering layer 220 so that the photoelectrode 200 and the scattering layer 220 are formed. Thereby having an integral structure. Accordingly, the transparency of the scattering layer is increased, and thus a dye-sensitized solar cell having excellent light transmittance can be provided. In particular, a manufacturing method of forming a scattering layer by using colloidal particles as a template layer on a substrate, filling the template with a metal oxide, and sintering and removing the template have been generally used. However, the sintering process for forming the scattering layer has a problem in that transparency is reduced due to high temperature. In this regard, since the scattering layer produced by the manufacturing method according to one embodiment of the present invention does not undergo sintering process according to the particle-based manufacturing process, the effect of forming an integral scattering layer without impairing the transparency of the photoelectrode have. In addition, the formation of the particle-based scattering layer can control the size of the pores of the scattering layer depending on the particle size, but it is not easy to control the pattern. However, the scattering layer 220 manufactured by the manufacturing method of the present invention has an effect of providing a surface pattern suitably controlled by controlling the time and etching intensity of the etching process by using the surface etching process.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 형성된 산란층 일체형 광전극 상에 감광성 염료를 추가로 포함할 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 상기 광전극은 비표면적을 증가시켜 염료의 흡착량을 증가시킴으로써, 염료감응 태양전지용 광전극으로 이용되었을 경우에 태양전지의 에너지 전환효율을 높이는데 기여한다. 예를 들어, 본원의 일 구현예에 있어서, 다공성 금속 산화물 구조체를 감광성 염료가 포함된 용액에 침지하여 감광성 염료를 상기 다공성 금속 산화물 구조체의 내부 및 외부 표면에 흡착시켜 코팅할 수 있다. 상기 감광성 염료는 당업계에 공지된 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 유로퓸(Eu), 납(Pb), 이리듐(Ir), 또는 루테늄(Ru)을 포함하는 금속의 복합체 형태의 염료를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 중에서, 루테늄(Ru)은 백금족에 속하는 원소로서 많은 유기 금속 복합체를 형성할 수 있어, 루테늄(Ru)을 포함하는 감광성 염료가 많이 사용된다. 예를 들어, Ru(etcbpy)2(NCS)2·CH3CN 타입이 많이 사용되고 있다. 여기에서 etc는 (COOEt)2 또는 (COOH)2를 의미한다. 또한, 유기 색소 등을 포함하는 염료가 사용될 수도 있는데, 이러한 유기 색소로는, 예를 들어, 리보플라빈(riboflavin), 트리페닐메탄(triphenylmethane), 쿠마린(coumarin), 포르피린(porphyrin), 크산틴(xanthene) 등이 있다. 이들은 단독으로, 또는 루테늄(Ru) 복합체와 혼합 사용하여 장파장의 가시광선 흡수를 개선함으로써 광전 변환 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 감광성 염료에 광이 입사되어 흡수되면 광전자가 생성되고, 생성된 광전자는 금속 산화물 구조체를 통로로 하여 전도성 투명 기재로 전달된다.In one embodiment of the present invention, a photosensitive dye may be further included on the formed scattering layer-integrated photoelectrode. The photoelectrode according to an embodiment of the present invention increases the specific surface area to increase the amount of dye adsorbed, thereby contributing to enhancement of energy conversion efficiency of the solar cell when used as a photoelectrode for a dye-sensitized solar cell. For example, in one embodiment of the invention, the porous metal oxide structure may be immersed in a solution containing a photosensitive dye to adsorb the photosensitive dye on the inner and outer surfaces of the porous metal oxide structure. The photosensitive dyes may be selected from the group consisting of aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), europium (Eu), lead (Pb), iridium (Ir) , Or ruthenium (Ru), may be used, but the present invention is not limited thereto. Among them, ruthenium (Ru) can form many organometallic complexes as elements belonging to the platinum group, and many photosensitive dyes including ruthenium (Ru) are used. For example, Ru (etcbpy) 2 (NCS) 2 · CH 3 CN type is widely used. Here, etc means (COOEt) 2 or (COOH) 2 . Also, dyes including organic pigments may be used. Examples of such organic pigments include riboflavin, triphenylmethane, coumarin, porphyrin, xanthene, ). These can be used alone or in combination with a ruthenium (Ru) complex to improve the photoelectric conversion efficiency by improving the absorption of visible light of a long wavelength. When light is absorbed and absorbed in the photosensitive dye, photoelectrons are generated, and the generated photoelectrons are transferred to the conductive transparent substrate through the metal oxide structure.

이하, 본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지에 포함되는 반대전극에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the opposite electrode included in the dye-sensitized solar cell will be described in detail in one embodiment of the present invention.

상기 염료감응 태양전지의 구성요소 가운데, 상기 광전극의 반대 전극은 투명전도성 기재에 평행하게 배치되어 있으며, 유리 등의 기재에 투명전극이 형성되어 있고, 백금 층이 형성되어 있다.Among the components of the dye-sensitized solar cell, the opposite electrode of the photo-electrode is disposed in parallel to the transparent conductive substrate, and a transparent electrode is formed on a substrate such as glass and a platinum layer is formed.

상기 반대전극에 있어서 전도성 투명 기재는, 상기 광전극에 이용되는 전도성 투명 기재와 마찬가지로, 투명 기재 상에 전도성 투명 전극을 코팅 또는 증착하여 형성할 수 있다. 여기서, 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 고분자 기재의 재료로는, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이러한 투명 기재 상에 형성되는 상기 전도성 투명 전극은, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 전도성 금속 산화물을 포함하며, 예를 들어, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용 면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기에서, 상기 전도성 투명 기재를 채용하는 이유는 태양광이 투과되어 내부로 입사될 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원을 설명하는 명세서에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100% 인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 높은 경우를 모두 포함한다.In the opposite electrode, the conductive transparent substrate may be formed by coating or vapor-depositing a conductive transparent electrode on the transparent substrate in the same manner as the conductive transparent substrate used for the photoelectrode. The transparent material may be any material having transparency so that external light can be incident thereon without any particular limitation. For example, a glass material or a transparent polymer material may be used. Examples of the material of the transparent polymer base material include polypropylene (PP), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), triacetylcellulose ), Copolymers thereof, and the like, but the present invention is not limited thereto. In addition, such a transparent base material and the conductive transparent electrodes formed on the indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), antimony tin oxide (ATO), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 , and mixtures thereof. For example, the conductive metal oxide may have conductivity, transparency, and heat resistance But are not limited to, good tin oxide (SnO 2 ), or inexpensive indium tin oxide (ITO). Here, the reason why the conductive transparent substrate is used is to allow the sunlight to pass through and be incident on the inside. Incidentally, the meaning of the word "transparent" in the description of the present invention includes not only the case where the light transmittance of the material is 100% but also the case where the light transmittance is high.

한편, 상기 반대전극에 포함되는 상기 전도층은 산화·환원쌍(redox couple)을 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 백금(Pt), 금(Au), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 탄소(C), 산화텅스텐(WO3), 이산화티타늄 (TiO2), 또는 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 반대전극의 일면에 형성된 전도층은 반사율이 높을수록 효율이 우수하므로, 반사율이 높은 재료를 선택하는 것이 바람직하다.On the other hand, the conductive layer included in the opposite electrode serves to activate a redox couple, and may be formed of at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Ru), palladium (Pd) But are not limited to, conductive materials such as Rh, Ir, Os, C, WO 3 , TiO 2 , or conductive polymers. The conductive layer formed on one surface of the opposite electrode has higher efficiency as the reflectivity is higher, so it is preferable to select a material having a high reflectivity.

이하, 본원의 일 구현예에 있어서, 염료감응 태양전지에 포함되는 전해질-함유층에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the electrolyte-containing layer included in the dye-sensitized solar cell will be described in more detail in one embodiment of the present invention.

상기 염료감응 태양전지의 구성요소 가운데, 상기 광전극과 상기 반대전극 사이에는 전해질을 포함하는 액체(전해액), 고체 고분자 전해질 또는 겔형 고분자 전해질을 주입하여 전해질-함유 층을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전해질은, 예를 들어, 요오드화물(iodide)을 포함하며, 산화·환원에 의해 상대전극으로부터 전자를 받아 전자를 잃었던 염료분자에게 받은 전자를 전달하는 역할을 수행한다. 상기 전해질은 광전극의 기공 내부로 균일하게 분산되어 있을 수 있다. 상기 전해질은 전해액으로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액은 요오드화물(iodide)/삼요오드화물(triodide) 쌍으로서 산화·환원에 의해 반대전극으로부터 전자를 받아 염료분자에게 전달하는 역할을 수행하는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전해질로서는 요오드(iodine, I2)를 아세토니트릴(ACN)에 용해시킨 용액 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 홀 전도 기능이 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질로서는 약 0.7 M 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드화물(1-butyl-3-methylimidazolium iodide, BMII), 약 0.03 M 요오드(iodine, I2), 약 0.1 M 구아니디움 티오시아네이트(guanidium thiocyanate, GSCN), 및 약 0.5 M 4-tert-부틸피리딘(4-tert-buthylpyridine, 4-TBP)을 아세토니트릴(ACN)과 발레노니트릴(VN)의 혼합액(부피비 85:15)에 용해시켜 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Among the components of the dye-sensitized solar cell, an electrolyte-containing layer may be formed between the photoelectrode and the opposite electrode by injecting a liquid (electrolytic solution), a solid polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte containing an electrolyte, It is not. The electrolyte includes, for example, iodide, and receives electrons from the counter electrode by oxidation and reduction, thereby transferring electrons received by the dye molecules that have lost electrons. The electrolyte may be uniformly dispersed in the pores of the photoelectrode. The electrolyte may be an electrolytic solution, and the electrolytic solution may include a substance acting as a pair of iodide / triiodide to receive electrons from the opposite electrode by oxidation and reduction and to transfer the electrons to the dye molecules But is not limited thereto. For example, as the electrolyte, a solution prepared by dissolving iodine (I 2 ) in acetonitrile (ACN) may be used. However, it is not limited thereto and any electrolyte may be used without any particular limitation as long as it has a hole conduction function. For example, the electrolyte may include about 0.7 M 1-butyl-3-methylimidazolium iodide (BMII), about 0.03 M iodine (I 2 ) A mixture of acetonitrile (ACN) and valenonitrile (VN) (having a volume ratio of 1: 1) was prepared by mixing about 0.5 M 4-tert-butylpyridine (4-TBP), guanidium thiocyanate (GSCN) 85:15), but the present invention is not limited thereto.

상기 염료감응 태양전지에 포함되는 전해질의 누출을 방지하기 위하여, 상기 광전극과 상기 반대전극의 가장 자리에는 밀봉부가 형성될 수 있다. 상기 밀봉부는 열가소성 고분자물질을 포함하며, 열 또는 자외선에 의하여 경화될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예로, 밀봉부는 에폭시 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 밀봉부로서 수십 마이크로미터 두께의 고분자 필름을 광전극과 반대전극 사이에 끼워 넣어 간격을 유지할 수 있다.In order to prevent leakage of the electrolyte contained in the dye-sensitized solar cell, a sealing portion may be formed at the edge of the optical electrode and the opposite electrode. The sealing portion includes a thermoplastic polymer material and can be cured by heat or ultraviolet rays, but is not limited thereto. As a specific example, the seal may include, but is not limited to, an epoxy resin. For example, a polymer film with a thickness of several tens of micrometers may be sandwiched between the photoelectrode and the opposite electrode as a sealing portion to maintain the gap.

한편, 염료감응 태양전지에 사용될 수 있는 전해질은 그 성상에 따라 액체 전해질, 겔형 전해질, 및 고체 전해질로 구분될 수 있는데, 앞서 설명한 액체 전해질을 사용하여 태양전지를 제조할 경우 에너지 전환효율이 높아진다는 장점이 있지만, 액체 전해질에 포함된 용매가 외부 온도의 증가와 태양전지의 밀봉 상태에 따라 누출되거나 휘발됨으로써 태양전지의 수명이 낮아질 수 있다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위하여, 염료감응 태양전지에서 사용되는 상기 전해질은 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, the electrolyte that can be used for the dye-sensitized solar cell can be classified into a liquid electrolyte, a gel electrolyte, and a solid electrolyte depending on the characteristics thereof. When a solar cell is manufactured using the liquid electrolyte described above, However, there is a disadvantage that the life of the solar cell may be lowered because the solvent contained in the liquid electrolyte leaks or volatilizes depending on the increase of the external temperature and the sealing state of the solar cell. In order to solve these drawbacks, the electrolyte used in the dye-sensitized solar cell may include one selected from the group consisting of a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 겔형 전해질은, 예를 들어, 요오드계 산화/환원쌍(I3-/I-); 저휘발성 유기 용매; 및 고분자 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The gel electrolyte is, for example, an iodine oxidation / reduction pair (I 3- / I - ); Low volatile organic solvent; And polymeric materials, but are not limited thereto.

예를 들어, 상기 요오드계 산화/환원쌍을 형성하기 위한 요오드화염은, n-메틸이미다졸륨 요오드, n-에틸이미다졸륨 요오드, 1-벤질-2-메틸이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-s-부틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소펜틸이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-이소헥실이미다졸륨 요오드, 1-메틸-3-엑틸이미다졸륨 요오드, 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오드, 1-에틸-3-이소프로필이미다졸륨 요오드, 1-프로필-3-프로필이미다졸륨 요오드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the iodine flame for forming the iodine-based oxidation / reduction pair may be selected from the group consisting of n-methylimidazolium iodide, n-ethylimidazolium iodide, 1-benzyl-2-methylimidazolium iodide, Methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodide, 1-methyl-3-methylimidazolium iodide, Methylimidazolium iodide, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodide, 1-methyl-3-isopropylimidazolium iodide, Methyl-3-heptyl imidazolium iodide, 1-methyl-3-heptyl imidazolium iodide, Ethyl-3-isopropyl imidazolium iodide, 1-propyl-3-propyl imidazolium iodide, and combinations thereof. , But is not limited thereto.

예를 들어, 상기 저휘발성 유기 용매는, 메톡시프로피오니트릴, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 감마-부티로락톤, 디메틸포름아미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the low-volatile organic solvent may be selected from the group consisting of methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, gamma-butyrolactone, dimethylformamide, , But is not limited thereto.

예를 들어, 상기 고분자 물질은 액체 전해질을 겔화시킴으로써 겔형 전해질을 제조하기 위한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 고분자 물질은 전도성 고분자로서, 종래의 액체 전해질처럼 전자 전달이 가능한 것이며, 액체 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지의 단점 중의 하나인 누액 및 휘발 문제를 해결할 수 있는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 겔형 전해질에 포함되는 고분자 물질은, 폴리에틸렌옥시드(PEO), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVdF-HFP), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the polymer material may be one for producing a gel electrolyte by gelling a liquid electrolyte, but is not limited thereto. For example, the polymer material is a conductive polymer, which is capable of electron transfer as a conventional liquid electrolyte, and is capable of solving leakage and volatilization, which is one of the disadvantages of a dye-sensitized solar cell including a liquid electrolyte. It is not. For example, the polymer material contained in the gel electrolyte may be selected from the group consisting of polyethylene oxide (PEO), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and combinations thereof , But is not limited thereto.

예를 들어, 상기 요오드계 산화/환원쌍을 형성하기 위한 요오드화염 및 상기 고분자 물질의 비는 중량% 기준으로 1:1 내지 1:3인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the ratio of the iodine flame and the polymeric material for forming the iodine-based oxidation / reduction pair may be 1: 1 to 1: 3 on a weight% basis, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 광전극과 백금이 도포된 전극 사이에는 전해질이 있으며, 또한 광전극의 기공 내부에도 위치한다. 전해질은 요오드계 산화-환원 쌍을 갖는 액체 전해질을 사용할 수 있다. 예를 들면 약 0.05 M 요오드화 리튬(lithium iodide), 약 0.03 M 요오드(iodine), 약 0.7 M 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오드화물(1-butyl-3-methylimidazolium iodide, BMII), 약 0.1 M 구아니디움 티오시아네이트(guanidinium thiocyanate,GSCN), 및 약 0.5 M 4-tert-부틸피리딘(4-tertbutylpyridine(TBP))를 아세토니트릴(acetonitrile, ACN) 및 발레로니트릴(Valeronitrilem, VN)에 용해 시킨 후 사용할 수 있으며, 전해질 용액이 새어 나오지 않도록 하기 위해 약 60 ㎛ 두께의 썰린(Surlyn)을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, there is an electrolyte between the photoelectrode and the platinum coated electrode, and is also located inside the pores of the photoelectrode. The electrolyte may be a liquid electrolyte having an iodine-based oxidation-reduction pair. For example, about 0.05 M lithium iodide, about 0.03 M iodine, about 0.7 M 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, Acetonitrile (ACN) and valeronitrile (VN) were added to a solution containing 0.1 M guanidinium thiocyanate (GSCN) and about 0.5 M 4-tertbutylpyridine (TBP) And may be used in a thickness of about 60 탆 to prevent leakage of the electrolyte solution, but the present invention is not limited thereto.

이하, 본원의 염료감응 태양전지에 대하여 실시예를 이용하여 좀 더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

본 실시예의 광전극은 전도성 유리기판에 Dyesol 사의 이산화티타늄 슬러리를 사용하여 닥터 블레이드 법으로 코팅한 후, 500℃에서 소결 과정을 거쳐 이산화티타늄 광전극을 제작하였다. 고분자 콜로이드 입자 마스크 층의 형성을 위하여 2μm 의 직경을 갖는 폴리스티렌(PS) 입자를 에탄올에 분산시켜 3% 내지 4% 의 농도를 갖는 폴리스티렌 콜로이드 용액을 제조하였다. 상기 제조된 이산화티타늄 전극 표면에 상기 폴리스티렌 콜로이드 용액을 적정 및 스핀 코팅하여 폴리스티렌 입자 단층을 자기조립법에 의해 형성하였다. 상기 폴리스티렌 입자 단층에 대하여 CF4 및 Ar을 각각 20 sccm, 10 sccm 으로 챔버 내에 주입하여 200W 의 RF 파워로 플라즈마를 형성하여 반응성 이온 식각을 6 분 내지 10 분 동안 실시하였다. 이산화티타늄 전극 표면상의 폴리스티렌 입자 단층이 마스크 역할을 함으로써, 폴리스티렌 입자 사이로 노출된 이산화티타늄 전극 표면이 식각되어 산란층에 해당하는 표면 패턴이 형성된다. 형성된 표면 패턴은 전자 현미경 이미지를 통해 확인하였다.The photoelectrode of this example was coated on a conductive glass substrate by a doctor blade method using a titanium dioxide slurry of Dyesol, and then sintered at 500 ° C to prepare a titanium dioxide photo electrode. Polystyrene (PS) particles having a diameter of 2 탆 were dispersed in ethanol to form a polystyrene colloid solution having a concentration of 3% to 4% for forming a polymer colloid particle mask layer. The polystyrene colloid solution was titrated and spin coated on the surface of the titanium dioxide electrode thus prepared to form a monolayer of polystyrene particles by a self-assembly method. CF 4 and Ar were injected into the chamber at a flow rate of 20 sccm and 10 sccm, respectively, to the monolayer of polystyrene particles, and a plasma was formed at an RF power of 200 W to perform reactive ion etching for 6 to 10 minutes. The surface of the titanium dioxide electrode exposed between the polystyrene particles is etched to form a surface pattern corresponding to the scattering layer since the monolayer of polystyrene particles on the surface of the titanium dioxide electrode serves as a mask. The surface pattern formed was confirmed by electron microscope images.

또한 비교예의 광전극은 전도성 유리기판에 이산화티타늄 슬러리를 닥터 블레이드 법을 통하여 코팅한 후, 소결 과정을 거쳐 이산화티타늄 전극을 제작하였다. 비교예의 광전극은 표면패턴을 갖지 않는 것을 사용하였다.In the comparative example, a titanium dioxide slurry was coated on a conductive glass substrate by a doctor blade method, and then a titanium dioxide electrode was produced through a sintering process. The photoelectrode of the comparative example having no surface pattern was used.

도 2a 내지 도 2c는, 본 실시예에 의해 제조된, 염료 염료감응 태양전지용 산란층의 표면 및 단면을 고배율로 촬영한 전자 현미경 사진이다. 도 2a의 표면패턴의 지름은 1.5μm, 표면패턴 간의 간격은 2 μm 이며, 도 2b의 표면패턴의 단차는 700 nm, 광전극의 총 두께는 10 μm 이상이다. 또한, 도 2c는 도 2b의 고배율의 이미지이다.FIGS. 2A to 2C are electron micrographs of the surface and cross section of the scattering layer for a dye dye-sensitized solar cell manufactured by this embodiment at a high magnification. FIG. 2A, the diameter of the surface pattern is 1.5 mu m, the interval between the surface patterns is 2 mu m, the step difference of the surface pattern of Fig. 2B is 700 nm, and the total thickness of the photo electrode is 10 mu m or more. 2C is a high magnification image of FIG. 2B.

상기 실시예의 염료감응형 태양전지 적용 이후 광학적 효과를 확인하기 위해, 비교예 1 과 실시예 1 및 2 의 자외선-가시광선 투과도(UV-vis transmittance)를 측정하였다.UV-vis transmittance of Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 was measured in order to confirm the optical effect after application of the dye-sensitized solar cell of the above Example.

도 3은, 본원의 일 실시예에 의해 제조된, 염료감응 태양전지용 산란층의 자외선-가시광선 투과도를 측정한 그래프이다. 도 3에서 나타난 것과 같이, 패턴의 단차가 증가함에 따라 투과도가 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해 입사선과 패턴간의 상호작용에 따른 산란 현상을 확인할 수 있으며, 단차가 커질수록 산란 현상도 증가함이 증명되었다. 이를 위해, 상기 실시예에 염료(5-[[4-[4-(2,2-diphenylethenyl)phenyl]-1,2,3,3a,4,8b-hexahydrocyclopent[b]indol-7-yl]methy-lene]-2-(3-octyl-4-oxo-2-thioxo-5-thiazolidinylidene)-4-oxo-3-thiazolidineace -tic acid, D205)를 흡착하고 이오다이드 전해질을 이용하여 염료감응형 태양전지를 제작하였다. 콜로이드 식각 전극의 면적당 광전류를 확인하기 위해, 소스미터 (Keithley Instruments사)를 이용하여 전류-전압 곡선그래프를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 비교예는 표면패턴이 없는 이산화티타늄 전극을 사용한 것이고, 실시예 1은 단차가 약 700 nm, 실시예 2 는 단차가 약 1,200 nm 인 표면 패턴을 각각 갖는 이산화티타늄 전극을 사용하였다. 하기 표 1의 결과에 따르면 투과도는 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2 의 순으로 나타났다.FIG. 3 is a graph showing ultraviolet-visible light transmittance of a scattering layer for a dye-sensitized solar cell manufactured according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the transmittance decreases as the step height of the pattern increases. Through this, it is proved that scattering phenomenon due to interaction between incident line and pattern can be confirmed, and scattering phenomenon increases as the step difference increases. To this end, the dye (5 - [[4- (2,2-diphenylethenyl) phenyl] -1,2,3,3a, 4,8b-hexahydrocyclopent [b] indol- methyl-lene] -2- (3-octyl-4-oxo-2-thioxo-5-thiazolidinylidene) -4-oxo-3-thiazolidineacetic acid D205) Type solar cell. In order to confirm photocurrent per area of the colloid etching electrode, a current-voltage curve graph was measured using a source meter (Keithley Instruments), and the results are shown in Table 1 below. In the comparative example, a titanium dioxide electrode having no surface pattern was used. In Example 1, a titanium dioxide electrode having a surface pattern having a step difference of about 700 nm and a step difference of about 1,200 nm was used. According to the results shown in Table 1 below, the transmittance was in the order of Comparative Example 1, Example 1, and Example 2 in that order.

Figure pat00001
Figure pat00001

도 4 는, 본원의 일 실시예에 있어서, 염료감응 태양전지용 산란층을 염료감응 태양전지에 적용한 경우 전류-전압 관계를 측정한 그래프이다. 도 4 및 상기 표의 결과에서, 패턴의 단차가 증가함에 따라 JSC의 증가가 확인되었으며, 이를 통해 산란 현상의 증가가 전기적 특성의 향상으로 이어지는 것이 증명되었다. 단차 패턴의 형성으로 표면 산란이 증가하며 기판을 투과하는 빛의 재흡수를 돕게 되므로 광흡수효율이 증가하고, 이에 따라 결과적으로 광전류 밀도가 증가하는 경향을 보였다. 즉, 단차가 증가하는 순으로 단락 전류도 증가하는 경향성을 가지며, 전극 효율도 마찬가지의 경향을 가졌다. 상기 표에 따르면 단차는 비교예 1 이 0 nm (단차없음), 실시예 1 이 700 nm, 실시예 2 가 1,200 nm 이며, 이에 따른 전류는 비교예 1 이 12.22 mA, 실시예 1 이 13.03 mA, 실시예 2 가 13.20 mA 였다. 따라서 효율은 비교예 1 이 6.7%로서 가장 낮으며, 실시예 1 이 7.16%, 실시예 2가 7.3% 순으로 증가하였다.FIG. 4 is a graph illustrating current-voltage relationships when a scattering layer for a dye-sensitized solar cell is applied to a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4 and the results of the above table, it was confirmed that the JSC increased as the step of the pattern was increased, and it was proved that the increase of the scattering phenomenon leads to the improvement of the electrical characteristic. The formation of the stepped pattern increases the surface scattering and helps to reabsorb the light transmitted through the substrate, thereby increasing the light absorption efficiency and consequently increasing the photocurrent density. That is, the shortcircuit current also has a tendency to increase in the order of increasing step, and the electrode efficiency has a similar tendency. According to the above table, the level difference was 0 nm (no step difference) in Comparative Example 1, 700 nm in Example 1, and 1,200 nm in Example 2, and the current was 12.22 mA in Comparative Example 1, 13.03 mA in Example 1, Example 2 was 13.20 mA. Thus, the efficiency was the lowest in Comparative Example 1 at 6.7%, increasing in the order of Example 1 to 7.16% and Example 2 to 7.3%.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

100: 전도성 투명 기재
200: 광전극
210: 표면 패턴
220: 산란층
230: 고분자 콜로이드 입자
300: 고분자 콜로이드 입자 마스크층
100: Conductive transparent substrate
200: photo electrode
210: surface pattern
220: scattered layer
230: Polymer colloid particles
300: Polymer colloid particle mask layer

Claims (12)

전도성 투명 기재상에 광전극을 형성하는 단계;
상기 광전극상에 고분자 콜로이드 용액을 도포하여 고분자 콜로이드 입자 마스크층을 형성하는 단계; 및
상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하여 상기 광전극 표면에 패턴을 형성함으로써 표면 패턴 형태의 산란층을 형성하는 단계
를 포함하는,
염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
Forming a photoelectrode on the conductive transparent substrate;
Forming a polymer colloid particle mask layer by applying a polymer colloid solution onto the photoelectrode; And
Forming a scattering layer in the form of a surface pattern by etching the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer to form a pattern on the surface of the photoelectrode;
/ RTI >
A method for producing a scattering layer for a dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 광전극은 Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 산화물을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the photoelectrode is selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Sr, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, Wherein the oxide layer is formed on the surface of the oxide layer of the dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 형성하는 단계는, 상기 고분자 콜로이드 용액을 상기 광전극 표면에 도포하여 상기 고분자 콜로이드 입자의 자기조립 단층을 형성하는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the polymer colloid particle mask layer comprises coating the polymer colloid solution on the surface of the photoelectrode to form a self-assembled monolayer of the polymer colloid particles, .
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/폴리디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트-디비닐벤젠)(PBMA) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
The polymer colloid particles may be selected from the group consisting of polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene / polydivinylbenzene (PS / DVB), polyamide, poly (butyl methacrylate-divinylbenzene) Wherein the scattering layer is formed of a material selected from the group consisting of a combination of a light emitting layer and a light emitting layer.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자의 크기는 100 nm 내지 10 μm인 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer colloid particles have a size of 100 nm to 10 占 퐉.
제 3 항에 있어서,
상기 도포는, 스핀코팅, 닥터블레이드법, 랭뮤어 코팅, 또는 랭뮤어-블로젯 코팅에 의해 수행되는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the application is carried out by spin coating, doctor blade method, Langmuir coating, or Langmuir-Blodgett coating.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하는 것은, 상기 광전극 상에 배열된 상기 고분자 콜로이드 입자 사이의 노출된 곳을 식각함으로써 상기 광전극 표면을 식각하여 상기 광전극 표면에 패턴을 형성하는 것을 포함하는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
The etching of the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer may include etching the exposed surface of the photoelectrode by etching the exposed portion between the polymer colloid particles arranged on the photoelectrode, To form a scattering layer for a dye-sensitized solar cell.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 이용하여 상기 광전극 표면을 식각하는 것은, 반응성 이온 식각, 플라즈마 식각, 또는 용액식각에 의해 수행되는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the etching of the surface of the photoelectrode using the polymer colloid particle mask layer is performed by reactive ion etching, plasma etching, or solution etching.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층의 식각 시간 또는 강도를 조절하여 상기 광전극에 형성된 상기 표면 패턴의 단차가 제어되는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a step of the surface pattern formed on the photoelectrode is controlled by controlling the etching time or intensity of the polymer colloid particle mask layer.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 콜로이드 용액의 고분자 콜로이드 입자의 크기에 의해 상기 광전극에 형성된 표면 패턴의 너비가 조절되는 것인, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the surface pattern formed on the photoelectrode is controlled by the size of the polymer colloid particles of the polymer colloid solution.
제 1 항에 있어서,
상기 표면 패턴 형태의 산란층 형성 후, 상기 고분자 콜로이드 입자 마스크 층을 제거하는 단계를 추가 포함하는, 염료감응 태양전지용 산란층의 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of removing the polymeric colloid particle mask layer after formation of the scattering layer in the form of the surface pattern.
광전극의 표면에 형성된 표면 패턴 형태의 산란층을 포함하며,
상기 표면 패턴 형태의 산란층은 상기 광전극과 일체형의 구조를 갖는 것이고,
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조되는 것인,
염료감응 태양전지용 산란층.
And a scattering layer in the form of a surface pattern formed on the surface of the photoelectrode,
The scattering layer in the form of a surface pattern has a structure integral with the photoelectrode,
11. A process for producing a compound according to any one of claims 1 to 11,
Scattering layer for dye - sensitized solar cell.
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